JP4061342B2

JP4061342B2 - セグメントの継手装置

Info

Publication number: JP4061342B2
Application number: JP2002179403A
Authority: JP
Inventors: 一美下田
Original assignee: INTERNATIONAL LABORATORY CORPORATION
Current assignee: INTERNATIONAL LABORATORY CORPORATION
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: JP2004019379A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地中に埋設されるセグメントの継手装置に関し、より具体的には、工具を使用せずにシールドマシン等による圧入操作だけで結合することを可能にした継手装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、トンネルや各種用途の地下隧道（以下、単にトンネルという）の建設においてセグメント工法が多用されている。セグメント工法では、トンネルの断面形状、並びに、トンネルの長さ方向に沿って分割形成されたセグメントを、シールドマシンでトンネル状に推進掘削される部位に当該マシンによって逐次セットしつつ、セットされた各セグメント同士を結合一体化してトンネル内壁を形成していく施工形態が採られるが、セグメントをトンネルの長さ方向で結合するための継手装置に問題がある。
【０００３】
即ち、最も一般的なセグメント結合のための継手装置は、ボルトとナットを用いて、隣合うセグメント同士を結合する型式のものであるが、ボルトとナットの取付けは人手による手作業による締結であるため、小径のトンネル内であると作業場所が狭い、或は、大径トンネルの天井側での連結作業は、その作業が高所作業になるという作業環境や安全性の問題、或は、手作業であるため作業効率の面で、シールド工法によるトンネル建設のネックとなっていた。
【０００４】
上記の問題点に鑑み、最近ではシールドマシンが具備したセグメントのセット用ジャッキの押圧力を利用して継手を結合させるようにした圧入式継手が提案され、一部実用にも供されている。圧入式継手では、セグメント同士のトンネルの長さ方向での結合が所定の結合力を以てなされるように、きわめて複雑な継手構造となっているものが大半であり、それ故に継手自体の価格が、ボルト，ナット継手のコストやその手作業における人件費ではカバーできない高価なものとなっており、この面で採用し難いという難点がある。
【０００５】
従来の圧入式継手が高価になる理由は、次の点にあると考えられる。
各セグメントはシールドマシンのセット用ジャッキによって逐次先行セグメントに後続セグメントが結合されつつセットされていくが、施工上の誤差などがあると、先行したセグメントの継手部材（雌部材）に後続セグメントの継手部材（雄部材）を結合させても、例えば両セグメントの間に「目開き」と称される開（間隙）が生じると、前記継手が離れる方向にズレるおそれがある。従来の圧入式継手は、この「目開き」が生じても圧入した継手が抜けることがないように、例えば分割形式のクサビ部材と、ズレにより生じるクリアランスに対応して前記クサビ部材の機能を発揮させるために、バネを継手の雌部材側に内蔵させた構造を採っているものがある。しかし、継手の雌部材側にクサビ部材やバネを内蔵させると、それぞれの部材のコストが半端ではない上に、組立精度も要求されるため、これらが結局コストに反映されて圧入式継手自体の価格を押上げているからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記のようなセグメント用の圧入式継手の問題点に鑑み、いたって簡潔な構造で十分な結合力が得られ、また、簡潔な構造ゆえに容易かつ低コストで製造でき安価に供給することが可能なセグメント用の圧入式継手を提供することを課題とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決することを目的としてなされた本発明圧入式継手の構成は、後続セグメントの前端面に突設した継手雄部材を先行セグメントの後端面に設けた継手雌部材に嵌入させて両セグメントを接続するセグメントの継手装置において、(イ)前記雄部材は、鋼棒の先端を含む前半側に穴を形成したロッドと、該ロッドの穴に後部側が挿入保持されると共に前半側が紡錘状に膨らんだ胴部を有し、かつ、全長を前記穴の深さ以下に形成した鋼棒製キーピンを具備していること、(ロ)前記雌部材は、前記雄部材の有効長を全部挿入できる長さの結合穴がバルジ加工により形成された金属パイプ製であること、(ハ)結合穴の断面形状は、その穴の深さ方向において入口から中間部までは、入口が最大内径でそこからテーパ状に径が小さくなった最小内径の中間部になり、かつ、当該中間部が前記ロッドを密に遊挿できる内面形状に形成されていると共に、この最小径の中間部から穴の底までは、前記ロッドの穴に前記キーピンが圧入されることにより外面が膨出した当該ロッドが密に嵌入される内面形状であって、その中間部分の内径が大きくその前後部は漸次内径が小さくなるように形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
上記の本発明圧入式継手においては、雌，雄部材の後部に、これらの部材をセグメントに埋設するために異形棒鋼などによるアタッチメントを設けた構成とする。また、雌部材の外面には、ゴム材などによる緩衝材を周設して「目違い」に対応し易くしている。雄部材は、そのロッド先端を、ほぼ球面にすると共に、雌部材に設けた結合穴の入口を穴の内部から見て逆テーパ状に拡開形成することにより、雌部材との「目違い」やセグメントの「目開き」に対応し易い形態としている。更に、雌部材は結合穴の入口に雌螺子を切り、その螺子を継手結合前におけるキャップ部材の取付け部として利用したり、セグメントへの取付けなど取扱い時の工具装着部として利用できるように形成する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に本発明継手の実施の形態例について、図を参照しつつ説明する。図１は本発明圧入式継手の雌，雄両部材の要部を説明するための断面図、図２は本発明継手の雌部材に雄部材が挿入される状態の断面図、図３は雌部材に雄部材が圧入された状態の断面図、図４は本発明継手をセグメントのリング継手部に適用した例の断面図である。
【００１０】
図１〜図３において、Ｍは、本発明継手における雄部材で、丸鋼棒などにより形成したロッド１と、このロッド１の先端側に装着した大略砲弾状をなすキーピン２とから形成されている。
【００１１】
ここで、上記ロッド１の前半部には先端側から断面円形のピン装着用の穴３（以下、ピン穴３という）が設けられ、前記キーピン２がその後部2aの円柱状部をゆるく挿入して装着できるように形成されている。また、ロッド１の先端は球面４に形成されている。
【００１２】
一方、キーピン２は、その後部2aが前記ロッド１のピン穴３に密に遊挿できる外形の円柱状に形成されているが、このピン２の前半側はその中間部分2bの外周がロッド１の外径よりは小さいがピン穴３の内径よりも大きい直径でほぼ紡錘状に膨出形成されており、この膨出部2bより前方部2cがテーパ状をなして細く形成されている。このピン２の後部2aと膨出した中間部2bまでの間は逆テーパ面2dで連続している。また、ピン２の先端は、截頭されて後部2aの外径とほぼ同等の径の平坦面2eに形成されている。なお、ピン２の先端を平坦面2eに形成するかどうかは任意である。
【００１３】
上記ロッド１の後部には、この雄部材ＭをセグメントＳに埋設して設けるために異形棒鋼などによる埋設アタッチメントAtが、ロッド１の後部に外嵌された形で設けられる（図４参照）。
【００１４】
一方、Ｆは本発明継手における雌部材で、ここでは鋼製パイプ５をバルジ加工により内，外径とも長さ方向において径が一律でない表面形状に形成されている。即ち、前記パイプ５の内面は、上記の雄部材Ｍを図２の状態を経て図３の状態に結合するための結合穴６として機能させ、これにより、雌，雄両部材Ｍ，Ｆを結合一体化する。このため、前記パイプ５の内，外面は次の断面形状になるようにバルジ加工により形成されている。結合穴６のバルジ加工における各部に設定される形状、即ち、金型の断面形状の設定は次のようにされている。
【００１５】
まず、結合穴６は、上記ロッド１が所定通り嵌入されたとき、このロッド１における埋設アタッチメントAtの前端がこの穴６の入口に達する程度の穴の深さを有する必要があるので、この穴６の深さよりも少し長いパイプ５を用いてバルジ加工により形成する。バルジ加工により形成される結合穴６の内周面は、穴の深さ方向のほぼ中間部6a（少し底7aに寄った側）が、前記ロッド１の外径Ａより僅かに大きい内径A′を有し、この内径A′の中間部6aが最小径部となるように金型が設定されている。
【００１６】
次に、結合穴６の上記中間部6aの手前側（穴の入口側）は、この穴６の入口6bを前記ロッド１の外径Ａよりも十分に大きい最大内径Ｂとなるように金型が設定され、バルジ加工の後、入口6bの内面に雌ネジ6cを設ける。このネジ部6cの終端から前記中間部6aまではテーパ面で連続するように金型が設定されている。
【００１７】
一方、結合穴６の前記中間部6aからこの穴６の底7aまでの穴の内面は、この部位の中間部分6dが、前記ロッド１におけるピン穴３の肉厚t1の値とキーピン２の最大外径部2bの直径t2の値を加算した値（２・t1＋t2）と同等乃至は僅かに大き目の内径Ｃになるように金型が設定される。即ち、中間部分6dの内径はＣ≒２・t1＋t2に設定され、内径Ｃの中間部分6dと結合穴６の最小径Ａの部位となる中間部6aとが逆テーパ面6eで連続するように金型が設定されると共に、内径Ｃの中間部分6dとこの穴６の底7aの間は、ロッド１の外径Ａよりも小さい径に収斂するテーパ面6fが形成されるように金型が設定されるのである。
【００１８】
上記結合穴６における最小径A′の中間部6aより先端側、即ち、底7aに近い側の内周面形状（上記の中間部分6dとこれを挟んだ逆テーパ面6eとテーパ面6fがなす穴６の内周面形状）は、上述の雄部材Ｍにおけるキーピン２の断面形状に倣った形状となるように金型に設定され、従って、この部分の深さは、図１に示したロッド１のピン穴３から露出しているキーピン２の長さとほぼ同等かそれより少し小さい値となるように設定される。
【００１９】
上記パイプ５のバルジ加工により形成されるべき結合穴６の深さ方向における各部位が、金型に上述のように設定されることにより、前記パイプ５を、上記設定形状を付与した金型によってバルジ加工すると、図１に示す断面形状の結合穴６が形成される。従って、この結合穴６の底に底部材７を溶着すると、本発明継手の雌部材Ｆの主要部が形成される。なお、雌部材Ｆにおいて底部材７の裏面側には、セグメントＳに埋設するための異形棒鋼などによるアタッチメントAtが同軸上で設けられる。また、上記のようにして結合穴６が形成されたパイプ５の前，後の外周面には、ゴム材などによる環状の緩衝部材８，９が装着されて、本発明継手における雌部材Ｆに形成される。前記緩衝部材８，９は、「目開き」や「目違い」によく対応できるようにすると共に、応力集中を緩和する役割を果す。
【００２０】
次に、上記のように形成された本発明圧入式継手の作用について説明する。
図１の雄部材Ｍは、そのままの姿勢で雌部材Ｆに挿入すると、雄部材Ｍにおける最大径部であるロッド１の外径Ａと雌部材Ｆの結合穴６における中間部6aに最小径A′がＡ＞A′の関係にあるので、図２の状態になるまでは格別な挿入力を要することなく、雌部材Ｆの穴６に雄部材Ｍのピン２を装着したロッド１を挿入できる。この挿入状態でロッド１のピン２の先端2eは筒体５の結合穴６の底7aに当接する。
【００２１】
図２の状態の雄部材Ｍに、更に結合穴６の底７に向う押込み圧力をかけると、ロッド１における先端側、つまりこのロッド１のピン穴３の肉厚t1の外周壁は、ピン２の先端2eが既に底７に当接しているので、ピン２は変位できず、従って、ピン穴３の周壁は不動のピン２の逆テーパ面2dと結合穴６の逆テーパ面6eにより内外両面から作用を受けて変形されつつ、結合穴６のこの部分の内面とピン２の外面の間に存在する空隙内部に押込まれる。この挙動は、ピン２の逆テーパ面2dの部分が、このロッド１のピン穴３に圧入されることを意味する。なお、ピン２のピン穴３への圧入を円滑にするため、図には示さないが、この穴３の底を外部に連通するための空気孔を設ける。
【００２２】
更に、押込み圧力がロッド１に作用すると、該ロッド１の結合穴６の内奥への変形しつつの進入と、ピン２のピン穴３内への圧入が更に進行し、遂には図３の状態になって、両部材Ｍ，Ｆの結合は完了する。
【００２３】
本発明継手において雌，雄部材Ｍ，Ｆが図３の状態に結合されると、ロッドのピン穴３の中にピン２がほぼ完全に圧入されてしまい、これによってロッド１のピン穴３の外面が膨らんだ部分は、パイプ５により形成したの結合穴６における最小径部である中間部6aより奥に位置し、かつ、該中間部6aの内径よりも十分に大径であるから、雄部材Ｍは雌部材Ｆに強固に結合されることになるのである。
【００２４】
また、ロッド１の先端が図３に示すように完全に穴６の底7aに到達しない圧入状態であっても、当該ロッド１の先端がピン２の最大径t2の部分2bを越え、かつ、穴６における逆テーパ面6eを越えて穴６の中間部6dからテーパ面6fに達していれば、このロッド１はピン２の最大径部2bと穴６の逆テーパ面を作用によって、容易には抜去できない結合力を発揮できる状態になる。
【００２５】
更に、本発明継手装置では、雌，雄部材Ｍ，Ｆの結合状態においては、結合穴６の中間部6aと、ロッド１のピン２によって膨出した部分（ピン２の2b，2c，2dが嵌入した部分）より後方とが、平坦な円周面同士で密着しているから、この状態で本発明継手に地震等による振動が加わっても、この密着面を支点として雌部材Ｆと雄部材Ｍの前後が振れることにより、ロッド１の折損やセグメントＳのクラックを防ぐ免震作用もある。
【００２６】
【発明の効果】
本発明圧入式継手は以上の通りであって、継手を構成する雄部材は鋼棒等によるロッドとそのロッドに明けたピン穴に装着した中膨らみの砲弾状のキーピンで形成される一方、雌部材は、鋼製パイプの内面が必要な断面形状をなすようにバルジ加工によって雄部材の結合穴に形成されるので、これらの両部材のほかに、クサビやスプリング等の後付け部品を全く必要とせず、従って、至って簡単な構造であるから、容易かつ低コストで供給できるという利点がある。
【００２７】
また、本発明圧入式継手は、雄部材と雌部材に与えた断面形状によって極めて高い結合力が得られるので、セグメント工法におけるセグメントのトンネルの長さ方向での接続を行うための継手としてきわめて有用である。
【００２８】
更に、本発明圧入式継手では、大きな結合力が得られるのでセグメント「目開き」に対応できることは無論のこと、雌部材の穴の入口を最大径に形成すると共に、雄部材のロッド先端を球面にして「目違い」にも対応できるようにしたので、簡単な構造であっても十分に実用上必要な機能をも発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明圧入式継手の雌，雄両部材の要部を説明するための断面図。
【図２】本発明継手の雌部材に雄部材が挿入される状態の断面図。
【図３】雌部材に雄部材が圧入された状態の断面図。
【図４】本発明継手をセグメントのリング継手部に適用した例の断面図。
【符号の説明】
Ｍ雄部材
１雄部材のロッド
２キーピン
2a ピンの後部
2b ピンの中間部
2c ピンの前方部
2d ピンのテーパ面
2e ピン先端の平坦面
３ピン穴
４球面
Ｆ雌部材
５雌部材の鋼製パイプ
６パイプに加工した結合穴
6a 結合穴の中間部
6b 結合穴の入口
6c 結合穴の雌ネジ
6d 結合穴の中間部分
6e 結合穴の逆テーパ面
6f 結合穴のテーパ面
7a 結合穴の底
７底部材
８，９緩衝部材
At アタッチメント
Ｓセグメント

Claims

後続セグメントの前端面に突設した継手雄部材を先行セグメントの後端面に設けた継手雌部材に嵌入させて両セグメントを接続するセグメントの継手装置は、次の(イ)〜(ハ)を具備していることを特徴とするセグメントの継手装置。
(イ) 前記雄部材は、鋼棒の先端を含む前半側に穴を形成したロッドと、該ロッドの穴に後部側が挿入保持されると共に前半側が紡錘状に膨らんだ胴部を有し、かつ、全長を前記穴の深さ以下に形成した鋼棒製キーピンを具備していること、
(ロ) 前記雌部材は、前記雄部材の有効長を全部挿入できる長さの結合穴がバルジ加工により形成された金属パイプ製であること、
(ハ) 前記結合穴の断面形状は、その穴の深さ方向において入口から中間部までは、入口が最大内径でそこからテーパ状に径が小さくなった最小内径の中間部になり、かつ、当該中間部が前記ロッドを密に遊挿できる内面形状に形成されていると共に、この最小径の中間部から穴の底までは、前記ロッドの穴に前記キーピンが圧入されることにより外面が膨出した当該ロッドが密に嵌入される内面形状であって、その中間部分の内径が大きくその前後部は漸次内径が小さくなるように形成されていること、
ロッドの先端はほぼ球面に形成すると共に、筒体の穴の入口はその穴の内部側から逆テーパ状に拡開形成して雌部材との「目違い」やセグメントの「目開き」に対応できるように形成した請求項１の継手装置。
雌部材の外面にはゴム材などによる緩衝材を周設した請求項１又は２の継手装置。
雌部材の結合穴は、その入口に雌螺子を切り、その螺子を継手結合前におけるキャップ部材の取付け部、並びに、セグメント型枠への取付けなどの取扱い用の工具装着部として利用できるようにした請求項１〜３のいずれかの継手装置。
キーピンが入るロッドの穴には、外部に通じた空気抜き孔を設けた請求項１〜４のいずれかの継手装置。