JP5801567B2 - ブロック継手およびセグメント - Google Patents

Description

本発明は各種のセグメント同士を接合するためのブロック継手、特にたとえばトンネル覆工用のコンクリート製のセグメント同士を接合するための継手として好適なブロック継手およびそれにより接合されるセグメントに関する。

周知のように、シールド工法においてはシールド機のテール部でエレクタを使用してセグメントの組立工程を行い、組み立てたセグメントから反力をとってシールドジャッキでシールド機を前進させることを基本とする。

従来一般のセグメント組立工程は、組み立てるべきセグメントをエレクタで所定の位置にセットしてから既組セグメントに対してボルト締結することで行っていたが、近年、ボルト締結によることなくより簡易に接合可能な各種の継手も実用化され、たとえば特許文献１にはコンクリートセグメントに適用するものとして、ボルトボックスを省略してセグメント内面を平滑としたいわゆる内面平滑型と称されるセグメントに適用するための継手が提案されている。

これは、連結すべき両セグメントの連結面にトンネル軸方向に延びる嵌合用連通孔を有する断面略ナックル形状の連結用継手金具を備えておき、それら連結金具同士を嵌合させることでセグメント同士を接合するものであり、連結金具として鋼矢板の継手部を利用することも可能なものである。

特開平９−２２１９９２号公報

しかし、上記の継手はその加工と製作にかなりのコストを要するばかりでなく、接合部に十分な遊びを確保する必要があって必然的に接合部にかなりのがたつきが生じてしまうことが不可避である。
そのため、この種の継手をさらに改良してセグメントを同士をがたつきなく確実堅固に接合し得る継手の開発が望まれているのが実情である。
なお、以上のことはトンネル覆工用のコンクリートセグメント同士を接合する場合に限らず、各種のブロックフレーム同士をワンタッチで接合する構造の継手全般において共通している解決課題でもある。

上記事情に鑑み、本発明は各種のセグメント同士を接合するための有効適切なブロック継手およびそれにより接合される有効適切なセグメントを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、コンクリート製の一対のセグメントの双方の接合端面に設けられ前記一対のセグメントの接合端面同士をトンネル軸方向の一方向に摺動させて嵌合接合する嵌合部を有するブロック継手であって、前記ブロック継手は、前記接合端面に形成される溝内に突出する嵌合部と、セグメントに定着される定着部と、からなり、前記嵌合部はセグメントの摺動方向に延在設置されるとともに摺動方向では同一断面をなし、前記嵌合部が延在する方向の嵌合部軸は、前記トンネル軸方向で一方のセグメントを他方のセグメントに対して近づく方向に摺動させるに従い、前記一方のセグメントが前記他方のセグメントにトンネル周方向に近づくように傾斜させて配置され、前記嵌合部の傾斜角は、互いに接合される双方の嵌合部のそれぞれの軸線がほぼ平行となり、前記嵌合部同士の嵌合当初において双方の嵌合部の間に遊びが生じており、前記嵌合部は直線形鋼矢板の嵌合部であり、前記定着部は直線形鋼矢板の板部であり、前記板部は、前記嵌合部との接続部まで前記セグメントのコンクリートに埋設され、前記嵌合部は、断面Ｃ形状をなし、当該嵌合部のうちＣ状外周面の一部分が前記セグメントの前記接合端面のコンクリートに埋設され、埋設されていない他の部分の一部分が前記溝内に位置し、一対のセグメントの嵌合部同士を嵌合させた状態で、前記一対のセグメント同士が接合されていることを特徴とする。

請求項２記載の発明のセグメントは、請求項１記載のブロック継手が組み込まれて、該ブロック継手により接合されることを特徴とするものである。

本発明によれば、嵌合部を摺動方向に延在設置するとともにその嵌合部を摺動方向では同一断面とし、かつ嵌合部の軸線方向を傾斜させておくことにより、双方の嵌合部同士を密着させた状態で嵌合させ得て双方のセグメント同士をがたつくことなく堅固に接合可能である。
また、ブロック継手の素材としては長さ方向に同一断面形状の部材でＣ形断面の形鋼の安価な市販品を採用可能であり、それらの部材を適宜組み合わせて必要強度に応じて任意の形状・寸法に切断し加工することのみで所望形状、所望強度のブロック継手を容易に製作することが可能であり、しかもそのブロック継手をセグメントに対して取り付ける際には嵌合部を単に傾斜させれば良いから、従来の継手に比較してその製作コストや加工コストを大幅に軽減することができる。

本発明のブロック継手をセグメントに適用した場合の第１実施形態を示すもので、本第１実施形態のブロック継手を備えたセグメントを示す図である。 同、接合手順を示す図である。 同、接合手順を示す図である。 同、接合状態を示す図である。 本発明のブロック継手をセグメントに適用した場合の第２実施形態を示すもので、本第２実施形態のブロック継手を備えたセグメント同士の接合手順を示す図である。 同、接合手順を示す図である。 同、接合状態を示す図である。 同、変形例を示す図である。

本発明の第１実施形態を図１〜図４を参照して説明する。
本第１実施形態はトンネル覆工用のコンクリート製のセグメント同士を接合する場合の適用例であって、図１は接合対象のセグメント１に本実施形態のブロック継手２を取り付けた状態を示し、図２〜図４はそのセグメント１（１Ａ、１Ｂ）同士を接合するための手順を示す図である。

本実施形態では、セグメント１の接合端面１ａにそれぞれブロック継手２を予め設けておき（図示例は各接合端面１ａに二対のブロック継手２を設けている）、接合するべき双方のセグメントの接合端面１ａ同士を突き合わせて一方向（セグメント１の長さ方向。つまり施工するべきトンネルの軸方向。以下では摺動方向あるいは前後方向という場合がある）に摺動させることによって双方のブロック継手２同士をワンタッチで嵌合接合することにより、双方のセグメント１同士をそれらブロック継手２を介して接合することを基本とするものである。

すなわち、本実施形態のブロック継手２は特許文献１に示されているようないわゆる内面平滑型と称されるセグメント１に適用されるものであって、そのセグメント１に対して定着されている定着部３と、セグメント１の接合端面１ａに形成されている溝５内に突出して設けられている嵌合部４とから構成されている。

嵌合部４は、上記の摺動方向に沿う方向に延在設置されるとともにその摺動方向では同一断面形状をなしており、かつその嵌合部４が延在する方向（つまり嵌合部４の軸線方向）は、セグメント１を他のセグメント１に対して摺動させる方向に向かうにつれて他のセグメント１側に近づくように傾斜させて配置されている。
すなわち、上記の嵌合部４の傾斜角は、互いに接合される双方の嵌合部４のそれぞれの軸線がほぼ平行となっており、かつ、それら嵌合部４同士を嵌合させていくに伴って双方の嵌合部４同士が互いに引き寄せ合っていき、嵌合部４同士が最終的に嵌合した状態では双方の嵌合部４同士が自ずと密着してがたつきなく嵌合するように設定されている。
その傾斜角はブロック継手２の長さや嵌合部４の遊び代、ブロック継手２全体の伸び代を考慮して最適に設定すれば良いが、たとえば図示例のように上記の摺動方向に対して1/20程度の勾配としているが、1/4〜1/100程度の勾配が考えられる。

なお、図示例のブロック継手２は汎用の直線形鋼矢板を利用して形成されていて、このブロック継手２の嵌合部４は直線形鋼矢板の一方の嵌合部を利用したものであり、定着部３は直線形鋼矢板の板部とされている。
この場合、定着部３としての板部は、その端部が、一方の嵌合部と同形状の他方の嵌合部となっているので、この他方の嵌合部がアンカーとなり、そのままセグメント１に対して定着されてこのブロック継手２の全体がセグメント１に対して確実堅固に固定されるから、従来一般のこの種のブロック継手のようにセグメントに対してアンカーするための格別のアンカー筋等の定着手段は省略することも可能であり、したがって汎用の安価な鋼矢板を利用できることと相俟って継手としての製作コストを大幅に軽減することが可能である。
勿論、この直線形鋼矢板の他方の嵌合部を含めて板部の中間部で切断し、この切断された板部端部付近に定着機構のアンカー筋を固着するようにしても良い。このようにすると、板部と他方の嵌合部からなる切断部分も本発明の継手として利用できる。

上記のブロック継手２によりセグメント１同士を接合するには、図２に示すように接合するべき双方のセグメント１（１Ａ、１Ｂ）同士を前後方向（トンネルの軸方向）に若干ずらした状態で双方の接合端面１ａ同士を対向させる。
この場合、双方のセグメント１（１Ａ，１Ｂ）に予め取り付けておくブロック継手２（２Ａ、２Ｂ）は同一形状・同一寸法としておくが、互いに嵌合可能な状態でそれらの向きのみを逆にして取り付けておく。具体的には、図示例のように一方のセグメント１Ａの接合端面１ａに取り付けているブロック継手２Ａの向きを上向き（図２（ｂ）ではその向きで取り付けたブロック継手２の嵌合部４に斜線を付してある）とした場合、他方のセグメント１Ｂに取り付けておくブロック継手２Ｂの嵌合部４の向きを逆に下向きとしておく。

そして、図３に示すように双方のセグメント１Ａ、１Ｂ同士を接近させて双方の接合端面１ａ同士を突き合わせると同時に、双方のブロック継手２Ａ、２Ｂの嵌合部４をそれぞれ他方のセグメント１Ｂ、１Ａの接合端面１ａに形成されている溝５内にそれぞれ挿入する。

その状態から、図４に示すように双方の接合端面１ａ同士を前後方向（上記の摺動方向。つまりトンネル軸方向）に摺動させれば、双方の嵌合部４同士が自ずと嵌合されて双方のセグメント１Ａ、１Ｂ同士がブロック継手２Ａ、２Ｂを介してトンネル周方向に接合される。
この際、上記のようにブロック継手２Ａ，２Ｂの双方の嵌合部４のそれぞれの軸線はほぼ平行となっており、かつその軸線方向が当該セグメント１Ａを他のセグメント１Ｂに対して摺動させる方向に向かうにつれて他のセグメント１Ｂ側に近づくように傾斜していることから、嵌合当初は双方の嵌合部４の間に遊びが生じており、したがって仮に若干の寸法誤差があっても双方の嵌合部４同士を支障なく嵌合させることができる。
そして、嵌合部４同士が最終的に嵌合した状態では双方の嵌合部４同士が自ずと密着してがたつくことなく堅固に接合される。

以下、同様にして１リング分のセグメント１をトンネル周方向に順次接合していき、最後にキーセグメントを接合すれば１リング分のセグメント１の接合作業の完了となる。
なお、１リング分のセグメント１を構成するためのピース数は、施工するべきトンネルの規模その他の条件に応じて任意に設定すれば良いが、たとえばキーセグメントを含めて全６ピースにより構成することが考えられる。
勿論、従来一般のセグメントの場合と同様に、各セグメント１に予め取り付けておくブロック継手２の位置やその向き、溝５の位置や長さ等の仕様は、各ピースの寸法・形状や組み立て順序を考慮してそれらを支障なく順次接合し得るように予め設定しておくべきことは当然である。

以上のように、本実施形態のブロック継手２は、従来一般のボルト締結により接合する形式の継手のようにセグメント表面にボルトボックス等の継手装置を必要としないため、セグメント内面が平滑となるし、ボルトボックスを穴埋めする等の手間を軽減できる利点がある。

また、ブロック継手２の素材としては長さ方向に同一断面形状のものでＣ形断面の形鋼の安価な市販品を適宜組み合わせて採用可能であり、それらの部材を必要強度に応じて任意の形状・寸法に切断し加工することのみで所望形状、所望強度のブロック継手２を容易に製作することが可能であるから、従来一般の内面平滑型のセグメントに適用する継手に比較してその製作コストや加工コストを大幅に軽減することができ、ひいてはセグメント自体の大幅なコストダウンが可能である。

しかも、ブロック継手２における嵌合部４の軸線方向を単に若干傾斜させた状態でほぼ平行にしておくことのみで、双方の嵌合部４同士を密着させてがたつくことなく堅固に接合可能である。
この点に関し、従来の継手でがたつきをなくすためには個々の継手を高精度にテーパー加工する必要があり、そのためにコスト高とならざるを得ないのであったが、本発明のブロック継手２は上記のような汎用の安価な部材を利用してそれをセグメント１に対して単に傾斜状態で設置するだけで同様の効果を得ることができるから、極めて合理的である。

以上で本発明の第１実施形態を説明したが、次に図５〜図８を参照して第２実施形態を説明する。本第２実施形態のブロック継手２（２Ａ，２Ｂ）は平鋼板を素材として折り曲げ加工により形成したものである。

すなわち、本第２実施形態では、図５に示すように、接合するべき一方のセグメント１Ａにおけるブロック継手２Ａは、２枚重ねとした平鋼板の基端部を定着部３としてセグメント１Ａに定着するとともに、先端部を略Ｃ状に折り曲げ加工して嵌合部４とし、その嵌合部４をセグメント１Ａの接合端面１ａに形成した溝５内に露出させた状態で取り付けている。

一方、他方のセグメント１Ｂにおけるブロック継手２Ｂは、同じく２枚の平鋼板を２枚重ねとしてその基端部を定着部３としてセグメント２Ｂに定着するとともに、先端部を略Ｔ状に折り曲げ加工して嵌合部４とし、その嵌合部４をセグメント１Ｂの接合端面１ａに突出させた状態で取り付けている。

そして、第１実施形態の場合と同様に、図６に示すように双方のセグメント１Ａ，１Ｂ同士を前後にずらした状態で双方の接合端面１ａ同士を突き合わせると同時に、一方のセグメント１Ａの接合端面１ａに形成されている溝５内に他方のセグメント１Ｂのブロック継手２Ｂの嵌合部４を挿入し、その状態から、図７に示すように双方の接合端面１ａ同士を前後方向（つまりトンネル軸方向）に摺動させれば、ブロック継手２ＡにおけるＣ状断面の嵌合部４内にブロック継手２ＢのＴ状の嵌合部４が挿入されてそれらが自ずと嵌合され、双方のセグメント１Ａ，１Ｂ同士がブロック継手２Ａ，２Ｂを介してトンネル周方向に接合される。

本第２実施形態においても、第１実施形態の場合と同様に双方のブロック継手２Ａ，２Ｂを安価に加工、製作できることはもとより、双方のブロック継手２Ａ，２Ｂにおける嵌合部４が長さ方向に同一断面形状とされ、かつそれらの軸線方向を接合時の摺動方向に対して若干傾斜させていることから、若干の寸法誤差があっても双方の嵌合部４同士を支障なく嵌合させることができるし、最終的には双方の嵌合部４同士を自ずと密着させてがたつきが生じることなく堅固に接合することができる。

加えて、本第２実施形態では、上記のブロック継手２Ａ，２Ｂにより接合する双方のセグメント１Ａ，１Ｂに対して周方向の引張力（緊結力）を付与可能とされている。
すなわち、ブロック継手２Ｂには定着部３と嵌合部４との間が２段のアコ−ディオイン形状ないし蛇腹形状に折り曲げ加工された折り曲げ部６が形成されていて、そこではブロック継手２Ｂが長さ方向に弾性的に伸縮するように若干の変形が許容されるようになっている。

そして、ブロック継手２Ａ，２Ｂ全体の形状・寸法は、双方のセグメント１Ａ，１Ｂ同士を接合した際には折り曲げ部６が若干引き延ばされた状態で双方のブロック継手２Ａ，２Ｂ同士が嵌合するように製作誤差も含めて予め設定されており、これにより双方のセグメント１Ａ，１Ｂが接合された状態では折り曲げ部６が弾性的に伸張するように付勢され、その弾性付勢力によって双方のセグメント１Ａ，１Ｂ同士が互いに引き寄せられるような引張力（緊結力）が付与されるようになっている。

したがって本実施形態のブロック継手２Ａ，２Ｂを介して接合される双方のセグメント１Ａ，１Ｂには自ずと十分な緊結力が作用して接合後にもその緊結力がそのまま保持されるから、双方のセグメント１Ａ，１Ｂ同士を確実堅固に接合することが可能である。
従来においてそのような緊結力を付与するためには、継手部に格別の緊結手段を設けておくしかなく、そのために継手としての構成が過度に複雑化し、必然的にコスト高とならざるを得ないが、本第２実施形態ではブロック継手２の素材としての平鋼板を単に折り曲げ加工することのみで、格別の緊結手段を必要とすることなく、したがって継手としての構成の複雑化やコスト上昇を招くことなく、同様の効果が得られるから、極めて合理的である。

なお、折り曲げ部６の形状や、少なくとも折り曲げ部６を形成する位置におけるその素材としての平鋼板の弾性特性やその板厚は、折り曲げ部６に所望の緊張力を付与し得る程度の弾性変形が生じるように任意に設定すれば良い。
また、図示例では折り曲げ部６をブロック継手２Ｂに対して設けたが、折り曲げ部６を他方のブロック継手２Ａに対して設けても良いし、ブロック継手２Ａ，２Ｂの双方に設けることでも良い。
さらに、上記では折り曲げ部６をセグメント１の接合端面１ａから突出させて設け、他方のセグメント１にはその折り曲げ部６を挿入可能な溝５を設けたが、図８に示すように、折り曲げ部６をセグメント１に埋設して溝５は嵌合部４のみが挿入される程度に浅くしても良い。この場合、折り曲げ部６の変形がセグメント１によって拘束されないように、少なくとも折り曲げ部６の周囲には適宜の緩衝材７を装着してセグメント１に対して構造的に絶縁しておけば良い。

以上で本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものでは勿論なく、ブロック継手の具体的な形状や寸法は本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、すなわちブロック継手における嵌合部の断面形状を摺動方向で同一断面とし、かつ双方の嵌合部同士を嵌合させた状態で双方の嵌合部同士が自ずと密着するように双方の嵌合部の軸線方向を摺動方向に対して傾斜させておく構成とする限りにおいて、その他の構成は任意に変更可能であることは当然である。
また、本発明のブロック継手は上記実施形態のようにトンネル覆工用のセグメント同士を接合するためのものとして好適であるが、本発明はそれに限定されるものではなく、セグメント以外の様々なセグメント同士を接合するための継手としても広く適用可能であることは言うまでもない。

１（１Ａ，１Ｂ） セグメント １ａ 接合端面 ２（２Ａ，２Ｂ） ブロック継手 ３ 定着部 ４ 嵌合部 ５ 溝 ６ 折り曲げ部 ７ 絶縁材

Claims (2)

1. コンクリート製の一対のセグメントの双方の接合端面に設けられ前記一対のセグメントの接合端面同士をトンネル軸方向の一方向に摺動させて嵌合接合する嵌合部を有するブロック継手であって、
   前記ブロック継手は、前記接合端面に形成される溝内に突出する嵌合部と、セグメントに定着される定着部と、からなり、
   前記嵌合部はセグメントの摺動方向に延在設置されるとともに摺動方向では同一断面をなし、
   前記嵌合部が延在する方向の嵌合部軸は、前記トンネル軸方向で一方のセグメントを他方のセグメントに対して近づく方向に摺動させるに従い、前記一方のセグメントが前記他方のセグメントにトンネル周方向に近づくように傾斜させて配置され、
   前記嵌合部の傾斜角は、互いに接合される双方の嵌合部のそれぞれの軸線がほぼ平行となり、
   前記嵌合部同士の嵌合当初において双方の嵌合部の間に遊びが生じており、
   前記嵌合部は直線形鋼矢板の嵌合部であり、前記定着部は直線形鋼矢板の板部であり、
   前記板部は、前記嵌合部との接続部まで前記セグメントのコンクリートに埋設され、
   前記嵌合部は、断面Ｃ形状をなし、当該嵌合部のうちＣ状外周面の一部分が前記セグメントの前記接合端面のコンクリートに埋設され、埋設されていない他の部分の一部分が前記溝内に位置し、
   一対のセグメントの嵌合部同士を嵌合させた状態で、前記一対のセグメント同士が接合されていることを特徴とするブロック継手。
2. 請求項１記載のブロック継手が組み込まれて、該ブロック継手により接合されることを特徴とするセグメント。

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