JP2005226219A

JP2005226219A - コンクリートセグメントの軸方向継手

Info

Publication number: JP2005226219A
Application number: JP2003352535A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ishikawa; 隆司石川
Original assignee: Nippon High Strength Concrete Co Ltd
Current assignee: Nippon High Strength Concrete Co Ltd
Priority date: 2003-10-10
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2005-08-25

Abstract

【課題】コンクリートセグメントのトンネル軸方向継手の締結時に、継手部材に緊張力を同時に付与することができ、地山条件の変動や地震などによっても、継手の締結力が変動しない、コンクリートセグメントの軸方向継手を提供する。
【解決手段】割型くさびの内面テーパに係合する円錐台テーパ２２を備えた雄型突起２０と、割型くさびを内蔵しこれを保持する円錐台形空洞を備えた雌型凹部３０とを設け、雄型突起２０を雌型凹部３０内に進入させてセグメント同士を締結する継手において、雌型凹部３０の先端端面に円筒状凹みを設け、凹み内に皿ばね４０を配設し、皿ばね４０の内径が雄型突起２０の外周に圧嵌し雄型突起を引き抜き方向に付勢するようにした。
【選択図】図１（ａ）

Description

本発明は、コンクリートセグメントのトンネル軸方向継手に関する。

一般に、シールド工法においてはシールドトンネルの覆工用に円周方向及びトンネル軸方向に分割されたプレキャストコンクリートセグメントを用いる。このようなコンクリートセグメントの軸方向継手として雄型突起と雌型凹部とを対向して設け、これを係合させる形式のものがあり、雄型突起を雌型凹部に押込んだ時、くさび材が雄型突起と雌型凹部の空洞テーパ部との隙間に入り込んで雄型突起の抜け止めをする方式のものがある（例えば、特許文献１、２参照。）。

このような技術の例を図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示した。図１１（ａ）は雄型突起と雌型凹部との締結前の状態を示している。周面に抜け止めテーパ１０１を有する雄型突起１００と、後方からばね１１２によって付勢され、スリーブ１１４内の抜け止め空洞テーパ１１３に圧着されるくさび１１１を内蔵した雌型凹部１１０とが対向して配設されている。

図１１（ｂ）は雌型凹部１１０内に雄型突起１００が進入した状態を示している。雄型突起１００の抜け止めテーパ１０１はくさび１１１の内面テーパに係止している。くさび１１１はばね１１２によりスリーブ１１４の空洞テーパ１１３に圧着するように付勢されており、雄型突起１００はスリーブ１１４の空洞テーパ１１３及びくさび１１１により引抜き方向に抜けないように係止されている。かくして、セグメント１０２とセグメント１１５は迅速に締結面で締結される。この技術は抜け止め効果があるのみで、初期締結力はない。

また、内蔵したギヤの回転により増締めを行って締結する方式の軸継手がある（例えば、特許文献３、４参照。）。この技術は、例えば図１２（ａ）、図１２（ｂ）に示すようなものである。この技術はシールドトンネル覆工用ＲＣセグメント１２０、１３０内に埋め込まれて使用されるものであって、雌型嵌合体１３１と、この雌型嵌合体１３１に嵌合する雄型嵌合体１２１と、雄型嵌合体１２１を雌型嵌合体１３１に向けて前進・後退させる駆動機構１２２とを備えている。雌型嵌合体１３１は一方のＲＣセグメント１３０内に設けられている。雄型嵌合体１２１及びその駆動機構１２２は隣り合う他方のＲＣセグメント１２０内に設けられている。雌型嵌合体１３１と雄型嵌合体１２１とは一対のＲＣセグメント１３０、１２０の境界を介して対峙しており、駆動機構１２２の操作部１２３の少なくとも一部はＲＣセグメント１２０の内側の空間に露出している。この技術では継手の締結後に駆動機構１２２を駆動する工程が増えるとともに、増締めのトルク管理も必要であった。
特開平６−１４６７９４号公報特開平９−４１８８８号公報特開平８−１３５３８５号公報特開２００３−２１４０９７号公報

上記従来の技術では、くさび方式のものは増し締めできない（緊張力が付与できない）という問題があった。また、ギヤ内蔵の継手は後締めのため内面平滑でなくしかも工程が増えるという問題がある。なお、ギヤ内蔵の継手以外は、内面平滑対応の継手で緊張力を付与できるものはないという問題がある。

本発明は上記実情に鑑みなされたもので、コンクリートセグメントの締結時に継手部材に緊張力を付与することができ、地山条件の変動や地震などによっても、継手の締結力が変動しない、コンクリートセグメントの軸方向継手を提供することを目的とするものである。

本発明は上記課題を解決するために創案されたもので、第１の発明は、割型くさびの内面テーパに係合する円錐台テーパを備えた雄型突起と、該割型くさびを内蔵しこれを保持する円錐台形空洞を備えた雌型凹部とを継手面に対向してそれぞれ設け、雄型突起を雌型凹部内に進入させてセグメント同士を締結するコンクリートセグメントのトンネル軸方向継手において、前記雌型凹部の先端端面に円筒状凹みを設け、内径が雄型突起の外周に圧嵌し雄型突起を引き抜き方向に付勢する皿ばねを前記凹み内に配設したことを特徴とするコンクリートセグメントの軸方向継手である。

この技術は上記特許文献１又は特許文献２に記載された方式の継手に改善を施したもので、少なくとも１枚の皿ばねを備えたことを特徴としている。この皿ばねは、雄型突起を雌型凹部内に圧入するとき同時に雄型突起に対して緊張力を付与する。この皿ばねは突起の軸方向に押圧されたとき雄型突起の外周に圧嵌される。この継手は皿ばねの弾性力を用い、締結時に雄型継手の挿入方向と逆の付勢力を与えることによつて、緊張力を付与し、増し締めと同等な効果をもたせる。

本発明の第２の発明は、割型くさびの内面テーパに係合する円錐台テーパを備えた雄型突起と、割型くさびを内蔵しこれを保持する円錐台形空洞を備えた雌型凹部とを継手面に対向して設け、雄型突起を雌型凹部内に進入させてセグメント同士を締結するコンクリートセグメントのトンネル軸方向継手において、前記雌型凹部内に雄型突起の先端に押圧されて前記割型くさびの尾部を軸方向に押圧するてこ部材を内蔵し、該てこ部材は雄型突起と雌型凹部が係合した後、雄型突起を引き抜き方向に付勢する形状・寸法としたことを特徴とするコンクリートセグメントの軸方向継手である。

くさびの尾部を押圧する従来の圧縮バネあるいはバンド等に代わり、雄型継手の挿入方向と逆方向にくさび材を強力に押し戻すてこ部材を雌型凹部内に内蔵させる。このてこ部材は例えばＶ字形の断面を有し、Ｖ字の一方の頂部を押し下げたとき、Ｖ字の他方の頂部が上方に押上げられる方向に作用するように配置した部材である。例えばＶ字状断面を有する円筒状部材を円周方向に複数に分割し、分割体がほぼもとの形状を保つように弾性バインダで分割体を連結し、これを皿状反力支持部材上に載置したてこ部材である。

本発明の第３の発明は、上記第１の発明と第２の発明の技術手段を併せ備えたコンクリートセグメントの軸方向継手である。すなわち、割型くさびの内面テーパに係合する円錐台テーパを備えた雄型突起と、該割型くさびを内蔵しこれを保持する円錐台形空洞を備えた雌型凹部とを継手面に対向して設け、雄型突起を雌型凹部内に進入させてセグメント同士を締結するコンクリートセグメントのトンネル軸方向継手において、前記雌型凹部内に雄型突起の先端に押圧されて前記割型くさびの尾部を軸方向に押圧するてこ部材を内蔵し、該てこ部材は雄型突起と雌型凹部が係合した後、雄型突起を引き抜き方向に付勢する形状・寸法とすると共に、さらに、前記雌型凹部の先端端面に円筒状凹みを設け、内径が雄型突起の外周に圧嵌し雄型突起を引き抜き方向に付勢する皿ばねを前記凹み内に配設したことを特徴とするコンクリートセグメントの軸方向継手である。

この第３の発明では、てこ部材による雄型突起と雌型凹部との相互間による緊張力と、雄型部材がスリーブに反力をとって皿ばねにより付与される緊張力との双方の緊張力による作用を受けることとなる。

本発明のコンクリートセグメントの軸方向継手は継手を締結したとき、同時に継手部材に緊張力が付与され、継手の締結後、ギヤなどによる増し締め操作が不要である。この継手は地山条件の変動や地震などによる締結力の緩み、セグメント相互間の目開きを解消し、継手の信頼性を向上させることができるワンタッチ継手である。

以下図面を参照して本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１（ａ）は本発明の第１の発明を示す説明図で、コンクリートセグメントのトンネル軸方向継手の締結直前の状態を示す断面図であり、図１（ｂ）は締結後の状態を示す断面図である。

図１では、割型くさび３２の内面テーパと係合する円錐台テーパ２２を備えた雄型突起２０と、割型くさび３２を内蔵しこれを保持する円錐台形空洞スリーブ３１を備えた雌型凹部３０とが、継手の両方のセグメント１０、１１の端面にそれぞれ対向して設けられている。この雄型突起２０を雌型凹部３０内に進入させてセグメント１０、１１同士を締結する。

一方のセグメント１０の締結面から雄型突起２０が突出して設けられている。雄型突起２０は図２（ａ）に正面図、図２（ｂ）に側面図を示すように、抜け止めテーパ２２を外周に備えた円形断面の突起であって、進入先端部に進入を容易にする丸頭を備え、尾端にはセグメントに埋込まれている鋼製インサートに固定するねじ２４を備え、中間部に後述の皿ばね４０の内周が圧嵌する円柱部２３を備えている。図３（ａ）は割型くさび３２の正面図、図３（ｂ）はその側面図で、雄型突起２０は雌型凹部３０内に進入するとき、割型くさび３２を押し拡げ、進入後は抜け止めテーパ２２が割型くさび３２の内面テーパに係合する。

図１（ｂ）は雄型突起２０が雌型凹部３０内に進入しそのテーパ部が割型くさび３２の内面テーパに係合した状態を示している。このとき皿ばね４０は雄型突起２０の円柱部２３の外周に圧嵌すると共に反力を雌型凹部のスリーブ３１の前面に支持されて雄型突起２０を引抜方向に牽引するように付勢する。

図４（ａ）は皿ばね４０の平面図、図４（ｂ）はその断面図、図４（ｃ）、図４（ｄ）は皿ばね４０の使用状態を示す説明図である。図４（ｃ）に示すように数枚の皿ばね４０を皿面が同じ向きになるように重ねてもよく、図４（ｄ）に示すように皿面が異なる向きに重ねてもよい。

本発明の特徴は雌型凹部３０の先端端面に円筒状凹みを設け、内径が雄型突起２０の外周に圧嵌し雄型突起２０を引き抜き方向に付勢する皿ばね４０を前記凹み内に配設したことである。

なお、雌型凹部３０内にはくさび３２の尾部に座金３４を介してコイルばね３３が設けられ、くさび３２をスリーブ内空洞のテーパに押つける方向に常時付勢しており、雄型突起２０はこの付勢力に抗して丸頭２１がくさび３２を押して後退させ、くさび３２の先端側を開き、その内部に進入する。図５、図６（ａ）、図６（ｂ）はコイルばね３３、座金３４を示している。

上記皿ばね４０の枚数は特に規定するものではない。しかし雄型突起に適当な緊張力を付与するためだけでなく、セグメント１０、１１どうしの締結時に適当なクッション性を与えるため、複数枚を設置した方が好ましい。枚数があまり少ないと緊張力不足やクッション性不足になり、一方枚数が多すぎると部品点数が増えて好ましくない。よって、２ないし４枚程度が現実的に好ましい。

皿ばね４０の配列の向きは図４（ｃ）では例として３枚を同一向きに配置したが、図４（ｄ）に示すように皿ばね４０の凹凸を互いに向き合うように（互いに逆向きに）配置すると、皿ばね４０のばね方向の変位量が大きくなり、継手締結時のクッション性向上につながる。皿ばね４０の向きについても制限するものではないが、皿ばね４０の弾力性、使用する枚数と作業性などから決定すればよい。

図７（ａ）〜図７（ｃ）は本発明の第２の発明の実施例を示す断面図で、図７（ａ）はセグメント１０、１１の締結を開始した状態を示す断面図、図７（ｂ）はさらに雄型突起２０が進入した状態を示す断面図、図７（ｃ）は締結完了時の状態を示す断面図である。

図７（ａ）〜図７（ｃ）に示す実施例は、スリーブ３１、割型くさび３２を備えた雌型凹部３０内にてこ部材５０を内蔵している点に特徴がある。

このてこ部材５０は、断面Ｖ字形をなしており、Ｖ字の一方の頂面がくさび３２の尾端に接触すると共に皿型反力支持底板６０にＶ字の下端部を支持されている。

図７（ｂ）に示すように、雄型突起２０が雌型凹部３０内に進入してくると、雄型突起２０の先端部がてこ部材５０のＶ字の他方の頂面を押圧する。てこ部材５０はＶ字の下端部が摺動すると同時に下端部を中心に揺動し、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すようにくさび３２の尾端を押圧する。雄型突起２０先端にてこ部材５０のＶ字の一方の頂部５２の円周径に係合し、てこ部材５０の傾動を助ける働きをする円錐台のくぼみ２１を設けるとさらに良い。

雄型突起２０の形状・寸法、割型くさび３２及びスリーブ３１の形状・寸法、てこ部材５０の形状・寸法及びこれらの相対位置関係を適切に設計することによって、図７（ｃ）の継手締結完了時の状態において、雄型突起２０とスリーブ３１との間に適切な緊張力を付与することができる。

図８（ａ）〜図８（ｅ）はてこ部材５０の説明図、図９（ａ）〜図９（ｂ）は皿型反力支持底板６０の平面図及び断面図である。図８（ａ）は１個のてこ部材５０の平面図、図８（ｂ）はその側面図である。てこ部材５０は例えば図８（ｄ）に示すような全体が円筒形のものを５０ａ、５０ｂ、５０ｃの３つに分割したもので、雌型凹部内に平面視で図８（ｃ）に示すような配列で内蔵されている。てこ部材５０の１個は図８（ｂ）に示すように、側面から見て、Ｖ字状の形状を有し、Ｖ字の頂部５１、５２はそれぞれくさび３２の尾部及び雄型突起２０の先端に当接し、Ｖ字の下端部５３は雌型凹部３０内の皿形反力支持底板６０上に載置されている。てこ部材５０は外周側に溝５４が設けられ、図８（ｃ）に示すようにこの溝５４内に嵌め込まれた円形リング５６が、３個のてこ部材５０ａ、５０ｂ、５０ｃを束ねて雌型凹部内の定位置に安定的に保持する。

なお図８（ｃ）に示すように、てこ部材５０ａ、５０ｂ、５０ｃの相互間の隙間にコイルばね５７が円形リング５６に係着した状態で配置されている。図７（ａ）の状態においてこのコイルばね５７がくさび３２の尾端を軸方向に付勢して、くさび３２の位置を保持している。コイルばね５７の反力は皿形反力支持底板６０が支持している。従ってこのコイルばね５７はてこ部材５０の位置保持の作用も併有している。

図８（ｅ）に示すようにてこ部材５０のＶ字の頂部５１、５２とＶ字の下端部５３は力の作用方向に対してＬ₁、Ｌ₂と距離が異なるので、Ｖ字の一方の頂部を圧下すると、てこ部材５０は下端部５３を中心に傾動してＶ字の他方の頂部は上昇する方向に移動する。

１円周分のてこ部材５０の分割数は規定するものでないが、２分割ではくさび３２を均等に押し戻しにくくなり、分割数が多すぎると、部品点数が増加して好ましくない。後述のくさび３２の分割と同様、実用上は３ないし４分割とするのが好ましい。分割したてこ部材５０ａ、５０ｂ、５０ｃ同士はそれぞれ一定の位置関係を保持し、くさびを均等に押し戻す目的で、前述のように、互いに縮拡径可能な弾性体の円形リング５６などで締結しておくことが必要である。

また、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）に示すように、雄型突起２０の挿入とともに軸方向にてこ部材５０がスムーズに傾動するように、てこ部材５０のＶ字の頂部５１、５２及び下端部５３には図８（ｂ）、図８（ｅ）に示すように雄型突起２０、くさび３２、皿型反力支持底板６０と接触しながら滑動する適当な丸味をつけることが好ましい。丸味の径があまり大きいと、てこ部材５０が傾動しにくく、丸味の径が小さすぎると傾動動作がスムーズになりにくく、傾動中のてこ部材５０の位置が安定しにくい、などの理由で好ましくない。継手のサイズやくさびの押し戻し量などにもよるが、丸味の半径はＶ字の頂部５１、５２では概ねＲ＝３〜７ｍｍ、Ｖ字の下底部５３では概ねＲ＝８〜１２ｍｍ程度が好ましい範囲である。

図８（ｅ）に示す距離Ｌ₁、Ｌ₂はモーメントの釣り合いより、Ｌ₁とＬ₂の比が大きい程、くさびを押し戻す力は大きく増幅されることになる。この比があまり小さいと、くさびを強力に押し戻すことが困難になり、逆に大きく設定しすぎると、雄型突起２０との位置関係の取り合いが困難になる。雄型突起２０、くさび３２、雌型凹部３０のサイズや設定する締結力の大きさにもよるが、雄型突起２０が完全に押し込まれた状態でのＬ₁とＬ₂の比の値としては、概ね１．５ないし４．０が好ましい範囲である。

なお、本発明の第２の発明の場合に、くさび３２の分割数は特に規定するものではないが、２分割だと雄型継手の挿入方向が芯ずれした時に位置ずれを吸収できにくくなる。また、５分割以上だと雄型継手の外側に各々のくさびの割り駒が均等に入り込みにくくなるだけでなく、部品点数も増えて組み立てしづらくなる。よって、３ないし４分割が現実的に好ましい。また、くさび３２の尾端に座金を設けると、てこ部材５０がくさび３２をより均等に押し戻すため好ましい。

てこ部材５０の反力を支持する皿型反力支持底板６０は図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、中央に突起６１を設け、上面６２は放射方向に上り勾配を付した形状とする。雄型突起２０の進入とともに、てこ部材が継手の軸方向にスムーズに傾動するようにするとより好ましい。皿型反力支持底板６０の上面６２の勾配はあまり小さいとてこ部材５０が傾動しにくく、勾配が大きすぎると、傾動に対する摩擦や抵抗が大きくなるので好ましくない。実用上は３ないし６度の勾配が好ましい範囲である。また、てこ部材が傾動しくさびを押し上げる時に皿型反力支持底板６０の勾配も共働して作用している。なお、皿型反力支持底板６０の上面６２には前述のコイルばね５７（図８（ｃ））が着座する座６４を設けるとよい。

図１０（ａ）〜図１０（ｃ）は図７（ａ）〜図７（ｃ）に示した実施例に、さらに皿ばね４０を付加した実施例を示したものである。この実施例では、てこ部材５０による雄型突起２０と雌型凹部３０との相互間による緊張力と、雄型部材２０がスリーブ３１に反力をとって皿ばね４０により付与される緊張力との双方の緊張力による作用を受けるので、緊張力の付与がより一層確実となる。

外径（最大径）３５ｍｍφ、材質Ｓ４５Ｃ、テーパ角９．５゜の雄型突起２０および、これに対となる雌型凹部３０を設けた継手を用意した。実施例１として図１（ａ）〜図１（ｃ）に示した継手を用い、実施例２として図７（ａ）〜図７（ｃ）に示した継手を用い、実施例３として図１０（ａ）〜図１０（ｃ）に示した継手を用いた。また、比較例として従来のくさび方式の継手を用いた。継手の構成部材一覧は表１に示すとおりである。

これらの実施例１〜３及び比較例１の継手を万能試験機を用いて、継手単体の挿入引き抜き試験を実施した。試験速度１００ｍｍ／分とした。結果は表２に示す成績となった。実施例１〜３の継手の抜け出し量は、比較例のくさび式継手に比較して小さく、初期締結力が大きく、抜け出し量の少ない継手を得ることができ、締結後の何らの操作もなく緊張力を付与できる継手であることが明らかである。

実施例の軸方向継手の締結直前の状態を示す断面図である。実施例の軸方向継手の締結直後の状態を示す断面図である。雄型突起の正面図である。雄型突起の側面図である。割型くさびの平面図である。割型くさびの断面図である。皿ばねの平面図である。皿ばねの断面図である。皿ばねの使用状態を示す説明図である。皿ばねの使用状態を示す説明図である。コイルばねの側面図である。座金の平面図である。座金の断面図である。第２の実施例を示す断面図である。第２の実施例を示す断面図である。第２の実施例を示す断面図である。てこ部材の説明図である。てこ部材の説明図である。てこ部材の説明図である。てこ部材の説明図である。てこ部材の説明図である。皿形反力支持底板の平面図である。皿形反力支持底板の断面図である。第３の実施例の断面図である。第３の実施例の断面図である。第３の実施例の断面図である。従来技術の説明図である。従来技術の説明図である。従来技術の説明図である。従来技術の説明図である。

符号の説明

１０、１１セグメント
２０雄型突起
２１くぼみ
２２円錐台テーパ（抜け止めテーパ）
２３円柱部
２４ねじ
３０雌型凹部
３１円錐台形空洞スリーブ
３２割型くさび
３３コイルばね
３４座金
４０皿ばね
５０、５０ａ、５０ｂ、５０ｃてこ部材
５１、５２Ｖ字の頂部
５３Ｖ字の下端部
５４溝
５６円形リング
５７コイルばね
６０皿形反力支持底板
６１突起
６２上面
６４座
１００雄型突起
１０１抜け止めテーパ
１０２セグメント
１１１くさび
１１２ばね
１１３抜け止め空洞テーパ
１１４スリーブ
１１５セグメント
１２０セグメント
１２１雄型嵌合体
１２２駆動機構
１２３操作部
１３０セグメント
１３１雌型嵌合体

Claims

割型くさびの内面テーパに係合する円錐台テーパを備えた雄型突起と、該割型くさびを内蔵しこれを保持する円錐台形空洞を備えた雌型凹部とを継手面に対向して設け、雄型突起を雌型凹部内に進入させてセグメント同士を締結するコンクリートセグメントのトンネル軸方向継手において、前記雌型凹部の先端端面に円筒状凹みを設け、内径が雄型突起の外周に圧嵌し雄型突起を引き抜き方向に付勢する皿ばねを前記凹み内に配設したことを特徴とするコンクリートセグメントの軸方向継手。
割型くさびの内面テーパに係合する円錐台テーパを備えた雄型突起と、該割型くさびを内蔵しこれを保持する円錐台形空洞を備えた雌型凹部とを継手面に対向して設け、雄型突起を雌型凹部内に進入させてセグメント同士を締結するコンクリートセグメントのトンネル軸方向継手において、前記雌型凹部内に雄型突起の先端に押圧されて前記割型くさびの尾部を軸方向に押圧するてこ部材を内蔵し、該てこ部材は雄型突起と雌型凹部が係合した後、雄型突起を引き抜き方向に付勢する形状・寸法としたことを特徴とするコンクリートセグメントの軸方向継手。
さらに、前記雌型凹部の先端端面に円筒状凹みを設け、内径が雄型突起の外周に圧嵌し雄型突起を引き抜き方向に付勢する皿ばねを前記凹み内に配設したことを特徴とする請求項２記載のコンクリートセグメントの軸方向継手。