(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルを構築すべき地盤に対し、覆工断面と直交する方向に中空箱形の各エレメントを推進することにより、複数のエレメントを、両側の鉛直部とこれら鉛直部を結ぶ水平部とからなる略門型またはボックス型に埋設し、少なくとも前記水平部を構成するため面版状に配列されたエレメントに、該エレメントの配列方向に高張力鋼線を貫通させ、その状態で、各エレメントの内部および隣接するエレメントの継手部空間にコンクリートを充填打設し、該コンクリートが硬化した後に、前記高張力鋼線を緊張することにより、エレメント相互に圧縮力を導入して、エレメント連結体を面版状に一体化し、その後、エレメント連結体の内側の土砂を掘削除去してトンネルを構築する工法において、
前記エレメントの継手部の圧縮力導入断面の一部にクッション材を設けたことを特徴とするトンネルの構築工法。
【請求項２】
前記クッション材を、エレメントの継手部の側壁の一部にエレメントの長手方向に亘って貼付した上で、コンクリートを打設することを特徴とする請求項１記載のトンネルの構築工法。
【請求項３】
前記クッション材として発泡体を使用したことを特徴とする請求項１または２記載のトンネルの構築工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線路や道路の下に立体交差するトンネルを構築する工法（ＵＲＴ＝Under Railway/Road Tunnelling工法等）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
線路や道路の下に立体交差するトンネルを構築する方法として、従来からの現場打設コンクリートによる覆工体の構築工法に代えて、中空箱形のトンネル覆工用エレメントを、地盤に対して順次推進することにより、複数のエレメントを略門型に配列し、エレメントを相互に連結した後、エレメント連結体の内側の土砂を掘削除去してトンネルを構築するＵＲＴ（Under Railway/Road Tunnelling）工法が知られている（実公平８−３５１６号公報等）。
【０００３】
図４はエレメントを用いて地盤Ｇ中に構築したトンネルを示す。このトンネルは、地盤Ｇに対し、覆工断面と直交させて長尺な中空箱形スチール製エレメント１を水平に推進することにより、複数のエレメント１を、鉛直部Ｖとこれらを結ぶ水平部Ｈとからなる略門型に埋設し、各エレメント１の継手部２に設けた孔（図示略）にＰＣケーブル（高張力鋼線）３を挿通して、その状態で、各エレメント１の内部および隣接するエレメント１の継手部２の空間にコンクリート４を充填打設し、コンクリート４が硬化した後にＰＣケーブル３を緊張することにより、エレメント１相互に圧縮力を導入してエレメント連結体を面版状に一体化し、その後、エレメント連結体の内側の土砂を掘削除去して構築されたものである。
【０００４】
ＰＣケーブル３は、エレメント１の長手方向（推進方向）に所要の間隔を持って配設され、エレメント連結体に対し、周囲の土圧に抗するよう、引っ張り力が働く部分に沿って引き回されている。なお、この工法におけるエレメント１の役割は、次の４つである。
（ａ）切り羽崩壊、周辺地盤の変形などを引き起こすことなく、エレメント推進の方法で、安全に施工するための手段。
（ｂ）高張力鋼線と直交する方向の曲げ強度部材でトンネル全体の管としての曲げ強度を確保すると同時に、トンネル覆工面に加わる集中荷重を分散する。
（ｃ）エレメント単位のブロックとしてひび割れに対する補強とコンクリートの劣化や高張力鋼線の腐食に対する保護。
（ｄ）覆工体を形成する為のコンクリート型枠。
【０００５】
上述した高張力鋼線（ＰＣケーブル）による強化方法（以下「ＰＣ横締め工法」という）により形成された面版の構造は、２方向の構造特性を持つ。即ち、エレメント１の軸方向（トンネルの軸方向）では、梁部材としてのエレメント１の曲げ強度を有し、エレメント１に直交する方向では、鋼板で矩形に外周補強されたコンクリートブロックを横貫通する高張力鋼線で緊張したプレストレストコンクリート部材としての曲げ強度を有する。
【０００６】
トンネルが横断断面の空間を確保するために設計対象とする荷重は、覆工体である面版の版表面に垂直な荷重であり、この荷重は、面版の内部を剪断応力として、支持点へ向かって伝達されて行く。矩形断面のトンネルでは、天井面と床面の荷重は側壁によって支持され、側壁面の荷重は天井面と床によって支持されている。このようなことから、実際の便宜的な設計手法としては、剪断力の流れが造る形としてのトンネルを単位長さに輪切りにした平面的な骨組みを想定し、これが外圧に対して十分な強度を有する様に設計するのが合理的である。ＰＣケーブルはこの形に沿って配置される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ＰＣ横締め工法により形成された面版構造によるトンネル覆工体の弱点は、エレメントの継手部（接合目地）にある。エレメントは、周囲を鋼板で補強されたブロックであるが、継手部では表面を覆う鋼板が不連続となるため、面版に大きな曲げ応力が加わると目地に沿って目開きが発生する場合がある。曲げ応力による部材のストレスは、面版の断面内部に零点を持ち、一方は引っ張り、片方は圧縮として、表面に近づくに従い大きな値として直線的に変化する。
【０００８】
構造設計の要点は、目地に目開きが生じないようにすること、あるいは、目開きが生じても微細な幅に限定して有害な状態にならないよう抑えること。また、圧縮ストレスが限界に達してコンクリートが圧壊することを防ぐことである。これらの手段として部材にプレストレスを与える方法が知られている。すなわち、部材断面の重心から外れた位置に配置したＰＣケーブルに緊張力を加えて、想定される荷重による曲げ応力と逆の曲げ応力を付加させ、圧縮と引っ張りを相殺して、引っ張り応力度と圧縮応力度を所定の値以下に制御する方法である。
【０００９】
荷重による曲げ応力が大きくなると、設計的にはプレストレス力を増大して対応するが、ついには限界に達して、部材の断面を厚くするよう変更しなければならなくなる。ＵＲＴ工法ではケーブル配置や緊張作業がエレメント内部へ作業者が入って施工することによる制限もある。
上述したように、曲げ応力によるストレスは、面版の表層部分に集中するので、中央部分にプレストレスを加えることは極めて非効率である。したがって、部材厚を増せば非効率な中央部の断面も増やすことになり余分なＰＣケーブルがさらに必要となる。
【００１０】
このようなことから、効率的な曲げ部材として、空胴プレストレストコンクリートパネル（ＪＩＳ Ａ ６５１１）が知られている。図５に示すように、これはＰＣケーブル３の方向に沿った連続孔６を版の中央層に設けて部材重量を軽減すると同時に導入プレストレスを有効に振り当てようとするものである。
【００１１】
ところで、図６に示すように、空胴プレストレストコンクリートパネルの連続孔５の方向を剪断力と直交する方向へ９０度向きを変えると、孔径が大きい場合には、孔欠損により残された表層部分に剪断力に基づく斜めひびわれが生じる危険がある。
曲げ部材においては、表層に近い部分が主に曲げによる軸力を多く負担し、断面図心に近い胴の部分では主に剪断力を多く負担する。
【００１２】
図５では、部材方向（荷重伝達方向）のどの部分でも同一の横断面の連続であるので、胴部分は主として剪断力の伝達を受け持つことができる。このように、中層部分を削って表層部分に断面を集中した場合は役割分担がよりはっきりとしてくる。
図６では、部材方向（荷重伝達方向）を分断する形で空胴が現れるため、胴部分を伝っていた剪断力は表層へ伝達経路を移すので、表層部分は軸力と合わせて負担することになり、図５の場合よりストレスが大きい。
【００１３】
本発明は、上記事情を考慮し、継手部の断面のうち、特に必要な部分に対してのみ効率良く圧縮力を導入することができ、結果的に高張力鋼線の径や本数を減らして施工性及び経済性の向上を図ることのできるトンネルの構築工法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、トンネルを構築すべき地盤に対し、覆工断面と直交する方向に中空箱形の各エレメントを推進することにより、複数のエレメントを、両側の鉛直部とこれら鉛直部を結ぶ水平部とからなる略門型に埋設し、少なくとも前記水平部を構成するため面版状に配列されたエレメントに、該エレメントの配列方向に高張力鋼線を貫通させ、その状態で、各エレメントの内部および隣接するエレメントの継手部空間にコンクリートを充填打設し、該コンクリートが硬化した後に、前記高張力鋼線を緊張することにより、エレメント相互に圧縮力を導入して、エレメント連結体を面版状に一体化し、その後、エレメント連結体の内側の土砂を掘削除去してトンネルを構築する工法において、前記エレメントの継手部の圧縮力導入断面の一部にクッション材を設けたことを特徴とする。
【００１５】
この工法では、構造上の弱点となるエレメントの継手部の一部にクッション材を介在させたので、クッション材のある部分では高張力鋼線による圧縮力が導入されず、その分が、残りの密実な断面に振り分けられる。従って、特に圧縮力の導入が必要な部分については、圧縮力を積極的に高めることができる。つまり、必要部分に対し効率良く圧縮力を導入することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、請求項１において、前記クッション材を、エレメントの継手部の側壁の一部にエレメントの長手方向に亘って貼付した上で、コンクリートを打設することを特徴とする。
【００１７】
水平な面版断面においては、応力度は面版の深さ方向（高さ方向）に変化する。そこで、深さ方向の特定位置に、クッション材をエレメントの長手方向（推進方向）に亘って貼付し、コンクリートを打設する。これにより、クッション材のあるレベル（断面の高さ方向の位置）では、高張力鋼線による軸力が伝達されず、その分が密実な断面部分に振り分けられる。
【００１８】
請求項３の発明は、請求項１または２において、前記クッション材として発泡体を使用したことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の工法を用いて構築したトンネルの一部の正面から見た断面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図、図３は同トンネルのエレメント連結体の正面図である。
【００２０】
図３に示すように、この工法では、トンネルを構築すべき地盤Ｇに対し、覆工断面と直交する方向に矩形断面の中空箱形スチール製の各エレメント１を水平に推進することにより、複数のエレメント１を、両側の鉛直部Ｖとこれら鉛直部Ｖを結ぶ水平部Ｈとからなる略門型に埋設する。この例では、２連のボックス形式にしている。
【００２１】
この場合、水平部Ｈを構成するエレメント１は、図１に示すように、上面鋼板１ａと下面鋼板１ｂと左右側面鋼板１ｃとを矩形に組んで一体化したものであるが、各エレメント１の継手部２を構成する側面鋼板（側壁）１ｃの外面に、発泡体（発泡スチロール板等）よりなるクッション材５を貼り付けておく。
【００２２】
この例では高さ方向の中間部となっているが、エレメント１の配列方向の位置により、引っ張り応力の発生の仕方は異なってくるので、エレメント１の配列方向の位置に応じて、貼り付ける高さを変更する。クッション材５は、この高さ方向の所定位置において、図２に示すように、エレメント１の長さ方向に亘って連続して貼り付けておく。
【００２３】
次いで、水平部Ｈにおいて面版状に配列されたエレメント１に、各エレメント１の側面鋼板１ｃの孔７に挿通させることで、ＰＣケーブル３を貫通させる。ＰＣケーブル３は、エレメント１の長さ方向に間隔をおいて複数本配設する。
【００２４】
そして、その状態で、各エレメント１の内部、および隣接するエレメント１同士の継手部２の空間にコンクリート４を充填打設する。コンクリート４が硬化したら、ＰＣケーブル３を緊張することにより、エレメント１相互に圧縮力を導入して、エレメント連結体の水平部Ｈを面版状に一体化する。
【００２５】
この際、構造上の弱点となるエレメント１の継手部２の一部、つまり圧縮力導入断面の一部にクッション材５を設けたので、クッション材５のある部分ではＰＣケーブル３による圧縮力が導入されなくなる。このように、継手部２の軸力を伝達するコンクリート断面積が減ることにより、残りの限定された断面に対し、より大きな圧縮力を導入することができる。この場合では、残りの密実な断面であるクッション材５の上側と下側の断面に、大きな圧縮力が積極的に導入されることになる。
【００２６】
その後は、エレメント連結体の内側の土砂を掘削し除去してトンネルを貫通させることで、工程を終了する。
【００２７】
この工法では、本来圧縮力を導入する必要のある断面部分に対して有効に圧縮力を導入することができるので、軸力不足対策としてエレメントの桁高を高くする等の対応策を講じる必要を無くすことができる。また、配置すべきＰＣケーブル３の量（断面積×本数）を節約することも可能となるため、エレメント１内に作業者が入って、ＰＣケーブル３の挿入や緊張を行う際の労力を減らすことができ、作業効率の向上、経済性の向上が図れる。
【００２８】
なお、上記工法において、特に鉛直部Ｖを構成するエレメント１は、内部にコンクリートを充填する関係で、エレメント１の上下面をラチス面として上下のエレメント１の内部空間を連通状態にしたものを用いる。また、エレメント１は、必要に応じて、内部にトラス補強材やラチス構造の補強骨組を配して、荷重や推進力に耐えるようにしておく。
【００２９】
また、クッション材を配置するのは、門型のエレメント連結体の水平部Ｈに限らず、円形断面の曲面なども含め、曲げの作用する面版構造であれば適用できる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、エレメントの継手部の圧縮力導入断面の一部にクッション材を設けたので、クッション材の存在する部分には高張力鋼線による圧縮力が導入されなくなり、その分の圧縮力を、本来必要とする断面部分に集中的に導入することができる。その結果、必要断面に圧縮力を有効に導入することができるようになり、軸力アップが図れて、エレメントの桁高を高くする等の余計な対策の必要が無くなる。また、軸力アップにより、高張力鋼線の量を減らすことができ、その分、高張力鋼線の挿入作業や緊張作業の労力を減らすことができ、また、経済性を向上させることができる。
また、本発明の工法では、薄いクッション材を用いているため、斜めひび割れが横切る危険がある箇所は限定され、また、この箇所は、エレメントの鋼板で確実に補強される。即ち、エレメントの鋼板部分にてスリット状に途切れているものの、欠損部分は薄く、目地部分は狭く制限され、しかも、鋼板と継手の噛み合わせなどで覆うことにより十分な補強を得ることができるので、従来のように、連続孔を形成したものと比較して、ストレスが増すような不具合もない。
【００３１】
請求項２の発明によれば、クッション材を、エレメントの継手部の側壁の一部にエレメントの長手方向に亘って貼付した上で、コンクリートを打設するようにしたので、クッション材の配置を楽に行うことができる。なお、クッション材としては、請求項３の発明のように、樹脂の発泡体等を利用するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の工法で構築したトンネルのエレメント継手部の正面から見た断面図である。
【図２】  図１のＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。
【図３】  本発明の実施形態の工法で構築したトンネルの正面図である。
【図４】  従来工法で構築したトンネルの正面から見た断面図である。
【図５】  ＰＣケーブルを配設したプレストレストコンクリート版の構造を説明するプレストレストコンクリート版の概略斜視図である。
【図６】  ＰＣケーブルを配設したプレストレストコンクリート版の構造を説明するプレストレストコンクリート版の概略斜視図である。
【符号の説明】
１  エレメント
２  継手部
３  ＰＣケーブル（高張力鋼線）
４  コンクリート
５  クッション材
Ｇ  地盤
Ｈ  水平部
Ｖ  鉛直部
【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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