トンネルくびれ部の覆工構造及びその構築方法
【課題】 くびれ部を有するトンネルの覆工構造において、補強構造体のコストを低減できるトンネルくびれ部の覆工構造及びその構築方法を提供する。
【解決手段】 二本のトンネル覆工体のくびれ部の上方に上方くびれ部５を有するトンネルの覆工構造において、補強構造体Ｈは、双方のトンネル覆工体にある上方くびれ部５の外側に沿った断面形状略三角形を形成している。補強構造体Ｈはコンクリートブロックである補強ブロック８が複数連続して構成され、上方くびれ部５に外接して設けられている。補強ブロック８にはトンネル横断方向に緊張部材１２が貫通し、緊張部材１２の両端がメガネ型トンネル３の覆工体に固定されている。
【解決手段】 二本のトンネル覆工体のくびれ部の上方に上方くびれ部５を有するトンネルの覆工構造において、補強構造体Ｈは、双方のトンネル覆工体にある上方くびれ部５の外側に沿った断面形状略三角形を形成している。補強構造体Ｈはコンクリートブロックである補強ブロック８が複数連続して構成され、上方くびれ部５に外接して設けられている。補強ブロック８にはトンネル横断方向に緊張部材１２が貫通し、緊張部材１２の両端がメガネ型トンネル３の覆工体に固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルくびれ部の覆工構造及びその構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二本のトンネルが合流又は分岐する部分のトンネル接合部では、断面形状がメガネ型となる。このトンネル接合部では、トンネル同士が接合するくびれ形状の覆工部分が覆工外から土水圧を受けると、くびれ部の外側に通常の円形トンネルと比較して大きな曲げモーメントが生じる。よって、このくびれ部の覆工構造を補強するために、トンネル内部の上下方向に中柱を設けた補強構造を採用することが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
道路ランプ部の分岐部または合流部など、断面形状がメガネ型のトンネルとなるケースでは、シールド工法によって、二本のシールドトンネルが地下で直接接合して構築される。この分岐合流シールドトンネルの場合には、用途上の構造より中柱を構築することができない。したがってこの場合、中柱を設置しないでメガネ型トンネルのくびれ部の耐荷重を上げる必要があるために、セグメントの桁高を大きくすることや、トンネル軸方向に延設される梁をくびれ部のセグメントに設けるなど高強度構造の覆工を構築している。
また、中柱を設置しない別の覆工補強方法として、トンネル横断方向の上下部に水平梁を取り付け、メガネ型トンネルの覆工構造を強化する方法がある
【特許文献１】特開平４−９３４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、中柱を構築できないメガネ型トンネルにおいて、セグメントの桁高を大きくして覆工を高強度構造とする方法は、トンネル断面が増大するため、セグメントやシールド掘進機のコストアップとなり経済的に問題がある。例えば、通常断面でセグメント桁高が６００ｍｍ程度となるトンネルの場合、メガネ型トンネルにおけるセグメント桁高を設計試算すると２倍以上の桁高が必要となる。この場合、トンネル内空で建築限界を確保すると、シールド掘削径が大きくなり、それに伴うシールド掘進機や施工にかかるコストが増加する。
また、トンネル軸方向に梁を延設して覆工を高強度構造とする方法は、くびれ部のセグメントが複雑で特殊な構造となることから、セグメントのコストが増加する。
また、トンネル坑内に水平梁を設置して補強する方法は、狭い空間の中で仮支柱と水平梁を受け替え架設するため、施工が大掛かりとなり、工期も長期化するという問題がある。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、例えば断面形状がメガネ型となるトンネルのようなくびれ部を有するトンネルの覆工構造において、補強構造体のコストを低減することができるトンネルくびれ部の覆工構造及びその構築方法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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係るトンネルくびれ部の覆工構造は、覆工箇所にくびれ部を有するトンネルの覆工構造において、くびれ部の外側に沿うように形成された補強構造体が、くびれ部に外接しトンネル軸方向に設けられていることを特徴としている。
本発明では、トンネルくびれ部の外側に生じる圧縮力を、補強構造体で受けることができる。このため、セグメント桁高を大きくするなどコストの大きな高強度覆工とする必要がなく、補強構造体のコストを低減することができる。
【０００６】
また、本発明に係る補強構造体は、トンネル横断方向に緊張部材が貫通され、緊張部材の両端は、トンネルに固定されていることが好ましい。
本発明では、補強構造体とトンネルとを強固に連結できると共に、くびれ部の内側方向に生じる引張力を緩和することができる。
【０００７】
また、本発明に係る補強構造体は、断面形状が略三角形で所定厚みを有するコンクリートブロックが連結されていることが好ましい。
本発明では、補強構造体の構築作業に推進工法を採用することができるため、作業を簡易化できる。また、予め工場などでコンクリートブロックを製作できるため工期を短縮できる。
【０００８】
また、本発明に係るトンネルくびれ部の構築方法は、コンクリートブロックが所定の作業坑より推進工法によって推進力を受け、くびれ部に外接して推進し、複数のコンクリートブロックが継ぎ足されて連続する補強構造体を構築する第一の工程と、くびれ部の外側と補強構造体との間隙に充填材を注入する第二の工程と、補強構造体に緊張部材を貫通し、その両端を二本のトンネルに固定する第三の工程とを備えることを特徴としている。
本発明では、広範囲にわたらず、限られた作業スペースの中で補強構造体を構築できるため、施工を簡易化でき、工事費を低減できる。また、予め成形されたコンクリートブロックを使用するため、工期を短縮できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、トンネルくびれ部の覆工構造において、くびれ部の外側に設けた補強構造体によってくびれ部にかかる圧縮力を受けもつことができ、メガネ型トンネルの坑内に中柱を構築することなく、セグメントの桁高を大きくすることや、梁を設置するなどコストの大きな高強度構造体を設けることなく、補強構造体のコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態によるトンネルくびれ部の覆工構造について、図面に基づいて説明する。図１は実施の形態による分岐合流シールド工法による合流部におけるトンネル断面図、図２は図１に示すトンネルくびれ部における補強構造体の拡大図、図３は図２に示す覆工補強の構築工程を示す図、図４は図３に示す覆工補強のＡ−Ａ線断面図、図５は同じくＢ−Ｂ線断面図、図６は実施の形態によるトンネルくびれ部の覆工構造における覆工補強構築の工程説明図である。
本実施の形態による分岐合流シールド工法における合流部は、地上からの開削工法によらない方法であり、シールド工法によって、二本のトンネルを地下で接続する施工又は１本のトンネルを分岐する施工である。平面視において、本線トンネル１の左側に、分岐線トンネル２が徐々に接近してＹ字状に接続しており、図１はトンネル接合部の断面を示している。図１に示すように、本線トンネル１は円管状の本線セグメント１ａを備えたシールドトンネルであり、分岐線トンネル２は本線トンネル１と同様に分岐線セグメント２ａを備えている。本線トンネル１と分岐線トンネル２とが合流したトンネルは、双方のトンネル１、２の接合箇所にくびれ部を有し、上下方向のくびれ部間のセグメントが取り除かれて連通し、トンネル断面がメガネ形状となるメガネ型トンネル３を形成している。また、本線トンネル１は、図１のＫに示す建築限界を確保するため、右側面より外側に水平に張り出して拡幅された拡幅部４を形成している。
【００１１】
図１に示すように、本線セグメント１ａと分岐線セグメント２ａとが接合する交点には、トンネル上下の二箇所に略Ｖ字型と略逆Ｖ字型のくびれ部を形成している。そして、二箇所のくびれ部は、上方に上方くびれ部５（くびれ部）を、同じく下方に下方くびれ部６（くびれ部）を有している。
上方くびれ部５の外側の空間に断面形状が略三角形となる補強領域７が形成され、この補強領域７には、補強領域７と略同一断面形状で所定の厚みを有するコンクリートから形成される補強ブロック８（コンクリートブロック）が、複数連続して設置され補強構造体Ｈを構成している。
また、下方くびれ部６を補強するため、メガネ型トンネル３の底盤部から下側外方に向けて複数のアースアンカー９が設置されている。なお、補強ブロック８及びアースアンカー９の施工期間中は、メガネ型トンネル３内の上下方向を支持する撤去可能な仮設の第一支柱１０ａと第二支柱１０ｂとが設けられている。
【００１２】
補強ブロック８は、セグメント工場等で予め製作されているものを坑内に搬入して使用する。そして、推進工法によって補強ブロック８が順次継ぎ足され、補強ブロック８同士の推進方向の接続面が凹凸形状を有し係合している（図３参照）。また、上方くびれ部５の外側と補強構造体Ｈとの間隙には、モルタル等の充填材１１が充填されている。
【００１３】
さらに、図２に示すように、補強構造体Ｈとメガネ型トンネル３とを固定するため、トンネル横断方向に鋼線或いは鋼棒などの棒状の緊張部材１２が設けられている。各補強ブロック８には緊張部材１２を貫通させるための貫通孔１３が予め設けられている。各補強ブロック８に設けられた貫通孔１３の穴の位置に一致するように、本線セグメント１ａの内側から外側に向かって貫通した掘削孔１ｂと、同様に分岐線セグメント２ａに貫通した掘削孔２ｂとが設けられている。夫々の掘削孔１ｂおよび２ｂ内に円筒状の固定管１４ａ、１４ｂが備えられ、双方の固定管１４ａ、１４ｂ内には、緊張部材１２の両端部が挿入され固着している。
そして、各補強ブロック８には、貫通孔１３と干渉しないように推進軸方向と平行な方向に配置され、推進切羽に送水するために複数本設けられた送水孔１５と、推進切羽で発生した土砂を排土するための排土孔１６とが設けられている。
【００１４】
次に、実施の形態によるトンネルくびれ部の覆工構造おいて、補強部の施工方法について図面に基づいて説明する。
先ず、メガネ型トンネル３の補強区間には、トンネル内の上下方向に仮設の第一支柱１０ａ及び第二支柱１０ｂが建て込まれ、メガネ型トンネル３のセグメントにかかる土水圧をトンネル上下の面内方向で支持する（図１参照）。
【００１５】
次に、補強構造体Ｈの構築方法について図面に基づいて説明する。
図３において、補強構造体Ｈを形成する補強ブロック８の推進設備は、推進によって先頭にくる補強ブロック８の切羽面に設けられた掘削機構Ｒと、掘削機構Ｒに推進力を与え、掘削機構Ｒが機能するための送水や排土に関わる推進設備が推し出し側に設けられた推進機構Ｓとから構成されている。
【００１６】
掘削機構Ｒは、図３、図５に示すように、切羽を掘削するための機構であり、切羽側先端の補強ブロック８側面を囲む三角形枠状に形成されるスキンプレート１７と、スキンプレート１７の内側に形成される面板１８と、面板１８の周縁部に設けられ推進方向に張り出した掘削刃１９とから構成されている。また、面板１８には、高圧水が推進方向を中心に回転噴射されて地山を掘削する高圧噴射部２０と、掘削された土砂と水を推進機構Ｓ方向に排出する土砂搬出口２１とが設けられている。
【００１７】
推進機構Ｓは、図３、４に示すように、補強ブロック８の後端面に対向して設けられた反力壁２２と、反力壁２２と補強ブロック８との間に据えられ推進力を発生させる推進ジャッキ２３と、補強ブロック８の送水孔１５内に挿入され推進切羽の高圧噴射部２０に接続される送水管２４と、補強ブロック８の排土孔１６内に挿入されたスクリュ等の土砂回収機構２５とから構成されている。そして、推進機構Ｓは、推進作業坑２６内に設置され、推進作業が行われる。
【００１８】
次に、補強構造体Ｈの構築にあたって実施される準備工について、図３、図４に基づいて説明する。
先ず、メガネ型トンネル３の坑内天端より外方に向けて、トンネル横断方向に円弧状となる複数の曲線パイプルーフ２７を施工し、横型の半円柱形状となる屋根構造を形成する推進作業坑２６が構築される。図３に示すように、推進作業坑２６内で、掘削機構Ｒは、推進方向の先頭に設置される補強ブロック８の切羽面を、掘削機構Ｒのスキンプレート１７の内側に挿入させて固定する。そして、反力壁２２が補強ブロック８の後端に対向する位置に備えられ、補強ブロック８の後端面と反力壁２２との間に推進ジャッキ２３を設ける。これにより、反力壁２２に推進反力をとって推進することができる。
さらに、補強ブロック８内に設けられている送水孔１５内に送水管２４が挿入され、送水管２４の先端部は高圧噴射部２０に接続され、高圧水が切羽に送られる。また、排土孔１６の内部にはスクリュなどの土砂回収機構２５が挿入され、切羽で掘削された土砂と掘削で使用された水は土砂搬出口２１から排出され、土砂回収機構２５を介して推進作業坑２６側へ搬出される。
以上までの作業が、推進作業の準備工となる。
【００１９】
次に、推進以降の工程について図３、図５、図６に基づいて説明する。
図３に示す第一工程では、補強ブロック８が推進ジャッキ２３の推進力によって矢印Ｔ方向に推し出されると、掘削機構Ｒの掘削刃１９は推進方向の地山にくい込み、図５に示すように高圧噴射部２０から推進軸を中心に回転噴射される高圧水によって地山を掘削する。１ブロック分の補強ブロック８が推進完了すると、推進ジャッキ２３と補強ブロック８後端面との間に、次にセットされる補強ブロック８を継ぎ足し、上記同様の推進作業を繰り返す。推進作業に伴い、送水管２４及び土砂回収機構２５は、補強ブロック８の継ぎ足しと同時に延伸される。このようにして、複数の補強ブロック８が推進方向に連続して形成される補強構造体Ｈが構築される（図６（ａ）参照）。
【００２０】
次に、図６（ｂ）に示す第二工程では、上方くびれ部５の外側と補強構造体Ｈとの間隙に、モルタル等の充填材１１が注入される。
続いて、図６（ｃ）に示す第三工程では、貫通孔１３の両端面の位置に一致するようにメガネ型トンネル３のセグメント１ａ，２ａの内側より外側に向かって掘削孔１ｂ及び２ｂが削孔され、この双方の掘削孔１ｂ及び２ｂに固定管１４ａ，１４ｂを設置する。
最後に、第四工程として、貫通孔１３と固定管１４ａ、１４ｂとがトンネル横断方向に一本の連続孔を形成し、この孔内に緊張部材１２が挿入され、孔内の隙間はグラウトによって充填される（図２参照）。これにより、補強構造体Ｈは、本線セグメント１ａ及び分岐線セグメント２ａに固定される。
【００２１】
以上の作業によって、上方くびれ部５の覆工補強が構築される。その後、推進機構Ｓが撤去され、推進作業坑２６はモルタル等の充填により閉塞される。また、ここまでの工程期間中に、ネガネ型トンネル３の坑内より下側外方に向けてアースアンカー９を施工し、下方くびれ部６を補強する。そして、最後に覆工補強期間中の仮柱として設置していた第一支柱１０ａ及び第二支柱１０ｂを撤去する。
【００２２】
メガネ型トンネル３が覆工外部から受ける土水圧によって、上方くびれ部５に生じる曲げモーメントは、上方くびれ部５の上方部では外側方向に曲げモーメント（圧縮力）が作用する。一方、上方くびれ部５の下方部で二本のトンネルの交点に近い位置では、圧縮力に反対向きとなる内側方向に曲げモーメント（引張力）が作用する。本実施の形態による覆工補強を施工することによって、上方くびれ部５に生じた圧縮力は、構築された補強構造体Ｈが受けもつことになる。補強構造体Ｈは、圧縮力に強いコンクリートから形成されているため、上方くびれ部５の覆工から受ける圧縮力に対して有効となる。
緊張部材１２は、補強構造体Ｈとメガネ型トンネル３を強固に連結できる。そして、緊張部材１２が引張力と反対方向に緊張することにより、上方くびれ部５の内側方向に作用する引張力を緩和することができる。
【００２３】
本実施の形態によるトンネル接合部の覆工構造において、上方くびれ部５の外側に補強構造体Ｈを設置することによって、従来技術のようなコストの高い高強度覆工構造を構築することがなくなり、全体工事費を低減できる。さらに、補強構造体Ｈを構築したメガネ型トンネル３は、中柱を設置しない構造とすることができる。
また、補強ブロック８は、予め、搬入、設置し易いブロック形状に製造されたものであるため、推進作業坑２６で推進工法が採用でき、広範囲にわたらず限られた作業範囲の中で施工することができる。そのため、施工が簡易化されるため、工期を短縮でき、工事費を削減することができる。
【００２４】
以上、本発明によるトンネルくびれ部の覆工構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施の形態では、補強構造体Ｈをシールドトンネルのメガネ型トンネル３に設けているが、覆工箇所にくびれ部を有するトンネルであれば、シールドトンネルに限定されることはなく、例えばＮＡＴＭトンネルに適用してもよい。要は、本発明において所期の作用効果が得られればよいのである。それから、本実施の形態では二本のトンネルとしたが、並列した二本のみのトンネルに限定されることはなく、三本或いは四本などのトンネルが並列する場合でも、その隣接して並列する二本のトンネルでもよい。さらにこれらの二本のトンネルが別々に施工されたものである必要はなく、同時に施工されたものであってもよい。断面形状にくびれ部を有するものであればよいのである。
また、上記実施の形態では、上方くびれ部５を補強するために補強構造体Ｈを設けているが、下方くびれ部６の補強においても、アースアンカー９でなく上方くびれ部５と同様の補強効果を得ることができる補強構造体Ｈを適用してもよい。
また、補強ブロック８はコンクリートブロックであるが、これに限定されることはなく、掘削後、補強領域７にコンクリートを打設する等の施工により同様の効果を得られる構造体を構築してもよい。そして、実施の形態では、補強ブロック８毎に貫通孔１３を取り付けて緊張部材１２を貫装しているが、１ブロック置きでもよく緊張部材１２の装着間隔は任意である。
さらに、上記の実施の形態において、推進作業は一箇所の推進作業坑２６からの片押し施工としているが、補強区間両端の二箇所に推進作業坑２６を設けて両押し施工としてもよく、また、補強区間の中間に推進作業坑２６を設け、そこから両方向に推進してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態によるトンネルくびれ部の覆工構造に関するものであって、分岐合流シールド工法の合流部におけるトンネル断面図である。
【図２】図１に示すトンネルくびれ部における補強構造体の拡大図である。
【図３】図１に示すトンネルくびれ部における補強構造体の構築工程を示す図である。
【図４】図３に示すトンネルくびれ部における補強構造体のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３に示すトンネルくびれ部における補強構造体のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】実施の形態によるトンネルくびれ部の覆工構造に関するものであって、覆工補強構築の工程説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ 本線トンネル
２ 分岐線トンネル
３ メガネ型トンネル
５ 上方くびれ部（くびれ部）
６ 下方くびれ部（くびれ部）
７ 補強領域
８ 補強ブロック（コンクリートブロック）
９ アースアンカー
１０ａ 第一支柱
１０ｂ 第二支柱
１１ 充填材
１２ 緊張部材
１３ 貫通孔
１４ａ 固定管
１４ｂ 固定管
２６ 推進作業坑
２７ 曲線パイプルーフ
Ｈ 補強構造体
Ｒ 掘削機構
Ｓ 推進機構
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルくびれ部の覆工構造及びその構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二本のトンネルが合流又は分岐する部分のトンネル接合部では、断面形状がメガネ型となる。このトンネル接合部では、トンネル同士が接合するくびれ形状の覆工部分が覆工外から土水圧を受けると、くびれ部の外側に通常の円形トンネルと比較して大きな曲げモーメントが生じる。よって、このくびれ部の覆工構造を補強するために、トンネル内部の上下方向に中柱を設けた補強構造を採用することが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
道路ランプ部の分岐部または合流部など、断面形状がメガネ型のトンネルとなるケースでは、シールド工法によって、二本のシールドトンネルが地下で直接接合して構築される。この分岐合流シールドトンネルの場合には、用途上の構造より中柱を構築することができない。したがってこの場合、中柱を設置しないでメガネ型トンネルのくびれ部の耐荷重を上げる必要があるために、セグメントの桁高を大きくすることや、トンネル軸方向に延設される梁をくびれ部のセグメントに設けるなど高強度構造の覆工を構築している。
また、中柱を設置しない別の覆工補強方法として、トンネル横断方向の上下部に水平梁を取り付け、メガネ型トンネルの覆工構造を強化する方法がある
【特許文献１】特開平４−９３４９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、中柱を構築できないメガネ型トンネルにおいて、セグメントの桁高を大きくして覆工を高強度構造とする方法は、トンネル断面が増大するため、セグメントやシールド掘進機のコストアップとなり経済的に問題がある。例えば、通常断面でセグメント桁高が６００ｍｍ程度となるトンネルの場合、メガネ型トンネルにおけるセグメント桁高を設計試算すると２倍以上の桁高が必要となる。この場合、トンネル内空で建築限界を確保すると、シールド掘削径が大きくなり、それに伴うシールド掘進機や施工にかかるコストが増加する。
また、トンネル軸方向に梁を延設して覆工を高強度構造とする方法は、くびれ部のセグメントが複雑で特殊な構造となることから、セグメントのコストが増加する。
また、トンネル坑内に水平梁を設置して補強する方法は、狭い空間の中で仮支柱と水平梁を受け替え架設するため、施工が大掛かりとなり、工期も長期化するという問題がある。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、例えば断面形状がメガネ型となるトンネルのようなくびれ部を有するトンネルの覆工構造において、補強構造体のコストを低減することができるトンネルくびれ部の覆工構造及びその構築方法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】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係るトンネルくびれ部の覆工構造は、覆工箇所にくびれ部を有するトンネルの覆工構造において、くびれ部の外側に沿うように形成された補強構造体が、くびれ部に外接しトンネル軸方向に設けられていることを特徴としている。
本発明では、トンネルくびれ部の外側に生じる圧縮力を、補強構造体で受けることができる。このため、セグメント桁高を大きくするなどコストの大きな高強度覆工とする必要がなく、補強構造体のコストを低減することができる。
【０００６】
また、本発明に係る補強構造体は、トンネル横断方向に緊張部材が貫通され、緊張部材の両端は、トンネルに固定されていることが好ましい。
本発明では、補強構造体とトンネルとを強固に連結できると共に、くびれ部の内側方向に生じる引張力を緩和することができる。
【０００７】
また、本発明に係る補強構造体は、断面形状が略三角形で所定厚みを有するコンクリートブロックが連結されていることが好ましい。
本発明では、補強構造体の構築作業に推進工法を採用することができるため、作業を簡易化できる。また、予め工場などでコンクリートブロックを製作できるため工期を短縮できる。
【０００８】
また、本発明に係るトンネルくびれ部の構築方法は、コンクリートブロックが所定の作業坑より推進工法によって推進力を受け、くびれ部に外接して推進し、複数のコンクリートブロックが継ぎ足されて連続する補強構造体を構築する第一の工程と、くびれ部の外側と補強構造体との間隙に充填材を注入する第二の工程と、補強構造体に緊張部材を貫通し、その両端を二本のトンネルに固定する第三の工程とを備えることを特徴としている。
本発明では、広範囲にわたらず、限られた作業スペースの中で補強構造体を構築できるため、施工を簡易化でき、工事費を低減できる。また、予め成形されたコンクリートブロックを使用するため、工期を短縮できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、トンネルくびれ部の覆工構造において、くびれ部の外側に設けた補強構造体によってくびれ部にかかる圧縮力を受けもつことができ、メガネ型トンネルの坑内に中柱を構築することなく、セグメントの桁高を大きくすることや、梁を設置するなどコストの大きな高強度構造体を設けることなく、補強構造体のコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態によるトンネルくびれ部の覆工構造について、図面に基づいて説明する。図１は実施の形態による分岐合流シールド工法による合流部におけるトンネル断面図、図２は図１に示すトンネルくびれ部における補強構造体の拡大図、図３は図２に示す覆工補強の構築工程を示す図、図４は図３に示す覆工補強のＡ−Ａ線断面図、図５は同じくＢ−Ｂ線断面図、図６は実施の形態によるトンネルくびれ部の覆工構造における覆工補強構築の工程説明図である。
本実施の形態による分岐合流シールド工法における合流部は、地上からの開削工法によらない方法であり、シールド工法によって、二本のトンネルを地下で接続する施工又は１本のトンネルを分岐する施工である。平面視において、本線トンネル１の左側に、分岐線トンネル２が徐々に接近してＹ字状に接続しており、図１はトンネル接合部の断面を示している。図１に示すように、本線トンネル１は円管状の本線セグメント１ａを備えたシールドトンネルであり、分岐線トンネル２は本線トンネル１と同様に分岐線セグメント２ａを備えている。本線トンネル１と分岐線トンネル２とが合流したトンネルは、双方のトンネル１、２の接合箇所にくびれ部を有し、上下方向のくびれ部間のセグメントが取り除かれて連通し、トンネル断面がメガネ形状となるメガネ型トンネル３を形成している。また、本線トンネル１は、図１のＫに示す建築限界を確保するため、右側面より外側に水平に張り出して拡幅された拡幅部４を形成している。
【００１１】
図１に示すように、本線セグメント１ａと分岐線セグメント２ａとが接合する交点には、トンネル上下の二箇所に略Ｖ字型と略逆Ｖ字型のくびれ部を形成している。そして、二箇所のくびれ部は、上方に上方くびれ部５（くびれ部）を、同じく下方に下方くびれ部６（くびれ部）を有している。
上方くびれ部５の外側の空間に断面形状が略三角形となる補強領域７が形成され、この補強領域７には、補強領域７と略同一断面形状で所定の厚みを有するコンクリートから形成される補強ブロック８（コンクリートブロック）が、複数連続して設置され補強構造体Ｈを構成している。
また、下方くびれ部６を補強するため、メガネ型トンネル３の底盤部から下側外方に向けて複数のアースアンカー９が設置されている。なお、補強ブロック８及びアースアンカー９の施工期間中は、メガネ型トンネル３内の上下方向を支持する撤去可能な仮設の第一支柱１０ａと第二支柱１０ｂとが設けられている。
【００１２】
補強ブロック８は、セグメント工場等で予め製作されているものを坑内に搬入して使用する。そして、推進工法によって補強ブロック８が順次継ぎ足され、補強ブロック８同士の推進方向の接続面が凹凸形状を有し係合している（図３参照）。また、上方くびれ部５の外側と補強構造体Ｈとの間隙には、モルタル等の充填材１１が充填されている。
【００１３】
さらに、図２に示すように、補強構造体Ｈとメガネ型トンネル３とを固定するため、トンネル横断方向に鋼線或いは鋼棒などの棒状の緊張部材１２が設けられている。各補強ブロック８には緊張部材１２を貫通させるための貫通孔１３が予め設けられている。各補強ブロック８に設けられた貫通孔１３の穴の位置に一致するように、本線セグメント１ａの内側から外側に向かって貫通した掘削孔１ｂと、同様に分岐線セグメント２ａに貫通した掘削孔２ｂとが設けられている。夫々の掘削孔１ｂおよび２ｂ内に円筒状の固定管１４ａ、１４ｂが備えられ、双方の固定管１４ａ、１４ｂ内には、緊張部材１２の両端部が挿入され固着している。
そして、各補強ブロック８には、貫通孔１３と干渉しないように推進軸方向と平行な方向に配置され、推進切羽に送水するために複数本設けられた送水孔１５と、推進切羽で発生した土砂を排土するための排土孔１６とが設けられている。
【００１４】
次に、実施の形態によるトンネルくびれ部の覆工構造おいて、補強部の施工方法について図面に基づいて説明する。
先ず、メガネ型トンネル３の補強区間には、トンネル内の上下方向に仮設の第一支柱１０ａ及び第二支柱１０ｂが建て込まれ、メガネ型トンネル３のセグメントにかかる土水圧をトンネル上下の面内方向で支持する（図１参照）。
【００１５】
次に、補強構造体Ｈの構築方法について図面に基づいて説明する。
図３において、補強構造体Ｈを形成する補強ブロック８の推進設備は、推進によって先頭にくる補強ブロック８の切羽面に設けられた掘削機構Ｒと、掘削機構Ｒに推進力を与え、掘削機構Ｒが機能するための送水や排土に関わる推進設備が推し出し側に設けられた推進機構Ｓとから構成されている。
【００１６】
掘削機構Ｒは、図３、図５に示すように、切羽を掘削するための機構であり、切羽側先端の補強ブロック８側面を囲む三角形枠状に形成されるスキンプレート１７と、スキンプレート１７の内側に形成される面板１８と、面板１８の周縁部に設けられ推進方向に張り出した掘削刃１９とから構成されている。また、面板１８には、高圧水が推進方向を中心に回転噴射されて地山を掘削する高圧噴射部２０と、掘削された土砂と水を推進機構Ｓ方向に排出する土砂搬出口２１とが設けられている。
【００１７】
推進機構Ｓは、図３、４に示すように、補強ブロック８の後端面に対向して設けられた反力壁２２と、反力壁２２と補強ブロック８との間に据えられ推進力を発生させる推進ジャッキ２３と、補強ブロック８の送水孔１５内に挿入され推進切羽の高圧噴射部２０に接続される送水管２４と、補強ブロック８の排土孔１６内に挿入されたスクリュ等の土砂回収機構２５とから構成されている。そして、推進機構Ｓは、推進作業坑２６内に設置され、推進作業が行われる。
【００１８】
次に、補強構造体Ｈの構築にあたって実施される準備工について、図３、図４に基づいて説明する。
先ず、メガネ型トンネル３の坑内天端より外方に向けて、トンネル横断方向に円弧状となる複数の曲線パイプルーフ２７を施工し、横型の半円柱形状となる屋根構造を形成する推進作業坑２６が構築される。図３に示すように、推進作業坑２６内で、掘削機構Ｒは、推進方向の先頭に設置される補強ブロック８の切羽面を、掘削機構Ｒのスキンプレート１７の内側に挿入させて固定する。そして、反力壁２２が補強ブロック８の後端に対向する位置に備えられ、補強ブロック８の後端面と反力壁２２との間に推進ジャッキ２３を設ける。これにより、反力壁２２に推進反力をとって推進することができる。
さらに、補強ブロック８内に設けられている送水孔１５内に送水管２４が挿入され、送水管２４の先端部は高圧噴射部２０に接続され、高圧水が切羽に送られる。また、排土孔１６の内部にはスクリュなどの土砂回収機構２５が挿入され、切羽で掘削された土砂と掘削で使用された水は土砂搬出口２１から排出され、土砂回収機構２５を介して推進作業坑２６側へ搬出される。
以上までの作業が、推進作業の準備工となる。
【００１９】
次に、推進以降の工程について図３、図５、図６に基づいて説明する。
図３に示す第一工程では、補強ブロック８が推進ジャッキ２３の推進力によって矢印Ｔ方向に推し出されると、掘削機構Ｒの掘削刃１９は推進方向の地山にくい込み、図５に示すように高圧噴射部２０から推進軸を中心に回転噴射される高圧水によって地山を掘削する。１ブロック分の補強ブロック８が推進完了すると、推進ジャッキ２３と補強ブロック８後端面との間に、次にセットされる補強ブロック８を継ぎ足し、上記同様の推進作業を繰り返す。推進作業に伴い、送水管２４及び土砂回収機構２５は、補強ブロック８の継ぎ足しと同時に延伸される。このようにして、複数の補強ブロック８が推進方向に連続して形成される補強構造体Ｈが構築される（図６（ａ）参照）。
【００２０】
次に、図６（ｂ）に示す第二工程では、上方くびれ部５の外側と補強構造体Ｈとの間隙に、モルタル等の充填材１１が注入される。
続いて、図６（ｃ）に示す第三工程では、貫通孔１３の両端面の位置に一致するようにメガネ型トンネル３のセグメント１ａ，２ａの内側より外側に向かって掘削孔１ｂ及び２ｂが削孔され、この双方の掘削孔１ｂ及び２ｂに固定管１４ａ，１４ｂを設置する。
最後に、第四工程として、貫通孔１３と固定管１４ａ、１４ｂとがトンネル横断方向に一本の連続孔を形成し、この孔内に緊張部材１２が挿入され、孔内の隙間はグラウトによって充填される（図２参照）。これにより、補強構造体Ｈは、本線セグメント１ａ及び分岐線セグメント２ａに固定される。
【００２１】
以上の作業によって、上方くびれ部５の覆工補強が構築される。その後、推進機構Ｓが撤去され、推進作業坑２６はモルタル等の充填により閉塞される。また、ここまでの工程期間中に、ネガネ型トンネル３の坑内より下側外方に向けてアースアンカー９を施工し、下方くびれ部６を補強する。そして、最後に覆工補強期間中の仮柱として設置していた第一支柱１０ａ及び第二支柱１０ｂを撤去する。
【００２２】
メガネ型トンネル３が覆工外部から受ける土水圧によって、上方くびれ部５に生じる曲げモーメントは、上方くびれ部５の上方部では外側方向に曲げモーメント（圧縮力）が作用する。一方、上方くびれ部５の下方部で二本のトンネルの交点に近い位置では、圧縮力に反対向きとなる内側方向に曲げモーメント（引張力）が作用する。本実施の形態による覆工補強を施工することによって、上方くびれ部５に生じた圧縮力は、構築された補強構造体Ｈが受けもつことになる。補強構造体Ｈは、圧縮力に強いコンクリートから形成されているため、上方くびれ部５の覆工から受ける圧縮力に対して有効となる。
緊張部材１２は、補強構造体Ｈとメガネ型トンネル３を強固に連結できる。そして、緊張部材１２が引張力と反対方向に緊張することにより、上方くびれ部５の内側方向に作用する引張力を緩和することができる。
【００２３】
本実施の形態によるトンネル接合部の覆工構造において、上方くびれ部５の外側に補強構造体Ｈを設置することによって、従来技術のようなコストの高い高強度覆工構造を構築することがなくなり、全体工事費を低減できる。さらに、補強構造体Ｈを構築したメガネ型トンネル３は、中柱を設置しない構造とすることができる。
また、補強ブロック８は、予め、搬入、設置し易いブロック形状に製造されたものであるため、推進作業坑２６で推進工法が採用でき、広範囲にわたらず限られた作業範囲の中で施工することができる。そのため、施工が簡易化されるため、工期を短縮でき、工事費を削減することができる。
【００２４】
以上、本発明によるトンネルくびれ部の覆工構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施の形態では、補強構造体Ｈをシールドトンネルのメガネ型トンネル３に設けているが、覆工箇所にくびれ部を有するトンネルであれば、シールドトンネルに限定されることはなく、例えばＮＡＴＭトンネルに適用してもよい。要は、本発明において所期の作用効果が得られればよいのである。それから、本実施の形態では二本のトンネルとしたが、並列した二本のみのトンネルに限定されることはなく、三本或いは四本などのトンネルが並列する場合でも、その隣接して並列する二本のトンネルでもよい。さらにこれらの二本のトンネルが別々に施工されたものである必要はなく、同時に施工されたものであってもよい。断面形状にくびれ部を有するものであればよいのである。
また、上記実施の形態では、上方くびれ部５を補強するために補強構造体Ｈを設けているが、下方くびれ部６の補強においても、アースアンカー９でなく上方くびれ部５と同様の補強効果を得ることができる補強構造体Ｈを適用してもよい。
また、補強ブロック８はコンクリートブロックであるが、これに限定されることはなく、掘削後、補強領域７にコンクリートを打設する等の施工により同様の効果を得られる構造体を構築してもよい。そして、実施の形態では、補強ブロック８毎に貫通孔１３を取り付けて緊張部材１２を貫装しているが、１ブロック置きでもよく緊張部材１２の装着間隔は任意である。
さらに、上記の実施の形態において、推進作業は一箇所の推進作業坑２６からの片押し施工としているが、補強区間両端の二箇所に推進作業坑２６を設けて両押し施工としてもよく、また、補強区間の中間に推進作業坑２６を設け、そこから両方向に推進してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態によるトンネルくびれ部の覆工構造に関するものであって、分岐合流シールド工法の合流部におけるトンネル断面図である。
【図２】図１に示すトンネルくびれ部における補強構造体の拡大図である。
【図３】図１に示すトンネルくびれ部における補強構造体の構築工程を示す図である。
【図４】図３に示すトンネルくびれ部における補強構造体のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図３に示すトンネルくびれ部における補強構造体のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】実施の形態によるトンネルくびれ部の覆工構造に関するものであって、覆工補強構築の工程説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１ 本線トンネル
２ 分岐線トンネル
３ メガネ型トンネル
５ 上方くびれ部（くびれ部）
６ 下方くびれ部（くびれ部）
７ 補強領域
８ 補強ブロック（コンクリートブロック）
９ アースアンカー
１０ａ 第一支柱
１０ｂ 第二支柱
１１ 充填材
１２ 緊張部材
１３ 貫通孔
１４ａ 固定管
１４ｂ 固定管
２６ 推進作業坑
２７ 曲線パイプルーフ
Ｈ 補強構造体
Ｒ 掘削機構
Ｓ 推進機構
【特許請求の範囲】
【請求項１】
覆工箇所にくびれ部を有するトンネルの覆工構造において、前記くびれ部の外側に沿うように形成された補強構造体が、前記くびれ部に外接しトンネル軸方向に設けられていることを特徴とするトンネルくびれ部の覆工構造。
【請求項２】
前記補強構造体は、トンネル横断方向に緊張部材が貫通され、前記緊張部材の両端は、前記トンネルに固定されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネルくびれ部の覆工構造。
【請求項３】
前記補強構造体は、断面形状が略三角形で所定厚みを有するコンクリートブロックが連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネルくびれ部の覆工構造。
【請求項４】
覆工箇所にくびれ部を有するトンネルの覆工構造において、
コンクリートブロックが所定の作業坑より推進工法によって推進力を受け、前記くびれ部に外接して推進し、複数の前記コンクリートブロックが継ぎ足されて連続する補強構造体を構築する第一の工程と、
前記くびれ部の外側と前記補強構造体との間隙に充填材を注入する第二の工程と、
前記補強構造体に緊張部材を貫通し、その両端を前記トンネルに固定する第三の工程とを備えることを特徴とするトンネルくびれ部の構築方法。
【請求項１】
覆工箇所にくびれ部を有するトンネルの覆工構造において、前記くびれ部の外側に沿うように形成された補強構造体が、前記くびれ部に外接しトンネル軸方向に設けられていることを特徴とするトンネルくびれ部の覆工構造。
【請求項２】
前記補強構造体は、トンネル横断方向に緊張部材が貫通され、前記緊張部材の両端は、前記トンネルに固定されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネルくびれ部の覆工構造。
【請求項３】
前記補強構造体は、断面形状が略三角形で所定厚みを有するコンクリートブロックが連結されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネルくびれ部の覆工構造。
【請求項４】
覆工箇所にくびれ部を有するトンネルの覆工構造において、
コンクリートブロックが所定の作業坑より推進工法によって推進力を受け、前記くびれ部に外接して推進し、複数の前記コンクリートブロックが継ぎ足されて連続する補強構造体を構築する第一の工程と、
前記くびれ部の外側と前記補強構造体との間隙に充填材を注入する第二の工程と、
前記補強構造体に緊張部材を貫通し、その両端を前記トンネルに固定する第三の工程とを備えることを特徴とするトンネルくびれ部の構築方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−７７４９８（Ｐ２００６−７７４９８Ａ）
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６３８８５（Ｐ２００４−２６３８８５）
【出願日】平成１６年９月１０日（２００４．９．１０）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月２３日（２００６．３．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１０日（２００４．９．１０）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【Ｆターム（参考）】
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