JP3841896B2 - シールドセグメントの継手構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シールドトンネルの一次覆工として使用される、鋼製、コンクリート製、合成セグメント等、各種シールドセグメントの継手構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シールドトンネルの一次覆工として使用される、鋼製、コンクリート製、合成セグメント製等、各種シールドセグメントを、トンネルの軸方向に結合するための継手構造として、図９に部分概略斜視図で、図１０に図９のＡ−Ａ線断面図で示すように、セグメント２１の端部周縁に設けられたボルトボックス２２に継手板２３を取り付け、継手板２３同士をボルト、ナット２４により締め付けることからなるボルト継手構造が知られている。
【０００３】
このようなボルト継手構造は、鋼製セグメント、鉄筋コンクリートセグメント、合成セグメントの如き各種セグメントの結合に従来から使用されているが、多数の結合用ボルトを要し、且つ、結合作業のために多く労力および時間を必要とし、セグメントの組立て作業効率が悪い問題がある。
【０００４】
セグメントを組み立てる際には、シールドジャッキを利用し、トンネルの既設のセグメントに新たなセグメントを押し付けているので、このシールドジャッキによるセグメントの圧入動作を利用し、隣接するセグメント同士を結合することができれば、セグメントの組立て作業効率を向上させることができる。
【０００５】
このような観点から、実公昭５５−３２９５９号公報には、隣り合うセグメント同士を、両端にばね座金が係止されたピンによって結合するセグメント連結構造（以下、先行技術１という）が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】
実公昭５５−３２９５９号公報
【特許文献２】
特開平７−２４７７９６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
先行技術１は、シールドジャッキによる圧入動作を利用して、セグメントの組立て作業を効率化するものであるが、結合強度面で問題があった。
【０００８】
従って、この発明の目的は、シールドセグメントを組立てる際に、結合用ボルト等を必要とせず、しかも、トンネルの軸方向にシールドジャッキでセグメントを押し込むだけで、セグメント同士を簡単迅速に且つ強固に結合することができるシールドセグメントの継手構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、結合すべきセグメントの一方側端面に取り付けられた雄側継手部材と、その他方側端面に取り付けられた雌側継手部材とを有し、前記雄側継手部材は、薄肉円筒体からなっており、前記雌側継手部材は、有底筒状の外側金具と、前記外側金具内にその底部および中ぐり部が所定間隔をあけて取り付けられた中子状の内側金具とからなっており、前記雌側継手部材の筒状外側金具と中子状内側金具との間には、前記雄側継手部材を前記雌側継手部材に嵌合させたときに、前記雄側継手部材の薄肉円筒体先端部分が内側に屈曲して係止される係止部を有する所定深さの環状間隙が形成されている、セグメント同士を結合するための、シールドセグメントの継手構造において、前記中ぐり部の径は、前記外側金具の底部に向けて漸増していることに特徴を有するものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、結合すべきセグメントの一方側端面に取り付けられた雄側継手部材と、その他方側端面に取り付けられた雌側継手部材とを有し、前記雄側継手部材は、薄肉円筒体からなっており、前記雌側継手部材は、有底筒状の外側金具と、前記外側金具内にその底部および中ぐり部が所定間隔をあけて取り付けられた中子状の内側金具とからなっており、前記雌側継手部材の筒状外側金具と中子状内側金具との間には、前記雄側継手部材を前記雌側継手部材に嵌合させたときに、前記雄側継手部材の薄肉円筒体先端部分が内側に屈曲して係止される係止部を有する所定深さの環状間隙が形成されている、セグメント同士を結合するための、シールドセグメントの継手構造において、前記係止部は、前記内側金具の中心に向かうに従って前記雄側継手部材の前記環状間隙内への挿入方向と逆方向に連続的に持ち上がっていることに特徴を有するものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記雄側継手部材には、その先端から所定長さのスリットが周方向に所間隔をあけて複数条形成されていることに特徴を有するものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、この発明を、図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、この発明のシールドセグメント継手構造の一実施態様を示す、合成セグメント同士を結合する場合の、結合前のトンネル軸方向断面図、図２は、雄側継手部材と雌側継手部材とを嵌合させた後の状態を示す断面図、図３は、雌側継手部材を示す断面図、図４は、他の雌側継手部材を示す断面図である。
【００１４】
図面に示すように、合成セグメント１、１´は、セグメントピースの６つの外面を覆う外殻の鋼板２と内側のコンクリート３とにより構成され、一方のセグメント１の端面には雄側継手部材４が取り付けられており、他方のセグメント１´の端面には、雌側継手部材５が取り付けられている。
【００１５】
雄側継手部材４および雌側継手部材５は、それぞれ外殻の鋼板２に溶接によって取り付けられ、雄側継手部材４のベース金具６および雌側継手部材５の外側金具１０に溶接によって取り付けられたアンカー筋１３（鉄筋）によりコンクリート中に定着されている。
【００１６】
雄側継手部材４は、一方のセグメント１の端面に埋め込まれたベース金具６と、ベース金具６にその基端が溶着固定された、例えば、板厚約４ｍｍの薄肉円筒体７とからなっており、薄肉円筒体７には、その先端から所定長さにわたり、周方向に所定間隔をあけて例えば１０乃至１２条のスリット８が形成されている。なお、スリット８の長さは、薄肉円筒体７の基端部７ａが塑性変形しない範囲内の長さに設定されている。
【００１７】
雌側継手部材５は、有底筒状の中ぐり部１０ａを有する外側金具１０と、ワイングラス形状である中子状の内側金具１１とからなっている。中ぐり部１０ａの径は、外側金具１０の底部１０ｂに向けて漸増している。内側金具１１は、その底部中心に取り付けられた突起１１ａを、外側金具１０の底部１０ｂの中心に形成された孔に挿入し、一体的に溶着され、外側金具１０の底部１０ｂ内面から所定間隔をあけて固定されている。なお、内側金具１１と外側金具１０とは、内側金具１１の突起１１ａおよび外側金具１０の底部１０ｂにねじを設け、両者をねじ接合により固定してもよい。
【００１８】
筒状外側金具１０の上端内径は、雄側継手部材４の薄肉円筒体７の外径とほぼ等しく、中子状の内側金具１１の上端外径は、薄肉円筒体７の内径とほぼ等しい。中子状内側金具１１の先端部１１ｂは、外側金具１０の開口端よりも内側に位置している。内側金具１１は、その先端部１１ｂの外径がその底部１１ｃの外径よりもやや小さいテーパ状の胴部１１ｄを有しており、胴部１１ｄから底部１１ｃに至るコーナにはアール状の屈曲部が形成されている。
【００１９】
筒状外側金具１０の開口端には面取り１０ｃが形成されており、外側金具１０の中ぐり部１０ａから底部１０ｂに至るコーナにも、アール状の屈曲部が形成されている。このような筒状外側金具１０と中子状内側金具１１との間には、雄側継手部材４の薄肉円筒体７が嵌合係止される所定深さの環状間隙９が形成されている。
【００２０】
環状間隙９は、内側金具１１のテーパ状胴部１１ｄと、外側金具１０のテーパ状中ぐり部１０ａとの間に形成された、雄側継手部材４の薄肉円筒体７が挿入される円周部分９ａと、内側金具１１の底部１１ｃと外側金具１０の底部１０ｂとの間に形成された、薄肉円筒体７のスリット８部分を中心軸線方向に内側に屈曲して係止させる係止部９ｂとからなっている。円周部分９ａは、内側金具１１の中心部に向かって、例えば、図３上、上細りテーパー状に形成され、係止部９ｂは、内側金具１１の軸線と直交している。
【００２１】
雄側継手部材４の材質は、鉄鋼のほか、所定の塑性変形性能を有しておれば非鉄金属でもプラスチックなどの可塑性樹脂でもよい。また、先端から所定長さにわたり周方向に所定間隔をあけて設けた複数条のスリット８は設けられていなくてもよい。雌側継手部材５の材質は、鉄鋼、鋳物、非鉄金属のほかコンクリート、合成樹脂などであってもよい。
【００２２】
図２に矢印で示すように、雄側継手部材４を雌側継手部材５に向けて押し付けると、雄側継手部材４の薄肉円筒体７が雌側継手部材５の環状間隙９のテーパー状円周部分９ａに挿入され、更に、押し付けを進めると、その先端部が環状間隙９の内側に屈曲した係止部９ｂによって、中心軸線方向に内側に鉤状に屈曲し、塑性変形する。
【００２３】
このようにして、雌側継手部材５の筒状外側金具１０と中子状内側金具１１とによって形成された環状間隙９により、その先端部が塑性変形した薄肉円筒体７によって、雄側継手部材４と雌側継手部材５とは、十分な引抜き抵抗力が発揮され、両部材は極めて強固に結合される。また、剪断力に対しては、雄側継手部材４の断面が有効に作用する。しかも、環状間隙９の円周部分９ａは、係止部９ｂに対して内側に傾斜している、すなわち、鋭角に形成されているので、大きな引抜き力にも耐え得る。
【００２４】
図４に示すように、雌側継手部材５の環状間隙９の円周部分９ａをテーパー状に形成せず、そして、内側金具１１の底部１１ｃと外側金具１０の底部１０ｂとの間に形成された係止部９ｂを、セグメントの継手面と平行にせず、すなわち、内側金具１１に軸線と直交させず、内側金具１１の中心に向かうに従って雄側継手部材４の環状間隙９内への挿入方向と逆方向に連続的に持ち上がっているこのような構造にした場合も、大きな引抜き力に耐え得る性能が得られる。
【００２５】
図５は、この発明の継手構造をＲＣセグメントに適用した場合の例を示す概略斜視図である。図面に示すように、例えば外径４５００ｍｍ、厚さ２２５ｍｍ、長さ（幅）１０００ｍｍのＲＣセグメント１２、１２´の接合すべき一方の端面に、前述した構造の雄側継手部材４が取り付けられ、その他方の端面に前述した構造の雌側継手部材５が取り付けられている。接合すべきＲＣセグメント１２を矢印で示すように既設のＲＣセグメント１２´に向けて押し込むことにより、雄側継手部材４は雌側継手部材５に嵌挿され、ＲＣセグメント１２、１２´は接合される。
【００２６】
図６は、その接合部の概略断面図である。図面に示すように、雄側継手部材４は、コンクリートへの埋込み部分だけ長く形成されており、その埋込み部端部に取り付けられたプレート状のベース金具６によってコンクリート中に固定されている。ベース金具６の面積は雄側継手部材４の断面積よりも大になっており、これによって引抜き力に対する抵抗力になっている。雌側継手部材５は鋳物製で、その底部に内側にねじ加工されたアンカー筋の取付け部２５を有している。片端にねじ加工が施されたアンカー筋１３と雌側継手部材５とを結合し、セグメントのコンクリート３中に埋め込んで固定する。なお、前述した図１および図２に示した定着構造としてもよい。
【００２７】
図７は、この発明の継手構造を鋼製セグメントに適用した場合の例を示す概略断面図であり、図８は接合部の概略断面図である。図面に示すように、鋼製セグメント１４の一方の主桁１４ａには、雄側継手部材４が溶接によって固定されており、他方の主桁１４ｂ には雌側継手部材５が同じく溶接によって固定されている。このような構造の鋼製セグメント１４に、接合すべき他方の鋼製セグメント１４´を押し付けることにより、両者は雄側継手部材４と雌側継手部材５とによって結合される。
【００２８】
以上述べたように、この発明の継手構造は、一方のセグメントに固定された薄肉円筒体からなる雄側継手部材と、他方のセグメントに固定された、雄側継手部材の薄肉円筒体先端部分が屈曲係止される環状間隙を有する雌側継手部材とによって構成され、環状間隙は、鋭角に形成されているので、雄側継手部材を雌側継手部材に押し付け、雄側継手部材の薄肉円筒体を、雌側継手部材の環状間隙に挿入し、その先端部分を屈曲係止させることにより、雄側継手部材と雌側継手部材とを強固に結合することができる。
【００２９】
従って、従来のボルト接合継手に比べて、結合用ボルトを必要とせず、トンネルの軸方向にシールドジャッキでセグメントを押し込むだけで、セグメント同士を強固に結合することができ、セグメントの組立て時間および組立て工程が大幅に短縮され、その施工速度が向上する等、多くの工業上有用な効果がもたらされる。
【００３０】
【発明の効果】
この発明によれば、シールドセグメントを組立てる際に、結合用ボルト等を必要とせず、しかも、トンネルの軸方向にシールドジャッキでセグメントを押し込むだけで、セグメント同士を簡単迅速に且つ強固に結合することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のシールドセグメント継手構造の一実施態様を示す、合成セグメント同 士を結合する場合の、結合前のトンネル軸方向断面図である。
【図２】 雄側継手部材と雌側継手部材とを嵌合させた後の状態を示す断面図である。
【図３】 雌側継手部材を示す断面図である。
【図４】 他の雌側継手部材を示す断面図である。
【図５】 この発明の継手構造をＲＣセグメントに適用した場合の例を示す概略斜視図である。
【図６】 図５における接合部の概略断面図である。
【図７】 この発明の継手構造を鋼製セグメントに適用した場合の例を示す概略断面図である。
【図８】 図７における接合部の概略断面図である。
【図９】 従来のセグメント継手構造を示す部分概略斜視図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１、１´：合成セグメント
２：鋼板
３：コンクリート
４：雄側継手部材
５：雌側継手部材
６：ベース金具
７：薄肉円筒体
７ａ：基端部
８：スリット
９：環状間隙
９ａ：円周部分
９ｂ：係止部
１０：外側金具
１０ａ：中ぐり部
１０ｂ：底部
１０ｃ：面取り部分
１１：内側金具
１１ａ：突起
１１ｂ：先端部
１１ｃ：底部
１１ｄ：胴部
１２、１２´：ＲＣセグメント
１３：アンカー筋
１４：鋼製セグメント
２１：セグメント
２２：ボルトボックス
２３：継手板
２４：ボルト・ナット
２５：アンカー筋取付部

Claims (3)

1. 結合すべきセグメントの一方側端面に取り付けられた雄側継手部材と、その他方側端面に取り付けられた雌側継手部材とを有し、前記雄側継手部材は、薄肉円筒体からなっており、前記雌側継手部材は、有底筒状の外側金具と、前記外側金具内にその底部および中ぐり部が所定間隔をあけて取り付けられた中子状の内側金具とからなっており、前記雌側継手部材の筒状外側金具と中子状内側金具との間には、前記雄側継手部材を前記雌側継手部材に嵌合させたときに、前記雄側継手部材の薄肉円筒体先端部分が内側に屈曲して係止される係止部を有する所定深さの環状間隙が形成されている、セグメント同士を結合するための、シールドセグメントの継手構造において、
   前記中ぐり部の径は、前記外側金具の底部に向けて漸増していることを特徴とする、シールドセグメントの継手構造。
2. 結合すべきセグメントの一方側端面に取り付けられた雄側継手部材と、その他方側端面に取り付けられた雌側継手部材とを有し、前記雄側継手部材は、薄肉円筒体からなっており、前記雌側継手部材は、有底筒状の外側金具と、前記外側金具内にその底部および中ぐり部が所定間隔をあけて取り付けられた中子状の内側金具とからなっており、前記雌側継手部材の筒状外側金具と中子状内側金具との間には、前記雄側継手部材を前記雌側継手部材に嵌合させたときに、前記雄側継手部材の薄肉円筒体先端部分が内側に屈曲して係止される係止部を有する所定深さの環状間隙が形成されている、セグメント同士を結合するための、シールドセグメントの継手構造において、
   前記係止部は、前記内側金具の中心に向かうに従って前記雄側継手部材の前記環状間隙内への挿入方向と逆方向に連続的に持ち上がっていることを特徴とする、シールドセグメントの継手構造。
3. 前記雄側継手部材には、その先端から所定長さのスリットが周方向に所定間隔をあけて複数条形成されている、請求項１または２記載の、シールドセグメントの継手構造。

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