(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバートコンクリートと、該インバートコンクリートに支持された二次覆工コンクリートとを敷設し、前記インバートコンクリート、前記二次覆工コンクリートの少なくとも一方に、他方との間に空隙を形成する凹部を設けたトンネル構造であって、
前記凹部を、前記二次覆工コンクリートの脚部にトンネルの軸方向に間隔をあけて複数設けたことを特徴とするトンネル構造。
【請求項２】
インバートコンクリートと、該インバートコンクリートに支持された二次覆工コンクリートとを敷設し、前記インバートコンクリート、前記二次覆工コンクリートの少なくとも一方に、他方との間に空隙を形成する凹部を設けたトンネル構造であって、
前記凹部を、前記インバートコンクリートの側縁部にトンネルの軸方向に間隔をあけて複数設けたことを特徴とするトンネル構造。
【請求項３】
前記凹部を、トンネルの軸方向を長軸とする半楕円形状または長孔形状に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル構造。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれか一つに記載のトンネル構造を構築する方法であって、
前記凹部を形成するための型枠部材を設置してからコンクリートを打設し、その後、前記型枠部材を撤去することを特徴とするトンネル構造の構築方法。
【請求項５】
打設したコンクリートの乾燥収縮後に、前記型枠部材を撤去した後に残る凹部に硬化材を充填することを特徴とする請求項４に記載のトンネル構造の構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル構造およびその構築方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの覆工とは、トンネルの掘削面を被覆する構造体またはこの構造体を構成するものを指し、トンネル掘削に伴うトンネル周辺地山の変形や天端・側壁部の崩落の抑制や防止などの周辺地山の安定性の確保の他に、トンネル内への湧水・漏水の抑制およびトンネル内の美観の確保等を目的として構築されるものである。
【０００３】
図１５に示すように、山岳トンネルの標準工法では、この覆工は、一次支保２と二次覆工４とに区分されている。一次支保２は、上述のトンネル掘削時の周辺地山の安定性を確保することを目的に掘削面６に施工される構造体であり、通常は吹付けコンクリート、鋼製支保工およびロックボルトで構成される。
【０００４】
また、二次覆工４は、一次支保２の内面側に施工される構造体であり、その他の機能を分担することが期待されるが、条件によっては、一次支保２と同様にトンネルの安定性を確保するための力学的な機能も担う場合がある。このため、二次覆工４については、ひび割れ、変形、崩壊等が生じにくく、また、漏水等による浸食や強度の低下等の少ない耐久性が要求される。
【０００５】
図１６に示すように、この二次覆工４のコンクリートは、約１０ｍ程度のスパンごとに作製されるものであり、通常は無筋のコンクリートで構成される。二次覆工４は、アーチ状の薄いコンクリート構造体を地山と覆工型枠に挟まれた狭い空間にトンネルの内側から施工するため、コンクリート打設および締め固めにおいて厳しい施工条件となることがあり、ひび割れ、剥離剥落、巻厚不足、背面空洞、一次支保との間に設ける防水シートの損傷、コールドジョイントや表面仕上がりの不良等、さまざまな問題が発生し易い状況にある。
【０００６】
また、これらの問題を克服したとしても、打設後に乾燥収縮する二次覆工コンクリートが周辺から拘束されることで二次覆工コンクリートに引張応力が生じるので、二次覆工コンクリートにはこれに起因したひび割れが発生し易い状況にある。例えば、図１７に示すように、二次覆工４の中央の脚部にひび割れ９が生じることがある。
【０００７】
この脚部のひび割れは、図１５に示すように、二次覆工コンクリート４とインバートコンクリート８の打ち継ぎ目の付着により、二次覆工コンクリート４が乾燥収縮しようとする際にそれを拘束することで生じた引張応力に起因して発生するものである。
【０００８】
これに対し、二次覆工コンクリートのひび割れを制御するようにしたトンネル構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１は、二次覆工コンクリートとインバートコンクリートとの境界部にシート端部による縁切り工を設けることにより、二次覆工コンクリートのひび割れを制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１１６０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の従来の特許文献１では、二次覆工コンクリートとインバートコンクリートとの境界部にシートを要するので、このシートに係る材料コストや施工コストが増大するおそれがある。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、二次覆工コンクリートの乾燥収縮に伴うひび割れ発生を低コストで防止することができるトンネル構造およびその構築方法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】
【００１２】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るトンネル構造は、インバートコンクリートと、該インバートコンクリートに支持された二次覆工コンクリートとを敷設したトンネル構造であって、前記インバートコンクリート、前記二次覆工コンクリートの少なくとも一方に、他方との間に空隙を形成する凹部を設けたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るトンネル構造は、上述したトンネル構造において、前記凹部を、前記二次覆工コンクリートの脚部にトンネルの軸方向に間隔を開けて複数設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係るトンネル構造は、上述したトンネル構造において、前記凹部を、前記インバートコンクリートの側縁部にトンネルの軸方向に間隔をあけて複数設けたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係るトンネル構造は、上述したトンネル構造において、前記凹部を、トンネルの軸方向を長軸とする半楕円形状または長孔形状に形成したことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係るトンネル構造の構築方法は、上述したトンネル構造を構築する方法であって、前記凹部を形成するための型枠部材を設置してからコンクリートを打設し、その後、前記型枠部材を撤去することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係るトンネル構造の構築方法は、上述したトンネル構造の構築方法において、打設したコンクリートの乾燥収縮後に、前記型枠部材を撤去した後に残る凹部に硬化材を充填することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係るトンネル構造は、インバートコンクリートと、インバートコンクリートに支持された二次覆工コンクリートとを敷設したトンネル構造であって、インバートコンクリート、二次覆工コンクリートの少なくとも一方に、他方との間に空隙を形成する凹部を設けたので、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートとの間の付着力による二次覆工コンクリートの乾燥収縮を拘束する影響を低減できる。これにより、二次覆工コンクリートに生じる乾燥収縮に伴う引張応力が抑制され、二次覆工コンクリートの脚部中央におけるひび割れを防止できる。また、ひび割れを防止するために上記の従来技術のようにインバートコンクリートと二次覆工コンクリートとの間にシートを設ける必要がなく経済的であることから、二次覆工コンクリートの乾燥収縮に伴うひび割れを低コストで防止できるという効果を奏する。
【００１９】
また、本発明に係るトンネル構造の構築方法は、上述したトンネル構造を構築する方法であって、凹部を形成するための型枠部材を設置してからコンクリートを打設し、その後、型枠部材を撤去するので、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートとの間に空隙を効率的に作製することができる。また、二次覆工コンクリートとインバートコンクリートとの間の付着力による二次覆工コンクリートの乾燥収縮を拘束する影響を低減することができる。このため、二次覆工コンクリートに生じる乾燥収縮に伴う引張応力が抑制され、二次覆工コンクリートの脚部中央におけるひび割れの発生を防止できる。このため、ひび割れ発生を防止するために上記の従来技術のようにインバートコンクリートと二次覆工コンクリートとの間にシートを設ける必要がなく経済的であることから、二次覆工コンクリートの乾燥収縮に伴うひび割れ発生を低コストで防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１であるトンネル構造を示す横断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１であるトンネル構造を示す斜視図である。
【図３】図３は、図２に示したＡ部拡大図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１であるトンネル構造のひび割れ低減効果を検証するための解析モデルを示す模式図である。
【図５】図５は、未対策の場合に、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートに作用する水平方向応力の分布を示す図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１のように、二次覆工コンクリートに凹部を設けた場合に、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートに作用する水平方向応力の分布を示す図である。
【図７】図７は、二次覆工コンクリートに図６に示す凹部よりも小さな凹部を設けた場合に、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートに作用する水平方向応力の分布を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２であるトンネル構造を示す横断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態２であるトンネル構造を示す斜視図である。
【図１０】図１０は、図９に示したＢ部拡大図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態２であるトンネル構造のひび割れ低減効果を検証するための解析モデルを示す模式図である。
【図１２】図１２は、未対策の場合に、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートに作用する水平応力の分布を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態２のように、インバートコンクリートに凹部を設けた場合に、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートに作用する水平方向応力の分布を示す図である。
【図１４】図１４は、インバートコンクリートに図１３に示す凹部よりも小さな凹部を設けた場合に、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートに作用する水平方向応力の分布を示す図である。
【図１５】図１５は、一次支保および二次覆工を有するトンネルの断面図である。
【図１６】図１６は、３スパンからなる二次覆工コンクリートを示す斜視図である。
【図１７】図１７は、従来の二次覆工コンクリート中央の脚部付近に生じるひび割れを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係るトンネル構造は、インバートコンクリートと、インバートコンクリートに支持された二次覆工コンクリートとを敷設したトンネル構造であって、インバートコンクリート、二次覆工コンクリートの少なくとも一方に、他方との間に空隙を形成する凹部を設けたものである。
【００２２】
以下に、本発明に係るトンネル構造およびその構築方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
［実施の形態１］
［トンネル構造］
まず、本発明の実施の形態１であるトンネル構造について説明する。
図１〜図３に示すように、本発明の実施の形態１であるトンネル構造１０は、掘削した坑道の内壁面に吹き付けられたコンクリート（一次支保１８）と、掘削した坑道の底部に敷設されたインバートコンクリート１２と、インバートコンクリート１２に支持された二次覆工コンクリート１４とを備えたものである。
【００２４】
本発明の実施の形態１であるトンネル構造１０は、トンネルの軸方向に延びる二次覆工コンクリート１４の脚部に間隔をあけて複数の凹部１４１を設けたこと特徴とする。凹部１４１は、インバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４との間の付着力による拘束を低減するためのもので、インバートコンクリート１２との間に空隙１６を形成する。凹部１４１は、二次覆工コンクリート１４の脚部に、インバートコンクリート１２に接する接合面から凹むように設けてある。凹部１４１は、トンネルの軸方向に延びる二次覆工コンクリート１４の脚部側端縁を長軸とする半楕円形状に形成してある。これにより、凹部１４１は、トンネルの径方向に短く（低く）、トンネルの軸方向に長くなり、二次覆工コンクリート１４が乾燥収縮した場合に働く力は、凹部１４１において分散する。なお、凹部１４１は、トンネルの軸方向に延びる二次覆工コンクリート１４の脚部側端縁を長軸とする半楕円形状に限られるものではなく、トンネルの軸方向の延びる二次覆工コンクリート１４の脚部側端縁を長軸（中心線）とする半長孔形状であってもよい。
【００２５】
また、本発明の実施の形態１であるトンネル構造１０は、二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮が終了した時点で、凹部１４１に無収縮モルタル等の硬化材１７を充填し、インバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４との間に形成された空隙１６を埋める。
【００２６】
このように、二次覆工コンクリート１４の脚部（インバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４との打ち継ぎ目）にインバートコンクリート１２との間に空隙１６を形成する凹部１４１を人工的に設けたことで、トンネルの脚部に生じるひび割れの要因となる、インバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４との間の付着力を制御する。これにより、二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮を拘束する付着力を低減することができ、二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮に伴う引張応力が抑制され、トンネルの脚部におけるひび割れの発生を防止できる。
【００２７】
また、本発明の実施の形態１であるトンネル構造１０によれば、ひび割れ発生を防止するために上記の従来技術のようにインバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４との間にシートを設ける必要がないので経済的である。これにより、二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮に伴う、トンネルの脚部におけるひび割れ発生を低コストで防止できる。
【００２８】
［トンネル構造の構築方法］
つぎに、本発明の実施の形態１であるトンネル構造の構築方法について説明する。
本発明の実施の形態１であるトンネル構造１０の構築方法は、図１および図２に示すように、敷設されたインバートコンクリート１２との間に凹部１４１を形成するための型枠部材を設置してから二次覆工コンクリート１４を打設し、その後、型枠部材を撤去するものである。
【００２９】
より具体的には、硬質ゴム等を用いて凹部１４１と同じ形状の型枠部材を事前に造っておき、セントル（二次覆工コンクリート打設のために設けるアーチ状の型枠支保工）を設置の際にこの型枠部材を凹部１４１を設ける位置に配置して二次覆工コンクリート１４を打設する。その後、脱型時にこの型枠部材をトンネルの内空側に抜き取る。このように、型枠部材を凹部１４１を設ける位置に設置して、二次覆工コンクリート１４を打設すれば、トンネルの軸方向に延びる二次覆工コンクリート１４の脚部に凹部１４１を効率的に作製できる。
【００３０】
また、本発明の実施の形態１であるトンネル構造１０の構築方法は、二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮が終了した時点で凹部１４１に無収縮モルタル等の硬化材１７を充填し、インバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４との間に形成された空隙１６を埋める。
【００３１】
このように、二次覆工コンクリート１４の脚部（インバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４の打ち継ぎ目）にインバートコンクリート１２との間に空隙１６形成する凹部１４１を人工的に設けたことで、トンネルの脚部に生じるひび割れの要因となる、インバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４との間の付着力を制御する。これにより、二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮を拘束する付着力を低減することができ、二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮に伴う引張応力が抑制され、トンネルの脚部におけるひび割れの発生を防止できる。
【００３２】
また、本発明の実施の形態１であるトンネル構造１０の構築方法によれば、ひび割れ発生を防止するために上記の従来技術のようにインバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４との間にシートを設ける必要がないので経済的である。これにより、二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮に伴う、トンネルの脚部におけるひび割れを低コストで防止できる。
【００３３】
次に、本発明の実施の形態１であるトンネル構造による、二次覆工コンクリートひび割れ低減効果を検証するために行った数値解析について、図４〜図７を参照しながら説明する。
【００３４】
図４は、解析モデルを示す模式図である。図４（１）に示すように、この解析モデルは、インバートコンクリート１２および二次覆工コンクリート１４を平板要素として二次元モデル化したものである。図４（２）では、平板要素の側部の左側が鉛直移動可能に拘束され、下側が水平移動可能に拘束されることを解析条件としている。
【００３５】
図５〜図７に解析結果を示す。図５は、未対策の場合に、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートに作用する水平方向応力の分布を示す図である。図６は、本発明の実施の形態１のように、二次覆工コンクリートに凹部を設けた場合に、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートに作用する水平方向応力の分布を示す図である。図７は、二次覆工コンクリートに図６に示す凹部よりも小さな凹部を設けた場合に、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートに作用する水平方向応力の分布を示す図である。
【００３６】
図５に示すように、未対策の場合には、二次覆工コンクリートの脚部中央に３ＭＰａ程度の引張応力が生じる。一方、図６に示すように、二次覆工コンクリート１４の脚部に凹部１４１を設けた場合（本発明の実施の形態１に対応）には、脚部中央に設けた凹部１４１の上方域に１ＭＰａ程度の引張応力が生じる。このことから、本発明の実施の形態１のように、二次覆工コンクリート１４の脚部に凹部１４１を設けた場合には、二次覆工コンクリート１４の脚部中央に生じる引張応力が未対策の場合に比べて３分の１程度に低減することがわかる。
【００３７】
また、図７に示すように、二次覆工コンクリート１４の脚部に図６に示すよりも小さな凹部１４１を設けた場合には、脚部中央に設けた凹部１４１の上方域に１．５ＭＰａ程度の引張応力が生じる。このことから、図７に示すように、二次覆工コンクリート１４の脚部に図６に示すよりも小さな凹部１４１を設けた場合でも、二次覆工コンクリート１４の脚部中央に生じる引張応力が未対策のものに比べて２分の１程度に低減することがわかる。
【００３８】
解析結果からも検証されたように、二次覆工コンクリート１４の脚部にインバートコンクリート１２との間に空隙１６を形成する凹部１４１を人工的に設けたことで、二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮に伴う引張応力が未対策のものの３分の１あるいは２分の１に低減できる。これにより、本発明の実施の形態１であるトンネル構造１０は、トンネルの脚部におけるひび割れを防止できる。
【００３９】
以上説明したように、本発明の実施の形態１であるトンネル構造１０は、インバートコンクリート１２と、インバートコンクリート１２に支持された二次覆工コンクリート１４とを敷設したトンネル構造であって、二次覆工コンクリート１４に、インバートコンクリート１２との間に空隙１６を形成する凹部１４１を設けたので、インバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４との間の付着力による二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮を拘束する影響を低減することができる。このため、二次覆工コンクリート１４に生じる乾燥収縮に伴う引張応力が抑制され、二次覆工コンクリート１４の脚部におけるひび割れの発生を防止できる。また、ひび割れ発生を防止するために上記の従来技術のようにインバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４との間にシートを設ける必要がなく経済的であることから、二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮に伴うひび割れ発生を低コストで防止できる。
【００４０】
また、本発明の実施の形態１であるトンネル構造１０の構築方法は、上述したトンネル構造１０を構築する方法であって、凹部１４１を形成するための型枠部材を設置してから二次覆工コンクリート１４を打設し、その後、型枠部材を撤去するので、二次覆工コンクリート１４に凹部１４１を効率的に作製することができる。また、インバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４との間の付着力による二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮を拘束する影響を低減することができる。このため、二次覆工コンクリート１４に生じる乾燥収縮に伴う引張応力を抑制し、二次覆工コンクリート１４の脚部におけるひび割れの発生を防止することができる。このため、ひび割れ発生を防止するために上記の従来技術のようにインバートコンクリート１２と二次覆工コンクリート１４との間にシートを設ける必要がなく経済的であることから、二次覆工コンクリート１４の乾燥収縮に伴うひび割れ発生を低コストで防止することができる。
【００４１】
［実施の形態２］
［トンネル構造］
まず、本発明の実施の形態２であるトンネル構造について説明する。
図８〜図１０に示すように、本発明の実施の形態２であるトンネル構造２０は、掘削した坑道の内壁面に吹き付けられたコンクリート（一次支保２８）と、掘削した坑道の底部に敷設されたインバートコンクリート２２と、インバートコンクリート２２に支持された二次覆工コンクリート２４とを備えたものである。
【００４２】
本発明の実施の形態２であるトンネル構造２０は、トンネルの軸方向に延びるインバートコンクリート２２の側縁部に間隔をあけて複数の凹部２２１を設けたことを特徴とする。凹部２２１は、インバートコンクリート２２と二次覆工コンクリート２４との間の付着力による拘束を低減するためのもので、二次覆工コンクリート２４との間に空隙２６を形成する。凹部２２１は、インバートコンクリート２２の側縁部に、二次覆工コンクリート２４に接する接合面から凹むように設けてある。凹部２２１は、トンネルの軸方向に延びるインバートコンクリート２２の側縁を長軸とする半楕円形状に形成してある。これにより、凹部２２１は、トンネルの径方向に短く（浅く）、トンネルの軸方向に長くなり、二次覆工コンクリート２４が乾燥収縮した場合に働く力は、凹部２２１において分散する。なお、凹部２２１は、トンネルの軸方向に延びるインバートコンクリート２２の側縁を長軸とする半楕円形状に限られるものではなく、トンネルの軸方向に延びるインバートコンクリート２２の側縁を長軸（中心線）とする半長孔形状であってもよい。
【００４３】
また、本発明の実施の形態２であるトンネル構造２０は、二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮が終了した時点で、凹部２２１に無収縮モルタル等の硬化材２７を充填し、インバートコンクリート２２と二次覆工コンクリート２４との間に形成された空隙２６を埋める。
【００４４】
このように、インバートコンクリート２２の側縁部（インバートコンクリート２２と二次覆工コンクリート２４との打ち継ぎ目）に二次覆工コンクリート２４との間に空隙２６を形成する凹部２２１を人工的に設けたことで、トンネルの脚部に生じるひび割れの要因となる、インバートコンクリート２２と二次覆工コンクリート２４との間の付着力を制御する。これにより、二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮を拘束する付着力を低減することができ、二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮に伴う引張応力が抑制され、トンネルの脚部におけるひび割れの発生を防止することができる。
【００４５】
また、本発明の実施の形態２であるトンネル構造２０の構築方法によれば、ひび割れ発生を防止するために上記の従来技術のようにインバートコンクリート２２と二次覆工コンクリート２４との間にシートを設ける必要がないので経済的である。これにより、二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮に伴う、トンネルの脚部におけるひび割れを低コストで防止できる。
【００４６】
［トンネル構造の構築方法］
つぎに、本発明の実施の形態２であるトンネル構造２０の構築方法について説明する。
本発明の実施の形態２であるトンネル構造２０の構築方法は、凹部２２１を形成するための型枠部材を設置してからインバートコンクリート２２、二次覆工コンクリート２４を打設し、その後、型枠部材を撤去するものである。
【００４７】
より具体的には、硬質ゴム等を用いて凹部２２１と同じ形状の型枠部材を事前に造っておき、この型枠部材を凹部２２１を形成する位置に設置してインバートコンクリート２２を打設する。つぎに、セントラル（二次覆工コンクリート打設のために設けるアーチ状の型枠支保工）を設置して二次覆工コンクリート２４を打設する。その後、脱型時にこの型枠部材をトンネルの内空側に抜き取る。このように、型枠部材を所定の位置に配置して、インバートコンクリート２２、二次覆工コンクリート２４を打設すれば、トンネルの軸方向に延びるインバートコンクリート２２の側縁部に凹部２２１を効率的に作製できる。
【００４８】
また、本発明の実施の形態２であるトンネル構造２０の構築方法は、二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮が終了した時点で凹部２２１に無収縮モルタル等の硬化材２７を充填し、インバートコンクリート２２と二次覆工コンクリート２４との間に形成された空隙２６を埋める。
【００４９】
このように、インバートコンクリート２２の側縁部（インバートコンクリートと二次覆工コンクリートの打ち継ぎ目）に二次覆工コンクリート２４との間に空隙２６を形成する凹部２２１を人工的に設けたことで、トンネルの脚部に生じるひび割れの要因となる、インバートコンクリート２２と二次覆工コンクリート２４との間の付着力を制御する。これにより、二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮を拘束する付着力を低減することができ、二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮に伴う引張応力が抑制され、トンネルの脚部におけるひび割れの発生を防止できる。
【００５０】
また、本発明の実施の形態２であるトンネル構造２０の構築方法によれば、ひび割れ発生を防止するために上記の従来技術のようにインバートコンクリート２２と二次覆工コンクリート２４との間にシートを設ける必要がないので経済的である。これにより、二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮に伴う、トンネルの脚部におけるひび割れを低コストで防止できる。
【００５１】
つぎに、本発明の実施の形態２であるトンネル構造による、二次覆工コンクリートひび割れ低減効果を検証するために行った数値解析について、図１１〜図１４を参照しながら説明する。
【００５２】
図１１は、解析モデルを示す模式図である。図１１（１）に示すように、この解析モデルは、インバートコンクリート２２および二次覆工コンクリート２４を平板要素として二次元モデル化したものである。図１１（２）では、平板要素の側部の左側が鉛直移動可能に拘束され、下側が水平移動可能に拘束されることを解析条件としている。
【００５３】
図１２〜図１４に解析結果を示す。図１２は、未対策の場合に、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートに作用する水平方向応力の分布を示す図である。図１３は、本発明の実施の形態２のように、インバートコンクリートに凹部を設けた場合に、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートに作用する水平方向応力の分布を示す図である。図１４は、インバートコンクリートに図１３に示す凹部よりも小さな凹部を設けた場合に、インバートコンクリートと覆工コンクリートに作用する水平方向応力の分布を示す図である。
【００５４】
図１２に示すように、未対策の場合には、二次覆工コンクリート２４の脚部中央に３ＭＰａ程度の引張応力が生じる。一方、図１３に示すように、インバートコンクリート２２の側縁部に凹部２２１を設けた場合（本発明の実施の形態２に対応）には、側縁部中央に設けた凹部２２１の上方域となる二次覆工コンクリート２４に１ＭＰａ程度の引張応力が生じる。このことから、本発明の実施の形態２のように、インバートコンクリート２２の側縁部に凹部２２１を設けた場合には、二次覆工コンクリート２４の脚部中央に生じる引張応力が未対策の場合に比べて３分の１程度に低減することがわかる。
【００５５】
また、図１４に示すように、インバートコンクリート２２に図１３に示すよりも小さな凹部２２１を設けた場合には、側縁部中央に設けた凹部２２１の上方域となる二次覆工コンクリート２４に１．５ＭＰａ程度の引張応力が生じる。このことから、図１４に示すように、インバートコンクリート２２に図１３に示すよりも小さな凹部２２１を設けた場合でも、二次覆工コンクリート２４の脚部中央に生じる引張応力が２分の１程度に低減することがわかる。
【００５６】
解析結果からも検証されたように、インバートコンクリート２２の側縁部に二次覆工コンクリート２４との間に空隙２６を形成する凹部２２１を人工的に設けたことで、二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮に伴う引張応力が未対策のものの３分の１あるいは２分の１に低減できる。これにより、本発明の実施の形態２であるトンネル構造２０は、トンネルの脚部におけるひび割れの発生を防止できる。
【００５７】
以上説明したように、本発明の実施の形態２であるトンネル構造は、インバートコンクリート２２と、インバートコンクリート２２に支持された二次覆工コンクリート２４とを敷設したトンネル構造であって、インバートコンクリート２２に、二次覆工コンクリート２４との間に空隙２６を形成する凹部２２１を設けたので、インバートコンクリート２２と二次覆工コンクリート２４との間の付着力による二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮を拘束する影響を低減することができる。このため、二次覆工コンクリート２４に生じる乾燥収縮に伴う引張応力が抑制され、二次覆工コンクリート２４の脚部におけるひび割れの発生を防止できる。また、ひび割れ発生を防止するために上記の従来技術のようにインバートコンクリート２２と二次覆工コンクリート２４との間にシートを設ける必要がなく経済的であることから、低コストで二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮に伴うひび割れ発生を防止できる。
【００５８】
また、本発明の実施の形態２であるトンネル構造２０の構築方法は、上述したトンネル構造２０を構築する方法であって、凹部２２１を形成するための型枠部材を設置してから、インバートコンクリート２２、二次覆工コンクリート２４を打設し、その後、型枠部材を撤去するので、インバートコンクリート２２に凹部２２１を効率的に作製することができる。また、インバートコンクリート２２と二次覆工コンクリート２４との間の付着力による二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮を拘束する影響を低減することができる。このため、二次覆工コンクリート２４に生じる乾燥収縮に伴う引張応力を抑制し、二次覆工コンクリート２４の脚部におけるひび割れの発生を防止できる。このため、ひび割れ発生を防止するために上記の従来技術のようにインバートコンクリート２２と二次覆工コンクリート２４との間にシートを設ける必要がなく経済的であることから、低コストで二次覆工コンクリート２４の乾燥収縮に伴うひび割れを防止できる。
【００５９】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３であるトンネル構造は、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートとの間に空隙を形成するように、インバートコンクリートと二次覆工コンクリートの両方に凹部を設けたものである。ここで、インバートコンクリートに設けた凹部、二次覆工コンクリートに設けた凹部は、一つの空隙を形成するものであってもよいし、それぞれが空隙を形成するものであってもよい。
【００６０】
なお、本発明の実施の形態３であるトンネル構造が、二次覆工コンクリートの脚部に生じる引張応力を低減することは、上述した本発明の実施の形態１であるトンネル構造１０や本発明の実施の形態２であるトンネル構造２０から明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明に係るトンネル構造およびその構築方法は、二次覆工コンクリートの乾燥収縮に伴うひび割れ発生を防止するのに有用であり、特に、低コストでひび割れ発生を防止するのに適している。
【符号の説明】
【００６２】
１０    トンネル構造
１２    インバートコンクリート
１４    二次覆工コンクリート
１４１    凹部
１６    空隙
１７    硬化材
１８    一次支保
２０    トンネル構造
２２    インバートコンクリート
２２１    凹部
２４    二次覆工コンクリート
２６    空隙
２７    硬化材
２８    一次支保
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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