土木学会第66回年次学術講演会(平成23年度)

Ⅵ‑059

大断面４連アーチカルバートの現場計測
西日本高速道路

田口敬介

鹿島建設

中野

地域地盤環境研究所

計

正会員 ○ 長屋淳一

１．はじめに
第二京阪道路は，京都と大阪を結ぶ６車線の自動車専用道路と 2～4 車線の一般道路からなるバイパス道路である。その内，寝屋川市域の閑静な住宅地が広がる丘陵地では，地中連続壁，グランドアンカーを用いて開削し，４連アーチカルバート構造物を構築する大断面トンネルを構築した。４連アーチカルバートは底版および上床版をアーチ形状とすることで上載荷重および地盤反力に対して部材に作用する曲げモーメントを軽減し，従来のボックスカルバートよりも部材の薄型化を図ったものである。本報告では，フレーム解析によるアーチカルバートとボックスカルバートの発生断面力を比較し，さらに実現場で計測されたアーチカルバートの断面力の分布状況より，アーチカルバートにおけるアーチ効果の評価を行ったものである。
1400

２．施工条件と計測断面⑧

国守工区で，４連アーチカルバートに作用する土圧と⑤④鉄筋応力の計測を行った。図-1 に４連アーチカルバー⑦⑨⑥④1400②

数字は打設順序⑩10600

現場計測は４連アーチカルバート施工区間である⑪④③①トの構造図を示す。施工手順は，地中連続壁，グラン58600

ドアンカーを用いて掘削した後，４連アーチカルバー

図-1 4 連アーチカルバートの構造と施工手順トを構築し，アーチカルバートの側部を流動化処理土，上部を現場発生土で埋戻しを行なった。図-2 に盛土順序を示す。４連アーチカルバートは，移動式スライドセントルを⑥⑪⑦⑤⑧⑩⑨用いてコンクリートを打設した。

③④３．アーチカルバートとボックスカルバートの比較①②

図-3 に４連アーチカルバートの設計における断面力と同じ規模のボックスカルバートを施工した場合の断面力

数字は盛土順序①～③は流動化処理土を示す。設計は，躯体を梁，下部地盤を地盤ばねでモデル

図-2 盛土順序化した梁ばねモデルで，躯体の自重と埋戻し土による上載荷重および側圧を作用させたケースである。図-3 よりアーチ部に作用する曲げモーメントはボックスカルバートに比べて上床版では 40～45％，底版では 50～60％に低減しており，同じ断面諸元で発生応力を比較す
るとアーチカルバートはボックスカルバートの 40～50％程度の鉄筋応力とコンクリート応力に抑えることができる。
576 576387 587

618 569

単位：

単位：522
838

2533

2735

2902

884 9832462

軸 力（アーチカルバート）

3080

2650

軸 力（ボックスカルバート）
単位：kN･ｍ

810

519
1242

単位：kN･ｍ

940

493

595

1076

1542

1037
1094

517

曲げモーメント（アーチカルバート）

2192

2368

2097

2431

1142
1078

曲げモーメント（ボックスカルバート）

図-3 アーチカルバートおよびボックスカルバートにおける発生断面力
キーワード

大断面トンネル，アーチカルバート，アーチ効果，現場計測

連絡先〒550-0012 大阪府大阪市立売堀 4 丁目 3 番 2 号‑117‑（株）地域地盤環境研究所

ＴＥＬ:06-6539-2971

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Ⅵ‑059

図-4 に埋戻しステップ⑨と⑪における土圧の計測結果を示す。鉛直土圧の計測値は，埋戻しが進むに従って土圧が増加し，ステップ⑨では計測値は土被り圧に相当

土圧 (kPa)

４．現場計測結果および設計値の比較する土圧が作用しており，設計値と良い一致を示している。ステップ⑪では，右半分の E4～E7 において設計値と350
300
250200150側圧
100500● ：ステップ⑨（計測）▲ ：ステップ⑪（計測）○ ：ステップ⑨（設計）△ ：ステップ⑪(設計）E3

土圧分布が異なる部分もあるが，土圧の計測値と設計値E1に大きな差はない。これに対して E8 の側圧は，ステップ側圧

E5E4E2E6E7E8E92⑪で設計値に対して約 150kN/m 大きな値を示している。
これは，アンカー除去に伴う土留め壁の変形により側部

図-4 躯体に作用する土圧の計測結果の流動化処理土を介して本体構造物への側圧が増加したものと考えられる。図-5 に構造体

中壁 C④打設

測値は，温度変化の影響を受けてを算出した。また，図-6 に最終盛土時の断面力分布と設計値の比較

0No.1, 2No.5, 6No.13, 14-3000
1000 7/17
曲げモーメント（kN・m/m）

けた期間だけの実測値より断面力7/22 10/27 11/1を梁，支持地盤を鉛直地盤ばねと11/6 11/11

7/10

7/15

7/20

7/25

7/30

8/4

11/11 2/5 2/10 2/15 2/20 2/25 3/1 3/6 7/10

7/15

7/20

7/25

7/30

8/4

01413-1000

No.13,1412111615
一般部

専用部

-2000

No.5,6657891012を示す。ここで設計値は，構造体上部盛土期間-1000-2000いたため，荷重による応力変化と対応させるために外力の変化を受一般部ｱｰﾁ⑨打設 専用部ｱｰﾁ⑩打設

1000
軸力 (kN/m)

変化を示す。なお，鉄筋応力の計

ピア C⑦打設2000の鉄筋応力より算出したに断面力（軸力，曲げモーメント）の経時

ピア R⑥打設-3000
7/17No.1, 2No.5, 6No.13, 1434No.1,27/22 10/2711/111/6

図-5 断面力（軸力，曲げモーメント）の経時変化した梁ばねモデルである（側部の水平地盤ばねは考慮しない）による計算値であり，実測値と比較するために荷重条件は，図-4 に示す土圧計測値とした。図-5 より中壁の No.5,6 では上部の盛土荷重の増加に伴い軸力が増加し，中壁を介して上部盛土荷重が底盤端部に載荷されることにより，底盤右端部の No.1,2では大きな曲げモーメントの発生が生じている。
設計における断面力分布の特徴は，中壁の軸力および底盤端部の曲げモーメントの発生であり，設計値は計測値の断面力の傾向は概ね表現している軸 力

020004000 (kN/m)● ：計測値：設計値

曲げモーメント

030006000 (kN・m/m)● ：計測値：設計値と言える。また，計測値ではアーチ部における曲げモーメントの発生がほとんどない。これはアーチ形状によるアーチ効果に加え，土留め壁の変形によると思われる右側からの側方土圧の発生によりアーチ脚部の側方変位が抑えられたため，曲げモーメントの発生が低減されてより安定した応力状態となったと考えられる。

図-6 設計値の比較

荷重条件：計測土圧６．まとめ
大断面４連アーチカルバートに関する梁ばねモデルによる解析および現場計測結果より以下の結論を得た。
①梁ばねモデルによる解析より底版および上床版をアーチ形状にすることによりアーチ部に作用する曲げモーメントが低減され，ボックスカルバートに比べて鉄筋応力およびコンクリート応力の 40～50％程度に抑えることができる。現場計測値においても発生曲げモーメントは非常に小さい。
②梁ばねモデルによる設計値は，現場計測値の断面力の発生傾向を概ね表しており，設計モデルの考え方は妥当であったと言える。

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