JP3962478B2 - セグメント継手およびトンネル覆工作業用のセグメント - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル覆工用セグメントを結合する継手の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル覆工においては、円弧状断面の複数のセグメントを、トンネル内周方向に沿ってセグメント継手を介して結合して、セグメントリングを形成する。そして、このセグメントリングをシールド機の掘進に応じてトンネル軸方向に連結することにより、トンネル全体の覆工が行われる。
【０００３】
このようなセグメントの連結に用いられるセグメント継手に関しては、従来から、例えば実開平１−９８３００号公報や、本出願人による特願平６−２３１５０８号などに提案がなされている。
【０００４】
このうち実開平１−９８３００号公報に開示されたセグメント継手は、図５に示すようなものである。
【０００５】
図示されるように、このセグメント継手は、締め付け具本体１０１、楔金具１０２および皿バネ１０３からなる。締め付け具本体１０１は、杆体１０１Ａと係止頭部１０１Ｂからなり、この杆体１０１Ａが、鋼製セグメント１０４、１０５の重ね合わされた継手板１０４Ａ、１０５Ａに形成された孔に貫通する。そして、鋼製セグメント１０４側に突出した係止頭部１０１Ｂと継手板１０４Ａの間には皿バネ１０３が介装される一方、杆体１０１Ａの鋼製セグメント１０３側への突出部分に形成された挿入部１０１に楔金具１０２が嵌入される。この楔金具１０２は、凹部１０２Ａが挿入部１０１の楔係合部１０１Ｄに嵌まり込むところまで打ち込まれ、継手板１０４Ａ、１０５Ａ間の締結力は、皿バネ１０３により得られるようになっている。
【０００６】
また、特願平６−２３１５０８号のセグメント継手は、図６、図７に示すようなものである。
【０００７】
図６に示すように、プレキャストコンクリートパネルであるセグメント１１０Ａの端部のホルダ１１１には、ピン１１２がバネ１１３を介して弾性的に支持され、先端を継手板１１４から突出させている。
【０００８】
一方、図７に示すように、このセグメント１１０Ａと重ね合わされるセグメント１１０Ｂには、継手板１２１が埋設される。この継手板１２１には、前記ピン１１２が挿入される穴１２１Ａが形成され、さらに、継手板１２１の後方にはコッタ１２２が支持される。
【０００９】
このコッタ１２２は、水平部１２２Ａと楔部１２２Ｂからなる。この楔部１２２Ｂはピン１１２に形成された楔形切り欠き１１２Ａ（図６参照）に嵌合する一方、水平部１２２Ａに形成された長穴１２２Ｃに嵌まり込むボルト１２３は、水平部１２２Ａ下方の雄ネジブロック１２４に螺合する。
【００１０】
これにより、ボルト１２３を締め付けによって、楔部１２２Ｂは楔形切り欠き１１２Ａに食い込んで行き、継手板１１４と継手板１２１（セグメント１１０Ａとセグメント１１０Ｂ）とを締め付け、セグメント継手による締結力を調整することができるようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来のセグメント継手には、以下に述べるような問題点があった。
【００１２】
セグメントリングには強大な土水圧荷重による曲げモーメントが発生し、セグメント継手には大きな曲げ引っ張り力がかかる。このため、セグメント継手はあらかじめ軸方向の力を発生させた状態で締結し、締結後のセグメント継手に曲げ引っ張り力がかかったとしても、セグメント継手間の目開きがおきないようにして、セグメントリングの変形を防止している。
【００１３】
ところが、図５に示した実開平１−９８３００号公報のセグメント継手の場合には、上述したように、セグメント継手の締結は皿バネ１０３により維持されているに過ぎない。このため、セグメント継手に軸方向の力を発生させた状態で締結したとしても、締め付け具本体１０１の弾性変形よりも圧倒的に大きく皿バネ１０３が弾性変形してしまい、大きな外力が作用したときには、セグメント継手は継手としての機能を果たすことはできない。
【００１４】
また、鋼製セグメント１０４、１０５間には、通常、シール部材１６が設けられているが、セグメントリングにかかる外力によりシール部材１６が圧しつぶされてしまい、その分、鋼製セグメント１０４、１０５間に隙間が生じてしまうことがあるが、この図５に示したセグメント継手では、これを吸収するように調整することはできない。
【００１５】
一方、図６、図７に示した特願平６−２３１５０８号のセグメント継手の場合には、ボルト１２３のねじ込み具合によってセグメント継手の締結力を調節できるようになっているので、大きな外力が作用したときにも継手としての機能を果たすことはできる。
【００１６】
しかしながら、このセグメント継手は、複雑な構成を持つものであり、複雑な加工が必要とされる。
【００１７】
また、ピン１１２に楔形切り欠き１１２Ａを形成しているので、ピン１１２の径に対して有効断面が小さく効率的でない。
【００１８】
さらに、これらのピン型のセグメント継手においては、継手に作用する正負両方向の曲げモーメントに抵抗するために、セグメントの内周側近傍と外周側近傍の両方にセグメント継手を設ける必要がある。すなわち、セグメントリングに曲げモーメントが作用したときには、ピン型のセグメント継手には引っ張り荷重が、またセグメントのコンクリートパネルには圧縮荷重がかかるが、これらの荷重に対するセグメント継手またはコンクリートパネルの耐荷範囲を十分に大きなものとするには、正方向および負方向の曲げモーメントにそれぞれ対応して、セグメント内周側と外周側に２つのセグメント継手を備えなければならない。このため、セグメント継手の数が増えてしまい、コストアップの原因となっていた。
【００１９】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、セグメントリングにかかる正負両方向の曲げモーメントに対して少ない数の継手で効率的に抵抗力を発揮し得るとともに、低コストで加工および組み付け作業を行い得るセグメント継手を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
第１、２の発明は、トンネル覆工作業用のセグメント間を結合するセグメント継手において、隣り合うセグメントのそれぞれの接合面付近にこの接合面に垂直に、または接合面に垂直な軸とセグメントの厚み方向の軸とで形成される面に、互いに平行に設けられた一対の継手板を備え、各継手板は、その先端に互いに対向するように折り曲げられた屈曲部を形成し、これらの屈曲部を係合させることにより前記一対の継手板を連結するとともに、前記継手板の少なくとも一方を接合面に対して垂直方向に移動可能とし、この移動可能とされた継手板側のセグメントの所定の位置に定着部材を固定し、前記移動可能とされた継手板に楔押さえ部を設け、この楔押さえ部と前記定着部材の間に打ち込まれる楔部材を備えた。
第３の発明は、前記セグメントは、円弧状に形成され、前記継手板は、隣り合うセグメントのそれぞれの接合面付近にこの接合面に垂直かつ径方向に平行に設けられる。
【００２１】
第４の発明は、楔部材に備えたボルトをねじ込むことにより楔押さえ部と定着部材の間隔を圧し広げる。
【００２２】
第５の発明は、前記楔押さえ部材は、前記継手板の基端側に形成された屈曲部である。
【００２３】
第６の発明は、前記楔押さえ部材は、前記継手板に形成した楔嵌合穴であるとともに、前記移動可能とされた継手板の両側を挟み込むように一対の定着部材を備えた。
【００２４】
第７の発明は、トンネル覆工作業用のセグメントにおいて、前記第１から第６のいずれか一つの発明のセグメント継手を接合面に一対備えるとともに、これらのセグメント継手の一方の継手板は接合面に固定され、セグメント継手の他方の継手板は前記接合面に対して垂直方向に移動可能とし、かつこの移動可能な継手板を接合面に形成した凹部に収容するようにした。
【００２５】
【発明の作用および効果】
第１から３の発明では、一対の継手板先端の屈曲部同士を係合させることにより、セグメントの連結は容易に行い得る。また、一対の継手板は、板状の部材から構成され、またセグメントの厚み方向（セグメントの外周側から内周側に至る方向）に平行に配置されているので、セグメントの厚み方向にわたって配設されることになり、ひとつのセグメント継手のみでセグメントリングにかかる正負の曲げモーメントのそれぞれに対して十分に大きな抵抗力を発揮することができる。また、継手の有効断面積も広く、剛性も高い。さらに、セグメント継手をセグメントに組み付ける際にも細かな位置決め作業が不要である。また、一対の継手板の少なくとも一方は、楔部材の打ち込みの程度に応じて後方に押さえ込まれ、継手板の屈曲部同士の係合が強固にされる。これにより、継手板の持つ寸法誤差や組み立て誤差は吸収され、セグメント継手は確実に連結される。また、セグメント間のシール部材がつぶれるなどして、セグメント間の隙間が広がってしまったようなときにも、楔部材の打ち込み位置を調節することによりセグメント継手による締結力を維持することができる。したがって、セグメント継手の数を低減でき、またセグメント継手の組み付け作業が効率化できるとともに、セグメント継手による締結を補強するための工事も不要となり、その分コストダウンを図ることができ、施工期間も短縮することができる。
【００２６】
第４の発明では、楔部材に備えたボルトをねじ込むことにより楔押さえ部と定着部材の間隔を圧し広げるので、ボルトの締め付け程度によるセグメント継手による締結力の調整作業は極めて容易に行い得る。
【００２７】
第５の発明では、楔押さえ部材は継手板の基端側に形成された屈曲部であるので、セグメント継手は全体として極めて単純な形状から構成でき、加工費を大幅に削減できる。
【００２８】
第６の発明では、楔押さえ部材は継手板に形成された楔嵌合穴であるので、楔部材の打ち込みは継手板と垂直方向、すなわちセグメントの側方（トンネル軸方向）から行われる。したがって、セグメントの内周面には楔部材の打ち込み作業のための開口を形成する必要がなくなり、この開口をモルタル等で穴埋めする必要がなくなるので、トンネル覆工作業が効率化される。
【００２９】
第７の発明では、トンネル覆工作業用のセグメントには、接合面に対して移動可能な継手板と、接合面に対して固定された継手板がひとつづつ振り分けられ、したがって凹部もそれぞれひとつづつ形成される。これにより、セグメントの接合面に凹部が２つ形成されてしまうことによりセグメントの強度が弱められてしまうことが回避されるとともに、セグメントの継手面形状が共通となるので、セグメントを共通の型から形成することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
図１には、本発明のセグメント継手の基本構成となる実施の形態を示す。
【００３２】
図示されるように、セグメント１Ａ、１Ｂの接合面（継手面）には、それぞれ継手板２Ａ、３Ａ、継手板２Ｂ、３Ｂが備えられる。これらの継手板２Ａ、３Ａ、継手板２Ｂ、３Ｂは、それぞれセグメント１Ａ、１Ｂの厚み方向（セグメント１Ａ、１Ｂの内周面側から外周面側に向かう方向）に平行（セグメントリングの円周方向に平行）にそれぞれ配置され、継手板２Ａは３Ａと、また継手板２Ｂは３Ｂと、それぞれトンネル軸方向に並んだ状態となっている。そして、セグメント１Ａ、１Ｂの継手面が重ね合わされたときには、継手板２Ａは継手板２Ｂと、また継手板３Ａは継手板３Ｂと、互いに対峙する。この継手板２Ａ、２Ｂと、継手板３Ａ、３Ｂが、それぞれ本発明のセグメント継手を構成する。
【００３３】
継手板２Ａ、２Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂは、それぞれ先端部分に、互いに対向するようにＬ字型に折れ曲げられ、互いに係合する屈曲部４Ａ、４Ｂおよび屈曲部５Ａ、５Ｂを備えている。この場合、セグメント１Ａ側の屈曲部４Ａ、５Ａは、既設コンクリート側と反対側に折り曲げられ、またセグメント１Ｂ側の屈曲部４Ｂ、５Ｂは、既設セグメントリング側に折り曲げられている。これにより、セグメント１Ｂを、既設セグメントリング側のセグメント１Ａに向かって移動させ、継手面を重ね合わせるようにすれば、屈曲部４Ａ、４Ｂおよび屈曲部５Ａ、５Ｂの係合がなされるようになっている。
【００３４】
継手板２Ａ、２Ｂ、継手板３Ａ、３Ｂは、いずれもセグメント１Ａ、１Ｂのコンクリート内に、アンカー筋とともに埋め込まれている。この場合、継手板２Ａおよび継手板３Ｂは、それぞれセグメント１Ａ、１Ｂから突出する一方で、継手板２Ｂおよび継手板３Ａは、それぞれセグメント１Ｂ、１Ａに形成された凹部７Ｂ、７Ａ内に収容されている。これにより、屈曲部４Ａ、４Ｂおよび屈曲部５Ａ、５Ｂが係合すると、継手面がぴったり重ね合わされるようになっている。
【００３５】
なお、後述するように、凹部７Ｂ、７Ａ内に収容された継手板２Ｂ、３Ａには定着部材が備えられ、これらの継手板２Ｂ、３Ａは移動可能となっているが、本実施の形態では、接合されるセグメント１Ａ、１Ｂのそれぞれには、移動可能な継手板３Ａ、２Ｂと固定された継手板２Ａ、３Ｂがひとつづつ振り分けられ、凹部７Ａ、７Ｂもそれぞれひとつづつ形成されるようになっている。これにより、セグメント１Ａ、１Ｂのいずれかの継手面に凹部が２つ形成されることによりセグメントの強度が弱められてしまうことが回避されるとともに、セグメントは、継手面形状が共通となるので、共通の型から形成することができる。
【００３６】
図２には、図１に示すような基本構成に、セグメント継手を強固に締結するための機構（定着機構）を備えた実施の形態を示す。
【００３７】
この定着機構は、図１に示したような継手板２Ａ、２Ｂの少なくとも一方、および継手板３Ａ、３Ｂの少なくとも一方に備えられる。本実施の形態では、図１の凹部７Ｂ、７Ａ内に収容された継手板２Ｂ、３Ａに定着機構が備えられる。以下の説明では、継手板３Ａに備えられた定着機構を例にとって説明する。
【００３８】
定着機構は、定着部材である定着板１１と、楔部材１２と、ボルト１３と、継手板３Ａの基端に形成された屈曲部１４からなる。
【００３９】
定着板１１は、セグメント１Ａを構成するコンクリートパネルの中にアンカー筋８とともに埋め込まれ、接合面に略平行に固定されている。セグメント１Ａを構成するコンクリートパネルには、この定着板１１の側方および背後にかけて空間が形成される。この空間に、継手板３Ａの基端側部分が、定着板１１に対して垂直方向に移動自在に収容される。
【００４０】
楔部材１２は、定着板１１に沿って配置される垂直面１５を備えるとともに、この垂直面１５の反対側に、垂直面１５に対して所定の傾斜をもつ傾斜面１６を備える。これにより、楔部材１２は下方（セグメント１Ａの内周面方向）に行くにしたがって幅を広げるようになっている。
【００４１】
屈曲部１４の内側の面は、楔部材１２の傾斜面１６と重なり合う傾斜面１７となっている。これにより、楔部材１２は、定着板１１と、この定着板１１の後方に回り込む屈曲部１４の間に挟み込まれた配置となっている。
【００４２】
定着板１１の上側（セグメント１Ａの外周面側）はＬ字型に折れ曲がったボルトねじ込み面１８となっており、楔部材１２を上下に貫通する貫通穴２０を突き抜けたボルト１３先端が、このボルトねじ込み面１８に形成されたボルト穴１９に下方からねじ込まれるようになっている。
【００４３】
定着板１１背後の空間は、セグメント１Ａの内周面側に開口するようになっており、ボルト１３のねじ込み作業は、この開口を通じて行い得る。
【００４４】
このような構成により、ボルト１３をボルト穴１９にねじ込んで行くと、楔部材１２がボルト１３とともに上方のボルトねじ込み面１８側に移動し、楔部材１８の形状にしたがって定着板１１と屈曲部１４の間隔が圧し広げられて行く。この結果、継手板３Ａは図２に矢印で示す方向に移動し、継手板３Ａと継手板３Ｂの締結の強度が高められて行くようになっている。
【００４５】
なお、定着板１１背後の空間を、セグメント１Ａの外周面側にまで貫通するようにしておけば、セグメント１Ａの外周面側からこの空間内に裏込めモルタルが流入して来るので、継手板３Ａの防食に有効である。
【００４６】
つぎに、図１の基本構成に図２に示す定着機構を備えた実施の形態について作用を説明する。
【００４７】
セグメント１Ａ、１Ｂを、継手板２Ａ、２Ｂからなるセグメント継手と、継手板３Ａ、３Ｂからなるセグメント継手を介して連結するときには、図１に示すように、セグメント１Ｂの継手面を含む平面が既設セグメントリング側のセグメント１Ａの継手面を含む平面と一致するように、セグメント１Ｂをセグメント１Ａの手前でセグメントの周方向に左旋回させ、さらに、セグメント１Ｂの継手面がセグメント１Ａの継手面に重なり合うように、セグメント１Ｂをトンネル軸方向に移動させ、継手板２Ａ、２Ｂの屈曲部４Ａ、４Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂの屈曲部５Ａ、５Ｂをそれぞれ係合させる。
【００４８】
さらに、図２に示すように、セグメント１Ａの内周面側の開口からボルト１３のねじ込み作業を行い、継手板２Ａ、２Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂの締結力を調整する。
【００４９】
これにより、継手板２Ａ、２Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂの寸法誤差や組み立て誤差は吸収され、継手板２Ａ、２Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂは確実に連結される。また、セグメント１Ａ、１Ｂ間のシール部材がつぶれるなどして、セグメント１Ａ、１Ｂ間の隙間が広がってしまったようなときにも、ボルト１３をねじ込んで行くことにより、セグメント継手による締結力を維持することができる。
【００５０】
また、継手板２Ａ、２Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂは、板状の部材から構成されているので、セグメント１Ａ、１Ｂの継手面の厚み方向（外周側から内周側に至る方向）の広い範囲にわたって配置することができる。また、継手の有効断面積も広く、剛性も高い。したがって、従来のピン型のセグメント継手のようにセグメントリングにかかる正負の曲げモーメントのそれぞれに対応するためにセグメント１Ａ、１Ｂの内周側と外周側のそれぞれに複数のセグメント継手を配置する必要はなく、内周側から外周側にかけては１個のセグメント継手のみを備えただけで有効に作用し、最小限の数のセグメント継手でセグメントリングにかかる正負いずれの方向に対しても大きな曲げモーメントに耐えることができ、セグメント継手による締結を補強するための工事（例えばセグメント内側への鉄筋コンクリート覆工など）が一切不要となり、工費の大幅な削減が可能となる。
【００５１】
また、セグメント継手は、継手板２Ａ、２Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂに定着機構を備えた単純な形状であるので、加工は容易であり、低コストで製造することができる。
【００５２】
さらに、セグメント１Ａ、１Ｂへの組み付けにおいても細かな位置決め作業が必要なく、作業が効率化できる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、楔部材１２を垂直面１５と傾斜面１６を備えた台形断面のものとしたが、楔部材の形状はこのような形態に限られず、例えば楔部材を、図３に示すように、所定の傾斜を備えた傾斜面２１ａ、２１ｂを互いに対向させる一対の楔部材２１、２２から構成してもよい。この場合、傾斜面２１ａ、２１ｂと反対側の面は、平行な垂直面２１ａ、２１ｂとなっており、それぞれ屈曲部１４の内側の面または定着板１１と重なり合うようにし、また、屈曲部１４の内側の面は定着板１１と平行面としておく。このような構成に加えて、楔部材２１、２２の上下方向へのずれをボルト締めなどで調節可能としておけば、屈曲部１４と定着板１１の間隔を調整することができ、結果として継手板間の締結の強度が調整できる。
【００５４】
図４には、図１に示すような基本構成に定着機構を備えた他の実施の形態を示す。
【００５５】
この実施の形態では、定着部材である一対の定着板３０、３１がセグメント１Ａの接合面に略平行に並べられた状態で備えられ、アンカー筋３２とともにコンクリート内に埋め込まれて固定されている。
【００５６】
これらの定着板３０、３１の間から背後にかけては空間が形成され、この空間に、継手板３Ａの基端側が収容されている。そして、継手板３Ａの定着板３０、３１前後付近には、楔孔３３が開口している。
【００５７】
この楔孔３３には、定着板３０、３１の背後に位置するように楔部材３４が嵌合し、楔部材３４に開口する貫通穴３５に貫通した図示されないボルトを、図示されない固定部材に形成されたボルト穴にねじ込むことにより、楔部材３４は図４の矢印Ａの方向に押し込まれるようになっている。この場合、楔部材３４の定着板３０、３１と反対側の面は傾斜面３４ａとなっており、楔穴３３の傾斜面３３ａと接するようになっているので、楔部材３４が押し込まれると、傾斜面３３ａが定着板３０、３１と反対方向に押し出され、結果として、継手板３Ａが図４の矢印Ｂの方向に押し出される。このようにして、継手板３Ａと３Ｂの締結の強さが調節できるようになっている。
【００５８】
この場合、定着板３０、３１背後の空間は、セグメント１Ａのトンネル軸方向側面（既設セグメントリングと反対側の側面）に開口するようになっており、ボルトのねじ込み作業はこの開口を通じてなされる。したがって、本実施の形態によれば、ボルトねじ込み作業のために、セグメント１Ａの内周面に開口を形成する必要はなく、この開口をモルタル等で穴埋めする必要がなくなるので、トンネル覆工作業が効率化される。
【００５９】
なお、図１の継手板２Ａ、３Ａのように、継手板をトンネル軸方向に並べて備えている場合には、継手板２Ａ、３Ａの定着板をセグメントの周方向にずらしておき、既設セグメントリング側の継手板２Ｂ側のボルトを長ボルトとして、継手板３Ｂ側を貫通させ、継手板３Ｂ手前の開口にまで導いておくとよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】同じく定着機構を備えた実施の形態を示す斜視図である。
【図３】同じく楔部材に関する他の実施の形態を示す斜視図である。
【図４】同じく他の実施の形態を示す斜視図である。
【図５】セグメント継手の従来例を示す断面図である。
【図６】セグメント継手の他の従来例を示す斜視図である。
【図７】同じく斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ セグメント
１Ｂ セグメント
２Ａ 継手板
２Ｂ 継手板
３Ａ 継手板
３Ｂ 継手板
４Ａ 屈曲部
４Ｂ 屈曲部
５Ａ 屈曲部
５Ｂ 屈曲部
６ アンカー筋
７Ａ 空間
７Ｂ 空間
８ アンカー筋
１１ 定着板
１２ 楔部材
１３ ボルト
１４ 屈曲部
１５ 垂直面
１６ 傾斜面
１７ 傾斜面
１８ ボルトねじ込み面
１９ ボルト穴
２０ 貫通穴
２１ 楔部材
２２ 楔部材
３０ 定着板
３１ 定着板
３２ アンカー筋
３３ 楔穴
３４ 楔部材
３５ 貫通穴
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル覆工用セグメントを結合する継手の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル覆工においては、円弧状断面の複数のセグメントを、トンネル内周方向に沿ってセグメント継手を介して結合して、セグメントリングを形成する。そして、このセグメントリングをシールド機の掘進に応じてトンネル軸方向に連結することにより、トンネル全体の覆工が行われる。
【０００３】
このようなセグメントの連結に用いられるセグメント継手に関しては、従来から、例えば実開平１−９８３００号公報や、本出願人による特願平６−２３１５０８号などに提案がなされている。
【０００４】
このうち実開平１−９８３００号公報に開示されたセグメント継手は、図５に示すようなものである。
【０００５】
図示されるように、このセグメント継手は、締め付け具本体１０１、楔金具１０２および皿バネ１０３からなる。締め付け具本体１０１は、杆体１０１Ａと係止頭部１０１Ｂからなり、この杆体１０１Ａが、鋼製セグメント１０４、１０５の重ね合わされた継手板１０４Ａ、１０５Ａに形成された孔に貫通する。そして、鋼製セグメント１０４側に突出した係止頭部１０１Ｂと継手板１０４Ａの間には皿バネ１０３が介装される一方、杆体１０１Ａの鋼製セグメント１０３側への突出部分に形成された挿入部１０１に楔金具１０２が嵌入される。この楔金具１０２は、凹部１０２Ａが挿入部１０１の楔係合部１０１Ｄに嵌まり込むところまで打ち込まれ、継手板１０４Ａ、１０５Ａ間の締結力は、皿バネ１０３により得られるようになっている。
【０００６】
また、特願平６−２３１５０８号のセグメント継手は、図６、図７に示すようなものである。
【０００７】
図６に示すように、プレキャストコンクリートパネルであるセグメント１１０Ａの端部のホルダ１１１には、ピン１１２がバネ１１３を介して弾性的に支持され、先端を継手板１１４から突出させている。
【０００８】
一方、図７に示すように、このセグメント１１０Ａと重ね合わされるセグメント１１０Ｂには、継手板１２１が埋設される。この継手板１２１には、前記ピン１１２が挿入される穴１２１Ａが形成され、さらに、継手板１２１の後方にはコッタ１２２が支持される。
【０００９】
このコッタ１２２は、水平部１２２Ａと楔部１２２Ｂからなる。この楔部１２２Ｂはピン１１２に形成された楔形切り欠き１１２Ａ（図６参照）に嵌合する一方、水平部１２２Ａに形成された長穴１２２Ｃに嵌まり込むボルト１２３は、水平部１２２Ａ下方の雄ネジブロック１２４に螺合する。
【００１０】
これにより、ボルト１２３を締め付けによって、楔部１２２Ｂは楔形切り欠き１１２Ａに食い込んで行き、継手板１１４と継手板１２１（セグメント１１０Ａとセグメント１１０Ｂ）とを締め付け、セグメント継手による締結力を調整することができるようになっている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これら従来のセグメント継手には、以下に述べるような問題点があった。
【００１２】
セグメントリングには強大な土水圧荷重による曲げモーメントが発生し、セグメント継手には大きな曲げ引っ張り力がかかる。このため、セグメント継手はあらかじめ軸方向の力を発生させた状態で締結し、締結後のセグメント継手に曲げ引っ張り力がかかったとしても、セグメント継手間の目開きがおきないようにして、セグメントリングの変形を防止している。
【００１３】
ところが、図５に示した実開平１−９８３００号公報のセグメント継手の場合には、上述したように、セグメント継手の締結は皿バネ１０３により維持されているに過ぎない。このため、セグメント継手に軸方向の力を発生させた状態で締結したとしても、締め付け具本体１０１の弾性変形よりも圧倒的に大きく皿バネ１０３が弾性変形してしまい、大きな外力が作用したときには、セグメント継手は継手としての機能を果たすことはできない。
【００１４】
また、鋼製セグメント１０４、１０５間には、通常、シール部材１６が設けられているが、セグメントリングにかかる外力によりシール部材１６が圧しつぶされてしまい、その分、鋼製セグメント１０４、１０５間に隙間が生じてしまうことがあるが、この図５に示したセグメント継手では、これを吸収するように調整することはできない。
【００１５】
一方、図６、図７に示した特願平６−２３１５０８号のセグメント継手の場合には、ボルト１２３のねじ込み具合によってセグメント継手の締結力を調節できるようになっているので、大きな外力が作用したときにも継手としての機能を果たすことはできる。
【００１６】
しかしながら、このセグメント継手は、複雑な構成を持つものであり、複雑な加工が必要とされる。
【００１７】
また、ピン１１２に楔形切り欠き１１２Ａを形成しているので、ピン１１２の径に対して有効断面が小さく効率的でない。
【００１８】
さらに、これらのピン型のセグメント継手においては、継手に作用する正負両方向の曲げモーメントに抵抗するために、セグメントの内周側近傍と外周側近傍の両方にセグメント継手を設ける必要がある。すなわち、セグメントリングに曲げモーメントが作用したときには、ピン型のセグメント継手には引っ張り荷重が、またセグメントのコンクリートパネルには圧縮荷重がかかるが、これらの荷重に対するセグメント継手またはコンクリートパネルの耐荷範囲を十分に大きなものとするには、正方向および負方向の曲げモーメントにそれぞれ対応して、セグメント内周側と外周側に２つのセグメント継手を備えなければならない。このため、セグメント継手の数が増えてしまい、コストアップの原因となっていた。
【００１９】
本発明は、このような問題点に着目してなされたもので、セグメントリングにかかる正負両方向の曲げモーメントに対して少ない数の継手で効率的に抵抗力を発揮し得るとともに、低コストで加工および組み付け作業を行い得るセグメント継手を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
第１、２の発明は、トンネル覆工作業用のセグメント間を結合するセグメント継手において、隣り合うセグメントのそれぞれの接合面付近にこの接合面に垂直に、または接合面に垂直な軸とセグメントの厚み方向の軸とで形成される面に、互いに平行に設けられた一対の継手板を備え、各継手板は、その先端に互いに対向するように折り曲げられた屈曲部を形成し、これらの屈曲部を係合させることにより前記一対の継手板を連結するとともに、前記継手板の少なくとも一方を接合面に対して垂直方向に移動可能とし、この移動可能とされた継手板側のセグメントの所定の位置に定着部材を固定し、前記移動可能とされた継手板に楔押さえ部を設け、この楔押さえ部と前記定着部材の間に打ち込まれる楔部材を備えた。
第３の発明は、前記セグメントは、円弧状に形成され、前記継手板は、隣り合うセグメントのそれぞれの接合面付近にこの接合面に垂直かつ径方向に平行に設けられる。
【００２１】
第４の発明は、楔部材に備えたボルトをねじ込むことにより楔押さえ部と定着部材の間隔を圧し広げる。
【００２２】
第５の発明は、前記楔押さえ部材は、前記継手板の基端側に形成された屈曲部である。
【００２３】
第６の発明は、前記楔押さえ部材は、前記継手板に形成した楔嵌合穴であるとともに、前記移動可能とされた継手板の両側を挟み込むように一対の定着部材を備えた。
【００２４】
第７の発明は、トンネル覆工作業用のセグメントにおいて、前記第１から第６のいずれか一つの発明のセグメント継手を接合面に一対備えるとともに、これらのセグメント継手の一方の継手板は接合面に固定され、セグメント継手の他方の継手板は前記接合面に対して垂直方向に移動可能とし、かつこの移動可能な継手板を接合面に形成した凹部に収容するようにした。
【００２５】
【発明の作用および効果】
第１から３の発明では、一対の継手板先端の屈曲部同士を係合させることにより、セグメントの連結は容易に行い得る。また、一対の継手板は、板状の部材から構成され、またセグメントの厚み方向（セグメントの外周側から内周側に至る方向）に平行に配置されているので、セグメントの厚み方向にわたって配設されることになり、ひとつのセグメント継手のみでセグメントリングにかかる正負の曲げモーメントのそれぞれに対して十分に大きな抵抗力を発揮することができる。また、継手の有効断面積も広く、剛性も高い。さらに、セグメント継手をセグメントに組み付ける際にも細かな位置決め作業が不要である。また、一対の継手板の少なくとも一方は、楔部材の打ち込みの程度に応じて後方に押さえ込まれ、継手板の屈曲部同士の係合が強固にされる。これにより、継手板の持つ寸法誤差や組み立て誤差は吸収され、セグメント継手は確実に連結される。また、セグメント間のシール部材がつぶれるなどして、セグメント間の隙間が広がってしまったようなときにも、楔部材の打ち込み位置を調節することによりセグメント継手による締結力を維持することができる。したがって、セグメント継手の数を低減でき、またセグメント継手の組み付け作業が効率化できるとともに、セグメント継手による締結を補強するための工事も不要となり、その分コストダウンを図ることができ、施工期間も短縮することができる。
【００２６】
第４の発明では、楔部材に備えたボルトをねじ込むことにより楔押さえ部と定着部材の間隔を圧し広げるので、ボルトの締め付け程度によるセグメント継手による締結力の調整作業は極めて容易に行い得る。
【００２７】
第５の発明では、楔押さえ部材は継手板の基端側に形成された屈曲部であるので、セグメント継手は全体として極めて単純な形状から構成でき、加工費を大幅に削減できる。
【００２８】
第６の発明では、楔押さえ部材は継手板に形成された楔嵌合穴であるので、楔部材の打ち込みは継手板と垂直方向、すなわちセグメントの側方（トンネル軸方向）から行われる。したがって、セグメントの内周面には楔部材の打ち込み作業のための開口を形成する必要がなくなり、この開口をモルタル等で穴埋めする必要がなくなるので、トンネル覆工作業が効率化される。
【００２９】
第７の発明では、トンネル覆工作業用のセグメントには、接合面に対して移動可能な継手板と、接合面に対して固定された継手板がひとつづつ振り分けられ、したがって凹部もそれぞれひとつづつ形成される。これにより、セグメントの接合面に凹部が２つ形成されてしまうことによりセグメントの強度が弱められてしまうことが回避されるとともに、セグメントの継手面形状が共通となるので、セグメントを共通の型から形成することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
【００３１】
図１には、本発明のセグメント継手の基本構成となる実施の形態を示す。
【００３２】
図示されるように、セグメント１Ａ、１Ｂの接合面（継手面）には、それぞれ継手板２Ａ、３Ａ、継手板２Ｂ、３Ｂが備えられる。これらの継手板２Ａ、３Ａ、継手板２Ｂ、３Ｂは、それぞれセグメント１Ａ、１Ｂの厚み方向（セグメント１Ａ、１Ｂの内周面側から外周面側に向かう方向）に平行（セグメントリングの円周方向に平行）にそれぞれ配置され、継手板２Ａは３Ａと、また継手板２Ｂは３Ｂと、それぞれトンネル軸方向に並んだ状態となっている。そして、セグメント１Ａ、１Ｂの継手面が重ね合わされたときには、継手板２Ａは継手板２Ｂと、また継手板３Ａは継手板３Ｂと、互いに対峙する。この継手板２Ａ、２Ｂと、継手板３Ａ、３Ｂが、それぞれ本発明のセグメント継手を構成する。
【００３３】
継手板２Ａ、２Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂは、それぞれ先端部分に、互いに対向するようにＬ字型に折れ曲げられ、互いに係合する屈曲部４Ａ、４Ｂおよび屈曲部５Ａ、５Ｂを備えている。この場合、セグメント１Ａ側の屈曲部４Ａ、５Ａは、既設コンクリート側と反対側に折り曲げられ、またセグメント１Ｂ側の屈曲部４Ｂ、５Ｂは、既設セグメントリング側に折り曲げられている。これにより、セグメント１Ｂを、既設セグメントリング側のセグメント１Ａに向かって移動させ、継手面を重ね合わせるようにすれば、屈曲部４Ａ、４Ｂおよび屈曲部５Ａ、５Ｂの係合がなされるようになっている。
【００３４】
継手板２Ａ、２Ｂ、継手板３Ａ、３Ｂは、いずれもセグメント１Ａ、１Ｂのコンクリート内に、アンカー筋とともに埋め込まれている。この場合、継手板２Ａおよび継手板３Ｂは、それぞれセグメント１Ａ、１Ｂから突出する一方で、継手板２Ｂおよび継手板３Ａは、それぞれセグメント１Ｂ、１Ａに形成された凹部７Ｂ、７Ａ内に収容されている。これにより、屈曲部４Ａ、４Ｂおよび屈曲部５Ａ、５Ｂが係合すると、継手面がぴったり重ね合わされるようになっている。
【００３５】
なお、後述するように、凹部７Ｂ、７Ａ内に収容された継手板２Ｂ、３Ａには定着部材が備えられ、これらの継手板２Ｂ、３Ａは移動可能となっているが、本実施の形態では、接合されるセグメント１Ａ、１Ｂのそれぞれには、移動可能な継手板３Ａ、２Ｂと固定された継手板２Ａ、３Ｂがひとつづつ振り分けられ、凹部７Ａ、７Ｂもそれぞれひとつづつ形成されるようになっている。これにより、セグメント１Ａ、１Ｂのいずれかの継手面に凹部が２つ形成されることによりセグメントの強度が弱められてしまうことが回避されるとともに、セグメントは、継手面形状が共通となるので、共通の型から形成することができる。
【００３６】
図２には、図１に示すような基本構成に、セグメント継手を強固に締結するための機構（定着機構）を備えた実施の形態を示す。
【００３７】
この定着機構は、図１に示したような継手板２Ａ、２Ｂの少なくとも一方、および継手板３Ａ、３Ｂの少なくとも一方に備えられる。本実施の形態では、図１の凹部７Ｂ、７Ａ内に収容された継手板２Ｂ、３Ａに定着機構が備えられる。以下の説明では、継手板３Ａに備えられた定着機構を例にとって説明する。
【００３８】
定着機構は、定着部材である定着板１１と、楔部材１２と、ボルト１３と、継手板３Ａの基端に形成された屈曲部１４からなる。
【００３９】
定着板１１は、セグメント１Ａを構成するコンクリートパネルの中にアンカー筋８とともに埋め込まれ、接合面に略平行に固定されている。セグメント１Ａを構成するコンクリートパネルには、この定着板１１の側方および背後にかけて空間が形成される。この空間に、継手板３Ａの基端側部分が、定着板１１に対して垂直方向に移動自在に収容される。
【００４０】
楔部材１２は、定着板１１に沿って配置される垂直面１５を備えるとともに、この垂直面１５の反対側に、垂直面１５に対して所定の傾斜をもつ傾斜面１６を備える。これにより、楔部材１２は下方（セグメント１Ａの内周面方向）に行くにしたがって幅を広げるようになっている。
【００４１】
屈曲部１４の内側の面は、楔部材１２の傾斜面１６と重なり合う傾斜面１７となっている。これにより、楔部材１２は、定着板１１と、この定着板１１の後方に回り込む屈曲部１４の間に挟み込まれた配置となっている。
【００４２】
定着板１１の上側（セグメント１Ａの外周面側）はＬ字型に折れ曲がったボルトねじ込み面１８となっており、楔部材１２を上下に貫通する貫通穴２０を突き抜けたボルト１３先端が、このボルトねじ込み面１８に形成されたボルト穴１９に下方からねじ込まれるようになっている。
【００４３】
定着板１１背後の空間は、セグメント１Ａの内周面側に開口するようになっており、ボルト１３のねじ込み作業は、この開口を通じて行い得る。
【００４４】
このような構成により、ボルト１３をボルト穴１９にねじ込んで行くと、楔部材１２がボルト１３とともに上方のボルトねじ込み面１８側に移動し、楔部材１８の形状にしたがって定着板１１と屈曲部１４の間隔が圧し広げられて行く。この結果、継手板３Ａは図２に矢印で示す方向に移動し、継手板３Ａと継手板３Ｂの締結の強度が高められて行くようになっている。
【００４５】
なお、定着板１１背後の空間を、セグメント１Ａの外周面側にまで貫通するようにしておけば、セグメント１Ａの外周面側からこの空間内に裏込めモルタルが流入して来るので、継手板３Ａの防食に有効である。
【００４６】
つぎに、図１の基本構成に図２に示す定着機構を備えた実施の形態について作用を説明する。
【００４７】
セグメント１Ａ、１Ｂを、継手板２Ａ、２Ｂからなるセグメント継手と、継手板３Ａ、３Ｂからなるセグメント継手を介して連結するときには、図１に示すように、セグメント１Ｂの継手面を含む平面が既設セグメントリング側のセグメント１Ａの継手面を含む平面と一致するように、セグメント１Ｂをセグメント１Ａの手前でセグメントの周方向に左旋回させ、さらに、セグメント１Ｂの継手面がセグメント１Ａの継手面に重なり合うように、セグメント１Ｂをトンネル軸方向に移動させ、継手板２Ａ、２Ｂの屈曲部４Ａ、４Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂの屈曲部５Ａ、５Ｂをそれぞれ係合させる。
【００４８】
さらに、図２に示すように、セグメント１Ａの内周面側の開口からボルト１３のねじ込み作業を行い、継手板２Ａ、２Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂの締結力を調整する。
【００４９】
これにより、継手板２Ａ、２Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂの寸法誤差や組み立て誤差は吸収され、継手板２Ａ、２Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂは確実に連結される。また、セグメント１Ａ、１Ｂ間のシール部材がつぶれるなどして、セグメント１Ａ、１Ｂ間の隙間が広がってしまったようなときにも、ボルト１３をねじ込んで行くことにより、セグメント継手による締結力を維持することができる。
【００５０】
また、継手板２Ａ、２Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂは、板状の部材から構成されているので、セグメント１Ａ、１Ｂの継手面の厚み方向（外周側から内周側に至る方向）の広い範囲にわたって配置することができる。また、継手の有効断面積も広く、剛性も高い。したがって、従来のピン型のセグメント継手のようにセグメントリングにかかる正負の曲げモーメントのそれぞれに対応するためにセグメント１Ａ、１Ｂの内周側と外周側のそれぞれに複数のセグメント継手を配置する必要はなく、内周側から外周側にかけては１個のセグメント継手のみを備えただけで有効に作用し、最小限の数のセグメント継手でセグメントリングにかかる正負いずれの方向に対しても大きな曲げモーメントに耐えることができ、セグメント継手による締結を補強するための工事（例えばセグメント内側への鉄筋コンクリート覆工など）が一切不要となり、工費の大幅な削減が可能となる。
【００５１】
また、セグメント継手は、継手板２Ａ、２Ｂおよび継手板３Ａ、３Ｂに定着機構を備えた単純な形状であるので、加工は容易であり、低コストで製造することができる。
【００５２】
さらに、セグメント１Ａ、１Ｂへの組み付けにおいても細かな位置決め作業が必要なく、作業が効率化できる。
【００５３】
なお、本実施の形態では、楔部材１２を垂直面１５と傾斜面１６を備えた台形断面のものとしたが、楔部材の形状はこのような形態に限られず、例えば楔部材を、図３に示すように、所定の傾斜を備えた傾斜面２１ａ、２１ｂを互いに対向させる一対の楔部材２１、２２から構成してもよい。この場合、傾斜面２１ａ、２１ｂと反対側の面は、平行な垂直面２１ａ、２１ｂとなっており、それぞれ屈曲部１４の内側の面または定着板１１と重なり合うようにし、また、屈曲部１４の内側の面は定着板１１と平行面としておく。このような構成に加えて、楔部材２１、２２の上下方向へのずれをボルト締めなどで調節可能としておけば、屈曲部１４と定着板１１の間隔を調整することができ、結果として継手板間の締結の強度が調整できる。
【００５４】
図４には、図１に示すような基本構成に定着機構を備えた他の実施の形態を示す。
【００５５】
この実施の形態では、定着部材である一対の定着板３０、３１がセグメント１Ａの接合面に略平行に並べられた状態で備えられ、アンカー筋３２とともにコンクリート内に埋め込まれて固定されている。
【００５６】
これらの定着板３０、３１の間から背後にかけては空間が形成され、この空間に、継手板３Ａの基端側が収容されている。そして、継手板３Ａの定着板３０、３１前後付近には、楔孔３３が開口している。
【００５７】
この楔孔３３には、定着板３０、３１の背後に位置するように楔部材３４が嵌合し、楔部材３４に開口する貫通穴３５に貫通した図示されないボルトを、図示されない固定部材に形成されたボルト穴にねじ込むことにより、楔部材３４は図４の矢印Ａの方向に押し込まれるようになっている。この場合、楔部材３４の定着板３０、３１と反対側の面は傾斜面３４ａとなっており、楔穴３３の傾斜面３３ａと接するようになっているので、楔部材３４が押し込まれると、傾斜面３３ａが定着板３０、３１と反対方向に押し出され、結果として、継手板３Ａが図４の矢印Ｂの方向に押し出される。このようにして、継手板３Ａと３Ｂの締結の強さが調節できるようになっている。
【００５８】
この場合、定着板３０、３１背後の空間は、セグメント１Ａのトンネル軸方向側面（既設セグメントリングと反対側の側面）に開口するようになっており、ボルトのねじ込み作業はこの開口を通じてなされる。したがって、本実施の形態によれば、ボルトねじ込み作業のために、セグメント１Ａの内周面に開口を形成する必要はなく、この開口をモルタル等で穴埋めする必要がなくなるので、トンネル覆工作業が効率化される。
【００５９】
なお、図１の継手板２Ａ、３Ａのように、継手板をトンネル軸方向に並べて備えている場合には、継手板２Ａ、３Ａの定着板をセグメントの周方向にずらしておき、既設セグメントリング側の継手板２Ｂ側のボルトを長ボルトとして、継手板３Ｂ側を貫通させ、継手板３Ｂ手前の開口にまで導いておくとよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】同じく定着機構を備えた実施の形態を示す斜視図である。
【図３】同じく楔部材に関する他の実施の形態を示す斜視図である。
【図４】同じく他の実施の形態を示す斜視図である。
【図５】セグメント継手の従来例を示す断面図である。
【図６】セグメント継手の他の従来例を示す斜視図である。
【図７】同じく斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ セグメント
１Ｂ セグメント
２Ａ 継手板
２Ｂ 継手板
３Ａ 継手板
３Ｂ 継手板
４Ａ 屈曲部
４Ｂ 屈曲部
５Ａ 屈曲部
５Ｂ 屈曲部
６ アンカー筋
７Ａ 空間
７Ｂ 空間
８ アンカー筋
１１ 定着板
１２ 楔部材
１３ ボルト
１４ 屈曲部
１５ 垂直面
１６ 傾斜面
１７ 傾斜面
１８ ボルトねじ込み面
１９ ボルト穴
２０ 貫通穴
２１ 楔部材
２２ 楔部材
３０ 定着板
３１ 定着板
３２ アンカー筋
３３ 楔穴
３４ 楔部材
３５ 貫通穴
Claims (7)
- トンネル覆工作業用のセグメント間を結合するセグメント継手において、
隣り合うセグメントのそれぞれの接合面付近にこの接合面に垂直に互いに平行に設けられた一対の板状の継手板を備え、
各継手板は、その先端に互いに対向するように折り曲げられた屈曲部を形成し、
これらの屈曲部を係合させることにより前記一対の継手板を連結するとともに、
前記継手板の少なくとも一方を接合面に対して垂直方向に移動可能とし、
この移動可能とされた継手板側のセグメントの所定の位置に定着部材を固定し、
前記移動可能とされた継手板に楔押さえ部を設け、
この楔押さえ部と前記定着部材の間に打ち込まれる楔部材を備えたことを特徴とするセグメント継手。 - 前記継手板は、隣り合うセグメントのそれぞれの接合面付近にこの接合面に垂直な軸とセグメントの厚み方向の軸とで形成される面に平行に設けられることを特徴とする請求項１に記載のセグメント継手。
- 前記セグメントは、円弧状に形成され、
前記継手板は、隣り合うセグメントのそれぞれの接合面付近にこの接合面に垂直かつ径方向に平行に設けられることを特徴とする請求項１に記載のセグメント継手。 - 前記楔部材は、楔部材に備えたボルトをねじ込むことにより楔押さえ部と定着部材の間隔を圧し広げることを特徴とする請求項１に記載のセグメント継手。
- 前記楔押さえ部材は、前記継手板の基端側に形成された屈曲部であることを特徴とする請求項１または４に記載のセグメント継手。
- 前記楔押さえ部材は、前記継手板に形成した楔嵌合穴であるとともに、前記移動可能とされた継手板の両側を挟み込むように一対の定着部材を備えたことを特徴とする請求項１または４に記載のセグメント継手。
- 前記請求項１から６のいずれか一つに記載のセグメント継手を接合面に一対備えるとともに、これらのセグメント継手の一方の継手板は接合面に固定され、セグメント継手の他方の継手板は前記接合面に対して垂直方向に移動可能とし、かつこの移動可能な継手板を接合面に形成した凹部に収容するようにしたことを特徴とするトンネル覆工作業用のセグメント。
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