JP7174474B2 - シールドセグメント用継手部材 - Google Patents

Description

本発明は、コンクリート製のプレキャスト部材同士を互いに接合する継手、特に、二つの部材を接合面に平行に動かして接合するのに適したシールドセグメント用継手部材に関する。

二つの部材を接合する方法として接合面に対して傾斜したボルトによる方法が知られている。例えば、特許文献１には、一方の部材に雌ねじを形成し、他方の部材にはボルトを貫通させる孔部とナットを固定するための空間を形成し、二つの部材をボルトにより結合する方法が記載されている（特許文献１の段落０００４、図１８）。

特許文献２には、一方の部材にはメス型のコーンを、他方の部材にはオス型のコーンをそれぞれ設け、接合面に平行な方向に両部材を移動させてメス型のコーンとオス型のコーンを嵌合させる方法が記載されている（特許文献２の段落０００４、図６）。

特開２０１０－２３６３４８号公報 特開２０１５－１３７５２５号公報

特許文献１に記載の傾斜したボルトによる継手では、二つの部材が正確に位置決めされた状態を維持しながらボルトの締結をしなければならず、施工が煩雑であるという問題があった。

特許文献２に記載のメス型のコーンとオス型のコーンを組み合わせた継手を用いると、二つの部材の接合面を当接させた状態で接合面の方向にスライドさせることにより二つの部材を結合することができるため、傾斜したボルトを用いた場合に比べると施工性が良い。しかし、メス型のコーンとオス型のコーンという形状の異なる部品が必要となるため、製造コストや部品管理コストが大きくなるという問題があった。

そこで、本発明では、組立性や施工性が良く安価なシールドセグメント用継手部材を提供することを目的とする。

本発明の継手部材は、コンクリート製のプレキャスト被接合部材の接合面から突出される突出部と、上記プレキャスト被接合部材に埋設される受部と、上記プレキャスト被接合部材に埋設され、上記突出部と上記受部を接続する連結部とを具えるシールドセグメント用継手部材であって、対となる他の継手部材と組み合わせることで、二つの上記プレキャスト被接合部材をこれらの上記接合面同士を対向させた状態で接続し得、上記受部は、上記他の継手部材の突出部を挿入可能な開口部を具え、上記他の継手部材の突出部を上記接合面の直角方向に抜け出ないように保持し、上記突出部は、上記接合面の直角方向に抜け出ないように、上記他の継手部材の受部の開口部に挿入されて保持され、上記受部は、側壁に上記他の継手部材の突出部の側面と係合し得る第一の係合部を有し、上記突出部は、側面に上記他の継手部材の受部の内側面と係合し得る第二の係合部を有し、上記第一の係合部は、上記他の継手部材の挿入方向に向かって、上記受部の対向する側壁の内面の幅が漸次縮小するように形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、組立性や施工性が良く安価なシールドセグメント用継手部材を提供することができる。

本発明の一実施形態であるシールドセグメント用継手部材の形状を示す図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は平面図である。 （Ａ）～（Ｃ）は、シールドセグメント用継手部材による接合手順を示す図である。 シールドセグメント用継手部材のシールドへの適用を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るシールドセグメント用継手部材の係合部を説明する図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は左側面図、（Ｄ）は底面図、（Ｅ）は右側面図である。 本発明の一実施形態に係るシールドセグメント用継手部材の係合部の他の例を説明する図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は左側面図、（Ｄ）は底面図、（Ｅ）は右側面図である。

本発明の一実施形態であるシールドセグメント用継手部材（以下、単に「継手部材」と称する）１について説明する。図１は継手部材１の形状を説明する図であり、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は右側面図、（Ｄ）は平面図である。以後の説明を簡単にするため、図１（Ａ）の矢印で示したように、紙面の左右方向を挿入方向、紙面の上下方向を接合方向、紙面に垂直な方向を奥行き方向と呼ぶことにする。

継手部材１は、他の継手部材と組み合わされて、被接合部材１００の接合面１０１と他の被接合部材の接合面を当接させた状態で接合するための継手を構成する。以下、本発明における他の継手部材は図示の継手部材１と略同一の構造であるとして説明する。

継手部材１は、被接合部材１００の接合面１０１から接合方向負の向きに突出する突出部１０と、被接合部材１００に埋設される受部２０と、被接合部材１００に埋設され突出部１０と受部２０を接続する接続部３０を備えている。更に継手部材１は、受部２０の内面と突出部１０に係合部が形成されるが、係合部については後述する。この実施形態では、継手部材１は鍛造によって形成されたものであり、突出部１０、受部２０、接続部３０は鍛造によって一体に形成されているが、鍛造以外の方法、例えば、鋳造や切削、三次元造形、放電加工、溶接による貼り合わせ等で形成することが可能である。

突出部１０は、その全体が接合面１０１から突出している。即ち接合面１０１が突出１０と接続部３０との境界となっている。図１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、挿入方向に垂直な平面で切った場合の突出部１０の断面形状は上縁１２が下縁１１よりも小さい台形形状であり、この断面形状は挿入方向に一定である。端面１３と端面１４は挿入方向に対して垂直である。即ち、突出部１０の立体的な形状は、奥行き方向の幅が接合面に対向する側の端面から接合面側の端面に向かって漸次減少する一軸くさび形状である。なお、端面１３と端面１４は挿入方向に対して傾斜させたり、凹凸を設けたりしても良い。

受部２０は、接合方向の端面の一方の接合方向の位置が接合面１０１と一致するように被接合部材１００に埋設されている。受部２０は、二つの側壁２１と天部２２を備え、図１（Ａ）の右側の端面は開口部２３となっており、この開口部２３から他の継手部材の突出部を挿入可能となっている。そして、二つの側面２１、天部２２、開口部２３、開口部２３に対向する端面２４ａにより画定される空間は、開口部２３から挿入された他の継手部材の突出部を収容する収容部２４となっている。収容部２４の挿入方向に垂直な面で切った断面形状は、上縁２３ａの幅が突出部１０の下縁１１の幅と等しく、下縁２３ｂの幅が突出部１０の上縁１２の幅と等しい台形形状であり、この断面形状は挿入方向に一定である。また、収容部２４の挿入方向の長さは、突出部１０の同方向の長さとほぼ等しくなっている。即ち、収容部２４の形状は、他の継手部材の突出部の形状とほぼ同一であり、収容部２４は他の継手部材の突出部を完全に収容し得る。なお、受部２０の接合方向の端面の一方の接合方向の位置は接合面１０１と一致しないようにすることもできる。

受部２０に他の継手部材の突出部が挿入された状態で、接合面に引張力が作用した場合には、他の継手部材の突出部は二枚の側板２１を押し広げて抜け出そうとするが、側板２１は自身の剛性の他、収容部２４の端面２４ａと天部２２によって支持されると共に、被接続部材１００により拘束されているので、抜け出すことができない。勿論、側板２１は肉厚を厚くして強度向上させるという方法以外に、側板２１の外側にリブやフランジ等の補強手段を設けて増強することで、側板２１が内側から押し広げられることを防止するように構成してもよい。

接続部３０は略直方体状の部材で、被接合部材１００に埋設されているが、勿論これには限定されていない。接続部３０の挿入方向の一方の端面３１には受部２０が、接合方向の一方の端面３２には突出部１０が接続されている。突出部１０の端面１４と収容部２４端面２４ａの挿入方向の位置は、接続部３０の端面３１と一致する位置関係になっている。この例では、接続部３０の形状を、製造を容易にするために直方体としているが、突出部１０と受部２０を概ね上記のような位置関係で接続し、また、接合時に他の継手部材の突出部により押圧される際の荷重に耐えることができれば、他の形状としてもよい。

継手部材１の材料は、所望の強度、製造コスト、被接続部材１００が使用される環境条件等に応じて種々のものを使用することができる。

製造コストの観点からは、他の継手部材は継手部材１と同一の形状であることが望ましいが、接続部品１と機能的に同等の突出部、受部、連結部とを備え、他の継手部材の受部は、接合面と略平行な方向から継手部材１の突出部１０を挿入可能な開口部と、挿入された突出部１０を接合面から接合方向に抜け出さないように保持できる形状の収容部とを備えていれば、形状が異なっていてもよい。また、他の継手部材と継手部材１は素材が異なっていても良い。

次に、図２を参照して継手部材１を用いた部材の接合方法について説明する。図２では、既設の部材である被接合部材１００ａに対して被接合部材１００ｂを接合することを想定している。被接合部材１００ａには図１の継手部材１と同形状の継手部材１ａが、被接続部材１００ｂには図１の継手部材１と同形状の継手部材１ｂがそれぞれ固定されている。継手部材１ａの突出部１０ａは接合面１０１ａから、継手部材１ｂの突出部１０ｂは接合面１０１ｂから、それぞれ突出している。

また、被接合部材１００ａの継手部材１ａに挿入方向に隣接する位置には空間１０２ａが、被接合部材１００ｂの継手部材１ｂに挿入方向に隣接する位置には空間１０２ｂが、それぞれ設けられている。この空間１０２ａ、１０２ｂは突出部１０ｂ、１０ａを収容でき、接合面１０１ａ、１０１ｂから突出部１０ｂ、１０ａを接合方向に挿入できる形状とする。

まず、図２（Ａ）に示すように、被接合部材１００ｂを接合面１０１ｂが被接合部１０１ａと対向し、突出部１０ｂと空間１０２ａの挿入方向の位置が一致するように被接合部材１００ａの近傍に配置する。

この状態から、図２（Ａ）の矢印Ａのように、被接合部材１００ｂを被接合部材１００ａの方向に移動させ、接合面１００ａと接合面１００ｂを当接させ、図２（Ｂ）に示す状態とする。突出部１０ａは空間１０２ｂに、突出部１０ｂは空間１０２ａにそれぞれ収容されている。

次に、接合面１０１ａと接合面１０１ｂを当接させた状態で、被接合部材１００ｂを図２（Ｂ）の矢印Ｂの方向に移動させ、図２（Ｃ）に示すように突出部１０ｂが受部２０ａに、突出部１０ａが受部２０ｂにそれぞれ収容されるようにする。前述のように、受部２０ａ（２０ｂ）は、突出部１０ｂ（１０ａ）が接合方向に抜け出さないように保持できる形状となっているので、継手部材１ａは他の継手部材１ｂと組み合わされて継手７を構成することができる。

なお、本発明の一実施形態に係る継手部材１は、事前に設置されたプレキャストコンクリート製の被接合部材同士の間に被接合部材をはめ込む場合に、各被接合部材の接合面を挿入方向に対して所定の角度だけ傾斜させることで適用することができる。具体的な例としては、シールド工法に使用するリング部材を形成する際の、周方向に接合済のセグメント群に対して最後のセグメントを接合してリング部材を完成させる工程を挙げることができる。

継手部材１によれば、受部２０は他の継手部材の突出部を挿入可能な開口部２３と、挿入された他の継手部材の突出部を収容し接合面から接合方向に抜け出さないように保持できる受部２０を備えている。そのため、二つ被接合部材の接合面を当接させて二つの接合部材を挿入方向に相対的に移動させるだけで容易に接合することができる。

継手部材１は突出部１０と受部２０を接続する接続部３０を備え、一体の部品として構成されている。そのため、被接続部材１００に容易に取り付けることができる。

継手部材１によれば、突出部１０も他の継手部材の受部に挿入され接合面から抜け出さないように保持され、係合箇所が二つ形成される。そのため、強固な継手を形成することができる。

継手部材１によれば、突出部１０と連結部３０は、接合面を跨いで配置されている。そのため、継手部材１の様に構成された継手は、接合方向に沿った引張力に抵抗するだけでなく、接合面に対する剪断力に抵抗することもできる。

図３に、本発明の継手部材１を地中にトンネルを構築するシールド工法に適用した例を示す。シールド工法においては、工場等で予め製作したセグメント８１、８２を周方向に接合してリング８３を製作し、このリング８３を軸方向に順次接続してトンネル８０を構築する。セグメント８２は、最後に接合されるセグメントで、接合面がトンネルの軸方向に対して僅かに傾斜している。図３では短い直線で記号的に示したセグメントの周方向の継手８４、８５に本発明を好適に用いることができる。

上記に説明した本発明の構成要素は、矛盾の無い限り相互に組み合わせて実施することができる。また、本発明の一実施形態の継手部材を適用する被接合部材の、材質、形状には限定がなく、接合面同士を当接させて接合する場合であればどのようなプレキャストによるコンクリート製の部材にも適用することができる。材質としては、例えば、コンクリート、金属、合成樹脂、木材等に適用することができる。被接続部材の形状としては、例えば、板状、柱状、ブロック状等の同種のもの同士或いは異なる種類の部材の接合に適用することができる。

図４は、本発明の一実施形態に係る継手部材の係合部を説明する図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は左側面図、（Ｄ）は底面図、（Ｅ）は右側面図である。本発明の一実施形態に係る継手部材２００は、例えば、図４（Ａ）～（Ｅ）に示すように、受部２２４の対向する側壁２２１ａ、２２１ｂの内面と、受部２２４に挿入された他の継手部材の突出部２１０の奥行き方向側の側面２１１ａ、２１１ｂとは、他の継手部材が接合方向及び／又は挿入方向に抜け出さないように係合する係合部２７１ａ、２７１ｂ、２７２ａ、２７２ｂを有する。尚、本発明の一実施形態に係る継手部材では、必ずしも対抗する面の両方に係合部を有する必要はなく、受部２２４内面の一の面に係合部が形成されていても良いし、対向しない複数の面に係合部が形成されていても良い。

係合部２７１ａ、２７１ｂ、２７２ａ、２７２ｂは、例えば、直方体状、三角形状、或いは円弧状（勿論、これらの形状に限定されることはなく、他の多角形状や不定形な形状でも良い）の凹部及び／又は凸部を有し、受部２２４側の係合部２７１ａ、２７１ｂと、他の継手部材の突出部２１０側の係合部２７２ａ、２７２ｂとが、他の継手部材の突出部２１０を受部２２４に挿入した時に係合されるように設計することができる。

また、係合部２７１ａ、２７１ｂ、２７２ａ、２７２ｂは、図４（Ｂ）、（Ｄ）に示すように、受部２２４に対する他の継手部材の突出部２１０の挿入方向が接合面２０１に対して傾斜するように形成されていても良い。このように、係合部２７１ａ、２７１ｂ、２７２ａ、２７２ｂを接合面２０１に対して傾斜させて形成することにより、継手の挿入方向及び接合方向の両方の引張強度（引抜強度）を向上させることができる。勿論、係合部が挿入方向に対して平行に形成される態様も除外されるわけではない。

また、係合部２７１ａ、２７１ｂ、２７２ａ、２７２ｂは、他の継手部材の挿入方向に向かって受部２２４の対向する側壁の内面の幅が漸次縮小するように形成しても良い。すなわち、受部２２４側の係合部２７１ａ、２７１ｂの（開口部側の幅Ｗ１）＞（挿入方向奥側の端面の幅Ｗ２）となるように、係合部２７１ａ、２７１ｂ、２７２ａ、２７２ｂを形成しても良い。例えば、係合部の縁部をテーパー状に形成しても良い。テーパー形状は、例えば、突出部２１０側の係合部２７２ａ、２７２ｂが、受部２２４への挿入方向の開口部側から奥側の端面へとかけて係合部間の幅が狭まるように形成し、受部側の係合部２７１ａ、２７１ｂは、突出部２１０側の係合部２７２ａ、２７２ｂと係合するように形成することができる。このようにすることで、一方の係合部の縁部を他方の係合部の縁部に確実に当接させて三次元的な位置決めを可能とし、挿入方向の荷重に対してもある程度抵抗できるという効果が得られる。勿論、係合部以外の箇所も同様の構造となっていても良い。

また、突出部２１０は、接合方向の少なくとも一部に、平行な側面２７３ａ、２７３ｂを有しその幅が最小となる首部２７４を有していても良い。平行な側面２７３ａ、２７３ｂを有する首部２７４を備えることにより、接合方向の荷重に対して受部２２４が外側に広がるのを防止することができる。また、この他にも、受け部２２４の隅等応力が集中し易い箇所については丸み面取りや傾斜面取り等を行っても良い。

図５は、本発明の一実施形態に係る継手部材の係合部の他の例を説明する図であり、（Ａ）は斜視図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は左側面図、（Ｄ）は底面図、（Ｅ）は右側面図である。本発明の一実施形態に係る継手部材３００は、図５（Ａ）～（Ｅ）に示すように、係合部３７１、３７２が複数形成（ａ_１，ａ_２，・・・，ａ_ｎ，ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_ｎ）されている形態としても良い。係合部を複数形成することにより、受部３２４に他の接手部品の突出部３１０が挿入された際に、各々の係合部３７１、３７２（ａ_１，ａ_２，・・・，ａ_ｎ，ｂ_１，ｂ_２，・・・，ｂ_ｎ）が係合するため、継手の挿入方向及び接合方向の両方の引張荷重に対する応力を多段に分散することができ、嵌合部をよりコンパクトな大きさに設定することができる。複数の係合部は、図５（Ａ）に示すように、連続して形成されていても良いし、間隔をあけて形成されていても良い。また、各係合部の形状は同一及び／又は相似形であっても良いし、一部が異なっていても良い。勿論、対応する係合部（例えば、受部３２４側の係合部３７１ａ_ｉと対応する突出部３１０側の係合部３７２ａ_ｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ））は係合可能な形状とする。

図５に示す本発明の一実施形態においても、図４の例と同様に、各係合部は、受部３２４に対する他の継手部材の突出部３１０の挿入方向が接合面３０１に対して傾斜するように形成されていても良いし、各係合部は、他の継手部材の挿入方向に向かって受部３２４の対向する側壁３２１ａ、３２１ｂの内面の幅が漸次縮小するように形成しても良い。

１ 継手部材、１０ 突出部、２０ 受部、２３ 開口部、２４ 収容部、１００ 被接合部材、１０１ 接合面

Claims (4)

1. コンクリート製のプレキャスト被接合部材の接合面から突出される突出部と、
   上記プレキャスト被接合部材に埋設される受部と、
   上記プレキャスト被接合部材に埋設され、上記突出部と上記受部を接続する連結部とを具えるシールドセグメント用継手部材であって、
   対となる他の継手部材と組み合わせることで、二つの上記プレキャスト被接合部材をこれらの上記接合面同士を対向させた状態で接続し得、
   上記受部は、上記他の継手部材の突出部を挿入可能な開口部を具え、上記他の継手部材の突出部を上記接合面の直角方向に抜け出ないように保持し、
   上記突出部は、上記接合面の直角方向に抜け出ないように、上記他の継手部材の受部の開口部に挿入されて保持され、
   上記受部は、側壁に上記他の継手部材の突出部の側面と係合し得る第一の係合部を有し、
   上記突出部は、側面に上記他の継手部材の受部の内側面と係合し得る第二の係合部を有し、
   上記第一の係合部は、上記他の継手部材の挿入方向に向かって、上記受部の対向する側壁の内面の幅が漸次縮小するように形成されていることを特徴とするシールドセグメント用継手部材。
2. 前記第一の係合部及び前記第二の係合部は、前記接合面に対して傾斜するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシールドセグメント用継手部材。
3. 前記突出部は、一対の側面を有し、該側面間の距離が最小となる首部を、接合方向の少なくとも一部に、有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシールドセグメント用継手部材。
4. 前記第一の係合部及び前記第二の係合部は、複数形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載のシールドセグメント用継手部材。

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