JP5222923B2 - セグメントの継手構造及び雄継手の固定方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル等を構築するセグメント同士を接合するための継手構造とその継手構造に用いる雄継手の固定方法に関する。

従来、トンネル等を構築するセグメント同士を接合するための継手構造として、例えば特許文献１に記載されたものがある。この継手構造では、一方のセグメントの継手板の開口部に設けられた雌継手は断面略Ｃ字状の凹部が形成され、この凹部は継手板に直交する一対の側板部間にそれぞれ角鋼からなる係止片部が直交する方向に対向して固定されている。各係止片部は側板部と溶接によって連結されている。一方、他方のセグメントの雄継手は一対の係合部が軸部によって連結された断面略Ｈ字状に形成され、各係合部は丸鋼が軸部の両側にそれぞれ溶接されて構成されている。
そして、雄継手と雌継手の係合に際し、一方の継手板に他方の継手板をスライドさせることで、雌継手の一対の係止片部間に雄継手の軸部を通して、雄継手の丸鋼を雌継手の係止片部に係合させることで固定している。

継手構造をこのように構成することで、雄継手と雌継手の接合部において、雄継手の係合部である丸鋼が雌継手の係止片部における側板部との接続部側近傍に当接して作用点を構成するため、係止片部と側板部の接続部に作用する曲げモーメントを小さくできる。そのため、雄継手と雌継手を鋼材で製作しても係止片部が脱落することを防止できる、としている。

特開２００９−２２８３１２号公報

しかしながら、特許文献１に記載された継手構造は、雌継手の側板部に角鋼からなる係止片部を溶接によって連結し、雄継手の軸部の両端に丸鋼を溶接によって連結した構成であるため、直付け溶接の箇所が多く溶接に手間がかかり製造工程が煩雑でコスト高になる上に、鋼材を用いないと製造できないため鋳物で雄継手を製造したものと比較して強度が劣るという欠点があった。
しかも、雄継手も雌継手も直付け溶接によって製造するため、溶接歪みが発生し、継手構造の精度が不十分であるという欠点もあった。

本発明は、このような実情に鑑みて、雄継手の溶接箇所をなくして高強度に製造できて、製造コストを低減できるようにしたセグメントの継手構造と雄継手の固定方法を提供することを目的とする。

本発明によるセグメントの継手構造は、一方の接合面に設けた雄継手を、他方の接合面に設けた雌継手に係合させてなるセグメントの継手構造において、雄継手は軸部の両端に第一係合部と第二係合部を設けた断面略Ｈ形状とされ、第一係合部と一方の接合面との間に第一くさび部材を嵌合させて予め固定され、雌継手は他方の接合面の裏面にくさび部材が固定されてなり、雄継手の第二係合部と他方の接合面との間で雌継手を嵌合させることで連結させるようにしたことを特徴とする。
本発明によるセグメントの継手構造によれば、雄継手の第二係合部と他方の接合面との間に雌継手を嵌合させることで、精度良く強固に固定できる。しかも、雄継手は一体形状からなっていて溶接を用いていないから溶接歪みがなく製造が容易で高精度であり、同一形状のものを採用できるので量産可能である。また、予め固定した雄継手をスライドさせることで、くさび部材からなる雌継手に嵌合させて固定できるため、１タッチで継手同士を固定できて連結作業が容易である。

また、雄継手は鋳物製であり、第一係合部と第一くさび部材はセグメントに充填されるコンクリートで固定されてなることが好ましい。
雄継手の第一係合部と一方の接合部との間に第一くさび部材を係合させることで係止でき、更にセグメント内に充填させるコンクリートまたは接着剤で雄継手を固定できる。そのため、雄継手の固定に際して溶接やボルト等を用いることがなく取り付けが低コストであり、更に雄継手に鋳物を用いることで高強度が得られる。

本発明による雄継手の固定方法は、一方の接合面に設けた雄継手を、他方の接合面に設けた雌継手に係合させてなるセグメントの継手構造における雄継手の固定方法において、
互いに接合させた一方の接合面と他方の接合面に、軸部の両端に第一係合部と第二係合部を設けた断面略Ｈ字形状の雄継手の軸部を貫挿させ、他方の接合面と第二係合部との間に第二くさび部材を係合させて雄継手を位置決めし、 次に一方の接合面と第一係合部との間に第一くさび部材を係合させて雄継手を固定し、一方の接合面を有するセグメント内にコンクリートを充填することで第一くさび部材と第一係合部を固定するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、雄継手をセグメントに固定するに際し、まず、雌継手と係止させる雄継手の第二係合部の位置を着脱可能な第二くさび部材で特定し、その位置で一方の接合面と第一係合部とを第一くさび部材を嵌合して係止させることで、雌継手との係合位置を高精度に固定できる。その上で、セグメントに充填するコンクリートで第一係合部と第一くさび部材を堅固に固定し、軸部と第二くさび部材が外部に突出した雄部材が高精度で得られる。

本発明による継手構造によれば、少なくとも雄継手に溶接を用いない一体構造であるため、溶接歪みがなく高精度であり、鋼材に限らず鋳物等でも製造できて強度が高い。
しかも、雄継手を固定する手段として溶接やボルト等の固定手段を用いておらず、第一くさび部材を一方の接合面と第一係合部材との間に嵌合して固定すると共に、セグメントに充填するコンクリートによって堅固に固定できる。そのため、製造に際して溶接等の手間がかからず溶接歪みも生じないので、製造が容易でコストを低減できる上に高精度な継手構造が得られる。
また、雄継手と雌継手を雌部材のくさび部材と雄部材の第二係合部との嵌合によって固定できるため、溶接やボルト結合等と比較して１タッチで継手同士をスムーズに固定できて連結作業が容易である。

また、本発明による雄継手の固定方法によれば、雄継手は溶接を用いておらず一体形成されているため溶接歪みがなく高強度で高精度である。しかも、雄継手を一方の接合面に固定するに際し、最初に雌継手と係止させる雄継手の第二係合部の位置精度を、雌継手と同一形状の着脱可能な第二くさび部材で特定し、その位置で一方の接合面と第一係合部とを第一くさび部材を嵌合させるから高精度に固定できる。しかも、セグメントに充填するコンクリートで第一係合部と第一くさび部材を堅固に固定できるから、雄継手を高精度で固定でき、製造が容易で製造コストを低減できる。

本発明の第一実施形態による合成セグメントの継手板と継手を示す部分斜視図である。 第一実施形態による合成セグメントの継手板に設けた雄継手と雌継手を示す部分断面図である。 図２に示す合成セグメントの継手板の部分正面図である。 図２に示す雄継手のＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は雄継手の固定方法を示す工程図である。 （ａ）、（ｂ）は第一実施形態による合成セグメントの雄継手と雌継手の接合工程を示す説明図である。 本発明の第二実施形態による合成セグメントの雄継手と雌継手の接合工程を示す説明図である。 図７に示す合成セグメントの雄継手と雌継手を接合した状態を示す説明図である。 変形例による合成セグメントの継手板と継手を示す部分斜視図である。

以下、本発明の第一実施形態による継手構造について図１乃至図６により説明する。
本実施形態による継手構造は、セグメント同士をトンネルの周方向に接合するためのセグメント間継手の接合構造に関するものである。
図１に示すセグメントは合成セグメント１であり、鋼殻の内部にコンクリートＣが充填されている。この合成セグメント１は湾曲形状の内周面と外周面が対向して形成された略円弧版状であり、厚み方向の側面には略円弧状に湾曲させられた一対の主桁板２、２が対向して配設され、主桁板２、２の両端部間に略長方形状の一対の継手板３，３が対向して配設されている。
そのため、合成セグメント１は、主桁板２、２と継手板３，３は互いに略平行に配設されているいわゆるＡ型セグメントである。そして、各継手板３には、所定間隔をおいて雄継手５と雌継手６とが設けられており、継手板３同士をセグメントリングの周方向に接合可能とされている。

図２乃至図４において、雄継手５は例えば鋳物からなり、軸部８の両端に第一係合部９と第二係合部１０とが断面略Ｈ字形状に一体形成されており（図４参照）、第一係合部９と第二係合部１０は対向する内側の面がそれぞれ傾斜するテーパー面９ａ、１０ａとされている。本実施形態による雄継手５は、第一係合部９と第二係合部１０のテーパー面９ａ、１０ａが互いに逆方向に同一角度で傾斜して配設されている線対称形状であるとする。
雄継手５の第一係合部９は継手板３の開口部１１を通して継手板３の裏面に位置し、継手板３と第一係合部９との間にテーパー面１２ａを有する第一くさび部材１２が嵌合されている。第一係合部９のテーパー面９ａと第一くさび部材１２のテーパー面１２ａとは互いに当接している。
そして、継手板３の内側に充填されたコンクリートＣによって雄継手５の第一係合部９と第一くさび部材１２が固定状態に保持されており、軸部８の一部と第二係合部１０が継手板３から外部に突出している。

雌継手６は、継手板３に形成した開口部１４の裏面側に設けられている。図２及び図３に示すように開口部１４は継手板３の主桁板２と交差するコーナー部から雄継手５方向に延びて二段の幅に形成され、開口部１４の幅の狭い部分からなる最奧部の裏面に略コの字形状の雌継手６が固定されている。雌継手６は溶接等によって継手板３の裏面に固定され、継手板３との接合面と対向する面がテーパー面６ａとされている。

次に、雄継手５の固定方法について図５により説明する。図５において、例えば、合成セグメント１に設けた継手板３を符号３Ａで示し、もう１つの継手板３を符号３Ｂで示すものとする。
図５（ａ）において、互いに継手板３Ａ、３Ｂ同士が当接して接合されており、それぞれの開口部１１、１４(図示せず)に雄継手５の軸部８が位置している。そして、一方の継手板３Ａの裏面に第一係合部９が配設され、他方の継手板３Ｂの裏面に第二係合部１０が配設されている。
そして、先ず第二係合部１０と他方の継手板３Ｂとの間に例えば略Ｕの字形状の第二くさび部材１６を軸部８の両側に嵌合させ、第二係合部１０のテーパー面１０ａと第二くさび部材１６のテーパー面１６ａを互いに当接させる。これによって、第二係合部１０と継手板３Ｂとの位置関係が決定される。
なお、合成セグメント１においては、第二くさび部材１６は雌継手６と同一形状であり、第一くさび部材１２とも同一形状とされており、いずれも平面視略Ｕ字形状とする。

次に、図５（ｂ）において、雄継手５の第一係合部９と一方の継手板３Ａの裏面との間に第一くさび部材１２を軸部８の両側に嵌合させ、第一係合部９のテーパー面９ａと第一くさび部材１２のテーパー面１２ａを互いに当接させる。これによって、雄継手５は、第二係合部１０と第二くさび部材１６との嵌合固定位置を基準として、継手板３Ａに固定される。
そして、図５（ｃ）において、雄継手５の一方の継手板３Ａの内側、即ち合成セグメント１内にコンクリートＣを充填し、固定する。そして、第二くさび部材１６を取り除くことで継手板３Ａに雄継手５が位置決め固定され、軸部８と第二係合部１０とが外部に突出した状態になる。これにより、雄継手５は高精度に固定できる。

つぎに、本第一の実施形態による継手構造である雄継手５と雌継手６の接合方法について図６により説明する。図６において、互いに継手板３、３同士で接合する２つの合成セグメント１を符号１Ａ、１Ｂで示すものとし、継手板３も同様に符号３Ａ、３Ｂで示すものとする。各継手板３には、それぞれ雄継手５と雌継手６が対向する位置に設けられており、いずれも同一の作用によって係合されるので、１つの雄継手５と雌継手６によって代表して、以下に説明する。
図６（ａ）において、一方の合成セグメント１Ａの継手板３Ａに雄継手５が突出して設けられ、他方の合成セグメント１Ｂの継手板３Ｂを主桁面２Ｂとのコーナー部からスライドさせる。そして、雄継手５の突出する第二係合部１０に対して、第二係合部１０と継手板３Ａとの間に継手板３Ｂ及び雌継手６を挿入させ、第二係合部１０のテーパー面１０ａに雌継手６のテーパー面６ａを当接させて嵌合方向に摺動させる。
雄継手５の第二係合部１０のテーパー面１０ａで雌継手６のテーパー面６ａをガイドして、第二係合部１０と継手板３Ａとの間に雌継手６及び継手板３Ｂが嵌合されて係止する。
このようにして、雄継手５と雌継手６が堅固に係合されて各合成セグメント１Ａ，１Ｂの継手板３Ａ，３Ｂ同士が係合される。

上述のように、本実施形態による雄継手５及び雌継手６からなる継手構造によれば、雄継手５は例えば鋳物からなっていて一体形成されており、溶接等をしていないため、溶接歪みが発生せず、高精度で高強度であり、量産できる。しかも、雄継手５を継手板３に固定するに際し、雄継手の第一係合部９のテーパー面９ａとこれに嵌合する第一くさび部材１２のテーパー面１２ａとで当接させて、合成セグメント１内に充填されるコンクリートＣで固定したから、溶接で固定しておらず、固定が容易で取り付け精度が高い。
しかも、雌継手６のくさび部材と第二くさび部材１６と第一くさび部材１２は同一形状であるから、製造コストが低廉になる。

また、雄継手５の継手板３への固定方法によれば、雌継手６との固定位置を第二くさび部材１６によって位置決めした後で、第一固定部材９と第一くさび部材１２のテーパー面９ａ、１２ａ同士を当接させてコンクリートＣで固定したから、精度がよい上に簡単な構成で堅固に固定できる。

なお、本発明は上述した第一の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の構成や材料等の変更が可能であり、これらも本発明に含まれる。以下に、本発明の他の実施形態について説明する。
図７及び図８に示す第二の実施形態による合成セグメント２０は、複数のセグメントを略円筒状に接合してセグメントリングを構築する際、最後に接合する両側をテーパー形状としたくさび型のいわゆるＫ型合成セグメント、或いはこれに接合させるいわゆるＢ型合成セグメントである。そのため、この合成セグメント２０は、少なくとも一方の継手板３がセグメントリングの中心軸Ｏ方向に対して傾斜したテーパー面を有するセグメントである。
本第二実施形態において、合成セグメント２０Ａ、２０Ｂの互いに接合する継手板３Ａ、３Ｂは中心軸Ｏ方向に対して非平行に傾斜しているため、雄継手５は継手板３Ａ、３Ｂに対して直交せず傾斜して固定されている点で第一実施形態と相違する。

そして、雄継手５は傾斜状態で継手板３に固定したから、軸部８の両端に設けた第一係合部９のテーパー面９ａと第二係合部１０のテーパー面１０ａは継手板３に対する傾斜角が相違している。そのため、一方の合成セグメント２０Ａにおいて、雄継手５を固定する第一くさび部材２１のテーパー面２１ａと、雌継手２２に設けたくさび部材のテーパー面２２ａとの傾斜角度も相違しており、第一くさび部材２１と雌継手２２は、上述した第一実施形態における第一くさび部材１２及び雌継手６とは異なるテーパー角のくさび形状を有している。
なお、雄継手５を固定する際に用いる第一くさび部材２１と第二くさび部材（雌継手２２）も互いに相違する形状を有する。

つぎに、本第二の実施形態による継手構造である雄継手５と雌継手２２の接合方法について図７及び図８により説明する。
図７において、互いに継手板３、３同士で接合する２つの合成セグメント２０を符号２０Ａ、２０Ｂで示すものとし、継手板３も同様に符号３Ａ、３Ｂで示すものとする。各継手板３には、それぞれ雄継手５と雌継手２２が設けられており、いずれも同一の作用によって係合されるので、１つの雄継手５と雌継手２２によって代表して、以下に説明する。

図７において、一方の合成セグメント２０Ａの継手板３Ａに突出する雄継手５と雌継手２２と設けられ、他方の合成セグメント２０Ｂの継手板３Ｂを主桁面２Ｂとのコーナー部からスライドさせる。そして、雄継手５の突出する第二係合部１０に対して、第二係合部１０と継手板３Ａとの間に他方の合成セグメント２０Ｂの継手板３Ｂ及び雌継手２２を挿入させ、第二係合部１０のテーパー面１０ａに雌継手２２のテーパー面２２ａを当接させて嵌合方向に摺動させる。
雄継手５の第二係合部１０のテーパー面１０ａで雌継手２２のテーパー面２２ａをガイドして、図８に示すように、第二係合部１０と継手板３Ａとの間に雌継手２２及び継手板３Ｂが嵌合されて係止する。なお、これと同時に、他方の合成セグメント２０Ｂの雄継手５における第二係合部１０と継手板３Ｂとの間に雌継手２２及び継手板３Ａが嵌合されて係止する
このようにして、雄継手５と雌継手２２がそれぞれ堅固に係合されて各合成セグメント２０Ａ，２０Ｂの継手板３Ａ，３Ｂ同士が係合される。

上述したように、本第二実施形態による継手構造によっても、第一実施形態の継手構造と同様の作用効果を奏する。そして、第一実施形態で用いる共通形状の第一くさび部材２１及び雌継手６，第二実施形態で用いる第一くさび部材２１、そして雌継手２２はそれぞれ異なるくさび形状を有している。
そのため、第一実施形態による継手構造において、継手板３で１種類のくさび部材（第一くさび部材１２及び雌継手６）を用い、第二実施形態による継手構造において、テーパー形状の継手板３で２種類のくさび部材（第一くさび部材２１、そして雌継手２２）を用い、合計３種類のくさび部材と１種類の雄継手５とによって、セグメントリングを製造可能な継手構造を得られるので、少ない種類で量産可能になり製造コストを低減できる。

なお、上述の各実施形態では、継手構造に関し、同一の雄継手５を用いると共に、Ａ型セグメントについて、雌継手６（第二くさび部材１６）及び第一くさび部材１２を同一形状にし，Ｂ，Ｋ型セグメントに関し、雌継手２２、第一くさび部材２１を異なる形状にした、３種類のくさび部材を用いたが、雌継手６及び第一くさび部材１２を異種形状にして４種類にしてもよい。
また、雌継手６（第二くさび部材１６）及び第一くさび部材１２、雌継手２２、第一くさび部材２１からなる３種類のくさび部材について、平面視略Ｕ字形状に形成したが、この形状に限定されることなく、各くさび部材を例えば軸部８を挟んで２つに分割して嵌合させた単純なテーパー状のくさび部材を用いてもよい。

なお、雄継手５の第一係合部９と接合面をなす継手板３との間に第一くさび部材１２または２１を嵌合させた固定構造に関し、コンクリートＣを打設して固定するようにしたが、接着剤等を塗布して固定してもよく、コンクリートＣで固定しなくてもよい。
上述の実施形態では、セグメントリングにおける各セグメントの嵌合位置に応じてＡ型、Ｂ型、Ｋ型のセグメントにおける継手構造について説明したが、他の適宜形状のセグメントに採用できることはもちろんである。また、上述の実施形態では、１つの継手板または主桁に雄型と雌型の継手を設置したが、一方の板継手板または主桁板に複数の雄型を設け、他方の継手板、主桁板に複数の雌型を設けてもよい。
また、図９は第一実施形態による合成セグメント１の変形例による合成セグメント１′を示すものである。図９において、継手板３の厚み方向に複数組、例えば２組の雄継手５と雌継手６とがそれぞれ設けられている。

また、上述の各実施形態では、合成セグメント１，２０の継手構造について説明したが、本発明は合成セグメント１，２０に限定されることなく、鋼製セグメントやコンクリートセググメント等にも適用できる。また、継手板３における継手構造について説明したが、本実施形態による継手構造は、主桁板２におけるリング間継手の継手構造にも作用できる。

１、１Ａ、１Ｂ、１′、２０，２０Ａ、２０Ｂ 合成セグメント
３、３Ａ，３Ｂ 継手板
５ 雄継手
６、２２ 雌継手
８ 軸部
９ 第一係合部
１０ 第二係合部
１１、１４ 開口部
１２、２１ 第一くさび部材
１４ 高さ調整ボルト
１６ 第二くさび部材
Ｃ コンクリート

Claims (3)

1. 一方の接合面に設けた雄継手を、他方の接合面に設けた雌継手に係合させてなるセグメントの継手構造において、
   前記雄継手は軸部の両端に第一係合部と第二係合部を設けた断面略Ｈ形状とされ、前記第一係合部と前記一方の接合面との間に第一くさび部材を嵌合させて予め固定され、
   前記雌継手は他方の接合面の裏面にくさび部材が固定されてなり、
   前記雄継手の第二係合部と他方の接合面との間に前記雌継手を嵌合させることで連結させるようにしたことを特徴とするセグメントの継手構造。
2. 前記雄継手は鋳物製であり、前記第一係合部と第一くさび部材はセグメントに充填されるコンクリートまたは接着剤で固定されてなる請求項１に記載されたセグメントの継手構造。
3. 一方の接合面に設けた雄継手を、他方の接合面に設けた雌継手に係合させてなるセグメントの継手構造における雄継手の固定方法において、
   互いに接合させた一方の接合面と他方の接合面に、軸部の両端に第一係合部と第二係合部を設けた断面略Ｈ形状の雄継手の前記軸部を貫挿させ、他方の接合面と第二係合部との間に第二くさび部材を係合させて雄継手を位置決めし、
   次に一方の接合面と第一係合部との間に第一くさび部材を係合させて前記雄継手を固定し、
   前記一方の接合面を有するセグメント内にコンクリートを充填することで第一くさび部材と第一係合部を固定するようにしたことを特徴とする雄継手の固定方法。

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