(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルと該トンネルに接続される中間立坑等の中空接続体との接合部における耐震構造において、
前記中空接続体の壁体端部を該中空接続体の材軸に沿った圧縮変形を吸収する圧縮変形吸収部材を介して前記トンネルに接合するとともに、前記中空接続体の材軸に沿った引張変形を吸収する伸縮性止水板及び前記トンネルの材軸に沿った相対変形に抵抗するせん断変形抵抗部材をそれらの両端が前記中空接続体の壁体端部及び前記トンネルのそれぞれに定着されるように配置し、前記せん断変形抵抗部材にせん断変形を吸収するせん断変形吸収部材を被覆したことを特徴とするトンネル接合部における耐震構造。
【請求項２】
前記トンネルの前記中空接続体との接合部をスチールセグメントで構成した請求項１記載のトンネル接合部における耐震構造。
【請求項３】
前記伸縮性止水板をゴム系材料で形成し、そのほぼ中央を環状断面とした請求項１記載のトンネル接合部における耐震構造。
【請求項４】
前記中空接続体の壁体と前記圧縮変形吸収部材との間に鋼板を介在させた請求項１記載のトンネル接合部における耐震構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルとの接合部、主としてシールドトンネルと中間立坑との接合部における耐震構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルを構築するための技術であるシールド工法は、シールドマシンとその後方で組み立てられるセグメントによって周辺地盤を支持するため、比較的軟弱な地盤であっても安全確実に掘削することが可能であり、施工中における路面交通の阻害や騒音あるいは振動等環境に与える影響も少ない。
【０００３】
そのため、都市部においては、道路や車両用トンネルをはじめ、電力ケーブルや通信ケーブルあるいは下水道のためのトンネルを施工する技術としてシールド工法が広く採用されるようになってきた。
【０００４】
一方、地震に遭遇した場合や地盤の不等沈下を考慮する必要がある場合には、いわゆる可撓セグメントを所定の間隔をおいて使用することにより、トンネル自体の相対変形を吸収していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、トンネル自体の相対変形のみならず、発進立坑や到達立坑あるいは換気やメンテナンス等を目的としてトンネル施工後に設置される中間立坑とトンネルとの接続部においても地震や不等沈下による相対変形を考慮する必要があるが、高価な可撓セグメントを多用すると、全体の施工コストが高くなってしまうという問題を生じていた。
【０００６】
また、発進立坑においては可撓セグメントを設置することができるものの、到達立坑や中間立坑とトンネルとの間においては施工誤差によって位置ずれが生じやすく、可撓セグメントを設置することが困難な場合もあるという問題も生じていた。
【０００７】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、可撓セグメントを使用せずとも、トンネルと中間立坑等との接合部に生じる相対変形や施工誤差による位置ずれを吸収することが可能なトンネル接合部における耐震構造を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るトンネル接合部における耐震構造は請求項１に記載したように、トンネルと該トンネルに接続される中間立坑等の中空接続体との接合部における耐震構造において、
前記中空接続体の壁体端部を該中空接続体の材軸に沿った圧縮変形を吸収する圧縮変形吸収部材を介して前記トンネルに接合するとともに、前記中空接続体の材軸に沿った引張変形を吸収する伸縮性止水板及び前記トンネルの材軸に沿った相対変形に抵抗するせん断変形抵抗部材をそれらの両端が前記中空接続体の壁体端部及び前記トンネルのそれぞれに定着されるように配置し、前記せん断変形抵抗部材にせん断変形を吸収するせん断変形吸収部材を被覆したものである。
【０００９】
また、本発明に係るトンネル接合部における耐震構造は、前記トンネルの前記中空接続体との接合部をスチールセグメントで構成したものである。
【００１０】
また、本発明に係るトンネル接合部における耐震構造は、前記伸縮性止水板をゴム系材料で形成し、そのほぼ中央を環状断面としたものである。
【００１２】
また、本発明に係るトンネル接合部における耐震構造は、前記中空接続体の壁体と前記圧縮変形吸収部材との間に鋼板を介在させたものである。
【００１３】
本発明に係るトンネル接合部における耐震構造においては、トンネルと該トンネルに接続された中間立坑等の中空接続体との間に相対変形が生じるような地震や不等沈下が生じたとき、該相対変形に追従しあるいはこれに抵抗することによって接合部の耐震性を確保する。また、両者の間に施工誤差による位置ずれが発生した場合においても、かかる位置ずれを吸収して接合部の施工を可能にする。
【００１４】
すなわち、中空接続体及びトンネルに該中空接続体の材軸方向に沿った外力として中空接続体がトンネルに押し付けられる方向の外力、いわば圧縮力が作用した場合、圧縮変形吸収部材はその外力を支持するとともに、移動による相対変形を吸収する。なお、かかる相対変形は、伸縮性止水板においても同時に吸収される。逆に、中空接続体及びトンネルに該中空接続体の材軸方向に沿った外力として中空接続体がトンネルから離される方向の外力、いわば引張力が作用した場合、その移動による相対変形は、伸縮性止水板によって吸収される。なお、中空接続体がトンネルに対して回転を生じる外力が作用した場合については、圧縮側及び引張側でそれぞれ上述と同様の作用となる。いずれにしろ、中空接続体とトンネルとの間に該中空接続体の材軸に沿った相対変形が生じても、かかる相対変形は、圧縮変形吸収部材及び伸縮性止水板の伸縮によって吸収され、伸縮性止水板の止水機能はそのまま維持される。
【００１５】
ここで、中空接続体の壁体と圧縮変形吸収部材との間に鋼板を介在させたならば、上述した回転方向の外力に対し、中空接続体がＲＣ構造である場合の壁体端部における圧壊を防止することができる。
【００１６】
一方、中空接続体及びトンネルに該トンネルの材軸に沿った外力、いわばせん断力が作用した場合、せん断変形抵抗部材がそのせん断力を支持し、せん断変形による中空接続体とトンネルとの相対変形を防止する。
【００１７】
中空接続体とトンネルとの接続角度は、直交方向を標準とするが、斜めに接続される場合であっても差し支えない。中空接続体としては、中間立坑をはじめ、到達立坑や水平方向に配置された坑も含まれる。また、トンネルとしては、セグメント組立によって一次覆工を行うシールドトンネルを主な対象とするが、他のトンネルに適用してもかまわない。
【００１８】
ここで、トンネルの中空接続体との接合部については、通常のコンクリート製セグメントで構成しておき、接続の際、該セグメントの接合部外周面に例えば環状の凹部を斫り工で形成し、該凹部内に伸縮性止水板及びせん断変形抵抗部材を差し込んだ上、コンクリートを打設して定着させるようにしてもよいが、かかるトンネルの中空接続体との接合部をスチールセグメントで構成したならば、上述した斫り工が不要となるので、接続作業が容易になる。
【００１９】
圧縮変形吸収部材としては、免震支承で採用されている積層ゴムを用いることが考えられるが、必ずしも鉄板とゴムシートとの積層構造でなければならないものではなく、ゴムシートのみで構成してもよい。
【００２０】
伸縮性止水板は、例えば中空接続体が中空円筒体である場合には、該中空円筒体の壁芯位置での周長に等しい帯状のものとして形成することが可能である。ここで、かかる伸縮性止水板をゴム系材料で形成し、そのほぼ中央を環状断面としたならば、引張力を受けたときに該環状断面部分が伸張部分となり、引張方向の相対変形を吸収しやすくなる。
【００２１】
せん断変形抵抗部材は、鋼製ロッドや差し筋等で構成することができる。ここで、かかるせん断変形抵抗部材にせん断変形を吸収するせん断変形吸収部材を被覆したならば、せん断変形が小さい場合に該変形をせん断変形吸収部材で吸収することができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るトンネル接合部における耐震構造の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係るトンネル接合部における耐震構造を示したものである。本実施形態に係るトンネル接合部における耐震構造は、同図(a)に示した全体図でわかるように、トンネルであるシールドトンネル１と該シールドトンネルに接続される中空接続体としての中間立坑２との接合部に適用してあり、該接合部における耐震構造は、同図(b)の詳細断面図に示すように、中間立坑２の壁体端部３を圧縮変形吸収部材としての積層ゴム４を介してトンネル１に接合してあり、中間立坑２の材軸５に沿った圧縮変形を吸収できるようになっている。
【００２４】
ここで、壁体端部３と積層ゴム４との間には鋼板６を介在させてあり、中間立坑２がシールドトンネル１に対して相対回転を生じたときに壁体端部３の縁部における圧壊を防止するようになっている。また、シールドトンネル１の一次覆工は、一般部についてはＲＣセグメント７で構成してあるが、中間立坑２が接合される部分については、接合時の作業性を考慮してスチールセグメント８で構成してある。なお、一般部についてもスチールセグメントで構成してもかまわない。
【００２５】
シールドトンネル１と中間立坑２との接合部には、同図(b)に示したＨを高さとし、中間立坑２の材軸５から該中間立坑の壁芯までの長さＬを半径としたときの円周を長さとした帯状の伸縮性止水板９を、中間立坑２とシールドトンネル１との接続開口１０を取り囲むように環状に配置してあり、中間立坑２の材軸５に沿った引張変形を吸収するようになっている。
【００２６】
ここで、伸縮性止水板９の両縁部にはリブ１１を形成してあり、該リブは、伸縮性止水板９を積層ゴム４、鋼板６及びシールドトンネル１側のスチールセグメント８を貫通させる形で配置してその両縁部を中間立坑２側のコンクリートとスチールセグメント８に打設されるコンクリートにそれぞれ埋設することにより、コンクリートとの定着強度を高めるようになっている。なお、かかる伸縮性止水板９は、例えばゴム系材料で構成することができる。
【００２７】
シールドトンネル１と中間立坑２との接合部には、せん断変形抵抗部材１２を、積層ゴム４、鋼板６及びシールドトンネル１側のスチールセグメント８を貫通させた上、その両端を中間立坑２側のコンクリートとスチールセグメント８に打設されるコンクリートにそれぞれ定着させてあり、シールドトンネル１の材軸１３に沿った相対変形に抵抗できるようになっている。かかるせん断変形抵抗部材１２は、接続開口１０を取り囲むようにして例えば数゜ピッチで配置するのがよい。
【００２８】
本実施形態に係るトンネル接合部における耐震構造を構築するには、まず、図２(a)に示すように、シールドトンネル１を先行施工して一次覆工を行う。ここで、後工程で中間立坑２が接続される部分については、スチールセグメント８でシールドトンネル１を構成しておく。
【００２９】
次に、同図(b)に示すように中間立坑が構築される縦孔３１を地上から掘削し、しかる後に、図３(a)に示すように、せん断変形抵抗部材１２が挿入するための孔４１をスチールセグメント８に形成するとともに、伸縮性止水板９を挿入するためのスリット４２を同じくスチールセグメント８に形成する。また、スチールセグメント８を中間立坑２の内面に合わせて切断し、接続開口１０を形成する。
【００３０】
次に、同図(b)に示すように、孔４１、スリット４２にそれぞれせん断変形抵抗部材１２及び伸縮性止水板９を嵌め込むとともに、その上から積層ゴム４、鋼板６を順次差し込むようにして取り付ける。鋼板６の中間立坑側及びスチールセグメント８のトンネル側には必要に応じてアンカー筋４３を突設しておく。
【００３１】
次に、中間立坑側及びシールドトンネル側にそれぞれ型枠４４、４５を取り付け、しかる後に該型枠内にコンクリートを打設し、図１(b)で説明したように、せん断変形抵抗部材１２の両端及び伸縮性止水板９の両縁部をそれぞれ中間立坑２側のコンクリートとシールドトンネル１のスチールセグメント８側のコンクリートに定着させる。なお、接合部の施工と相前後して、図１(a)に示す二次覆工１４を必要に応じて適宜行う。
【００３２】
本実施形態に係るトンネル接合部における耐震構造においては、シールドトンネル１と該シールドトンネルに接続された中間立坑２との間に相対変形が生じるような地震や不等沈下が生じたとき、該相対変形に追従しあるいはこれに抵抗することによって接合部の耐震性を確保する。
【００３３】
すなわち、中間立坑２及びシールドトンネル１に該中間立坑の材軸５に沿った外力として中間立坑２がシールドトンネル１に押し付けられる方向の外力、いわば圧縮力が図４(a)に示すように作用した場合、圧縮変形吸収部材である積層ゴム４はその外力を支持するとともに、移動による相対変形を吸収する。なお、かかる相対変形は、伸縮性止水板９においても同時に吸収される。
【００３４】
逆に、中間立坑２及びシールドトンネル１に材軸５に沿った外力として中間立坑２がシールドトンネル１から離される方向の外力、いわば引張力が同図(b)に示すように作用した場合、その移動による相対変形は、伸縮性止水板９によって吸収される。
【００３５】
中間立坑２がシールドトンネル１に対して回転を生じる外力が作用した場合については、圧縮側及び引張側でそれぞれ上述と同様の作用となる。いずれにしろ、中間立坑２とシールドトンネル１との間に材軸５に沿った相対変形が生じても、該相対変形は、積層ゴム４及び伸縮性止水板９の伸縮によって吸収され、伸縮性止水板９の止水機能はそのまま維持される。
【００３６】
なお、上述した回転方向の外力が作用した場合、中間立坑２を構成する壁体端部のうち、圧縮側の縁部は、同図(c)に示すようにシールドトンネル１に押し付けられ局所的な荷重を受けるが、該壁体端部と積層ゴム４との間に鋼板６を介在させてあるので、中間立坑２の壁体端部が圧壊することはない。
【００３７】
一方、中間立坑２及びシールドトンネル１に該トンネルの材軸１３に沿った外力、いわばせん断力が作用した場合、せん断変形抵抗部材１２がそのせん断力を支持して中間立坑２とシールドトンネル１との間に相対変形が生じるのを防止する。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態に係るトンネル接合部における耐震構造によれば、施工誤差が原因でシールドトンネル１と中間立坑２との接合箇所に位置ずれが生じたとしても、現場施工であるがゆえに該位置ずれを吸収することができるとともに、地震や不等沈下が原因でシールドトンネル１と中間立坑２との間に相対変形が生じても、該相対変形を許容することによってこれらの接合部に過大な応力が作用して損傷するのを未然に防止することができる。一方、このように相対変形を許容する前提として伸縮性止水板９を設けてあるので、かかる相対変形によって生じたシールドトンネル１と中間立坑２との隙間から下水が周辺地盤に流出したり、地下水が流入したりといった事態も未然に防止することができる。そして、施工誤差による位置ずれや地震あるいは不等沈下による相対変形を吸収する手段として、従来のように高価な可撓セグメントを使用する必要がないので、接合部の施工コストを大幅に低減することも可能となる。
【００３９】
また、本実施形態によれば、中間立坑２が接続されるシールドトンネル１の接合部をスチールセグメント８で構成したので、ＲＣセグメントとした場合に必要となる斫り工が不要となり、接続作業を短時間に行うことが可能となる。
【００４０】
また、本実施形態によれば、中間立坑２の壁体と圧縮変形吸収部材である積層ゴム４との間に鋼板６を介在させたので、上述した回転方向の外力に対し、中間立坑２の壁体端部におけるコンクリートの圧壊を防止することが可能となる。
【００４１】
本実施形態では、図１(b)に示したように中央部が平坦な伸縮性止水板９を使用したが、これに代えて図５に示すように、そのほぼ中央を中空の環状断面５１とした伸縮性止水板５２を使用してもよい。かかる構成によれば、引張力を受けたときに環状断面部分５１が伸び、引張方向の相対変形を吸収しやすくなる。
【００４２】
また、本実施形態では、せん断方向については、せん断変形抵抗部材１２で抵抗するように構成したが、せん断変形が比較的大きくなることが考えられる場合には、図６(a)に示すように、せん断変形抵抗部材１２の周囲にせん断変形吸収部材としての円筒状ゴム体６１を被覆してもよい。
【００４３】
かかる構成においては、同図(b)の矢印に示すようなせん断変形を受けた場合、ある程度までは該変形をゴム体６１で吸収することができるので、シールドトンネル１及び中間立坑２に生じる応力が過度に大きくなるのを防止することが可能となる。なお、かかるせん断変形に対しても、伸縮性止水板９が追従できることは言うまでもない。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係るトンネル接合部における耐震構造によれば、施工誤差が原因でトンネルと中空接続体との接合箇所に位置ずれが生じたとしても、現場施工であるがゆえに該位置ずれを吸収することができるとともに、地震や不等沈下が原因でこれらの間に相対変形が生じても、該相対変形を許容することによってこれらの接合部に過大な応力が作用して損傷するのを未然に防止することができる。一方、このように相対変形を許容する前提として伸縮性止水板を設けてあるので、かかる相対変形によって両者の間に生じた隙間から下水が周辺地盤に流出したり、地下水が流入したりといった事態も未然に防止することができる。そして、施工誤差による位置ずれや地震あるいは不等沈下による相対変形を吸収する手段として、従来のように高価な可撓セグメントを使用する必要がないので、接合部の施工コストを大幅に低減することも可能となる。
また、本発明に係るトンネル接合部における耐震構造によれば、ある程度まではせん断変形をせん断変形吸収部材で吸収することができるので、トンネル及び中空接続体に生じる応力が過度に大きくなるのを防止することが可能となるという効果も奏する。
【００４５】
また、請求項２に係る本発明のトンネル接合部における耐震構造によれば、ＲＣセグメントとした場合に必要となる斫り工が不要となり、接続作業を短時間に行うことが可能となるという効果も奏する。
【００４６】
また、請求項３に係る本発明のトンネル接合部における耐震構造によれば、引張力を受けたときに環状断面部分が伸び、引張方向の相対変形を吸収しやすくなるという効果も奏する。
【００４８】
また、請求項４に係る本発明のトンネル接合部における耐震構造によれば、回転方向の外力に対し、中空接続体の壁体端部におけるコンクリートの圧壊を防止することが可能となるという効果も奏する。
【００４９】
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係るトンネル接合部における耐震構造の図であり、(a)は全体図、(b)は(a)のＡで囲まれた領域の断面詳細図。
【図２】本実施形態に係るトンネル接合部における耐震構造の施工手順図。
【図３】引き続き本実施形態に係るトンネル接合部における耐震構造の施工手順を示した断面詳細図。
【図４】本実施形態に係るトンネル接合部における耐震構造の作用を示した図。
【図５】変形例に係るトンネル接合部における耐震構造を示した断面詳細図。
【図６】別の変形例に係るトンネル接合部における耐震構造を示した断面詳細図。
【符号の説明】
１                          シールドトンネル（トンネル）
２                          中間立坑（中空接続体）
３                          壁体端部
４                          積層ゴム（圧縮変形吸収部材）
６                          鋼板
８                          スチールセグメント
９                          伸縮性止水板
１１                        リブ
１２                        せん断変形抵抗部材
５１                        環状断面
５２                        伸縮性止水板
６１                        ゴム体（せん断変形吸収部材）
【図１】
0004013232.tif 000002
【図２】
0004013232.tif 000003
【図３】
0004013232.tif 000004
【図４】
0004013232.tif 000005
【図５】
0004013232.tif 000006
【図６】
0004013232.tif 000007