JP6216010B1 - セグメントの構造 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で迅速に接合できるセグメントの構造を提供する。【解決手段】シールドトンネルの覆工を構成するセグメントの構造であって、セグメントのセグメント継手面には、オス継手とメス継手を備え、メス継手は、対向する二枚の板体の先端の対向する面に爪を設けて構成し、両爪は、板体が変形しても弾性によって元の状態に戻るように構成し、オス継手は、メス継手の二枚の板体間に挿入して係合する板体であり、メス継手の前記爪が挿入可能な係合窓を開口して構成し、係合窓は、トンネル軸方向にメス継手の幅よりも広い空間を形成し、係合窓の内部でメス継手がトンネル軸方向に移動可能に構成し、セグメント継手面は、オス継手に沿って形成したオス継手収納室と、メス継手に沿って形成したメス継手収納室を有し、オス継手収納室は、メス継手の移動方向に連続する、挿入空間と係止空間と、を有することを特徴とする、セグメントの構造。【選択図】図１

Description

本発明はシールドトンネルに使用するセグメントの構造に関するものである。

シールドトンネルは、シールド掘進機の鋼殻の後方で組み立てたセグメントリングに反力を取ってシールドジャッキによってシールド掘進機を押し出して構築するものである。
その場合に複数の円弧状のセグメントを組み立ててセグメントリングを構成するから、安価なセグメントであること、組み立てが容易であることが要求される。

従来の内面平滑型セグメント用継手においては、種々のものが実績を有している。
しかし、従来のものには以下のような問題点があった。
（１）セグメント継手と、リング継手がまったく別の構造であり、このように別部材を製造するのであるから、高価なものとなる。
（２）さらにいずれの継手もその構造が複雑であるために、継手の部材自体が高価なものとなる。
（３）リング継手のリング間結合力が小さい。
（４）リング継手間の結合力が小さい結果、大深度、高水圧下ではＫセグメントが押し出されてセグメントリングから抜け出る可能性がある。

このような問題点を解決するために、以下の特許文献１に記載のセグメントの構造が発明された。

特開２０１５−１３７５２５

上記の特許文献１に記載されたセグメントの構造はオス継手とメス継手を備えるものであり、メス継手は対向する爪板より構成し、オス継手はメス継手の爪板が挿入可能な係合窓を開口したものである。

しかし、特許文献１に記載されたセグメントの構造は、メス継手は弾性によってオス継手に嵌合するものであるため、メス継手とオス継手収納室の壁との間には空隙を有する。
このため、継手に対して曲げ方向の力が作用すると、爪板が係合窓から外れて、嵌合が解除されて曲げ抵抗がない状態になるおそれがある（図８）。

上記のような課題を解決する本願の第１発明は、シールドトンネルの覆工を構成するセグメントの構造であって、前記セグメントのセグメント継手面には、オス継手とメス継手を備え、前記メス継手は、対向する二枚の板体の先端の対向する面に爪を設けて構成し、前記両爪は、前記板体が変形しても弾性によって元の状態に戻るように構成し、前記オス継手は、前記メス継手の前記二枚の板体間に挿入して係合する板体であり、前記メス継手の前記爪が挿入可能な係合窓を開口して構成し、前記係合窓は、トンネル軸方向に前記メス継手の幅よりも広い空間を形成し、前記係合窓の内部で前記メス継手がトンネル軸方向に移動可能に構成し、前記セグメント継手面は、前記オス継手に沿って形成したオス継手収納室と、前記メス継手に沿って形成したメス継手収納室を有し、前記オス継手収納室は、前記メス継手の移動方向に連続する、挿入空間と係止空間と、を有し、前記挿入空間の上下の間隔は、対向する前記メス継手間に前記オス継手を挿入した際に、前記メス継手の前記爪が前記オス継手に接して、前記メス継手が上下に開くことができる間隔であり、前記係止空間の上下の間隔は、対向する前記メス継手の前記二枚の板体と、前記メス継手間に挿入したオス継手と、を合わせた厚さと略同一であることを特徴とする、セグメントの構造を提供する。
本願の第２発明は、第１発明のセグメントの構造において、前記係止空間は、前記オス継手収納室の奥行き方向端面から、前記オス継手と係合した前記メス継手の爪の少なくとも半分の長さまで形成することを特徴とする、セグメントの構造を提供する。
本願の第３発明は、第２発明のセグメント構造において、前記オス継手と係止する前記メス継手の上方の前記メス継手の上面と、下方の前記メス継手の下面には、前記オス継手収納室の入口の位置に凸片を設け、前記係止空間の前記凸片に対応する位置の上下の間隔は、上方の前記メス継手の凸片の上面と、下方の前記メス継手の凸片の下面との間隔と略同一であることを特徴とする、セグメントの構造を提供する。
本願の第４発明は、第１発明乃至第３発明のいずれかのセグメントの構造において、対向する前記メス継手の先端部を面取りして前記メス継手の先端方向に前記メス継手の前記爪の間隔が広がる斜面として形成することを特徴とする、セグメントの構造を提供する。
本願の第５発明は、第１発明乃至第３発明のいずれかのセグメントの構造において、前記オス継手の前記オス継手収納室入口側の先端部をクサビ状とし、前記オス継手の先端方向に狭まる斜面として形成することを特徴とする、セグメントの構造を提供する。
本願の第６発明は、第１発明乃至第５発明のいずれかのセグメントの構造において、前記セグメントのリング継手面のシールドジャッキ加圧面には、オスリング継手と、前記オスリング継手を収納するオスリング継手収納室を設け、前記セグメントの前記シールドジャッキ加圧面と逆の面には、前記オスリング継手に対応するメスリング継手と、前記メスリング継手を収納するメスリング継手収納室を設け、前記メスリング継手は、対向する二枚の板体の先端に爪を設けて構成し、前記両爪は、前記板体が変形しても弾性によって元の状態に戻るように構成し、前記オスリング継手は、前記メスリング継手の前記二枚の板体間に挿入して係合する板体であり、前記メスリング継手の前記爪が挿入可能な係合窓を開口して構成し、前記オスリング継手収納室の上下の間隔は、対向する前記メスリング継手間に前記オスリング継手を挿入した際に、前記メスリング継手の前記爪が前記オスリング継手に接して、前記メスリング継手が上下に開くことができる間隔であることを特徴とする、セグメントの構造を提供する。
本願の第７発明は、第６発明のセグメントの構造において、対向する前記メスリング継手の先端部を面取りして前記メスリング継手の先端方向に前記メスリング継手の前記爪の間隔が広がる斜面として形成することを特徴とする、セグメントの構造を提供する。
本願の第８発明は、第６発明又は第７発明のセグメントの構造において、前記オスリング継手の前記オスリング継手収納室入口側の先端部をクサビ状とし、前記オスリング継手の先端方向に狭まる斜面として形成することを特徴とする、セグメントの構造を提供する。

本発明のセグメントの構造は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
（１）オス継手収納室の係止空間の上下の間隔を、メス継手の二枚の板体とオス継手の板体とを合わせた厚さと略同一とすることにより、メス継手に曲げが作用したときの爪板の抜け出しがなくなる。
（２）オス継手もメス継手も簡単な構造であるため、継手自体が安価であり、作動も正確である。
（３）セグメント間の接合をこれらの継手だけで行うため、シールドトンネルの内面は平滑であり、二次覆工を省略できる。

本発明のセグメントの構造の実施例の説明図。 セグメント継手の嵌合工程の説明図。 セグメントの爪と係合窓との関係の説明図。 スライドによるセグメント継手の嵌合の説明図。 係止空間の奥行きの説明図。 リング継手の説明図。 継手とシールドジャッキの関係の説明図。 従来の継手の実施例の説明図。

以下、図面を参照にしながら本発明のセグメントの構造の好適な実施の形態を詳細に説明する。
なお、セグメント間の継手は「セグメント継手」と、セグメントリング間の継手は「リング継手」と称する。
そして、セグメント間の接合面は「セグメント継手面」、セグメントリング間の接合面は「リング継手面」と称する。

［１］セグメントの構造。
＜１＞本発明のセグメントの接合の方法。
本発明のセグメントは、二段階でセグメントを接合する構造である。
まず新たなセグメントを円周方向にスライドさせて先行して設置したセグメントのセグメント継手と嵌合する。
そして、次の工程でセグメントをトンネル軸方向にスライドさせて先行して完成しているセグメントリングと接合する。
そのためにはセグメントにはセグメント継手面にセグメント継手を設け、リング継手面にリング継手を設ける。
セグメント継手はオス継手１とメス継手２からなり、リング継手はオスリング継手３とメスリング継手４からなる（図１）。

＜２＞メス継手。
セグメント継手のメス継手２は、対向する板体２１とその先端に設けた爪２２によって構成する（図２）。
メス継手２はセグメント継手面内に形成したメス継手収納室５の内部に配置し、先端をセグメント継手面から突設する。
爪２２は板体２１の先端に対向して位置しており、板体２１が変形しても弾性によって元の形状に戻る継手である。
そのために、メス継手２の爪２２の間にオス継手１の先端を挿入すると、爪２２の間隔が押し広げられ、さらにそのまま押し込むとオス継手１に開口した係合窓１１にメス継手２の爪２２が落ち込んで嵌合が完了する（図２）。

＜３＞オス継手。
セグメント継手のオス継手１は、メス継手２の板体２１および板体２１先端に位置する爪２２間に挿入する板体である。
オス継手１はセグメント継手面内に形成し、オス継手１の上下面に沿って形成したオス継手収納室６の内部に配置する。
オス継手１のうち、オス継手収納室６内部に位置する部分の一部にはメス継手２の爪２２が挿入して嵌合することが可能な係合窓１１を開口する（図２）。また、図２のように、オス継手１の端部とオス継手収納室６の奥行き方向端面との間に間隔を設けてそこを係合窓１１としてもよい。

＜４＞係合窓の幅。
セグメント継手においてメス継手２の爪２２が嵌合する係合窓１１の幅は、メス継手２の爪２２の幅よりも、少なくともメス継手２がトンネル軸方向に移動する距離Ｌだけ広く形成してある(図３）。
この場合の「幅」とは、円弧状のセグメントをその円弧を下にして寝かした状態における水平方向の長さである。
図３に示すように、爪２２の幅よりも係合窓１１の幅が少なくとも距離Ｌだけ広く構成することによって、爪２２が係合窓１１に嵌合した後にも両者はトンネルの軸方向にスライドが可能である。

＜５＞オス継手収納室。
オス継手収納室６は、上下の間隔の大きい挿入空間６１と、上下の間隔の小さい係止空間６２とを有する（図４）。
ここで「上下」の方向はセグメントをその円弧を下にして寝かした状態における鉛直方向である。
挿入空間６１と係止空間６２は、メス継手２の移動方向に連続している。

＜６＞挿入空間の間隔。
挿入空間６１は、対向するメス継手２の爪２２の間にオス継手１の先端を挿入した際に、爪２２がオス継手１に接して押し広げられて、メス継手２が上下に開く間隔に構成する。
このように構成することにより、メス継手２の爪２２が上下方向に十分に開いて、オス継手１とメス継手２が容易に嵌合できる。

＜７＞係止空間の間隔。
前述の挿入空間６１の間隔では、メス継手２の爪２２が係合窓１１に嵌合すると、メス継手２と挿入空間６１の壁面との間には間隙が生じる。
セグメントは、セグメント継手の嵌合後、トンネルの軸方向にスライドさせる。
このため、スライド方向のオス継手収納室６に係止空間６２を形成する（図４）。
係止空間６２の上下の間隔は、メス継手２の２枚の板体２１と、メス継手２間に収納したオス継手１とを合わせた厚さと略同一に構成する。
このように構成することにより、セグメントをスライドさせると、メス継手２がス係止空間６２の壁面とオス継手１との間に挿入して配置され、継手に対して曲げ方向の力が作用しても、メス継手２が変形して爪２２が係合窓１１から外れることがない。
係止空間６２は、スライドしてメス継手２を挿入しやすい構成とするために、挿入空間６１側の面を斜面６２１として構成する（図４）。

＜８＞係止空間の奥行き。
係止空間６２は、メス継手２の爪２２が係合窓１１から外れることを防止するものである。
このため、係止空間６２は、オス継手収納室６の奥行き方向の端面から少なくともメス継手２の爪２２の長さの２分の１程度以上あれば、爪２２が係合窓１１から外れることを防止できる（図５ａ）。
また、このとき、上方のメス継手２の上面と、下方のメス継手２の下面に、オス継手収納室６の入口の位置に凸片２３を設けるとともに、オス継手収納室６の凸片２３に対応する位置に凸部６３を形成し、オス継手収納室６の上下の間隔を上方のメス継手２の凸片２３の上面と、下方の前記メス継手２の凸片２３の下面との間隔と略同一としてもよい（図５ｂ）。凸片２３と凸部６３はトンネルの半径方向のせん断抵抗を有するものである。

＜９＞面取り。
メス継手２の爪２２の間にオス継手１を挿入しやすい構成とするために、メス継手２の先端部の爪２２の面は間隔が広がる斜面２４として構成してある（図２）。
斜面２４により、対向する爪２２の端部の間隔がオス継手１の高さよりも大きくすることで爪２２の間にオス継手１が挿入しやすく、また、オス継手１によりこの斜面２４に沿ってメス継手２が広がることにより、両者の嵌合が容易となり、最終的に爪２２がオス継手１の係合窓１１に嵌合することになる。
メス継手２ではなくオス継手１の先端をクサビ状とし、先端方向に狭まる斜面１２として構成してもよい。斜面１２によりオス継手１の高さを対向する爪２２の端部の間隔よりも狭くすることで爪２２の間にオス継手１が挿入しやすく、斜面１２に沿ってメス継手２が広がることで両者の嵌合が容易となる。

＜１０＞リング継手。
リング継手は、オスリング継手３と、メスリング継手４からなる。
メスリング継手４は、メス継手２と同形状であり、対向する板体４１とその先端に設けた爪４２によって構成する（図６）。
メスリング継手３はリング継手面内に形成したメス継手収納室７の内部に配置し、先端をリング継手面から突設する（図１）。
爪４２は板体４１の先端に対向して位置しており、板体４１が変形しても弾性によって元の形状に戻る継手である。
そのために、メスリング継手４の爪４２の間にオスリング継手３の先端を挿入すると、爪４２の間隔が押し広げられ、さらにそのまま押し込むとオスリング継手３に開口した係合窓３１にメスリング継手４の爪４２が落ち込んで嵌合が完了する。

＜１１＞オスリング継手。
オスリング継手３は、メスリング継手４の板体４１および板体４１先端に位置する爪４２間に挿入する板体である。
オスリング継手３は、リング継手面内に形成したオスリング継手収納室８の内部に配置する（図１）。
オスリング継手３の一部にはメスリング継手４の爪４２が挿入して嵌合することが可能な係合窓３１を開口する（図５）。オスリング継手３の端部とオスリング継手収納室８の奥行き方向端面との間に間隔を設けてそこを係合窓３１としてもよい。
係合窓３１の幅は、メスリング継手４の爪４２が嵌合できる幅であればよい。

＜１２＞リング継手の面取り。
リング継手はセグメント継手と同様に、メスリング継手４の爪４２の間にオスリング継手３を挿入しやすい構成とするために、メスリング継手４の先端部の爪４２の面は間隔が広がる斜面４３として構成してある（図６ａ）。
斜面４３により、対向する爪４２の端部の間隔がオスリング継手３の高さよりも大きくすることで爪４２の間にオスリング継手３が挿入しやすく、また、オスリング継手３によりこの斜面４３に沿ってメスリング継手４が広がることにより、両者の嵌合が容易となり、最終的に爪４２がオスリング継手３の係合窓３１に嵌合することになる。
メスリング継手４ではなくオスリング継手３の先端をクサビ状とし、先端方向に狭まる斜面３２として構成してもよい（図６ｂ）。
斜面３２によりオスリング継手３の高さを対向する爪４２の端部の間隔よりも狭くすることで爪４２の間にオスリング継手３が挿入しやすく、斜面３２に沿ってメスリング継手４が広がることで両者の嵌合が容易となる。

＜１３＞シールドジャッキとの関係。
シールド掘進機は、セグメントのリング継手面を加圧して前進する構造である。
したがってセグメントの加圧面にオスリング継手３、あるいはメスリング継手４が突出していては不都合である。
そのために、加圧面にはオスリング継手収納室８に収納した状態でオスリング継手３を設置し、反対側ではメスリング継手収納室７からメスリング継手４を突出させて構成する。（図７）

＜１４＞継手の設置位置。
セグメントのセグメント継手面には前記したオス継手１、メス継手２を配置し、リング継手面には前記したオスリング継手３、メスリング継手４を配置する。
その場合に、１枚のセグメントと、隣接するセグメントのオス継手１とメス継手２、オスリング継手３とメスリング継手４が相互に嵌合できる位置に配置することは当然である。

［２］セグメントの組み立て。
次に本発明のセグメントを組み立てる場合について説明する。

＜１＞セグメント継手の嵌合。
新たなセグメントをシールド掘進機の鋼殻内で、円周方向にスライドさせて、そのセグメント継手面を、既設のセグメントのセグメント継手面に当接させる。
前記したようにオス継手収納室６の挿入空間６１は、対向するメス継手２の爪２２の間にオス継手１の先端を挿入した際に、爪２２がオス継手１に接して押し広げられて、メス継手２が上下に開く間隔に構成してあるので、オス継手１はメス継手２の爪２２の間隔を広げて挿入して両者の嵌合が可能となる。
こうして既設のセグメントのメス継手２と、新たなセグメントのオス継手１とが嵌合し、同時に既設のセグメントのオス継手１と、新たなセグメントのメス継手２とが嵌合する。

＜２＞リング継手の嵌合。
次に、セグメントをトンネルの軸方向にスライドさせる。
セグメント継手面のオス継手１の係合窓１１の幅は、メス継手２の幅よりもスライド距離Ｌだけ広く形成してある。
したがってセグメント継手においてセグメントが接合した後にも、メス継手２はオス継手１の係合窓１１の内部で、トンネルの軸方向に一定距離Ｌだけスライドが自在である。距離Ｌだけ移動することによりと、メス継手２は係止空間６２に移動する。
また、この距離Ｌだけトンネルの軸方向にスライドすることにより、リング継手面に突設したメスリング継手４を、先行するセグメントリングの端面のオスリング継手３に嵌合することができる。
このように新たなセグメントは、まずセグメント継手の嵌合、次にリング継手の嵌合を行って接合が完了する。
このとき、セグメント継手が位置するオス継手収納室６の係止空間６２の上下の間隔は、メス継手２の２枚の板体２１と、メス継手２間に収納したオス継手１とを合わせた厚さと略同一に構成されており、メス継手２が変形し、爪２２が係合窓１１から外れることがない。

１：オス継手
１１：係合窓
１２：斜面
２：メス継手
２１：板体
２２：爪
２３：凸片
２４：斜面
３：オスリング継手
３１：係合窓
３２：斜面
４：メスリング継手
４１：板体
４２：爪
４３：斜面
５：メス継手収納室
６：オス継手収納室
６１：挿入空間
６２：係止空間
６２１：斜面
６３：凸部
７：メスリング継手収納室
８：オスリング継手収納室

Claims (8)

1. シールドトンネルの覆工を構成するセグメントの構造であって、
   前記セグメントのセグメント継手面には、オス継手とメス継手を備え、
   前記メス継手は、対向する二枚の板体の先端の対向する面に爪を設けて構成し、前記両爪は、前記板体が変形しても弾性によって元の状態に戻るように構成し、
   前記オス継手は、前記メス継手の前記二枚の板体間に挿入して係合する板体であり、前記メス継手の前記爪が挿入可能な係合窓を開口して構成し、
   前記係合窓は、トンネル軸方向に前記メス継手の幅よりも広い空間を形成し、前記係合窓の内部で前記メス継手がトンネル軸方向に移動可能に構成し、
   前記セグメント継手面は、前記オス継手に沿って形成したオス継手収納室と、前記メス継手に沿って形成したメス継手収納室を有し、
   前記オス継手収納室は、前記メス継手の移動方向に連続する、挿入空間と係止空間と、を有し、
   前記挿入空間の上下の間隔は、対向する前記メス継手間に前記オス継手を挿入した際に、前記メス継手の前記爪が前記オス継手に接して、前記メス継手が上下に開くことができる間隔であり、
   前記係止空間の上下の間隔は、対向する前記メス継手の前記二枚の板体と、前記メス継手間に挿入したオス継手とを合わせた厚さと略同一であることを特徴とする、
   セグメントの構造。
2. 請求項１に記載のセグメントの構造において、
   前記係止空間は、前記オス継手収納室の奥行き方向端面から、前記オス継手と係合した前記メス継手の爪の少なくとも半分の長さまで形成することを特徴とする、
   セグメントの構造。
3. 請求項２に記載のセグメント構造において、
   前記オス継手と係止する前記メス継手の上方の前記メス継手の上面と、下方の前記メス継手の下面には、前記オス継手収納室の入口の位置に凸片を設け、
   前記係止空間の前記凸片に対応する位置の上下の間隔は、上方の前記メス継手の凸片の上面と、下方の前記メス継手の凸片の下面との間隔と略同一であることを特徴とする、
   セグメントの構造。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のセグメントの構造において、
   対向する前記メス継手の先端部を面取りして前記メス継手の先端方向に前記メス継手の前記爪の間隔が広がる斜面として形成することを特徴とする、
   セグメントの構造。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のセグメントの構造において、
   前記オス継手の前記オス継手収納室入口側の先端部をクサビ状とし、前記オス継手の先端方向に狭まる斜面として形成することを特徴とする、
   セグメントの構造。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のセグメントの構造において、
   前記セグメントのリング継手面のシールドジャッキ加圧面には、オスリング継手と、前記オスリング継手を収納するオスリング継手収納室を設け、
   前記セグメントの前記シールドジャッキ加圧面と逆の面には、前記オスリング継手に対応するメスリング継手と、前記メスリング継手を収納するメスリング継手収納室を設け、
   前記メスリング継手は、対向する二枚の板体の先端に爪を設けて構成し、前記両爪は、前記板体が変形しても弾性によって元の状態に戻るように構成し、
   前記オスリング継手は、前記メスリング継手の前記二枚の板体間に挿入して係合する板体であり、前記メスリング継手の前記爪が挿入可能な係合窓を開口して構成し、
   前記オスリング継手収納室の上下の間隔は、対向する前記メスリング継手間に前記オスリング継手を挿入した際に、前記メスリング継手の前記爪が前記オスリング継手に接して、前記メスリング継手が上下に開くことができる間隔であることを特徴とする、
   セグメントの構造。
7. 請求項６に記載のセグメントの構造において、
   対向する前記メスリング継手の先端部を面取りして前記メスリング継手の先端方向に前記メスリング継手の前記爪の間隔が広がる斜面として形成することを特徴とする、
   セグメントの構造。
8. 請求項６又は請求項７に記載のセグメントの構造において、
   前記オスリング継手の前記オスリング継手収納室入口側の先端部をクサビ状とし、前記オスリング継手の先端方向に狭まる斜面として形成することを特徴とする、
   セグメントの構造。

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