(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形断面形をなすトンネルの天井部分、床部分および左右側壁部分の各地山のコーナ部に端部セグメントを、中央部に中央部セグメントを、前記端部セグメントと前記中央部セグメントとの間に、所定間隔おきに突設され、中央部セグメント寄りに位置するものほど徐々に長く形成された複数のリブを有する中間部セグメントをそれぞれ設置し、かつ前記端部セグメントと中央部セグメントと中間部セグメントの間に緊張材を挿通するとともに前記複数のリブ間に架け渡して前記トンネルの内方に突出する懸垂曲線状に露出して設置してなることを特徴とする矩形断面トンネルの覆工構造。
【請求項２】
端部セグメントおよび中間部セグメントはトンネルの内方に開口する断面略溝状に形成してあることを特徴とする請求項１記載の矩形断面トンネルの覆工構造。
【請求項３】
矩形断面形をなすトンネルの天井部分、床部分および左右側壁部分の各地山のコーナ部に端部セグメントを、中央に中央部セグメントを、前記端部セグメントと前記中央部セグメントとの間に、所定間隔おきに突設され、前記中央部セグメント寄りに位置するものほど徐々に長く形成された複数のリブを有する中間部セグメントをそれぞれ設置してセグメント覆工体を形成し、前記端部セグメントと中間部セグメントと中央部セグメントの間に緊張材を挿通するとともに前記複数のリブ間に架け渡して前記トンネルの内方に突出する懸垂曲線状に露出して設置し、かつ当該緊張材の両端を前記端部セグメントにそれぞれ定着した後、前記緊張材の中央部分を連結した連結部材で当該緊張材を緊張してプレストレスを導入し、かつ前記緊張材の中央部分を前記中央部セグメントに定着することを特徴とする矩形断面トンネルの覆工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、矩形断面形に掘進されたトンネルの地山に対して施工される矩形断面トンネルの覆工構造および覆工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルの使用目的からは、いわゆるデットスペースが少なく空間を有効に利用できる等の理由により、トンネルの断面は円形よりも矩形の方が望ましいことが多い。
【０００３】
これまでにも、手掘り式の開放シールドによって四角形（箱型）のトンネルは構築されたこともあったが、円形シールドに比べてライニングに作用する曲げモーメントが大きいために鋼製のセグメント（鋼殻セグメント）が使用され、必要に応じて仮設または本設の中柱が配置されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、鋼殻セグメントはトンネルの規模にもよるが、コンクリートセグメントより割高であり、また中柱を配置するケースでは、その構築（仮設の場合は撤去も）により工期の長期化、コスト高を免れない等の課題があった。
【０００５】
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、矩形断面形のトンネルを割安なコンクリートセグメントを使用することで低コストで構築することを可能にした矩形断面トンネルの覆工構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の矩形断面トンネルの構造は、矩形断面形をなすトンネルの天井部分、床部分および左右側壁部分の各地山のコーナ部に端部セグメントを、中央部に中央部セグメントを、前記端部セグメントと前記中央部セグメントとの間に、所定間隔おきに突設され、中央部セグメント寄りに位置するものほど徐々に長く形成された複数のリブを有する中間部セグメントをそれぞれ設置し、かつ前記端部セグメントと中央部セグメントと中間部セグメントの間に緊張材を挿通するとともに前記複数のリブ間に架け渡して前記トンネルの内方に突出する懸垂曲線状に露出して設置してなることを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２記載の矩形断面トンネルの構造は、請求項１記載の矩形断面トンネルの構造において、端部セグメントおよび中間部セグメントはトンネルの内方に開口する断面略溝状に形成してあることを特徴とするものである。
請求項３記載の矩形断面トンネルの施工方法は、矩形断面形をなすトンネルの天井部分、床部分および左右側壁部分の各地山のコーナ部に端部セグメントを、中央に中央部セグメントを、前記端部セグメントと前記中央部セグメントとの間に、所定間隔おきに突設され、前記中央部セグメント寄りに位置するものほど徐々に長く形成された複数のリブを有する中間部セグメントをそれぞれ設置してセグメント覆工体を形成し、前記端部セグメントと中間部セグメントと中央部セグメントの間に緊張材を挿通するとともに前記複数のリブ間に架け渡して前記トンネルの内方に突出する懸垂曲線状に露出して設置し、かつ当該緊張材の両端を前記端部セグメントにそれぞれ定着した後、前記緊張材の中央部分を連結した連結部材で当該緊張材を緊張してプレストレスを導入し、かつ前記緊張材の中央部分を前記中央部セグメントに定着することを特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１〜図５はこの発明の一例を示し、矩形断面形に掘進されたトンネルＡの天井部分ａ、床部分ｂおよび左右の側壁部分ｃにおいて、地山の各コーナ部に端部セグメント１が、この端部セグメント１，１間の中央部に中央部セグメント２が、さらに各端部セグメント１と中央部セグメント２間に複数の中間部セグメント３がトンネルＡの周方向と軸方向に互いに隣接してそれぞれ設置されている。
【０００９】
また、トンネルＡの天井部分ａ、床部分ｂおよび左右の側壁部分ｃのそれぞれに、両端の端部セグメント１、中央部セグメント、さらに中間部セグメント３間に複数の緊張材４がそれぞれトンネルＡの周方向に連続して設置され、この複数の緊張材４によって両端の端部セグメント１、中央部セグメント２および中間部セグメント３間に所定大のプレストレスがトンネルＡの周方向に連続してそれぞれ導入されている。
【００１０】
こうして、両端の端部セグメント１、中央部セグメント２および複数の中間部セグメント３から矩形断面形のセグメントリングが形成され、またこのセグメントリングがトンネルＡの軸方向に互いに隣接して設置されていることでトンネルＡの軸方向に連続するセグメントライニング（セグメント覆工体）が形成されている。緊張材はトンネルＡの軸方向にも挿通されていてもよい。
【００１１】
なお、トンネルＡの軸方向に隣接する端部セグメント１同士、中央部セグメント２同士および中間部セグメント３同士は、複数の連結ボルト５によってそれぞれ連結されている。
【００１２】
端部セグメント１はトンネルＡの軸方向に見てＬ字状をなしかつトンネルＡの内方に開口する断面略溝状に形成されている。
また、コーナ部分１ａが特に厚く形成され、この部分に緊張材４の端部を通すための貫通孔１ｂが所定間隔に形成され、かつ各貫通孔１ｂの端部に緊張材４の端部を定着するための凹部１ｃがそれぞれ形成されている。
【００１３】
さらに、トンネルＡの軸方向の両側部にトンネルＡの軸方向に隣接する端部セグメント１同士を連結する連結ボルト５を挿通するためのボルト孔１ｄが所定間隔に形成されている。
【００１４】
中央部セグメント２は端部セグメント１と略同じ断面サイズの直方体形に形成されている。また、トンネルＡの内方寄りに緊張材４を通すための貫通孔２ａがトンネルＡの周方向に連貫通して所定間隔に形成され、その外側寄りにはトンネルＡの周方向に貫通する開口部２ｂが形成されている。
【００１５】
さらに、トンネルＡの軸方向に隣接する中央部セグメント２同士を連結する連結ボルト５を挿通するためのボルト孔２ｃがトンネルＡの軸方向に貫通して複数形成されている。ボルト孔２ｃは開口２ｂと連通し、開口部２ｂで連結ボルト５を締め付けられるようになっている。こうして形成された中央部セグメント２は両端の端部セグメント１，１間の略中央部分に設置されている。
【００１６】
中間部セグメント３はトンネルＡの内方に開口する断面略溝状に形成され、かつ中央部セグメント２と略同じ断面サイズに形成されている。また、内側にトンネルＡの軸方向に連続する複数のリブ３ａが所定間隔に突設され、リブ３ａは中央部セグメント２側に位置するものほど徐々に長く形成されている。また、リブ３ａの先端部には緊張材４を通す凹溝３ｂが所定間隔に形成されている。
【００１７】
さらに、トンネルＡの軸方向の両側部にトンネルＡの軸方向に隣接する中間部セグメント３同士を連結する連結ボルト５を通すためのボルト孔３ｃが所定形成されている。
【００１８】
こうして形成された中間部セグメント３は、両端の端部セグメント１と中央部セグメント２間にトンネルＡの径に応じて複数、隣接して設置されている。
緊張材４の両端は、両端の端部セグメント１の貫通孔１ｂに挿通され、かつ凹部１ｃ内に定着ナット６によってそれぞれ定着されている。
【００１９】
また、緊張材４の中央部分は中央部セグメント２の貫通孔２ａに挿通され、それより両側部分は各中間部セグメント３のリブ３ａの凹溝３ｂに架け渡されている。その際、リブ３ａが中央部セグメント２寄りに位置するものぼど、徐々に長く形成されていることから、緊張材４はトンネルＡの内方に突出する懸垂曲線状に設置されている。
【００２０】
また、緊張材４はトンネルＡ内に露出する、いわゆるアウトケーブル方式で設置されている。このように設置することで、セグメントを組み立てた後からでも緊張材４を設置することができるので施工性がきわめてよい。
【００２１】
なお、緊張材４は、例えば図２(ｂ)に図示するように中央部分で交差する対角線状に設置されていてもよい。プレストレスを導入する方法としては、例えば緊張材４の両端を端部セグメント１の凹部１ｃに定着ナット６でそれぞれ定着しておき、カプラー等の連結部材で１本に連結した中央部分で緊張材４を緊張してプレストレスを導入した後に、緊張材４の中央部分を中央部セグメント２に定着する方法などがある。
【００２２】
また、一次覆工としてのセグメントの組み立て時にのみプレストレスを導入し、セグメントの内側を二次覆工として鉄筋コンクリートで補強したのち、プレストレスを開放して鉄筋コンクリート構造の覆工体とすることもできる。
【００２５】
さらに、緊張材４はセグメントを組み立てた後から設置してもよく、また各セグメントに予め設置しておくこともできる。
【００２６】
【発明の効果】
この発明は以上説明した構成からなり、矩形断面形をなすトンネルの内周にコンクリートセグメントを複数、トンネルの周方向と軸方向に互いに隣接して設置し、かつ天井部分、床部分、および左右の側壁部分に緊張材を挿通してトンネルの周方向に所定大のプレストレスを導入してなるので、割安なコンクリートセグメントを使用することにより、矩形断面トンネルの内周をきわめて低コストで覆工できる。
【００２７】
また、緊張材は矩形断面トンネルの天井部分、床部分および側壁部分のそれぞれにトンネルのコーナ部を固定端とし、トンネルの内方に突出する懸垂曲線状にそれぞれ設置してあるので、特にトンネルの断面に作用する曲げモーメントに対してきわめて有効に補強できる。
【００２８】
さらに、緊張材はセグメントの内側に露出させて設置してあるので、緊張材を容易に設置できて施工性もきわめてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数のセグメントからなるコンクリートライニングの一例を示し、（ａ）はその一部斜視図、（ｂ）は正面図である。
【図２】緊張材の配置例を示し、（ａ）はコンクリートライニングの一部断面図、（ｂ）はその一部平面図である。
【図３】端部セグメントを示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は正面図である。
【図４】中間部セグメントを示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は断面図である。
【図５】中央部セグメントを示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）は断面図である。
【符号の説明】
１  端部セグメント
１ａ  コーナ部
１ｂ  貫通孔
１ｃ  凹部
１ｄ  ボルト孔
２  中央部セグメント
２ａ  貫通孔
２ｂ  開口部
２ｃ  ボルト孔
３  中間部セグメント
３ａ  リブ
３ｂ  凹溝
３ｃ  ボルト孔
４  緊張材
５  連結ボルト
６  定着ナット
７  連結部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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