特開 2022-176546 鋼製支保工の接手構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022176546

(43)【公開日】2022-11-30

(54)【発明の名称】鋼製支保工の接手構造

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/18 20060101AFI20221122BHJP

【ＦＩ】

E21D11/18

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021083034

(22)【出願日】2021-05-17

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(71)【出願人】

【識別番号】521212373

【氏名又は名称】株式会社カトウ

(74)【代理人】

【識別番号】100097113

【弁理士】

【氏名又は名称】堀 城之

(74)【代理人】

【識別番号】100162363

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 幸彦

(72)【発明者】

【氏名】谷口 信博

(72)【発明者】

【氏名】古家 義信

(72)【発明者】

【氏名】山下 秀文

(72)【発明者】

【氏名】吉田 健一

(72)【発明者】

【氏名】加藤 欣吾

【テーマコード（参考）】

2D155

【Ｆターム（参考）】

2D155BA06

2D155BB02

2D155CA01

2D155FB01

2D155GD05

2D155KB04

2D155LA17

(57)【要約】

【課題】左右の支保工部材を容易に連結させることができる鋼製支保工の接手構造を提供する。
【解決手段】第１支保工部材１ａの天端部にトンネル軸方向の切羽側に向けて取り付けられていると共に、第２支保工部材１ｂの天端部にトンネル軸方向の坑口側に向けて取り付けられた一対の連結ピン５ａ、５ｂと、第１支保工部材１ａの天端部にトンネル軸方向の切羽側から挿入可能に取り付けられていると共に、第２支保工部材１ｂの天端部にトンネル軸方向の坑口側から挿入可能に取り付けられ、第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとのトンネル軸方向の相対移動によって一対の連結ピン５ａ、５ｂがそれぞれ挿入される一対のボス部６ａ、６ｂと、を具備し、一対のボス部６ａ、６ｂは、ボス部６ａ、６ｂに挿入された連結ピン５ａ、５ｂを係止する係止機構をそれぞれ備えている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

左右に分割された第１支保工部材と第２支保工部材とを天端部で連結して形成される鋼製支保工の接手構造であって、
前記第１支保工部材の天端部にトンネル軸方向の切羽側に向けて取り付けられていると共に、前記第２支保工部材の天端部に前記トンネル軸方向の坑口側に向けて取り付けられた一対の連結ピンと、
前記第１支保工部材の天端部に前記トンネル軸方向の切羽側から挿入可能に取り付けられていると共に、前記第２支保工部材の天端部に前記トンネル軸方向の坑口側から挿入可能に取り付けられ、前記第１支保工部材と前記第２支保工部材との前記トンネル軸方向の相対移動によって一対の前記連結ピンがそれぞれ挿入される一対のボス部と、を具備し、
一対の前記ボス部は、前記ボス部に挿入された前記連結ピンを係止する係止機構をそれぞれ備えていることを特徴とする鋼製支保工の接手構造。

【請求項2】

前記連結ピンには、先端に近づくほど径が小さくなる円錐テーパー面が形成され、
前記ボス部の中空部には、挿入口に向かって径が大きくなる環状テーパー面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼製支保工の接手構造。

【請求項3】

前記係止機構は、バネの付勢によって前記ボス部の中空部に突出するように設置された係止部材であり、前記係止部材の前記連結ピンに形成された溝部への嵌合によって、前記ボス部に前記連結ピンが係止されることを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼製支保工の接手構造。

【請求項4】

前記係止部材は、ボールプランジャであることを特徴とする請求項３に記載の鋼製支保工の接手構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼製支保工の接手構造に関する。

【背景技術】

【0002】

ＮＡＴＭ工法（New Austrian Tunneling Method）によるトンネル掘削支保工建込作業において、鋼製支保工は、Ｈ形鋼と呼ばれる鋼材をトンネルのアーチ形状に曲げて作製される。鋼製支保工は、左右２つの支保工部材を中央上部（天端）で連結してアーチ状に形成し、これをトンネルの断面に建て込む。

【0003】

鋼製支保工の接手構造は、左右の支保工部材の天端に設けられている継手板同士を突き合わせてボルトで接合をする構造が一般的であり、ボルトを接合するために地山直下に作業員が立ち入って作業を行う必要があった。

【0004】

そこで、作業員によるボルト接合を回避する鋼製支保工の接手構造が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、一方の支保工部材の天端部に雄型連結部を有する雄型継手板を設けると共に、他方の支保工部材の天端部に雌型連結部を有する雌型継手板を設け、雄型継手板及び雌型継手板の当接面同士が当接した状態で当接面の横幅方向に相対スライドすることで、雌型連結部に雄型連結部が係止される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１８－１７８４５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、従来技術では、雄型継手板及び雌型継手板の当接面同士が当接した状態で相対スライドさせ、それぞれの当接面に形成された雌型連結部と雄型連結部とを連結させている。従って、鋼製支保工を建て込むエレクタ装置の操作者は、左右の支保工部材を前後にずらした状態で左右方向を正確に位置合わせする必要があり、熟練の技が必要となる。

【0007】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、左右の支保工部材を容易に連結させることができる鋼製支保工の接手構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の鋼製支保工の接手構造は、左右に分割された第１支保工部材と第２支保工部材とを天端部で連結して形成される鋼製支保工の接手構造であって、前記第１支保工部材の天端部にトンネル軸方向の切羽側に向けて取り付けられていると共に、前記第２支保工部材の天端部に前記トンネル軸方向の坑口側に向けて取り付けられた一対の連結ピンと、前記第１支保工部材の天端部に前記トンネル軸方向の切羽側から挿入可能に取り付けられていると共に、前記第２支保工部材の天端部に前記トンネル軸方向の坑口側から挿入可能に取り付けられ、前記第１支保工部材と前記第２支保工部材との前記トンネル軸方向の相対移動によって一対の前記連結ピンがそれぞれ挿入される一対のボス部と、を具備し、一対の前記ボス部は、前記ボス部に挿入された前記連結ピンを係止する係止機構をそれぞれ備えている。
さらに、本発明の鋼製支保工の接手構造において、前記連結ピンには、先端に近づくほど径が小さくなる円錐テーパー面が形成され、前記ボス部の中空部には、挿入口に向かって径が大きくなる環状テーパー面が形成されていても良い。
さらに、本発明の鋼製支保工の接手構造において、前記係止機構は、バネの付勢によって前記ボス部の中空部に突出するように設置された係止部材であり、前記係止部材の前記連結ピンに形成された溝部への嵌合によって、前記ボス部に前記連結ピンが係止されても良い。
さらに、本発明の鋼製支保工の接手構造において、前記係止部材は、ボールプランジャであっても良い。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、連結ピンがボス部に挿入されるように第１支保工部材と第２支保工部材とを相対移動させるだけで第１支保工部材と第２支保工部材とを連結できるため、建て込み時の誤差が許容され、第１支保工部材と第２支保工部材とを容易に連結させることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る鋼製支保工の第１実施形態の構成を示す斜視図である。

【図2】図１に示す鋼製支保工の接手構造の構成を示す拡大斜視図である。

【図3】図１に示す鋼製支保工の接手構造の構成を示す断面図である。

【図4】図１に示す鋼製支保工を建て込むエレクタ装置の構成例を示す図である。

【図5】図３に示す接手構造の連結動作を説明する説明図である。

【図6】図３に示すボス部に連結ピンを係止する係止機構を他の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。

【0012】

本実施形態の鋼製支保工１は、図１を参照すると、トンネル掘削に伴い露出する地山の崩落防止のために、掘削直後の坑壁に沿って建て込まれるアーチ状のＨ形鋼であり、トンネル軸方向に沿って所定間隔で設置される。鋼製支保工１は、切羽に向かって右側に配置される第１支保工部材１ａと切羽に向かって左側に配置される第２支保工部材１ｂとに分割された状態で建て込まれ、天端部（中央上部）を連結してアーチ状に形成される。

【0013】

第１支保工部材１ａ及び第２支保工部材１ｂは、左右対称な所定の湾曲形状を有するＨ形鋼であり、それぞれの天端部に第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとを連結する接手構造が設けられている。

【0014】

この接手構造は、図２及び図３を参照すると、第１支保工部材１ａの天端部に取り付けられた連結ピン５ａ及びボス部６ａと、第２支保工部材１ｂの天端部に取り付けられた連結ピン５ｂ及びボス部６ｂとを備える。第１支保工部材１ａのボス部６ａに第２支保工部材１ｂの連結ピン５ｂが、第２支保工部材１ｂのボス部６ｂに第１支保工部材１ａの連結ピン５ａがそれぞれ挿入された状態で係止され、第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとが連結される。なお、図２は、天端部の拡大図である。また、図３は、ボス部６ａ、６ｂ及び連結ピン５ａ、５ｂのそれぞれの軸心を通る平面で切断した断面図である。

【0015】

第１支保工部材１ａを構成するＨ形鋼は、対向する上フランジ２ａ及び下フランジ３ａと、上フランジ２ａ及び下フランジ３ａと直交し、上フランジ２ａと下フランジ３ａとをつなぐウェブ４ａとからなり、上フランジ２ａ及び下フランジ３ａのフランジ面が所定の形状に湾曲している。第１支保工部材１ａは、上フランジ２ａが地山側に配置され、上フランジ２ａ及び下フランジ３ａがトンネル軸方向と平行になるように設置される。

【0016】

第１支保工部材１ａの天端部には、円柱状の連結ピン５ａと円筒状のボス部６ａとが支持板７ａを用いて取り付けられている。支持板７ａは、鋼板で構成され、上フランジ２ａと下フランジ３ａとの坑口側端部にかけ渡されて、溶接等によって固定されている。なお、図３に示す符号７３ａは、支持板７ａの固定を補強する補強板である。

【0017】

支持板７ａは、第１支保工部材１ａの天端部から延出した延出面７１ａを備え、支持板７ａの延出面７１ａには、連結ピン５ａが切羽側に向けて上フランジ２ａ及び下フランジ３ａと平行（トンネル軸方向）に立設されている。

【0018】

第１支保工部材１ａの天端部のウェブ４ａ及び支持板７ａには、ボス部６ａが貫通する開口部４１ａ及び開口部７２ａがそれぞれ形成されている。そして、ボス部６ａは開口部４１ａ及び開口部７２ａを貫通し、中空部６１が上フランジ２ａ及び下フランジ３ａと平行（トンネル軸方向）に、第２支保工部材１ｂの連結ピン５ｂが切羽側から挿入可能な状態でウェブ４ａ及び支持板７ａに溶接等によって固定されている。

【0019】

第２支保工部材１ｂを構成するＨ形鋼は、対向する上フランジ２ｂ及び下フランジ３ｂと、上フランジ２ｂ及び下フランジ３ｂと直交し、上フランジ２ｂと下フランジ３ｂとをつなぐウェブ４ｂとからなり、上フランジ２ｂ及び下フランジ３ｂのフランジ面が所定の形状に湾曲している。第２支保工部材１ｂは、上フランジ２ｂが地山側に配置され、上フランジ２ｂ及び下フランジ３ｂがトンネル軸方向と平行になるように設置される。

【0020】

第２支保工部材１ｂの天端部には、円柱状の連結ピン５ｂと円筒状のボス部６ｂとが支持板７ｂを用いて取り付けられている。支持板７ｂは、鋼板で構成され、上フランジ２ｂと下フランジ３ｂとの切羽側端部にかけ渡されて、溶接等によって固定されている。なお、図３に示す符号７３ｂは、支持板７ｂの固定を補強する補強板である。

【0021】

そして、支持板７ｂは、第２支保工部材１ｂの天端部から延出した延出面７１ｂを備え、支持板７ｂの延出面７１ｂには、連結ピン５ｂが坑口側に向けて上フランジ２ｂ及び下フランジ３ｂと平行（トンネル軸方向）に立設されている。

【0022】

第２支保工部材１ｂの天端部のウェブ４ｂ及び支持板７ｂには、ボス部６ｂが貫通する開口部４１ｂ及び開口部７２ｂがそれぞれ形成されている。そして、ボス部６ｂは開口部４１ｂ及び開口部７２ｂを貫通し、中空部６１が上フランジ２ｂ及び下フランジ３ｂと平行（トンネル軸方向）に、第１支保工部材１ａの連結ピン５ａが坑口側から挿入可能な状態でウェブ４ｂ及び支持板７ｂに溶接等によって固定されている。

【0023】

本実施形態では、第１支保工部材１ａの連結ピン５ａと、第２支保工部材１ｂの連結ピン５ｂとは、同一の構成であり、第１支保工部材１ａのボス部６ａと、第２支保工部材１ｂのボス部６ｂとは、同一の構成である。従って、共通の構成は、符号「ａ」、「ｂ」を省略して以下説明する。

【0024】

連結ピン５は、上フランジ２及び下フランジ３の幅よりも長く、３列の溝部５１が周方向に所定の間隔で形成されている円柱部と、先端に近づくほど径が小さくなる円錐テーパー面５２が形成された先端部とを備えている。なお、溝部５１の列数には、特に制限はなく、１もしくは２列であっても、４列以上であっても良い。

【0025】

ボス部６の中空部６１は、ボールプランジャ８が配置されている円筒部と、連結ピン５の挿入口に向かって径が大きくなる環状テーパー面６２が形成された挿入部とを備えている。

【0026】

ボールプランジャ８は、バネで付勢された係止部材であるボールが中空部６１に突出するように設置され、連結ピン５の溝部５１と同じ間隔で軸方向に配置されている。これにより、ボス部６の中空部６１に挿入された連結ピン５の溝部５１のそれぞれにボールプランジャ８のボールが嵌合され、ボス部６に連結ピン５が係止される。すなわち、連結ピン５の溝部５１を係止するボス部６のボールプランジャ８が係止機構として機能する。

【0027】

また、連結ピン５の挿入に際し、ボールプランジャ８のボールがばねの付勢された状態で連結ピン５の周面に当接するため、ボールプランジャ８は、案内機構としても機能する。なお、ボールプランジャ８は、複数個を中空部６１の中心軸の周方向において等間隔で設置すると、ボス部６の中空部６１と連結ピン５との軸を合わせることができ、より効果的に案内することができる。

【0028】

鋼製支保工１の建て込みには、図４に示すエレクタ装置９を用いる。エレクタ装置９は、一対のブーム９１と、ブーム９１に先端に設けられたクランプ９２を有して構成されている。一対のブーム９１は、上下、左右など広角度に自在に揺動できる様に油圧シリンダなどの揺動部材が用いられて構成されている。そして、ブーム９１の先端側に接続されたクランプ９２も第１支保工部材１ａ、第２支保工部材１ｂなどを握持できるよう油圧シリンダなどの揺動部材が用いられて構成されている。

【0029】

なお、図４に示すように、一対のブーム９１の他、先端にクランプ９２を有する一対のサブブーム９３が設けられる場合がある。サブブーム９３が設けられる場合は比較的大きいトンネル内に大型の鋼製支保工１を建て込む場合に使用される。

【0030】

一対のブーム９１（サブブーム９３）に各々設けられたクランプ９２で第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとを握持し、アーチ状をなす様に連結して鋼製支保工１をトンネル内の所定位置に建て込む。

【0031】

第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとの連結は、一対のブーム９１に第１支保工部材１ａ及び第２支保工部材１ｂをそれぞれ把持し、図２及び図３に示すように、天端部をトンネル軸方向にずらした状態で設置箇所に配置する。

【0032】

そして、連結ピン５の円錐テーパー面５２が形成された先端部をボス部６の環状テーパー面６２が形成された挿入部に導くように、第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとをトンネル軸方向に相対移動させる。

【0033】

すると、連結ピン５とボス部６の軸がずれていた場合でも、連結ピン５の先端部は、ボス部６の環状テーパー面６２と、円錐テーパー面５２とによって、図５（ａ）に示すように、ボス部６のボールプランジャ８が配置されている円筒部に導かれる。従って、ターゲットとトータルステーションを用いた位置決めや、マーカーとカメラによるモーションキャプチャー技術を用いた位置決めに誤差が生じても許容できる。

【0034】

そして、図５（ｂ）に示すように、ボス部６の中空部６１に挿入された連結ピン５の３列の溝部５１のそれぞれにボールプランジャ８のボールが嵌合され、ボス部６に連結ピン５が係止される位置まで、第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとをトンネル軸方向に相対移動させる。これにより、２つのボルトを接合するために地山直下に作業員が立ち入って作業を行うことなく、安全に第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとを連結して鋼製支保工１を建て込むことができる。

【0035】

連結ピン５は、上フランジ２及び下フランジ３の幅よりも長いため、第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとが連結された状態では、図５（ｂ）に示すように、連結ピン５の先端部がボス部６から突出する。この突出した連結ピン５の先端部を視認することで、連結を確認することができる。さらに、連結ピン５の先端部をボス部６と異なる色に着色することで、挿入時の誘導と連結の確認とを容易に行うことができる。

【0036】

本実施形態では、連結ピン５の溝部５１と、ボールプランジャ８で係止機構を構成しているため、トンネル軸方向の相対移動によって、溝部５１とボールプランジャ８との係止を解消することができる。従って、連結途中や連結後であっても、連結を解消して連結作業をやり直すことができる。

【0037】

また、係止機構には、ボールプランジャ８の代わりに、バネで付勢された係止部材であるピンが中空部６１に突出するように設置された、図６（ａ）に示すようなピンプランジャ８１（スプリングプランジャ）を用いても良い。

【0038】

なお、係止を解消する必要がない場合、係止機構は、図６（ｂ）に示すように、板バネ８２に係止部材を取り付け、板バネ８２で付勢された中空部６１に突出するように設置した係止部材によって溝部５１を係止するようにしても良い。さらに、図６（ｃ）に示すように、板バネ８３自体を中空部６１に突出するように設置し、板バネ８３の端部が係止部材として溝部５１を係止するようにしても良い。

【0039】

また、本実施形態では、連結ピン５及びボス部６の中空部６１の断面形状をいずれも円形としたが、連結ピン５がボス部６の中空部６１に挿入可能であれば断面形状に制限はない。例えば、連結ピン５及びボス部６の中空部６１の断面形状を楕円や多角形にしても良い。

【0040】

以上説明したように、本実施形態は、左右に分割された第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとを天端部で連結して形成される鋼製支保工１の接手構造であって、第１支保工部材１ａの天端部にトンネル軸方向の切羽側に向けて取り付けられていると共に、第２支保工部材１ｂの天端部にトンネル軸方向の坑口側に向けて取り付けられた一対の連結ピン５ａ、５ｂと、第１支保工部材１ａの天端部にトンネル軸方向の切羽側から挿入可能に取り付けられていると共に、第２支保工部材１ｂの天端部にトンネル軸方向の坑口側から挿入可能に取り付けられ、第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとのトンネル軸方向の相対移動によって一対の連結ピン５ａ、５ｂがそれぞれ挿入される一対のボス部６ａ、６ｂと、を具備し、一対のボス部６ａ、６ｂは、ボス部６ａ、６ｂに挿入された連結ピン５ａ、５ｂを係止する係止機構をそれぞれ備えている。
この構成により、連結ピン５ａ、５ｂがボス部６ａ、６ｂに挿入されるように第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとを相対移動させるだけで第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとを連結できるため、建て込み時の誤差が許容され、第１支保工部材１ａと第２支保工部材１ｂとを容易に連結させることができる。従って、作業員の技量による鋼製支保工１の建て込みに要する時間のバラツキをなくすことができる。

【0041】

さらに、本実施形態において、連結ピン５には、先端に近づくほど径が小さくなる円錐テーパー面５２が形成され、ボス部６の中空部６１には、挿入口に向かって径が大きくなる環状テーパー面６２が形成されている。
この構成により、連結ピン５ａ、５ｂの先端部は、ボス部６ａ、６ｂの環状テーパー面６２と、円錐テーパー面５２とによって、ボス部６ａ、６ｂの係止機構が配置されている円筒部に導かれる。従って、ターゲットとトータルステーションを用いた位置決めや、マーカーとカメラによるモーションキャプチャー技術を用いた位置決めに誤差が生じても許容できる。

【0042】

さらに、本実施形態において、係止機構は、バネの付勢によってボス部６の中空部６１に突出するように設置された係止部材であり、係止部材の連結ピン５に形成された溝部５１への嵌合によって、ボス部６に連結ピン５が係止される。
この構成により、ボス部６に連結ピン５をしっかりと係止することができる。

【0043】

さらに、本実施形態において、係止部材は、ボールプランジャ８である。
この構成により、連結途中や連結後であっても、連結を解消して連結作業をやり直すことができる。

【0044】

以上、実施形態をもとに本発明を説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【符号の説明】

【0045】

１ 鋼製支保工
１ａ 第１支保工部材
１ｂ 第２支保工部材
２、２ａ、２ｂ 上フランジ
３、３ａ、３ｂ 下フランジ
４ａ、４ｂ ウェブ
５、５ａ、５ｂ 連結ピン
６、６ａ、６ｂ ボス部
７ａ、７ｂ 支持板
８ ボールプランジャ
９ エレクタ装置
４１ａ、４１ｂ 開口部
５１ 溝部
５２ 円錐テーパー面
６１ 中空部
６２ 環状テーパー面
７１ａ、７１ｂ 延出面
７２ａ、７２ｂ 開口部
７３ａ、７３ｂ 補強板
８１ ピンプランジャ
８２、８３ 板バネ
９１ ブーム
９２ クランプ
９３ サブブーム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】