JP2008008103A - セグメントの接合方法及びセグメントの継手構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で隣接するセグメント同士を容易に接合する方法とその時に用いられる継手構造とを提供する。
【解決手段】セグメント１０として、坑口側の側面１１に複数のガイドパイプ１３を埋設し、切羽側の側面１２に上記ガイドパイプ１３よりも短いガイドパイプ１４を埋設した後、坑口側ガイドパイプ１３にピン部材１５の一端側１５ｍを挿入して接着剤などで仮止めし、このピン部材１５の他端側１５ｎを既設のセグメントリングのセグメント１０Ｚの切羽側側面１２に設けられた切羽側ガイドパイプ１４に挿入して、トンネル軸方向のセグメント１０，１０Ｚを接合するようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、シールドトンネル等に使用されるセグメント、及び、セグメントの接合する方法とセグメント同士を接合するための継手構造に関するものである。

従来、シールド工法においては、建設コストの縮減、環境負荷の低減などの観点から、急速施工、二次覆工省略や一次覆工一体化などの技術が求められている。これらの課題に対しては、セグメント本体内面を平滑な状態に保ったままで組立てるセグメントの継手構造が注目されており、種々の提案がなされている。
図６（ａ）は、従来、一般的に用いられている短ボルトを用いた継手構造を示す図で、セグメント５０の各端面に複数の継手鋼板５１をそれぞれ設けるとともに、この継手鋼板５１の背面側を切り欠いてボルトボックス５２を設けておき、図６（ｂ）に示すように、隣接するセグメントト５０，５０の継手鋼板５１，５１同士を突き合わせてから、上記継手鋼板５１，５１の図示しないボルト孔に短ボルト５３を挿通した後、ナット５４にて上記継手鋼板５１，５１同士を締結して隣接するセグメント５０，５０同士を接合する（例えば、特許文献１参照）。
しかし、上記短ボルト５３を用いた継手は、組立作業に時間を要したり、ボルトボックス５２の穴埋め作業が発生するなどの理由から、工期短縮のため、ピン形式の継手が多く用いられてきている。このピン形式の継手は、図７（ａ）に示すように、セグメント６０のトンネル軸方向の坑口側の側面６１に複数のピン継手７０を突設するとともに、切羽側の側面６２に凹状の係止部材８０を埋設して、一方のセグメント６０のピン継手７０を他方のセグメント６０の係止部材８０に挿入・係合させて隣接するセグメント６０，６０同士を接合する方法も提案されている。上記ピン継手７０を用いた継手構造は、詳細には、図７（ｂ）に示すように、一方のセグメント６０Ａの上記側面６１ａに雌ネジが形成されたインサート金具６３を埋設し、このインサート金具６３にピン継手７０のネジ部７１を螺入して、ピン継手７０の他端側を上記側面６１ａから突出させるとともに、他方のセグメント６０Ｂに凹部６４を形成し、この凹部６４にテーパー状の周壁８１ａと平らな底部８１ｂとから成るケーシング８１と、このケーシング８１内に中空状の挿入孔８２ａを有する楔材８２と、弾発材８３とを備えた係止部材８０を収納したものである。これにより、上記凹部６４にピン継手７０を挿入すると、上記ピン継手７０は、上記弾発材８３により上記セグメント６０Ａ，６０Ｂの接合面である側面６１ｂ側にスライドされた楔材８２により挟み付けられて係止されるので、セグメント６０Ａとセグメント６０Ｂとを確実に接合することができる。（例えば、特許文献２参照）。
また、上記のようなピン形式の継手は、ジャッキの押し込みだけでセグメントの組立てができるので、従来のボルト等による連結に比較して、工期を短縮することができる。
特開平１１−１４１２８５号公報 特開平８−１８９５１１号公報

しかしながら、上記従来のピン形式の継手では、ピン継手７０を保持するためのインサート金具６３が必要であったり、ピン継手７０を挿入するため係止部材８０の構造が複雑であるため、コスト高であるだけでなく、これらの部材を配設するためのスペースを確保する必要があることから、当該セグメント６０の配筋の自由度が制限されてしまうといった問題点があった。
また、上記インサート金具６３はセグメント６０の作製時に埋設され、コンクリートの養生時を含めて長時間放置されるのでネジ部に錆が生じやすく、そのため、ピン継手７０の螺入に支障をきたす恐れがある。

本発明は、従来の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な構成で隣接するセグメント同士を容易に接合する方法とその時に用いられる継手構造とを提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意検討した結果、環状に組上げられたセグメントリングには土圧が作用するので、トンネルの直線部分もしくは緩いカーブの部分では、トンネル軸方向には、上記従来のような引張り締結力を必要としないので、セグメント同士をトンネル軸方向に接合する継手としては、剪断抵抗力のみがあれば十分であることを見いだし、本発明に到ったものである。
本発明の請求項１に記載の発明は、ピン継手を用いてトンネル軸方向のセグメント同士を接合する方法であって、セグメントの切羽側及び坑口側の両側面に、一端側がセグメントの突き合わせ端面側に開口する複数のガイドパイプをそれぞれ埋設するとともに、その両端部が、上記セグメントの互いに対向する位置に埋設された上記ガイドパイプにそれぞれ挿入されるピン部材を用いて、上記セグメント同士を接合するようにしたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセグメントの接合方法において、上記セグメントのコンクリートを打設するための型枠に予め上記ガイドパイプを固定し、これをインサート部材としてコンクリートを打設し、上記ガイドパイプを上記セグメントに埋設するようにしたものである。
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のセグメントの接合方法において、上記ピン部材の一端を坑口側の側面に埋設されたガイドパイプに挿入して仮止めした後、上記ピン部材の他端を切羽側の側面に埋設されたガイドパイプに挿入してトンネル軸方向のセグメント同士を連結するようにしたものである。

また、請求項４に記載の発明は、トンネル軸方向のセグメント同士を連結するための継手構造であって、当該セグメントの切羽側及び坑口側の両側面にそれぞれ埋設された、一端側がセグメントの突き合わせ端面側に開口する複数のガイドパイプと、一端側が当該セグメントの坑口側に埋設されたガイドパイプに挿入され、他端側が上記ガイドパイプの開口部から突出するピン部材とを備えたことを特徴とするものである。
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載のセグメントの継手構造において、坑口側の側面に埋設されるガイドパイプの長さを、他端を切羽側の側面に埋設されるガイドパイプの長さよりも長くしたものである。

本発明によれば、セグメントの切羽側及び坑口側の両側面に、一端側がセグメントの突き合わせ端面側に開口する複数のガイドパイプをそれぞれ埋設するとともに、その両端部が、接合するセグメントの互いに対向する位置に埋設された上記ガイドパイプにそれぞれ挿入されるピン部材を用いて、トンネル軸方向のセグメント同士を接合するようにしたので、簡単な構成で隣接するセグメント同士を容易に接合することができる。
上記構成では、セグメントにはガイドパイプを埋設するだけでよいので、継手部のスペースを少なくでき、セグメントの配筋の自由度が向上する。
このとき、上記セグメントのコンクリートを打設するための型枠に予め上記ガイドパイプを固定し、これをインサート部材としてコンクリートを打設し、上記ガイドパイプを上記セグメントに埋設するようにすれば、ガイドパイプを所定の位置に正確に埋設することができるので、セグメント同士を精度よく接合することができる。
また、坑口側の側面に埋設されるガイドパイプの長さを、他端を切羽側の側面に埋設されるガイドパイプの長さよりも長くしておき、上記坑口側のガイドパイプに予めピン部材を挿入して仮止めした後、上記ピン部材の他端を切羽側のガイドパイプに挿入するようにすれば、セグメントの接合作業を容易に行うことができるとともに、ピン部材が仮止め状態であっても作業中に外れることがないので、セグメントの接合作業を確実に行うことができる。

以下、本発明の最良の形態について、図面に基づき説明する。
図１は、本実施の形態に係るセグメントの概要を示す図で、図２はセグメントの接合方法を示す模式図、図３はセグメントの継手構造の一例を示す要部断面図である。各図において、１０はトンネル軸方向の突き合わせ端面である坑口側側面１１と切羽側側面１２とに複数のガイドパイプ１３，１４が埋設されたセグメント、１５はセグメント同士を接合する際に、一方の端部１５ｍが、坑口側側面１１に埋設されたガイドパイプ（以下、坑口側ガイドパイプという）１３に挿入され、他方の端部１５ｎが上記坑口側ガイドパイプ１３の開口部から突出するように、上記坑口側ガイドパイプ１３の中空部に仮止めされたピン部材、１６は上記セグメント１０のトンネル円周方向の一方の側面１７ａに設けられた簡易ノブ継手、１８は他方の側面１７ｂに設けられた長穴で、この長穴１８には上記簡易ノブ継手１６を挿入固定するためのガイド金物(図示せず)が埋設されている。
また、２０は複数のセグメント１０をトンネル径方向に環状に接合してなる既設のセグメントリングで、上記既設のセグメントリング２０を構成するセグメントを、新たに接合するセグメント１０と区別するため、以下、セグメント１０Ｚと表わす。

本例では、上記坑口側ガイドパイプ１３と、切羽側側面１２に埋設されたガイドパイプ（以下、切羽側ガイドパイプという）１４とを、当該側面１１（または、側面１２）側に開口する金属または合金から成る筒状体から構成するとともに、セグメント１０を作製する際には、セグメント１０のコンクリートを打設するための型枠に上記各ガイドパイプ１３，１４をインサート部材として保持して、コンクリートを打設することにより、上記各ガイドパイプ１３，１４を当該セグメント１０に埋設するようにしている。これにより、ガイドパイプ１３，１４を所定の位置に正確に埋設することができ、セグメント１０とセグメント１０とを精度よく接合することができる。
図３（ａ）は、ガイドパイプ１３を型枠３０に固定する例を示す図で、円筒状のガイドパイプ１３の開口部となる側とは反対側に、座金１３ｋを溶接等で取付け、この座金１３ｋに袋ナット１３ｎを溶接等で取付けるとともに、上記型枠３０の上記ガイドパイプ１３を固定する位置にボルト貫通孔３１を設けて、このボルト貫通孔３１から支持用ボルト３２を上記袋ナット１３ｎに螺入して、上記ガイドパイプ１３を上記型枠３０に固定し、インサート部材とする。このとき、上記型枠３０のガイドパイプ１３を固定する位置に、上記ガイドパイプ１３の中空部側に突出するパイプ位置決め座３３を設け、ガイドパイプ１３の開口部の内壁がパイプ位置決め座３３の周縁部に当接するようにしておけば、上記ガイドパイプ１３を所定の位置に容易に固定することができる。このとき、図３（ｂ）に示すように、外径がガイドパイプ１３の外径よりも大きな袋ナット１３Ｎを用いれば、座金１３ｋを用いる必要はない。
なお、ガイドパイプ１４を型枠３０に取付ける場合も同様である。
また、ガイドパイプ１３，１４の形態としては、上記図３（ａ），（ｂ）に示した形態に限るものではなく、図３（ｃ）に示すような、一端が閉じた筒状体の中空部の底部にネジ穴１３ｚを形成した形態のガイドパイプ１３Ａを用いてもよい。

また、図４に示すように、ピン部材１５を保持する坑口側ガイドパイプ１３の内径Ｄ１を、ピン部材１５の外径Ｄよりも若干（＋０〜０．５ｍｍ）広くしておくとともに、その長さＬ１を切羽側ガイドパイプ１４の長さＬ２よりも長く設定する。具体的には、Ｌ２を３０ｍｍ程度とし、Ｌ１を５０〜１００ｍｍとする。また、セグメントの接合時にピン部材１５が挿入される切羽側ガイドパイプ１４の外径を、ピン部材１５の外径Ｄ（２０〜２４ｍｍ程度）よりも３ｍｍ程度広くしておけば、ピン部材１５の挿入が更に容易となる。
上記各ガイドパイプ１３，１４は構造が単純であり、ピン部材１５よりも若干径が大きいだけなので、埋設が容易であるだけでなく、従来の継手構造に比較して継手部のスペースが少なくて済むという利点がある。セグメント１０の端面近傍には、通常、主筋の他に補強筋を配置することが多いので、本例のように、継手部のスペースが少ないと、主筋だけでなく、補強筋の配置においても配筋の自由度が向上する。

一方、ピン部材１５は金属または合金から成る棒状の部材で、その長さは、上記坑口側ガイドパイプ１３の長さＬ１と上記切羽側ガイドパイプ１４の長さＬ２の和よりも若干短くなるように設定されている。また、各ガイドパイプ１３，１４への挿入が容易になるように、上記ピン部材１５の側面側に複数本の切欠き溝部１５ｋを形成するとともに、切羽側ガイドパイプ１４側の端部１５ｎの断面積が先端に行くに従って小さくなる形状としている。これにより、接合するセグメント１０，１０同士が位置ズレしていても、上記ピン部材１５を切羽側ガイドパイプ１４に容易に挿入することができる。なお、坑口側ガイドパイプ１３側の端部１５ｍも同様の形状にしてもよい。

次に、本発明によるセグメントの接合方法について説明する。
はじめに、図４に示すように、新たに接合するセグメント１０の坑口側側面１２に埋設された坑口側ガイドパイプ１３のそれぞれにピン部材１５を挿入し、接着剤あるいは樹脂モルタルなどを用いて仮止めする。
上記坑口側ガイドパイプ１３の長さＬ１は切羽側ガイドパイプ１４の長さＬ２よりも長いので、上記ピン部材１５を確実に上記坑口側ガイドパイプ１３内に保持することができる。また、上記坑口側ガイドパイプ１３の内径Ｄ１はピン部材１５の外径Ｄより若干広いだけなので、ピン部材１５の上記端部１５ｍと坑口側ガイドパイプ１３の底部との間に閉じ込められた空気を逃がしてやる必要があるが、本例では、ピン部材１５の側面に切欠き溝部１５ｋが設けてあるので、上記ピン部材１５をスムースに坑口側ガイドパイプ１３内に挿入することができるとともに、仮止めに用いる接着剤（または、樹脂モルタル）が上記切欠き溝部１５ｋ内に浸入するので、上記ピン部材１５の保持強度を更に高めることができる。

次に、図１に示すように、ピン部材１５が挿入・仮止めされたセグメント１０の坑口側側面１１と、このセグメント１０が接合される、既設のセグメントリング２０のセグメント１０Ｚの切羽側側面１２とを対向させ、上記ピン部材１５の突出部である他端側１５ｎを、上記セグメント１０Ｚの切羽側ガイドパイプ１４内に挿入する。上記切羽側ガイドパイプ１４の内径Ｄ２は上記ピン部材１５の外径Ｄよりも広く、かつ、上記ピン部材１５の他端側１５ｎの先端は細くなっているので、セグメント１０とセグメント１０Ｚとの位置ズレがあったとしても、上記ピン部材１５を上記切羽側ガイドパイプ１４内にスムースに挿入することができる。これにより、セグメント１０とセグメント１０Ｚとを容易に接合することができる。
また、トンネルの直線部分もしくは緩いカーブの部分では、トンネル軸方向には引張り締結力を必要とせず、剪断力に対してのみ対応すればよい。本例では、上記ピン部材１５によりトンネル軸方向に隣接するセグメント１０とセグメント１０Ｚとを接合しているので、セグメントリング２０の組立後に土圧が作用した場合でも、セグメント１０，１０Ｚ間の位置ズレを確実に防止することができる。

このように、本実施の形態では、セグメント１０として、坑口側の側面１１に複数のガイドパイプ１３を埋設し、切羽側の側面１２に上記ガイドパイプ１３よりも短いガイドパイプ１４を埋設した後、坑口側ガイドパイプ１３にピン部材１５の一端側１５ｍを挿入して接着剤などで仮止めし、このピン部材１５の他端側１５ｎを既設のセグメントリング２０のセグメント１０Ｚの切羽側側面１２に設けられた切羽側ガイドパイプ１４に挿入して、トンネル軸方向のセグメント１０，１０Ｚを接合するようにしたので、簡単な構成で隣接するセグメント同士を容易に接合することができる。
また、セグメント１０には、上記ピン部材１５よりも若干径の大きなガイドパイプ１３，１４を埋設するだけでいいので、セグメント１０を安価に製造することができるとともに、継手部のスペースを少なくできるので、補強筋の配置などの、当該セグメント１０の配筋の自由度を大きくすることができる。
また、セグメント１０の型枠３０にガイドパイプ１３，１４をインサート部材として保持してコンクリートを打設し、上記ガイドパイプ１３，１４をセグメント１０に埋設するようにすれば、ガイドパイプ１３，１４を所定の位置に正確に埋設することができる。

なお、上記実施の形態では、各ガイドパイプ１３，１４の形状を円筒状とし、ピン部材１５の形状を円柱状としたが、これに限るものではなく、図５（ａ）に示すように、ガイドパイプ１３，１４を角柱状とし、ピン部材１５を上記角柱の内壁に内接する円筒状とするなど、他の形状であってもよい。
また、上記例では、ピン部材１５の挿入を容易にするため、その側面部に切欠き溝部１５ｋを設けたが、図５（ｂ）に示すように、面取り部１５ｖを設けてもよい。
また、上記ピン部材１５を構成する材料の剛性とガイドパイプ１３，１４を構成する材料の剛性を異なるようにすれば、一方が他方へ食い込むようにして連結するので、ピン部材１５の保持強度が向上する。なお、この場合には、ガイドパイプ１３，１４をアルミニウム合金やウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂などの各種プラスチックや硬質ゴムなどで構成し、ピン部材１５を鉄あるいは炭素鋼などで構成することが好ましい。
なお、セグメント同士をトンネル円周方向に接合する際の継手、あるいは、トンネル軸方向であってもカーブの傾斜が大きい箇所では、引張力に対しても対応する必要があることから、上記簡易ノブ継手１６や短ボルト形式の継手などの従来の継手構造を用いることが望ましい。

以上説明したように、本発明によれば、簡単な構成で、隣接するセグメント同士を容易に接合することができるので、セグメントの接合作業の効率を向上させることができるとともに、継手の部品点数が少ないので、セグメントのコストダウンを図ることができる。

本発明の最良の形態に係るセグメントの接合方法の概要を示す図である。 本最良の形態に係るセグメントの構成を示す図である。 本発明によるガイドパイプの埋設方法の一例を示す図である。 本最良の形態に係るセグメントの継手構造を示す要部断面図である。 本発明によるセグメントの継手構造の他の例を示す図である。 従来のセグメントの接合方法（短ボルト形式の継手）を示す図である。 従来のセグメントの接合方法（ピン形式の継手）を示す図である。

符号の説明

１０，１０Ｚ セグメント、１１ 坑口側の側面、１２ 切羽側の側面、
１３ 坑口側のガイドパイプ、１４ 切羽側のガイドパイプ、１５ ピン部材、
１５ｍ ピン部材の坑口側端部、１５ｎ ピン部材の切羽側端部、１５ｋ 切欠き溝部、１６ 簡易ノブ継手、１７ａ，１７ｂ 円周方向側面、１８ 長穴、
２０ 既設のセグメントリング。

Claims (5)

1. セグメントの切羽側及び坑口側の両側面に、一端側がセグメントの突き合わせ端面側に開口する複数のガイドパイプをそれぞれ埋設するとともに、その両端部が、上記セグメントの互いに対向する位置に埋設された上記ガイドパイプにそれぞれ挿入されるピン部材を用いて、トンネル軸方向のセグメント同士を接合するようにしたことを特徴とするセグメントの接合方法。
2. 上記セグメントのコンクリートを打設するための型枠に予め上記ガイドパイプを固定した後、コンクリートを打設して上記ガイドパイプを上記セグメントに埋設したことを特徴とする請求項１に記載のセグメントの接合方法。
3. 上記ピン部材の一端を坑口側の側面に埋設されたガイドパイプに挿入して仮止めした後、上記ピン部材の他端を切羽側の側面に埋設されたガイドパイプに挿入してトンネル軸方向のセグメント同士を接合するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のセグメントの接合方法。
4. セグメントの切羽側及び坑口側の両側面にそれぞれ埋設された、一端側が当該セグメントの突き合わせ端面側に開口する複数のガイドパイプと、一端側が当該セグメントの坑口側に埋設されたガイドパイプに挿入され、他端側が上記ガイドパイプの開口部から突出するピン部材とを備えたことを特徴とするセグメントの継手構造。
5. 坑口側の側面に埋設されるガイドパイプの長さを、他端を切羽側の側面に埋設されるガイドパイプの長さよりも長くしたことを特徴とする請求項４に記載のセグメントの継手構造。
   

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