JP2687603B2 - セグメント自動締結方法及び該方法に用いるセグメント構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、シールド掘進工法におけるトンネルセグメ
ントの自動締結方法及び該方法に用いるセグメント構造
に係るものである。

［従来の技術］ トンネルの構築にはシールド掘進工法が一般的に実施
されており、この工法は、シールド前端の羽口でトンネ
ル切羽の掘削を行い、切羽を保持しつつ後方のジャッキ
推力によってシールドを前進させ、該シールドの推進に
伴ってシールド内後部で鉄筋コンクリート製のセグメン
トをボルト締結して組立てることにより覆工を完成する
ようにしている。

従来から一般に用いられているセグメントは、第10、
11図に示すように、トンネルの一部を形成する如く円弧
板形状を有するセグメント１の周方向端部及び軸方向端
部に、隣接されるセグメントとの間を締結するための凹
形状のボルト箱穴２を形成する鋼製連結ピース３を埋込
んだ構成を有していた。

しかし、上記連結ピース３を備えたセグメント１は、
多数必要となる連結ピース３が高価なため、この連結ピ
ース３がセグメント１の価格を上昇させ、トンネル施工
の工費上昇の原因となっていた。

このため、近年では第12図に示すように、連結するセ
グメント1,1′の連結面４から所要の間隔ｌだけ内側の
位置に、連結ピースを設けることなく単にコンクリート
部にボルト箱穴２を形成し、且つ該ボルト箱穴２を連結
面４との間に開口させたボルト孔５に長ボルト６を挿通
し、両端をナット7,7で締付けることにより前記間隔ｌ
のコンクリート端面肉厚部８で強度を保持させるように
し、これによってセグメント1,1′の低価格化を図るこ
とが行われている。

この場合、連結のための長ボルト６が長くなるため
に、セグメント1,1′を配置してからでは長ボルト６を
挿通させることができない。これはボルト箱穴２を余り
大きくできない（セグメント強度が低下するため）こと
に関係している。このため、図示するようにボルト箱穴
２のボルト孔５の反対面にボルト収容孔９を形成し、該
ボルト収容孔９に予め長ボルト６を収容させておくこと
ができるようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記第12図に示すセグメントにおいては新た
な問題が生じている。即ち、前記第10、11図に示したよ
うに、ボルト箱穴２がセグメント端面に位置している場
合には短かいボルトでの連結が可能であるため、従来よ
りボルト及びナットを収容してボルト箱穴内に侵入し、
ボルト及びナットを近付けて回転駆動することによりセ
グメント同志のボルト締結を自動的に行う自動締結装置
が実施されていたが、第12図に示すような長ボルト６が
ボルト収容孔９に収容されているような方式においては
自動化することができなかった。

そのため、従来は、エレクターと称する機械でセグメ
ント1,1′同志の位置決めを行った後、第13図に示すよ
うに、作業員がボルト収容孔９に収められている長ボル
ト６をボルト孔５内に手で引き出して該長ボルト６の両
端が隣接するセグメントの対応するボルト箱穴２内に突
出するように位置させた後、第14図に示すように長ボル
ト６の両端部にナット7,7′を螺着させ、続いて第15図
に示すようにスパナ10を用いて手で締め上げるようにし
ている。

しかし、上記従来方式においては、締結作業を人力に
て行うようにしているため、この作業が掘進機内後部の
セグメントを所定位置に移動位置決めするための円形リ
ング装置内の非常に足場の悪い場所での作業となり、安
全性、作業能率、締付トルクの管理上等に多くの問題を
有していた。又、近年は大深度、或いは大口径のトンネ
ル等の要求に応じて厚さ強度の大きなセグメントが考え
られており、かかるセグメントにおいては厚さ方向に２
段のボルト締結が要求されており、この場合には締結に
増々時間が掛って作業能率が低下する問題が生じる。

本発明は上記従来の問題点に着目してなしたもので、
長ボルトを用いたセグメントの締結においても自動化に
より締結作業を安全、高能率に行うことのできるセグメ
ント自動締結方法及び該方法に用いるセグメント構造を
提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、ボルト箱穴に、ボルト孔及びボルト収容孔
を介して一端に特殊ナットを螺着した長ボルトを収容し
ているセグメントに対峙した別のセグメントの反長ボル
ト収容側のボルト箱穴に、ナットランナーを挿入し、前
記長ボルトの特殊ナット螺着側端面に圧縮流体の圧力を
作用させることにより長ボルトを前記ナットランナー側
に押し出させて他端を前記ナットランナーに収容された
ナットに螺合させるようにし、その後前記特殊ナットと
ボルト孔に有したナット受からなる自己回転防止機能に
より長ボルトの回転を防止した状態でナットランナーに
よるナットの締め込みを行うことにより、前記両セグメ
ントを長ボルトを介して締結することを特徴とするセグ
メント自動締結方法、及びセグメントに備えられるボル
ト箱穴におけるボルト孔の延長上に形成されたボルト収
容孔と、前記ボルト孔に挿入して前記ボルト収容孔側一
端に特殊ナットを螺着するように配置した長ボルトと、
前記ボルト孔に備えて前記特殊ナットと共同して自己回
転防止機構を構成するナット受とを備えたことを特徴と
するセグメント自動締結方法に用いるセグメント構造に
係るものである。

［作用］ 隣接するセグメントの一方における長ボルトを収容し
ていないボルト箱穴にナットランナーを挿入してナット
を回転させた状態で、他方のセグメントのボルト箱穴に
収容した長ボルトを空気圧力にて前記ナットランナー側
に移動させると、前記長ボルトがナットに螺合し、更に
ナットを回転すると自己回転防止機能によって長ボルト
とナットの締め込みが行われて、長ボルトによる対峙セ
グメントの締結が行われる。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１・２図は本発明におけるセグメント構造の一例を
示すもので、図示するように隣接するセグメント1,1′
の背中合わせに配置されたボルト箱穴2,2′の後面（反
連結面側）に該ボルト箱穴2,2′を連通するようにした
ボルト収容孔９を形成させ（第４（イ）図参照）、該ボ
ルト収容孔９に、後述する特殊ナットが格納可能な内径
を有する支持パイプ11を固定し、該支持パイプ11の端面
は後述するスライドシール13が装入し易いよう面取り12
が施されている。

又、前記各セグメント1,1′のボルト箱穴2,2′と連結
面４との間の間隔ｌを有する端面肉厚部８に、セグメン
ト1,1′の厚さ方向に複数（図示では２個）のボルト孔
５が形成されており、該ボルト孔５には、連結面４側端
部に口径が徐々に増大するようにフレアー加工したフレ
アー部14を有した案内パイプ15,15′を設け、セグメン
ト1,1′における案内パイプ15,15′のボルト箱穴２側端
部には、ボルト収容孔９に収容されている長ボルト６が
重力によって移動することがないように所要の拘束力を
与え、且つ所要の気密性を保持可能な保持リング16を設
けている。またこの保持リング16は、セグメント1,1′
外部からの地下水の浸水を防止するはたらきも兼ねてい
る。

前記ボルト孔５のボルト箱穴2,2′への開口部には、
ボルト箱穴2,2′に向ってテーパ角度αで口径が増加す
る形状を有したナット受27が設けられており、又前記長
ボルト６の一端のネジ部17には前記ナット受27のテーパ
角度αに合致する外周形状を有したテーパ状特殊ナット
28が螺着されて自己回転防止機構Ｘが構成されている。
前記テーパ角度αはナット受27及び特殊ナット28の摩擦
係数μに関係して決定する。即ち、α＜tan^-1μの関係
で決定すれば特殊ナット28は自己回転防止機能をもつこ
とになる。

第４図（イ）〜第４図（ニ）は前記セグメント1,1′
の自動締結方法の第１の例を示す。

まず、第４図（イ）に示すように、支持パイプ11の内
径と適度なしっくりしたはめ合いを有するスライドシー
ル13を支持パイプ11内に装入する。支持パイプ11及びス
ライドシール13の端面は装入し易いように面取り12が施
してある。スライドシール13は内部13′に内圧が作用す
ると多少ふくらみ、シール性が向上されるようになって
いる。

次に、セグメント１の一方のボルト箱穴２と連結面４
との間の案内パイプ15に長ボルト６を差し込み、且つボ
ルト箱穴２内に位置する長ボルト６のネジ部17にネジ込
化学的ゆるみ防止剤33を付着した後、特殊ナット28を螺
着させる。

続いて、上記特殊ナット28を螺合した側と反対側の長
ボルト６の端部が連結面４から出ないように、第４図
（ロ）に示すように支持パイプ11に押し込む。セグメン
ト１はこの第４図（ロ）の状態で取り扱われる。

図示しないセグメント自動組立装置に、第４図（ハ）
に示すように、既設のセグメント１′のボルト箱穴２′
に対してナットランナー19を又新たに連結するセグメン
ト１の長ボルト６が装備された側と反対側のボルト箱穴
２′にエアベンダー20を夫々対応して備える。ナットラ
ンナー19及びエアベンダー20は、矢印で示すようにボル
ト箱穴２′内に挿脱A,A′することができ、且つ互に近
接離反B,B′させることができるように支持されてい
る。

ナットランナー19は、第３図に示すように前記２本の
長ボルト６に対応して２個のナット７をマグネット等に
て吸着して収容するソケット21,22を備えており、該ソ
ケット21,22がアイドラー23、伝達ギア24及び駆動ギア2
5を介してモータ26により周方向に回転駆動されるよう
にしてある。

エアベンダー20は、支持部材31、ボルト収容孔９へ圧
縮流体（以下圧縮空気の場合について説明する）を供給
するための給気管32、給気口18を備え、またボルト収容
孔９の気密を保つためのパッキン34を備えている。

第５図（イ）〜第５図（ニ）は前記セグメント1,1′
の自動締結方法の第２の例を示す。

この場合は図示するように、ボルト収容孔９がボルト
箱穴2,2′を連通するようには形成されておらず、各ボ
ルト箱穴2,2′に対して各案内パイプ15,15′に対応する
ように独立して形成され、夫々に支持パイプ11を備えて
いる。

前記と同様に、まず第５図（イ）に示すように特殊ナ
ット28を長ボルト６にネジ込化学的ゆるみ防止剤33を用
いて螺合させ、次に第５図（ロ）のように長ボルト６が
セグメント１の連結面４から出ないようにセグメント１
内部へ装入させる。

第５図（ハ）に示すように、セグメント１の内側面に
は、シール材29を介して前記ボルト箱穴２を塞ぐシール
板30が支持部材31を介して矢印C,C′の如く押付、離反
可能にセグメント自動組立装置（図示せず）に支持され
ており、且つ前記シール板30には給気口18を通じてボル
ト箱穴２内に圧縮空気を供給する給気管32が設けられて
いる。従ってこの場合は長ボルト６の端面に圧縮空気を
作用させるための給気口はボルト箱穴２自体によって構
成される。

第６〜８図は前記セグメント1,1′の自動締結方法の
第３の例を示す。

前記セグメント１の内側面には該セグメント１を支持
するための支持パッド35により前記ボルト箱穴２を塞ぐ
ようにしたパッド支え板36が、支持部材31を介してセグ
メント自動組立装置37に支持されている。又、パッド支
え板36及び支持パッド35には給気管32が接続されてい
て、この給気管32から供給される圧縮空気が第５図
（ハ）と同様にパッド支え板36及び支持パッド35に形成
された給気口18を介してボルト箱穴２に導入されるよう
になっている。38はセグメント支持部、39はセグメント
引付けシリンダを示す。

次にセグメント締結手順を第１の例、第２の例及び第
３の例に従って説明する。

まず、第１の例においては、第４図（ハ）に示すよう
に、既設のセグメント１′のボルト箱穴２′にナットラ
ンナー19を挿入Ａし、続いて矢印Ｂ方向に移動させるこ
とにより、ナットランナー19の各ソケット21,22の収容
されたナット７をボルト孔５に接近対峙させる。

又、エアベンダー20の支持部材31をＡ方向に移動させ
セグメント１のボルト孔２′に挿入させた後、Ｂ方向に
移動させて給気口18をボルト９に圧接接続する。

続いて、モータ26によりソケット21,22に収容された
ナット７を回転させた状態で給気管32を介して給気口18
に圧縮空気を供給する。

すると、第４図（ロ）のようにボルト収容孔９に収容
されていた長ボルト６は、圧縮空気によって左端を押さ
れ、よって右側に移動して第４図（ハ）のように先端の
ねじ部が前記ソケット21,22に支持されて回転している
ナット７に螺合する。このとき、案内パイプ15,15′は
フレアー部14を有しているので、セグメント1,1′に少
しの位置ずれがあっても長ボルト６は確実に挿通するこ
とができる。又スライドシール13は、上記長ボルト６先
端のねじがナット７と噛み合った時点でボルト箱穴２か
ら抜け出るようスキマＳが確保できるような長さに設定
されている。なお長ボルト６は保持リング16にてある程
度拘束されて自由には回転できないため回転しているナ
ットランナー19のナット７と接すればネジの噛合いを始
め、螺合が終りに近づきその受ける回転反力が大きくな
った場合は、特殊ナット28がナット受27に圧入され自己
回転防止機構Ｘにより回転しない故、ナット７により長
ボルト６は締付られセグメント1,1′の締付が行われ
る。

なお、長ボルト６の両端のネジ部17の長さは組立た時
の寸法を正確にし、組付のミスを防止するためにも特殊
ナット28側をナット高さ＋捨てネジ山分とし一般に、ナ
ット７側のネジ部17長さより短かくした方が組付作業性
がよい。

その後、モータ26の駆動力をフリーとし、ナットラン
ナー19及びエアベンダー20を夫々矢印Ｂ′の如く離反さ
せ、続いて矢印Ａ′の如くボルト箱穴２′から抜き出さ
せて締結作業を終了する（第４図（ニ））。

又、前記セグメント１には、ボルト孔５に保持リング
16を備えているので、セグメント組立前の運搬移動時等
においても、長ボルト６がボルト収容孔から脱落するの
を防止することができる。

次に第２の例の場合のセグメント締結手順を説明す
る。

第５図（ハ）に示すように、ナットランナー19をボル
ト箱穴２′内に挿入Ａし、続いて矢印Ｂ方向に移動させ
ることにより、ナットランナー19の各ソケット21,22の
収容されたナット７をボルト孔５に接近対峙させる。

又、シール板30をＣ方向に移動させてボルト箱穴２を
塞ぐ。

続いて、モータ26によりソケット21,22に収容された
ナット７を回転させた状態で給気管32を介して給気口18
に圧縮空気を供給する。

すると、ボルト収容孔９と特殊ナット28との間にはス
キマがあるため圧縮空気は長ボルト６の全面に作用しそ
の結果ボルト収容孔９に収容されていた長ボルト６は圧
縮空気によって左端を押され、よって右側に移動して先
端のネジ部17が前記ソケット21,22に支持されて回転し
ているナット７に螺合する。このとき、案内パイプ15,1
5′はフレアー部14を有しているので、セグメント1,1′
に少しの位置ずれがあっても長ボルト６は確実に挿通す
ることができる。

その後、モータ26の駆動力をフリーとし、ナットラン
ナー19を矢印Ｂ′の如く離反させ、続いて矢印Ａ′の如
くボルト箱穴２′から抜き出すと共に、シール板30も矢
印Ｃ′の如くセグメント１から離反させて締結作業を終
了する（第５図（ニ））。

又、前記セグメント１には、ボルト孔５に保持リング
16を備えているので、セグメント組立前の運搬移動時等
においても、長ボルト６がボルト収容孔９から脱落する
のを防止することができる。

次に第３の例の場合のセグメント締結手順を説明す
る。

第６図に示すように、ナットランナー19をボルト箱穴
２′に挿入Ａし、続いて矢印Ｂ方向に移動させることに
より、ナットランナー19の各ソケット21,22の収容され
たナット７をボルト孔５に接近対峙させる。

続いて、モータ26によりソケット21,22に収容された
ナット７を回転させた状態で給気管32を介してボルト箱
穴２側の給気口18に圧縮空気を供給する。給気は電磁弁
等により必要なボルト箱穴にのみ給気する。

すると、ボルト収容孔９と特殊ナット28との間にはス
キマがあるため圧縮空気は長ボルト６の全面に作用しそ
の結果ボルト収容孔９に収容されていた長ボルト６は圧
縮空気によって左端を押され、よって右側に移動して先
端のネジ部17が前記ソケット21,22に支持されて回転し
ているナット７に螺合し、締付けられる。このとき、案
内パイプ15,15′はフレアー部14を有しているので、セ
グメント1,1′に少しの位置ずれがあっても長ボルト６
は確実に挿通することができる。

その後、モータ26の駆動力をフリーとし、ナットラン
ナー19を矢印Ｂ′の如く離反させ、続いて矢印Ａ′の如
くボルト箱穴２′から抜き出し、セグメント１から離反
させて締結作業を終了する。

又、前記セグメント１には、ボルト孔５に保持リング
16を備えているので、セグメント組立前の運搬移動時等
においても、長ボルト６がボルト収容孔９から脱落する
のを防止することができる。

尚、第２の例と第３の例においては、先に圧縮空気に
よって長ボルト６の図中左端を押して右側に移動を完了
させた後、次にナットランナー19を矢印Ｂ方向に移動さ
せ、ナットランナー19の各ソケット21,22に収容された
ナット７を長ボルト６のネジ部17と螺合させるように作
用することも可能である。

第９図は特殊ナットの自己回転防止機構Ｘの別の案を
示したもので、座金１体壁の特殊ナット28′の座面40に
放射状にセレーションのようなごく浅い三角溝41をつけ
たもので、これがナット受け27′の座と接触し自己回転
防止機能を発揮するものである。

尚ナット自己回転防止機能の方法、空気の供給方法等
は種々変更し得ること、その他本発明の要旨を逸脱しな
い範囲内において種々変更を加え得ること、等は勿論で
ある。

［発明の効果］ 上記したように、本発明によれば、長ボルトによるセ
グメントの締結を自動化させることができ、よって安価
なセグメントを用いてセグメントの締結作業を安全、高
能率に実施することが可能となり、大幅な工費の低減、
工期の短縮を達成できる優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のセグメント構造の一例を示す断面図、
第２図は支持パイプとスライドシール部分の拡大図、第
３図はナットランナーの断面図、第４図（イ），第４図
（ロ），第４図（ハ），第４図（ニ）は本発明の締結方
法の第１の例を示す作動図、第５図（イ），第５図
（ロ），第５図（ハ），第５図（ニ）は本発明の締結方
法の第２の例を示す作動図、第６図は本発明の締結方法
の第３の例を示す断面図、第７図は自動組立装置との関
連を示す正面図、第８図は第７図のVIII-VIII断面図、
第９図は自己回転防止機能を有する特殊ナットの別の案
を示す断面図、第10図は従来の一般的なセグメントの一
例を示す正面図、第11図は第10図のXI-XI矢視図、第12
図は従来考えられている長ボルトを用いたセグメントの
断面図、第13図、第14図、第15図は第12図のセグメント
の締結手順を示す図である。 1,1′はセグメント、2,2′はボルト箱穴、４は連結面、
５はボルト孔、６は長ボルト、７はナット、９はボルト
収容孔、13はスライドシール、14はフレアー部、15,1
5′は案内パイプ、16は保持リング、17はネジ部、18は
給気口、19はナットランナー、20はエアベンダー、21,2
2はソケット、26はモータ、27,27′はナット受、28,2
8′は特殊ナット、30はシール板、31は支持部材、32は
給気管、35は支持パッド、37は自動組立装置、Ｘは自己
回転防止機構を示す。

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボルト箱穴に、ボルト孔及びボルト収容孔
   を介して一端に特殊ナットを螺着した長ボルトを収容し
   ているセグメントに対峙した別のセグメントの反長ボル
   ト収容側のボルト箱穴に、ナットランナーを挿入し、前
   記長ボルトの特殊ナット螺着側端面に圧縮流体の圧力を
   作用させることにより長ボルトを前記ナットランナー側
   に押し出させて他端を前記ナットランナーに収容された
   ナットに螺合させるようにし、その後前記特殊ナットと
   ボルト孔に有したナット受からなる自己回転防止機能に
   より長ボルトの回転を防止した状態でナットランナーに
   よるナットの締め込みを行うことにより、前記両セグメ
   ントを長ボルトを介して締結することを特徴とするセグ
   メント自動締結方法。
2. 【請求項２】長ボルトの特殊ナット螺着側端面に圧縮流
   体の圧力を作用させて長ボルトを移動させる際、長ボル
   トを収容しているボルト箱穴とボルト収容孔を介して背
   中合わせに連通しているボルト箱穴にエアベンダーを挿
   入して、スライドシールを挿入した前記ボルト収容孔に
   圧縮流体を供給することにより移動させる請求項１記載
   のセグメント自動締結方法。
3. 【請求項３】長ボルトの特殊ナット螺着側端面に圧縮流
   体の圧力を作用させて長ボルトを移動させる際、各ボル
   ト箱穴に独自のボルト収容孔を有しているセグメントの
   内周面に、シール板を圧着して長ボルトを収容したボル
   ト箱穴を閉塞した後、シール板に有した給気口からボル
   ト箱穴内に圧縮流体を供給して移動させる請求項１記載
   のセグメント自動締結方法。
4. 【請求項４】長ボルトの特殊ナット螺着側端面に圧縮流
   体の圧力を作用させて長ボルトを移動させる際、各ボル
   ト箱穴に独自のボルト収容孔を有しているセグメントの
   内周面に、該セグメントを支持する支持パッドを圧着し
   て長ボルトを収容したボルト箱穴を閉塞した後、支持パ
   ッドに有した給気口からボルト箱穴内に圧縮流体を供給
   して移動させる請求項１記載のセグメント自動締結方
   法。
5. 【請求項５】セグメントに備えられるボルト箱穴におけ
   るボルト孔の延長上に形成されたボルト収容孔と、前記
   ボルト孔に挿入して前記ボルト収容孔側一端に特殊ナッ
   トを螺着するように配置した長ボルトと、前記ボルト孔
   に備えて前記特殊ナットと共同して自己回転防止機構を
   構成するナット受とを備えたことを特徴とするセグメン
   ト自動締結方法に用いるセグメント構造。
6. 【請求項６】長ボルトがセグメントの厚さ方向に複数配
   置されている請求項５記載のセグメント構造。
7. 【請求項７】背中合わせに配置されているボルト箱穴に
   有したボルト収容孔が連通しており、該ボルト収容孔に
   スライドシールを備えている請求項５記載のセグメント
   構造。
8. 【請求項８】ボルト孔に長ボルトの抜け出し防止、気密
   保持、セグメント外部からの浸水防止を行うための保持
   リングを備えている請求項５記載のセグメント構造。
9. 【請求項９】ボルト孔のセグメント連結面側端部に、セ
   グメントの目違いが生じても長ボルトの移動を容易にす
   るフレアー部を形成している請求項５記載のセグメント
   構造。