JP2684537B2 - セグメントの高剛性継手 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールドトンネル
を構築するためのセグメントの高剛性継手に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１１は本発明で対象とするシールドト
ンネルの概要を示す斜視図、図１２は図１１のＥ−Ｅ線
で切断した展開図である。

【０００３】これらの図に示すシールドトンネル１３で
は、トンネルを掘削後、そのトンネル内におけるトンネ
ル軸方向およびトンネル軸直角方向に隣合うセグメント
ピース１０，１０を、セグメント間継手１１およびリン
グ間継手１２を介してリング状に結合し、セグメントを
構築して行く。

【０００４】次に、図１３はセグメント間継手およびリ
ング間継手としてのセグメント継手の従来技術を示す拡
大図、図１４は図１３のＦ−Ｆ線断面図である。

【０００５】これら図１３および図１４に示す従来のセ
グメント継手は、互いに結合すべきセグメントピース１
０，１０の合わせ面に、継手プレート５，５と、ボルト
ボックス８，８とが設けられている。

【０００６】前記各継手プレート５には、スパンＬをお
いてブラケット６が取り付けられている。前記各ブラケ
ット６には、アンカ材７が取り付けられている。しかし
て、前記継手プレート５は前記アンカ材７およびブラケ
ット６を介して、当該セグメントピース１０に固定され
ている。

【０００７】前記互いに結合すべきセグメントピース１
０，１０に設けられた継手プレート５，５にはボルト通
し穴が設けられており、そのボルト通し穴には一方の継
手プレート５とボルト３の頭部３′間にワッシャ２をは
さんでボルト３の軸部分を挿通し、このボルト３の軸部
分にワッシャ２を嵌め、またナット４を装着し、他方の
継手プレート５とナット４間に前記ワッシャ２をはさ
み、ナット４を締め付け、継手プレート５，５をボル
ト，ナット３，４により締結し、セグメントピース１
０，１０を結合するようにしている。

【０００８】なお、図１４中の符号１４はハンチ部であ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記従来の
セグメント継手では、ボルト３の頭部３′と一方の継手
プレート５の間、および他方の継手プレート５とナット
４の間に介装されているワッシャ２は、ボルト３の頭部
３′およびナット４より少し大きい外径に形成され、ま
たボルト３の軸径よりも僅かに大きい内径に形成された
ドーナツ状をなしており、しかも比較的薄いものが用い
られている。

【００１０】その結果、前記ワッシャ２は摩擦の低減，
締め込み時のがたつき防止，継手プレート５への食い込
み防止等の機能を持っているが、それらの機能を満足さ
せるために必要な大きさおよび厚さにしか形成されてい
ない。

【００１１】したがって、前記ワッシャ２を用いたセグ
メント継手においては、はり−ばねモデルで検討を行っ
た場合、継手プレート５の有効幅はワッシャを使用しな
い場合に比べて殆ど広くならず、継手部の高剛性化への
効果が全くない。これにより、継手部の回転ばね定数が
小さく、セグメントに作用する断面力が大きく、継手部
の補強効果はない。

【００１２】本発明は、上記の事情に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、ワッシャの本来の機能を
活かしたうえで、継手部の剛性を高めることにより、継
手部の回転ばね定数を大きくし、セグメトに作用する断
面力を低減させ、継手部の補強効果を付与し得るセグメ
ントの高剛性継手を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では互いに結合すべきセグメントピース１
０，１０に設けられた継手プレート５，５に、ボルトボ
ックス８を利用してボルト３を通し、ナット４を締め付
けて結合するセグメント結合用の継手において、前記ボ
ルト３の頭部３′と当該継手プレート５の間、および前
記ナット４と当該継手プレート５の間に、前記ボルト３
の軸径をａとするとき、前記高剛性ワッシャの厚さｔを
０．４ａないしボルトボックス８内でボルト，ナット
３，４の締め付けに支障を来たさない範囲の大きさに、
同高剛性ワッシャの外径ｄを２．５ａないしボルトボッ
クス８内に収まる範囲の大きさに形成している。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００１５】図１は本発明の第１実施例を示す側面図、
図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図９は本発明の第１実施
例における軸力伝達概念図、図１０はセグメントピース
に作用する曲げモーメントについて、本発明と従来技術
とを比較して示した曲げモーメント図である。

【００１６】これら図１および図２に示す第１実施例で
は、ボルト３の頭部３′と一方の継手プレート５の間、
および他方の継手プレート５とナット４の間に、それぞ
れ高剛性ワッシャ１が介装されている。

【００１７】前記高剛性ワッシャ１は、ダクタイル，Ｓ
４５Ｃ，ＳＭ，ＳＳ等の材料により、厚さｔおよび外径
ｄとも大なるドーナツ状に形成されている。この高剛性
ワッシャ１の厚さｔは、図９に示すごとく、ボルト３の
軸径をａとするとき、０．４ａないしボルトボックス８
内でボルト，ナット３，４の締め付けに支承を来たさな
い範囲の大きさに形成されている。また、高剛性ワッシ
ャ１の外径ｄは、２．５ａないしボルトボックス８内に
収まる範囲の大きさに形成されている。前記高剛性ワッ
シャ１は、厚さｔが０．４ａ未満、外径ｄが２．５ａ未
満に形成した場合には、必ずしも継手部に対する所期の
補強効果が得られない。なお、厚さは、高剛性の性能を
発揮するために従来のワッシャの２倍程度以上で、ナッ
トからの張出し量ｃは厚さ以上が望ましい。

【００１８】なお、図２中の符号９はハンチ部である。

【００１９】一般に、セグメント継手に求められている
強度は、「シールド工事用標準セグメント」の設計の考
え方によれば、セグメント継手の許容モーメントをセグ
メント単体の抵抗モーメントの６０％以上とするように
規定されている。この考え方は、セグメントリングを剛
性一様とした慣用計算法によって検討を行う場合には有
効であるが、大口径断面や矩形，楕円形等の異形断面に
ついては、継手部のばねを考慮したはり−ばねモデルに
よる検討が必要となるため、前述の規定だけでは不十分
である。

【００２０】はり−ばねモデルによる計算法は、セグメ
ント間継手１１の回転ばね、およびリング間継手１２の
せん断ばね定数を考慮して設計することにより、継手の
千鳥組の効果をより実際に近い状態で表現できる。

【００２１】そして、はり−ばねモデルによる検討にお
いては、セグメント間継手１１の回転ばね定数が大きい
程、剛性一様に近づき、セグメントピース１０に発生す
る断面力も小さくなる。

【００２２】ここで、回転ばね定数とは継手に働くモー
メントを回転角で割って得られるもので、単位はｔ・ｍ
／ｒａｄで表される。また、回転ばね定数は継手の構造
によって決まり、継手プレート５の厚さおよびスパンＬ
に大きく影響される。継手プレート５の厚さｔが厚く、
スパンＬの短い方が回転ばね定数が大きい。

【００２３】ここで、継手プレート５のスパンＬとは、
継手プレート５の両端部においてこれを固定するブラケ
ット６の内側間の距離を言う。前記ブラケット６は、ア
ンカ材７に固定されており、セグメントピース１０のコ
ンクリートに埋め込まれている。前記継手プレート５の
スパンＬは、ボルト締め付け作業のできる範囲で、可能
な限り短くすることが望ましい。

【００２４】前述のごとく、ボルト３の頭部３′と一方
の継手プレート５の間、および他方の継手プレート５と
ナット４の間に高剛性ワッシャ１を介装することによ
り、各継手プレート５の有効幅が広くなる。このため、
継手のモデルを両端固定梁や格子梁として考えるはり−
ばねモデルにおいて検討した場合、継手プレート５の変
形を少なくすることができる。その結果、継手部の回転
角が小さくなり、回転ばね定数を大きくすることができ
る。

【００２５】前記高剛性ワッシャ１は、継手プレート５
のスパンＬ方向の端部まで十分に近接した大きさにする
程、つまり外径ｄを可能な限り大きくすればその効果が
大きい。また、この高剛性ワッシャ１はボルト３および
ナット４から作用する軸力を継手プレート５に十分伝え
得るだけの厚さｔが必要である。

【００２６】図９に示すように、継手プレート５と高剛
性ワッシャ１との接触面上のボルト３の頭部３′および
ナット４の端部から４５°の角度に広げた線が、継手プ
レート５と交差する範囲内であれば、十分にボルト軸力
が伝わると考えてよいことから、高剛性ワッシャ１がボ
ルト３の頭部３′およびナット４の外周から張り出した
長さと同程度か，それに近い厚さが必要となる。

【００２７】前述のごとく、継手剛性を高めることによ
り、セグメントピース１０の厚さを薄くすることができ
る。あるいは、セグメントピース１０における鉄筋（鋼
材）の使用量を少なくすることができる。しかして、セ
グメントピース１０の厚さを薄くすることにより、コン
クリート材料を削減し、コストダウンを図ることができ
るし、シールドトンネル１３の断面を小さくすることが
できることにより、掘削残土を減少させ、排土処理も少
なくなることから環境保全を図ることができる。例え
ば、セグメントの厚さ２５０ｍｍで、ボルトの径がＭ２
４、継手プレート５の厚さｓ＝２２ｍｍ，スパンＬ＝１
１０ｍｍのとき、外径４４ｍｍ×厚さ４．５ｍｍのワッ
シャ２の代わりに、外径７０ｍｍ×厚さ１２ｍｍの高剛
性ワッシャ１を使用すると、正曲げ，負曲げともに回転
ばね定数が１．５５倍になる。この高剛性ワッシャ１
を、外径が横径４２００ｍｍ×縦径３８００ｍｍ×厚さ
２５０ｍｍの矩形断面セグメントに使った場合、図１０
から分かるように、最大曲げモーメントが６．４ｔｆ・
ｍから５．７ｔｆ・ｍと約１０％減り、セグメントピー
ス１０の厚さも２２５ｍｍに減少させることが可能であ
る。

【００２８】さらには、高剛性ワッシャ１を使用するこ
とにより、継手プレート５の厚さｓを薄くしても同じ程
度の回転バネ定数の継手剛性を得ることができる。

【００２９】一般に、シールドの全路線のうちで、土被
りの大きい部分や、塩分含有区間で鉄筋の被りを大きく
とる必要のある場合等、条件の変化がある場合に、条件
の最も厳しい位置のみでシールド断面や継手の形状を決
定すると、非常に不経済となる。このような場合に、条
件の厳しい区間において高剛性ワッシャ１を用いて継手
の補強を行うことにより、セグメントピース１０の厚さ
を増す必要がなく、掘削断面の増加等を少なくすること
ができる。

【００３０】次に、図３は本発明の第２実施例を示す側
面図、図４は図３のＢ−Ｂ線断面図である。

【００３１】これら図３および図４に示す第２実施例で
は、高剛性ワッシャ１４がボルト通し穴を有する円盤型
の部分１４ａと、同じくボルト通し穴を有する円錐型の
部分１４ｂとが一体をなす形状に形成されている。

【００３２】この第２実施例で用いられている高剛性ワ
ッシャ１４は、前記図９の軸力伝達概念図から分かるよ
うに、ボルト３の頭部３′およびナット４の端部から４
５°の角度で広げた線が、継手プレート５と交差する範
囲内であれば、十分にボルト軸力が伝わると考えられる
ところから、余分な部分を削除した合理的な形状と言え
る。

【００３３】この第２実施例の他の構成，作用について
は、前記第１実施例と同様である。

【００３４】ついで、図５は本発明の第３実施例を示す
側面図、図６は図５のＣ−Ｃ線断面図である。

【００３５】これら図５および図６に示す第３実施例で
は、高剛性ワッシャ１５がボルト通し穴を有する四角形
に形成されている。

【００３６】また、高剛性ワッシャ１５は例えば五角形
でもよく、六角形等の多角形であってもよい。

【００３７】この第３実施例の他の構成，作用について
は、前記第１実施例と同様である。

【００３８】続いて、図７は本発明の第４実施例を示す
側面図、図８は図７のＤ−Ｄ線断面図である。

【００３９】これら図７および図８に示す第４実施例で
は、高剛性ワッシャ１６が２枚重ねのワッシャ１６ａ，
１６ｂにより構成されている。前記一方のワッシャ１６
ａは、厚さが厚くかつ大径に形成され、継手プレート５
側に配置されている。前記他方のワッシャ１６ｂは、厚
さが厚く、前記ワッシャ１６ａよりは小径に形成されて
いて、ボルト３の頭部３′側とナット４側に配置されて
いる。

【００４０】さらに、この第４実施例では高剛性ワッシ
ャ１６は３枚重ね以上としてもよい。

【００４１】この第４実施例の作用については、前記第
２実施例と同様であり、他の構成，作用については前記
第１実施例と同様である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
記載の発明によれば、互いに結合すべきセグメントピー
ス１０，１０に設けられた継手プレート５，５に挿通さ
れたボルト３の頭部３′と当該プレート５の間、および
ボルト３に嵌めたナット４と当該継手プレート５の間
に、厚さｔおよび外径ｄとも大なる形状の高剛性ワッシ
ャを介装しているので、ワッシャの本来の機能を活かし
たうえで、継手部の剛性を高めることができ、継手部の
回転ばね定数を大きくすることができ、したがってセグ
メントに作用する断面力を低減でき、継手部の補強効果
を発揮させ得る効果がある。これに伴い、セグメントピ
ース１０の厚さを薄くすることができ、その結果コンク
リート材料の減少によるコストダウンを図り得る効果が
あり、シールドトンネルの断面を小さくできるので、掘
削残土を減少させ、排土処理を少なくすることができる
結果、環境保全に寄与し得る効果がある。さらには、セ
グメントピース１０の鉄筋の使用量を少なくなし得る効
果があり、あるいは回転ばね定数を変えずに継手プレー
ト５を薄くなし得る効果がある。

【００４３】また、ボルト３の軸径をａとするとき、高
剛性ワッシャの厚さｔを０．４ａないしボルトボックス
８内でボルト，ナット３，４の締め付けに支障を来たさ
ない範囲の大きさに、同高剛性ワッシャの外径ｄを２．
５ａないしボルトボックス８内に収まる範囲の大きさに
形成しているので、ワッシャの本来の機能を活かしたう
えで、より一層確実に継手部の剛性を高めることによ
り、継手部の回転ばね定数を大きくし、セグメトに作用
する断面力を低減させ、継手部の補強効果を付与し得る
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す側面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】本発明の第２実施例を示す側面図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図である。

【図５】本発明の第３実施例を示す側面図である。

【図６】図５のＣ−Ｃ線断面図である。

【図７】本発明の第４実施例を示す側面図である。

【図８】図７のＤ−Ｄ線断面図である。

【図９】本発明の第１実施例における軸力伝達概念図で
ある。

【図１０】セグメントピースに作用する曲げモーメント
について、本発明と従来技術とを比較して示した曲げモ
ーメント図である。

【図１１】本発明で対象とするシールドトンネルの概要
を示す斜視図である。

【図１２】図１１のＥ−Ｅ線で切断した展開図である。

【図１３】セグメント間継手およびリング間継手として
のセグメント継手の従来技術を示す拡大図である。

【図１４】図１３のＦ−Ｆ線断面図である。

【符号の説明】

１ 高剛性ワッシャ ３ ボルト ３′ ボルトの頭部 ４ ナット ５ 継手プレート ６ ブラケット ７ アンカ材 ８ ボルトボックス １０ セグメントピース １１ セグメント間継手 １２ リング間継手 １３ シールドトンネル １４，１５，１６ 高剛性ワッシャ ａ ボルトの軸径 ｄ 高剛性ワッシャの外径 ｔ 高剛性ワッシャの厚さ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに結合すべきセグメントピース１
   ０，１０に設けられた継手プレート５，５に、ボルトボ
   ックス８を利用してボルト３を通し、ナット４を締め付
   けて結合するセグメント結合用の継手において、 前記ボルト３の頭部３′と当該継手プレート５の間、お
   よび前記ナット４と当該継手プレート５の間に、前記ボ
   ルト３の軸径をａとするとき、前記高剛性ワッシャの厚
   さｔを０．４ａないしボルトボックス８内でボルト，ナ
   ット３，４の締め付けに支障を来たさない範囲の大きさ
   に、同高剛性ワッシャの外径ｄを２．５ａないしボルト
   ボックス８内に収まる範囲の大きさに形成したことを特
   徴とするセグメントの高剛性継手。