(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドトンネルの壁面を構成するセグメントの一部を取外し、シールドトンネルの外側に鉄筋コンクリートまたは鉄筋鉄骨コンクリート製などのトンネル仕切り壁または外壁をなす垂直な壁または柱と、天井壁をなす頂版および床面をなす底版とからなるコンクリート構体が構築されているとともに、セグメントリングにおける前記コンクリート構体と接する側が所定の範囲に渡って切除されていて、シールドトンネルの残置された部分と前記コンクリート構体を接合して構成される大断面のトンネルにおいて、
前記、天井壁をなす頂版および床面をなす底版の先端に、前記接合部に作用するせん断力を受ける、あご部を設け、当該あご部のセグメント下部支持面に前記セグメントの切除先端部を載置すると共に、前記接合部に作用する圧縮軸力を伝達し、かつ、接合部の回転モーメントを緩衝するため、あご部におけるセグメント切除端縁当接部に埋設した緩衝部材に前記セグメントの切除先端面を当接し、頂版および底版に植設してあり、かつ緩衝部材を貫通するアンカー筋を前記セグメントの切除先端部における継手板に挿通させたうえ、アンカー筋の先端ねじ部に固定ナットを締結し、頂版および底版とセグメントの切除先端部を一体化したことを特徴とする大断面トンネル用セグメントの接合構造。
【請求項２】
請求項１記載のセグメントの切除先端部と前記コンクリート構体の頂版および底版との接合構造において、前記あご部のセグメント下部支持面を無くすることで、前記緩衝部材の前端当接面が頂版および底版における先端上部の外形面をなしており、頂版および底版に植設してあり、かつ緩衝部材を貫通するアンカー筋を前記セグメントの切除先端部における継手板に挿通させたうえ、アンカー筋の先端ねじ部に固定ナットを締結し、頂版および底版とセグメントの切除先端部を一体化したことを特徴とする大断面トンネル用セグメントの接合構造。
【請求項３】
セグメントの切除先端部と前記コンクリート構体の頂版および底版との接合構造に作用する曲げ力を緩衝するため、前記固定ナットをばね部材を介して継手板側に締結するように構成したことを特徴とする請求項１または２記載の大断面トンネル用セグメントの接合構造。
【請求項４】
前記緩衝部材は、ゴムなどの止水性弾性部材で構成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項記載の大断面トンネル用セグメントの接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路トンネル等の大きな断面のトンネルの覆工構造をシールド工法で構築する場合において、コンクリート構体の天井壁をなす頂版および床面をなす底版の先端と、この大断面トンネル用セグメントとの接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネルを走る高速道路などの分岐点にあっては、上り車線と下り車線あるいは、行き先が異なる複数車線など複数の道路が一旦トンネル内で合流し、しばらく両道路が併走した後、分流してそれぞれの方向に走行していく用に構築されている。このような道路トンネルの出入路分合流地点のトンネル断面は大断面とならざるを得ない。
【０００３】
このような大断面トンネルは、従来開削工法で構築で構築されることが多い。一方、シールド工法は、これまで設計や施工技術の進歩により、様々な断面形状のトンネルや大断面のトンネル等が構築されている。しかし、複雑化し大型化した断面のトンネルを構築するにあたっては、次の工法、すなわち、▲１▼単に一本のシールドトンネルの直径を大径化する方法、▲２▼複数本のシールドトンネルを隣同士が一部重なり合うように平行に掘削し、各トンネル間を連通させることにより、横に長い大断面トンネルを構築する方法、▲３▼間隔をあけて複数本のシールドトンネルを掘削し、その後、両トンネル間を多数の支保工を用いて掘削し、天井部をフラットなセグメントを用いて構築して、両シールドトンネルと連通させることにより、横に長い大断面のトンネルを構築する方法がある。
【０００４】
さらに、▲４▼として、図１２に示す大断面の道路分岐部トンネルを構築する方法がある。これは、セグメント７を組んでセグメントリング７ａを構築しトンネル内壁を構築しながら、間隔をあけて複数本のシールドトンネル６を地中４に掘削する。その後、両トンネル間を掘削し、セグメントリング７ａの一部を切除すると共に、両シールドトンネル６間に略工字形のコンクリート構体１１を構築し、さらに、コンクリート構体１１の天井壁をなす頂版１２と前記セグメントリング７ａの切除部１０の切除先端部１０ａを頂版または底版フランジ部コンクリートで接合一体化する。こうして、略工字形のコンクリート構体１１の頂版１２でトンネル天井部が構築され、垂直ウェブでトンネル仕切り壁１が構築され、その両側に上り車線（または内回り線）２ａと下り車線（または外回り線）２ｂのある道路３が構築されるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記▲４▼の方法を改良するものである。すなわち、▲４▼の従来工法では、略工字形のコンクリート構体１１の頂版または底版１２と、セグメントリング７ａの切除先端部１０ａとの接合部が剛接合となるために接合部近傍のセグメントに大きな曲げモーメントが発生しセグメントの強度が不足するという問題があった。
【０００６】
本発明は、前記の課題を解決した大断面トンネル用セグメントの接合構造と接合方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【問題を解決するための手段】
前記の従来の問題点を有利に解決するために、本発明は次のように構成する。
【０００８】
第１の発明は、内壁面にセグメントが構築された複数本のシールドトンネルの間に、トンネル仕切り壁または外壁をなす垂直な壁または柱と、天井壁をなす頂版および床面をなす底版からなるコンクリート構体が構築されているとともに、セグメントリングにおける前記コンクリート構体と接する側が所定の範囲に渡って切除されていて、その切除先端部と前記頂版および底版を接合した大断面のトンネルにおいて、前記頂版および底版の先端に、前記接合部に作用するせん断力を受ける、あご部を設け、当該あご部のセグメント下部支持面に前記セグメントの切除先端部を載置すると共に、前記接合部に作用する圧縮軸力を伝達し、かつ、接合部の回転モーメントを緩衝するため、あご部のセグメント切除端縁当接部に埋設した緩衝部材に前記セグメントの切除先端面を当接し、頂版および底版に植設してあり、かつ緩衝部材を貫通するアンカー筋を前記セグメントの切除先端部における継手板に挿通させたうえ、アンカー筋の先端ねじ部に固定ナットを締結し、頂版および底版とセグメントの切除先端部を一体化したことを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明に記載のセグメントの切除先端部と前記コンクリート構体の頂版および底版との接合構造において、前記あご部のセグメント下部支持面を無くすることで、前記緩衝部材の前端当接面が頂版および底版における先端上部の外形面をなしており、頂版および底版に植設してあり、かつ緩衝部材を貫通するアンカー筋を前記セグメントの切除先端部における継手板に挿通させたうえ、アンカー筋の先端ねじ部に固定ナットを締結し、頂版および底版とセグメントの切除先端部を一体化したことを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第１または第２の発明において、セグメントの切除先端部と前記コンクリート構体の頂版および底版との接合構造に作用する曲げ力を緩衝するため、前記固定ナットをばね部材を介して継手板側に締結するように構成したことを特徴とする。
【００１１】
第４の発明は、第１〜第３の何れか１項記載の発明において、前記緩衝部材がゴムなどの止水性弾性部材で構成されるされていることを特徴とする。
【００１２】
【作用】
本発明によると、大断面トンネルにおいて、トンネル仕切り壁または外壁をなす垂直な壁または柱と、天井壁をなす頂版および床面をなす底版を具備したコンクリート構体と、セグメントリングの切除先端部との接合が、当該接合部に作用するせん断力を受けるあご部と、圧縮軸力を伝達し、かつ、接合部の回転を吸収する緩衝部材と、曲げ力のアンカー筋への伝達を吸収する当該アンカー筋に嵌合するねじ部材等の各部材の全部又は複数の組合せによりなるので、アンカー筋の先端ねじ部に固定ナットを締結することで、上方からの鉛直大荷重を最も受けるコンクリート構体の頂版の先端とセグメントとの接合部を強固に接合一体化できる。さらに、頂版および底版の先端にあご部を設け、ばね部材を介して固定ナットを締結することで頂版および底版先端とセグメントとの接合部強度は一層向上する。さらに、緩衝部材を止水性弾性部材で構成することにより接合部の止水性も完璧にできる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、この発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１４】
図１〜図３は、本発明が実施される大断面トンネルの構築工程を３段階で示す断面説明図であり、図４〜図７、図８〜図１１は、本発明の実施形態１、２として、前記大断面トンネルにおける略工字形のコンクリート構体と、シールドトンネルの内壁を構成する鋼製セグメントとの接合部を示す、各部拡大断面図である。
【００１５】
図１〜図３において、図３は大断面トンネル９の完成状態示す。この大断面トンネル９は、トンネル内が中間仕切り壁１によって仕切られ、中間仕切り壁１の両側の一方を上り車線（または、内回り）２ａとし、他方を下り車線（または、外回り）２ｂとした複数の道路３が併走する道路トンネルの出入路分合流地点を示している。
【００１６】
各図によって、大断面トンネルの構築工程を説明する。図１に示すように、所定の間隔を置いて、地中４に２列の山止め壁５（一部を２点錯線で示す）が打設されていて、各山止め壁５を切除しながらシールド掘削機を掘進させることで、所定の間隔離れた位置に２列のシールドトンネル６が平行に構築される（第１の工程）。この場合、シールドトンネル６の中心と各山止め壁５が揃うように掘削する。また、各シールドトンネル６の内壁には鋼製セグメント７が構築されている（鋼製セグメント７の構造は後述する）。
【００１７】
次に、図１に示すように、両シールドトンネル６の下端部を直線で結ぶ位置を掘削底面８として、この掘削底面８から上側で、かつ、両山止め壁５の内側を掘削する。このように掘削することで、両シールドトンネル６の鋼製セグメントリング７ａの一部が地中から露出する。
【００１８】
次に、このように露出した左右の鋼製セグメントリング７ａの２点鎖線で示す一部を切除する（以下、これを切除部１０という）。その後、図２に示すように、両鋼製セグメントリング７ａの中間位置に断面略工字形で、トンネル長手方向に沿って所定の長さを有するコンクリート構体１１を構築する。コンクリート構体１１における垂直ウェブ部分は、トンネルの中間仕切り壁１となり、頂版１２はトンネル中間部天井壁となるもので、前記鋼製セグメントリング７ａにおける切除部１０の上部切除先端部１０ａが頂版先端１２ａのあご部２２に載置され、アンカー筋２４等の連結部材を介して両部材が接合されている。底版１３はトンネル中間部底版となるもので、前記鋼製セグメントリング７ａにおける切除部１０の下部切除先端部１０ｂが底版先端のあご部２２に載置され、アンカー筋２４等の連結部材を介して両部材が接合されている。その後の工程で、道路３が構築され、さらにコンクリート構体１１の上方部の掘削部は埋め戻される（図３参照）。
【００１９】
前記のコンクリート構体１１の頂版１２の先端部１２ａと、鋼製セグメントリング７ａの切除部１０との接合構造及び接合工法が、本発明の主要部であるので、図４〜図１１に示す各実施形態につき順に説明する。
【００２０】
図４〜図７に示す実施形態１において、略図的に図示する鋼製セグメントリング７ａにおける切除部１０の上部切除先端部１０ａをコンクリート構体１１の頂版１２に載置するため、当該頂版１２の先端１２ａには、セグメント下部支持面２２ａとセグメント切除端縁当接面２２ｂが断面略Ｌ字形をなすように構成されたあご部２２を設けてある。
【００２１】
あご部２２のセグメント下部支持面２２ａは、鋼製セグメントリング７ａの上部切除先端部１０ａの下面が面接触して載置できるよう、若干傾斜した載置曲面に設けられている。また、セグメント切除端縁当接面２２ｂは、頂版１２に埋設した角形のゴムブロックからなる緩衝部材２３の前面によって形成されると共に、前記当接面２２ｂは、上部切除先端部１０ａの傾斜位置する継手板１６が面接触できるよう、当該継手板１６と同じ傾斜角に形成されている。
【００２２】
頂版１２の先端１２ａには、緩衝部材２３を貫通するアンカー筋２４が埋設されていて、アンカー筋２４の基端は、頂版１２のコンクリート２６に埋設されたＨ形鋼などからなるアンカーフレーム２５にボルト・ナット１４でねじ結合されている。また、アンカー筋２４の先端のねじ部には固定ナット２７が締結される。
【００２３】
一方、鋼製セグメントリング７ａにおける鋼製セグメント７は、主桁１５と、主桁１５の両端に固着される継手板１６と、両主桁１５間に掛け渡される縦リブ１９と、両主桁１５の外端縁に固着されたスキンプレート２０を鋼殻として構成されている。
【００２４】
各鋼製セグメント７間は、各継手板１６のボルト孔に連結ボルト１７を挿通して結合される（図４に略図で示す）。鋼製セグメントリング７ａ間も略同様な公知の連結手段で連結される。従って、鋼製セグメントリング７ａにおける切除部１０は、図１に点線で示す位置に配置された各セグメントにおける継手板１６のボルト孔から連結ボルト１７を脱嵌し、当該点線位置の鋼製セグメント７をトンネル軸方向にわたって取り外すことで形成される。（図１参照）。
【００２５】
前記の構成において、頂版１２における、あご部２２のセグメント下部支持面２２ａに鋼製セグメントリング７ａの上部切除先端部１０ａの下面を載置すると共に、上部切除先端面である継手板１６を緩衝部材２３のセグメント切除端縁当接面２２ｂに当接し、かつ当接面２２ｂから突出するアンカー筋２４を継手板１６のボルト孔２８に挿通し、アンカー筋２４の先端のねじ部に固定ナット２７を締結する。継手板１６と固定ナット２７の間において、アンカー筋２４にはコイルばね、皿ばねなどのばね部材２９が嵌合してあって、固定ナット２７を締結することで、固定ナット自体の締結力に加えて、ばね部材２９の弾発力により継手板１６を緩衝部材２３に一層強く押付けて、このようにアンカー筋２４を介してコンクリート構体１１と鋼製セグメントリング７ａを強固に結合一体化できる。
【００２６】
前記のコンクリート構体１１と鋼製セグメントリング７ａとの接合部には、矢印（イ）方向のせん断力と、矢印（ロ）方向の圧縮軸力と、矢印（ハ）方向の曲げ力が作用するが、あご部２２のセグメント下部支持面２２ａに鋼製セグメントリング７ａの上部切除先端部１０ａの下面が載っているので、矢印（イ）方向のせん断力に強固に抵抗できる。また、緩衝部材２３と継手板１６が面接触で圧接していることで、接合部は回転が可能となるので矢印（ハ）方向の曲げ力が小さくなり強固に抵抗できる。また、アンカー筋２４にばね部材２９を嵌合していることで、矢印（ハ）方向の曲げ力を吸収してアンカー筋２４に曲げモーメント伝わらないように連結でき、アンカー筋２４の補強を不要にできる。さらに、アンカー筋２４に固定ナット２７を締結し、緩衝部材２３と継手板１６を面接触で圧接させることで、緩衝部材２３で矢印（ロ）方向の圧縮軸力を受けることができる。また、緩衝部材２３がゴムなどの止水性弾性部材であることにより、コンクリート構体１１と鋼製セグメントリング７ａとの接合部における止水性も完璧になる。
【００２７】
このように実施形態１によると、コンクリート構体１１の頂版１２と鋼製セグメントリング７ａの上部切除先端部１０ａとの接合部が、あご部２２、緩衝部材２３、アンカー筋２４、固定ナット２７、ばね部材２９等で構成されるので、上方からの鉛直大荷重を最も受ける頂版１２の先端１２ａとセグメントリング７ａとの接合部を強固に接合一体化でき、当該接合部の破壊や分断などの恐れをなくすことができる。
【００２８】
図８〜図１１は本発明の実施形態２を示す。各図において、実施形態１と同一要素には同一符号を付して重複説明を省略し、実施形態１と相違する点を中心に説明する。
【００２９】
実施形態２は、あたかも、実施形態１におけるあご部２２、つまり、セグメント下部支持面２２ａを無くしたごとき構成である。したがって、実施形態２では、緩衝部材２３の前面、つまりセグメント切除端縁当接面２２ｂが、頂版１２における先端上部の外形面をなしている。そして、実施形態１と同様に、頂版１２に埋設のアンカーフレーム２５に固着されたアンカー筋２４が、緩衝部材２３を貫通していて先端のねじ部に固定ナット２７が螺合されている。
【００３０】
この実施形態２おいても、コンクリート構体１１の頂版１２と鋼製セグメントリング７ａの上部切除先端部１０ａとの接合部が、緩衝部材２３とアンカー筋２４と固定ナット２７とばね部材２９等で構成されているので、上方からの鉛直大荷重を最も受ける頂版１２の先端１２ａとセグメントリング７ａとの接合部を強固に接合一体化でき、当該接合部の破壊や分断などの恐れをなくすことができ、かつ、接合部における止水性も完璧である。
【００３１】
実施形態２の場合、実施形態１におけるような、鋼製セグメントリング７ａの上部切除先端部１０ａを載置するあご部２２が無いので、その分、実施形態１に比べて構造が簡略化される。反面、あご部２２が無いだけ、実施形態１に比べて接合部に加わるせん断力に対して強度的に劣るが、そのために補強が必要な場合は、アンカー筋２４の径を太くし、或いはアンカー筋２４の本数を増やすことで対応できる。実施形態１、２の何れを適用するかは、本発明を実施する大断面トンネルの実施条件によって適宜選択するとよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明は以上の構成であるので次のような効果を有している。
【００３３】
本発明によると、大断面トンネルにおいて、トンネル仕切り壁をなす垂直ウェブと天井壁をなす頂版を具備したコンクリート構体と、セグメントリングの上部切除先端部との接合部構造を、頂版に埋設した緩衝部材にセグメントの切除先端部における継手板に当接し、頂版および底版に植設したアンカー筋を前記部材に挿通させ、アンカー筋先端のねじ部に固定ナットを締結して構成するので、上方からの鉛直大荷重を最も受けるコンクリート構体の頂版および底版の先端と鋼製セグメントとの接合部を、簡易な構成でかつ強固に接合一体化できる。さらに、頂版および底版の先端にあご部を設け、ばね部材を介して固定ナットを締結することで頂版および底版先端と鋼製セグメントとの接合部強度は一層向上する。さらに、緩衝部材をゴムなどの止水性弾性部材で構成することにより接合部の止水性も完璧にできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が実施される大断面トンネルの第１構築工程の断面説明図である。
【図２】本発明が実施される大断面トンネルの第２構築工程の断面説明図である。
【図３】本発明が実施される大断面トンネルの第３構築工程の断面説明図である。
【図４】実施形態１として、略工字形コンクリート構体の上フランジプレートと、シールドトンネルの内壁を構成する鋼製セグメントとの接合部構造を示す拡大断面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ断面図である。
【図６】図４のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図４のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】実施形態２として、略工字形のコンクリート構体と、シールドトンネルの内壁を構成する鋼製セグメントとの接合部構造を示す拡大断面図である。
【図９】図８のＤ−Ｄ断面図である。
【図１０】図８のＥ−Ｅ断面図である。
【図１１】図８のＦ−Ｆ断面図である。
【図１２】従来の大断面トンネルを示す断面説明図である。
【符号の説明】
１      仕切り壁
２ａ    上り車線
２ｂ    下り車線
３      道路
４      地中
５      山止め壁
６      シールドトンネル
７      鋼製セグメント
７ａ    鋼製セグメントリング
８      掘削底面
９      大断面トンネル
１０    切除部
１０ａ  上部切除先端部
１０ｂ  下部切除先端部
１１    コンクリート構体
１２    頂版
１２ａ  頂版の先端
１３    底版
１４    ボルト・ナット
１５    コンクリート
１６    継手板
１７    連結ボルト
１８    主桁
１９    縦リブ
２０    スキンプレート
２１    フランジ端部位置
２２    あご部
２２ａ  セグメント下部支持面
２２ｂ  セグメント切除端縁当接部
２３    緩衝部材
２４    アンカー筋
２５    アンカーフレーム
２６    コンクリート
２７    固定ナット
２８    ボルト孔
２９    ばね部材
【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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【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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