JP3004189B2

JP3004189B2 - セグメント

Info

Publication number: JP3004189B2
Application number: JP7053335A
Authority: JP
Inventors: 匡剛安本; 康彦浅井; 功二矢野; 利博奥村; 政男宮内; 幸司多田; 誠請川
Original assignee: Toda Corp
Current assignee: Toda Corp
Priority date: 1995-02-16
Filing date: 1995-02-16
Publication date: 2000-01-31
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: JPH08218786A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル内をライニン
グするためのセグメントに関し、特に、容易に組み立て
られるセグメントに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、シールドマシンによってトンネルを掘削するシール
ド工法が知られており、この工法においては、トンネル
のライニングのためにセグメントが用いられている。

【０００３】図１１は、従来のセグメントによるライニ
ングを示す概略図である。同図において、セグメント１
００は、リングを１／６に分割した形状をなすものであ
る。そして、かかる形状のセグメント１００を円周方向
に組み立ててリング状にランニングを構成し、シールド
マシンによる掘削が進むと、次のセグメント１００を組
み立てる、という工程を繰り返すことで、トンネルをラ
イニングしていく。

【０００４】ここで、隣接するセグメント１００同士
は、ボルトを用いた継ぎ手（図示せず）によって連結さ
れているので、このボルトの締め付けに時間がかかるも
のであった。また、これに加えて、セグメントの自重に
よって継ぎ手が変形してしまい、ボルト穴合わせに手間
取ることがあった。

【０００５】さらに、従来のセグメント１００によれ
ば、トンネル軸方向に隣接するセグメント１００同士を
連結する継ぎ手（リング間継ぎ手）は、せん断バネ定数
が小さいものである。

【０００６】したがって、図１１に示すように、セグメ
ント１００を、トンネル軸方向で千鳥状に組み立てて
も、リング間継ぎ手のせん断バネ定数が小さいことか
ら、ピース間継ぎ手の両側に働く荷重を十分に支えられ
ないという問題があった。

【０００７】そして、リングの周方向に隣接するセグメ
ント１００同士を連結する継ぎ手（ピース間継ぎ手）の
回転バネ定数を大きくしなければならないので、セグメ
ントのコストが上昇してしまうという問題がある。

【０００８】このように、従来のセグメントでは、ボル
トの締め付け及びボルト穴の位置合わせに手間がかかる
ばかりか、強度を確保するためにはコストが上昇すると
いう問題があった。

【０００９】特に、ボルト穴の位置合わせに手間がかか
る点については、セグメントの組み立てを全自動化しよ
うとするときに、ボルトの供給装置やボルト穴の位置合
わせ装置が、高価かつ大型化してしまうという問題があ
る。

【００１０】本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされ
たものであって、その目的は、組み立てを容易に行うこ
とができて全自動化も可能で、組み立て時間を短縮で
き、かつ、十分な連結強度を得られるセグメントを提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、湾曲して側辺が弧を描く形
状をなし、該弧の延長線方向に連結されてリングを構成
し、該リングをトンネルの軸方向に接続することで、ト
ンネル内をライニングするセグメントにおいて、平面的
に展開した形状が、矩形の一方の対向辺のほぼ中央が反
対方向に台形状に突出した形状となり、他方の対向辺が
前記弧の両端に位置するよう湾曲し、前記他方の対向辺
に位置する第一端面同士を接続して前記リングを構成
し、該第一端面同士の接続位置を千鳥状にして前記一方
の対向辺に位置する第二端面同士を接続して前記トンネ
ルの軸方向にライニングが行われ、前記第二端面には、
対をなして抜け止めが図られる係合部又は被係合部と、
対をなしてはまり合う凸部又は凹部と、が設けられるこ
とを特徴とする。

【００１２】請求項２記載の発明は、請求項１記載のセ
グメントにおいて、前記凸部又は凹部は、鋼製であるこ
とを特徴とする。

【００１３】請求項３記載の発明は、請求項１又は請求
項２記載のセグメントにおいて、前記凸部又は凹部は、
連続したレール又は溝として形成されることを特徴とす
る。請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２記載
のセグメントにおいて、前記凸部又は凹部は、断続的な
レール又は該レールに対応する断続的な溝として形成さ
れることを特徴とする。

【００１４】請求項５記載の発明は、請求項１から請求
項４のいずれかに記載のセグメントにおいて、前記第一
端面及び第二端面にて形成される角部には、切り込み部
が形成され、該切り込み部は、前記第二端面側において
端部から中央方向に広がる形状をなし、該切り込み部に
対応する連結部材を前記第二端面側から挿入して、第一
端面同士を連結することを特徴とする。

【００１５】請求項６記載の発明は、請求項１から請求
項５のいずれかに記載のセグメントにおいて、湾曲の内
側面に、トンネル掘削機の推進反力を受ける支持凸部を
有することを特徴とする。

【００１６】請求項７記載の発明は、請求項６記載のセ
グメントにおいて、前記支持凸部は、前記推進反力とと
もにジャッキによる外側方向への内圧力を受け、前記推
進反力と内圧力との合力をほぼ垂直に受ける受面を有す
ることを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明に係るセグメントは、展開すると、矩形
の一方の対向辺のほぼ中央が反対方向に台形状に突出し
た形状となっている。そして、第一端面（台形状の突出
がない方）同士を接続してリングを構成する。この状態
では、最初に組み立てられた第１リングは、端面を構成
する第二端面が台形状に突出している。そして、次に組
み立てる第２リングは、先の第１リングと第二端面同士
を接続して組み立てる。ここで、第二端面同士を接続す
るときには、第１リングのセグメントと第２リングのセ
グメントとが千鳥状になるように接続する。言い換える
と、第１リングと第２リングとで、第一端面同士の接続
位置が千鳥状になるようにする。

【００１８】また、本発明では、係合部又は被係合部が
第二端面に設けられており、これらは、一旦係合すると
抜け止めが図られるものである。したがって、例えば、
第１リングに設けられた係合部に、第２リングに設けら
れた被係合部を係合させて、第二端面同士を接続すれ
ば、ボルト締めなどを行わなくても第１リングから第２
リングが脱落することを防止できる。

【００１９】これに加えて、第二端面には、凸部又は凹
部が設けられている。したがって、例えば、第１リング
に設けられた凹部に、第２リングに設けられた凸部を噛
み合わせて、第二端面同士を接続すれば、第１リングと
第２リングとの間のせん断バネを大きくすることができ
る。

【００２０】そして、この大きなせん断バネによって、
セグメントの千鳥組効果が発揮される。つまり、上述し
たように、第一端面同士の接続位置がずれた状態（千鳥
状）となっているので、例えば、第１リングにおける第
一端面同士の接続箇所は、第１リングの第二端面と第２
リングの第二端面との間のせん断バネによって、連結強
度が補強される。

【００２１】また、第二端面は、上述したように、一部
が台形状に突出していることから、端面の長さが長いも
のとなっている。したがって、凸部又は凹部も、長く設
けることができるので、せん断バネは一層大きくなる。

【００２２】以上のことから、本発明では、第二端面同
士の連結によって大きなせん断バネをとることができる
ので、第一端面同士の接続は単に接合するだけでもよ
い。

【００２３】次に、請求項２記載の発明は、上記凸部又
は凹部を鋼製としたものである。このように鋼製の凸部
又は凹部とすることで、製作精度、組立真円度、組立精
度が上がる。そして、セグメントを自動で組み立てする
ときに、精位置決め工程を省くことができ、自動組立装
置のコストを低減することができる。

【００２４】また、この凸部又は凹部の形状として、請
求項３又は請求項４に記載されるような形状がある。特
に、請求項４記載の発明のように、凸部又は凹部を断続
的に形成すれば、第二端面同士の連結において、円周方
向にずれないようになって、この点で連結強度が大きな
ものとなる。

【００２５】次に、上述したセグメントにおいては、第
一端面同士は、単に接合されただけであったが、これを
連結するようにしたのが請求項５記載の発明である。

【００２６】すなわち、セグメントの角部に切り込み部
が形成されており、この切り込み部に連結部材を挿入す
ることで、第一端面同士を連結するようになっている。
しかも、ここで、切り込み部は、端部から中央方向に広
がる形状となっているので、これに対応する形状の連結
部材を挿入すると、第一端面同士が離れようとする力に
対向することができる。

【００２７】次に、請求項６記載の発明では、トンネル
掘削機の掘進力を受ける支持凸部が設けられている。そ
して、この支持凸部にて掘進力を支持させて、トンネル
掘削機が進行する。

【００２８】ただし、単に支持凸部に掘進力を受けさせ
ようとすると、この支持凸部はセグメントの内側面から
突出しているだけなので、掘進力を伝達する手段が支持
凸部から外れやすいものである。そこで、請求項７記載
の発明では、ジャッキによって外側方向の内圧力を加え
て、推進反力を伝達する手段が支持凸部から外れないよ
うにしている。そして、この掘進力と内圧力との合力を
ほぼ垂直に受けて、適切に力を受けられる受面を有して
いる。

【００２９】また、このような内圧力を加えても、上述
したように第二端面間のせん断バネは、この内圧力に十
分に対抗できるものである。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。

【００３１】図１は、実施例に係るセグメントの組み立
て状態を示す図である。そして、図２は、図１のセグメ
ントが組み立てられてなるリングを示す概略図で、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図である。また、図３
は、図１におけるセグメントの１ピースを示す図であ
る。

【００３２】セグメント１０の全体形状は、平面的に展
開すると、矩形の一方の対向辺のほぼ中央が反対方向に
台形状に突出した形状となっている（図２（Ａ）参
照）。そして、図２（Ａ）に示すように、トンネル軸方
向に千鳥状に配置すると、隣接するセグメント１０同士
は相互にはまり合う形状になっている。

【００３３】また、立体的に説明すると、図３に示すよ
うに、セグメント１０は、一方向に長い湾曲した板状部
材である。さらに、セグメント１０における外周を形成
する外周端面は、長手方向の両端側に位置する端面１
２、１２と、各端面１２の両側に直角に接続される側端
面１４、１６と、からなる。

【００３４】そして、セグメント１０は、端面１２同士
を図２（Ｂ）に示すように接合して、リング状に組み立
てられるようになっている。このリングＲを、図２
（Ａ）に、組み立てられる順に、Ｒ１、…、Ｒ５で示
す。

【００３５】この端面１２を接合させるときの状態を図
４に示す。また、図３に示すように、端面１２と側端面
１４、１６とで形成される角部には、切り込み部２２が
形成されている。この切り込み部２２は、端面１２側で
は一条の溝をなし、側端面１４又は１６側では、丸穴と
該丸穴の径よりも小さい角穴を組み合わせた形状をなし
ている。詳しくは、切り込み部２２は、側端面１４又は
１６側では、端部から中央方向に広がる形状をなしてい
る。

【００３６】そして、図４に示すように、端面１２同士
を当接させてセグメント１０、１０を接続し、切り込み
部２２に連結部材２４を挿入して両者を連結する。そう
すると、切り込み部２２が端部から中央方向に広がる形
状をなしており、連結部材２４がこれに対応する形状を
なしているので、強固に連結される。

【００３７】詳しくは、連結部材２４は、全体斜視図と
して図５に示すようになっている。つまり、連結部材２
４は、一対の棒状部２４ａ、２４ａ間を、この棒状部２
４ａの径よりも薄い板部２４ｂの両側に設けた形状をな
して、セグメント１０の側端面１４又は１６側から、図
５に矢印で示す方向で切り込み部２２に挿入するように
なっている。また、棒状部２４ａは、図５に示すよう
に、挿入先端側から徐々に太くなるように円錐台形状と
なっている。

【００３８】したがって、連結部材２４を切り込み部２
２に挿入するときに、端面１２、１２間に隙間があって
も、セグメント１０、１０を引きつけるように作用す
る。

【００３９】また、連結部材２４を切り込み部２２に挿
入し終わると、板部２４ｂの厚みよりも棒状部２４ａの
径が大きく、切り込み部２２もこれに対応する形状とな
っているので、連結されたセグメント１０、１０は、端
面１２同士を引き離そうとする力に対抗して連結され
る。

【００４０】次に、側端面１４、１６は、ほぼ中央が反
対方向に台形状に突出した形状となっている。

【００４１】詳しくは、一方の側端面１４には、両端付
近に溝１４ａ、１４ａが形成されており、他方の側端面
１６には、この溝１４ａに対応する形状のレール１６
ａ、１６ａが両端付近に形成されている。そして、溝１
４ａとレール１６ａとは、図１に示すように、はまり合
うようになっている。

【００４２】このようにして、溝１４ａとレール１６ａ
とがはまり合うと、せん断バネを大きくとることができ
る。すなわち、トンネル軸方向に接続されるセグメント
１０、１０間において、外周面又は内周面方向へずれよ
うとする力に対して、大きな抗力で対抗できるようにな
る。

【００４３】しかも、上述したように、セグメント１０
は、トンネル軸方向で千鳥状に接続されるので、千鳥組
効果によって、端面１２同士の接合箇所が側端面１４、
１６側のせん断バネによって強固に連結される。

【００４４】さらに、側端面１４、１６は、上述したよ
うに台形状に突出しているので、溝１４ａとレール１６
ａとを長い距離で形成でき、このことから一層せん断バ
ネは大きくなる。

【００４５】次に、図６は、図１におけるＡ−Ａ線断面
図である。図６に示すように、セグメント１０の本体
は、主としてコンクリートにて構成され、側端面１４、
１６は鋼製の部材にて形成されている。したがって、溝
１４ａ及びレール１６ａも鋼製となっている。なお、セ
グメント１０の本体の内部又は外部の一部も、図示しな
い鋼製の部材にて補強されている。

【００４６】また、一方の側端面１４には複数の凹型金
物１８が埋設され、他方の側端面１６には、凹型金物１
８に対応する凸型金物２０が設けられており、凹型金物
１８と凸型金物２０とで継ぎ手を構成している。詳しく
は、凹型金物１８は、逆止バネ１８ａをリング状に備
え、中央に凸型金物２０を挿入すると、この凸型金物２
０は抜け止めが図られるようになっている。

【００４７】次に、セグメント１０は、図３に示すよう
に、凸面部２６が形成されている。この凸面部２６は、
湾曲の内側面において周端部を除いた領域が、やや突出
して形成されるものである。逆に言えば、このように凸
面部２６が形成されていることで、湾曲の内側面の周端
部には、段２８が形成されている。

【００４８】詳しくは、この段２８を構成する立上面２
８ａは、図６に示すように、多少斜めに立ち上げられて
いる。このように形成することで、トンネル掘削機の推
進反力とともにジャッキによる外側方向への内圧力を受
け、推進反力と内圧力との合力をほぼ垂直に受けること
ができる。

【００４９】これについて、図７を参照して説明する。
図７は、トンネルの掘削とセグメントの組み立てとが同
時に行えるトンネル掘削機を示す図である。そして、か
かるトンネル掘削機は、本願出願人等によって既に特許
出願された発明に係るものである（特願平６−２５３３
９０号）。

【００５０】図７において、トンネル掘削機５０は、推
進ジャッキ５２によって推進するもので、この反力を、
セグメント５６に形成された係合凸部５６ａに係合具５
４を係合させて受けるようになっている。こうして、掘
削方向の最先端を除く位置のセグメント５６にて推進反
力を受けさせることで、トンネルを掘削しながら最先端
のセグメント５６の組み立てを行うことができる。ま
た、係合具５４は、内圧ジャッキ５８を介してセグメン
ト５６方向に圧力を加えられている。

【００５１】なお、詳しくは、特願平６−２５３３９０
号の明細書及び図面に記載されているので、ここでの説
明は省略する。

【００５２】そして、トンネル掘削機の推進反力は、図
７に鎖線矢印Ｘで示す方向に加えられ、内圧ジャッキ５
８による内圧力は、鎖線矢印Ｙで示す方向に加えられ
る。そうすると、係合凸部５６ａに対しては、これらの
合力が実線矢印で示す方向に斜めに加えられることにな
る。

【００５３】したがって、このことは、本実施例に係る
セグメント１０においても同様であるため、推進反力と
内圧力との合力を垂直に受けられるように、上記立上面
２８ａを斜めに形成したのである（図６参照）。

【００５４】次に、図８は、本実施例の変形例を示す図
である。この図は、詳しくは、図６に示すセグメント１
０の溝１４ａ及びレール１６ａを変形した例を示す図で
ある。

【００５５】図８（Ａ）において、セグメント３０は、
一方の側端面の中央部にレール３０ａが設けられ、これ
に対応して他方の側端面の中央部に溝３０ｂが設けられ
ている。

【００５６】また、図８（Ｂ）において、セグメント３
２は、一方の側端面に複数の溝３２ａが設けられ、これ
に対応して他方の側端面にはレール３２ｂが設けられて
いる。

【００５７】さらに、図８（Ｃ）において、セグメント
３４は、一方の側端面に複数の溝３２ａと複数の凸条３
２ｂとが交互に設けられ、これに対応するように、他方
の側端面にも複数の溝３２ａと複数の凸条３２ｂとが交
互に設けられている。

【００５８】以上説明したように、図６に示す溝１４ａ
及びレール１６ａは、図８に示すような種々の形状とし
てもよい。

【００５９】次に、図８（Ａ）のセグメント３０をさら
に変形した実施例を図９に示す。図９において、セグメ
ント４０は、全体形状が図１のセグメント１０と同様の
形状をなしている。そして、一方の側端面４２には、台
形状に突出した先端面に凹部４２ａが形成され、その両
側の傾斜面に凸部４２ｂが形成され、両端部には凸部４
２ｃが形成されている。

【００６０】また、他方の側端面４４側からみたセグメ
ント４０を図１０に示す。同図に示すように、他方の側
端面４４には、台形状に突出した先端面に凹部４４ａが
形成され、その両側の傾斜面に凹部４４ｂが形成され、
両端部には凸部４４ｃが形成されている。

【００６１】ここで、凹部４２ａ及び凹部４４ａは同一
形状をなし、凸部４２ｃ及び凸部４４ｃは同一形状をな
し、凸部４２ｂと凹部４４ｂとは、はまり合う形状とな
っている。

【００６２】さらに、凹部４２ａは、隣接する二つの凸
部４４ｃ、４４ｃが、はまり込む形状となり、凹部４４
ａは、隣接する二つの凸部４２ｃ、４２ｃが、はまり込
む形状となっている。

【００６３】以上のことから、図９に示すように、セグ
メント４０は、凹部と凸部がはまり合って千鳥状に組み
立てられるようになっている。

【００６４】このように、側端面に凹部及び凸部を断続
的に設けると、トンネル軸方向にセグメント４０、４０
を連結したときに、対応する凹部と凸部とがはまり合っ
て円周方向にずれないようになる。例えば、凸部４２ｂ
と凹部４４ｂとがはまり合って円周方向にずれないよう
になっている。また、凸部４２ｃと凹部４４ａとがはま
り合うことで、第一端面同士の継手を構成することがで
きる。

【００６５】なお、このセグメント４０にも、図１のセ
グメント１０と同様に、トンネル軸方向に組み立てると
きに抜け止めを図る凹型金物１８及び凸型金物２０に相
当する係合部及び被係合部が設けられている。ただし、
この点は、セグメント１０におけるものと同様であるた
め詳しい説明を省略する。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
係合部及び被係合部によって簡単に組み立てを行うこと
ができ、凸部又は凹部が噛み合うことでリング間のせん
断バネを大きくするとともに千鳥組効果を発揮できて連
結強度を高めることができる。しかも、第二端面側が突
出した形状をなしているので、この第二端面が長くな
り、上記凸部又は凹部による噛み合いが長い距離にわた
って行われるので、一層せん断バネを大きくすることが
できる。

【００６７】そして、凸部又は凹部によってせん断バネ
を大きくとれることから、セグメント同士の千鳥組効果
を十分に発揮させることができる。

【００６８】また、本発明では、上記形状のセグメント
が千鳥状に組まれるので、幅の狭い部分でリング状に接
合され、その接合部分は、トンネル軸方向に隣接するセ
グメントにおける幅の広い部分に連結されるようになっ
ている。したがって、リング状の接合部分に加えられる
曲げモーメントを幅の広い部分で受けることとなり、セ
グメントの厚みを薄くすることができる。

【００６９】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るセグメントの組み立て状
態を示す図である。

【図２】図１のセグメントが組み立てられてなるリング
を示す概略図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図であ
る。

【図３】図１におけるセグメントの１ピースを示す図で
ある。

【図４】セグメントを円周方向に接合してリングを形成
する状態を示す図である。

【図５】図４に示す連結部材を示す斜視図である。

【図６】セグメントをトンネル軸方向に接続するときの
状態を示す図である。

【図７】トンネルの掘削とセグメントの組み立てとが同
時に行えるトンネル掘削機を示す図である。

【図８】実施例に係るセグメントの変形例を示す図であ
る。

【図９】実施例に係るセグメントの他の変形例を示す図
である。

【図１０】図９に示すセグメントを反対側の側端面から
見た図である。

【図１１】従来のセグメントによるライニングを示す概
略図である。

【符号の説明】

１０セグメント１２端面（第一端面）１４、１６側端面（第二端面）１４ａ溝（凹部）１６ａレール（凸部）１８凹型金物（被係合部）２０凸型金物（係合部）Ｒ１〜Ｒ５リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者奥村利博東京都中央区京橋１丁目７番１号戸田建設株式会社内 (72)発明者宮内政男東京都中央区京橋１丁目７番１号戸田建設株式会社内 (72)発明者多田幸司東京都中央区京橋１丁目７番１号戸田建設株式会社内 (72)発明者請川誠東京都中央区京橋１丁目７番１号戸田建設株式会社内 (56)参考文献特開平６−272494（ＪＰ，Ａ) 実開平４−117098（ＪＰ，Ｕ) 実公昭36−6734（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/08 E21D 11/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】湾曲して側辺が弧を描く形状をなし、該
弧の延長線方向に連結されてリングを構成し、該リング
をトンネルの軸方向に接続することで、トンネル内をラ
イニングするセグメントにおいて、平面的に展開した形状が、矩形の一方の対向辺のほぼ中
央が反対方向に台形状に突出した形状となり、他方の対
向辺が前記弧の両端に位置するよう湾曲し、前記他方の対向辺に位置する第一端面同士を接続して前
記リングを構成し、該第一端面同士の接続位置を千鳥状
にして前記一方の対向辺に位置する第二端面同士を接続
して前記トンネルの軸方向にライニングが行われ、前記第二端面には、対をなして抜け止めが図られる係合
部又は被係合部と、対をなしてはまり合う凸部又は凹部
と、が設けられることを特徴とするセグメント。
【請求項２】請求項１記載のセグメントにおいて、前記凸部又は凹部は、鋼製であることを特徴とするセグ
メント。
【請求項３】請求項１又は請求項２記載のセグメント
において、前記凸部又は凹部は、連続したレール又は溝として形成
されることを特徴とするセグメント。
【請求項４】請求項１又は請求項２記載のセグメント
において、前記凸部又は凹部は、断続的なレール又は該レールに対
応する断続的な溝として形成されることを特徴とするセ
グメント。
【請求項５】請求項１から請求項４のいずれかに記載
のセグメントにおいて、前記第一端面及び第二端面にて形成される角部には、切
り込み部が形成され、該切り込み部は、前記第二端面側
において端部から中央方向に広がる形状をなし、該切り
込み部に対応する連結部材を前記第二端面側から挿入し
て、第一端面同士を連結することを特徴とするセグメン
ト。
【請求項６】請求項１から請求項５のいずれかに記載
のセグメントにおいて、湾曲の内側面に、トンネル掘削機の推進反力を受ける支
持凸部を有することを特徴とするセグメント。
【請求項７】請求項６記載のセグメントにおいて、前記支持凸部は、前記推進反力とともにジャッキによる
外側方向への内圧力を受け、前記推進反力と内圧力との
合力をほぼ垂直に受ける受面を有することを特徴とする
セグメント。