JP4866947B2 - セグメントの連結構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えばシールド工法などにおいて覆工体として用いられるセグメント同士を相互に連結する構造の改良技術に関する。

例えばシールド工法においては、シールド掘進機が通過した後の掘削坑内周部には、逐次セグメントを継ぎ足して連結し、筒状の覆工体を形成するのが一般的である。シールド工法に通常用いられているセグメントには、円筒形状に組み上げるために、展開形状が矩形の板状で円弧状に湾曲されたものを使用するのが主流であり、これらセグメントは相互にボルトによって接合されている。しかし、従来のボルトによる接合では、その組み立ての際の締結作業が極めて煩雑で、施工に時間を要し、構造的にもロボットによる自動組み付けが行い難く、省力化が図り難かった。

そこで、セグメント同士の結合が容易に行えて、自動組み付けによる省力化が図りやすい連結構造の開発の要望が高まり、当該連結構造として、セグメントの突き合わせ接合面の対向位置にＣ型の連結金具を埋め込んでおき、これらの両セグメントのＣ型連結金具の開口部に両側端部のフランジが係合するＩ型の連結金具を嵌め込むことによって、セグメント同士の突き合わせ端面を相互に接合させて連結する構造が開発されている。

そして、このようなセグメントの連結構造において、Ｃ型とＩ型の両連結金具の双方にテーパ面を形成しておき、Ｉ型連結金具を対をなすＣ型連結金具の開口部に側方から押し込むことで、対をなすＣ型連結金具同士を近接させて、両セグメント同士の接合力をより一層高めるようにしたものが、例えば特開２００３−３７９３号公報等に開示されている。

特開２００３−３７９３号公報

ところで、上記公報に記載の技術のように、Ｃ型とＩ型との両連結金具の双方にテーパ面を形成しようとすると、形状的に型鋼材等の圧延鋼材を使用することが困難になるので、当該両連結金具には鋳造成形品を用いることになる。しかしながら、当該鋳造成型品の連結金具は、これをコンクリート製セグメントに適用する場合には問題はないが、鋼板製セグメントに適用しようとすると、鋳鉄と鋼とは溶接性が悪いため、十分な溶接強度が得られず、採用し得ないという課題があった。

また、Ｉ型連結金具を２つのＣ型連結金具に掛け渡して打ち込むにあたっては、これらの連結金具の製作精度や取付精度等の誤差に起因して、当該Ｉ型連結金具の打ち込み停止位置が異なってしまう。このため、どの位置で停止しても所定の締結力が確保し得るようにするためのバックアップ材として、セグメント自体に反力を取りつつＩ型連結金具に対してこれを打ち込み方向に所定の付勢力で押圧する反力付与部材を、Ｃ型連結金具の側方に設けておく必要があって、コスト上昇の一因となっていた。

さらに、上記のように、Ｉ型連結金具の打ち込み停止位置にはバラツキが生じるため、これに対処すべくＣ型連結金具は長目に設定しておく必要もあって、これもコスト上昇の一因になっていた。

本発明は、以上の課題を解決するものであり、その目的とするところは、Ｈ型もしくはＩ型の連結金物を係合させてセグメント同士を締結固定するにあたって、テーパ面と反力受け部材とを不要にして、所定の締結力を確保することができるとともに、圧延鋼材を用いて構成し得、もってコストの低減化が図れて鋼板製のセグメントに適用し得るセグメントの連結構造を提供することにある。

前記の目的を達成するために、本発明の請求項１にかかるセグメントの連結構造は、側端面同士を突き合わせ接合して覆工体に組立形成する箱形の鋼製セグメント同士を、Ｈ型もしくはＩ型に形成された連結金物で連結すべく、該セグメントの接合端面を形成する側板に、該連結金物のフランジ部を挿入する挿入口と、該挿入口に連通して該側板の長手方向に延びる該連結金物のウェブ挿通溝とを形成し、該両ウェブ挿通溝間に該連結金物を跨らせて係合装着して結合するセグメントの連結構造であって、互いに突き合わせ接合される一方のセグメントのウェブ挿通溝には、予め該連結金物を挿通して該側板の内側面に該連結金物の一端側のフランジ部を一体的に固設して他端側のフランジを側方に突出させておくとともに、該突出した他端側のフランジ部に固定係止させて、該他端側のフランジ部と他方のセグメントの側板との係合部間に、両セグメントの突き合わせ接合端面同士を圧着させる弾性部材を介在させ、該弾性部材には、Ｈ型もしくはＩ型に形成された該連結金物のフランジ部に固定係止された板バネを用い、該板バネの一端には該フランジを挟み込んで係合する折り返し部が形成され、該折り返し部が該フランジの挿通先端側に係合されて取り付けられるとともに、該一端側は前記他方の係合部を案内する傾斜部に形成されている、ことを特徴とする。

ここで、前記箱形の鋼製セグメント内には、前記連結金物のフランジ挿通用空間を残して、コンクリートを充填する構成となし得る（請求項２）。

本発明にかかるセグメントの連結構造によれば、連結金物の係合部に両セグメントの突き合わせ接合端面同士を圧着させる板バネを介在させて、該板バネの反発力で締結するので、連結金物にテーパ状の係合面を形成しなくても、所定の締結力でセグメントの突き合わせ接合端面同士を結合させることができ、当該連結金物には廉価なＨ型もしくはＩ型鋼材を採用し得る。そして、このような鋼材は溶接性に優れるため、鋼板製のセグメントに適用することが可能となる。

また、セグメントの連結時に、板バネはその挿入側端が連結金物のフランジ部に固定係止されて引きずり込まれていくから、離脱してしまうことはなく、しかも弾発部の挿入先端側が後方に向けて突出する傾斜面となっているので、その進入は阻害されることはなく、円滑に連結金物を係合部に係合させることができる。

また、板バネの反発力を締結力として利用するので、連結金物の係合時における相対的な停止位置に関係なく、所定の締結力を確保でき、もって締結力を確保するためのバックアップ材を不要となすことができて、簡易な構造にして廉価に提供でき、コストの可及的な低減化が図れるようになる。

また、接合端面同士に対となるウェブ挿通溝と連結金物とを一体的に設けて、これらを相互に係合させるようにすることで、各連結部に設けるウェブ挿通溝は１つに更に削減することができる。

本発明の参考例にかかる連結構造が付加されたコンクリート製セグメント同士の連結時の状態を経時的に説明する概略図である。 図１（ｃ）中のII−II線矢視断面図である。 セグメントの突き合わせ端面に設けられる雄側連結金物を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）はその側面図である。 セグメントの突き合わせ端面に設けられる雌側連結金物を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）はその側面図である。 本発明にかかる連結構造が付加された鋼製セグメントの実施形態を示すもので、（ａ）は図２に対応する図、（ｂ）は鋼製セグメントの接合端面を示す図である。 図５（ａ）の鋼製セグメントの内部にコンクリートを充填した態様を示す図である。

以下に、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は参考例にかかる連結構造が付加されたコンクリート製セグメント同士の連結時の状態を説明する概略図であり、図２は図１（ｃ）中のII−II線矢視断面図、図３はセグメントの突き合わせ端面に設けられる雄側連結金具を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）はその側面図、図４はセグメントの突き合わせ端面に設けられる雌側連結金具を示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）はその側面図である。

これらの図において、２は側端面同士が互いに突き合わせ接合されて円筒状の覆工体に組立形成されるコンクリート製セグメントである。これらのセグメント２は、円弧状に湾曲された直方体を呈し、その展開形状は矩形の版状をなす。各セグメント２の両端の突き合わせ接合端面２ａには、互いに係合し合う連結金物４が設けられる。この連結金物４は対をなす雌側連結金物４Ａと雄側連結金物４Ｂとからなる。この参考例では、その雌側連結金物４ＡにはＣ型鋼材が使用され、雄側連結金物４ＢにはＨ型鋼材が使用されている。

雌側連結金物４ＡのＣ型鋼材は、一方のセグメント２の突き合わせ接合端面２ａに、当該Ｃ型鋼材の開口部６が面一に、若しくは少し凹まされて埋設され、当該開口部６は接合端面２ａの長手方向に沿って延びている。そして、この開口部６に対向したＣ型鋼材の背壁部８の裏面には、アンカーロッド１０が一体的に溶接接合されていて、このアンカーロッド１０によって当該Ｃ型鋼材は強固にセグメント２のコンクリートに定着されている。

また、雄側連結金物４ＢのＨ型鋼材は、上記雌側連結金物４ＡのＣ型鋼材に対向するように、他方のセグメント２の接合端面２ａにその一側部側のフランジ部１２が長手方向に沿わされて所定量側方に突出されて一体的に設けられていて、その他側部側のフランジ１４はセグメント２のコンクリート中に埋設されて定着されている。この雄側連結金物４ＢのＨ型鋼材は雌側連結金物４Ａの側方から当該雌側連結金物４Ａ内に押し込まれて、その開口部６にウエブ１６が挿通されるとともに、当該開口部６の側縁の係合部７にＨ型鋼材のフランジ部１２が後述する弾性部材２０を介して係合されるようになっている。

そして、前記セグメント２の接合端面２ａには、前記雌側連結金物４Ａの係合部７に隣接してその側方の中央部側に、当該雌側連結金物４Ａに係合させる雄側連結金物４Ｂの突出されたフランジ部１２を挿入するための挿入凹部１８が設けられている。ここで、図１に示すように、この参考例では、各セグメント２の両側端の２つの接合端面２ａには、それぞれ雌側連結金物４Ａと雄側連結金物４Ｂとが所定のスパンで点対称位置に配設されている。

上記弾性部材２０は、雌側連結金物４Ａと雄側連結金物４Ｂとの両連結金物４の係合部間に介在されて、その弾発力によって両セグメント２，２の突き合わせ接合端面２ａ，２ａ同士を圧着させて締結させるためのものであり、雌側連結金物４Ａと雄側連結金物４Ｂとのいずれか一方に固定係止されて設けられる。ここで、この参考例では、当該弾性部材２０には、波状に屈曲形成された板バネ２０Ａが採用されており、当該板バネ２０Ａは雄側連結金物４ＢをなすＨ型鋼材の突出されたフランジ部１２の両側にそれぞれ固定係止されて２つ設けられている。即ち、この板バネ２０Ａの一端には、フランジ部１２を挟み込んで係合する折り返し部２２が形成され、この折り返し部２２が当該フランジ部１２の雌側連結金物４Ａへの挿通先端側に係合固定係止されて取り付けられるとともに、当該一端側は上記雌側連結金物４Ａの開口６側縁部にある係合部７の嵌入を円滑に案内するための傾斜部２４にもなっている。なお、板バネ２０Ａの波状に形成された弾発部の厚みは、雌側連結金物４Ａの係合部７と雄側連結金物４Ｂのフランジ部１２との間に形成されるクリアランスよりも大きく形成されている。

そして、以上のように構成される参考例では、図１に示すように、既に組み付けられているセグメント２に対して、さらに新たなセグメント２を以下のようにして順次に組み付けていく。即ち、新たに組み付けるセグメント２の突き合わせ接合端面２ａに設けられた雄側連結金物４Ｂと雌側連結金物４Ａの側方部に形成した挿入凹部１８とを、既に組み付けられているセグメント２の挿入凹部１８と雄側連結金物４Ｂとの位置に対面させて位置合わせをし（同図（ａ）参照）、当該新たなセグメント２の接合端面２ａを連結対象である既設のセグメント２の接合端面に当接させて、両セグメント２，２の雄側連結金物４Ｂを対面した相手側の挿入凹部１８に挿入する（同図（ｂ）参照）。爾後、当該新たなセグメント２を後方の既に円筒形に組み上げ済みのセグメント２に向けて押し込んでいく（同図（ｃ）参照）。

新たなセグメント２が後方に向けて移動していくと、既に取り付けられている連結対象のセグメント２との相対移動に伴って、お互いの雄側連結金物４Ｂが相手方の雌型連結金物４Ａ内に進入していく。このとき、雄側連結金物４Ｂのフランジ部１２に固定係止された板バネ２０Ａは雌側連結金物４Ａの係合部７との間に、その波状に屈曲形成された弾発部が厚み方向に圧縮弾性変形されながら引きずり込まれて係合していき、その弾発力は反作用力として両セグメント２，２の突き合わせ接合端面２ａ，２ａに伝えられて、これらを圧接して緊密に締結させる。また、この係合時にあっては、板バネ２０Ａはその挿入側端が雄側連結金物４Ｂのフランジ部１２に固定係止されて引きずり込まれていくから、離脱してしまうことはなく、しかも波状の弾発部の挿入先端側は、後方に向けて突出する傾斜面となっているので、その進入は阻害されることはなく、円滑に雌側連結金物４ＡをなすＣ型鋼材の係合部７に係合していく。

そして、新たなセグメント２の押し込み先端面２ｂが、構築したトンネル後方の既設のセグメント２の端面２ｃに当接すると、これらの端面２ｂ、２ｃ同士に別途に設けられている図示しない連結機構によって、その前後のセグメント２，２同士が連結されて。当該新たなセグメント２の組み付けが終了する。

即ち、上述したようにこの連結構造は、楔効果による締結をおこなわせるものではなく、板バネ２０Ａ等の弾性部材２０の反発力（弾発力）によって連結金物４Ａ，４Ｂを介して２つのセグメント２，２の突き合わせ接合端面２ａ，２ａ同士を圧接させて締結するものである。従って、連結金物４Ａ，４Ｂは楔形状部を有した複雑な形状に加工する必要がない。このため、当該連結金物４Ａ，４Ｂは鋳造や鍛造で製造する以外にも、熱間押出成形や圧延成形等の様々な加工方法で製造することも簡易に行えるようになり、上述したようなＣ型鋼材やＨ型鋼材、Ｉ型鋼材などの採用も可能になる。よって、圧延鋼材と同材質の連結金物４Ａ，４Ｂとなすことによって、当該連結金物４Ａ，４Ｂを鋼製セグメントに溶接接合して、その接合強度を容易に確保できるようになるから、鋼製セグメントの連結構造にも適用可能となる。

また、弾性部材２０の反発力でセグメント２，２同士の締結力を管理するので、雌側連結金物４Ａと雄側連結金物４Ｂとの相対的な停止位置に関係なく、締結力を所定値にほぼ一定に維持して確保することができる。これにより、(１)バックアップ材としての反力受け部材が不要になる、(２)セグメント２の接合端面２ａ，２ａ同士に、対となるＣ型鋼材等の雌側連結金物４ＡとＨ型鋼材等の雄側連結金物４Ｂとを一体的に設けて、これらを相互に係合させるようにすることで、各連結部に設けるＣ型連結金物は１つに更に削減することができる、(３)Ｈ型鋼材等の雄側連結金物４Ｂをセグメント２に一体的に固定しておけば、その停止位置はセグメント２の押し込み時の移動量に一致するから、その停止位置はほぼ一定になり、雌側連結金物４Ａの長さを可及的に短くして雄側連結金具の長さに一致させて最小限にすることができる、といった効果も奏するようになる。

図５（ａ），（ｂ）は本発明にかかる連結構造が付加された鋼製セグメントの実施形態を示すものである。当該鋼製セグメント２Ａは鋼板４０を溶接接合して箱形状に形成してあり、２つの鋼製セグメント２Ａ，２ＡをＨ型もしくはＩ型に形成された連結金物４Ｂで連結するようになっている。すなわち、各鋼製セグメント２Ａの接合端面を形成する側板４２には、連結金物４Ｂのフランジ部１２，１４を挿入する挿入口４４と、この挿入口４４に連通して当該側板４２の長手方向に沿って延びる、連結金物４Ｂのウェブ挿通溝４６とが形成されている。そして、両ウェブ挿通溝４６，４６間に連結金物４Ｂを跨らせて係合装着して、両鋼製セグメント２Ａ，２Ａが結合される。

互いに突き合わせ接合される一方の鋼製セグメント２Ａのウェブ挿通溝４６には、予め連結金物４Ｂを挿通して側板４２の内側面に当該連結金物４Ｂの一端側のフランジ部１４を溶接等により一体的に固設し、その他端側のフランジ部１２を側方に突出させている。そして、この突出した他端側のフランジ部１２に固定係止させて、当該他端側のフランジ部１２と他方のセグメント２Ａの側板４２との係合部間に、両セグメント２Ａ，２Ａの突き合わせ接合端面同士を圧着させる弾性部材２０を介在させてある。ここで、当該弾性部材２０としては、上述した参考例の板バネ２０Ａと同じものが採用される。

また、上記箱形の鋼製セグメント２Ａ内には、図６に示すように、コンクリート５０を充填するようにしても良い。この場合、側板４２の内面側には、上記連結金物４Ｂのフランジ部１２を挿入する挿入口４４と連結金物４Ａのフランジ部１２の挿通溝４６とを覆って、当該部位に連結金物４Ｂの挿通用空間５２を区画形成するための覆部材４８を設けておくようにする。

２ セグメント
２ａ 突き合わせ接合端面
４ 連結金物
４Ａ 雌側連結金物
４Ｂ 雄側連結金物
６ （雌側連結金物）開口
８ （雌側連結金物）背壁部
１０ アンカーロッド
１２，１２ａ，１２ｂ，１４ フランジ部
１６ ウエブ
１８ 挿入凹部
２０ 弾性部材
２０Ａ 板バネ
２０Ｂ ゴム
２２ 折り返し部
２４， （板バネ）傾斜面
２８ （ゴム）傾斜面
３０ 金属板

Claims (2)

1. 側端面同士を突き合わせ接合して覆工体に組立形成する箱形の鋼製セグメント同士を、Ｈ型もしくはＩ型に形成された連結金物で連結すべく、該セグメントの接合端面を形成する側板に、該連結金物のフランジ部を挿入する挿入口と、該挿入口に連通して該側板の長手方向に延びる該連結金物のウェブ挿通溝とを形成し、該両ウェブ挿通溝間に該連結金物を跨らせて係合装着して結合するセグメントの連結構造であって、
   互いに突き合わせ接合される一方のセグメントのウェブ挿通溝には、予め該連結金物を挿通して該側板の内側面に該連結金物の一端側のフランジ部を一体的に固設して他端側のフランジを側方に突出させておくとともに、該突出した他端側のフランジ部に固定係止させて、該他端側のフランジ部と他方のセグメントの側板との係合部間に、両セグメントの突き合わせ接合端面同士を圧着させる弾性部材を介在させ、
   該弾性部材には、Ｈ型もしくはＩ型に形成された該連結金物のフランジ部に固定係止された板バネを用い、該板バネの一端には該フランジを挟み込んで係合する折り返し部が形成され、該折り返し部が該フランジの挿通先端側に係合されて取り付けられるとともに、該一端側は前記他方の係合部を案内する傾斜部に形成されている、
   ことを特徴とするセグメントの連結構造。
2. 前記箱形の鋼製セグメント内には、前記連結金物のフランジ挿通用空間を残して、コンクリートを充填したことを特徴とする請求項１記載のセグメントの連結構造。

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