JP2010248774A - セグメント及び覆工の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ピンの位置調節が可能な継手構造を、簡単かつ強固な構造にするとともに、プレキャストコンクリート製のセグメントにも適用可能にする。
【解決手段】凸継手部３及び凹継手部４を備え、複数接合されることによりシールドトンネルの覆工を形成するセグメント１であって、前記凸継手部３は、本体に複数隣接して設けられたピン保持部３１ａ、３２ａ、３３ａと、前記ピン保持部に保持されたピンと、からなる。
【選択図】図５

Description

本発明は、シールド工法に用いられるセグメントと、そのセグメントを用いてシールドトンネルの覆工を構築する方法に関する。

洞道や共同溝、鉄道トンネル等を構築する際、セグメントのローリングが大きな問題となる。すなわち、これらのトンネルには電線等の諸設備が設けられるため、それらを取り付けるための金具が埋め込まれた特殊なセグメントが一部に使用される。諸設備はトンネル内の所定位置に正確に配置されなければならないので、金具付きセグメントはできる限り正確な位置に取り付ける必要がある。このため、ローリングが生じた場合、金具付きセグメントの接合位置を修正しなければならない。
従来のセグメントでは、ピンをトンネルの周方向に位置調整可能な継手を採用している。具体的には、セグメントの主桁に長孔（７）を形成し、長孔（７）の背後に長孔（２４）の形成されたワッシャー（２３）を溶接する。そして、ピン本体（２１）のネジ部（２１ｂ）を、ワッシャーに通してナット（２６）で固定する。ピンが固定された後、スペーサ（２２Ａ、２２Ｂ）で長孔（７）を塞ぐ、というものである。これにより、既組立セグメント（２）にローリングが生じた場合、ピン（２１）の固定位置を長孔（２４）に沿ってずらすことにより、組立セグメント（３）の接合位置を修正することができる（特許文献１参照）。

特開２００５−１２０６６１号公報

しかし、この継手構造では、二次覆工を施工するまでの間、ピンをワッシャーで支持することになり、強度に問題がある。補強のためにスペーサを鋼材等で製造することも考えられるが、ピンの位置によって異なる形状のスペーサをその都度作成する必要がある。
一方、最近のセグメントは、二次覆工が省略可能なプレキャストコンクリート製のものが多くなってきている。しかし、この継手部構造は、内部にナットを移動させるための空間が必要となるので、この継手構造をプレキャストコンクリート製のセグメントに適用することは大変困難である。

本発明の課題は、ピンの位置調節が可能な継手構造を、簡単かつ強固な構造にするとともに、プレキャストコンクリート製のセグメントにも適用可能にすることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、凸継手部及び凹継手部を備えるとともに、複数接合されることによりシールドトンネルの覆工を形成するセグメントであって、前記凸継手部は、本体に複数隣接して設けられるピン保持部と、前記ピン保持部に保持されるピンと、からなることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のセグメントであって、前記ピン保持部は、前記本体に形成されたピン保持孔であり、前記ピンは、前記ピン保持孔に差し込まれることにより保持されることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のセグメントであって、前記保持孔は、前記凸継手部が設けられた面の形状に沿って一列に並んでいることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載のセグメントであって、前記本体はプレキャストコンクリート製であることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項２から４の何れか一項に記載のセグメントであって、端部に前記保持孔が形成された鋼材を、前記保持孔が露出するように前記本体に複数埋め込んだこと特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項２から４の何れか一項に記載のセグメントであって、端部に前記保持孔が複数形成された鋼材を、前記保持孔が露出するように前記本体に埋め込んだことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、一方のセグメントに設けられた凹継手部に、他方のセグメントに設けられた凸継手部を嵌合させることにより両セグメントを互いに接合させる覆工の構築方法であって、前記凸継手部に複数隣接して設けられたピン保持孔の何れかにピンを保持させ、前記ピンを前記凹継手部に差し込むことにより、前記一方のセグメントと前記他方のセグメントとを接合させることを特徴とする。

本発明によれば、凸継手部はピン保持部とピンのみで構成されるので、例えば、本体に孔を形成してピン保持部とすれば簡単かつ強固な継手構造とすることができ、本体をプレキャストコンクリート製とすることも容易である。そして、ピンを複数あるピン保持孔の何れかに取り付けることにより、セグメントを本来の位置からずらして取り付けることができるので、ローリングが生じてもセグメントの接合位置を容易に修正することができる。

本発明を適用したセグメントの第１実施例の構成を示す斜視図である。 上記セグメントの一部を示す斜視図である。 上記セグメントの一部を示す縦断面図である。 上記セグメントの一部を示す背面図及び縦断面図である。 上記セグメントを用いたシールドトンネルの構築方法を示す斜視図である。 本発明を適用したセグメントの第２実施例の構成を示す斜視図である。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
〔第１実施例〕
図１は、本発明を適用したセグメント１の一実施形態の構成を示すもので、２は本体、３は凸継手部、４は凹継手部である。本体２はプレキャストコンクリート製で、扇形断面の撓んだ箱型に形成されている。本体２の上面２５は、覆工の外周面となる面で、曲面になっている。下面２６は、覆工の内周面となる面で、上面２５と平行な曲面になっている。接合面２１は、扇形をしており、上面２５及び下面２６に対して垂直に形成されている。接合面２１には、凸継手部３が接合面２１の上下の円弧に沿って複数設けられている。接合面２２は、接合面２１と合同な扇形をしており、上面２５及び下面２６に対して垂直かつ接合面２１と平行に形成されている。接合面２２には、凹継手部４が接合面２２の上下の円弧に沿って複数設けられている。接合面２３と接合面２４は、互いに合同な矩形で、上面２５及び下面２６に対して垂直に形成されている。接合面２３には、凸継手２３ａ及び凹継手２３ｂが設けられている。接合面２４には凸継手２４ａ及び凹継手２４ｂが設けられている。

図２は、凸継手部３を示す斜視図であり、図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。凸継手部３は、金具３１，３２，３３及びピンボルト３４で構成されている。金具３１，３２，３３は、表面に凹凸の形成された互いに同一形状の鋼製の棒である。金具３１，３２，３３の先端には、ピン保持孔３１ａ，３２ａ，３３ａがそれぞれ形成されている。ピン保持孔３１ａ，３２ａ，３３ａの内周面にはそれぞれ雌ネジが切ってある。この金具３１，３２，３３が、ピン保持孔３１ａ，３２ａ，３３ａを接合面２１から露出させた状態で本体２内部に埋め込まれている。金具３１，３２，３３は、その軸が接合面２１に対して垂直となるように配置されている。金具３１が中央に金具３２，３３がその左右両側に並べられ、金具３１と金具３２、金具３１と金具３３がそれぞれ接している。ピン保持孔３１ａ，３２ａ，３３ａは接合面２１の上下の円弧に沿って一列に並んでいる。ピン保持孔３１ａとピン保持孔３２ａとの間及びピン保持孔３１ａとピン保持孔３３ａとの間は金具３１，３２，３３の先端部の厚さの分だけ間隔を空けている。金具３１，３２，３３の基端部はアンカーの役割を果たしている。

ピンボルト３４の先端には、係合部３４ａが形成されている。係合部３４ａは先端に向かうに従って狭まっていくテーパー状になっている。ピンボルト３４の基端には、円柱状の取付部３４ｂが形成されている。取付部３４ｂの表面には雄ネジが切ってあり、ピン保持孔３１ａ，３２ａ，３３ａの何れにも螺合可能となっている。このピンボルト３４は、一つの凸継手部３につき一本、すなわち、ピン保持孔３１ａ，３２ａ，３３ａの何れか一つに取り付けられる。

図４（ａ）は、凹継手部４の縦断面図であり、図４（ｂ）は凹継手部４の正面図である。凹継手部４は、角柱状の筒部４１、差込部４２、アンカー４３等を備えている。筒部４１の内周上面及び内周下面には、板バネ４４が取り付けられている。板バネ４４の先端には、係合部４５がそれぞれ上下動可能に取り付けられている。板バネ４４が自然状態のとき、両係合部４５は、係合部３４ａの先端の幅よりやや広く離間した状態で対向している。筒部４１の先端には板状の差込部４２が取り付けられている。差込部４２の中央には、円形のピン差込孔４２ａが形成されている。筒部４１の基端部は、キャップ４６で塞がれている。筒部４１の左右両側面には、アンカー４３が取り付けられ、筒部４１の後方に伸びている。凹継手部４は、本体２内部に埋め込まれ、差込部４２の表面及びピン差込孔４２ａを接合面２２から露出させている。以上のようにしてセグメント１が構成されている。

このセグメント１によれば、凸継手部３はピン保持孔３１ａ，３２ａ，３３ａとピンボルト３４のみで構成されるので、簡単かつ強固な継手構造とすることができるだけでなく、本体２をプレキャストコンクリート製とすることも容易である。そして、ピンボルト３４を複数あるピン保持孔３１ａ，３２ａ，３３ａの何れかに取り付けることにより、セグメント１を本来の位置からずらして取り付けることができるので、ローリングが生じてもセグメント1の接合位置を容易に修正することができる。

次に、セグメント１を使用したシールドトンネルの構築方法について説明する。
まず、セグメントリング１０を構築する。トンネル内部にセグメント１を、その接合面２２をシールドマシンの進行方向に向けた状態で設置する。設置されたセグメント１の接合面２３と、これから取り付けるセグメント１の接合面２４をシールドトンネルの軸方向にややずらした状態で接触させる。すると、凸継手２３ａが凹継手２４ｂに、凸継手２４ａが凹継手２３ｂに挿入される。これから取り付けるセグメント１を、接合面２３と接合面２４がぴったり重なる方向にずらしていくと、凸継手２３ａと凹継手２４ｂ、凸継手２４ａと凹継手２３ｂが係合してセグメント１が接合される。この作業を所定回繰り返すことにより、環状のセグメントリング１０が組み上がる。このとき、組み上がったセグメントリング１０は、凹継手部４をシールドマシンの進行方向に向けている。

続いて、セグメントリング１０に隣接して新たなセグメントリング１０を組み立てる。始めに、これから取り付けるセグメント１にピンボルト３４を取り付ける。ピンボルトは凸継手部３の中央のピン保持孔３１ａにのみ取り付ける。これから取り付けるセグメント１の他の凸継手部３にも同様にしてピンボルト３４を取り付ける。そして、セグメントリング１０の凹継手部４と、これから取り付けるセグメント１の凸継手部３を対向させる。そして、これから取り付けるセグメント１をセグメントリング１０の方向に移動させてピンボルト３４をピン差込孔４２ａに差し込む。するとピンボルト３４の係合部３４ａが係合部４５に当接する。そのままピンボルト３４の挿入を続けると、テーパー状の係合部３４ａが、上下二つの係合部４５を上と下に押しのけながら係合部４５と係合部４５の間に入り込んでいく。係合部３４ａが係合部４５を通り過ぎると、板バネ４４の付勢力によって係合部４５が元の位置に戻り、係合部３４ａと係合部４５が係合し、セグメントリング１０にセグメント１が接合される。この作業を所定回数繰り返すことにより、セグメントリング１０の前面に新たなセグメントリング１０が組み上がる。

このセグメントリング組立作業が繰り返され、セグメントリング１０が複数連結されてくると、セグメントリング１０が所定位置からシールドトンネルの軸を中心としてローリングしてしまう。覆工の内壁に諸設備を取り付ける等の理由で、次のセグメントリング１０の連結位置を元の正しい位置に戻す必要がある場合には、セグメント１によって接合位置の修正を行う。例えば、図５に示すようにセグメントリング１０が所定位置よりもシールドマシンの進行方向に向かって逆時計回りに回転していた場合、ピンボルト３４をセグメント１のピン保持孔３１ａではなく、ピン保持孔３１ａの左隣のピン保持孔３２ａに保持させる。そうすることで、セグメント１がピンボルト３４をピン保持孔３１ａに取り付けた場合よりもシールドマシンの進行方向に向かって金具３１の幅の分だけ時計回りに回転した状態で取り付けられる。

セグメントリング１０のローリング量が大きすぎて、一度に接合位置を修正しきれない場合には、ピンボルト３４の接合位置を変更したセグメント１で、セグメントリング１０を複数層組み立てていくことで対応できる。この修正作業を必要に応じて行うことにより、組み立て済みのセグメントリング１０が回転してしまっていても、セグメント１を所定の位置に正確に接合させることができる。なお、セグメントリング１０がシールドマシンの進行方向に向かって逆時計回りに回転していた場合には、ピンボルト３４をセグメント１のピン保持孔３３ａに取り付けて接合すればよい。

〔第２実施例〕
図６は、本発明を適用したセグメント１０１の一実施形態の構成を示すもので、１０３は凸継手部である。セグメント１０１の凸継手部１０３以外の構成は第１実施例のセグメント１と同様であり、対応する箇所には同一の符号を付し、その説明は省略する。

凸継手部１０３は、直方体の鋼材１３０及び鋼材１３０の左右両側面に取り付けられたアンカー１３４を有する。鋼材１３０先端面１３０ａの中央には円形のピン保持孔１３１が形成され、ピン保持孔１３１の左右両側には、ピン保持孔１３２，１３３が形成されている。ピン保持孔１３１，１３２，１３３の内周面にはそれぞれ雌ネジが切ってある。ピン保持孔１３１，１３２，１３３の形状は全て同じであり、ピンボルト３４はピン保持孔１３１，１３２，１３３の何れとも螺合可能となっている。凸継手部１０３は、本体２内部に埋め込まれ、先端面１３０ａ及びピン保持孔１３１，１３２，１３３を接合面２２から露出させている。ピン保持孔１３１，１３２，１３３は接合面２１の上下の円弧に沿って一列に並んでいる。以上のようにしてセグメント１０１が構成されている。

このセグメント１０１によれば、ピン保持孔１３１，１３２，１３３が一つの鋼材に形成されているので、セグメント１０１を作成する際に、鉄筋と鋼材１３０との間にモルタルが入り込みにくいという問題がなく、セグメント１０１の品質を高めることができる。また、ピン保持孔１３１，１３２，１３３の間隔を、実施例１のピン保持孔３１ａ，３２ａ、３３ａとの間隔より狭くできるので、より精度の高い位置調節を行うことができる。

セグメント１０１を使用したシールドトンネルの構築方法は、第１実施例と同様である。セグメント１０１の接合位置の修正が必要となった場合に、セグメントリングのずれの方向に応じてピンボルト３４をピン保持孔１３２または１３３に保持させ、セグメント１０１を所定の位置に取り付ける。

なお、以上の実施形態においては、覆工を構成する全てのセグメントを本発明品としたが、一定距離の覆工を従来のセグメントで構築し、接合位置の修正が必要となった箇所のみ本発明品を使用するようにしてもよい。
また、ピンボルトを一箇所に固定し、相対するピン差込孔を複数隣接して設けるようにしても良い。
また、セグメントの形状、ピン保持孔を設ける部材の材質、ピン保持孔の数・間隔等も任意であり、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

１，１０１ セグメント
１０ セグメントリング
２ 本体
３，１０３ 凸継手部
３１，３２，３３ 金具
３１ａ〜３３ａ，１３１〜１３３ ピン保持孔
３４ ピンボルト
４ 凹継手部
４２ａ ピン差込孔
４４ 係合部
１３０ 鋼材

Claims (7)

1. 凸継手部及び凹継手部を備え、複数接合されることによりシールドトンネルの覆工を形成するセグメントであって、
   前記凸継手部は、本体に複数隣接して設けられたピン保持部と、前記ピン保持部に保持されたピンと、からなることを特徴とするセグメント。
2. 前記ピン保持部は、前記本体に形成されたピン保持孔であり、前記ピンは、前記ピン保持孔に差し込まれることにより保持されることを特徴とする請求項１に記載のセグメント。
3. 前記ピン保持孔は、前記凸継手部が設けられた面の形状に沿って一列に並んでいることを特徴とする請求項２に記載のセグメント。
4. 前記本体はプレキャストコンクリート製であることを特徴とする請求項２または３に記載のセグメント。
5. 端部に前記保持孔が形成された鋼材を、前記保持孔が露出するように前記本体に複数埋め込んだこと特徴とする請求項２から４の何れか一項に記載のセグメント。
6. 端部に前記保持孔が複数形成された鋼材を、前記保持孔が露出するように前記本体に埋め込んだことを特徴とする請求項２から４の何れか一項に記載のセグメント。
7. 一方のセグメントに設けられた凹継手部に、他方のセグメントに設けられた凸継手部を嵌合させることにより両セグメントを互いに接合させる覆工の構築方法であって、
   前記凸継手部に複数隣接して設けられたピン保持部の何れかにピンを保持させ、前記ピンを前記凹継手部に差し込むことにより、前記一方のセグメントと前記他方のセグメントとを接合させることを特徴とする覆工の構築方法。

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