JP4970021B2 - 穿孔装置及びセグメント連結ボルトの除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールドトンネルのセグメントを連結しているボルトで交換が必要なものを除去する技術に関する。

シールドトンネルを構成しているセグメントの連結は、多くの場合、ボルト（セグメントボルト）にて連結されている。セグメントの両端には、ボルトを挿通する挿通孔が設けられている。そして、隣接するセグメントを連結するには、互いの挿通孔を重ね合わせた後、一方の挿通孔から他方の挿通孔に亘ってボルトを打ち込んで締結する。

このボルトには、トンネル内外からの湿気（雨や雪や地中の水分等）の影響により経年変化して錆が生じる。このように、錆が生じたボルトは強度を保てないため交換が必要となる。

セグメントに打ち込まれたボルトを交換するには、まずボルトの皿の部分（頭部）を切断し、油圧ジャッキ等で押し抜いていた。

ところで、ボルトにてセグメントを連結する際には、セグメント内へのボルトの挿入をガイドする筒状の構造用鋼管が用いられる場合がある。構造用鋼管は、セグメントの挿通孔に挿通され、ボルトはこの構造用鋼管内に挿入されセグメントに打ち込まれる。

しかしながら、上述したようにセグメントには、トンネル内外からの湿気を吸収するため、ボルトだけでなく、構造用鋼管とボルトとの間にも錆が生じてしまう場合がある。構造用鋼管とボルトとの間に錆が生じるとボルトは錆により構造用鋼管に固着してしまい、引き抜くことは容易ではない。

このように、交換が必要なボルトを引き抜くことが困難な事態を解消することが望まれている。

そこで、本発明は、錆や腐食により固着してしまった、セグメントを連結するボルトを取り除くための穿孔装置及びセグメント連結ボルトの除去方法を提供することを課題とする。

本発明は上記事項に鑑みてなされたものであり、本発明はシールドトンネルを形成するセグメントを連結したボルトで交換が必要なものを除去するための装置であって、装置本体と、この装置本体が長辺部材を介して一方の面に取り付けられている台座と、台座の他方の面に設けられ、台座に取り付けられた装置本体をセグメントに固定する固定手段と、装置本体に基端が固定され、先端がボルト側を向いて配されており、中空且つ側面に刃を有し、中空の中心を軸として回転し、ボルトの周囲を切削する切削手段と、切削手段に接続し、切削手段の回転切削の駆動力を提供する駆動手段とを備え、長辺部材は、装置本体を長辺部材の長手方向に摺動可能に保持するレール部を有し、このレール部に対する装置本体の移動方向と同方向に切削手段も移動することを特徴とする。

切削手段による切削は、ボルトの周囲を切削するため、ボルトの頭部分は切削手段の径
の大きさに応じて切削される。つまり、切削中における切削手段の中空内には、外側が切削されたボルトが挿入されていき、切削されずに残された状態になる。そして、残されたボルト部分を一方の端部に向かって押圧し、ボルトをセグメントから押し出すことによりボルトを除去する。尚、ボルトの一端はナットにて固定されているため、同様の処理をナット側で行ってもよいし、ボルト両端の固着が著しい場合は、両端に同様の処理を行うようにしてもよい。

このように、錆などによりセグメントに固着してしまったボルトであっても、ボルトの少なくとも何れか一方の端部の一部を切削することにより引き抜き易くすることができる。これにより、セグメントを連結しているボルトの除去作業及び交換作業をスムーズに行うことができる。これに伴い、腐食したボルトを使用し続けることがなくなるため、セグメントの連結強度を維持することに繋がる。

また、本発明に係るボルトは、筒状の鋼管に挿通された状態で前記セグメントに打ち込まれており、切削手段の外径は、ボルト径以上且つ鋼管の外径以下に形成されており、切削手段は少なくとも鋼管を切削することを特徴とする。

鋼管に挿通されているボルトは、鋼管とボルトとの間に錆が発生し易くさらに鋼管もボルトも金属であるため強力な錆が発生してしまう。このような錆が発生したボルトは、セグメントから引き抜くことがさらに困難となり一層除去し難くなってしまう。

しかしながら、本発明に係る切削手段は鋼管の外形以下に形成されているため、セグメントと共に鋼管も一緒に切削することができる。これにより、強力な錆が発生している場所を鋼管ごと切削することができるため、錆により固着したボルトであっても除去作業を行うことができる。

また、本発明に係る固定手段は、台座と対向する対向片と、対向片と前記台座とを連結する棒部材とを備え、隣り合う第一セグメント，第二セグメントには、それぞれの中央に第一凹部，第二凹部が形成されており、台座は、第一凹部の第二凹部側の内壁に当接し、対向片は、第二凹部の第一凹部側の内壁に当接していることを特徴とする。

このように、本発明に係る固定手段は、台座と対向片とによって中子形セグメントの凹部を利用して連結部分を挟む構成となっている。そのため、本発明の穿孔装置は、中子形セグメントを連結しているボルトの除去を行うことに好適に用いることができる。

さらに、本発明は、上記した穿孔装置を用いて、シールドトンネルを形成するセグメントを連結しているボルトを除去するための方法であって、固定手段により、除去対象となっているボルトによって連結されているセグメントに台座に取り付けられた状態で前記装置本体を固定するステップと、駆動手段により切削手段を駆動させ、前記装置本体を前記長辺部材に沿って前記ボルト側に移動させながらボルトの周囲を削り穿孔するステップと、周囲を穿孔された側から前記ボルトの他端に向かってボルトを押し出すステップとを含んでいる。

本発明によれば、錆や腐食により固着してしまった、セグメントを連結するボルトを取り除くための穿孔装置及びセグメント連結ボルトの除去方法を提供することが可能となる。

以下、本実施形態における穿孔装置及びセグメント連結ボルトの除去方法について図面
を参照し詳説する。尚、本実施形態に係るセグメントは、中央に凹部が形成されている中子型セグメントとして説明する。

図１に本実施形態における穿孔装置をセグメントの連結部分に取り付けた状態の斜視図を示し、図２に穿孔装置をセグメントの連結部分に取り付けた正面図を示す。

穿孔装置１は、装置本体２と、一方の面に装置本体２を長辺部材３を介して取り付けている台座４と、台座４の他方の面に設けられ、装置本体２をセグメントＳａ、Ｓｂの連結部分に固定する固定部（固定手段）５と、装置本体２に基端が固定され、先端が台座４の位置を避けて台座４と緩衝しない位置に配されている切削部（切削手段）６と、切削部６に接続し、切削部６の駆動力を提供するモーター（駆動手段）７とを備えている。

また、装置本体２には、装置本体２を長辺部材３に対してスライドさせるためのスライド機構が設けられている。スライド機構は汎用のものであり、本実施形態では、装置本体２の凸部を歯車とし、長辺部材３の溝部をすぐばラック（歯を平板に刻んだもので、歯車の回転運動を直線運動に変えるラックのこと）とする。さらに、装置本体２には、歯車を回転させるレバー８が設けられている。このレバー８を回転させることにより、歯車が回転する。歯車がすぐばラックの歯と噛み合い、すぐばラックの長手方向（長辺部材３の長手方向）に移動することに伴い装置本体２が長辺部材３の長手方向に移動する。

つまり、切削に伴い切削部６を連結ボルトＢが打ち込まれた方向に移動させるには、上記したようにレバー８を操作して装置本体２を長辺部材３の長手辺に沿って必要な距離ずつスライド移動させていく。尚、長辺部材３に対する装置本体２（切削部６）の移動は、操作者による手動のものとしたが、切削距離や回転数等から自動的に移動距離を算出して自動的に移動させるものとすることもできる。

また、固定部５は、台座４の、装置本体２が取り付けられている面とは反対の面に一端が固定され、ネジ溝が切ってあるねじ棒５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄと、台座４と対向し、ねじ棒５ａ〜５ｄをそれぞれ連結する全体形状が略ト字型の対向片９ａ，９ｂとを有している。

対向片９ａ，９ｂは、水平に位置する横部材１０ａ，１０ｂと、横部材１０ａ，１０ｂの略中央に（全体がト字型になるように）垂直に立設された縦部材１１ａ，１１ｂとにより構成されている。

これらの対向片９ａ，９ｂは縦部材１１ａ，１１ｂが台座４側となるように配される。そして、縦部材１１ａ，１１ｂにはねじ棒５ａ，５ｄがそれぞれ貫通され、横部材１０ａ，１０ｂにはねじ棒５ｂ，５ｃがそれぞれ貫通される。

さらに、対向片９ａ，９ｂは、ねじ棒５ａ〜５ｄに取り付けられるナットＮ（図２参照）にて、ねじ棒５ａ〜５ｄを貫通した状態を維持される。

このような対向片９ａ，９ｂと台座４とにより、ボルトにより連結されているセグメントＳａ，Ｓｂの連結部分が挟み込まれる。詳細には、セグメントＳａとセグメントＳｂとは中子型のセグメントであるためそれらの略中央には凹部が形成されている。隣り合うセグメントＳａとセグメントＳｂとを連結するには、セグメントＳａの凹部のセグメントＳｂ側の内壁に対向片９ａ，９ｂと向かい合う台座４の面を当接させ、セグメントＳｂの凹部のセグメントＳａ側の内部に対向片９ａ，９ｂの横部材１０ａ，１０ｂを当接させる。

さらに、上記したように対向片９ａ，９ｂと台座４にてセグメントの連結部分を挟み込
んだ状態を維持すると共に装置本体２をセグメントの連結部分に対して固定するために、ねじ棒５ａ〜５ｄに取り付けられているナットＮにて締め付ける。このようにして装置本体２がセグメントの連結部分に固定されることになる。連結部分を挟み込む。このようにして固定部５が、セグメントに対して装置本体２を固定する。

また、切削部６は、固定部５により挟み込まれている連結部分に打ち込まれた連結ボルトＢを切削するために、固定部５側に刃６ａが位置するように配されている。装置本体２には、切削部６を取り付けるためのアタッチメントが設けられており、切削部６は、このアタッチメントに取り付けられる。そのため、切削部６の基端は装置本体２に接続され、切削部６の先端（つまり刃先）は、切削対象である連結ボルトＢ側を向くように配されている。連結ボルトＢ側には台座４も位置しているが、切削部６は、台座４よりも外側の位置に配されているため、切削部６と台座４が緩衝してしまうことはない。

切削部６は中空円筒形状であり、外側面に刃６ａが設けられている。この刃６ａには、金属や工業用ダイヤモンド等が用いられている。切削部６は、モーター７からの駆動力を駆動源として回転切削を行う。

また、本実施形態の連結ボルトＢの軸には、金属製の筒状の部材である鋼管１２が挿通されている。そのため、金属製の連結ボルトＢとの間に最も錆が発生し易い。この部分に発生した錆により連結ボルトＢの除去（引き抜き）が困難となってしまう。

そこで、本実施形態に係る切削部６の径の大きさは鋼管１２の径の大きさと略同じとしている。そのため、連結ボルトＢを除去するために切削部６により穿孔を行う場合、連結ボルトＢの頭部Ｂ１と鋼管１２は切削破壊される。これにより、最も錆が発生している部分を切削されない芯の部分は切削に伴い切削部６の中空部分に残されていく（図６参照）。
以上が本実施形態の穿孔装置１の構成である。

次に、上述した穿孔装置１を利用し連結ボルトＢを引き抜く工程について詳説する。
（ステップ１）穿孔装置１をセグメントに固定する。
まず、図３に示すように、対向片９ａ，９ｂと台座４との間にセグメントＳａ，Ｓｂの連結部を挟み込み固定する。詳細には、対向片９ａ，９ｂ側の台座４の一面をセグメントＳａに設けられた凹部の内壁に当接させる。そして、トの字型の対向片９ａ，９ｂの横部材１０ａ，１０ｂの台座４側の面とセグメントＳｂに設けられた凹部のセグメントＳａ側の内壁とを当接させる。さらに、対向片９ａ，９ｂの横部材１０ａ，１０ｂをセグメントＳｂの凹部の内壁に当接させた状態を維持するために、対向片９ａ，９ｂを貫通したねじ棒５ａ〜５ｄに取り付けられているナットＮを対向片９ａ，９ｂ側に向かって締め付ける。これにより、穿孔装置１はボルトにより連結されたセグメントＳａ，Ｓｂの連結部分に固定される。

（ステップ２）切削部６の位置決めを行う。
次に、図４に示すように、切削部６を連結ボルトＢの位置に合わせる。切削部６の移動は、操作者がレバー８を回転操作し、装置本体２を長辺部材３の長手方向に沿って連結ボルトＢ側（図４中Ｘ方向）に移動させることにより行うことができる。切削部６は、連結ボルトＢの頭部Ｂ１と当接する位置まで移動される。

（ステップ３）回転切削を行う。
次に、図５に示すように、切削部６を回転駆動させ連結ボルトＢの切削を行う。切削部６の回転切削に伴い、操作者はレバー８（図１，２参照）を操作して切削部６を連結ボルトＢ側（図５中Ｙ方向）に移動させながら鋼管１２（図５参照）をすべて切削するまで掘
り進める。

（ステップ４）回転切削を停止する。
操作者は、図６に示すように、切削部６が鋼管１２の長さまで切削したら切削部６の回転駆動を停止する。切削部６の径は鋼管１２と略同じ大きさであるため、切削部６よりも径の大きい連結ボルトＢの頭部Ｂ１の周縁及び鋼管１２は切削部６により削られる。そして、切削に伴い切削部６の中空部分に挿入されていった連結ボルトＢの軸部は残される。尚、図３又は図４に示すように、連結ボルトＢは一端が頭部Ｂ１となっており、他端はナットＢ２により締め付けられているため、ナットＢ２側に錆が著しく発生し、ナットＢ２が連結ボルトＢと固着している場合は、ナットＢ２においてもステップ１〜３の工程を行う。

（ステップ５）連結ボルトＢを抜く。
連結ボルトＢの頭部Ｂ１側（及び／又はとナットＢ２側）を切削した後、図７に示すように、切削後に残った連結ボルトＢを切削した側の端部から他端部に向かって（この場合、連結ボルトＢの頭部側からナットＢ２側（図３，４参照）に向かって）押し出して連結ボルトＢを押し出す（図７中Ｚ方向）。尚、連結ボルトＢの押し出しは図示しないが油圧ジャッキを用いて押し出したり、ハンマーで叩いて押し出したりする。

以上の工程を経ることにより、セグメントＳａ，Ｓｂを連結している連結ボルトＢを除去することができる。

本実施形態の穿孔装置１によれば、連結ボルトＢにおいて最も錆が発生し易い鋼管１２の挿入部分或いは鋼管１２自体を切削することができる。錆により固着されてしまった連結ボルトＢの錆の部分を切削して、押し出すことができるため、連結ボルトＢを交換する際において連結ボルトＢを除去し易くなる。

また、本実施形態の穿孔装置１によれば、錆によって固着してしまった連結ボルトを完全に除去し新しい連結ボルトに交換することもできる。これにより、セグメントの連結力を維持することができ、セグメントにより構成されている建築物（例えばシールドトンネル）自体の耐久性を向上させることにも繋がる。

本実施形態の穿孔装置の取り付け状態を示す斜視図である。 本実施形態の穿孔装置の取り付け状態を示す正面図である。 本実施形態中のステップ１の状態を示す図である。 本実施形態中のステップ２の状態を示す図である。 本実施形態中のステップ３の状態を示す図である。 本実施形態中のステップ４の状態を示す図である。 本実施形態中のステップ５の状態を示す図である。

符号の説明

１ 穿孔装置
２ 装置本体
３ 長辺部材
４ 台座
５ 固定部（固定手段）
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ ねじ棒（棒部材）
６ 切削部（切削手段）
６ａ 刃
７ モーター（駆動手段）
８ レバー
９ａ，９ｂ 対向片
１０ａ，１０ｂ 横部材
１１ａ，１１ｂ 縦部材
１２ 鋼管
Ｂ 連結ボルト
Ｂ１ 頭部
Ｂ２ ナット
Ｎ ナット
Ｓａ セグメント（第一セグメント）
Ｓｂ セグメント（第二セグメント）

Claims (4)

1. シールドトンネルを形成するセグメントを連結したボルトで交換が必要なものを除去するための装置であって、
   装置本体と、
   前記装置本体が長辺部材を介して一方の面に取り付けられている台座と、
   前記台座の他方の面に設けられ、前記台座に取り付けられた前記装置本体を前記セグメントに固定する固定手段と、
   前記装置本体に基端が固定され、先端が前記ボルト側を向いて配されており、中空且つ側面に刃を有し、前記中空の中心を軸として回転し、前記ボルトの周囲を切削する切削手段と、
   前記切削手段に接続し、前記切削手段の回転切削の駆動力を提供する駆動手段とを備え、
   前記長辺部材は、前記装置本体を前記長辺部材の長手方向に摺動可能に保持するレール部を有し、このレール部に対する前記装置本体の移動方向と同方向に前記切削手段も移動することを特徴とする穿孔装置。
2. 前記ボルトは、筒状の鋼管に挿通された状態で前記セグメントに打ち込まれており、
   前記切削手段の外径は、前記ボルト径以上前記鋼管の外径以下に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の穿孔装置。
3. 前記固定手段は、
   前記台座と対向する対向片と、
   前記対向片と前記台座とを連結する棒部材とを備え、
   隣り合う第一セグメント，第二セグメントには、それぞれの中央に第一凹部，第二凹部が形成されており、
   前記台座は、前記第一凹部の前記第二凹部側の内壁に当接し、
   前記対向片は、前記第二凹部の前記第一凹部側の内壁に当接していることを特徴とする請求項１又は２に記載の穿孔装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の穿孔装置を用いて、シールドトンネルを形成するセグメントを連結している前記ボルトを除去するための方法であって、前記固定手段により、除去対象となっている前記ボルトによって連結されているセグメントに前記台座に取り付けられた状態で前記装置本体を固定するステップと、前記駆動手段により前記切削手段を駆動させ、前記装置本体を前記長辺部材に沿って前記ボルト側に移動させながら前記ボルトの周囲を削り穿孔するステップと、周囲を穿孔された前記ボルトを引き抜くステップとを含んでいるセグメント連結ボルトの除去方法。

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