JP4184985B2 - コンクリート部材、その接合構造および位置決め部材 - Google Patents

コンクリート部材、その接合構造および位置決め部材 Download PDF

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本発明は、相互に連結して筒状の構築物を構築するために用いられるコンクリート部材、その接合構造および位置決め部材に関する。
例えば、地下鉄用のトンネル等として用いるシールドトンネル覆工体は、シールド掘削機の後方において、円弧板状のコンクリート製のセグメントを筒状に組み立てたリング状のセグメント組立体を、軸線方向に順次連結して構成する。セグメントの組立精度を向上させ、組立作業を迅速化するために、セグメントどうしの接合面間に位置決め手段を設ける場合がある。このような位置決め手段としては、セグメントの接合面の一方に凸部を形成し、他方に凹部を形成する方法がある。
しかしながら、あらかじめセグメント自体に凹凸を形成する場合、セグメント製作時に、型枠面に凹部を形成するので、加工コストが増大する。また、位置決め手段に不具合が有る場合や、位置決め手段自体が施工上の障害になることが分かった場合に対応が難しく、施工が遅延する。さらに、運搬や施工箇所への移動時において突起側部分が他の部材等に接触して損傷する危険性も有る。そこで、特許文献1に示すように、セグメントの両接合面に断面が半円形状の溝を形成し、その間に、それらの溝に嵌合する金属製の球や棒状の位置決め部材を、接着剤を用いて取り付ける方法が提案されている。
特開2002−54398号公報
上記のような従来の技術においては、半円形状の溝の内面の曲率と球や棒状部材の半径が厳密に一致し難いので、これらの部材が、点接触または線接触することになり、接触面の面積が小さくなって応力が集中し易い。これにより、突起が欠落したり、さらには、セグメント側にひびが入ってセグメント自体の耐久性を弱める可能性が生じる。
本発明は、前記事情に鑑みて為されたもので、位置決め部材とコンクリート部材の間に充分大きな接触面積を確保し、コンクリート部材の耐久性を維持することができるような位置決め構造を有するコンクリート部材、その接合構造および位置決め部材を提供することを目的とする。
請求項1に記載のコンクリート部材の接合構造は、一対のコンクリート部材の互いの側面間に、着脱自在な位置決め部材を介在させた状態で、前記側面どうしを突き合わせて構成されたコンクリート部材の接合構造であって、
前記位置決め部材は、一方のコンクリート部材の側面に着脱自在に取り付けられているとともに、台形の断面形状を持つ露出部を備えており、
他方のコンクリート部材の側面には、前記位置決め部材の前記露出部の互いに対向する一対のテーパ面のみに面接触する一対のテーパ面を備え、かつ、この他方のコンクリート部材の端面方向に直線状に延びるとともに前記端面に開口している溝状の凹部が形成され、
前記露出部の前記一対のテーパ面と前記凹部の前記一対のテーパ面のみが面接触して前記露出部と前記凹部とが嵌合した状態で、前記側面どうしが突き合わされている、
ことを特徴とする。
請求項2に記載のコンクリート部材の接合構造は、請求項1に記載の発明において、
前記位置決め部材は、角錐台状の埋設部を備え、この埋設部の底面が前記露出部の底面に接合されており、
前記位置決め部材の前記埋設部が、一方のコンクリート部材の側面に形成された第2の凹部に嵌合した状態でこの側面に取り付けられており、
前記位置決め部材は、少なくとも前記露出部の前記一対のテーパ面側において、前記露出部の底面の方が前記埋設部の底面よりも大きく設定され、それにより張出部が形成されている、
ことを特徴とする
請求項3に記載のコンクリート部材は、前側面間に、着脱自在でかつ台形の断面形状を持つ露出部を備えた位置決め部材を介在させた状態で、前記側面どうしを突き合わせて接合されるコンクリート部材であって、
前記側面には、前記位置決め部材が着脱自在に取り付けられる取付部と、前記露出部の互いに対向する一対のテーパ面のみに面接触する一対のテーパ面を備え、かつ、この他方のコンクリート部材の端面方向に直線状に延びるとともに前記端面に開口している溝状の凹部が形成され、
前記露出部の前記一対のテーパ面と前記凹部の前記一対のテーパ面のみが面接触して前記露出部と前記凹部とが嵌合した状態で、前記側面どうしが突き合わされる、
ことを特徴とする。
請求項4に記載の位置決め部材は、一対のコンクリート部材の互いの側面間に介在して、前記側面どうしを突き合わせる際の位置決めを行う位置決め部材であって、
一方のコンクリート部材の側面に着脱自在に取り付けられるとともに、台形の断面形状を持つ露出部を備えており、
前記露出部は、互いに対向する一対のテーパ面が、他方のコンクリート部材の側面に形成され、前記露出部の互いに対向する一対のテーパ面のみに面接触する一対のテーパ面を備え、かつ、この他方のコンクリート部材の端面方向に直線状に延びるとともに前記端面に開口している溝状の凹部の前記一対のテーパ面のみに面接触して、前記凹部に嵌合され、この状態で前記側面どうしが突き合わされるようになっている、
ことを特徴とする。
請求項5に記載の位置決め部材は、請求項4に記載の発明において、
角錐台状の埋設部を備え、この埋設部の底面が前記露出部の底面に接合されており、
前記埋設部が、一方のコンクリート部材の側面に形成された第2の凹部に嵌合した状態でこの側面に取り付けられるようになっており、
少なくとも前記露出部の前記一対のテーパ面側において、前記露出部の底面の方が前記埋設部の底面よりも大きく設定され、それにより張出部が形成されている、
ことを特徴とする。
位置決め部材は、樹脂、セラミックス、金属またはこれらの複合素材等の種々の素材から作製することができる。これにより、それぞれの素材の特徴を備えた位置決め部材による位置決め作用が発揮される。
請求項1ないし請求項5に記載の発明によれば、露出部と凹部はコンクリート部材どうしの接合状態において一対のテーパ面を介して面接触するので、テーパ面どうしの摺り合わせにより、自然に位置決めがなされるとともに、位置決め部材や凹部に多少の寸法誤差が有っても一対のテーパ面どうしの面接触が保たれる。したがって、位置決め部材とコンクリート部材の間における充分な接触面積が確保され、応力集中が起こることが防止される。したがって、コンクリート部材にひび割れ等発生が防止され、長期の耐久性が確保される。
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の実施の形態のコンクリート部材であるコンクリートセグメントを用いて構築されるシールドトンネル覆工体を抗口側から見た斜視図である。このシールドトンネル覆工体は、周方向に5分割された円弧板状のコンクリートセグメント1a、1b、1c、1d、1eが環状に組み立てられた組立体2が軸線方向に多数配列された構成となっている。なお、3は、組立体2を軸方向に連結するための継手である。
これらのコンクリートセグメント1a、1b、1c、1d、1e(以下、区別する必要が無い場合には1と略す。)のうち、4つのコンクリートセグメント1a、1b、1c、1dは中心角が約84°の大型コンクリートセグメントとなっており、一つのコンクリートセグメント1eは中心角が24°の小型コンクリートセグメントであり、これらは径方向に順次連結されている。小型コンクリートセグメント1eは最終組み立てコンクリートセグメントとなっており、他の大型コンクリートセグメント1a、1b、1c、1dを建て込んだ後に、切羽側から軸線方向に移動させて取り付けられ、5つのコンクリートセグメントが円形に閉合される。小型コンクリートセグメント1eは抗口側の幅が切羽側より狭くなっており、取り付けの際に、コンクリートセグメント1a、1dの隙間を押し広げるくさび作用をする。
各コンクリートセグメント1は、図2に示すように、これらを連結して管体とするための接合面(側面)10a,10b,10cを有している。これらの接合面10a,10b,10cは、外周側に浅い溝が形成されたほぼ平坦な面であり、幅方向の両端部には、図3に示すように、台形断面を有する軸方向溝である第1の凹所(第2の凹部)12および第2の凹所(凹部)14が形成されている。これら第1の凹所12および第2の凹所14は、各セグメント1が連結される際に、接合面10a,10b,10cにおいて互いに対向する位置に形成されている。第1の凹所12は第2の凹所14より短く形成され、一方、第2の凹所14は、軸方向の端面に開口している。
図4に示すように、セグメント1の接合面10a,10b,10cの間には、第1の凹所12および第2の凹所14によって形成される空間に、位置決め部材16が取り付けられている。位置決め部材16は、この実施の形態では、樹脂(ABS樹脂)で構成されているが、セラミックス、金属等の適宜の素材から作製することができる。位置決め部材16は、図5に示すように、第1の凹所12に嵌合して取り付けられる角錐台状の埋設部(外形部)18と、第2の凹所14に嵌合する角錐台状の露出部(外形部)20とが、それぞれの角錐台の底面において結合されている。したがって、それぞれ台形の断面形状を持つ2つの部分が底辺で結合された断面六角形状をしている。この実施の形態では、埋設部18の底面より露出部20の底面の方が幅が大きくなっており、したがって、図5(c)に示すように、幅方向外側に張出部22が形成されている。
第1の凹所12と埋設部18は、それぞれの斜面(テーパ面)12a,12b(図3参照)および斜面(テーパ面)18a,18b(図5参照)がそれぞれ同じ傾斜角度であり、同様に、第2の凹所14と露出部20は、それぞれの斜面(テーパ面)14aおよび斜面(テーパ面)20aがそれぞれ同じ傾斜角度である。したがって、第1の凹所12と埋設部18は斜面12a,12b、18a,18bにおいて面接触し、同様に、第2の凹所14と露出部20は、斜面14a、20aにおいて面接触する。なお、露出部20には、その長手方向の端面にも面取りのために斜面20b、20bが形成されており、これは、第2の凹所14への挿入を容易にするとともに、施工時の他の部分との衝突を回避させる。斜面20b、20bを形成するか否か、あるいはその傾斜角度等は適宜に設定することができる。
第1の凹所12と位置決め部材16の間には、位置決め部材16をセグメント1に着脱自在に取り付けるための構造が設けられている。すなわち、埋設部18には、角錐台の頂面側から突出する筒状の係合部24が設けられ、第1の凹所12の底部には、この係合部24を受容するための治具(取付部)26が埋設されている。係合部24は、この実施の形態では、位置決め部材16と一体に形成されているが、筒状の別部材を本体に埋設することによって形成してもよい。係合部24は、周方向に分割されたすり割状に形成され、各突片24a,24aの先端面は滑らかに形成されており、また先端側の外周面には周方向に延びる突条25が形成されている。
治具26は、この実施の形態ではABS樹脂から形成されているが、金属、セラミックス等の適宜の素材で形成することができる。治具26は、外端側の大径部(取付部)27と、大径部27からセグメント1の内部に延びる小径部28と、その端部の大径板状のアンカー部29とを有する。大径部27は、内径が係合部24の外径と同程度に設定され、内面には、係合部24の突条25に対応する周方向溝30が形成されている。小径部28の内面には、雌ねじ31が形成されており、これには、セグメント1の製造時に、コンクリート注入用型枠に治具26を固定するために用いられる。すなわち、この雌ねじ31には、型枠に一端が固定された棒状部材(図示せず)の他端側の雄ねじが螺合する。棒状部材は、セグメント1が固化した後に螺合を解くことにより、セグメント1中に埋設された大径部27から除去される。この際の連れ回りを防ぐために、小径部28の外面には平坦面32が形成されている。
以上のように構成されたコンクリートセグメント1どうしを接合する際の手順を、図1および図2を参照して説明する。シールドトンネル覆工体を組み立てる場合、例えば大型コンクリートセグメント1cを最初に据え付け、次に、これに隣接する大型コンクリートセグメント1bをウインチ等で吊り、位置合わせをしながら接合面10a,10b,10cどうしを近接させる。そして、コンクリートセグメント1c、1bの接合面10a,10b,10cの凹所12,14の位置が適合し、位置決め部材16が施工に支障を来さないことを確認した後に、位置決め部材16を各セグメント1c、1bの対向する側面の第1の凹所12に取り付ける。
位置決め部材16を第1の凹所12に取り付けるには、互いの長手方向を合せた状態で埋設部18側を第1の凹所12に向けて押し込む。これにより、埋設部18と第1の凹所12の斜面18a,18b、12a,12bどうしの摺動によって互いの芯出しが行われ、係合部24の先端が治具26の大径部27に臨む。さらに位置決め部材16を押し込むと、係合部24が大径部27の縁部によって内側に押されて縮径し、大径部27内に進入する。係合部24がさらに進入して、突条25と周方向溝30の位置が一致すると両者が嵌合して係合部24が拡径し、位置決め部材16が抜け止めされる。この状態で、位置決め部材16は、角錐台状の埋設部18の4つの斜面18a,18b、および左右の張出部22において、セグメント1側の面と面接触している。
次に、セグメント1c、1bを誘導して近接させ、接合面10a,10b,10c間に必要なシール材等を配した後、それぞれに取り付けられた位置決め部材16の露出部20を、それぞれ対向する接合面10a,10b,10cに形成された第2の凹所14に嵌合させる。この際、角錐台状の露出部20の2つの斜面20aと第2の凹所14の2つの斜面14aとの面接触により、2つのセグメント1の厚さ(径)方向の位置決めがなされた状態で両者が結合される。同様の方法で、大型セグメント1a、1b、1c、1dを結合した後、小型コンクリートセグメント1eを軸方向に移動し、くさび作用によりコンクリートセグメント1a、1d間に押し込む。この場合、予め、位置決め部材16を各セグメント1e、1a、1dの対向する接合面10a,10b,10cの第1の凹所12に取り付け、その後、小型コンクリートセグメント1eを軸方向に移動し、くさび作用によりコンクリートセグメント1a、1d間に押し込む。
この位置決め部材16はセグメント1に着脱自在に取り付けられているので、取付後にこれが施工に支障を来すことが判明した場合には、位置決め部材16を取り外すことにより、施工を進めることができる。したがって、位置決め部材16のために作業に遅滞をもたらすことがなく、作業の柔軟性が高い。
また、この位置決め部材16とセグメント1は、互いに相似的な角錐台形状の外形部(埋設部18および露出部20)と凹部(第1の凹所12および第2の凹所14)が相互に嵌合しているので、少なくとも角錐台形状の斜面部分どうしが確実に面接触する。したがって、曲面どうしの接触の場合のように点接触や線接触となることがなく、平面どうしの充分に大きな接触面積が得られるので、セグメント1を形成するコンクリートへの応力集中が防止され、それに起因する割れ等の発生が低減する。さらに、この実施の形態では、露出部20側の底面が埋設部18側より大きく形成されているので、位置決め部材16が張出部22においてセグメント1の端面によっても支持されており、これによって、応力集中がさらに防止されるとともに、位置決め部材16が安定に支持されて位置決め機能が強化される。
なお、位置決め部材は、樹脂、セラミックス、金属またはこれらの複合素材等の種々の素材から作製することができる。特に、異なる素材や形状、寸法の位置決め部材を予め用意しておくことにより、状況に応じた特徴を有する位置決め部材を適宜に選択して用いることができる。例えば、露出部断面の台形形状の高さのみを変更したものを用意しておき、凹所の寸法誤差に対応することもできる。
以上、この発明を実施の形態に沿って説明したが、この発明はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨に沿って改変が可能である。例えば、位置決め部材は上記の実施の形態では、同じ接合面の対の間に2つが配置されているが、1つであっても、3以上であってもよい。同様に、凹所の断面形状、係合部や取付部の具体的な構成等は適宜に選択することができる。また、実施の形態では、第1の凹所と第2の凹所を1つのセグメントの同じ接合面に配置したが、同じ接合面に一方の凹所のみを配置するようにしてもよい。
この発明の実施の形態に係るコンクリート部材の接合構造を有する構築物を示す斜視図である。 図1の実施の形態におけるコンクリート部材の組立体の結合の仕方を示す図である。 (a)および(b)は、コンクリート部材の側面の構造を示す図であって、(a)は図2のA−A線矢視図、(b)は図2のB−B線矢視図である。 図1の実施の形態のコンクリート部材の接合構造を示す断面図である。 位置決め部材の構造を示す図であり、(a)は側面図、(b)は底面図、(c)は正面図、(d)は平面図である。 治具の構造を示す図であり、(a)は一部を破断して示す正面図、(b)は側面図、(c)は(a)のC−C線に沿う断面図である。
符号の説明
1 コンクリート部材
10a,10b,10c 側面
12 第1の凹所(凹部)
12a,12b 斜面(テーパ面)
14 第2の凹所
14a 斜面(テーパ面)
16 位置決め部材
18 埋設部(外形部)
18a,18b 斜面(テーパ面)
20 露出部(外形部)
20a 斜面(テーパ面)
22 張出部

Claims (5)

  1. 一対のコンクリート部材の互いの側面間に、着脱自在な位置決め部材を介在させた状態で、前記側面どうしを突き合わせて構成されたコンクリート部材の接合構造であって、
    前記位置決め部材は、一方のコンクリート部材の側面に着脱自在に取り付けられているとともに、台形の断面形状を持つ露出部を備えており、
    他方のコンクリート部材の側面には、前記位置決め部材の前記露出部の互いに対向する一対のテーパ面のみに面接触する一対のテーパ面を備え、かつ、この他方のコンクリート部材の端面方向に直線状に延びるとともに前記端面に開口している溝状の凹部が形成され、
    前記露出部の前記一対のテーパ面と前記凹部の前記一対のテーパ面のみが面接触して前記露出部と前記凹部とが嵌合した状態で、前記側面どうしが突き合わされている、
    ことを特徴とするコンクリート部材の接合構造。
  2. 前記位置決め部材は、角錐台状の埋設部を備え、この埋設部の底面が前記露出部の底面に接合されており、
    前記位置決め部材の前記埋設部が、一方のコンクリート部材の側面に形成された第2の凹部に嵌合した状態でこの側面に取り付けられており、
    前記位置決め部材は、少なくとも前記露出部の前記一対のテーパ面側において、前記露出部の底面の方が前記埋設部の底面よりも大きく設定され、それにより張出部が形成されている、
    ことを特徴とする請求項1に記載のコンクリート部材の接合構造。
  3. 側面間に、着脱自在でかつ台形の断面形状を持つ露出部を備えた位置決め部材を介在させた状態で、前記側面どうしを突き合わせて接合されるコンクリート部材であって、
    前記側面には、前記位置決め部材が着脱自在に取り付けられる取付部と、前記露出部の互いに対向する一対のテーパ面のみに面接触する一対のテーパ面を備え、かつ、この他方のコンクリート部材の端面方向に直線状に延びるとともに前記端面に開口している溝状の凹部が形成され、
    前記露出部の前記一対のテーパ面と前記凹部の前記一対のテーパ面のみが面接触して前記露出部と前記凹部とが嵌合した状態で、前記側面どうしが突き合わされる、
    ことを特徴とするコンクリート部材。
  4. 一対のコンクリート部材の互いの側面間に介在して、前記側面どうしを突き合わせる際の位置決めを行う位置決め部材であって、
    一方のコンクリート部材の側面に着脱自在に取り付けられるとともに、台形の断面形状を持つ露出部を備えており、
    前記露出部は、互いに対向する一対のテーパ面が、他方のコンクリート部材の側面に形成され、前記露出部の互いに対向する一対のテーパ面のみに面接触する一対のテーパ面を備え、かつ、この他方のコンクリート部材の端面方向に直線状に延びるとともに前記端面に開口している溝状の凹部の前記一対のテーパ面のみに面接触して、前記凹部に嵌合され、この状態で前記側面どうしが突き合わされるようになっている、
    ことを特徴とする位置決め部材。
  5. 角錐台状の埋設部を備え、この埋設部の底面が前記露出部の底面に接合されており、
    前記埋設部が、一方のコンクリート部材の側面に形成された第2の凹部に嵌合した状態でこの側面に取り付けられるようになっており、
    少なくとも前記露出部の前記一対のテーパ面側において、前記露出部の底面の方が前記埋設部の底面よりも大きく設定され、それにより張出部が形成されている、
    ことを特徴とする請求項4に記載の位置決め部材。
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