JP4619276B2 - セグメントの連結装置 - Google Patents

Description

本発明は、セグメントのセグメント継手面同士の連結部分でのいわゆる目違いや目開きを防止できるセグメントの連結装置に関する。

シールドトンネルのトンネル壁体を形成するセグメントは、トンネル壁体の内側面を形成する弧状内面と、トンネル壁体の外側面を形成する弧状外面と、シールドトンネルの延長する方向の前後で相対峙する一対のリング継手面と、シールドトンネルの周方向で相対峙する一対のセグメント継手面とを備える。シールドトンネルを構築する工事において、一方のセグメントのセグメント継手面と他方のセグメントのセグメント継手面とをシールドトンネルの周方向で互いに向かい合わせて連結するセグメントの連結装置として、一方のセグメントのセグメント継手面に設けられた雄継手と、他方のセグメントのセグメント継手面に設けられた雌継手とを備えた連結装置が知られている。雄継手は、雌ねじ孔と有頭ボルトとワッシャとばねとにより形成される。雌ねじ孔は、一方のセグメントのセグメント継手面から一方のセグメントの内部に開口する孔の内側に設けられる。有頭ボルトは、雄ねじ部がセグメント継手面の外側から雌ねじ部にねじ嵌合される。有頭ボルトは、一方のセグメントのセグメント継手面にセグメント継手面と直交する方向に進退自在に設けられる。さらに、ワッシャが雄ねじ部に挿入され、ワッシャと有頭ボルトの頭部とがばねにより連結された構成である。雌継手は、他方のセグメントのセグメント継手面から他方のセグメントの内部に開口する雄継手収容部により形成される。雄継手収容部は、雄継手挿入部、雄ねじ部挿入溝、頭側収容部により形成される。雄継手挿入部は、雄継手を他方のセグメントのセグメント継手面に直交する方向の外側から他方のセグメントの内部に挿入できるようにセグメント継手面から内部に開口する凹部により形成される。雄ねじ部挿入溝は、有頭ボルトの雄ねじ部を雄継手挿入部から挿入し得るように雄継手挿入部に繋がりかつ他方のセグメントのセグメント継手面からセグメントの内部に開口する溝である。頭側収容部は、有頭ボルトの頭部とワッシャとを雄継手挿入部から挿入し得るように雄継手挿入部及び雄ねじ部挿入溝に繋がる溝である。以上の構成において、雄継手が、他方のセグメントのセグメント継手面と直交する方向から雄継手挿入部に挿入された後に、雄ねじ部挿入溝及び頭側収容部の方向に移動される。これにより、雄継手の雄ねじ部が雄ねじ部挿入溝に挿入されかつ雄継手の頭部とワッシャとが頭側収容部に収容されることによって、一方のセグメントのセグメント継手面と他方のセグメントのセグメント継手面とが互いに連結される。
特開２０００−５４７９５号公報

しかしながら、従来のセグメントの連結装置は、一方のセグメントのセグメント継手面と他方のセグメントのセグメント継手面とが有頭ボルトの締結力によって連結された構造ではない。したがって、連結装置によって互いに連結されたセグメントの切羽側のリング継手面にシールドマシンの掘進推力が加わった場合に、雄継手のワッシャと有頭ボルトの頭部とを連結しているばねが縮むことによって、一方のセグメントの弧状内面と他方のセグメントの弧状内面との位置がずれて段差を生じたり（以下、目違いという）、一方のセグメントのセグメント継手面と他方のセグメントのセグメント継手面との間に隙間が生じ（以下、目開きという）、目違いや目開きによって生じる一方のセグメントのセグメント継手面と他方のセグメントのセグメント継手面との間の隙間からシールドトンネルのトンネル壁体内に地下水や泥水が流入するという課題があった。

本発明は、セグメントが、シールドトンネルの延長する方向の前後で相対峙する一対のリング継手面と、シールドトンネルの周方向で相対峙する一対のセグメント継手面とを備え、シールドトンネルの周方向で互いに向かい合わされた状態の２個のセグメントのセグメント継手面同士を連結するセグメントの連結装置において、連結装置が、一方のセグメントの一方のセグメント継手面に設けられた雄継手と、他方のセグメントの他方のセグメント継手面と当該セグメント継手面に隣接する他方のリング継手面とに連続して設けられた雌継手とにより形成され、雄継手が、一方のセグメントの一方のセグメント継手面から一方のセグメントの内部に延長するように設けられた雌ねじ孔と、雄ねじ部が雌ねじ孔にねじ嵌合された有頭ボルトとを備え、雌継手が、有頭ボルトの雄ねじ部を他方のセグメントにおける他方のリング継手面から他方のセグメントの内部に挿入し得るように他方のセグメントに形成された雄ねじ部挿入溝と、有頭ボルトの頭部を他方のセグメントにおける他方のリング継手面から他方のセグメントの内部に挿入し得るように他方のセグメントに形成された頭部収容部とを備え、頭部収容部が、頭部収容部内に収容された有頭ボルトを一方のセグメントの内部の方向に進入させて有頭ボルトの頭部を雄ねじ部挿入溝の周りに押し付けて係合させることのできるように、他方のセグメントの他方のリング継手面の外側から頭部収容部内に差し込まれる工具の操作可能な大きさに形成された空間を備えたことを特徴とする。上記構成の雄継手に変えて、雄継手が、一方のセグメントの一方のセグメント継手面から突出する雄ねじ部と、雄ねじ部にねじ嵌合されたナットとを備えた構成とされたことも特徴とする。雌ねじ孔が、セグメントを形成するコンクリートに埋設されたインサートナットにより形成されたことも特徴とする。雌継手が、セグメントを形成するコンクリートに埋設されたインサート金物により形成されたことも特徴とする。

本発明のセグメントの連結装置によれば、一方のセグメントの一方のセグメント継手面と他方のセグメントの他方のセグメント継手面とがシールドトンネルの周方向で互いに向かい合わされた状態で雄継手の有頭ボルトあるいはナットによる締結力で互いに連結されるので、セグメントのセグメント継手面同士の連結部分でのいわゆる目違いや目開きを防止でき、シールドトンネルのトンネル壁体内への地下水や泥水の流入を防止できる。雌ねじ孔が、セグメントを形成するコンクリートに埋設されたインサートナットにより形成されたことによって、有頭ボルトの雄ねじ部が雌ねじ孔に対して着脱可能となる。よって、セグメントの運搬の際などには有頭ボルトを雌ねじ孔から取り外しておけば邪魔になることもなくなる。また、有頭ボルトに加わる力をインサートナットで受けることができ、セグメントのコンクリートのひび割れや破損を防止できる。雌継手が、セグメントを形成するコンクリートに埋設されたインサート金物により形成されたことで、コンクリートのひび割れや破損を防止できる。

最良の形態１
図１乃至図５は最良の形態１を示し、図１はセグメントの連結装置の雄継手と雌継手とを分解して示し、図２は連結装置による連結構造をシールドトンネルの延長方向に沿った断面で示し、図３は連結装置による連結構造をシールドトンネルの径方向に沿った断面で示し、図４はセグメントの組立要領を示し、図５はシールドトンネルの構築方法を示す。

図５に示すように、シールド工事は、シールドマシン１の後方に複数のセグメント２を接合していって円筒壁体３を組立て、組立てた円筒壁体３の前面４でシールドマシン１の推進ジャッキ５の反力をとってシールドマシン１を推進させて地山１００を掘進してから上記円筒壁体３の前面４に新しい円筒壁体３を組立て、以後、シールドマシン１の推進と円筒壁体３の組立てとを繰り返してトンネル壁体５０を構築する。１つ１つのセグメント２は、上記円筒壁体３の中心線を基準として所定の角度間隔で分割した円筒周面の一部に相当する弧形状に形成された板状の所定厚さのコンクリート板材により形成される。すなわち、図４に示すように、セグメント２は、トンネル壁体５０の内側面を形成する弧状内面６と、トンネル壁体５０の外側面を形成する弧状外面７と、相対峙する一対のセグメント継手面８；９と、相対峙する一対のリング継手面１０；１１とを備える。セグメント継手面８；９は、シールドトンネルの延長する方向に沿った端面により形成されシールドトンネルの延長する方向、つまり、シールドマシン１の掘進方向Ａの前後で相対峙する。リング継手面１０；１１は、シールドトンネルの周方向に沿った端面により形成されシールドトンネルの周方向で相対峙する。ここでは、１つ１つのセグメント２が、トンネル壁体５０の組み立ての際に切羽側に位置される他方のリング継手面１１側から近い位置の一方のセグメント継手面８に雄継手２０を備え、かつ、トンネル壁体５０の組み立ての際に切羽側に位置される他方のリング継手面１１側から近い位置の他方のセグメント継手面９に雌継手３０を備える場合を例にして説明する。つまり、シールドトンネルの周方向で相対峙する一対のセグメント継手面８；９のうちの一方のセグメント継手面８に雄継手２０を備え、他方のセグメント継手面９に雌継手３０を備えたセグメント２を用いることによって、セグメント２；２のセグメント継手面８；９同士を連結装置１５で連結する場合を説明する。

図１に示すように、最良の形態１によるセグメントの連結装置１５は、シールドトンネルの周方向で互いに向かい合わされて連結される一方のセグメント２Ａの一方のセグメント継手面８に設けられた雄継手２０と、他方のセグメント２Ｂの他方のセグメント継手面９及び当該セグメント継手面９と隣接する他方のリング継手面１１に設けられた雌継手３０とにより形成される。

雄継手２０は、雌ねじ孔２１と有頭ボルト２２とにより形成される。雌ねじ孔２１は、一方のセグメント２Ａの一方のセグメント継手面８から一方のセグメント２Ａの内部に延長するように設けられる。有頭ボルト２２の雄ねじ部２３がセグメント継手面８の外側から雌ねじ孔２１にねじ嵌合されることで雄継手２０が形成される。雌ねじ孔２１は、外周に螺旋状に形成されたコンクリートに対する定着凹凸部２８（図２参照）を有した鉄筋棒２４の端面から鉄筋棒２４の中心軸に沿って内側に延長するように形成される。雌ねじ孔２１は、雌ねじ孔２１の形成された鉄筋棒２４を図外の型枠に設置して型枠内に生コンクリートを流し込んでコンクリートを固まらせることによって一方のセグメント２Ａのセグメント継手面８から一方のセグメント２Ａの内部に延長するよう一方のセグメント２Ａの内部に埋設されたいわゆるインサートナット２６により形成される。インサートナット２６は定着凹凸部２８によりコンクリートから脱落しない。インサートナット２６を備えたので、有頭ボルト２２の雄ねじ部２３が雌ねじ孔２１に対して着脱可能となり、セグメント２の運搬の際などには有頭ボルト２２を雌ねじ孔２１から取り外しておけば邪魔になることもない。また、有頭ボルト２２に加わる力をインサートナット２６で受けることができるので、セグメント２のコンクリートのひび割れや破損を防止できる。

雌継手３０は、雄ねじ部挿入溝３１と頭部収容部３２とにより形成される。雄ねじ部挿入溝３１は、セグメント継手面８より外方に突出する有頭ボルト２２の雄ねじ部２３を他方のセグメント２Ｂにおける他方のリング継手面１１から他方のセグメント２Ｂの内部に挿入し得るように有頭ボルト２２の雄ねじ部２３の直径より大きくかつ有頭ボルト２２の頭部２５の直径より小さい溝幅Ｈ１を有しかつ他方のセグメント２Ｂの他方のセグメント継手面９及び他方のリング継手面１１から他方のセグメント２Ｂの内部に開口する構成である。頭部収容部３２は、有頭ボルト２２の頭部２５を他方のセグメント２Ｂにおける他方のリング継手面１１から他方のセグメント２Ｂの内部に挿入し得るように有頭ボルト２２の頭部２５の直径より大きい溝幅Ｈ２を有しかつ他方のセグメント２Ｂにおける他方のリング継手面１１から他方のセグメント２Ｂの内部に開口するとともに雄ねじ部挿入溝３１に繋がる構成である。雄ねじ部挿入溝３１及び頭部収容部３２は、他方のセグメント２Ｂにおける他方のリング継手面１１から一方のリング継手面１０の方向に所定の長さだけ延長する。頭部収容部３２の空間３７は、有頭ボルト２２を一方のセグメント２Ａの内部の方向に進入させて有頭ボルト２２の頭部２５を頭部収容部３２側から雄ねじ部挿入溝３１の周り、つまり、雄ねじ部挿入溝３１と連続する頭部収容部３２の内面である受圧面３３に押し付けて係合させることができるように、他方のセグメント２Ｂの他方のリング継手面１１に繋がる頭部収容部３２の開口から差し込まれるラチェットレンチやスパナのようなねじ回しのための工具３４（図２参照）を他方のリング継手面１１の外側から操作可能な大きさに形成される。雌継手３０は、雄ねじ部挿入溝３１と頭部収容部３２と定着凹凸部３８とを備えた金物を図外の型枠に設置して型枠内に生コンクリートを流し込んでコンクリートを固まらせることによって他方のセグメント２Ｂのコンクリート内に埋設されたいわゆるインサート金物３５により形成される。インサート金物３５はコンクリートに対する定着凹凸部３８を備えるのでコンクリートから脱落しない。雄ねじ部挿入溝３１と頭部収容部３２とがインサート金物３５により形成されたことで、セグメント２のコンクリートに直接的に雄ねじ部挿入溝と頭部収容部とを形成した場合に比べてセグメント２のコンクリートのひび割れや破損を防止できる。

シールドトンネルの構築方法を説明する。既に組立てた円筒壁体３（図４；５参照）の前面４で推進ジャッキ５の反力をとってシールドマシン１を推進させて地山１００を掘進し、そして、シールドマシン１の後方に新たな円筒壁体３を組み立てて行く。この際、既に組立てた円筒壁体３の切羽側に新たにセグメント２を連結していく場合において、まず、他方のセグメント２Ｂの一方のリング継手面１０より突出するピン４０を円筒壁体３のセグメント２の他方のリング継手面１１に形成されたピン受孔４１内に入れて他方のセグメント２Ｂの一方のリング継手面１０と円筒壁体３のセグメント２の他方のリング継手面１１とを突き合わせる。そして、図１の矢示Ｂで示すように、一方のセグメント２Ａの一方のセグメント継手面８より突出する有頭ボルト２２の頭部２５と雄ねじ部２３とを、他方のセグメント２Ｂの他方のリング継手面１１に繋がる雄ねじ部挿入溝３１と頭部収容部３２との開口から雄ねじ部挿入溝３１内と頭部収容部３２内に挿入して一方のセグメント２Ａを円筒壁体３の他方のリング継手面１１の方向に移動させ、一方のセグメント２Ａの一方のリング継手面１０より突出するように設けられたピン４０を円筒壁体３のセグメント２のリング継手面１１に形成されたピン受孔４１内に入れて一方のセグメント２Ａのリング継手面１０と円筒壁体３のセグメント２のリング継手面１１とを突き合わせる。その後、図２のように、一方のセグメント２Ａの他方のリング継手面１１の開口から頭部収容部３２内に工具３４を差し込んで、この工具３４のボルト頭掴み部３６を有頭ボルト２２の頭部２５に装着し、他方のセグメント２Ｂのリング継手面１１よりも外側、つまり、人が切羽側から工具３４を操作して有頭ボルト２２を一方のセグメント２Ａの内部の方向に進入させることによって、有頭ボルト２２の頭部２５を頭部収容部３２側から雄ねじ部挿入溝３１の周りの受圧面３３に押し付けるように係合させる。つまり、頭部２５が受圧面３３を押圧した状態に有頭ボルト２２が雌ねじ孔２１に締結されることによって、一方のセグメント２Ａの一方のセグメント継手面８と他方のセグメント２Ｂの他方のセグメント継手面９とがシールドトンネルの周方向で互いに向かい合わされて連結される。以後、上記と同様にして、セグメント２を周方向に順次連結していくことで円筒壁体３を形成する。そして、完成した円筒壁体３の切羽側のリング継手面１１により形成される円筒壁体３の前面４でシールドマシン１の推進ジャッキ５の反力をとってシールドマシン１を推進させる。この際、円筒壁体３を形成する複数のセグメント２は、セグメント継手面８；９同士が連結装置１５の有頭ボルト２２の締め付けによって互いに強く連結されているので、シールドマシン１による反力が円筒壁体３の前面４にかかった場合に、目違いや目開きを防止できる。つまり、一方のセグメント２Ａの一方のセグメント継手面８と他方のセグメント２Ｂの他方のセグメント継手面９とがシールドトンネルの周方向で互いに向かい合わされた状態で有頭ボルト２２の締結力によって強固に連結されるので、目違いや目開きを防止でき、シールドトンネルのトンネル壁体５０内への地下水や泥水の流入を防止できる。

最良の形態２
図６に示すように、雄継手２０を、一方のセグメント２Ａの一方のセグメント継手面８から突出する雄ねじ部５１と、雄ねじ部５１にねじ嵌合されたナット５２とにより形成し、頭部収容部３２をナット収容部として機能させてもよい。最良の形態２の構成の連結装置であっても最良の形態１と同じ効果が得られることは容易に理解できるであろう。この場合、雄ねじ部５１がインサートナット２６による雌ねじ孔２１にねじ嵌合された構成とすれば、セグメント２の運搬の際などには雄ねじ部５１を雌ねじ孔２１から取り外しておけば邪魔になることもない。

セグメント２のコンクリートに直接的に雌継手３０を形成してもよい。最良の形態２の雄ねじ部５１をセグメント２を形成するコンクリートに直接的に埋め込むようにして設けてもよい。シールドトンネルの周方向で相対峙する一対のセグメント継手面８：９の両方に雄継手２０；２０を設けたセグメント２と、シールドトンネルの周方向で相対峙する一対のセグメント継手面８；９の両方に雌継手３０；３０を設けたセグメント２とを用いて、シールドトンネルの周方向にこれらを交互に配置して連結装置１５で連結していくことも可能である。有頭ボルト２２としては、六角柱状の頭部２５を有した通常の六角ボルトの他に、頭部の下部が頭部の上部より大径のフランジに形成されたフランジ付きボルトや、六角柱状の頭部２５の上面に六角柱状の六角レンチ挿入用の凹部の形成された六角凹部付きボルトなどを使用してもよい。フランジ付きボルトを使用すればフランジが受圧面３３と接触することで頭部と受圧面３３との接触面積が多くなって締結力を高めることができる。六角凹部付きボルトを使用すれば六角レンチのような小さな工具を用いることができる。

セグメントの連結装置の雄継手と雌継手とを分解した分解斜視図（最良の形態１）。 連結装置による連結構造をシールドトンネルの延長方向に沿った断面で示す断面図（最良の形態１）。 連結装置による連結構造をシールドトンネルの径方向に沿った断面で示す断面図（最良の形態１）。 セグメントの組立要領を示す斜視図（最良の形態１）。 シールドトンネルの構築方法を示す断面図（最良の形態１）。 連結装置による連結構造をシールドトンネルの延長方向に沿った断面で示す断面図（最良の形態２）。

符号の説明

２ セグメント、２Ａ 一方のセグメント、２Ｂ 他方のセグメント、
８；９ セグメント継手面、１０；１１ リング継手面、
１５ 連結装置、２０ 雄継手、２１ 雌ねじ孔、２２ 有頭ボルト、
２３ 雄ねじ部、２５ 頭部、２６ インサートナット、３０ 雌継手、
３１ 雄ねじ部挿入溝、３２ 頭部収容部開口、３４ 工具、
３５ インサート金物、３７ 空間、５１ 雄ねじ部、５２ ナット

Claims (4)

1. セグメントが、シールドトンネルの延長する方向の前後で相対峙する一対のリング継手面と、シールドトンネルの周方向で相対峙する一対のセグメント継手面とを備え、シールドトンネルの周方向で互いに向かい合わされた状態の２個のセグメントのセグメント継手面同士を連結するセグメントの連結装置において、連結装置が、一方のセグメントのセグメント継手面に設けられた雄継手と、他方のセグメントのセグメント継手面と当該セグメント継手面に隣接するリング継手面とに連続して設けられた雌継手とにより形成され、雄継手が、一方のセグメントのセグメント継手面からセグメントの内部に延長するように設けられた雌ねじ孔と、雄ねじ部が雌ねじ孔にねじ嵌合された有頭ボルトとを備え、雌継手が、有頭ボルトの雄ねじ部をリング継手面からセグメントの内部に挿入し得るように他方のセグメントに形成された雄ねじ部挿入溝と、有頭ボルトの頭部をリング継手面から他方のセグメントの内部に挿入し得るように他方のセグメントに形成された頭部収容部とを備え、頭部収容部が、頭部収容部内に収容された有頭ボルトを一方のセグメントの内部の方向に進入させて有頭ボルトの頭部を雄ねじ部挿入溝の周りに押し付けて係合させることのできるように、他方のセグメントのリング継手面の外側から頭部収容部内に差し込まれる工具の操作可能な大きさに形成された空間を備えたことを特徴とするセグメントの連結装置。
2. セグメントが、シールドトンネルの延長する方向の前後で相対峙する一対のリング継手面と、シールドトンネルの周方向で相対峙する一対のセグメント継手面とを備え、シールドトンネルの周方向で互いに向かい合わされた状態の２個のセグメントのセグメント継手面同士を連結するセグメントの連結装置において、連結装置が、一方のセグメントのセグメント継手面に設けられた雄継手と、他方のセグメントのセグメント継手面と当該セグメント継手面に隣接するリング継手面とに連続して設けられた雌継手とにより形成され、雄継手が、一方のセグメントのセグメント継手面から突出する雄ねじ部と、雄ねじ部にねじ嵌合されたナットとを備え、雌継手が、雄ねじ部をリング継手面からセグメントの内部に挿入し得るように他方のセグメントに形成された雄ねじ部挿入溝と、ナットをリング継手面から他方のセグメントの内部に挿入し得るように他方のセグメントに形成されたナット収容部とを備え、ナット収容部が、ナット収容部内に収容され雄ねじ部にねじ嵌合されたナットを一方のセグメントの内部の方向に移動させて当該ナットを雄ねじ部挿入溝の周りに押し付けて係合させることのできるように、他方のセグメントのリング継手面の外側からナット収容部内に差し込まれる工具の操作可能な大きさに形成された空間を備えたことを特徴とするセグメントの連結装置。
3. 雌ねじ孔が、セグメントを形成するコンクリートに埋設されたインサートナットにより形成されたことを特徴とする請求項１に記載のセグメントの連結装置。
4. 雌継手が、セグメントを形成するコンクリートに埋設されたインサート金物により形成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のセグメントの連結装置。

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