JPH11229785A - セグメントの継手構造 - Google Patents

セグメントの継手構造

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JPH11229785A
JPH11229785A JP10033056A JP3305698A JPH11229785A JP H11229785 A JPH11229785 A JP H11229785A JP 10033056 A JP10033056 A JP 10033056A JP 3305698 A JP3305698 A JP 3305698A JP H11229785 A JPH11229785 A JP H11229785A
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JP
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joint
fitting
segment
wedge
hole
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Withdrawn
Application number
JP10033056A
Other languages
English (en)
Inventor
Masayoshi Iwahashi
正佳 岩橋
Akira Matsuda
章 松田
Yoshimichi Nishida
善道 西田
Akihiko Kaneyoshi
昭彦 金好
Kazuhiko Matsui
和彦 松井
Hiroshi Tanaka
浩 田中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Konoike Construction Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Konoike Construction Co Ltd
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Publication date
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  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボルト、ナット等を用いることなく、簡単に
組み立てることができ、自動組立が容易で、継手強度の
高いセグメントの継手構造を提供する。 【解決手段】 セグメント1どうしの接合面にそれぞれ
継手板3を設け、継手板3どうしの対応する位置にそれ
ぞれ貫通穴3aを設ける。一方の貫通穴3aには頭部7
aと、貫通穴3aを内側から外側へ貫通する連結部7b
とからなる連結金具7を設置して雄継手を形成する。も
う一方の貫通孔3aの内側には、貫通孔3aと連続して
連結金具7の連結部7bを嵌入するための嵌入溝8と、
セグメント1の内空側から厚さ方向に楔金具9を嵌入す
るための楔嵌入孔10とを交差させて設けることで雌継
手を形成する。雄継手の連結金具7は先端部に楔挿通孔
7cを有しており、連結金具7を雌継手の嵌入溝8に嵌
入した状態で、セグメント1の内空側から雌継手の楔嵌
入孔10に嵌入した楔金具9が連結金具7の楔挿通孔7
cを貫通する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本願発明は、シールド工法等
によるトンネル構築の際に一次覆工材として使用される
セグメントの継手構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】下水道、共同溝、鉄道、道路、地下河川
等のトンネルをシールド工法によって構築する場合、セ
グメントをリング状に組み立て、リングをトンネル軸方
向に連結して行く方法が採られている。その場合、セグ
メントの継手はセグメント継手部に継手ボックスを設
け、ボルト締結するのが一般的である。
【0003】従来の継手ボックスは、ボルト孔を設けた
継手板、継手板の左右の側板および背板といった4枚の
鋼板を溶接してなり、その内部に締付け空間を形成し
て、ボルト孔に挿入したボルトをナットで締め付け、セ
グメント相互を連結することで、セグメントリングを構
築している。
【0004】一方、最近では、土木作業員の高齢化、こ
れに伴う現場作業員の人員不足の影響で、シールド工事
にも自動化への対応が要求されている。
【0005】また、シールドトンネルの用途として、例
えば地下河川や地下調節池があるが、その場合、覆工材
であるセグメントについては、トンネル内を平滑化する
ことが必要となり、継手ボックスを有するセグメントで
は、セグメントリング構築後、継手ボックスにモルタル
を充填する作業が必要となる。
【0006】従来のボックス構造の継手は、一つずつ型
枠を設置し、モルタルを充填してきたが、トンネル内径
が10mを越える地下河川トンネル内での充填作業に
は、特殊な機械をシールドマシンのテール内に設置する
ことが必要になることなどから、多くの工事日数や設備
費を費やしてきたのが実状である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような背景のも
と、セグメントには、トンネル内面の平滑化、セグメン
ト組立ての自動化、さらに急速施工化が求められてお
り、例えば、特開平9−32487号公報には、雄型セ
グメントに設けた連結板を雌型セグメントの嵌合溝に嵌
合させて、雌型セグメントに形成された挿入穴と連結板
に設けた孔部とを連通させ、さらに、内面側から楔型の
ピンを挿入穴および連結板の孔部へ挿入し、継手を形成
するというセグメントの継手構造が考えられている。
【0008】その場合の問題点を以下に述べる。
【0009】まず、雄型セグメントの連結板は、セグメ
ントのコンクリート内に埋め込まれているが、セグメン
トの継手に引張力が作用し、その引張力が連結板に伝達
されたときに、連結板だけの定着力だけでは、十分な強
度が得られない。
【0010】次に、雌型セグメントの継手に曲げモーメ
ントによる引張力が作用した場合には、継手間に目開き
が生じようとする。このとき、楔型のピンとセグメント
端部との間に挟まれるコンクリートには、局部的な圧縮
応力が発生し、さらにピンを挿入した挿入穴からセグメ
ント本体にかけてのコンクリート部には、ピンの支圧力
により局部的な引張応力が発生し、これらの影響で、コ
ンクリートにひび割れが発生することが懸念される。
【0011】また、セグメントの継手には、一般的に締
結力を導入できる構造が望ましいことから、ピンを楔型
にして締結力を導入できる構造としているものの、ピン
を挿入する際にセグメントの組立誤差が影響し、ピンと
雄型セグメントの連結板の孔部との間にずれが生じた場
合には、ピンが正規の方向に挿入されないことが考えら
れる。これによってピンおよび孔部に局部変形が生じ、
さらには、セグメント組立時に、前述したようなコンク
リートにひび割れを生じさせることが懸念される。
【0012】以上の問題点を要約すると、特開平9−3
2487号公報記載の継手構造には、継手部に作用す
る断面力に対し、局部的な応力集中による対策がなされ
ていない。
【0013】セグメント組立誤差を吸収できる対策が
十分になされていない。
【0014】などの課題がある。
【0015】本願発明は、上述のような従来技術におけ
る課題の解決を図ったものであり、トンネル内面の平滑
化、組立ての自動化および急速施工化が可能で、コンク
リート部分に局部的な応力集中が生じず、組立誤差が吸
収できる合理的なセグメントの継手構造を提供すること
を目的としている。
【0016】
【課題を解決するための手段】本願の請求項1に係るセ
グメントの継手構造では、セグメントどうしの接合面に
それぞれ継手板を設け、継手板どうしの対応する位置に
それぞれ貫通穴を形成し、対応する位置の一方の貫通穴
に、継手板と平行する頭部と、その貫通穴を内側から外
側へ貫通する連結部とからなる連結金具を設置して雄継
手を形成し、対応する位置のもう一方の貫通孔の内側に
は、その貫通孔と連続して連結金具の連結部を嵌入する
ための嵌入溝と、セグメントの内空側からセグメント厚
さ方向に楔を嵌入するための楔嵌入孔とを交差させて設
けることで雌継手を形成する。
【0017】雄継手の連結金具は先端部に楔挿通孔を有
し、この連結金具を雌継手の嵌入溝に嵌入した状態で、
セグメントの内空側から雌継手の楔嵌入孔に嵌入した楔
が連結金具の楔挿通孔を貫通するようになっており、そ
れによりボルト、ナット等を必要とせず、組立ての簡略
化が図れ、さらに自動組立化が容易となる。
【0018】また、本願発明の継手構造では、連結金具
に楔挿通孔を設け、この楔挿通孔に楔を挿入すること
で、継手に作用する引張力に対し連結金具の連結部およ
び楔のせん断耐力で対応できるものであり、これらの部
材形状を変化させたり部材数を変化させることで、要求
される継手部の強度を十分に発揮できる構造となる。
【0019】さらに、楔を挿入することで、継手間には
十分な締結力を導入することができ、大深度トンネルや
地下河川トンネルの場合のように、大きな地下水圧およ
び内水圧が作用した場合においても、十分な止水効果が
期待できる。
【0020】セグメントの継手板に設ける貫通穴は、1
段の場合に限らず、複数段の場合もある。
【0021】雄継手の連結金具に設ける楔挿通孔の断面
形状は、楔の形状に応じて円形、楕円形、半円形、矩形
形状等の場合がある。また、連結金具の頭部と連結部と
は溶接によって組み立ててもよいし、鋳造あるいは鍛造
によって一体的に形成してもよい。
【0022】請求項2は、上記請求項1記載のセグメン
トの継手構造において、連結金具の頭部と雄継手側の継
手板の内面との間には弾性体が挟み込まれている場合で
ある。
【0023】前述したような雄継手と雌継手を有するセ
グメントどうしをトンネル内で突き合わせ、貫通穴と連
続する雌継手の嵌入溝内に、雄継手に設置されている連
結金具の連結部を挿入し、さらに楔をトンネル内空側よ
り雌継手に設けた楔嵌入孔に挿入し、連結金具の連結部
に設けた孔を貫通させる。
【0024】この場合、楔は先端部に緩やかなテーパー
を付けたものを用いることが望ましく、楔が連結金具の
楔挿通孔を貫通し、楔の挿入方向後端面がセグメントの
内空面(内空側鋼板の表面)と一致した状態で、セグメ
ントの継手構造として組立てが完了する。
【0025】なお、セグメントの内空側鋼板の表面は、
防錆等の目的で樹脂で被覆されることが多いが、楔の頭
部(挿入方向後端部)を予め同様の材料からなる樹脂で
被覆しておくことが考えられる。
【0026】また、セグメントが組み立てられる際の漏
水防止やセグメントリングの真円保持のためには、セグ
メント間にある程度の締結力が必要となる。したがっ
て、本願発明のセグメントの継手構造では、雌継手に雄
継手が挿入された際に、雌継手側の継手板の内面線上よ
り、雄継手に設けた楔貫通孔の継手板側端部がわずかに
継手接合面よりに位置することが望ましい。
【0027】さらに、楔金具を挿入する際には、セグメ
ントの組立誤差の関係で、雌継手の継手板位置と雄継手
に設置されている連結金具の楔挿通孔との間に、より大
きなずれが発生することがある。しかし、楔の断面積よ
り小さい空間しか確保されない場合においても、楔をあ
る程度の力で押し出すことで、上記弾性体が圧縮変形し
てずれを吸収し、楔が楔挿通孔にスムーズに挿入され
る。
【0028】このとき、弾性体は圧縮力を受け変形する
が、この作用力に対して十分な耐力を有する弾性体を用
いること言うまでもない。この弾性体として考えられる
部材としては、リング状に形成された硬質のゴム、螺旋
状に形成された鋼製のバネなどが考えられ、その厚さや
強度を制御することで、締結力をコントロールすること
ができる。
【0029】請求項3は、請求項1または2記載のセグ
メントの継手構造において、楔が雌継手の継手板の内面
に直接接するように嵌入されている場合を限定したもの
である。
【0030】基本的には、この請求項3の場合のよう
に、鋼製等の楔が鋼板等からなる継手板の内面に接し、
直接金属どうしで接することで、応力伝達がスムーズと
なり、高い継手強度が得られる。
【0031】なお、楔の長手方向の一部または全長にわ
たって凹凸を設けるなどして嵌合強度を増大させること
が考えられ、そのような構造とすることで、例えば、ト
ンネル完成後、トンネル円周方向に軸力が作用した場合
でも、締結力が減少してトンネル頂部付近の楔が落下す
るといったことが防止できる。
【0032】次に、本願発明の継手構造と、発明が解決
しようとする課題の項で述べた特開平9−32487号
公報記載の継手との構造の相違点および力学的相違点
を、以下に述べる。
【0033】特開平9−32487号公報記載の継手
は、接合面に継手板がなく、楔としてのピンが挿入され
る挿入穴をセグメントの端部からある程度の距離をおい
て設けている。この場合、セグメントの組立時にピンが
挿入されるときに、挿入穴のセグメント端部側の面に
は、局部的に大きな支圧力が作用し、コンクリートのク
ラックを発生させる原因となる。また、ピンが挿入され
るときに、セグメント自体の製作誤差やリングの組立誤
差が生じた場合にも、上述したようなクラックを発生さ
せることが懸念される。
【0034】さらに、セグメントの継手に断面力が作用
し、継手の連結板に大きな引張力が作用し、その力がピ
ンに伝達される場合には、クラックがさらに顕著に発生
することが懸念される。
【0035】一方、本願発明のセグメントの継手構造
は、コンクリートセグメントに適用した場合も鋼コンク
リート合成セグメントに適用した場合も、楔を挿入する
楔嵌入孔をセグメントの継手板に接するように設けてい
ること、また請求項2に係る発明においては、連結金具
の頭部と継手板との間に弾性体を挟み込んであることか
ら、楔を挿入したとき、組立誤差により大きなせん断力
が作用し、連結金具に大きな引張力が作用した場合で
も、弾性体が圧縮され、その厚さが変化することで、楔
をスムーズに挿入することができる。
【0036】さらに、セグメントの継手部に断面力が作
用し、連結金具に引張力が作用し、楔の支圧力が発生し
ても、その支圧力は継手板に直接作用するので、コンク
リートへの影響はほとんどなく、さらに合成セグメント
の場合には、継手板に作用した力が、連結されている地
山側鋼板、内空側鋼板に伝達され、各部材が力学的部材
としての機能を発揮する。
【0037】
【発明の実施の形態】図1は、本願発明のセグメントの
継手構造を合成セグメント1に適用した場合の一実施形
態を示したものである。
【0038】合成セグメント1は、内空側鋼板5、地山
側鋼板6、リング方向の継手板3、トンネル方向の継手
板4で、セグメントの6面全てを鋼板で覆った鋼殻の内
部にコンクリート2を充填した構造となっている。
【0039】リング方向の継手に関し、雌継手は継手板
3に貫通穴3aを設けており、合成セグメント1の充填
コンクリート2と継手板3との間には、セグメント厚さ
方向に延びる楔嵌入孔10と、貫通穴3aと連通し、セ
グメント長さ方向に延びる嵌入溝8を設けている。これ
ら嵌入溝8と楔嵌入孔10とは交差する連続した空間で
ある。
【0040】一方、雄継手は、雌継手と同様に継手板3
に貫通穴3aを設けており、さらに継手板3には、楔挿
通孔7cを有する連結部7bと頭部7aによって形成さ
れる連結金具7が弾性体12を介して設置されている。
なお、連結金具7は、コンクリート2を打設する前に、
あらかじめ継手板3の貫通穴3a部分に設置しておく。
【0041】このとき、継手板3の内面13と楔挿通孔
7cの継手側面14とは、図1に示すとおり、若干のず
れを有している。
【0042】雌継手側の嵌入溝8内に、雄継手側の連結
金具7の板状の連結部7bを挿入後、楔金具9を雌継手
側のセグメント1の内空側より楔嵌入孔10に挿入し、
さらに連結金具7の楔挿通孔7cを貫通させて、継手の
組立が完了する。
【0043】ここで、楔金具9が楔挿通孔7cを貫通す
る際に、前述した継手板の内面13と楔挿通孔の継手側
面14のずれを、楔金具9の先端部にあるテーパー部9
bが整形しながら貫通するので、連結金具7が図の左側
に微小移動し、接合されるセグメント1どうしの継手板
3間に締付け力が導入される。また、この締付け力でシ
ール材15が漏水に対して止水効果を発揮する。
【0044】図2は、図1で示した継手構造を応用した
ものであり、さらに高強度の継手を実現するために、連
結金具7をセグメント1の厚さ方向に2段設置したもの
をセグメント1間の継手に用いた場合の一実施形態を示
したものである。
【0045】連結金具7は合成セグメント1の鋼殻部製
作時に継手板3の貫通穴3a部分に設置され、鋼殻部が
完成した後、内部にコンクリート2を充填する。
【0046】また、継手板3には雌継手と雄継手との間
にシール材15を設置しており、継手の締付け力によっ
て、十分な止水効果を期待することができる。
【0047】図2の実施形態におけるセグメントリング
の組立方法を示したものである。
【0048】まず、既設のセグメント1に新しいセグメ
ント1の位置合わせをする際には、セグメント1間の雄
継手を構成する連結金具7がセグメント1の端部から突
出しているので、ある程度既設のセグメント1との間に
隙間を設けて、リング間の接合面にセグメント1を合わ
せる。
【0049】このとき、リング間に設けた継手は貫通穴
4aおよび嵌入溝8をセグメント円周方向にある程度広
げ、その貫通穴4aおよび嵌入溝8にリング方向に突出
する連結金具7を挿入する。この操作によって、セグメ
ント1のリング接合面どうしが接し、その後、円周方向
のセグメント1どうしを接合し、前述したように楔金具
9をトンネルの内空側より半径方向に挿入して、セグメ
ント1の組立てが完了する。
【0050】図4は、本願発明のセグメントの継手構造
の他の実施形態として、継手をセグメント1幅方向の端
部に設置した場合を示したものである。
【0051】セグメントのリング組立ての関係で、セグ
メント継手面の片側には連結金具7を有する雄継手を設
け、反対側には嵌入溝8を有する雌継手を設けている。
さらに、嵌入溝8に連なる貫通穴は円周方向の継手板3
からリング方向の継手板4にかけて形成されている。
【0052】このような継手位置とすることで、円周方
向の継手板3からの力を内空側および地山側の鋼板5、
6と、さらにリング方向の継手板4に伝達するため、よ
り合理的に応力伝達される。
【0053】図5は、図4の実施形態におけるセグメン
トリングの組立てを内空側から見たものであり、この場
合、リング間の雌継手の嵌入溝8をトンネル円周方向に
延ばす構造が不要になる。
【0054】図6(a) 〜(c) はそれぞれ本願発明で用い
る楔金具9の一実施形態を示したものである。これら
は、楔金具9に突起または凹凸部を設け、楔金具の落下
を防止するものである。
【0055】すなわち、図6(a) の楔金具9は、先端部
に突起16を設けたものである。
【0056】図6(b) の楔金具9は、連結金具7の楔挿
通孔7cと接する部分に鋸歯状の凹凸17を設けたもの
である。
【0057】また、楔金具9の頭部9aには合成樹脂被
膜18を施して、合成セグメント1の内空側鋼板5に設
けた楔嵌入孔の形状と同等の断面に形成し、トンネル内
面からの漏水を防止できる構造としている。
【0058】この構造は、図6(a) 、(c) に示した楔金
具にも適用することができる。
【0059】図6(c) の楔金具9は、前面に小突起19
を設けたものである。
【0060】図7は、RCセグメント21に本願発明の
継手構造を適用した場合の一実施形態を示したもので、
図7(a) が雌継手、図7(b) が雄継手である。
【0061】雌継手については、RCセグメント21の
隅角部に、貫通穴22aを形成したアングル状の継手金
物22を固定し、さらに楔金具を挿入する空間部10を
設けている。
【0062】雄継手についても、雌継手同様に継手金物
23をセグメント21に設置し、さらに連結金具7が設
置されている。
【0063】図中、24は継手金物22,23をセグメ
ント21本体のコンクリートに定着させるためのアンカ
ー筋24である。
【0064】
【発明の効果】本願発明のセグメントの継手構造によ
れば、ボルト、ナット等を必要とせず、セグメントの組
立の簡略化が図れ、さらに自動組立化が容易にできるの
で、急速施工が可能であり、大断面トンネルの場合で
も、ボルト連結方式の場合より小型の組立機械で対応で
きる。
【0065】本願発明の継手構造では、雄継手側の連
結金具に楔挿通孔を設け、この楔挿通孔に楔を挿入する
ことで継手に作用する引張力に対し、連結金具のせん断
耐力および楔のせん断耐力で対応でき、これらの部材形
状を変化させることや、部材数を変化させることで、要
求される継手強度を満たす構造とすることができる。
【0066】また、楔を挿入することで、継手間には
十分な締結力を導入することができ、大深度トンネルや
地下河川トンネルの場合で、大きな地下水圧および内水
圧が作用した場合においても、十分な止水効果が期待で
きる。
【0067】本願発明の継手構造をリング間の継手に
適応した場合においては、連結金具のせん断耐力、並び
にセグメントの継手板、さらに充填コンクリートの支圧
耐力によって、従来からリング間の継手として必要とさ
れるせん断部材としての機能を十分に発揮させることが
できる。
【0068】以上のとおり、本願発明のセグメントの
継手構造は、施工時のセグメント組立を容易にし、さら
に自動組立化の簡略化に大きく貢献するものであり、力
学的にも合理的で、応力伝達が明瞭で、安全な継手を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本願発明の一実施形態を示す鉛直断面図であ
る。
【図2】 図1の実施形態のものに対し、連結金具をセ
グメント厚さ方向に2段に設けた場合の継手部分の分解
斜視図である。
【図3】 図2の実施形態におけるセグメントリングの
組立ての様子を示したもので、(a) は内空側から見た平
面図、(b) はトンネル方向から見た正面図である。
【図4】 本願発明のセグメントの継手構造の他の実施
形態を示す斜視図である。
【図5】 図4の実施形態におけるセグメントリングの
組立てを内空側から見た平面図である。
【図6】 (a) 〜(c) はそれぞれ本願発明で用いる楔金
具の形態の一例を示す側面図である。
【図7】 本願発明をRCセグメントに適用した場合の
一実施形態を示したもので、(a) は雌継手の斜視図、
(b) は雄継手の斜視図である。
【符号の説明】
1…セグメント(合成セグメント)、2…コンクリー
ト、3…継手板(リング方向)、3a…貫通穴、4…継
手板(トンネル方向)、4a…貫通穴、5…内空側鋼
板、6…地山側鋼板、7…連結金具、7a…頭部、7b
…連結部、7c…楔挿通孔、8…嵌入溝、9…楔金具、
9a…楔頭部、9b…テーパー部、10…楔嵌入孔、1
1…弾性体、13…継手板の内面、14…楔挿通孔の継
手側面、15…シール溝、16…突起、17…凹凸、1
8…樹脂被覆、19…小突起、21…セグメント(RC
セグメント)22…雌側の継手金物、22a…貫通穴、
23…雄側の継手金物、24…アンカー筋
フロントページの続き (72)発明者 西田 善道 大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金 属工業株式会社内 (72)発明者 金好 昭彦 大阪市中央区北久宝寺町3丁目6番1号 株式会社鴻池組内 (72)発明者 松井 和彦 大阪市中央区北久宝寺町3丁目6番1号 株式会社鴻池組内 (72)発明者 田中 浩 大阪市中央区北久宝寺町3丁目6番1号 株式会社鴻池組内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 コンクリートセグメントまたは鋼コンク
    リート複合セグメントのセグメントどうしの接合面にそ
    れぞれ継手板を設け、継手板どうしの対応する位置にそ
    れぞれ貫通穴を形成し、対応する位置の一方の貫通穴
    に、継手板と平行する頭部と、該貫通穴を内側から外側
    へ貫通する連結部とからなる連結金具を設置して雄継手
    を形成し、対応する位置のもう一方の貫通孔の内側に
    は、該貫通孔と連続して前記連結金具の連結部を嵌入す
    るための嵌入溝と、セグメントの内空側からセグメント
    厚さ方向に楔を嵌入するための楔嵌入孔とを交差させて
    設けることで雌継手を形成し、前記連結金具は先端部に
    楔挿通孔を有し、該連結金具を前記嵌入溝に嵌入した状
    態で、前記楔嵌入孔に嵌入した楔が該連結金具の楔挿通
    孔を貫通するようになっていることを特徴とするセグメ
    ントの継手構造。
  2. 【請求項2】 前記連結金具の頭部と雄継手側の継手板
    の内面との間には弾性体が挟み込まれている請求項1記
    載のセグメントの継手構造。
  3. 【請求項3】 前記楔は前記雌継手の継手板の内面に直
    接接するように嵌入されている請求項1または2記載の
    セグメントの継手構造。
JP10033056A 1998-02-16 1998-02-16 セグメントの継手構造 Withdrawn JPH11229785A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017122325A (ja) * 2016-01-06 2017-07-13 株式会社安藤・間 鋼殻セグメントの継手構造
CN107013230A (zh) * 2017-03-21 2017-08-04 中铁二院工程集团有限责任公司 大直径盾构隧道混凝土管片连接构造
JP2019203352A (ja) * 2018-05-25 2019-11-28 日本製鉄株式会社 セグメント
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