(57)【要約】【課題】簡略な構造で、かつ高い止水性能を備えたトンネル躯体を提供する。【解決手段】トンネルの構築予定領域を囲繞するよう並列に配置した複数の外殻トンネルの内空と、隣り合う該外殻トンネルの対向するセグメントを一部を撤去して切り開くとともに地山を掘削して構築した連通空間と、によりなる領域に構築されるトンネル躯体であって、長さ方向および幅方向に複数を接続することで筒状体をなす、平面視略矩形形状の鋼殻分割体と、該鋼殻分割体の中空部に充填される充填コンクリートと、を備え、前記鋼殻分割体が、該鋼殻分割体を挟持しつつ前記外殻トンネルを補剛可能な開口補強柱を介して、前記外殻トンネルに支持される状態にある。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの構築予定領域を囲繞するよう並列に配置した複数の外殻トンネルの内空と、隣り合う該外殻トンネルの対向するセグメントを一部撤去して切り開くとともに地山を掘削して構築した連通空間と、によりなる領域に構築されるトンネル躯体であって、
長さ方向および幅方向に複数を接続することで筒状体をなす、平面視略矩形形状の鋼殻分割体と、該鋼殻分割体の中空部に充填される充填コンクリートと、を備え、
前記鋼殻分割体が、該鋼殻分割体を挟持しつつ前記外殻トンネルを補剛可能な開口補強柱を介して、前記外殻トンネルに支持される状態にあることを特徴とするトンネル躯体。
【請求項２】
請求項１に記載のトンネル躯体において、
前記鋼殻分割体の側周面に、止水材を備えることを特徴とするトンネル躯体。
【請求項３】
請求項１または２に記載のトンネル躯体において、
前記鋼殻分割体が、前記筒状体の内周面を構成する内側鋼殻板と、前記筒状体の外周面を構成する外側鋼殻板と、該外側鋼殻板と前記内側鋼殻板との間に配置されるせん断補強筋とよりなり、
前記内側鋼殻板と前記外側鋼殻板にはそれぞれ、長さ方向の両端に配置される継手板と、幅方向の両端に配置される主桁と、主桁どうしを連結するように配置される縦リブと、が備えられ、
少なくとも前記外側鋼殻板の前記主桁および前記継手板に、前記止水材が備えられることを特徴とするトンネル躯体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの構築予定領域を複数の外殻トンネルで囲繞し、これら複数の外殻トンネルの内空を利用して構築するトンネル躯体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地中に構築する大断面トンネルの覆工体として、例えば特許文献１では、地中空洞の構築予定領域を囲むように構築した複数のルーフシールドトンネル各々のセグメントを一部撤去して、ルーフシールド間に連通空間を設け、この連通空間とルーフシールド内にコンクリートを充填した一連の覆工コンクリートが開示されている。そして、これら覆工コンクリートは、防水性能を確保するべく、その外周側であって地山と接触する範囲に防水シートを設置し、防水シートの両縁部をルーフシールドトンネルにおけるセグメントを撤去した開口部の周縁部に連結している。
【０００３】
一方、特許文献２では、地中空洞の構築予定領域を囲むように構築したルーフシールドトンネルとルーフシールドトンネル間に構築した連通空間に、型枠を設置して覆工コンクリートを打設充填することにより構築した、リング状断面の本設覆工壁が開示されている。このような型枠を用いた本設覆工壁では、その外面側全体に防水シートを敷設することにより、防水性能を確保する方法を採用することが一般的である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１７４１６９号公報
【特許文献２】特許第４９５８０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の方法では、覆工コンクリートの地山と接触する範囲に設置した防水シートと、ルーフシールドトンネルにおける開口部の周縁部との連結部を完全に封鎖することは困難であり、漏水を招きかねない。
【０００６】
また、特許文献２のような型枠を用いる方法では、セグメントを一部撤去したルーフシールドを補剛するための補剛材が、地中空洞の断面からみて略放射方向に延在するよう設置され、また、隣り合うルーフシールドを連結するように配置される型枠が、地中空洞の周方向に延在するよう設置される。これにより、補剛材と型枠は互いに干渉しあう態様となり、例えば、型枠に貫通孔を設けて補剛材を貫通させるなどして取り合いを納める必要が生じる。このため、取り合いの納まり部分が水みちとなりやすく、本設覆工壁の止水性能に課題が生じていた。
【０００７】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、簡略な構造で、かつ高い止水性能を備えたトンネル躯体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる目的を達成するため本発明のトンネル躯体は、トンネルの構築予定領域を囲繞するよう並列に配置した複数の外殻トンネルの内空と、隣り合う該外殻トンネルの対向するセグメントを一部撤去して切り開くとともに地山を掘削して構築した連通空間と、によりなる領域に構築されるトンネル躯体であって、長さ方向および幅方向に複数を接続することで筒状体をなす、平面視矩形形状の鋼殻分割体と、該鋼殻分割体の中空部に充填される充填コンクリートと、を備え、前記鋼殻分割体が、該鋼殻分割体を挟持しつつ前記外殻トンネルを補剛可能な開口補強柱を介して、前記外殻トンネルに支持される状態にあることを特徴とする。
【０００９】
本発明のトンネル躯体によれば、トンネル躯体を複数の鋼殻分割体とこれに充填する充填コンクリートよりなる、いわゆるＳＣ構造とすることから、鉄筋コンクリート造とする場合と比較して鉄筋工や型枠工等の作業を大幅に省力化でき、作業性のよい簡略な構造とすることが可能となる。
【００１０】
また、鋼殻分割体に貫通孔を設けることなく、開口補強柱にて外殻トンネルを補剛しながら、鋼殻分割体を外殻トンネルの内空に設置することができる。これにより、鋼殻分割体における開口補強柱が干渉する部位に水みちとなるような隙間を生じることがないため、より確実にトンネル躯体の内空への漏水を防止することが可能となる。
【００１１】
本発明のトンネル躯体は、前記鋼殻分割体の側周面に、止水材を備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明のトンネル躯体によれば、鋼殻分割体の側周面に止水材を備えることから、複数の鋼殻分割体を長さ方向および幅方向に接続させることにより形成される目地部には、止水材が配置される。これにより、トンネル躯体の外周側に位置する地盤より湧水が生じ目地部に水が流入した場合にも、止水材により目地部の隙間が封止されて水みちが形成されることがないため、トンネル躯体に高い止水性を確保することが可能となる。
【００１３】
さらに、本発明のトンネル躯体は、前記鋼殻分割体が、前記筒状体の内周面を構成する内側鋼殻板と、前記筒状体の外周面を構成する外側鋼殻板と、該外側鋼殻板と前記内側鋼殻板との間に配置されるせん断補強筋とよりなり、前記内側鋼殻板と前記外側鋼殻板にはそれぞれ、長さ方向の両端に配置される継手板と、幅方向の両端に配置される主桁と、主桁どうしを連結するように配置される縦リブと、が備えられ、少なくとも前記外側鋼殻板の前記主桁および前記継手板に、前記止水材が備えられることを特徴とする。
【００１４】
本発明のトンネル躯体によれば、内側鋼殻板および外側鋼殻板にそれぞれ備えた、主桁が主筋として機能するとともに、縦リブが配力筋として機能することから、配筋作業は、せん断補強筋のみでよい。これにより、鋼殻分割体を組み立てる際に複雑な配筋作業を行う必要がなく、設置作業を大幅に省力化することが可能となる。また、鋼殻分割体への充填コンクリートの充填性もよく、品質の良い躯体分割体を構築することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、トンネル躯体を鋼殻分割体を用いたＳＣ構造よりなる簡略な構造とすることができるとともに、貫通孔を設けることなく、開口補強柱にて外殻トンネルを補剛しながらその内空に鋼殻分割体を設置できるため、鋼殻分割体における開口補強柱が干渉する部位に水みちとなるような隙間を生じることがなく、トンネル躯体の内空への漏水を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の大断面トンネルの概略を示す図である。
【図２】本発明のトンネル躯体の詳細を示す図である。
【図３】本発明の鋼殻分割体の詳細を示す図である。
【図４】本発明の大断面トンネル構築予定領域の断面を示す図である。
【図５】本発明の鋼殻分割体の支持構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、トンネルの構築予定領域を、並列に配置された複数の外殻トンネルで囲繞し、これら複数の外殻トンネルの内空を利用して構築する、トンネルの本設覆工体となるトンネル躯体に関するものである。本実施の形態では、構築予定のトンネルとして、本線シールドトンネルの一部分に構築される大断面トンネルを事例とし、以下に図１〜図５を用いて説明する。
【００１８】
トンネル躯体９は、例えば、図１の概略図で示すような、本線シールドトンネル１における支線トンネル２との分岐合流部となる大断面トンネル３の本設覆工体として構築される。その外形形状は、本実施の形態において、断面が円形状をなす略円筒状に構築されているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、断面が楕円形状や矩形状をなす筒状体や錐台状のものであってもよい。
【００１９】
このようなトンネル躯体９は、平面視矩形形状の躯体分割体６を複数備えており、躯体分割体６を、図２の側面視で示すように長さ方向に複数接続し、さらには、幅方向に複数接続することにより構築される。なお、躯体分割体６は、長さ方向がトンネル躯体９の周方向と合致し、幅方向がトンネル躯体９の軸線方向と合致するように配置される。そして、躯体分割体６は、いわゆるハーフプレキャスト部材である鋼殻分割体７と、鋼殻分割体７の中空部に充填される充填コンクリート８とにより構成される。
【００２０】
鋼殻分割体７は、図３（ａ）の側面視で示すように、トンネル躯体９の内周面を構成する湾曲板形状の内側鋼殻板７１、トンネル躯体９の外周面を構成する湾曲板形状の外側鋼殻板７２、およびせん断補強筋７３とを備える。これらは、内側鋼殻板７１の凸面と外側鋼殻板７２の凹面を間隔を設けて対向させ、中空部を形成した状態で両者を連結するように複数のせん断補強筋７３を配置し、組み立てられる。
【００２１】
内側鋼殻板７１は、図３（ｂ）で示すように、長さ方向がトンネル躯体９の内周面をなす円弧状に形成された矩形鋼板よりなるスキンプレート７１１と、スキンプレート７１１の幅方向の両端部各々に設置される一対の主桁７１２と、スキンプレート７１１の長さ方向の両端部各々に設置される一対の継手板７１３と、主桁７１２どうしを連結するようにスキンプレート７１１上に設置される複数の縦リブ７１４と、を備える。
【００２２】
主桁７１２、継手板７１３および縦リブ７１４は、いずれも矩形鋼板よりなり、スキンプレート７１１と面どうしが直交するよう設置されるとともに、主桁７１２に対して継手板７１３および縦リブ７１４も、面どうしが直交するよう設置されている。また、これら主桁７１２、継手板７１３および縦リブ７１４はいずれも、スキンプレート７１１の凸面側に設置される。
【００２３】
一方、図３（ｃ）で示すように、外側鋼殻板７２も内側鋼殻板７１と同様に、スキンプレート７２１、一対の主桁７２２、一対の継手板７２３、および縦リブ７２４を備えるが、スキンプレート７２１は、長さ方向がトンネル躯体９の外周面をなす円弧状に形成される。また、主桁７２２、継手板７２３および縦リブ７２４はいずれも、スキンプレート７２１の凹面側に設置される。
【００２４】
このように、鋼殻分割体７には、内側鋼殻板７１の主桁７１２と継手板７１３および外側鋼殻板７２の主桁７２２と継手板７１３による側周面が形成され、隣り合う鋼殻分割体７どうしは、これら側周面どうしを当接した状態で接合される。
【００２５】
つまり、隣り合う鋼殻分割体７における内側鋼殻板７１の継手板７１３どうし、および外側鋼殻板７２の継手板７２３どうしを当接させて接続すると、リング体をなす。さらに、内側鋼殻板７１の主桁７１２どうし、および外側鋼殻板７２の主桁７２２どうしを当接させて接続すると、筒状体をなす。
【００２６】
このため、内側鋼殻板７１および外側鋼殻板７２それぞれの継手板７１３、７２３および主桁７１２、７２２には、図３（ｂ）（ｃ）で示すように、接続部材（図示せず）を貫通させるための貫通孔７１５、７２５が複数設けられている。なお、接続部材は、鋼殻分割体７どうしを接続できる部材であれば、高力ボルト等いずれを採用してもよい。
【００２７】
さらに、図３（ｃ）で示すように、外側鋼殻板７２の継手板７２３および主桁７２２にはそれぞれ、複数の貫通孔７２５を挟むように２体の止水材１０が設置されている。したがって、図３（ａ）で示すように、複数の鋼殻分割体７を接続させることにより形成される目地部７４には、止水材１０が位置することとなる。
【００２８】
これにより、例えば、止水材１０として水膨潤性の合成ゴムを採用すると、外側鋼殻板７２側に形成される目地部７４に対して、いずれから水が流入した場合にも、止水材１０が膨潤して目地部７４の隙間を塞ぐ。このため、鋼殻分割体７を複数連結しても、水みちが形成されることがない。
【００２９】
したがって、図２で示すように、鋼殻分割体７に充填コンクリート８を充填した躯体分割体６を接続することにより構築されるトンネル躯体９は、その外周側の地山に湧水があった場合にも、内空に形成される大断面トンネル３に漏水を生じさせることのない高い止水性を有する構造体となる。なお、止水材１０は、目地部７４に水が流入した場合において止水性を確保できるものであれば、いずれの材料を用いてもよい。
【００３０】
ところで、上述する構造を有するトンネル躯体９は、図４（ａ）の断面図で示すように、大断面トンネル構築予定領域４の周囲を取り囲み、並列配置したトンネル躯体９より断面径の小さい複数の外殻トンネル５の内空を利用して構築される。
【００３１】
外殻トンネル５は、シールド工法や推進工法等いずれの施工方法により構築されるトンネルでもよいが、本実施の形態では、シールドトンネルを採用している。そして、図５で示すように、隣り合う外殻トンネル５各々の、対向するセグメントの一部が撤去されることにより切り開かれており、その間の地盤が掘削排土されて、相互に連通する連通空間１１が設けられている。
【００３２】
トンネル躯体９は、これら隣り合う外殻トンネル５各々を連通する連通空間１１と外殻トンネル５の内空とにより形成されるリング形状の領域内に構築されるものであり、外殻トンネル５の補剛を兼ねた開口補強柱１４を介して外殻トンネル５に支持されている。
【００３３】
開口補強柱１４は、図５で示すように、鋼殻分割体７の内側鋼殻板７１と外殻トンネル５との間に配置される内側柱１４１、外側鋼殻板７２と外殻トンネル５との間に配置される外側柱１４２、および内側鋼殻板７１と外側鋼殻板７２との間にそれぞれ配置される中間柱１４３の３つの部材を備える。
【００３４】
つまり、開口補強柱１４を３つの部材に分割し、中間柱１４３を鋼殻分割体７の中空部保持手段として機能させつつ、中間柱１４３と内側柱１４１の一方の端部とにより内側鋼殻板７１とを挟持するとともに、中間柱１４３と外側柱１４２の一方の端部とにより外側鋼殻板７２を挟持する。この態様で、内側柱１４１の他方の端部および外側柱１４２の他方の端部それぞれにて、外殻トンネル５を押圧する。
【００３５】
これにより、鋼殻分割体７は開口補強柱１４を介して外殻トンネル５に支持され、ひいてはトンネル躯体９が開口補強柱１４を介して外殻トンネル５に支持される。このとき、当然ながら内側柱１４１と外側柱１４２と中間柱１４３とは、同軸上に配置されるため、開口補強柱１４は、セグメントの一部が撤去されて切り開かれている外殻トンネル５の補剛材としても機能する。
【００３６】
このように、鋼殻分割体７は、外殻トンネル５を補剛可能な開口補強柱１４にて挟持された状態で外殻トンネル５に支持される。これにより、鋼殻分割体７に支保工を貫通する孔を設ける必要がないため、鋼殻分割体７を用いたトンネル躯体３は、水みちが形成されることなく、高い止水性能を保持することが可能となる。
【００３７】
なお、開口補強柱１４の中間柱１４３は、図２で示すように、鋼殻分割体７に充填コンクリート８が充填される際に埋設される。開口補強柱１４の内側柱１４１は、図４（ｂ）で示すように、トンネル躯体９の内空を掘削して大断面トンネル３を構築する際には、図２で示すように、外殻トンネル５におけるトンネル躯体９の内側に位置する部分とともに撤去される。
【００３８】
また、構築後のトンネル躯体９と外殻トンネル５の内周面との間には、図２で示すように、充填材１３が充填され、外殻トンネル５の周囲地盤には、トンネル躯体９の構築に先立ち、凍結工法もしくは薬液注入工法による地盤改良部１２が構築される。
【００３９】
上記のとおり、トンネル躯体９は鋼殻分割体７に充填コンクリート８を充填した躯体分割体６よりなるＳＣ構造であり、作業性の良い簡略な構造となる。
【００４０】
また、鋼殻分割体７には、外殻トンネル５を補剛する支保工を貫通させるための貫通孔を設ける必要がないことから、トンネル躯体９を構築した際に漏水が生じるおそれのある部位は、複数の鋼殻分割体７を接続することにより形成される目地部７４のみとなる。
【００４１】
しかし、目地部７４には、鋼殻分割体７の側周面を構成する外側鋼殻板７２の主桁７２２と継手板７２３に止水材１０が配置される。これにより、トンネル躯体９の外周側に位置する地盤より湧水が生じ目地部７４に水が流入した場合にも、止水材１０により目地部７４の隙間が封止されて水みちが形成されることがないため、トンネル躯体９に高い止水性を確保することが可能となる。
【００４２】
さらに、トンネル躯体９は、内側鋼殻板７１および外側鋼殻板７２にそれぞれ備えた、主桁７１２、７２２が主筋として機能するとともに、縦リブ７１４、７２４が配力筋として機能する。これにより、配筋作業は、せん断補強筋７３のみでよいことから、鋼殻分割体７を組み立てる際に複雑な配筋作業を行う必要がなく、設置作業を大幅に省力化することが可能となる。また、鋼殻分割体７への充填コンクリート８の充填性もよく、品質の良い躯体分割体６を構築することができる。
【００４３】
本発明のトンネル躯体９は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４４】
例えば、本実施の形態では、図３（ｃ）で示すように、鋼殻分割体７を構成する外側鋼殻板７２の継手板７２３および主桁７２２にのみ止水材１０を設けたが、これに限定されるものではない。内側鋼殻板７１の継手板７１３および主桁７１２にも止水材１０を設けてもよい。こうすると、トンネル躯体９により高い止水性を確保することが可能となる。
【００４５】
一方で、鋼殻分割体７に止水材１０を設けず、複数の鋼殻分割体７を接続することにより形成される目地部７４を溶接して封止し、止水性を確保してもよい。
【００４６】
また、本実施の形態では、図５で示すように、開口補強柱１４に内側柱１４１と外側柱１４２と中間柱１４３の３つの部材を採用したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば、中間柱１４３として、内側鋼殻板７１と外側鋼殻板７２の間隔を保持する間隔保持材を流用してもよい。
【００４７】
さらに、本実施の形態では、図３（ｂ）（ｃ）で示すように、鋼殻分割体７の内側鋼殻板７１および外側鋼殻板７２において、スキンプレート７１１、７２１の端部だけでなく、その間にも中主桁７１２’、７２２’を追加して設置しているが、追加する中主桁７１２’、７２２’は、鋼殻分割体７に必要とされる耐力に応じて適宜増減すればよい。
【００４８】
加えて、鋼殻分割体７の内側鋼殻板７１および外側鋼殻板７２には、少なくとも、主桁７１２、７２２、中主桁７１２’、７２２’、および縦リブ７１４、７２４、にスタッドジベル等のずれ止め部材を設置しておき、充填コンクリート８との一体性を高める構造とするとよい。
【００４９】
また、大断面トンネル３は、必ずしも仕上がり断面が５０ｍ2を超えるようなトンネルでなくてもよく、いずれの断面径を有するトンネルであってもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１      本線シールドトンネル
２      支線シールドトンネル
３      大断面トンネル
４      大断面トンネル構築予定領域
５      外殻トンネル
６      躯体分割体
７      鋼殻分割体
７１    内側鋼殻板
７１１  スキンプレート
７１２  主桁
７１３  継手板
７１４  縦リブ
７１５  貫通孔
７２    外側鋼殻板
７２１  スキンプレート
７２２  主桁
７２３  継手板
７２４  縦リブ
７２５  貫通孔
７３    せん断補強筋
７４    目地部
８      充填コンクリート
９      トンネル躯体
１０    止水材
１１    連通空間
１２    地盤改良部
１３    充填材
１４    開口補強柱
１４１  内側柱
１４２  外側柱
１４３  中間柱
【図１】
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【図２】
2018109329.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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