セグメントの継手構造

【課題】地震時のセグメントの変位に十分追従することができ、地震のエネルギーを吸収して継手部材の破壊を防止しでき、その結果、シールドトンネルの破壊を防止することができる継手部材を提供する。
【解決手段】トンネルや立坑の軸方向に配置した縦リブと、その両端に位置する端面板によって構成した鋼製セグメントである。ひとつのセグメントの端面板の内側には、雄部材を設置するための筒を備える。他のセグメントの端面板の内側には、前記雄部材を受け入れるための筒を備える。雄部材用の筒と、雌部材用の筒の両側には縦リブが位置している。端面板の桁高は、雄部材用の筒と、雌部材用の筒を設置した位置の周辺だけ高く形成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セグメントの継手構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来は、シールドトンネルには耐震性能は不要と考えられていた。
しかし阪神淡路大震災以降は、設計に関する基本的な考え方が変わり、シールドトンネルにも耐震性能が求められるようになっている。
耐震性能を向上させる手段として、たとえば特許文献１に示すように、シールドトンネルを構成するセグメント間の継手部に複数のバネを介在させ、地震力を吸収するような構造が開発されている。

【特許文献１】特開２００５−２６４６６１号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に示すような継手は他にも開発されているが、すべて機構が複雑で、取り付けに手数を要し、高価なものとなって工事費に反映してしまうという問題があった。
また従来のセグメントの桁厚は、耐震設計、あるいは急曲線施工時の設計で定められているが、セグメント全体を継手部分の高さと同じ主桁高さにすると、断面剛性が大きすぎる過大設計となり、不経済であるという問題もあった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記のような課題を解決する本発明は、スキンプレートとこのスキンプレートのトンネルや立坑の軸方向に配置した縦リブと、その両端に位置する端面板とによって構成した鋼製セグメントにおいて、隣接するセグメントリングをボルト・ナットで接合する周辺の端面板の桁高は、高く形成した、セグメントの継手構造を特徴とするものである。
また本発明は、スキンプレートとそのスキンプレートのトンネルや立坑の軸方向に配置した縦リブと、その縦リブの両端に位置する端面板とによって構成した鋼製セグメントにおいて、ひとつのセグメントの端面板の内側には、雄部材を設置するための筒を備え、他のセグメントの端面板の内側には前記雄部材を受け入れるための雌部材用の筒を摺動自在に備え、雄部材用の筒と、雌部材用の筒の両側には縦リブが位置しており、端面板の桁高は、雄部材用の筒と、雌部材用の筒を設置した位置の周辺だけ高く形成したセグメントの継手構造を特徴とするものである。
また本発明は、セグメントのスキンプレートとトンネルや立坑の軸方向の両端に配置した止め板と、その止め板の両端に位置する端面板とによって構成した鋼殻にコンクリートを打設してなる合成セグメントにおいて、ひとつのセグメントの端面板の内側には、雄部材を設置するための筒とその外側に配置した絶縁筒を備え、他のセグメントの端面板の内側には、前記雄部材を受け入れるための雌部材用の筒を摺動自在に備えるとともにその外側に絶縁筒を配置し、雄部材用の筒と、雌部材用の筒の両側には端面板と直角方向に伸びた短尺の鋼板または鉄筋を溶接して取り付け固定端とし、端面板の桁高は、雄部材用の筒と、雌部材用の筒を設置した位置の周辺だけ高く形成したセグメントの継手構造を特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００５】
本発明のセグメントの継手構造は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜１＞機構が簡単で堅牢であり、セグメントリングとセグメントとの取り付け作業も短時間で簡単に行うことができる。
＜２＞地震時のセグメントの変位に十分追従することができ、地震のエネルギーを吸収して継手部材の破壊を防止し、その結果、シールドトンネルの破壊を防止することができる。
＜３＞トンネルに限らず、鉛直方向にセグメントを組み立ててゆく立坑においても同様に利用することができる。
＜４＞リング継手部材の変形性能が向上している。そのため、急曲線施工時にセグメントがジャッキ推力を受けた際、破断を防止することができる。
＜５＞セグメントとセグメントを連結する、いわゆるワンタッチ継手は各種のものが開発されているが、たとえばマルチブレード継手と称されるような公知の継手をひろく採用することができる。
＜６＞雄部材用の筒を設置した位置の周辺、および雌部材用の筒を設置した位置の周辺だけ桁高を高く形成する。
＜７＞その結果、桁高の高い位置、すなわち継手の位置では継手の変形性能を確保することができ、それ以外の位置では断面剛性の合理的、適切な確保を実現することができる。
＜８＞一般的なボルト接合タイプの鋼製セグメントに、二次覆工コンクリートを打設する場合、地震時の継手周辺部のひび割れを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下図面を参照にしながら本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【実施例】
【０００７】
＜１＞鋼製セグメントまたは合成セグメント。
本発明は、図１に示すように、トンネルや立坑の構築に使用するセグメントＡの継手構造Ｂに関するものである。
そして本発明の対象とするセグメントＡは、スキンプレート４とトンネルや立坑の軸方向に配置した縦リブ３と、その両端に位置する端面板Ｃ１によって構成した鋼製セグメントまたは縦リブ、端面板Ｃ１および底板によって構成される鋼殻（鋼製セグメント）にコンクリートを打設してなる合成セグメントを対象としている。
セグメントＡの継手構造Ｂは、ひとつのセグメントＡと、他のセグメントＡをトンネルや立坑の軸方向に接続するための継手として採用する。
そしてこの継手構造Ｂは、ひとつのセグメントＡの端面から突出させた雄部材１と、他のセグメントＡの端面に凹設した雌部材２とによって構成する。
【０００８】
＜２＞筒の設置。
ひとつのセグメントは、その端面板Ｃ１の内側に、雄部材１を設置するための筒である、例えばナット筒１１を備えている。
他のセグメントは、その端面板Ｃ１の内側に、前記の雄部材１を受け入れるための筒である、例えば受け筒２１を備えている。
そして、雄部材１用の筒の両側、および雌部材２用の筒の両側には、トンネルなどの軸方向に平行に配置した縦リブ３が位置している。
【０００９】
＜３＞雄部材。
雄部材１と雌部材２の組み合わせは、特許文献１に挙げたような公知の組み合わせを利用することができるが、本発明を構成する雄部材１と雌部材２の組み合わせの一実施例を説明する。
図の実施例の雄部材１は、端面板Ｃ１の内側に取り付けたナット筒１１と、ナット筒１１および割り筒１３にネジ込むネジ棒１２と、ネジ棒１２と同軸上に取り付けた割り筒１３と、割り筒１３の内部に挿入した円錐棒１４とより構成する。
セグメントＡリング間に位置する端面板Ｃ１に、開口部１５を設け、この開口部１５の内側にナット筒１１を位置させる。
ナット筒１１と割り筒１３とは、ネジ棒１２を介して接続する。
割り筒１３には、筒の軸方向に切断線１３ａを刻設してあり、切断線１３ａの一端はネジ棒１２とは反対側の端に開放している。
円錐棒１４は、円錐台形の棒状体であり、直径が小径部から徐徐に大径部に拡大している。
割り筒１３の内部に、円錐棒１４を、その小径部端から強く挿入すると、割り筒１３内の切断線１３ａの幅が広がり、その結果、割り筒１３の自由端側の外径は末広状に拡大することになる。
【００１０】
＜４＞雌部材。
雌部材２は、端面板Ｃ１の内側に取り付けた受け筒２１によって構成する。
この受け筒２１は、底板２２を備え、他端を開放した筒体である。
この受け筒２１を、端面板Ｃ１に開口した挿入孔の内側に取り付ける。
この受け筒２１の内径は、拡大した割り筒１３の外径より小さく構成する。
したがって受け筒２１の内部に位置した割り筒１３が、その外径を拡大すると、強力に受け筒２１の内周面に接触して、引き抜き力に抵抗することになる。
なお、抵抗力を大きくするために、受け筒２１の内面に凹凸を形成しておくこともできる。
【００１１】
＜５＞受け筒と端面板の取り付け。
雌部材２の受け筒２１は端面板Ｃ１の内面に直接溶接などで取り付けてはいない。
受け筒２１は、絶縁筒１６の内部に位置して、端面板Ｃ１の内面に接触した状態のまま、内面に沿って移動が可能であるように構成する。
そのために、たとえば受け筒２１の端面板Ｃ１接触面には、その周囲に鍔板２４を突設する。
一方、端面板Ｃ１の内面には、鍔板２４の周囲に、断面Ｌ型の棚板２５を配置する。
この棚板２５と端面板Ｃ１内面との間隔を、鍔板２４の厚さとほぼ等しく構成しておき、かつ鍔板２４の外周と棚板２５の内面との間に空間を介在させておけば、鍔板２４は端面板Ｃ１の内面から離れず、かつ端面板Ｃ１の面に沿った移動すなわち摺動が可能となる。
【００１２】
＜６＞桁高の変更。（図３）
セグメントの桁高は、前記したように耐震設計、あるいは急曲線施工時の設計で定められる継手を設置する継手板の高さと同じ主桁高さとして全体が設計されている。
しかしそれであると、継手以外の位置では断面剛性が大きすぎる過大設計となり不経済であることを発見した。
そこで、本発明のセグメントの端面板Ｃ１の桁高、すなわちセグメントの厚さに変化を与える。
すなわち、雄部材用の筒を設置した位置の周辺、および雌部材用の筒を設置した位置の周辺の桁高ｈ１を、それ以外の位置の桁高ｈ２よりも高く形成する。
その結果、高い桁高ｈ１の位置、すなわち継手Ｂの周囲では継手Ｂの変形性能を確保することができ、それ以外の低い桁高ｈ２の位置では断面剛性の合理的、適切な確保を実現することができる。
【００１３】
＜７＞連結動作。
次にセグメントＡとセグメントＡとの連結動作について説明する。
【００１４】
＜８＞雄部材の取り付け。（図４）
一方のセグメントＡの筒から雄部材１を突設させる。
そのためにまず、ナット筒１１の内部にネジ棒１２をねじ込み、このネジ棒１２に割り筒１３をねじ込んで取り付ける。
次に割り筒１３の開放端側から、円錐台状の円錐棒１４を挿入する。
その状態では割り筒１３の切断線１３ａは広がっていない。
【００１５】
＜９＞セグメントの押し付け。（図５）
雄部材１の突設位置と、雌部材２の取り付け位置は、トンネル軸上で一致した線上に設けてある。
端面から雄部材１を突設させたセグメントＡを、雌部材２を取り付けてあるセグメントＡに向けて強い力で押し付ける。
すると、雄部材１は雌部材２の内部に侵入する。
そして、雄部材１の円錐棒１４の先端が、雌部材２の受け筒２１の底板２２に当たり、それ以上のセグメントＡの接近によって円錐棒１４の小径側が割り筒１３の内部に侵入してゆく。
その結果、割り筒１３の切断線１３ａが広がり、割り筒１３が末広がりの円錐筒として変形する。
拡大した割り筒１３の外径は、受け筒２１の内径よりも大きく構成してあるから、両者は強固に一体となる。
【００１６】
＜１０＞セグメントの間の拡大。（図６）
地震時にはセグメントＡとセグメントＡとが離れる方向に外力が作用する場合がある。
あるいは急曲線部のセグメントＡにはシールド掘進機の推進力が作用して同様に変形する場合がある。
その際に、雄部材１も雌部材２もセグメント端面の鋼板に直接、間接に取り付けてある。
そのために雄部材１と雌部材２とは結合状態を維持したまま、端面板Ｃ１とともに変形することができる。
ただし、雄部材１、雌部材２から一定距離れた位置では、端面板Ｃ１の内面に縦リブ３が固定してある。
そのために、端面板Ｃ１は縦リブ３の位置まで変形してセグメントＡとセグメントＡが離れる方向に移動しても継手構造Ｂの破損を吸収することができる。
【００１７】
＜１１＞雄部材嵌合時のメス部材のスライド機構
外力を受けていない場合にセグメントを組み立てると真円になるが、トンネルまたは立坑中で既に組み立てられたセグメントは外荷重（土圧、水圧、裏込め注入圧など）を受けて変形することがある。また、セグメント製作上の施工誤差によっても真円に組み立てられない場合がある。このような場合、雄部材を雌部材に嵌合しようとしても、雄部材と雌部材の位置にずれが生じて相互に嵌合できない。
その際には前記したように受け筒２１の端面板Ｃ１接触面には、その周囲に鍔板２４を突設してあり、一方、端面板Ｃ１の内面には、鍔板２４の周囲に、断面Ｌ型の棚板２５を配置あり、この棚板２５と端面板Ｃ１内面との間隔を、鍔板２４の厚さとほぼ等しく構成しておる。
そして鍔板２４の外周と棚板２５の内面との間に空間を介在させてあるから、鍔板２４は端面板Ｃ１の内面から離れず、かつ端面板Ｃ１の面に沿った移動が可能となる。
このように雌部材が摺動（スライド移動）可能に構成することにより、既設セグメントが外力を受けて変形した場合あるいはセグメントの製作誤差があった場合にも雄部材と雌部材が嵌合可能となる。
【００１８】
＜１２＞継手部の他の実施例。
以上の説明は、割り筒１３がその外径を拡大して雌部材２の受け筒２１の内面に強固に接合する継手構造Ｂの実施例を説明した。
しかし前記したように特許文献１、その他に開示されるような継手構造Ｂであっても同様に利用することができる。
【００１９】
＜１３＞雄部材１とコンクリートＤの絶縁。
雄部材１は周囲のコンクリートＤとは絶縁した状態に配置する。
そのために雄部材１のナット筒１１の周囲を絶縁筒５６で包囲する。
絶縁筒１６の外周にはコンクリートＤが位置しているが、絶縁筒５６の内径は、ナット筒１１の外径より大きいので、両者の間には空間があり、その結果、ナット筒１１はコンクリートＤと絶縁状態にある。
絶縁筒５６は、各種金属、プラスチック、発泡スチロールなどで作成することができる。
【００２０】
＜１４＞雌部材とコンクリートとの絶縁。
雌部材２は周囲のコンクリートＤとは絶縁した状態に配置する。
そのために雌部材２の受け筒２１の周囲を絶縁筒２３で包囲する。
この絶縁筒５３の外周にはコンクリートＤが位置しているが、絶縁筒５３の内径は、受け筒２１の外径より大きいので、両者の間には空間があり、その結果、受け筒２１はコンクリートＤと絶縁状態にある。
絶縁筒５３は、各種金属、プラスチック、発泡スチロールなどで作成することができる。
【００２１】
＜１５＞合成セグメントのアンカーの実施例
合成セグメントのアンカーは、雄部材用の筒と、雌部材用の筒から適宜距離離して端面板Ｃ１に、端面板Ｃ１と直角方向に伸びた短尺の鋼板１０１を溶接して取り付け、さらにこの短尺の鋼板に鉄筋１０２を溶接し、この短尺の鋼板１０１とこれに溶接した鉄筋１０２をコンクリートＤに埋設し、端面板Ｃ１とコンクリートＤを固定してアンカーとすることができる。また、端面板Ｃ１に直接鉄筋１０３を溶接し、この鉄筋１０３をコンクリートＤに埋設し、アンカーとすることもできる。

【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のセグメントの継手構造の位置の説明図。
【図２】雄部材の実施例の説明図。
【図３】縦リブの配置状態の説明図。
【図４】セグメント間を接続する直前の継手構造の説明図。
【図５】セグメント間を押し付けて接続した状態の継手構造の説明図。
【図６】セグメント間の距離が拡大した場合の継手構造の説明図。
【図７】セグメント間がスライドした場合の継手構造の説明図。
【図８】縦リブに代わってアンカーを設けた状態の説明図。
【符号の説明】
【００２３】
Ａ：セグメント
Ｂ：継手構造
Ｃ１：端面板
１：雄部材
２：雌部材
３：縦リブ
４：スキンプレート

【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキンプレートとこのスキンプレートのトンネルや立坑の軸方向に配置した縦リブと、その両端に位置する端面板とによって構成した鋼製セグメントにおいて、
隣接するセグメントリングにセグメントをボルト・ナットで接合するボルト穴周辺の端面板の桁高は、高く形成した、
セグメントの継手構造。
【請求項２】
スキンプレートとそのスキンプレートのトンネルや立坑の軸方向に配置した縦リブと、その縦リブの両端に位置する端面板とによって構成した鋼製セグメントにおいて、
ひとつのセグメントの端面板の内側には、雄部材を設置するための筒を備え、
他のセグメントの端面板の内側には、前記雄部材を受け入れるための雌部材用の筒を摺動自在に備え、
雄部材用の筒と、雌部材用の筒の両側には縦リブが位置しており、
端面板の桁高は、
雄部材用の筒と、雌部材用の筒を設置した位置の周辺だけ高く形成した、
セグメントの継手構造。
【請求項３】
雄部材は、
端面板の内側に取り付けたナット筒と、
ナット筒にネジ込むネジ棒と、
ネジ棒と同軸上に取り付けた割り筒と、
割り筒の内部に挿入した円錐棒とより構成し、
割り筒には、筒の軸方向に切断線を刻設してあり、
円錐棒の割り筒内への進入によって切断線が末広状に拡大する構成であって、
雌部材は、
端面板の内側に取り付けた筒体であり、
拡大した割り筒の外周が契合する寸法の内径を備えた受け筒によって構成した、
請求項２記載のセグメントの継手構造。
【請求項４】
前記雄部材用の筒の外側と前記雌部材用の筒の外側に絶縁筒を配置したことを特徴とする
請求項２または３のいずれか１項に記載のセグメントの継手構造。
【請求項５】
セグメントのスキンプレートとトンネルや立坑の軸方向の両端に配置した止め板と、その止め板の両端に位置する端面板とによって構成した鋼殻にコンクリートを打設してなる合成セグメントにおいて、
ひとつのセグメントの端面板の内側には、雄部材を設置するための筒とその外側に配置した絶縁筒を備え、
他のセグメントの端面板の内側には、前記雄部材を受け入れるための雌部材用の筒を摺動自在に備えるとともにその外側に絶縁筒を配置し、
雄部材用の筒と、雌部材用の筒の両側には端面板と直角方向に伸びた短尺の鋼板または鉄筋を溶接して取り付け固定端とし、
端面板の桁高は、
雄部材用の筒と、雌部材用の筒を設置した位置の周辺だけ高く形成した、
セグメントの継手構造。

【請求項６】
端面板の内側に取り付けたナット筒と、
ナット筒にネジ込むネジ棒と、
ネジ棒と同軸上に取り付けた割り筒と、
割り筒の内部に挿入した円錐棒とより構成し、
割り筒には、筒の軸方向に切断線を刻設してあり、
円錐棒の割り筒内への進入によって切断線が末広状に拡大する構成であって、
雌部材は、
端面板の内側に取り付けた筒体であり、
拡大した割り筒の外周が契合する寸法の内径を備えた受け筒によって構成した、
請求項５記載のセグメントの継手構造。

【図１】