JPH04153500A - 鋼殻セグメント継目部溶接シール装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシールドトンネルの一次覆工用鋼殻セグメント
継目部を溶接によりシールする装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来、シールドトンネルの一次覆工用セグメントとして
は、鉄筋コンクリート製、鋼製、ダクタイル鋳鉄製など
が用いられており、セグメントの止水連結構造としては
、（１）セグメントの継手部に水膨張性材や天然ゴムな
どの止水材を装着し、その止水材付き継手部をボルトに
より締結した構造が採用され、（２）特開平２−２０７
９９号公報により公表されているように、トンネル軸方
向端部のＨ形鋼材およびトンネル周囲方向端部の溝形鋼
材を有する外殻フレーム内にコンクリートを充填してセ
グメントを構成し、トンネル軸方向およびトンネル周囲
方向に隣り合うセグメントにおける外殻フレームを接合
して、隣り合う外殻フレームの間に空間を形成し、その
空間にコンクリ−１・またはモルタル等の硬化性材料を
充填した止水連結構造も知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

一般に、トンネルが施工される場所においては、雨水や
地下水の浸透があり、かつ地下水が存在するため、セグ
メントの継目部の止水性が十分でなく、長期にわたる地
下水の浸透がある場合は、地下水位の低下や地盤の沈下
などが問題とされることがある。このため特にセグメン
ト継目部における完全な止水性が求められている。

しかし、前記従来の（］）（２）の止水連結構造の場合
は、特に高水位の地下水が存在する環境下での恒久的な
止水性の確保は難しいという問題点を有している。前記
（２）の止水連結構造の場合、隣り合う外殻フレームの
間に充填されたコンクリ−１・またはモルタルが完全な
止水性を発揮するように考えられるが、コンクリートお
よびモルタルには気孔性があるため、恒久的な止水性あ
るいは気密性等のシール性を確保することは難しい。

本発明は、隣接するセグメントの一体化と併せ、て、こ
の隣接するセグメント継手部間における継目部シール性
を充分に確保できる、シールドトンネルの一次覆工用鋼
殻セグメントにおける継目部シール構造を得るための溶
接シール装置を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、シールドトンネルの一次覆王用鋼殻セグメン
トの鋼殻に鋼材により継手部を形成し、この鋼殻セグメ
ントを多数組み合わせてトンネルを構築した後、隣接す
る鋼殻セグメントのトンネル内側軸方向および円周方向
の継手部間の継目部をシールするための溶接シール装置
である。

第１の発明は、多数の鋼殻セグメントの組立てにより構
築されたシールドトンネル内においてトンネル軸方向に
移動される移動体に、前記シールドトンネルと同心のリ
ング状軌道を設け、このリング状軌道に溶接装置を移動
自在に係合したことを特徴とする。

第２の発明は、多数の鋼殻セグメントの組立てにより構
築されたシールドトンネル内においてトンネル軸方向に
移動される移動体に、前記シールドトンネルと同心のリ
ング状軌道を設け、このリング状軌道に、トンネル内側
軸方向の鋼殻セグメントのリング継手部間の継目部を溶
接する溶接装置と、溶接部がそのリング状軌道と直交す
る方向に移動自在でトンネル内側円周方向の鋼殻セグメ
ントのセグメント継手部間の継目部を溶接する溶接装置
とを移動自在に係合したことを特徴とする。

また第３の発明は、多数の鋼殻セグメントの組立てによ
り構築されたシールドトンネル内においてトンネル軸方
向に移動される移動体に、前記シルトトンネルと同心の
複数のリング状軌道を設け、一方のリング状軌道にトン
ネル内側円周方向の鋼殻セグメントのリング継手部間の
継目を溶接する溶接装置を移動自在に係合し、他方のリ
ング状軌道に、溶接部がそのリング状軌道と直交する方
向に、移動自在でトンネル内側円周方向に並ぶ鋼殻セグ
メントのセグメント継手部間の継目部を溶接する溶接装
置を移動自在に係合したことを特徴とする。

そして第４の発明は、第１〜第３の発明の溶接装置に清
浄化装置を設けたことを特徴とし、第５の発明は、第１
〜第４の発明の溶接装置に先行して、シール材を加工し
、鋼殻セグメント継手部間の継目部に、シール材を当接
して仮止めするシール材加工供給仮止め装置を、前記溶
接装置のリング状軌道に移動自在に係合したことを特徴
とする。

第６の発明は、第１〜第５の発明の鋼殻セグメント継手
部間の継目部の溶接シール装置において用いられる溶接
装置であり、被溶接部の前処理部用と溶接装置と、後処
理部と、軌道との係合部を有し、その軌道に沿って移動
自在であることを特徴とする。

第７の発明は、第５の発明において用いられるシール材
加工供給仮止め装置で、シール材の収納供給部と、加工
部と、ベンディング部と、仮止め部と、リング状軌道と
の保合部を有し、そのリング状軌道に沿って移動自在で
あることを特徴とする。

〔実施例〕

次に本発明を図示の例によって詳細に説明する。

第９図ないし第１１図は本発明において使用する鋼殻セ
グメント１の一例を示すものであって、Ｔ形断面の２本
の円弧状枠材４がトンネル軸方向に間隔をおいて配置さ
れ、■形断面の２本の直線状枠材５は前記円弧状枠材４
の端部間に介在されて溶接により結合され、かつ各円弧
状枠材４および各直線状枠材５のトンネル外周側に鋼製
面板２８が溶接により固着されて、鋼殻２が構成され、
その鋼殻２内にコンクリート３が充填されて、鋼殻セグ
メント１が構成されている。

前記円弧状枠材４の溝がトンネル軸方向に開口すると共
に、１ｉｉｉ記直線状枠材５の溝がトンネル周囲方向に
開「１し、各円弧状枠材４のウェブに、ウェブ長手方向
に延長する円弧状の複数の鋼板製スペーサ６か溶接によ
り固着され、かつ前記直線状枠材５のウェブに複数の鋼
製アンカーロット７が溶接により固着されている。

前述のように構成された鋼殻セグメンｌ−］は、第１２
図に示すように、トンネル円周方向およびトンネル軸方
向に多数千鳥状に配置されて組立てられて、−一次覆工
用シールドトンネル２９が構築される。

次に本発明の鋼殻セグメント継目部溶接シール装置を使
用してシール連結した一次覆工用鋼殻セグメント継目部
シール構造について説明する。

第１３図はトンネル円周方向の鋼殻セグメント接続例を
示すものであって、トンネル円周方向に隣り合う鋼殻セ
グメン１−ＩＡ、ＩＢにおける鋼殻２の継手部が当接さ
れ、その当接された継手部からなる継目におけるトンネ
ル内側部分は、連続して溶接１１により固着されて直接
シールされ、かつ前記当接された鋼殻２の端部間に形成
された閉鎖断面の空間に、コンクリートまたはモルタル
等の硬化性材料８が充填され、直線状枠材５に固定され
たアンカーロッド７が前記硬化性材料８に埋込まれて、
鋼殻２と硬化性材料とが一体化され、トンネル円周方向
に隣接する鋼殻セグメント１Ａ。

ＩＢが強固に一体化される。

第１４図はトンネル軸方向の鋼殻セグメン！・接続例を
示すものであって、トンネル軸方向に隣り合う鋼殻セグ
メントＩＡ、］、Ｂにおける鋼殻２の継手部が当接され
ると共に、対向する複数組のスペーサ６の先端部が当接
され、がっ当接された鋼殻２の端部間におけるスペーサ
６の間の空間に、コンクリートまたはモルタル等の硬化
性材料８が充填されて、トンネル軸方向に隣り合う鋼殻
セグメントＩＡ、］、Ｂが一体化され、溝形部分３ｏと
その両端部に屈折連設されたフランジ３１とがらなる鋼
製シール材１０は、トンネル内側において隣り合う鋼殻
セグメンｌ−１Δ、１Ｂの円弧状枠材４にわたって配置
され、１１１ｆ記各フランジ３１の先端部は各円弧状枠
材４に対し連続して溶接３２により固着されている。

第１５図ないし第１７図はｌ・ンネル軸方向の鋼殻セグ
メント溶接シール構造の他の例を示すものであって、第
１５図の場合は、Ｕ形断面の鋼製シル材１０における両
腕の先端部が、隣り合う鋼殻セグメントにおける円弧状
枠材４のトンネル内側端部の間に挿入され、前記両腕は
円弧状枠材４に対し連続して溶接３２により固着されて
いる。

第１６図の場合は、半円形断面の溝形部分３０とその溝
形部分３０の両端部に屈折連設されたフランジ３１とか
らなる鋼製シール材１０が、隣り合う鋼殻セグメントに
おける円弧状枠材４にオ）たって配置され、ｉ；ｆ記シ
ール材１０における各フランジ３１は隣り合う円弧状枠
材４の内面に重合され、各フランジ３１の中間部か円弧
状枠材４に対し連続して溶接３２により固着されている
。

第１７図の場合は、円弧状溝形部分３３の両側にフラン
ジ３１が連設されている鋼製シール１゜が用いられ、前
記フランジ３１の先端部が鋼殻２に対し連続して溶接３
２により固着されている。

第１図ないし第８図は本発明の実施例に係る鋼殻セグメ
ント継目部溶接シール装置を示すものであって、多数の
鋼殻セグメント１により構築されたシールドトンネル２
９内をトンネル軸方向に移動する移動体１２が、ブレー
キ付き走行用駆動装置３４と複数の前部車輪３５と後部
車輪３６と側部車輪５８とを備え、前記移動体１２の下
側の左右両側に、液圧シリンダ６ｏによりシールドトン
ネル２９における下側の側部内面に押付けられる側部グ
リッパ５７が設けられ、かつ重犯移動体１２の上部中央
に、液圧シリンダ６１によりシールド１〜ンネル２９の
上部内面に押付けられる上部グリッパ５９が設けられて
いる。

前記移動体１２に、シールドトンネル２９の中心線上に
中心をイＩする一対のリング状軌道］３と、前記シール
ドトンネル２９の中心線」−に中心を有する一対のリン
グ状軌道１４とが、トンネル軸方向に間隔をおいて固定
され、後部のリング状軌道１３に、トンネル円周方向に
隣り合う鋼殻セグメント１の継目部３７を溶接するため
の溶接台車１５における内側ガイトローラ３８および外
側ガイドローラ３９が係合され、ボｆ記溶接合東１５に
は、複数の内側ガイドローラ３８が取付けられると共に
、外側ガイドローラ３９を駆動する複数の循環移動用駆
動装置４０がトンネル半径方向に移動可能に取付けられ
、ｍＩ記駆動装置４ｏにローラ押付用ばね４４が係合さ
れ、そのばね４４の力により外側ガイドローラ３９がリ
ング状軌道１３に押付けられる。

前記溶接含料１５に、ｌ・ンネル軸方向に延長するガイ
ドレール４］が固定され、かつ溶接台車１５に、トンネ
ル軸方向に延長する螺杆］６が回転自在に取付けられる
と共に、螺杆回転用駆動装置４２が固定され、溶接装置
１７に固定されたガイド部材４５は前記ガイドレール４
１に嵌合され、かつ溶接装置１７に取付けられた雌ねじ
部材４３は前記螺杆１６に螺合され、曲記螺杆回転用駆
動装置４２を正回転運転すると溶接装置１７がトンネル
軸方向に曲進移動され、また１１ｊ記螺杆回転用駆動装
置４２を逆回転運転すると溶接装置１７がトンネル軸方
向に後退移動され、トンネル円周方向に隣り合う鋼殻セ
グメント１の継目部３７は前記溶接装置１７により溶接
シールされる。

前部のリング状軌道１４には、トンネル軸方向に隣り合
う鋼殻セグメン］・リングの継目部９を溶接するための
溶接装置１８における内側ガイドローラ３８および循環
移動用駆動装置４０により回転される外側ガイドローラ
３９が係合されている。

また前記溶接装置１８に先行して移動するシール材加工
供給仮止め装置１９における内側ガイドローラ３８およ
び外側ガイドローラ３９は前記リング状軌道１４に係合
され、前記シール材加工供給仮止め装置１９は循環移動
用駆動装置４０を備えている。

溶接装置１８およびシール材加工供給仮止め装置１９に
おける外側ガイトローラ３９のリング状軌道１４に対す
る押付手段は、溶接台車］５における外側ガイドローラ
３９のリング状軌道１３に対する押付手段と同様である
。

なお第１図におい−Ｃ，Ｄはトンネル掘進方向、Ｅは溶
接シール装置の移動方向であり、第５図および第６図に
おいて、Ｆは溶接装置の移動方向である。

第５図および第６図に示すように、溶接装置１７および
溶接装置１８は、フレーム５０に固定された溶接器５１
と、その溶接器５１の１１１ｊ部において被溶接シール
部を清浄化する回転ブラシ５２と、溶接器５１の後部に
おいて溶接シール部を研磨する回転研磨具５３とを備え
、前記回転ブラシ５２は電動機５４により回転され、か
つ１ｉｉｊ記回転研磨具５３は電動機５５により回転さ
れる。なお溶接装置１８の場合、シール材］○を鋼殻セ
グメントのリング継手部に溶接するため溶接１・−チ５
６を備え２条の溶接ができるようになっている。

また第７図に示すように、シール材加工供給仮止め装置
１９は、シール素材２０の巻回ドラム２１とピンチロー
ラ−２２とベンディングロール２３と押えロール２４と
仮止め器２５とカッター２６とを備え、リング状軌道１
４道に沿って移動自在になっている。

前記移動体１２と溶接台車１５と溶接装置１７゜１８と
シール材加工供給仮止め装置１９とに、鋼殻セグメント
間の継目位置を検出する検出器（図示を省略した）が取
付けられており、その検出器からの検出信号によって、
移動体、溶接台車、溶接装置、シール材加工供給仮止め
装置の作動条件（移動条件）を演算制御する制御装置（
図示を省略した）が設けられており、その制御装置によ
って移動体、溶接台車、溶接装置、シール材加工供給仮
止め装置の作動条件が制御される。

掘削されたトンネル内に多数の鋼殻セグメン１〜１が組
立て設置され、隣接する鋼殻セグメントの継手部間に形
成された空間に硬化性材料８が充填されると共に、その
硬化性材料８の固化により隣り合う鋼殻セグメン［・］
が一体化されて、シールドトンネル２９が構成され、予
め組立てられた本発明の溶接シール装置がシールドトン
ネル２９内に導かれ、ｌ１ｉｉ記溶接シール装置の各部
分に設けられた継目検出器からの検出信号により演算制
御装置を介して、移動体、溶接台車、溶接装置、シール
材加圧供給仮止め装置の駆動装置を制御することによっ
て、鋼殻セグメントのトンネル内側円周方向および軸方
向の継手部間の継目部の溶接シールが行なわれる。

この実施例においては、まずリング状軌道１３に係合し
た溶接台車１７のトンネル軸方向の移動（停止）と、こ
の溶接台車上の溶接装置１７のトンネル軸方向の往復移
動によって、鋼殻セグメントのトンネル内側円周方向の
セグメント継手部間の継目を溶接し、その継目を直接的
に溶接シールする。

なお、この場合、溶接に先立って、溶接装置１７の前部
に設けた回転ブラシ５２により、被溶接部である前記鋼
殻セグメントの継手部の継目部付近を清浄化し、継目の
溶接後は、同溶接装置１７の後部に設けた回転研磨具５
３によって溶接シールを整形する。

次に、リング状軌道１４に係合したシール材加工供給仮
止め装置１９を作動して、その装置１９から鋼殻セグメ
ント間のトンネル軸方向の継目部に、帯状のシール材１
０を加工して供給し、これを鋼殻セグメント間の継目を
覆うように当接して、仮溶接により仮止めする。

この実施例における鋼殻セグメントのリング継手部間の
継目部は、円周方向に連続しているので、予めシール材
１０の長さが採寸されており、このシール材１０の加工
供給、仮止めの作業は連続的に行なわれ、このシール材
１０はトンネル内円周方向に連続し、リング状に仮止め
される。また継目が不連続、たとえば千鳥状になってい
る場合は、帯状のシール材１０はシール材加工供給仮止
め装置１９に設けたカッター２６により所要長に切断し
て供給することもできる。

溶接装置１８は、このシール材加工供給仮止め装置１９
と同一のリング状軌道１４に係合され、そのシール材加
工供給仮止め装置１９に連続して溶接装置１８が移動す
る。またシール材加工供給仮止め装置１９によって仮止
めされた帯状のシール材１０における「１］方向の両側
端部を、ｌ・ンネル軸方向に隣り合うｗ４殻セグメント
１の内側に溶接して、鋼殻セグメントのリング継手部を
これに溶接されたシール材１０を介して間接シールする
。

この場合、溶接に先立って溶接装置］８の前部に設けた
回転ブラシ５２によって、被溶接部がある前記鋼殻セグ
メント間の継目部付近を清浄化し、溶接後は、その溶接
装置】８の後部に設けた回転研磨具５３によって溶接シ
ール部を整形する。そして移動体］２をトンネル内軸方
向に所定量移動させたのち停止させ、次いで前記謳殻セ
グメン！・のＩ・ンネル内円周方向のセグメント継手部
間とトンネル内軸方向のリング継手部間の継目を溶接シ
ールする。

なお、前記実施例はその一例を示したに過ぎず、これに
限定されるものではない。例えば、リング状軌道の配置
、構造、各溶接装置のシール材加工供給仮止め装置の有
無、または鋼殻セグメントのトンネル内円周方向と軸方
向の継手部間の継目部の溶接シールの仕方（直接シール
のみ、直接シールと間接シールの併用、間接シールのみ
）等、あるいはトンネル内円周方向のセグメント継手部
間の継目部専用の溶接シール装置とトンネル内軸方向の
リング継手部間の継目部専用の溶接シール装置との併用
等、必要に応じて変更することができる。

この発明を実施する場合、溶接台車１５．溶接装置１８
およびシール材加工供給仮止め装置１９をリング状軌道
１．３．１４に沿って循環移動させる手段としては、リ
ング状軌道１３．］、４の外側に環状歯車を固定し、か
つ前記溶接台車］５．溶接装置１８およびシール材加工
供給仮止め装置１９に、ブレーキおよび減速機付き電動
機からなる循環移動用駆動装置を固定し、その駆動装置
の出力軸に、＋ｉｉｆ記環状歯環状歯車合うピニオンを
固定し、外側ガイドローラを溶接台車１５．溶接装置１
８およびシール材加工供給仮止め装置１９の所定位置に
回転自在に取付けてもよい。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように構成されているので、以下に記載
するような効果を奏する。

ｌ・ンネル軸方向に移動される移動体１２にシールドト
ンネル２９と同心のリング状軌道１３．１４を設け、そ
のリング状軌道１３．１４に溶接装置１７．１８を移動
自在に係合したので、鋼殻セグメント１のトンネル内円
周方向のセグメント継手部間の継目部および軸方向のリ
ング継手部間の継口部を確実にかつ短時間にしかも自動
的に溶接シールすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明の一実施例を示すものであ
って、第１図は鋼殻セグメント継目部溶接シール装置の
使用状態を示す縦断側面図、第２図はその一部切欠縦断
正面図、第３図は第１図のＡ−Ａ線断面図、第４図は第
１図の一部を拡大して示す縦断側面図、第５図は回転ブ
ラシおよび回転研磨具を付属させたトンネル円周方向用
の溶接装置の斜視図、第６図は回転ブラシおよび回転研
磨具を付属させたトンネル軸方向用の溶接装置の斜視図
、第７図はシール材加工供給仮止め装置の斜視図、第８
図は外側ガイドローラ駆動装置付近を示す一部横断平面
図である。 第９図は鋼殻セグメントの斜視図、第１０図は第９図の
Ｂ−Ｂ線断面図、第１１図は第９図のＣＣ線断面図、第
１２図は鋼殻セグメン！・によるシールドトンネルの斜
視図である。第１３図はトンネル円周方向の鋼殻セグメ
ント継目部シール構造を示す縦断正面図、第１４図はト
ンネル軸方向の鋼殻セグメント継目部シール構造を示す
縦断側面図である。第１５図ないし第１７図はトンネル
軸方向鋼殻セグメント継目部シール構造の他の例を示す
縦断側面図である。 図において、１は鋼殻セグメント、２は鋼殻、３はコン
クリート、４は円弧状枠材、５は直線状枠材、６はスペ
ーサ、７はアンカーロッド、８は硬化性材料、９は継目
部、］Ｏはシール材、１１は溶接、１２は移動体、１３
および１４はリング状軌道、１５は溶接台車、１６は螺
杆、］７および１８は溶接装置、１９はシール材加工供
給仮止め装置、２０はシール素材、２１は巻回ドラム、
２２はピンチローラ、２３はベンディングロール、２４
は押えロール、２５は仮止め器、２６はカッター　２９
はシールドトンネル、３２は溶接、３７は継目部、３８
は内側ガイドローラ、３９は外側ガイドローラ、４４は
ローラ押付用ばね、５１は溶接器、 ２は回転ブラシ、 ３は回転研磨具で ある。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の鋼殻セグメントの組立てにより構築された
   シールドトンネル内においてトンネル軸方向に移動され
   る移動体に、前記シールドトンネルと同心のリング状軌
   道を設け、このリング状軌道に溶接装置を移動自在に係
   合したことを特徴とするシールドトンネルの一次覆工用
   鋼殻セグメント継目部溶接シール装置。
2. （２）多数の鋼殻セグメントの組立てにより構築された
   シールドトンネル内においてトンネル軸方向に移動され
   る移動体に、前記シールドトンネルと同心のリング状軌
   道を設け、このリング状軌道に、トンネル内側軸方向の
   鋼殻セグメントのリング継手部間の継目部を溶接する溶
   接装置と、溶接部がそのリング状軌道と直交する方向に
   移動自在でトンネル内側円周方向の鋼殻セグメントのセ
   グメント継手部間の継目部を溶接する溶接装置とを移動
   自在に係合したことを特徴とするシールドトンネルの一
   次覆工用鋼殻セグメント継目部溶接シール装置。
3. （３）多数の鋼殻セグメントの組立てにより構築された
   シールドトンネル内においてトンネル軸方向に移動され
   る移動体に、前記シールドトンネルと同心の複数のリン
   グ状軌道を設け、一方のリング状軌道にトンネル内側円
   周方向の鋼殻セグメントのリング継手部間の継目を溶接
   する溶接装置を移動自在に係合し、他方のリング状軌道
   に、溶接部がそのリング状軌道と直交する方向に、移動
   自在でトンネル内側円周方向に並ぶ鋼殻セグメントのセ
   グメント継手部間の継目部を溶接する溶接装置を移動自
   在に係合したことを特徴とするシールドトンネルの一次
   覆工用鋼殻セグメント継目部溶接シール装置。
4. （４）溶接装置に清浄化装置を設けたことを特徴とする
   請求項１ないし３の何れかの１項に記載のシールドトン
   ネルの一次覆工用鋼殻セグメント継目部溶接シール装置
   。
5. （５）リング状軌道に、溶接装置に先行してシール材加
   工を行ない、かつシール材を鋼殻セグメント継目部に当
   接して仮止めするシール材供給装置を移動自在に係合し
   たことを特徴とする請求項１ないし４の何れかの１項に
   記載のシールドトンネルの一次覆工用鋼殻セグメント継
   目部溶接シール装置。
6. （６）被溶接部の前処理装置と溶接部の後処理装置とを
   リング状軌道に沿って移動自在に係合したことを特徴と
   する請求項１ないし５の何れかの１項に記載のシールド
   トンネルの一次覆工用鋼殻セグメント継目部溶接装置。
7. （７）シール材の供給部と、加工部と、ベンディング部
   と、仮止め部とを備えているシール材加工供給仮止め装
   置が、リング状軌道に移動自在に係合されている請求項
   ５記載のシールドトンネルの一次覆工用鋼殻セグメント
   継目部溶接シール装置。