(57)【要約】【課題】開口欠損があるセグメント構造に対して、狭隘な現場スペースでも確実に接続作業することができ、かつトンネル周方向に発生する軸力をリング間で効率よく伝達することが可能な、高耐力、高剛性を兼ね備えたセグメントリング間の連結構造を提供する。【解決手段】トンネルの軸方向に直交するとともにウエブ３１とその下端に形成された下フランジ３３とを有する主桁２４が、トンネルの外周を構成するセグメント３の軸方向両端に配設され、軸方向に隣接するセグメント３における各下フランジ３３の底面間には、そのセグメントリングを跨ぐように軸方向へ拡径されてなる添接板２５が架設されるとともに、当該添接板２５と各下フランジ３３とは互いにボルト接合されている。【選択図】図１
2007277954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接するセグメントを互いに連結する際に用いられるトンネル用セグメントリング間の連結構造において、
トンネルの軸方向に直交するとともに、ウエブと当該ウエブの少なくとも内空面側に形成されたフランジとを有する主桁が、上記セグメントの軸方向両端に配設され、
軸方向に隣接する上記セグメントリングにおける上記主桁間には上記フランジの底面において添接板が架設されるとともに、当該添接板と上記フランジとは互いにボルト接合されていること
を特徴とするセグメントリング間の連結構造。
【請求項２】
上記添接板は、トンネルの周方向に隣接する上記セグメントを跨ぐように、上記周方向へ拡幅されてなること
を特徴とする請求項１記載のセグメントリング間の連結構造。
【請求項３】
上記軸方向に隣接するセグメントにおける上記主桁のウエブ同士は、少なくとも前記継手部近傍において複数段に亘りボルト接合されていること
を特徴とする請求項１又は２記載のセグメントリング間の連結構造。
【請求項４】
上記主桁のフランジは、ウエブの軸方向外側から突出しない構成とされていること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載のセグメント間の連結構造。
【請求項５】
第１のトンネルと第２のトンネルとが分岐又は合流するトンネル分岐合流部の外周を構成するセグメントの配置方法において、
第１のトンネル及び第２のトンネルの残置部を構成する残置部セグメントにおける、トンネルの軸方向に直交するとともにウエブと当該ウエブの少なくとも内空面側に形成されたフランジとを有する主桁に対して、セグメントリングを跨るように添接板を架設し、
上記第１のトンネル及び第２のトンネルから上記残置部セグメントを除く他のセグメントを撤去し、
上記第１のトンネルと上記第２のトンネルの残置部セグメント間に、上記トンネル分岐合流部の外周を構成するセグメントを新設するとともに、当該セグメントと上記残置部セグメントとの間で互いの継手を締結し、
上記新設したセグメントの軸方向に隣接するセグメントを同様に新設し、
この新設した互いに軸方向に隣接するセグメントにおける上記主桁に対して、セグメントリングを跨ぐように添接板を架設すること
を特徴とするセグメントの配置方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣接するセグメントを互いに周方向へ連結してトンネルを構成する際に用いられるセグメントの連結構造及び配置方法に関し、特に２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部や、開口欠損があるトンネルの外周を構成する際に好適なセグメントの連結構造及び配置方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、シールド工法に基づいて構築されるいわゆるシールドトンネルは、構造的に安定した円形断面のトンネルが主流である。しかし、近年における都市部の地下道路網の整備が進展するにつれて、２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部が必要となるケースが増加している。特にこのトンネル分岐合流部は、１本の本線トンネルに対して１本のランプトンネルを連結させるケースにおいて頻繁に利用されている。
【０００３】
従来においてトンネル分岐合流部は、地表から地面を掘り下げて施工を行う開削工法が主流であった。この開削工法では、トンネル間の地盤を取り除くために施工時にトンネルに作用する土水圧を比較的小さくすることができるというメリットはある。
【０００４】
しかしながら、この開削工法では、トンネル分岐合流部の施工箇所が地表からの開削工事ができる場所に限定されてしまう。即ち、開削工法に基づいて施工を行う場合には、分岐合流部を構築するための用地を確保しなければならないという問題点があった。また大深度地下においてこのようなトンネル分岐合流部を施工しなければならないときには、かかる開削の掘削労力が過大となり、地下水対策も含めて工費が割高になるという問題点があった。
【０００５】
このため、用地節約の問題や、大深度のトンネル施工に適するという観点から、特に近年におけるトンネル分岐合流部の構築方法は、上述した開削工法からいわゆる非開削工法へと移行しつつある。
【０００６】
この非開削工法は、図２３に示すように、地表から地盤を掘削することなく、あくまで地中に開けた横穴２０１を利用して本線トンネル２０２とランプトンネル２０３を連結するためのトンネル分岐合流部を構築する。このとき、トンネル２０２、２０３上部の地盤２０４からの上載荷重が作用するために、トンネル分岐合流部の施工時に各トンネル２０２、２０３に作用する土水圧が大きく発生する。なお、この非開削工法に基づいてトンネル分岐合流部を構築する方法は、例えば非特許文献１において開示されているが、いずれの工法においても、限られたスペースの中で確実にセグメント同士を現場接続可能な高耐力の連結構造が必要とされていた。
【０００７】
図２４(a)は、この非開削工法に基づいて構築された、本線トンネル２０２とランプトンネル２０３とが分岐又は合流するためのトンネル分岐合流部２０６の完成図を示している。このトンネル分岐合流部２０６が、地盤２０４における土被りが５０ｍを超える大深度トンネルに適用される場合には、土圧に加えて０．５ＭＰａ以上の大きな地下水圧が作用することになる。図２４(b)は、トンネル分岐合流部２０６に作用する曲げモーメントの分布を示している。トンネル分岐合流部２０６は、本線トンネル２０２並びにランプトンネル２０３を包含する横長形状のトンネル断面として構成されるところ、当該横長形部に大きな正曲げが発生する。この正曲げはトンネル内空面側へ引張力が負荷される形で作用することになる。このため、トンネル分岐合流部２０６では、このような大きな正曲げに対抗し得る、高耐力、高剛性のセグメント間連結構造を確立する必要があり、更には高止水性能をも兼ね備えたセグメント間連結構造とする必要もあった。
【０００８】
また図２５に示すように、トンネルの本管２１２に対して枝管２１３を結合させる際には、本線トンネル２１２の外周を撤去する必要があるところ、当該トンネルの本管２１２の断面が一時的に欠損して欠損部２１１が生じてしまう。この欠損部２１１周辺では本管２１２の剛性が大きく低下するとともに応力が集中してしまう。中でも軸力が卓越するトンネル構造では、この欠損部２１１周辺の軸力を隣接するセグメントにいかにして効率よく伝達させるかが大きな課題となる。
【０００９】
ちなみに、上述の課題は、上述した本管２１２と枝管２１３との分岐合流部のみならず、例えばトンネルの外周に形成された非常口や下水道本管から枝管が分岐する構造においても同様にみられる。
【００１０】
従来において、この欠損部周辺の軸力の伝達性能を向上させるために、トンネル軸方向に隣接するセグメントの主桁をリング間ボルトにより相互に締結し、このリング間ボルトのせん断伝達力によりリング間の力伝達を行う方法が、一般に用いられてきた。
【００１１】
しかしながら、大深度或いは大断面トンネルでは、１セグメントリングあたりに発生するトンネル周方向の軸力が５０００〜１００００ｋＮと極めて大きくなるため、ボルトの耐力や剛性のみでこれに対応していくのは困難であった。また、締結する際のボルト本数の増加やボルトの太径化では、現場スペースの問題で施工が困難になる場合があり、ボルトの配置が困難になる場合がある。
【００１２】
因みに、これらボルトの太径化やボルトの多段配置、継手板の板厚増大により継手の高耐力化や高剛性化が図られる例もある。しかし、ボルトの太径化では、例えばＭ２０ｍｍ程度のボルト径をＭ５６ｍｍ程度まで太くすると、これを螺着させるための締め付け作業において作業者の負担が増大してしまうという弊害があった。また、このような太径化したボルトを締め付けるための締め付け機器が大型化してしまい、作業スペースを十分に取ることができないという問題点もあった。また、ボルトを多段配置させる場合には、隣接するボルトの間隔を例えば数十ｍｍ程度と極めて狭小になり、施工面、性能面において現場締結作業や構造高耐力化を図ることができないという問題点があった。
【００１３】
なお、従来においては、トンネル開口部周りの軸力をリング間に伝達するために、例えば特許文献１に示す開示技術も従来において提案されている。この特許文献１の開示技術では、開口部の周囲に補強桁を設置し、軸力を隣接するリングに伝達する構造を採用している。
【００１４】
しかしながら、この特許文献１の開示技術では、トンネルを構成するセグメントと補強桁とを接続するために構造をより複雑化しなければならないため、セグメントの製造コストが高くなり、施工労力の負担を軽減しきれないという問題点もあった。
【特許文献１】特開２０００−２２６９９４号公報
【非特許文献１】「建設機械」日本工業出版  ２００５年１１月号  Ｐ１〜Ｐ５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部や、トンネルの非常口や下水道本管から枝管が分岐するトンネル等、開口欠損があるセグメント構造に対して、狭隘な現場スペースでも確実に接続作業することができ、かつトンネル周方向に発生する軸力をリング間で効率よく伝達することが可能な、高耐力、高剛性を兼ね備えたセグメントリング間の連結構造並びにセグメントの配置方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載のセグメントリング間の連結構造は、上述した課題を解決するために、隣接するセグメントを互いに連結する際に用いられるトンネル用セグメントリング間の連結構造において、トンネルの軸方向に直交するとともに、ウエブと当該ウエブの少なくとも内空面側に形成されたフランジとを有する主桁が、上記セグメントの軸方向両端に配設され、軸方向に隣接する上記セグメントリングにおける上記主桁間には上記フランジの底面において添接板が架設されるとともに、当該添接板と上記フランジとは互いにボルト接合されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載のセグメントリング間の連結構造は、請求項１に記載のセグメントリング間の連結構造において、上記添接板は、トンネルの周方向に隣接する上記セグメントを跨ぐように、上記周方向へ拡幅されてなることを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載のセグメントリング間の連結構造は、請求項１又は２に記載のセグメントリング間の連結構造において、上記軸方向に隣接するセグメントにおける上記主桁のウエブ同士は、少なくとも前記継手部近傍において複数段に亘りボルト接合されていることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４に記載のセグメントリング間の連結構造は、請求項１〜３のうち何れかに記載のセグメントリング間の連結構造において、上記主桁のフランジは、ウエブの軸方向外側から突出しない構成とされていることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項５に記載のセグメントの配置方法は、第１のトンネルと第２のトンネルとが分岐又は合流するトンネル分岐合流部の外周を構成するセグメントの配置方法において、第１のトンネル及び第２のトンネルの残置部を構成する残置部セグメントにおける、トンネルの軸方向に直交するとともにウエブと当該ウエブの少なくとも内空面側に形成されたフランジとを有する主桁に対して、セグメントリングを跨るように添接板を架設し、上記第１のトンネル及び第２のトンネルから上記残置部セグメントを除く他のセグメントを撤去し、上記第１のトンネルと上記第２のトンネルの残置部セグメント間に、上記トンネル分岐合流部の外周を構成するセグメントを新設するとともに、当該セグメントと上記残置部セグメントとの間で互いの継手を締結し、上記新設したセグメントの軸方向に隣接するセグメントを同様に新設し、この新設した互いに軸方向に隣接するセグメントにおける上記主桁に対して、セグメントリングを跨ぐように添接板を架設することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
上述した構成からなる本発明では、狭隘な現場スペースでも確実に接続作業することができ、かつトンネル周方向に発生する軸力をリング間で効率よく伝達することが可能な、高耐力、高剛性を兼ね備えたセグメントリング間の連結構造とすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための最良の形態として、トンネルの外周を構成するセグメントリング間の連結構造について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
本発明を適用したセグメントリング間の連結構造は、例えば図１に示すようなトンネルの本管１８に対して枝管１９を接続するために形成される開口１７周辺に適用される。
【００２４】
本管１８は、下水管等に代表される管である。この本管１８に形成される開口１７は、枝管１９からの流体を流し込むためのものである。即ち、この本管１８を構築する際には、事後的に接続される枝管１９のために予め開口１７を形成しておく必要があるところ、いわば欠損部が生成された状態になる。
【００２５】
ちなみに、この開口１７は、枝管１９が本管１８に対して斜めに接続される場合には、その形状は複雑なものとなる。また、この開口１７の端部は斜め方向の傾斜を持ったセグメントで構成されることになる。本管１８と枝管１９との隙間は、一般に剛接続とはせずに、本管トンネルが切欠かれた開口周位のセグメント断面に枝管トンネルのセグメント外表面を沿わせるように挿入し、隙間はモルタル等の充填材を充填して止水処理を行う、所謂ピン構造とする例が多い。
【００２６】
図２は、本発明を適用したセグメントリングの連結構造２の斜視図である。この連結構造２は、セグメント３の周方向当接面２１に形成された継手板２３と、トンネルの軸方向に直交する主桁２４ａ〜２４ｃと、セグメントリングを跨ぐように軸方向へ拡径されてなる添接板２５ａ、２５ｂとを備えている。
【００２７】
セグメント３は、鋼板を組立て或いは鋳造により製造される鋼殻セグメント、又は鋼殻の内部にコンクリートを充填した合成セグメントである。この図２の例は、鋼殻セグメントを示しており、地山側表面をスキンプレート２６により被覆している。このセグメント３を合成セグメントで構成する場合には、鋼殻内にコンクリートを充填するが、更に、コンクリート内部に図示しない鉄筋や異形棒鋼を配置した補強構造を採用するようにしてもよい。
【００２８】
このセグメント３には、３本の主桁２４ａ〜２４ｃが更に配置される。主桁２４ａ並びに主桁２４ｃは、セグメント３の軸方向両端に配設されている。また主桁２４ｂのような中主桁を配設することが好ましいが、その場合は、少なくとも、この主桁２４ａ及び主桁２４ｃの中間に1本配設されている。この主桁２４ａ〜２４ｃは、それぞれウエブ３１ａ〜３１ｃと、ウエブ３１ａ〜３１ｃの上下に形成された地山側フランジ（上フランジとも言う）３２ａ〜３２ｃ並びに内空面側フランジ（下フランジとも言う）３３ａ〜３３ｃとを有している。あえて上下フランジ３２、３３を形成する理由としては、主桁２４の断面を補強するためであり、そのためには、主桁２４の高さ方向の上端及び下端において、ウエブ３１に対して垂直にフランジ３２，３３を形成するのが望ましいためである。
【００２９】
この上フランジ３２ａ〜３２ｃは、中立軸２２より上方において固着され、下フランジ３３ａ〜３３ｃは、中立軸２２より下方において固着されている。また、下フランジ３３ａ〜３３ｃ間は、互いに隙間が開いた状態で配置されることになる。ちなみに、この軸方向両端に設けられた主桁２４ａ並びに主桁２４ｃは、コ字状となるように上フランジ３２ａ、３２ｃ、並びに下フランジ３３ａ、３３ｃがウエブ３１ａ、３１ｃの軸方向外側から突出しない構成とされている。これに対して、軸方向略中央に形成された主桁２４ｂは、上フランジ３２ｂ、下フランジ３３ｂがウエブ３１ｂを介して両側に突き出るような形状で固着されている。また、各下フランジ３３ａ、３３ｃには、ボルト用孔４１が穿設されている。
【００３０】
ウエブ３１は、その高さを５００〜２０００ｍｍ程度とするが、実際にはトンネルの深度やトンネル径等に応じて必要な寸法が決定される。軸方向両端に形成されているウエブ３１ａ並びにウエブ３１ｃには、ボルト用孔４３が形成されている。このボルト用孔４３は、互いに軸方向に隣接するセグメント３のウエブ３１ａ、３１ｃ同士を接合するために使用される。このボルト用孔４３は、設計から求められる軸方向の伝達力に応じて本数や径、配置が決定される。
【００３１】
また主桁２４ａにおけるフランジ３２ａ、３３ａと、主桁２４ｂにおけるフランジ３２ｂ、３３ｂとの間隔、並びに主桁２４ｂにおけるフランジ３２ｂ、３３ｂと主桁２４ｃにおけるフランジ３２ｃ、３３ｃとの間隔は、作業性の観点から、それぞれ２００〜３００ｍｍ程度確保する必要がある。
【００３２】
また、主桁２４を構成するウエブ３１とフランジ３２、３３の板厚は３０〜１００ｍｍ程度であり、地山側のスキンプレート２６は３〜１５ｍｍ程度が適している。これら主桁２４やスキンプレート２６を構成する鋼材の強度は、４００〜５８０ＭＰａクラスのものを設計荷重に応じて選択する。
【００３３】
また、このウエブ３１の板厚は、中央のウエブ３１ｂの厚さを、軸方向両端のウエブ３１ａ、３１ｃの厚さの２倍で構成するようにしてもよい。その理由は、外側の主桁２４ａ、２４ｃは、軸方向に隣接するセグメント３の主桁２４ｃ、２４ａと接合されるところ、主桁２４ｂの機械的特性と整合をとるためである。
【００３４】
継手板２３は、ウエブ３１ａとウエブ３１ｂとの間に、またウエブ３１ｂとウエブ３１ｃとの間に設けられている。この継手板２３は、周方向に隣接するセグメント３同士で互いに当接するように配置されるものである。この継手板２３は、上フランジ３２から下フランジ３３に至るまで延長されていることが望ましい。
【００３５】
この継手板２３はボルトを螺着させるためのボルト用孔４２が２段に亘って設けられている。このボルト用孔４２は、隣接するセグメント３の継手板２３同士を突き合わせて、図示しないボルトを挿通させて接合するために利用されるものである。ボルト用孔４２の配置は、ボルトの必要耐力と止水材４４の締め付けに必要となる間隔で決定されるものであり、止水材４４の膨張反力を均等に抵抗させるためにボルトの間隔は最大でも５００ｍｍ程度となるように配置することが望ましい。また、ボルトの締結作業に支障が生じないように、ボルト用孔４２の間隔は、最小でも１００ｍｍ程度とする。
【００３６】
添接板２５ａは下フランジ３３ａの底面に、添接板２５ｃは、下フランジ３３ｃの底面に架設される。各添接板２５は、ボルト用孔４６がそれぞれ穿設されており、このボルト用孔４６と下フランジ３３のボルト用孔４３とを合わせ込んでボルト接合される。即ち、各添接板２５は、軸方向に隣接するセグメント３における各下フランジ３３の底面を跨ぐようにして架設される。
【００３７】
この接合のためのボルトの必要配置本数は、伝達すべき伝達力に基づいてボルト１本の伝達耐力から決定する。また、添接板２５の長さは、ボルトの必要配置本数を満足する長さとなるように調整される。また、添接板２５の厚さは、９〜７０ｍｍ程度の範囲内において、伝達すべき設計伝達力によって決定する。
【００３８】
また、ボルト用孔４６の間隔は、施工性を考慮して最小でも１００〜１５０ｍｍ程度の間隔をあける。セグメント３の軸方向に配列するボルトの列数は、２〜１０列程度とすることが望ましい。
【００３９】
なお、セグメント３の周囲には止水材４４を設けるようにしてもよい。この止水材４４は、地山側から内空面側への地下水の漏洩を防止するためのゴム製のシール部材等で構成してもよいし、また水膨潤性のものを使用し、地下水と反応して体積を膨張させて水を遮断させるものであってもよい。この止水材４４は、周方向及び軸方向に隣接するセグメント同士で対面するように配設されるものであり、必要に応じて１〜２条配置される。この止水材４４は、予め形成された図示しない溝部に形成するようにしてもよい。この止水材４４は、継手板２３から主桁２４の外面に連続しても設けるようにする。
【００４０】
また、上述した例では、３本の主桁２４が設ける場合を例にとり説明をしたが、かかる場合に限定されるものではなく、２本（中主桁無し）又は４本以上（中主桁２本以上）の主桁２４で構成されていてもよい。但し、強度及び剛性の確保からは３本以上が好ましく、加工容易性及びコスト面からは５本以下が好ましい。
【００４１】
また、ウエブ３１の上端に配設される上フランジ（地山側フランジ）３２は、トンネルの条件によっては無くても構わないが、強度や剛性の向上効果が高いことからあった方が好ましい。
【００４２】
次に、本発明を適用したセグメントリングの連結構造の他の構成例について図面を参照しながら説明をする。以下の構成例において、上述した図２に示す連結構造と同一の構成要素、部材に関しては、同一の番号を付すことにより以下での説明を省略する。
【００４３】
図３に示す連結構造４は、図２に示す連結構造２における中央の主桁２４ｂを無くしたものである。即ち、この連結構造４では、軸方向両端に形成された主桁２４ａ、２４ｃのみで構成され、継手板２３は、ウエブ３１ａとウエブ３１ｃとの間に一枚に亘って設けられ、上フランジ３２から下フランジ３３に至るまで延長されている。
【００４４】
図４に示す連結構造５は、添接板２５に加えて、添接板５３をさらに軸方向に隣接する下フランジ３３間に架設するようにしたものである。これにより、軸力の伝達性能をより向上させることが可能となる。
【００４５】
なお、この連結構造５は、例えば図５に示すように添接板２５を除去し、添接板５３のみで構成するようにしてもよい。これによっても軸力の伝達性能を同様に向上させることが可能となる。
【００４６】
図６に示す連結構造７ａは、軸方向両端に形成されているウエブ３１ａ並びにウエブ３１ｃに、少なくとも添接板２５が配設された継手部近傍において複数段に亘りボルト用孔４３を形成させた例である。このボルト用孔４３は、互いに軸方向に隣接するセグメント３のウエブ３１ａ、３１ｃ同士を接合するために使用される。このボルト用孔４３は、設計から求められる軸方向の伝達力に応じて本数や径、配置が決定される。主桁２４の高さが５００ｍｍ程度のセグメントであれば、このセグメント３のリング間を接続するためのボルトを挿通させるボルト用孔４３は、３段程度×３列程度とすることが、ボルト締結の施工面から適切であるといえる。なお図７に示す連結構造７ｂは、添接板５３をさらに軸方向に隣接する下フランジ３３間に架設し、その近傍においてボルト用孔４３を形成させた例である。
【００４７】
上述した構成からなる本発明に係る連結構造２、５〜７は、トンネル本管１８に対して枝管１９を接続するために形成される開口１７周辺に適用されたとき、トンネル周方向に発生する軸力をリング間で効率よく伝達することが可能となる。
【００４８】
図８は、下フランジ３３間においてセグメントリングを跨るようにして架設される添接板２５の拡大斜視図である。この添接板２５には、下フランジ３３と接合するためのボルト用孔４６が穿設され、ボルトをこれに貫通させて下フランジ３３と締結させる。その結果、一のセグメント３に発生したトンネル周方向の軸方向伝達力ｆ１が、下フランジ３３と添接板２５との接合面６１に伝わる。そして、この接合面６１から添接板断面６２のせん断耐力で隣接するリングの方向へと荷重が伝達され、さらに接合面６３を介して軸方向に隣接するセグメント３へと伝達されることになる。その結果、当該隣接するセグメント３側において、軸方向伝達力ｆ２が得られることになる。即ち、本発明を適用した連結構造２、５〜７は、トンネル周方向に発生する軸力をリング間で効率よく伝達することが可能となり、より高耐力、高剛性の連結構造とすることが可能となる。
【００４９】
実際に、この添接板２５に形成されるボルト用孔４６の径や本数は、構造計算から求められる伝達力に基づいて決定されることになる。より具体的には、このボルト用孔４６の径や本数は、ボルト１本あたりの伝達耐力から必要な仕様を決定する。ボルト径は、添接板２５の幅に対してボルト欠損を考慮したときに必要性能を確保するようにする。添接板２５の長さは、ボルト間隔を確保した上で必要ボルト本数を配置できる長さとする。また、上述した添接板断面６２のせん断耐力を確保できる必要長さ以上とする。
【００５０】
図９に示す連結構造８ａは、トンネルの周方向に隣接するセグメント３を跨るように、周方向へ拡幅された添接板５２を設ける例である。この添接板５２に設けられたボルト用孔４６を介して、軸方向に隣接するセグメント３の下フランジ３３のみならず、周方向に隣接するセグメント３の下フランジ３３に対してもボルト接合されることになる。
【００５１】
この連結構造８ａでは、内空面側から地山側にかけて負荷される曲げモーメントにも対抗することが可能となる。即ち、曲げモーメントが負荷される結果、中立軸２２より上方は圧縮力が負荷されることになり、中立軸２２より下方は引張力が負荷されることになる。この引張力に対しては、主桁２４に軸方向に架設されている添接板５２により伝達されることになる。即ち、この連結構造８では、耐力、剛性をともに高めることが可能となる。
【００５２】
なお、添接板５２の代替として、例えば図１０に示すような連結構造８ｂに示すように、添接板５３を用いるようにしてもよい。この添接板５３は、周方向に隣接するセグメントを跨るようにして拡幅された箇所を除いている。しかしながら、図中矢印６５の方向に向けて軸力を流すことは可能となるため、本発明の所期の効果は得られる。
【００５３】
なお、図１１は、この連結構造８ｃにおいて添接板５２をさらに軸方向に隣接する下フランジ３３間に架設した例である。
【００５４】
また、図１２に示す連結構造９は、軸方向両端に形成されているウエブ３１ａ並びにウエブ３１ｃに、少なくとも継手部近傍において複数段に亘りボルト用孔４３が形成された例である。このボルト用孔４３は、互いに軸方向に隣接するセグメント３のウエブ３１ａ、３１ｃ同士を接合するために使用される。このとき、図１３に示すように、添接板５３をさらに軸方向に隣接する下フランジ３３間に架設し、その近傍においてボルト用孔４３を形成させるようにしてもよい。
【００５５】
なお、本発明は、トンネルの本管１８に対して枝管１９を接続するために形成される開口１７周辺に適用される場合に限定されるものではなく、例えば、２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部を施工する際に適用されるようにしてもよい。
【００５６】
先ず、連結構造２、５〜９を適用したトンネル分岐合流部１の施工方法について図面を参照しながら詳細に説明をする。
【００５７】
図１４に示すように、先ず本線トンネル１１において、残置部１１ａと撤去部１１ｂを切り分ける。同様にランプトンネル１２においても残置部１２ａと撤去部１２ｂとを切り分ける。次に、開削により形成される図１５に示すような空洞部７０の地面７１と天井７２をそれぞれ凍結させる。
【００５８】
この凍結させる理由としては、この空洞部７０内部に水が浸入しないようにするためである。次に、この本線トンネル１１とランプトンネル１２との間の地盤を地中において開削し、次に、この撤去部１１ｂ、１２ｂを構成するセグメントを除去する。
【００５９】
次に、図１６に示すように残置部１１ａと残置部１２ａとの間に新たに新設部１４を設けていく。この新設部１４は、トンネル分岐合流部１の外周を構成するものである。
【００６０】
この新設部１４の施工方法を更に詳細に説明をする。図１７、１８は、このトンネル分岐合流部１の断面図を左側に示し、また、このトンネル分岐合流部１における上面図を右側に示している。この上面図では、図中左側から右側にかけて１〜６列のセグメントリングで構成している場合を示しており、ステップＳ１１からステップＳ１５に至るまでに、１列から６列へ向けて新設部１４を構築していく場合を示している。
【００６１】
ステップＳ１１では、未だ本線トンネル１１における残置部１１ａと、撤去部１１ｂとの切り分け、並びにランプトンネル１２における残置部１２ａと、撤去部１２ｂとの切り分けが終了してない状態にあり、地山７７がそのまま残存している状態にある。かかる場合には図中矢印で示されるトンネル周方向の力の流れは、セグメントリングを跨ぐことなく互いに平行になる。
【００６２】
この残置部１１ａ、１２ａを構成するセグメント３間では、上述した連結構造２、５〜９の何れかを適用していくことになる（以下の説明では、連結構造２を適用していく場合を例にとり説明をする）。即ち、このステップＳ１１においては、残置部１１ａ、１２ａを構成するセグメント３において、軸方向に隣接するセグメントリングを跨るように添接板２５を架設する。その結果、１列目と２列目のセグメントリング間には、添接板２５＿１が、２列目と３列目のセグメントリング間には、添接板２５＿２が、３列目と４列目のセグメントリング間には、添接板２５＿３が、４列目と５列目のセグメントリング間には、添接板２５＿４が、更に５列目と６列目のセグメントリング間には、添接板２５＿５が架設されることになる。因みに、このステップＳ１１の段階においては、この架設した添接板２５は機能しない。
【００６３】
次にステップＳ１２へ移行し、１〜２列目を構成する撤去部１１ｂ＿１、１１ｂ＿２並びに１２ｂ＿１、１２ｂ＿２を構成するセグメントを撤去する。このステップＳ１２における断面図は、この撤去部１１ｂ＿１、１１ｂ＿２並びに１２ｂ＿１、１２ｂ＿２を構成するセグメントが撤去され、さらに空洞部７０の地面７１と天井７２をそれぞれ凍結させた状態を示している。ちなみに、このステップＳ１２において、３〜６列目においては、撤去部１１ｂ、１２ｂ間において地山７７が残存している状態となる。
【００６４】
このステップＳ１２において撤去部１１ｂ、１２ｂが撤去される結果、撤去前に発生していた軸力が開放され、１〜２列目を流れる応力は、添接板２５を介して上述したメカニズムに基づいて撤去部１２ｂ＿３〜１２ｂ＿６へと流れ込むことになる。
【００６５】
次にステップＳ１３へと移行し、１列目において新設部１４＿１を構築していく。即ち、このステップＳ１３においては、本線トンネル１１とランプトンネル１２の残置部１１ａ、１２ａを構成するセグメント間に、トンネル分岐合流部１の外周を構成する新設部１４＿１のセグメント３を新設するとともに、当該セグメント３と上記残置部１１ａ、１２ａを構成するセグメント間で互いの継手を締結する。この継手の締結は、例えば、継手板２３のボルト用孔４２に、隣接するセグメント３の継手板２３同士を突き合わせて、図示しないボルトを挿通させて接合する。
【００６６】
ここでは、この新設部１４＿１につき、周方向に２本のセグメント３を連結させる場合を例示している。この段階では１列目において伝播してきた応力は、新設部１４＿１を構成するセグメント３へと伝わることはない。ちなみに、このステップＳ１３において示してある断面図は、新設部１４＿１を構築した１列目のセグメントリングの断面を示している。
【００６７】
次にステップＳ１４へと移行し、３列目を構成する撤去部１１ｂ＿３並びに１２ｂ＿３を構成するセグメントを撤去する。このステップＳ１４において、４〜６列目においては、撤去部１１ｂ、１２ｂ間において未だ地山７７が残存している状態にある。このステップＳ１４において２列目を伝播してきた応力は、添接板２５＿１を介して１列目の新設部１４＿１へと流れ込み、３列目を伝播してきた応力は、添接板２５＿３を介して４列目へと流れ込むことになる。
【００６８】
次にステップＳ１５へと移行し、２列目において新設部１４＿２を配設していく。この新設部１４＿２を構成するセグメント３は、新設部１４＿１を構成するセグメントとの間で互いに千鳥状になるように配設される。この新設部１４＿２を構成するセグメント３は、新設部１４＿１を構成するセグメントとの間で、残置部１２ａに対していわゆるイモ継手となるように配置される。これにより、残置部１２ａを構成するセグメントと、上記新設部１４＿１、１４＿２を構成するセグメント３は、互いの接合面が軸方向に向けて一直線状になるように配置されることになる。以上のステップを繰り返し実行していくことにより、分岐合流部１を構築していくことになる。
【００６９】
特に、この残置部１２ａと新設部１４＿１との取り合い部では、隣接するリングのセグメント３を順次新設していく必要性から、接続作業に優れる継手とする必要があり、また曲げモーメントも大きくないのでイモ継手とすることが望ましい。これに対して、新設部１４を構成するセグメント３の中央部では、曲げモーメントが大きく、残置部１１ａ、１２ａとの取り合いも無くなることから、千鳥配置で構成することが望ましい。
【００７０】
さらに、この新設部１４＿１、１４＿２を構成するセグメント３間においても、上述した連結構造２を適用する。即ち、この新設部１４＿１、１４＿２間において軸方向に添接板２５´を架設していく。その結果、応力の伝達は、３列目を伝播してくる応力が両側のセグメントリング（新設部１４＿１、１４＿２）へと流れ込むことになる。そして、この新設部１４＿１、１４＿２に流れ込んだ応力は、添接板２５´を介して互いに新設部１４＿１、１４＿２間を伝達していくことになる。
【００７１】
このように、撤去部１１ｂ、１２ｂを除去することにより開口欠損が生じ、この開口欠損には応力を流すことができなくなるが、本発明の如き連結構造２を残置部１１ａ、１２ａのみならず、その開口欠損部以前の列を構成する新設部１４間にも架設することにより、トンネル周方向に発生する軸力をリング間で効率よく伝達することが可能となる。
【００７２】
図１９は、残置部１１ａ、１２ａにおいて連結構造８を適用する例を示している。残置部１１ａ（１２ａ）間の応力伝達は、添接板５３を介して行い、残置部１１ａ（１２ａ）と新設部１４との応力伝達、並びに新設部１４を構成するセグメント間の応力伝達は、添接板５２を介して行う。これによっても同様にトンネル周方向に発生する軸力をリング間で効率よく伝達することが可能となる。
【００７３】
なお、上述した例においては、本線トンネル１１とランプトンネル１２との間で形成される分岐合流部１を例にとり説明をしたが、かかる場合に限定されるものではなく、いかなる２本のトンネル間で形成される分岐合流部に適用してもよいことは勿論である。
【実施例１】
【００７４】
土被り５０ｍ程度の大深度トンネルの分岐合流部１を例にとり、連結構造２の仕様を試算してみる。
【００７５】
分岐合流部１の断面は、全幅２２ｍ、高さ１５ｍの横長トンネル断面とする。非開削工法により分岐合流部１を施工する場合、施工途中に撤去部１１ｂ、１２ｂを構成するセグメント３を撤去する場合を想定する。図２０に示すような６列からなる６リングのモデルを作り、１〜２列目は、新設部１４を構築した状態を、３〜４列目は、撤去部１１ｂ、１２ｂを撤去した後の状態を、また５〜６列目は、撤去部１１ｂ、１２ｂを構成するセグメントの撤去前の状態を示している。
【００７６】
このとき、各リング間をトンネル法線方向および接線方向のせん断バネ３０１をトンネル周囲に分散配置して接続し、リング間の伝達力を算出する。仮にこのリング間に発生するトンネル周方向の最大すれ力、すなわちリング間のせん断バネの伝達力の最大値は、１０００ｋＮとなる。
【００７７】
また、図２１に示すように主桁２４の高さを１０００ｍｍ、セグメント３の幅を１２００ｍｍ、主桁２４のフランジ３２、３３の厚さを７５ｍｍ、フランジ３２ａ、３３ａ並びにフランジ３２ｃ、３３ｃの幅を１７０ｍｍ、フランジ３２ｂ、３３ｂの幅を３４０ｍｍとし、ウエブ３１ａ、３１ｃの厚さを３０ｍｍ、ウエブ３１ｂの厚さを６０ｍｍ、スキンプレート２６の厚さを８ｍｍとする。
【００７８】
また、継手板２３の厚さ３０ｍｍとし、ボルトを螺着させるためのボルト用孔４２が２段×４列に亘って設けられている。このボルト用孔４２を介して螺着すべきボルトは、Ｍ３６の短ボルトタイプとする。
【００７９】
更に、添接板２５の仕様に関しては、ボルト用孔４６に挿入するボルトの径をＭ３０ｍｍとし、ＳＨＴＢボルト一面摩擦耐力として１６１ｋＮ／本を使用するとき、ボルトの必要本数は、１０００ｋＮ／１６１ｋＮ＝６．２本となる。添接板２５のサイズに関しては、図２２に示すように、ボルト用孔４６の縁端距離が１００ｍｍ、ボルト用孔４６の間隔を１５０ｍｍとしたとき、添接板２５の長さは、１００ｍｍ×２＋１５０ｍｍ×５＝９５０ｍｍとする。また、添接板２５の板厚を１２ｍｍとし、材質をＳＭ４９０Ｙ（許容せん断応力度  １３５ＭＰａ）としたとき、
【００８０】
添接板断面６２における発生せん断応力度τは、τ＝１０００ｋＮ×１０００／（９５０ｍｍ×１２ｍｍ）＝８８ＭＰａとなる。このため、上述した仕様の下では、発生せん断応力度τは、許容せん断応力度を下回ることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明を適用したセグメントリングの連結構造が適用される開口周辺を示す図である。
【図２】本発明を適用した連結構造の斜視図である。
【図３】中央の主桁を除去した連結構造の斜視図である。
【図４】本発明を適用した連結構造において、別個に添接板を軸方向に架設する例を示す図である。
【図５】図４の連結構造の他の構成例を示す図である。
【図６】軸方向両端に形成されているウエブに、少なくとも継手部近傍において複数段に亘りボルト用孔を形成させた例を示す図である。
【図７】図６の連結構造の他の構成例を示す図である。
【図８】本発明を適用した連結構造の作用効果について説明するための図である。
【図９】トンネルの周方向に隣接するセグメントを跨ぐように、周方向へ拡径された添接板を設ける例を示す図である。
【図１０】周方向に隣接するセグメントを跨ぐようにして拡径された箇所を除いた添接板を用いる場合につき示す図である。
【図１１】図９の連結構造において、添接板をさらに軸方向に隣接する下フランジ間に架設した例を示す図である。
【図１２】図９の連結構造において、軸方向両端に形成されているウエブに複数段に亘りボルト用孔が形成させた例を示す図である。
【図１３】図１２の連結構造の他の構成例を示す図である。
【図１４】本発明に係る連結構造を適用したトンネル分岐合流部の施工方法について説明をするための図である。
【図１５】本線トンネルとランプトンネルとの間の地盤を開削することにより得られた空洞部を示す図である。
【図１６】残置部間に新たに新設部を設ける場合について示す図である。
【図１７】本発明に係る連結構造を適用したトンネル分岐合流部の施工方法をさらに詳細に説明するための図である。
【図１８】本発明に係る連結構造を適用したトンネル分岐合流部の施工方法をさらに詳細に説明するための他の図である。
【図１９】残置部において連結構造を適用する例を示す図である。
【図２０】設計仕様を決めるためのモデルの概略図である。
【図２１】図２１のモデルに基づいた設計例について示す図である。
【図２２】添接板のサイズ構成例を示す図である。
【図２３】非開削工法の従来例について説明するための図である。
【図２４】非開削工法に基づいて構築された本線トンネルとランプトンネルとのトンネル分岐合流部の完成図を示す図である。
【図２５】従来技術の問題点について説明するための図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  トンネル分岐合流部
２  連結構造
３  セグメント
１１  本線トンネル
１２  ランプトンネル
１３  トンネル
１４  新設部
１５  仕切壁
２１  周方向当接面
２２  中立軸
２３  継手板
２４  主桁
２５  添接板
２６  スキンプレート
３１  ウエブ
３２  上フランジ
３３  下フランジ
４１〜４３、４６  ボルト用孔
４４  止水材
【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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【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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