JP6172599B2 - セグメントの継手構造 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの内部覆工に用いられるセグメント間を接合するためのセグメントの継手構造に関する。

シールド工法よるトンネル構築においては、シールド掘削機の後方側で掘削孔の内周面に沿って円弧版状のセグメントを周方向に連結してセグメントリングを組み立て、このセグメントリングをシールド掘削機の進行に合わせて順次トンネル軸方向に連設することによりトンネル内に覆工がなされている。

従来、各セグメントのセグメント周方向接合部間を接合するセグメント継手は、ボルトにより接合する構造が一般的であったが、その他の接合構造として例えばコーンコネクタを用いた継手構造やコッター形式の継手構造が知られている（例えば、特許文献１）。

このようなコーンコネクタを用いた継手構造やコッター形式の継手構造では、一方のセグメントのセグメント周方向接合部端面より突出させた雄側継手部材と、他方の接合部端面に開口した凹部内に配置された雌側継手部材とを備え、雄側継手部材を凹部内に挿入し、セグメントをセグメント軸方向に相対的にスライド移動させることにより、雄雌側両継手部材を互いに係合させて両セグメント間を接合させるようになっている。

雄型継手部材は、セグメント軸方向に縮径側を向けた円錐台形状の雄側嵌合部と、一端側に雄側嵌合部を支持し、他端側がセグメントに固定された支持部とを備え、雌型継手部材は、セグメント軸方向に向けて内径が順次縮径する円錐台形状の嵌合孔を有する雌側嵌合部を備え、セグメントのスライド移動に伴って、雄側嵌合部が嵌合孔に挿入され、雄側嵌合部が雌側嵌合部に楔状に嵌合されることにより両継手部材が係合され、それにより両セグメントが接合されるようになっている。

特開２００４−３２４１０４号公報

しかしながら、上述の如き従来の技術では、雌雄両継手部材が互いに楔状に嵌合する構造であるので、嵌合が進むにつれて雌雄の嵌合部が互いに受ける反力が増大し、その分、セグメント組立てが困難となるものであり、雌雄両継手部材の嵌合強度が高いほど作業効率が悪いという問題があり、一方、雌雄両継手部材の嵌合強度が小さ過ぎるとセグメント間の接合強度が不足する虞があった。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、セグメント間の高い接合強度を確保しつつ、セグメントの組立てを容易にし、作業効率に優れたセグメントの継手構造の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、セグメントの接合作業に伴って相対移動し、互いに被締結面が対向するように配置される雌雄の被締結体を各々有する雌雄の継手部材を備え、前記被締結面間に楔状の締結部材が圧入されることにより前記雌雄両被締結体が締結され、該両被締結体の締結により前記セグメントが接合されるようにしてなるセグメントの継手構造において、前記雌被締結体の被締結面部に摺動可能に前記締結部材を備えるとともに、前記雌側継手部材に前記締結部材の圧入方向後端側に配置された後端板と、該後端板の前面側に固定された支軸部材と、端部を前記締結部材の後側に配置させた状態で前記支軸部材に離脱可能に固定された押し込み部材とを備え、該押し込み部材は、前記相対移動に連動して前記雄被締結体に押圧されて前記支軸部材を支点に回動又は変形し、前記端部で前記締結部材を圧入方向に押圧するようにしたセグメントの継手構造にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記押し込み部材に前記締結部材が離脱可能に固定されてなることにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、前記雄被締結体の前端部に前記押し込み部材に当接する操作凸部を前記支軸部材より間隔を隔てた位置に備えてなることにある。

本発明に係るセグメントの継手構造は、上述したように、セグメントの接合作業に伴って相対移動し、互いに被締結面が対向するように配置される雌雄の被締結体を各々有する雌雄の継手部材を備え、前記被締結面間に楔状の締結部材が圧入されることにより前記雌雄両被締結体が締結され、該両被締結体の締結により前記セグメントが接合されるようにしてなるセグメントの継手構造において、前記雌被締結体の被締結面部に摺動可能に前記締結部材を備えるとともに、前記雌側継手部材に前記締結部材の圧入方向後端側に配置された後端板と、該後端板の前面側に固定された支軸部材と、端部を前記締結部材の後側に配置させた状態で前記支軸部材に離脱可能に固定された押し込み部材とを備え、該押し込み部材は、前記相対移動に連動して前記雄被締結体に押圧されて前記支軸部材を支点に回動又は変形し、前記端部で前記締結部材を圧入方向に押圧するようにしたことにより、相対移動時に締結部材を介して両被締結体間に作用する反力を抑えて雌雄両継底部材の連結作業を円滑に行うことができ、接合後は高い接合強度を維持することができる。

また、本発明において、前記押し込み部材に前記締結部材が離脱可能に固定されてなることにより、押し込み部材に押圧されるまで締結部材を圧入方向後端側に維持し、相対移動時の締結部材を介して両被締結体間に作用する反力を抑えることができる。

更に、本発明において、前記雄被締結体の前端部に前記押し込み部材に当接する当接部を前記支軸部材より間隔を隔てた位置に備えてなることにより、押し込み部材を好適に回動させることができる。

本発明に係るセグメントの継手構造を使用したセグメントの一例を示す平面図である。 （ａ）は図１中の本発明に係るセグメントの継手構造部分を示す縦断面図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。 （ａ）は図２中の雄側継手部材部分を示す横断面図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ線断面図である。 （ａ）は図２中の雌側継手部材部分を示す縦断面図、（ｂ）は同正面図、（ｃ）は同Ｃ−Ｃ線断面図である。 図４中の押し込み部材の固定状態を説明するための部分拡大横断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は継手構造の締結工程を示す横断面図である。 本発明に係るセグメントの継手構造の他の実施例を示す縦断面図であって、 （ａ）は未締結状態、（ｂ）は同締結した状態を示す縦断面図である。 （ａ）は図７中の雄側継手部材部分を示す横断面図、（ｂ）は同Ｄ−Ｄ線断面図である。 （ａ）は図７中の雌側継手部材部分を示す縦断面図、（ｂ）は同Ｅ−Ｅ線断面図である。

次に、本発明に係るセグメントの継手構造の第１の実施態様を図１〜図６に示す実施例に基づいて説明する。尚、図中符号１はコンクリートにより円弧版状に形成されたセグメントであって、複数のセグメント１，１...をセグメント周方向で互いに対向する接合部端面２ａ，２ｂを互いに突き合わせて連結することにより円環状のセグメントリングが組み立てられるようになっている。

尚、以下の説明においては、各セグメント１，１のセグメントリングの周方向をセグメント周方向、セグメントリングの半径方向をセグメント厚み方向、セグメントリングの中心軸方向をセグメント軸方向とし、セグメント軸方向の雄側継手部材のスライド移動の進行方向奥側を前として説明する。

この各セグメント１，１間を接合する継手構造は、一方のセグメント１の接合部端面２ａよりセグメント周方向に向けて突出した雄側継手部材３と、他方側のセグメント１の接合部端面２ｂに開口した凹部４内に配置された雌側継手部材５とを備え、雄側継手部材３を凹部４内に挿入して両接合部端面２ａ，２ｂを互いに突き合わせた状態とし、その状態で両セグメント１，１をセグメント軸方向に相対的にスライド移動させて雄側継手部材３と雌側継手部材５とを互いに連結させ、それによりセグメント１，１を接合するようになっている。

また、雄雌の継手部材３，５は、セグメント１，１の接合作業に伴って相対移動し、互いに被締結面７ａ，８ａが対向するように配置される雌雄の被締結体７，８を各々備え、被締結面７ａ，８ａ間に楔状の締結部材９が圧入されることにより雌雄両被締結体７，８が締結され、両被締結体７，８の締結により雌雄の継手部材３，５が連結され、セグメント１，１が接合されるようになっている。

雄側継手部材３は、図４に示すように、一端がセグメント１の周方向端部に埋設され、他端が表面をセグメント厚み方向に向けて接合端面２ａより突出した平板状の雄側継手部材本体１０と、雄側継手部材本体１０の両表面にセグメント軸方向に向けて突設された雄被締結体８，８とを備えている。

雄側継手部材本体１０は、鋳鉄鋼等をもって矩形平板状に形成され、その長手方向をセグメント周方向に向け、且つ、その表面をセグメント厚み方向に向けて配置され、その状態にて一端側がセグメント１の周方向端部に埋設されることにより、他端がその表面をセグメント厚み方向に向けた状態で接合端面２ａより突出している。

雄被締結体８，８は、鋳鉄鋼等の剛性を有する材料もって矩形断面が連続した形状に形成され、雄側継手部材本体１０表面の接合部端面２ａより所定の間隔を隔てた位置に、その長手方向をセグメント軸方向に向けて溶接により強固に固定されている。

また、雄被締結体８，８は、締結部材９の形状に合わせてセグメント軸方向前端側が奥側に向けて傾斜した形状に形成されている。

更に、雄被締結体８，８の前端部には、両雄被締結体８，８に跨って雄側継手部材本体１０の前縁より前方に突出した配置に操作凸部１１が一体に備えられている。

操作凸部１１は、前端の押圧面１１ａが雄被締結体８，８の接合面側面８ａよりセグメント周方向で間隔を置いた位置となるように形成されている。

尚、図中符号１２はセグメント１，１...内に埋設された鉄筋であって、この鉄筋１２，１２に雄側継手部材本体１０が溶接等により固定されている。

雌側継手部材５は、図４に示すように、セグメント１，１...の周方向端部２ｂに形成された凹部４内のセグメント軸方向側に片寄せた位置に固定されている。尚、凹部４は、セグメント軸方向に長い直方体状に形成されている。

雌側継手部材５は、セグメント厚み方向に互いに間隔をおいて対向した一対の支持板部２１，２１を有する雌側嵌合部本体２２と、各支持板部２１，２１の内側面部に突設された一対の雌被締結体７，７とを備えている。

また、この雌側継手部材５は、凹部４のセグメント軸方向後端に配置された後端板２３を備えている。

雌側嵌合部本体２２は、円弧状の背面部２４と、背面部２４の上下両端縁より水平方向に延出した形状の一対の支持板部２１，２１とを備え、背面部２４及び両支持板部２１，２１をもって正面視横Ｕ字状に形成され、凹部４に背面部２４及び両支持板部２１，２１の外側面が当該凹部４の各内側面と互いに対向させて嵌め込まれている。

各支持板部２１，２１の外側には、セグメント軸方向に間隔を置いた平行配置にセグメント１に埋設された複数のアンカー部材２５，２５が備えられ、その端部が溶接により支持板部２１，２１の外側面に固定され、雌側嵌合部２０がアンカー部材２５，２５を介してセグメント１に固定されている。

雌被締結体７，７は、各支持板部２１，２１の互いに対向する内側面にセグメント厚み方向で間隔を隔てた平行配置に突設され、両セグメント１，１の相対スライド移動に伴って両雌被締結体７，７間に雄側継手部材本体１０が挿入されるとともに、雌被締結体７に対し雄被締結体８が相対移動し、両被締結体７，８が互いに被締結面７ａ，８ａが対向するように配置されるようになっている。

また、雌側継手部材５には、被締結面７ａ部に締結部材９を摺動可能に備え、その締結部材９の圧入方向後端側に支軸部材３０及び押し込み部材３１が備えられている。

締結部材９は、片面側に圧入方向に向けて傾斜した傾斜部３２を有し、圧入方向前端側に進むにつれて厚みが小さくなる楔板状に形成されている。

締結部材９には、中央部にセグメント軸方向に向けて後端側に開口した回避溝３３が形成され、接合時には、雄側継手部材本体１０がこの回避溝３３に挿し込まれ、締結部材９が雌雄被締結体７，８間に圧入されるようになっている。

支軸部材３０は、金属材により丸棒状に形成され、軸方向をセグメント厚み方向に向け、且つ、セグメント周方向の締結部材９と操作凸部１１の押圧面１１ａとの間に位置するように後端板２３に溶接等により固定されている。

押し込み部材３１は、鋼板等の剛性を有する板材により矩形平板状に形成され、そのセグメント周方向の一端を雄被締結体７側に向けて傾けるとともに、他端を締結部材９の後端に近接させた状態で支軸部材３０に離脱可能に固定されている。

押し込み部材３１と支軸部材３０とは、図５に示すように、接点部位置の他端側を溶接又は接着剤により固定され、押し込み部材３１に所望の曲げモーメントが作用することにより、溶接又は接着剤からなる固定部３４が剥離して押し込み部材３１が離脱し、押し込み部材３１が支軸部材３０を軸に時計回りに回動するようになっている。

また、支軸部材３０に対する押し込み部材３１の固定位置は、接点部から締結部材９と近接する側の端までのセグメント周方向距離Ｌ２に対し、接点部から操作凸部１１が当接する位置までのセグメント周方向距離Ｌ１が長くなるように配置されている。

また、押し込み部材３１と締結部材９とは、図５に示すように、接点部位置の一端側を溶接又は接着剤により固定され、押し込み部材３１に所望の曲げモーメントが作用することにより、溶接又は接着剤からなる固定部３５が剥離されて締結部材９と押し込み部材３１とが互いに離脱するようになっている。

このように構成されたセグメントの継手構造によりリング周方向で隣り合うセグメント１，１間を接合するには、図６（ａ）に示すように、凹部４内に雄側継ぎ手部材３を挿入し、リング周方向で互いに隣り合うセグメント１，１の接合部端面２ａ，２ｂ同士を突合せ配置とし、更に、セグメント１、１をリング軸方向に向けて相対的にスライド移動させる。

そして、この相対スライド移動に伴って両雌被締結体７，７間に雄側継手部材本体１０が挿入され、雌被締結体７に対し雄被締結体８が互いに被締結面７ａ，８ａが対向する位置まで相対移動するとともに互いに対向する被締結面７ａ，８ａ間に楔状の締結部材９が圧入され、雌雄両被締結体７，８間が締結される。

その相対スライド移動の初期段階において、締結部材９と雄被締結体８との間には隙間が生じ、且つ、締結部材９が後端板２３側に後退した位置で押し込み部材３１に仮固定されているので、雄側継手部材３が締結部材９から受ける反力に阻害されることなく円滑にスライド移動できる。

そして、相対スライド移動が進むと、図６（ｂ）に示すように、雄被締結体８の前端部に一体に備えられた操作凸部１１の押圧面１１ａが押し込み部材３１の一端部に当接し、その位置から更にスライド移動すると、それに連動して押し込み部材３１に雄被締結体８より押圧力が加わり、支軸部材３０と押し込み部材３１との固定部３４及び押し込み部材３１と締結部材９との固定部３５に互いに離脱する方向に向けた回転モーメントが作用し、当該押圧力が一定の値を超えると、図６（ｃ）に示すように、固定部３４，３５が剥離して押し込み部材３１が支軸部材３０を支点に回動し、他端で締結部材９を圧入方向に押圧する。

この押し込み部材３１による締結部材９の押圧は、テコの原理が利用され、雄被締結体による押し込み部材３１を押圧する点を力点、支軸部材３０と押し込み部材３１との接点部を支点、押し込み部材３１が締結部材９後端面を押圧する点を作用点とし、スライド移動に伴う雄被締結体からの押圧力のＬ１／Ｌ２倍の押圧力が締結部材９に作用し、被締結面７ａ，８ａ間に圧入されるようになっている。

更に相対スライド移動が進むと、雄被締結体８からの押圧力に抗しきれずに押し込み部材３１が塑性変形し、その位置で締結部材９の圧入が完了し、雌雄両被締結体７，８と締結部材９との反力が釣り合い、締結部材９を介して雌雄両被締結体７，８が締結される。

このように締結部材９を介して雌雄両被締結体７，８が締結されることにより、雌雄両継手部材３，５が固定され、両セグメント１，１が接合面２ａ，２ｂを互いに突き合わせた状態で接合される。

尚、上述の実施例では、雄被締結体８を雄側継手部材本体１０の表面に突設した例について説明したが、本発明の実施形態はこれに拘泥されず、例えば、雌被締結体を雌側継手部材本体２２の接合面側を閉鎖するように形成するとともに、雄側継手部材を鉤状に形成し、その鈎部を雄被締結体とし、雌被締結体の内側に挿し込まれるようにしたもの等であってもよい。

次に、本発明に係るセグメントの継手構造の第２の実施形態について図７〜図９に基づいて説明する。尚、上述の実施例と同様の構成には同一符号を付して説明し、符号１はセグメントであって、セグメント１，１をセグメント軸方向で互いに対向する接合部端面２ｃ，２ｄを互いに突き合わせて連結することによりセグメントリングがセグメント軸方向で連結されるようになっている。

各セグメント１，１間を接合する継手構造は、一方のセグメント１の接合部端面２ｃよりセグメント軸方向に向けて突出した雄側継手部材４０と、他方側のセグメント１の接合部端面２ｄ部に埋設された雌側継手部材４２とを備え、雄側継手部材４０と雌側継手部材４２とがセグメント軸方向に相対移動し、雌側継手部材４２と雄側継手部材４０とを連結することにより、両接合部端面２ｃ，２ｄを互いに突き合わせた状態でセグメント１，１が接合されるようになっている。

雌雄の継手部材４２，４０は、当該セグメント軸方向の相対移動に連動し、互いに被締結面が対向するように配置される雌雄の被締結体４３，４４を各々備え、被締結面間に楔状の締結部材４５，４５が圧入されることにより雌雄両被締結体４３，４４が締結され、両被締結体４３，４４の締結により雌雄の継手部材４２，４０が連結されるようになっている。

雄側継手部材４０は、図８に示すように、鋼板等により表面をセグメント厚み方向に向けた平板状に形成され、基端側がセグメントに埋設されて接合端面２ｃより突出した先端部がセグメント厚み方向に向けた表面部を被締結面部４４ａ，４４ａとする雄被締結体４４を成している。

雄被締結体４４は、セグメント軸方向先端部に先端側に進むにつれて厚みが小さくなるように表面部が傾斜した操作凸部４６が一体に形成されている。

尚、図中符号４７はセグメント１内に埋設された鉄筋であって、この鉄筋４７，４７に雄側継手部材４０が溶接等により固定されている。

雌側継手部材４２は、互いにセグメント厚み方向で間隔を置いて対向する一対の反力受板部５０，５０を有する雌被締結体４３と、雌被締結体４３のセグメント軸方向後端側に配置された後端板５１とを備えている。

雌被締結体４３は、両反力受板部５０，５０が対向面（被締結面）５０ａを互いに接合面側に進むにつれて狭まるように傾斜させて配置され、断面視ハ字状をなし、そのセグメント周方向両端が端板５２，５２により閉鎖されている。

また、雌側継手部材４２には、各反力受板部５０，５０の内側、即ち、被締結面５０ａ部に、それぞれ楔状の締結部材４５，４５が摺動可能に備えられ、その締結部材４５，４５の圧入方向後端側に支軸部材５３，５３及び押し込み部材５４が備えられている。

締結部材４５，４５は、片面側に圧入方向に向けて傾斜した傾斜部４５ａを有し、圧入方向前端側に進むにつれて厚みが小さくなる楔板状に形成されている。

各支軸部材５３，５３は、金属材により丸棒状に形成され、軸方向をセグメント周方向に向け、且つ、セグメント厚み方向に間隔を置いた平行配置であって両締結部材４５，４５の内側に位置するように後端板５１に溶接等により固定されている。

押し込み部材５４は、鋼板等の剛性を有する板材により矩形平板状に形成され、そのセグメント軸方向の中央を雄被締結体４４の前端側に配置させ、両端を締結部材４５，４５の後端に近接させた状態で支軸部材５３，５３に離脱可能に固定されている。

尚、押し込み部材５４と支軸部材５３，５３、押し込み部材５４と締結部材４５，４５とは、それぞれ溶接又は接着剤によって仮固定されている。

このように構成された継手部構造は、図７（ａ）に示すように、セグメント１，１の接合作業に伴って、雌雄の継手部材４２，４０がセグメント軸方向で相対移動して雄被締結体４４が雌被締結体４３内に挿入され、雌雄両被締結体４３，４４の被締結面４４ａ，５０ａが互いに対向するとともに、被締結面４４ａ，５０ａ間に締結部材４５，４５が圧入されることにより雌雄両被締結体４３，４４が締結される。

その相対スライド移動の初期段階において、締結部材４５，４５と雄被締結体４４との間に隙間が生じ、且つ、締結部材４５，４５が後端板５１側に後退した位置で押し込み部材５４に仮固定されているので、雄側継手部材４０が締結部材４５，４５から受ける反力に阻害されることなく円滑にスライド移動することができる。

そして、相対スライド移動が進むと、図７（ｂ）に示すように、雄被締結体４４の前端部に一体に備えられた操作凸部４６の押圧面が押し込み部材５４の中央部に当接し、その位置から更に移動すると、それに連動して押し込み部材５４に雄被締結体４４より押圧力が加わり、押し込み部材５４の変形に伴って両端部が支軸部材５３，５３を支点に回動し、両端で各締結部材４５，４５を圧入方向に押圧し、締結部材４５，４５を介して雌雄両被締結体４３，４４が締結される。

そして、雌雄両被締結体４３，４４の締結により、雌雄両継手部材４２，４０が固定され、両セグメント１，１が接合面２ｃ，２ｄを互いに突き合わせた状態で接合される。

尚、上述の実施例では、未締結時において押し込み部材が平板状を成している例について説明したが、本発明はこれに拘泥されず、例えば、押し込み部材を接合面側に膨出した弓状に形成しておいてもよく、また、締結部材毎に押し込み部材及び支軸部材を備えるようにしたものであってもよい。

１ セグメント
２ 接合端面
３ 雄側継手部材
４ 凹部
５ 雌側継手部材
７ 雌被締結体
８ 雄被締結体
９ 締結部材
１０ 雄側継手部材本体
１１ 操作用凸部
１２ 鉄筋
２０ 雌側嵌合部
２１ 支持板部
２２ 雌側勘合部本体
２３ 後端板
２４ 背面部
２５ アンカー部材
２７ 補強筋材
３０ 支軸部材
３１ 押し込み部材
３２ 傾斜部
３３ 回避溝
３４ 固定部
３５ 固定部
４０ 雄側継手部材
４２ 雌側継手部材
４３ 雌被締結体
４４ 雄被締結体
４５ 締結部材
４６ 操作凸部
５０ 反力受板部
５１ 後端板
５２ 端板
５３ 支軸部材
５４ 押し込み部材

Claims (3)

1. セグメントの接合作業に伴って相対移動し、互いに被締結面が対向するように配置される雌雄の被締結体を各々有する雌雄の継手部材を備え、前記被締結面間に楔状の締結部材が圧入されることにより前記雌雄両被締結体が締結され、該両被締結体の締結により前記セグメントが接合されるようにしてなるセグメントの継手構造において、
   前記雌被締結体の被締結面部に摺動可能に前記締結部材を備えるとともに、前記雌側継手部材に前記締結部材の圧入方向後端側に配置された後端板と、該後端板の前面側に固定された支軸部材と、端部を前記締結部材の後側に配置させた状態で前記支軸部材に離脱可能に固定された押し込み部材とを備え、
   該押し込み部材は、前記相対移動に連動して前記雄被締結体に押圧されて前記支軸部材を支点に回動又は変形し、前記端部で前記締結部材を圧入方向に押圧するようにしたことを特徴としてなるセグメントの継手構造。
2. 前記押し込み部材に前記締結部材が離脱可能に固定されてなる請求項１に記載のセグメントの継手構造。
3. 前記雄被締結体の前端部に前記押し込み部材に当接する操作凸部を前記支軸部材より間隔を隔てた位置に備えてなる請求項１又は２に記載のセグメントの継手構造。

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