JP6159543B2 - 継手構造および接合方法 - Google Patents

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本発明は、トンネルの型枠同士の継手構造および接合方法に関する。
従来、地山にトンネルを構築する方法として、掘削機で地山を掘進し、坑壁に沿って覆工コンクリートを構築する場所打ちコンクリート工法が知られている。図5は、場所打ちコンクリート工法の概要を示す図である。図5に示すように、場所打ちコンクリート工法では、掘削機103で地山101に坑を掘削する。そして、掘削機103の内部105の後端部付近で内型枠107を組み立て、内型枠107と坑壁109との間の空間に覆工コンクリート111を打設する。
図6は、連結された複数の内型枠107の斜視図である。図6は、連結された内型枠107を切羽側すなわち掘削機103の内部105側から見た図である。図6に示すように、内型枠107は、複数のピース(組立用ピース113、脱型用ピース115、その他のピース)をリング状に組み立ててピース同士を接合したものである。内型枠107は、坑軸方向に所定のリング数が接合される。坑軸方向に前後に隣接する内型枠107同士は、例えば、ピースの継ぎ目が互い違いに配置される千鳥継ぎとなるように設置され、接合される。
場所打ちコンクリート工法において、掘削機103の掘進時には、掘進方向最後尾の内型枠107から脱型用ピース115を矢印Bに示す方向に取り外し、最後尾の内型枠107を解体する。そして、掘削機103を前進させ、解体した内型枠107を掘進方向先頭に盛り替えて使用する。盛り替えの際には、掘進方向先頭で内型枠107の組立用ピース113を除くピースを組み立て、最後に組立用ピース113を矢印Aに示す方向に差し込む。(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。盛り替えた内型枠107と後方の内型枠107とは、継手板を貫通する貫通孔に筒状体を嵌め合わせ、筒状体によりボルト孔を形成し、ボルトおよびナットにより締結する方法(例えば、特許文献3参照)等により接合される。
特開2009−13674号公報 特開2011−246976号公報 特開2009−243142号公報
しかしながら、内型枠107を形成する各ピースは、使用を重ねると、地山変形により受ける外圧により、内型枠107全体やピース毎に、ねじれ等の変形が生じる場合がある。また、盛り替えのための接合・取り外しを繰り返すことによって、ボルト孔が変形する場合もある。これらの変形が生じると、盛り替え時に、接続用のボルト孔同士が合致しなくなることがある。
従来、ボルト孔が合致しない場合には、ボルト孔を拡大する等の方法で誤差を許容していたが、ボルト孔を拡大すると、次回以降の盛り替え時に元の状態に縮小することが困難であった。また、接合部の信頼性が低下するという問題もあった。また、特許文献3に記載の方法は、取り換え可能な筒状体を設置することにより、ボルト孔の変形による不具合を防ぐものであった。しかし、特許文献3の方法では、ボルト孔の位置ずれによるリング間のずれを防止することはできなかった。
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、トンネル構築時に型枠の変形や型枠設置位置のずれが生じ、継手孔同士が合致しない場合に、接合部で誤差を許容・矯正でき、許容誤差の調整が可能である型枠同士の継手構造および接合方法を提供することである。
前述した目的を達成するために、第1の発明は、トンネルの型枠同士の継手構造であって、第1の継手板に設けられた第1の継手孔に設置され、内周面にテーパを有する第1の保護スリーブと、第2の継手板に設けられた第2の継手孔に設置され、内周面にテーパを有する第2の保護スリーブと、前記第1の保護スリーブの内部と前記第2の保護スリーブの内部とが連通して形成される空間に設置され、外周面にテーパを有するテーパスリーブと、前記テーパスリーブを貫通して設置され、前記第1の保護スリーブと前記第2の保護スリーブとを固定する固定手段と、を具備し、前記第1の保護スリーブの軸心と前記第2の保護スリーブの軸心とを一致させるとそれぞれの内周面のテーパが連続し、連続する前記内周面のテーパと前記テーパスリーブの外周面のテーパとが合致する場合において前記第1の保護スリーブは、前記第1の継手孔の径よりも外径の大きい第1の鍔部を有し、前記第2の保護スリーブは、前記第2の継手孔の径よりも外径の大きい第2の鍔部を有し、前記テーパスリーブの長さが、前記第1の継手板の厚さと前記第2の継手板の厚さと前記第1の鍔部の厚さと前記第2の鍔部の厚さとの和よりも短く、前記第1の保護スリーブの軸心と前記第2の保護スリーブの軸心とが一致せず、それぞれの内周面のテーパが連続せず、前記テーパスリーブ5の外周面のテーパが前記第1の保護スリーブのおよび前記第2の保護スリーブの内周面のテーパの一部に密着し、前記テーパスリーブの端部と、前記第1の鍔部の端面との間および、前記テーパスリーブの端部と、前記第2の鍔部の端面との間に、余裕隙間が確保でき、前記第1の継手板と前記第2の継手板の位置ずれが許容されることを特徴とする継手構造である。
第1の発明では、第1の保護スリーブおよび第2の保護スリーブの内部にテーパスリーブを設置し、テーパスリーブを貫通する固定手段で第1の保護スリーブと第2の保護スリーブとを固定することにより、第1の継手孔と第2の継手孔との位置ずれが生じた際に、誤差を矯正しつつ継手板同士を接合できる。
また、テーパスリーブの長さを、前記第1の継手板の厚さと前記第2の継手板の厚さと前記第1の鍔部の厚さと前記第2の鍔部の厚さとの和よりも短くすることにより、第1の継手孔と第2の継手孔との位置ずれが生じた際に、誤差を許容しつつ継手板同士を接合できる。
第2の発明は、トンネルの型枠同士の接合方法であって、内周面にテーパを有する第1の保護スリーブを、第1の継手板に設けられた第1の継手孔に挿入し、内周面にテーパを有する第2の保護スリーブを、第2の継手板に設けられた第2の継手孔に挿入する工程(a)と、外周面にテーパを有するテーパスリーブを、前記第1の保護スリーブの内部と前記第2の保護スリーブの内部とが連通して形成される空間に設置する工程(b)と、前記テーパスリーブを貫通する固定手段を用いて、前記第1の保護スリーブと前記第2の保護スリーブとを固定する工程(c)と、を具備し、前記工程(b)で、テーパスリーブの外径または長さを調整することで前記第1の継手孔と前記第2の継手孔との位置ずれによる許容誤差を調整することを特徴とする接合方法である。
第2の発明では、第1の保護スリーブおよび第2の保護スリーブの内部にテーパスリーブを設置する際に、テーパスリーブの外径または長さを調整することにより、第1の継手孔と第2の継手孔との位置ずれが生じた際に、許容誤差を調整しつつ継手板同士を接合できる。
本発明によれば、トンネル構築時に型枠の変形や型枠設置位置のずれが生じ、継手孔同士が合致しない場合に、接合部で誤差を許容・矯正でき、許容誤差の調整が可能である型枠同士の継手構造および接合方法を提供できる。
継手構造2に用いる治具を示す図 (a)、(b)は継手構造2による接合方法を示す図 位置ずれ45がある場合の継手構造2aを示す図 長さ27の異なるテーパスリーブ5を示す図 場所打ちコンクリート工法の概要を示す図 連結された複数の内型枠107の斜視図
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は、継手構造2に用いる治具を示す図である。継手構造2(図2(b))では、図1に示すように、第1の保護スリーブ1、第2の保護スリーブ3、テーパスリーブ5、ワッシャ7、ワッシャ9、頭付きボルト11、ナット13等が用いられる。
保護スリーブ1は、内周面にテーパ15を有する。保護スリーブ1は、内径33が大きい方の端部に鍔部1aを有する。保護スリーブ3は、内周面にテーパ17を有する。保護スリーブ3は、内径35が小さい方の端部に鍔部3aを有する。
テーパスリーブ5は、外周面にテーパ19を有する。テーパスリーブ5は、外径の異なる複数種(例えば3種)が用意される。3種のテーパスリーブ5のうち、テーパスリーブ5aは、端部31aおよび端部29aでの外径が最大である。テーパスリーブ5bは、端部31bおよび端部29bでの外径がテーパスリーブ5aより小さい。テーパスリーブ5cは、端部31cおよび端部29cでの外径がテーパスリーブ5bより小さい。3種のテーパスリーブ5では、テーパ19a、テーパ19b、テーパ19cの度合いは同じである。テーパスリーブ5の長さ27については後述する。
ワッシャ7、ワッシャ9、頭付きボルト11、ナット13は、固定手段である。ワッシャ7、ワッシャ9、頭付きボルト11、ナット13は、後述する方法で保護スリーブ1と保護スリーブ3とを固定できる仕様のものとする。
図2は、継手構造2による接合方法を示す図である。図2に示す内型枠ピース41−(n+1)、内型枠ピース41−nは、例えば、場所打ちコンクリート工法において覆工コンクリートの打設に用いられる内型枠を形成するピースである。
図2(a)は、内型枠ピース41−(n+1)、内型枠ピース41−nの接合前の状態を示す図である。図2(a)に示すように、内型枠ピース41−(n+1)は、第1の継手板であるリング間継手板37−(n+1)を有する。リング間継手板37−(n+1)には、第1の継手孔39−(n+1)が設けられる。内型枠ピース41−nは、第2の継手板であるリング間継手板37−nを有する。リング間継手板37−nには、第2の継手孔39−nが設けられる。
図2(a)に示すように、内型枠ピース41−(n+1)と内型枠ピース41−nとは、継手孔39−(n+1)と継手孔39−nとが連通するように、リング間継手板37−(n+1)とリング間継手板37−nとが重ねて設置される。
図2(b)は、継手構造2を用いて内型枠ピース41−(n+1)、内型枠ピース41−nを接合した状態を示す図である。内型枠ピース41−(n+1)と内型枠ピース41−nとを接合するには、図2(b)に示すように、保護スリーブ1を継手孔39−(n+1)に挿入する。保護スリーブ1は、内型枠ピース41−(n+1)の内部側から挿入され、鍔部1aが継手孔39−(n+1)の開口の周囲に配置される。また、保護スリーブ3を継手孔39−nに挿入する。保護スリーブ3は、内型枠ピース41−nの内部側から挿入され、鍔部3aが継手孔39−nの開口の周囲に配置される。
図2(a)に示すように、継手孔39−(n+1)と継手孔39−nとが完全に重なる場合、図2(b)に示すように、保護スリーブ1の軸心と保護スリーブ3の軸心とが一致する。そして、保護スリーブ1の内周面のテーパ15と保護スリーブ3の内周面のテーパ17とが、滑らかに連続する。
図2(b)に示すように、継手孔39−(n+1)に保護スリーブ1を設置し、継手孔39−nに保護スリーブ3を設置した後、保護スリーブ1の内部と保護スリーブ3の内部とが連通して形成される空間に、テーパスリーブ5を設置する。テーパスリーブ5の外周面のテーパ19は、保護スリーブ1の内周面のテーパ15および保護スリーブ3の内周面のテーパ17に合致する。
テーパスリーブ5の長さ27(図1)は、図2(b)に示すリング間継手板37−(n+1)の厚さ23とリング間継手板37−nの厚さ25と保護スリーブ1の鍔部1aの厚さ24と保護スリーブ3の鍔部3aの厚さ26との和よりも短いものとする。そのため、図2(b)に示すように、テーパスリーブ5の端部31と鍔部1aの端面47との間およびテーパスリーブ5の端部29と鍔部3aの端面49との間には、余裕隙間43が確保できる。
テーパスリーブ5を設置した後、保護スリーブ1側からワッシャ7を介してテーパスリーブ5のボルト穴21に頭付きボルト11を挿入する。そして、頭付きボルト11の保護スリーブ3側の端部51に、ワッシャ9を介してナット13を螺合する。これにより、保護スリーブ1と保護スリーブ3とが固定され、継手構造2が完成する。余裕隙間43を確保することで、鍔部1aの端面47と鍔部3aの端面49とに、頭付きボルト11およびナット13を容易に締め付けることができる。
図2では、継手孔39−(n+1)と継手孔39−nとが完全に重なっている例を示したが、本実施の形態の継手構造は、継手孔39−(n+1)と継手孔39−nとに多少の位置ずれがある場合にも適用可能である。図3は、位置ずれ45がある場合の継手構造2aを示す図である。図3に示す例では、継手孔39−(n+1)と継手孔39−nに位置ずれ45がある。
図3に示すように、継手構造2aを用いてリング間継手板37−(n+1)とリング間継手板37−nとを接合するには、継手構造2を用いた接合方法と同様に、保護スリーブ1をリング間継手板37−(n+1)に設けられた継手孔39−(n+1)に挿入する。また、保護スリーブ3をリング間継手板37−nに設けられた継手孔39−nに挿入する。
図3に示す例では、保護スリーブ1の軸心と保護スリーブ3の軸心とは一致しない。そして、保護スリーブ1の内周面のテーパ15と保護スリーブ3の内周面のテーパ17とは、連続しない。
図3に示す例では、継手孔39−(n+1)に保護スリーブ1を設置し、継手孔39−nに保護スリーブ3を設置した後、保護スリーブ1の内部と保護スリーブ3の内部とが連通して形成される空間に、テーパスリーブ5を設置する。このとき、位置ずれ45によって生じる誤差の許容値に応じて、図1に示す3種のテーパスリーブ5a、テーパスリーブ5b、テーパスリーブ5cから、空間への設置に最適なテーパスリーブ5を選ぶ。
その後、保護スリーブ1側からワッシャ7を介してテーパスリーブ5のボルト穴21に頭付きボルト11を挿入する。そして、頭付きボルト11の保護スリーブ3側の端部51に、ワッシャ9を介してナット13を螺合する。これにより、保護スリーブ1と保護スリーブ3とが固定され、継手構造2aが完成する。
継手構造2aでは、継手孔39−(n+1)と継手孔39−nとの位置ずれ45による誤差の一部が、頭付きボルト11へのナット13の締結に伴って、テーパスリーブ5の外周面のテーパ19が保護スリーブ1の内周面のテーパ15および保護スリーブ3の内周面のテーパ17の一部に密着されることにより、矯正される。残りの誤差は、空間への設置に最適なテーパスリーブ5を選ぶことによって確保される余裕隙間43により、許容される。
このように、本実施の形態では、保護スリーブ1および保護スリーブ3の内部にテーパスリーブ5を設置し、テーパスリーブ5を貫通する頭付きボルト11、ナット13等で保護スリーブ1と保護スリーブ3とを固定する。テーパスリーブ5の長さ27は、図2(b)に示すリング間継手板37−(n+1)の厚さ23とリング間継手板37−nの厚さ25と保護スリーブ1の鍔部1aの厚さ24と保護スリーブ3の鍔部3aの厚さ26との和よりも短いものとする。これにより、リング間継手孔39−(n+1)とリング間継手孔39−nとの位置ずれ45が生じた際にも、誤差を適切に矯正・許容しつつリング間継手板37−(n+1)とリング間継手板37−nとを接合できる。
本実施の形態では、外径が異なる複数のテーパスリーブ5a、5b、5cを用意し、保護スリーブ1および保護スリーブ3の内部にテーパスリーブ5を設置する際に、テーパスリーブ5の外径を調整する。これにより、リング間継手孔39−(n+1)とリング間継手孔39−nとの位置ずれ45が生じた際に、許容誤差に応じたテーパスリーブ5を用いてリング間継手板37−(n+1)とリング間継手板37−nとを接合できる。
本実施の形態では、テーパスリーブ5の外径を調整することにより、継手孔の位置ずれによる許容誤差を調整したが、テーパスリーブ5の長さを調整することにより許容誤差を調整する場合もある。
図4は、長さ27の異なる3種のテーパスリーブ5を示す図である。3種のテーパスリーブ5dの長さ27d、テーパスリーブ5eの長さ27e、テーパスリーブ5fの長さ27fは、いずれも、図2(b)に示すリング間継手板37−(n+1)の厚さ23と保護スリーブ1の鍔部1aの厚さ24とリング間継手板37−nの厚さ25と保護スリーブ3の鍔部3aの厚さ26との和よりも短いものとする。また、テーパスリーブ5d、テーパスリーブ5e、テーパスリーブ5fの外周面にそれぞれ設けられたテーパ19d、テーパ19e、テーパ19fは、保護スリーブ1の内周面のテーパ15および保護スリーブ3の内周面のテーパ17に合致する。
図3に示す例において、保護スリーブ1の内部と保護スリーブ3の内部とが連通して形成される空間にテーパスリーブ5を設置する際、位置ずれ45によって生じる誤差の許容値に応じて、図4に示す3種のテーパスリーブ5d、テーパスリーブ5e、テーパスリーブ5fから、空間への設置に最適なテーパスリーブ5を選んでもよい。テーパスリーブ5の長さ27を調整することによって、リング間継手孔39−(n+1)とリング間継手孔39−nとの位置ずれ45が生じた際にも、誤差を適切に矯正・許容しつつリング間継手板37−(n+1)とリング間継手板37−nとを接合できる。
本実施の形態の継手構造、接合方法では、例えば、地山の変形が大きい箇所や、内型枠を用いて打設する覆工コンクリートの仕上がり精度が低くてもよい箇所では、外径の小さいテーパスリーブ5cや、長さ27が短いテーパスリーブ5fを選択することで、許容誤差を大きくできる。また、地山の変形が小さい箇所や、内型枠を用いて打設する覆工コンクリートの仕上がり精度が高くなければならない箇所では、外径の大きいテーパスリーブ5aや、長さ27が長いテーパスリーブ5dを選択することで、許容誤差を小さくできる。
本実施の形態の継手構造、接合方法では、テーパスリーブ5のテーパ19が、保護スリーブ1の内周面のテーパ15および保護スリーブ3の内周面のテーパ17に合致する。これにより、継手孔同士に位置ずれが生じた場合にも、保護スリーブ1および保護スリーブ3とテーパスリーブ5とを点ではなく面で接触させることができ、頭付きボルト11およびナット13による締め付けが容易となる。
なお、本実施の形態では、継手構造を内型枠のリング間継手孔に適用したが、他の箇所にも適用できる。また、許容誤差を調整するために用意するテーパスリーブは、3種に限らない。
また、本実施形態では、テーパスリーブ5の長さが、リング間継手板37−(n+1)の厚さ23と保護スリーブ1の鍔部1aの厚さ24とリング間継手板37−nの厚さ25と保護スリーブ3の鍔部3aの厚さ26との和(接続部総厚)よりも短いものとしたが、等しくてもよい。その場合、各リング間継手板37の継手孔39の軸心は一致するので好適である。ただし、接続部総厚よりもテーパスリーブ5の長さのほうが長い場合は頭付きボルト11とナット13による締め付けの障害となる。
また、保護スリーブ1、3の鍔部1a、3aを除いた部分の長さ、つまり、保護スリーブ1、3のうちリング間継手板37の継手孔39に挿入される部分の長さは、それぞれ、リング間継手板37の厚さと等しいか、または、若干短いことが好ましい。長い場合はリング間継手板37−(n+1)とリング間継手板37−nを接合する際に障害となる。
本実施形態では、継手孔39に保護スリーブ1、3を取付け、テーパスリーブ5を保護スリーブ1、3の中に導入して誤差を矯正した後に、ボルト穴21に頭付きボルト11を挿入してナット13を螺合して締め付け接合したが、誤差がある状態であってテーパスリーブ5が保護スリーブの中に完全に収まらない状態であっても、ボルト穴21に頭付きボルト11を挿入して、ナット13を螺合して締め付ける過程でテーパスリーブ5を保護スリーブ1、3の中に導入して誤差を矯正することも可能である。
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
1、3………保護スリーブ
2、2a………継手構造
5、5a、5b、5c、5d、5e、5f………テーパスリーブ
11………頭付きボルト
13………ナット
15、17、19、19a、19b、19c、19d、19e、19f………テーパ
21、21a、21b、21c………ボルト穴
23、24、25、26………厚さ
27、27d、27e、27f………長さ
29、31………端部
33、35………内径
37−(n+1)、37−n………リング間継手板
39−(n+1)、39−n………継手孔
41−(n+1)、41−n………内型枠ピース
43………余裕隙間
45………位置ずれ
47、49………端面

Claims (2)

  1. トンネルの型枠同士の継手構造であって、
    第1の継手板に設けられた第1の継手孔に設置され、内周面にテーパを有する第1の保護スリーブと、
    第2の継手板に設けられた第2の継手孔に設置され、内周面にテーパを有する第2の保護スリーブと、
    前記第1の保護スリーブの内部と前記第2の保護スリーブの内部とが連通して形成される空間に設置され、外周面にテーパを有するテーパスリーブと、
    前記テーパスリーブを貫通して設置され、前記第1の保護スリーブと前記第2の保護スリーブとを固定する固定手段と、
    を具備し、
    前記第1の保護スリーブの軸心と前記第2の保護スリーブの軸心とを一致させるとそれぞれの内周面のテーパが連続し、連続する前記内周面のテーパと前記テーパスリーブの外周面のテーパとが合致する場合において
    前記第1の保護スリーブは、前記第1の継手孔の径よりも外径の大きい第1の鍔部を有し、
    前記第2の保護スリーブは、前記第2の継手孔の径よりも外径の大きい第2の鍔部を有し、
    前記テーパスリーブの長さが、前記第1の継手板の厚さと前記第2の継手板の厚さと前記第1の鍔部の厚さと前記第2の鍔部の厚さとの和よりも短く、
    前記第1の保護スリーブの軸心と前記第2の保護スリーブの軸心とが一致せず、それぞれの内周面のテーパが連続せず、前記テーパスリーブ5の外周面のテーパが前記第1の保護スリーブのおよび前記第2の保護スリーブの内周面のテーパの一部に密着し、前記テーパスリーブの端部と、前記第1の鍔部の端面との間および、前記テーパスリーブの端部と、前記第2の鍔部の端面との間に、余裕隙間が確保でき、前記第1の継手板と前記第2の継手板の位置ずれが許容されることを特徴とする継手構造。
  2. トンネルの型枠同士の接合方法であって、
    内周面にテーパを有する第1の保護スリーブを、第1の継手板に設けられた第1の継手孔に挿入し、内周面にテーパを有する第2の保護スリーブを、第2の継手板に設けられた第2の継手孔に挿入する工程(a)と、
    外周面にテーパを有するテーパスリーブを、前記第1の保護スリーブの内部と前記第2の保護スリーブの内部とが連通して形成される空間に設置する工程(b)と、
    前記テーパスリーブを貫通する固定手段を用いて、前記第1の保護スリーブと前記第2の保護スリーブとを固定する工程(c)と、
    を具備し、
    前記工程(b)で、テーパスリーブの外径または長さを調整することで前記第1の継手孔と前記第2の継手孔との位置ずれによる許容誤差を調整することを特徴とする接合方法。
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