JP2015172320A - セグメントのリング間継手およびリング間連結方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シールド工法におけるセグメントをトンネル軸方向に連結している端面同士が離れる方向の力が加えられた場合も、セグメント間の連結を十分に維持することが可能なリング間継手およびリング間連結方法を提供する。
【解決手段】 セグメント１０Ａとセグメント１０Ｂとをトンネル軸方向に連結するリング間継手３０であって、セグメント１０Ａの雄ピン３１と、セグメント１０Ｂの雄ピン３１に対応する位置に設けられている雌窯３２と、楔３３とを備えており、雄ピン３１が割れ目３４を有しており、雌窯３２が雄ピン３１の割れ目３４に対応する位置に押し棒３５を有しており、楔３３が、押し棒３５によって割れ目３４に押し込まれることにより、雄ピン３１の外径が雌窯内３２において太くなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、シールド工法に用いられるセグメントをトンネルの軸方向に一体連結するセグメントのリング間継手およびリング間連結方法に関する。

シールドマシンを使用して掘削するシールド工法は、都市トンネルや海底トンネルの構築に用いられている。シールド工法において用いられるセグメントは、一般に、ボルトナット等の締結部材（セグメント間継手）を用いてトンネル周方向にリング状に連結されるとともに、トンネル軸方向に連続的に連結されてトンネル本体を構成する。リング状に連結されたセグメントをトンネル軸方向に連結するための手段として、種々の連結構造（リング間継手）が採用されている（例えば、特許文献１、２）。

特許文献１には、対向するセグメントの各端面に、周方向に所定間隔を置き互いに合致する位置に設けた所定長のアンカー挿入孔と、セグメントの連結面と交差して双方のセグメントのアンカー挿入孔に配設したアンカー部材と、アンカー挿入孔とアンカー部材との間隙を充填してアンカー部材を定着するアンカー定着材とからなるセグメントの連結構造が記載されている。

特許文献２には、セグメントの連結端面の一方にアンカーピンを突設し、連結端面の他方にアンカーピンの挿入孔を設けた連結構造が記載されている。同文献に記載された連結構造では、楔体がアンカーピンの挿入孔の底に当接するまで挿入されて、アンカーピンが挿入孔内で開脚することにより抜け止めとなる。

特開平５−５９８９２号公報 特開２００９−４６９５８号公報

リング間継手には、推進ジャッキの開放、シールド機械からの脱出時のテール落ち、カーブ施工時に内側に生じる力、地震などにより、種々の外力が加えられる。これら外力は、トンネルを長くする方向（トンネル軸方向）に働き、セグメントのリング間の目開きによる漏水の原因となる。このように、目開きの原因としては、種々の外力が考えられるが、以下では、推進ジャッキの開放を例として説明する。

シールド工法において用いられるシールドマシンは、その後部に配置されたジャッキの推進力により前進し、先端の切羽を地盤に押しつけて掘削しながら前進する。掘削が１リングのセグメント分ほど前進すると、シールドマシン内部で組み上げられたセグメントがトンネル軸方向に追加されて、トンネル断面の１周分（リングセグメント）が構築される。上記のようにしてリングセグメントを追加する際、シールドマシンの推進に用いられていたジャッキが開放される。このとき、ジャッキにより既に配置されたセグメントに対して加えられていた大きな力に緩みが生じる。この力の緩みにより、トンネル軸方向に連結された既設のリングセグメントが相互に離れる方向に移動することがある。これはジャッキによる大きな力に緩みが生じた際に、リングセグメントを接合する端面に設けられている止水用のシール材が、膨張または復元して配設用の溝の外に突出することによる。

すなわち、ジャッキの大きな力によって溝の中に納まっていた止水用のシール材は、ジャッキを開放すると、その弾性力および復元力により瞬時に復元膨張する。この復元膨張により、既に配置されたリングセグメントには、連結された隣接する端面が離れる方向へ力が加えられる。連結構造がシール材の復元膨張による力に対抗して連結を維持するために十分な接合力を備えていなければ、セグメントのリング間の連結が弱くなって、セグメント間にいわゆる目開きが生じるおそれがあるという問題があった。

本発明はかかる従来の問題に着目してなされたものであり、シールド工法におけるリング間の連結（接続）を十分に保持することができるセグメントのリング間継手およびリング間連結方法を提供することを目的としている。

本発明のセグメントのリング間継手は、セグメントをトンネル軸方向に連結するリング間継手であって、雄ピンと、前記雄ピンに対応する位置に設けられる雌窯と、楔とを備えており、前記雄ピンが、割れ目を有しており、前記雌窯が、前記雄ピンの前記割れ目に対応する位置に突起部を有しており、前記楔が、前記突起部によって前記割れ目に押し込まれることにより、前記雄ピンの外径が前記雌窯内において太くなるものである。

本発明のセグメントのリング間継手は、前記雄ピンの外周面に第１の凹凸が形成されており、前記雌窯の内周面に第２の凹凸が形成されている構成としてもよい。前記第１の凹凸および前記第２の凹凸は、例えば、溝により構成してもよい。この場合、前記楔が前記割れ目の所定位置に押し込まれるまで、前記雄ピンの外径が太くならず、前記楔が前記所定位置からさらに奥側に押し込まれると、前記雄ピンの外径が太くなって、前記第１の凹凸および前記第２の凹凸である前記溝同士がかみ合うものとすることが好ましい。

本発明のセグメントのリング間継手は、前記雄ピンの外周面または前記雌窯の内周面が、階段状に形成されている構成としてもよい。この場合、前記雄ピンの外周面が曲面状に形成されており、前記雌窯の内周面は、その幅が奥に行くほど広くなる階段状に形成されている構成としてもよい。

本発明のセグメントのリング間継手は、セグメントをトンネル軸方向に連結するリング間継手であって、その奥側に移動可能な状態で楔が挿入されている割れ目を有しており、前記楔が前記割れ目の奥側に移動することにより外径が太くなる雄ピンを備えている。
本発明のセグメントのリング間継手は、セグメントをトンネル軸方向に連結するセグメント間継手であって、端部に楔が設けられた突起部をその内部に有している雌窯を備えている。

本発明のセグメントのリング間継手は、前記セグメントが、トンネル軸方向の端面にシール材を備えた溝を有していてもよい。

本発明において、「楔」とは、突起部により押し込まれると割れ目の奥側に移動して、割れ目を押し広げて雄ピンの外径を太くする機能を備えたものをいう。楔は、突起部とは別体のものとして構成されていることから、一度、押し込まれた後は、突起部が割れ目の奥側とは反対側に移動したときに、突起部と共に割れ目の内部を移動することなく、押し込まれた位置にとどまって、割れ目を押し広げる機能を維持する。

本発明のセグメントのリング間連結方法は、セグメントをトンネル軸方向に連結する方法であって、第１のセグメントの端面に設けられている割れ目を有している雄ピンを、第２のセグメントの端面に設けられている、前記割れ目に対応する位置に突起部を有している雌窯に挿入することにより、前記突起部によって楔を前記割れ目に押しこんで、前記雄ピンを前記雌窯内で広げるステップを備えている。

本発明によれば、雄ピンを雌窯に挿入することにより、雌窯内の突起部で楔を雄ピンの割れ目内に押し込むことができる。これにより、雌窯内において雄ピンが押し広げられて抜け止めとなるから、セグメントを強固に連結することが可能となる。楔は、突起部により割れ目に押し込まれた後は、その後の突起部の移動に関わらず、押し込まれた位置にとどまる。このため、トンネル軸方向の力の緩みにより既設のリングセグメントが相互に離れる方向に移動したとしても、楔によって雄ピンが押し広げられた状態を維持することができる。

したがって、本発明のセグメントのリング間継手およびリング間連結方法によれば、雌窯内の突起部が雄ピンの割れ目から抜ける方向に移動したとしても、雄ピンによる抜け止め機能を維持することができる。これにより、シールド工法におけるトンネル軸方向のリング間の連結を強固に維持することが可能となる。

雄ピンの外周面に第１の凹凸が形成され、雌窯の内周面に第２の凹凸が形成された構成とすれば、楔が押し込まれて雄ピンの外径が太くなると、第１の凹凸と第２の凹凸とが接触して、トンネル軸方向のズレを抑制することができる。これにより、雌窯と雄ピンとの連結強度を向上させることが可能となる。

雄ピンの外周面または雌窯の内周面が階段状に形成された構成とすれば、階段状に形成された面に加えられた力は、当該面から突き出した角に集中する。したがって、雄ピンが雌窯から引き抜かれる方向に力が加えられた場合、接触している対向面に角が食い込んで雌窯と雄ピンとがずれることを防止し、連結強度を向上させることが可能となる。

シールド工法におけるセグメントの構造を示す模式図 雄ピンの割れ目に楔が収納されているセグメントのリング間継手における、セグメント連結前の状態を示す、図１のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ矢視断面図を並べた断面図 セグメント連結後における、図２のリング間継手の状態を示す断面図 セグメント連結後にシール材が復元膨張した状態における、図２のリング間継手の状態を説明する要部拡大断面図 雌窯の押し棒の端部に楔が設けられているセグメントのリング間継手における、セグメント連結前の状態を示す断面図 セグメント連結後にシール材が復元膨張した状態における、従来のリング間継手の状態を説明する要部拡大断面図 雄ピンの割れ目に楔が収納されており、雄ピンは外側表面に第１の凹凸を有し、雌窯は内側表面に第２の凹凸を有しているセグメントのリング間継手における、セグメント連結前の状態を示す、図１のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ矢視断面図を並べた断面図 円滑な挿入を可能とするための一例を示す雄ピンの割れ目と楔の構成を示す断面図であり、（ａ）楔が割れ目に押し込まれる前の状態、（ｂ）楔が割れ目の所定位置まで押し込まれた状態、（ｃ）楔が割れ目の所定位置よりも奥に押し込まれた状態 雄ピンの割れ目に楔が収納されており、雄ピンの外周面が平面状に形成されており、 前記雌窯の内周面がその幅が奥に行くほど広くなる階段状に形成されているセグメントのリング間継手における、セグメント連結前の状態を示す、図１のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ矢視断面図を並べた断面図 （ａ）図９のリング間継手における、セグメント連結前の状態を示す、図１のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ矢視断面図を並べた断面図、（ｂ）図１０（ａ）の雄ピンおよび雌窯を拡大して示した断面図 実施例の引張試験の結果を示すグラフ

（リング間継手）
本発明のリング間継手の実施形態について、図１〜図１０に基づいて、以下に説明する。

（第１の実施形態）
図１はシールド工法におけるセグメントの構造を示す模式図である。本発明のリング間継手は、シールド工法によりトンネルを掘削する際に、セグメントをトンネル軸方向に連結するためのものである。なお、セグメントにより構成されるリングの円周方向に、セグメントを連結する継手（連結構造）をセグメント間継手５０といい、トンネル軸方向に連結する継手をリング間継手３０という。

セグメント間継手５０としては、公知のものを用いることができる。例えば、中空部を持つスリット付き円錐形弾性中空コーンであるＦ金物と、中実コーンのＭ金物とで構成されたセグメント間継手５０を用いることができる。このセグメント間継手５０は、Ｍ金物をトンネル軸方向にスライドすることにより挿入嵌合される。また、シール材の封入は、上述した挿入嵌合の過程でおこなわれ、その押付け力は自動的に得ることができる。なお、リング間継手３０の構造については、図２〜図５を参照して、後に説明する

セグメント１０はシールドマシン２０によりトンネルを掘削する際、その後部に配したジャッキの推進力でシールドマシン２０を前進させ、先端部を地盤に押しつけながらカッターヘッド２１を回転させて掘削し前進する。

セグメント１０は、シールドマシン２０が前進するに伴い、トンネル断面の１周分ずつ、すなわちセグメントリングずつ構築されてトンネル本体となる。この時、ジャッキを介してシールドマシンからトンネル軸方向に、既設のセグメント１０に対して加えられていた力に緩みが生じる。この際、セグメント１０の端面１１に設けられている止水用のシール材１３（図４および図６も参照）が復元膨張することにより、既に設置されたセグメント１０の連結された端面１１が離れる方向へ力が加えられる。これにより、セグメント１０をトンネル軸方向に連結する結合部材に緩みが生じるおそれがあった。なお、上述したジャッキ解放時に生じる力は、トンネル軸方向に引張外力が生じる場合の一例であり、引張外力の原因としては、他の種々のものが考えられる。

図２は、雄ピンの割れ目に楔が収納されているリング間継手のセグメント連結前の状態を示す断面図である。同図に示すリング間継手３０は、トンネル軸方向に連結される、一方のセグメント１０Ａの端面１１Ａに設けられている雄ピン３１と、他方のセグメント１０Ｂの端面１１Ｂに設けられている雌窯３２と、円錐台形状の楔３３とから構成されている。

セグメント１０Ａおよび１０Ｂの接合面である端面１１Ａおよび１１Ｂには、それぞれ雄ピン３１および雌窯３２を挟むように、外側端近傍と内側端近傍のそれぞれに止水用のシール材１３Ａ・１３Ｂを配置するための溝１２Ａ・１２Ｂが設けられている。セグメント１０Ａと１０Ｂとが連結された状態では、雄ピン３１の内側と外側に位置するシール材１３Ａと、雌窯３２の内側と外側に位置するシール材１３Ｂとが密着することで、端面１１Ａと１１Ｂとの目開きからセグメント１０Ａおよび１０Ｂ内への浸水を防止する。シール材１３Ａ・１３Ｂには、水膨張性シール材や弾性ゴムなどが用いられる。

水膨張性シール材は、水を含んで膨張するものである。このため、水膨張性シール材を用いた場合、水を含む前の段階では、シール材１３Ａ・１３Ｂは、溝１２Ａ・１２Ｂ内に収まっており、セグメント１０Ａ・１０Ｂの端面１１Ａ・１１Ｂから突出していないが、水を含むことにより膨張して、端面１１Ａ・１１Ｂから突出する。なお、水膨張性シール材を用いたシール材１３Ａ・１３Ｂの形状としては、例えば、パッキン状のものや、ギザギザ面を有したものが挙げられる。

弾性ゴムは、その弾性により形状が変化するものである。このため、弾性ゴムを用いた場合、ジャッキによるトンネル軸方向の力が加えられているときには、シール材１３Ａ・１３Ｂは、圧縮されて溝１２Ａ・１２Ｂ内に収まり、セグメント１０Ａ・１０Ｂの端面１１Ａ・１１Ｂから突出しないが、トンネル軸方向の力が緩むと、もとの形状に復元して、端面１１Ａ・１１Ｂから突出する。なお、弾性ゴムを用いたシール材１３Ａ・１３Ｂの形状としては、例えば、パッキン状のものが挙げられる。

雄ピン３１には、その先端部から奥側に向かって漏斗状の割れ目３４が形成されている。そして、その割れ目３４の中に楔３３を内蔵している。円錐台形状の楔３３が割れ目３４の奥に押し込まれると、雄ピン３１の先端側が広がるように構成されている。

雌窯３２の奥の中央には、雄ピン３１の割れ目３４に対応する位置に突起状の押し棒（突起部）３５が形成されている。また、雌窯３２の内周面は、図２に示すように、奥側から入口側に向かって幅が狭くなるように形成されている。これにより、雄ピン３１の先端側が広がることによって、雄ピン３１が雌窯３２から抜けることを防ぐことができる。
また、雌窯３２の内周面は、図２に示すように、入り口付近において、入り口に向かって幅が広くなるように形成されている。これにより、雄ピン３１を容易に雌窯３２に挿入することができる。

雄ピン３１を雌窯３２に挿入すると、雌窯３２内の押し棒３５により、割れ目３４の奥側に楔３３が押し込まれる。これにより、雌窯３２内において、割れ目３４が押し広げられて、雄ピン３１の外径が、雄ピン３１の先端側（雌窯３２の奥側）に向かって徐々に太くなる。したがって、セグメント１０Ａとセグメント１０Ｂとを強固に連結することが可能となる。

雄ピン３１、雌窯３２および楔３３は、それぞれ、圧縮による変形が許容される程度の異なる素材を、目的に応じて使用することができる。このような素材としては、例えば、鋼鉄、軟鉄、コンクリート、硬い木材などが挙げられる。

雄ピン３１および雌窯３２をセグメント１０Ａ・１０Ｂに装着する方法は、例えば、セグメント１０Ａ・１０Ｂを構成するコンクリートに作製した凹部に、これらをねじ込んだり、叩き込んだりする方法が挙げられる。また、雄ピン３１は、セグメント１０Ａ・１０Ｂを構成するコンクリートにあらかじめ設けた突起に装着してもよい。

図３は、セグメント連結後における、図２のリング間継手の状態を示す断面図である。同図に示すように、割れ目３４の奥側に押し込まれた楔３３によって雄ピン３１が押し広げられている。この状態において、雄ピン３１の外周面３６と雌窯３２の内周面３７とが、面同士で接触する面接触をしている。このため、リング間継手３０は、連結を維持するために十分な接合力を有している。したがって、セグメント連結後にジャッキにより加えられた力が緩んだ場合でも、シール材１３Ａ・１３Ｂの復元膨張による力に対抗してセグメント１０Ａ・１０Ｂの連結を維持することができる。

図６は、セグメント連結後にシール材が復元膨張した状態における、従来のリング間継手の状態を説明する要部拡大断面図である。同図に示すように、従来のリング間継手１００では、雌窯１０２の押し棒１０５が楔の役割をする。すなわち、押し棒１０５が雄ピン１０１の割れ目１０４を押し広げることにより、抜け止め作用をする。

押し棒１０５が楔の役割をする従来の構成では、シール材１３Ａ・１３Ｂの復元膨張によって端面１１Ａと端面１１Ｂが離れた場合（距離Ｘの目開きが生じた場合）、押し棒１０５が割れ目１０４から引き抜かれる方向に同じ距離Ｘだけ移動する。したがって、図５にＹで示した雄ピン１０１の外径が小さくなり、雄ピン１０１の外周面１０６と雌窯１０２の内周面１０７との間に隙間１０８が生じる。このため、雄ピン１０１は、先端側が細くなって雌窯１０２との間の面接触を維持できなくなり、セグメント間の連結を維持することができなくなるおそれがある。リング間継手３０によれば、この問題を解決することができる。

図４は、セグメント連結後にシール材が復元膨張した状態における、図２のリング間継手の状態を示す断面図である。図３を用いて説明したとおり、リング間継手３０は十分な連結力を備えたものである。このため、仮にシール材１３Ａ・１３Ｂの復元膨張によって、セグメント１０Ａの端面１１Ａとセグメント１０Ｂの端面１１Ｂとが離れて目開きが生じたとしても、連結力を維持することができる。

図４では、端面１１Ａと端面１１Ｂとがトンネル軸方向に距離Ｘほど離れた場合を示している。リング間継手３０の楔３３は、雌窯３２の押し棒３５とは別体として構成されている。この構成により、端面１１Ａと端面１１Ｂが離れた場合、押し棒３５が割れ目３４から引き抜かれる方向に離れた距離と同じだけ移動する。したがって、楔３３と押し棒３５との間には、距離Ｘの隙間３８が生じるが、割れ目３４内における楔３３の位置は変化しない。

楔３３の位置が変化しないため、図４にＹで示した雄ピン３１の外径も変化しない。したがって、雄ピン３１は、割れ目３４が押し広げられて先端側が広がった状態のまま、その外周面３６と雌窯３２の内周面３７との間の面接触を維持して、十分な抜け止め作用を奏することができる。

以上のように、リング間継手３０によれば、例えばシール材１３Ａ・１３Ｂの復元膨張により生じる力などによって、セグメント１０Ａとセグメント１０Ｂとが離れる方向に移動して目開きが生じたとしても、トンネル軸方向に連結されている一方のセグメント１０Ａの雄ピン３１と他方のセグメント１０Ｂの雌窯３２との間の強固な接合状態を維持することができる。

図５は、雌窯の押出し棒の先端に楔が設けられているセグメントのリング間継手における、セグメント連結前の状態を示す断面図である。同図に示すリング間継手４０は、楔４３が雄ピン４１の割れ目４４内ではなく、雌窯４２内部の押し棒４５の端部４９に設けられている構成において、図２に示したリング間継手３０とは異なっているが、同じ名前を付した対応する各部材の機能は同じである。

押し棒４５の先端に設けられている楔４３は、雄ピン４１を雌窯４２に挿入すると、雌窯４２内の押し棒４５により、割れ目４４の奥に押し込まれて、セグメント１０Ａとセグメント１０Ｂとを強固に連結する。この点、割れ目３４内に設けられている楔３３と同様（図２参照）であり、セグメント連結後のリング間継手４０の状態は、リング間継手３０同様、図３に示した構造となっている。

また、楔４３は、押し棒４５が、割れ目４４に挿入された後、引き抜かれる方向に移動したとき、押し棒４５と共に移動するのではなく、押し棒４５の先端から離れて割れ目４４内に残るように構成されている。すなわち、例えばシールドマシン２０後部のジャッキを外したときにシール材１３Ａ・１３Ｂが復元膨張した場合のように（図１および図４参照）、押し棒４５が割れ目４４から引き抜かれる方向に大きな力が加えられると、押し棒４５から楔４３が外れる。このため、楔４３は、楔３３同様、押し棒４５が割れ目４４から引き抜かれる方向に移動したときに、割れ目４４内における位置が変化しない。

したがって、楔４３によって割れ目４４が押し広げられた状態を維持して、雄ピン４１が雌窯４２内で広がり、雄ピン４１の外周面４６と雌窯４２の内周面４７との面接触（図４参照）による抜け止め機能を維持できる。これにより、セグメント１０に対して加えられていた力に緩みが生じたとしても、トンネル軸方向に連結されている一方のセグメント１０Ａの雄ピン４１と、他方のセグメント１０Ｂの雌窯４２との接合を維持することができる。

（第２の実施形態）
図７は、雄ピンの割れ目に楔が収納されているリング間継手のセグメント連結前の状態を示す断面図である。同図に示すリング間継手６０は、雄ピン６１の外周面６６に第１の凹凸６８を有しており、雌窯６２の内周面６７に第２の凹凸６９を有している構成において、リング間継手３０とは異なっている。ただし、この構成以外はリング間継手３０と同様である。このため、リング間継手３０について既に説明した部材と同じ機能の部材については、同じ番号を付して、以下では説明を省略する。

第１の凹凸６８および第２の凹凸６９は、例えば、外周面６６および内周面６７に沿って溝を刻むことにより形成できる。第１の凹凸６８の溝と第２の凹凸６９の溝とが相互にはまり合う形状とすれば、雌窯６２内に挿入されて押し広げられた雄ピン６１の外径が大きくなることによって、外周面６６と内周面６７とが接触して、第１の凹凸６８と第２の凹凸６９とのはまり合いによるトンネル軸方向のズレ防止効果が得られる。溝の形状としては、例えば、螺旋状や円形の溝が所定の間隔で形成されたものが挙げられる。

雄ピン６１は、割れ目３４の奥側に楔３３が押し込まれることにより、押し広げられてその外径が太くなる（図３参照）。雄ピン６１が押し広げられた状態では、雄ピン６１と雌窯６２とは、第１の凹凸６８と第２の凹凸６９の溝がはまり合った、ボルトとナットのようなねじ結合が形成される。このため、リング間継手６０の雄ピン６１と雌窯６２との接合は、図２および図３に示したリング間継手３０よりも強固なものとなる。したがって、リング間継手６０によれば、セグメント１０Ａとセグメント１０Ｂ（図１参照）をより強固に連結することが可能となる。

第１の凹凸６８および第２の凹凸６９の形状は、外周面６６および内周面６７とのずれを抑制することができるものであればよい。上述したように、溝形状とすれば、ねじ結合により強い結合を形成することができる。なお、溝の深さは、例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ程度とすればよい。
第１の凹凸６８および第２の凹凸６９は、必ずしも、外周面６６および内周面６７の全面に設けられる必要はない。しかし、結合力を向上させるためには、広い領域に形成されることが好ましい。

第１の凹凸および第２の凹凸を溝とする場合、割れ目の所定の位置に楔が押し込まれるまで、雄ピンの外径が太くならず、所定の位置よりも奥側に楔がさらに押し込まれることにより、雄ピンの外径が太くなる構成とすることが好ましい。この構成によれば、雄ピンが雌窯内の所定位置に挿入されるまで、雄ピンの外周面と雌窯の内周面との接触によって抵抗が大きくなることを防止して、円滑に挿入することができる。そして、所定位置にまで雄ピンが挿入された後、雌窯中の雄ピンを押し広げることにより溝同士を相互にかみ合わせて、ねじ結合を形成することができる。

図８は上述した円滑な挿入を可能とするための、雄ピンの割れ目と楔の構成の一例を示す断面図である。同図に示すように、楔６３には段差６３Ａが形成されている。楔６３の段差６３Ａよりも奥側は、その反対側よりも細くかつ同じ太さとなっている。また、雄ピン６１の内側空洞である割れ目６４にも段差６４Ａが形成されている。そして、割れ目６４は、楔６３の外形に対応した同じ形となっている。この構成により、楔６３が所定位置Ｐ、すなわち段差６３Ａが段差６４Ａと接する位置に押し込まれるまでの間、楔６３によって雄ピン６１が押し広げられることはない。この間は、雄ピン６１の外径はＹ１のまま太くならないから（図８（ａ）（ｂ））、雄ピン６１を雌窯６２に円滑に挿入することができる。

楔６３が所定位置Ｐに達すると、割れ目６４に楔６３がぴったりとはまり合う。楔６３が所定位置Ｐからさらに割れ目６４の奥側に押し込まれると、楔６３の段差６３Ａよりも太い部分によって割れ目６４が押し広げられる。この結果、図９（ｃ）に示すように雄ピン６１の外径が太くなってＹ２となり（Ｙ１＜Ｙ２）、第１の凹凸６８と第２の凹凸６９とのはまり合いによるねじ結合が形成される（図３および図７参照）。

（第３の実施形態）
図９は、雄ピンの割れ目に楔が収納されているリング間継手のセグメント連結前の状態を示す断面図である。図１０（ａ）は、図９のリング間継手における、セグメント連結後の状態を示す、図１のＡ−ＡおよびＢ−Ｂ矢視断面図を並べた断面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の雄ピンおよび雌窯を拡大して示した断面図である。

図９および図１０（ａ）（ｂ）に示すリング間継手７０を構成する雄ピン７１の外形は円柱状であり、その外周面７６が滑らかな曲面状に形成されている。雌窯７２内は、雄ピン７１が挿入可能な形状となっており、その内周面７７がその幅が奥に行くほど広くなる階段状に形成されている。リング間継手７０は、上記の構成において、リング間継手３０とは異なっている。ただし、この構成以外はリング間継手３０と同様であり、リング間継手３０について既に説明した部材と同じ機能の部材については、同じ番号を付して、以下では説明を省略する。

図１０（ｂ）に示すように、雄ピン７１の外周面７６は滑らかな曲面状に形成されており、雌窯７２の内周面７７は、その幅Ｚが奥側に行くほど広くなる階段状に形成されている（Ｚ１＜Ｚ２＜Ｚ３）。したがって、割れ目３４に楔３３が押し込まれて雄ピン７１の外径が太くなると、雄ピン７１の外周面７６の突出する角７８が雌窯７２の内周面７７と接触する。内周面７７の角７８は環状に形成されているから、外周面７６と内周面７７とは、角７８において線状に接触する。雄ピン７１を雌窯７２から引き抜く方向に力が加えられると、加えられた力が内周面７７の角７８に集中し、角７８が外周面７６に食い込むから雄ピン７１と雌窯７２とを強固に連結することができる。

本実施形態では、内周面７７に角７８が２つ形成された階段状の形状の例を示した。しかし、角７８の数は２つに限られず、１つまたは３つ以上としても良い。複数の角７８を備えた階段状の形状とする場合、雄ピン７１が雌窯７２に挿入されて外径が太くなった状態において、複数の角７８のすべてが外周面７６に接触するように構成することが好ましい。

本実施形態では、雄ピンの外周面が滑らかな曲面状に形成され、雌窯の内周面がその幅が奥に行くほど広くなる階段状に形成された例を示した。しかし、これとは逆に、雄ピンの外周面が階段状に形成され、雌窯の内周面が滑らかな曲面状に形成された構成としてもよい。この構成でも、外周面と内周面とが点または線状に接触する部分に力が集中するから、上述した効果を奏することができる。

（第４の実施形態）
（セグメントのリング間連結方法）
図２〜図５、図７、図８〜図１０に示した上記リング間継手３０・４０・６０・７０を用いれば、セグメント（第１のセグメント）１０Ａの端面１１Ａに設けられている割れ目３４・４４・６４を有している雄ピン３１・４１・６１・７１を、セグメント（第２のセグメント）１０Ｂの端面１１Ｂに設けられている、割れ目３４・４４・６４に対応する位置に押し棒３５・４５を有している雌窯３２・４２・６２・７２に挿入することにより、押し棒３５・４５によって楔３３・４３・６３を割れ目３４・４４・６４に押しこんで、雄ピン３１・４１・６１・７１を雌窯３２・４２・６２・７２内で広げるステップによって、セグメント１０Ａとセグメント１０Ｂとをトンネル軸方向に連結することができる。

上記ステップは、例えば、押し棒３５・４５をスライド式にし、セグメント１０Ｂのコンクリート内の管内に移動可能に配置して、管内から押し棒３５・４５を押し出すことにより行うことができる。押し棒３５・４５を押し出す駆動力としては、例えば、高圧水や油圧が挙げられる。

図１を参照して、セグメントのリング間連結方法について説明する。
同図に示すように、シールドマシン２０のカッターヘッド２１とは反対側の坑口方向には、既設のセグメント１０Ｂのリングが存在する。セグメント１０Ｂの端面１１Ｂにおける所定の位置には雌窯３２が開口している。

シールドマシン２０のカッターヘッド２１側の切り羽方向から、所定の位置に雄ピン３１が設けられているセグメント１０Ａの１個のリングを、シールドマシン２０に装備されたエレクター（図示せず）で保持して位置決めした後、シールド推進用のジャッキで、雄ピン３１をセグメント１０Ｂの雌窯３２に押し込む。
１個のリングは複数個のセグメント１０Ｂからなっているので、セグメント１０Ｂの全ピースを押し込むことにより、トンネル方向における１リング分の組み立て作業は完了する。

すなわち、組み立て機械であるエレクターは、セグメントを把持して、持ち上げて、回転して、位置合わせをした後に、リング間継手３０を構成する雄ピン３１を雌窯３２に対して相対的にスライドさせて挿入することにより、セグメント１０Ａとセグメント１０Ｂとを接合する。

このようにして接合した後、シールドマシン２０の推進に用いられるジャッキを作動させるとき、セグメント１０のリングが反力体になって、雄ピン３１は雌窯３２に強固に押し込まれる。楔３３（図２および図３参照）は、拡大力（楔３３を押し込む力の楔３３の外周面に垂直な方向の垂直分力）により、割れ目３４を広げて雄ピン３１の外周面３６が拡大する（太くなる）。したがって、雄ピン３１の外周面３６と雌窯３２の内周面３７とが密接した面接触となる。また、楔３３は、雄ピン３１の外径を拡大させる作用を奏した後も、割れ目３４内の所定位置に留まる。このため、雄ピン３１の外周面３６と雌窯３２の内周面３７とが密接した状態を維持して、セグメント１０Ａとセグメント１０Ｂとの強固な連結状態を維持することができる。

雄ピン３１をセグメント１０Ｂの雌窯３２に押し込む際、両者の位置がずれると、嵌合がうまくいかないことがある。そこで、雌窯３２のサイズに余裕を持たせて、雄ピン３１のサイズに対応したサイズの定着部（テーパーリング、図示せず）を、雌窯３２の中に浮かせて遊動可能な状態で収納した構成としても良い。この構成によれば、雄ピン３１が雌窯３２の中心からずれて（偏心して）挿入されたときには、テーパーリングが移動して雄ピン３１を受け止めることができる。

セグメントの連結を容易に行うためには、組み立てにおいて余裕を持たせること（組み立てにおけるガタツキ（遊び）をある程度許容すること）が有効である。例えば、雄ピン３１が雌窯３２において広がる程度を大きくする構成（コーンの角度を大きくすること）が挙げられる。この場合、雄ピン３１と雌窯３２とが点接触または線接触となって、接合力が弱くなるおそれがある。また、割れ目３４を大きくして、雄ピン３１を肉薄に構成することも挙げられる。この場合、リング間継手３０の引張強度が小さくなるおそれがある。また、雄ピン３１と雌窯３２とのクリアランスを設ける（例えば、２ｍｍ〜５ｍｍ程度）ことも挙げられる。この場合、セグメント１０を連結する数が増えると、セグメント１０により形成されたリングが変形するおそれがある。そこで、セグメントの連結をする際の組み立て作業（施工）の容易化につながる遊び（余裕）は、トンネルに要求される精度との関係において、適切なものとなるように調整することが好ましい。

リング間継手３０と同様にして、リング間継手６０（図７参照）を用いてセグメントの連結方法を実施することができる。リング間継手６０によれば、雄ピン６１と雌窯６２によりボルトとナットのようなねじ結合が形成されるから、セグメント１０Ａとセグメント１０Ｂとを強固に連結することができる。

リング間継手３０と同様にして、リング間継手７０（図９、図１０参照）を用いてセグメントの連結方法を実施することができる。リング間継手７０によれば、雌窯７２の内周面７７の角７８が雄ピン７１の外周面７６に食い込むことにより、セグメント１０Ａとセグメント１０Ｂとを強固に連結することができる。

図１１は、下記の実施例１〜実施例３について、同じ条件の下で行った引張試験の結果を示すグラフである。引張強度の試験は、茨城県工業試験場において、インストロン ６０トン 万能試験機を用いて行った。
セグメント間継手は下記の形状のものを用いた。
雄ピン：円柱形、長手方向の長さ１２９ｍｍ、外径３６ｍｍ
割れ目：円錐台の上面に円柱が繋がった形状、長手方向の長さ６０ｍｍ、円錐台の下面（先端側）の内径２７ｍｍ、円柱部分（奥側）の内径２１ｍｍ、
楔：円錐台形、長手方向の長さ３０ｍｍ、下面（割れ目の先端側）の外径２７ｍｍ、上面（割れ目の奥側）の外径２１ｍｍ
雌窯：内部空間が円柱状、長手方向の長さ１００ｍｍ、入り口側の内径３７ｍｍ、奥側の内径４０ｍｍ
押し棒：円柱形、長手方向の長さ３０ｍｍ、外径２１ｍｍ、
上記形状のセグメント間継手について、雄ピンの外周面と雌窯の内周面の形状のみを変更したものを作製し、引張強度の試験を行った。

（実施例１、面接触方式）
雄ピンの外周面と雌窯の内周面の形状をいずれも滑らかな曲面状としたセグメント間継手（図２、図３参照）。
（実施例２、溝引掛け方式）
雄ピンの外周面と雌窯の内周面の形状をいずれも凹凸状としたセグメント間継手（図７参照）。
（実施例３、点（線）接触方式）
雄ピンの外周面の形状を滑らかな曲面状とし、雌窯の内周面の形状を階段状としたセグメント間継手（図９、図１０参照）。

図１１のグラフは、横軸が雌窯から雄ピンを引き抜く方向の変位量（ｍｍ）を示し、縦軸が、その際、同方向に加わる荷重（ｋＮ）を示している。
実施例１（面接触形式）のセグメント間継手の引抜強度は、約１２トン程度であった。
実施例２（溝引掛け方式）のセグメント間継手の引抜強度は、約１０トン程度であった。実施例２の引抜強度が、実施例１と同程度であったことは、差し込み時または変位量５ｍｍの時点で、実施例２のセグメント間継手の溝が潰れたことによるものと推測する。
実施例３（点（線）方式）のセグメント間継手は、雄ピンの破断により測定が終了し、雌窯から雄ピンが引き抜かれることはなかった。これは、雄ピンの外周面と線状に接触している雌窯の内周面の角に力が集中して、角が外周面に食い込んで強固な接合となったことによるものと考えられる。

本発明は、シールド工法において、トンネル軸方向にセグメントを連結するために用いられるセグメントのリング間継手として利用することができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ：セグメント
１１、１１Ａ、１１Ｂ：端面
１２、１２Ａ、１２Ｂ：溝
１３、１３Ａ、１３Ｂ：シール材
３０、４０、６０、７０：リング間継手
５０：セグメント間継手
３１、４１、６１、７１：雄ピン
３２、４２、６２、７２：雌窯
３３、４３、６３：楔
３４、４４、６４：割れ目
３５、４５：押し棒（突起部）
４９：端部
３６、４６、６６、７６：外周面
３７、４７、６７、７７：内周面
６８：第１の凹凸
６９：第２の凹凸
７８：角
Ｐ：所定位置

Claims (10)

1. セグメントをトンネル軸方向に連結するリング間継手であって、
   雄ピンと、前記雄ピンに対応する位置に設けられる雌窯と、楔とを備えており、
   前記雄ピンが、割れ目を有しており、
   前記雌窯が、前記雄ピンの前記割れ目に対応する位置に突起部を有しており、
   前記楔が、前記突起部によって前記割れ目の奥側に押し込まれることにより、前記雄ピンの外径が前記雌窯内において太くなるものであるリング間継手。
2. 前記雄ピンの外周面に第１の凹凸が形成されており、
   前記雌窯の内周面に第２の凹凸が形成されている請求項１に記載のリング間継手。
3. 前記第１の凹凸および前記第２の凹凸が溝である請求項２に記載のリング間継手。
4. 前記楔が前記割れ目の所定位置に押し込まれるまで、前記雄ピンの外径が太くならず、
   前記楔が前記所定位置からさらに奥側に押し込まれると、前記雄ピンの外径が太くなって、前記第１の凹凸および前記第２の凹凸である前記溝同士がかみ合う請求項３に記載のリング間継手。
5. 前記雄ピンの外周面または前記雌窯の内周面が、階段状に形成されている請求項１に記載のリング間継手。
6. 前記雄ピンの外周面は曲面状に形成されており、
   前記雌窯の内周面は、その幅が奥に行くほど広くなる階段状に形成されている請求項５に記載のリング間継手。
7. セグメントをトンネル軸方向に連結するリング間継手であって、
   その奥側に移動可能な状態で楔が挿入されている割れ目を有しており、前記楔が前記割れ目の奥側に移動することにより外径が太くなる雄ピンを備えているリング間継手。
8. セグメントをトンネル軸方向に連結するリング間継手であって、
   端部に楔が設けられた突起部をその内部に有している雌窯を備えているリング間継手。
9. 前記セグメントが、トンネル軸方向の端面にシール材を備えた溝を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載のリング間継手。
10. セグメントをトンネル軸方向に連結する方法であって、
    第１のセグメントの端面に設けられている割れ目を有している雄ピンを、第２のセグメントの端面に設けられている、前記割れ目に対応する位置に突起部を有している雌窯に挿入することにより、前記突起部によって楔を前記割れ目に押しこんで、前記雄ピンを前記雌窯内で広げるステップを備えているリング間連結方法。