JP6728557B2 - 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連結する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、近年では、接合する両セグメント間の位置決めと継手による両セグメントの締結とを同時に行える所謂ワンパス方式のセグメント継手が広く使用されており、その一つとしてフック型継手が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

このようなフック型継手は、一方のセグメントのセグメント周方向接合端面より突出させた雄継手部材と、他方の接合端面に開口した凹部内に配置された板状の雌継手部材とを備え、雄継手部材を凹部内に挿入し、両セグメントをセグメント幅方向に相対的にスライド移動させることにより、雌雄両継手部材が互いに係合し、両セグメント間を接合させるようになっている。

雄継手部材は、一方のセグメントの接合端面より突出した棒板状の雄鉤元部と、雄鉤元部の先端より突出した雄係合鉤部とを備えたＬ字フック状に形成され、雌継手部材には、雄係合鉤部が挿し込まれる挿入孔を備え、両セグメントの相対移動に伴い雄係合鉤部が挿入孔に挿し込まれ、それにより雄係合鉤部が挿入孔の内縁に係合し、雄雌継手部材が互いに係合するようになっている。

また、この雄係合鉤部には、挿入孔と係合する係合面を当該挿入孔内縁と平行に形成したストレート型と、スライド方向に傾斜したテーパ状の係合面を有するテーパ型とがある。

特開平１１−２５６９９５号公報

しかしながら、上述の如き従来の技術では、ストレート型の雄係合鉤部の場合、雄係合鉤部が挿入孔の内側に挿し込まれて係合することにより両セグメント間を接合する構造であるため、両接合端面同士が突き合わされた状態で雄係合鉤部と挿入孔の内縁との間に余裕（遊び）が無いと両セグメントが相対スライド移動できず、作業効率が悪くなるという問題がある反面、両係合部間に余裕（遊び）を設けると、雌雄両継手部材間の締結強度が確保できないという問題があった。

一方、テーパ型の雄係合鉤部の場合、スライド方向に傾斜したテーパ状の係合面を有することにより、雄係合鉤部がスライド初期には、挿入孔の内縁と接触しないので効率良くスライド作業を進められ、テーパ面が挿入孔の内縁に対し楔状に係合することで取付誤差を吸収し、締結力を確保する構造であるため、雌継手部材にセグメント周方向の引張力が常に作用した状態にあり、雌継手部材に大きな外力が作用した際に微小な伸びで降伏に至り、当該外力に対する抵抗力が確保し難いという問題があった。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、効率良く接合作業を行え、且つ、接合後には高い締結力を発揮する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し、所期の目的を達成するための請求項1に記載の発明の特徴は、互いに接合されるセグメントの一方の接合端面より突出した雄継手部材と、他方の接合端部に開口した凹部内に配置された雌継手部材とを備え、前記雄継手部材が前記凹部に挿入され、且つ前記両セグメントがセグメント幅方向に相対的にスライド移動されることにより前記雄継手部材と前記雌継手部材とが互いに係合し、前記セグメント間が接合されるようにしたセグメントの継手構造において、前記雄継手部材は、前記一方の接合端面より突出した雄鉤元部と、該雄鉤元部の先端部よりセグメント幅方向のスライド移動側に向けて突出し、且つ、セグメント周方向の一方の接合端面側にスライド方向先端側が前記一方の接合端面より離反する側に傾斜した係合テーパ面を有する係合鉤部とを備え、前記雌継手部材は、セグメント周方向に向けた複数の雌継手体が互いにセグメント幅方向に縁切りされた状態で重ねられ、且つ、前記接合端面に開口した前記凹部の導入部と、該導入部のセグメント幅方向の一方と連通配置に形成されたスライド挿入部との境界部分に介在され、該各雌継手体は、それぞれセグメント内に固定端側が埋設され、前記セグメント周方向に一定長さを有する支持基部と、該支持基部の接合端面側に支持され、前記係合テーパ面と接触する雌係合部とを備えるとともに、スライド方向奥側の雌継手体の固定端から雌係合部までの距離がスライド方向手前側に配置された雌継手体の固定端から雌係合部までの距離よりも短く、前記重ねられた各雌継手体の雌係合部が段状を成し、前記係合テーパ面の傾斜角は、前記段状に配置された複数の雌係合部の成す勾配よりも緩やかな傾斜となっていることにある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記雌継手体は、前記雄係合鉤部が挿入される挿入孔を有する板状に形成され、前記挿入孔の接合端部側の内縁を前記雌係合部としていることにある。

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、前記各雌継手体は、前記支持基部の前記雌係合部とは反対側端部が互いに固定されていることにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項３の構成に加え、前記雌継手部材には、前記セグメント内に埋設された支圧板を備え、該支圧板表面に各雌継手体の端部が固定されていることにある。

本発明に係るセグメントの継手構造は、上述したように、互いに接合されるセグメントの一方の接合端面より突出した雄継手部材と、他方の接合端部に開口した凹部内に配置された雌継手部材とを備え、前記雄継手部材が前記凹部に挿入され、且つ前記両セグメントがセグメント幅方向に相対的にスライド移動されることにより前記雄継手部材と前記雌継手部材とが互いに係合し、前記セグメント間が接合されるようにしたセグメントの継手構造において、前記雄継手部材は、前記一方の接合端面より突出した雄鉤元部と、該雄鉤元部の先端部よりセグメント幅方向のスライド移動側に向けて突出し、且つ、セグメント周方向の一方の接合端面側にスライド方向先端側が前記一方の接合端面より離反する側に傾斜した係合テーパ面を有する係合鉤部とを備え、前記雌継手部材は、セグメント周方向に向けた複数の雌継手体が互いにセグメント幅方向に縁切りされた状態で重ねられ、且つ、前記接合端面に開口した前記凹部の導入部と、該導入部のセグメント幅方向の一方と連通配置に形成されたスライド挿入部との境界部分に介在され、該各雌継手体は、それぞれセグメント内に固定端側が埋設され、前記セグメント周方向に一定長さを有する支持基部と、該支持基部の接合端面側に支持され、前記係合テーパ面と接触する雌係合部とを備えるとともに、スライド方向奥側の雌継手体の固定端から雌係合部までの距離がスライド方向手前側に配置された雌継手体の固定端から雌係合部までの距離よりも短く、前記重ねられた各雌継手体の雌係合部が段状を成し、前記係合テーパ面の傾斜角は、前記段状に配置された複数の雌係合部の成す勾配よりも緩やかな傾斜となっていることにより、接合作業を容易且つ効率的に行えるとともに、セグメント間の高い締結力を簡易な構造で得ることができる。

また、本発明において、前記雌継手体は、前記雄係合鉤部が挿入される挿入孔を有する板状に形成され、前記挿入孔の接合端部側の内縁を前記雌係合部としていることにより、簡易な構造で雌係合部を形成することができる。

更に、本発明において、前記各雌継手体は、前記支持基部の前記雌係合部とは反対側端部が互いに固定され、前記雌継手部材には、前記セグメント内に埋設された支圧板を備え、該支圧板表面に各雌継手体の端部が固定されていることにより、一方の雌継手体が好適に伸長できる。

本願発明に係るセグメントの継手構造を有するセグメントの一例を示す概略平面図である。 図１中のセグメントの継手構造を示す部分拡大断面図である。 図２中の雄継手部分を示す断面図である。 （ａ）は同上の雌継手部分を示す断面図、（ｂ）は同Ａ−Ａ線断面図である。 初期接合状態を説明するための断面図である。 同上の接合状態を説明するための断面図である。 セグメント周方向に引張力が作用した状態を説明する為の断面図である。 （ａ）は本願発明に係るセグメントの継手構造を構成する雌継手部材の他の実施例を示す断面図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ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実施態様を図１〜図７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端面２，２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、本実施例では、組み立てられるセグメントリングを基準として、その周方向をセグメント周方向、セグメントリングの軸方向をセグメント幅方向、セグメントリングの径方向をセグメント厚み方向とし、また、後述する両セグメント１，１のスライド移動における雄継手部材３の移動を適宜基準にして説明する。

この各セグメント１，１間を接合する継手構造は、接合される一方のセグメント１の接合端面２からセグメント周方向に向けて突出した雄継手部材３と、他方のセグメント１の接合端面２に開口した凹部４内に配置された雌継手部材５とを備え、両セグメント１，１がセグメント幅方向でずれた状態で雄継手部材３を凹部４内に挿入して両接合端面２，２が互いに突き合わされ、その状態で両セグメント１，１がセグメント幅方向に相対的にスライド移動されることによって雄継手部材３と雌継手部材５とが互いに係合し、それによりセグメント１，１が連結されるようになっている。

雄継手部材３は、図３に示すように、セグメント１，１の周方向接合端面２より突出した雄鉤元部３１と、雄鉤元部３１の先端部よりセグメント幅方向のスライド移動側に向けて突出した雄係合鉤部３２とを備え、雄鉤元部３１と雄係合鉤部３２とがＬ字フック状を成している。

雄鉤元部３１は、角棒状に形成され、一端側がセグメント１，１の周方向端部に埋設され、他端側が一方の接合端面２よりセグメント周方向に突出している。尚、図中符号３３はセグメント１内に埋設された鉄筋であって、この鉄筋３３は、接合強度等を考慮した上で必要に応じて雄鉤元部３１に溶接等によって連結するようになっている。

雄係合鉤部３２は、セグメント幅方向に一定の長さを有する板状に形成され、雄鉤元部３１の先端に一体に支持されて片持ち梁状を成している。

この雄係合鉤部３２は、そのセグメント周方向の外面部にセグメント幅方向に緩やかに傾斜した係合テーパ面３２ａを有している。

この係合テーパ面３２ａの傾斜角θ１は、後述する段状に配置された複数の雌係合部５１ｂ、５２ｂに整合させて形成され、当該段状の勾配θ２よりも緩やかな傾斜となっている。

凹部４は、接合端面２に開口した角穴状の導入部４１と、導入部４１のセグメント幅方向の一方と連通配置に形成されたテーパ穴状のスライド挿入部４２とを備え、導入部４１とスライド挿入部４２との境界部分に雌継手部材５が介在されている。

雌継手部材５は、図４に示すように、互いにセグメント幅方向で重ねられた鋼板等からなる板状の雌継手体５１，５２と、セグメント１内に埋設された支圧板５３とを備え、支圧板５３の表面に各雌継手体５１，５２の端部が溶接等によって固定されている。尚、雌継手体５１，５２は、その対向面同士が互いに固定されておらず、互いに固定端を基準に摺動可能な状態で重ねられている。

各雌継手体５１，５２は、それぞれ細長板状に形成され、それぞれセグメント１内に埋設されたセグメント周方向に一定長さを有する支持基部５１ａ，５２ａと、支持基部５１ａ，５２ａに支持された雌係合部５１ｂ,５２ｂとを備え、雌係合部５１ｂ，５２ｂがスライド方向に向かって勾配θ２を成す段状に配置されている。

尚、スライド奥側に配置された雌継手体（以下、奥側雌継手体という）５１は、スライド手前側に配置された雌継手体（以下、手前側雌継手体という）５２に比べて、セグメント周方向の断面積が小さく形成されている。

また、奥側雌継手体５１は、その表面の一部又は全部に離型材が塗布され、セグメント１を構成するコンクリートに対し縁切りされた状態にあって、一定の伸びが許容された状態にセグメント１内に埋設されている。

一方、手前側雌継手体５２は、その支持基部５２ａがセグメント１を構成するコンクリートと付着した状態で埋設されている。

各雌係合部５１ｂ、５２ｂは、細長板状の雌継手体５１，５２の一方の端部にそれぞれ雄係合鉤部３２が挿入される挿入孔５１ｃ，５２ｃを有することにより形成され、挿入孔５１ｃ，５２ｃの接合端面２，２側の内縁がスライド方向に段状に配置された雌係合部５１ｂ、５２ｂを成し、挿入孔５１ｃ，５２ｃを境に雌継手体５１，５２のその他の部分が支持基部５１ａ，５２ａを成している。

即ち、各雌継手体５１，５２は、手前側雌継手体５１の固定端から挿入孔５１ｃの接合端面２側の内縁までの距離Ｌ１に比べて奥側雌継手体５２の固定端から挿入孔５２ｃの接合端面２側の内縁までの距離Ｌ２が短くなるよう配置されている。

このように構成されたセグメントの継手構造では、まず、両セグメント１，１がセグメント幅方向でずれた状態で凹部４の導入部４１内に雄継手部材３を挿入し、セグメント周方向で互いに隣り合うセグメント１，１の接合端面２，２同士を突合せ配置とする。

次に、両セグメント１，１をセグメント幅方向で相対的にスライド移動させ、雄係合鉤部３２を重ね合わされた各雌継手体５１，５２の挿入孔５１ｃ，５２ｃに挿し込む。

その際、所定の位置までスライド移動するまでは、雄係合鉤部３２と雌係合部材とが非接触の状態にあるので、互い反力を受けず円滑にスライド移動することができる。

そして、所定の位置までスライド移動が進むと、図５に示すように、雄係合鉤部３２の係合テーパ面３２ａは、所定の位置Ｐ１で奥側雌継手体５１の雌係合部５１ｂと接触する。

尚、雄係合鉤部３２は、係合テーパ面３２ａの傾斜角θ１が両雌係合部５１ｂ，５２ｂの勾配θ２よりも小さいので、手前側雌継手体５２の雌係合部５２ｂとの間に間隙が生じた状態になっている。

次に、図５に示す位置から更に両セグメント１，１の相対スライド移動が進むと、雄係合鉤部３２は、その係合テーパ面３２ａが奥側雌継手体５１の雌係合部５１ｂと係合したまま挿し込まれ、且つ、奥側雌継手体５１がセグメント１を構成するコンクリートから縁切られた状態にあるので、スライド移動の進行に伴い雄係合鉤部３２からの力を受けて支持基部５１ａを自由長として奥側雌継手体５１が伸長し、徐々に締結力が増していく。

そして、図６に示すように、雄係合鉤部３２が奥側雌継手体５１に対し所定位置Ｐ２まで挿し込まれると、雌雄継手部材３，５が互いに反力を受けた状態で接合端面２，２が接合され、所定の締結力によって両セグメント１，１が連結される。

また、スライド移動が進むにつれ、奥側雌継手体５１が伸長し、その雌係合部５１ｂの位置が接合端面２側に移動し、両雌係合部５１ｂ、５２ｂによる段の勾配θ２が小さくなり、係合テーパ面３２ａと手前側雌継手体５２の雌係合部５２ｂとの間隙が狭まり、図６に示す位置で最小となる。尚、この図においては、説明の便宜上、係合テーパ面３２ａと手前側雌継手体５２の雌係合部５２ｂとの間隙を大きく描写しているが、実際には当該間隙は略無い状態になっている。

一方、このセグメントの継手構造では、図７に示すように、セグメント周方向に一定以上の外力（引張力）が作用した場合、それに伴い雄係合鉤部３２の所定の位置Ｐ３が手前側雌継手体５２の雌係合部５２ｂに当接し、雄係合鉤部３２には、両雌継手体５１，５２からの反力が作用し、当該外力に対抗する。尚、この図７では、説明の便宜上、接合端面２，２間に隙間を生じた状態で描写したが、実際には、係合テーパ面３２ａと手前側雌継手体５２の雌係合部５２ｂとの間隙は小さく、接合端面２，２間には略隙間を生じない。

よって、通常時では、雄継手部材３が奥側雌継手体５１に支持されて両セグメント１，１間の締結力が得られ、セグメント周方向に両セグメント１，１を離反させる一定以上の引張力が作用した際には、雄係合鉤部３２が手前側雌継手体５２にも当接して当該引張力に対抗する。

その際、奥側雌継手体５１は、雄係合鉤部３２が手前側雌継手体５２にも当接することによって、一定以上の伸びが規制されるので、降伏にまで至らずに弾性域を維持でき、外力が除去された後も高い締結力を維持できるようになっている。

尚、雌継手部材５の態様は、上述の実施例に限定されず、例えば、図８に示すように、奥側雌継手体５４が一対の支持基部５４ａ，５４ａと、支持基部５４ａ，５４ａの先端部間を連結する雌係合部５４ｂとを一体に備えた門型状のものであってもよい。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を省略する。

この奥側雌継手体５４は、両支持基部５４ａ，５４ａの基端側が手前側雌継手体５２の表面に溶接等によって固定されている。

また、手前側雌継手体５２も同様に一対の支持基部と、支持基部の先端部間を連結する雌係合部とを一体に備えた門型状のものであってもよい。

更にまた、上述の実施例では、雌継手部材を２枚の雌継手体で構成した例について説明したが、３枚以上の複数の雌継手体で構成し、各雌継手体の雌係合部がスライド方向に向かって段状に配置されているものであってもよい。

１ セグメント
２ 接合端面
３ 雄継手部材
３１ 雄鉤元部
３２ 雄係合鉤部
３２ａ 係合テーパ面
３３ 鉄筋
４ 凹部
４１ 導入部
４２ スライド挿入部
５ 雌継手部材
５１ 雌継手体
５１ａ 支持基部
５１ｂ 雌係合部
５１ｃ 挿入孔
５２ 雌継手体
５２ａ 支持基部
５２ｂ 雌係合部
５２ｃ 挿入孔

Claims (4)

1. 互いに接合されるセグメントの一方の接合端面より突出した雄継手部材と、他方の接合端部に開口した凹部内に配置された雌継手部材とを備え、前記雄継手部材が前記凹部に挿入され、且つ前記両セグメントがセグメント幅方向に相対的にスライド移動されることにより前記雄継手部材と前記雌継手部材とが互いに係合し、前記セグメント間が接合されるようにしたセグメントの継手構造において、
   前記雄継手部材は、前記一方の接合端面より突出した雄鉤元部と、該雄鉤元部の先端部よりセグメント幅方向のスライド移動側に向けて突出し、且つ、セグメント周方向の一方の接合端面側にスライド方向先端側が前記一方の接合端面より離反する側に傾斜した係合テーパ面を有する係合鉤部とを備え、
   前記雌継手部材は、セグメント周方向に向けた複数の雌継手体が互いにセグメント幅方向に縁切りされた状態で重ねられ、且つ、前記接合端面に開口した前記凹部の導入部と、該導入部のセグメント幅方向の一方と連通配置に形成されたスライド挿入部との境界部分に介在され、
   該各雌継手体は、それぞれセグメント内に固定端側が埋設され、前記セグメント周方向に一定長さを有する支持基部と、該支持基部の接合端面側に支持され、前記係合テーパ面と接触する雌係合部とを備えるとともに、スライド方向奥側の雌継手体の固定端から雌係合部までの距離がスライド方向手前側に配置された雌継手体の固定端から雌係合部までの距離よりも短く、前記重ねられた各雌継手体の雌係合部が段状を成し、
   前記係合テーパ面の傾斜角は、前記段状に配置された複数の雌係合部の成す勾配よりも緩やかな傾斜となっていることを特徴とするセグメントの継手構造。
2. 前記雌継手体は、前記雄係合鉤部が挿入される挿入孔を有する板状に形成され、前記挿入孔の接合端部側の内縁を前記雌係合部としている請求項１に記載のセグメントの継手構造。
3. 前記各雌継手体は、前記支持基部の前記雌係合部とは反対側端部が互いに固定されている請求項１又は２に記載のセグメントの継手構造。
4. 前記雌継手部材には、前記セグメント内に埋設された支圧板を備え、該支圧板表面に各雌継手体の端部が固定されている請求項３に記載のセグメントの継手構造。

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