JP7084333B2

JP7084333B2 - リング継手

Info

Publication number: JP7084333B2
Application number: JP2019016851A
Authority: JP
Inventors: 勝河越; 伸司増澤
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2019-02-01
Filing date: 2019-02-01
Publication date: 2022-06-14
Anticipated expiration: 2039-02-01
Also published as: JP2020125585A

Description

本発明は、円形に組み立てられる複数のトンネル覆工用のセグメントからなる互いに相対する２つのリングの相互接続に用いられるリング継手に関する。

円形断面を有するトンネルの構築においては、地中でシールド掘進機を推進し、シールド掘進機の推進跡に生じた掘削壁を、複数のトンネル覆工用のセグメントを円形に組み立ててなるリングにより覆工することが行われる。シールド掘進機のテール内で組み立てられるリング（新設のリング）と、先に組み立てられたリング（既設のリング）とはリング継手を介して相互に接続される。このリング継手の一つとして、各セグメントに設けられたインサート及びピンを備え、新設及び既設の両リングの一方のセグメントのピンが他方のリングのセグメントのインサートに受け入れられこれに保持されるものが提案されている。

ところで、トンネルの構築においては、既設のリングがその周囲の地山から受ける土水圧の偏りのために既設のリングを構成する全部又は一部のセグメントが既設のリングの径方向へ僅かに変位し、このために既設のリングが非真円状を呈する状態となることがある。

特開２００８－１０６４９９号公報

本発明は、トンネル覆工用のセグメントに設けられる新たなリング継手であって非真円状を呈する既設のリングのセグメントに対する新設のリングのセグメントの接続を可能にする新たなリング継手を提供する。

本発明は、円形に組み立てられる複数のトンネル覆工用のセグメントからなる互いに相対する２つのリングの相互接続、より詳細には両リングを構成する２つのリングの相互接続に用いられるリング継手に係る。

本発明に係るリング継手は、各セグメントの内部に設けられ前記２つのリングのうちの一方のリングを構成するセグメントのリング継手面に開放する第１のインサートと、各セグメントの内部に設けられ他方のリングを構成するセグメントのリング継手面に開放する筒形部材及び該筒形部材に連通する第２のインサートと、前記筒形部材に嵌合される支持部材と、該支持部材に支持され前記支持部材の軸線と平行な偏心軸線上及び前記軸線上を互いに反対方向へ伸びる第１のピン及び第２のピンであって前記第１のインサートに受け入れられ保持される第１のピン及び前記筒形部材を通して前記第２のインサートに受け入れられ保持される第２のピンとを備える。ここにおいて、前記筒形部材は横断面形状が正多角形である内面を有し、前記支持部材はその横断面形状が前記筒形部材の横断面形状と同形の正多角形である外形を有する。

前記リング継手は、さらに、前記支持部材に代えて選択的に使用される他の支持部材を備えるものとすることができる。前記他の支持部材は前記第１のピン及び前記第２のピンを、共に、その軸線に沿って伸びるように支持する。

本発明に係るリング継手が適用された複数のトンネル覆工用のセグメントからなる既設のリング及び新設の両リングの相互接続に際しては、例えば前記既設のリングを構成するセグメントのリング継手面に開放する筒形部材に、第１及び第２の両ピンを支持する支持部材を挿入しこれを嵌合させる。このとき、前記筒形部材を経て伸びる第２のピンが前記筒形部材に連なる第２のインサートに受け入られこれに保持される。これにより、前記支持部材が既設のリングを構成するセグメントに固定される。また、前記支持部材に支持された第１のピンは前記既設のリングを構成するセグメントのリング継手面からから突出した状態におかれる。

本発明にあっては、前記筒形部材の内面の横断面形状と該筒形部材に嵌合される前記支持部材の外形の横断面形状とが同じ正多角形を呈し、また、前記支持部材に支持された第１のピンが前記支持部材の偏心軸線に沿って伸びている。このことから、前記支持部材を前記筒形部材に嵌合させるとき、前記第１のピンを、前記筒形部材の軸線の周りに等角度をおいて存する複数（前記正多角形の角の数に相当する数）の放射方向線のうち任意の一つの放射方向線上に位置させることができる。

これによれば、前記既設のリングが非真円状を呈する状態にあるとき、すなわち前記既設のリングを構成する全部又は一部のセグメントが前記既設のリングの径方向へ僅かに変位した状態にあるとき、変位したセグメントとこれに接続される前記新設のリングのセグメントとに関し、両セグメント間に前記リングの径方向への僅かな目違い（ずれ）を残して、前記第１のピンと前記第１のインサートとを互いに整合する状態におくことができる。これにより、両セグメントの相互接続を行うことができ、また、これにより、円形のトンネル覆工における真円度の修正を図ることができる。

ここで、前記径方向に変位したセグメントが前記既設のリングを構成する複数のセグメントのうちの一部であるときは、前記径方向に変位することなく真円上に位置する残りの他のセグメントと前記新設のリングの他のセグメントとの相互接続については、前記支持部材（以下、便宜的に一の支持部材という。）に代えて、他の支持部材すなわちその軸線上に前記第１のピンを支持する他の支持部材を用いて行うことができる。

リング継手が設けられたトンネル覆工用のセグメントの概略的な斜視図である。接続前における既設及び新設の両リングのセグメントの軸線に沿って得た部分断面図である。接続後における両リングのセグメントの軸線に沿って得た部分断面図である。インサートの一例を示す分解斜視図である。第１のピン及び第２のピンを支持する支持部材、及び、筒形部材の斜視図である。第１のピン及び第２のピンを支持する支持部材の断面図である。支持部材及びこれに支持された第１のピンの側面図である。第１のピン及び第２のピンを支持する他の支持部材の断面図である。他の支持部材及びこれに支持された第１のピンの側面図である。

図１を参照すると、トンネルの覆工を行うための円形のリング（図示せず）の組み立てに用いられる、全体に円弧状に湾曲するコンクリート製のセグメント１０と、該セグメントに適用された本発明に係るリング継手１２の一部とが示されている。リング継手１２の適用対象は、鋼製のセグメント（図示せず）であってもよい。

前記トンネルの覆工のために、複数のセグメント１０が、地中を推進されるシールド掘進機のテール内（図示せず）において真円状を呈するリング（新設のリング）（図示せず）に組み立てられる。前記新設のリングは、先に組み立てられ前記新設のリングに相対するリング（既設のリング）（図示せず）に接続される。接続は、前記新設のリングの組み立てに供され、組み立て後に前記新設のリングを構成する一のセグメント１０と前記既設のリングを構成する一のセグメント１０との間において、リング継手１２を介して行われる。

接続に際しては、前記新設のリングの一のセグメント１０が前記既設のリングの一のセグメント１０に向けて移動される（図２参照）。接続時、両セグメント１０は、これらの両リング継手面１０ａ、１０ｂのうちの一方のリング継手面１０ａと他方のリング継手面１０ｂとにおいて、互いに当接する（図３参照）。

図２及び図３を参照すると、図上、前記既設のリングの一のセグメント１０（以下、これに便宜的に符号１０Ａを付す。）が右側（坑口側）に位置し、また、前記新設のリングの一のセグメント１０（以下、これに便宜的に符号１０Ｂを付す。）が左側（切羽側）に位置する。また、セグメント１０Ａは前記既設のリングの径方向に僅かに変位した状態にあり、このために前記既設のリングは非真円状を呈する状態にある。これに対し、セグメント１０Ｂは前記新設のリングの組み立てのために真円上に位置する。

リング継手１２は、セグメント１０の内部に設けられた（図示の例では埋設された）第1のインサート１４、筒形部材１６及び該筒形部材に連通する第２のインサート１８を備える。リング継手１２は、さらに、セグメント１０に埋設されず、筒形部材１６に嵌合される支持部材２０並びに該支持部材に支持された第１のピン２２及び第２のピン２４を備える。リング継手１２は、各セグメント１０に複数（図１に示す例においては３つ）設けられる。

図示の例では、第1のインサート１４がセグメント１０Ｂの前記坑口側のリング継手面１０ａにおいてセグメント１０Ｂの軸線方向へ開放し、また、筒形部材１６がセグメント１０Ａの前記切羽側のリング継手面１０ｂにおいてセグメント１０Ａの軸線方向へ開放している。但し、第1のインサート１４及び筒形部材１６は、それぞれ、セグメント１０Ａのリング継手面１０ｂ及びセグメント１０Ｂのリング継手面１０ａに開放するように配置することができる。

図示の第１のインサート１４及び第２のインサート１８は、それぞれ、従来公知の一例に係るインサートと同様のものからなる。第１及び第２の両インサート１４、１８は、それぞれ、セグメント１０の内部に配置された、開放端部を有する細長いケース２６と、該ケース内に配置された保持機構２８とからなる。第１のインサート１４は、そのケース２６の前記開放端部において、セグメント１０Ｂのリング継手面１０ａに開放している。また、第２のインサート１８は、そのケースの２６の前記開放端部において、筒形部材１６の端部に当接し、筒形部材１６の内部に開放している。

図４に示すように、第１及び第２の各インサート１４、１８の保持機構２８は、ケース２６の前記開放端部からその内部に順次に挿入され、ケース２６の軸線ｌ_１に沿って直列に並ぶコイルばね３０、円形のスライドプレート３２及び保持部材３６と、ケース２６の前記開放端部内において該開放端部に螺合される筒状の蓋３８とからなる。

保持機構２８の保持部材３６は、スライドプレート３２に接する円板３６ａと、該円板にその周縁に沿って配置されかつ円板３６ａに片持ち支持され、蓋３８に向けて軸線ｌ_１と平行に伸びる複数の全ねじ３６ｂとからなる。保持部材３６はスライドプレート３２と蓋３８との間においてコイルばね３０のばね力が及ぼされている。

蓋３８は第１及び第２の各ピン２２、２４の挿入を許す内径を有する。保持部材３６の複数の全ねじ３６ｂは、第１及び第２の各ピン２２、２４が第１及び第２の各インサート１４、１８に対して相対的に、蓋３８を通してケース２６内に挿入されるとき、第１及び第２の各ピン２２、２４により押し広げられるように弾性変形する。次いで、複数の全ねじ３６ｂはこれらが取り囲む空間４０（図２）に第１及び第２の各ピン２２、２４の一部（後記一端部２２ａ、２４ａ）を受け入れ、その後元の状態へと弾性復帰する。この間、保持部材３６は、第１及び第２の各ピン２２、２４の挿入外力を受けて、コイルばね３０のばね力に抗して、スライドプレート３２と共にケース２６内をその奥に向けて直線移動し、第１及び第２の各ピン２２、２４の一部の受け入れ後、コイルばね３０の反発力により元の位置に戻る。

図５～図７に示すように、筒形部材１６は横断面形状が正多角形（図示の例では正八角形）である内面１７、すなわち正多角形の筒面を有する。前記正多角形は、図示の正八角形に代えて、任意の数の角を有する他の正多角形、例えば正六角形とすることができる。

筒形部材１６に嵌合される支持部材２０は、その横断面形状が筒形部材１６の横断面形状と同形の正多角形である外形を有する。図示の例にあっては、支持部材２０は正多角柱体からなる。また、支持部材２０は、その軸線ｌ_２と平行な偏心軸線ｌ_３上及び軸線ｌ_２上をそれぞれ伸びる第１のねじ穴（雌ねじ）２０ａ及び第２のねじ穴（雌ねじ）２０ｂを有する（図６）。

第１のピン２２は雄ねじが設けられた一端部２２ａ及び他端部２２ｂ（図２）を有する。同様に、第２のピン２４は雄ねじが設けられた一端部２４ａ及び他端部２４ｂ（図２）を有する。第１のピン２２はその他端部２２ｂにおいて支持部材２０の第１のねじ穴２０ａに螺合され、第２のピン２４はその他端部２４ｂにおいて支持部材２０の第２のねじ穴２０ｂに螺合されている。これにより、第１及び第２の両ピン２２、２４は支持部材２０に支持され、支持部材２０の偏心軸線ｌ_３上及び軸線ｌ_２上を互いに反対方向へ伸びている。

支持部材２０に支持された第２のピン２４は、支持部材２０が筒形部材１６に挿入されこれに嵌合されるとき、筒形部材１６の内部を経て伸びる一端部２４ａが第２のインサート１８の複数の全ねじ３６ｂが取り囲む空間４０に受け入れられる。このとき、第２のピン２４の一端部２４ａの雄ねじが、そのねじ山及びねじ溝において、第２のインサート１８の保持部材３６の各全ねじ３６ｂとそのねじ溝及びねじ山において噛合する。この噛合により、第２のピン２４が第２のインサート１８に該第２のインサートから抜け出ないように保持される。

また、筒形部材１６に嵌合された支持部材２０から突出する第１のピン２２は、前記既設のリングに対する前記新設のリングの接続に際し、その一端部２２ａにおいて第１のインサート１４の複数の全ねじ３６ｂが取り囲む空間４０に受け入れられる。このとき、第１のピン２２の一端部２２ａの雄ねじが、そのねじ山及びねじ溝において、第１のインサート１４の保持部材３６の各全ねじ３６ｂとそのねじ溝及びねじ山において噛合する。この噛合により、第１のピン２２が第１のインサート１４に該第１のインサートから抜け出ないように保持される。

リング継手１２は、さらに、支持部材２０に代えて選択的に使用される他の支持部材２０を有するものとすることができる。以下、前記支持部材及び前記他の支持部材に、それぞれ、便宜的に符号２０Ａ及び２０Ｂを付す。

他の支持部材２０Ｂは、図８及び図９に示すように、第１のピン２２を、その軸線ｌ_２上に支持する点において、偏心軸線ｌ_３上に支持する支持部材２０Ａと相違する。したがって、他の支持部材２０Ｂは、第１のピン２２及び第２のピン２４を支持するためにこれらのピンの他端部２２ｂ、２４ｂの雄ねじとそれぞれ螺合する第１のねじ穴（雌ねじ）２０ａ及び第２のねじ穴（雌ねじ）２０ｂ（図８）であって共に軸線ｌ_２上を伸びる第１のねじ穴２０ａ及び第２のねじ穴２０ｂを有する。

非真円状の前記既設のリングのセグメント１０Ａに対する前記新設のリングのセグメント１０Ｂの接続に際しては、これに先立ち、筒形部材１６に対する支持部材２０の嵌合位置、すなわち筒形部材１６の内面１７における複数の角１７ａに対する支持部材２０の一つの角２０ｃの係合位置を定め、支持部材２０を筒形部材１６に挿入する。これにより、支持部材２０の偏心軸ｌ_３上に支持されている第１のピン２２を、筒形部材１６の軸線の周りに等角度をおいて存する複数（前記正多角形の角の数に相当する数）の放射方向線のうちの一つの放射方向線上に位置させる。これにより、セグメント１０Ａに接続されるセグメント１０Ｂの第１のインサート１４を、セグメント１０Ａの第１のピン２２に対してこれと整合する状態におくことができる（図２）。これにより、前記リングの径方向への僅かな目違い（ずれ）ａ（図３）を残して、セグメント１０Ｂをセグメント１０Ａに接続することができる（図３）。また、これにより、円形のトンネル覆工における真円度の修正を図ることができる。

ここにおいて、支持部材２０の軸線ｌ_２と偏心軸線ｌ_３との間の距離、すなわち第１のピン２２の偏心量は、セグメント１０Ａの径方向への変位量を考慮して、予め定められる。但し、実際には、前記偏心量の異なる複数の支持部材２０を準備しておき、これらの支持部材２０の中から前記変位量がセグメント１０Ａの径方向変位量に最も適合する支持部材２０を選んで使用する。また、筒形部材１６に対する支持部材２０の嵌合位置は、セグメント１０Ａの変位の角度を考慮して定められる。しかし、通常、前記変位角度は比較的小さい。このため、実際には、前記正多角形は任意の数の角を有するもので足りる。

また、前記既設のリングの径方向に変位した状態にあるセグメント１０が前記既設のリングを構成する全部のセグメントではなく一部のセグメントであるときは、前記既設のリングの径方向に変位していない残りの他のセグメントと、前記新設のリングにおける他のセグメント１０との相互接続においては、支持部材２０Ａ（図６）に代えて、他の支持部材２０Ｂ（図８）を用いることができる。

１０セグメント
１２リング継手
１４第１のインサート
１６筒形部材
１８第２のインサート
２０支持部材
２２第１のピン
２４第２のピン
２６ケース
２８保持機構

Claims

円形に組み立てられる複数のトンネル覆工用のセグメントからなる互いに相対する２つのリングの相互接続に用いられるリング継手であって、
各セグメントの内部に設けられ前記２つのリングのうちの一方のリングを構成するセグメントのリング継手面に開放する第１のインサートと、
各セグメントの内部に設けられ他方のリングを構成するセグメントのリング継手面に開放する筒形部材及び該筒形部材に連通する第２のインサートと、
前記筒形部材に嵌合される支持部材と、
前記支持部材に支持され前記支持部材の軸線と平行な偏心軸線上及び前記軸線上を互いに反対方向へ伸びる第１のピン及び第２のピンであって前記第１のインサートに受け入れられ保持される第１のピン及び前記筒形部材を通して前記第２のインサートに受け入れられ保持される第２のピンとを備え、
前記筒形部材は横断面形状が正多角形である内面を有し、
前記支持部材はその横断面形状が前記筒形部材の横断面形状と同形の正多角形である外形を有する、リング継手。
さらに、前記支持部材に代えて選択的に使用される他の支持部材を備え、
前記第１のピン及び前記第２のピンは前記他の支持部材にその軸線上を伸びるように支持される、請求項１に記載のリング継手。