JPH10299394A - 掘削壁覆工用セグメント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボルトの挿入・締結によるセグメントの連結
作業をなくすことによってトンネルの掘削壁の一次覆工
工程を迅速に行う。 【解決手段】 新設セグメント１０Ｓ_B の段差部１３５
の支持凹部１５に設けられた係合ピン１７が、バネ１８
の付勢力によって支持凹部１５から最も突出した（Ａ）
の状態から、新設セグメント１０Ｓ_B を覆工体１０側へ
軸方向に移動させて行くと、（Ｂ）に示すように、係合
ピン１７が覆工体１０側の段差部１３５と干渉して、支
持凹部１５に没入されて行く。更に（Ｃ）に示すよう
に、新設セグメント１０Ｓ_B が覆工体１０とほぼ完全に
嵌合される位置に達すると、係合ピン１７がバネ１８の
付勢力によって係合凹部１６と係合状態となる。これに
よって新設セグメント１０Ｓ_B は、覆工体１０の既設セ
グメント１０Ｓ_A ，１０Ｓ_B と嵌合状態で連結される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド工法によ
って掘削されるトンネル等の坑内壁の一次覆工や、ある
いは立坑の土留め壁として使用されるセグメントに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法によるトンネルの施工は、
図８に示すように、シールド掘進機によって行われる。
シールド掘進機は、基本的には略円筒形のシールドフレ
ーム１の掘進方向前端で円盤状のカッタヘッド２を回転
させることによって地盤Ｇを掘削し、これによって発生
した掘削土（ズリ）Ｇ’を、カッタヘッド２に形成され
たスリットからその背面のチャンバ３内に導入して、カ
ッタヘッド２の回転に伴って撹拌し、このチャンバ３か
ら後方へ延在されたスクリュコンベア４を介して排土ゲ
ート５に連続的に搬送し、更にそこから適宜搬送手段を
介して地上へ排出するようになっている。また、シール
ドフレーム１の掘進方向後端では、掘削された坑内壁
に、図示されていないエレクタによって複数のセグメン
ト８Ｓで円筒状の覆工体８を組み立て、これによって、
土圧に耐えるための一次覆工を施している。

【０００３】そして、このセグメント８Ｓで覆工体８を
例えば１リング分だけ組み立てたら、この覆工体８の前
端に推進用油圧ジャッキ６を当てて押圧することによっ
て、その反力でシールド掘進機を前記１リング分の軸方
向幅に相当する一定距離だけ掘進してから、次の１リン
グ分だけ覆工体８の組み立てを行うといった行程のサイ
クルが繰り返される。

【０００４】各セグメント８Ｓは、例えば図９に示すよ
うに、円筒状の覆工体８の周壁の一部をなす円弧状に湾
曲した鋳鉄又はコンクリート板からなり、前記覆工体８
の軸方向に対して隣接するセグメント８Ｓ，８Ｓ，・・・
同士は軸方向に反復的に起伏した凹凸形状の衝合面８１
において互いに嵌合状態に衝合し、前記覆工体８の円周
方向に対して隣接するセグメント８Ｓ，８Ｓ，・・・ 同士
は前記覆工体８の軸心を通る平面に対して一定角度で傾
斜した衝合面８２において互いに衝合している。また、
前記軸方向に対して隣接するセグメント８Ｓ，８Ｓ，・・
・ 同士は、それぞれ複数のボルト８３を介して互いに連
結される（例えば特開昭５１−７８０３７号公報等参
照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術によれ
ば、覆工体８の軸方向に対して隣接するセグメント８
Ｓ，８Ｓ，・・・ 同士が軸方向に反復的に起伏した凹凸形
状の衝合面８１において互いに嵌合される形状としたこ
とによって、円周方向に対する結合力が得られるので、
ボルト８３による連結作業が少なくて済むようになって
いるものである。しかしながら、セグメント８Ｓを新設
して組み立てる度に、互いの連結部に複数のボルト８３
を挿通して締結するといった作業は依然として必要であ
り、このため、覆工体８の組立工程は依然として煩雑で
時間のかかるものであった。

【０００６】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その技術的課題とするところは、ボルトの
挿入・締結によるセグメントの連結作業をなくすことに
よってトンネルの一次覆工工程を迅速に行い、トンネル
施工の工期を短縮することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、
本発明によって有効に解決することができる。すなわち
本発明は、円筒状の覆工体の一部をなすセグメントにお
いて、覆工体の円周方向両側を向いた一対の第一衝合面
及び前記覆工体の軸方向両側を向いた一対の第二衝合面
を有し、前記各第二衝合面はそれぞれ円周方向中間にあ
って軸方向に互いに対称な凹面部及びその両側の凸面部
が段差部を介して形成された起伏形状を呈し、前記凹面
部は円周方向に隣接した一対のセグメントの互いに衝合
した凸面部と嵌合可能となっている。そして、前記凸面
部と凹面部との嵌合状態において互いに衝合される前記
段差部のうちの一方に、支持凹部と、この支持凹部に突
没自在に支持された係合突起と、この係合突起を前記支
持凹部から常時突出する方向に付勢する弾性体が設けら
れ、前記段差部のうちの他方に前記支持凹部と対応する
係合凹部が設けられたものである。

【０００８】上記構成によれば、第一衝合面同士が衝合
した状態で円周方向に隣接した一対のセグメントの互い
に衝合した凸面部に、軸方向一側から他のセグメントの
第二衝合面における凹面部を嵌合させると、一方のセグ
メントの第二衝合面における段差部に設けられた係合突
起が、他方のセグメントの第二衝合面における段差部と
の干渉によって支持凹部内にいったん没入され、前記凸
面部と凹面部が完全に嵌合状態になった時点で、支持凹
部内の係合突起が弾性体の付勢力によって前記係合凹部
内に突出して係合状態になり、これによって双方のセグ
メントが互いに結合される。また、この結合状態では、
前記凸面部と凹面部の嵌合によって、双方のセグメント
は円周方向に対しても互いに固定される。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明に係る掘削
壁覆工用セグメントの典型的な実施形態を示すものであ
り、図３はこのセグメントによって円筒状の覆工体１０
を組み立てる過程を示すものである。図１に示すセグメ
ント１０Ｓ_A と、図２に示すセグメント１０Ｓ_B とは、
後述するように、支持凹部１６に支持された係合ピン１
７と係合凹部１５の位置関係が相違するものである。

【００１０】セグメント１０Ｓ_A ，１０Ｓ_B は、円筒状
を呈する覆工体１０の周壁の一部をなす一定の曲率で湾
曲したコンクリート成形体からなり、前記覆工体１０の
円周方向両側を向いた一対の第一衝合面１１，１２及び
前記覆工体１０の軸方向両側を向いた一対の第二衝合面
１３，１４を有する。第一衝合面１１，１２は、覆工体
１０の軸心（円筒中心線）を通る平面を対称面として互
いに対称に傾斜しており、第二衝合面１３，１４はそれ
ぞれ、円周方向中間にあって前記軸心と直交する平面を
対称面として互いに対称な凹面部１３１，１４１と、そ
の円周方向両側の凸面部１３２，１３３，１４２，１４
３を有する起伏形状を呈する。

【００１１】一方の第二衝合面１３における凹面部１３
１とその両側の凸面部１３２，１３３との間には、それ
ぞれ前記軸心を通る平面を対称面として互いに対称かつ
軸方向外側へ向けて開く方向に傾斜した段差部１３４，
１３５が形成され、同様に、他方の第二衝合面１３にお
ける凹面部１４１とその両側の凸面部１４２，１４３と
の間には、それぞれ段差部１３４，１３５と対称に傾斜
した段差部１４４，１４５が形成されている。

【００１２】第二衝合面１３，１４における凹面部１３
１，１４１の円周方向の幅Ｗ₁ は、前記第二衝合面１
３，１４の円周方向の幅の和の１／４に相当し、言い換
えれば凸面部１３２（１３３）の円周方向の幅Ｗ₂ と凸
面部１４２（１４３）の円周方向の幅Ｗ₃ との和に等し
い。また、先に述べたように段差部１３４，１３５，１
４４，１４５は互いに対称な傾斜面をなし、その段差の
高さＨも互いに等しい。このため図３に示すように、一
方の第二衝合面１３における凹面部１３１には、円周方
向に互いに隣接している他の一対のセグメント１０Ｓ
_A ，１０Ｓ_B の凸面部１３２，１４２が嵌合可能であ
り、他方の第二衝合面１４における凹面部１４１には、
円周方向に互いに隣接している他の一対のセグメント１
０Ｓ_A ，１０Ｓ_B の凸面部１３３，１４３が嵌合可能と
なっている。

【００１３】図１に示すセグメント１０Ｓ_A は、第二衝
合面１４における段差部１４４，１４５の互いに対応す
る位置に、それぞれ覆工体１０の円周に対するほぼ接線
方向に延びる支持凹部１５が形成され、またその反対側
の第二衝合面１３における段差部１３４，１３５の互い
に対応する位置であって前記支持凹部１５と対応する位
置に、それぞれ覆工体１０の円周に対するほぼ接線方向
に延びる係合凹部１６が形成され、これら支持凹部１５
及び係合凹部１６は、セグメント１０Ｓ_A の成形の際に
埋設された有底円筒状のインサート金具からなる。各支
持凹部１５には前記係合凹部１６に挿入可能な係合ピン
１７が突没自在に支持されると共に、この係合ピン１７
を常時突出する方向に付勢するバネ（コイルスプリン
グ）１８が内蔵されている。

【００１４】これに対し、図２に示すセグメント１０Ｓ
_B は、上記セグメント１０Ｓ_A とは逆に、係合ピン１７
が突没自在に支持されると共にこの係合ピン１７を常時
突出する方向に付勢するバネ１８が内蔵された支持凹部
１５が、第二衝合面１３における段差部１３４，１３５
に形成され、係合凹部１６が第二衝合面１４における段
差部１４４，１４５に形成されている。

【００１５】図３に示すように、覆工体１０はその軸方
向各段１０_n ，１０_n+1 ，１０_n+2，・・・ 毎にセグメン
ト１０Ｓ_A ，１０Ｓ_B が円周方向交互に配置されてい
る。またセグメント１０Ｓ_A ，１０Ｓ_B は、円周方向両
側の第一衝合面１１，１２が覆工体１０の軸心（円筒中
心線）を通る平面を対称面として互いに対称な傾斜面を
なすため、軸方向に対して互いに逆向きに配置され、こ
れによって、円周方向に互いに隣接するセグメント１０
Ｓ_A ，１０Ｓ_B は、第一衝合面１１，１１同士及び第一
衝合面１２，１２同士で衝合している。またこのため、
セグメント１０Ｓ_A は第二衝合面１３側が先端を向いた
状態にあり、セグメント１０Ｓ_B は逆に第二衝合面１４
側が先端を向いた状態にあり、言い換えればセグメント
１０Ｓ_A ，１０Ｓ_B は、いずれも係合凹部１６を有する
側が先端を向くように組み付けられる。

【００１６】また、例えば１０_n+1 段目において互いに
隣接するセグメント１０Ｓ_A の凸面部１４２とセグメン
ト１０Ｓ_B の凸面部１３２は、１０_n 段目におけるセグ
メント１０Ｓ_A の凹面部１３１と嵌合されている。同様
に、１０_n+1 段目において互いに隣接するセグメント１
０Ｓ_A の凸面部１３２とセグメント１０Ｓ_B の凸面部１
４２は、１０_n+2 段目におけるセグメント１０Ｓ_B の凹
面部１３１と嵌合され、１０_n+1 段目において互いに隣
接するセグメント１０Ｓ_A の凸面部１４３とセグメント
１０Ｓ_B の凸面部１３３は、１０_n 段目のリングにおけ
るセグメント１０Ｓ_B の凹面部１４１と嵌合され、１０
_n+1 段目において互いに隣接するセグメント１０Ｓ_A の
凸面部１３３とセグメント１０Ｓ_B の凸面部１４３は、
１０_n+2段目におけるセグメント１０Ｓ_A の凹面部１４
１と嵌合されている。

【００１７】この実施形態においては、シールド掘進機
（図８参照）の後端部に位置する覆工体１０の最先端に
ある既設セグメント１０Ｓ_A ，１０Ｓ_B は、上述した理
由から、係合凹部１６を有する側が先端を向くように取
り付けられている。したがって、覆工体１０の先端に、
前記シールド掘進機のエレクタによってセグメント１０
Ｓ_A ，１０Ｓ_B を新設して組み立てるには、これらの新
設セグメント１０Ｓ_A，１０Ｓ_B は、その第二衝合面１
３，１４のうち係合ピン１７を有する側を覆工体１０の
先端の第二衝合面１３，１４と嵌合するように軸方向に
押し付ければ良い。

【００１８】図４は、覆工体１０の先端に新設セグメン
ト１０Ｓ_B を結合する過程を部分的に示すものである。
まず（Ａ）においては、新設セグメント１０Ｓ_B の第二
衝合面１３における段差部１３５に設けられた係合ピン
１７が覆工体１０の先端と未干渉であって、バネ１８の
付勢力によって支持凹部１５から最も突出した状態にあ
る。新設セグメント１０Ｓ_B の第二衝合面１３における
凹面部１３１は、覆工体１０の先端において互いに円周
方向に隣接した既設セグメント１０Ｓ_A の凸面部１３３
及び既設セグメント１０Ｓ_B の凸面部１４３と軸方向に
対向されている。

【００１９】この状態から新設セグメント１０Ｓ_B を覆
工体１０側へ軸方向に移動させて行くと、図４（Ｂ）に
示すように、係合ピン１７が覆工体１０の先端における
既設セグメント１０Ｓ_A の傾斜面状の段差部１３５と干
渉し摺動することによって、バネ１８の付勢力に抗して
支持凹部１５に没入されて行く。そして、図４（Ｃ）に
示すように、新設セグメント１０Ｓ_B の凹面部１３１
が、既設セグメント１０Ｓ_A の凸面部１３３及び既設セ
グメント１０Ｓ_B の凸面部１４３と完全に嵌合され、段
差部１３５，１３５同士が互いに衝合する位置まで新設
セグメント１０Ｓ_B が軸方向移動されると、この時点で
前記係合ピン１７が、既設セグメント１０Ｓ_A 側の係合
凹部１６と対応する位置に達するため、圧縮状態にある
バネ１８の付勢力によって前記係合凹部１６に挿入され
て係合状態となる。そしてこれによって新設セグメント
１０Ｓ_B は、その第二衝合面１３における凹面部１３１
が円周方向に互いに隣接した既設セグメント１０Ｓ_A ，
１０Ｓ_B の凸面部１３３，１４３と嵌合した状態で互い
に連結される。

【００２０】図４は新設セグメント１０Ｓ_B を結合する
過程を例示したが、覆工体１０の先端に新設セグメント
１０Ｓ_A を結合する過程も全く同様である。

【００２１】図５及び図６は、本発明に係る他の実施形
態を示すものである。このうち図５に示すセグメント１
０Ｓ_C は、係合ピン１７が突没自在に支持されると共に
この係合ピン１７を常時突出する方向に付勢するバネ１
８が内蔵された支持凹部１５が、第二衝合面１３，１４
の全ての段差部１３４，１３５，１４４，１４５に設け
られたものであり、図６に示すセグメント１０Ｓ_D は、
前記係合ピン１７の係合相手である係合凹部１６が、第
二衝合面１３，１４の全ての段差部１３４，１３５，１
４４，１４５に設けられたものである。

【００２２】この実施形態においては、覆工体１０の軸
方向に対してはセグメント１０Ｓ_Cとセグメント１０Ｓ_D
が交互に配置されると共に、円周方向に対しては同一
種類のセグメント、すなわちセグメント１０Ｓ_C のみ、
又はセグメント１０Ｓ_D のみが配置されることになる。

【００２３】また、各セグメントの係合手段としては、
上述のような係合ピン１７と係合凹部１６とによるもの
のほか、例えば図７に示すように、支持凹部１９に、軸
２０を中心に揺動可能に設けられてバネ１８により前記
支持凹部１９から常時突出する方向に付勢された片持ち
状の係合片２１が、相手段差部の係合凹部２２と係合さ
れる構成とすることができる。

【００２４】この構成によるセグメントの結合過程は、
先に説明した図４とほぼ同様であって、すなわちまず図
７（Ａ）の未結合状態においては、新設セグメント側の
係合片２１がバネ１８の付勢力によって支持凹部１９か
ら最も突出した状態にある。そしてこの状態から新設セ
グメントを覆工体１０側へ軸方向に移動させて行くと、
図７（Ｂ）に示すように、係合片２１は、覆工体１０の
先端の既設セグメントの段差部と干渉し摺動することに
よって、バネ１８の付勢力に抗して支持凹部１９への没
入方向に角変位される過程を経て、図７（Ｃ）に示すよ
うに、新設セグメントの第二衝合面が、覆工体１０側の
相手衝合面に嵌合状態となった時点で、係合片２１が、
相手側の係合凹部２２と係合状態となる。

【００２５】その他、係合手段の形状等は種々のものが
考えられ、例えばバネ１８は、板バネやゴム等の他の弾
性体に代えても良い。また、上述の各実施形態は、シー
ルドトンネルの一次覆工用として説明したが、例えば立
坑の内周壁面の土留め壁として使用されるものについて
も同様に構成することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によると、覆工体の先端にセグメ
ントを新設して組み立てる際に、この新設セグメントを
複数のボルトの挿通・締結により覆工体の既設セグメン
トに連結する必要がなく、前記既設セグメントに嵌合す
るだけで自動的に連結されるため、トンネル等の内周掘
削面の覆工工程が迅速に行われ、工期を短縮することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の典型的な実施形態におけるセグメント
１０Ｓ_A を単体で示す説明図である。

【図２】上記実施形態におけるセグメント１０Ｓ_B を単
体で示す説明図である。

【図３】上記実施形態のセグメント１０Ｓ_A ，１０Ｓ_B
による覆工体１０の組立過程を部分的に示す説明図であ
る。

【図４】上記実施形態による組立過程において、覆工体
１０側の係合凹部１６と新設セグメント１０Ｓ_B 側の係
合ピン１７の係合動作を示す説明図である。

【図５】本発明の典型的な他の実施形態におけるセグメ
ント１０Ｓ_C を単体で示す説明図である。

【図６】上記他の実施形態におけるセグメント１０Ｓ_D
を単体で示す説明図である。

【図７】本発明の第三の実施形態として、覆工体１０側
の係合凹部２２と新設セグメント側の係合片２１の係合
動作を示す説明図である。

【図８】シールド工法によるトンネルの施工状況を概略
的に示す説明図である。

【図９】従来のセグメントによる覆工体の組立形態を示
す説明図である。

【符号の説明】

１０ 覆工体 １０Ｓ_A ，１０Ｓ_B ，１０Ｓ_C ，１０Ｓ_D セグメント １１，１２ 第一衝合面 １３，１４ 第二衝合面 １３１，１４１ 凹面部 １３２，１３３，１４２，１４３ 凸面部 １３４，１３５，１４４，１４５ 段差部 １５，１９ 支持凹部 １６，２２ 係合凹部 １７ 係合ピン（係合突起） １８ バネ ２１ 係合片（係合突起）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大井 隆資 東京都渋谷区千駄ヶ谷四丁目６番15号 株 式会社フジタ内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状の覆工体の一部をなすセグメント
   であって、 前記覆工体の円周方向両側を向いた一対の第一衝合面及
   び前記覆工体の軸方向両側を向いた一対の第二衝合面を
   有し、 前記各第二衝合面はそれぞれ円周方向中間にあって軸方
   向に互いに対称な凹面部及びその両側の凸面部が段差部
   を介して形成された起伏形状を呈し、 前記凹面部は円周方向に隣接した一対のセグメントの互
   いに衝合した凸面部と嵌合可能であり、 前記嵌合時に互いに衝合される前記段差部のうちの一方
   に、支持凹部と、この支持凹部に突没自在に支持された
   係合突起と、この係合突起を前記支持凹部から常時突出
   する方向に付勢する弾性体が設けられ、 前記嵌合時に互いに衝合される前記段差部のうちの他方
   に前記支持凹部と対応する係合凹部が設けられたことを
   特徴とする掘削壁覆工用セグメント。