合成セグメントと合成セグメントの継手構造
【課題】合成セグメントを薄肉化、幅広化しても高い剛性を保持することができる合成セグメントを提供することを目的とする。
【解決手段】掘削坑の内面に沿ってトンネル周方向及びトンネル軸方向にそれぞれ複数継手されてトンネルを構成する円弧版状の合成セグメント１であって、トンネル周方向に沿って延在する円弧状の構造部材６，６が少なくとも２本平行に埋設されているとともに、トンネル軸方向に沿って延在する鋼材４が埋設されており、鋼材４に引張力が導入されるとともに、鋼材４の両端が定着具５，５によって構造部材６，６にそれぞれ固定されることで、トンネル軸方向へのプレストレスが与えられている。
【解決手段】掘削坑の内面に沿ってトンネル周方向及びトンネル軸方向にそれぞれ複数継手されてトンネルを構成する円弧版状の合成セグメント１であって、トンネル周方向に沿って延在する円弧状の構造部材６，６が少なくとも２本平行に埋設されているとともに、トンネル軸方向に沿って延在する鋼材４が埋設されており、鋼材４に引張力が導入されるとともに、鋼材４の両端が定着具５，５によって構造部材６，６にそれぞれ固定されることで、トンネル軸方向へのプレストレスが与えられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルを構成する合成セグメント、及び、トンネル軸方向に隣接する合成セグメント同士を接合する継手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セグメントの厚さを小さくするセグメントの薄肉化の要望が高まっている。セグメントを薄肉化すると、シールドマシンによって掘削する掘削坑の径を小さくすることができ、これによって、シールドマシンを小型化するとともに掘削土量を低減させることができ、コストダウンを図ることができる。
【０００３】
また、近年、セグメントの幅寸法（トンネル軸方向の寸法）を大きくするセグメントの幅広化の要望が高まっている。セグメントを幅広化すると、１サイクル当りの掘進距離が長くなるため、トンネル掘進工程の短縮を図ることができ、特に、長距離トンネルの掘進の場合には有効である。
【０００４】
一方、セグメントにおけるリング間継手構造としては、一方のセグメントの接合端部に設けられたボルト状の雄ネジ部材と、他方のセグメントの接合端部に設けられたナット状の雌ネジ部材とを螺合させることで、トンネル軸方向に隣接する一対のセグメント同士を接合する構成のものがある。前記雄ネジ部材は、一方のセグメントの接合端部に設けられた定着具に取り付けられており、前記雌ネジ部材は、他方のセグメントの接合端部に設けられた定着具に取り付けられている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−１７３３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、セグメントが薄肉化されると、セグメントに作用する土圧によって、セグメントに撓みが生じ易くなる。特に、セグメントの場合、トンネル周方向の曲げを考慮する必要があり、トンネル周方向の曲げを許容できる剛性を保持することが必要である。
また、セグメントの幅広化されると、トンネル軸方向に撓みが生じ易くなり、トンネル軸方向の許容できる剛性を保持することが必要である。
【０００６】
また、上記した従来のセグメントのリング間継手構造では、一方のセグメントに取り付けられた雄ネジ部材と他方のセグメントに取り付けられた雌ネジ部材とを螺合させる必要があるため、セグメントのリング間継手には相当の手間がかかり、継手作業が煩雑であるという問題が存在する
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、合成セグメントを薄肉化、幅広化しても高い剛性を保持することができる合成セグメントを提供することを目的としている。
また、本発明は、合成セグメント同士のリング間継手を簡易に行うことができる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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、掘削坑の内面に沿ってトンネル周方向及びトンネル軸方向にそれぞれ複数継手されてトンネルを構成する円弧版状の合成セグメントであって、前記トンネル周方向に沿って延在する円弧状の構造部材が少なくとも２本平行に埋設されているとともに、前記トンネル軸方向に沿って延在する鋼材が埋設されており、該鋼材に引張力が導入されるとともに、該鋼材の両端が定着具によって前記構造部材にそれぞれ固定されることで、前記トンネル軸方向へのプレストレスが与えられていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成により、構造部材の剛性によって、トンネル周方向の曲げに対する合成セグメントの剛性が向上する。また、両端が構造部材に固定されているとともに引張力が導入された鋼材によって、合成セグメントにトンネル軸方向へのプレストレスが付与され、トンネル軸方向の曲げに対する合成セグメントの剛性が向上する。
【００１０】
請求項２記載の発明は、 請求項１に記載された合成セグメント同士をトンネル軸方向に継手する合成セグメントの継手構造であって、トンネル軸方向に隣接する一対の合成セグメントのうち、一方の合成セグメントに設けられた一方の定着具には、ピンボルトを有する雄型継手が設けられ、他方の合成セグメントに設けられた他方の定着具には、前記ピンボルトが挿嵌される挿入孔が形成された楔を有する雌型継手が設けられ、前記ピンボルトが前記挿入孔に挿入され、前記ピンボルトと前記楔とが嵌合係止されて前記一対の合成セグメント同士が継手されている
【００１１】
このような構成により、挿入孔に挿入されたピンボルトを楔が把持し、ピンボルトの引き抜きが規制されることとなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る合成セグメントによれば、トンネル周方向およびトンネル軸方向の曲げに対する合成セグメントの剛性がそれぞれ向上し、合成セグメントを薄肉化、幅広化しても、高い剛性を保持することができる。
【００１３】
また、本発明に係る合成セグメントの継手構造によれば、一方の合成セグメント側の定着具に設けられたピンボルトを、他方の合成セグメント側の定着具に設けられた楔の挿入孔に挿入させるだけで、トンネル軸方向に隣接する合成セグメント同士を接合させることができる。このように、リング間継手がワンタッチ継手となるため、リング間継手の作業を簡単に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態について、図面に基いて説明する。なお、以下の説明の中で、「前方」や「前側」は、トンネル２の掘進方向における「前方」や「前側」であり、図１における左側である。また、「後方」や「後側」は、トンネル２の掘進方向における「後方」や「後側」であり、図１における右側である。
【００１５】
図１は複数のセグメントピース１…（合成セグメント）からなるトンネル２を表す図である。図１に示すように、湾曲した板形状の複数のセグメントピース１…を図示せぬ掘削坑の内面に沿って筒状に組み立てることでトンネル２が構築される。このとき、トンネル２の周方向に隣接するセグメントピース１，１は、対向するピース間接合面１ａ，１ａ（トンネル２軸方向に延在するセグメントピース１の端面）同士が図示せぬピース間継手を介して接合されることで連結されている。また、トンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１は、対向するリング間接合面１ｂ，１ｂ（トンネル２の周方向に延在するセグメントピース１の端面）同士が複数（図１では４つ）のリング間継手３…（リング間継手構造）を介して接合されることで連結されている。
【００１６】
図２はセグメントピース１を表す図である。図１，図２に示すように、セグメントピース１は、円弧版状のコンクリート造の部材であり、その内部には、２本平行するＨ形鋼などの鉄骨材６，６（構造部材）と、ＰＣ（プレストレスコンクリート）鋼線やＰＣ鋼棒等の複数（図１では４本）のＰＣ鋼材４…（鋼材）とがそれぞれ埋設されている。鉄骨材６，６は、トンネル２の周方向に沿って延在する円弧状の部材であり、セグメントピース１のリング間側の両端部にそれぞれ設けられている。ＰＣ鋼材４…は、トンネル２の軸方向に沿って延在させており、平行する２本の鉄骨材６，６間に架設されている。
【００１７】
また、ＰＣ鋼材４…には、引張力がそれぞれ導入されているとともに、それらＰＣ鋼材４…の両端は、両側の鉄骨材６，６をそれぞれ貫通しているとともに、定着具５，５によって鉄骨材６，６にそれぞれ固定されている。これにより、セグメントピース１には、トンネル２軸方向へのプレストレスが導入され、つまり図２に示す矢印方向の圧縮力（外力による引張応力を打ち消すための応力）が予め計画的に付与されている。セグメントピース１へのプレストレスの付与方法としては、セグメントピース１のコンクリートを打設する前に、予め図示せぬ型枠内に配置したＰＣ鋼材４にテンションをかけておき、コンクリート硬化後に緊張をゆるめ、ＰＣ鋼材４とセグメントピース１のコンクリートとの付着力によってプレストレスを導入するプレテンション方式が採用されている。
【００１８】
図３はセグメントピース１のリング間側の両端部（前後端部）の拡大断面図である。図３に示すように、ＰＣ鋼材４…は、少なくとも両端部（図３ではＰＣ鋼材４の全体）が雄ネジ状に形成された部材であり、セグメントピース１の一方のリング間側端部から他方のリング間側端部まで延在されている。
また、セグメントピース１のリング間側の両端部に設けられた鉄骨材６，６のウェブには、複数のＰＣ鋼材４…の端部をそれぞれ挿通させるための孔６ａがそれぞれ形成されており、ＰＣ鋼材４の両端部は鉄骨材６，６にそれぞれ貫設されている。
【００１９】
定着具５…は、ＰＣ鋼材４の両端部を鉄骨材６，６にそれぞれ定着される冶具であり、具体的には、鉄骨材６のウェブ外側面に接合された鋼板７と、鋼板７の外側に配置されたナット８と、鋼板７とナット８との間に介在されたワッシャ９とから構成されている。鋼板７には、鉄骨材６の孔６ａに一致する孔７ａが形成されており、この孔７ａにＰＣ鋼材４の端部が挿通されている。鋼板７から突出したＰＣ鋼材４の端部にはワッシャ９を介してナット８が螺合されており、このナット８を締め付けることでＰＣ鋼材４に引張力が導入され、鋼板７で反力をとることでセグメントピース１にプレストレスが付与される。なお、定着具５…は、セグメントピース１…のリング間側の端面には、テーパー状に窄まった丸穴１ｃ形成されており、この丸穴１ｃ内に定着具５が設けられている。
【００２０】
図１，図２に示すように、セグメントピース１の一方側（後側）のリング間側端部に設けられた一方の定着具（後側定着具５ａ）には、雄型継手１０が設けられており、セグメントピース１の他方（前側）のリング間側端部に設けられた他方の定着具（前側定着具５ｂ）には、雌型継手１１が設けられている。
【００２１】
図３に示すように、雄型継手１０は、後側定着具５ａのナット８から突出した雄ネジ状のＰＣ鋼材４の先端部に螺合される螺合部１２と、螺合部１２の先端面（後側の端面）に突設されたピンボルト１３とから構成されている。
螺合部１２は、基端側（前側）に開口された雌ネジ穴１２ａが形成されているとともに当該雌ネジ穴１２ａの先端側（後側）が閉じられた構成からなる部位である。ピンボルト１３は、トンネル２の軸方向に延在している円柱形状の部材であり、ピンボルト１３は、セグメントピース１のリング間接合面１ｂから突出している。また、ピンボルト１３の外周面には、周方向に延在する複数の同軸凹凸が軸方向に連続的（鋸目状）に形成されている。
【００２２】
また、雌型継手１１は、楔１４と、楔１４を保持するホルダ１５と、楔１４を付勢するウレタンバネ１６と、ウレタンバネ１６を収容するケース１７とから構成されている。
楔１４は、外形が前側に窄まったテーパー形状になっているとともに、ピンボルト１３が挿入される挿入孔１４ａが中央に形成された中空の部材である。挿入孔１４ａの内周面には、周方向に延在する複数の同軸凹凸が軸方向に連続的（鋸目状）に形成されており、挿入孔１４ａの内周面に形成された同軸凹凸と、ピンボルト１３の外周面に形成された同軸凹凸とは、互いに噛み合う形状になっている。
【００２３】
ホルダ１５は、内周形状が前側に窄まったテーパー形状になっている中空の部材であり、このテーパー状のホルダ１５の中には、同じくテーパー状の楔１４が挿嵌されて収納されている。なお、楔１４は、ホルダ１５に対して軸方向に摺動自在に嵌合されている。また、ホルダ１５や楔１４（雌型継手１１）は、リング間接合面１ｂから突出させずに丸穴１ｃの中に配置されている。
【００２４】
ウレタンバネ１６は、所定の弾力性を有するドーナツ状（環状）のウレタン部材であり、楔１４の環状の後端面（奥側の端面）に当接されている。ケース１７は、前側に開放された丸皿状の部材であり、ケース１７の前端（鍔部）はホルダ１５に接合されており、また、ケース１７の後端（底部）は前側定着具５ｂのナット８に接合されている。なお、ウレタンバネを収納するケースは、ナット８と一体成形されたものであっても良い。
【００２５】
図４はトンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´のリング間継手３を表す破断図である。図４に示すように、リング間継手３は、上記した雄型継手１０と雌型継手１１とから構成されている。つまり、リング間継手３は、新たに設置する一方のセグメントピース１に設けられた雄型継手１０のピンボルト１３を、既に設置された他方のセグメントピース１´の雌型継手１１の挿入孔１４ａに挿入し、ピンボルト１３と楔１４とを嵌合係止させることで、トンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´同士を継手する構成からなる。
【００２６】
次に、トンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´同士の継手方法について説明する。
【００２７】
図１に示すように、先に設置されたセグメントピース１´の前方に、新たに設置するセグメントピース１を配置する。このとき、新たに設置するセグメントピース１は、先に設置されたセグメントピース１´に対して、周方向に略半分だけずらして配置しており、セグメントピース１…は、接合目地がジグザグになるように千鳥配置する。また、予め、新たに設置するセグメントピース１の後側定着具５ａに雄型継手１０を取り付けておくとともに、先に設置されたセグメントピース１´の前側定着具５ｂに雌型継手１１を取り付けておく。
【００２８】
そして、図３に示すように、新たに設置するセグメントピース１を後方に移動させて、新たに設置するセグメントピース１の後側のリング間接合面１ｂを、先に設置されたセグメントピース１´の前側のリング間接合面１ｂ´に当接させるとともに、新たに設置するセグメントピース１の雄型継手１０を、先に設置されたセグメントピース１´の雌型継手１１に嵌合させることで、トンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´同士を継手する。具体的には、雄型継手１０のピンボルト１３を、雌型継手１１の挿入孔１４ａに位置決めした後、楔１４を押し広げながら挿入孔１４ａ内に挿入させる。このとき、図５（ａ）に示すように、ピンボルト１３の外周面と挿入孔１４ａの内周面とは、同軸凹凸によって互いに引っ掛かるため、ホルダ１５に軸方向に摺動可能に保持されている楔１４には、挿入されるピンボルト１３によって、後方に向かって軸方向に押し出す力が作用し、楔１４はウレタンバネ１６に押し付けられる。楔１４がウレタンバネ１６に押し付けられると、図５（ｂ）に示すように、ウレタンバネ１６の弾性反力によって、楔１４を前方に押し出す力が作用して、楔１４に縮径する方向の力が作用し、この楔１４によってピンボルト１３が把持され、ピンボルト１３の引き抜きが規制される。さらに、ピンボルト１３に引き抜き力が作用した場合、同軸凹凸によって挿入孔１４ａの内周面がピンボルト１３の外周面に引っ掛かるため、楔１４に縮径方向の力が作用し、楔１４によってピンボルト１３がより強力に把持される。
【００２９】
上記した構成からなるセグメントピース１によれば、鉄骨材６，６自体の剛性によって、トンネル２の周方向の曲げに対するセグメントピース１の剛性が向上し、また、引張力が導入されるとともに両端が鉄骨材６，６にそれぞれ固定されたＰＣ鋼材４…によって、セグメントピース１にトンネル２軸方向へのプレストレスが付与され、トンネル２の軸方向の曲げに対するセグメントピース１の剛性が向上する。これによって、セグメントピース１を薄肉化、幅広化しても、高い剛性を保持することができる。
【００３０】
また、上記したトンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´同士を継手するリング間継手３によれば、新たに設置するセグメントピース１の後側定着具５ａに設けられたピンボルト１３を、先に設置されたセグメントピース１´の前側定着具５ｂに設けられた楔１４の挿入孔１４ａに挿入させるだけで、トンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´同士を接合させることができる。このように、リング間継手３がワンタッチ継手となるため、リング間継手３の作業を簡単に行うことができる。
【００３１】
また、雌型継手１１の楔１４と前側定着具５ｂとの間にウレタンバネ１６が介在されているため、ウレタンバネ１６の弾性反力によって、楔１４に縮径方向の力が作用し、楔１４がピンボルト１３を強力に把持するため、トンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´同士の継手状態を確実に維持することができる。
【００３２】
また、図示せぬシールド機を図示せぬジャッキによって掘進させる際、セグメントピース１の前側のリング間接合面１ｂで図示せぬジャッキの反力を取ることになるが、雌型継手１１がリング間接合面１ｂから突出していないため、図示せぬジャッキの設置の障害になることがない。
【００３３】
以上、本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、セグメントピース１のコンクリートを打設する前に、予め図示せぬ型枠内に配置したＰＣ鋼材４にテンションをかけておくことで、セグメントピース１にプレストレスを与えるプレテンション方式のセグメントピースを採用しているが、本発明は、セグメントピースのコンクリート内にＰＣ鋼材を挿通させるシースを埋設させ、コンクリート硬化後にシース内にＰＣ鋼材を挿通させて、このＰＣ鋼材にテンションをかけることで、セグメントピースにプレストレスを与えるポストテンション方式のセグメントピースであってもよい。
【００３４】
また、上記した実施の形態では、セグメントピース１のリング間側の両端部に、Ｈ形鋼等からなる鉄骨材６，６がそれぞれ埋設されているが、本発明は、鉄骨以外の構造部材であってもよい。また、本発明は、セグメントピース（合成セグメント）の中央部にも構造部材が設けられていてもよく、３本以上の構造部材が埋設されていてもよい。さらに、本発明は、セグメントピースのリング間側の両端部だけでなく、セグメントピースのピース間側の両端部にも構造部材が設けられていてもよい。
【００３５】
また、上記した実施の形態では、少なくとも両端部が雄ネジ状に形成されたＰＣ鋼材４を用いているが、本発明は、両端部に雄ネジ部材が付設された構成からなるＰＣ鋼材であってもよい。
また、上記した実施の形態では、セグメントピース１の一方のリング間側端部に、ピンボルト１３を有する雄型継手１０が設けられ、他方のリング間側端部に、ピンボルト１３が挿嵌される楔１４を有する雌型継手１１が設けられているが、本発明に係る合成セグメントは、上記した雄型継手１０や雌型継手１１が設けられていなくてもよく、他の継手構造によって継手される合成セグメントであってもよい。
さらに、上記した実施の形態では、ナット８等を用いた定着具５を使用しているが、本発明は、他の定着具であってもよく、また、その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成を、周知の構成に置き換えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態を説明するための複数の合成セグメントからなるトンネルを表した図である。
【図２】本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態を説明するための合成セグメントを表した図である。
【図３】本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態を説明するための合成セグメントのリング間側端部を表した図である。
【図４】本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態を説明するための継手構造を表した図である。
【図５】本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態を説明するための継手構造を表した図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１´ セグメントピース（合成セグメント）
２ トンネル
３ リング間継手（継手構造）
４ ＰＣ鋼材（鋼材）
５，５ａ，５ｂ 定着具
６ 鉄骨材（構造部材）
１０ 雄型継手
１１ 雌型継手
１３ ピンボルト
１４ 楔
１４ａ 挿入孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルを構成する合成セグメント、及び、トンネル軸方向に隣接する合成セグメント同士を接合する継手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、セグメントの厚さを小さくするセグメントの薄肉化の要望が高まっている。セグメントを薄肉化すると、シールドマシンによって掘削する掘削坑の径を小さくすることができ、これによって、シールドマシンを小型化するとともに掘削土量を低減させることができ、コストダウンを図ることができる。
【０００３】
また、近年、セグメントの幅寸法（トンネル軸方向の寸法）を大きくするセグメントの幅広化の要望が高まっている。セグメントを幅広化すると、１サイクル当りの掘進距離が長くなるため、トンネル掘進工程の短縮を図ることができ、特に、長距離トンネルの掘進の場合には有効である。
【０００４】
一方、セグメントにおけるリング間継手構造としては、一方のセグメントの接合端部に設けられたボルト状の雄ネジ部材と、他方のセグメントの接合端部に設けられたナット状の雌ネジ部材とを螺合させることで、トンネル軸方向に隣接する一対のセグメント同士を接合する構成のものがある。前記雄ネジ部材は、一方のセグメントの接合端部に設けられた定着具に取り付けられており、前記雌ネジ部材は、他方のセグメントの接合端部に設けられた定着具に取り付けられている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−１７３３８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、セグメントが薄肉化されると、セグメントに作用する土圧によって、セグメントに撓みが生じ易くなる。特に、セグメントの場合、トンネル周方向の曲げを考慮する必要があり、トンネル周方向の曲げを許容できる剛性を保持することが必要である。
また、セグメントの幅広化されると、トンネル軸方向に撓みが生じ易くなり、トンネル軸方向の許容できる剛性を保持することが必要である。
【０００６】
また、上記した従来のセグメントのリング間継手構造では、一方のセグメントに取り付けられた雄ネジ部材と他方のセグメントに取り付けられた雌ネジ部材とを螺合させる必要があるため、セグメントのリング間継手には相当の手間がかかり、継手作業が煩雑であるという問題が存在する
【０００７】
本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、合成セグメントを薄肉化、幅広化しても高い剛性を保持することができる合成セグメントを提供することを目的としている。
また、本発明は、合成セグメント同士のリング間継手を簡易に行うことができる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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明は、掘削坑の内面に沿ってトンネル周方向及びトンネル軸方向にそれぞれ複数継手されてトンネルを構成する円弧版状の合成セグメントであって、前記トンネル周方向に沿って延在する円弧状の構造部材が少なくとも２本平行に埋設されているとともに、前記トンネル軸方向に沿って延在する鋼材が埋設されており、該鋼材に引張力が導入されるとともに、該鋼材の両端が定着具によって前記構造部材にそれぞれ固定されることで、前記トンネル軸方向へのプレストレスが与えられていることを特徴としている。
【０００９】
このような構成により、構造部材の剛性によって、トンネル周方向の曲げに対する合成セグメントの剛性が向上する。また、両端が構造部材に固定されているとともに引張力が導入された鋼材によって、合成セグメントにトンネル軸方向へのプレストレスが付与され、トンネル軸方向の曲げに対する合成セグメントの剛性が向上する。
【００１０】
請求項２記載の発明は、 請求項１に記載された合成セグメント同士をトンネル軸方向に継手する合成セグメントの継手構造であって、トンネル軸方向に隣接する一対の合成セグメントのうち、一方の合成セグメントに設けられた一方の定着具には、ピンボルトを有する雄型継手が設けられ、他方の合成セグメントに設けられた他方の定着具には、前記ピンボルトが挿嵌される挿入孔が形成された楔を有する雌型継手が設けられ、前記ピンボルトが前記挿入孔に挿入され、前記ピンボルトと前記楔とが嵌合係止されて前記一対の合成セグメント同士が継手されている
【００１１】
このような構成により、挿入孔に挿入されたピンボルトを楔が把持し、ピンボルトの引き抜きが規制されることとなる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る合成セグメントによれば、トンネル周方向およびトンネル軸方向の曲げに対する合成セグメントの剛性がそれぞれ向上し、合成セグメントを薄肉化、幅広化しても、高い剛性を保持することができる。
【００１３】
また、本発明に係る合成セグメントの継手構造によれば、一方の合成セグメント側の定着具に設けられたピンボルトを、他方の合成セグメント側の定着具に設けられた楔の挿入孔に挿入させるだけで、トンネル軸方向に隣接する合成セグメント同士を接合させることができる。このように、リング間継手がワンタッチ継手となるため、リング間継手の作業を簡単に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態について、図面に基いて説明する。なお、以下の説明の中で、「前方」や「前側」は、トンネル２の掘進方向における「前方」や「前側」であり、図１における左側である。また、「後方」や「後側」は、トンネル２の掘進方向における「後方」や「後側」であり、図１における右側である。
【００１５】
図１は複数のセグメントピース１…（合成セグメント）からなるトンネル２を表す図である。図１に示すように、湾曲した板形状の複数のセグメントピース１…を図示せぬ掘削坑の内面に沿って筒状に組み立てることでトンネル２が構築される。このとき、トンネル２の周方向に隣接するセグメントピース１，１は、対向するピース間接合面１ａ，１ａ（トンネル２軸方向に延在するセグメントピース１の端面）同士が図示せぬピース間継手を介して接合されることで連結されている。また、トンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１は、対向するリング間接合面１ｂ，１ｂ（トンネル２の周方向に延在するセグメントピース１の端面）同士が複数（図１では４つ）のリング間継手３…（リング間継手構造）を介して接合されることで連結されている。
【００１６】
図２はセグメントピース１を表す図である。図１，図２に示すように、セグメントピース１は、円弧版状のコンクリート造の部材であり、その内部には、２本平行するＨ形鋼などの鉄骨材６，６（構造部材）と、ＰＣ（プレストレスコンクリート）鋼線やＰＣ鋼棒等の複数（図１では４本）のＰＣ鋼材４…（鋼材）とがそれぞれ埋設されている。鉄骨材６，６は、トンネル２の周方向に沿って延在する円弧状の部材であり、セグメントピース１のリング間側の両端部にそれぞれ設けられている。ＰＣ鋼材４…は、トンネル２の軸方向に沿って延在させており、平行する２本の鉄骨材６，６間に架設されている。
【００１７】
また、ＰＣ鋼材４…には、引張力がそれぞれ導入されているとともに、それらＰＣ鋼材４…の両端は、両側の鉄骨材６，６をそれぞれ貫通しているとともに、定着具５，５によって鉄骨材６，６にそれぞれ固定されている。これにより、セグメントピース１には、トンネル２軸方向へのプレストレスが導入され、つまり図２に示す矢印方向の圧縮力（外力による引張応力を打ち消すための応力）が予め計画的に付与されている。セグメントピース１へのプレストレスの付与方法としては、セグメントピース１のコンクリートを打設する前に、予め図示せぬ型枠内に配置したＰＣ鋼材４にテンションをかけておき、コンクリート硬化後に緊張をゆるめ、ＰＣ鋼材４とセグメントピース１のコンクリートとの付着力によってプレストレスを導入するプレテンション方式が採用されている。
【００１８】
図３はセグメントピース１のリング間側の両端部（前後端部）の拡大断面図である。図３に示すように、ＰＣ鋼材４…は、少なくとも両端部（図３ではＰＣ鋼材４の全体）が雄ネジ状に形成された部材であり、セグメントピース１の一方のリング間側端部から他方のリング間側端部まで延在されている。
また、セグメントピース１のリング間側の両端部に設けられた鉄骨材６，６のウェブには、複数のＰＣ鋼材４…の端部をそれぞれ挿通させるための孔６ａがそれぞれ形成されており、ＰＣ鋼材４の両端部は鉄骨材６，６にそれぞれ貫設されている。
【００１９】
定着具５…は、ＰＣ鋼材４の両端部を鉄骨材６，６にそれぞれ定着される冶具であり、具体的には、鉄骨材６のウェブ外側面に接合された鋼板７と、鋼板７の外側に配置されたナット８と、鋼板７とナット８との間に介在されたワッシャ９とから構成されている。鋼板７には、鉄骨材６の孔６ａに一致する孔７ａが形成されており、この孔７ａにＰＣ鋼材４の端部が挿通されている。鋼板７から突出したＰＣ鋼材４の端部にはワッシャ９を介してナット８が螺合されており、このナット８を締め付けることでＰＣ鋼材４に引張力が導入され、鋼板７で反力をとることでセグメントピース１にプレストレスが付与される。なお、定着具５…は、セグメントピース１…のリング間側の端面には、テーパー状に窄まった丸穴１ｃ形成されており、この丸穴１ｃ内に定着具５が設けられている。
【００２０】
図１，図２に示すように、セグメントピース１の一方側（後側）のリング間側端部に設けられた一方の定着具（後側定着具５ａ）には、雄型継手１０が設けられており、セグメントピース１の他方（前側）のリング間側端部に設けられた他方の定着具（前側定着具５ｂ）には、雌型継手１１が設けられている。
【００２１】
図３に示すように、雄型継手１０は、後側定着具５ａのナット８から突出した雄ネジ状のＰＣ鋼材４の先端部に螺合される螺合部１２と、螺合部１２の先端面（後側の端面）に突設されたピンボルト１３とから構成されている。
螺合部１２は、基端側（前側）に開口された雌ネジ穴１２ａが形成されているとともに当該雌ネジ穴１２ａの先端側（後側）が閉じられた構成からなる部位である。ピンボルト１３は、トンネル２の軸方向に延在している円柱形状の部材であり、ピンボルト１３は、セグメントピース１のリング間接合面１ｂから突出している。また、ピンボルト１３の外周面には、周方向に延在する複数の同軸凹凸が軸方向に連続的（鋸目状）に形成されている。
【００２２】
また、雌型継手１１は、楔１４と、楔１４を保持するホルダ１５と、楔１４を付勢するウレタンバネ１６と、ウレタンバネ１６を収容するケース１７とから構成されている。
楔１４は、外形が前側に窄まったテーパー形状になっているとともに、ピンボルト１３が挿入される挿入孔１４ａが中央に形成された中空の部材である。挿入孔１４ａの内周面には、周方向に延在する複数の同軸凹凸が軸方向に連続的（鋸目状）に形成されており、挿入孔１４ａの内周面に形成された同軸凹凸と、ピンボルト１３の外周面に形成された同軸凹凸とは、互いに噛み合う形状になっている。
【００２３】
ホルダ１５は、内周形状が前側に窄まったテーパー形状になっている中空の部材であり、このテーパー状のホルダ１５の中には、同じくテーパー状の楔１４が挿嵌されて収納されている。なお、楔１４は、ホルダ１５に対して軸方向に摺動自在に嵌合されている。また、ホルダ１５や楔１４（雌型継手１１）は、リング間接合面１ｂから突出させずに丸穴１ｃの中に配置されている。
【００２４】
ウレタンバネ１６は、所定の弾力性を有するドーナツ状（環状）のウレタン部材であり、楔１４の環状の後端面（奥側の端面）に当接されている。ケース１７は、前側に開放された丸皿状の部材であり、ケース１７の前端（鍔部）はホルダ１５に接合されており、また、ケース１７の後端（底部）は前側定着具５ｂのナット８に接合されている。なお、ウレタンバネを収納するケースは、ナット８と一体成形されたものであっても良い。
【００２５】
図４はトンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´のリング間継手３を表す破断図である。図４に示すように、リング間継手３は、上記した雄型継手１０と雌型継手１１とから構成されている。つまり、リング間継手３は、新たに設置する一方のセグメントピース１に設けられた雄型継手１０のピンボルト１３を、既に設置された他方のセグメントピース１´の雌型継手１１の挿入孔１４ａに挿入し、ピンボルト１３と楔１４とを嵌合係止させることで、トンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´同士を継手する構成からなる。
【００２６】
次に、トンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´同士の継手方法について説明する。
【００２７】
図１に示すように、先に設置されたセグメントピース１´の前方に、新たに設置するセグメントピース１を配置する。このとき、新たに設置するセグメントピース１は、先に設置されたセグメントピース１´に対して、周方向に略半分だけずらして配置しており、セグメントピース１…は、接合目地がジグザグになるように千鳥配置する。また、予め、新たに設置するセグメントピース１の後側定着具５ａに雄型継手１０を取り付けておくとともに、先に設置されたセグメントピース１´の前側定着具５ｂに雌型継手１１を取り付けておく。
【００２８】
そして、図３に示すように、新たに設置するセグメントピース１を後方に移動させて、新たに設置するセグメントピース１の後側のリング間接合面１ｂを、先に設置されたセグメントピース１´の前側のリング間接合面１ｂ´に当接させるとともに、新たに設置するセグメントピース１の雄型継手１０を、先に設置されたセグメントピース１´の雌型継手１１に嵌合させることで、トンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´同士を継手する。具体的には、雄型継手１０のピンボルト１３を、雌型継手１１の挿入孔１４ａに位置決めした後、楔１４を押し広げながら挿入孔１４ａ内に挿入させる。このとき、図５（ａ）に示すように、ピンボルト１３の外周面と挿入孔１４ａの内周面とは、同軸凹凸によって互いに引っ掛かるため、ホルダ１５に軸方向に摺動可能に保持されている楔１４には、挿入されるピンボルト１３によって、後方に向かって軸方向に押し出す力が作用し、楔１４はウレタンバネ１６に押し付けられる。楔１４がウレタンバネ１６に押し付けられると、図５（ｂ）に示すように、ウレタンバネ１６の弾性反力によって、楔１４を前方に押し出す力が作用して、楔１４に縮径する方向の力が作用し、この楔１４によってピンボルト１３が把持され、ピンボルト１３の引き抜きが規制される。さらに、ピンボルト１３に引き抜き力が作用した場合、同軸凹凸によって挿入孔１４ａの内周面がピンボルト１３の外周面に引っ掛かるため、楔１４に縮径方向の力が作用し、楔１４によってピンボルト１３がより強力に把持される。
【００２９】
上記した構成からなるセグメントピース１によれば、鉄骨材６，６自体の剛性によって、トンネル２の周方向の曲げに対するセグメントピース１の剛性が向上し、また、引張力が導入されるとともに両端が鉄骨材６，６にそれぞれ固定されたＰＣ鋼材４…によって、セグメントピース１にトンネル２軸方向へのプレストレスが付与され、トンネル２の軸方向の曲げに対するセグメントピース１の剛性が向上する。これによって、セグメントピース１を薄肉化、幅広化しても、高い剛性を保持することができる。
【００３０】
また、上記したトンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´同士を継手するリング間継手３によれば、新たに設置するセグメントピース１の後側定着具５ａに設けられたピンボルト１３を、先に設置されたセグメントピース１´の前側定着具５ｂに設けられた楔１４の挿入孔１４ａに挿入させるだけで、トンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´同士を接合させることができる。このように、リング間継手３がワンタッチ継手となるため、リング間継手３の作業を簡単に行うことができる。
【００３１】
また、雌型継手１１の楔１４と前側定着具５ｂとの間にウレタンバネ１６が介在されているため、ウレタンバネ１６の弾性反力によって、楔１４に縮径方向の力が作用し、楔１４がピンボルト１３を強力に把持するため、トンネル２の軸方向に隣接するセグメントピース１，１´同士の継手状態を確実に維持することができる。
【００３２】
また、図示せぬシールド機を図示せぬジャッキによって掘進させる際、セグメントピース１の前側のリング間接合面１ｂで図示せぬジャッキの反力を取ることになるが、雌型継手１１がリング間接合面１ｂから突出していないため、図示せぬジャッキの設置の障害になることがない。
【００３３】
以上、本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、セグメントピース１のコンクリートを打設する前に、予め図示せぬ型枠内に配置したＰＣ鋼材４にテンションをかけておくことで、セグメントピース１にプレストレスを与えるプレテンション方式のセグメントピースを採用しているが、本発明は、セグメントピースのコンクリート内にＰＣ鋼材を挿通させるシースを埋設させ、コンクリート硬化後にシース内にＰＣ鋼材を挿通させて、このＰＣ鋼材にテンションをかけることで、セグメントピースにプレストレスを与えるポストテンション方式のセグメントピースであってもよい。
【００３４】
また、上記した実施の形態では、セグメントピース１のリング間側の両端部に、Ｈ形鋼等からなる鉄骨材６，６がそれぞれ埋設されているが、本発明は、鉄骨以外の構造部材であってもよい。また、本発明は、セグメントピース（合成セグメント）の中央部にも構造部材が設けられていてもよく、３本以上の構造部材が埋設されていてもよい。さらに、本発明は、セグメントピースのリング間側の両端部だけでなく、セグメントピースのピース間側の両端部にも構造部材が設けられていてもよい。
【００３５】
また、上記した実施の形態では、少なくとも両端部が雄ネジ状に形成されたＰＣ鋼材４を用いているが、本発明は、両端部に雄ネジ部材が付設された構成からなるＰＣ鋼材であってもよい。
また、上記した実施の形態では、セグメントピース１の一方のリング間側端部に、ピンボルト１３を有する雄型継手１０が設けられ、他方のリング間側端部に、ピンボルト１３が挿嵌される楔１４を有する雌型継手１１が設けられているが、本発明に係る合成セグメントは、上記した雄型継手１０や雌型継手１１が設けられていなくてもよく、他の継手構造によって継手される合成セグメントであってもよい。
さらに、上記した実施の形態では、ナット８等を用いた定着具５を使用しているが、本発明は、他の定着具であってもよく、また、その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成を、周知の構成に置き換えてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態を説明するための複数の合成セグメントからなるトンネルを表した図である。
【図２】本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態を説明するための合成セグメントを表した図である。
【図３】本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態を説明するための合成セグメントのリング間側端部を表した図である。
【図４】本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態を説明するための継手構造を表した図である。
【図５】本発明に係る合成セグメント及び合成セグメントの継手構造の実施の形態を説明するための継手構造を表した図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１´ セグメントピース（合成セグメント）
２ トンネル
３ リング間継手（継手構造）
４ ＰＣ鋼材（鋼材）
５，５ａ，５ｂ 定着具
６ 鉄骨材（構造部材）
１０ 雄型継手
１１ 雌型継手
１３ ピンボルト
１４ 楔
１４ａ 挿入孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削坑の内面に沿ってトンネル周方向及びトンネル軸方向にそれぞれ複数継手されてトンネルを構成する円弧版状の合成セグメントであって、
前記トンネル周方向に沿って延在する円弧状の構造部材が少なくとも２本平行に埋設されているとともに、前記トンネル軸方向に沿って延在する鋼材が埋設されており、
該鋼材に引張力が導入されるとともに、該鋼材の両端が定着具によって前記構造部材にそれぞれ固定されることで、前記トンネル軸方向へのプレストレスが与えられていることを特徴とする合成セグメント。
【請求項２】
請求項１に記載された合成セグメント同士をトンネル軸方向に継手する合成セグメントの継手構造であって、
トンネル軸方向に隣接する一対の合成セグメントのうち、一方の合成セグメントに設けられた一方の定着具には、ピンボルトを有する雄型継手が設けられ、他方の合成セグメントに設けられた他方の定着具には、前記ピンボルトが挿嵌される挿入孔が形成された楔を有する雌型継手が設けられ、
前記ピンボルトが前記挿入孔に挿入され、前記ピンボルトと前記楔とが嵌合係止されて前記一対の合成セグメント同士が継手されていることを特徴とする合成セグメントの継手構造。
【請求項１】
掘削坑の内面に沿ってトンネル周方向及びトンネル軸方向にそれぞれ複数継手されてトンネルを構成する円弧版状の合成セグメントであって、
前記トンネル周方向に沿って延在する円弧状の構造部材が少なくとも２本平行に埋設されているとともに、前記トンネル軸方向に沿って延在する鋼材が埋設されており、
該鋼材に引張力が導入されるとともに、該鋼材の両端が定着具によって前記構造部材にそれぞれ固定されることで、前記トンネル軸方向へのプレストレスが与えられていることを特徴とする合成セグメント。
【請求項２】
請求項１に記載された合成セグメント同士をトンネル軸方向に継手する合成セグメントの継手構造であって、
トンネル軸方向に隣接する一対の合成セグメントのうち、一方の合成セグメントに設けられた一方の定着具には、ピンボルトを有する雄型継手が設けられ、他方の合成セグメントに設けられた他方の定着具には、前記ピンボルトが挿嵌される挿入孔が形成された楔を有する雌型継手が設けられ、
前記ピンボルトが前記挿入孔に挿入され、前記ピンボルトと前記楔とが嵌合係止されて前記一対の合成セグメント同士が継手されていることを特徴とする合成セグメントの継手構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２７０４７３（Ｐ２００７−２７０４７３Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９６１９６（Ｐ２００６−９６１９６）
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（０００１９８３０７）石川島建材工業株式会社 (139)
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１８日（２００７．１０．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月３１日（２００６．３．３１）
【出願人】（０００１９８３０７）石川島建材工業株式会社 (139)
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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