(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
隣接する２つ以上の既設トンネルセグメントの相互に面する一部を撤去し、既設トンネルセグメント間に形成した内部構造と既設トンネルセグメントとを相互に連結することによりトンネル断面を拡大する際にトンネル拡幅部に使用されるセグメントリング構造であって、
前記セグメントリング構造が同一セグメントリング内において複数のセグメントから構成され、
拡幅時に撤去される撤去部セグメントが鉄系セグメントであり、前記トンネル拡幅部に残置される残置部セグメントがコンクリート中詰め鉄系セグメントであり、
拡幅時及び拡幅後において各残置部セグメントがトンネル部位に応じた適切な耐力を有するように、セグメントリングの形成時に、前記内部構造との連結部近傍の残置部セグメントは、主桁板厚を厚肉化すること又は主桁鋼板強度を高くすることによってセグメント耐力が大きく設定され、前記連結部近傍以外のトンネル部位の残置部セグメントは、主桁板厚の薄肉化すること又は主桁鋼板強度を低くすることによって前記連結部近傍の残置部セグメントに比べてセグメント耐力が小さく設定されていることを特徴とするセグメントリング構造。
【請求項２】
隣接する２つ以上の既設トンネルセグメントの相互に面する一部を撤去し、既設トンネルセグメント間に形成した内部構造と既設トンネルセグメントとを相互に連結することによりトンネル断面を拡大する際にトンネル拡幅部に使用されるセグメントリング構造であって、
前記セグメントリング構造が同一セグメントリング内において複数のセグメントから構成され、
拡幅時に撤去される撤去部セグメントが鉄系セグメントであり、前記トンネル拡幅部に残置される残置部セグメントが鉄筋コンクリートセグメントであり、
拡幅時及び拡幅後において各残置部セグメントがトンネル部位に応じた適切な耐力を有するように、セグメントリングの形成時に、前記内部構造との連結部近傍の残置部セグメントは、使用鉄筋径を太くすること又は鉄筋強度若しくはコンクリート強度を高くすることによってセグメント耐力が大きく設定され、前記連結部近傍以外のトンネル部位の残置部セグメントは、使用鉄筋径を細くすること又は鉄筋強度若しくはコンクリート強度を低くすることによって前記連結部近傍の残置部セグメントに比べてセグメント耐力が小さく設定されていることを特徴とするセグメントリング構造。
【請求項３】
隣接する２つ以上の既設トンネルセグメントの相互に面する一部を撤去し、既設トンネルセグメント間に形成した内部構造と既設トンネルセグメントとを相互に連結することによりトンネル断面を拡大する際にトンネル拡幅部に使用されるセグメントリング構造であって、
前記セグメントリング構造が同一セグメントリング内において複数のセグメントから構成され、
拡幅時に撤去される撤去部セグメントが鉄系セグメントであり、前記トンネル拡幅部に残置される残置部セグメントが鋼コンクリート合成構造セグメントであり、
拡幅時及び拡幅後において各残置部セグメントがトンネル部位に応じた適切な耐力を有するように、セグメントリングの形成時に、前記内部構造との連結部近傍の残置部セグメントは、主桁板厚を厚肉化すること又は主桁鋼板強度を高くすること、あるいは、使用鉄筋径を太くすること又は鉄筋強度若しくはコンクリート強度を高くすることによってセグメント耐力が大きく設定され、前記連結部近傍以外のトンネル部位の残置部セグメントは、主桁板厚の薄肉化すること又は主桁鋼板強度を低くすること、あるいは、使用鉄筋径を細くすること又は鉄筋強度若しくはコンクリート強度を低くすることによって前記連結部近傍の残置部セグメントに比べてセグメント耐力が小さく設定されていることを特徴とするセグメントリング構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、隣接する既設トンネルセグメント構造の間に内部空間を構築し、既設トンネルセグメント構造の内部空間に面するセグメントを撤去し、内部空間に構築した内部構造と既設トンネルセグメントとを接合することでトンネル断面を拡大する際のトンネル拡幅部のセグメントリング構造に関する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
図１に示すような隣接する２つ以上の既設トンネル断面を拡幅して、図４に示すような拡幅部トンネル断面を完成させる場合、以下の工程で行われる。
【０００３】
（１）複数の既設セグメントトンネル６の間に新たに空間９を構築する。
既設トンネルセグメント６間の空間９の構築は、図２に示すように、地表面より鋼矢板等の土留め壁７と支保工材８ａおよび腹起こし材８ｂを構築しながら既設トンネルセグメント６で挟まれた部分の土砂を排除し掘り下げる開削工法や、図３に示すように、既設トンネルセグメント６内より構築しようとする空間９を囲むように凍結管を地中に挿入して、周辺の地盤を凍土１０としておき、囲まれた土砂を排除する非開削工法などが一般的である。
【０００４】
（２）構築した空間に面する既設トンネルセグメント６の撤去部セグメント１を撤去する。その場合、残置部セグメント２には内部空間構築による偏荷重が作用するため、予めトンネル内に支保工（図示を省略する）を配置するなど残置部セグメント２を補強する措置を施しておく。
【０００５】
（３）そして、構築した内部空間に鉄筋コンクリート製あるいは鋼製あるいは鉄骨鉄筋コンクリート製等の床４ａおよび中柱４ｂ等よりなる内部構造４を構築するとともに、残置部セグメント２と内部構造４とを連結部３にて確実に接合することで図４に示すような拡幅部トンネル断面が完成する。
【０００６】
ここで、既設トンネルセグメント６に使用するセグメントは、通常、セグメントの現場組立管理を簡略化するため、セグメント構造およびセグメント仕様を同一セグメントリング内の部位に拘わらず統一している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
隣接する２つ以上の既設トンネル断面の拡幅は、地表面あるいはトンネル断面内より既設トンネルセグメント６間の地盤を掘削し、内部構造４を新たに形成するとともに、内部構造４に面する撤去部セグメント１を撤去し、内部構造４と残置部セグメント２とを相互に連結することによって行う。従って、施工面・性能面の観点から撤去部のセグメント構造としてはセグメント解体が容易であり製品重量が軽い鋼製セグメントが適している。
【０００８】
ところが、上記した一般的なセグメントリング構造では、同一セグメントリング内においてセグメント構造およびセグメント仕様の統一化を図ることから、トンネル拡幅部セグメントは全て鋼製セグメントにてリングを構成するとともにトンネル断面において最も厳しい設計条件でセグメント仕様を決定することとなる。
【０００９】
そのため、通常ではトンネル断面に発生する断面力はトンネル部位によって異なるにもかかわらず、本手法によってセグメント構造および仕様を決定すれば、部位によっては必要耐力を上回るセグメント構造および仕様となるセグメントが発生し不合理あるいは不経済な設計となる。
例えば、撤去部セグメント１は撤去作業に適したセグメント構造が要求されるし、残置部セグメント２はトンネル拡幅時および拡幅後に渡って安全でありかつ経済的なセグメント構造が望ましい。
【００１０】
一方、特開平９−３１７３９２号公報にトンネル断面における中柱部のトンネル軸方向に対する開口を広くすることを目的として、中柱部およびそれに連接するセグメント部を耐力の大きい鋼製とし、それ以外のセグメント部はコンクリート製とした、多連型トンネル構造についての記載がある。
この特開平９−３１７３９２号公報の方法は、複数のトンネルセグメントを連結部セグメントと中柱によって接合し、あくまでも完成トンネル断面外周部はセグメントのみで構成されるトンネル断面であって、連結用セグメントと中柱を金属製で、それ以外のセグメントをコンクリート製とすることを特徴としている。
【００１１】
上記公報の場合は、一般的にはシールド掘進と並行して予め連結部を含めたトンネル連結構造を構築する場合を対象としている。したがって、複数のトンネルセグメントを構築した後、既設トンネルセグメントの一部を別途撤去し、別途構築した内部構造と接合することで拡幅部トンネル断面を構築する場合には、前提条件が異なるため上記公報の技術を適用することは困難である。
【００１２】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、トンネル拡幅部の施工を妨げることなくトンネル各部位の必要性能を満足させるとともに、経済的なトンネル覆工用セグメントリング構造を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、第１に請求項１に記載しているように、隣接する２つ以上の既設トンネルセグメントの相互に面する一部を撤去し、既設トンネルセグメント間に形成した内部構造と既設トンネルセグメントとを相互に連結することによりトンネル断面を拡大する際にトンネル拡幅部に使用されるセグメントリング構造であって、
前記セグメントリング構造が同一セグメントリング内において複数のセグメントから構成され、
拡幅時に撤去される撤去部セグメントが鉄系セグメントであり、前記トンネル拡幅部に残置される残置部セグメントがコンクリート中詰め鉄系セグメントであり、
拡幅時及び拡幅後において各残置部セグメントがトンネル部位に応じた適切な耐力を有するように、セグメントリングの形成時に、前記内部構造との連結部近傍の残置部セグメントは、主桁板厚を厚肉化すること又は主桁鋼板強度を高くすることによってセグメント耐力が大きく設定され、前記連結部近傍以外のトンネル部位の残置部セグメントは、主桁板厚の薄肉化すること又は主桁鋼板強度を低くすることによって前記連結部近傍の残置部セグメントに比べてセグメント耐力が小さく設定されていることを特徴とする点である。
【００１４】
本発明の要旨の第２は、請求項２に記載しているように、隣接する２つ以上の既設トンネルセグメントの相互に面する一部を撤去し、既設トンネルセグメント間に形成した内部構造と既設トンネルセグメントとを相互に連結することによりトンネル断面を拡大する際にトンネル拡幅部に使用されるセグメントリング構造であって、
前記セグメントリング構造が同一セグメントリング内において複数のセグメントから構成され、
拡幅時に撤去される撤去部セグメントが鉄系セグメントであり、前記トンネル拡幅部に残置される残置部セグメントが鉄筋コンクリートセグメントであり、
拡幅時及び拡幅後において各残置部セグメントがトンネル部位に応じた適切な耐力を有するように、セグメントリングの形成時に、前記内部構造との連結部近傍の残置部セグメントは、使用鉄筋径を太くすること又は鉄筋強度若しくはコンクリート強度を高くすることによってセグメント耐力が大きく設定され、前記連結部近傍以外のトンネル部位の残置部セグメントは、使用鉄筋径を細くすること又は鉄筋強度若しくはコンクリート強度を低くすることによって前記連結部近傍の残置部セグメントに比べてセグメント耐力が小さく設定されていることを特徴とする点である。ここで、鉄系セグメントとは、鋼板を溶接組立するか、あるいは鋳造等により製造する金属製セグメントを指す。
【００１５】
本発明の要旨の第３は、請求項３に記載しているように、隣接する２つ以上の既設トンネルセグメントの相互に面する一部を撤去し、既設トンネルセグメント間に形成した内部構造と既設トンネルセグメントとを相互に連結することによりトンネル断面を拡大する際にトンネル拡幅部に使用されるセグメントリング構造であって、
前記セグメントリング構造が同一セグメントリング内において複数のセグメントから構成され、
拡幅時に撤去される撤去部セグメントが鉄系セグメントであり、前記トンネル拡幅部に残置される残置部セグメントが鋼コンクリート合成構造セグメントであり、
拡幅時及び拡幅後において各残置部セグメントがトンネル部位に応じた適切な耐力を有するように、セグメントリングの形成時に、前記内部構造との連結部近傍の残置部セグメントは、主桁板厚を厚肉化すること又は主桁鋼板強度を高くすること、あるいは、使用鉄筋径を太くすること又は鉄筋強度若しくはコンクリート強度を高くすることによってセグメント耐力が大きく設定され、前記連結部近傍以外のトンネル部位の残置部セグメントは、主桁板厚の薄肉化すること又は主桁鋼板強度を低くすること、あるいは、使用鉄筋径を細くすること又は鉄筋強度若しくはコンクリート強度を低くすることによって前記連結部近傍の残置部セグメントに比べてセグメント耐力が小さく設定されていることを特徴とする点である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
トンネル断面に発生する断面力は、一般的にトンネル周方向部位によって大きく異なる。特にトンネル拡幅部のような大断面では、部位による発生断面力の差が顕著となる傾向にある。そのため、本発明は、同一セグメントリング内にてセグメント仕様を統一せず、撤去部と残置部とでセグメントの構造を変えるとともに、残置部においてはトンネル拡幅時のトンネル各部位における断面力を反映した個々のセグメントを使用する。
【００１７】
図５に本発明による拡幅部のセグメントリング構造例を示す。
撤去部セグメント１は、既設トンネル内あるいは内部空間で解体され、解体されたセグメントは地上へ搬出する。所定の撤去部に該当するセグメントの解体は、締結したセグメント間の継手ボルト１４，１５を外すとともに、セグメントを所定位置にて切断すること等にて行うため、現場作業の点から鉄系セグメントが適している。つまり、コンクリート中詰めセグメントや鉄筋コンクリート製セグメントの解体作業を行う場合には、事前にコンクリートを取り除き、その後、鋼板あるいは鉄筋を切断することとなるため、現場作業が煩雑となり撤去部には適さない。また、現場ハンドリングや地上搬出の点からも、重量が嵩張るコンクリートは撤去作業の弊害となる。
【００１８】
それに対して残置部セグメント２は、撤去の対象とはならないので、コンクリートは施工上の弊害とならない。むしろ、特に鉄系セグメントでは２次覆工を行う場合はセグメント組立後に現場にてコンクリートを打設することになり、現場作業の点からは中詰めコンクリートを事前にセグメント覆工内部に充填したコンクリート中詰めセグメントが工期短縮面で有利となる。
また、残置部セグメント２をコンクリート中詰めセグメントとすると、道路トンネル等における防食・耐火対策をコンクリートで対処する設計手法への対応が可能となる。
さらに、残置部セグメント２に中詰めコンクリートを充填することでセグメントの主桁等の鋼重軽減が図れる。鉄系セグメントの主桁等の鋼板は面外座屈の影響を考慮して設計され、そのため所定の幅厚比を満足する様に鋼板の板厚を設計するので、幅寸法の大きな鋼板は板厚を厚くする必要がある。しかし、鉄系セグメントに中詰めコンクリートを充填することで鋼板の面外座屈が抑制されるので、面外座屈を考慮することなく鋼板の設計ができ、鋼板の薄肉化が図れる。
【００１９】
また、トンネル部位に応じた必要耐力を満足する様にセグメント仕様を決定することによって、図６に示すように拡幅部および残置部の主桁板厚等セグメント仕様を適切に変化させることが可能となる。撤去部の鉄系セグメント１１はトンネル拡幅時段階までに必要となるセグメント耐力によって主桁板厚等を決定する。また、拡幅部断面では内部構造４と残置部セグメント２との連結部２０，２１の近傍（１６，１７）における断面力が大きく、その他のトンネル部位においては発生断面力が小さい。従って、残置部セグメント２の内部構造４との連結部２０，２１近傍のセグメント１６，１７はセグメント耐力の大きい厚肉主桁等とするが、その他のセグメント１８は薄肉主桁等のセグメント仕様とすることができる。
【００２０】
【実施例】
図５に本発明による拡幅部のセグメントリング構造の実施例を示す。
撤去部セグメント１は鉄系セグメント１１とし、残置部セグメント２にはコンクリート中詰め鉄系セグメント１２、あるいは鉄筋コンクリートセグメント、あるいは鋼コンクリート合成セグメントとすることができる。
ここで鉄系セグメントとは、鋼板を溶接組立するか、あるいは鋳造等により製造する一般的な金属製セグメントを指す。
【００２１】
上記のようにトンネル部位に応じた必要耐力を満足する様にセグメント仕様を決定することができるので、図６に示すように、内部構造と残置部セグメントとの接合部近傍は断面力が大きく、トンネル部位１６，１７は主桁板厚を厚くあるいは主桁鋼板強度を高める等で対処し、逆に上記接合部近傍以外のトンネル部位１８では断面力は小さいため、主桁板厚の薄肉化あるいは主桁鋼板強度を低くする等を行うことができる。同様に残置部セグメント２として鉄筋コンクリートセグメントを用いる場合は、使用鉄筋径あるいは鉄筋強度あるいはコンクリート強度等を所定の適切な強度を有するように選定する。
【００２２】
図５に示すように、撤去部セグメント１と残置部セグメント２の境界部１４近傍には、撤去作業が容易に行えるように、図７および図８に示すようなセグメント継手２４を設けてある。撤去部セグメント１の撤去時は、セグメント継手ボルト孔２６およびリング継手ボルト孔２５のボルトを外すことでセグメントの解体ができ、撤去作業が容易となる。
【００２３】
図７に撤去部用の鉄系セグメント１１を、図８に残置部用のコンクリート中詰め鉄系セグメント１２の実施例を示す。
撤去部用の鉄系セグメント１１は、シールド掘進時のシールドマシン推進反力に耐えられるように適切な枚数の縦リブ２３を設置する。また、主桁２２の板厚はトンネル拡幅時までの荷重に耐えられるように設計する。
【００２４】
残置部用のコンクリート中詰め鉄系セグメント１２には、中詰めコンクリート２７がセグメント主桁高さを覆う高さ以上充填してある。シールド掘進時のシールドマシン推進反力は中詰めコンクリート２７にて伝達するので、鉄系セグメントとした場合に比べて縦リブ枚数を少なくするかあるいは板厚を薄くすることができる。
【００２５】
なお、本発明を実施する場合、従来のセグメント組立管理と異なり、各トンネル部位に対して適切な仕様のセグメントを選定して確実に所定の部位に設置するようにしなければならない。そのため、トンネル各部位とセグメント仕様種類をセグメント製品に明記し、現場で適切に組立管理を行う等の簡便な工夫が望まれる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によって、トンネル拡幅部の施工を妨げることなく、セグメントリング構造をトンネル部位によって必要とされる要求性能を満足させかつ、セグメントリングにおいて構成されるセグメント構造を異なる構成としたことと、各トンネル部位に応じたセグメント仕様とすることでセグメントリング構造の鋼重軽減が図れることとなり、トンネル全体構築費削減の効果が現れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】トンネル拡幅部の断面図である。
【図２】トンネル拡幅部の開削工法による施工図である。
【図３】トンネル拡幅部の非開削工法による施工図である。
【図４】トンネル拡幅部の完成図である。
【図５】トンネル拡幅部のセグメントリング構造の実施例を示す図である。
【図６】トンネル拡幅部のセグメントリング構造の実施例を示す図である。
【図７】鉄系セグメントの構造を示す図である。
【図８】コンクリート中詰め鉄系セグメントの構造を示す図である。
【符号の説明】
１    撤去部セグメント
２    残置部セグメント
３    連結部
４    内部構造
４ａ  床
４ｂ  中柱
６    既設トンネルセグメント
７    土留め材
８ａ  支保工材
８ｂ  腹起こし材
９    空間（内部空間）
１０  凍土
１１  鉄系セグメント
１２  コンクリート中詰め鉄系セグメント
１４  撤去部および残置部セグメント間継手
１５  セグメント間継手
１６  上部残置部厚肉主桁コンクリート中詰め鉄系セグメント
１７  下部残置部厚肉主桁コンクリート中詰め鉄系セグメント
１８  残置部薄肉主桁コンクリート中詰め鉄系セグメント
２０  上部連結部セグメント
２１  下部連結部セグメント
２２  主桁
２３  縦リブ
２４  セグメント継手
２５  リング継手ボルト孔
２６  セグメント継手ボルト孔
２７  中詰めコンクリート
２８  網状鉄筋
２９  継手ボルトボックス
【図１】
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【図２】
0004050882.tif 000003
【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】
0004050882.tif 000009