特許 7433270 セグメントの組立構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-02-08

(45)【発行日】2024-02-19

(54)【発明の名称】セグメントの組立構造

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/04 20060101AFI20240209BHJP

   E21D 11/08 20060101ALI20240209BHJP

【ＦＩ】

E21D11/04 A

E21D11/08

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021062165

(22)【出願日】2021-03-31

(65)【公開番号】P2022157752

(43)【公開日】2022-10-14

【審査請求日】2023-05-31

(73)【特許権者】

【識別番号】000198307

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ建材工業

(73)【特許権者】

【識別番号】000140292

【氏名又は名称】株式会社奥村組

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100169764

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 雄一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(74)【代理人】

【識別番号】100188891

【弁理士】

【氏名又は名称】丹野 拓人

(72)【発明者】

【氏名】橋口 彰夫

(72)【発明者】

【氏名】清水 亮一

(72)【発明者】

【氏名】阿部 義

(72)【発明者】

【氏名】吉田 英典

(72)【発明者】

【氏名】川内 大輔

(72)【発明者】

【氏名】杉村 晋之介

(72)【発明者】

【氏名】大川 俊紀

【審査官】石川 信也

(56)【参考文献】

【文献】特開平０９－２７３３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０８１２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２０８０９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１１９３９０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １１／００－１９／０６

Ｅ２１Ｄ ２３／００－２３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のセグメントが組み合わされて筒状壁体を構成するセグメントの組立構造であって、
対向する一対の側端面と、前記側端面の両端に形成された一対のＶ字形状の傾斜端面対とを備えた複数の六角形状の前記セグメントと、
複数の前記セグメントどうしを連結する締結具と、
を備え、
前記傾斜端面対は、互いに傾斜する２つの傾斜端面を有し、
前記筒状壁体の周方向に隣り合う前記セグメントのうち一方の前記セグメントに、前記傾斜端面に開口を有する挿通孔が形成され、
前記締結具は、前記挿通孔に挿通され、前記開口から突出した先端部において他方の前記セグメントに固定され、
外力によって前記筒状壁体が正の曲げモーメントを受ける領域に前記開口がある前記挿通孔は、前記筒状壁体が負の曲げモーメントを受ける領域に前記開口がある前記挿通孔に比べて、前記セグメントの内周面に近い位置にある、セグメントの組立構造。

【請求項2】

外力によって前記筒状壁体が正の曲げモーメントを受ける領域に前記開口がある前記挿通孔の中心軸は、前記セグメントの厚さ方向の中央線より内周面寄りの位置にあり、
外力によって前記筒状壁体が負の曲げモーメントを受ける領域に前記開口がある前記挿通孔の中心軸は、前記セグメントの厚さ方向の中央線より外周面寄りの位置にある、請求項１記載のセグメントの組立構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セグメントの組立構造に関する。

【背景技術】

【0002】

筒状壁体を構築するセグメントとしては、六角形状のセグメントが用いられることがある（例えば、特許文献１を参照）。セグメントは、例えば、長いボルトを用いて互いに連結される。ボルトは、例えば、斜辺に平行にセグメントを貫通する挿通孔に挿通される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平５－９８８９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

前述のセグメントの組立構造では、機械的強度をさらに高めることが求められていた。

【0005】

本発明の一態様は、機械的強度を高めることができるセグメントの組立構造を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様は、複数のセグメントが組み合わされて筒状壁体を構成するセグメントの組立構造であって、対向する一対の側端面と、前記側端面の両端に形成された一対のＶ字形状の傾斜端面対とを備えた複数の六角形状の前記セグメントと、複数の前記セグメントどうしを連結する締結具と、を備え、前記傾斜端面対は、互いに傾斜する２つの傾斜端面を有し、前記筒状壁体の周方向に隣り合う前記セグメントのうち一方の前記セグメントに、前記傾斜端面に開口を有する挿通孔が形成され、前記締結具は、前記挿通孔に挿通され、前記開口から突出した先端部において他方の前記セグメントに固定され、外力によって前記筒状壁体が正の曲げモーメントを受ける領域に前記開口がある前記挿通孔は、前記筒状壁体が負の曲げモーメントを受ける領域に前記開口がある前記挿通孔に比べて、前記セグメントの内周面に近い位置にある、セグメントの組立構造を提供する。

【0007】

前記セグメントの組立構造は、外力によって前記筒状壁体が正の曲げモーメントを受ける領域に前記開口がある前記挿通孔の中心軸は、前記セグメントの厚さ方向の中央線より内周面寄りの位置にあり、外力によって前記筒状壁体が負の曲げモーメントを受ける領域に前記開口がある前記挿通孔の中心軸は、前記セグメントの厚さ方向の中央線より外周面寄りの位置にあることが好ましい。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、機械的強度を高めることができるセグメントの組立構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態のセグメントの組立構造を有する筒状壁体を示す正面図。

【図2】筒状壁体の斜視図。

【図3】筒状壁体における断面力の曲げモーメントを示す図。

【図4】（Ａ）内周位置にある装着孔および挿通孔を有するセグメントの端面図。（Ｂ）セグメントの一部を厚さ方向から見た平面図。

【図5】（Ａ）外周位置にある装着孔および挿通孔を有するセグメントの端面図。（Ｂ）セグメントの一部を厚さ方向から見た平面図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［セグメントの組立構造］
図１は、実施形態のセグメントの組立構造を有する筒状壁体を示す正面図である。図２は、筒状壁体の斜視図である。図３は、筒状壁体における断面力の曲げモーメントを示す図である。図４（Ａ）は、内周位置にある装着孔および挿通孔を有するセグメントの端面図である。図４（Ｂ）は、セグメントの一部を厚さ方向から見た平面図である。図５（Ａ）は、外周位置にある装着孔および挿通孔を有するセグメントの端面図である。図５（Ｂ）は、セグメントの一部を厚さ方向から見た平面図である。

【0011】

図１および図２に示すように、実施形態のセグメントの組立構造１０は、複数の六角形セグメント（セグメント）１が組み合わされてトンネル覆工部分（筒状壁体）Ｔを構成する。図２において、「Ｌ」は、トンネル覆工部分Ｔの軸線である。「Ｆ」は、トンネル覆工部分Ｔの軸線Ｌに沿う前方である。「Ｒ」は、トンネル覆工部分Ｔの軸線Ｌに沿う後方である。

【0012】

図２に示すように、六角形セグメント１は、厚さ方向から見て六角形状とされている。六角形セグメント１は、一対の側端面１ａと、一対の傾斜端面対１ｃとを備える。２つの側端面１ａは、対向して形成されている。２つの側端面１ａは、互いに平行で同一長さとされている。傾斜端面対１ｃは、側端面１ａの両端にそれぞれ形成されている。傾斜端面対１ｃは、側端面１ａに対する傾斜角度が異なる２つの傾斜端面１ｂで構成されるため、Ｖ字形状となっている。２つの傾斜端面対１ｃは、互いに離れる方向に凸となるＶ字形状とされている。傾斜端面１ｂは、側端面１ａに対して傾斜する。

【0013】

２つの側端面１ａのうち前方の側端面１ａを「第１側端面１ａ１」という。２つの側端面１ａのうち後方の側端面１ａを「第２側端面１ａ２」という。傾斜端面対１ｃを構成する２つの傾斜端面１ｂのうち前方の傾斜端面１ｂを「第１傾斜端面１ｂ１」という。傾斜端面対１ｃを構成する２つの傾斜端面１ｂのうち後方の傾斜端面１ｂを「第２傾斜端面１ｂ２」という。第１傾斜端面１ｂ１と第２傾斜端面１ｂ２とは互いに傾斜する。六角形セグメント１は、ハニカムセグメントともいう。

【0014】

２つの傾斜端面対１ｃを結ぶ方向は、六角形セグメント１の長さ方向である。２つの側端面１ａを結ぶ方向は、六角形セグメント１の幅方向である。六角形セグメント１は、幅方向から見て円弧形状に湾曲している。六角形セグメント１は、軸線Ｌを中心軸とする円筒面に沿うように湾曲する。六角形セグメント１は、例えば、鉄筋コンクリート製であってよい。

【0015】

六角形セグメント１は、幅方向が軸線Ｌに平行（または略平行）となった姿勢とされる。複数の六角形セグメント１は、ハニカム状に組み合わされる。組み立て途上のトンネル覆工部分Ｔの前端面には、六角形セグメント１の突出端面２（第１側端面１ａ１）と、等脚台形状の凹部３とがトンネル覆工部分Ｔの周方向に交互に並ぶ。凹部３は、六角形セグメント１の第１側端面１ａ１と、この六角形セグメント１に隣り合う２つの六角形セグメント１の第１傾斜端面１ｂ１とで形成される。

【0016】

六角形セグメント１は、凹部３に嵌合するようにトンネル覆工部分Ｔに組み込まれる。新たに組みこまれる六角形セグメント１の第２側端面１ａ２は、凹部３の第１側端面１ａ１と突き合わされる。側端面１ａどうしが突き合わされる六角形セグメント１は、軸線Ｌに沿って並ぶ。新たに組みこまれる六角形セグメント１の第２傾斜端面１ｂ２は、凹部３の第１傾斜端面１ｂ１と突き合わされる。そのため、トンネル覆工部分Ｔの周方向に並ぶ六角形セグメント１は、千鳥状に配列される。

【0017】

トンネル覆工部分Ｔは、例えば、地中に埋設される。トンネル覆工部分Ｔには、土砂、地下水などにより外力が加えられる。

【0018】

図４（Ｂ）および図５（Ｂ）に示すように、六角形セグメント１（一方のセグメント）には、第１側端面１ａ１から第２傾斜端面１ｂ２にかけて、ボルト（締結具）１１が挿通する挿通孔５が形成されている。挿通孔５は、第１傾斜端面１ｂ１と平行であってよい。

【0019】

挿通孔５の、第１側端面１ａ１に形成された開口を第１開口５ｂという。挿通孔５の、第２傾斜端面１ｂ２に形成された開口を第２開口５ｃという。挿通孔５には、第１側端面１ａ１を含む位置に拡径部５ａが形成されている。拡径部５ａの底部は、ボルト１１の頭部１１ａが係止する係止段部となっている。

【0020】

第１傾斜端面１ｂ１には、他の六角形セグメント１の挿通孔５に挿通したボルト１１の先端部が装着される装着孔６が形成されている。装着孔６には、ボルト１１の先端部がネジ止め等により締結されるインサートアンカー（締結受け具）７が設けられていてもよい。インサートアンカー７の内周面には、例えば、ボルト１１の先端部の雄ネジに螺合する雌ネジが形成されている。
装着孔６は、第１傾斜端面１ｂ１に開口６ａを有する。

【0021】

ボルト１１は第１開口５ｂから挿入され、ボルト１１の先端部は第２開口５ｃから突出し、装着孔６に装着される。例えば、ボルト１１の先端部は、連結先の六角形セグメント１（他方のセグメント）の装着孔６に設けられたインサートアンカー７にネジ止め等により締結される。これにより、ボルト１１は、隣接する六角形セグメント１に固定される。
なお、装着孔６には、インサートアンカー７が設けられなくてもよい。その場合、ボルト１１の先端部は、装着孔６の内周面に固定可能である。

【0022】

ボルト１１は、基端部に設けられた頭部１１ａと、頭部１１ａから延びる軸部１１ｂとを備える。ボルト１１の頭部１１ａは、軸部１１ｂの基端部に螺着されたナットであってもよい。軸部１１ｂの外径は、頭部１１ａの外径より小さい。

【0023】

図３に示すように、トンネル覆工部分Ｔには、土砂、地下水などにより主に上下方向から外力が加えられる。そのため、トンネル覆工部分Ｔにおける上部領域Ｒ１および下部領域Ｒ２は、正の曲げモーメントを受ける。上部領域Ｒ１と下部領域Ｒ２との間の領域である側部領域Ｒ３は、負の曲げモーメントを受ける。

【0024】

図１に示すように、第２開口５ｃ（図４（Ａ）参照）および開口６ａが上部領域Ｒ１または下部領域Ｒ２にある挿通孔５および装着孔６は、内周位置Ｐ１に形成されている。図４（Ａ）に示すように、「挿通孔５および装着孔６が内周位置Ｐ１に形成されている」とは、挿通孔５の中心軸および装着孔６の中心軸が、厚さ方向の中央線Ｃより六角形セグメント１の内周面１ｄ寄りの位置にあることをいう。

【0025】

図１に示すように、第２開口５ｃ（図５（Ａ）参照）および開口６ａが側部領域Ｒ３にある挿通孔５および装着孔６は、外周位置Ｐ２に形成されている。図５（Ａ）に示すように、「挿通孔５および装着孔６が外周位置Ｐ２に形成されている」とは、挿通孔５の中心軸および装着孔６の中心軸が、厚さ方向の中央線Ｃより六角形セグメント１の外周面１ｅ寄りの位置にあることをいう。

【0026】

図１に示すように、トンネル覆工部分Ｔの前端面に露出する６つの六角形セグメント１を、右回りに六角形セグメント１Ａ～１Ｆという。最上位置にある六角形セグメント１Ａは、全体が上部領域Ｒ１にあるため、第２開口５ｃおよび開口６ａは、上部領域Ｒ１にある。そのため、挿通孔５および装着孔６は、内周位置Ｐ１にある（図４（Ａ）参照）。

【0027】

六角形セグメント１Ａに隣り合う六角形セグメント１Ｂ，１Ｆについては、長さ方向（トンネル覆工部分Ｔの周方向）の一方の傾斜端面１ｂに形成された第２開口５ｃおよび開口６ａは、上部領域Ｒ１にある。そのため、挿通孔５および装着孔６は、内周位置Ｐ１にある（図４（Ａ）参照）。

【0028】

長さ方向の他方の傾斜端面１ｂに形成された第２開口５ｃおよび開口６ａは、側部領域Ｒ３にある。そのため、挿通孔５および装着孔６は、外周位置Ｐ２にある（図５（Ａ）参照）。

【0029】

六角形セグメント１Ｃ，１Ｅについては、長さ方向（トンネル覆工部分Ｔの周方向）の一方の傾斜端面１ｂに形成された第２開口５ｃおよび開口６ａは、下部領域Ｒ２にある。そのため、挿通孔５および装着孔６は、内周位置Ｐ１にある（図４（Ａ）参照）。

【0030】

長さ方向の他方の傾斜端面１ｂに形成された第２開口５ｃおよび開口６ａは、側部領域Ｒ３にある。そのため、挿通孔５および装着孔６は、外周位置Ｐ２にある（図５（Ａ）参照）。

【0031】

最下位置にある六角形セグメント１Ｄは、全体が下部領域Ｒ２にあるため、第２開口５ｃおよび開口６ａは、下部領域Ｒ２にある。そのため、挿通孔５および装着孔６は、内周位置Ｐ１にある（図４（Ａ）参照）。

【0032】

図４（Ａ）および図５（Ａ）に示すように、第２開口５ｃおよび開口６ａが上部領域Ｒ１または下部領域Ｒ２にある挿通孔５および装着孔６は、第２開口５ｃおよび開口６ａが側部領域Ｒ３にある挿通孔５および装着孔６に比べて、六角形セグメント１の内周面１ｄに近い位置にある。

【0033】

［セグメントの組立方法］
図２に示すように、組み立て途上のトンネル覆工部分Ｔの前端面には、六角形セグメント１の突出端面２（第１側端面１ａ１）と、等脚台形状の凹部３とがトンネル覆工部分Ｔの周方向に交互に並ぶ。シールドマシンを用いて、凹部３に、軸線Ｌと平行な方向に新たな六角形セグメント１を組み付ける。

【0034】

図４（Ｂ）および図５（Ｂ）に示すように、挿通孔５に挿通したボルト１１を、シールドマシンの締結装置を用いて軸周りに回転させ、軸部１１ｂの先端部をインサートアンカー７に締結させる。これにより、ボルト１１は、トンネル覆工部分Ｔの周方向に隣り合う六角形セグメント１を連結する。

【0035】

セグメントの組立構造１０は、例えば、道路用トンネル、鉄道用トンネル、共同溝、下水道、上水道、地下河川、貯留管等に適用できる。

【0036】

［実施形態のセグメントの組立構造が奏する効果］
セグメントの組立構造１０では、第２開口５ｃが上部領域Ｒ１または下部領域Ｒ２にある挿通孔５は、第２開口５ｃが側部領域Ｒ３にある挿通孔５に比べて、六角形セグメント１の内周面１ｄに近い位置にある。そのため、正の曲げモーメントを受ける上部領域Ｒ１および下部領域Ｒ２において、トンネル覆工部分Ｔに高い強度を与えることができる。また、負の曲げモーメントを受ける側部領域Ｒ３において、トンネル覆工部分Ｔに高い強度を与えることができる。このように、挿通孔５のセグメント厚さ方向の位置を、トンネル覆工部分Ｔが受ける曲げモーメントに応じて定めることによって、トンネル覆工部分Ｔの耐久性を高めることができる。また、トンネル覆工部分Ｔに高い強度を与えることができるため、六角形セグメント１の薄型化、軽量化などの点で有利となる。

【0037】

第２開口５ｃが上部領域Ｒ１または下部領域Ｒ２にある挿通孔５は、内周位置Ｐ１にある。第２開口５ｃが側部領域Ｒ３にある挿通孔５は、外周位置Ｐ２にある。そのため、上部領域Ｒ１および下部領域Ｒ２において正の曲げモーメントに対するトンネル覆工部分Ｔの強度を高め、かつ側部領域Ｒ３において負の曲げモーメントに対するトンネル覆工部分Ｔの強度を高めることができる。

【0038】

比較のため、すべての第２開口５ｃおよび開口６ａの中心軸が、厚さ方向の中央線Ｃ上にあるセグメントの組立構造を想定する。この場合は、正および負の曲げモーメントに耐えられるように、トンネル覆工部分Ｔに、全周にわたって十分な強度を与える必要がある。そのため、六角形セグメントの薄型化、軽量化などの点で不利となる可能性がある。

【0039】

本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。
例えば、図１に示す六角形セグメント１は、２つの側端面１ａが互いに平行であるが、２つの側端面１ａは互いに平行でなくてもよい。図２に示す六角形セグメント１は、円弧形状に湾曲して形成されているが、セグメントの形状は、平板状、その他の形状であってもよい。

【符号の説明】

【0040】

１ 六角形セグメント（セグメント）
１ａ 側端面
１ｂ 傾斜端面
１ｃ 傾斜端面対
１ｄ 内周面
５ 挿通孔
５ｃ 第２開口（開口）
１１ ボルト（締結具）
Ｒ１ 上部領域（正の曲げモーメントを受ける領域）
Ｒ２ 下部領域（正の曲げモーメントを受ける領域）
Ｒ３ 側部領域（負の曲げモーメントを受ける領域）
Ｔ トンネル覆工部分（筒状壁体）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】