セグメントの継手構造及びこれを備えたセグメント
【課題】製造が容易で、既設セグメントと連結セグメントの間に若干のズレがあっても確実に連結することができ、連結したセグメントのトンネル軸方向への抜け出しを確実に防止することのできるセグメントの継手構造及びこれを備えたセグメントを提供する。
【解決手段】一対の軸方向壁１ａ，１ｂと、この軸方向壁１ａ，１ｂの外周側及び内周側又はいずれか一方に接合されたスキンプレート３と、軸方向壁１ａ，１ｂとスキンプレート３の両端部に接合された周方向壁５ａ，５ｂとを備えたセグメントＳの継手構造であって、この継手構造を、断面円形で外周に複数の係止片が設けられ、一方の軸方向壁１ａの外面側の長手方向に所定の間隔で取付けられた軸方向継手部材２０と、他方の軸方向壁１ｂの内面側に軸方向継手部材２０と対向して取付けられ、軸方向継手部材２０が挿入されて係止片が内壁に係止する円筒上の拘束部材３５とによって構成した。
【解決手段】一対の軸方向壁１ａ，１ｂと、この軸方向壁１ａ，１ｂの外周側及び内周側又はいずれか一方に接合されたスキンプレート３と、軸方向壁１ａ，１ｂとスキンプレート３の両端部に接合された周方向壁５ａ，５ｂとを備えたセグメントＳの継手構造であって、この継手構造を、断面円形で外周に複数の係止片が設けられ、一方の軸方向壁１ａの外面側の長手方向に所定の間隔で取付けられた軸方向継手部材２０と、他方の軸方向壁１ｂの内面側に軸方向継手部材２０と対向して取付けられ、軸方向継手部材２０が挿入されて係止片が内壁に係止する円筒上の拘束部材３５とによって構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル内周の周方向及び軸方向に連結してトンネル壁を構築するセグメントの継手構造及びこれを備えたセグメントに係り、より詳しくは、セグメントを軸方向に連結するための継手構造及びこれを備えたセグメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のセグメントの軸方向の継手に、トンネルの軸方向に位置する２つのセグメント部材のうち、一方のセグメント部材に設けられた雄継手と、前記一方のセグメント部材と相対する面に位置する他方のセグメント部材に設けられた雌継手とにより構成され、前記雄継手は、その一部である雄継手軸部が前記雌継手と嵌合する方向に突出した状態で、前記一方のセグメント部材に設置され、該雄継手軸部の表面に先端部を固定した板部材固定部と弾性変形可能な板部材変形部を有する板部材を配設し、前記雌継手は、前記板部材変形部が、窄まることにより前記雄継手を挿通できる大きさの雌継手孔部を有し、且つ挿通後、前記板部材変形部が弾性復帰して広がり、雌継手孔部の端部に掛合するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６１２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の嵌合継手は、構造が簡単でセグメントを軸方向にワンタッチで連結できるため、現場における施工作業が軽減され、工費と工期の低減効果を得ることができるが、雄継手は板状体で形成されており、これが嵌合する雌継手は矩形状に形成されているため、加工が面倒であるばかりでなく、雌継手と雄継手との間に上下や左右方向に若干のズレがあったり、仕上げにバラツキがあったりすると容易に嵌合できないという問題があった。また、既設のセグメントに次のセグメントを連結する場合、施工誤差等により両セグメントの間に若干のズレ（すき間）があると、連結できないという問題があった。なお、特許文献１には、雄継手軸部を円形や楕円形断面を有する棒状としてもよいとの記載があるが、その具体的構造については全く開示されていない。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、製造が容易で、既設セグメントと連結セグメントとの間に若干のズレがあっても容易かつ確実に連結することができ、その上連結したセグメントのトンネル軸方向への抜け出しを確実に防止することのできるセグメントの継手構造及びこれを備えたセグメントを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一対の軸方向壁と、該軸方向壁の外周側及び内周側又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記軸方向壁とスキンプレートの両端部に接合された周方向壁とを備えたセグメントの継手構造であって、該継手構造を、断面円形で外周に複数の係止片が設けられ、前記一方の軸方向壁の外周側の長手方向に所定の間隔で設けられた軸方向継手部材と、前記他方の軸方向壁に前記軸方向継手部材と対向して設けられ、前記軸方向継手部材が挿入されて前記係止片が該他方の軸方向壁の内壁面に係止する連結穴と、前記係止片の拡径を拘束する拘束部材とによって構成したものである。
【０００７】
また、本発明は、一対の軸方向壁と、該軸方向壁の外周側及び内周側又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記軸方向壁とスキンプレートの両端部に接合された周方向壁とを備えたセグメントの継手構造であって、該継手構造を、断面円形で外周に複数の係止片が設けられ、前記一方の軸方向壁の外面側の長手方向に所定の間隔で取付けられた軸方向継手部材と、前記他方の軸方向壁の内面側に前記軸方向継手部材と対向して取付けられ、軸方向継手部材が挿入されて前記係止片が内壁に係止する円筒状の拘束部材とによって構成したものである。
【０００８】
上記の軸方向継手部材を、基部、該基部に連続する小径部、該小径部に連続する該小径部より大径の先端部からなる円形断面の本体部と、先端部が外方に曲げられたリップを有する複数の係止片とからなり、該係止片を前記本体部の小径部の外周に配置してその基端部を該小径部の先端部側に固定して形成した。
上記の軸方向継手部材の先端部をほぼ円錐状に形成した。
【０００９】
上記の軸方向継手部材の本体部の基部におねじを設け、該基部をセグメントの軸方向壁に設けた取付穴に外側から挿入し、内側から前記おねじにナットを螺合して該ナットを前記軸方向壁に固定して取付けた。
【００１０】
上記の係止片を、鋼パイプの一端をほぼラッパ状に拡径して周方向に複数に分割し、その少なくとも一対を他より短かく形成し、前記軸方向継手部材の小径部の外周に交互に配置してその基端部を該小径部の先端部側に固定した。
【００１１】
上記の拘束部材を、前記軸方向継手部材の基部の外径より若干大きい内径の円筒状に形成し、前記他方の軸方向壁に前記軸方向継手部材と対向して設けられ前記基部の外形とほぼ等しい径の連結穴の軸方向壁内面側に、該連結穴と同心的に固定した。
【００１２】
上記の拘束部材の内径を、前記軸方向継手部材に設けた長い係止片のリップの先端部で形成する外径より若干小さく形成した。
また、上記の拘束部材の内周面に鋸歯状又は階段状の係止部を設けた。
【００１３】
本発明に係るセグメントは、上記いずれかの継手構造を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、継手構造の製造が容易で、既設セグメントと連結セグメントとの間に若干のズレがあっても容易に連結することができ、その上連結したセグメントのトンネル軸方向への抜け出しを確実に防止できるので、施工性に優れた信頼性の高いセグメントの継手構造及びこれを備えたセグメントを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
[実施の形態１]
図１は本発明の実施の形態１に係る軸方向継手構造を備えたセグメントの説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
図において、Ｓはセグメントで、トンネルの周方向に沿ってほぼ円弧状に形成されて軸方向壁１ａ，１ｂを構成する鋼板２ａ，２ｂと、両鋼板２ａ，２ｂの間の長手方向に所定の間隔で溶接接合された複数の補強部材３と、鋼板２ａ，２ｂ及び補強部材３の外周側に溶接接合されたスキンプレート４と、鋼板２ａ，２ｂとスキンプレート４の両端部に接合されて周方向壁を構成する継手板５ａ，５ｂとからなっている。なお、上記のスキンプレート４は、鋼板２ａ，２ｂの外周側と内周側の両方に設けることがあり、あるいは内周側だけに設けることもある（他の実施の形態においても同様である）。
【００１６】
８は一方の鋼板（例えば、２ａ）の長手方向の補強部材３の間に設けられ、後述の軸方向継手部材２０を取付けるための取付穴、９は他方の鋼板２ｂに取付穴８と対向して設けられ、内面側に拘束部材３５が取付けられて軸方向継手部材２０が挿入される連結穴で、取付穴８と連結穴９の径ｄ1はほぼ等しく形成されている。
２０は鋼板２ａの取付穴８に挿入されて固定された軸方向継手部材、３５は鋼板２ｂの連結穴９の内面側に固定された拘束部材である。
【００１７】
軸方向継手部材２０は、図３に示すように、鋼材からなる断面円形の本体部２１と、この本体部２１に取付けた複数の係止片３０と、ナット２６とからなっている。本体部２１は、図４に示すように、外径ｄ1の基部２２と、これに連続する縮径された外径ｄ2の小径部２３と、これに続く小径部２３より大径で外径ほぼｄ1の先端部２４とからなり、先端部２４の先端はほぼ円錐状又は截頭円錐状に形成されており、また、基部２２の端部側には、ナット２６が螺合されるおねじ２５が設けられている。この本体部２１は、丸棒を旋盤で切削して形成すればよいので、製作がきわめて容易で、仕上げにバラツキを生じることもない。
【００１８】
上記のような軸方向継手部２０の本体部２１の寸法は、これを採用するセグメントＳの構造、大きさ、強度等によって異なるが、一般的には、基部２２及び先端部２４の外径ｄ1は３０〜７０ｍｍ程度、小径部２３の長さＬ1は５０〜１００ｍｍ程度で、その外径ｄ2は基部２２の外径ｄ1から、係止片３１の板厚ｔ（図５参照）の２倍の値を差引いた値とほぼ等しいかあるいはこれより若干小径（ｄ2≦ｄ1−２ｔ）に設定されている。
【００１９】
係止片３０は、図５（ａ）に示すように、長さＬ2が本体部２１の小径部２３の長さＬ1より若干短かく、外径ｄ1が基部２２の外径ｄ1と、内径ｄ2が小径部２３の外径ｄ2とほぼ等しい板厚ｔの鋼パイプ２８を、一方の端部を先端部が外径ｄ3になるように円弧状に拡径２９する。ついで、これを周方向に偶数（例えば、４，６，８等）に分割し、図６に示すように、先端部にリップ３１（以下、分割後の拡径部２９をリップという）を有するそれぞれ対向する一対の係止片３０を形成する。そして、各対の係止片３０の半数の対を、他方の半数の対より若干短かく形成して、長係止片３０ａと短係止片３０ｂを形成する。
【００２０】
上記のような係止片３０の板厚ｔ、拡径部２９（リップ３１）の先端部の外径ｄ3及び長係止片３０ａと短係止片３０ｂの長さの差ΔＬの寸法も、軸方向継手部材２０を採用するセグメントＳの構造、大きさ、強度等によって異なるが、一般に、板厚ｔは５〜１５ｍｍ程度、長係止片３０ａと短係止片３０ｂの長さの差ΔＬは２〜５ｍｍ程度で、拡径部２９の先端部の外径ｄ3は、連結穴９及び拘束部材３５の内径ｄ1，ｄ4（図７参照）より大径に形成されている。
【００２１】
上記のような係止片３０の先端部に形成されたリップ３１の形状は、円弧状に限定するものではなく、例えば、鋼パイプ２８の先端部を外径がｄ3になるように直線状に拡径して、係止片３０の先端部を外方に鈍角に折り曲げてリップ３１を形成するなど、他の形状であってもよい。
【００２２】
また、各対の係止片３０の半数の対を他より短かくして、長係止片３０ａと短係止片３０ｂを形成した場合を示したが、長さの異なる係止片３０は半数づつに限るものではなく、複数の対のうち少なくとも一対を他の対と長さが異なるようにすればよい。さらに、係止片３０を長さの異なる長係止片３０ａと短係止片３０ｂの２種類で形成した場合を示したが、さらに、両係止片３０ａ，３０ｂの間に例えば中係止片を設けるなど、図５（ｂ）に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各係止片３０をそれぞれ異なる長さに形成して、係止片３０を３種類以上の長さの異なる対で形成してもよい。
【００２３】
また、端部が拡径２９された鋼パイプ２８を周方向に偶数分割した場合を示したが、周方向に奇数分割して係止片３０を形成し、その一部を他の係止片と異なる長さとしてもよい。
【００２４】
上記のように構成した係止片３０は、図３に示すように、一対の長係止片３０ａと短係止片３０ｂを交互にかつそれぞれの対を対向させて、本体部２１の小径部２３の外周側に配設し、その基端部（リップ３１の反対側）を先端部２４との間に形成された段部に当接し、溶接により小径部２３に接合する。このとき、係止部３０の外径は、本体部２１の基部２２の外径ｄ1とほぼ等しいかこれより若干小さく、また、リップ３１と基部２２との間にはそれぞれ所定のすき間が形成される。
【００２５】
拘束部材３５は、図７に示すように、鋼パイプからなり、その内径ｄ4は鋼板２ｂ（又は２ａ）に設けた連結穴９の径より若干大きく、その長さＬ3は、通常、軸方向継手部材２０の小径部２３の長さより短かく形成されている。なお、必要に応じて、内周面を切削仕上げする。
【００２６】
上記のような継手構造を有するセグメントＳの製造にあたっては、先ず、両鋼板２ａ，２ｂを所定の間隔で配置してその間に補強部材３を、また、両端部に継手板５ａ，５ｂを溶接接合する。そして、その外周側（又は内周側）にスキンプレート４を溶接接合する。なお、上記の手順はその一例を示すもので、適宜変更することができる。
【００２７】
そして、図８（ａ）に示すように、軸方向継手部材２０の基部２２を鋼板２ａの外面側から取付穴８に挿入し、内面側からおねじ２５にナット２６を螺合して、ナット２６を鋼板２ａの内壁面に溶接接合して固定する。
また、拘束部材３５を、図８（ｂ）に示すように、他方の鋼板２ｂの内壁面にその内径を連結穴９と同心的に配置して当接し、内壁面に溶接接合して固定する。これにより、セグメントＳの製造が終了する。
【００２８】
軸方向継手部材２０の鋼板２ａへの取付けにあたっては、ナット２６に代えて、本体部２１の基部２２の端部に大径部を設けてＴ字状に形成し、取付穴８に内面側から挿入して大径部を鋼板２ａの内壁面に溶接接合してもよく、あるいは、本体部２１にナット２６を螺合したり大径部を形成したりすることなく、本体部２１の基部２２を取付穴８に挿入して、鋼板２ａに直接溶接接合してもよい。
【００２９】
次に、上記のように構成した本実施の形態に係る継手構造によるセグメントＳのトンネル軸方向への連結手順について、図９により説明する。
図９（ａ）において、Ｓ1はトンネルの周方向に設置されたセグメント（以下、既設セグメントという）、Ｓ2はこの既設セグメントＳ1のトンネル軸方向に連結するセグメント（以下、連結セグメントという）である。
【００３０】
いま、連結セグメントＳ2を矢印方向（トンネル軸方向）に移動させて、その軸方向継手部材２０の先端部２４を図９（ａ）に示すように、既設セグメントＳ1の連結穴９に挿入し、引続き連結セグメントＳ1を押圧すると、図９（ｂ）に示すように、軸方向継手部材２０の係止片３０のリップ３１が弾性変形してほぼ直線状になり、連結穴９内を通過する。さらに連結セグメントＳ2を押圧すると、図９（ｃ）に示すように、短係止片３０ｂのリップ３１が連結穴９から離脱し、リップ３１は元の状態に戻って拘束部材３５の内壁に係止する。
【００３１】
引続き連結セグメントＳ2を押圧すると、図９（ｄ）に示すように、その軸方向壁１ａである鋼板２ａが既設セグメントＳ1の鋼板２ｂに当接又は近接して位置し、押圧が停止する。このとき、長係止片３０ａのリップ３１も連結穴９から離脱して元の状態に戻り、拘束部材３５の内壁に係止する。なお、図９（ｄ）は、図９（ｃ）に対して９０°回転した断面を示している。
このようにして、連結セグメントＳ2に設けた軸方向継手部材２０の長係止片３０ａと短係止片３０ｂが、既設セグメントＳ1に設けた拘束部材３５の内壁の長手方向の異なる位置にそれぞれ係止し、連結セグメントＳ2を既設セグメントＳ1に、ワンタッチで強固に連結する。
【００３２】
本実施の形態によれば、軸方向継手部材２０の本体部２１は鋼材からなる円形断面の素材を機械加工により製作するようにしたので、製造がきわめて容易で、仕上にバラツキを生じることもない。
また、軸方向継手部材２０の先端部２４は円錐状等に形成されているので、既設セグメントＳ1の連結穴９と軸方向継手部材２０との間に多少のズレがあっても、容易に嵌入することができ、さらに、係止片３０を異なる長さに形成したので、既設セグメントＳ1と連結セグメントＳ2の間に多少のズレ（すき間）が生じても、確実に連結することができる。また、係止片３０の長さは適宜変更できるので、セグメントの構築条件に応じてその長さを設定することができる。
【００３３】
また、軸方向継手部材２０の係止片３０に設けたリップ３１は、軸方向継手部材２０が既設セグメントＳ1の連結穴９を通過するときは弾性変形してほぼ直線状になるので容易に押し込むことができ、連結穴９から離脱すると復元して長係止片３０ａと短係止片３０ｂのリップ３１が、拘束部材３５の内壁の長手方向の２か所にそれぞれ係止するので、引抜き力に対して大きな抵抗力が得られる。このため、軸方向継手部材２０が抜け出すことがなく、連結セグメントＳ2を既設セグメントＳ1に確実に連結することができるので、信頼性の高い継手構造を得ることができる。なお、軸方向継手部材２０に長さの異なる３種以上の係止片３０を設けた場合は、それぞれの係止片３０のリップ３１が拘束部材３５の内壁の長手方向の異なる位置に係止するので、引抜き力に対してさらに大きな抵抗力を得ることができる。
さらに、連結セグメントＳ2を既設セグメントＳ1にワンタッチで連結できるので、施工性を大幅に向上することができる。
【００３４】
［実施の形態２］
図１０は本発明の実施の形態２に係る軸方向継手構造を備えた合成セグメントの説明図、図１１は図１０のＢ−Ｂ断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、セグメントＳの軸方向壁１ａ，１ｂを、鋼管１２ａ，１２ｂ、１２ｃ，１２ｄと主桁板１３ａ，１３ｂで形成し、主桁板１３ａ，１３ｂに軸方向継手部材２０及び拘束部材３５を取付けたものである。
【００３５】
本実施の形態に係るセグメントＳの軸方向壁１ａ，１ｂは、内外周側、したがって四隅に、比較的断面積の小さい（例えば、一辺の幅が１００ｍｍ程度）鋼管１２ａ，１２ｂと１２ｃ，１２ｄを配置し、対向する鋼管１２ａ，１２ｂと１２ｃ，１２ｄの外側ウエブの間（又は外側ウエブの壁面間）に、それぞれ鋼板からなる主桁板１３ａ，１３ｂを溶接接合して構成したものである。
そして、図１１に示すように、主桁板１３ａ，１３ｂに実施の形態１の場合と同様に設けた取付穴８と連結穴９に、それぞれ軸方向継手部材２０及び拘束部材３５を取付けたものである。
【００３６】
３９は拘束部材３５の外周から奥側に向けて取付けられた有底円筒状（又は有底角筒状）のカバーで、軸方向継手部材２０が挿入される範囲にコンクリート４０が充填されない空間部を設けたものである。なお、カバー３９に代えて、拘束部材３５を軸方向継手部材２０の挿入長より若干長く形成して先端部を閉塞するなど、他の手段によって空間部を形成してもよい。
【００３７】
このようにして、軸方向壁１ａ，１ｂ、スキンプレート４（又は４と４ａ）及び継手板５ａ，５ｂに囲まれた箱状の領域７にコンクリート４０を充填することにより、合成セグメントＳが構成される。この場合、鋼管１２ａ〜１２ｄ内に、コンクリート４０を充填してもよい。なお、両軸方向壁１ａ，１ｂの外周側と内周側の両方にスキンプレート４を接合する場合は、先ず、軸方向壁１ａ，１ｂの一方の側（例えば、外周側）にスキンプレート４を接合し、一方の端部に継手板（例えば、５ａ）を接合する。そして、前述の要領により主桁板１３ａ，１３ｂに軸方向継手部材２０と拘束部材３５を取付けたのち、内周側にスキンプレート４ａを接合し、開口された他方の端部から箱状の領域７内にコンクリート４０を充填する。コンクリート４０が硬化したのち、他方の端部に継手板５ｂを接合すればよい。
【００３８】
本実施の形態に係るセグメントＳの施工手順及び効果は、実施の形態１の場合とほぼ同様である。
【００３９】
［実施の形態３］
図１２は本発明の実施の形態３に係るセグメントの軸方向継手構造を構成する拘束部材の断面図、図１３は図１２の拘束部材の作用説明図、図１４は拘束部材の他の例の断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態に係る拘束部材３５は、その内周面に、鋸歯状あるいは階段状の係止部３６を設けたものである。
【００４０】
鋸歯状の係止部３６を形成する各係止歯３７は、図１２に示すように、軸方向継手部材２０が挿入される側（図１２の右側で、以下挿入側という）はほぼ円弧状（円弧面３８ａ）又は傾斜面に形成され、その反対側（以下、出側という）は内壁面と直交して垂直（垂直面３８ｂ）に形成されて、断面ほぼ三角形状をなしている。
【００４１】
いま、図１３（ａ）に示すように、既設セグメントＳ1の軸方向壁２ｂに設けた連結穴９に、これに連結する連結セグメントＳ2の軸方向壁２ａに設けた軸方向継手部材２０を押し込むと、先ず、短係止片３０ｂが連結穴９から離脱してそのリップ３１が拘束部材３５の係止部３６に係止する。このとき、係止部３６の係止歯３７は、前述のように挿入側が円弧面３８ａ（又は傾斜面）に形成されているので、引続き軸方向継手部材２０を押し込むと、リップ３１は円弧面３８ａ（又は傾斜面）上を滑って前進する。
【００４２】
そして、連結セグメントＳ2の軸方向壁２ａが、既設セグメントＳ1の軸方向壁２ｂに当接又は近接した位置に達すると、図１３（ｂ）に示すように、長係止片３０ａも連結穴９から離脱して、そのリップ３１が係止部３６の垂直面３８ｂに係止する。このとき、短係止片３０ｂのリップ３１はさらに先端部側の係止部３６の垂直面３８ｂに係止する。このように、短係止片３０ｂと長係止片３０ａのリップ３１が、拘束部材３５の係止部３６の長手方向の異なる位置において、二重に係止する。なお、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に対して９０°回転した断面を示している。
【００４３】
階段状の係止部３６は、図１４に示すように、軸方向継手部材２０の挿入側の内径が小径で、出側の内径が大径に形成され、その間に複数の段部３７ａを設けて、階段状の係止部３６を設けたものである。
本例においても、図１２の鋸歯状の係止部３６の場合とほぼ同様の作用により、短係止片３０ｂと長係止片３０ａのリップ３１が、係止部３６の長手方向の異なる段部３７ａに二重に係止する。
【００４４】
本実施の形態においては、拘束部材３５の内周面に鋸歯状又は階段状の係止部３６を設け、これに挿入した軸方向継手部材２０の長係止片３０ａと短係止片３０ｂのリップ３１を、係止部３６の長手方向の異なる位置において、係止歯３７の垂直片３８ｂ又は段部３７ａに二重に係止させるようにしたので、引抜き耐力が大幅に増大し、軸方向継手部材２０、したがって連結セグメントＳ2の軸方向への抜け出しをより確実に防止することができる。また、施工誤差等によりセグメントＳ間にズレ（すき間）があっても、係止片３０が係止部３６のいずれかの係止歯３７に係止するので、確実に連結することができる。
【００４５】
［実施の形態４］
図１５は本発明の実施の形態４に係る軸方向継手部材を備えたセグメントの断面図（図２（ｂ）に相当）、図１６はその継手構造の作用説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態に係るセグメントＳは、図１５に示すように、軸方向壁１ａ，１ｂを構成する一方の鋼板２ａに設けた複数の取付穴８には、実施の形態１の場合と同様に軸方向継手部材２０が取付けられており、他方の鋼板２ｂには、軸方向継手部材２０と対向して連結穴９が設けられてその内面側に拘束部材３５が設けられているが、本実施の形態においては、拘束部材３５の内径を実施の形態１の拘束部材３５より大きく形成してある。
【００４６】
上記のように構成した本実施の形態において、既設セグメントＳ1の軸方向に連結セグメントＳ2を連結するにあたっては、図１６に示すように、既設セグメントＳ1の鋼板２ｂに設けた連結穴９に、連結セグメントＳ2の鋼板２ａに設けた軸方向継手部材２０の先端部を挿入し、連結セグメントＳ2を押圧する。連結セグメントＳ2の鋼板２ａが既設セグメントＳ1の鋼板２ｂに当接又は近接すると、同時に、軸方向継手部材２０の係止片３０のリップ３１が連結穴９から離脱して元の状態に戻り、拘束部材３５内を通過してリップ３１が既設セグメントＳ1の鋼板２ｂの内壁面に係止する。
【００４７】
このようにして、連結セグメントＳ2に設けた軸方向継手部材２０の係止片３０が、既設セグメントＳ1の鋼板２ｂの内壁面に係止することにより、連結セグメントＳ2をワンタッチで既設セグメントＳ1に連結することができる。
そして、若し軸方向継手部材２０に引抜き力が作用すると、係止片３０のリップ３１が既設セグメントＳ1の鋼板２ａの内壁に沿って拡径され、拘束部材３５の内壁に係止して拡径が拘束されるので、引抜き力に対して大きな抵抗力を発揮することができる。
【００４８】
この場合、拘束部材３５の内壁に、実施の形態３の場合と同様に、鋸歯状又は階段状の係止部３６を設けてもよく、また、軸方向継手部材２０の係止片３０を同じ長さに形成してもよい。なお、上記の説明では、実施の形態１のセグメントＳに本実施の形態を実施した場合を示したが、実施の形態２のセグメントＳにも同様にして本実施の形態を実施することができる。
本実施の形態においても、実施の形態１の場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００４９】
上記の各実施の形態においては、セグメントＳの軸方向壁１ａ，１ｂを円形断面のトンネルの半径ｒに対応して円弧状に形成した場合を示したが、例えば、直線状の鋼板や鋼管等を複数に分割し、これらを溶接接合して円弧状に近似した軸方向壁１ａ，１ｂを構成してもよい。
また、本発明は、例えば楕円形断面のトンネルのトンネル壁の構築するセグメントＳにも実施することができる。この場合は、セグメントＳのトンネル周方向への設置位置に応じて、円弧状の曲げ半径ｒを変えればよい。
さらに、本発明は、四角形断面のトンネルのトンネル壁を構築するセグメントＳにも実施することができる。この場合は、軸方向壁１ａ，１ｂ等を曲げ加工することなくセグメントＳを平版状に形成すればよい。
【００５０】
上記の説明では、図１の鋼製セグメント、図１０の鋼−コンクリートの合成セグメントに本発明に係る軸方向の継手構造を設けた場合を示したが、これに限定するものではなく、例えば、コンクリート製セグメント、鋳鉄製セグメント等、他の構造のセグメントにも本発明に係る継手構造を実施することができる。
また、セグメントのトンネル軸方向の継手構造について説明したが、トンネル周方向の連結については、適宜の継手構造を設ければよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るトンネル軸方向の継手構造を備えたセグメントの説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の軸方向継手部材の斜視図である。
【図４】図３の本体部の正面図である。
【図５】図３の係止片の製造手順の説明図である。
【図６】図３の係止片の説明図である。
【図７】図１の拘束部材の断面図及び側面図である。
【図８】軸方向継手部材及び拘束部材のセグメントへの取付状態を示す説明図である。
【図９】実施の形態１に係る継手構造の作用説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るトンネル軸方向の継手構造を備えたセグメントの説明図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る継手構造の拘束部材の断面図である。
【図１３】図１２の拘束部材の作用説明図である。
【図１４】拘束部材の他の例の断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係るトンネル軸方向の継手構造を備えたセグメントの断面図である。
【図１６】実施の形態４に係る継手構造の作用説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ａ，１ｂ 軸方向壁、２ａ，２ｂ 鋼板、４ スキンプレート、５ａ，５ｂ 継手板、７ 箱状の領域、８ 取付穴、９ 連結穴、１２ａ〜１２ｄ 鋼管、１３ａ，１３ｂ 主桁板、２０ 軸方向継手部材、２１ 本体部、２２ 基部、２３ 小径部、２４ 先端部、３０ 係止片、３０ａ 長係止片、３０ｂ 短係止片、３１ リップ、３５ 拘束部材、３６ 係止部、４０ コンクリート、Ｓ セグメント。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル内周の周方向及び軸方向に連結してトンネル壁を構築するセグメントの継手構造及びこれを備えたセグメントに係り、より詳しくは、セグメントを軸方向に連結するための継手構造及びこれを備えたセグメントに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のセグメントの軸方向の継手に、トンネルの軸方向に位置する２つのセグメント部材のうち、一方のセグメント部材に設けられた雄継手と、前記一方のセグメント部材と相対する面に位置する他方のセグメント部材に設けられた雌継手とにより構成され、前記雄継手は、その一部である雄継手軸部が前記雌継手と嵌合する方向に突出した状態で、前記一方のセグメント部材に設置され、該雄継手軸部の表面に先端部を固定した板部材固定部と弾性変形可能な板部材変形部を有する板部材を配設し、前記雌継手は、前記板部材変形部が、窄まることにより前記雄継手を挿通できる大きさの雌継手孔部を有し、且つ挿通後、前記板部材変形部が弾性復帰して広がり、雌継手孔部の端部に掛合するようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６１２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の嵌合継手は、構造が簡単でセグメントを軸方向にワンタッチで連結できるため、現場における施工作業が軽減され、工費と工期の低減効果を得ることができるが、雄継手は板状体で形成されており、これが嵌合する雌継手は矩形状に形成されているため、加工が面倒であるばかりでなく、雌継手と雄継手との間に上下や左右方向に若干のズレがあったり、仕上げにバラツキがあったりすると容易に嵌合できないという問題があった。また、既設のセグメントに次のセグメントを連結する場合、施工誤差等により両セグメントの間に若干のズレ（すき間）があると、連結できないという問題があった。なお、特許文献１には、雄継手軸部を円形や楕円形断面を有する棒状としてもよいとの記載があるが、その具体的構造については全く開示されていない。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、製造が容易で、既設セグメントと連結セグメントとの間に若干のズレがあっても容易かつ確実に連結することができ、その上連結したセグメントのトンネル軸方向への抜け出しを確実に防止することのできるセグメントの継手構造及びこれを備えたセグメントを提供することを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一対の軸方向壁と、該軸方向壁の外周側及び内周側又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記軸方向壁とスキンプレートの両端部に接合された周方向壁とを備えたセグメントの継手構造であって、該継手構造を、断面円形で外周に複数の係止片が設けられ、前記一方の軸方向壁の外周側の長手方向に所定の間隔で設けられた軸方向継手部材と、前記他方の軸方向壁に前記軸方向継手部材と対向して設けられ、前記軸方向継手部材が挿入されて前記係止片が該他方の軸方向壁の内壁面に係止する連結穴と、前記係止片の拡径を拘束する拘束部材とによって構成したものである。
【０００７】
また、本発明は、一対の軸方向壁と、該軸方向壁の外周側及び内周側又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記軸方向壁とスキンプレートの両端部に接合された周方向壁とを備えたセグメントの継手構造であって、該継手構造を、断面円形で外周に複数の係止片が設けられ、前記一方の軸方向壁の外面側の長手方向に所定の間隔で取付けられた軸方向継手部材と、前記他方の軸方向壁の内面側に前記軸方向継手部材と対向して取付けられ、軸方向継手部材が挿入されて前記係止片が内壁に係止する円筒状の拘束部材とによって構成したものである。
【０００８】
上記の軸方向継手部材を、基部、該基部に連続する小径部、該小径部に連続する該小径部より大径の先端部からなる円形断面の本体部と、先端部が外方に曲げられたリップを有する複数の係止片とからなり、該係止片を前記本体部の小径部の外周に配置してその基端部を該小径部の先端部側に固定して形成した。
上記の軸方向継手部材の先端部をほぼ円錐状に形成した。
【０００９】
上記の軸方向継手部材の本体部の基部におねじを設け、該基部をセグメントの軸方向壁に設けた取付穴に外側から挿入し、内側から前記おねじにナットを螺合して該ナットを前記軸方向壁に固定して取付けた。
【００１０】
上記の係止片を、鋼パイプの一端をほぼラッパ状に拡径して周方向に複数に分割し、その少なくとも一対を他より短かく形成し、前記軸方向継手部材の小径部の外周に交互に配置してその基端部を該小径部の先端部側に固定した。
【００１１】
上記の拘束部材を、前記軸方向継手部材の基部の外径より若干大きい内径の円筒状に形成し、前記他方の軸方向壁に前記軸方向継手部材と対向して設けられ前記基部の外形とほぼ等しい径の連結穴の軸方向壁内面側に、該連結穴と同心的に固定した。
【００１２】
上記の拘束部材の内径を、前記軸方向継手部材に設けた長い係止片のリップの先端部で形成する外径より若干小さく形成した。
また、上記の拘束部材の内周面に鋸歯状又は階段状の係止部を設けた。
【００１３】
本発明に係るセグメントは、上記いずれかの継手構造を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、継手構造の製造が容易で、既設セグメントと連結セグメントとの間に若干のズレがあっても容易に連結することができ、その上連結したセグメントのトンネル軸方向への抜け出しを確実に防止できるので、施工性に優れた信頼性の高いセグメントの継手構造及びこれを備えたセグメントを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
[実施の形態１]
図１は本発明の実施の形態１に係る軸方向継手構造を備えたセグメントの説明図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。
図において、Ｓはセグメントで、トンネルの周方向に沿ってほぼ円弧状に形成されて軸方向壁１ａ，１ｂを構成する鋼板２ａ，２ｂと、両鋼板２ａ，２ｂの間の長手方向に所定の間隔で溶接接合された複数の補強部材３と、鋼板２ａ，２ｂ及び補強部材３の外周側に溶接接合されたスキンプレート４と、鋼板２ａ，２ｂとスキンプレート４の両端部に接合されて周方向壁を構成する継手板５ａ，５ｂとからなっている。なお、上記のスキンプレート４は、鋼板２ａ，２ｂの外周側と内周側の両方に設けることがあり、あるいは内周側だけに設けることもある（他の実施の形態においても同様である）。
【００１６】
８は一方の鋼板（例えば、２ａ）の長手方向の補強部材３の間に設けられ、後述の軸方向継手部材２０を取付けるための取付穴、９は他方の鋼板２ｂに取付穴８と対向して設けられ、内面側に拘束部材３５が取付けられて軸方向継手部材２０が挿入される連結穴で、取付穴８と連結穴９の径ｄ1はほぼ等しく形成されている。
２０は鋼板２ａの取付穴８に挿入されて固定された軸方向継手部材、３５は鋼板２ｂの連結穴９の内面側に固定された拘束部材である。
【００１７】
軸方向継手部材２０は、図３に示すように、鋼材からなる断面円形の本体部２１と、この本体部２１に取付けた複数の係止片３０と、ナット２６とからなっている。本体部２１は、図４に示すように、外径ｄ1の基部２２と、これに連続する縮径された外径ｄ2の小径部２３と、これに続く小径部２３より大径で外径ほぼｄ1の先端部２４とからなり、先端部２４の先端はほぼ円錐状又は截頭円錐状に形成されており、また、基部２２の端部側には、ナット２６が螺合されるおねじ２５が設けられている。この本体部２１は、丸棒を旋盤で切削して形成すればよいので、製作がきわめて容易で、仕上げにバラツキを生じることもない。
【００１８】
上記のような軸方向継手部２０の本体部２１の寸法は、これを採用するセグメントＳの構造、大きさ、強度等によって異なるが、一般的には、基部２２及び先端部２４の外径ｄ1は３０〜７０ｍｍ程度、小径部２３の長さＬ1は５０〜１００ｍｍ程度で、その外径ｄ2は基部２２の外径ｄ1から、係止片３１の板厚ｔ（図５参照）の２倍の値を差引いた値とほぼ等しいかあるいはこれより若干小径（ｄ2≦ｄ1−２ｔ）に設定されている。
【００１９】
係止片３０は、図５（ａ）に示すように、長さＬ2が本体部２１の小径部２３の長さＬ1より若干短かく、外径ｄ1が基部２２の外径ｄ1と、内径ｄ2が小径部２３の外径ｄ2とほぼ等しい板厚ｔの鋼パイプ２８を、一方の端部を先端部が外径ｄ3になるように円弧状に拡径２９する。ついで、これを周方向に偶数（例えば、４，６，８等）に分割し、図６に示すように、先端部にリップ３１（以下、分割後の拡径部２９をリップという）を有するそれぞれ対向する一対の係止片３０を形成する。そして、各対の係止片３０の半数の対を、他方の半数の対より若干短かく形成して、長係止片３０ａと短係止片３０ｂを形成する。
【００２０】
上記のような係止片３０の板厚ｔ、拡径部２９（リップ３１）の先端部の外径ｄ3及び長係止片３０ａと短係止片３０ｂの長さの差ΔＬの寸法も、軸方向継手部材２０を採用するセグメントＳの構造、大きさ、強度等によって異なるが、一般に、板厚ｔは５〜１５ｍｍ程度、長係止片３０ａと短係止片３０ｂの長さの差ΔＬは２〜５ｍｍ程度で、拡径部２９の先端部の外径ｄ3は、連結穴９及び拘束部材３５の内径ｄ1，ｄ4（図７参照）より大径に形成されている。
【００２１】
上記のような係止片３０の先端部に形成されたリップ３１の形状は、円弧状に限定するものではなく、例えば、鋼パイプ２８の先端部を外径がｄ3になるように直線状に拡径して、係止片３０の先端部を外方に鈍角に折り曲げてリップ３１を形成するなど、他の形状であってもよい。
【００２２】
また、各対の係止片３０の半数の対を他より短かくして、長係止片３０ａと短係止片３０ｂを形成した場合を示したが、長さの異なる係止片３０は半数づつに限るものではなく、複数の対のうち少なくとも一対を他の対と長さが異なるようにすればよい。さらに、係止片３０を長さの異なる長係止片３０ａと短係止片３０ｂの２種類で形成した場合を示したが、さらに、両係止片３０ａ，３０ｂの間に例えば中係止片を設けるなど、図５（ｂ）に示すように、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各係止片３０をそれぞれ異なる長さに形成して、係止片３０を３種類以上の長さの異なる対で形成してもよい。
【００２３】
また、端部が拡径２９された鋼パイプ２８を周方向に偶数分割した場合を示したが、周方向に奇数分割して係止片３０を形成し、その一部を他の係止片と異なる長さとしてもよい。
【００２４】
上記のように構成した係止片３０は、図３に示すように、一対の長係止片３０ａと短係止片３０ｂを交互にかつそれぞれの対を対向させて、本体部２１の小径部２３の外周側に配設し、その基端部（リップ３１の反対側）を先端部２４との間に形成された段部に当接し、溶接により小径部２３に接合する。このとき、係止部３０の外径は、本体部２１の基部２２の外径ｄ1とほぼ等しいかこれより若干小さく、また、リップ３１と基部２２との間にはそれぞれ所定のすき間が形成される。
【００２５】
拘束部材３５は、図７に示すように、鋼パイプからなり、その内径ｄ4は鋼板２ｂ（又は２ａ）に設けた連結穴９の径より若干大きく、その長さＬ3は、通常、軸方向継手部材２０の小径部２３の長さより短かく形成されている。なお、必要に応じて、内周面を切削仕上げする。
【００２６】
上記のような継手構造を有するセグメントＳの製造にあたっては、先ず、両鋼板２ａ，２ｂを所定の間隔で配置してその間に補強部材３を、また、両端部に継手板５ａ，５ｂを溶接接合する。そして、その外周側（又は内周側）にスキンプレート４を溶接接合する。なお、上記の手順はその一例を示すもので、適宜変更することができる。
【００２７】
そして、図８（ａ）に示すように、軸方向継手部材２０の基部２２を鋼板２ａの外面側から取付穴８に挿入し、内面側からおねじ２５にナット２６を螺合して、ナット２６を鋼板２ａの内壁面に溶接接合して固定する。
また、拘束部材３５を、図８（ｂ）に示すように、他方の鋼板２ｂの内壁面にその内径を連結穴９と同心的に配置して当接し、内壁面に溶接接合して固定する。これにより、セグメントＳの製造が終了する。
【００２８】
軸方向継手部材２０の鋼板２ａへの取付けにあたっては、ナット２６に代えて、本体部２１の基部２２の端部に大径部を設けてＴ字状に形成し、取付穴８に内面側から挿入して大径部を鋼板２ａの内壁面に溶接接合してもよく、あるいは、本体部２１にナット２６を螺合したり大径部を形成したりすることなく、本体部２１の基部２２を取付穴８に挿入して、鋼板２ａに直接溶接接合してもよい。
【００２９】
次に、上記のように構成した本実施の形態に係る継手構造によるセグメントＳのトンネル軸方向への連結手順について、図９により説明する。
図９（ａ）において、Ｓ1はトンネルの周方向に設置されたセグメント（以下、既設セグメントという）、Ｓ2はこの既設セグメントＳ1のトンネル軸方向に連結するセグメント（以下、連結セグメントという）である。
【００３０】
いま、連結セグメントＳ2を矢印方向（トンネル軸方向）に移動させて、その軸方向継手部材２０の先端部２４を図９（ａ）に示すように、既設セグメントＳ1の連結穴９に挿入し、引続き連結セグメントＳ1を押圧すると、図９（ｂ）に示すように、軸方向継手部材２０の係止片３０のリップ３１が弾性変形してほぼ直線状になり、連結穴９内を通過する。さらに連結セグメントＳ2を押圧すると、図９（ｃ）に示すように、短係止片３０ｂのリップ３１が連結穴９から離脱し、リップ３１は元の状態に戻って拘束部材３５の内壁に係止する。
【００３１】
引続き連結セグメントＳ2を押圧すると、図９（ｄ）に示すように、その軸方向壁１ａである鋼板２ａが既設セグメントＳ1の鋼板２ｂに当接又は近接して位置し、押圧が停止する。このとき、長係止片３０ａのリップ３１も連結穴９から離脱して元の状態に戻り、拘束部材３５の内壁に係止する。なお、図９（ｄ）は、図９（ｃ）に対して９０°回転した断面を示している。
このようにして、連結セグメントＳ2に設けた軸方向継手部材２０の長係止片３０ａと短係止片３０ｂが、既設セグメントＳ1に設けた拘束部材３５の内壁の長手方向の異なる位置にそれぞれ係止し、連結セグメントＳ2を既設セグメントＳ1に、ワンタッチで強固に連結する。
【００３２】
本実施の形態によれば、軸方向継手部材２０の本体部２１は鋼材からなる円形断面の素材を機械加工により製作するようにしたので、製造がきわめて容易で、仕上にバラツキを生じることもない。
また、軸方向継手部材２０の先端部２４は円錐状等に形成されているので、既設セグメントＳ1の連結穴９と軸方向継手部材２０との間に多少のズレがあっても、容易に嵌入することができ、さらに、係止片３０を異なる長さに形成したので、既設セグメントＳ1と連結セグメントＳ2の間に多少のズレ（すき間）が生じても、確実に連結することができる。また、係止片３０の長さは適宜変更できるので、セグメントの構築条件に応じてその長さを設定することができる。
【００３３】
また、軸方向継手部材２０の係止片３０に設けたリップ３１は、軸方向継手部材２０が既設セグメントＳ1の連結穴９を通過するときは弾性変形してほぼ直線状になるので容易に押し込むことができ、連結穴９から離脱すると復元して長係止片３０ａと短係止片３０ｂのリップ３１が、拘束部材３５の内壁の長手方向の２か所にそれぞれ係止するので、引抜き力に対して大きな抵抗力が得られる。このため、軸方向継手部材２０が抜け出すことがなく、連結セグメントＳ2を既設セグメントＳ1に確実に連結することができるので、信頼性の高い継手構造を得ることができる。なお、軸方向継手部材２０に長さの異なる３種以上の係止片３０を設けた場合は、それぞれの係止片３０のリップ３１が拘束部材３５の内壁の長手方向の異なる位置に係止するので、引抜き力に対してさらに大きな抵抗力を得ることができる。
さらに、連結セグメントＳ2を既設セグメントＳ1にワンタッチで連結できるので、施工性を大幅に向上することができる。
【００３４】
［実施の形態２］
図１０は本発明の実施の形態２に係る軸方向継手構造を備えた合成セグメントの説明図、図１１は図１０のＢ−Ｂ断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態は、セグメントＳの軸方向壁１ａ，１ｂを、鋼管１２ａ，１２ｂ、１２ｃ，１２ｄと主桁板１３ａ，１３ｂで形成し、主桁板１３ａ，１３ｂに軸方向継手部材２０及び拘束部材３５を取付けたものである。
【００３５】
本実施の形態に係るセグメントＳの軸方向壁１ａ，１ｂは、内外周側、したがって四隅に、比較的断面積の小さい（例えば、一辺の幅が１００ｍｍ程度）鋼管１２ａ，１２ｂと１２ｃ，１２ｄを配置し、対向する鋼管１２ａ，１２ｂと１２ｃ，１２ｄの外側ウエブの間（又は外側ウエブの壁面間）に、それぞれ鋼板からなる主桁板１３ａ，１３ｂを溶接接合して構成したものである。
そして、図１１に示すように、主桁板１３ａ，１３ｂに実施の形態１の場合と同様に設けた取付穴８と連結穴９に、それぞれ軸方向継手部材２０及び拘束部材３５を取付けたものである。
【００３６】
３９は拘束部材３５の外周から奥側に向けて取付けられた有底円筒状（又は有底角筒状）のカバーで、軸方向継手部材２０が挿入される範囲にコンクリート４０が充填されない空間部を設けたものである。なお、カバー３９に代えて、拘束部材３５を軸方向継手部材２０の挿入長より若干長く形成して先端部を閉塞するなど、他の手段によって空間部を形成してもよい。
【００３７】
このようにして、軸方向壁１ａ，１ｂ、スキンプレート４（又は４と４ａ）及び継手板５ａ，５ｂに囲まれた箱状の領域７にコンクリート４０を充填することにより、合成セグメントＳが構成される。この場合、鋼管１２ａ〜１２ｄ内に、コンクリート４０を充填してもよい。なお、両軸方向壁１ａ，１ｂの外周側と内周側の両方にスキンプレート４を接合する場合は、先ず、軸方向壁１ａ，１ｂの一方の側（例えば、外周側）にスキンプレート４を接合し、一方の端部に継手板（例えば、５ａ）を接合する。そして、前述の要領により主桁板１３ａ，１３ｂに軸方向継手部材２０と拘束部材３５を取付けたのち、内周側にスキンプレート４ａを接合し、開口された他方の端部から箱状の領域７内にコンクリート４０を充填する。コンクリート４０が硬化したのち、他方の端部に継手板５ｂを接合すればよい。
【００３８】
本実施の形態に係るセグメントＳの施工手順及び効果は、実施の形態１の場合とほぼ同様である。
【００３９】
［実施の形態３］
図１２は本発明の実施の形態３に係るセグメントの軸方向継手構造を構成する拘束部材の断面図、図１３は図１２の拘束部材の作用説明図、図１４は拘束部材の他の例の断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態に係る拘束部材３５は、その内周面に、鋸歯状あるいは階段状の係止部３６を設けたものである。
【００４０】
鋸歯状の係止部３６を形成する各係止歯３７は、図１２に示すように、軸方向継手部材２０が挿入される側（図１２の右側で、以下挿入側という）はほぼ円弧状（円弧面３８ａ）又は傾斜面に形成され、その反対側（以下、出側という）は内壁面と直交して垂直（垂直面３８ｂ）に形成されて、断面ほぼ三角形状をなしている。
【００４１】
いま、図１３（ａ）に示すように、既設セグメントＳ1の軸方向壁２ｂに設けた連結穴９に、これに連結する連結セグメントＳ2の軸方向壁２ａに設けた軸方向継手部材２０を押し込むと、先ず、短係止片３０ｂが連結穴９から離脱してそのリップ３１が拘束部材３５の係止部３６に係止する。このとき、係止部３６の係止歯３７は、前述のように挿入側が円弧面３８ａ（又は傾斜面）に形成されているので、引続き軸方向継手部材２０を押し込むと、リップ３１は円弧面３８ａ（又は傾斜面）上を滑って前進する。
【００４２】
そして、連結セグメントＳ2の軸方向壁２ａが、既設セグメントＳ1の軸方向壁２ｂに当接又は近接した位置に達すると、図１３（ｂ）に示すように、長係止片３０ａも連結穴９から離脱して、そのリップ３１が係止部３６の垂直面３８ｂに係止する。このとき、短係止片３０ｂのリップ３１はさらに先端部側の係止部３６の垂直面３８ｂに係止する。このように、短係止片３０ｂと長係止片３０ａのリップ３１が、拘束部材３５の係止部３６の長手方向の異なる位置において、二重に係止する。なお、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に対して９０°回転した断面を示している。
【００４３】
階段状の係止部３６は、図１４に示すように、軸方向継手部材２０の挿入側の内径が小径で、出側の内径が大径に形成され、その間に複数の段部３７ａを設けて、階段状の係止部３６を設けたものである。
本例においても、図１２の鋸歯状の係止部３６の場合とほぼ同様の作用により、短係止片３０ｂと長係止片３０ａのリップ３１が、係止部３６の長手方向の異なる段部３７ａに二重に係止する。
【００４４】
本実施の形態においては、拘束部材３５の内周面に鋸歯状又は階段状の係止部３６を設け、これに挿入した軸方向継手部材２０の長係止片３０ａと短係止片３０ｂのリップ３１を、係止部３６の長手方向の異なる位置において、係止歯３７の垂直片３８ｂ又は段部３７ａに二重に係止させるようにしたので、引抜き耐力が大幅に増大し、軸方向継手部材２０、したがって連結セグメントＳ2の軸方向への抜け出しをより確実に防止することができる。また、施工誤差等によりセグメントＳ間にズレ（すき間）があっても、係止片３０が係止部３６のいずれかの係止歯３７に係止するので、確実に連結することができる。
【００４５】
［実施の形態４］
図１５は本発明の実施の形態４に係る軸方向継手部材を備えたセグメントの断面図（図２（ｂ）に相当）、図１６はその継手構造の作用説明図である。なお、実施の形態１と同じ部分にはこれと同じ符号を付し、説明を省略する。
本実施の形態に係るセグメントＳは、図１５に示すように、軸方向壁１ａ，１ｂを構成する一方の鋼板２ａに設けた複数の取付穴８には、実施の形態１の場合と同様に軸方向継手部材２０が取付けられており、他方の鋼板２ｂには、軸方向継手部材２０と対向して連結穴９が設けられてその内面側に拘束部材３５が設けられているが、本実施の形態においては、拘束部材３５の内径を実施の形態１の拘束部材３５より大きく形成してある。
【００４６】
上記のように構成した本実施の形態において、既設セグメントＳ1の軸方向に連結セグメントＳ2を連結するにあたっては、図１６に示すように、既設セグメントＳ1の鋼板２ｂに設けた連結穴９に、連結セグメントＳ2の鋼板２ａに設けた軸方向継手部材２０の先端部を挿入し、連結セグメントＳ2を押圧する。連結セグメントＳ2の鋼板２ａが既設セグメントＳ1の鋼板２ｂに当接又は近接すると、同時に、軸方向継手部材２０の係止片３０のリップ３１が連結穴９から離脱して元の状態に戻り、拘束部材３５内を通過してリップ３１が既設セグメントＳ1の鋼板２ｂの内壁面に係止する。
【００４７】
このようにして、連結セグメントＳ2に設けた軸方向継手部材２０の係止片３０が、既設セグメントＳ1の鋼板２ｂの内壁面に係止することにより、連結セグメントＳ2をワンタッチで既設セグメントＳ1に連結することができる。
そして、若し軸方向継手部材２０に引抜き力が作用すると、係止片３０のリップ３１が既設セグメントＳ1の鋼板２ａの内壁に沿って拡径され、拘束部材３５の内壁に係止して拡径が拘束されるので、引抜き力に対して大きな抵抗力を発揮することができる。
【００４８】
この場合、拘束部材３５の内壁に、実施の形態３の場合と同様に、鋸歯状又は階段状の係止部３６を設けてもよく、また、軸方向継手部材２０の係止片３０を同じ長さに形成してもよい。なお、上記の説明では、実施の形態１のセグメントＳに本実施の形態を実施した場合を示したが、実施の形態２のセグメントＳにも同様にして本実施の形態を実施することができる。
本実施の形態においても、実施の形態１の場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００４９】
上記の各実施の形態においては、セグメントＳの軸方向壁１ａ，１ｂを円形断面のトンネルの半径ｒに対応して円弧状に形成した場合を示したが、例えば、直線状の鋼板や鋼管等を複数に分割し、これらを溶接接合して円弧状に近似した軸方向壁１ａ，１ｂを構成してもよい。
また、本発明は、例えば楕円形断面のトンネルのトンネル壁の構築するセグメントＳにも実施することができる。この場合は、セグメントＳのトンネル周方向への設置位置に応じて、円弧状の曲げ半径ｒを変えればよい。
さらに、本発明は、四角形断面のトンネルのトンネル壁を構築するセグメントＳにも実施することができる。この場合は、軸方向壁１ａ，１ｂ等を曲げ加工することなくセグメントＳを平版状に形成すればよい。
【００５０】
上記の説明では、図１の鋼製セグメント、図１０の鋼−コンクリートの合成セグメントに本発明に係る軸方向の継手構造を設けた場合を示したが、これに限定するものではなく、例えば、コンクリート製セグメント、鋳鉄製セグメント等、他の構造のセグメントにも本発明に係る継手構造を実施することができる。
また、セグメントのトンネル軸方向の継手構造について説明したが、トンネル周方向の連結については、適宜の継手構造を設ければよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１に係るトンネル軸方向の継手構造を備えたセグメントの説明図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の軸方向継手部材の斜視図である。
【図４】図３の本体部の正面図である。
【図５】図３の係止片の製造手順の説明図である。
【図６】図３の係止片の説明図である。
【図７】図１の拘束部材の断面図及び側面図である。
【図８】軸方向継手部材及び拘束部材のセグメントへの取付状態を示す説明図である。
【図９】実施の形態１に係る継手構造の作用説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係るトンネル軸方向の継手構造を備えたセグメントの説明図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る継手構造の拘束部材の断面図である。
【図１３】図１２の拘束部材の作用説明図である。
【図１４】拘束部材の他の例の断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４に係るトンネル軸方向の継手構造を備えたセグメントの断面図である。
【図１６】実施の形態４に係る継手構造の作用説明図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ａ，１ｂ 軸方向壁、２ａ，２ｂ 鋼板、４ スキンプレート、５ａ，５ｂ 継手板、７ 箱状の領域、８ 取付穴、９ 連結穴、１２ａ〜１２ｄ 鋼管、１３ａ，１３ｂ 主桁板、２０ 軸方向継手部材、２１ 本体部、２２ 基部、２３ 小径部、２４ 先端部、３０ 係止片、３０ａ 長係止片、３０ｂ 短係止片、３１ リップ、３５ 拘束部材、３６ 係止部、４０ コンクリート、Ｓ セグメント。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の軸方向壁と、該軸方向壁の外周側及び内周側又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記軸方向壁とスキンプレートの両端部に接合された周方向壁とを備えたセグメントの継手構造であって、
該継手構造を、断面円形で外周に複数の係止片が設けられ、前記一方の軸方向壁の外周側の長手方向に所定の間隔で設けられた軸方向継手部材と、前記他方の軸方向壁に前記軸方向継手部材と対向して設けられ、前記軸方向継手部材が挿入されて前記係止片が該他方の軸方向壁の内壁面に係止する連結穴と、前記係止片の拡径を拘束する拘束部材とによって構成したことを特徴とするセグメントの継手構造。
【請求項２】
一対の軸方向壁と、該軸方向壁の外周側及び内周側又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記軸方向壁とスキンプレートの両端部に接合された周方向壁とを備えたセグメントの継手構造であって、
該継手構造を、断面円形で外周に複数の係止片が設けられ、前記一方の軸方向壁の外周側の長手方向に所定の間隔で取付けられた軸方向継手部材と、前記他方の軸方向壁の内面側に前記軸方向継手部材と対向して取付けられ、軸方向継手部材が挿入されて前記係止片が内壁に係止する円筒状の拘束部材とによって構成したことを特徴とするセグメントの継手構造。
【請求項３】
前記軸方向継手部材を、基部、該基部に連続する小径部、該小径部に連続する該小径部より大径の先端部からなる円形断面の本体部と、先端部が外方に曲げられたリップを有する複数の係止片とからなり、該係止片を前記本体部の小径部の外周に配置してその基端部を該小径部の先端部側に固定して形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のセグメントの継手構造。
【請求項４】
前記軸方向継手部材の先端部をほぼ円錐状に形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセグメントの継手構造。
【請求項５】
前記軸方向継手部材の本体部の基部におねじを設け、該基部をセグメントの軸方向壁に設けた取付穴に外側から挿入し、内側から前記おねじにナットを螺合して該ナットを前記軸方向壁に固定して取付けたことを特徴とする請求項３又は４記載のセグメントの継手構造。
【請求項６】
前記係止片を、鋼パイプの一端をほぼラッパ状に拡径して周方向に複数に分割し、その少なくとも一対を他より短かく形成し、前記軸方向継手部材の小径部の外周に交互に配置してその基端部を該小径部の先端部側に固定したことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のセグメントの継手構造。
【請求項７】
前記拘束部材を、前記軸方向継手部材の基部の外径より若干大きい内径の円筒状に形成し、前記他方の軸方向壁に前記軸方向継手部材と対向して設けられ前記基部の外形とほぼ等しい径の連結穴の軸方向壁内面側に、該連結穴と同心的に固定したことを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のセグメントの継手構造。
【請求項８】
前記拘束部材の内径を、前記軸方向継手部材に設けた長い係止片のリップの先端部で形成する外径より若干小さく形成したことを特徴とする請求項７記載のセグメントの継手構造。
【請求項９】
前記拘束部材の内周面に鋸歯状又は階段状の係止部を設けたことを特徴とする請求項７又は８記載のセグメントの継手構造。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかの継手構造を備えたことを特徴とするセグメント。
【請求項１】
一対の軸方向壁と、該軸方向壁の外周側及び内周側又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記軸方向壁とスキンプレートの両端部に接合された周方向壁とを備えたセグメントの継手構造であって、
該継手構造を、断面円形で外周に複数の係止片が設けられ、前記一方の軸方向壁の外周側の長手方向に所定の間隔で設けられた軸方向継手部材と、前記他方の軸方向壁に前記軸方向継手部材と対向して設けられ、前記軸方向継手部材が挿入されて前記係止片が該他方の軸方向壁の内壁面に係止する連結穴と、前記係止片の拡径を拘束する拘束部材とによって構成したことを特徴とするセグメントの継手構造。
【請求項２】
一対の軸方向壁と、該軸方向壁の外周側及び内周側又はいずれか一方に接合されたスキンプレートと、前記軸方向壁とスキンプレートの両端部に接合された周方向壁とを備えたセグメントの継手構造であって、
該継手構造を、断面円形で外周に複数の係止片が設けられ、前記一方の軸方向壁の外周側の長手方向に所定の間隔で取付けられた軸方向継手部材と、前記他方の軸方向壁の内面側に前記軸方向継手部材と対向して取付けられ、軸方向継手部材が挿入されて前記係止片が内壁に係止する円筒状の拘束部材とによって構成したことを特徴とするセグメントの継手構造。
【請求項３】
前記軸方向継手部材を、基部、該基部に連続する小径部、該小径部に連続する該小径部より大径の先端部からなる円形断面の本体部と、先端部が外方に曲げられたリップを有する複数の係止片とからなり、該係止片を前記本体部の小径部の外周に配置してその基端部を該小径部の先端部側に固定して形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のセグメントの継手構造。
【請求項４】
前記軸方向継手部材の先端部をほぼ円錐状に形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のセグメントの継手構造。
【請求項５】
前記軸方向継手部材の本体部の基部におねじを設け、該基部をセグメントの軸方向壁に設けた取付穴に外側から挿入し、内側から前記おねじにナットを螺合して該ナットを前記軸方向壁に固定して取付けたことを特徴とする請求項３又は４記載のセグメントの継手構造。
【請求項６】
前記係止片を、鋼パイプの一端をほぼラッパ状に拡径して周方向に複数に分割し、その少なくとも一対を他より短かく形成し、前記軸方向継手部材の小径部の外周に交互に配置してその基端部を該小径部の先端部側に固定したことを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載のセグメントの継手構造。
【請求項７】
前記拘束部材を、前記軸方向継手部材の基部の外径より若干大きい内径の円筒状に形成し、前記他方の軸方向壁に前記軸方向継手部材と対向して設けられ前記基部の外形とほぼ等しい径の連結穴の軸方向壁内面側に、該連結穴と同心的に固定したことを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載のセグメントの継手構造。
【請求項８】
前記拘束部材の内径を、前記軸方向継手部材に設けた長い係止片のリップの先端部で形成する外径より若干小さく形成したことを特徴とする請求項７記載のセグメントの継手構造。
【請求項９】
前記拘束部材の内周面に鋸歯状又は階段状の係止部を設けたことを特徴とする請求項７又は８記載のセグメントの継手構造。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかの継手構造を備えたことを特徴とするセグメント。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
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【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００８−１５６９１１（Ｐ２００８−１５６９１１Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４７１７７（Ｐ２００６−３４７１７７）
【出願日】平成１８年１２月２５日（２００６．１２．２５）
【出願人】（０００２３１１１０）ＪＦＥ建材株式会社 (150)
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２５日（２００６．１２．２５）
【出願人】（０００２３１１１０）ＪＦＥ建材株式会社 (150)
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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