説明

トンネル床版の構造及びトンネル床版の構築方法

【課題】 短期間で容易に構築できるトンネル床版の構造及びトンネル床版の構築方法を提供する。
【解決手段】 トンネル1内部に床版を構築するトンネル床版の構築方法において、対峙するセグメント13の形状に合わせて端面10eを成形した梁部材10をトンネル1内壁面間に弦状に架け渡し、梁部材10を位置決めした後にセグメント13に固定手段によって固定する。
そして、梁部材10とトンネル軸方向に間隔を置いて同様に架設した梁部材10との間に床版部材11を架け渡し、床版部材11を梁部材10に固定する。
ここで、セグメント13、梁部材10及び床版部材11のそれぞれの所定の位置に、予めボルト14,15,16を挿入する孔13a,10c,10d,11aを設けておく。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、円筒形のシールドトンネルなどの下部を円弧状に形成したトンネル内部に構築するトンネル床版の構造、及びその構築方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
トンネル1の下部には、平らな底面を形成して路面にしたり、トンネル1を上下に分割したりする目的で床版を設ける(図5,6参照)。
【0003】
このようなトンネル1の中でもシールドトンネルは、シールド掘削機で掘削した円筒形の掘削面に、複数の円弧状のセグメントを配置して円筒形のトンネル1内壁面を形成する。
【0004】
従来、このような円筒形に形成されたトンネル1の内部に床版を構築する方法として、図5に示すような方法が知られている(例えば、特許文献1等参照)。この方法では、トンネル1内壁面にトンネル軸方向と直交する方向に仮設の枕木3を架け渡し、その上にレール4を敷設する。
【0005】
そして、レール4上を走行する運搬車両を使用して、コンクリート床版2を構築するために必要な資材を作業現場まで運搬する。作業現場では、鉄筋を組み立てた後にコンクリートを打設して、コンクリート床版2を構築する。
【0006】
さらにこの方法では、打設したコンクリートが硬化した後に枕木3及びレール4を撤去する。
【0007】
また、図6に示すように、工場で製作した鉄筋コンクリート製のプレキャスト床版6を敷設してトンネル床版を構築する方法も知られている(例えば、特許文献2、3等参照)。
【0008】
このようにプレキャスト床版6を敷設する方法では、まず、トンネル1内壁面にトンネル軸方向(トンネル1延伸方向)に延伸する受台5を構築する。そして、並行に構築した二列の受台5,5の上にプレキャスト床版6を敷き並べる。
【特許文献1】特開平7−18990号公報(図1、2)
【特許文献2】特開2003−278495号公報(図1、3、4,0002段落乃至0003段落)
【特許文献3】特開2002−89195号公報(図1、3)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、前記した現場において直接コンクリートを打設する従来のトンネル床版の構築方法では、コンクリートの硬化を待って次の作業に移るため、待ち時間が長く工期が長期化する。
【0010】
また、前記コンクリート床版2を構築した後に、枕木3及びレール4を撤去する作業をおこなわなければならないため、作業工程が増える。
【0011】
さらに、前記したトンネル軸方向に延伸した受台5によってプレキャスト床版6を支持する従来のトンネル床版の構築方法では、コンクリートを現場で打設して受台5を構築するため、コンクリートが硬化して所定の強度に達するまでコンクリート床版6を載置することができず、作業の待ち時間ができる。
【0012】
また、プレキャスト床版6は受台5,5による二辺支持となるため、たわみ量を減らすために床版が厚くなる傾向にある。床版が厚くなると重量が大きくなり、プレキャスト床版6を支持する受台5も大型になってコストが高くなる。
【0013】
そこで、本発明は、短期間で容易に構築できるトンネル床版の構造及びトンネル床版の構築方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
前記目的を達成するために、請求項1の発明は、下部を円弧状に形成したトンネル内部に構築するトンネル床版の構造において、トンネル内壁面間に弦状に架け渡す梁部材と、該梁部材を前記トンネル内壁面に固定する固定手段と、トンネル軸方向に間隔を置いて複数架設した前記梁部材に載置する床版部材と、を有し、前記梁部材の端面を対峙する前記トンネル内壁面の形状に合わせて成形したことを特徴としている。
【0015】
また、請求項2に記載されたものは、前記梁部材は、トンネル軸に沿った方向で切断した断面が中央の突起部とその両側の棚部とによって形成される凸形状であって、前記棚部に前記床版部材を載置すると前記床版部材の上面と前記突起部の上面とが面一になる請求項1記載のトンネル床版の構造を特徴としている。
【0016】
また、請求項3に記載されたものは、前記床版部材の端面を、対峙する前記トンネル内壁面の形状に合わせて成形した請求項1又は請求項2に記載のトンネル床版の構造を特徴としている。
【0017】
更に、請求項4に記載されたものは、前記固定手段は、前記トンネル内壁面に固定する底面と前記梁部材に固定する立設面とを一体に成形した略L型の金具を有し、前記立設面に設ける締結材を挿通する孔が長孔である請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のトンネル床版の構造を特徴としている。
【0018】
そして、請求項5の発明は、下部を円弧状に形成したトンネル内部に床版を構築するトンネル床版の構築方法において、対峙するトンネル内壁面の形状に合わせて端面を成形した梁部材を前記トンネル内壁面間に弦状に架け渡し、前記梁部材を位置決めした後にトンネル内壁面に固定手段によって固定し、前記梁部材とトンネル軸方向に間隔を置いて同様に架設した梁部材との間に床版部材を架け渡し、前記床版部材を前記梁部材に固定したことを特徴としている。
【0019】
また、請求項6に記載された方法は、前記トンネル内壁面を形成するトンネル壁面部材、前記梁部材及び前記床版部材のそれぞれの所定の位置に、予め締結材を固定する孔を設けた請求項5に記載のトンネル床版の構築方法を特徴としている。
【発明の効果】
【0020】
このように構成された請求項1のものは、前記梁部材の端面が対峙するトンネル内壁面の形状に合わせて成形されており、トンネル壁面上に載置しただけで支持される。
【0021】
そして、トンネル壁面上に仮置きされた梁部材の位置合わせをおこない、その上に前記床版部材を載置すればよい。
【0022】
このため、前記梁部材の位置合わせが容易であると共に、工場などで予め製作された部材を組み立てるだけでトンネル床版の構造とすることができるので、現場での工期を短縮することができる。
【0023】
また、請求項2に記載されたものは、複数架設した前記梁部材の突起部間に前記床版部材を嵌め込むことによって面一の床面を形成する。
【0024】
このため、測量などの位置合わせをしなくとも容易に床版部材を設置できると共に、床版部材の設置によって面一の床面を形成することができる。
【0025】
さらに、前記突起部は、前記床版部材がトンネル軸方向に沿って移動することを阻止するため、ずれ止めとしての効果も有する。
【0026】
また、請求項3に記載されたものは、前記床版部材の端面も対峙するトンネル内壁面の形状に合わせて成形する。
【0027】
このため、前記床版部材は、前記梁部材とトンネル内壁面とによって四辺支持されることになり、二辺支持に比べてたわみ量が少なくなるので、床版の厚さを薄くすることができる。
【0028】
更に、請求項4に記載されたものは、前記梁部材を固定するために使用する略L型の金具の前記立設面に長孔を設けている。
【0029】
このため、トンネル内壁面を形成するセグメントが施工誤差によって傾いて取り付けられたとしても、長孔内で調節することで、容易に梁部材を正確な位置に固定することができる。
【0030】
また、請求項5に記載された発明は、端面をトンネル内壁面の形状に合わせて成形した前記梁部材を、トンネル内壁面間に架け渡し、梁部材の位置合わせをした後にトンネル内壁面に固定する。
【0031】
そして、トンネル軸方向に間隔を置いて複数架設した前記梁部材間に、前記床版部材を架け渡すことによってトンネル床版を構築する。
【0032】
このため、前記梁部材の架設、位置合わせ、及び前記床版部材の設置作業を、待ち時間なく短期間でおこなうことができる。
【0033】
さらに、請求項6に記載された方法は、各部材の接合に使用する前記締結材を固定する孔を、各部材の所定の位置に予め設けておく。
【0034】
このため、前記孔に合わせて各部材を迅速に配置することができるので、短期間でトンネル床版を構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0035】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0036】
なお、前記従来例と同一乃至均等な部分については、同一符号を付して説明する。
【0037】
図1は、本実施の形態によるトンネル床版の構造を構成する主要部材の斜視図を示している。
【0038】
このような本実施の形態のトンネル床版の構造は、下部を円弧状に形成したトンネル1内部に構築する。トンネル1としてのシールドトンネルは、図2に示すように、コンクリートまたは鋼材で製作した円弧状のセグメント13を複数組み合わせて円筒形のトンネル1内壁面を形成する。
【0039】
本実施の形態のトンネル床版の構造は、トンネル1内壁面間に架け渡す梁部材10と、梁部材10をトンネル1内壁面に固定する固定手段と、トンネル軸方向に間隔を置いて複数架設した梁部材10,10上に載置する床版部材11と、から主に構成される。
【0040】
梁部材10は、セグメント13を組み立てて円弧状に形成したトンネル1内壁面の二点間に弦状に架け渡す梁部材である(図3参照)。この梁部材10は、工場や製作ヤードで鉄筋コンクリートまたはプレストレストコンクリートにより製作する。
【0041】
そして、梁部材10の両端面10e,10eは、架設したときに対峙するトンネル1内壁面の形状に合わせて成形する。例えば、セグメント13は、トンネル1の大きさによって決められた曲率の円弧に成形されているため、その円弧と一致する曲面形状に梁部材10の端面10e,10eを成形する。
【0042】
また、梁部材10の架設時にトンネル軸に沿った方向となる断面は、凸形状に形成する。例えば、梁部材10の中央部を長手方向に延伸する壁状の突起部10aとして成形する。
【0043】
そして、突起部10aの両側に突起部10aの上面より低い上面を形成する棚部10b,10bを設ける。突起部10aの上面と棚部10bの上面の高低差は、床版部材11の厚みと同じにする。
【0044】
このように凸形状に梁部材10を成形する場合は、形状による剛性が高まるため、内部を中空にして軽量化することもできる。
【0045】
また、梁部材10の所定の位置には、締結材を固定するための孔(梁側孔10c,棚側孔10d)を予め設けておく。孔は、梁部材10を製作する際に孔を確保する部材(インサート)を予め配置した後にコンクリートを打設して形成する。なお、コンクリート等で梁部材10を製作した後に穿孔して形成してもよい。
【0046】
締結材を固定するための孔としては、例えば端面10e近傍の棚部10bの側面に、トンネル軸方向に伸長した梁側孔10cを設ける。この梁側孔10cは、固定手段と接合するための孔である。また、棚部10b上面には、鉛直方向に伸長した棚側孔10dを設ける。この棚側孔10dは、床版部材11を固定するための孔である。
【0047】
梁部材10は固定手段を介してトンネル1内壁面に固定する。梁部材10の両端面10e,10eは対峙するトンネル1内壁面の形状に合わせて成形されているので、梁部材10に作用する荷重はトンネル1内壁面に主に支圧力として伝達される。
【0048】
荷重が常に左右バランスよく載荷される状態であれば、トンネル1内壁面に梁部材10を架け渡すだけでもよいが、片側に荷重が集中するなど両者間の摩擦抵抗のみでは架設した梁がずれる場合があるため、固定手段によって梁部材10をトンネル1内壁面に固定する。
【0049】
固定手段としては、例えばL型金具12と棒状の締結材を組み合わせたものが使用できる(図1参照)。L型金具12は、底面12bとそれに略直交する立設面12aを有する。棒状の締結材としてはボルトやピン等が使用できる。
【0050】
ここで、L型金具12の底面12bには、ボルト14によってセグメント13に固定するための孔を設ける。なお、この底面12bは、平面であってもよいが、トンネル1内壁面の形状に合わせて曲面に成形することもできる。
【0051】
そして、L型金具12の立設面12aには、梁部材10を固定するために使用するボルト15を挿入する長孔12cを設ける。この長孔12cは、L型金具12の幅方向に長い孔とする。
【0052】
梁部材10を載置するセグメント13は、トンネル1の掘削形状に合わせて設置されるため、必ずしも決められた正確な位置に配置されるとは限らない。
【0053】
このため、予めセグメント13に設けた壁側孔13aの位置に対して、正確な位置関係で梁側孔10cが配置されない場合もある(図1左下参照)。これに対して、ボルト15を挿入する立設面12aに設ける孔を長孔12cとすれば、施工誤差を吸収することができる。
【0054】
ここで、長孔12cとは、四角形の両脇に半円を連結した形状、楕円形、または長方形などの一方向が直交する他方向に対して長い孔をいう。
【0055】
床版部材11は、トンネル軸方向に間隔を置いて架設した二本の梁部材10,10上に載置する床版部材である。この床版部材11は、工場や製作ヤードで鉄筋コンクリートまたはプレストレストコンクリートにより製作する。
【0056】
そして、床版部材11の両端面11b,11bは、載置したときに対峙するトンネル1内壁面の形状に合わせて円弧状の曲面に成形するのが好ましい(図4参照)。
【0057】
床版部材11には、図1に示すように棚部10bに載置する部分に板厚方向に貫通する床版側孔11aを設ける。床版側孔11aに挿入した締結材としてのボルト16は棚側孔10dに挿入される。これによって床版部材11と梁部材10は結合する。
【0058】
以上のように構成された床版部材11のトンネル軸方向の両側端は、棚部10b,10b上に載置され、梁部材10,10によって支持される。
【0059】
また、床版部材11のトンネル1内壁面に対峙する端面11b,11bをトンネル1内壁面形状に合わせて成形した場合は、床版部材11はトンネル1内壁面によっても支持される。
【0060】
次に、トンネル床版の構築方法を説明するとともに、この実施の形態の作用について説明する。
【0061】
まず、図2に示すようにシールド掘削機で掘削した掘削面に、円弧状のセグメント13を設置する。図2では、トンネル1の下半部のみを示したが、円筒形のトンネル1内壁面が形成されるように、トンネル1上半部にもセグメント13を配置する。
【0062】
トンネル周方向のセグメント13,13間の継ぎ目は、トンネル軸方向に連続しないように千鳥配置にするのが好ましい。また、後からL型金具12を取り付けるセグメント13の所定の位置には、ボルト14を挿入するための壁厚方向に伸長した壁側孔13aを予め設けておく。
【0063】
そして、壁側孔13を設けた位置にL型金具12を固定する。図3にL型金具12を所定の位置に固定した斜視図を示す。
【0064】
L型金具12の固定位置は、梁部材10の端面10e,10eが配置される位置となる。例えば、梁部材10のトンネル1掘進方向側面が、L型金具12,12の立設面12a,12aに接触するようにL型金具12,12を取り付ける。
【0065】
そして、トンネル1坑口側から搬入した梁部材10を立設面12a,12aに押し当てて、トンネル1内壁面間に弦状に梁部材10を架け渡す(図4参照)。
【0066】
次に、トンネル1内壁面で仮支持された梁部材10を、水平状態に位置決めする。この位置決めによって、立設面12aに設けた長孔12cの範囲内に、予め梁部材10の側面に設けた梁側孔10cが現出する。そこで、現出した梁側孔10cにL型金具12側からボルト15を挿入して、L型金具12と梁部材10を結合する。
【0067】
ここで、セグメント13は、本来配置されるべき正確な位置から施工誤差を含んだ位置に配置される場合がある。セグメント13の設置時に発生する施工誤差を、ボルト15の径より僅かに大きな孔で吸収することは難しい。
【0068】
そこで、本実施の形態で示したような長孔12cをL型金具12の立設面12aに設ければ、梁部材10を正確な位置に配置してL型金具12と接合することができる。
【0069】
以上のようにして設置する梁部材10とは別に、トンネル1坑口側には片側の棚部10bに床版部材11を載置した梁部材10が既に設置されている(図2参照)。
【0070】
この梁部材10,10を配置する間隔は、棚部10b,10b間に床版部材11を架け渡したときに、突起部10aと床版部材11との間にほとんど隙間が生じない程度とする。
【0071】
このように、梁部材10,10の突起部10a,10aとトンネル1内壁面によって形成される開口の大きさと、床版部材11の大きさとが等しければ、測量などを行なわなくとも床版部材11を正確な位置に配置することができる。
【0072】
また、床版部材11は突起部10a,10a間に各々設置するため、床版部材11を連続して設置する場合に比べて誤差が累積することがない。
【0073】
図4は、L型金具12,12によってトンネル1内壁面に固定した梁部材10上に、床版部材11を載置する工程を示した断面図である。床版部材11を棚部10b,10b上に載置した後に、ボルト16を床版側孔11a及び棚側孔10dに挿入して床版部材11を梁部材10,10に固定する。
【0074】
このように梁部材10上に床版部材11を載置すると、床版部材11のトンネル軸方向の側端部は、梁部材10,10によって支持される。
【0075】
これと同時に、床版部材11のトンネル1内壁面と対峙する端面11b,11bはトンネル1内壁面に支持される。このため、床版部材11は、四辺で支持されることになる。
【0076】
床版部材11を四辺で支持できれば、二辺で支持する場合に比べて床版の厚さを薄くすることができ経済的である。また、床版部材11の上面と、突起部10aの上面によって面一の床面が形成されるため、別途、段差を埋める作業をおこなう必要がない。
【0077】
さらに、突起部10aの幅分だけ床版部材11の大きさを小さくできるため、搬入やトンネル1内部での方向転換が容易に行なえる。
【0078】
また、地震等によって床版部材11にトンネル軸方向の大きな力が作用しても、突起部10aによって移動が制限できれば、床版部材11がずれることがない。
【0079】
以上に述べたようなトンネル床版の構築方法によれば、予め製作した部材の設置と締結材による固定だけでトンネル床版を構築できる。このため、コンクリートの強度が発現するまで次の工程に移ることができないなどの作業待ちの時間が発生せず、短期間でトンネル床版を構築することができる。
【0080】
また、トンネル1の掘進に合わせて、逐次、トンネル床版を構築し、構築後は資材の搬入等にすぐに利用することができるので、作業効率が向上する。
【0081】
また、梁部材10の端面をトンネル1内壁面の形状に合わせて成形しているので、トンネル1内壁面上に載置しただけで支持できる。このため、一旦、梁部材10を仮置きしてから位置決めを行なうことができる。
【0082】
また、梁部材10に作用する上載荷重を、トンネル1内壁面に面の支圧力として伝達することができる。このため、スタッド接合などトンネル1内壁面のせん断抵抗のみによって支持される場合や、梁部材の角だけがトンネル1内壁面に局所的に接触する場合に比べて、トンネル1内壁面に局所的な集中応力を発生させることがない。
【0083】
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【0084】
例えば、トンネル1は、円筒形に構築したシールドトンネルに限定されるものではなく、下部を曲面や多角形の組み合わせによって円弧状に形成したトンネルであればよい。
【0085】
また、梁部材10又は床版部材11はコンクリート製に限定されるものではなく、鋼板やH型鋼材等を組み合わせて製作することもできる。
【0086】
さらに、床版部材11の幅が広くなる場合は、トンネル軸直交方向に複数部材となるように分割し、それぞれ梁部材10,10間に架け渡して固定することによって床版部材11としてもよい。
【0087】
また、前記実施の形態では、梁部材10の棚部10bに床版部材11を載置したが、トンネル軸方向の断面が四角形の梁部材(図示せず)を使用して、梁部材10を覆い隠すように床版部材11を設置してもよい。
【0088】
さらに、上記実施の形態においては、L型金具12を介して梁部材10をトンネル1内壁面に固定したが、梁部材10の端面10eに現出する孔を設けて、ピン等の締結材によってトンネル1内壁面に、直接、梁部材10を固定してもよい。
【0089】
また、セグメント13、梁部材10または床版部材11に締結材を固定するために設ける孔は、製作時に予め設けたものでなくとも、設置現場で締結材を打ち込む際に設けてもよい。
【0090】
さらに、梁部材10をトンネル1内壁面に固定する固定手段は、金具と締結材を組み合わせたものでなくとも、エポキシ樹脂や無収縮モルタルなどの接着剤などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【0091】
【図1】本発明の最良の実施の形態のトンネル床版の構造の全体の構成を説明する分解斜視図である。
【図2】本発明の最良の実施の形態のトンネル床版の構築方法の工程の内、セグメントを配置する工程を説明する斜視図である。
【図3】本発明の最良の実施の形態のトンネル床版の構築方法の工程の内、梁部材を配置する工程を説明する斜視図である。
【図4】本発明の最良の実施の形態のトンネル床版の構築方法の工程の内、床版部材を配置する工程を説明する断面図である。
【図5】従来例のコンクリートを現場で打設して構築するトンネル床版の構造を説明する断面図である。
【図6】従来例のプレキャスト床版を使用して構築するトンネル床版の構造を説明する斜視図である。
【符号の説明】
【0092】
1 トンネル
10 梁部材
10a 突起部
10b 棚部
10c 梁側孔
10d 棚側孔
10e 端面
11 床版部材
11a 床版側孔
11b 端面
12 L型金具(固定手段)
12a 立設面
12b 底面
13 セグメント(トンネル壁面部材)
13a 壁側孔
14,15,16 ボルト(締結材)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
下部を円弧状に形成したトンネル内部に構築するトンネル床版の構造において、
トンネル内壁面間に弦状に架け渡す梁部材と、該梁部材を前記トンネル内壁面に固定する固定手段と、トンネル軸方向に間隔を置いて複数架設した前記梁部材に載置する床版部材と、を有し、前記梁部材の端面を対峙する前記トンネル内壁面の形状に合わせて成形したことを特徴とするトンネル床版の構造。
【請求項2】
前記梁部材は、トンネル軸に沿った方向で切断した断面が中央の突起部とその両側の棚部とによって形成される凸形状であって、前記棚部に前記床版部材を載置すると前記床版部材の上面と前記突起部の上面とが面一になることを特徴とする請求項1記載のトンネル床版の構造。
【請求項3】
前記床版部材の端面を、対峙する前記トンネル内壁面の形状に合わせて成形したことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のトンネル床版の構造。
【請求項4】
前記固定手段は、前記トンネル内壁面に固定する底面と前記梁部材に固定する立設面とを一体に成形した略L型の金具を有し、前記立設面に設ける締結材を挿通する孔が長孔であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のトンネル床版の構造。
【請求項5】
下部を円弧状に形成したトンネル内部に床版を構築するトンネル床版の構築方法において、
対峙するトンネル内壁面の形状に合わせて端面を成形した梁部材を前記トンネル内壁面間に弦状に架け渡し、前記梁部材を位置決めした後にトンネル内壁面に固定手段によって固定し、前記梁部材とトンネル軸方向に間隔を置いて同様に架設した梁部材との間に床版部材を架け渡し、前記床版部材を前記梁部材に固定したことを特徴とするトンネル床版の構築方法。
【請求項6】
前記トンネル内壁面を形成するトンネル壁面部材、前記梁部材及び前記床版部材のそれぞれの所定の位置に、予め締結材を固定する孔を設けたことを特徴とする請求項5に記載のトンネル床版の構築方法。

【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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【公開番号】特開2006−9388(P2006−9388A)
【公開日】平成18年1月12日(2006.1.12)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2004−187234(P2004−187234)
【出願日】平成16年6月25日(2004.6.25)
【出願人】(000206211)大成建設株式会社 (1,602)
【Fターム(参考)】