JP3901672B2 - セグメントのピース間継手構造 - Google Patents

Description

この発明は、トンネル掘削面に覆工材として設置されるセグメントの継手構造に関し、特に、周方向に隣接設置されて環状に組立てられるセグメントのピース間継手構造に関するものである。

シールドトンネルなどの掘削面の覆工材として、円弧状に湾曲したセグメントピースを周方向に隣接設置して、環状に組立てられるセグメントが知られている。この種のセグメントは、環状に組立てた際に、セグメントピース同士の接合面に介装される継手構造として、特許文献１〜３に開示されているような連結方式がある。

この方式の継手構造は、周方向に隣接するセグメントピースのピース間継手部に、図９および図１０に示すように、トンネル軸方向に沿って接合金具１を打ち込むものであって、セグメントピース２の継手部には、接合金具１が打ち込まれる連結金具３が予め埋設設置される。

これらの図に示した継手構造では、連結金具３は、概略Ｃ字形断面に形成されていて、長手軸方向に沿って、略Ｔ字型の溝４が貫通形成されている。このような連結金具３は、Ｃ字形の開口部が、セグメントピース２のピース間継手面５に臨むように配置される。

略Ｔ字型の溝４は、接合金具１の打ち込み方向に沿って、継手面５側の面が、継手面５から漸次離間するようなテーパー面６となっている。このような構造の連結金具３を備えた一対のセグメントピース２は、ピース間で連結する際には、一対のセグメントピース２のピース間継手面５同士が、当接するように隣接設置する。

このような設置状態に置いては、図１０に示すように、各セグメントピース２に設けられているＴ字形の溝４同士が相互に連通して、概略Ｉ字形の溝が形成され、このＩ字形溝内に、概略同形状の断面を有する接合金具１が側方から打ち込まれて、溝４にそれぞれ形成されているテーパー面６との間で楔効果を得るようにして、セグメントピース２間の連結が行われる。

しかしながら、このような従来のセグメントのピース間継手構造には、以下に説明する課題があった。
特開平１１−２２９７８８号公報 特開平１１−２３６７９７号公報 特開２００３−３７９３号公報

すなわち、図９，１０に示した継手構造では、連結金具３は、テーパー面６を備えた溝４を有しており、比較的複雑な形状となっているので、複雑な形状を高精度で製作できる鋳造により製造されていた。

ところが、鋳造で製造する場合には、金型製作にコストや時間が掛かるとともに、鋳鉄は、炭素鋼に比べて、伸び率が小さいために、脆性破壊し易いという欠点があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、低コストで、かつ、脆性破壊し難い連結金具を用いたセグメントピースの連結構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、ピース間継手面を相互に当接するようにして、周方向に隣接配置され、環状に組立てられる複数のセグメントピースのピース間継手構造において、前記ピース間継手面に臨むようにして、前記セグメントピースにそれぞれ埋設設置される連結金具と、前記ピース間継手面に介装される一対の前記連結金具間に打ち込まれ、前記連結金具との間に楔効果を奏して、前記セグメントピース間を連結する接合金具とを備え、前記連結金具は、前記セグメントピースに埋設される炭素鋼であって、一端に開口部が設けられ、概略Ｃ字形の断面形状を備え、熱押形鋼を所定長さに切断したもの、または、開口部を有する鋼管を所定長さに切断したものから構成され、前記連結金具は、長手方向が前記接合金具の打ち込み方向に配置されるとともに、前記開口部が前記ピース間継手面に臨むように配置され、かつ、前記連結金具の長手方向に沿った前記開口部の端縁が、前記ピース間継手面から漸次離間するように、傾斜配置されるようにした。

このように構成したセグメントのピース間継手構造によれば、接合金具との間で楔効果を奏するテーパ面は、概略Ｃ字形の断面形状を備えた連結金具の長手方向に沿った開口部の端縁が、ピース間継手面から漸次離間するように、傾斜配置することで得られ、連結金具の形状が簡単なので、金型の製作や鋳造が不要になり、低コスト化を達成することができる。また、このような連結金具は、炭素鋼から構成され、炭素鋼は、鋳物に比べて伸び率が大きいので、脆性破壊もし難くなる。

前記熱押形鋼からなる連結金具は、長手方向に沿って貫通形成された略Ｔ字形の溝孔を有し、前記接合金具は、前記溝孔内に挿入可能な概略Ｉ字形断面形状に形成することができる。

前記鋼管からなる連結金具は、長手方向に沿って貫通形成された円形断面の溝孔を有し、前記接合金具は、前記溝孔内に挿入可能な概略めがね形断面形状に形成することができる。

前記連結金具は、前記ピース間接合面に複数配置することができる。
前記連結金具は、前記ピース間接合面に複数配置され、かつ、前記傾斜配置の方向を異ならせることができる。

本発明にかかるセグメントのピース間継手構造によれば、接合金具との間で楔効果を奏するテーパ面は、連結金具の長手方向に沿った開口部の端縁が、ピース間継手面から漸次離間するように、傾斜配置することで得られ、連結金具の形状が簡単なので、連結金具を鋳造で製造する必要がなくなり、低コスト化を達成することができる。また、このような連結金具は、炭素鋼から構成され、炭素鋼は、鋳物に比べて伸び率が大きいので、脆性破壊もし難くなる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。

図１から図５は、本発明にかかるセグメントピースのピース間継手構造の実施例１を示している。これらの図に示したピース間継手構造は、例えば、シールドトンネルの構築現場において、掘削された壁面に、周方向に隣接設置され、環状に組立てられるセグメントピース１０に用いられるものである。

セグメントピース１０は、例えば、所定長さを備えた中空円筒体を軸方向に複数個に分割した曲板形状のものであって、内部に配筋を施した鉄筋コンクリートなどにより形成される。

各セグメントピース１０は、周方向の端部にピース間継手面１２がそれぞれ設けられ、このピース間継手面１２は、環状に組立てる際には、相互に当接するように配置される。

本実施例のピース間継手構造は、連結金具１４と、接合金具１６とを備えている。連結金具１４は、図１〜３に示すように、ピース間継手面１２に対して、同一構成のものが、所定の間隔を設けて２個配置されている。

図４および図５は、一方の連結金具１４の配置状態を抽出した拡大詳細図であり、連結金具１４には、図４に示すように、一端に開口部１８が設けられ、概略Ｃ字形の横断面形状を備えている。

開口部１８は、連結金具１４の中央部を長手方向に貫通形成された略Ｔ字形の溝孔２０に連通しており、溝孔２０は、連結金具１４の長手方向の両端に開口している。

このような形状の連結金具１４は、炭素鋼からなる熱押形鋼から構成されている。熱押形鋼からなる連結金具１４は、所定の長さに切断され、セグメントピース１０を製造する際に、以下のように配置される。

すなわち、まず、連結金具１４は、長手方向が接合金具１６の打ち込み方向（図１および図４に矢印Ａで示している。）に配置される。接合金具１６は、ピース間継手面１２同士を当接させた際に、セグメントピース１０の幅方向の側面２２側から打ち込まれるので、連結金具１４は、セグメントピース１０の幅方向に沿って長手方向が延設される。

この際に、開口部１８は、ピース間継手面１２に臨むように配置され、かつ、連結金具１４の長手方向に沿った縁部が、ピース間継手面１２から漸次離間するように、所定の傾斜角度θを設けた、傾斜状態で配置される。

また、開口部１８は、ピース間継手面１２に対して、開口するように、開口部１８の端部とピース間継手面１２との間には、これと連通する凹溝２４が設けられる。さらに、セグメントピース１０には、接合金具１６の幅方向の側面２２側からの打ち込みを可能にするために、一端が側面２２に開口し、他端が溝孔２０に連通する挿通溝２６が設けられている。なお、この挿通溝２６は、図１に示すように、一対の連結金具１４間を繋ぐように延長形成されている。

このようにしてセグメントピース１０に埋設された連結金具１４によれば、その長手方向に貫通形成された略Ｔ字形の溝孔２０は、ピース間継手面１２に対して、傾斜角度θで傾斜した状態になっていて、この傾斜状態は、接合金具１６の打ち込み方向に沿って、漸次ピース間継手面１２から離間するようになっている。

一方、接合金具１６は、リブ１６０と、リブ１６０の上下端に一対のフランジ１６１を設けた概略Ｉ字形断面を備えている。接合金具１６の略Ｉ字形断面形状は、一対の連結金具１４の略Ｔ字形溝孔２０を連結した形状とほぼ一致していて、溝孔２０内に挿入可能な形状になっており、上下方向に配置された一対のフランジ１６１間の間隔は、接合金具１６の打ち込み方向に沿って、漸次近接するように、テーパ状に形成されている。

なお、図１，２，４，５に符号２８で示した部材は、一端が連結金具１４に当接する連結鉄筋であって、この連結鉄筋２８は、連結金具１４に発生した応力をセグメントピース１０内に伝達する機能を有している。

以上のように構成されたセグメントピース１０のピース間継手構造においては、複数のセグメントピース１０を用いて環状に組立てる際には、一対のセグメントピース１０のピース間継手面１２同士が、相互に当接するように設置する。

図５には、セグメントピース１０のピース間継手面１２同士を当接させた際の断面が示されており、このような状態に設置すると、セグメントピース１０に埋設設置されている連結金具１４の溝孔２０が相互に連通されて、概略Ｉ字形断面の孔が形成される。

この溝孔２０同士の連結孔内には、セグメントピース１０の側面２２側から接合金具１６が打ち込まれる。この場合、溝孔２０は、ピース間継手面１２から漸次離間するように、傾斜角θで傾斜し、接合金具１６には、フランジ１６１に、テーパが設けられているので、接合金具１６を打ち込むと、連結金具１４との間に楔効果を奏して、セグメントピース１０間を連結することができる。

さて、以上のように構成したセグメントのピース間継手構造によれば、接合金具１６との間で楔効果を奏するテーパ面は、連結金具１４の長手方向に沿った開口部１８の端縁が、ピース間継手面１２から漸次離間するように、所定の傾斜角度θで、傾斜配置することで得られ、連結金具１４の形状が単純なので、連結金具を鋳造で製造する必要がなくなり、低コスト化を達成することができる。また、このような連結金具１４は、炭素鋼から構成され、炭素鋼は、鋳物に比べて伸び率が大きいので、脆性破壊もし難くなる。

図６および図７は、本発明にかかるセグメントピースのピース間継手構造の実施例２を示しており、上記実施例１と同一若しくは相当する部分には、同一符号を付してその説明を省略するととともに、以下にその特徴点についてのみ詳述する。

これらの図に示したピース間継手構造は、実施例１と同様に、シールドトンネルの構築現場において、掘削された壁面に、周方向に隣接設置され、環状に組立てられるセグメントピース１０ａに用いられるものである。

セグメントピース１０ａは、周方向の端部にピース間継手面１２ａがそれぞれ設けられ、このピース間継手面１２ａは、環状に組立てる際には、相互に当接するように配置される。

本実施例のピース間継手構造は、連結金具１４ａと、接合金具１６ａとを備えている。連結金具１４ａは、図７に示すように、一端に開口部１８ａが設けられ、概略Ｃ字形の横断面形状を備えている。

開口部１８ａは、連結金具１４ａの中央部を長手方向に貫通形成された円形断面の溝孔２０ａに連通しており、溝孔２０ａは、連結金具１４ａの長手方向の両端に開口している。

このような形状の連結金具１４ａは、平板状の炭素鋼を丸めて鋼管を形成する際に、開口部を溶接する前の状態をそのまま用いるか、あるいは、鋼管の一部を切断して、開口部を形成した鋼管を用いる。このような鋼管製の連結金具１４ａは、所定の長さに切断され、セグメントピース１０ａを製造する際に、以下のように配置される。

すなわち、まず、連結金具１４ａは、長手方向が接合金具１６ａの打ち込み方向（図６に矢印Ａで示している。）に配置される。接合金具１６ａは、ピース間継手面１２ａ同士を当接させた際に、セグメントピース１０ａの幅方向の側面２２ａ側から打ち込まれるので、連結金具１４ａは、セグメントピース１０ａの幅方向に沿って長手方向が延設される。

この際に、開口部１８ａは、ピース間継手面１２ａに臨むように配置され、かつ、連結金具１４ａの長手方向に沿った縁部が、ピース間継手面１２ａから漸次離間するように、所定の傾斜角度θを設けた、傾斜状態で配置される。

また、開口部１８ａは、ピース間継手面１２ａに対して、開口するように、開口部１８ａの端部とピース間継手面１２ａとの間には、凹溝２４ａが設けられる。さらに、セグメントピース１０ａには、接合金具１６ａの幅方向の側面２２ａ側からの打ち込みを可能にするために、一端が側面２２ａに開口し、他端が溝孔２０ａに連通する挿通溝２６ａが設けられている。

このようにしてセグメントピース１０ａに埋設された連結金具１４ａによれば、その長手方向に貫通形成された円形断面の溝孔２０ａは、ピース間継手面１２ａに対して、傾斜角度θで傾斜した状態になっていて、この傾斜状態は、接合金具１６ａの打ち込み方向に沿って、漸次ピース間継手面１２ａから離間するようになっている。

一方、接合金具１６ａは、リブ１６０ａと、リブ１６０ａの上下端に一対のフランジ１６１ａを設けた概略めがね形断面を備えている。接合金具１６ａの略めがね形断面形状は、一対の連結金具１４ａの略円形断面の溝孔２０を連結した形状とほぼ一致していて、溝孔２０内に挿入可能な形状になっており、上下方向に配置された一対のフランジ１６１ａ間の間隔は、接合金具１６ａの打ち込み方向に沿って、漸次近接するように、テーパ状に形成されている。

なお、図６，７に符号３０ａで示した部材は、連結金具１４の外周面に固設された補強板であって、この補強板３０ａは、連結金具１４の長手方向の両端と、その中間位置に合計４枚設けられていて、各補強板３０ａには、連結鉄筋２８ａの一端が当接されている。各連結鉄筋２８ａは、連結金具１４ａに発生した応力をセグメントピース１０ａ内に伝達する機能を有している。

以上のように構成されたセグメントピース１０ａのピース間継手構造においては、複数のセグメントピース１０ａを用いて環状に組立てる際には、一対のセグメントピース１０ａのピース間継手面１２ａ同士が、相互に当接するように設置する。

図７には、セグメントピース１０ａのピース間継手面１２ａ同士を当接させた際の断面が示されており、このような状態に設置すると、セグメントピース１０ａに埋設設置されている連結金具１４ａの溝孔２０ａが連結されて、概略めがね形断面の孔が形成される。

この溝孔２０ａ同士の連結孔内には、セグメントピース１０ａの側面２２ａ側から接合金具１６ａが打ち込まれる。この場合、溝孔２０ａは、ピース間継手面１２ａから漸次離間するように、傾斜角θで傾斜し、接合金具１６ａには、フランジ１６１ａに、テーパが設けられているので、接合金具１６ａを打ち込むと、連結金具１４ａとの間に楔効果を奏して、セグメントピース１０ａ間を連結することができる。

以上のように構成したセグメントのピース間継手構造でも、実施例１と同等の作用効果が得られる。

図８は、本発明にかかるセグメントピースのピース間継手構造の実施例３を示しており、上記実施例と同一若しくは相当する部分には、同一符号を付してその説明を省略するととともに、以下にその特徴点についてのみ詳述する。

同図に示した実施例３は、実施例１の変形例であって、本実施例の場合には、セグメントピース１０ｂのピース間接合面１２ｂには、実施例１と同様に、２個の連結金具１４ｂが接合面１２ｂに臨むようにして埋設設置されている。

この接合金具１４ｂは、実施例１と同様に、炭素鋼からなる熱押形鋼から構成されている。熱押形鋼からなる連結金具１４ｂは、所定の長さに切断され、セグメントピース１０ｂを製造する際に、以下のように配置される。

すなわち、まず、連結金具１４ｂは、長手方向が接合金具１６ｂの打ち込み方向（図８に矢印Ａで示している。）に配置される。接合金具１６ｂは、ピース間継手面１２ｂ同士を当接させた際に、セグメントピース１０ｂの幅方向の側面２２ｂ側から打ち込まれるので、連結金具１４ｂは、セグメントピース１０ｂの幅方向に沿って長手方向が延設される。

この際に、開口部１８ｂは、ピース間継手面１２ｂに臨むように配置され、かつ、連結金具１４ｂの長手方向に沿った縁部が、ピース間継手面１２ｂから漸次離間するように、所定の傾斜角度θを設けた、傾斜状態で配置される。

本実施例の場合、２個の連結金具１４ｂは、傾斜方向が相互に異なるように、配置されている。また、開口部１８ｂは、ピース間継手面１２ｂに対して、開口するように配置され、開口部１８に隣接するようにして、これと連通する凹溝２４ｂが設けられている。この凹溝２４ｂは、接合金具１６ｂが挿入できる長さを備えている。

以上のように構成されたセグメントピース１０ｂのピース間継手構造においては、複数のセグメントピース１０ｂを用いて環状に組立てる際には、一対のセグメントピース１０ｂのピース間継手面１２ｂ同士が、相互に当接するように設置する。

本実施例の場合、このような当接作業の前に、一方のセグメントピース１０ｂ（図８に右に示したもの）には、予め、各連結金具１４ｂに接合金具１６ｂが装着される。接合金具１６ｂを装着する際には、凹溝２４ｂ内に接合金具１６ｂを挿入して、各連結金具１４ｂ側に移動させることで、開口部１８ｂ内に接合金具１６ｂを挿入させて、保持させる。

そして、セグメントピース１０ｂのピース間継手面１２ｂ同士を当接させる際には、ピース間継手面１２ｂから突出して接合金具１６ｂを、他方のセグメントピース１０ｂの凹溝２４ｂ内に挿入させながら、セグメントピース１０ｂを前後にずらして、継手面１２ｂ同士を当接させる。

その後、図８の矢印Ａ方向に、右側のセグメントピース１０ｂを移動させて、接合金具１６ｂを打ち込むと、連結金具１４ｂとの間に楔効果を奏して、セグメントピース１０ｂ間を連結することができる。以上のように構成した実施例３でも実施例１と同等の作用効果が得られる。

本発明にかかるセグメントのピース間継手構造は、シールドトンネルの構築工事などに用いるセグメントに適用すると、コストの低減に寄与することができ、この種の工事に有効に活用することができる。

本発明にかかるセグメントのピース間継手構造の実施例１を示すセグメントピースの平面図である。 図１のａ−ａ線断面図である。 図１の側面図である。 図１の要部拡大図である。 図１に示したセグメントピースを接合した際のピース間接合部の断面説明図である。 本発明にかかるセグメントのピース間継手構造の実施例２を示す要部拡大図である。 図６に示したセグメントピースを接合した際のピース間接合部の断面説明図である。 本発明にかかるセグメントのピース間継手構造の実施例３を示す要部説明図である。 従来のセグメントのピース間継手構造の一例を示す要部拡大図である。 図９に示したセグメントピースを接合した際のピース間接合部の断面説明図である。

符号の説明

１０，１０ａ，１０ｂ セグメントピース
１２，１２ａ，１２ｂ ピース間継手面
１４，１４ａ，１４ｂ 連結金具
１６，１６ａ，１６ｂ 接合金具
１８，１８ａ 開口部
２０，２０ａ 溝孔

Claims (5)

1. ピース間継手面を相互に当接するようにして、周方向に隣接配置され、環状に組立てられる複数のセグメントピースのピース間継手構造において、
   前記ピース間継手面に臨むようにして、前記セグメントピースにそれぞれ埋設設置される連結金具と、
   前記ピース間継手面に介装される一対の前記連結金具間に打ち込まれ、前記連結金具との間に楔効果を奏して、前記セグメントピース間を連結する接合金具とを備え、
   前記連結金具は、前記セグメントピースに埋設される炭素鋼であって、一端に開口部が設けられ、概略Ｃ字形の断面形状を備え、熱押形鋼を所定長さに切断したもの、または、開口部を有する鋼管を所定長さに切断したものから構成され、
   前記連結金具は、長手方向が前記接合金具の打ち込み方向に配置されるとともに、前記開口部が前記ピース間継手面に臨むように配置され、かつ、前記連結金具の長手方向に沿った前記開口部の端縁が、前記ピース間継手面から漸次離間するように、傾斜配置されることを特徴とするセグメントのピース間継手構造。
2. 前記熱押形鋼からなる連結金具は、長手方向に沿って貫通形成された略Ｔ字形の溝孔を有し、前記接合金具は、前記溝孔内に挿入可能な概略Ｉ字形断面形状に形成することを特徴とする請求項１記載のセグメントのピース間継手構造。
3. 前記鋼管からなる連結金具は、長手方向に沿って貫通形成された円形断面の溝孔を有し、前記接合金具は、前記溝孔内に挿入可能な概略めがね形断面形状に形成することを特徴とする請求項１記載のセグメントのピース間継手構造。
4. 前記連結金具は、前記ピース間接合面に複数配置されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のセグメントのピース間継手構造。
5. 前記連結金具は、前記ピース間接合面に複数配置され、かつ、前記傾斜配置の方向を異ならせることを特徴とする請求項４記載のセグメントのピース間継手構造。

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