JP2008106494A - セグメント継手 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストとなる構造で、セグメント組み立て時の位置決め作業が容易になり、作業効率の向上が図れる。
【解決手段】リング間継手１の雌型継手１０は、中空部を有する略円筒形状の収納ホルダー１１と、収納ホルダー１１の内周側に収容されていて周方向に４分割されてなる係止リング部材１２と、収納ホルダー１１と係止リング部材１２との間に挟持されてなる円筒形状をなす円筒弾性体１３とを具備している。雄型継手２０は、係止リング部材１２に挿入可能とされていて雄側接合面２０ａから突出したピン２１を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、雄型継手と雌型継手によって接合するピン構造のセグメント継手に関する。

従来、シールドトンネルにおいて用いられるセグメント継手は、互いのセグメント接合面に予め連通孔を設けておき、セグメント同士を当接させた際、連通孔にボルトを挿通してナットにより締め付ける構造が多かった。しかし、このような継手構造は、連通孔の位置決めやボルトとナットの締め付け作業等に手間がかかるため、作業効率が悪いという現状があった。そこで、効率的に組み立て可能なピン構造によるセグメントの継手構造が提案されており、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１は、くびれ部を有するピンを備えた雄型継手と、雄型継手を挿入可能とする雌型継手とからなり、雄型継手を雌型継手に挿入したときに雄型継手のピンの周部（くびれ部）をバネの付勢力で押さえ付けるようにして係止してピンの軸方向の移動を規制するようにしたバネ部材を雌型継手に備えた継手構造である。
特開２００３−３２８６９３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のセグメントの継手構造では、雄型継手のピン外周部の一部を押え付けて係止すると共に、容易に雄型継手が抜けないようにしたバネ部材をセグメントに組み込んだ複雑な継手構造になるため、製造コストがかかるといった問題があった。
また、雌型継手に対するピンの挿入方向が変わると、バネ部材によるピン周部の押さえ付けにずれが生じて所定のバネの付勢力をもって固定できないおそれがあった。そのため、セグメントの接合時においてピンの挿入方向にずれがないように精度の高い位置決め作業が要求されていた。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、低コストとなる構造で、セグメント組み立て時の位置決め作業が容易になり、作業効率の向上が図れるセグメント継手を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るセグメント継手では、雌型継手を接合面に有する一方のセグメントと、雄型継手を接合面に有する他方のセグメントの互いの接合面同士を当接させることにより、セグメント同士を接合させるセグメント継手であって、雌型継手は、略円筒形状をなす収納ホルダーと、収納ホルダーの内周側に配置され、周方向に分割された係止リング部材と、収納ホルダーと係止リング部材との間に挟持されてなる弾性部材とを備え、雄型継手は、係止リング部材に挿入可能とされていて他方のセグメントの接合面から突出してなるピンを備えていることを特徴としている。
本発明では、ピンを係止リング部材に挿入したとき、係止リング部材が径方向外側に押し出されて動くことによって弾性部材が圧縮変形し、変形した弾性部材が弾性力によって元に戻ろうとする作用によって、径方向内側に向かう方向に力が働き、ピンの周面を締め付けるようにして押さえ付け、固定することができる。そして、係止リング部材は、その背面側に弾性部材が設けられていることから、この弾性部材が変形可能な範囲内で径方向に動くことが可能であると共に係止リング部材の軸方向に対して所定の傾き角度をもって動くことができる。そのため、ピンが、係止リング部材に対して同軸とならない場合、つまり係止リング部材の軸方向に対して斜めの状態（偏心した状態）の場合であっても、ピンを係止リング部材に挿入することができる。

また、本発明に係るセグメント継手では、弾性部材は円筒形状をなす円筒弾性体であって、円筒弾性体の軸方向両側には隙間が設けられていることが好ましい。
本発明では、係止リング部材が径方向外側に押し出されて動くことによって円筒弾性体がその押し出し方向に圧縮して軸方向に拡がろうとする変形の逃げ領域を確保することができる。

また、本発明に係るセグメント継手では、弾性部材は、係止リング部材の周方向に配置されてなる環状弾性体であることが好ましい。
本発明では、環状弾性体が弾性を有していて変形可能な材料であることから、環状弾性体の内周側に配置される係止リング部材は、環状弾性体の変形範囲内で動くことができる。

また、本発明に係るセグメント継手では、係止リング部材の内周面には雌側凹凸部が形成され、ピンの周面には雌側凹凸部に係合する雄側凹凸部が形成され、雌側凹凸部と雄側凹凸部とが係合状態のとき、ピンの挿入方向と反対方向への移動が規制されることが好ましい。
本発明では、ピンは係止リング部材に対して挿入方向への移動が可能であり、ピンの挿入後には、雌側凹凸部と雄側凹凸部とが係合し、挿入方向と反対方向をなす引抜き方向へのピンの移動が規制され、ロックされた状態になる。そのため、係止リング部材に係合されるピンが、雌型継手から抜け出ることを防止することができる。

また、本発明に係るセグメント継手では、ピンの外径寸法は、係止リング部材の内径寸法より大きいことが好ましい。
本発明では、係止リング部材が分割されていて、しかも係止リング部材の背面に弾性を有する弾性部材が設けられているため、係止リング部材を径方向外側に押し拡げるようにしながらピンを挿入させることができる。

また、本発明に係るセグメント継手では、係止リング部材は、接合面側端面にテーパ面が形成されていることが好ましい。
本発明では、係止リング部材は、接合面側にテーパ面の傾斜に沿った隙間が形成され、例えば接合面側端面に位置する収納ホルダーとの接触面積が小さくなり、係止リング部材の軸方向に対して傾き易くなる。

本発明のセグメント継手によれば、雌型継手は周方向に分割した係止リング部材の背面に弾性部材を設けることによって構成される簡易な継手構造であることから、材料コストや製造コストを低減することができる。
さらに、係止リング部材は、弾性部材の変形範囲内において、径方向に動くことが可能であると共に係止リング部材の軸方向に対して所定の傾き角度をもって動くことができる。そのため、セグメント接合時におけるピンの挿入方向を係止リング部材の軸方向に対して偏心した状態で挿入することができ、雌型継手の係止リング部材にピンを挿入する際の挿入角度の範囲が広くなる効果を奏する。したがって、セグメント組み立て時の位置決め作業が容易になり、作業効率を向上させることができる。

以下、本発明に係るセグメント継手の第一の実施の形態について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１は本発明の第一の実施の形態によるリング間継手の構造を説明する水平断面図、図２は図１に示す雌型継手のＡ−Ａ線断面図、図３は雄型継手を示す平面図である。

図１に示すように、本第一の実施の形態によるセグメントのリング間継手１（セグメント継手）は、リング方向（トンネル軸方向）に隣接配置されているセグメント１０Ａ、２０Ａ同士を接続するものである。セグメント１０Ａ、２０Ａは、シールドトンネルなどにおける円弧板状をなすコンクリート製セグメントなどであり、本実施の形態では符号１０Ａのセグメントが先行して組み立てられている。
ここで、他方のセグメント２０Ａを一方のセグメント１０Ａに接合する方向、或いは後述する雄型継手２０を挿入する方向を「挿入方向Ｅ」とし、挿入方向Ｅの反対方向を「引抜き方向Ｆ」として以下説明する。なお、説明中で用いる「挿入方向Ｅ」は後述する収納ホルダー１１、係止リング部材１２、円筒弾性体１３の中心軸方向に一致する方向であり、この中心軸方向に対して傾きをもった挿入方向は含まないものとする。

図１に示すように、リング間継手１は、一方のセグメント１０Ａの接合面（雌型接合面１０ａ）に設けられた雌型継手１０と、他方のセグメント２０Ａの接合面（雄型接合面２０ａ）に設けられた雄型継手２０とからなる。
そして、トンネルのリング方向に隣接配置されたこれらセグメント１０Ａ、２０Ａの雌型接合面１０ａと雄型接合面２０ａとを接合させることにより、リング間が一体に接続されて構築される。なお、周方向のセグメント同士の接続は、適宜な継手構造によって連結される。

図１及び図２に示すように、雌型継手１０は、中空部を有する略円筒形状の収納ホルダー１１と、収納ホルダー１１の内周側に収容されていて周方向に適宜分割（本実施の形態では４分割）されてなる係止リング部材１２と、収納ホルダー１１と係止リング部材１２との間に挟持されてなる円筒形状をなす円筒弾性体１３（弾性部材）とを具備している。そして、係止リング部材１２及び円筒弾性体１３は、収納ホルダー１１の内側で同軸に配置されている。

収納ホルダー１１は、一端が底部１１ａによって塞がれ、他端が開口端部１１ｂをなし、開口端部１１ｂを接合面１０ａ側に向けた状態でセグメントコンクリートに埋設されている。そして、収納ホルダー１１の開口端部１１ｂには、側壁内面１１ｃに直交する面をなし、径方向内側に突出してなる押さえ部１１ｄが設けられている。
この押さえ部１１ｄは、収納ホルダー１１の内面の周方向全周にわたって形成されている。そして、その突出寸法（収納ホルダー１１の径方向の長さ寸法）は、少なくとも係止リング部材１２に挿入された状態のピン２１（後述する）の周面に接しない程度の寸法とされる。

また、底部１１ａには、その略同軸にボルト孔１１ｅが形成され、底部１１ａの裏面側には袋ナット１４が固着されている。この袋ナット１４は、セグメント製作時におけるコンクリート打設の際に、図示しないセグメント型枠に雌型継手１０を仮に固定配置しておくものである。さらに、収納ホルダー１１の外周面には所定箇所に鉄筋１５、１５、…が例えば溶接などの固着手段により固定されている。

係止リング部材１２は、略円筒形状をなし、例えば軟鋼などの材料から形成されている。ここで、分割された単体の係止リング部材１２を区別して、「分割係止リング部材１２Ａ」とよぶものとする。
係止リング部材１２の内周面は、のこぎり刃形状をなす雌側凹凸部１２ａが形成されている。この雌側凹凸部１２ａは、その山部が挿入方向Ｅに向けて傾斜した形状をなしている。つまり、雌側凹凸部１２ａは、後述する雄型継手２０のピン２１の周面に形成されている雄側凹凸部２１ａ（図３参照）と山谷部が一致して係合し、しかも詳しくは後述するが所定位置まで挿入されたピン２１は引抜き方向Ｆへの移動が規制される構成となっている。
そして、係止リング部材１２の外周面１２ｂは、円筒弾性体１３に接した状態となっている。

このように係止リング部材１２は、周方向に分割され、しかも外周面１２ｂには弾性を有する円筒弾性体１３が配されているため、分割係止リング部材１２Ａ、１２Ａ、…は、その径方向に拡がるようにして動くことが可能な構成となっている。
また、係止リング部材１２の接合面側の端面には、径方向中心に至るに従って挿入方向Ｅに傾斜する端部テーパ面１２ｃが形成されている。端部テーパ面１２ｃを形成することによって、係止リング部材１２は、雌側接合面１０ａ側に端部テーパ面１２ｃの傾斜に沿った隙間（図示省略）が形成され、収納ホルダー１１の押さえ部１１ｄとの接触面積が小さくなり、係止リング部材１２の軸方向に対して傾き易くなっている。

円筒弾性体１３は、例えばゴムなどの弾性を有する材料が使用される。そして、円筒弾性体１３の軸方向の長さ寸法は、係止リング部材１２の長さ寸法より短くなっている。そのため、円筒弾性体１３の軸方向両端側には、所定の隙間Ｓ１、Ｓ２が設けられている。この隙間Ｓ１、Ｓ２は、係止リング部材１２が径方向外側に押し出されて動くことによって円筒弾性体１３がその押し出し方向に圧縮して軸方向に拡がろうとする変形の逃げ領域を確保するものである。
このように円筒弾性体１３を設けることで、係止リング部材１２は、円筒弾性体１３の変形範囲内において、径方向に動くことが可能であると共に係止リング部材１２の軸方向に対して所定の傾き角度をもって動くことができる。そして、このときの傾き角度は、円筒弾性体１３の厚さ（円筒弾性体１３の径方向の長さ寸法）によって任意に設定することができ、例えば固定側凹部１３の厚さを大きくすることで係止リング部材１２の傾き角度（後述するピン２１の挿入角度の範囲に相当）を大きくとることができる。

次に、図３に示すように、雄型継手２０は、係止リング部材１２（図１参照）に挿入可能とされていて雄側接合面２０ａから突出した棒状のピン２１を備えている。ピン２１は、一端の周部に雄ネジが形成された雄ネジ部２２を有し、その雄ネジ部２２が予めセグメントコンクリートに埋設されているメネジ部２３に螺合して接続されている。
そして、ピン２１の周面には、上述した係止リング部材１２の雌側凹凸部１２ａに係合する雄側凹凸部２１ａが形成されている。この雄側凹凸部２１ａは、その山部が先端部２１ｂから接合部２０ａに向かう方向（つまり引抜き方向Ｆ）に傾斜した形状をなしている。すなわち雌側凹凸部１２ａの山谷部の向きと反対向きとなり、上述したように係止リング部材１２に対して、挿入方向Ｅへの移動は可能となるが、反対方向をなす引抜き方向Ｆへの移動は規制される構成となっている。
さらに、ピン２１の外径寸法Ｄ２は、係止リング部材１２の内径寸法Ｄ１（図１参照）より若干大きな寸法をなしている。

次に、このような構成によるリング間継手１の作用について図面に基づいて説明する。
先ず、図１に示すように、リング間継手１によってセグメント１０Ａ、２０Ａを接合するとき、雄型継手２０のピン２１が雌型継手１０の係止リング部材１２の内側に入るように、雄型接合面２０ａを雌型接合面１０ａに対向させて、先行して配置されているセグメント１０Ａにセグメント２０Ａを位置合わせする。
そして、雄型接合面１０ａに雌型接合面２０ａを近付けながらピン２１を係止リング部材１２に挿入する。

このとき、ピン２１は、その外径寸法Ｄ２（図３参照）が係止リング部材１２の内径寸法Ｄ１より若干大きな寸法であることから、係止リング部材１２を径方向外側に押し出すようにして挿入される。具体的には、係止リング部材１２が分割されていて、しかも係止リング部材１２の背面に弾性を有する円筒弾性体１３が設けられているため、ピン２１は各分割係止リング部材１２Ａ（図２参照）を径方向外側に押し拡げるようにしながら挿入される。このとき、円筒弾性体１３は係止リング部材１２の押し出し力により潰れるようにして変形する。

そして、このときの係止リング部材１２は、変形した円筒弾性体１３が弾性力によって元に戻ろうとする作用によって、径方向内側に向かう方向に力が働き、ピン２１の周面（雄側凹凸部２１ａ）を締め付けるようにして押さえ付けることになり、ピン２１が固定される。しかも、円筒弾性体１３を設けたことで、セグメント１０Ａ、２０Ａの接合部（リング間継手１）に作用する拘束力（つまり上記押し付け力に相当）は、例えばボルトなどで剛接合とした継手による拘束力に比べて小さくすることができる。すなわち、円筒弾性体１３が緩衝材の機能を果たすことから、接合部でセグメントが破損することを防止することができる。
また、ピン２１の挿入後には、雌側凹凸部１２ａと雄側凹凸部２１ａとが係合し、上述したように引抜き方向Ｆへのピン２１の移動が規制され、ロックされた状態になる。そのため、係止リング部材１２に係合されるピン２１が、雌型継手１０から抜け出ることを防止することができる。

また、係止リング部材１２は、その背面側に円筒弾性体１３が設けられていることから、この円筒弾性体１３が変形可能な範囲内で径方向に動くことが可能であると共に係止リング部材１２の軸方向に対して所定の傾き角度をもって動くことができる。
そのため、ピン２１が、係止リング部材１２に対して同軸とならない場合（ピン２１の中心軸と係止リング部材１２の中心軸とがずれている場合）、つまり係止リング部材１２の軸方向に対して斜めの状態（偏心した状態）の場合であっても、ピン２１を係止リング部材１２に挿入することができ、雌側凹凸部１２ａと雄側凹凸部２１ａは係合することができる。

本第一の実施の形態によるセグメント継手では、雌型継手は周方向に分割した係止リング部材１２の背面に円筒弾性体１３を設けることによって構成される簡易な継手構造であることから、材料コストや製造コストを低減することができる。
さらに、係止リング部材１２は、円筒弾性体１３の変形範囲内において、径方向に動くことが可能であると共に係止リング部材１２の軸方向に対して所定の傾き角度をもって動くことができる。そのため、セグメント接合時におけるピン２１の挿入方向を係止リング部材１２の軸方向に対して偏心した状態で挿入することができ、雌型継手１０の係止リング部材１２にピン２１を挿入する際の挿入角度の範囲が広くなる効果を奏する。したがって、セグメント組み立て時の位置決め作業が容易になり、作業効率を向上させることができる。

次に、本発明の第二の実施の形態及び変形例について、図４及び図５に基づいて説明するが、上述の第一の実施の形態と同一又は同様な部材、部分には同一の符号を用いて説明を省略し、第一の実施の形態と異なる構成について説明する。
図４は第二の実施の形態によるリング間継手の雌型継手を示す断面図である。
図４に示すように、第二の実施の形態による雌型継手１０では、第一の実施の形態の円筒弾性体１３（図１参照）に代えて弾性を有するＯリングなどからなる環状弾性体３１、３２（弾性部材）を採用したものである。このリング弾性体３１、３２は、収納ホルダー１１と係止リング部材１２の間に挟持され、そのリング軸方向を係止リング部材１２の周方向に配置させ、挿入方向Ｅに所定間隔をもって二箇所に配置されている。本第二の実施の形態では、リング弾性体３０（３１、３２）が変形可能であることから、第一の実施の形態と同様の効果を奏する。
なお、第二の実施の形態では二個のリング弾性体３０を用いているが、とくに数量は限定されることはなく、三個以上を設置してもよい。

次に、図５は第一の実施の形態の変形例によるリング間継手の雌型継手を示す水平断面図である。
図５に示すように、変形例の雌型継手４０では、第一の実施の形態の係止リング部材１２の雌側凹凸部１２ａ（図１参照）を形成しない第二係止リング部材４２を使用したものである。第二係止リング部材４２は、その内周面４２ａが挿入方向Ｅと平行な水平面をなしている。そして、第二係止リング部材４２の外周面は、挿入方向Ｅに向かうに従って外径寸法が大きくなるテーパ面４２ｂを形成させたものである。本変形例では、第一の実施の形態と比べて第二係止リング部材４２や第二円筒弾性体４３の形状が異なるが、第二円筒弾性体４３が変形する構成を有しているため、第一の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。

以上、本発明によるセグメント継手の第一及び第二の実施の形態について説明したが、本発明は上記の第一及び第二の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本第一の実施の形態では係止リング部材１２と円筒弾性体１３とは非固定状態とされているが、一体化されていてもかまわない。
また、本第一及び第二の実施の形態では係止リング部材１２を４分割としているが、４分割であることに限定されることはなく、その分割数は２分割以上であればよい。
さらに、第一及び第二の実施の形態では、係止リング部材１２の内周面には雌側凹凸部１２ａが形成されているが、この雌側凹凸部１２ａが無い係止リング部材１２であってもよい。さらに、ピン２１についても同様に雄側凹凸部２１ａはあってもなくてもかまわない。要は、係止リング部材１２が背面の弾性部材によって、引抜き方向Ｆにピン２１が移動しない程度にピン２１の周面を押圧して固定できればよいのである。

本発明の第一の実施の形態によるリング間継手の構造を説明する水平断面図である。 図１に示す雌型継手のＡ−Ａ線断面図である。 雄型継手を示す平面図である。 第二の実施の形態によるリング間継手の雌型継手を示す断面図である。 第一の実施の形態の変形例によるリング間継手の雌型継手を示す水平断面図である。

符号の説明

１ リング間継手
１０Ａ、２０Ａ セグメント
１０ａ 雌側接合面
２０ａ 雄側接合面
１０、４０ 雌型継手
１１ 収納ホルダー
１１ｄ 押さえ部
１２ 係止リング部材
１３ 円筒弾性体（弾性部材）
２０ 雄型継手
２１ ピン
３０、３１、３２ 環状弾性体（弾性部材）
４２ 第二係止リング部材

Claims (6)

1. 雌型継手を接合面に有する一方のセグメントと、雄型継手を接合面に有する他方のセグメントの互いの接合面同士を当接させることにより、セグメント同士を接合させるセグメント継手であって、
   前記雌型継手は、
   略円筒形状をなす収納ホルダーと、
   前記収納ホルダーの内周側に配置され、周方向に分割された係止リング部材と、
   前記収納ホルダーと前記係止リング部材との間に挟持されてなる弾性部材と、
   を備え、
   前記雄型継手は、前記係止リング部材に挿入可能とされていて前記他方のセグメントの接合面から突出してなるピンを備え、
   ていることを特徴とするセグメント継手。
2. 前記弾性部材は円筒形状をなす円筒弾性体であって、前記円筒弾性体の軸方向両側には隙間が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセグメント継手。
3. 前記弾性部材は、前記係止リング部材の周方向に配置されてなる環状弾性体であることを特徴とする請求項１に記載のセグメント継手。
4. 前記係止リング部材の内周面には雌側凹凸部が形成され、
   前記ピンの周面には前記雌側凹凸部に係合する雄側凹凸部が形成され、
   前記雌側凹凸部と前記雄側凹凸部とが係合状態のとき、前記ピンの挿入方向と反対方向への移動が規制されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のセグメント継手。
5. 前記ピンの外径寸法は、前記係止リング部材の内径寸法より大きいことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のセグメント継手。
6. 前記係止リング部材は、接合面側端面にテーパ面が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のセグメント継手。

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