JP3197214B2 - セグメント用継手 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、トンネルのシー
ルド工法等で用いられるセグメントを組み立てる時に用
いられるセグメント用継手の構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のようにシールド工法で用いられる
セグメントと呼ばれる構造体は、トンネル軸方向に短く
分割されたリング体が、円周方向に複数に分割されてな
るセグメントピースから構成される。

【０００３】これらセグメントピース同士の締結は、各
セグメントピースに予め設けられたセグメント用継手を
用い、シールド工法を行うシールド掘削機に備えられた
油圧シリンダがセグメントピースを締結方向に押圧する
ことで行われることが提案されている。

【０００４】この従来のセグメント用継手（特開平７−
２４７７９６号公報）を図１３に示す。すなわち、図示
しない油圧シリンダがセグメントピースを締結方向に押
圧すると、一方のセグメントピース１側に設けられた雄
型継手３が、他方のセグメントピース５に設けられた雌
型継手７に圧入されて塑性変形し締結が行われる。

【０００５】雄型継手３は、先端が開口した拡張スリー
ブ９が、円周方向に複数形成され軸方向に走るスリット
により、先端側を複数の拡張片１１に分割されてなる。
雌型継手７は前記雄型継手３を受け入れるリング状断面
の間隙１３を有し、リング状の間隙１３の中心には、前
記雄型継手３の中心に圧入され雄型継手３を拡張させ塑
性変形させる拡張子１５が設けられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術（特開平７−２４７７９６号公報）では十分な引
き抜き耐力（引き抜きに対する抗力、以下同じ）が得に
くい傾向にあった。すなわち、複数の拡張片１１は、締
結の際に曲げ力による塑性変形が行われる。

【０００７】そして、外部から引き抜き力が働いた場合
に、逆方向の曲げ力による塑性変形が生じると、引き抜
かれてしまう欠点があった。締結の際の曲げ力は、シー
ルド掘削機に備えられた油圧シリンダの押圧力によって
与えられるものである。引き抜かれる際に必要な曲げ力
は、雄型継手３の先端がすでに塑性変形を受けており、
それが逆方向に変形されるに必要な曲げ力で、押し込時
の変形に必要な曲げ力より小さくなる。

【０００８】従って油圧シリンダの押圧力に相当する力
よりも大きな引き抜き力が働いた場合には、十分な引き
抜きに対する抵抗力が得られないこととなる。そこで、
この発明は、以上の問題点を解決するためになされたも
ので、より十分な引き抜き耐力が得られるセグメント用
継手を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めの発明は以下の通りである。第１の発明は、セグメン
ト組み立て時に雄型継手が雌型継手に圧入されて塑性変
形し締結が行われるセグメント用継手において、雄型継
手は先端が開口したスリット部を有しない連続面体の円
筒状をしており、雌型継手は前記円筒状の雄型継手を受
け入れるリング状の間隙を有し、リング状の間隙の中心
には、前記円筒状の雄型継手の中心に圧入され雄型継手
を拡張する略円錐形状の突起が設けられたことを特徴と
するセグメント用継手である。

【００１０】第２の発明は、前記雌型継手の略円錐形状
の突起が雌型継手面より雄型継手側に突出しており、か
つ突起先端の径が前記雄型継手の円筒状の内径より十分
に小さいことを特徴とするセグメント用継手である。

【００１１】第３の発明は、前記雌型継手の略円錐形状
の突起が雌型継手面より前記雄型継手側に突出しており
かつ該突起先端の径が前記雄型継手の円筒状の内径より
十分に小さいことを特徴とするセグメント用継手であ
る。

【００１２】第４の発明は、前記略円錐形状の突起の軸
に直角方向の円形断面の半径が、内側に向かうほど増加
する増加率は、直線的である場合よりも大きいことを特
徴とするセグメント用継手である。

【００１３】第５の発明は、前記略円錐形状の突起が基
端部で縮径し、この縮径により角部が形成され、この角
部には前記締結が完了した状態で雄型継手の先端が接触
していることを特徴とするセグメント用継手である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態を、
図１乃至図６において説明する。周知のようにシールド
工法では、シールド掘削機が掘削したトンネルの内側
は、セグメントと呼ばれる筒状の構造体２１（図２）が
支える。この構造体２１は、トンネル軸方向に短く分割
されたリング体２３が、トンネル軸方向に連結されてな
る。

【００１５】即ち、図示しないシールド掘削機は、既に
構築された構造体２１に油圧シリンダの反力をとりなが
ら、油圧シリンダを働かせ掘進を行う。そして、１個の
リング体２３のトンネル軸方向幅分だけ掘進が行われる
と、油圧シリンダが縮められ、新しいリング体２３が掘
削機の後方と既に構築されている構造体２１との間に配
置され、セグメント用継手２７、２９により既に構築さ
れている構造体２１に締結される。

【００１６】この新しいリング体２３は、円周方向に複
数に分割されてなるセグメントピース２５から構成さ
れ、互いにボルトナット等で締結される。図２に用いら
れるセグメント用継手２７、２９の拡大斜視図を図１に
示す。

【００１７】すなわち、雄型継手２７は、先端が開口し
た完全な円筒状をしている。つまり従来のようなスリッ
トは設けられていない。雌型継手２９は、リング状の間
隙３１を有する。このリング状の間隙３１の間隙寸法
は、雄型継手２７の先端のリング状の端面の肉厚をほぼ
ぎりぎりに受け入れられる寸法を有する。

【００１８】そして、前記リング状の間隙３１の中心に
は、この間隙３１と同心状態で、略円錐形状の突起３３
が設けられている。この突起３３は、前記雄型継手２７
の中心に圧入され雄型継手２７を拡張する働きを有す
る。

【００１９】次に、この実施形態のセグメント用継手２
７、２９を用いて、従来例との比較実験を行った。図３
において、実験に用いたこの実施形態のセグメント用継
手２７、２９の各部の寸法を説明する。雄型継手２７
は、台座金物３５に対して円筒状の鋼管が埋め込まれて
溶接により固定されている。この鋼管の外形Ｄ１は５０
ｍｍであり、肉厚ｔは５ｍｍである。また、台座金物３
５から突出する長さＬは５０ｍｍである。

【００２０】台座金物３５には、鋼管と接する部位にお
いて、三角形断面の切り欠き３７が円周上に形成されて
いる。この切り欠き３７は鋼管の変形を容易にするため
のものである。鋼管は台座金物３５に対し溶接により固
定される。鋼管の奥行（図５中上方向）は十分に深いも
のとなっており、雌型継手２９と締結した状態で、雌型
継手２９の突起３３の先端に接触しないように逃げ空間
３８（図５（Ｂ））が形成されている。

【００２１】雌型継手２９は、上部鋼板３９に丸穴が明
けられている。この丸穴の直径Ｄ２は６３．５ｍｍであ
り、上部鋼板の厚さ１５ｍｍである。この上部鋼板３９
の内側には、鋼材からなる連結部材４１を介して下部鋼
板４３が平行に溶接される。

【００２２】この下部鋼板４３に対し、円錐台形状の突
起３３が溶接される。突起の軸は前記上部鋼板３９の穴
の軸と一致する。円錐台形状の突起３３の先端の直径ｄ
は１６．９ｍｍであり基部の直径Ｄ３は９５ｍｍであ
る。円錐台状の突起３３の高さは、上部鋼板３９の表面
までの高さＨが５０ｍｍ、上部鋼板３９の表面からさら
に外側に突出する分の高さｈが１５ｍｍであり、合計６
５ｍｍである。よって円錐台形状の斜面の角度θは３０
度である。

【００２３】なお、設計上締結が完了した状態で、雄型
継手２７の台座金物３５と雌型継手２９の上部鋼板３９
との間には、微少の隙間ｇが残されるようにする。この
ような隙間ｇを設けることでセグメントの軸方向すなわ
ち圧入方向に誤差が生じている場合にも、十分な締結を
行うことができる。もっともこの隙間ｇをなくした設計
とすることも可能である。

【００２４】これに対し比較対象となる従来型の継手は
図６に示すものであり、寸法は前記図５と同じであり、
異なる点は鋼管に軸方向に複数のスリット４５が設けら
れていることである。すなわち、鋼管の円周方向に３０
度の間隔で１５本のスリット４５が、軸方向に１５ｍｍ
の長さで設けられる。

【００２５】この実験結果を図７に示す。図中（Ａ）が
この実施形態の結果であり、（Ｂ）が従来型の継手の結
果である。これらの図から分かるように、引き抜き力は
（Ａ）が１８ｔｏｎｆ、（Ｂ）が５．０ｔｏｎｆであっ
た。そして、スリット４５が設けられていない鋼管を固
定して引っ張り力を加えた場合の破壊が生じる強さは計
算上およそ２９ｔｏｎｆであるから、この強さに対する
前記引き抜き力の割合は、（Ａ）が６２％、（Ｂ）が１
７％であるという結果を得た。

【００２６】なお、雄型継手２７が雌型継手２９に圧入
されるために必要な力は、この実施形態（図３）のほう
が従来型（図４）の方よりも大きいが、ともに、シール
ド掘削機に備えられた油圧シリンダの押圧力の範囲以内
である。

【００２７】このように、従来型に比べこの実施形態の
方がはるかに大きな引き抜き力を得られた理由は、以下
のように考えられる。すなわち、従来型の場合には雄型
継手２７はスリット４５によって１２本の拡張片１１を
有し、前記圧入による塑性変形は、これら拡張片１１が
曲げられることで生じる。また、引き抜き力は、これら
拡張片１１が再度逆方向の曲げによる塑性変形を生じる
力である。

【００２８】これに対し、この本発明の実施形態におい
ての引き抜き力は、圧入によりラッパ状により塑性変形
した雄型継手２７（図３（Ｂ））が、再び円周方向の圧
縮力によって縮み、元の円筒状になるか、あるいは面座
屈によって軸方向に皺が生じることで概略元の円筒状に
戻るのに必要な力であった。

【００２９】これらの引き抜き力を比較すると、曲げに
よる塑性変形が生じるには余り大きな力を必要とせず、
これに比べ圧縮力により元の円筒状に戻すにはきわめて
大きな力が必要となり、また座屈を起こすのにもかなり
大きな力が必要である。これらのことから従来型に比べ
この実施形態の方がはるかに大きな引き抜き力を得られ
たものと考えられる。

【００３０】また、この実施形態によれば、雌型継手２
９の突起３３が雌型継手２９の上部鋼板３９の表面より
雄型継手２７側に突出しており、かつ突起３３の先端の
径ｄが、雄型継手２７の円筒状の内径Ｄ１よりも十分に
小さいので（図３）、雄型継手２７と雌型継手２９の軸
間に偏心ｅ（図６）が生じている場合にも、締結に際し
て、前記突起３３が突出してあることによる案内が充分
に行え、突起３３の先端は円筒状の雄型継手２７に容易
に入り、雄型継手２７は突起３３に案内され、偏心誤差
を吸収でき、締結が行える。なお、図３を用いて説明し
た寸法の継手の実験では偏心量ｅ＝５ｍｍまでは充分問
題のない締結が行えた。

【００３１】（他の実施形態）以上の実施形態では雌型
継手２９の突起３３は、完全な円錐台形状をしていた。
すなわち、突起３３の軸に直角方向の断面、すなわち円
形断面の半径は、内側方向すなわち圧入と逆方向に向か
う程、直線的に増加するものであった。

【００３２】しかしながら図７に示すように、直線的で
はなく曲線的にさらに増加する形状にしても良い。この
場合には、ラッパ状に拡張された雄型継手２７の先端は
より広い径を有することになり、より大きな引き抜き耐
力が得られる。

【００３３】また、図８に示すように、半径が増加する
増加率の曲線は、途中で曲率が変化するものであっても
良い。また、他の実施形態では図９または図１０に示す
ように、突起３３の基端部が縮径するものであっても良
い。

【００３４】そして、この縮径により角部４７が形成さ
れ、この角部４７の位置は、継手の締結が完了した状態
で雄型継手２７の先端が接触し得る位置とすることが可
能である。拡張された雄型継手２７は縮径部でスプリン
グバックしようとし、この角部４７に強く接触するの
で、いわば角部によりフックされた状態となる。よっ
て、引き抜き耐力をさらに増すことができる。さらに、
突起３３の表面に凸状の丸、帯形等のエンボスを設けて
も良い。エンボスを設ける摩擦力が上昇し、引き抜き耐
力を増すことができる。

【００３５】以上の実施形態においては、雄型継手２７
および雌型継手２９は鋼材によって形成されるものであ
ったが、他の実施形態においてはプラスチックなどで形
成されるものとしても良い。特にこの時、雄型継手２７
の長さＬ（図３参照）は、肉厚ｔとの関係において、締
結完了時に先端に亀裂などが生じない寸法としなければ
ならない。また、雌型継手２９において例えば突起３
３、連結部材４１、下部綱板４３に相当する部分は鋳鋼
製とし、その後、上部鋼板３９と溶接やボルト結合する
などしても良い。

【００３６】なお、前記図３で説明した各図の実際の寸
法は、実験のためのものであり、他の実施形態では当然
に他の寸法をとり得る。その時、各部の主寸法は、以下
のように定めることが望ましい（単位ｍｍ）。 Ｄ２≧Ｄ１＋２ｅ ａ＝ｔ・ｓｅｃθ＋１．０ ｈ＝（１／２（Ｄ３−Ｄ１）＋ｅ＋ｔ）ｃｏｔθ−Ｈ＋１０

【００３７】ここで、記号は下記の通りである。 Ｄ２：上部鋼板の孔径、 Ｄ１：鋼管の外径、 ｅ：セグメント組立時における雄型継手と雌型継手の軸間の偏心、 ａ：（Ｄ２−Ｄ１）／２、 ｔ：鋼管の肉厚、 θ：錐台の突起の傾斜角度、 ｈ：円錐台の突起が上部鋼板から突き出る高さ、 Ｄ３：基部の直径、 Ｈ：円錐台の上部鋼板までの高さ

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明発明によれ
ば、雄型継手に従来のようなスリットを形成していない
ので、締結によりラッパ状に塑性変形した雄型継手を、
引き抜く際には、引き抜きにともなう圧縮力により元の
円筒状に戻すにはきわめて大きな力が必要となり、また
面座屈を起こすのにもかなり大きな力が必要である。よ
って、従来よりも大きな引き抜き耐力を得られる（請求
項１）。

【００３９】さらに、雌型継手の略円錐形状の突起を雌
型継手面より突出させ及び／又は先端の径を、雄型継手
の円筒状の内径より十分に小さいものとすることで、雄
型継手と雌型継手の軸間に偏心ｅが生じている場合に
も、締結が行える（請求項２及び３）。

【００４０】突起の円形断面の半径が増加する増加率を
大きくすることで、ラッパ状に拡張された雄型継手の先
端はより広い径を有することになり、より大きな引き抜
き耐力が得られる（請求項４）。突起の基端部が縮径し
て形成した角部に雄型継手の先端が接触することで、拡
張された雄型継手は、いわば角部によりフックされた状
態となり、引き抜き耐力をさらに増すことができる（請
求項５）。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る継手の斜視図であ
る。

【図２】図１の継手を有するセグメントピースによって
セグメントが組み立てられる状態を示す概略全体斜視図
である。

【図３】図１の継手の縦断面であり、（Ａ）は締結前の
断面図、（Ｂ）は締結後の断面図である。

【図４】実験の比較対象とする継手を示すもので、
（Ａ）は締結前の斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の雄型継手の
先端端面図である。

【図５】比較実験の実験結果を示す図であり、（Ａ）は
この実施形態の結果を示す図、（Ｂ）は比較対象の結果
を示す図である。

【図６】この実施形態の他の作用効果を示す図であり、
（Ａ）は締結前の断面図、（Ｂ）は締結後の断面図であ
る。

【図７】この発明の他の実施形態に係る継手の締結後の
断面図である。

【図８】この発明の他の実施形態に係る継手の締結後の
断面図である。

【図９】この発明の他の実施形態に係る継手の締結後の
断面図である。

【図１０】この発明の他の実施形態に係る継手の締結後
の断面図である。

【図１１】従来例の継手を示す断面図である。

【符号の説明】

２１ セグメント ２５ セグメントピース ２７ 雄型継手 ２９ 雌型継手 ３１ リング状の隙間 ３３ 突起 ４７ 角部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−247796（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−34785（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/04

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セグメント組み立て時に雄型継手が雌型
   継手に圧入されて塑性変形し締結が行われるセグメント
   用継手において、 雄型継手は先端が開口した連続面体の円筒状をしてお
   り、雌型継手は前記円筒状の雄型継手を受け入れるリン
   グ状の間隙を有し、リング状の間隙の中心には、前記円
   筒状の雄型継手の中心に圧入される雄型継手を拡張する
   略円錐形状の突起が設けられたことを特徴とするセグメ
   ント用継手。
2. 【請求項２】 前記雌型継手の略円錐形状の突起の径
   は、前記雄型継手の円筒状の内径より十分に小さいこと
   を特徴とする請求項１に記載されたセグメント用継手。
3. 【請求項３】 前記雌型継手の略円錐形状の突起が雌型
   継手面より前記雄型継手側に突出しておりかつ該突起先
   端の径が前記雄型継手の円筒状の内径より十分に小さい
   ことを特徴とする請求項１に記載されたセグメント用継
   手。
4. 【請求項４】 前記略円錐形状の突起の軸に直角方向の
   円形断面の半径が、内側に向かうほど増加する増加率
   は、直線的である場合よりも大きいことを特徴とする請
   求項１〜３のいずれかに記載されたセグメント用継手。
5. 【請求項５】 前記略円錐形状の突起が基端部で縮径
   し、この縮径により角部が形成され、この角部には前記
   締結が完了した状態で前記雄型継手の先端が接触してい
   ることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載され
   たセグメント用継手。