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【発明の名称】 セグメント形状保持装置
【発明者】 【氏名】土橋 功
【氏名】新井 昌一
【氏名】藤谷 俊実
【氏名】中根 隆
【氏名】吉田 譲
【課題】ワイヤをセグメントに挿入することなく、セグメントにトンネル周方向の応力を容易に付与することができるセグメント形状保持装置を提供する。

【解決手段】トンネル内周に沿ってリング状に組み立てられるセグメント３の形状を保持するための装置であって、セグメント３にトンネル周方向の応力Ｆｒを付与すべく、セグメント３をその内周部にてトンネル半径方向の内側に引っ張るための応力付与手段１１を備える。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内周に沿ってリング状に組み立てられるセグメントの形状を保持するための装置であって、上記セグメントにトンネル周方向の応力を付与すべく、上記セグメントをその内周部にてトンネル半径方向の内側に引っ張るための応力付与手段を備えたことを特徴とするセグメント形状保持装置。
【請求項２】
上記応力付与手段が、上記セグメントの内周面に取り付けられるブラケットと、トンネル周方向に隣接する上記ブラケット間に架け渡される環状のワイヤと、該ワイヤに張力をかけるための張力付加手段とを有する請求項１に記載のセグメント形状保持装置。
【請求項３】
上記ワイヤをトンネル周方向に沿って保持するための保持手段と、該保持手段をトンネル軸方向に移動させるための軸方向移動手段とをさらに備えた請求項２に記載のセグメント形状保持装置。
【請求項４】
上記ワイヤの一部分が、バーに置き換えられている請求項２又は３に記載のセグメント形状保持装置。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル内周に沿ってリング状に組み立てられるセグメントの形状を保持するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールドフレームの前部に設けられたカッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次リング状に組み立てることにより、トンネルを構築していくものである。
【０００３】
組み立てたセグメントが土圧を受けることにより、そのセグメントにトンネル周方向の応力（軸力）（図５の符号Ｆｒ参照）が生じ、この応力の作用により組み立てたセグメントの形状が保持されるようになっている。
【０００４】
ところで、セグメントの組立は、シールド掘進機のシールドフレーム内部で行われる。シールドフレーム内部で組み立てられたセグメントには土圧が加わらず、そのセグメントが自重等により変形し、新たなセグメントの組立に支障をきたすことがある。
【０００５】
そこで、ワイヤをセグメントにトンネル周方向に挿入し、挿入したワイヤに張力をかけることで、セグメントにトンネル周方向の応力（プレストレス）を付与することが行われている（例えば、特許文献１及び２等参照）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２６９０９９号公報
【特許文献２】特許第３３０８９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、セグメントに挿入したワイヤに張力をかけるものでは、ワイヤをセグメントに挿入する際の摩擦抵抗が大きく、セグメントへのワイヤの挿入に多大な労力を要するという問題があった。
【０００８】
また、ワイヤをセグメントに挿入するためにセグメントに孔を形成しなければならず、セグメントの製造コストアップを招くという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、ワイヤをセグメントに挿入することなく、セグメントにトンネル周方向の応力を容易に付与することができるセグメント形状保持装置を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、セグメントの製造コストアップを招くことのないセグメント形状保持装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために本発明は、トンネル内周に沿ってリング状に組み立てられるセグメントの形状を保持するための装置であって、上記セグメントにトンネル周方向の応力を付与すべく、上記セグメントをその内周部にてトンネル半径方向の内側に引っ張るための応力付与手段を備えたものである。
【００１２】
ここで、上記応力付与手段が、上記セグメントの内周面に取り付けられるブラケットと、トンネル周方向に隣接する上記ブラケット間に架け渡される環状のワイヤと、該ワイヤに張力をかけるための張力付加手段とを有しても良い。
【００１３】
また、上記ワイヤをトンネル周方向に沿って保持するための保持手段と、該保持手段をトンネル軸方向に移動させるための軸方向移動手段とをさらに備えても良い。
【００１４】
また、上記ワイヤの一部分が、バーに置き換えられていても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ワイヤをセグメントに挿入することなく、セグメントにトンネル周方向の応力を容易に付与することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るセグメント形状保持装置を適用したシールド掘進機の側断面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【００１８】
図１に示すように、シールド掘進機１は、円筒状のシールドフレーム２と、シールドフレーム２の前部に回転自在に設けられたカッタ（図示せず）とを備えている。シールドフレーム２の後部には、カッタにより掘削した孔内にセグメント３をリング状に組み立ててトンネルを構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールドフレーム２の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメント３に反力を取ってシールドフレーム２を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。
【００１９】
シールドフレーム２の後端部（テールシール部２ａ）には、シールドフレーム２とセグメント３との隙間をシールするためのテールシール４が設けられる。
【００２０】
本実施形態では、トンネル周方向或いは軸方向に隣接するセグメント３同士の結合は、セグメント３の隣接部分をボルトで結合することによって行われる。トンネル周方向及び軸方向に隣接するセグメント３間には、止水のためのシール部材（図示せず）が設けられる。
【００２１】
本実施形態のセグメント形状保持装置（テンション式セグメント形状保持装置）１０は、トンネル内周に沿ってリング状に組み立てられシールドフレーム２内に位置するセグメント３の形状を真円に保持するためのものである。
【００２２】
図１から図４に示すように、セグメント形状保持装置１０は、セグメント３にトンネル周方向の応力（軸力）Ｆｒ（図５参照）を付与すべく、セグメント３をその内周部にてトンネル半径方向の内側に引っ張るための応力付与手段１１を備えている。
【００２３】
本実施形態の応力付与手段１１は、セグメント３の内周面に取り付けられるブラケット１２と、トンネル周方向に隣接するセグメント３のブラケット１２間に架け渡される環状のワイヤ１３と、ワイヤ１３に所定の張力（テンション）をかけるための張力付加手段１４とを有する。
【００２４】
本実施形態では、ブラケット１２は、セグメント３の内周面の略中央に取り付けられている。
【００２５】
ブラケット１２は、トンネル周方向に略一定の間隔を隔てて配置されるのが好ましい。つまり、ブラケット１２は、トンネル周方向に等間隔で配置されるのが好ましい。トンネル半径方向に引っ張る力を、リング状に組み立てたセグメント３に上下左右に均等にかけるためである。
【００２６】
また、本実施形態では、ブラケット１２を、トンネル周方向に配された各セグメント３に取り付けている。なお、トンネル半径方向に引っ張る力がリング状に組み立てたセグメント３に上下左右に略均等にかかれば良く、ブラケット１２を、トンネル周方向に配されたセグメント３のいくつかに取り付けるようにしても良い。
【００２７】
本実施形態では、ブラケット１２は、セグメント３の内周面の略中央から突出する把持部１５と、把持部１５に対して着脱自在の装着部１６と、装着部１６に一体に設けられワイヤ１３が挿通されたリング１７とからなる。
【００２８】
把持部１５は、セグメント３の組立の際にエレクタがセグメント３を把持する際等に利用される把持金具からなり、予めセグメント３に取り付けられている。把持部１５は、セグメント３の組立完了後は取り外す必要があるため、セグメント３に螺合して取り付けられている。
【００２９】
リング１７には、ワイヤ１３が予め挿通されている。装着部１６を把持部１５から外した状態では、リング１７及び装着部１６は、ワイヤ１３に支持される。
【００３０】
本実施形態では、トンネル周方向に隣接するブラケット１２間のワイヤ１３の一部分は、ワイヤ１３に比べて剛性が高いバー１８に置き換えられている。このようにすることで、ワイヤ１３が切断されたときにワイヤ１３が大きく跳ねることを防止することができる。
【００３１】
本実施形態では、張力付加手段１４として、ジャッキ１９（本実施形態では、油圧ジャッキ）を用いている。ジャッキ１９は、シリンダチューブ２０がワイヤ１３の一端側に固定され、ロッド２１がワイヤ１３の他端側に固定されている。ジャッキ１９を縮退させることにより、ブラケット１２間に架け渡したワイヤ１３が引っ張られて、ワイヤ１３に張力がかけられる。
【００３２】
本実施形態のセグメント形状保持装置１０は、ワイヤ１３をトンネル周方向に沿って保持するための保持手段２２と、保持手段２２をトンネル軸方向（図１中の矢印Ａ参照）に移動させるための軸方向移動手段２３とをさらに備えている。
【００３３】
本実施形態の保持手段２２は、固定部材２４と、固定部材２４の外周にスライダ２５を介して支持された回動部材２６とから主に構成されている。固定部材２４及び回動部材２６は正面視略Ｃ字状に形成され、その開口部が下方に向けられている。固定部材２４は、後述する台車２７上に設けられた支柱２８に支持されている。
【００３４】
回動部材２６は、固定部材２４に対してトンネル周方向（図３中の矢印Ｂ参照）に所定の開度だけ回動自在であり、回動部材２６を回動させることにより、ワイヤ１３に取り付けたブラケット１２の装着部１６及びリング１７の位置を調整することが可能である。
【００３５】
回動部材２６の外周には、トンネル周方向に沿って凹部２９が設けられており、凹部２９には、バー１８が挿通される挿通孔３０を有する板材３１がトンネル周方向に所定間隔を隔てて複数設けられている。板材３１の挿通孔３０に挿通されたバー１８はその長手方向の移動が許容されるようになっている。
【００３６】
軸方向移動手段２３は、トンネル軸方向に移動自在の台車２７を有している。台車２７は、架台３２上に敷設したレール３３上に走行可能に設けられている。架台３２は、シールドフレーム２の後部に後方に延出させて設けられている。
【００３７】
架台３２の後部には、上下拡張式セグメント形状保持装置３４が設けられている。本実施形態の上下拡張式セグメント形状保持装置３４は、シールドフレーム２外（テールシール部２ａの後方）に位置するセグメント３の形状を真円に保持するためのものである。上下拡張式セグメント形状保持装置３４は、ジャッキ３５によって上下に近接離間移動する上部グリッパ３６及び下部グリッパ３７とを有し、架台３２に取り付けたスライドジャッキ３８に接続されている。
【００３８】
次に、本実施形態の作用を図５を用いて説明する。
【００３９】
セグメント３をリング状に組み立てたならば、図５に示すように、セグメント３に予め取り付けられたブラケット１２の把持部１５に装着部１６を取り付ける。その後、ジャッキ１９を縮退させてワイヤ１３に所定の張力Ｔをかけると、セグメント３にトンネル半径方向の内側に引っ張る力Ｆが生じる。この力Ｆの作用により、セグメント３にトンネル周方向の応力Ｆｒが付与され、リング状に組み立てたセグメント３の形状が真円に保持される。よって、リング状に組み立てたセグメント３が自重等により変形することを防止することができ、新たなセグメント３の組立に支障をきたすことはない。
【００４０】
また、セグメント形状保持装置１０によってセグメント３にトンネル周方向の応力Ｆｒを付与することにより、トンネル周方向に隣接するセグメント３間に介設されたシール部材をつぶすことができ、止水をより強固に行うことができる。
【００４１】
シールド掘進機１を掘進させると、台車２７は置き去りにされて、架台３２のみがシールド掘進機１の掘進に追従する。そのため、応力付与手段１１（ブラケット１２、ワイヤ１３、バー１８及びジャッキ１９）は、シールド掘進機１の掘進に関わらず、トンネル周方向の応力を付与すべきセグメント３の内方に位置した状態に保たれる。
【００４２】
シールド掘進機１がさらに掘進して、セグメント３がテールシール４の緊縛力や土圧によってトンネル半径方向の外側からの力を受けたならば、ブラケット１２（把持部１５）をセグメント３から取り外す。セグメント３がテールシール４の緊縛力や土圧を受けると、テールシール４の緊縛力や土圧によってセグメント３にトンネル周方向の応力Ｆｒが付与されるので、セグメント形状保持装置１０によってセグメント３にトンネル周方向の応力Ｆｒを付与する必要はなくなるためである。
【００４３】
そして、台車３２を前進させて応力付与手段１１（ブラケット１２、ワイヤ１３、バー１８及びジャッキ１９）を前方に移動し、新たに組み立てたセグメント３に取り付けられたブラケット１２の把持部１５に装着部１６を取り付ける。そして、この新たに組み立てたセグメント３の形状を真円に保持する。
【００４４】
一方、セグメント３が土圧によってトンネル半径方向外側からの力を受けたならば、上下拡張式セグメント形状保持装置３４のジャッキ３５を伸長させて上部グリッパ３６及び下部グリッパ３７の先端をテールシール部２ａの後方に位置するセグメント３に押し付けて固定する。上下拡張式セグメント形状保持装置３４によってテールシール部２ａの後方に位置するセグメント３を支持するのは、土圧がセグメント３に均等にかからなかったとき（裏込材が均等にまわらなかったとき等）に、セグメント３の形状が真円を維持できずくずれるのを防止するためである。
【００４５】
以上要するに、本実施形態によれば、セグメント３にトンネル周方向の応力を付与する際に、セグメント３をその内周部にてトンネル半径方向の内側に引っ張るようにしたため、ワイヤ１３をセグメント３に挿入することなく、セグメント３にトンネル周方向の応力を容易に付与することができる。
【００４６】
また本実施形態では、セグメント３にワイヤ１３を挿入するための孔を形成する必要がないため、セグメント３の製造コストアップを招くことはない。
【００４７】
また本実施形態によれば、応力付与手段１１が、セグメント３の内周面に取り付けられるブラケット１２と、トンネル周方向に隣接するブラケット１２間に架け渡される環状のワイヤ１３と、ワイヤ１３に張力をかけるための張力付加手段１４とを有するため、セグメント形状保持装置１０がシールドフレーム２の中央部を占めることはなく、エレクタへのセグメント３の供給に支障をきたすことはない。
【００４８】
また本実施形態によれば、ワイヤ１３をトンネル周方向に沿って保持するための保持手段２２と、保持手段２２をトンネル軸方向に移動させるための軸方向移動手段２３とをさらに備えるため、ワイヤ１３をセグメント１２に取り付ける度にトンネル周方向に沿って展開する必要がなく、ワイヤ１３の取扱性を高めることができる。
【００４９】
また本実施形態によれば、ワイヤ１３の一部分が、バー１８に置き換えられているため、ワイヤ１３が切断されたときにワイヤ１３が大きく跳ねることを防止することができる。
【００５０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００５１】
例えば、張力付与手段１４として、ジャッキ１９に代えて、ウィンチ（巻取り装置）やチェーンブロック等を用いることができる。
【００５２】
また、ブラケット１２の構成は上述のものには限定はされない。例えば、ブラケット１２の把持部１５と装着部１６が一体に設けられていても良く、リング１７に代えて、シーブ（滑車）等が装着部１６に一体に設けられていても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の一実施形態に係るセグメント形状保持装置を適用したシールド掘進機の側断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】セグメントにトンネル周方向の応力を付与した状態を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
３ セグメント
１０ セグメント形状保持装置
１１ 応力付与手段
１２ ブラケット
１３ ワイヤ
１４ 張力付加手段
１８ バー
２２ 保持手段
２３ 軸方向移動手段

特許の図
【出願人】 【識別番号】０００２０６２１１
【氏名又は名称】大成建設株式会社
【識別番号】０００００００９９
【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ
【出願日】 平成１８年９月２０日（２００６．９．２０）
【代理人】 【識別番号】１０００６８０２１
【弁理士】
【氏名又は名称】絹谷 信雄
【公開番号】 特開２００８−７５３０８（Ｐ２００８−７５３０８Ａ）
【公開日】 平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願番号】 特願２００６−２５４３８２（Ｐ２００６−２５４３８２）