(57)【要約】【課題】  本坑の掘削に伴う本坑アーチ支保工を確実に支持し、また完成構造系においてトンネル土被り荷重を確実に負担可能な構造を実現する。【解決手段】  近接して並行して構築されるめがねトンネルの２本の本坑２０、３０間に位置する先進導坑内に共有支持構造部としてあらかじめ設けられ、本坑のアーチ支保工脚部を支持するとともに、本坑間の地山荷重を負担するセンターピラー構造１１において、センターピラー１１内に中詰めコンクリート鋼管柱４０をトンネル延長方向に沿って所定間隔をあけて立設する。また、本坑の上半アーチ支保工脚部を支持する肩部に、アーチ支保工脚部を載置保持する支圧鋼板１７を、その一部がアンカーを介して、コンクリート内に埋設されるように固着埋設する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
近接して並行して構築されるめがねトンネルの２本の本坑間に位置する先進導坑内に共有支持構造部としてあらかじめ設けられ、前記本坑のアーチ支保工脚部を支持するとともに、前記本坑間の地山荷重を負担するセンターピラー構造であって、前記本坑の上半アーチ支保工脚部を支持する肩部に、前記アーチ支保工脚部を載置保持する支圧鋼板が、その一部がアンカーを介して、コンクリート内に埋設され固着されたことを特徴とするめがねトンネルのセンターピラー構造。
【請求項２】
前記アンカーは、前記支圧鋼板の後端を屈曲したフック状部であることを特徴とする請求項１に記載のめがねトンネルのセンターピラー構造。
【請求項３】
前記アンカーは、前記支圧鋼板の下面に植設された複数本のスタッドであることを特徴とする請求項１に記載のめがねトンネルのセンターピラー構造
【請求項４】
前記支圧鋼板は前記肩部の形状に合わせて屈曲され、その背面側にスタッドが植設されたことを特徴とする請求項１に記載のめがねトンネルのセンターピラー構造。
【請求項５】
近接して並行して構築されるめがねトンネルの２本の本坑間に位置する先進導坑内に共有支持構造部としてあらかじめ設けられ、前記本坑のアーチ支保工脚部を支持するとともに、前記本坑間の地山荷重を負担するセンターピラー構造であって、該センターピラー内に中詰めコンクリート鋼管柱がトンネル延長方向に沿って所定間隔をあけて立設されるとともに、前記本坑の上半アーチ支保工脚部を支持する肩部に、前記アーチ支保工脚部を載置保持する支圧鋼板が、その一部がアンカーを介して、コンクリート内に埋設され固着されたことを特徴とするめがねトンネルのセンターピラー構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めがねトンネルのセンターピラー構造に係り、特に本坑の掘削に伴う本坑アーチ支保工を確実に支持し、また完成構造系においてトンネル土被り荷重を確実に負担可能な構造を有するセンターピラー構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば、図４に示したように、道路トンネル等において、上・下車線をきわめて近接させて、中央先進導坑１０内に構築された鉄筋コンクリート製の中央隔壁柱１１（以下、センターピラー１１と記す。）を共有構造部とし、このセンターピラーに沿って並行する２本の本坑トンネル２０，３０の荷重の一部を支保させるようにした近接トンネル（双設トンネル、めがねトンネル等と呼ばれるが、本明細書では、めがねトンネルと呼ぶ。）が施工されている。
【０００３】
図５は、図４に例示しためがねトンネルにおけるセンターピラー１１に作用する荷重状態を模式的に示した荷重図である。同図に示したように、センターピラー１１によって、双方の本坑トンネル２０，３０間の上方の地山ゆるみ範囲１の地山荷重と、本坑トンネル２０，３０の上半に作用し、吹付コンクリート２１，３１や鋼製アーチ支保工等を介して作用する軸圧縮力が確実に支持されることにより、めがねトンネル全体の安定が図られる。図示したように、センターピラー１１の壁柱部１１ｄはトンネルに作用する荷重のうち、鉛直方向荷重が軸圧縮力として卓越した部材であり、この軸圧縮力に耐えられる構造設計が求められている。
【０００４】
また、トンネル施工段階におけるセンターピラー１１の細部構造に着目した場合、センターピラー１１は、図６に示したように、２本の本坑トンネル２０，３０（図４参照）間の中間位置に掘削された、例えば断面形が馬蹄形トンネルをなす中央先進導坑１０内に構築され、その断面形状は、本坑トンネルの側壁形状１１ａ、本坑インバート形状１１ｂに倣った略逆Ｔ字形をなし、トンネルの延長方向に沿って連続構築される。そして、図７に示したように、本坑トンネルの掘削時には、そのトンネル上半荷重は吹付コンクリート２１及び鋼製アーチ支保工１４（以下アーチ支保工）で支保され、アーチ支保工１４の脚部１４ａがセンターピラー１１の肩部に支持される構造になっている。したがって、この施工段階においては、本坑トンネル２０上半荷重は上半アーチに沿って施工された吹付コンクリート２１とアーチ支保工１４の脚部１４ａから、センターピラー１１へ、そしてセンターピラー１１では（肩部１１ｃ→壁柱１１ｄ→底版１１ｅ）と伝達される。
【０００５】
このようにセンターピラー１１は、前後して掘削される先進本坑トンネル２０および後進本坑トンネル３０（以下、先進本坑２０、後進本坑３０と記す。）の各施工段階と、完成構造系のすべての応力状態において安全でなければならない。このため、センターピラーの構造系の剛性を高め、効率的にセンターピラーを構築する方法として、センターピラー頂部と、先進導坑頂部とを、効率的に一体的に連結するようにしたセンターピラー頂部の構築方法も提案されている（特許文献１）。
【０００６】
特許文献１に開示された構築方法によってセンターピラーを構築した場合、センターピラーは下端が先進導坑内のインバート全面が底版として固定端を構成し、上端は先進導坑頂部に固定された構成からなる。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３２２８９８公報参照。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上述の特許文献１では、上端と下端とが堅固に保持された構造からなるセンターピラーでは両端固定版としての挙動に近いことが確認されており、その応力状態を参照すると、センターピラーの高さ方向のほぼ中間位置での変位拘束を行うことでセンターピラー全体の応力状態の安全を確保できることが確認できた。ところが、このめがねトンネルの施工段階では様々な荷重状態が発生する。たとえば図７に示したように、先進本坑の掘削時に建て込まれる施工段階では、アーチ支保工１４の脚部１４ａがセンターピラー１１の肩部１１ｃに支持され、この肩部１１ｃにアーチ支保工１４からの軸圧縮力がアーチ支保工脚部１４ａの接線方向にほぼ等しい角度をなした集中荷重（白矢印）として作用する。
【０００９】
図８は、その細部構造を示した拡大図である。同図に示したように、センターピラー１１の肩部１１ｃにおいては、以下のような構造上の問題が指摘されている。
(1)アーチ支保工脚部１４ａから作用する過大な軸圧縮力により、肩部１１ｃ付け根部にせん断ひび割れＣが生じるおそれがある。
(2)アーチ形状に沿って発生する軸圧縮力をコンクリート部材の軸方向に伝達させるために肩部１１ｃにわずかな傾斜がついているため、トンネル内空側に向けてアーチ支保工が滑るおそれがある。
(3)アーチ支保工の脚部１４ａのベースプレートがセンターピラーの肩部１１ｃに設置されるが、押し抜きせん断と相まってコンクリート面の支圧耐力が不足して圧壊するおそれがある。
【００１０】
また、図５に示した完成構造系においても、トンネル施工区間の地山がが軟弱であったり、トンネル平面線形や建築限界の制限により本坑トンネル間の近接距離が十分確保できず、センターピラー壁柱部１１ｄの断面（厚さ）が十分確保できない場合がある。この場合には、センターピラーの外形は変更できないので、高強度コンクリートの使用、鉄筋量の増加やＨ形鋼等の鋼材を組み合わせた鉄骨鉄筋コンクリート構造等の複合構造として設計する必要がある。しかし、中央先進導坑は内空断面が小さいため、センターピラーに過大な配筋設計や鋼材を用いる設計は、実際には施工できない場合もある。
【００１１】
また、アーチ支保工１４の脚部１４ａを支持するセンターピラー１１の肩部１１ｃの補強に関しては、脚部１４ａのベースプレートをアンカーボルト（図示せず）でセンターピラー１１に固定したり、肩部１１ｃに大量の補強鉄筋を配筋する方法で対処することも考えられるが、上述の理由と同様に実際の施工が困難な場合がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、簡単な補強構造により、先進本坑の掘削時においては、アーチ支保工を支持するセンターピラーの細部構造を、簡易な構造で堅固なものとしてセンターピラーに過剰な応力が生じないようにし、完成構造系においては、本坑トンネルの土被り荷重を確実に負担可能な構造を有するセンターピラー構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明は近接して並行して構築されるめがねトンネルの２本の本坑間に位置する先進導坑内に共有支持構造部としてあらかじめ設けられ、前記本坑のアーチ支保工脚部を支持するとともに、前記本坑間の地山荷重を負担するセンターピラー構造であって、前記本坑の上半アーチ支保工脚部を支持する肩部に、前記アーチ支保工脚部を載置保持する支圧鋼板が、その一部がアンカーを介して、コンクリート内に埋設され固着されたことを特徴とする。
【００１４】
前記アンカーは、前記支圧鋼板の後端を屈曲したフック状部、または前記支圧鋼板の下面に植設された複数本のスタッドとすることが好ましい。
【００１５】
前記支圧鋼板は前記肩部の形状に合わせて屈曲され、その背面側にスタッドを植設することが好ましい。
【００１６】
また、完成構造系において、大きな荷重が作用される場合に、近接して並行して構築されるめがねトンネルの２本の本坑間に位置する先進導坑内に共有支持構造部としてあらかじめ設けられ、前記本坑のアーチ支保工脚部を支持するとともに、前記本坑間の地山荷重を負担するセンターピラー構造であって、該センターピラー内に中詰めコンクリート鋼管柱がトンネル延長方向に沿って所定間隔をあけて立設されるとともに、前記本坑の上半アーチ支保工脚部を支持する肩部に、前記アーチ支保工脚部を載置保持する支圧鋼板が、その一部がアンカーを介して、コンクリート内に埋設され固着されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、めがねトンネルの構築において、本坑の掘削に伴うアーチ支保工の脚部を支持するセンターピラーの肩部を、シンプルで堅固な構造とすることができ、また完成構造系においては、本坑トンネルの土被り荷重によって生じる軸圧縮力を確実に支持できるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明のめがねトンネルのセンターピラー構造を実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明のセンターピラー構造の構成について、図１，図２を参照して説明する。図１に示したセンターピラー構造は、完成構造系において、センターピラーの壁柱部が負担する鉛直方向の軸方向圧縮力を鉄筋コンクリート構造として支持できる実施例である。      
【００２０】
本実施例のセンターピラーの断面形状は、図１に示したように、本坑トンネルの側壁形状およびインバート形状が滑らかに連続した略逆Ｔ字形状をなし、頂部は残置された中央先進導坑の頂部支保工の形状に倣った円弧状をなす。コンクリートとしては、設計基準強度２１〜２７N/mm2程度のコンクリートが使用されているが、完成構造系での荷重条件によっては設計基準強度３０〜４０N/mm2程度の高強度コンクリートを使用することが好ましい。配筋１６は外形形状に倣って所定の被りを確保した従来の配筋形状と同様の配筋がなされている。壁柱部の配筋１６ａは先進本坑の掘削時に壁柱部１１ｄに生じる曲げモーメントに抵抗可能な配筋量とし、側壁下半下端とインバート端との連続部と、インバート１１ｅには、上述の曲げ作用時における曲げモーメントに抵抗可能な配筋量及び完成構造系における軸圧縮力による押し抜きせん断力に抵抗可能な配筋量のハンチ筋１６ｂ及び底版鉄筋１６ｃが配筋されている。
【００２１】
一方、センターピラーの肩部１１ｃには本坑のアーチ支保工の脚部１４ａの据付け面１５が形成されている。そしてその据え付け面には支圧鋼板１７がコンクリート本体と一体的に取り付けられている。
【００２２】
センターピラーの肩部１１ｃの支圧鋼板１７の細部構造について、図２各図を参照して説明する。
図２（ａ）にはセンターピラー１１の肩部１１ｃの切欠部の支保工脚部１４ａの据付け面１５に支圧鋼板１７が取り付けられている。本実施例ではこの支圧鋼板１７として、厚さ１０〜２０mmの一般構造用圧延鋼材（SS400）が使用されている。また、支圧鋼板１７は、同図に示したように、後端側に直角に屈曲したフック１７ａが形成され、そのフック１７ａ部分を含む鋼板の一部がセンターピラー１１のコンクリート内に埋設されている。さらにこの支圧鋼板１７の上面のアーチ支保工脚部１４ａの据付け面１５にはベースプレート１８が溶接されている。このベースプレート１８は両端が上方に向けてわずかに屈曲した縁辺部１８ａを有し、平板部にアーチ支保工脚部１４ａが設置されるようになっている。このような構成からなるセンターピラー１１の肩部１１ｃでは、アーチ支保工脚部１４ａから伝わる軸圧縮力は支圧鋼板１７を面支持するコンクリート全面に分散し、このとき生じる本坑内空側に向く分力も、ベースプレート１８の縁辺部１８ａとコンクリート内に埋設されたフック１７ａが抵抗してキャンセルされるため、アーチ支保工脚部１４ａにはズレが生じない。
【００２３】
支圧鋼板の変形例について、図２（ｂ），（ｃ）を参照して説明する。同図（ｂ）は支圧鋼板１７のコンクリート接触面にスタッド１９を植設した変形例である。このようにスタッド１９をコンクリート内に埋設して支圧鋼板１７を肩部１１ｃに固定することにより、軸圧縮力によって支圧鋼板１７に面荷重が作用した場合に、鋼板１７からスタッド１９に応力分散し、コンクリートの応力集中が緩和される。また、せん断すべりに対する抵抗性も大幅に向上する。スタッド１９としては直径６〜１０mm程度の細径のものを、支圧鋼板１７の下面に適当なピッチであらかじめ植設しておき、コンクリート打設時にコンクリートと一体化させることが好ましい。
【００２４】
同図（ｃ）は、断面Ｌ字形の支圧鋼板１７とすることで、肩部１１ｃの入隅部のコンクリートに生じる高い引張応力を確実に負担することができ、コンクリートへの悪影響を防止できる。また、このとき配置されたスタッド１９はアーチ支保工脚部１４ａの滑りに対して引張抵抗部材として有効に機能する。
【００２５】
上述した種々の支圧鋼板を採用することにより、センターピラーの肩部１１ｃを補強するための増し鉄筋等の配筋が不要となり、配筋作業の施工性も向上する。
【００２６】
なお、センターピラー１１の全体構造として、図１に示したように、壁柱部１１ｄ及びインバート１１ｅにコンクリート打設後に頂部に空隙が生じる場合には、高強度の無収縮モルタル１２を後充填して先進導坑頂部とコンクリートとの間を完全に閉塞することが好ましい。
【実施例２】
【００２７】
以下、上述したセンターピラーの肩部１１ｃの補強構造に加え、完成構造系において、センターピラーの壁柱部を、補強鋼管柱を内蔵した鉄筋コンクリート構造とした実施例について説明する。図５に示したように、めがねトンネルとして本坑２０，３０の２次覆工が完了した完成構造系において、トンネル上部の土被り荷重が大きい場合には、完成後のセンターピラーの負担する軸圧縮力が非常に大きくなる場合が想定される。実施例２では、このような荷重状態を想定し、センターピラー壁柱部１１ｄを補強鋼管柱４０と上述（図１）の鉄筋コンクリート構造とからなる複合構造体とした。このように、本実施例では、センターピラー１１は、図３に示したように、センターピラー１１内にトンネル延長方向に、設計上設定されたピッチ（たとえば１．５〜２．５m程度）で鋼管柱４０が建て込まれた鋼管柱鉄筋コンクリート構造からなる。この鋼管柱４０の上下端には、所定厚さの支圧プレート４２が固着され、内部に圧縮構造体としての所定強度の中詰めコンクリート４１が充填されており、この鋼管柱４０でセンターピラー１１に作用する、本坑トンネル２０，３０間の上方の土被り荷重を確実に負担できる。このとき鋼管柱４０への軸力伝達がスムースにできるように、鋼管柱４０の頂部と中央先進導坑の支保工との間には無収縮モルタル４３が充填され、両者の一体化が図られている。なお、鋼管柱４０は設計上、その材質、外径、肉厚、中詰めコンクリート強度および柱の建込みピッチが、たとえば図５に示したような、適正に想定された作用荷重に対して十分な耐力を有するように設定される。
【００２８】
センターピラー１１の鉄筋コンクリート構造部分は、上述した各施工段階での仮設応力状態、および完成構造系におけるアーチ支保工脚部１４ａから伝達される荷重を負担したときの本設応力状態を考慮して設計されている。なお、鋼管柱４０はセンターピラー１１の壁柱部１１ｄに生じる曲げに対しても抵抗可能であるため、センターピラー１１の鉄筋量は全体として低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のめがねトンネルのセンターピラー構造の一実施例を示した断面図。
【図２】図１に示したセンターピラーの肩部の構成を拡大して示した部分拡大図。
【図３】本発明のめがねトンネルのセンターピラー構造の他の実施例を示した断面図。
【図４】めがねトンネルの完成形状の一例を示したトンネル断面図。
【図５】図４に示しためがねトンネルに作用する荷重とその流れを模式的に示した説明図。
【図６】中央先進導坑内に構築されたセンターピラーの一例を示したトンネル断面図。
【図７】先進本坑の掘削時におけるアーチ支保工脚部のセンターピラーへの支持状態の一例を示したトンネル断面図。
【図８】図７におけるアーチ支保工脚部とセンターピラー肩部での変位挙動を模式的に示した部分拡大図。
【符号の説明】
【００３０】
１０  中央先進導坑
１１  センターピラー
１４  アーチ支保工
１７  支圧鋼板
１７ａ  フック
１８  ベースプレート
１９  スタッド
２０  先進本坑
３０  後進本坑
４０  鋼管柱
【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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