JP7090480B2 - シールドセグメントの接続構造及び接続方法 - Google Patents

Description

本発明はシールドセグメントの接続構造及び接続方法に関し、詳しくは、インサートボルト継手のボルト挿通孔の位置合わせを行うための位置決め部材を用いて、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材同士を接続する接続構造及び当該接続構造によるシールドセグメントの接続方法に関するものである。

シールドトンネル工事では、シールド掘削機を用いて地山を掘削しながら、シールド掘削機の後端部にリング状のシールドセグメントを組み立てて設置し、当該シールドセグメントに反力をとってシールド掘削機を推進させる。

１単位のシールドセグメントは、周方向に分割された複数のセグメント部材を組み立てて形成され、シールド掘削機の推進に伴い、トンネル延長方向にシールドセグメントを順次接続することにより、シールドトンネルを構築する。

シールドセグメントは、周方向ではジョイント等の継手構造により接続してリング状とし、トンネル延長方向では隣り合うセグメント部材同士をボルトにより接続するのが一般的である。セグメント部材をリング状に組み立てるには、シールド掘削機の後方に取り付けたエレクタでセグメント部材を保持して周方向の適宜位置に移動させ、周方向に隣り合うセグメント部材同士を接続する。

また、トンネル延長方向にシールドセグメントを接続するには、エレクタでセグメント部材を保持して周方向の適宜位置に移動させ、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材にそれぞれ設けたボルト挿通孔とボルト止着部にボルトを一連に挿通し、ボルトの先端部をボルト止着部にネジ付けて、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材同士を接続する。この際、作業員がエレクタを操作して、ボルト挿通孔とボルト止着部が一連となるように、セグメント部材の位置を調整している。

トンネル延長方向にシールドセグメントを接続するには、ボルト挿通孔とボルト止着部を正確に一連としなければならず、セグメント部材の位置決め作業は熟練した技術を必要とする。そこで、シールドセグメントの接続作業を容易なものとするための技術が種々提案されている（例えば、特許文献１～３参照）。

特許文献１に記載された技術は、セグメントの組立施工に際しセグメント、セグメントリング間の締結を容易に行うためのセグメントの継手構造に関するものである。このセグメントの継手構造は、セグメントのリング間の互いに接続すべき構造物の接合端面の互いに対向する位置において、セグメンに中空梯形型で先端に傾斜をつけ挿入し易くした継手本体の底部にボルト部を備える。セグメントには、ナットにアンカー筋を延長し埋設してある。そして、埋設してあるナットに継手本体のボルト部を組み込んだものを挿入側とし、他側の接続するセグメントには挿入側と同じ位置に定着プレートを埋設し、中央には中空梯形型継手本体が進入できる空洞部を形成し、さらに接続時に楔（コッタ）を打ち込むスペースの空間をセグメント内面に向け貫通させてある側を他側（受け入れ側）とする。

そして、セグメントを接続するときは、継手本体の挿入側をセグメント他側の空洞部に押し込み、中空梯形型継手本体の中空部と他側セグメント内面の楔を打ち込むスペースの空間の位置が合った時に、内側からテーパーの付いた楔（コッタ）を打ち込んで、セグメントを連結して結合するようになっている。

特許文献２に記載された技術は、セグメント組立て作業の能率向上を図ることが可能なシールド工法に用いるセグメントの組立方法に関するものである。このセグメントの組立方法は、周方向へ互いに接続する位置関係にある二つのセグメントにおいて、周方向の接続端部に複数の真円ピンを突設した一方セグメントと、周方向の接続端面に真円ピンが嵌合する雌孔及び、雌孔と連通する状態でセグメントの軸方向に沿って長く、先端が拡径されたピン誘導長孔を設けた他方セグメントを用いる。そして、２つのセグメントの接続時に、一方セグメントの真円ピンを他方セグメントのピン誘導長孔に嵌めた状態で両セグメントを組み合わせ、この状態でセグメントを軸方向に移動させることで真円ピンと雌孔を嵌め合わせるようになっている。

特許文献３に記載された技術は、セグメントの組立時にシールドジャッキによるセグメントの圧入動作を利用してセグメントを締結するための継手金具に関するものである。この継手金具は、雄形継手と雌形継手を備えている。雄型継手は、拡張スリーブを有し、拡張スリーブには先端部から軸方向に沿う中空穴が設けられるとともに先端部から複数のスリットが設けられている。雌型継手は、有底筒体の開口部近傍に挿入口が形成され、奥部にテーパ部を介して挿入口よりも大径な中ぐり部を形成した筒状金具と、コーン形状の拡張子とからなり、筒状金具内に、当該筒状金具の内周部に挿入隙間を形成して拡張子を取り付ける。そして、雄型継手及び雌型継手はセグメントの端部に、かつ、同一軸線上に設けられ、両継手の結合によってセグメントが締結施工されるようになっている。

特開平１０－３０６６９３号公報 特開２００９－４６９５８号公報 特開平７－２４７７９６号公報

しかし、上述した各特許文献に記載された技術を含めて、従来の技術は、トンネル延長方向にシールドセグメントを接続することについては言及されているものの、狭く明るいとは言えない空間内で、安全に十分配慮を払った上で、容易かつ正確にセグメント部材の位置決め作業を行うための技術については何ら開示されておらず、その示唆もない。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、トンネル延長方向にシールドセグメントを接続する際に容易かつ正確にセグメント部材の位置決め作業を行うことが可能なシールドセグメントの接続構造及び接続方法を提供することを目的とする。

本発明に係るシールドセグメントの接続構造及び接続方法は、上述した事情に鑑み提案されたもので、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明に係るシールドセグメントの接続構造は、複数に分割されたセグメント部材をリング状に組み立ててシールドセグメントを形成する際に、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材同士を接続するためのシールドセグメントの接続構造に関するものである。

このシールドセグメントの接続構造において、トンネル延長方向に隣り合う一対のセグメント部材は、互いに対向する側端面において、一方のセグメント部材の側端面に設けた接続凹部と、他方のセグメント部材の側端面に設けたボルト止着部とを有するとともに、互いに対向する一対のセグメント部材にそれぞれ設けた接続凹部とボルト止着部の間には、両者を一連に連通するボルト挿通孔を有し、トンネル延長方向に対向する一対のセグメント部材にそれぞれ対向して設けたボルト挿通孔を一連とするための位置決めを行う位置決め部材を備えている。

そして、位置決め部材は、頭部と、頭部から延長して設けた軸部と、頭部と軸部との間に設けた中間部とを備えている。頭部は、軸部の一端側に設けられ、ボルト挿通孔の内径よりも大きな外径を有し、軸部は、ボルト挿通孔の内径よりも小さな外径を有し、中間部は、頭部と軸部との間に設けられ、ボルト挿通孔の内径よりも大きく、頭部の外径よりも小さな外径を有するとともに、その外周部に引き抜き治具を嵌まり込ませることが可能である。

引き抜き治具は、中間部の外周部に嵌まり込む切欠部を有する嵌合部と、当該嵌合部から延長して設けた操作部とを有するとともに、嵌合部と操作部との接合部は屈曲しており、中間部の外周部に切欠き部を嵌まり込ませることにより、テコの原理を用いて位置決め部材をボルト挿通孔から引き抜くための治具である。

本発明に係るシールドセグメントの接続方法は、複数に分割されたセグメント部材をリング状に組み立ててシールドセグメントを形成する際に、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材を接続するための方法に関するものである。このシールドセグメントの接続方法では、頭部と、頭部から延長して設けた軸部と、頭部と軸部との間に設けた中間部とを備え、頭部、中間部、軸部の順に外径が小さくなるとともに、トンネル延長方向に隣り合う一対のセグメント部材において、一方のセグメント部材の側端面に設けた接続凹部と、他方のセグメント部材の側端面に設けたボルト止着部とを有するとともに、互いに対向する一対のセグメント部材にそれぞれ設けた接続凹部とボルト止着部の間には、両者を一連に連通するボルト挿通孔を有し、トンネル延長方向に対向する一対のセグメント部材にそれぞれ対向して設けたボルト挿通孔を一連とするための位置決めを行う位置決め部材を用いる。

そして、トンネル延長方向に対向する一対のセグメント部材の側端面にそれぞれ対向して設けたボルト挿通孔を一連として、当該ボルト挿通孔に軸部を挿通し、接続凹部内に、中間部及び頭部を位置させて固定するとともに、一連となったボルト挿通孔に軸部を挿通することにより、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材を仮接続する。

その後、中間部の外周部に嵌まり込む切欠部を有する嵌合部と、当該嵌合部から延長して設けた操作部とを有するとともに、嵌合部と操作部との接合部は屈曲しており、中間部の外周部に切欠き部を嵌まり込ませることにより、テコの原理を用いて位置決め部材をボルト挿通孔から引き抜くための引き抜き治具を用いて、仮接続したセグメント部材の接続凹部内に位置する中間部に切欠部を嵌め込み、嵌合部を作用点、嵌合部と操作部との接続部を支点、操作部を力点として、位置決め部材を一連となったボルト挿通孔から引き抜くことにより、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材の仮接続を解除する。

本発明に係るシールドセグメントの接続構造及び接続方法によれば、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材を接続する際に、トンネル延長方向に対向するセグメント部材の一方の端面に設けた接続凹部と、他方の端面に設けたボルト止着部とを対向させて、接続凹部のボルト挿通孔とボルト止着部とが一連となるように、ボルト形状をなした位置決め部材を挿通することにより、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材の位置決めを行う。したがって、作業者の勘に頼ることなく、安全に十分配慮を払った上で、容易かつ正確にシールドセグメントを接続することが可能となる。

また、仮接続したシールドセグメントを本接続する際に、テコの原理を応用した引き抜き治具を用いて位置決め部材を引き抜くことにより、容易に位置決め部材を引き抜くことができる。

本発明の実施形態に係るシールドセグメントの接続構造の縦断面図（位置決め状態）。 本発明の実施形態に係るシールドセグメントの接続構造の縦断面図（位置決め部材の引き抜き状態）。 本発明の実施形態に係るシールドセグメントの接続構造に使用する位置決め部材の平面図及び側面図。 本発明の実施形態に係るシールドセグメントの接続構造に使用する引き抜き治具の正面図及び側面図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るシールドセグメントの接続構造及び接続方法を説明する。図１～図４は本発明の実施形態に係るシールドセグメントの接続構造及び接続方法を説明するもので、図１は位置決め状態を示すシールドセグメントの接続構造の縦断面図、図２は位置決め部材の引き抜き状態を示すシールドセグメントの接続構造の縦断面図、図３は位置決め部材の平面図（ａ）及び側面図（ｂ）、図４は引き抜き治具の正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。

＜シールドセグメントの接続構造の概要＞
本発明の実施形態に係るシールドセグメントの接続構造は、複数に分割されたセグメント部材１０をリング状に組み立ててシールドセグメントを形成する際に、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材１０同士を接続するための接続構造に関するものである。

このシールドセグメントの接続構造は、図１に示すように、セグメント部材１０に設けた接続凹部２０とボルト止着部３０を一連に連通させるボルト挿通孔４０を有している。そして、当該ボルト挿通孔４０に挿通することにより、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材１０同士の位置決めを行う位置決め部材５０を備えていることを主要な特徴としている。なお、図１及び図２において、符号７０はスキンプレート、符号８０は主桁（継手板）を示している。

＜セグメント部材＞
セグメント部材１０は、ＲＣセグメントやコンクリート中詰め鋼製セグメントからなり、坑口部（発進縦坑及び到達縦坑の接続部）には可撓性セグメントを用いている。各セグメント部材１０は、図示しないが、トンネル周方向に複数に分割（例えば、６分割）されており、トンネル周方向に隣り合うセグメント部材１０同士を接続することによりリング状のシールドセグメントを構築する。これらのセグメント部材１０は、例えば、底部及び側壁部に使用するＡ型セグメントと、肩部に使用するＢ型セグメントと、天端部に使用するＫ型セグメントからなる。セグメント部材１０をトンネル周方向に接続するには、隣り合うセグメント部材１０の周方向の端面に設けたスライドコッター等の接続部材を使用する。

各セグメント部材１０は、トンネル延長方向に対向するセグメント部材１０の一方の端面に設けた接続凹部２０と、他方の端面に設けたボルト止着部３０とを有する。また、対向するセグメント部材１０には、本設ボルト（図示せず）や位置決め部材５０の軸部５３を一連に連通するためのボルト挿通孔４０を有している。なお、本実施形態では、トンネル延長方向に対向するセグメント部材１０同士を接続するための部材を本設ボルト（図示せず）及びボルト止着部３０として説明しているが、クイックジョイントを用いてもよい。

＜位置決め部材＞
位置決め部材５０は、ボルト挿通孔４０に本設ボルトを挿通する前に、ボルト挿通孔４０とボルト止着部３０とを一連として、対向するセグメント部材１０の位置決めを行うための部材である。この位置決め部材５０は、図１～図３に示すように、頭部５１と、頭部５１から延長して設けた軸部５３と、頭部５１と軸部５３との間に設けた中間部５２とを備えており、全体としてボルト状をなしている。

頭部５１は、軸部５３の一端側に設けられており、ボルト挿通孔４０の内径よりも大きな外径を有している。また、中間部５２は、頭部５１と軸部５３との間に設けられており、ボルト挿通孔４０の内径よりも大きく、頭部５１の外径よりも小さな外径を有している。軸部５３は、ボルト挿通孔４０の内径よりも小さな外径を有している。また、軸部５３の先端側は、先端に向かって縮径していることが好ましい。これにより、ボルト挿通孔４０に軸部５３を挿入する際に、位置決めを容易に行うことができる。

すなわち、頭部５１、中間部５２、軸部５３の順に外径が小さくなっており、接続凹部２０とボルト止着部３０を一連に連通させるボルト挿通孔４０に対して軸部５３のみが挿通可能となっている。そして、接続凹部２０とボルト挿通孔４０とボルト止着部３０とを一連として、接続凹部２０からボルト挿通孔４０内に軸部５３を挿通すると、接続凹部２０内に頭部５１及び中間部５２が位置し、ボルト挿通孔４０内に軸部５３が位置することになる。

＜引き抜き治具＞
引き抜き治具６０は、図２及び図４に示すように、位置決めを行っている位置決め部材５０を引き抜くための治具であり、位置決め部材５０の中間部５２の外周部に嵌まり込む切欠部６１を有する嵌合部６２と、嵌合部６２から延長して設けた操作部６３とからなる。なお、嵌合部６２と操作部６３との接合部は、所定角度（例えば４５°程度）に屈曲していることが好ましい。これにより、位置決め部材５０を引き抜く際に、テコの原理を作用させやすくなる。さらに、切欠部６１は、解放端側へ向かって厚みが薄くなっていることが好ましい。これにより、頭部５１と中間部５２との間に、切欠部６１を挿入しやすくなる。

＜シールドセグメントの接続方法＞
本発明の実施形態に係るシールドセグメントの接続方法は、上述した位置決め部材５０を用いて、複数に分割されたセグメント部材１０をリング状に組み立ててシールドセグメントを形成する際に、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材１０を接続するための方法に関するものである。なお、この際の接続とは、仮接続を意味する。

トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材１０を接続するには、図１に示すように、シールド掘削機の後方に取り付けたエレクタでセグメント部材１０を保持して周方向の適宜位置に移動させ、対向する接続凹部２０のボルト挿通孔４０とボルト止着部３０とを一連にして位置決め部材５０の軸部５３を挿通し、接続凹部２０内に、中間部５２及び頭部５１を位置させて固定する。この際、接続凹部２０の側壁面と頭部５１との間に木材等からなる当て板９０を介在させて楔１００を打ち込むことにより、接続凹部２０内に頭部５１及び中間部５２を固定することができる。なお、本実施形態では、当て板９０と楔１００を別体としているが、両者を一体としてもよい。

この状態で、セグメント部材１０をトンネル周方向に接続し、リング状のシールドセグメントを構築する。また、セグメント部材１０の位置決め（仮接続）が終了したら、位置決め部材５０を抜き取る。

＜位置決め部材の抜き取り＞
セグメント部材１０の位置決め（仮接続）が終了したら、図２に示すように、当て板９０及び楔１００を取り外して、仮接続したセグメント部材１０の接続凹部２０内に位置する中間部５２に切欠部６１を嵌め込み、嵌合部６２を作用点、嵌合部６２と操作部６３との接続部を支点、操作部６３を力点として、テコの原理を用いて位置決め部材５０をボルト挿通孔４０から引き抜く。その後、本設ボルトを用いて、セグメント部材１０をトンネル延長方向に本接続する。

１０ セグメント部材
２０ 接続凹部
３０ ボルト止着部
４０ ボルト挿通孔
５０ 位置決め部材
５１ 頭部
５２ 中間部
５３ 軸部
６０ 引き抜き治具
６１ 切欠部
６２ 嵌合部
６３ 操作部
７０ スキンプレート
８０ 主桁（継手板）
９０ 当て板
１００ 楔

Claims (2)

1. 複数に分割されたセグメント部材をリング状に組み立ててシールドセグメントを形成する際に、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材同士を接続するための接続構造であって、
   トンネル延長方向に隣り合う一対のセグメント部材は、互いに対向する側端面において、一方のセグメント部材の側端面に設けた接続凹部と、他方のセグメント部材の側端面に設けたボルト止着部とを有するとともに、互いに対向する一対のセグメント部材にそれぞれ設けた前記接続凹部と前記ボルト止着部の間には、両者を一連に連通するボルト挿通孔を有し、トンネル延長方向に対向する一対のセグメント部材にそれぞれ対向して設けたボルト挿通孔を一連とするための位置決めを行う位置決め部材を備え、
   前記位置決め部材は、頭部と、頭部から延長して設けた軸部と、頭部と軸部との間に設けた中間部とを備え、
   前記頭部は、軸部の一端側に設けられ、ボルト挿通孔の内径よりも大きな外径を有し、
   前記軸部は、ボルト挿通孔の内径よりも小さな外径を有し、
   前記中間部は、頭部と軸部との間に設けられ、ボルト挿通孔の内径よりも大きく、頭部の外径よりも小さな外径を有するとともに、その外周部に引き抜き治具を嵌まり込ませることが可能であり、
   前記引き抜き治具は、前記中間部の外周部に嵌まり込む切欠部を有する嵌合部と、当該嵌合部から延長して設けた操作部とを有するとともに、嵌合部と操作部との接合部は屈曲しており、中間部の外周部に切欠き部を嵌まり込ませることにより、テコの原理を用いて位置決め部材をボルト挿通孔から引き抜くための治具である、
   ことを特徴とするシールドセグメントの接続構造。
2. 複数に分割されたセグメント部材をリング状に組み立ててシールドセグメントを形成する際に、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材を接続するための方法であって、
   頭部と、頭部から延長して設けた軸部と、頭部と軸部との間に設けた中間部とを備え、頭部、中間部、軸部の順に外径が小さくなるとともに、トンネル延長方向に隣り合う一対のセグメント部材において、一方のセグメント部材の側端面に設けた接続凹部と、他方のセグメント部材の側端面に設けたボルト止着部とを有するとともに、互いに対向する一対のセグメント部材にそれぞれ設けた前記接続凹部と前記ボルト止着部の間には、両者を一連に連通するボルト挿通孔を有し、トンネル延長方向に対向する一対のセグメント部材にそれぞれ対向して設けたボルト挿通孔を一連とするための位置決めを行う位置決め部材を用いて、
   トンネル延長方向に対向する一対のセグメント部材の側端面にそれぞれ対向して設けたボルト挿通孔を一連として、当該ボルト挿通孔に軸部を挿通し、
   接続凹部内に、中間部及び頭部を位置させて固定するとともに、一連となったボルト挿通孔に軸部を挿通することにより、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材を仮接続し、
   中間部の外周部に嵌まり込む切欠部を有する嵌合部と、当該嵌合部から延長して設けた操作部とを有するとともに、嵌合部と操作部との接合部は屈曲しており、中間部の外周部に切欠き部を嵌まり込ませることにより、テコの原理を用いて位置決め部材をボルト挿通孔から引き抜くための引き抜き治具を用いて、
   仮接続したセグメント部材の接続凹部内に位置する中間部に切欠部を嵌め込み、
   嵌合部を作用点、嵌合部と操作部との接続部を支点、操作部を力点として、位置決め部材を一連となったボルト挿通孔から引き抜くことにより、トンネル延長方向に隣り合うセグメント部材の仮接続を解除する、
   ことを特徴とするシールドセグメントの接続方法。

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