セグメント及びトンネル構築方法
【課題】セグメント組立後の二次覆工を省略でき、コストダウン及び高速施工に有利なセグメント及びそれを用いたトンネル構築方法を提供する。
【解決手段】掘削したトンネル孔の内周に沿ってエレクタ１により組み付けられてトンネルを構築するためのセグメント３であって、セグメント本体３ｘの内周面３ａをエレクタ１に装着したバキュームパッド２２に吸着すべく凹凸なく且つ平滑に形成し、そのセグメント本体３ｘの切羽側端面２３に、エレクタ１に装着した切羽側ズレ防止凸部２５が挿入される切羽側ズレ防止凹部２４を形成し、セグメント本体３ｘの坑口側端面５０に、エレクタ１に装着した坑口側ズレ防止凸部５１ｂが挿入される坑口側ズレ防止凹部５９を形成した。
【解決手段】掘削したトンネル孔の内周に沿ってエレクタ１により組み付けられてトンネルを構築するためのセグメント３であって、セグメント本体３ｘの内周面３ａをエレクタ１に装着したバキュームパッド２２に吸着すべく凹凸なく且つ平滑に形成し、そのセグメント本体３ｘの切羽側端面２３に、エレクタ１に装着した切羽側ズレ防止凸部２５が挿入される切羽側ズレ防止凹部２４を形成し、セグメント本体３ｘの坑口側端面５０に、エレクタ１に装着した坑口側ズレ防止凸部５１ｂが挿入される坑口側ズレ防止凹部５９を形成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削したトンネル孔の内周に沿ってエレクタにより組み付けられてトンネルを構成するためのセグメント、及びそのセグメントを上記トンネル孔に沿って上記エレクタにより組み付けてトンネルを構築する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シールド掘進機等のトンネル掘削機によって掘削したトンネル孔には、トンネルを構築すべく、セグメントがトンネル孔の内周に沿ってエレクタによりリング状に組み付けられる。
【０００３】
近年、トンネルの高速施工を行うために、セグメント組立の自動化・省力化が要望されている。セグメント組立の自動化・省力化は、セグメントの保持にバキュームパッド（バキューム機構）を利用し、セグメント同士の連結にワンタッチ継手を利用することなどにより達成される。
【０００４】
そこで、バキュームパッドによってセグメント本体の内周面を吸着すべくそのセグメント本体の内周面を平滑に形成し、セグメント本体の中央にその内外周面を貫通して、セグメントの保持を補助するセーフティピンが嵌入される保持孔を形成したセグメントが提案されている（特許文献１等参照）。
【０００５】
このセグメントによれば、バキュームパッドによってセグメントの内周面を吸着すると共にセーフティピンをセグメントの保持孔に嵌入することでセグメントを保持するので、セグメントの内周面にセグメント把持用の把持金物を取り付け、セグメント組立後にその把持金物を取り外すという一般的なセグメントでは必要な把持金物の着脱が不要となり、セグメント組立の自動化・省力化が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１８９２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記セグメントでは、当該セグメントを用いて構築したトンネルにはセグメントの保持孔による貫通孔が形成される。そのため、セグメント組立後（一次覆工後）、その貫通孔（上記保持孔）をトンネル内周面側から塞ぐ止水処理等（二次覆工）を行う必要があり、この二次覆工を行うことにより、コストアップを招き、また高速施工が妨げられる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、セグメント組立後の二次覆工を省略することを可能とし、コストダウン及び高速施工に有利なセグメント及びそのセグメントを用いたトンネル構築方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、掘削したトンネル孔の内周に沿ってエレクタにより組み付けられてトンネルを構築するためのセグメントであって、セグメント本体の内周面を上記エレクタに装着したバキュームパッドに吸着すべく凹凸なく且つ平滑に形成し、そのセグメント本体の切羽側端面に、上記エレクタに装着した切羽側ズレ防止凸部が挿入される切羽側ズレ防止凹部を形成し、上記セグメント本体の坑口側端面に、上記エレクタに装着した坑口側ズレ防止凸部が挿入される坑口側ズレ防止凹部を形成したものである。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、上記セグメントをトンネル孔の内周に沿ってエレクタにより組み付けてトンネルを構築する方法であって、上記エレクタの切羽側ズレ防止凸部を上記セグメント本体の切羽側ズレ防止凹部に挿入し、上記エレクタの坑口側ズレ防止凸部を上記セグメント本体の坑口側ズレ防止凹部に挿入した状態で、上記エレクタのバキュームバッドによって上記セグメント本体の内周面を吸着して保持し、保持した上記セグメント本体を上記エレクタによって上記トンネルの周方向、径方向及び軸方向に移動させ、そのセグメント本体を上記トンネル孔内の所定位置に組み付けるようにしたものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、上記セグメント本体に、トンネル軸方向に隣接するセグメント同士を連結するため、その坑口側端面に坑口側継手凸部を設けると共に切羽側端面に切羽側継手凹部を設け、その切羽側継手凹部を上記切羽側ズレ防止凹部と兼用し、上記切羽側継手凹部に上記エレクタの切羽側ズレ防止凸部を挿入するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、セグメント組立後の二次覆工を省略することを可能とし、コストダウン及び高速施工に有利なセグメント及びそのセグメントを用いたトンネル構築方法を提供できるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るセグメントの斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態に係るセグメント３は、充実断面をもつ平板状のセグメント本体３ｘを主要構成要素とする。つまり、本実施形態に係るセグメント３は平板形セグメントである。本実施形態では、セグメント本体３ｘは、鉄筋コンクリート製のものであり、内周面３ａが後述するバキュームパッド２２によって健全に吸着できるように凹凸なく且つ平滑に形成されている。
【００１６】
セグメント本体３ｘの切羽側端面２３には、後述するエレクタ１に装着した切羽側ズレ防止凸部２５が挿入される切羽側ズレ防止凹部２４が形成され、セグメント本体３ｘの坑口側端面５０には、エレクタ１に装着した坑口側ズレ防止凸部５１ｂが挿入される坑口側ズレ防止凹部５９が形成されている。切羽側ズレ防止凹部２４と坑口側ズレ防止凹部５９とは、夫々、セグメント本体３ｘの切羽側端面２３と坑口側端面５０とに、トンネル周方向に間隔を隔てて２個ずつ設けられている。
【００１７】
図３、図４に示すように、エレクタ１に備えられた切羽側ズレ防止凸部２５は円錐台形状（円錐の頂部を切除した形状）に形成され、それに合わせてセグメント３の切羽側ズレ防止凹部２４が円錐台穴状に形成されている。また、エレクタ１の坑口側ズレ防止凸部５１ｂも円錐台形状に形成され、それに合わせてセグメント３の坑口側ズレ防止凹部５９が円錐台穴状に形成されている。詳しくは、図１に示すように、セグメント本体３ｘの切羽側端面２３にアンカー部材２３ａが、坑口側端面５０にアンカー部材５０ａが夫々埋め込まれており、アンカー部材２３ａに上記切羽側ズレ防止凹部２４が、アンカー部材５０ａに上記坑口側ズレ防止凹部５９が夫々凹設されている。
【００１８】
また、トンネル軸方向に隣接するセグメント３同士を連結するため、図１に示すように、セグメント本体３ｘの坑口側端面５０に継手凸部（継手ピン）４４が設けられ、セグメント本体３ｘの切羽側端面２３には、上記継手ピン４４と対を成す継手凹部（継手穴）４５が形成されている。詳しくは、セグメント本体３ｘの坑口側端面５０にネジ穴を有するアンカー部材５０ｂが埋め込まれており、アンカー部材５０ｂのネジ穴に上記継手ピン４４がネジ部にて螺合されている。また、セグメント本体３ｘの切羽側端面２３にアンカー部材２３ｂが埋め込まれており、アンカー部材２３ｂの切羽側端面に上記継手穴４５が凹設されている。
【００１９】
更に、トンネル周方向に隣接するセグメント３同士を連結するため、セグメント本体３ｘの一方のピース間端面４６にコーン状に形成された雄コーン部４７が設けられ、セグメント本体３ｘの他方のピース間端面４８には、上記雄コーン部４７と対を成すコーン穴を有する雌コーン部４９が設けられている。詳しくは、セグメント本体３ｘの上記一方のピース間端面４６に、上記雄コーン部４７及びそのアンカー部４７ａから構成される雄金物４７ｂの、アンカー部４７ａが埋め込まれている。また、セグメント本体３ｘの上記他方のピース間端面４８には、軸方向に沿って溝７１が形成されており、その溝７１に、上記雌コーン部４９及びそのアンカー部４９ａから構成される雌金物４９ｂの、アンカー部４９ａが埋め込まれている。
【００２０】
図６に示すように、かかるセグメント３は、一方のピース間端面４６が既設のセグメント３の他方のピース間端面４８にトンネル軸方向にズレた状態で当接された後、軸方向に移動され、これにより、雄コーン部４７が周方向に隣接する既設のセグメント３の雌コーン部４９に挿入されると共に、継手ピン４４が軸方向に隣接する既設のセグメント３の継手穴４５に挿入され、組み付けが達成される。
【００２１】
次に、本実施形態に係るセグメント３を組み立てるためのエレクタ（セグメント組立装置）１について図２から図５により説明する。
【００２２】
図２（ａ）はエレクタ１の側断面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図を示す。
【００２３】
エレクタ１は、シールド掘進機の外殻を成す円筒状のシールドフレーム２の内部にて、セグメント３をリング状に組み立てるものであり、シールドフレーム２の軸心を中心としてトンネル周方向に回転する旋回フレーム４と、旋回フレーム４にトンネル径方向に移動可能に設けられた吊りビーム５と、吊りビーム５にトンネル軸方向に移動可能に設けられた移動台６とを備え、移動台６は、セグメント３を保持、解放するセグメント保持部７を有している。
【００２４】
旋回フレーム４は、円環状に形成され、シールドフレーム２の内周面に設けられたリングガーダー８に軸支された支持ローラ９に、回転可能に支持されている。旋回フレーム４は、軸方向の前部に駆動ギヤ１０を有し、その駆動ギヤ１０に図示しないモータのピニオンが噛合されて回転駆動される。リングガーダー８には、リング状に組み立てられたセグメント３（既設セグメント３）に反力を取ってシールドフレーム２を前進させるシールドジャッキ１１が設けられている。
【００２５】
旋回フレーム４の軸方向の後部には、１８０度間隔で配設された一対の支持フレーム１２が、夫々軸方向後方に延出されて設けられている。支持フレーム１２には、吊りビーム５がトンネル径方向に移動可能に装着されている。吊りビーム５は、各支持フレーム１２にシールドフレーム２の直径方向と平行に装着された円筒状のガイド筒に挿通されるガイド柱１３と、これらガイド柱１３の端部同士を連結する連結部１４とからＵ字状に形成されており、連結部１４と支持フレーム１２との間に介設されたジャッキ１５によってトンネル径方向に移動される。
【００２６】
吊りビーム５の連結部１４には、移動台６がトンネル軸方向に移動可能に装着されている。移動台６は、連結部１４にトンネル幅方向に間隔を隔ててトンネル軸方向に延出された一対のガイド柱１６にそって移動可能な台本体１８を有し、台本体１８とガイド柱１６との間に介設されたジャッキ（図示せず）によってトンネル軸方向に移動される。
【００２７】
図３は図２（ａ）の部分拡大図、図４は図３の切羽側ズレ防止凸部２５及び坑口側ズレ防止凸部５１ｂを夫々移動させた図、図５は図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【００２８】
図３に示すように、移動台６は、上記ガイド柱１６に沿って移動可能な台本体１８と、台本体１８に姿勢調節部１９を介して装着されたセグメント保持部２０とから主に構成されている。
【００２９】
セグメント保持部２０は、セグメント３を保持、解放するものであり、台本体１８に姿勢調節部１９を介して装着された保持部本体２１と、保持部本体２１の下面（トンネル径方向外側面）に装着されたバキュームパッド２２と、保持部本体２１に設けられセグメント３の切羽側端面２３に形成された切羽側ズレ防止凹部（切羽側ズレ防止穴）２４に係合する切羽側ズレ防止凸部（切羽側ズレ防止ピン）２５と、保持部本体２１に設けられセグメント３の坑口側端面５０に形成された坑口側ズレ防止凹部（坑口側ズレ防止穴）５９に係合する坑口側ズレ防止凸部（坑口側ズレ防止ピン）５１ｂとを有する。
【００３０】
バキュームパッド２２は、ゴム等の可撓性材料からリング状（高さの低い筒状）に形成されており、その上端が保持部本体２１の下面に接着等によって固定され、下端がセグメント３の上面（内周面）に当接される。バキュームパッド２２の下端がセグメント３の上面に当接された状態で、バキュームパッド２２の内方の空気は、保持部本体２１の下面に形成された排気口からバキュームポンプによって排気されるようになっている。この排気により、バキュームパッド２２の内方が負圧となり、セグメント３が吸着される。
【００３１】
図３〜図５に示すように、保持部本体２１の上面（内周面）の切羽側端部には、切羽側ズレ防止凸部２５をトンネル軸方向に移動させる第１ジャッキ３０が、トンネル幅方向に間隔を隔てて２個設けられている。第１ジャッキ３０は、保持部本体２１の上面に固定ブラケット２６で固定されたシリンダ３０ａと、シリンダ３０ａから切羽側に延びるロッド３０ｂとを有する。ロッド３０ｂの先端には略ボックス状の中間ブラケット２７がボルトナット等で固定され、中間ブラケット２７の下面には別の中間ブラケット２８が溶接等で固定され、この中間ブラケット２８に、ゴムや樹脂等の可撓性を有するクッション部２９が設けられると共に、クッション部２９を貫通して上記切羽側ズレ防止凸部２５が設けられている。
【００３２】
切羽側ズレ防止凸部２５は、図３に示すように第１ジャッキ３０を収縮させると、バキュームパッド２２で吸着されるセグメント３の切羽側ズレ防止凹部２４に係合する位置（係合位置）に移動し、図４に示すように第１ジャッキを３０を伸長させると、上記セグメント３の切羽側ズレ防止凹部２４から切羽側に離間する位置（離間位置）に移動する。切羽側ズレ防止凸部２５は、本実施形態では円錐台状（円錐の頂部を切除した形状）に形成され、それに合わせて切羽側ズレ防止凹部２４が円錐台穴状に形成されているが、これに限らず、例えば凸部２５を円柱状とし凹部２４を円孔としてもよく、凸部２５を角柱状とし凹部２４を角孔としてもよい。
【００３３】
図３〜図５に示すように、保持部本体２１の上面（内周面）の坑口側端部には、坑口側ズレ防止凸部５１ｂをトンネル径方向の内外に回動させる第２ジャッキ５２が、トンネル幅方向に間隔を隔てて２個設けられている。第２ジャッキ５２は、保持部本体２１の上面に設けられた固定ブラケット５３にピン５４廻りに回動可能に装着されたシリンダ５２ａと、シリンダ５２ａから坑口側に延びるロッド５２ｂとを有する。ロッド５２ｂの先端は、回動ブラケット５５に、ピン５６で連結されている。
【００３４】
回動ブラケット５５は、保持部本体２１の上面に設けたベースブラケット５７に、ピン５８廻りに回動可能に装着されており、回動ブラケット５５の端部には、上記坑口側ズレ防止凸部５１ｂが設けられている。詳しくは、回動ブラケット５５の端部には、ゴムや樹脂等の可撓性を有するパッド５１ａが設けられていると共に、このパッド５１ａを貫通して上記坑口側ズレ防止凸部５１ｂが設けられている。坑口側ズレ防止凸部５１ｂは、円錐台状、円柱状、角柱状等に形成され、セグメント３の坑口側端面５０に設けた坑口側ズレ防止凹部５９（円錐台孔、円孔、角孔等）に係脱される。
【００３５】
図３に示すように、第２ジャッキ５２を伸長させると、回動ブラケット５５がピン５８を中心として時計回りに回動し、坑口側ズレ防止凸部５１ｂが、トンネル径方向外方に回動移動して、バキュームパッド２２で吸着されるセグメント３の坑口側ズレ防止凹部５９と係合する位置（係合位置）に移動する。このとき、パッド５１ａは、セグメント３の坑口側端面５０に当接する。図４に示すように、第２ジャッキ５２を収縮させると、回動ブラケット５５がピン５８を中心に反時計回りに回動し、坑口側ズレ防止凸部５１ｂが、トンネル径方向内方に回動移動して、セグメント３の坑口側端面５０からトンネル径方向内方に待避する位置（待避位置）に移動する。
【００３６】
バキュームパッド２２、切羽側ズレ防止凸部２５及び坑口側ズレ防止凸部５１ｂによって保持されたセグメント３は、図３、図５に示す姿勢調節部１９によって保持姿勢が調節されるようになっている。
【００３７】
姿勢調節部１９は、台本体１８と保持部本体２１との間に介設され保持部本体２１を台本体１８に対して全方向傾動可能に吊り下げる吊下ロッド３１と、台本体１８と保持部本体２１との間にトンネル幅方向、軸方向に間隔を隔てて配置された４本の姿勢制御ジャッキ３２とを有する。姿勢制御ジャッキ３２は、一端が台本体１８に連結され、他端が保持部本体２１に設けた当て金具６０に球面座６１を介して当接されている。よって、各姿勢制御ジャッキ３２の伸縮量を制御することで、保持部本体２１を台本体１８に対して任意の方向に傾斜させることができ、バキュームパッド２２等によって保持されたセグメント３の姿勢を、台本体１８に対して変更できる。
【００３８】
上述のバキュームパッド２２、凸部２５、５１ｂは、内周面が平面状（平滑）の部分を有するセグメント３（所謂平板形セグメント尚、以下、内周平面セグメントともいう）を保持するものであるが、トンネルのカーブ掘進時等においては、内周平面セグメントを用いるのではなく内周面に凹凸を有するセグメント（所謂鋼製セグメント、ダグタイルセグメント等、以下、内周凹凸セグメントともいう）を用いてトンネルを構築する必要が生じるケースが有る。内周凹凸セグメント３は、バキュームパッド２２によって吸着できないため、別のセグメント保持部によって保持する必要がある。
【００３９】
そこで、上記セグメント組立装置は、内周凹凸セグメント３を保持するため、以下に述べる構成を有している。
【００４０】
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、支持フレーム１２には、別の吊りビーム３３がトンネル径方向に移動可能に装着されている。この吊りビーム３３は、支持フレーム１２にシールドフレーム２の直径方向と平行に装着された円筒状のガイド筒に挿通された一対のガイド柱３５と、これらガイド柱３５の端部同士を連結する連結部３６とからＵ字状に形成されており、連結部３６と支持フレーム１２との間に介設されたジャッキ３７によってトンネル径方向に移動される。
【００４１】
吊りビーム３３の連結部３６には、移動台３８がトンネル軸方向に移動可能に装着されており、移動台３８は、ジャッキ３９によってトンネル軸方向に移動される。移動台３８には、内周凹凸セグメント３を把持するためのセグメント把持部４０が設けられている。セグメント把持部４０は、内周凹凸セグメント３の内周面に形成された補強リブをトンネル軸方向から挟んでボルト等によって連結する連結部４１と、連結部４１のトンネル幅方向の両脇に配設され連結部４１に連結されたセグメント３の内周面を押圧することでそのセグメント３をしっかりと保持するためのサポートジャッキ４２とを有する。
【００４２】
次に、上記エレクタ１による内周平面セグメント３を用いたトンネル構築方法について述べる。
【００４３】
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、本実施形態に係るエレクタ１に、内周平面セグメント３を保持する際には、内周平面セグメント３をトンネル底部に仮置きし、旋回フレーム４をトンネル周方向に回転させ、吊りビーム５をトンネル径方向に移動させ、移動台６をトンネル軸方向に移動させることで、移動台６に装備したバキュームパッド２２を、トンネル底部に仮置きしたセグメント３の内周面に対向させる。
【００４４】
バキュームパッド２２をセグメント３に対向させた状態にて、図４に示すように、第１ジャッキ３０を伸長して切羽側ズレ防止凸部２５を離間位置とし、第２ジャッキ５２を収縮させて坑口側ズレ防止凸部５１ｂを待避位置としておき、凸部２５、５１ｂがセグメント３の端面２３、５０に引っ掛からないようにしておく。そして、吊りビーム５をトンネル径方向外方に移動させてバキュームパッド２２をセグメント３の内周面に当接させ（軽く触れさせ）る。
【００４５】
その後、図３に示すように、切羽側ズレ防止凸部２５を内周平面セグメント３の切羽側ズレ防止凹部２４に係合させ、クッション部２９をセグメント３の切羽側端面２３に押し付ける。また、坑口側ズレ防止凸部５１ｂをセグメント３の坑口側ズレ防止凹部５９に係合させ、パッド５１ａをセグメント３の坑口側端面５０に押し付ける。これにより、セグメント３に対する保持部本体２１の保持位置が定められる。なお、凸部２５、５１ｂの移動は、どちらが先であってもよく、同時でもよい。
【００４６】
ここで、切羽側ズレ防止凸部２５を切羽側ズレ防止凹部２４に係合させ、坑口側ズレ防止凸部５１ｂを坑口側ズレ防止凹部５９に係合させる際、凸部２５、５１ｂが円錐台状に形成され、凹部２４、５９が円錐台穴状に形成されているので、凸部２５と凹部２４、凸部５１ｂと凹部５９の位置がズレていても正規の位置に案内される。このとき、内周平面セグメント３は、トンネル底部に仮置きされていて動くことはないので、保持部本体２１が、内周平面セグメント３に対して相対的に移動し、上記ズレを吸収することになる。
【００４７】
内周平面セグメント３に対する保持部本体２１の移動（三次元的な相対移動）を許容するためには、姿勢調節部１９の姿勢制御ジャッキ３２の油圧をフリーとして保持部本体２１を台本体１８に対して傾動自在とし、同様に各油圧ジャッキの油圧をフリーとすることで、台本体１８を吊りビーム５に対してトンネル軸方向に移動自在とし、吊りビーム５を旋回フレーム４に対してトンネル径方向に移動自在とし、旋回フレーム４をトンネル周方向に回転自在としておく。これにより、保持部本体２１はセグメント３に対して自由に移動することが許容され、保持部本体２１のセグメント３に対する位置ズレを吸収できる。
【００４８】
こうして、切羽側ズレ防止凸部２５を切羽側ズレ防止凹部２４に係合し、クッション部２９を切羽側端面２３に押し付け、坑口側ズレ防止凸部５１ｂを坑口側ズレ防止凹部５９に係合し、パッド５１ａを坑口側端面５０に当接したならば、バキュームパッド２２の内方の空気をバキュームポンプによって排気し、バキュームパッド２２に内周平面セグメント３を吸着保持する。
【００４９】
保持後、吊りビーム５をトンネル径方向に移動させ、旋回フレーム４をトンネル周方向に回転させ、移動台６の台本体１８をトンネル軸方向に移動させることで、保持された内周平面セグメント３を所望の組付位置の近傍に移動させて粗位置決めする。その後、図４に示すように、坑口側ズレ防止凸部５１ｂをトンネル径方向内方に回動移動させて待避位置とし、姿勢調節部１９等によりセグメント３の姿勢及び位置を微調節しつつ、図６に示すように、保持した内周平面セグメント３を既設セグメント３に組み付ける。
【００５０】
内周平面セグメント３は、最初に保持されてから上記粗位置決めまでは、バキュームパッド２２による吸引に加えて切羽側ズレ防止凸部２５と坑口側ズレ防止凸部５１ｂとで軸方向の前後から挟んで保持されているため、粗位置決めを素早く行うべく或る程度の速さでトンネル周方向、径方向、軸方向に移動されて所定の慣性力が生じたとしても、バキュームパッド２２に対するズレが抑制され、バキュームパッド２２からの落下が防止される。
【００５１】
その後、粗位置決めの位置の内周平面セグメント３を移動させて既設セグメント３に組み付けるときには、坑口側ズレ防止凸部５１ｂがトンネル径方向内方に回動移動されて待避位置（坑口側から見て内周平面セグメント３の坑口側端面５０と重ならない位置）に移動されるので、坑口側ズレ防止凸部５１ｂが組み付けの邪魔になることはない。
【００５２】
また、内周平面セグメント３は、粗位置決めの位置からごく僅かの距離を移動することで既設セグメント３に当接されるので、ゆっくりと微調節しつつ移動させてもそれ程時間がかからない上、問題となるような大きな慣性力が生じることはなく、且つ、既設セグメント３に当接したときに大きな衝撃が発生することもない。よって、粗位置決めの位置から既設セグメント３に当接されるまでの間は、バキュームパッド２２及び切羽側ズレ防止凸部２５のみの保持であっても、セグメント３がバキュームパッド２２からズレたり落下することはない。
【００５３】
かかる内周平面セグメント３は、図６に示すように、一方のピース間端面４６が既設セグメント３のピース間端面４８に軸方向にズレた状態で当接された後、軸方向に移動され、これにより、雄コーン部４７が既設セグメント３の雌コーン部４９に係合され、継手ピン４４が既設セグメント３の継手穴４５に係合され、組み付けが達成される。
【００５４】
このように、バキュームパッド２２及び切羽側ズレ防止凸部２５により保持した内周平面セグメント３をトンネル軸方向後方（坑口側）に移動させて既設セグメント３に押し付けて組み付ける際、保持したセグメント３は既設セグメント３からトンネル軸方向前方（切羽側）の反力を受けることになるが、この反力は切羽側ズレ防止凸部２５によって支持される。よって、セグメント３をバキュームパッド２２に対してズラすことなく所定の適切な力で坑口側の既設セグメント３に押し付けることができる。
【００５５】
ところで、内周平面セグメント３をバキュームパッド２２で吸着保持した状態のときに、例えば停電や故障等によってバキュームポンプの作動が停止すると、バキュームパッド２２の吸着力が低下する。すなわち、バキュームパッド２２とバキュームポンプとの間の排気経路又はバキュームポンプ内部にはバキュームパッド２２の吸着力を保持するための逆止弁が設けられているものの、セグメント３を保持している間は通常作動されているべきバキュームポンプが停電等によって停止すると、逆止弁やバキュームパッド２２の縁部から少しずつ負圧が抜けるので、バキュームパッド２２の吸着力が低下する。
【００５６】
このように停電、故障等によりバキュームポンプの作動が停止してバキュームパッド２２の吸着力が低下しても、本実施形態では、バキュームパッド２２で保持したセグメント３を粗位置決めの位置に移動させるまでは切羽側ズレ防止凸部２５及び坑口側ズレ防止凸部５１ｂによってセグメント３の保持を補助し、粗位置決めの位置から既設セグメント３に当接させるまでは切羽側ズレ防止凸部２５によってセグメント３の保持を補助しているので、内周平面セグメント３がバキュームパッド２２からズレたり脱落することが抑制される。
【００５７】
詳しくは、停電等によってバキュームポンプの作動が停止した状態で、トンネル底部にてバキュームパッド２２で吸着されたセグメント３が旋回フレーム４の回転によりトンネル周方向に９０度旋回移動された状態となると、セグメント３とバキュームパッド２２との間の吸着面に剪断力が作用するため、セグメント３のバキュームパッド２２に対するズレ、バキュームパッド２２からの脱落が最も生じ易い。
【００５８】
本実施形態では、バキュームパッド２２で吸着されたセグメント３は、切羽側ズレ防止凸部２５が切羽側ズレ防止凹部２４に係合され坑口側ズレ防止凸部５１ｂが坑口側ズレ防止凹部５９に係合されていて軸方向の前後から挟持されているので、例え９０度旋回移動された位置であっても、上記ズレ及び脱落が防止される。また、凸部２５及び凹部２４の組、凸部５１ｂ及び凹部５９の組が、セグメント３の周方向に間隔を隔てて２個ずつ設けられているので（図１、図５参照）、セグメント３が図５の紙面垂直軸廻りに回転することが防止され安定して挟持される。
【００５９】
セグメント３のトンネル底部からの周方向旋回角度が９０度未満のときには、セグメント３とバキュームパッド２２との間の吸着面に生じる剪断力は９０度旋回された場合と比べて小さくなるので、９０度のときと比べるとセグメント３はズレ難く脱落し難い。また、セグメント３のトンネル底部からの周方向旋回角度が９０度を超えると、セグメント３の自重の一部がバキュームパッド２２の上に載せられた状態となる（１８０度旋回移動されたときにはセグメント３の全自重がバキュームパッド２２に載せられた状態となる）ので、９０度のときと比べるとセグメント３はズレ難く脱落し難い。
【００６０】
このように本実施形態では、バキュームパッド２２により吸着された内周平面セグメント３を切羽側ズレ防止凸部２５と坑口側ズレ防止凸部５１ｂとで軸方向から挟むことで、バキュームパッド２２によるセグメント３の吸着保持を補助しているので、セグメント３の内周面にセーフティピン（特許文献１参照）を差し込むための保持孔を形成する必要はない。
【００６１】
よって、セグメント３を組み付けた後（一次覆工後）、保持孔を塞ぐ防水施工（二次覆工）が不要となり、コストダウンを図ることができる。また、バキュームパッド２２の形状を保持孔を避けた形状とする必要はない。よって、バキュームパッド２２の吸着面積が保持孔によって制限されることはなく、バキュームパッド２２の吸着力向上が保持孔によって制限されることはない。また、バキュームパッド２２の形状を保持孔を避けて複雑な形状とする必要もなく、コストダウンに繋がる。
【００６２】
また、内周平面セグメント３は、図６に示すように、切羽側端面２３に切羽側ズレ防止凹部２４を有し、坑口側端面５０に坑口側ズレ防止凹部５９を有しているので、地上における搬送トラックからヤードへの移送、ヤードから立坑底部への移送、立坑底部からセグメント台車への移送の際に、各凹部２４、５９にピンを挿入する等してセグメント３を軸方向から挟持することで、安定して移送することができる。特に、各凹部２４、５９を、図６に示すように２箇所ずつ設けることで、４点吊りとなるので、安定性が増す。
【００６３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００６４】
図７に変形実施形態を示す。この図７に示す変形実施形態は、切羽側ズレ防止凸部２５及び凹部２４の組、坑口側ズレ防止凸部５１ｂ及び凹部５９の組を、夫々１組ずつ設けた点のみが、前実施形態（図５参照）と異なる。なお、凸部２５及び凹部２４の組、凸部５１ｂ及び凹部５９の組の数は、１：１、２：１、１：２等様々な組み合わせが考えられ、一端面（２３又は５０）当たり３組以上としてもよい。
【００６５】
また、エレクタ１の凸部２５は、図６に示すセグメント３の切羽側端面２３に形成された凹部２４に挿入されるのものに限られず、セグメント３の切羽側端面２３に形成された継手穴４５に、差し込まれるものでもよい。すなわち、継手穴４５と切羽側ズレ防止凹部２４とを共用してもよい。
【００６６】
また、バキュームパッド２２によって吸着保持されるセグメント３は、内周面の全てが凹凸なく平坦状となっていてもよいが、内周面の一部（バキュームパッド２２が当接される部分）のみが凹凸なく平坦状となっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態に係るセグメントの斜視図である。
【図２】図１のセグメントを組み立てるエレクタの説明図であり、（ａ）はエレクタの側断面図、（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図３】図２（ａ）の部分拡大図である。
【図４】図３の切羽側ズレ防止凸部及び坑口側ズレ防止凸部を、夫々、離間位置及び待避位置とした図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１のセグメントの組み立ての様子を示す説明図である。
【図７】本発明の変形実施形態を示す説明図（図５に対応する図）である。
【符号の説明】
【００６８】
１ エレクタ
３ セグメント
３ｘ セグメント本体
３ａ 内周面
２２ バキュームパッド
２３ セグメントの切羽側端面
２４ 切羽側ズレ防止凹部
２５ 切羽側ズレ防止凸部
４４ 坑口側継手凸部
４５ 切羽側継手凹部
５０ セグメントの坑口側端面
５１ｂ 坑口側ズレ防止凸部
５９ 坑口側ズレ防止凹部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削したトンネル孔の内周に沿ってエレクタにより組み付けられてトンネルを構成するためのセグメント、及びそのセグメントを上記トンネル孔に沿って上記エレクタにより組み付けてトンネルを構築する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シールド掘進機等のトンネル掘削機によって掘削したトンネル孔には、トンネルを構築すべく、セグメントがトンネル孔の内周に沿ってエレクタによりリング状に組み付けられる。
【０００３】
近年、トンネルの高速施工を行うために、セグメント組立の自動化・省力化が要望されている。セグメント組立の自動化・省力化は、セグメントの保持にバキュームパッド（バキューム機構）を利用し、セグメント同士の連結にワンタッチ継手を利用することなどにより達成される。
【０００４】
そこで、バキュームパッドによってセグメント本体の内周面を吸着すべくそのセグメント本体の内周面を平滑に形成し、セグメント本体の中央にその内外周面を貫通して、セグメントの保持を補助するセーフティピンが嵌入される保持孔を形成したセグメントが提案されている（特許文献１等参照）。
【０００５】
このセグメントによれば、バキュームパッドによってセグメントの内周面を吸着すると共にセーフティピンをセグメントの保持孔に嵌入することでセグメントを保持するので、セグメントの内周面にセグメント把持用の把持金物を取り付け、セグメント組立後にその把持金物を取り外すという一般的なセグメントでは必要な把持金物の着脱が不要となり、セグメント組立の自動化・省力化が可能となる。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１８９２００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記セグメントでは、当該セグメントを用いて構築したトンネルにはセグメントの保持孔による貫通孔が形成される。そのため、セグメント組立後（一次覆工後）、その貫通孔（上記保持孔）をトンネル内周面側から塞ぐ止水処理等（二次覆工）を行う必要があり、この二次覆工を行うことにより、コストアップを招き、また高速施工が妨げられる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、セグメント組立後の二次覆工を省略することを可能とし、コストダウン及び高速施工に有利なセグメント及びそのセグメントを用いたトンネル構築方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために請求項１に係る発明は、掘削したトンネル孔の内周に沿ってエレクタにより組み付けられてトンネルを構築するためのセグメントであって、セグメント本体の内周面を上記エレクタに装着したバキュームパッドに吸着すべく凹凸なく且つ平滑に形成し、そのセグメント本体の切羽側端面に、上記エレクタに装着した切羽側ズレ防止凸部が挿入される切羽側ズレ防止凹部を形成し、上記セグメント本体の坑口側端面に、上記エレクタに装着した坑口側ズレ防止凸部が挿入される坑口側ズレ防止凹部を形成したものである。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、上記セグメントをトンネル孔の内周に沿ってエレクタにより組み付けてトンネルを構築する方法であって、上記エレクタの切羽側ズレ防止凸部を上記セグメント本体の切羽側ズレ防止凹部に挿入し、上記エレクタの坑口側ズレ防止凸部を上記セグメント本体の坑口側ズレ防止凹部に挿入した状態で、上記エレクタのバキュームバッドによって上記セグメント本体の内周面を吸着して保持し、保持した上記セグメント本体を上記エレクタによって上記トンネルの周方向、径方向及び軸方向に移動させ、そのセグメント本体を上記トンネル孔内の所定位置に組み付けるようにしたものである。
【００１１】
請求項３に係る発明は、上記セグメント本体に、トンネル軸方向に隣接するセグメント同士を連結するため、その坑口側端面に坑口側継手凸部を設けると共に切羽側端面に切羽側継手凹部を設け、その切羽側継手凹部を上記切羽側ズレ防止凹部と兼用し、上記切羽側継手凹部に上記エレクタの切羽側ズレ防止凸部を挿入するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、セグメント組立後の二次覆工を省略することを可能とし、コストダウン及び高速施工に有利なセグメント及びそのセグメントを用いたトンネル構築方法を提供できるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係るセグメントの斜視図である。
【００１５】
図１に示すように、本実施形態に係るセグメント３は、充実断面をもつ平板状のセグメント本体３ｘを主要構成要素とする。つまり、本実施形態に係るセグメント３は平板形セグメントである。本実施形態では、セグメント本体３ｘは、鉄筋コンクリート製のものであり、内周面３ａが後述するバキュームパッド２２によって健全に吸着できるように凹凸なく且つ平滑に形成されている。
【００１６】
セグメント本体３ｘの切羽側端面２３には、後述するエレクタ１に装着した切羽側ズレ防止凸部２５が挿入される切羽側ズレ防止凹部２４が形成され、セグメント本体３ｘの坑口側端面５０には、エレクタ１に装着した坑口側ズレ防止凸部５１ｂが挿入される坑口側ズレ防止凹部５９が形成されている。切羽側ズレ防止凹部２４と坑口側ズレ防止凹部５９とは、夫々、セグメント本体３ｘの切羽側端面２３と坑口側端面５０とに、トンネル周方向に間隔を隔てて２個ずつ設けられている。
【００１７】
図３、図４に示すように、エレクタ１に備えられた切羽側ズレ防止凸部２５は円錐台形状（円錐の頂部を切除した形状）に形成され、それに合わせてセグメント３の切羽側ズレ防止凹部２４が円錐台穴状に形成されている。また、エレクタ１の坑口側ズレ防止凸部５１ｂも円錐台形状に形成され、それに合わせてセグメント３の坑口側ズレ防止凹部５９が円錐台穴状に形成されている。詳しくは、図１に示すように、セグメント本体３ｘの切羽側端面２３にアンカー部材２３ａが、坑口側端面５０にアンカー部材５０ａが夫々埋め込まれており、アンカー部材２３ａに上記切羽側ズレ防止凹部２４が、アンカー部材５０ａに上記坑口側ズレ防止凹部５９が夫々凹設されている。
【００１８】
また、トンネル軸方向に隣接するセグメント３同士を連結するため、図１に示すように、セグメント本体３ｘの坑口側端面５０に継手凸部（継手ピン）４４が設けられ、セグメント本体３ｘの切羽側端面２３には、上記継手ピン４４と対を成す継手凹部（継手穴）４５が形成されている。詳しくは、セグメント本体３ｘの坑口側端面５０にネジ穴を有するアンカー部材５０ｂが埋め込まれており、アンカー部材５０ｂのネジ穴に上記継手ピン４４がネジ部にて螺合されている。また、セグメント本体３ｘの切羽側端面２３にアンカー部材２３ｂが埋め込まれており、アンカー部材２３ｂの切羽側端面に上記継手穴４５が凹設されている。
【００１９】
更に、トンネル周方向に隣接するセグメント３同士を連結するため、セグメント本体３ｘの一方のピース間端面４６にコーン状に形成された雄コーン部４７が設けられ、セグメント本体３ｘの他方のピース間端面４８には、上記雄コーン部４７と対を成すコーン穴を有する雌コーン部４９が設けられている。詳しくは、セグメント本体３ｘの上記一方のピース間端面４６に、上記雄コーン部４７及びそのアンカー部４７ａから構成される雄金物４７ｂの、アンカー部４７ａが埋め込まれている。また、セグメント本体３ｘの上記他方のピース間端面４８には、軸方向に沿って溝７１が形成されており、その溝７１に、上記雌コーン部４９及びそのアンカー部４９ａから構成される雌金物４９ｂの、アンカー部４９ａが埋め込まれている。
【００２０】
図６に示すように、かかるセグメント３は、一方のピース間端面４６が既設のセグメント３の他方のピース間端面４８にトンネル軸方向にズレた状態で当接された後、軸方向に移動され、これにより、雄コーン部４７が周方向に隣接する既設のセグメント３の雌コーン部４９に挿入されると共に、継手ピン４４が軸方向に隣接する既設のセグメント３の継手穴４５に挿入され、組み付けが達成される。
【００２１】
次に、本実施形態に係るセグメント３を組み立てるためのエレクタ（セグメント組立装置）１について図２から図５により説明する。
【００２２】
図２（ａ）はエレクタ１の側断面図を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図を示す。
【００２３】
エレクタ１は、シールド掘進機の外殻を成す円筒状のシールドフレーム２の内部にて、セグメント３をリング状に組み立てるものであり、シールドフレーム２の軸心を中心としてトンネル周方向に回転する旋回フレーム４と、旋回フレーム４にトンネル径方向に移動可能に設けられた吊りビーム５と、吊りビーム５にトンネル軸方向に移動可能に設けられた移動台６とを備え、移動台６は、セグメント３を保持、解放するセグメント保持部７を有している。
【００２４】
旋回フレーム４は、円環状に形成され、シールドフレーム２の内周面に設けられたリングガーダー８に軸支された支持ローラ９に、回転可能に支持されている。旋回フレーム４は、軸方向の前部に駆動ギヤ１０を有し、その駆動ギヤ１０に図示しないモータのピニオンが噛合されて回転駆動される。リングガーダー８には、リング状に組み立てられたセグメント３（既設セグメント３）に反力を取ってシールドフレーム２を前進させるシールドジャッキ１１が設けられている。
【００２５】
旋回フレーム４の軸方向の後部には、１８０度間隔で配設された一対の支持フレーム１２が、夫々軸方向後方に延出されて設けられている。支持フレーム１２には、吊りビーム５がトンネル径方向に移動可能に装着されている。吊りビーム５は、各支持フレーム１２にシールドフレーム２の直径方向と平行に装着された円筒状のガイド筒に挿通されるガイド柱１３と、これらガイド柱１３の端部同士を連結する連結部１４とからＵ字状に形成されており、連結部１４と支持フレーム１２との間に介設されたジャッキ１５によってトンネル径方向に移動される。
【００２６】
吊りビーム５の連結部１４には、移動台６がトンネル軸方向に移動可能に装着されている。移動台６は、連結部１４にトンネル幅方向に間隔を隔ててトンネル軸方向に延出された一対のガイド柱１６にそって移動可能な台本体１８を有し、台本体１８とガイド柱１６との間に介設されたジャッキ（図示せず）によってトンネル軸方向に移動される。
【００２７】
図３は図２（ａ）の部分拡大図、図４は図３の切羽側ズレ防止凸部２５及び坑口側ズレ防止凸部５１ｂを夫々移動させた図、図５は図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【００２８】
図３に示すように、移動台６は、上記ガイド柱１６に沿って移動可能な台本体１８と、台本体１８に姿勢調節部１９を介して装着されたセグメント保持部２０とから主に構成されている。
【００２９】
セグメント保持部２０は、セグメント３を保持、解放するものであり、台本体１８に姿勢調節部１９を介して装着された保持部本体２１と、保持部本体２１の下面（トンネル径方向外側面）に装着されたバキュームパッド２２と、保持部本体２１に設けられセグメント３の切羽側端面２３に形成された切羽側ズレ防止凹部（切羽側ズレ防止穴）２４に係合する切羽側ズレ防止凸部（切羽側ズレ防止ピン）２５と、保持部本体２１に設けられセグメント３の坑口側端面５０に形成された坑口側ズレ防止凹部（坑口側ズレ防止穴）５９に係合する坑口側ズレ防止凸部（坑口側ズレ防止ピン）５１ｂとを有する。
【００３０】
バキュームパッド２２は、ゴム等の可撓性材料からリング状（高さの低い筒状）に形成されており、その上端が保持部本体２１の下面に接着等によって固定され、下端がセグメント３の上面（内周面）に当接される。バキュームパッド２２の下端がセグメント３の上面に当接された状態で、バキュームパッド２２の内方の空気は、保持部本体２１の下面に形成された排気口からバキュームポンプによって排気されるようになっている。この排気により、バキュームパッド２２の内方が負圧となり、セグメント３が吸着される。
【００３１】
図３〜図５に示すように、保持部本体２１の上面（内周面）の切羽側端部には、切羽側ズレ防止凸部２５をトンネル軸方向に移動させる第１ジャッキ３０が、トンネル幅方向に間隔を隔てて２個設けられている。第１ジャッキ３０は、保持部本体２１の上面に固定ブラケット２６で固定されたシリンダ３０ａと、シリンダ３０ａから切羽側に延びるロッド３０ｂとを有する。ロッド３０ｂの先端には略ボックス状の中間ブラケット２７がボルトナット等で固定され、中間ブラケット２７の下面には別の中間ブラケット２８が溶接等で固定され、この中間ブラケット２８に、ゴムや樹脂等の可撓性を有するクッション部２９が設けられると共に、クッション部２９を貫通して上記切羽側ズレ防止凸部２５が設けられている。
【００３２】
切羽側ズレ防止凸部２５は、図３に示すように第１ジャッキ３０を収縮させると、バキュームパッド２２で吸着されるセグメント３の切羽側ズレ防止凹部２４に係合する位置（係合位置）に移動し、図４に示すように第１ジャッキを３０を伸長させると、上記セグメント３の切羽側ズレ防止凹部２４から切羽側に離間する位置（離間位置）に移動する。切羽側ズレ防止凸部２５は、本実施形態では円錐台状（円錐の頂部を切除した形状）に形成され、それに合わせて切羽側ズレ防止凹部２４が円錐台穴状に形成されているが、これに限らず、例えば凸部２５を円柱状とし凹部２４を円孔としてもよく、凸部２５を角柱状とし凹部２４を角孔としてもよい。
【００３３】
図３〜図５に示すように、保持部本体２１の上面（内周面）の坑口側端部には、坑口側ズレ防止凸部５１ｂをトンネル径方向の内外に回動させる第２ジャッキ５２が、トンネル幅方向に間隔を隔てて２個設けられている。第２ジャッキ５２は、保持部本体２１の上面に設けられた固定ブラケット５３にピン５４廻りに回動可能に装着されたシリンダ５２ａと、シリンダ５２ａから坑口側に延びるロッド５２ｂとを有する。ロッド５２ｂの先端は、回動ブラケット５５に、ピン５６で連結されている。
【００３４】
回動ブラケット５５は、保持部本体２１の上面に設けたベースブラケット５７に、ピン５８廻りに回動可能に装着されており、回動ブラケット５５の端部には、上記坑口側ズレ防止凸部５１ｂが設けられている。詳しくは、回動ブラケット５５の端部には、ゴムや樹脂等の可撓性を有するパッド５１ａが設けられていると共に、このパッド５１ａを貫通して上記坑口側ズレ防止凸部５１ｂが設けられている。坑口側ズレ防止凸部５１ｂは、円錐台状、円柱状、角柱状等に形成され、セグメント３の坑口側端面５０に設けた坑口側ズレ防止凹部５９（円錐台孔、円孔、角孔等）に係脱される。
【００３５】
図３に示すように、第２ジャッキ５２を伸長させると、回動ブラケット５５がピン５８を中心として時計回りに回動し、坑口側ズレ防止凸部５１ｂが、トンネル径方向外方に回動移動して、バキュームパッド２２で吸着されるセグメント３の坑口側ズレ防止凹部５９と係合する位置（係合位置）に移動する。このとき、パッド５１ａは、セグメント３の坑口側端面５０に当接する。図４に示すように、第２ジャッキ５２を収縮させると、回動ブラケット５５がピン５８を中心に反時計回りに回動し、坑口側ズレ防止凸部５１ｂが、トンネル径方向内方に回動移動して、セグメント３の坑口側端面５０からトンネル径方向内方に待避する位置（待避位置）に移動する。
【００３６】
バキュームパッド２２、切羽側ズレ防止凸部２５及び坑口側ズレ防止凸部５１ｂによって保持されたセグメント３は、図３、図５に示す姿勢調節部１９によって保持姿勢が調節されるようになっている。
【００３７】
姿勢調節部１９は、台本体１８と保持部本体２１との間に介設され保持部本体２１を台本体１８に対して全方向傾動可能に吊り下げる吊下ロッド３１と、台本体１８と保持部本体２１との間にトンネル幅方向、軸方向に間隔を隔てて配置された４本の姿勢制御ジャッキ３２とを有する。姿勢制御ジャッキ３２は、一端が台本体１８に連結され、他端が保持部本体２１に設けた当て金具６０に球面座６１を介して当接されている。よって、各姿勢制御ジャッキ３２の伸縮量を制御することで、保持部本体２１を台本体１８に対して任意の方向に傾斜させることができ、バキュームパッド２２等によって保持されたセグメント３の姿勢を、台本体１８に対して変更できる。
【００３８】
上述のバキュームパッド２２、凸部２５、５１ｂは、内周面が平面状（平滑）の部分を有するセグメント３（所謂平板形セグメント尚、以下、内周平面セグメントともいう）を保持するものであるが、トンネルのカーブ掘進時等においては、内周平面セグメントを用いるのではなく内周面に凹凸を有するセグメント（所謂鋼製セグメント、ダグタイルセグメント等、以下、内周凹凸セグメントともいう）を用いてトンネルを構築する必要が生じるケースが有る。内周凹凸セグメント３は、バキュームパッド２２によって吸着できないため、別のセグメント保持部によって保持する必要がある。
【００３９】
そこで、上記セグメント組立装置は、内周凹凸セグメント３を保持するため、以下に述べる構成を有している。
【００４０】
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、支持フレーム１２には、別の吊りビーム３３がトンネル径方向に移動可能に装着されている。この吊りビーム３３は、支持フレーム１２にシールドフレーム２の直径方向と平行に装着された円筒状のガイド筒に挿通された一対のガイド柱３５と、これらガイド柱３５の端部同士を連結する連結部３６とからＵ字状に形成されており、連結部３６と支持フレーム１２との間に介設されたジャッキ３７によってトンネル径方向に移動される。
【００４１】
吊りビーム３３の連結部３６には、移動台３８がトンネル軸方向に移動可能に装着されており、移動台３８は、ジャッキ３９によってトンネル軸方向に移動される。移動台３８には、内周凹凸セグメント３を把持するためのセグメント把持部４０が設けられている。セグメント把持部４０は、内周凹凸セグメント３の内周面に形成された補強リブをトンネル軸方向から挟んでボルト等によって連結する連結部４１と、連結部４１のトンネル幅方向の両脇に配設され連結部４１に連結されたセグメント３の内周面を押圧することでそのセグメント３をしっかりと保持するためのサポートジャッキ４２とを有する。
【００４２】
次に、上記エレクタ１による内周平面セグメント３を用いたトンネル構築方法について述べる。
【００４３】
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、本実施形態に係るエレクタ１に、内周平面セグメント３を保持する際には、内周平面セグメント３をトンネル底部に仮置きし、旋回フレーム４をトンネル周方向に回転させ、吊りビーム５をトンネル径方向に移動させ、移動台６をトンネル軸方向に移動させることで、移動台６に装備したバキュームパッド２２を、トンネル底部に仮置きしたセグメント３の内周面に対向させる。
【００４４】
バキュームパッド２２をセグメント３に対向させた状態にて、図４に示すように、第１ジャッキ３０を伸長して切羽側ズレ防止凸部２５を離間位置とし、第２ジャッキ５２を収縮させて坑口側ズレ防止凸部５１ｂを待避位置としておき、凸部２５、５１ｂがセグメント３の端面２３、５０に引っ掛からないようにしておく。そして、吊りビーム５をトンネル径方向外方に移動させてバキュームパッド２２をセグメント３の内周面に当接させ（軽く触れさせ）る。
【００４５】
その後、図３に示すように、切羽側ズレ防止凸部２５を内周平面セグメント３の切羽側ズレ防止凹部２４に係合させ、クッション部２９をセグメント３の切羽側端面２３に押し付ける。また、坑口側ズレ防止凸部５１ｂをセグメント３の坑口側ズレ防止凹部５９に係合させ、パッド５１ａをセグメント３の坑口側端面５０に押し付ける。これにより、セグメント３に対する保持部本体２１の保持位置が定められる。なお、凸部２５、５１ｂの移動は、どちらが先であってもよく、同時でもよい。
【００４６】
ここで、切羽側ズレ防止凸部２５を切羽側ズレ防止凹部２４に係合させ、坑口側ズレ防止凸部５１ｂを坑口側ズレ防止凹部５９に係合させる際、凸部２５、５１ｂが円錐台状に形成され、凹部２４、５９が円錐台穴状に形成されているので、凸部２５と凹部２４、凸部５１ｂと凹部５９の位置がズレていても正規の位置に案内される。このとき、内周平面セグメント３は、トンネル底部に仮置きされていて動くことはないので、保持部本体２１が、内周平面セグメント３に対して相対的に移動し、上記ズレを吸収することになる。
【００４７】
内周平面セグメント３に対する保持部本体２１の移動（三次元的な相対移動）を許容するためには、姿勢調節部１９の姿勢制御ジャッキ３２の油圧をフリーとして保持部本体２１を台本体１８に対して傾動自在とし、同様に各油圧ジャッキの油圧をフリーとすることで、台本体１８を吊りビーム５に対してトンネル軸方向に移動自在とし、吊りビーム５を旋回フレーム４に対してトンネル径方向に移動自在とし、旋回フレーム４をトンネル周方向に回転自在としておく。これにより、保持部本体２１はセグメント３に対して自由に移動することが許容され、保持部本体２１のセグメント３に対する位置ズレを吸収できる。
【００４８】
こうして、切羽側ズレ防止凸部２５を切羽側ズレ防止凹部２４に係合し、クッション部２９を切羽側端面２３に押し付け、坑口側ズレ防止凸部５１ｂを坑口側ズレ防止凹部５９に係合し、パッド５１ａを坑口側端面５０に当接したならば、バキュームパッド２２の内方の空気をバキュームポンプによって排気し、バキュームパッド２２に内周平面セグメント３を吸着保持する。
【００４９】
保持後、吊りビーム５をトンネル径方向に移動させ、旋回フレーム４をトンネル周方向に回転させ、移動台６の台本体１８をトンネル軸方向に移動させることで、保持された内周平面セグメント３を所望の組付位置の近傍に移動させて粗位置決めする。その後、図４に示すように、坑口側ズレ防止凸部５１ｂをトンネル径方向内方に回動移動させて待避位置とし、姿勢調節部１９等によりセグメント３の姿勢及び位置を微調節しつつ、図６に示すように、保持した内周平面セグメント３を既設セグメント３に組み付ける。
【００５０】
内周平面セグメント３は、最初に保持されてから上記粗位置決めまでは、バキュームパッド２２による吸引に加えて切羽側ズレ防止凸部２５と坑口側ズレ防止凸部５１ｂとで軸方向の前後から挟んで保持されているため、粗位置決めを素早く行うべく或る程度の速さでトンネル周方向、径方向、軸方向に移動されて所定の慣性力が生じたとしても、バキュームパッド２２に対するズレが抑制され、バキュームパッド２２からの落下が防止される。
【００５１】
その後、粗位置決めの位置の内周平面セグメント３を移動させて既設セグメント３に組み付けるときには、坑口側ズレ防止凸部５１ｂがトンネル径方向内方に回動移動されて待避位置（坑口側から見て内周平面セグメント３の坑口側端面５０と重ならない位置）に移動されるので、坑口側ズレ防止凸部５１ｂが組み付けの邪魔になることはない。
【００５２】
また、内周平面セグメント３は、粗位置決めの位置からごく僅かの距離を移動することで既設セグメント３に当接されるので、ゆっくりと微調節しつつ移動させてもそれ程時間がかからない上、問題となるような大きな慣性力が生じることはなく、且つ、既設セグメント３に当接したときに大きな衝撃が発生することもない。よって、粗位置決めの位置から既設セグメント３に当接されるまでの間は、バキュームパッド２２及び切羽側ズレ防止凸部２５のみの保持であっても、セグメント３がバキュームパッド２２からズレたり落下することはない。
【００５３】
かかる内周平面セグメント３は、図６に示すように、一方のピース間端面４６が既設セグメント３のピース間端面４８に軸方向にズレた状態で当接された後、軸方向に移動され、これにより、雄コーン部４７が既設セグメント３の雌コーン部４９に係合され、継手ピン４４が既設セグメント３の継手穴４５に係合され、組み付けが達成される。
【００５４】
このように、バキュームパッド２２及び切羽側ズレ防止凸部２５により保持した内周平面セグメント３をトンネル軸方向後方（坑口側）に移動させて既設セグメント３に押し付けて組み付ける際、保持したセグメント３は既設セグメント３からトンネル軸方向前方（切羽側）の反力を受けることになるが、この反力は切羽側ズレ防止凸部２５によって支持される。よって、セグメント３をバキュームパッド２２に対してズラすことなく所定の適切な力で坑口側の既設セグメント３に押し付けることができる。
【００５５】
ところで、内周平面セグメント３をバキュームパッド２２で吸着保持した状態のときに、例えば停電や故障等によってバキュームポンプの作動が停止すると、バキュームパッド２２の吸着力が低下する。すなわち、バキュームパッド２２とバキュームポンプとの間の排気経路又はバキュームポンプ内部にはバキュームパッド２２の吸着力を保持するための逆止弁が設けられているものの、セグメント３を保持している間は通常作動されているべきバキュームポンプが停電等によって停止すると、逆止弁やバキュームパッド２２の縁部から少しずつ負圧が抜けるので、バキュームパッド２２の吸着力が低下する。
【００５６】
このように停電、故障等によりバキュームポンプの作動が停止してバキュームパッド２２の吸着力が低下しても、本実施形態では、バキュームパッド２２で保持したセグメント３を粗位置決めの位置に移動させるまでは切羽側ズレ防止凸部２５及び坑口側ズレ防止凸部５１ｂによってセグメント３の保持を補助し、粗位置決めの位置から既設セグメント３に当接させるまでは切羽側ズレ防止凸部２５によってセグメント３の保持を補助しているので、内周平面セグメント３がバキュームパッド２２からズレたり脱落することが抑制される。
【００５７】
詳しくは、停電等によってバキュームポンプの作動が停止した状態で、トンネル底部にてバキュームパッド２２で吸着されたセグメント３が旋回フレーム４の回転によりトンネル周方向に９０度旋回移動された状態となると、セグメント３とバキュームパッド２２との間の吸着面に剪断力が作用するため、セグメント３のバキュームパッド２２に対するズレ、バキュームパッド２２からの脱落が最も生じ易い。
【００５８】
本実施形態では、バキュームパッド２２で吸着されたセグメント３は、切羽側ズレ防止凸部２５が切羽側ズレ防止凹部２４に係合され坑口側ズレ防止凸部５１ｂが坑口側ズレ防止凹部５９に係合されていて軸方向の前後から挟持されているので、例え９０度旋回移動された位置であっても、上記ズレ及び脱落が防止される。また、凸部２５及び凹部２４の組、凸部５１ｂ及び凹部５９の組が、セグメント３の周方向に間隔を隔てて２個ずつ設けられているので（図１、図５参照）、セグメント３が図５の紙面垂直軸廻りに回転することが防止され安定して挟持される。
【００５９】
セグメント３のトンネル底部からの周方向旋回角度が９０度未満のときには、セグメント３とバキュームパッド２２との間の吸着面に生じる剪断力は９０度旋回された場合と比べて小さくなるので、９０度のときと比べるとセグメント３はズレ難く脱落し難い。また、セグメント３のトンネル底部からの周方向旋回角度が９０度を超えると、セグメント３の自重の一部がバキュームパッド２２の上に載せられた状態となる（１８０度旋回移動されたときにはセグメント３の全自重がバキュームパッド２２に載せられた状態となる）ので、９０度のときと比べるとセグメント３はズレ難く脱落し難い。
【００６０】
このように本実施形態では、バキュームパッド２２により吸着された内周平面セグメント３を切羽側ズレ防止凸部２５と坑口側ズレ防止凸部５１ｂとで軸方向から挟むことで、バキュームパッド２２によるセグメント３の吸着保持を補助しているので、セグメント３の内周面にセーフティピン（特許文献１参照）を差し込むための保持孔を形成する必要はない。
【００６１】
よって、セグメント３を組み付けた後（一次覆工後）、保持孔を塞ぐ防水施工（二次覆工）が不要となり、コストダウンを図ることができる。また、バキュームパッド２２の形状を保持孔を避けた形状とする必要はない。よって、バキュームパッド２２の吸着面積が保持孔によって制限されることはなく、バキュームパッド２２の吸着力向上が保持孔によって制限されることはない。また、バキュームパッド２２の形状を保持孔を避けて複雑な形状とする必要もなく、コストダウンに繋がる。
【００６２】
また、内周平面セグメント３は、図６に示すように、切羽側端面２３に切羽側ズレ防止凹部２４を有し、坑口側端面５０に坑口側ズレ防止凹部５９を有しているので、地上における搬送トラックからヤードへの移送、ヤードから立坑底部への移送、立坑底部からセグメント台車への移送の際に、各凹部２４、５９にピンを挿入する等してセグメント３を軸方向から挟持することで、安定して移送することができる。特に、各凹部２４、５９を、図６に示すように２箇所ずつ設けることで、４点吊りとなるので、安定性が増す。
【００６３】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。
【００６４】
図７に変形実施形態を示す。この図７に示す変形実施形態は、切羽側ズレ防止凸部２５及び凹部２４の組、坑口側ズレ防止凸部５１ｂ及び凹部５９の組を、夫々１組ずつ設けた点のみが、前実施形態（図５参照）と異なる。なお、凸部２５及び凹部２４の組、凸部５１ｂ及び凹部５９の組の数は、１：１、２：１、１：２等様々な組み合わせが考えられ、一端面（２３又は５０）当たり３組以上としてもよい。
【００６５】
また、エレクタ１の凸部２５は、図６に示すセグメント３の切羽側端面２３に形成された凹部２４に挿入されるのものに限られず、セグメント３の切羽側端面２３に形成された継手穴４５に、差し込まれるものでもよい。すなわち、継手穴４５と切羽側ズレ防止凹部２４とを共用してもよい。
【００６６】
また、バキュームパッド２２によって吸着保持されるセグメント３は、内周面の全てが凹凸なく平坦状となっていてもよいが、内周面の一部（バキュームパッド２２が当接される部分）のみが凹凸なく平坦状となっていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の一実施形態に係るセグメントの斜視図である。
【図２】図１のセグメントを組み立てるエレクタの説明図であり、（ａ）はエレクタの側断面図、（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。
【図３】図２（ａ）の部分拡大図である。
【図４】図３の切羽側ズレ防止凸部及び坑口側ズレ防止凸部を、夫々、離間位置及び待避位置とした図である。
【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１のセグメントの組み立ての様子を示す説明図である。
【図７】本発明の変形実施形態を示す説明図（図５に対応する図）である。
【符号の説明】
【００６８】
１ エレクタ
３ セグメント
３ｘ セグメント本体
３ａ 内周面
２２ バキュームパッド
２３ セグメントの切羽側端面
２４ 切羽側ズレ防止凹部
２５ 切羽側ズレ防止凸部
４４ 坑口側継手凸部
４５ 切羽側継手凹部
５０ セグメントの坑口側端面
５１ｂ 坑口側ズレ防止凸部
５９ 坑口側ズレ防止凹部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削したトンネル孔の内周に沿ってエレクタにより組み付けられてトンネルを構築するためのセグメントであって、
セグメント本体の内周面を上記エレクタに装着したバキュームパッドに吸着すべく凹凸なく且つ平滑に形成し、
そのセグメント本体の切羽側端面に、上記エレクタに装着した切羽側ズレ防止凸部が挿入される切羽側ズレ防止凹部を形成し、
上記セグメント本体の坑口側端面に、上記エレクタに装着した坑口側ズレ防止凸部が挿入される坑口側ズレ防止凹部を形成した
ことを特徴とするセグメント。
【請求項２】
請求項１に記載のセグメントをトンネル孔の内周に沿ってエレクタにより組み付けてトンネルを構築する方法であって、
上記エレクタの切羽側ズレ防止凸部を上記セグメント本体の切羽側ズレ防止凹部に挿入し、上記エレクタの坑口側ズレ防止凸部を上記セグメント本体の坑口側ズレ防止凹部に挿入した状態で、上記エレクタのバキュームバッドによって上記セグメント本体の内周面を吸着して保持し、
保持した上記セグメント本体を上記エレクタによって上記トンネルの周方向、径方向及び軸方向に移動させ、そのセグメント本体を上記トンネル孔内の所定位置に組み付けるようにしたことを特徴とするトンネル構築方法。
【請求項３】
上記セグメント本体に、トンネル軸方向に隣接するセグメント同士を連結するため、その坑口側端面に坑口側継手凸部を設けると共に切羽側端面に切羽側継手凹部を設け、
その切羽側継手凹部を上記切羽側ズレ防止凹部と兼用し、上記切羽側継手凹部に上記エレクタの切羽側ズレ防止凸部を挿入するようにした
請求項２に記載のトンネル構築方法。
【請求項１】
掘削したトンネル孔の内周に沿ってエレクタにより組み付けられてトンネルを構築するためのセグメントであって、
セグメント本体の内周面を上記エレクタに装着したバキュームパッドに吸着すべく凹凸なく且つ平滑に形成し、
そのセグメント本体の切羽側端面に、上記エレクタに装着した切羽側ズレ防止凸部が挿入される切羽側ズレ防止凹部を形成し、
上記セグメント本体の坑口側端面に、上記エレクタに装着した坑口側ズレ防止凸部が挿入される坑口側ズレ防止凹部を形成した
ことを特徴とするセグメント。
【請求項２】
請求項１に記載のセグメントをトンネル孔の内周に沿ってエレクタにより組み付けてトンネルを構築する方法であって、
上記エレクタの切羽側ズレ防止凸部を上記セグメント本体の切羽側ズレ防止凹部に挿入し、上記エレクタの坑口側ズレ防止凸部を上記セグメント本体の坑口側ズレ防止凹部に挿入した状態で、上記エレクタのバキュームバッドによって上記セグメント本体の内周面を吸着して保持し、
保持した上記セグメント本体を上記エレクタによって上記トンネルの周方向、径方向及び軸方向に移動させ、そのセグメント本体を上記トンネル孔内の所定位置に組み付けるようにしたことを特徴とするトンネル構築方法。
【請求項３】
上記セグメント本体に、トンネル軸方向に隣接するセグメント同士を連結するため、その坑口側端面に坑口側継手凸部を設けると共に切羽側端面に切羽側継手凹部を設け、
その切羽側継手凹部を上記切羽側ズレ防止凹部と兼用し、上記切羽側継手凹部に上記エレクタの切羽側ズレ防止凸部を挿入するようにした
請求項２に記載のトンネル構築方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−７０９９７（Ｐ２０１０−７０９９７Ａ）
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４０７１８（Ｐ２００８−２４０７１８）
【出願日】平成２０年９月１９日（２００８．９．１９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２日（２０１０．４．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年９月１９日（２００８．９．１９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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