JPH10121893A - セグメントの継手機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、継手機構同士を一定方向に押圧す
るボルトを用いない無ボルト押圧型で自動組立に好適
で、しかも高剛性の継手機構を実現することを目的とす
る。 【解決手段】 この発明は、隣接したセグメントの接合
面にそれぞれの継手ボツクスを対向させて、対向させた
継手ボックスの継手面板の継手孔に挿通された継手によ
り隣接したセグメントを連結するセグメントの継手機構
において、継手面板を雌雄の継手の楔効果で圧着結合さ
せる楔型のセグメントの継手機構を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】シールド工法を施工して地中
に構築するシールドトンネルの一次覆工用には、鉄筋に
コンクリートを打設したコンクリートセグメントと、鋼
板のみで作られた鋼製セグメント、および鋼殻又は鉄骨
とコンクリートを合成した合成セグメント等が用いられ
る。本発明は上記した全てのセグメントのトンネル軸方
向の所謂ゆるセグメント間の継手機構に係り、ボルトを
用いることなくセグメントを容易かつ強固に連結するこ
とのできる無ボルト型の継手機構に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、上述したようなシールドトンネル
には大深度，大径，高内水圧のプロジェクトが計画さ
れ、かつ実施が推進されている。このような大規模な地
下工法技術の進展に伴いシールドトンネル用のセグメン
トの自動組立マシンによる組立施工も徐々に定着化に向
い、高耐力・高剛性で変形が少なく、しかも自動組立に
適し、内水圧に対して止水性の良いセグメント用の継手
機構の実現が要求されることになった。

【０００３】従来、通常のプロジェクトでは、隣接した
セグメント相互の接合面に設けられた継手板間をボルト
・ナットで結合するボルト継手が多用されてきた。しか
し、従来のボルト継手を大深度・大径・内水圧のセグメ
ントに適用しようとする場合に、継手の機構上の剛性が
低く、接合部で所謂ゆる目開きが大きくなり要求性能を
満たせない。また、ボルト継手で自動締結を採用するた
めには、マシン用の余裕空間を確保するためかなり大き
なボルトボックスも必要になる。このため、セグメント
本体内に欠損容積が増大して、強度を低下させる欠点が
ある。また、継手ボックス用の容積の拡張により所謂ゆ
るセグメント間継手とリング間継手が近接するコーナー
部において合理的な継手配置を困難にすることが多い。

【０００４】上記のようなボルト継手の問題点を是正す
るために、ボルトを用いない楔型の継手が実用化されて
いる。実用化された楔型の継手に、例えば図８（ａ）と
（ｂ）に示すような構造のものが挙げられる。図８の
（ａ），（ｂ）において、１，１はセグメント本体、２
は向かい合って対をなす雌金具、２１，２１は単体の雌
金具である。金具２１，２１は共に水平断面がほぼＣ字
状に形成され〔図９（ａ）〜（ｃ）〕、それぞれ開口端
を接合面に対向させてセグメント１，１に埋め込まれて
いる。２２は傾斜面２３で横幅が先細りに変化する楔孔
で、対称型の金具２１と２１を組み合わせた雌金具２の
中空部でＨ型に形成されている。楔孔２２は図に示され
たように、隣接したセグメント1 ，１の接合面を貫通し
て開口している。

【０００５】３は雄金具、３１は傾斜面２３に対応する
両側の傾斜面である。この雄金具３の輪郭形状は、雌金
具２の楔孔２２に類似している。而して、隣接したセグ
メント１，１の接合面に形成された楔孔２２に、雄金具
３が中抜きの矢印Ａ方向に嵌入される。図８（ａ）の２
点鎖線で示された雄金具３の嵌入により、セグメント
１，１が結合される。２４は接合面に設けられたシール
孔で、シール孔２４にはシール材２５が介装されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図８，９に示した継手
機構は上記のように、雌金具２に雄金具３を嵌入させる
のでボルト継手に比較して組立が短時間になり、ハンド
リングの駆動方向も単純化されて自動化し易い特徴があ
る。しかしながら、雌金具２の楔孔２２が隣接したセグ
メント１，１の接合部に連通して開口しているので、シ
ール孔２４の配置が接合部の一端側（外側）に限られる
ことになる。

【０００７】したがって、セグメント１，１の接合部の
シールが不可能になり、内外２段でシールできないとい
う致命的な欠点がある。このような継手機構は、地下河
川用の内水圧対応型のシールドセグメントに適用するこ
とに不都合が生じることになる。

【０００８】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、次に挙げるような特徴を備えた継
手機構を実現することを目的とするものである。 継手をコンパクトに構成し、セグメント本体の断面
欠損を少なくして適正な継手配置を可能にする。 自動組立に適した継手構造にする。 内外２段構成のシール機能を阻害しない継手を実現
する。 高耐力でかつ“目開き”等の変形の少ない高剛性の
継手構造とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、隣接したセグ
メントの接合面にそれぞれの継手ボツクスを対向させ
て、継手ボックスにおける継手面板の継手孔に挿通され
た継手により隣接したセグメントを連結するセグメント
の継手機構において、継手面板を雌雄の継手の楔効果で
圧着結合させる楔型のセグメントの継手機構を構成した
ものである。

【００１０】また、継手面板に内側シール溝を設けたセ
グメントの継手機構を構成したものである。また、継手
機構に結合状態を保持する保持手段を設けたセグメント
の継手機構を構成したものである。さらに、雌雄継手に
おける摺動する段部にハの字型に傾斜する摺動面を形成
したセグメントの継手機構を構成したものである。

【００１１】組み付ける２個のセグメントを並べて、接
合面を隙間のないように突き合わせる。突き合わされた
接合面の両側には、隣接したセグメントのそれぞれの継
手ボックスが継手面板を接触させて開口している。ここ
で、自動組立マシンにハンドリングされた雄継手が例え
ば右側の継手ボックスの開口辺から空間部内に挿入され
る。挿入された雄継手の係合部の位置が、継手面板の継
手孔に対応する位置に達すると雄継手の前進が止まる。
前進が止った雄継手が直角方向に移動し、係合部が重ね
合わされた継手孔に挿通される。そして、係合部の先端
の嵌入部が左側の継手ボツクス内に侵入して、途中の位
置で停止する。

【００１２】引き続いて、雌継手がロボットハンドにチ
ャッキングされて、楔の傾斜に沿って前進して反対側の
継手ボックスの空間部内に押し込まれる。前進した雌継
手の先端が雄継手の係合部に接触すると、嵌合孔が嵌入
部の先に嵌合する。そのまま前進して雌継手の右側面が
継手面板に当接して、前進した雌継手の横方向の移動が
抑制される。このとき、挾持部が挟受部に割り込み、楔
効果を発揮して雌継手の前進につれて雄継手が摺動して
２枚の継手面板を多面的に圧着させる。この結果、雌継
手が雄継手に完全に嵌合して、隣接したセグメントが結
合される。ハンドリングされた雄継手や雌継手の移動方
向や停止位置等は、全て自動組立マシンの制御装置によ
り正確に制御される。

【００１３】

【発明の実施の形態】

実施形態１ 図１は本発明の実施形態１の構成を示す断面図、図２は
図１のＸ6 −Ｘ6 断面図、図３は図１のＹ1 −Ｙ1 断面
図である。本発明の実施形態でも前記の図８，９と同様
に継手機構を合成セグメントのピース間の結合に適用し
た場合が例示されており、対応する構成部材には同じ符
号が付されているので主に異なる構成部材について説明
する。

【００１４】図１〜３において、１，１はセグメント、
４０，４０はその継手ボックスである。４１，４１は継
手ボツクス４０，４０における継手面板、４２，４２は
仕切板である。各継手面板４１と仕切板４２には共に鋼
板が用いられ、特に継手面板４１にはやや厚い板材が使
われて中央部付近の対応する位置に相互の継手ボツクス
４０間を連通する長方形の継手孔４３が穿設されてい
る。Ｆはセグメント１と１の接合面である。

【００１５】各継手ボックス４０はいずれも１枚の継手
面板４１と４枚の仕切板４２とからなり、１つの面が開
口された六面体の角箱状でほぼ対称構造に作られてい
る。そして、継手面板４１，４１を向かい合わせて、隣
接したセグメント１，１の接合面Ｆの両側に接して継手
ボツクス４０，４０が形成されている。特に図示されて
いないが、継手ボツクス４０，４０の開口面は、セグメ
ント１，１で構成されるシールドトンネルの内部側に向
いている。４４は継手面板４１，４１に向かい合って形
成されたシール溝、４５はシール溝４４内に充填された
シール材、４６はアンカー鉄筋、４７は継手ボックス４
０の開口辺、４８は空間部である。シール溝４４は外側
のシール溝２４に対応して、セグメント１，１の内側の
止水機能を司る。

【００１６】図２，４において、５は雄継手である。５
１は雄継手５の基部、５２は基部５１に連続した係合部
である。係合部５２には、途中の上下面を同じ深さで削
り取った薄板状の挟受部５３と先端の嵌入部５４が設け
られている。挟受部５３における右側の境界面の上下に
作られた段部５５は基部５１（接合面Ｆ）に平行で、左
側の段部５６は不平行で角度θ傾斜している（図４も参
照）。係合部５２の先端に形成された嵌入部５４は、図
示のように断面が凸状の膨大部を構成している。

【００１７】また、６は雌継手である。雌継手６は雄継
手５と対構造に作られ、雄継手５の係合部５２が相補的
に嵌合するような断面がほぼ角Ｃ字形になつている。６
１は雌継手６に設けられ雄継手５側の嵌入部５４が嵌入
する嵌合孔、６２は角Ｃ字形の開口端で挟受部５３を挾
持する挾持部である。嵌合孔６１と挾持部６２と境界面
の上下に形成された段部６３は、前記の段部５６に対応
して角θの傾斜面が形成されている。そして、相互に角
θの傾斜面を持つ雌継手６と雄継手５により先細の楔が
構成されて、雄継手５と雌継手６を嵌合したときの楔効
果を果たすようになっている。

【００１８】上記のような実施形態１の一対の雄継手５
と雌継手６により、継手面板４１を備えた継手ボックス
４０，４０を介してセグメント１，１を楔効果で圧着結
合する継手機構Ｊが構成されている。本発明の実施形態
１では２つの継手ボックス４０，４０内がそれぞれ開口
辺４７で開口した方形状の空間部４８を形成し、これら
の空間部４８を利用して次のようなセグメント１，１の
自動組立操作が実施されるようになっている。

【００１９】このような構成の実施形態１の組立動作の
一例を、次に説明する。ここでは、前記の圧着結合型の
継手機構Ｊを用いて、セグメントのピース間を結合する
場合を挙げて説明する。シールド掘進機により、セグメ
ントの曲率半径よりやや大きい円筒形のトンネルが穿設
される。穿設されたトンネルにはシールド掘進機の掘進
の進行に連れて、その後方に内壁面に沿って径に応じて
分割された複数個のセグメント１がリング間を順次ズラ
せた千鳥結合でリング状に連結されてトンネル内に施工
される。

【００２０】シールド掘進機による１リング分の掘進が
完了すると、掘進機の後方に設置された自動組立マシン
により搬入された円筒等分割型のセグメント１を用いた
シールドリングの組立が開始される。先ず、搬入された
セグメント１のうちの２個を取り出し、取り出した２個
のセグメント１と１の所謂ゆるセグメント間の結合面を
隙間のないように突き合わせる。突き合わされた接合面
の両側には、図１に示されたように、隣接したセグメン
ト１と１の継手ボックス４０と４０が継手面板４１と４
１を接触させて開口している。

【００２１】ここで、図５の矢印ａ１で示されたよう
に、自動組立マシンに基部５１をハンドリングされた雄
継手５が右側の継手ボックス４０の開口辺４７から空間
部４８内に挿入される。挿入された雄継手５の側方に突
出した係合部５２の位置が、継手面板４１と４１の継手
孔４３と４３に対応する位置に達すると雄継手５の前進
が停止する。次いで、前進の停止した雄継手５が矢印ａ
２のように左方に移動し、係合部５２が重ね合わされた
継手孔４３と４３に挿通される。そして、係合部５２の
先端の嵌入部５４が左側の継手ボツクス４０内に侵入し
て、（ｂ）図のように途中の位置で停止する。ハンドリ
ングされた雄継手５の移動方向や停止位置等は、全て自
動組立マシンの制御装置により正確に制御される。

【００２２】引き続いて、雌継手６がロボットハンドに
チャッキングされて、矢印ａ３で示した右斜め方向に前
進して左側の継手ボックス４０の空間部４８内に押し込
まれる。前進した雌継手６の先端が雄継手５の係合部５
２に接触すると、嵌合孔６１が嵌入部５４の先に嵌合す
る。そのままａ３方向に前進して雌継手６の右側面が継
手面板４１に当接して、前進した雌継手６の横方向の移
動が抑制される。このとき、挾持部６２が挟受部５３に
割り込み、楔効果を発揮して雌継手の前進につれて雄継
手５が矢印ａ２方向に摺動して継手面板４１と４１を圧
着させる。そして、図５（ｃ）に示されたように雌継手
６が雄継手５に完全に嵌合して、隣接したセグメント１
と１が結合される。

【００２３】このようにして結合された２個のセグメン
ト１と１は、所謂ゆるリング間継手を用いて前記した既
設のシールドトンネルのリング間に連結される。リング
間に連結された２個のセグメント１と１の左右には、更
に現場に搬入された別のセグメント１が継手機構Ｊによ
り同じように結合される。以下、同様にして分割数の個
数に応じた複数のセグメント１が連結されて、セグメン
トリングが掘進機の前進方向に延長されながら構築され
る。その後、継手機構Ｊが収容された継手ボツクス４０
の内部空間４８にコンクリート等の充填材が充填される
こともある。

【００２４】実施形態２ 図６に、本発明の実施形態２が示されている。図６にお
いて、７１は固定ネジ、７２は座板である。また、７３
は固定ネジ７１の螺合する雌ネジで、雄継手５の嵌入部
５４の付近に螺設されている。このほかの構成部材は、
実施形態１と共通である。前述の図５（ｃ）に示された
ように、雌継手６を雄継手５に完全に嵌合してから、そ
の、保持手段の一つとして座板７２を介して固定ネジ７
１が雌ネジ７３に螺入される。実施形態２によれば、外
部振動等に因る継手機構Ｊの緩みを防止できる。

【００２５】実施形態３ 図７は実施形態３の構成を示す説明図である。この実施
形態３では、雄継手５と雌継手６の嵌合構造を改良した
ものである。拡大図で表した図７に詳しく示されている
ように、相互に楔嵌合する雄継手５と雌継手６の摺動す
る段部５６と６３がハの字型に内側に傾斜して摺動面７
４が形成されている。この摺動面７４のハの字型の勾配
により嵌合時に雄継手５が雌継手６から離脱しようとす
る力に対して、挾持部６２が開くのを防止している。ま
た、継手面板４１と仕切板４２を結合する溶接部７５の
溶接ビードに、雌継手６が乗り上げないように仕切板４
２に開先７６が設けられている。そして、その開先７６
によってできたポケットの中に、ビードを納めるように
配慮している。

【００２６】なお、上述の本発明の実施形態ではシール
ドトンネル用のセグメントに適用した場合を例示して説
明したが、類似の構造物の結合にも本発明の継手を適用
することができる。また、上下が相補的な形状の挟受部
と挾持部とを組み合わせた雌雄の継手の楔効果を利用し
たが、継手面板を密着させる方向の力を加える楔構造で
あれば片面型でもよく、継手機構の形状も必ずしも実施
形態に限定するものではない。また、仕切板で囲った継
手ボツクスでなく、鉄筋コンクリートセグメントで常用
されている抜き中子を用いた継手ボックスでもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、隣接したセグメントの接合面
にそれぞれの継手ボツクスを対向させて、継手ボックス
における継手面板の継手孔に挿通された継手により隣接
したセグメントを連結するセグメントの継手機構におい
て、継手面板を雌雄の継手の楔効果で圧着結合させる楔
型のセグメントの継手機構を構成した。

【００２８】また、継手面板にシール溝を設けたセグメ
ントの継手機構を構成した。また、継手機構に結合状態
を保持する保持手段を設けたセグメントの継手機構を構
成した。さらに、雌雄継手における摺動する段部にハの
字型に傾斜する摺動面を形成したセグメントの継手機構
を構成した。

【００２９】この結果、従来の楔継手のように、セグメ
ントの継手部のシールが不可能になり止水性が低下する
ということがない。したがって、本発明の継手機構は、
地下河川用の内水圧対応型のシールドセグメントに適用
することができる。また、雌金具２に雄金具３を単純に
嵌入して結合するような構造が採用されているので、自
動組立に適している。また、楔効果で継手面板全体を締
め付ける継手機構を採用したので、高剛性で“目開き”
等の変形が少なく、その上自動組立ての場合ボルト継手
に比べて継手ボックスを大幅に小さくでき、セグメント
本体の断面欠損を小さくし、セグメント間継手とリング
間継手が近接するコーナー部の継手配置を合理的に設計
できる。

【００３０】よって、本発明によれば、経済的で施工性
が良く、しかも止水性が高く高剛性の継手機構を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１の構成を示す断面図であ
る。

【図２】図１のＸ6 −Ｘ6 断面図である。

【図３】図１のＹ1 −Ｙ1 断面図である。

【図４】本発明の実施形態１の継手機構の構成を示す説
明図である。

【図５】本発明の実施形態１の動作を示す説明図であ
る。

【図６】本発明の実施形態２の要部の構成を示す断面図
である。

【図７】本発明の実施形態３の要部の構成を示す断面図
である。

【図８】従来の楔型の継手機構の構造を示す説明図で、
（ａ）は結合状態の断面図、（ｂ）は雄金具の平面図で
ある。

【図９】図８の部分断面図で、（ａ）はＸ1 −Ｘ1 断面
図、（ｂ）はＸ2 −Ｘ2 断面図、（ｃ）はＸ3 −Ｘ3 断
面図、（ｄ）はＸ4 −Ｘ4 断面図、（ｅ）はＸ5 −Ｘ5
断面図である。

【符号の説明】

１ セグメント ５ 雄継手 ６ 雌継手 ２４ シール溝 ２５ シール材 ４０ 継手ボックス ４１ 継手面板 ４２ 仕切板 ４３ 継手孔 ４４ シール溝 ４５ シール材 ４６ アンカー鉄筋 ４７ 開口辺 ４８ 空間部 ５１ 基部 ５２ 係合部 ５３ 挟受部 ５４ 嵌入部 ５５ 段部 ５６ 段部 ６１ 嵌合孔 ６２ 挾持部 ６３ 段部 ７１ 固定ネジ ７２ 座板 ７３ 雌ネジ ７４ 摺動面 ７５ 溶接部 ７６ 開先 Ｊ 継手機構 θ 楔の傾斜角

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隣接したセグメントの接合面にそれぞれ
   の継手ボツクスを対向させて、該継手ボックスにおける
   継手面板の継手孔に挿通された継手により前記隣接した
   セグメントを連結するセグメントの継手機構において、 前記継手面板を雌雄の継手の楔効果で圧着結合させる楔
   型の継手機構を形成したことを特徴とするセグメントの
   継手機構。
2. 【請求項２】 前記継手面板にシール溝を設けたことを
   特徴とする請求項１記載のセグメントの継手機構。
3. 【請求項３】 前記継手機構に結合状態を保持する保持
   手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のセ
   グメントの継手機構。
4. 【請求項４】 前記雌雄継手における摺動する段部にハ
   の字型に傾斜する摺動面を形成したことを特長とする請
   求項１乃至３のいずれか１項記載のセグメントの継手機
   構。