JP7006507B2 - セグメント - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの周方向及び軸方向に対して相互に連結することでトンネルを構築するためのセグメントに関する。

従来、セグメントを連結してトンネルを構築するとき、例えば特許文献１のようなセグメントの継手構造が提案されている。

特許文献１では、雄継手部材を凹部に挿入し、両セグメントを互いにセグメント軸方向に相対移動させることにより、雌雄両継手部材が連結され、周方向で隣り合う両セグメントを接合するようにしたセグメントの継手部構造について開示されている。特許文献１に開示されたセグメントの継手部構造は、雄継手部材の先端より一体に突出した棒状の抜け出し防止用雄継手体と、雌継手部材の挿入方向奥部に配置され、抜け出し防止用雄継手体がセグメント軸方向に向けて挿入される抜け出し防止用雌継手体とからなる抜け出し防止用継手を備え、抜け出し防止用雌継手体に抜け出し防止用雄継手体が抜け出し不能に保持される構成を備える。

特開２０１５－１４０５４０号公報

ここで、セグメントをトンネルの周方向に連結するとき、トンネルに作用する土水圧等により、各セグメントにはトンネル軸方向の分力（抜け出し力）が作用し、セグメントの抜け出しに伴うトンネルの崩壊等が懸念される。このため、工事における安全性の向上が課題として挙げられる。

この点、特許文献１の開示技術では、セグメントの抜け出し対策を目的とした抜け出し防止用継手等が設けられる。しかし、特許文献１に開示された抜け出し防止用継手等は、トンネルの周方向の端面に配置される。このため、セグメントの回転等を引き起こす抜け出し力が作用した場合、端面に配置された抜け出し防止用継手等では回転等を抑制することができず、セグメントの抜け出しを防止できないおそれがある。特に、トンネルの軸方向に傾斜したテーパー状の端面を有するキーセグメントは、他のセグメントに比べて抜け出し力が発生し易い傾向がある。このため、特許文献１の開示技術においても、工事の安全性の向上が課題として挙げられる。

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであって、その目的とするところは、工事の安全性の向上を実現することができるセグメントを提供することにある。

第１発明に係るセグメントは、トンネルの周方向及び軸方向に対して相互に連結することで前記トンネルを構築するためのセグメントであって、前記セグメントは、トンネル周方向の一対の端面と、トンネル軸方向の一対の側面と、トンネル法線方向の一対の面とで構成される６面を備える本体部と、前記端面、並びに前記トンネル軸方向の切羽側及び坑口側の前記側面の少なくとも何れかに配置されたセグメント継手とを備え、前記セグメント継手は、一方を他方に挿入することで前記トンネル周方向に隣接する他のセグメントの端面と前記端面とを当接させ、前記本体部と前記他のセグメントの本体部とを連結するための雄側連結部及び雌側連結部の少なくとも何れかを有し、前記トンネル軸方向の切羽側及び坑口側の少なくとも何れかの前記側面に、前記セグメント継手を挿入する向きに対して反対の向きに前記雄側連結部が前記雌側連結部から抜け出すことを抑止するための雄側抑止部及び雌側抑止部の少なくとも一方を備える抜け出し防止装置が設けられることを特徴とする。

第２発明に係るセグメントは、第１発明において、前記６面のうち、少なくとも一対の前記端面、及び一対の前記側面に、鋼材が配置されることを特徴とする。

第３発明に係るセグメントは、第２発明において、前記抜け出し防止装置は、前記側面に配置される前記鋼材又は鋼製の前記セグメント継手に固定されることを特徴とする。

第４発明に係るセグメントは、第１発明～第３発明の何れかにおいて、前記抜け出し防止装置は、前記側面のうち、少なくとも前記トンネル軸方向の切羽側の前記側面に配置されることを特徴とする。

第５発明に係るセグメントは、第１発明～第４発明の何れかにおいて、前記セグメント継手は、前記トンネル軸方向の切羽側及び坑口側の前記側面に配置されることを特徴とする。

第６発明に係るセグメントは、第１発明～第５発明の何れかにおいて、前記抜け出し防止装置は、前記抜け出し防止装置の係合状態を報知する報知部に近接して配置されることを特徴とする。

第７発明に係るセグメントは、第１発明～第６発明の何れかにおいて、前記抜け出し防止装置は、少なくともキーセグメントに配置されることを特徴とする。

第１発明～第７発明によれば、抜け出し防止装置は、本体部の側面に設けられ、セグメント継手を挿入する向きに対して反対の向きに雄側連結部が雌側連結部から抜け出すことを抑止するための雄側抑止部及び雌側抑止部の少なくとも一方を備える。このため、抜け出し力によってセグメントの回転等が発生した場合においても、抜け出し防止装置が端面に設けられた場合に比べて回転に抵抗する偶力間の距離を長くとることが可能となり、セグメントの回転等を強固に抑制することができる。これは、セグメントの組立にはセグメントの継手に微小な隙間を設ける必要があるため、セグメントが抜け出そうとする際には、片側が目開きすることになり、セグメントが回転する形で抜け出すことになる。その隙間が最も大きくなる側面に抜け出し防止装置を設けることによって、競りによる抜け出し抑止効果が大きく現れる。これにより、セグメントの抜け出しを確実に防止することが可能となり、工事の安全性の向上を実現することができる。

また、第１発明～第７発明によれば、抜け出し防止装置は、本体部の側面に設けられる。本体部の端面に抜け出し防止装置を設ける場合では、連結作業の間、一対のセグメントの端面同士の距離が小さく損傷するおそれがある。それに対して、抜け出し防止装置を側面に設けることにより、一対のセグメントを連結するとき、連結する端面から抜け出し防止装置を離しておくことができるので、連結先のセグメントに接触して損傷を受ける可能性を極めて低くすることができる。これにより、一対のセグメントが連結した後、抜け出し防止装置を確実に作動させることが可能となり、工事の安全性を向上させることが可能となる。

特に、第２発明によれば、本体部の備える６面のうち、少なくとも一対の端面及び一対の側面に、鋼材が配置される。このため、本体部に作用する抜け出し防止装置の反力に対し、鋼材の拘束効果によるコンクリートの補強効果が得られ、より強固にセグメントの抜け出しを防止することができる。これにより、工事の安全性をさらに向上させることが可能となる。また、一対のセグメントを連結するとき、本体部が連結先の抜け出し防止装置に接触して損傷を受けることを防ぐことができる。これにより、セグメントの耐久性を向上させることが可能となる。

特に、第３発明によれば、抜け出し防止装置は、側面に配置される鋼材又は鋼製のセグメント継手に固定される。このため、抜け出し防止装置の反力が鋼材に作用し、より強固にセグメントの抜け出しを防止することができる。これにより、工事の安全性をさらに向上させることが可能となる。

特に、第４発明によれば、抜け出し防止装置は、少なくとも軸方向における切羽側の側面に設けられる。このため、一対のセグメントを連結するとき、切羽側のセグメントリングの側面は未だ組み立てていない隣のセグメントリングが無いため、抜け出し防止装置の係合状態を作業者等が容易に目視確認できる。また、一対のセグメントを連結するとき、切羽側の抜け出し防止装置は連結先のセグメントの端面に近接することがないため、抜け出し防止装置が連結先のセグメントに接触して損傷を受ける可能性をさらに低下することができ、一対のセグメントが連結した後、抜け出し防止装置を確実に作動させることが可能となる。これにより、工事の安全性をさらに向上させることが可能となる。

特に、第５発明によれば、セグメント継手は、切羽側及び坑口側の側面に配置される。このため、一対のセグメントを連結するとき、セグメント継手の嵌合状態を作業者等が容易に目視確認できる。これにより、工事の安全性をさらに向上させることが可能となる。また、一対のセグメントを連結するとき、セグメント継手が連結先のセグメントに接触して損傷を受ける可能性を極めて低くすることができる。これにより、セグメント継手の耐久性を向上させることが可能となる。

特に、第６発明によれば、抜け出し防止装置は、報知部に近接して設けられる。このため、一対のセグメントを連結するとき、セグメントから離れた場所に待機する作業者等が、抜け出し防止装置の係合状態を容易に確認できる。これにより、工事の安全性をさらに向上させることが可能となる。

特に、第７発明によれば、抜け出し防止装置は、少なくともキーセグメントに設けられる。キーセグメントでは、トンネルに土水圧が作用することで発生するトンネル周方向軸力が、キーセグメントの軸方向に傾斜した端面において、キーセグメントの抜け出し方向となるトンネル軸方向の分力を生み出すことになり、特に大きな抜け出し力が発生しやすい。一方、抜け出し防止装置が軸方向に傾斜したテーパー状の端面に設けられた場合に比べて、抜け出し防止装置の反力が直角かつ単純に本体部へ作用する。これらにより、より大きな抜け出し力に対してより強固にセグメントの抜け出しを防止することが可能となり、工事の安全性を大きく向上させることが可能となる。また、キーセグメントの挿入時には、キーセグメントの両端面が連結先のセグメントに極めて近接するため、抜け出し防止装置が端面に設けられた場合に比べて、抜け出し防止装置が連結先のセグメントに接触して損傷を受ける可能性を飛躍的に低くすることが可能となり、工事の安全性を大きく向上させることが可能となる。また、例えば抜け出し防止装置をキーセグメントのみに設けることで、工事の安全性を向上させたうえで、材料費の削減が可能となる。

本発明を適用したセグメントを複数組み合わせて構築されるトンネルの一例を示す斜視図である。 本発明を適用したセグメントの一例を示す斜視図である。 本発明を適用したセグメントに配置される鋼材の一例を示す斜視図である。 本発明を適用したセグメントに配置される鋼材の他の一例を示す斜視図である。 本発明を適用したセグメントの一例を示す上面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、図２の６Ａ枠における抜け出し防止装置の係合前後を示す断面図である。 （ａ）は、抜け出し防止装置の第１変形例を示す斜視図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）の７Ｂ枠における抜け出し防止装置の係合前後を示す断面図である。 セグメント継手と近接して設けられた抜け出し防止装置の第１変形例を示す斜視図である。 （ａ）は、セグメント継手と一体に形成された抜け出し防止装置の第１変形例を示す斜視図であり、（ｂ）及び（ｃ）は、（ａ）の９Ｂ枠における抜け出し防止装置の係合前後を示す断面図である。 （ａ）は、係合前における抜け出し防止装置の第２変形例を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）における１０Ｂ－１０Ｂの断面図であり、（ｃ）は、係合後における抜け出し防止装置の第２変形例を示す側面図であり、（ｄ）は（ｃ）における１０Ｄ－１０Ｄの断面図である。 （ａ）は、抜け出し防止装置の第３変形例が設けられる前の状態を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）における１１Ｂ－１１Ｂの断面図であり、（ｃ）は、係合後における抜け出し防止装置の第３変形例を示す側面図であり、（ｄ）は（ｃ）における１１Ｄ－１１Ｄの断面図である。 抜け出し防止装置の第４変形例を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、抜け出し防止装置の第４変形例の係合前後を示す断面図である。 切羽側のみに抜け出し防止装置が設けられる一例を示す上面図である。 セグメントが抜け出す際に坑口側端部を回転中心とした回転を伴うことを示す斜視図である。 セグメントが抜け出す際の回転により抜け出し防止装置の雄側抑止部と雌側抑止部との競りが発生し、抜け出し防止力が生じることを示す図である。 セグメント幅と、抜け出し防止装置の雄側抑止部と雌側抑止部との競りによる抜け出し防止力との関係を示す図である。 キーセグメント端面の傾斜角と抜け出し力の関係を示す図である。

（セグメント１）
以下、本発明を適用したセグメント１を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明を適用したセグメント１は、図１に示すように、トンネルの軸方向Ｘ（トンネル軸方向）及び周方向Ｗ（トンネル周方向）に沿って複数組み合わされ、主にシールドトンネル７を地中９に構築するためのものである。

シールドトンネル７は、複数のセグメント１をリング状に相互に連結させて形成されたセグメントリング７１を、軸方向Ｘに沿って複数連結させることで構築される。このため、シールドトンネル７には、軸方向Ｘに沿って連結された複数のセグメントリング７１によって、トンネルの地山側Ａと内空側Ｉとが形成される。これにより、シールドトンネル７は、トンネルの地山側Ａからの土圧や水圧に対して、複数のセグメントリング７１を抵抗させるものとすることができ、トンネルの内空側Ｉに内側空間Ｓを確保することが可能となる。

セグメントリング７１は、例えば軸方向Ｘに沿ってテーパー状のキーセグメント１ｋを含む複数のセグメント１を用いて形成される。キーセグメント１ｋは、連結された複数のセグメント１をリング状に完結するために用いられ、一対のセグメント１の間に連結することで、セグメントリング７１が形成される。

セグメントリング７１は、シールドマシン７０を用いて地中９を軸方向Ｘに沿って掘削し、シールドマシン７０の後方（坑口側Ｄ）において複数のセグメント１を周方向Ｗに沿って連結することで形成される。従って、シールドマシン７０に最も近いセグメントリング７１の切羽側Ｃの端面２１は、作業者によって目視できる状態となっている。上述したシールドマシン７０を用いた掘削と、セグメントリング７１の形成とを繰り返すことで、シールドトンネル７が構築される。

本発明を適用したセグメント１は、図２に示すように、本体部２と、セグメント継手３と、抜け出し防止装置４とを備える。

本体部２は、周方向Ｗに延在し、周方向Ｗと交わり軸方向Ｘに延在する一対の端面２１と、軸方向Ｘと交わり周方向Ｗに延在する一対の側面２２と、法線方向Ｙ（トンネル法線方向）と交わり軸方向Ｘ及び周方向Ｗと平行な面を有する一対の面２０とで構成される６面を備える。本体部２は、例えば軸方向Ｘの幅が２００ｍｍ～２，５００ｍｍ程度であり、トンネルの法線方向Ｙの厚さが１５０ｍｍ～７００ｍｍ程度である。

セグメント継手３は、端面２１に配置されるほか、例えば側面２２に配置されてもよい。即ち、セグメント継手３は、例えば端面２１、並びに切羽側Ｃ及び坑口側Ｄの側面２２の少なくとも何れかに配置される。セグメント継手３は、一対のセグメント１ａ、１ｂを周方向Ｗに沿って連結するために用いられる。セグメント継手３は、雄側連結部３１及び雌側連結部３２の少なくとも何れかを有する。なお、一対のセグメント１ａ、１ｂがボルトとナットで連結される場合は、ボルトが雄側連結部３１、ナットが雌側連結部３２となる。

雄側連結部３１及び雌側連結部３２は、周方向Ｗに沿って本体部２を連結する。雄側連結部３１及び雌側連結部３２は、一方を他方に挿入することで、周方向Ｗに隣接する一方のセグメント１ａの端面２１と、他方のセグメント１ｂの端面２１とを当接させ、一方のセグメント１ａの本体部２と、他方のセグメント１ｂの本体部２とを連結するためのものである。例えば、一方のセグメント１ａに設けられた雌側連結部３２に、他方のセグメント１ｂに設けられた雄側連結部３１を軸方向Ｘに挿入し嵌合させることで（図２の一点鎖線矢印）、一対のセグメント１ａ、１ｂを連結させることができる。

例えば、セグメント１の一方の端面２１に雄側連結部３１が設けられ、他方の端面２１に雌側連結部３２が設けられるほか、両方の端面２１に雄側連結部３１のみ、又は雌側連結部３２のみが設けられてもよい。なお、雄側連結部３１及び雌側連結部３２の設けられる数は任意である。

雄側連結部３１は、雌側連結部３２と嵌合する一端を有する。雄側連結部３１は、例えば一端が本体部２から突出し、他端が本体部２に埋設される。一端は、例えば他端よりも厚く、軸方向Ｘに延びる柱状又は円柱状である。

雌側連結部３２は、雄側連結部３１の一端と嵌合する形状を有する。雌側連結部３２は、例えば本体部２に埋設され、本体部２に形成され雄側連結部３１の一端が挿入できる溝部２３に連接する。この場合、雄側連結部３１は、溝部２３を介して雌側連結部３２と嵌合される。なお、溝部２３は、図２に示すように、軸方向Ｘに沿って延在するほか、例えば法線方向Ｙに沿って延在してもよい。雌側連結部３２は、例えば軸方向Ｘに延在する筒状であり、軸方向Ｘに延在するスリットを有する。

抜け出し防止装置４は、側面２２に設けられる。抜け出し防止装置４は、連結された一対のセグメント１ａ、１ｂのセグメント継手３の抜け出しを防止するために用いられる。抜け出し防止装置４は、雄側抑止部４１及び雌側抑止部４２の少なくとも何れかを有する。

なお、図１４に示すように、抜け出し防止装置４は、例えば少なくとも軸方向Ｘにおける切羽側Ｃの側面２２に設けられる。抜け出し防止装置４が切羽側Ｃの側面２２にのみ設けられる場合、セグメント１が抜け出そうとする際において、図１５に示すように、セグメント１の継手に設ける組立用の微小な隙間に伴うセグメント１の回転が、セグメント１の本体の坑口側Ｄ端部を回転中心として発生する。これは、坑口側Ｄには組立済みのセグメント１が既に配置されており、切羽側Ｃ端部を回転中心として坑口側Ｄ端部が開く方向の回転は、これらのセグメント１により拘束されるためである。

このとき、図１６に示すように、抜け出し防止装置４の雄側抑止部４１と雌側抑止部４２とが競ることで抜け出しをより強固に抑止するが、競りによる抜け出し防止力Ｆは競りによる反力Ｐの余弦成分となる（Ｆ＝Ｐ×ｃｏｓφ）。この回転角φは、図１６（ａ）に示すように、回転角φ＝ｔａｎ^-1（ａ／Ｂ）（ａは、雄側抑止部４１と雌側抑止部４２とが競るまでの隙間を示し、Ｂは、セグメント１の幅を示す）で算出される。即ち回転角φは、セグメント幅Ｂに反比例するものである。このことから、図１６（ｂ）に示すように、セグメント幅Ｂが小さいほど回転角φは大きくなるため、競りによる抜け出し防止力Ｆ１は小さくなる。これに対し、図１６（ｃ）に示すように、セグメント幅Ｂが大きいほど回転角φは小さくなることから、競りによる抜け出し防止力Ｆ２は大きくなる。

図１７は、セグメント幅Ｂを横軸に示し、縦軸に一般的なセグメント幅Ｂの上限である２，５００ｍｍのときの競りによる抜け出し防止力Ｆを１００％としたときの各セグメント幅Ｂにおける競りによる抜け出し防止力Ｆの比率を示したものである。図１７に示すように、セグメント幅Ｂが２５０ｍｍ未満になると競りによる抜け出し防止力Ｆが大きく減少するため、競りによる抜け出し防止効果を発揮し、工事の安全性をより確実に確保するためには、セグメント幅Ｂは２５０ｍｍ以上２，５００ｍｍ以下とすることで本発明の効果が大きく発揮される。

雄側抑止部４１及び雌側抑止部４２は、切羽側Ｃ及び坑口側Ｄの少なくとも何れかの側面２２に、セグメント継手３を挿入する向きに対して反対の向きに、雄側連結部３１が雌側連結部３２から抜け出すことを防止するためのものである。ここで、「挿入する向き」とは、軸方向Ｘ又は法線方向Ｙにおいて、一方のセグメント１ａに他方のセグメント１ｂを連結するときにおける挿入直前の位置から挿入直後までの向きを示す。例えば図２の場合、他方のセグメント１ｂが一点鎖線矢印の示す向きに挿入されるため、「挿入する向き」は、軸方向Ｘにおける切羽側Ｃから坑口側Ｄを示す。このとき、「挿入する向きに対して反対の向き」は、軸方向Ｘにおける坑口側Ｄから切羽側Ｃを示す。このため、雄側抑止部４１及び雌側抑止部４２は、本体部２における坑口側Ｄから切羽側Ｃの向きにおける抜け出しを抑止する。なお、例えば「挿入する向き」は、法線方向Ｙにおける内空側Ｉから地山側Ａを示してもよい。このとき、「挿入する向きに対して反対の向き」は、法線方向Ｙにおける地山側Ａから内空側Ｉを示す。この場合、雄側抑止部４１及び雌側抑止部４２は、本体部２における地山側Ａから内空側Ｉの向きにおける抜け出しを抑止する。

例えば、一方のセグメント１ａに設けられた雌側抑止部４２に、他方のセグメント１ｂに設けられた雄側抑止部４１を係合させることで、セグメント１ｂの本体部２の挿入向きに対して反対の向きにおける抜け出しを抑止することができる。特に、抜け出し防止装置４を側面２２に配置することで、セグメント１の回転等を強固に抑制することができる。

例えば、セグメント１の一方の側面２２において、周方向Ｗの一端部に雄側抑止部４１が設けられ、他端部に雌側抑止部４２が設けられるほか、両端部に雄側抑止部４１のみ、又は雌側抑止部４２のみが設けられてもよい。雄側抑止部４１及び雌側抑止部４２の設けられる数は任意である。

雄側抑止部４１は、雌側抑止部４２と係合する端部４１ａを有する。雄側抑止部４１は、例えば端部４１ａが本体部２から突出し、他端が本体部２に埋設される。雄側抑止部４１は、例えばＬ字状又はＴ字状に形成されてもよい。なお、図２に示すように、端部４１ａが周方向Ｗに沿って突出する場合、他端が側面２２に埋設されるため、雄側抑止部４１は側面２２に設けられる。また、雄側抑止部４１の他端が側面２２に埋設されず、側面２２と同一平面上に設けられて周方向Ｗに突出する場合においても、雄側抑止部４１は側面２２に設けられる。

雌側抑止部４２は、雄側抑止部４１と係合する支持部４２ａを有する。雌側抑止部４２は、例えば側面２２に形成された溝状であり、溝内に支持部４２ａが設けられる。雌側抑止部４２は、例えば図２のように、周方向Ｗに沿って側面２２から端面２１まで延在する溝状でもよい。

本発明を適用したセグメント１には、例えば図３に示すように、少なくとも一対の端面２１及び一対の側面２２に鋼材５が配置されてもよい。

鋼材５は、本体部２に設けられた雄側連結部３１及び雌側連結部３２の周辺を切り欠いた状態で設けられるほか、例えば雄側連結部３１及び雌側連結部３２の少なくとも何れかが、溶接接合等により鋼材５に固定されてもよい。

鋼材５は、本体部２に設けられた雄側抑止部４１及び雌側抑止部４２の周辺を切り欠いた状態で設けられるほか、例えば雄側抑止部４１及び雌側抑止部４２の少なくとも何れかが、溶接接合等により鋼材５に固定されてもよい。

鋼材５は、例えば図４に示すように、フランジ５ｆを有してもよい。フランジ５ｆは、例えば側面２２に配置される鋼材５における法線方向Ｙの両端部に形成され、軸方向Ｘに延在する。

本発明を適用したセグメント１は、例えば側面２２に配置されたリング継手８を備える。リング継手８は、一対のセグメント１を軸方向Ｘに沿って連結するために用いられる。

リング継手８は、雄側継手８１と、雌側継手８２とを有する。雄側継手８１及び雌側継手８２は、互いに嵌合する形状を有する。例えば、坑口側Ｄのセグメント１（セグメントリング７１）の側面２２に設けられた雌側継手８２に、切羽側Ｃのセグメント１の側面２２に設けられた雄側継手８１を嵌合させることで、軸方向Ｘに沿った一対のセグメント１を連結させることができる。

雄側継手８１は、一端が本体部２から突出し、他端が本体部２に埋設されるほか、例えば他端が溶接接合等により鋼材５に固定されてもよい。雌側継手８２は、本体部２に埋設されるほか、例えば溶接接合等により鋼材５に固定されてもよい。

本発明を適用したセグメント１として、上述したセグメント１ａ、１ｂ（Ａピース）のほか、例えば図５に示すように、キーセグメント１ｋ、及びキーセグメント１ｋと連結されるセグメント１ｃ、１ｄ（Ｂピース、Ｃピース）が用いられてもよい。

セグメント１ａ、１ｂの両端面２１は、軸方向Ｘに沿って略平行に形成される。これに対し、キーセグメント１ｋは、軸方向Ｘに沿ってテーパー状に形成され、キーセグメント１ｋの両端面２１が、軸方向Ｘに沿って傾斜を有する。また、セグメント１ｃ、１ｄにおいて、セグメント１ａ、１ｂと連結される一方の端面２１は、軸方向Ｘに沿って略平行に形成され、キーセグメント１ｋと連結される他方の端面２１は、軸方向Ｘに沿って傾斜を有する。

抜け出し防止装置４は、例えば少なくともキーセグメント１ｋに配置される。キーセグメント１ｋの両端面２１は、軸方向Ｘに沿って傾斜している。すなわち、キーセグメント１ｋは、セグメント１ｃ、１ｄと連結したあとに、トンネルに土水圧が作用することで発生するトンネル周方向軸力が、キーセグメント１ｋの軸方向Ｘに沿って傾斜した端面２１において、キーセグメント１ｋの抜け出し方向となる軸方向Ｘの分力を生み出すことになり、特に大きな抜け出し力が作用することで滑動し、抜け出す可能性が高い。このため、キーセグメント１ｋの側面２２に抜け出し防止装置４を配置することで、キーセグメント１ｋの本体部２の挿入向きに対して反対の向きにおける抜け出しを抑止することができる。

図１８は、キーセグメント１ｋに作用するトンネル周方向軸力で無次元化した抜け出し力Ｐと、キーセグメント１ｋの端面２１の傾斜角度θとの関係を表したものである。なお、この関係は、くさびの計算式を用いて導かれ、抜け出し力Ｐは、トンネル周方向軸力Ｎ、傾斜角度θ及び端面２１の摩擦係数μにより求められる。シールド工事用標準セグメント（平成１３年７月 社団法人日本下水道協会）によれば、一般的な鋼材と鋼材間の摩擦係数は０．３、コンクリートとコンクリート間の摩擦係数は０．５とされており、摩擦係数が十分に大きい場合は、傾斜角度θが小さい領域では抜け出し力Ｐよりも摩擦力Ｆが大きいため、抜け出しは発生しない。しかし、通常、キーセグメント１ｋの組立時においては、端面２１には潤滑剤が塗布され、摩擦係数μが通常の１／１０程度になることも報告されている。その場合、図１８に示すように、キーセグメント１ｋの傾斜角度θが２度以上の範囲では抜け出し力Ｐが発生し得る。そのため、特に傾斜角度θが２度以上に設定されるキーセグメント１ｋに対して抜け出し防止装置４を配置することで、工事の安全性を確実に確保することができる。なお、図５では、キーセグメント１ｋの側面２２に雄側抑止部４１が設けられているが、雌側抑止部４２が設けられてもよい。

＜抜け出し防止装置４の一例＞
抜け出し防止装置４は、例えば図６（ａ）の矢印に示すように、溝状の雌側抑止部４２内に雄側抑止部４１を移動させることにより、一対のセグメント１ａ、１ｂの抜け出しを防止する。なお、図６（ａ）では、セグメント１ｂを軸方向Ｘに沿って移動させる例を示すが、例えばセグメント１ｂを法線方向Ｙに沿って移動させるようにしてもよい。

雄側抑止部４１の端部４１ａは、例えば法線方向Ｙの両側に拡幅された部分を有する。端部４１ａとして、例えば雄側抑止部４１と一体に形成された鋼材等が用いられる。

雌側抑止部４２の支持部４２ａは、例えば溝状の雌側抑止部４２における法線方向Ｙの側面に少なくとも１つ（図６では２つ）設けられる。支持部４２ａとして、例えばバネ等の弾性体に固定された鋼材等が用いられる。

例えば図６（ａ）の矢印方向（挿入向き）にセグメント１ｂを移動させた場合、図６（ｂ）に示すように、端部４１ａは支持部４２ａと係合する。これにより、セグメント１ｂの各本体部２の挿入向きに対して反対の向きにおける抜け出しを抑止することができる。

例えば端部４１ａにおける法線方向Ｙの高さにおいて、先端側の高さｈ１は、基端側（側面２２側）の高さｈ２よりも小さい。また、雌側抑止部４２における法線方向Ｙの両側面に設けられた一対の支持部４２ａの間の距離において、側面２２側の高さｈ３は、底面側の高さｈ４よりも大きい。この場合、例えば高さｈ１が高さｈ３よりも小さく形成されることで、雄側抑止部４１を雌側抑止部４２に挿入し易くなり、セグメント１ｂの移動を円滑に行うことができる。また、例えば高さｈ２が高さｈ４よりも大きく形成されることで、雄側抑止部４１を雌側抑止部４２と係合させ易くなり、セグメント１ｂの本体部２の挿入向きに対して反対の向きにおける抜け出しを容易に抑止することができる。

端部４１ａは、例えば周方向Ｗから見て、基端側から先端側に沿って端部の高さが減少するテーパー状に形成される。また、支持部４２ａは、例えば周方向Ｗから見て、底面側から側面２２側に沿って支持部４２ａの間隔が拡大するテーパー状に形成される。これにより、セグメント１ｂの移動をより円滑に行うことができるとともに、セグメント１ｂの本体部２の挿入向きに対して反対の向きにおける抜け出しを容易に抑止することができる。

＜抜け出し防止装置４の第１変形例＞
次に、抜け出し防止装置４の第１変形例について説明する。上述した抜け出し防止装置４と、第１変形例との違いは、雄側抑止部４１と雌側抑止部４２との係合する位置が異なる点である。なお、上述した内容と同様の構成については、説明を省略する。

雄側抑止部４１は、例えば図７に示すように、端部４１ａの代わりに端面４１ｂを、雌側抑止部４２と係合（接着及び粘着を含む）させてもよい。この場合、雌側抑止部４２は、例えば底面に設けられた支持部４２ｂにより、端面４１ｂを係合させる。支持部４２ｂとして、例えば接着性若しくは粘着性を有する粘弾性体、又は、マジックテープ（登録商標）等の面状に着脱可能な面ファスナーが用いられる。

例えば図７（ｂ）の矢印方向（挿入向き）にセグメント１ｂを移動させた場合、図７（ｃ）に示すように、端面４１ｂは支持部４２ｂと係合する。これにより、セグメント１ｂの本体部２の挿入向きに対して反対の向きにおける抜け出しを抑止することができる。

なお、例えば支持部４２ｂとして一対の脱着部を有する面ファスナーが用いられる場合、例えば支持部４２ｂの一方の脱着部を予め端面４１ｂと係合させた状態で、溝状の雌側抑止部４２内に雄側抑止部４１を移動させてもよい。この場合においても、雌側抑止部４２の底面に他方の脱着部を設けることで、一対の脱着部が当接して固定され、セグメント１ｂの本体部２の挿入向きに対して反対の向きにおける抜け出しを抑止することができる。

抜け出し防止装置４は、例えば図８に示すように、法線方向Ｙに沿ってセグメント継手３と近接して配置されてもよい。すなわち、セグメント継手３は、側面２２に配置される。この場合、一対のセグメント１ａ、１ｂを連結するとき、セグメント継手３の嵌合状態を作業者等が容易に目視確認できる。また、一対のセグメント１ａ、１ｂを連結するとき、セグメント継手３の雄側連結部３１が、連結先のセグメント１ａに接触して損傷を受ける可能性を極めて低くすることができる。

抜け出し防止装置４は、例えば図９に示すように、セグメント継手３と一体に形成されてもよい。雄側抑止部４１の端面４１ｂは、雄側連結部３１における軸方向Ｘの坑口側Ｄの面に設けられる。雌側抑止部４２の支持部４２ｂは、溝状に形成された雌側連結部３２の底面に設けられる。

例えば図９（ｂ）の矢印方向（挿入向き）にセグメント１ｂを移動させた場合、図９（ｃ）に示すように、雄側連結部３１は雌側連結部３２と嵌合するとともに、端面４１ｂは支持部４２ｂと係合する。これにより、セグメント１ｂの本体部２の挿入向きに対して反対の向きにおける抜け出しを抑止することができる。また、セグメント継手３と抜け出し防止装置４とが別体に形成される場合に比べて、雄側連結部３１と雌側連結部３２との嵌合、及び、雄側抑止部４１と雌側抑止部４２との係合を容易に実施することができる。これにより、一対のセグメント１ａ、１ｂの連結に費やす時間を削減することが可能となる。

＜抜け出し防止装置４の第２変形例＞
次に、抜け出し防止装置４の第２変形例について説明する。上述した抜け出し防止装置４と、第２変形例との違いは、雌側抑止部４２を有しない点である。このとき、抜け出し防止装置４は、側面２２に配置される鋼材５又は鋼製のセグメント継手３に固定される。なお、上述した内容と同様の構成については、説明を省略する。

抜け出し防止装置４は、例えば図１０に示すように、雄側抑止部４１のみを有してもよい。雄側抑止部４１は、セグメント１ａの側面２２に配置される鋼材５上に設けられる。雄側抑止部４１は、例えば鋼材５に固定されたねじ付きスタッド等の軸部材に取り付けられた抑止部材４１ｃを有する。抑止部材４１ｃとして、例えば鋼板等が用いられる。抑止部材４１ｃは、例えば軸部材に螺合され、軸方向Ｘを軸として回転させることができる。

抑止部材４１ｃは、例えば図１０（ａ）の矢印に示す方向に回転し、突出部３２ａと一体に設けられた接合部３２ｂからなる雌側連結部３２の突出部３２ａが抑止部材４１ｃと鋼材５との間に挟まれる。これにより、雄側抑止部４１は、雌側連結部３２と係合する。

接合部３２ｂは、雄側抑止部４１が設けられたセグメント１ａと連結されるセグメント１ｂ側に設けられ、セグメント１ｂの側面２２に配置される鋼材５に固定される。雌側連結部３２は、周方向Ｗに沿って接合部３２ｂから突出部３２ａまで延在する。

雄側連結部３１は、雄側抑止部４１が設けられたセグメント１ａ側に設けられ、セグメント１ａの側面２２に配置される鋼材５に固定され、軸方向Ｘに突出する。例えば図１０（ｂ）の軸方向Ｘにおける上方から下方の向き（挿入向き）にセグメント１ｂを移動させた場合、雄側連結部３１は、雌側連結部３２の突出部３２ａ側の軸方向Ｘに形成された孔３２ｈと嵌合する。これにより、一対のセグメント１ａ、１ｂが連結される。

この場合においても、雄側抑止部４１は、雌側連結部３２と係合することで、セグメント１ｂの本体部２の挿入向きに対して反対の向きにおける抜け出しを抑止することができる。また、雌側抑止部４２を形成する必要が無いため、セグメント１の製造工程数を減少させることが可能となる。

＜抜け出し防止装置４の第３変形例＞
次に、抜け出し防止装置４の第３変形例について説明する。上述した抜け出し防止装置４の第２変形例と、第３変形例との違いは、雄側抑止部４１が一対のセグメント１ａ、１ｂを連結したあとに設けられる点である。なお、上述した内容と同様の構成については、説明を省略する。

抜け出し防止装置４は、例えば図１１に示すように、一対のセグメント１ａ、１ｂを連結したあとに配置され、雄側抑止部４１のみを有してもよい。雄側抑止部４１は、突出部材４１ｄを有し、突出部材４１ｄとして鋼材等が用いられる。突出部材４１ｄは、例えば図１１（ｄ）に示すように、平板の主面と直角方向（図１１（ｄ）では軸方向Ｘ）に突出する挿通部４１ｅ及び当接部４１ｆを有する。挿通部４１ｅは、例えば一対の当接部４１ｆの間に設けられる円柱状部材で、挿通部４１ｅ及び当接部４１ｆは平板部材である。

例えば図１１（ｂ）の軸方向Ｘにおける上方から下方の向き（挿入向き）にセグメント１ｂを移動させた場合、雄側連結部３１と、雌側連結部３２に形成された孔３２ｈとが嵌合する。これにより、一対のセグメント１ａ、１ｂが連結される。この状態で、図１１（ｃ）、図１１（ｄ）に示すように、挿通部４１ｅが、雄側連結部３１の軸方向Ｘに形成された孔３１ｈに挿通される。このとき、雌側連結部３２の突出部３２ａは、当接部４１ｆと鋼材５との間に挟まれる。これにより、雄側抑止部４１は、雌側連結部３２と係合する。

この場合においても、雄側抑止部４１は、雌側連結部３２と係合することで、セグメント１ｂの本体部２の挿入向きに対して反対の向きにおける抜け出しを抑止することができる。また、雌側抑止部４２を形成する必要が無いため、セグメント１の製造工程数を減少させることが可能となる。

＜抜け出し防止装置４の第４変形例＞
次に、抜け出し防止装置４の第４変形例について説明する。上述した抜け出し防止装置４と、第４変形例との違いは、抜け出し防止装置４が報知部６に近接して設けられる点である。なお、上述した内容と同様の構成については、説明を省略する。

抜け出し防止装置４は、例えば図１２に示すように、抜け出し防止装置４の係合状態を判定し、作業者等に報知する報知部６に近接して設けられる。報知部６は、例えば雌側抑止部４２内に設けられる。

報知部６は、例えばセンサ部と、制御部と、出力部とを有する。センサ部は、抜け出し防止装置４の係合状態を信号化する。センサ部として、例えば図１３に示す接触式センサのほか、電磁波を利用した非接触式センサ等が用いられる。制御部は、センサ部からの信号に基づいて抜け出し防止装置４の係合状態を判定する。出力部は、判定結果を作業者等に報知する。出力部は、例えば無線通信等を介して判定結果を送信し、作業者等の通信端末に判定結果を報知するほか、例えば電気的に接続されたＬＥＤ等を点灯させ、作業者等に報知してもよい。

報知部６は、例えば図１３（ａ）に示すように、雌側抑止部４２の支持部４２ａと接して設けられてもよい。例えば図１３（ａ）の矢印方向（挿入向き）にセグメント１ｂを移動させた場合、図１３（ｂ）に示すように、報知部６は、雄側抑止部４１と雌側抑止部４２とに挟まれる。これにより、報知部６は、雄側抑止部４１と雌側抑止部４２とが係合したと判定し、作業者等に報知する。

本発明を適用したセグメント１によれば、抜け出し防止装置４は、本体部２の側面２２に設けられ、セグメント継手３を挿入する向きに対して反対の向きに雄側連結部３１が雌側連結部３２から抜け出すことを抑止するための雄側抑止部４１及び雌側抑止部４２の少なくとも一方を備える。このため、抜け出し力によってセグメント１の回転等が発生した場合においても、抜け出し防止装置４が端面２１に設けられた場合に比べて回転に抵抗する偶力間の距離を長くとることが可能となり、セグメント１の回転等を強固に抑制することができる。これは、セグメント１の組立にはセグメント１の継手に微小な隙間を設ける必要があるため、セグメント１が抜け出そうとする際には、片側が目開きすることになり、セグメント１が回転する形で抜け出すことになる。その隙間が最も大きくなる側面２２に抜け出し防止装置４を設けることによって、競りによる抜け出し抑止効果が大きく現れる。これにより、セグメント１の抜け出しを確実に防止することが可能となり、工事の安全性の向上を実現することができる。

また、本発明を適用したセグメント１によれば、抜け出し防止装置４は、本体部２の側面２２に設けられる。本体部２の端面２１に抜け出し防止装置４を設ける場合では、連結作業の間、一対のセグメント１の端面２１同士の距離が小さく損傷するおそれがある。それに対して、抜け出し防止装置４を側面２２に設けることにより、一対のセグメント１を連結するとき、連結する端面２１から抜け出し防止装置４を離しておくことができるので、連結先のセグメント１に接触して損傷を受ける可能性を極めて低くすることができる。これにより、一対のセグメント１が連結した後、抜け出し防止装置４を確実に作動させることが可能となり、工事の安全性を向上させることが可能となる。

また、本発明を適用したセグメント１によれば、本体部２の備える６面のうち、少なくとも一対の端面２１及び一対の側面２２に、鋼材５が配置される。このため、本体部２に作用する抜け出し防止装置４の反力に対し、鋼材５の拘束効果によるコンクリートの補強効果が得られ、より強固にセグメント１の抜け出しを防止することができる。これにより、工事の安全性をさらに向上させることが可能となる。また、一対のセグメント１を連結するとき、本体部２が連結先の抜け出し防止装置４に接触して損傷を受けることを防ぐことができる。これにより、セグメント１の耐久性を向上させることが可能となる。

また、本発明を適用したセグメント１によれば、抜け出し防止装置４は、側面２２に配置される鋼材５又は鋼製のセグメント継手３に固定される。このため、抜け出し防止装置４の反力が鋼材５に作用し、より強固にセグメント１の抜け出しを防止することができる。これにより、工事の安全性をさらに向上させることが可能となる。

また、本発明を適用したセグメント１によれば、抜け出し防止装置４は、少なくとも軸方向Ｘにおける切羽側Ｃの側面２２に設けられる。このため、一対のセグメント１を連結するとき、切羽側Ｃのセグメントリング７１の側面２２は未だ組み立てていない隣のセグメントリング７１が無いため、抜け出し防止装置４の係合状態を作業者等が容易に目視確認できる。また、一対のセグメント１を連結するとき、切羽側Ｃの抜け出し防止装置４は連結先のセグメント１の端面２１に近接することがないため、抜け出し防止装置４が連結先のセグメント１に接触して損傷を受ける可能性をさらに低下することができ、一対のセグメント１が連結した後、抜け出し防止装置４を確実に作動させることが可能となる。これにより、工事の安全性をさらに向上させることが可能となる。

また、本発明を適用したセグメント１によれば、セグメント継手３は、切羽側Ｃ及び坑口側Ｄの側面２２に配置される。このため、一対のセグメント１を連結するとき、セグメント継手３の嵌合状態を作業者等が容易に目視確認できる。これにより、工事の安全性をさらに向上させることが可能となる。また、一対のセグメント１を連結するとき、セグメント継手３が連結先のセグメント１に接触して損傷を受ける可能性を極めて低くすることができる。これにより、セグメント継手３の耐久性を向上させることが可能となる。

また、本発明を適用したセグメント１によれば、特に第４変形例における抜け出し防止装置４は、報知部６に近接して設けられる。このため、一対のセグメント１を連結するとき、セグメント１から離れた場所に待機する作業者等が、抜け出し防止装置４の係合状態を容易に確認できる。これにより、工事の安全性をさらに向上させることが可能となる。

また、本発明を適用したセグメント１によれば、抜け出し防止装置４は、少なくともキーセグメント１ｋに設けられる。キーセグメント１ｋでは、トンネルに土水圧が作用することで発生するトンネル周方向軸力が、キーセグメント１ｋの軸方向Ｘに傾斜した端面２１において、キーセグメント１ｋの抜け出し方向となるトンネル軸方向分力を生み出すことになり、特に大きな抜け出し力が発生しやすい。一方、抜け出し防止装置４が軸方向Ｘに傾斜したテーパー状の端面２１に設けられた場合に比べて、抜け出し防止装置４の反力が直角かつ単純に本体部２へ作用する。これらにより、より大きな抜け出し力に対してより強固にセグメント１の抜け出しを防止することが可能となり、工事の安全性を大きく向上させることが可能となる。また、キーセグメント１ｋの挿入時には、キーセグメント１ｋの両端面２１が連結先のセグメント１に極めて近接するため、抜け出し防止装置４が端面２１に設けられた場合に比べて、抜け出し防止装置４が連結先のセグメント１に接触して損傷を受ける可能性を飛躍的に低くすることが可能となり、工事の安全性を大きく向上させることが可能となる。また、例えば抜け出し防止装置４をキーセグメント１ｋのみに設けることで、工事の安全性を向上させたうえで、材料費の削減が可能となる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明したが、上述した実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。

１ ：セグメント
１ａ ：セグメント
１ｂ ：セグメント
１ｃ ：セグメント
１ｄ ：セグメント
１ｋ ：キーセグメント
２ ：本体部
２０ ：面
２１ ：端面
２２ ：側面
２３ ：溝部
３ ：セグメント継手
３１ ：雄側連結部
３１ｈ ：孔
３２ ：雌側連結部
３２ａ ：突出部
３２ｂ ：接合部
３２ｈ ：孔
４ ：抜け出し防止装置
４１ ：雄側抑止部
４１ａ ：端部
４１ｂ ：端面
４１ｃ ：抑止部材
４１ｄ ：突出部材
４１ｅ ：挿通部
４１ｆ ：当接部
４２ ：雌側抑止部
４２ａ ：支持部
４２ｂ ：支持部
５ ：鋼材
５ｆ ：フランジ
６ ：報知部
７ ：シールドトンネル
７０ ：シールドマシン
７１ ：セグメントリング
８ ：リング継手
８１ ：雄側継手
８２ ：雌側継手
９ ：地中
Ａ ：地山側
Ｉ ：内空側
Ｃ ：切羽側
Ｄ ：坑口側
Ｓ ：内側空間
Ｗ ：周方向
Ｘ ：軸方向
Ｙ ：法線方向

Claims (7)

1. トンネルの周方向及び軸方向に対して相互に連結することで前記トンネルを構築するためのセグメントであって、
   前記セグメントは、
   トンネル周方向の一対の端面と、トンネル軸方向の一対の側面と、トンネル法線方向の一対の面とで構成される６面を備える本体部と、
   前記端面、並びに前記トンネル軸方向の切羽側及び坑口側の前記側面の少なくとも何れかに配置されたセグメント継手と
   を備え、
   前記セグメント継手は、一方を他方に挿入することで前記トンネル周方向に隣接する他のセグメントの端面と前記端面とを当接させ、前記本体部と前記他のセグメントの本体部とを連結するための雄側連結部及び雌側連結部の少なくとも何れかを有し、
   前記トンネル軸方向の切羽側及び坑口側の少なくとも何れかの前記側面に、前記セグメント継手を挿入する向きに対して反対の向きに前記雄側連結部が前記雌側連結部から抜け出すことを抑止するための雄側抑止部及び雌側抑止部の少なくとも一方を備える抜け出し防止装置が設けられること
   を特徴とするセグメント。
2. 前記６面のうち、少なくとも一対の前記端面、及び一対の前記側面に、鋼材が配置されること
   を特徴とする請求項１記載のセグメント。
3. 前記抜け出し防止装置は、前記側面に配置される前記鋼材又は鋼製の前記セグメント継手に固定されること
   を特徴とする請求項２記載のセグメント。
4. 前記抜け出し防止装置は、前記側面のうち、少なくとも前記トンネル軸方向の切羽側の前記側面に設けられること
   を特徴とする請求項１～３の何れか１項記載のセグメント。
5. 前記セグメント継手は、前記トンネル軸方向の切羽側及び坑口側の前記側面に配置されること
   を特徴とする請求項１～４の何れか１項記載のセグメント。
6. 前記抜け出し防止装置は、前記抜け出し防止装置の係合状態を報知する報知部に近接して設けられること
   を特徴とする請求項１～５の何れか１項記載のセグメント。
7. 前記抜け出し防止装置は、少なくともキーセグメントに設けられること
   を特徴とする請求項１～６の何れか１項記載のセグメント。

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