(57)【要約】【課題】  従来に比べて施工が格段に容易で、建設用地買収費等を含めて建設コストを低減できるとともに、力学的に信頼性の高い構造にできる地下構造物の地中支保構造及び支保工法を提供する。【解決手段】  地下に構築された地中塔６とトンネル等の地下構造物１の桁部分５ａとの間に緊張材１０ａが斜めに張架され、地下構造物１が地中塔６に対し緊張材１０ａにて斜めに引張して支保されている。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下に構築された地中塔と地下構造物の桁部分との間に緊張材が斜めに張架され、地下構造物が地中塔に対し緊張材にて斜めに引張して支保されていることを特徴とする地下構造物の地中支保構造。
【請求項２】
緊張材が、地中塔から地下構造物の桁部分へ向かって斜め下向きに張架され、地下構造物が緊張材により地中塔に吊持されていることを特徴とする請求項１に記載の地中支保構造。
【請求項３】
緊張材が、地中塔から地下構造物の桁部分へ向かって斜め上向きに張架され、地下構造物が地中塔に対し緊張材にて斜め下向きに引張されていることを特徴とする請求項１に記載の地中支保構造。
【請求項４】
緊張材が、地中塔から地下構造物の桁部分へ向かって斜め下向きに張架されて、該緊張材により地下構造物が地中塔に吊持されているとともに、緊張材が、地中塔から地下構造物の桁部分へ向かって斜め上向きにも張架されて、該緊張材により地下構造物が地中塔に対し斜め下向きに引張されていることを特徴とする請求項１に記載の地中支保構造。
【請求項５】
１本の地中塔に対して複数の地下構造物が緊張材にて引張して支保されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の地中支保構造。
【請求項６】
立坑から掘削を開始して地下構造物を構築する工程と、立坑から地下構造物まで又は地下構造物から立坑まで緊張材を地中に斜めに挿入する工程と、立坑に地中塔を構築する工程と、地中塔と地下構造物の桁部分とを緊張材で連結し、地下構造物を地中塔に対し緊張材にて斜めに引張して支保する工程とを有することを特徴とする地下構造物の地中支保工法。
【請求項７】
地下構造物内の支保工を、緊張材による支保後に撤去する工程を有することを特徴とする請求項６に記載の地中支保工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル等の地下構造物をその外部の地中で支保する地中支保構造及び地中支保工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルは、断面形状が円形よりも扁平になるほど、土水圧等の外部荷重の作用により覆工部材に発生する曲げモーメントが大きい。このため、覆工厚さを大きくするとか、覆工部材をコンクリートと金属との合成構造として剛性を高めるなどの対応が必要である。特に、複数のトンネルが並行して合流する形態の複断面トンネルの場合には、更に中柱も必要となり、これがトンネル断面内の利用を制限する大きな障害となっていた。
【０００３】
そこで、複断面トンネル内の中柱を省略して無柱構造とするため、トンネルをその外部の地中で支保する構造及び工法として、次の特許文献に記載のものが知られている。
【０００４】
（１）特許文献１（特開２００３−１３８８９７号公報）
隣接する複数のシールドトンネルが結合部で連結された複断面トンネルに対し、その結合部の真上の地中にアーチ形の地中ビームを構築し、この地中ビームと複断面トンネルの結合部に上下端を定着された、つまり地中ビームから結合部に向かって鉛直に吊り下げられた多数本の吊りアンカーによって複断面トンネルを吊持する構造。
【０００５】
（２）特許文献２（特開２００３−１３８８９８号公報）
隣接する複数のシールドトンネルが結合部で連結された複断面トンネルに対し、その結合部の上方地盤中に、水平又は下方へ膨出湾曲する地中ビームを複数のシールドトンネルと交差するように地上から構築し、この地中ビームと複断面トンネルの結合部に上下端を定着された、つまり地中ビームから結合部に向かって収斂するように吊り下げられた多数本の吊りアンカーによって複断面トンネルを吊持する構造。
【０００６】
（３）特許文献３（特開２００３−１３８８９９号公報）
隣接する複数のシールドトンネルが結合部で連結された複断面トンネルに対し、その結合部の上方地盤中に、複数のシールドトンネルの外周を覆うように、上方へ向けて膨出湾曲するアーチ形の地中ビームを構築し、この地中ビームと複断面トンネルの結合部に上下端を定着された、つまり地中ビームから結合部に向かって収斂するように吊り下げられた多数本の吊りアンカーによって複断面トンネルを吊持する構造。
【０００７】
しかし、これらはいずれも、地盤中をアーチ形又は水平な地中ビームから吊りアンカーによってトンネル覆工の結合部を吊持するものであるため、地盤の支持力が不足する場合には、地中ビーム自体が沈下する恐れがある。このため、地中ビームを大きくして剛性を高める必要があり、総じて地中ビームの構築コストが高くなる。
【０００８】
また、（１）の場合には、地中ビームの長さを、吊持する範囲以上にトンネル軸方向に長くし、しかもそのような長いものを上方へ向けて膨出湾曲するように地盤中に構築しなければならないため、大規模な工事となり、一層コスト高となる。
【０００９】
（２）の場合には、水平又は下方へ膨出湾曲する地中ビームを、複数のシールドトンネルと交差するように地上から開削により構築するため、地上工事による各種の制約や周辺環境への影響があるとともに、地中ビームを多数構築する必要がある。
【００１０】
（３）の場合には、アーチ形の地中ビームを複数のシールドトンネルの外周を覆う（跨ぐ）ように構築するため、シールドトンネルとの干渉を避けながらの難しい工事となるとともに、地中ビームを多数構築する必要がある。
【特許文献１】特開２００３−１３８８９７号公報
【特許文献２】特開２００３−１３８８９８号公報
【特許文献３】特開２００３−１３８８９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、上述した従来例に比べて施工が格段に容易で、建設用地買収費等を含めて建設コストを低減できるとともに、力学的に信頼性の高い構造にできる地下構造物の地中支保構造及び支保工法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、トンネルや大規模地下空間等の地下構造物をその外部の地中で支保する地中支保構造であって、地下に構築された地中塔と地下構造物の桁部分との間に緊張材が斜めに張架され、地下構造物が地中塔に対し緊張材にて斜めに引張して支保されていることを特徴とする。
【００１３】
地下構造物上部からの土被り荷重を支える場合には、緊張材が、地中塔から地下構造物の桁部分へ向かって斜め下向きに張架され、地下構造物が緊張材により地中塔に吊持される形態とする。
【００１４】
地下構造物に地下水圧による揚圧力（浮力）が作用する場合には、緊張材が、地中塔から地下構造物の桁部分へ向かって斜め上向きに張架され、地下構造物が地中塔に対し緊張材にて斜め下向きに引張される形態とする。
【００１５】
これら両方の場合には、緊張材が、地中塔から地下構造物の桁部分へ向かって斜め下向きに張架されて、該緊張材により地下構造物が地中塔に吊持されているとともに、緊張材が、地中塔から地下構造物の桁部分へ向かって斜め上向きにも張架されて、該緊張材により地下構造物が地中塔に対し斜め下向きに引張されている形態とする。
【００１６】
１本の地中塔に対して複数の地下構造物を緊張材にて引張して支保することもできる。
【００１７】
本発明の地中支保工法は、立坑から掘削を開始して地下構造物を構築する工程と、立坑から地下構造物まで又は地下構造物から立坑まで緊張材を地中に斜めに挿入する工程と、立坑に地中塔を構築する工程と、地中塔と地下構造物の桁部分とを緊張材で連結し、地下構造物を地中塔に対し緊張材にて斜めに引張して支保する工程とを有する。
【００１８】
更に、地下構造物内の支保工を、緊張材による支保後に撤去する工程を有する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば次のような効果がある。
（１）中柱のない断面扁平なトンネルや大規模地下空間等を容易に構築できる。
（２）覆工に作用するトンネル（又は大規模地下空間）上部からの土被り荷重や、トンネル（又は大規模地下空間）下部からの揚圧力（浮力）に対して、斜めに張架された緊張材により対抗するため、トンネル（又は大規模地下空間）覆工厚さを薄くできる。
（３）立坑掘削による地中塔の構築、斜めボーリングによる緊張材の設置など従来の一般的技術の組み合わせで簡単に施工できる。
（４）立坑を地上から構築する場合においても、塔の部分だけでよく、ごく小さな面積を占有するだけなので、周辺環境に与える影響が少ない。立坑を地中から切り拡げて構築する場合には、周辺への影響が全くない。
（５）力学的に信頼性の高い構造にできる。
（６）建設用地買収費等を含めて建設コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１〜図４は複心円シールドトンネルに適用した実施例１を示す。
複心円シールドトンネル１は、第１のトンネル覆工１Ａと第２のトンネル覆工１Ｂとが、２つの円をオーバーラップさせて互いに開口させた形態となっており、その開口部の上下の中間覆工部分３・４には、覆工強度を高めるために、例えば特許第２６６２６３８号公報に記載されているようなＤ形断面の異形セグメントが上下対称の向きにして使用されている。
【００２２】
このような複心円シールドトンネルの場合には、同公報に記載されているように、従来は上下の中間覆工部分３・４の間に中柱を設置していたが、本発明の実施例１では、中柱を省略するために、上側の中間覆工部分３を外部の地中で次のように吊持した構造となっている。
【００２３】
すなわち、上側の中間覆工部分３の内部には、トンネル軸方向に長く延びる桁部材５ａが設けられ、一方、両側のトンネル覆工１Ａ・１Ｂの間には、トンネル軸方向のところどころに地中塔６が鉛直に構築されている。桁部材５ａとしては、ＰＣ桁材や鋼桁材等が挙げられる。地中塔６は、複心円シールドトンネル１の下側において基礎杭７を打ち込み、この上に基礎８を構築してこれに塔体９を立てたもので、塔体９は、両側のトンネル覆工１Ａ・１Ｂの間を貫通して地中を鉛直に延びている。このような地中塔６は、地上又は複心円シールドトンネル１から立坑を掘削して、その中で容易に構築することができる。
【００２４】
そして、各地中塔６のトンネル軸方向の両側において、塔体９と桁部材５ａとの間に多数本の緊張材１０ａを塔体９に対し斜め下向きに張架、つまり塔体９から桁部材５ａへ向かって下向き傾斜となるように、各緊張材１０の両端を塔体９と桁部材５ａとに定着する。緊張材１０ａとしてはＰＣケーブルが好ましいが、これに限られるものではない。その地中設置は、地中塔６を構築する立坑内又は複心円シールドトンネル１内から、小口径推進機やパイプルール等による斜めボーリングで容易に行うことができる。
【００２５】
従って、複心円シールドトンネル１は、各地中塔６に対し、そのトンネル軸方向の両側において斜めに張架された多数本の緊張材１０ａにて吊持され、上側の中間覆工部分３を外部から上向きに引張して支保した形態となるので、その支保長さ範囲内では中柱が不要となる。
【実施例２】
【００２６】
トンネル下部の地盤が強固な場合には、実施例１のようにトンネル覆工の上部のみを吊るだけでよいが、トンネル下方より地下水圧による揚圧力が作用する場合には、図５〜図８に示す実施例２のようにする。
【００２７】
すなわち、地中塔６を複心円シールドトンネル１より下方に離れたところまで延長して構築し、複心円シールドトンネル１の上側については実施例１と同様とし、下側については、複心円シールドトンネル１の下側の中間覆工部分４内にも桁部材５ｂを設け、この桁部材５ｂと塔体９との間に多数本の緊張材１０ｂを塔体９に対し斜め上向きに張架、つまり塔体９から桁部材５ｂへ向かって上向き傾斜となるように、各緊張材１０ｂの両端を塔体９と桁部材５ｂとに定着する。これにより、下側の中間覆工部分４を多数本の緊張材１０ｂにて下向きに引張した形態となる。
【００２８】
図９は緊張材を小口径推進機を用いて設置する例で、立坑１１内からシールドトンネル１へ向かって推進する場合と、シールドトンネル１内から立坑１１へ向かって推進する場合の両方を示している。同図において、５０は小口径推進機、５１はその作業架台、５２は作業ステージで、この場合、小口径推進機５０で地盤内に管を布設し、その中にＰＣケーブル等の緊張材を設置する。地盤中にＰＣケーブル等の直接埋め込むこともできる。
【実施例３】
【００２９】
図１０〜図１４は、道路トンネルのランプ部に適用した実施例３を示す。その施工は次のような手順で行う。
【００３０】
（１）２本の道路本線トンネル１２Ａ・１２Ｂを構築する。
（２）これら本線トンネル１２Ａ・１２Ｂ間にランプトンネル１３を構築する。例えば、シールド工法で地表面付近から発進して下り勾配で斜坑を掘進し、本線トンネル１２Ａ・１２Ｂ間をほぼ水平に掘進し、上り勾配で斜坑を掘進して地表面付近に到達すれば、ランプトンネル１３の構築コストを低減できる。
（３）本線トンネル１２Ａ・１２Ｂとランプトンネル１３を切り拡げる。この際、切り拡げ部１４には仮設の支保工を設置して内側から支えておく。
（４）トンネル切り拡げ部１４において、ランプトンネル１３と各本線トンネル１２Ａ・１２Ｂとの間に上下に貫通する立坑を構築する。
（５）トンネル切り拡げ部１４の上部と下部のそれぞれ、しかも各立坑の両側それぞれにおいて、立坑とトンネル切り拡げ部１４との間に斜めボーリングをそれぞれ複数実施し、ＰＣケーブル等の緊張材を仮に設置しておく。
（６）トンネル切り拡げ部１４の上下において、ランプトンネル１３と各本線トンネル１２Ａ・１２Ｂとの間に、トンネル軸方向の桁部材１５ａ・１５ｂを設置する。
（７）各立坑に地中塔１６を構築する。
（８）各地中塔１６と下側の桁部材１５ａとを上側の緊張材１７ａにて連結するとともに、各地中塔１６と上側の桁部材１５ｂとを下側の緊張材１７ｂにて連結する。
（９）トンネル切り拡げ部１４内の支保工を撤去する。
【実施例４】
【００３１】
図１５〜図１８は、鉄道シールドトンネルの渡り線部に適用した実施例４を示す。
鉄道シールドトンネル１８は複線の軌道トンネルとするため断面楕円形とされ、その渡り線区間１８Ｌの一端において地中塔１９が構築されている。そして、渡り線区間１８Ｌにおいて、地中塔１９と鉄道シールドトンネル１８の上部の桁部材２０との間に、複数本の緊張材２１が斜めに張架され、この桁部材２０を緊張材２１にて地中塔１９に吊持することにより、渡り線区間１８Ｌでは中壁２２が省略されている。
【実施例５】
【００３２】
図１９及び図２０は、大規模地下空間に適用した実施例５を示す。
扁平な円形の大規模地下空間２３に、その中央から放射状に上下の桁部材２４ａ・２４ｂを設け、この大規模地下空間２３に対して、その中央を上下に貫通する地中塔２５を構築する。そして、各桁部材２４ａ・２４ｂごとに、それと地中塔２５との間に、上下の緊張材２６ａ・２６ｂをそれぞれ複数本ずつ斜めに張架することにより、大規模地下空間２３は中柱や中壁等の内部支持部材が不要な構造となっている。
【実施例６】
【００３３】
図２１〜図２５は、離れて並行する２本のシールドトンネル間の連絡部に適用した実施例６を示す。
２本のシールドトンネル２７Ａ・２７Ｂの一部分を開口させ、その開口部においてシールドトンネル２７Ａ・２７Ｂ間に天井壁２８ａと底壁２８ｂを構築して連絡部２９を形成し、この連絡部２９の中央を上下に貫通するように地中塔３０を構築する。そして、天井壁２８ａの両側の桁部材３１ａ及び底壁２８ｂの両側の桁部材３１ｂのそれぞれについて、それと地中塔３０との間に、緊張材３２ａ・３２ｂをそれぞれ複数本ずつ斜めに張架する。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、トンネルや大規模地下空間に限らず、従来は中柱や中壁等の内部支持部材を必要としていたその他の地下構造物において、内部支持部材を省略したい場合に容易に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例１の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線で見た側面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線での断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線での断面図である。
【図５】本発明の実施例２の平面図である。
【図６】図５のＡ−Ａ線で見た側面図である。
【図７】図５のＢ−Ｂ線での断面図である。
【図８】図５のＣ−Ｃ線での断面図である。
【図９】緊張材の設置方法を例示した断面図である。
【図１０】本発明の実施例３の平面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ線で見た側面図である。
【図１２】図１０のＢ−Ｂ線での断面図である。
【図１３】図１０のＣ−Ｃ線での断面図である。
【図１４】図１０のＤ−Ｄ線での断面図である。
【図１５】本発明の実施例４のトンネル軸に沿った断面図である。
【図１６】図１５のＡ−Ａ線での断面図である。
【図１７】図１５のＢ−Ｂ線での断面図である。
【図１８】図１５のＣ−Ｃ線での断面図である。
【図１９】本発明の実施例５の平面図である。
【図２０】図１９のＡ−Ａ線での断面図である。
【図２１】本発明の実施例６の平面図である。
【図２２】図２１のＡ−Ａ線で見た側面図である。
【図２３】図２１のＢ−Ｂ線での断面図である。
【図２４】図２１のＣ−Ｃ線での断面図である。
【図２５】図２１のＤ−Ｄ線での断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  複心円シールドトンネル
１Ａ  第１のトンネル覆工
１Ｂ  第２のトンネル覆工
５ａ・５ｂ  桁部材
６  地中塔
７  基礎杭
８  基礎
９  塔体
１０ａ・１０ｂ  緊張材
１１  立坑
１２Ａ・１２Ｂ  道路本線トンネル
１３  ランプトンネル
１４  トンネル切り拡げ部
１５ａ・１５ｂ  桁部材
１６  地中塔
１７ａ・１７ｂ  緊張材
１８  鉄道シールドトンネル
１８Ｌ  渡り線区間
１９  地中塔
２０  桁部材
２１  緊張材
２２  中壁
２３  大規模地下空間
２４ａ・２４ｂ  桁部材
２５  地中塔
２６ａ・２６ｂ  緊張材
２７Ａ・２７Ｂ  シールドトンネル
２８ａ  天井壁
２８ｂ  底壁
２９  連絡部
３０  地中塔
３１ａ・３１ｂ  桁部材
３２ａ・３２ｂ  緊張材
５０  小口径推進機
５１  作業架台
５２  作業ステージ
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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