JP6268359B2 - シールド工法におけるセグメント接続具および接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールド工法による管渠構築において、地中の掘進に伴い、掘進方向にセグメントを順次接続するために使用するセグメントの接続具および接続方法に関する。

トンネル等の管渠構築には、従来からシールド工法と推進工法が広く使用されている(特許文献１)。シールド工法のうち、近時は、小口径のものや、シールド工法と推進工法とを併用した特殊推進工法も開発されている。

シールド工法においては、シールド掘進機による地中の掘進に伴い、シールド掘進機の後方で予め分割されたセグメント（ピース）を順次リング形に組立てながら、既設のリング形セグメント組立体に接続して管渠を構築していく。これにより、既に構築された管渠内を通り、シールド掘進機後方までセグメントを搬送することを可能とし、特に狭い管渠（例えば内径1000ｍｍ）であっても、その構築が可能となる。

各セグメントと既設セグメント組立体との接続は、一般にボルト・ナットによる締結で行なわれる。具体的には、接続方法として下記の３種類が知られている。
第１の方法は、締結する各セグメントの端面同士を当接させ、両端面に設けたボルト挿通孔を一致させた後、既設セグメント組立体とセグメントのいずれかからボルトを挿通させ、ナットで締結するものである。この方法では、既設セグメント組立体とセグメントの各ボルト挿通孔の後方にボルトおよびナットを入れるために、既設セグメント組立体およびセグメント内面に開口した空間（以下、この空間をボルトボックスということがある。）がそれぞれ設けられている。

第２の方法は、既設セグメント組立体とセグメントのいずれか一方の端面に予めアンカーボルトを突設させておき、接続時にアンカーボルトを他方の端面に設けたボルト挿通孔に挿通させて締結するものである。
第３の方法は、既設セグメント組立体とセグメントのいずれか一方の端面にねじ穴（インサートナット）を設けておき、他方のボルトボックスに挿し込んだボルトを、端面のボルト挿通孔を経てねじ穴に螺合させて締結するものである。

しかしながら、第１の方法では、既設セグメント組立体とセグメントの各ボルト挿通孔の全ての後方にボルトボックスを設けているために、ボルトの挿入が容易で組み立て易いが、管渠内部の仕上りに平滑性が求められる場合、接続後にボルトボックス内にコンクリートを充填する手間がかかり、作業効率が悪くなるという問題があった。
第２の方法は、アンカーボルトを使用するために、ボルトボックスを必要とせずコンクリートを充填する手間が省けるが、アンカーボルト自体のコストが高くなると共に、アンカーボルトは一度締結されると、容易に解くことが出来ないために、セグメントの組間違い等による組直しができなくなるという問題や、曲線部では一般的に使用できない等の問題があった。

これに対して、第３の方法では、ボルトボックスは既設セグメント組立体とセグメントのいずれか一方のみでよいため、ボルトボックスの数が第１の方法の半分となり、安価で比較的組み立て易いという利点がある。しかしながら、小口径のシールド工事等のように、セグメント組立スペースが非常に狭く、ボルト挿通孔を直視し難い等、視野が限られる場合、重量物である各セグメント同士の端面を当接させ、更に既設セグメント組立体のボルト挿通孔に対してセグメント端面のボルト挿通孔を一致させる組立作業を精度よく行なうのは困難であり、そのため既設セグメント組立体へのセグメントの接合・組立の作業が困難であるという問題があった。

なお、既設セグメント組立体とセグメントの各ボルト挿通孔を一致させるには、ボルト挿通孔とは別に、一方からガイドピンを突設させ、これを他方の挿入孔に挿入することにより行なっていた。

特開２０１３−４７４４４号公報

本発明の課題は、狭く視野が限られた管渠内でも簡単にかつ確実に接続でき、作業効率が向上すると共に、ガイドピンの機能をも兼ね備えたセグメント接続具およびこれを用いた接続方法を提供することである。

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。本発明のセグメント接続具および接続方法は、以下の構成からなる。

（１）シールド工法による地中の掘進に伴い掘進機の後方でセグメントを既設セグメント組立体に順次接続して管渠を構築するためのセグメント接続具であって、セグメントおよび既設セグメント組立体のいずれか一方の枠体の内方に後端部が取り付けられ、前記枠体内のボルト挿通孔を経て枠体から外方に突出した所定長さのボルトと、このボルトに挿通され、前記セグメントおよび既設セグメント組立体の一方の枠体の前記ボルト挿通孔と、このボルト挿通孔に対向する他方の枠体のボルト挿通孔とにまたがって収容されるリングと、前記ボルトの先端部に着脱自在に被着され前記ボルト挿通孔を挿通するガイドキャップとを備えたことを特徴とするセグメント接続具。
（２）前記ボルトの後端部は、セグメントおよび既設セグメント組立体のいずれか一方の枠体の内方に設けたねじ穴に螺合されるか、またはセグメントおよび既設セグメント組立体のいずれか一方の枠体の内方に埋設されて、取り付けられている（１）に記載のセグメント接続具。
（３）シールド工法による地中の掘進に伴い掘進機の後方でセグメントを既設セグメント組立体に順次接続して管渠を構築するセグメント接続方法であって、リングが挿通され且つ先端部に着脱自在にガイドキャップが被着された所定長さのボルトの後端部をセグメントおよび既設セグメント組立体のいずれか一方の枠体の内方に取り付け、該一方の枠体内のボルト挿通孔を経て枠体からボルトを外方に突出させ、セグメントの枠体を既設セグメント組立体の枠体に突き合わせて、ガイドキャップが被着された前記ボルトの先端部をセグメントおよび既設セグメント組立体の他方の枠体に形成したボルト挿通孔に挿通させ、前記リングをセグメントおよびセグメント組立体の両ボルト挿通孔にまたがって収容し、ついで、ガイドキャップをボルトから取り外し、ナットをボルトに螺着させて、セグメントを既設セグメント組立体に接続することを特徴とするセグメント接続方法。
（４）セグメントおよび既設セグメント組立体の他方には、セグメントおよび既設セグメント組立体の一方との接続面に形成したボルト挿通孔の後方に、前記ボルトの先端部を収容し、かつボルトへのナットの螺着を行なうための開口空間が形成されている（3）に記載のセグメント接続方法。

本発明によれば、たとえ狭く視野が限られた管渠内でセグメント同士を接続する場合であっても、簡単にかつ確実に接続でき、作業効率が向上すると共に、本発明のセグメント接続具はガイドピン機能をも兼ね備えているので、部品点数の削減とコストダウンをも図ることができるという効果がある。

本発明が適用されるシールド掘進機の一例を示す説明図である。 (ａ)〜（ｄ）は本発明におけるセグメントの組み立てと接続の方法の一例を示す説明図である。 (ａ)および（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施形態に係るセグメント接続具を示す分解斜視図および組み立て状態を示す斜視図である。 (ａ)〜（ｄ）は本発明におけるセグメントの接続方法を示す説明図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、内径が１０００〜２４００ｍｍ程度の小口径シールド工法により地中掘削を行う管渠構築方法の一例を示している。

図１において、１はシールド掘進機を示しており、この掘進機１の先端にはカッター２が取り付けられ、このカッター２を回転させて地中を掘削する。カッター２の後方には、カッター２を回転させるためのカッターモーター３が設けられる。掘進機１の後方には、リング形のセグメント組立体７を押す反力で掘進機１を前進させるためのシールドジャッキ８が設置される。図１に示すシールド掘進機では、さらにピンチバルブ４、排泥タンク５、油圧ユニット６等が設置されている。

また、シールド掘進機１には、複数の中折ジャッキ９が設置されている。

リング形のセグメント組立体７は、シールド掘進機１で一定距離を掘進後に組み立てられ、その掘進前に組み立てられた既設セグメント組立体７の前面に接続される。セグメント組立体７の外周側には、掘進機１内に泥や地下水の浸入を阻止するためのテールシール１３がシールド掘進機１に取り付けられている。

図２は、セグメント７の組み立てと接続の方法を示している。これらの組み立ておよび接続の作業はシールド掘進機１内で行われる。
図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、本実施形態におけるセグメント組立体７は、複数のセグメント１５ａ〜１５ｄからなり、これらをリング状に組み立てる。図２（ａ）〜（ｄ）に示す第１セグメント１５ａ〜第４セグメント１５ｄは、図示しないセグメント台車によって坑口から搬送される。
セグメント１５ａ〜１５ｄとしては、従来から使用されているＲＣ系（セメント）セグメント、鋼製セグメント、セメントと鋼とを組み合わせた合成セグメントなどが使用可能である。

まず、図２（ａ）に示すように、台車からエレクター(図示せず)にセットした第１セグメント１５ａをエレクターで底部に廻す。一方、図３に示す、ガイドピンを兼ねた本発明に係る接続具１７を既設のセグメント組立体71の端面(接続面)にセットする。そして、後述するように、接続具１７の先端部と第１セグメント１５ａのボルト挿通孔との位置合せを行なった後、矢印方向に第１セグメント１５ａを押し込み、接続具１７にて第１セグメント１５ａをセグメント組立体71に接続する。なお、第１セグメント１５ａのボルト挿通孔は、第１セグメント１５ａの内面に形成したボルトボックス１６に形成されている。

第１セグメント１５ａを取り付け後、図２（ｂ）に示すように、第２セグメント１５ｂを取り付ける。すなわち、第１セグメント１５ａの側端面にノックピン１８を取り付け、このノックピン１８を、第２セグメント１５ｂに設けたピン受け長穴１９に挿入する。ついで、図２（ｃ）に示すように、第２セグメント１５ｂを矢印方向にスライドさせ、既設のセグメント組立体71の端面にセットされた接続具１７にて第２セグメント１５ｂをセグメント組立体71に接続する。

なお、第２セグメント１５ｂに設けられた貫通孔２８は、セグメント７の組み立ておよび接続後に地山とセグメント7との隙間に充填する裏込め注入材を注入するための注入口となると共に、組立の際各セグメントをエレクターにて保持する金具を取付るためのものとしても使用され、全てのセグメントに設けられている。

前記と同様にして、第３セグメント１５ｃをセグメント組立体７１に接続した後、図２（ｄ）に示すように、上部の第４セグメント１５ｄを前記と同様にしてセグメント組立体７１に接続して、セグメント組立体７２の組み立てとセグメント組立体７１への接続を完了する。
なお、この実施形態では、４つのセグメント１５ａ〜１５ｄでセグメント組立体を組み立てたが、セグメントの数は４つに限定されるものではなく、管渠の口径等に応じて変えてもよく、例えば３〜６程度であるのがよい。

図３は、各セグメント１５ａ〜１５ｄをセグメント組立体７１に接続するためのセグメント接続具１７を示している。この接続具１７は、所定長さの寸切りボルト２０と、このボルト２０に挿通されるリング２１と、ボルト２０の先端部に着脱自在に被着されるガイドキャップ２２とを備える。

この接続具１７を用いるセグメント１５ａ〜１５ｄの既設セグメント組立体７１への接続方法の詳細を図４に示す。なお、説明の便宜上、以下の説明では、セグメント１５ａ〜１５ｄを、単にセグメント１５と記載することがある。
図４（ａ）に示すように、セグメント組立体７１の端面の内方には、あらかじめインサートナット２３が埋設されている。このインサートナット２３のねじ穴に寸切りボルト２０の後端部を螺合させ、枠体２６ａ内のボルト挿通孔２４ａを経てセグメント組立体７１の端面から外方に突設している。ボルト２０には、リング２１が挿通され、先端部にガイドキャップ２２が被着されている。

本実施形態におけるセグメント１５およびセグメント組立体７１は、それぞれ鋼製の枠体２６ａおよび２６ｂと、その枠体２６ａおよび２６ｂ内にそれぞれ充填されたコンクリート２７を含んでいる。一方のセグメント１５の枠体２６ｂには、他方のセグメント組立体７１との対向面に形成したボルト挿通孔２４ｂの後方に、ボルト２０の先端部が挿入され、かつボルト２０へのナットの螺着を行なうための開口空間であるボルトボックス１６が形成されている。

図４（ａ）に示す状態から、図４(ｂ)に示すように、セグメント１５をセグメント組立体７１に向かってスライドさせ、セグメント接続具１７をセグメント７２の接続面に形成したボルト挿通孔２４ｂを経てボルトボックス１６内に挿入し、前記リング２１をボルト挿通孔２４ａと、このボルト挿通孔２４ａに対向する他方のボルト挿通孔２４ｂとにまたがって収容する。

このとき、ボルト２０の先端部にガイドキャップ２２が被着されているので、ボルト２０の先端部がガイドキャップ２２で保護されているので、ボルト挿通孔２４ｂへ挿入時にボルト２０の先端が損傷するのを防止することができる。また、ガイドキャップ２２をボルト２０の先端部に被着することにより、従来のガイドピンと同様の作用を兼ねることができ、従ってガイドピンやこのガイドピンを挿入する穴を設ける必要がなくなり、工程数や部品点数の削減を図ることができる。

図４(ｂ)に示した状態から、ガイドキャップ２２をボルト２０から取り外す（図４(ｃ)）。ついで、図４(ｄ)に示すように、ボルト２０にナット２５を螺着させ、セグメント１５とセグメント組立体７１とを一体に締結させる。
この状態で、リング２１はボルト挿通孔２４ａ、２４ｂにまたがって収容されているので、ボルト挿通孔２４ａ、２４ｂ内の空隙によってセグメント１５とセグメント組立体７１とが目違いする、すなわち段差ができるのを防止することができ、精度良く強固な接続が可能となる。

なお、図４では、セグメント組立体７１に接続具１７をセットし、セグメント１５ａ〜１５ｄにボルトボックス１６を設けているが、セグメント１５ａ〜１５ｄの端面に接続具１７をセットし、セグメント組立体７１にボルトボックス１６を設けてもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更や改善、改良が可能である。例えば、寸切りボルト２０後端部のインサートナット２３への螺合による取付けに代えて、寸切りボルト２０を後施工打込みアンカーボルトに代える他、予めセグメントコンクリートに埋め込んで取付けてもよい。

１ シールド掘進機
７ セグメント組立体
１５ａ〜１５ｂ セグメント
１６ ボルトボックス
１７ セグメント接続具
２０ ボルト(寸切りボルト)
２１ リング
２２ ガイドキャップ
２３ インサートナット
２４ａ、２４ｂ ボルト挿通孔
２５ ナット
２６ａ、２６ｂ 枠体

Claims (4)

1. シールド工法による地中の掘進に伴い掘進機の後方でセグメントを既設セグメント組立体に順次接続して管渠を構築するためのセグメント接続具であって、
   セグメントおよび既設セグメント組立体のいずれか一方の枠体の内方に後端部が取り付けられ、前記枠体内のボルト挿通孔を経て枠体から外方に突出した所定長さのボルトと、
   このボルトに挿通され、前記セグメントおよび既設セグメント組立体の一方の枠体の前記ボルト挿通孔と、このボルト挿通孔に対向する他方の枠体のボルト挿通孔とにまたがって収容されるリングと、
   前記ボルトの先端部に着脱自在に被着され前記ボルト挿通孔を挿通するガイドキャップとを備えたことを特徴とするセグメント接続具。
2. 前記ボルトの後端部は、セグメントおよび既設セグメント組立体のいずれか一方の枠体の内方に設けたねじ穴に螺合されるか、またはセグメントおよび既設セグメント組立体のいずれか一方の枠体の内方に埋設されて、取り付けられている請求項１に記載のセグメント接続具。
3. シールド工法による地中の掘進に伴い掘進機の後方でセグメントを既設セグメント組立体に順次接続して管渠を構築するセグメント接続方法であって、
   リングが挿通され且つ先端部に着脱自在にガイドキャップが被着された所定長さのボルトの後端部をセグメントおよび既設セグメント組立体のいずれか一方の枠体の内方に取り付け、該一方の枠体内のボルト挿通孔を経て枠体からボルトを外方に突出させ、
   セグメントの枠体を既設セグメント組立体の枠体に突き合わせて、ガイドキャップが被着された前記ボルトの先端部をセグメントおよび既設セグメント組立体の他方の枠体に形成したボルト挿通孔に挿通させ、前記リングをセグメントおよびセグメント組立体の両ボルト挿通孔にまたがって収容し、
   ついで、ガイドキャップをボルトから取り外し、ナットをボルトに螺着させて、セグメントを既設セグメント組立体に接続することを特徴とするセグメント接続方法。
4. 前記セグメントおよび既設セグメント組立体の他方には、セグメントおよび既設セグメント組立体の一方との接続面に形成したボルト挿通孔の後方に、前記ボルトの先端部を収容し、かつボルトへのナットの螺着を行なうための開口空間が形成されている請求項３に記載のセグメント接続方法。

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