(57)【要約】【課題】壁厚や鉄筋量を増大させない合理的な褄壁構造を提供する。【解決手段】地中空洞１４の端部に設けられ、地中空洞１４の外部の複数のトンネル１０、１２が接合する複数の開口２４、２６を有する褄壁の構造１００であって、隣り合う開口２４、２６の隣り合う側の周縁部２４Ａ、２６Ａは、開口２４、２６にそれぞれ接合するトンネル１０、１２の周縁部の延長位置２８、３０よりも開口２４、２６の内側に向けて張り出して設けられるようにする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中空洞の端部に設けられ、地中空洞の外部の複数のトンネルが接合する複数の開口を有する褄壁の構造であって、
隣り合う開口の隣り合う側の周縁部は、開口にそれぞれ接合するトンネルの周縁部の延長位置よりも開口の内側に向けて張り出して設けられることを特徴とする褄壁構造。
【請求項２】
地中空洞は、道路トンネルの分岐合流部であり、褄壁は本線トンネルおよびランプトンネルが接合する２つの開口を有するものであり、開口の隣り合う側の周縁部は本線トンネルおよびランプトンネルとして必要な建築限界を侵さない範囲に設けられることを特徴とする請求項１に記載の褄壁構造。
【請求項３】
本線トンネルとの相対変位を吸収するための可撓性継手をさらに備え、この可撓性継手を介して本線トンネルに接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の褄壁構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば道路トンネルの分岐合流部などの大断面の地中空洞の端部などに設置される褄壁構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、未固結地盤の都市圏における道路トンネルの施工に際しては、地表および地中の既存構造物に対する悪影響を回避するべく地山に対する高度の支保性能が要求され、また施工中および完成後の止水性能と地下水保全性能が高度に要求されることから、一般にシールド工法が採用されている。
【０００３】
道路トンネルをシールド工法により施工する場合、本線トンネルの他にランプトンネルを設け、それら双方のトンネルを要所にて接合して分岐合流部を施工する必要があるが、そのような分岐合流部の施工は必ずしも容易ではない。すなわち、本線トンネルおよびランプトンネルはそれぞれ在来のシールド工法により地山を安定に支保し、また止水性を確保しつつ支障なく施工できるが、分岐合流部では断面を漸次変化させつつ双方のシールドトンネルどうしを接合する必要があることから、分岐合流部の施工に際しては在来のシールド工法をそのまま適用できるものではなく、何らかの補助工法の採用が不可欠である。
【０００４】
そのため、大規模な道路トンネルにおける分岐合流部の施工に好適な工法として、例えば特許文献１〜４に示されるトンネル工法が提案されている。例えば特許文献１は、本線シールドトンネルとランプシールドトンネルとをいずれも在来のシールド工法により施工するとともに、それらの分岐合流部の外側に複数のルーフシールドトンネルを所定間隔で先行施工してシールドルーフ先受工を構築し、シールドルーフ先受工と凍結ゾーン（改良ゾーン）を施工したうえでルーフシールドトンネルどうしを連結する形態で分岐合流部の本設覆工壁を施工していき、その内側全体を掘削することで分岐合流部となる地中空洞を完成させるものである。最終的には、分岐合流部の両端部に対して褄壁となる覆工壁を本設覆工壁の内側にそれぞれ設け、前方側の褄壁には本線シールドトンネルとランプシールドトンネルとを接合して、後方側の褄壁には本線シールドトンネルを接合し、分岐合流部の覆工全体を完成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５６９０７号公報
【特許文献２】特開２００６−７０５３０号公報
【特許文献３】特開２００７−２１７９１１号公報
【特許文献４】特開２０１４−４３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、図８に示すように、分岐合流部１の前方側の褄壁２には、本線シールドトンネル３とランプシールドトンネル４という２つのトンネルが互いに近接した態様で接合するため、褄壁２は２つの大型の開口５、６が近接して開けられた構造となる。開口５、６間の間隔が小さいと、この部分の褄壁２の横断面積が小さくなることから、作用する土水圧に対して構造上必要な壁厚や鉄筋量が大きくなり、褄壁２の施工コストを押し上げるおそれがあった。このため、壁厚や鉄筋量を増大させることのない合理的な褄壁構造の開発が求められていた。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、壁厚や鉄筋量を増大させない合理的な褄壁構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る褄壁構造は、地中空洞の端部に設けられ、地中空洞の外部の複数のトンネルが接合する複数の開口を有する褄壁の構造であって、隣り合う開口の隣り合う側の周縁部は、開口にそれぞれ接合するトンネルの周縁部の延長位置よりも開口の内側に向けて張り出して設けられることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る他の褄壁構造は、上述した発明において、地中空洞は、道路トンネルの分岐合流部であり、褄壁は本線トンネルおよびランプトンネルが接合する２つの開口を有するものであり、開口の隣り合う側の周縁部は本線トンネルおよびランプトンネルとして必要な建築限界を侵さない範囲に設けられることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る他の褄壁構造は、上述した発明において、本線トンネルとの相対変位を吸収するための可撓性継手をさらに備え、この可撓性継手を介して本線トンネルに接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る褄壁構造によれば、地中空洞の端部に設けられ、地中空洞の外部の複数のトンネルが接合する複数の開口を有する褄壁の構造であって、隣り合う開口の隣り合う側の周縁部は、開口にそれぞれ接合するトンネルの周縁部の延長位置よりも開口の内側に向けて張り出して設けられるので、隣り合う開口の周縁部の間の部分の褄壁断面積は、トンネルの周縁部の延長位置に開口の周縁部を設けた場合に比べて増大する。このため、土水圧に対する構造上必要な壁厚を薄くし、鉄筋量を小さくすることができる。したがって、壁厚や鉄筋量を増大させない合理的な褄壁構造を提供することができるという効果を奏する。
【００１２】
また、本発明に係る他の褄壁構造によれば、地中空洞は、道路トンネルの分岐合流部であり、褄壁は本線トンネルおよびランプトンネルが接合する２つの開口を有するものであり、開口の隣り合う側の周縁部は本線トンネルおよびランプトンネルとして必要な建築限界を侵さない範囲に設けられるので、道路トンネルとして必要な機能を確保することができるという効果を奏する。
【００１３】
また、本発明に係る他の褄壁構造によれば、本線トンネルとの相対変位を吸収するための可撓性継手をさらに備え、この可撓性継手を介して本線トンネルに接続されているので、褄壁構造と本線トンネルとの間の相対変位を吸収して、変位に伴う止水性低下などの影響を小さくすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、分岐合流部の施工方法の概略説明図である。
【図２】図２は、分岐合流部の横断面図である。
【図３】図３は、分岐合流部の平断面図である。
【図４】図４は、分岐合流部の施工方法の手順を示す図である。
【図５】図５は、本発明に係る褄壁構造の実施の形態を示す概略斜視図である。
【図６】図６は、本発明に係る褄壁構造の他の実施の形態を示す平断面図である。
【図７】図７は、図６のＡ部分の拡大図である。
【図８】図８は、従来の褄壁構造の一例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る褄壁構造の実施の形態について、シールド工法により施工される道路トンネルの分岐合流部の端部の褄壁構造の場合を例に取り、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１６】
（分岐合流部の施工方法）
まず、本発明に係る褄壁構造が適用される分岐合流部（地中空洞）の施工方法について説明する。
【００１７】
図１〜図３に示すように、この分岐合流部の施工方法は、本線シールドトンネル１０およびランプシールドトンネル１２を包含する分岐合流部１４の掘削予定位置の外側に、小口径の外殻シールド機１６を使って予め複数の外殻シールドトンネル１８を配列した状態で施工することにより、それら外殻シールドトンネル１８によって分岐合流部１４の掘削予定位置を取り囲む外殻体２０を構築し、この外殻体２０の内側の地山を掘削して分岐合流部１４を施工する。
【００１８】
より具体的には、まず、図４（１）に示すように、本線シールドトンネル１０を在来のシールド工法により地山を安定に支保し、止水性を確保しつつ施工する。同様に、本線シールドトンネル１０の隣に図示しないランプシールドトンネル１２を在来のシールド工法により施工する。続いて、施工予定の分岐合流部１４の軸方向（本線シールドトンネル１０が延在するトンネル軸方向と平行な方向）の後端部（始端部）となる本線シールドトンネル１０の外周に大径の地中発進基地Ｂを構築する。地中発進基地Ｂは、分岐合流部１４の外殻体２０をなす外殻シールドトンネル１８を掘進する小口径の外殻シールド機１６を発進するための基地である。なお、本実施の形態では本線シールドトンネル１０の直径が例えば１６ｍ程度、ランプシールドトンネル１２の直径が例えば１１ｍ程度、分岐合流部１４の直径が３２ｍ程度であることを想定している。
【００１９】
次に、図４（２）に示すように、地中発進基地Ｂから外殻シールド機１６を発進させ、施工予定の分岐合流部１４の外側周囲にその軸方向に沿う複数の小径（例えば直径４ｍ程度）の外殻シールドトンネル１８を所定間隔で配列した状態で施工する。
【００２０】
次に、図４（３）に示すように、この外殻シールドトンネル１８間の地山を凍結工法や薬液注入工法などにより改良して施工予定領域を取り囲む改良ゾーンを形成した後に本体覆工壁２２を形成し、さらに、図３に示すように、本体覆工壁２２の両端となる部分にそれぞれ褄壁２３Ａ、２３Ｂを形成することによって外殻体２０を構築する。前方側の褄壁２３Ａに適用される構造が本発明に係る褄壁構造１００である。図４（４）に示すように、この外殻体２０によって囲まれた領域の地山を掘削して分岐合流部１４を施工する。このようにして図４（５）に示すような道路トンネル用の分岐合流部１４が完成する。なお、図３中の符号２５Ａは、褄壁２３Ａを構築する場合に必要となる凍結壁であり、符号２５Ｂは、凍結壁２５Ａおよび本体覆工壁２２によって囲まれる領域に構築した未凍結地盤改良部分である。
【００２１】
（褄壁構造）
次に、前方側の褄壁２３Ａに適用される本発明に係る褄壁構造１００について説明する。
【００２２】
図５に示すように、本発明に係る褄壁構造１００は、円形断面の本線シールドトンネル１０（本線トンネル）およびランプシールドトンネル１２（ランプトンネル）が接合する２つ（複数）の開口２４、２６を有する褄壁であり、例えば鉄筋コンクリートにより構築することができる。なお、本実施の形態では褄壁構造１００の直径が例えば３２ｍ程度、厚さが例えば１０ｍ程度であることを想定している。また、本実施の形態では２つの開口を有する場合を例に説明するが、３つ以上の開口を有してもよい。
【００２３】
開口２４、２６は、水平方向に隣り合って背向配置された略Ｄ字形断面の貫通口である。開口２４、２６の隣り合う側の周縁部２４Ａ、２６Ａは、本線シールドトンネル１０、ランプシールドトンネル１２の周縁部の軸方向の延長位置２８、３０よりも開口２４、２６の内側に向けて張り出して設けられており、横断面視で鉛直線状を呈している。周縁部２４Ａ、２６Ａ以外の周縁部については、本線シールドトンネル１０、ランプシールドトンネル１２の周縁部と位置を同じくしている。隣り合う側の周縁部２４Ａ、２６Ａを延長位置２８、３０よりも内側にすることで、隣り合う開口２４、２６の間の幅Ｗが大きくなり、開口２４、２６間の褄壁断面積は延長位置２８、３０に周縁部を設けた場合に比べて増大する。このため、本実施の形態によれば、土水圧に対する構造上必要な壁厚を薄くし、鉄筋量を小さくすることができ、壁厚や鉄筋量を増大させない合理的で低コストの褄壁構造を提供することができる。
【００２４】
なお、図８の従来の褄壁構造と図５の本発明の褄壁構造において、本体覆工壁と褄壁を一体としたシェルモデルを用いて実施工を想定した深度と土質条件での解析により断面力を算定して褄壁の設計を行ったところ、コンクリート強度４０Ｎ／ｍｍ２、Ｄ５１＋Ｄ３８＠１５０ｍｍの複鉄筋配置という条件では、従来の褄壁構造の場合には１０ｍの壁厚が必要になるのに対して、本発明の褄壁構造の場合には５ｍの壁厚で十分であることがわかった。また、この場合、従来の褄壁構造で壁厚を５ｍにするためには、コンクリート強度を４５Ｎ／ｍｍ２に上げ、Ｄ５１＠１５０ｍｍの鉄筋を厚さ方向に１６段も配置する必要があるなど、より高強度のコンクリートと、通常では考えられない鉄筋量が必要になるという結果が得られた。このように、本発明によれば、従来の褄壁構造に比べて壁厚を薄くして鉄筋量を小さくすることができ、壁厚や鉄筋量を増大させない合理的で低コストの褄壁構造を提供することができる。
【００２５】
上記の実施の形態において、周縁部２４Ａ、２６Ａは、本線シールドトンネル１０、ランプシールドトンネル１２として必要な建築限界３２（図２を参照）を侵さない範囲に設けることが望ましい。こうすることで、道路トンネルとして必要な機能を確保することができる。
【００２６】
ところで、褄壁構造１００の構造形式は本線シールドトンネル１０と大きく異なることから、接続部での相対変位によって止水性が低下する懸念がある。そこで、これらの影響を回避するため、図６および図７に示すように、褄壁構造１００に簡易な構造の可撓性継手４０を設け、この可撓性継手４０を介して本線シールドトンネル１０と接続してもよい。可撓性継手４０を設けることで褄壁構造１００と隣接する覆工セグメント１０Ａとの相対変位を吸収できるため、褄壁構造１００の築造に伴う覆工セグメント１０Ａへの影響を小さくすることができる。
【００２７】
なお、可撓性継手４０の代わりに可撓性のセグメントを配置することにより相対変位を吸収する方法もあるが、可撓性のセグメントは非常に高価であるとともに、本線シールドトンネル１０の施工時に配置する必要があり、後施工で配置するためには本線シールドトンネル１０の覆工セグメント１０Ａを撤去して組み替える必要があるため、これを適用することは難しい。
【００２８】
図７に示すように、本実施の形態の可撓性継手４０は、可撓伸縮性の板状の止水ゴム４２により構成され、任意方向の相対変形を吸収する。止水ゴム４２は縦断面視で逆Ｖの字状の撓み部を有し、その軸方向の一方の端部は固定部材５２およびプレート４４を介して内周部２８に固定され、他方の端部は固定部材５２およびプレート４８を介して本線シールドトンネル１０の覆工セグメント１０Ａに固定される。各プレート４４、４８は、ボルトおよびナット４６、５０によりそれぞれ固定される。なお、各プレート４４、４８はボルトおよびナット５８を介して周方向に連結される。また、止水ゴム４２よりも径方向外側には、目地材５４がボルト５６を介して周方向に連結固定される。この目地材５４は一時的に設けられるものであり、最終的には撤去される。
【００２９】
可撓性継手４０を設けることによって、本線シールドトンネル１０と褄壁構造１００の相対変位量を吸収でき、本線シールドトンネル１０と褄壁構造１００の接続面で局所的な応力が発生することを防止することができる。また、仮に相対変位が生じて止水性が低下するおそれがある場合でも、可撓性継手４０の止水ゴム４２によって止水性が確保される。また、褄壁構造１００内に可撓性継手４０を配置することにより、可撓性継手４０に作用する外荷重に対する耐荷性を担保することが不要となり、構造を簡素化できる。さらに、可撓性継手４０は、褄壁構造１００の施工時に配置できるため、本線シールドトンネル１０の施工時に配置する必要はない。
【００３０】
以上説明したように、本発明に係る褄壁構造によれば、地中空洞の端部に設けられ、地中空洞の外部の複数のトンネルが接合する複数の開口を有する褄壁の構造であって、隣り合う開口の隣り合う側の周縁部は、開口にそれぞれ接合するトンネルの周縁部の延長位置よりも開口の内側に向けて張り出して設けられるので、隣り合う開口の周縁部の間の部分の褄壁断面積は、トンネルの周縁部の延長位置に開口の周縁部を設けた場合に比べて増大する。このため、土水圧に対する構造上必要な壁厚を薄くし、鉄筋量を小さくすることができる。したがって、壁厚や鉄筋量を増大させない合理的な褄壁構造を提供することができる。
【００３１】
また、本発明に係る他の褄壁構造によれば、地中空洞は、道路トンネルの分岐合流部であり、褄壁は本線トンネルおよびランプトンネルが接合する２つの開口を有するものであり、開口の隣り合う側の周縁部は本線トンネルおよびランプトンネルとして必要な建築限界を侵さない範囲に設けられるので、道路トンネルとして必要な機能を確保することができる。
【００３２】
また、本発明に係る他の褄壁構造によれば、本線トンネルとの相対変位を吸収するための可撓性継手をさらに備え、この可撓性継手を介して本線トンネルに接続されているので、褄壁構造と本線トンネルとの間の相対変位を吸収して、変位に伴う止水性低下などの影響を小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
以上のように、本発明に係る褄壁構造は、道路トンネルの分岐合流部などの大断面の地中空洞を施工する際に、地中空洞の端部などに設置される褄壁の構造に有用であり、特に、構造上必要な壁厚や鉄筋量を増大させることのない合理的な褄壁を実現するのに適している。
【符号の説明】
【００３４】
１０  本線シールドトンネル
１０Ａ  覆工セグメント
１２  ランプシールドトンネル
１４  分岐合流部（地中空洞）
１６  外殻シールド機
１８  外殻シールドトンネル
２０  外殻体
２２  本体覆工壁
２３Ａ，２３Ｂ  褄壁
２５Ａ  凍結壁
２５Ｂ  未凍結地盤改良部分
２４，２６  開口
２４Ａ，２６Ａ  周縁部
２８，３０  延長位置
３２  建築限界
４０  可撓性継手
４２  止水ゴム
４４，４８  プレート
４６，５０，５８  ボルトおよびナット
５２  固定部材
５４  目地材
５６  ボルト
１００  褄壁構造
Ｂ  地中発進基地
Ｗ  幅
【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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