JP4416312B2 - 継手構造体、該継手構造体を用いたセグメント用継手、セグメントおよびシールドトンネル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、継手構造体および該継手構造体を使用して形成される掘削坑の内側にセグメントを周方向およびトンネル軸方向に連結して構築されるシールドトンネルのために用いられるセグメント用継手、該継手を備えるセグメントおよびシールドトンネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、互いに隣接する部材を連結するために種々の継手構造が、必要に応じて材質、締結力、作業性、効率性といった点から提案されている。例えば、シールド工法は、トンネルや坑道を構築するために用いられ、シールド掘進機を用いて地下に穴を堀進し、この穴の内側をセグメントリングで覆工する工法であり、安全かつ確実に作業を行うことができるという特徴がある。
【０００３】
このシールド工法に用いられるセグメントリングは、通常は複数のセグメントに分割された状態で堀削坑の内部に運ばれ、内部の施工現場で堀削坑の内径に沿って組み立てられる。このため、セグメントは容易に連結できることが望まれている。また、耐久性や安全性などの面から、トンネル内面に継手が露出しないことが望まれている。
【０００４】
セグメント間の連結は、例えば特開平９−１３２９９７号公報によると、互いに連結すべきセグメントに継手プレートが設けられ、ボルトボックスを利用してワッシャを介してボルトを通し、またワッシャを介してナットを締め付けることによって行われることが開示されている。
【０００５】
また、特開平１０−２２０１８５号公報には、互いに連結すべきセグメントの一方にピンが突設され、他方にはピン穴が設けられ、一方のピンが他方のピン穴に挿入される構造が開示されている。また、突設されたピンには、側方に張り出す係止凸部が設けられ、ピン穴には回動自在とされた筒体と、筒体内部に係止部材と、筒体を回動方向に付勢するゼンマイとが設けられ、ピンの係止凸部とピン穴の係止部材とによって連結される継手構造が開示されている。
【０００６】
さらに、特開平９−１３２９９７号公報には、ボルトボックスを利用してボルトを継手プレートに高剛性ワッシャを介して通し、通したボルトに、さらに高剛性ワッシャを介してナットを填めて締結する方法が開示されている。従来のボルト、ナットを用いた連結方法と比較すると、ボルトをナットに填めることが容易であり、高剛性ワッシャを用いて締結するため、ナットの緩みを抑えることができるなどの利点がある。しかしながら、特開平９−１３２９９７号公報に開示された方法は、セグメントに取り付ける継手の位置や継手プレートおよび高剛性ワッシャの加工精度、セグメントの設置位置などを厳密に管理する必要がある。
【０００７】
また、特開平１０−２２０１８５号公報には、互いに連結すべきセグメントの突設されたピンを、ピン穴の筒体を回転させて挿入し、突設されたピンの側方に張り出す係止凸部と筒体内部の係止部材とにより、容易にセグメントを連結できる方法が開示されている。しかしながら、特開平１０−２２０１８５号公報に開示される方法は、ピンと、ピン穴との位置がずれるとセグメントを連結できない場合があるため、これらの設置位置とセグメントの設置位置の双方を厳密に管理する必要がある。さらに、セグメントを固定させるために、ピンに設けられる係止凸部の位置と、ピン穴に設けられる係止部材の位置および強度とを厳密に管理する必要もある。
【０００８】
また、上述したピンおよびボルト、ナットを用いた従来例では、セグメントの加工を複雑にするため、セグメントコストが高くなるという問題があった。さらに、高剛性ワッシャを用いたとしても、ナットには緩みが生じるため、ナットの増し締めなどの事後工程を要し、コストおよび効率といった点において充分とはいえなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、容易に、かつ迅速に互いに隣接する部材を連結することができる継手構造体を提供し、さらにシールド工法を施工する際に、トンネル軸方向にセグメントを連結することにより、労力を低減させ、かつ低コストにシールドトンネルを構築することを可能とするセグメント用継手、該セグメント用継手を備えたセグメントおよびシールドトンネルを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、本発明の継手構造体、該継手構造体を用いたセグメント用継手、セグメントおよびシールドトンネルを提供することにより達成される。
【００１１】
本発明の請求項１の発明によれば、オス金具とメス金具とから構成され、
前記オス金具は、拡張した先端部と、開口が設けられた根本部と、前記先端部と前記根本部とを連結する軸部とを備える、突出部材と、
前記根本部を回転可能に収容し、通孔が設けられた収容部材と、
前記突出部材に一端が連結され、他端が前記収容部材に連結されて、前記突出部材の回転により反発力を生じさせる弾性部材と、
前記突出部材を固定するとともに、中間から分離可能な棒部材とを備え、
前記メス金具は、開口部と、前記先端部を収容し、かつ該先端部と嵌合する嵌合部を備えており、
前記先端部は、前記開口部を超えて挿入されると、前記棒部材が分離して前記弾性部材の反発力により逆転して締結力を生じさせる、継手構造体が提供される。
【００１２】
本発明の請求項２の発明によれば、前記弾性部材は、渦巻きバネ、板バネ、またはコイルバネから選択される継手構造体が提供される。
【００１３】
本発明の請求項３の発明によれば、前記開口部は、前記先端部の逆転につれて締結力が増加するテーパが形成された嵌合部に連続する継手構造体が提供される。
【００１４】
本発明の請求項４の発明によれば、シールドトンネルを構築するセグメントをトンネル軸方向に連結するためのセグメント用継手であって、該継手は、オス金具とメス金具とから構成され、
前記オス金具は、拡張した先端部と、開口が設けられた根本部と、前記先端部と前記根本部とを連結する軸部とを備える、突出部材と、
前記根本部を回転可能に収容し、通孔が設けられた収容部材と、
前記突出部材に一端が連結され、他端が前記収容部材に連結されて、前記突出部材の回転により反発力を生じさせる弾性部材と、
前記突出部材を固定するとともに、中間から分離可能な棒部材とを備え、
前記メス金具は、開口部と、前記先端部を収容し、かつ該先端部と嵌合する嵌合部を備えており、
前記先端部は、トンネル軸方向に挿入されると、前記棒部材が分離して前記弾性部材の反発力により逆転して締結力を生じさせるセグメント用継手が提供される。
【００１５】
本発明の請求項５の発明によれば、前記弾性部材は、渦巻きバネ、板バネ、またはコイルバネから選択されるセグメント用継手が提供される。
【００１６】
本発明の請求項６の発明によれば、前記開口部は、前記先端部の逆転につれて締結力が増加するテーパが形成された嵌合部に連続するセグメント用継手が提供される。
【００１７】
本発明の請求項７の発明によれば、互いに隣接するセグメントをトンネル軸方向に連結するためのセグメント用継手を含むセグメントであって、該継手は、オス金具とメス金具とから構成され、
前記オス金具は、拡張した先端部と、開口が設けられた根本部と、前記先端部と前記根本部とを連結する軸部とを備える、突出部材と、
前記根本部を回転可能に収容し、通孔が設けられた収容部材と、
前記突出部材に一端が連結され、他端が前記収容部材に連結されて、前記突出部材の回転により反発力を生じさせる弾性部材と、
前記突出部材を固定するとともに、中間から分離可能な棒部材とを備え、
前記メス金具は、開口部と、前記先端部を収容し、かつ該先端部と嵌合する嵌合部を備えており、
前記先端部は、トンネル軸方向に挿入されると、前記棒部材が分離して前記弾性部材の反発力により逆転して締結力を生じさせるセグメント用継手を備えたセグメントが提供される。
【００１８】
本発明の請求項８の発明によれば、前記弾性部材は、渦巻きバネ、板バネ、またはコイルバネから選択されるセグメント用継手を備えたセグメントが提供される。
【００１９】
本発明の請求項９の発明によれば、前記開口部は、前記先端部の逆転につれて締結力が増加するテーパが形成された嵌合部に連続するセグメント用継手を備えたセグメントが提供される。
【００２０】
本発明の請求項１０の発明によれば、セグメントを周方向に連結して構築されるシールドトンネルであって、トンネル軸方向に互いに隣接するセグメントリングがオス金具とメス金具とにより連結され、
前記オス金具は、拡張した先端部と、開口が設けられた根本部と、前記先端部と前記根本部とを連結する軸部とを備える、突出部材と、
前記根本部を回転可能に収容し、通孔が設けられた収容部材と、
前記突出部材に一端が連結され、他端が前記収容部材に連結されて、前記突出部材の回転により反発力を生じさせる弾性部材と、
前記突出部材を固定するとともに、中間から分離可能な棒部材とを備え、
前記メス金具は、開口部と、前記先端部を収容し、かつ該先端部と嵌合する嵌合部を備えており、
前記先端部は、トンネル軸方向に挿入されると、前記棒部材が分離して前記弾性部材の反発力により逆転して締結力を生じさせるセグメント用継手を備えたセグメントにより構築されるシールドトンネルが提供される。
【００２１】
本発明の請求項１１の発明によれば、前記弾性部材は、渦巻きバネ、板バネ、またはコイルバネから選択されるセグメント用継手を備えたセグメントにより構築されるシールドトンネルが提供される。
【００２２】
本発明の請求項１２の発明によれば、前記開口部は、前記先端部の逆転につれて締結力が増加するテーパが形成された嵌合部に連続するセグメント用継手を備えたセグメントにより構築されるシールドトンネルが提供される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の継手構造体をシールド工法に用いられるセグメントを連結するためのセグメント用継手として、実施の形態をもって詳細に説明する。図１は、本発明のセグメント用継手を備えるセグメント１が周方向および矢線Ａに示すトンネル軸方向へと連結されて構築されるシールドトンネル２の一部を示した斜視図である。図１に示したシールドトンネル２は、セグメント１が堀削坑の内側において周方向へと連結されて、セグメントリング３が構築される。このセグメントリング３に対して矢線Ａに示すトンネル軸方向へ図示しないシールドジャッキなどの手段を用いて、別のセグメント４が連結されて、トンネル軸方向に連続した別のセグメントリングが延ばされることにより、シールドトンネル２が構築される。
【００２４】
本発明のセグメント用継手は、オス金具とメス金具とが対になって構成されており、これらのオス金具とメス金具とは、セグメント１のトンネル軸方向に互いに対向したセグメント端部１ａ、４ａに配設されて、セグメント１をトンネル軸方向へと連結することができる。また、セグメント１を周方向へ連結させるためには、これまで知られている例えば、ボルトおよびナットを用いた継手により行うことができる。特に、矢線Ａに示すトンネル軸方向への挿入により、周方向への連結が完了するスライドロック継手と、本発明のセグメント用継手とを併用することにより、トンネル軸方向への移動だけでセグメントの周方向およびトンネル軸方向の連結が可能となるため、施工効率を著しく高めることができる。また、本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具およびメス金具には、鋳鉄やセラミックスといった材料を用いることができる。さらに、連結を維持するのに充分な強度を持つものであれば、鋳鉄やセラミックス以外の、いかなる材料でも用いることができる。
【００２５】
図２は、本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具５の第１の実施の形態を示した断面図である。図２に示したオス金具５は、突出部材６と、収容部材７と、弾性部材８と棒部材９とを含み、収容部材７には通孔１０が設けられている。また、突出部材６は、拡張された先端部６ａと、根本部６ｂと、先端部６ａと根本部６ｂとを連結する軸部６ｃとを備え、根本部６ｂには、棒部材９を収容する開口１１が設けられている。さらに、根本部６ｂは、収容部材７の中に回転可能なように収容されている。
【００２６】
図２に示したオス金具５においては、根本部６ｂと、収容部材７の間に弾性部材８が配設されている。この弾性部材８は、図２に示した実施の形態においては、弦巻バネとされ、根本部６ｂに形成された溝内に配設されている。この弾性部材８は、突出部材６を回転させることにより捻り応力が加えられて、回転させた方向とは反対方向への反発力を生じさせるように、一端が突出部材６に、他端が収容部材７に取り付けられている。また、図２に示す実施の形態においては、弾性部材８の一端が根本部６ｂに取り付けられているが、突出部材６の内部を中空とし、軸部６ｃまたは先端部６ａに取り付けられていても良い。
【００２７】
図２に示した突出部材６の先端部６ａは、テーパ部６ｄ、６ｅが設けられた直方体の形状とされている。しかしながら、本発明のセグメント継手に用いられるオス金具５の先端部６ａの形状は、いかなる別の形状のものでも用いることができる。また、突出部材６の軸部６ｃは、円柱または円筒形の形状とすることが回動をスムーズに行わせる点では好ましいが、本発明においては円柱または円筒形以外の形状とすることも可能である。また、突出部材６の根本部６ｂは、収容部材７に収容される場合に適切に回動できるように円形の形状とされていることが望ましい。さらに、収容部材７には、突出部材６の軸部６ｃが回動可能に挿通される開口部７ａが形成されており、突出部材６を回動可能なように支持している。
【００２８】
また、図２に示す実施の形態において示した突出部材６は、弾性部材８に捻り応力を加えた状態で、棒部材９により固定されている。棒部材９は、２つのセグメントから構成されていて、棒部材セグメント９ａは、収容部材７の通孔１０と、根本部６ｂの開口１１とを橋渡しした状態で、突出部材６が回転しないように固定している。また、棒部材セグメント９ｂは、一端が棒部材セグメント９ａと隣接するように収容部材７の通孔１０内に挿入され、他端が収容部材７から突出している。本発明において用いることができる棒部材９としては、図２に示す形態のものに限られるものではなく、中間から分離可能に構成されている限り、いかなるものでも用いることができる。図２に示した棒部材９の他の構成については、詳細に後述する。また、突出部材６に予め与えておく回転角度については、適切にオス金具５と後述するメス金具とを連結させることができる限り、いかなる角度とすることもできる。
【００２９】
図３は、本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具５の第２の実施の形態を示した断面図である。図３に示したオス金具５の突出部材６の軸部６ｃは、一部中空に形成されていて、弾性部材８としては板バネが用いられている。この板バネは、一端が収容部材７に、例えば溶接といった方法により連結され、他端が中空に形成された軸部６ｃの内部を通して延ばされて、その先端が、軸部６ｃまたは先端部６ａへ例えば、溶接といった手段により連結されている。また、図２に示すように弾性部材８を根本部６ｂに形成した溝内に配設することもできる。さらに、本発明においては、収容部材７および軸部６ｃに収容のための溝を形成しておき、板バネのそれぞれの端部を、それぞれ溝に嵌合させることにより、板バネに対して必要とされる捻り応力を加えることもできる。
【００３０】
図４は、本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具５の第３の実施の形態を示した図である。図４に示したオス金具５は、弾性部材８としてコイルバネが用いられており、このコイルバネの一端は、収容部材７へと連結され、他端は、一部中空とされた軸部６ｃの内部へと連結されている。このコイルバネの他端は、図４に示す実施の形態に限られるものではなく、図２に示すように根本部６ｂに形成された溝内に配設しても良いし、一部中空とされた軸部６ｃを通して先端部６ａに連結されていても良い。また、このコイルバネは、突出部材６の回転に伴って捻り応力が加えられると、必要とされる反発力を生じさせるようになっている。本発明に用いることができるコイルバネは、適切な反発力を生じさせることができる限り、いかなる材質、寸法として構成することができる。
【００３１】
上述したように本発明においては、突出部材６の回動により回動方向に対して逆方向へと反発力を生じさせることが可能な弾性部材であれば、上述した弦巻バネ、板バネ、コイルバネの他にも、いかなる弾性部材であっても用いることができる。また、弾性部材８の配置についても必要な回転方向への反発力が得られる限り、これまで知られたいかなる構成とすることもできる。
【００３２】
図５は、本発明のセグメント用継手に用いられる図２に示した第１の実施の形態の継手構造体に使用される棒部材９が、オス金具５を固定しているところを拡大して示した断面図である。以下に説明する棒部材９は、図２に示したオス金具５を固定するものとして説明するが、図３または図４に示したオス金具５についても、同様の棒部材９を用いることができる。
【００３３】
図５では、棒部材９は、２つの棒部材セグメント９ａ、９ｂにより構成されている。図５（ａ）に示した棒部材セグメント９ａは、収容部材７に設けられた通孔１０と、根本部６ｂに設けられた開口１１とを橋渡しするように挿入されている。また、棒部材セグメント９ｂは、一端が棒部材セグメント９ａに隣接するように通孔１０内に挿入され、他端は収容部材７から突出している。図５（ａ）に示した棒部材９は、弾性部材８に反発力を生じさせるように突出部材６を回転させ、弾性部材８に捻り応力を加えた状態のまま、突出部材６の根本部６ｂを収容部材７に対して固定している。
【００３４】
また、図５（ｂ）は、オス金具５が図示しないメス金具と連結され、棒部材セグメント９ｂが収容部材７の内側に挿入された状態を示した図である。図５（ａ）に示す突出した棒部材セグメント９ｂは、矢線Ｂの方向から通孔１０内へと挿入され、図５（ｂ）では、さらに隣接する棒部材セグメント９ａが棒部材９ｂに押されて開口１１内へ挿入される。図５（ｂ）に示された状態になると、突出部材６は、弾性部材８の反発力を生じて回転する。棒部材セグメント９ｂの通孔１０内への挿入は、図２に示すオス金具５をメス金具に挿入して連結する際、オス金具５の挿入に伴い、メス金具の接合壁面により突出した棒部材９ｂが押し込まれることにより行われる。
【００３５】
図６は、本発明のセグメント用継手に用いられる継手構造体のオス金具５を拡大して、本発明において用いることができる棒部材９の他の構成を詳細に示した断面図である。図６（ａ）に示すように、棒部材９は、棒部材９の中間部にノッチＮが形成され、ノッチＮ部分に力が加わると分断されて分離可能なように構成されている。図６（ａ）では、棒部材９は、収容部材７に設けられた通孔１０と、根本部６ｂに設けられた開口１１とを橋渡しするように挿入されていて、突出部材６が回転しないように固定している。また、棒部材９は、一端が開口１１内に突出し、他端が収容部材７から突出していて、棒部材９のノッチＮ部分は、通孔１０内に収容されている。また、図６（ａ）では、図１に示すセグメント１が連結されるまで棒部材９のノッチＮ部分は、通孔１０内に収容され、弾性部材８に捻り応力を加えた状態のまま、突出部材６が回転しないように固定している。
【００３６】
図６（ｂ）では、継手構造体が互いに連結されて、図示しないメス金具が取り付けられたセグメントにより、図６（ａ）に示す突出した棒部材９が矢線Ｂに示す方向の通孔１０内へと挿入され、棒部材９のノッチＮ部分が収容部材７と突出部材６との間に達したところが示されている。この場合、弾性部材８の反発力により棒部材９がノッチＮ部分で分断され、突出部材６を回転させる。図６に示す棒部材９としては、ノッチＮを設けたもの以外に、中間部分の分離可能なものとして図５に示す棒部材セグメント９ａ、９ｂを接着剤などを用いて接合させたものを用いても良い。また、弾性部材８の反発力により分離可能となるものであれば、棒部材９の中間部を別の材料から構成したものを用いることができる。
【００３７】
図７は、本発明のセグメント用継手に用いられる継手構造体のオス金具５を拡大して、さらに別の棒部材９の構成を詳細に示した断面図である。図７（ａ）に示した棒部材９は、弾性部材８に捻り応力を加えた状態のまま、突出部材６を固定することができる材料で作成された棒部材セグメント９ｃと、弾性部材８の反発力により分離可能な材料で作成された棒部材セグメント９ｄとが溶接などの手段を用いて接合されている。図７（ａ）では、棒部材９は、収容部材７に設けられた通孔１０と、根本部６ｂに設けられた開口１１とを橋渡しするように挿入され、突出部材６が回転しないように棒部材セグメント９ｃにより固定している。
【００３８】
また、図７（ｂ）は、継手構造体が互いに連結され、図７（ａ）に示す突出された棒部材９が通孔１０内へと挿入され、棒部材セグメント９ｃと、棒部材セグメント９ｄとの接合部分が、収容部材７と、突出部材６との間に達しているところを示した図である。この場合、弾性部材８の反発力により棒部材セグメント９ｄが捻り応力により破断して分離されることにより、突出部材６が回転する。図７に示した継手構造体においては、棒部材セグメント９ｄは、弾性部材８の反発力により圧壊することにより、突出部材６を回転させている。本発明の図７に示した継手構造体の実施の形態において、棒部材セグメント９ｃとしては、鋳鉄、セラミックス材料のほか、突出部材６を回転しないように固定できる強度をもったものであればいかなるものでも用いることができる。また、棒部材セグメント９ｄには、プラスチックなどの高分子樹脂、アルミニウム、ガラス、石材、セラミックスなど分離可能または圧壊可能な材料を用いることができる。
【００３９】
また、本発明においては、上述した棒部材９は、突出部材６の重量や弾性部材８の弾性強度など必要に応じて複数配設することができる。この場合、根本部６ｂの開口１１および収容部材７の通孔１０も棒部材９の数に応じて増加させることができる。
【００４０】
図８は、本発明のセグメント用継手に用いられるメス金具１２の断面を示した図である。本発明に用いられるセグメント用継手のメス金具１２は、円筒形の円筒部材１３から構成されていて、この円筒部材１３の内部には、図２に示す先端部６ａを収容し、かつガイドするに充分な長さの矩形の開口部１４が形成されている。また、開口部１４の深さ方向の先端は、円筒部材１３の端面１５にまでは延ばされておらず、テーパ部１６ａ、１６ｂを形成した嵌合部１７へと連続している。上述した開口部１４は、図２に示す先端部６ａが挿入可能であればいかなる形状としても良い。また、円筒部材１３は、図１に示すセグメント１に対してアンカー材を用いるなどの適切な手段により固定することができる。
【００４１】
また、図２に示す突出部材６の先端部６ａは、図８に示された開口部１４を通して嵌合部１７に形成された開口１８まで挿入されると、図２に示すオス金具５の棒部材９による固定がはずれ、捻られた方向の反対側へと逆回転する。図２に示す先端部６ａのテーパ部６ｄ、６ｅと、嵌合部１７に形成された開口１８に連続するテーパ部１６ａ、１６ｂが接触し、オス金具５とメス金具１２とが連結される。図８に示したテーパ部１６ａ、１６ｂは、開口１８に対して９０゜回転して嵌合するように配置されている。しかしながら、本発明においては、適切にオス金具５と、メス金具１２とを連結させることができる限り、いかなる配置として構成することもできる。
【００４２】
図９（ａ）は、図８に示したメス金具１２を、切断線Ｃ−Ｃに沿って切り欠いた場合の断面図である。開口１８に隣接する嵌合部１７の面には、図２に示すオス金具５の先端部６ａのテーパ部６ｄ、６ｅに対応し、先端部６ａの逆転に伴って締結力が増加するようにテーパ部１６ａ、１６ｂが、図２に示す先端部６ａの逆転する方向に相応して形成されている。また、本発明においては、図８に示した開口１８に連続するテーパ部１６ａ、１６ｂに、図示しない溝を設けておき、先端部６ａの逆転に応じて先端部６ａに別に設けた突起と、溝とを嵌合させて、オス金具５と、メス金具１２との連結をより確実にさせる構成にしても良い。
【００４３】
図９（ｂ）は、メス金具１２を図９（ａ）の矢線Ｄ−Ｄに沿った断面として、テーパ部１６ｂの形状を示した図である。図９ではテーパ部１６ｂに対応して形成されるテーパ部１６ａは示されていないものの、このテーパ部１６ａは、テーパ部１６ｂとは逆方向に傾斜するように形成されている。図９（ｂ）に示したように、テーパ部１６ｂはメス金具１２の嵌合部１７の開口１８側の端面を形成するようにして形成されている。図２に示したオス金具５のテーパ部６ｅと、テーパ部１６ｂとのテーパ角度は、同一とされていても良いし、先端部６ａの逆転につれて締結力が増加するように、互いに異なる角度となるように形成することもできる。また、本発明では、図２に示す突出部材６の先端部６ａに形成されるテーパ部６ｄ、６ｅと、図９に示すテーパ部１６ａ、１６ｂとが、適切に嵌合する限り、例えばテーパ部１６ａと、テーパ部１６ｂとが同じ方向に傾斜するように構成されていてもよい。
【００４４】
図１０には、本発明のセグメント用継手が連結される場合のオス金具５の棒部材９および先端部６ａの運動を示した図である。図１０（ａ）に示した連結前の状態では、オス金具５の根本部６ｂは、弾性部材８に捻り応力を加えた状態で、棒部材９ａにより収容部材７と、根本部６ｂとが固定されている。本発明においては、セグメント用継手を連結する場合には、シールドジャッキといった手段によりオス金具５を矢線Ｅに示す方向へと移動させ、オス金具５の先端部６ａをメス金具１２の開口部１４へと挿入する。先端部６ａがメス金具１２の開口１８付近まで挿入されると、図１０（ｂ）に示すようにオス金具５の突出した棒部材９ｂがメス金具１２の円筒部材１３の壁面と接して、矢線Ｆに示す方向へと、収容部材７の通孔１０内に押し込まれる。さらにオス金具５がメス金具１２の開口１８を超えて挿入されると、突出部材６を固定していた棒部材９ａが収容部材７の開口１１へ挿入されて、根本部６ｂが逆転して連結が完了する。
【００４５】
連結される場合には、根本部６ｂは、弾性部材８により捻られた方向とは逆の、矢線Ｇで示す方向へと回動して、６ａ’で示すようにオス金具５の先端部６ａも回動する。この段階では、テーパ部６ｄ、６ｅおよび１６ａ、１６ｂそれぞれが当接しつつ締結して行き、弾性部材８の反発力に応じて継手相互の連結が完了することになる。この際、弾性部材８を、完全に捻り応力が開放された状態まで戻すこともできるが、所定の締結力が継続的に加えられるように、捻り応力を残しておく位置において、先端部６ａと、嵌合部１７とが嵌合するように構成することもできる。上述した本発明の継手構造体を用いたセグメントをトンネル方向に連結させていくことにより、シールドトンネルが構築されることになる。
【００４６】
本発明をこれまで図面に示した実施の形態により詳細に説明を加えてきたが、本発明のセグメント用継手に用いられる材料、各種の寸法、角度、弾性部材の種類、棒部材の構成、材質などについては、従来知られたいかなるものでも適宜本発明の効果を奏する限り用いることができる。また、これまで本発明の継手構造体を、シールド工法により構築されるトンネルの隣接するセグメントを連結するためのセグメント継手に適用する実施の形態をもって説明してきたが、本発明の継手構造体は、シールド工法のための継手以外にも、建設・土木分野において迅速、かつ確実に隣接部材を連結することが要求される施工において広く適用することができるものである。
【００４７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、軸方向の挿入のみにより確実に連結できる継手構造体、および該継手構造体をセグメントリング間の連結をトンネル軸方向への挿入のみにより行うことができ、施工性を著しく改善するセグメント用継手、該セグメント用継手を用いるセグメント、およびシールドトンネルが提供できる。さらに、上述したように本発明におけるセグメント継手は、すでに構築されたセグメントリングに対してトンネル軸方向から別のセグメントを隣接させる工程と同時に連結を行うことができるので、特にセグメント締結作業が不要となり、このため施工を迅速に行うことが可能となる。
【００４８】
さらに、本発明の継手構造体、セグメント継手、セグメント、シールドトンネルは、オス金具の突出部材の回転により、先端部およびメス金具にそれぞれ形成されたテーパ部と弾性部材との相乗的効果により、従来のボルトを用いた連結方法で必要とされていた増し締め工程が不要となり、この結果よりいっそう施工の迅速化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によりセグメントが、周方向およびトンネル軸方向へと連結されて構築されるシールドトンネルの一部を示した斜視図。
【図２】 本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具の第１の実施の形態を示した図。
【図３】 本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具の第２の実施の形態を示した図。
【図４】 本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具の第３の実施の形態を示した図。
【図５】 本発明のセグメント用継手の図２に示すオス金具を拡大して、棒部材を詳細に示した図。
【図６】 本発明のセグメント用継手のオス金具を拡大して、他の棒部材を詳細に示した図。
【図７】 本発明のセグメント用継手のオス金具を拡大して、さらに別の棒部材を詳細に示した図。
【図８】 本発明のセグメント用継手に用いられるメス金具の断面図を示した図。
【図９】 本発明のセグメント用継手に用いられるメス金具を切断線Ｃ−Ｃに沿って切り欠いた断面図を示した図。
【図１０】 本発明のセグメント用継手が連結される場合の、棒部材および先端部の運動を示した図。
【符号の説明】
１…セグメント
１ａ…セグメント端部
２…シールドトンネル
３…セグメントリング
４…セグメント
４ａ…セグメント端部
５…オス金具
６…突出部材
６ａ、６ａ’…先端部
６ｂ…根本部
６ｃ…軸部
６ｄ、６ｅ…テーパ部
７…収容部材
７ａ…開口部
８…弾性部材
９…棒部材
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ…棒部材セグメント
１０…通孔
１１…開口
１２…メス金具
１３…円筒部材
１４…開口部
１５…端面
１６ａ、１６ｂ…テーパ部
１７…嵌合部
１８…開口
Ｎ…ノッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、継手構造体および該継手構造体を使用して形成される掘削坑の内側にセグメントを周方向およびトンネル軸方向に連結して構築されるシールドトンネルのために用いられるセグメント用継手、該継手を備えるセグメントおよびシールドトンネルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
これまで、互いに隣接する部材を連結するために種々の継手構造が、必要に応じて材質、締結力、作業性、効率性といった点から提案されている。例えば、シールド工法は、トンネルや坑道を構築するために用いられ、シールド掘進機を用いて地下に穴を堀進し、この穴の内側をセグメントリングで覆工する工法であり、安全かつ確実に作業を行うことができるという特徴がある。
【０００３】
このシールド工法に用いられるセグメントリングは、通常は複数のセグメントに分割された状態で堀削坑の内部に運ばれ、内部の施工現場で堀削坑の内径に沿って組み立てられる。このため、セグメントは容易に連結できることが望まれている。また、耐久性や安全性などの面から、トンネル内面に継手が露出しないことが望まれている。
【０００４】
セグメント間の連結は、例えば特開平９−１３２９９７号公報によると、互いに連結すべきセグメントに継手プレートが設けられ、ボルトボックスを利用してワッシャを介してボルトを通し、またワッシャを介してナットを締め付けることによって行われることが開示されている。
【０００５】
また、特開平１０−２２０１８５号公報には、互いに連結すべきセグメントの一方にピンが突設され、他方にはピン穴が設けられ、一方のピンが他方のピン穴に挿入される構造が開示されている。また、突設されたピンには、側方に張り出す係止凸部が設けられ、ピン穴には回動自在とされた筒体と、筒体内部に係止部材と、筒体を回動方向に付勢するゼンマイとが設けられ、ピンの係止凸部とピン穴の係止部材とによって連結される継手構造が開示されている。
【０００６】
さらに、特開平９−１３２９９７号公報には、ボルトボックスを利用してボルトを継手プレートに高剛性ワッシャを介して通し、通したボルトに、さらに高剛性ワッシャを介してナットを填めて締結する方法が開示されている。従来のボルト、ナットを用いた連結方法と比較すると、ボルトをナットに填めることが容易であり、高剛性ワッシャを用いて締結するため、ナットの緩みを抑えることができるなどの利点がある。しかしながら、特開平９−１３２９９７号公報に開示された方法は、セグメントに取り付ける継手の位置や継手プレートおよび高剛性ワッシャの加工精度、セグメントの設置位置などを厳密に管理する必要がある。
【０００７】
また、特開平１０−２２０１８５号公報には、互いに連結すべきセグメントの突設されたピンを、ピン穴の筒体を回転させて挿入し、突設されたピンの側方に張り出す係止凸部と筒体内部の係止部材とにより、容易にセグメントを連結できる方法が開示されている。しかしながら、特開平１０−２２０１８５号公報に開示される方法は、ピンと、ピン穴との位置がずれるとセグメントを連結できない場合があるため、これらの設置位置とセグメントの設置位置の双方を厳密に管理する必要がある。さらに、セグメントを固定させるために、ピンに設けられる係止凸部の位置と、ピン穴に設けられる係止部材の位置および強度とを厳密に管理する必要もある。
【０００８】
また、上述したピンおよびボルト、ナットを用いた従来例では、セグメントの加工を複雑にするため、セグメントコストが高くなるという問題があった。さらに、高剛性ワッシャを用いたとしても、ナットには緩みが生じるため、ナットの増し締めなどの事後工程を要し、コストおよび効率といった点において充分とはいえなかった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、容易に、かつ迅速に互いに隣接する部材を連結することができる継手構造体を提供し、さらにシールド工法を施工する際に、トンネル軸方向にセグメントを連結することにより、労力を低減させ、かつ低コストにシールドトンネルを構築することを可能とするセグメント用継手、該セグメント用継手を備えたセグメントおよびシールドトンネルを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、本発明の継手構造体、該継手構造体を用いたセグメント用継手、セグメントおよびシールドトンネルを提供することにより達成される。
【００１１】
本発明の請求項１の発明によれば、オス金具とメス金具とから構成され、
前記オス金具は、拡張した先端部と、開口が設けられた根本部と、前記先端部と前記根本部とを連結する軸部とを備える、突出部材と、
前記根本部を回転可能に収容し、通孔が設けられた収容部材と、
前記突出部材に一端が連結され、他端が前記収容部材に連結されて、前記突出部材の回転により反発力を生じさせる弾性部材と、
前記突出部材を固定するとともに、中間から分離可能な棒部材とを備え、
前記メス金具は、開口部と、前記先端部を収容し、かつ該先端部と嵌合する嵌合部を備えており、
前記先端部は、前記開口部を超えて挿入されると、前記棒部材が分離して前記弾性部材の反発力により逆転して締結力を生じさせる、継手構造体が提供される。
【００１２】
本発明の請求項２の発明によれば、前記弾性部材は、渦巻きバネ、板バネ、またはコイルバネから選択される継手構造体が提供される。
【００１３】
本発明の請求項３の発明によれば、前記開口部は、前記先端部の逆転につれて締結力が増加するテーパが形成された嵌合部に連続する継手構造体が提供される。
【００１４】
本発明の請求項４の発明によれば、シールドトンネルを構築するセグメントをトンネル軸方向に連結するためのセグメント用継手であって、該継手は、オス金具とメス金具とから構成され、
前記オス金具は、拡張した先端部と、開口が設けられた根本部と、前記先端部と前記根本部とを連結する軸部とを備える、突出部材と、
前記根本部を回転可能に収容し、通孔が設けられた収容部材と、
前記突出部材に一端が連結され、他端が前記収容部材に連結されて、前記突出部材の回転により反発力を生じさせる弾性部材と、
前記突出部材を固定するとともに、中間から分離可能な棒部材とを備え、
前記メス金具は、開口部と、前記先端部を収容し、かつ該先端部と嵌合する嵌合部を備えており、
前記先端部は、トンネル軸方向に挿入されると、前記棒部材が分離して前記弾性部材の反発力により逆転して締結力を生じさせるセグメント用継手が提供される。
【００１５】
本発明の請求項５の発明によれば、前記弾性部材は、渦巻きバネ、板バネ、またはコイルバネから選択されるセグメント用継手が提供される。
【００１６】
本発明の請求項６の発明によれば、前記開口部は、前記先端部の逆転につれて締結力が増加するテーパが形成された嵌合部に連続するセグメント用継手が提供される。
【００１７】
本発明の請求項７の発明によれば、互いに隣接するセグメントをトンネル軸方向に連結するためのセグメント用継手を含むセグメントであって、該継手は、オス金具とメス金具とから構成され、
前記オス金具は、拡張した先端部と、開口が設けられた根本部と、前記先端部と前記根本部とを連結する軸部とを備える、突出部材と、
前記根本部を回転可能に収容し、通孔が設けられた収容部材と、
前記突出部材に一端が連結され、他端が前記収容部材に連結されて、前記突出部材の回転により反発力を生じさせる弾性部材と、
前記突出部材を固定するとともに、中間から分離可能な棒部材とを備え、
前記メス金具は、開口部と、前記先端部を収容し、かつ該先端部と嵌合する嵌合部を備えており、
前記先端部は、トンネル軸方向に挿入されると、前記棒部材が分離して前記弾性部材の反発力により逆転して締結力を生じさせるセグメント用継手を備えたセグメントが提供される。
【００１８】
本発明の請求項８の発明によれば、前記弾性部材は、渦巻きバネ、板バネ、またはコイルバネから選択されるセグメント用継手を備えたセグメントが提供される。
【００１９】
本発明の請求項９の発明によれば、前記開口部は、前記先端部の逆転につれて締結力が増加するテーパが形成された嵌合部に連続するセグメント用継手を備えたセグメントが提供される。
【００２０】
本発明の請求項１０の発明によれば、セグメントを周方向に連結して構築されるシールドトンネルであって、トンネル軸方向に互いに隣接するセグメントリングがオス金具とメス金具とにより連結され、
前記オス金具は、拡張した先端部と、開口が設けられた根本部と、前記先端部と前記根本部とを連結する軸部とを備える、突出部材と、
前記根本部を回転可能に収容し、通孔が設けられた収容部材と、
前記突出部材に一端が連結され、他端が前記収容部材に連結されて、前記突出部材の回転により反発力を生じさせる弾性部材と、
前記突出部材を固定するとともに、中間から分離可能な棒部材とを備え、
前記メス金具は、開口部と、前記先端部を収容し、かつ該先端部と嵌合する嵌合部を備えており、
前記先端部は、トンネル軸方向に挿入されると、前記棒部材が分離して前記弾性部材の反発力により逆転して締結力を生じさせるセグメント用継手を備えたセグメントにより構築されるシールドトンネルが提供される。
【００２１】
本発明の請求項１１の発明によれば、前記弾性部材は、渦巻きバネ、板バネ、またはコイルバネから選択されるセグメント用継手を備えたセグメントにより構築されるシールドトンネルが提供される。
【００２２】
本発明の請求項１２の発明によれば、前記開口部は、前記先端部の逆転につれて締結力が増加するテーパが形成された嵌合部に連続するセグメント用継手を備えたセグメントにより構築されるシールドトンネルが提供される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の継手構造体をシールド工法に用いられるセグメントを連結するためのセグメント用継手として、実施の形態をもって詳細に説明する。図１は、本発明のセグメント用継手を備えるセグメント１が周方向および矢線Ａに示すトンネル軸方向へと連結されて構築されるシールドトンネル２の一部を示した斜視図である。図１に示したシールドトンネル２は、セグメント１が堀削坑の内側において周方向へと連結されて、セグメントリング３が構築される。このセグメントリング３に対して矢線Ａに示すトンネル軸方向へ図示しないシールドジャッキなどの手段を用いて、別のセグメント４が連結されて、トンネル軸方向に連続した別のセグメントリングが延ばされることにより、シールドトンネル２が構築される。
【００２４】
本発明のセグメント用継手は、オス金具とメス金具とが対になって構成されており、これらのオス金具とメス金具とは、セグメント１のトンネル軸方向に互いに対向したセグメント端部１ａ、４ａに配設されて、セグメント１をトンネル軸方向へと連結することができる。また、セグメント１を周方向へ連結させるためには、これまで知られている例えば、ボルトおよびナットを用いた継手により行うことができる。特に、矢線Ａに示すトンネル軸方向への挿入により、周方向への連結が完了するスライドロック継手と、本発明のセグメント用継手とを併用することにより、トンネル軸方向への移動だけでセグメントの周方向およびトンネル軸方向の連結が可能となるため、施工効率を著しく高めることができる。また、本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具およびメス金具には、鋳鉄やセラミックスといった材料を用いることができる。さらに、連結を維持するのに充分な強度を持つものであれば、鋳鉄やセラミックス以外の、いかなる材料でも用いることができる。
【００２５】
図２は、本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具５の第１の実施の形態を示した断面図である。図２に示したオス金具５は、突出部材６と、収容部材７と、弾性部材８と棒部材９とを含み、収容部材７には通孔１０が設けられている。また、突出部材６は、拡張された先端部６ａと、根本部６ｂと、先端部６ａと根本部６ｂとを連結する軸部６ｃとを備え、根本部６ｂには、棒部材９を収容する開口１１が設けられている。さらに、根本部６ｂは、収容部材７の中に回転可能なように収容されている。
【００２６】
図２に示したオス金具５においては、根本部６ｂと、収容部材７の間に弾性部材８が配設されている。この弾性部材８は、図２に示した実施の形態においては、弦巻バネとされ、根本部６ｂに形成された溝内に配設されている。この弾性部材８は、突出部材６を回転させることにより捻り応力が加えられて、回転させた方向とは反対方向への反発力を生じさせるように、一端が突出部材６に、他端が収容部材７に取り付けられている。また、図２に示す実施の形態においては、弾性部材８の一端が根本部６ｂに取り付けられているが、突出部材６の内部を中空とし、軸部６ｃまたは先端部６ａに取り付けられていても良い。
【００２７】
図２に示した突出部材６の先端部６ａは、テーパ部６ｄ、６ｅが設けられた直方体の形状とされている。しかしながら、本発明のセグメント継手に用いられるオス金具５の先端部６ａの形状は、いかなる別の形状のものでも用いることができる。また、突出部材６の軸部６ｃは、円柱または円筒形の形状とすることが回動をスムーズに行わせる点では好ましいが、本発明においては円柱または円筒形以外の形状とすることも可能である。また、突出部材６の根本部６ｂは、収容部材７に収容される場合に適切に回動できるように円形の形状とされていることが望ましい。さらに、収容部材７には、突出部材６の軸部６ｃが回動可能に挿通される開口部７ａが形成されており、突出部材６を回動可能なように支持している。
【００２８】
また、図２に示す実施の形態において示した突出部材６は、弾性部材８に捻り応力を加えた状態で、棒部材９により固定されている。棒部材９は、２つのセグメントから構成されていて、棒部材セグメント９ａは、収容部材７の通孔１０と、根本部６ｂの開口１１とを橋渡しした状態で、突出部材６が回転しないように固定している。また、棒部材セグメント９ｂは、一端が棒部材セグメント９ａと隣接するように収容部材７の通孔１０内に挿入され、他端が収容部材７から突出している。本発明において用いることができる棒部材９としては、図２に示す形態のものに限られるものではなく、中間から分離可能に構成されている限り、いかなるものでも用いることができる。図２に示した棒部材９の他の構成については、詳細に後述する。また、突出部材６に予め与えておく回転角度については、適切にオス金具５と後述するメス金具とを連結させることができる限り、いかなる角度とすることもできる。
【００２９】
図３は、本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具５の第２の実施の形態を示した断面図である。図３に示したオス金具５の突出部材６の軸部６ｃは、一部中空に形成されていて、弾性部材８としては板バネが用いられている。この板バネは、一端が収容部材７に、例えば溶接といった方法により連結され、他端が中空に形成された軸部６ｃの内部を通して延ばされて、その先端が、軸部６ｃまたは先端部６ａへ例えば、溶接といった手段により連結されている。また、図２に示すように弾性部材８を根本部６ｂに形成した溝内に配設することもできる。さらに、本発明においては、収容部材７および軸部６ｃに収容のための溝を形成しておき、板バネのそれぞれの端部を、それぞれ溝に嵌合させることにより、板バネに対して必要とされる捻り応力を加えることもできる。
【００３０】
図４は、本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具５の第３の実施の形態を示した図である。図４に示したオス金具５は、弾性部材８としてコイルバネが用いられており、このコイルバネの一端は、収容部材７へと連結され、他端は、一部中空とされた軸部６ｃの内部へと連結されている。このコイルバネの他端は、図４に示す実施の形態に限られるものではなく、図２に示すように根本部６ｂに形成された溝内に配設しても良いし、一部中空とされた軸部６ｃを通して先端部６ａに連結されていても良い。また、このコイルバネは、突出部材６の回転に伴って捻り応力が加えられると、必要とされる反発力を生じさせるようになっている。本発明に用いることができるコイルバネは、適切な反発力を生じさせることができる限り、いかなる材質、寸法として構成することができる。
【００３１】
上述したように本発明においては、突出部材６の回動により回動方向に対して逆方向へと反発力を生じさせることが可能な弾性部材であれば、上述した弦巻バネ、板バネ、コイルバネの他にも、いかなる弾性部材であっても用いることができる。また、弾性部材８の配置についても必要な回転方向への反発力が得られる限り、これまで知られたいかなる構成とすることもできる。
【００３２】
図５は、本発明のセグメント用継手に用いられる図２に示した第１の実施の形態の継手構造体に使用される棒部材９が、オス金具５を固定しているところを拡大して示した断面図である。以下に説明する棒部材９は、図２に示したオス金具５を固定するものとして説明するが、図３または図４に示したオス金具５についても、同様の棒部材９を用いることができる。
【００３３】
図５では、棒部材９は、２つの棒部材セグメント９ａ、９ｂにより構成されている。図５（ａ）に示した棒部材セグメント９ａは、収容部材７に設けられた通孔１０と、根本部６ｂに設けられた開口１１とを橋渡しするように挿入されている。また、棒部材セグメント９ｂは、一端が棒部材セグメント９ａに隣接するように通孔１０内に挿入され、他端は収容部材７から突出している。図５（ａ）に示した棒部材９は、弾性部材８に反発力を生じさせるように突出部材６を回転させ、弾性部材８に捻り応力を加えた状態のまま、突出部材６の根本部６ｂを収容部材７に対して固定している。
【００３４】
また、図５（ｂ）は、オス金具５が図示しないメス金具と連結され、棒部材セグメント９ｂが収容部材７の内側に挿入された状態を示した図である。図５（ａ）に示す突出した棒部材セグメント９ｂは、矢線Ｂの方向から通孔１０内へと挿入され、図５（ｂ）では、さらに隣接する棒部材セグメント９ａが棒部材９ｂに押されて開口１１内へ挿入される。図５（ｂ）に示された状態になると、突出部材６は、弾性部材８の反発力を生じて回転する。棒部材セグメント９ｂの通孔１０内への挿入は、図２に示すオス金具５をメス金具に挿入して連結する際、オス金具５の挿入に伴い、メス金具の接合壁面により突出した棒部材９ｂが押し込まれることにより行われる。
【００３５】
図６は、本発明のセグメント用継手に用いられる継手構造体のオス金具５を拡大して、本発明において用いることができる棒部材９の他の構成を詳細に示した断面図である。図６（ａ）に示すように、棒部材９は、棒部材９の中間部にノッチＮが形成され、ノッチＮ部分に力が加わると分断されて分離可能なように構成されている。図６（ａ）では、棒部材９は、収容部材７に設けられた通孔１０と、根本部６ｂに設けられた開口１１とを橋渡しするように挿入されていて、突出部材６が回転しないように固定している。また、棒部材９は、一端が開口１１内に突出し、他端が収容部材７から突出していて、棒部材９のノッチＮ部分は、通孔１０内に収容されている。また、図６（ａ）では、図１に示すセグメント１が連結されるまで棒部材９のノッチＮ部分は、通孔１０内に収容され、弾性部材８に捻り応力を加えた状態のまま、突出部材６が回転しないように固定している。
【００３６】
図６（ｂ）では、継手構造体が互いに連結されて、図示しないメス金具が取り付けられたセグメントにより、図６（ａ）に示す突出した棒部材９が矢線Ｂに示す方向の通孔１０内へと挿入され、棒部材９のノッチＮ部分が収容部材７と突出部材６との間に達したところが示されている。この場合、弾性部材８の反発力により棒部材９がノッチＮ部分で分断され、突出部材６を回転させる。図６に示す棒部材９としては、ノッチＮを設けたもの以外に、中間部分の分離可能なものとして図５に示す棒部材セグメント９ａ、９ｂを接着剤などを用いて接合させたものを用いても良い。また、弾性部材８の反発力により分離可能となるものであれば、棒部材９の中間部を別の材料から構成したものを用いることができる。
【００３７】
図７は、本発明のセグメント用継手に用いられる継手構造体のオス金具５を拡大して、さらに別の棒部材９の構成を詳細に示した断面図である。図７（ａ）に示した棒部材９は、弾性部材８に捻り応力を加えた状態のまま、突出部材６を固定することができる材料で作成された棒部材セグメント９ｃと、弾性部材８の反発力により分離可能な材料で作成された棒部材セグメント９ｄとが溶接などの手段を用いて接合されている。図７（ａ）では、棒部材９は、収容部材７に設けられた通孔１０と、根本部６ｂに設けられた開口１１とを橋渡しするように挿入され、突出部材６が回転しないように棒部材セグメント９ｃにより固定している。
【００３８】
また、図７（ｂ）は、継手構造体が互いに連結され、図７（ａ）に示す突出された棒部材９が通孔１０内へと挿入され、棒部材セグメント９ｃと、棒部材セグメント９ｄとの接合部分が、収容部材７と、突出部材６との間に達しているところを示した図である。この場合、弾性部材８の反発力により棒部材セグメント９ｄが捻り応力により破断して分離されることにより、突出部材６が回転する。図７に示した継手構造体においては、棒部材セグメント９ｄは、弾性部材８の反発力により圧壊することにより、突出部材６を回転させている。本発明の図７に示した継手構造体の実施の形態において、棒部材セグメント９ｃとしては、鋳鉄、セラミックス材料のほか、突出部材６を回転しないように固定できる強度をもったものであればいかなるものでも用いることができる。また、棒部材セグメント９ｄには、プラスチックなどの高分子樹脂、アルミニウム、ガラス、石材、セラミックスなど分離可能または圧壊可能な材料を用いることができる。
【００３９】
また、本発明においては、上述した棒部材９は、突出部材６の重量や弾性部材８の弾性強度など必要に応じて複数配設することができる。この場合、根本部６ｂの開口１１および収容部材７の通孔１０も棒部材９の数に応じて増加させることができる。
【００４０】
図８は、本発明のセグメント用継手に用いられるメス金具１２の断面を示した図である。本発明に用いられるセグメント用継手のメス金具１２は、円筒形の円筒部材１３から構成されていて、この円筒部材１３の内部には、図２に示す先端部６ａを収容し、かつガイドするに充分な長さの矩形の開口部１４が形成されている。また、開口部１４の深さ方向の先端は、円筒部材１３の端面１５にまでは延ばされておらず、テーパ部１６ａ、１６ｂを形成した嵌合部１７へと連続している。上述した開口部１４は、図２に示す先端部６ａが挿入可能であればいかなる形状としても良い。また、円筒部材１３は、図１に示すセグメント１に対してアンカー材を用いるなどの適切な手段により固定することができる。
【００４１】
また、図２に示す突出部材６の先端部６ａは、図８に示された開口部１４を通して嵌合部１７に形成された開口１８まで挿入されると、図２に示すオス金具５の棒部材９による固定がはずれ、捻られた方向の反対側へと逆回転する。図２に示す先端部６ａのテーパ部６ｄ、６ｅと、嵌合部１７に形成された開口１８に連続するテーパ部１６ａ、１６ｂが接触し、オス金具５とメス金具１２とが連結される。図８に示したテーパ部１６ａ、１６ｂは、開口１８に対して９０゜回転して嵌合するように配置されている。しかしながら、本発明においては、適切にオス金具５と、メス金具１２とを連結させることができる限り、いかなる配置として構成することもできる。
【００４２】
図９（ａ）は、図８に示したメス金具１２を、切断線Ｃ−Ｃに沿って切り欠いた場合の断面図である。開口１８に隣接する嵌合部１７の面には、図２に示すオス金具５の先端部６ａのテーパ部６ｄ、６ｅに対応し、先端部６ａの逆転に伴って締結力が増加するようにテーパ部１６ａ、１６ｂが、図２に示す先端部６ａの逆転する方向に相応して形成されている。また、本発明においては、図８に示した開口１８に連続するテーパ部１６ａ、１６ｂに、図示しない溝を設けておき、先端部６ａの逆転に応じて先端部６ａに別に設けた突起と、溝とを嵌合させて、オス金具５と、メス金具１２との連結をより確実にさせる構成にしても良い。
【００４３】
図９（ｂ）は、メス金具１２を図９（ａ）の矢線Ｄ−Ｄに沿った断面として、テーパ部１６ｂの形状を示した図である。図９ではテーパ部１６ｂに対応して形成されるテーパ部１６ａは示されていないものの、このテーパ部１６ａは、テーパ部１６ｂとは逆方向に傾斜するように形成されている。図９（ｂ）に示したように、テーパ部１６ｂはメス金具１２の嵌合部１７の開口１８側の端面を形成するようにして形成されている。図２に示したオス金具５のテーパ部６ｅと、テーパ部１６ｂとのテーパ角度は、同一とされていても良いし、先端部６ａの逆転につれて締結力が増加するように、互いに異なる角度となるように形成することもできる。また、本発明では、図２に示す突出部材６の先端部６ａに形成されるテーパ部６ｄ、６ｅと、図９に示すテーパ部１６ａ、１６ｂとが、適切に嵌合する限り、例えばテーパ部１６ａと、テーパ部１６ｂとが同じ方向に傾斜するように構成されていてもよい。
【００４４】
図１０には、本発明のセグメント用継手が連結される場合のオス金具５の棒部材９および先端部６ａの運動を示した図である。図１０（ａ）に示した連結前の状態では、オス金具５の根本部６ｂは、弾性部材８に捻り応力を加えた状態で、棒部材９ａにより収容部材７と、根本部６ｂとが固定されている。本発明においては、セグメント用継手を連結する場合には、シールドジャッキといった手段によりオス金具５を矢線Ｅに示す方向へと移動させ、オス金具５の先端部６ａをメス金具１２の開口部１４へと挿入する。先端部６ａがメス金具１２の開口１８付近まで挿入されると、図１０（ｂ）に示すようにオス金具５の突出した棒部材９ｂがメス金具１２の円筒部材１３の壁面と接して、矢線Ｆに示す方向へと、収容部材７の通孔１０内に押し込まれる。さらにオス金具５がメス金具１２の開口１８を超えて挿入されると、突出部材６を固定していた棒部材９ａが収容部材７の開口１１へ挿入されて、根本部６ｂが逆転して連結が完了する。
【００４５】
連結される場合には、根本部６ｂは、弾性部材８により捻られた方向とは逆の、矢線Ｇで示す方向へと回動して、６ａ’で示すようにオス金具５の先端部６ａも回動する。この段階では、テーパ部６ｄ、６ｅおよび１６ａ、１６ｂそれぞれが当接しつつ締結して行き、弾性部材８の反発力に応じて継手相互の連結が完了することになる。この際、弾性部材８を、完全に捻り応力が開放された状態まで戻すこともできるが、所定の締結力が継続的に加えられるように、捻り応力を残しておく位置において、先端部６ａと、嵌合部１７とが嵌合するように構成することもできる。上述した本発明の継手構造体を用いたセグメントをトンネル方向に連結させていくことにより、シールドトンネルが構築されることになる。
【００４６】
本発明をこれまで図面に示した実施の形態により詳細に説明を加えてきたが、本発明のセグメント用継手に用いられる材料、各種の寸法、角度、弾性部材の種類、棒部材の構成、材質などについては、従来知られたいかなるものでも適宜本発明の効果を奏する限り用いることができる。また、これまで本発明の継手構造体を、シールド工法により構築されるトンネルの隣接するセグメントを連結するためのセグメント継手に適用する実施の形態をもって説明してきたが、本発明の継手構造体は、シールド工法のための継手以外にも、建設・土木分野において迅速、かつ確実に隣接部材を連結することが要求される施工において広く適用することができるものである。
【００４７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、軸方向の挿入のみにより確実に連結できる継手構造体、および該継手構造体をセグメントリング間の連結をトンネル軸方向への挿入のみにより行うことができ、施工性を著しく改善するセグメント用継手、該セグメント用継手を用いるセグメント、およびシールドトンネルが提供できる。さらに、上述したように本発明におけるセグメント継手は、すでに構築されたセグメントリングに対してトンネル軸方向から別のセグメントを隣接させる工程と同時に連結を行うことができるので、特にセグメント締結作業が不要となり、このため施工を迅速に行うことが可能となる。
【００４８】
さらに、本発明の継手構造体、セグメント継手、セグメント、シールドトンネルは、オス金具の突出部材の回転により、先端部およびメス金具にそれぞれ形成されたテーパ部と弾性部材との相乗的効果により、従来のボルトを用いた連結方法で必要とされていた増し締め工程が不要となり、この結果よりいっそう施工の迅速化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によりセグメントが、周方向およびトンネル軸方向へと連結されて構築されるシールドトンネルの一部を示した斜視図。
【図２】 本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具の第１の実施の形態を示した図。
【図３】 本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具の第２の実施の形態を示した図。
【図４】 本発明のセグメント用継手に用いられるオス金具の第３の実施の形態を示した図。
【図５】 本発明のセグメント用継手の図２に示すオス金具を拡大して、棒部材を詳細に示した図。
【図６】 本発明のセグメント用継手のオス金具を拡大して、他の棒部材を詳細に示した図。
【図７】 本発明のセグメント用継手のオス金具を拡大して、さらに別の棒部材を詳細に示した図。
【図８】 本発明のセグメント用継手に用いられるメス金具の断面図を示した図。
【図９】 本発明のセグメント用継手に用いられるメス金具を切断線Ｃ−Ｃに沿って切り欠いた断面図を示した図。
【図１０】 本発明のセグメント用継手が連結される場合の、棒部材および先端部の運動を示した図。
【符号の説明】
１…セグメント
１ａ…セグメント端部
２…シールドトンネル
３…セグメントリング
４…セグメント
４ａ…セグメント端部
５…オス金具
６…突出部材
６ａ、６ａ’…先端部
６ｂ…根本部
６ｃ…軸部
６ｄ、６ｅ…テーパ部
７…収容部材
７ａ…開口部
８…弾性部材
９…棒部材
９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ…棒部材セグメント
１０…通孔
１１…開口
１２…メス金具
１３…円筒部材
１４…開口部
１５…端面
１６ａ、１６ｂ…テーパ部
１７…嵌合部
１８…開口
Ｎ…ノッチ
Claims (12)
- オス金具とメス金具とから構成され、
前記オス金具は、拡張した先端部と、開口が設けられた根本部と、前記先端部と前記根本部とを連結する軸部とを備える、突出部材と、
前記根本部を回転可能に収容し、通孔が設けられた収容部材と、
前記突出部材に一端が連結され、他端が前記収容部材に連結されて、前記突出部材の回転により反発力を生じさせる弾性部材と、
前記突出部材を固定するとともに、中間から分離可能な棒部材とを備え、
前記メス金具は、開口部と、前記先端部を収容し、かつ該先端部と嵌合する嵌合部を備えており、
前記先端部は、前記開口部を超えて挿入されると、前記棒部材が分離して前記弾性部材の反発力により逆転して締結力を生じさせる、継手構造体。 - 前記弾性部材は、渦巻きバネ、板バネ、またはコイルバネから選択される、請求項１に記載の継手構造体。
- 前記開口部は、前記先端部の逆転につれて締結力が増加するテーパが形成された嵌合部に連続する、請求項１または２に記載の継手構造体。
- シールドトンネルを構築するセグメントをトンネル軸方向に連結するためのセグメント用継手であって、該継手は、オス金具とメス金具とから構成され、
前記オス金具は、拡張した先端部と、開口が設けられた根本部と、前記先端部と前記根本部とを連結する軸部とを備える、突出部材と、
前記根本部を回転可能に収容し、通孔が設けられた収容部材と、
前記突出部材に一端が連結され、他端が前記収容部材に連結されて、前記突出部材の回転により反発力を生じさせる弾性部材と、
前記突出部材を固定するとともに、中間から分離可能な棒部材とを備え、
前記メス金具は、開口部と、前記先端部を収容し、かつ該先端部と嵌合する嵌合部を備えており、
前記先端部は、トンネル軸方向に挿入されると、前記棒部材が分離して前記弾性部材の反発力により逆転して締結力を生じさせる、セグメント用継手。 - 前記弾性部材は、渦巻きバネ、板バネ、またはコイルバネから選択される、請求項４に記載のセグメント用継手。
- 前記開口部は、前記先端部の逆転につれて締結力が増加するテーパが形成された嵌合部に連続する、請求項４または５に記載のセグメント用継手。
- 互いに隣接するセグメントをトンネル軸方向に連結するためのセグメント用継手を含むセグメントであって、該継手は、オス金具とメス金具とから構成され、
前記オス金具は、拡張した先端部と、開口が設けられた根本部と、前記先端部と前記根本部とを連結する軸部とを備える、突出部材と、
前記根本部を回転可能に収容し、通孔が設けられた収容部材と、
前記突出部材に一端が連結され、他端が前記収容部材に連結されて、前記突出部材の回転により反発力を生じさせる弾性部材と、
前記突出部材を固定するとともに、中間から分離可能な棒部材とを備え、
前記メス金具は、開口部と、前記先端部を収容し、かつ該先端部と嵌合する嵌合部を備えており、
前記先端部は、トンネル軸方向に挿入されると、前記棒部材が分離して前記弾性部材の反発力により逆転して締結力を生じさせるセグメント用継手を備えた、セグメント。 - 前記弾性部材は、渦巻きバネ、板バネ、またはコイルバネから選択される、請求項７に記載のセグメント。
- 前記開口部は、前記先端部の逆転につれて締結力が増加するテーパが形成された嵌合部に連続する、請求項７または８に記載のセグメント。
- セグメントを周方向に連結して構築されるシールドトンネルであって、トンネル軸方向に互いに隣接するセグメントリングがオス金具とメス金具とにより連結され、
前記オス金具は、拡張した先端部と、開口が設けられた根本部と、前記先端部と前記根本部とを連結する軸部とを備える、突出部材と、
前記根本部を回転可能に収容し、通孔が設けられた収容部材と、
前記突出部材に一端が連結され、他端が前記収容部材に連結されて、前記突出部材の回転により反発力を生じさせる弾性部材と、
前記突出部材を固定するとともに、中間から分離可能な棒部材とを備え、
前記メス金具は、開口部と、前記先端部を収容し、かつ該先端部と嵌合する嵌合部を備えており、
前記先端部は、トンネル軸方向に挿入されると、前記棒部材が分離して前記弾性部材の反発力により逆転して締結力を生じさせるセグメント用継手を備えたセグメントにより構築される、シールドトンネル。 - 前記弾性部材は、渦巻きバネ、板バネ、またはコイルバネから選択される、請求項１０に記載のシールドトンネル。
- 前記開口部は、前記先端部の逆転につれて締結力が増加するテーパが形成された嵌合部に連続する、請求項１０または１１に記載のシールドトンネル。
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