トンネル用インバート、インバートブロックおよび該インバートブロックを用いたインバートの築造方法
【課題】 特殊形状のセグメントを必要とせず、施工性、安定性、製作性、経済性に優れ、曲線部への適用が可能で、トンネル内面の目違い、誤差などにも容易に対応できインバートおよびその築造方法を提供する。
【解決手段】 インバート３をトンネル円周方向およびトンネル軸方向に複数に分割したプレキャスト部材で構成する。プレキャスト部材からなる中央部インバートブロック１１とその両側の端部インバートブロック２１は、ボルトなどの金具を用いず、ナックル継手などで鉛直面内での回動を許容するように接続する。トンネル軸方向については、隣接するインバートブロック１１，２１どうしの間では、互いに嵌合し合う雄雌の継手間に遊隙を持たせ、嵌合状態での水平面内および鉛直面内での回動を許容するように接続する。各インバートブロック１１，２１の下面には短尺の複数の脚部１５，２５が形成されており、トンネル内面に安定的に支持させることができる。
【解決手段】 インバート３をトンネル円周方向およびトンネル軸方向に複数に分割したプレキャスト部材で構成する。プレキャスト部材からなる中央部インバートブロック１１とその両側の端部インバートブロック２１は、ボルトなどの金具を用いず、ナックル継手などで鉛直面内での回動を許容するように接続する。トンネル軸方向については、隣接するインバートブロック１１，２１どうしの間では、互いに嵌合し合う雄雌の継手間に遊隙を持たせ、嵌合状態での水平面内および鉛直面内での回動を許容するように接続する。各インバートブロック１１，２１の下面には短尺の複数の脚部１５，２５が形成されており、トンネル内面に安定的に支持させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルや共同溝等のトンネル（本願では筒状構造体一般を意味するものとする）の内部に構築されるインバートについて、製作性の向上、経済性の向上および施工性の向上を図るために、プレキャスト部材として製造するインバートブロック部材、該ブロック部材を用いたインバートの築造方法等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前記代表的インバートとして、以下シールド工法により構築されたトンネルに使用するインバート（図１参照）を例として説明する。
【０００３】
トンネル１内部に築造されるインバート３は、主にトンネル構築後の点検・補修等の作業の容易性を目的として設けられる。具体的には、大雨時の雨水の一次的な貯留池として用いられている雨水貯留管においては、トンネル構築後の保守点検や補修時、多雨後の沈殿した泥土の搬出時の人や重機の移動経路として、電線・ガス管・上水道などの共同溝においては、トンネル内部での配線等の作業時や保守点検や補修作業時の人や機械の移動経路として、一般的に設けられている。
【０００４】
一方、下水道トンネルでは、従来、シールド工法により施工したトンネル内面の目違いや段差、漏水さらに防食の対策として、一次覆工したトンネル内面を現場打ちコンクリートで覆う二次覆工を行っており、インバートを設けるということはなかった。
【０００５】
しかし、近年、シールド工法技術の向上により、一次覆工の段階での目違いや段差、漏水がほとんどなくなってきたことや、建設工事費の低減や工期短縮の観点から、セグメントに予め防食層を設けておき二次覆工を省略する手法が採用されるようになり、その場合、建設後の保守点検や補修の容易性を目的として、インバートを設ける必要性も生じてきている。
【０００６】
そのインバートの施工方法として一般的に用いられている方法が、トンネル覆工後に型枠を組みコンクリートを打設する現場打ちの方法である。しかし、この方法には下記の欠点がある。
【０００７】
(1) 型枠の設置、脱型やコンクリートの打設に多大な労力とコストがかかる。
【０００８】
(2) 現場で打設するため、養生期間が必要である。（一般に、図１に示すインバート３の中央水平部のみの型枠を組み、打設・養生したのちに、端部の型枠に組み換え打設・養生するという２段階の施工方法を必要とし、多大な労力と時間、コストを要する。）
【０００９】
それに対し、小口径シールドトンネルを対象として、近年ではトンネル覆工用セグメントとインバートを一体化することにより、現場養生の不要なプレキャスト部材とした技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、これにも下記の欠点がある。
【００１０】
(1) 形状が特殊なため、セグメントの製作に多大なコストがかかる。特に急曲線部においては、外殻を鉄板で覆い中にコンクリートを詰めた合成セグメントや、中詰めコンクリート鋼製セグメントで製作されることが多く、コスト高となっている。
【００１１】
(2) 形状が特殊なため、取扱いに難がある。
【００１２】
(3) インバート付のセグメントの位置が限定されるため、蛇行修正等をする場合や、曲線施工時にセグメントの組み方に制限がある。
【００１３】
この他、特許文献２には、トンネル覆工用セグメントの内周面にトンネル周方向の係合溝を設け、インバートブロックの下面にこれと係合する係合突条を設け、さらにインバートブロックどうしもインバートブロックの前後面に形成した凹凸形状の係合溝と係合突条を嵌合させて設置するものが開示されている。
【００１４】
しかし、この場合も、特許文献１記載の発明と同様にセグメント形状が特殊であるため、セグメントのコストが高くつくだけでなく、係合溝分の断面欠損を考慮する必要がある。
【００１５】
また、インバートブロックをセグメントどうしの継手を跨ぐように配置するため、トンネル曲線部への設置や、誤差や設計上避けられないセグメント間での目違いや段差への対応も非常に困難となる。
【００１６】
また、特許文献３や特許文献４には、版状のインバートブロックの両端を直接、またはブラケットを介して、ボルトまたはアンカーでセグメントに固定するものが開示されている。しかし、トンネル断面が大きくなると、平板状のブロック両端での支持が困難となり、１つあたりのブロック重量も大きくなるため、ブロックの搬入が容易でない。
【特許文献１】特開２００１−２８８９９２号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７０９５号公報
【特許文献３】特開２００４−１８３２７３号公報
【特許文献４】特開２００４−２０４５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は上述のような従来技術における課題の解決を図ったものであり、特殊形状のセグメントを用いることなく、現場で簡単に効率良く設置でき、築造されるインバートがトンネル内面において安定性に優れ、曲線部への適用が可能で、トンネル内面の目違い、誤差などにも容易に対応でき、かつ製作性、経済性に優れ、プレキャスト部材としての管理も容易なインバートおよびその築造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】
【００１８】
請求項１に係る発明は、多数のセグメントからなるトンネル断面の内面下方に設けられるインバートを、トンネル周方向およびトンネル軸方向にそれぞれ複数に分割した形状の複数のインバートブロックの接続により形成してなり、前記インバートブロックは、下面にセグメントの内面に接する複数の脚部を有し、トンネル周方向に隣接するインバートブロックどうしの間では、接続部における鉛直面内での回動を許容し、トンネル軸方向に隣接するインバートブロックどうしの間では、互いに嵌合し合う雄雌の継手間に遊隙を持たせて嵌合状態での水平面内での回動を許容するよう構成したことを特徴とするものである。
【００１９】
インバートブロックの材質は、インバートとしての必要な強度や耐久性が確保できるものであれば、特に限定されず、覆工用のセグメントと同様の鉄筋コンクリート、無筋コンクリート、気泡コンクリート、鋼とコンクリートの組み合わせなどの他、強化プラスチック、セラミック等を用いてよく、またこれらの任意の組み合わせも可能である。
【００２０】
トンネル周方向について、隣接するインバートブロックどうしの間での接続部における鉛直面内での回動を許容するようにしたのは、各種の誤差だけでなく、特にトンネルの曲線部などで、一次覆工のセグメントの製作性、経済性を考慮した場合、設計上もトンネル断面の変化が避けられないのが通常であり、多種のインバートブロックを用意することは経済的でないことなどから、本発明ではトンネル周方向についても複数のブロックに分け、これらをトンネル内周面を構成するセグメントに合わせて無理なく設置できるようにしたものである。
【００２１】
また、トンネル軸方向および周方向それぞれ複数に分割されるインバートブロックの大きさを決める場合、機械による場合も人力を用いることを考慮した場合も、それに応じて取扱いの容易な大きさ、重量に設定することができる。
【００２２】
トンネル軸方向に隣接するインバートブロックどうしの間で、互いに嵌合し合う雄雌の継手間に遊隙を持たせて嵌合状態での水平面内（好ましくは水平面内および鉛直面内）での回動を許容するようにしたのは、主として曲線部、特に急曲線部への対応を考えたものである。雄雌の継手間での応力伝達を可能とした上で、遊隙を利用して必要最小限の種類数のインバートブロックで、インバートを構築できるようにすれば、経済性、管理・取扱いの容易さの面でも有利となる。
【００２３】
例えば、トンネル周方向に３分割した場合、周方向両側の端部インバートブロックを同一形状とし、中央部インバートブロックと端部インバートブロックの２種のインバートブロックで、トンネルの曲線部および／または直線部のインバートをトンネル軸方向に連続させることも可能である。
【００２４】
この他、脚部があることで、セグメントとインバートブロックが曲面で直接接する場合に比べ、支点の確保が容易であり、安定性がよく、製作誤差、施工誤差、その他の不陸にも対処させやすい。また、本発明で想定している脚部は一般に極短いものであるが、実施形態として後述するように、トンネルの径その他の設計条件に対応させる際、同一の型枠で脚部の長さのみ変えて製作することは容易であるため、型枠の費用の軽減にもつながる。
【００２５】
請求項２は、請求項１に係るインバートにおいて、トンネル周方向に隣接する前記インバートブロックどうしが、ナックル継手を介して接続されている場合を限定したものである。
【００２６】
ナックル継手は、従来、シールドトンネルにおいて、セグメントどうしを周方向に接続するセグメント間継手などに用いられているが、接続端部どうしが凹凸の曲面で接し、曲がりボルトなどの接合金具を用いなくても接続することができ、曲面での若干の回動が許容される構造となっている。
【００２７】
したがって、トンネル周方向に隣接するインバートブロック間にナックル継手を用いることで、接続作業は基本的にはインバートブロックを横に並べるだけでよく、作業が非常に容易となる。
【００２８】
また、ナックル継手部分での若干の回動が許容されることで、トンネルの施工誤差や変形および急曲線部でのセグメント間の不陸や折れ曲がりなどに容易に対応できる他、径の異なるトンネルへの適用を考慮する場合に有利となる。
【００２９】
請求項３は、請求項１または２に係るインバートにおいて、セグメントの内面と前記インバートブロックの下面および／または前記インバートブロックどうしの間の隙間に充填材が充填される場合を限定したものである。
【００３０】
インバートを永久構造物とせずに転用を図る場合には、インバートブロックどうしを並べて接続するだけでもよいが、完成したトンネルの一部として用いる場合には、充填材の充填により構造的な安定性を高めたり、遮水性能が要求される場合には止水性の高い充填材を充填することが考えられる。
【００３１】
充填材としては目的に応じ、モルタル系の材料や樹脂系の各種グラウト材の使用が考えられ、止水性、流出防止を目的とする場合には、必要箇所にゴム、プラスチック、発泡性材料等の止水材、流出防止材を用いてもよい。
【００３２】
請求項４は、請求項１、２または３に係るインバートにおいて、前記インバートブロックが、トンネル周方向については、中央部インバートブロックとその両側の端部インバートブロックとの３つのインバートブロックに分割してなるものであり、前記端部インバートブロック間に挟まれる中央部インバートブロックの上面の一部または全面がインバートのトンネル軸方向に延びる溝の底面を形成している場合を限定したものである。
【００３３】
本発明において、トンネル周方向および軸方向の分割数は、トンネルの径にもよるが、単一のブロックが重量的にも扱いやすく、さらにブロックの寸法などについて、できるだけ少ない種類で対応できることが望ましい。また、インバートの断面形状としては、トンネルの下面に位置する中央部に溝が設けられることが多く、構築に処理水を流したり、清掃に利用されたり、下水トンネル等においては構築後において、低水位の状態ではインバートの溝部分を汚水等が流れることになる。
【００３４】
なお、トンネル軸方向については、目違いの影響などで不安定にならないよう、各インバートブロックがセグメント間に跨らないようにすることが望ましく、その場合、トンネル軸方向について、セグメント幅の整数分の１の長さとする。一般的なシールドトンネルの場合、通常、セグメント幅に合わせるかその１／２が適当である。また、脚部については、インバートブロックの側面より内側に位置させることが好ましい。
【００３５】
本発明に係るインバートは、トンネルの曲線部への設置に適したものであるが、トンネル直線部にも利用でき、その場合、セグメントの製作誤差、施工誤差、セグメントリングの変形などにも容易に対処しつつ、高い施工性、経済性のメリットを有しているが、曲線部、特に急曲線の曲線部に適用した場合に、従来のインバートに比べ飛躍的な効果が期待できる。
【００３６】
その場合、本発明に係るインバートを曲線部のみに用いる場合と、曲線部に限定せず直線部にも併用する場合とが考えられる。さらに、後者の直線部に併用する場合においても、トンネル周方向に隣接するインバートブロックどうしの間での鉛直面内での回動と、トンネル軸方向に隣接するインバートブロックどうしの間での水平面内（好ましくは水平面内および鉛直面内）での回動が許容されることで、直線部と曲線部に同じインバートブロックを用い、最小限の種類数のインバートブロックで対処させることができる。
【００３７】
それにより、一般に高価となる型あるいは型枠の種類、数量が少なくて済むため、製作コストの低減も図れ、管理、取扱いも容易となる。
【００３８】
請求項５に係るインバートブロックは、多数のセグメントからなるトンネル断面の内面下方に設けられるインバートを、トンネル周方向およびトンネル軸方向にそれぞれ複数に分割した形状を有し、下面にセグメントの内面に接する複数の脚部を有し、トンネル周方向の少なくとも一側には、隣接するインバートブロックとの接続部における鉛直面内での回動を許容する継手が形成され、トンネル軸方向両側には、トンネル軸方向に隣接するインバートブロックどうしの間で、互いに遊隙を持たせて嵌合し合う凸形状の雄継手および／または凹形状の雌継手が形成されていることを特徴とするものである。
【００３９】
請求項６は、請求項５に係るインバートブロックにおいて、前記トンネル周方向の少なくとも一側に、隣接するインバートブロックと曲面どうしで接するナックル継手を構成する凹曲面または凸曲面が形成されている場合を限定したものである。
【００４０】
請求項５および６は、請求項１〜４に係るインバートに使用されるインバートブロックの一態様を規定したものであり、トンネル周方向のナックル継手の機能やトンネル軸方向の遊隙を持たせた継手の機能は前述した通りである。
【００４１】
請求項７は、請求項５または６に係るインバートブロックにおいて、トンネル軸方向両側に形成されている前記雄継手および／または前記雌継手間に、前記雄継手の内部を貫通し、トンネル軸方向に連続する貫通孔が形成されている場合を限定したものである。
【００４２】
インバートがトンネル軸方向に連続することから、インバートブロックにトンネル軸方向に連続する貫通孔を設けておくことで、この貫通孔に例えば、光ファイバーや電線、その他各種ケーブル類等を通し、作業時に支障となり、完成後には見栄えや設置スペースの問題も生じるこれらの露出をなくすことができる。
【００４３】
また、この場合、互いに嵌合雄雌の継手部分において貫通孔が雄継手の内部を貫通する
ことで、トンネル軸方向に連続する貫通孔部分の連続性、止水性も確保しやすいといったメリットがある。
【００４４】
請求項８にかかるインバートの築造方法は、多数のセグメントからなるトンネル断面の内面下方に、請求項５、６または７に係るトンネル覆工用インバートブロックを、トンネル周方向およびトンネル軸方向に接続しながら、順次、設置して行くことを特徴とするものである。
【００４５】
本発明のインバートの築造は、既設のトンネルやある区間完成した状態のトンネルに対しても可能であるが、トンネル建設中の資材や排出土砂などの移送設備の設置、車両の走行等に用いる場合には、トンネルの構築に合わせてインバートを築造して行く必要がある。
【００４６】
本発明の場合、インバートの築造はインバートブロックを敷き並べ、継手部を合わせて行くだけでよいので、現場打ちのインバートや、特殊形状のセグメントあるいはセグメントに固定したブラケットにプレキャストブロックを取り付ける場合に比べ、作業が大幅に簡略化され、施工性に優れる。
【００４７】
請求項９は、請求項８に係るインバートの築造方法において、セグメントの内面と前記インバートブロックの下面および／または前記インバートブロックどうしの間の隙間に充填材を充填する場合を限定したものである。
【００４８】
充填材については、請求項３に関して述べた通りである。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、インバートブロックを連続して設置できるため、施工時間が大幅に短縮でき、かつインバートとして一体性、安定性に優れたインバートを築造することができる。
【００５０】
継手部でのトンネル周方向の回動、およびトンネル軸方向に対する水平回転や鉛直回転が可能であるため、セグメントの目違いや目開きなどの施工誤差にも容易に対応でき、トンネル曲線部への設置にも適する。
【００５１】
また、トンネル内面との隙間や継手間の隙間に充填材を注入することにより、現場打ちの場合のように段差のない平滑な面にすることも可能である。
【００５２】
トンネルセグメントについては、インバート設置のための特殊形状のものを必要とせず、 通常のセグメントを使用したトンネルにも適用できるので、トンネル工事全体の工費も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】
【００５３】
図２は、本発明の一実施形態として、インバート３をトンネル円周方向に３分割し（それ以上の分割数でもよい）、トンネル１長手方向をセグメント２（円周方向分割線は図示せず）の幅で分割した（それ以上の分割数でもよい）インバートブロック１１，２１を設置して築造した状態を示したものである。
【００５４】
それぞれ単体の図を、図３（中央部インバートブロック１１）および図４（端部インバートブロック２１）に示す。
【００５５】
中央部インバートブロック１１は、長手方向（トンネル軸方向）の接合面の向かって左側に雄継手１３、右側に雌継手１４を設けており（右側に雄、左側に雌でも可）、その対面にも同様の継手を設けている。これはインバートブロック１１を鉛直軸まわりに180度回転させても同形状の継手配置となるように考慮したものである。
【００５６】
また、該継手１３，１４は長手方向に幅が漸減および漸増しており、型枠からの脱型時においては脱型しやすく、現場での組立時においてはガイドとなる。端部インバートブロック２１と接合する円周方向の継手は、円形状の凸部を長手方向に連続して設けた雄ナックル継手１２である。
【００５７】
製品の底面には接合面よりも内側に２対の脚部１５を設け、トンネル内面と接触する箇所としている。図に示すように、接合面の角部は欠け防止のため面取り形状（面取り部１９）としている。
【００５８】
図４の端部インバートブロック２１も、中央部インバートブロック１１と同様に長手方向の継手は左右に雄・雌で長手方向に径の漸減または漸増する形状としており、鉛直軸まわりに180度回転させることにより、左右のインバートブロック２１のどちらにも利用可能であり、組立時においてはガイドとなりスムーズな設置が可能である。
【００５９】
なお、図示した例では端部インバートブロック２１の厚さが中央部インバートブロック１１側（内側）で厚く、反対側（外側）で薄くなっており、それに応じて内側に位置する雄継手２３ａと雌継手（図では表れず）の径が大きく、外側に位置する雄継手２３ｂと雌継手２４ｂの径が小さくなっている。
【００６０】
小口径用の軽量な（人力による搬送が可能な）端部インバートブロック２１に関しては、図５の如く左右に継手を設けず、中央側の継手２３，２４のみとしてもよい。
【００６１】
円周方向の継手は、中央部インバートブロック１１の雄ナックル継手１２の円弧半径よりも僅かに大きな円弧半径の円形状の凹部を長手方向に連続して設けた雌ナックル継手２２としており、セグメント２の変形等によってトンネル１内面が所定の曲率半径でなくとも該ナックル部の回転により脚部１５，２５がトンネル１内面に接触し、浮き上がりやガタつきが生じにくい構造としている。また、底面には中央部インバートブロック１１と同様に２対の脚部２５を設け、接合面の角部には面取り加工（面取り部２９）を施している。
【００６２】
上記の実施例では、中央部インバートブロック１１の円周方向継手を雄ナックル継手１２、端部インバートブロック２１の中央部インバートブロック１１との接合面側を雌ナックル継手２２としたが、これとは逆に前者の円周方向継手を雌ナックル継手、後者の中央部インバートブロック１１との接合面側を雄ナックル継手としてもよい。
【００６３】
前述したように、インバートブロック１１，２１の継手は長手方向・円周方向ともに力学的な締結部材を使用しない凹凸のみであり、組立の際にボルトを締めるなどの締結作業を必要とせず、組立作業は少し手前に該インバートブロック１１，２１を仮置きして押し込むという単純作業の繰り返しでよいため、連続した高速組立が可能であり、施工時間の大幅な短縮を図れるとともに、露出金物を一切使用しないため、耐久性に優れた構造物を提供することができる。
【００６４】
図２〜４の例では、インバートブロック１１，２１の幅をセグメント幅で分割しているが、セグメント幅の整数倍の数で分割しより重量を軽くすることも可能である。どちらの場合においても、インバートブロック１１，２１が隣接セグメントリング間に跨ることがないようにする必要がある。
【００６５】
インバートブロック１１，２１が隣接セグメントリング間に跨ると、組立誤差により生じる目違いや目開きによる段差やテーパーセグメントの接合により生じる設計上避けられない上下方向の傾斜等により、インバートブロック１１，２１の脚部１５，２５底面とトンネル１内面とが接触しない箇所が生じ、その上を人が歩いた場合や搬送台車、ズリ台車が走行した場合に、がたつきや局所的な応力の発生によりインバートブロック１１，２１にひび割れ等の損傷をきたす可能性があるためである。
【００６６】
図６は、インバートブロック２組の上面図である。インバートブロック１１，２１の長手方向（トンネル軸方向）の接合面間には１０ｍｍ程度の隙間３１を、設けてあり、セグメント２間の目開きなどの施工誤差を吸収したり、曲線部に使用するテーパーセグメントに設置するインバートブロックを直線部に使用する普通セグメントに設置するインバートと同一形状として設置可能なように配慮しているものである。
【００６７】
すなわち、テーパーセグメント２ｂのテーパー量が僅かであれば、図７に示すように、隙間３１の設置時の離間量を３１ａ、３１ｂのように微調整してテーパーセグメント２ｂと普通セグメント２ａの両方に同一形状のインバートブロック１１，２１を利用することも可能である。
【００６８】
また、テーパーセグメント２ｂの中心幅が普通セグメント２ａの幅と同じ場合には、インバートブロックの形状をテーパーセグメント２ｂの形状と合わせたテーパー形状もしくはその曲線部の曲率半径に合わせたテーパー形状にすることにより（端部インバートブロックについてはテーパーに応じて大きい端部インバートブロック２１ａと小さい端部インバートブロック２１ｂの２種類を用いる）、直線部に使用されている普通セグメント２ａに対しては中央部インバートブロック１１と２種類の端部インバートブロック２１ａ，２１ｂを鉛直軸まわりに180度回転し交互に組み合わせることで、曲線部に使用されている普通セグメント２ａに対してはそのまま連続して組み合わせることで、普通セグメント２ａに対しても同一形状のインバートブロック１１，２１ａ，２１ｂで設置していくことが可能である（図８、図９参照）。
【００６９】
それらの場合には、インバートブロックの種類を少なくでき、型枠数が減少し、より経済的になることは言うまでもない。このように隙間３１で微調整して同一形状のインバートブロック１１，２１（１１，２１ａ，２１ｂ）を形状の異なるセグメントに設置した場合には、該ブロックの一部が多少セグメントリング間に跨る場合があるが、トンネル内面との接触部分である該ブロック底面に設けた４点の脚部１５，２５は継手面から少し離してあるため（図１０参照）、該ブロックの長手方向の接合面の一部がセグメントリング間に多少跨った場合でも、トンネル内面と該ブロックの接触部分に関しては跨ることはない。
【００７０】
さらに、前記隙間３１，３２に充填材を注入して埋めることにより、現場打ちした場合のように段差のない連続したインバートを形成することも可能である（充填材の注入方法については後述）。一方、充填材を注入しない場合にはこの隙間３１，３２をより狭くしてインバートブロックを設置するのみとしてもよい。その場合、隙間３１，３２による微調整の範囲が狭くなるためセグメントの形状に応じてインバートブロックの形状も変更しなくてはならず、種類が増え型枠数が増加する可能性がある。
【００７１】
型枠の有効利用による経済化として、図１１に示すように、内径の多少異なるトンネルに対しては同じ型枠を使用し底面の脚部１５，２５のみ変更する方法もある。
【００７２】
繰り返しになるが、図１０の正面図に示すように、インバートブロック１１，２１の円周方向の継手は円形状の凹凸である雄・雌ナックル継手１２，２２であり、２次覆工のないセグメントの組立誤差による円周方向のセグメント継手間に段差がある場合や２次覆工したトンネルの内面が完全な円弧でない場合、トンネルが土水圧荷重等により変形した場合においても、ナックル部の回転により微調整され４点の脚部１５，２５がトンネルの内面に接触し、浮き上がりや、がたつきが生じにくい構造としている。
【００７３】
また、端部インバートブロック２１上に人や搬送台車等の上載荷重が作用した際には、ナックル部の接触面から中央部インバート１１に応力が伝達するため、周方向の継手部分をフラットにしていると継手面の角部で接触し、抵抗面積を確保できず、ひび割れ等の損傷の原因になる可能性があるが、ナックル形状であれば角部での接触を回避可能である。長手方向の継手１３，１４，２３，２４は長手方向に直径（または幅および高さ）の漸減または漸増するテーパーのついた凹凸のみでありせん断に対してのみ抵抗する構造である。
【００７４】
長手方向の引き抜きに対しては、インバートブロック１１，２１を長手方向に連続に接続していくため、前後に設置されているインバートブロック１１，２１自体が長手方向の引き抜きに対して抵抗するため、特に抵抗機構を設けなくても充分な構造である。また、この継手は人力により搬送する場合には雄・雌継手１３，１４，２３，２４それぞれを把手として使用でき、吊具を用いて搬送する場合には雄継手１３，２３に吊帯等を掛けて使用することが可能である。
【００７５】
図１２および図１３は、他の実施形態としてトンネル軸方向の継手についての変形例を示したものである。
【００７６】
図１２は、長手方向の継手１３，１４，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの凹凸を、各インバートブロック１１，２１の上面まで連続させた場合、図１３は、長手方向の継手１３，１４，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの凹凸を、各インバートブロック１１，２１の上下面に連続させた場合であり、これらは設置後の取り外しを可能とした構造となっている。
【００７７】
図１４および図１５は、トンネル１内面とインバートブロック１１，２１の隙間にモルタル等の充填材４１を注入した場合の図である。注入区間の最初と最後の中央部インバートブロック１１に注入口４２付のものを配置しておくことにより、一つは注入用として、もう一つは充填の確認用として利用することができる。
【００７８】
また、注入区間の前後には、必要に応じ充填材４１の流出を防止するためにせき板４３を設置する。せき板４３の材質については、例えば木材、ゴム、プラスチック、セラミックス等を用いることができる。
【００７９】
インバートブロック１１，２１の長手方向の隙間３１には、端部インバートブロック２１よりも低くなっている中央部インバートブロック１１上に充填材４１が流出しないように、必要に応じ充填材流出防止材４４を貼り付ける。流出防止材４４としては、例えばゴム、プラスチック、発泡性材料等を用いることができる。
【００８０】
図１６は、端部インバートブロック２１の継手２３，２４部にトンネル軸方向の貫通孔５１を設けた場合の断面図である。このようにトンネル軸方向に連続した孔を設けることにより、光ファイバーや電線等を通すことも可能である。
【００８１】
この場合、前述した継手間の隙間３１から内部に充填材４１が流入する可能性があるため、雄継手２３の貫通孔５１の部材を継手面より少し突出させ、その部分に容易に収縮し且つ充填材４１を通さない被覆材５２で覆うことにより、貫通孔５１内への充填材４１の流入を防止する対策が必要である。被覆材５２としては、例えばゴム、プラスチック、発泡性材料等を用いることができる。
【００８２】
従来の技術で述べたように、インバート付セグメントの急曲線部は高価であるので、この部分のみインバート付でない通常のセグメントで施工し、本発明のインバートブロックを並べることも可能である。その際、インバート付セグメントに貫通孔が設けてある場合には、前述の貫通孔５１付のインバートブロックを使用すれば、貫通孔を連続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】シールド工法により構築されたトンネルに使用するインバートの代表的な形態例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態として、インバートをトンネル円周方向に３分割し、トンネル長手方向をセグメント幅で分割したインバートブロックで築造した状態を示す斜視図である。
【図３】図２の実施形態における中央部インバートブロック単体を示したもので、(a)は平面図、(b)は上方からの斜視図、(c)はトンネル軸方向から見た正面図、(d)は側面図、(e)は底面図、(f)は下方からの斜視図である。
【図４】図２の実施形態における端部インバートブロック単体を示したもので、(a)は平面図、(b)は上方からの斜視図、(c)はトンネル軸方向から見た正面図、(d)は側面図、(e)は底面図、(f)は下方からの斜視図である。
【図５】比較的小口径のトンネル用の実施形態におけるインバートブロックの配置状態を示すインバート部分の斜視図である。
【図６】インバートブロック間の隙間をトンネル軸方向２組分のインバートブロックの配置で説明するための平面図である。
【図７】トンネル曲線部について、テーパーセグメントのテーパー量が僅かである場合の端部インバートブロックが１種類とした配置例を示す平面図である。
【図８】トンネル曲線部について、テーパーセグメントと普通セグメントを使用する場合について曲線の外側に大きい端部インバートブロックを、曲線の内側に小さい端部インバートブロックを用いた場合の配置例を示す平面図である。
【図９】図８と同じ大小の端部インバートブロックを直線部に用いる場合の配置例を示す平面図である。
【図１０】インバートブロックどうしの組合せとインバートブロックの下面に設けた脚部の位置関係を例示したもので、(a)は平面図、(b)はトンネル軸方向から見た正面図、(c)は側面図、(d)は底面図である。
【図１１】内径の多少異なるトンネルに対して同じ型枠を使用し底面の脚部のみ変更する場合の実施形態を示したもので、(a)は径が小さい場合の正面図、(b)は径が大きい場合の正面図である。
【図１２】他の実施形態としてトンネル軸方向の継手についての変形例を示すインンバート部分の斜視図である。
【図１３】トンネル軸方向の継手のさらに他の変形例を示すインンバート部分の斜視図である。
【図１４】他の実施形態としてトンネル内面とインバートブロックの隙間に充填材を注入した場合の実施形態を示す平面図である。
【図１５】図１４に対応する拡大鉛直断面図である。
【図１６】他の実施形態として端部インバートブロックの継手部にトンネル軸方向の貫通孔を設けた場合の断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１…トンネル、２…セグメント、２ａ…普通セグメント、２ｂ…テーパーセグメント、３…インバート、４…溝、
１１…中央部インバートブロック、１２…雄ナックル継手、１３…雄継手、１４…雌継手、１５…脚部、１９…面取り、
２１…端部インバートブロック、２１ａ…端部インバートブロック（大）、２１ｂ…端部インバートブロック（小）、２２…雌ナックル継手、２３…雄継手、２３ａ…雄継手（大）、２３ｂ…雄継手（小）、２４…雌継手、２４ａ…雌継手（大）、２４ｂ…雌継手（小）、２５…脚部、２９…面取り、
３１…隙間、３１ａ…隙間（大）、３１ｂ…隙間（小）、
４１…充填材、４２…注入口、４３…せき板、４４…流出防止材、５１…貫通孔、５２ …被覆材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドトンネルや共同溝等のトンネル（本願では筒状構造体一般を意味するものとする）の内部に構築されるインバートについて、製作性の向上、経済性の向上および施工性の向上を図るために、プレキャスト部材として製造するインバートブロック部材、該ブロック部材を用いたインバートの築造方法等に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前記代表的インバートとして、以下シールド工法により構築されたトンネルに使用するインバート（図１参照）を例として説明する。
【０００３】
トンネル１内部に築造されるインバート３は、主にトンネル構築後の点検・補修等の作業の容易性を目的として設けられる。具体的には、大雨時の雨水の一次的な貯留池として用いられている雨水貯留管においては、トンネル構築後の保守点検や補修時、多雨後の沈殿した泥土の搬出時の人や重機の移動経路として、電線・ガス管・上水道などの共同溝においては、トンネル内部での配線等の作業時や保守点検や補修作業時の人や機械の移動経路として、一般的に設けられている。
【０００４】
一方、下水道トンネルでは、従来、シールド工法により施工したトンネル内面の目違いや段差、漏水さらに防食の対策として、一次覆工したトンネル内面を現場打ちコンクリートで覆う二次覆工を行っており、インバートを設けるということはなかった。
【０００５】
しかし、近年、シールド工法技術の向上により、一次覆工の段階での目違いや段差、漏水がほとんどなくなってきたことや、建設工事費の低減や工期短縮の観点から、セグメントに予め防食層を設けておき二次覆工を省略する手法が採用されるようになり、その場合、建設後の保守点検や補修の容易性を目的として、インバートを設ける必要性も生じてきている。
【０００６】
そのインバートの施工方法として一般的に用いられている方法が、トンネル覆工後に型枠を組みコンクリートを打設する現場打ちの方法である。しかし、この方法には下記の欠点がある。
【０００７】
(1) 型枠の設置、脱型やコンクリートの打設に多大な労力とコストがかかる。
【０００８】
(2) 現場で打設するため、養生期間が必要である。（一般に、図１に示すインバート３の中央水平部のみの型枠を組み、打設・養生したのちに、端部の型枠に組み換え打設・養生するという２段階の施工方法を必要とし、多大な労力と時間、コストを要する。）
【０００９】
それに対し、小口径シールドトンネルを対象として、近年ではトンネル覆工用セグメントとインバートを一体化することにより、現場養生の不要なプレキャスト部材とした技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、これにも下記の欠点がある。
【００１０】
(1) 形状が特殊なため、セグメントの製作に多大なコストがかかる。特に急曲線部においては、外殻を鉄板で覆い中にコンクリートを詰めた合成セグメントや、中詰めコンクリート鋼製セグメントで製作されることが多く、コスト高となっている。
【００１１】
(2) 形状が特殊なため、取扱いに難がある。
【００１２】
(3) インバート付のセグメントの位置が限定されるため、蛇行修正等をする場合や、曲線施工時にセグメントの組み方に制限がある。
【００１３】
この他、特許文献２には、トンネル覆工用セグメントの内周面にトンネル周方向の係合溝を設け、インバートブロックの下面にこれと係合する係合突条を設け、さらにインバートブロックどうしもインバートブロックの前後面に形成した凹凸形状の係合溝と係合突条を嵌合させて設置するものが開示されている。
【００１４】
しかし、この場合も、特許文献１記載の発明と同様にセグメント形状が特殊であるため、セグメントのコストが高くつくだけでなく、係合溝分の断面欠損を考慮する必要がある。
【００１５】
また、インバートブロックをセグメントどうしの継手を跨ぐように配置するため、トンネル曲線部への設置や、誤差や設計上避けられないセグメント間での目違いや段差への対応も非常に困難となる。
【００１６】
また、特許文献３や特許文献４には、版状のインバートブロックの両端を直接、またはブラケットを介して、ボルトまたはアンカーでセグメントに固定するものが開示されている。しかし、トンネル断面が大きくなると、平板状のブロック両端での支持が困難となり、１つあたりのブロック重量も大きくなるため、ブロックの搬入が容易でない。
【特許文献１】特開２００１−２８８９９２号公報
【特許文献２】特開平１１−２８７０９５号公報
【特許文献３】特開２００４−１８３２７３号公報
【特許文献４】特開２００４−２０４５８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
本発明は上述のような従来技術における課題の解決を図ったものであり、特殊形状のセグメントを用いることなく、現場で簡単に効率良く設置でき、築造されるインバートがトンネル内面において安定性に優れ、曲線部への適用が可能で、トンネル内面の目違い、誤差などにも容易に対応でき、かつ製作性、経済性に優れ、プレキャスト部材としての管理も容易なインバートおよびその築造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】
【００１８】
請求項１に係る発明は、多数のセグメントからなるトンネル断面の内面下方に設けられるインバートを、トンネル周方向およびトンネル軸方向にそれぞれ複数に分割した形状の複数のインバートブロックの接続により形成してなり、前記インバートブロックは、下面にセグメントの内面に接する複数の脚部を有し、トンネル周方向に隣接するインバートブロックどうしの間では、接続部における鉛直面内での回動を許容し、トンネル軸方向に隣接するインバートブロックどうしの間では、互いに嵌合し合う雄雌の継手間に遊隙を持たせて嵌合状態での水平面内での回動を許容するよう構成したことを特徴とするものである。
【００１９】
インバートブロックの材質は、インバートとしての必要な強度や耐久性が確保できるものであれば、特に限定されず、覆工用のセグメントと同様の鉄筋コンクリート、無筋コンクリート、気泡コンクリート、鋼とコンクリートの組み合わせなどの他、強化プラスチック、セラミック等を用いてよく、またこれらの任意の組み合わせも可能である。
【００２０】
トンネル周方向について、隣接するインバートブロックどうしの間での接続部における鉛直面内での回動を許容するようにしたのは、各種の誤差だけでなく、特にトンネルの曲線部などで、一次覆工のセグメントの製作性、経済性を考慮した場合、設計上もトンネル断面の変化が避けられないのが通常であり、多種のインバートブロックを用意することは経済的でないことなどから、本発明ではトンネル周方向についても複数のブロックに分け、これらをトンネル内周面を構成するセグメントに合わせて無理なく設置できるようにしたものである。
【００２１】
また、トンネル軸方向および周方向それぞれ複数に分割されるインバートブロックの大きさを決める場合、機械による場合も人力を用いることを考慮した場合も、それに応じて取扱いの容易な大きさ、重量に設定することができる。
【００２２】
トンネル軸方向に隣接するインバートブロックどうしの間で、互いに嵌合し合う雄雌の継手間に遊隙を持たせて嵌合状態での水平面内（好ましくは水平面内および鉛直面内）での回動を許容するようにしたのは、主として曲線部、特に急曲線部への対応を考えたものである。雄雌の継手間での応力伝達を可能とした上で、遊隙を利用して必要最小限の種類数のインバートブロックで、インバートを構築できるようにすれば、経済性、管理・取扱いの容易さの面でも有利となる。
【００２３】
例えば、トンネル周方向に３分割した場合、周方向両側の端部インバートブロックを同一形状とし、中央部インバートブロックと端部インバートブロックの２種のインバートブロックで、トンネルの曲線部および／または直線部のインバートをトンネル軸方向に連続させることも可能である。
【００２４】
この他、脚部があることで、セグメントとインバートブロックが曲面で直接接する場合に比べ、支点の確保が容易であり、安定性がよく、製作誤差、施工誤差、その他の不陸にも対処させやすい。また、本発明で想定している脚部は一般に極短いものであるが、実施形態として後述するように、トンネルの径その他の設計条件に対応させる際、同一の型枠で脚部の長さのみ変えて製作することは容易であるため、型枠の費用の軽減にもつながる。
【００２５】
請求項２は、請求項１に係るインバートにおいて、トンネル周方向に隣接する前記インバートブロックどうしが、ナックル継手を介して接続されている場合を限定したものである。
【００２６】
ナックル継手は、従来、シールドトンネルにおいて、セグメントどうしを周方向に接続するセグメント間継手などに用いられているが、接続端部どうしが凹凸の曲面で接し、曲がりボルトなどの接合金具を用いなくても接続することができ、曲面での若干の回動が許容される構造となっている。
【００２７】
したがって、トンネル周方向に隣接するインバートブロック間にナックル継手を用いることで、接続作業は基本的にはインバートブロックを横に並べるだけでよく、作業が非常に容易となる。
【００２８】
また、ナックル継手部分での若干の回動が許容されることで、トンネルの施工誤差や変形および急曲線部でのセグメント間の不陸や折れ曲がりなどに容易に対応できる他、径の異なるトンネルへの適用を考慮する場合に有利となる。
【００２９】
請求項３は、請求項１または２に係るインバートにおいて、セグメントの内面と前記インバートブロックの下面および／または前記インバートブロックどうしの間の隙間に充填材が充填される場合を限定したものである。
【００３０】
インバートを永久構造物とせずに転用を図る場合には、インバートブロックどうしを並べて接続するだけでもよいが、完成したトンネルの一部として用いる場合には、充填材の充填により構造的な安定性を高めたり、遮水性能が要求される場合には止水性の高い充填材を充填することが考えられる。
【００３１】
充填材としては目的に応じ、モルタル系の材料や樹脂系の各種グラウト材の使用が考えられ、止水性、流出防止を目的とする場合には、必要箇所にゴム、プラスチック、発泡性材料等の止水材、流出防止材を用いてもよい。
【００３２】
請求項４は、請求項１、２または３に係るインバートにおいて、前記インバートブロックが、トンネル周方向については、中央部インバートブロックとその両側の端部インバートブロックとの３つのインバートブロックに分割してなるものであり、前記端部インバートブロック間に挟まれる中央部インバートブロックの上面の一部または全面がインバートのトンネル軸方向に延びる溝の底面を形成している場合を限定したものである。
【００３３】
本発明において、トンネル周方向および軸方向の分割数は、トンネルの径にもよるが、単一のブロックが重量的にも扱いやすく、さらにブロックの寸法などについて、できるだけ少ない種類で対応できることが望ましい。また、インバートの断面形状としては、トンネルの下面に位置する中央部に溝が設けられることが多く、構築に処理水を流したり、清掃に利用されたり、下水トンネル等においては構築後において、低水位の状態ではインバートの溝部分を汚水等が流れることになる。
【００３４】
なお、トンネル軸方向については、目違いの影響などで不安定にならないよう、各インバートブロックがセグメント間に跨らないようにすることが望ましく、その場合、トンネル軸方向について、セグメント幅の整数分の１の長さとする。一般的なシールドトンネルの場合、通常、セグメント幅に合わせるかその１／２が適当である。また、脚部については、インバートブロックの側面より内側に位置させることが好ましい。
【００３５】
本発明に係るインバートは、トンネルの曲線部への設置に適したものであるが、トンネル直線部にも利用でき、その場合、セグメントの製作誤差、施工誤差、セグメントリングの変形などにも容易に対処しつつ、高い施工性、経済性のメリットを有しているが、曲線部、特に急曲線の曲線部に適用した場合に、従来のインバートに比べ飛躍的な効果が期待できる。
【００３６】
その場合、本発明に係るインバートを曲線部のみに用いる場合と、曲線部に限定せず直線部にも併用する場合とが考えられる。さらに、後者の直線部に併用する場合においても、トンネル周方向に隣接するインバートブロックどうしの間での鉛直面内での回動と、トンネル軸方向に隣接するインバートブロックどうしの間での水平面内（好ましくは水平面内および鉛直面内）での回動が許容されることで、直線部と曲線部に同じインバートブロックを用い、最小限の種類数のインバートブロックで対処させることができる。
【００３７】
それにより、一般に高価となる型あるいは型枠の種類、数量が少なくて済むため、製作コストの低減も図れ、管理、取扱いも容易となる。
【００３８】
請求項５に係るインバートブロックは、多数のセグメントからなるトンネル断面の内面下方に設けられるインバートを、トンネル周方向およびトンネル軸方向にそれぞれ複数に分割した形状を有し、下面にセグメントの内面に接する複数の脚部を有し、トンネル周方向の少なくとも一側には、隣接するインバートブロックとの接続部における鉛直面内での回動を許容する継手が形成され、トンネル軸方向両側には、トンネル軸方向に隣接するインバートブロックどうしの間で、互いに遊隙を持たせて嵌合し合う凸形状の雄継手および／または凹形状の雌継手が形成されていることを特徴とするものである。
【００３９】
請求項６は、請求項５に係るインバートブロックにおいて、前記トンネル周方向の少なくとも一側に、隣接するインバートブロックと曲面どうしで接するナックル継手を構成する凹曲面または凸曲面が形成されている場合を限定したものである。
【００４０】
請求項５および６は、請求項１〜４に係るインバートに使用されるインバートブロックの一態様を規定したものであり、トンネル周方向のナックル継手の機能やトンネル軸方向の遊隙を持たせた継手の機能は前述した通りである。
【００４１】
請求項７は、請求項５または６に係るインバートブロックにおいて、トンネル軸方向両側に形成されている前記雄継手および／または前記雌継手間に、前記雄継手の内部を貫通し、トンネル軸方向に連続する貫通孔が形成されている場合を限定したものである。
【００４２】
インバートがトンネル軸方向に連続することから、インバートブロックにトンネル軸方向に連続する貫通孔を設けておくことで、この貫通孔に例えば、光ファイバーや電線、その他各種ケーブル類等を通し、作業時に支障となり、完成後には見栄えや設置スペースの問題も生じるこれらの露出をなくすことができる。
【００４３】
また、この場合、互いに嵌合雄雌の継手部分において貫通孔が雄継手の内部を貫通する
ことで、トンネル軸方向に連続する貫通孔部分の連続性、止水性も確保しやすいといったメリットがある。
【００４４】
請求項８にかかるインバートの築造方法は、多数のセグメントからなるトンネル断面の内面下方に、請求項５、６または７に係るトンネル覆工用インバートブロックを、トンネル周方向およびトンネル軸方向に接続しながら、順次、設置して行くことを特徴とするものである。
【００４５】
本発明のインバートの築造は、既設のトンネルやある区間完成した状態のトンネルに対しても可能であるが、トンネル建設中の資材や排出土砂などの移送設備の設置、車両の走行等に用いる場合には、トンネルの構築に合わせてインバートを築造して行く必要がある。
【００４６】
本発明の場合、インバートの築造はインバートブロックを敷き並べ、継手部を合わせて行くだけでよいので、現場打ちのインバートや、特殊形状のセグメントあるいはセグメントに固定したブラケットにプレキャストブロックを取り付ける場合に比べ、作業が大幅に簡略化され、施工性に優れる。
【００４７】
請求項９は、請求項８に係るインバートの築造方法において、セグメントの内面と前記インバートブロックの下面および／または前記インバートブロックどうしの間の隙間に充填材を充填する場合を限定したものである。
【００４８】
充填材については、請求項３に関して述べた通りである。
【発明の効果】
【００４９】
本発明によれば、インバートブロックを連続して設置できるため、施工時間が大幅に短縮でき、かつインバートとして一体性、安定性に優れたインバートを築造することができる。
【００５０】
継手部でのトンネル周方向の回動、およびトンネル軸方向に対する水平回転や鉛直回転が可能であるため、セグメントの目違いや目開きなどの施工誤差にも容易に対応でき、トンネル曲線部への設置にも適する。
【００５１】
また、トンネル内面との隙間や継手間の隙間に充填材を注入することにより、現場打ちの場合のように段差のない平滑な面にすることも可能である。
【００５２】
トンネルセグメントについては、インバート設置のための特殊形状のものを必要とせず、 通常のセグメントを使用したトンネルにも適用できるので、トンネル工事全体の工費も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】
【００５３】
図２は、本発明の一実施形態として、インバート３をトンネル円周方向に３分割し（それ以上の分割数でもよい）、トンネル１長手方向をセグメント２（円周方向分割線は図示せず）の幅で分割した（それ以上の分割数でもよい）インバートブロック１１，２１を設置して築造した状態を示したものである。
【００５４】
それぞれ単体の図を、図３（中央部インバートブロック１１）および図４（端部インバートブロック２１）に示す。
【００５５】
中央部インバートブロック１１は、長手方向（トンネル軸方向）の接合面の向かって左側に雄継手１３、右側に雌継手１４を設けており（右側に雄、左側に雌でも可）、その対面にも同様の継手を設けている。これはインバートブロック１１を鉛直軸まわりに180度回転させても同形状の継手配置となるように考慮したものである。
【００５６】
また、該継手１３，１４は長手方向に幅が漸減および漸増しており、型枠からの脱型時においては脱型しやすく、現場での組立時においてはガイドとなる。端部インバートブロック２１と接合する円周方向の継手は、円形状の凸部を長手方向に連続して設けた雄ナックル継手１２である。
【００５７】
製品の底面には接合面よりも内側に２対の脚部１５を設け、トンネル内面と接触する箇所としている。図に示すように、接合面の角部は欠け防止のため面取り形状（面取り部１９）としている。
【００５８】
図４の端部インバートブロック２１も、中央部インバートブロック１１と同様に長手方向の継手は左右に雄・雌で長手方向に径の漸減または漸増する形状としており、鉛直軸まわりに180度回転させることにより、左右のインバートブロック２１のどちらにも利用可能であり、組立時においてはガイドとなりスムーズな設置が可能である。
【００５９】
なお、図示した例では端部インバートブロック２１の厚さが中央部インバートブロック１１側（内側）で厚く、反対側（外側）で薄くなっており、それに応じて内側に位置する雄継手２３ａと雌継手（図では表れず）の径が大きく、外側に位置する雄継手２３ｂと雌継手２４ｂの径が小さくなっている。
【００６０】
小口径用の軽量な（人力による搬送が可能な）端部インバートブロック２１に関しては、図５の如く左右に継手を設けず、中央側の継手２３，２４のみとしてもよい。
【００６１】
円周方向の継手は、中央部インバートブロック１１の雄ナックル継手１２の円弧半径よりも僅かに大きな円弧半径の円形状の凹部を長手方向に連続して設けた雌ナックル継手２２としており、セグメント２の変形等によってトンネル１内面が所定の曲率半径でなくとも該ナックル部の回転により脚部１５，２５がトンネル１内面に接触し、浮き上がりやガタつきが生じにくい構造としている。また、底面には中央部インバートブロック１１と同様に２対の脚部２５を設け、接合面の角部には面取り加工（面取り部２９）を施している。
【００６２】
上記の実施例では、中央部インバートブロック１１の円周方向継手を雄ナックル継手１２、端部インバートブロック２１の中央部インバートブロック１１との接合面側を雌ナックル継手２２としたが、これとは逆に前者の円周方向継手を雌ナックル継手、後者の中央部インバートブロック１１との接合面側を雄ナックル継手としてもよい。
【００６３】
前述したように、インバートブロック１１，２１の継手は長手方向・円周方向ともに力学的な締結部材を使用しない凹凸のみであり、組立の際にボルトを締めるなどの締結作業を必要とせず、組立作業は少し手前に該インバートブロック１１，２１を仮置きして押し込むという単純作業の繰り返しでよいため、連続した高速組立が可能であり、施工時間の大幅な短縮を図れるとともに、露出金物を一切使用しないため、耐久性に優れた構造物を提供することができる。
【００６４】
図２〜４の例では、インバートブロック１１，２１の幅をセグメント幅で分割しているが、セグメント幅の整数倍の数で分割しより重量を軽くすることも可能である。どちらの場合においても、インバートブロック１１，２１が隣接セグメントリング間に跨ることがないようにする必要がある。
【００６５】
インバートブロック１１，２１が隣接セグメントリング間に跨ると、組立誤差により生じる目違いや目開きによる段差やテーパーセグメントの接合により生じる設計上避けられない上下方向の傾斜等により、インバートブロック１１，２１の脚部１５，２５底面とトンネル１内面とが接触しない箇所が生じ、その上を人が歩いた場合や搬送台車、ズリ台車が走行した場合に、がたつきや局所的な応力の発生によりインバートブロック１１，２１にひび割れ等の損傷をきたす可能性があるためである。
【００６６】
図６は、インバートブロック２組の上面図である。インバートブロック１１，２１の長手方向（トンネル軸方向）の接合面間には１０ｍｍ程度の隙間３１を、設けてあり、セグメント２間の目開きなどの施工誤差を吸収したり、曲線部に使用するテーパーセグメントに設置するインバートブロックを直線部に使用する普通セグメントに設置するインバートと同一形状として設置可能なように配慮しているものである。
【００６７】
すなわち、テーパーセグメント２ｂのテーパー量が僅かであれば、図７に示すように、隙間３１の設置時の離間量を３１ａ、３１ｂのように微調整してテーパーセグメント２ｂと普通セグメント２ａの両方に同一形状のインバートブロック１１，２１を利用することも可能である。
【００６８】
また、テーパーセグメント２ｂの中心幅が普通セグメント２ａの幅と同じ場合には、インバートブロックの形状をテーパーセグメント２ｂの形状と合わせたテーパー形状もしくはその曲線部の曲率半径に合わせたテーパー形状にすることにより（端部インバートブロックについてはテーパーに応じて大きい端部インバートブロック２１ａと小さい端部インバートブロック２１ｂの２種類を用いる）、直線部に使用されている普通セグメント２ａに対しては中央部インバートブロック１１と２種類の端部インバートブロック２１ａ，２１ｂを鉛直軸まわりに180度回転し交互に組み合わせることで、曲線部に使用されている普通セグメント２ａに対してはそのまま連続して組み合わせることで、普通セグメント２ａに対しても同一形状のインバートブロック１１，２１ａ，２１ｂで設置していくことが可能である（図８、図９参照）。
【００６９】
それらの場合には、インバートブロックの種類を少なくでき、型枠数が減少し、より経済的になることは言うまでもない。このように隙間３１で微調整して同一形状のインバートブロック１１，２１（１１，２１ａ，２１ｂ）を形状の異なるセグメントに設置した場合には、該ブロックの一部が多少セグメントリング間に跨る場合があるが、トンネル内面との接触部分である該ブロック底面に設けた４点の脚部１５，２５は継手面から少し離してあるため（図１０参照）、該ブロックの長手方向の接合面の一部がセグメントリング間に多少跨った場合でも、トンネル内面と該ブロックの接触部分に関しては跨ることはない。
【００７０】
さらに、前記隙間３１，３２に充填材を注入して埋めることにより、現場打ちした場合のように段差のない連続したインバートを形成することも可能である（充填材の注入方法については後述）。一方、充填材を注入しない場合にはこの隙間３１，３２をより狭くしてインバートブロックを設置するのみとしてもよい。その場合、隙間３１，３２による微調整の範囲が狭くなるためセグメントの形状に応じてインバートブロックの形状も変更しなくてはならず、種類が増え型枠数が増加する可能性がある。
【００７１】
型枠の有効利用による経済化として、図１１に示すように、内径の多少異なるトンネルに対しては同じ型枠を使用し底面の脚部１５，２５のみ変更する方法もある。
【００７２】
繰り返しになるが、図１０の正面図に示すように、インバートブロック１１，２１の円周方向の継手は円形状の凹凸である雄・雌ナックル継手１２，２２であり、２次覆工のないセグメントの組立誤差による円周方向のセグメント継手間に段差がある場合や２次覆工したトンネルの内面が完全な円弧でない場合、トンネルが土水圧荷重等により変形した場合においても、ナックル部の回転により微調整され４点の脚部１５，２５がトンネルの内面に接触し、浮き上がりや、がたつきが生じにくい構造としている。
【００７３】
また、端部インバートブロック２１上に人や搬送台車等の上載荷重が作用した際には、ナックル部の接触面から中央部インバート１１に応力が伝達するため、周方向の継手部分をフラットにしていると継手面の角部で接触し、抵抗面積を確保できず、ひび割れ等の損傷の原因になる可能性があるが、ナックル形状であれば角部での接触を回避可能である。長手方向の継手１３，１４，２３，２４は長手方向に直径（または幅および高さ）の漸減または漸増するテーパーのついた凹凸のみでありせん断に対してのみ抵抗する構造である。
【００７４】
長手方向の引き抜きに対しては、インバートブロック１１，２１を長手方向に連続に接続していくため、前後に設置されているインバートブロック１１，２１自体が長手方向の引き抜きに対して抵抗するため、特に抵抗機構を設けなくても充分な構造である。また、この継手は人力により搬送する場合には雄・雌継手１３，１４，２３，２４それぞれを把手として使用でき、吊具を用いて搬送する場合には雄継手１３，２３に吊帯等を掛けて使用することが可能である。
【００７５】
図１２および図１３は、他の実施形態としてトンネル軸方向の継手についての変形例を示したものである。
【００７６】
図１２は、長手方向の継手１３，１４，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの凹凸を、各インバートブロック１１，２１の上面まで連続させた場合、図１３は、長手方向の継手１３，１４，２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂの凹凸を、各インバートブロック１１，２１の上下面に連続させた場合であり、これらは設置後の取り外しを可能とした構造となっている。
【００７７】
図１４および図１５は、トンネル１内面とインバートブロック１１，２１の隙間にモルタル等の充填材４１を注入した場合の図である。注入区間の最初と最後の中央部インバートブロック１１に注入口４２付のものを配置しておくことにより、一つは注入用として、もう一つは充填の確認用として利用することができる。
【００７８】
また、注入区間の前後には、必要に応じ充填材４１の流出を防止するためにせき板４３を設置する。せき板４３の材質については、例えば木材、ゴム、プラスチック、セラミックス等を用いることができる。
【００７９】
インバートブロック１１，２１の長手方向の隙間３１には、端部インバートブロック２１よりも低くなっている中央部インバートブロック１１上に充填材４１が流出しないように、必要に応じ充填材流出防止材４４を貼り付ける。流出防止材４４としては、例えばゴム、プラスチック、発泡性材料等を用いることができる。
【００８０】
図１６は、端部インバートブロック２１の継手２３，２４部にトンネル軸方向の貫通孔５１を設けた場合の断面図である。このようにトンネル軸方向に連続した孔を設けることにより、光ファイバーや電線等を通すことも可能である。
【００８１】
この場合、前述した継手間の隙間３１から内部に充填材４１が流入する可能性があるため、雄継手２３の貫通孔５１の部材を継手面より少し突出させ、その部分に容易に収縮し且つ充填材４１を通さない被覆材５２で覆うことにより、貫通孔５１内への充填材４１の流入を防止する対策が必要である。被覆材５２としては、例えばゴム、プラスチック、発泡性材料等を用いることができる。
【００８２】
従来の技術で述べたように、インバート付セグメントの急曲線部は高価であるので、この部分のみインバート付でない通常のセグメントで施工し、本発明のインバートブロックを並べることも可能である。その際、インバート付セグメントに貫通孔が設けてある場合には、前述の貫通孔５１付のインバートブロックを使用すれば、貫通孔を連続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】シールド工法により構築されたトンネルに使用するインバートの代表的な形態例を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態として、インバートをトンネル円周方向に３分割し、トンネル長手方向をセグメント幅で分割したインバートブロックで築造した状態を示す斜視図である。
【図３】図２の実施形態における中央部インバートブロック単体を示したもので、(a)は平面図、(b)は上方からの斜視図、(c)はトンネル軸方向から見た正面図、(d)は側面図、(e)は底面図、(f)は下方からの斜視図である。
【図４】図２の実施形態における端部インバートブロック単体を示したもので、(a)は平面図、(b)は上方からの斜視図、(c)はトンネル軸方向から見た正面図、(d)は側面図、(e)は底面図、(f)は下方からの斜視図である。
【図５】比較的小口径のトンネル用の実施形態におけるインバートブロックの配置状態を示すインバート部分の斜視図である。
【図６】インバートブロック間の隙間をトンネル軸方向２組分のインバートブロックの配置で説明するための平面図である。
【図７】トンネル曲線部について、テーパーセグメントのテーパー量が僅かである場合の端部インバートブロックが１種類とした配置例を示す平面図である。
【図８】トンネル曲線部について、テーパーセグメントと普通セグメントを使用する場合について曲線の外側に大きい端部インバートブロックを、曲線の内側に小さい端部インバートブロックを用いた場合の配置例を示す平面図である。
【図９】図８と同じ大小の端部インバートブロックを直線部に用いる場合の配置例を示す平面図である。
【図１０】インバートブロックどうしの組合せとインバートブロックの下面に設けた脚部の位置関係を例示したもので、(a)は平面図、(b)はトンネル軸方向から見た正面図、(c)は側面図、(d)は底面図である。
【図１１】内径の多少異なるトンネルに対して同じ型枠を使用し底面の脚部のみ変更する場合の実施形態を示したもので、(a)は径が小さい場合の正面図、(b)は径が大きい場合の正面図である。
【図１２】他の実施形態としてトンネル軸方向の継手についての変形例を示すインンバート部分の斜視図である。
【図１３】トンネル軸方向の継手のさらに他の変形例を示すインンバート部分の斜視図である。
【図１４】他の実施形態としてトンネル内面とインバートブロックの隙間に充填材を注入した場合の実施形態を示す平面図である。
【図１５】図１４に対応する拡大鉛直断面図である。
【図１６】他の実施形態として端部インバートブロックの継手部にトンネル軸方向の貫通孔を設けた場合の断面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１…トンネル、２…セグメント、２ａ…普通セグメント、２ｂ…テーパーセグメント、３…インバート、４…溝、
１１…中央部インバートブロック、１２…雄ナックル継手、１３…雄継手、１４…雌継手、１５…脚部、１９…面取り、
２１…端部インバートブロック、２１ａ…端部インバートブロック（大）、２１ｂ…端部インバートブロック（小）、２２…雌ナックル継手、２３…雄継手、２３ａ…雄継手（大）、２３ｂ…雄継手（小）、２４…雌継手、２４ａ…雌継手（大）、２４ｂ…雌継手（小）、２５…脚部、２９…面取り、
３１…隙間、３１ａ…隙間（大）、３１ｂ…隙間（小）、
４１…充填材、４２…注入口、４３…せき板、４４…流出防止材、５１…貫通孔、５２ …被覆材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数のセグメントからなるトンネル断面の内面下方に設けられるインバートを、トンネル周方向およびトンネル軸方向にそれぞれ複数に分割した形状の複数のインバートブロックの接続により形成してなり、前記インバートブロックは、下面にセグメントの内面に接する複数の脚部を有し、トンネル周方向に隣接するインバートブロックどうしの間では、接続部における鉛直面内での回動を許容し、トンネル軸方向に隣接するインバートブロックどうしの間では、互いに嵌合し合う雄雌の継手間に遊隙を持たせて嵌合状態での水平面内での回動を許容するよう構成したことを特徴とするインバート。
【請求項２】
トンネル周方向に隣接する前記インバートブロックどうしは、曲面どうしで接するナックル継手を介して接続されていることを特徴とする請求項１記載のインバート。
【請求項３】
セグメントの内面と前記インバートブロックの下面および／または前記インバートブロックどうしの間の隙間に充填材が充填されていることを特徴とする請求項１または２記載のインバート。
【請求項４】
前記インバートブロックは、トンネル周方向については、中央部インバートブロックとその両側の端部インバートブロックとの３つのインバートブロックに分割してなるものであり、前記端部インバートブロック間に挟まれる中央部インバートブロックの上面の一部または全面がインバートのトンネル軸方向に延びる溝の底面を形成していることを特徴とする請求項１、２または３記載のインバート。
【請求項５】
多数のセグメントからなるトンネル断面の内面下方に設けられるインバートを、トンネル周方向およびトンネル軸方向にそれぞれ複数に分割した形状を有し、下面にセグメントの内面に接する複数の脚部を有し、トンネル周方向の少なくとも一側には、隣接するインバートブロックとの接続部における鉛直面内での回動を許容する継手が形成され、トンネル軸方向両側には、トンネル軸方向に隣接するインバートブロックどうしの間で、互いに遊隙を持たせて嵌合し合う凸形状の雄継手および／または凹形状の雌継手が形成されていることを特徴とするインバートブロック。
【請求項６】
前記トンネル周方向の少なくとも一側に、隣接するインバートブロックと曲面どうしで接するナックル継手を構成する凹曲面または凸曲面が形成されていることを特徴とする請求項５記載のインバートブロック。
【請求項７】
トンネル軸方向両側に形成されている前記雄継手および／または前記雌継手間には、前記雄継手の内部を貫通し、トンネル軸方向に連続する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項５または６記載のインバートブロック。
【請求項８】
多数のセグメントからなるトンネル断面の内面下方に、請求項５、６または７記載のインバートブロックを、トンネル周方向およびトンネル軸方向に接続しながら、順次、設置して行くことを特徴とするインバートの築造方法。
【請求項９】
セグメントの内面と前記インバートブロックの下面および／または前記インバートブロックどうしの間の隙間に充填材を充填することを特徴とする請求項８記載のインバートの築造方法。
【請求項１】
多数のセグメントからなるトンネル断面の内面下方に設けられるインバートを、トンネル周方向およびトンネル軸方向にそれぞれ複数に分割した形状の複数のインバートブロックの接続により形成してなり、前記インバートブロックは、下面にセグメントの内面に接する複数の脚部を有し、トンネル周方向に隣接するインバートブロックどうしの間では、接続部における鉛直面内での回動を許容し、トンネル軸方向に隣接するインバートブロックどうしの間では、互いに嵌合し合う雄雌の継手間に遊隙を持たせて嵌合状態での水平面内での回動を許容するよう構成したことを特徴とするインバート。
【請求項２】
トンネル周方向に隣接する前記インバートブロックどうしは、曲面どうしで接するナックル継手を介して接続されていることを特徴とする請求項１記載のインバート。
【請求項３】
セグメントの内面と前記インバートブロックの下面および／または前記インバートブロックどうしの間の隙間に充填材が充填されていることを特徴とする請求項１または２記載のインバート。
【請求項４】
前記インバートブロックは、トンネル周方向については、中央部インバートブロックとその両側の端部インバートブロックとの３つのインバートブロックに分割してなるものであり、前記端部インバートブロック間に挟まれる中央部インバートブロックの上面の一部または全面がインバートのトンネル軸方向に延びる溝の底面を形成していることを特徴とする請求項１、２または３記載のインバート。
【請求項５】
多数のセグメントからなるトンネル断面の内面下方に設けられるインバートを、トンネル周方向およびトンネル軸方向にそれぞれ複数に分割した形状を有し、下面にセグメントの内面に接する複数の脚部を有し、トンネル周方向の少なくとも一側には、隣接するインバートブロックとの接続部における鉛直面内での回動を許容する継手が形成され、トンネル軸方向両側には、トンネル軸方向に隣接するインバートブロックどうしの間で、互いに遊隙を持たせて嵌合し合う凸形状の雄継手および／または凹形状の雌継手が形成されていることを特徴とするインバートブロック。
【請求項６】
前記トンネル周方向の少なくとも一側に、隣接するインバートブロックと曲面どうしで接するナックル継手を構成する凹曲面または凸曲面が形成されていることを特徴とする請求項５記載のインバートブロック。
【請求項７】
トンネル軸方向両側に形成されている前記雄継手および／または前記雌継手間には、前記雄継手の内部を貫通し、トンネル軸方向に連続する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項５または６記載のインバートブロック。
【請求項８】
多数のセグメントからなるトンネル断面の内面下方に、請求項５、６または７記載のインバートブロックを、トンネル周方向およびトンネル軸方向に接続しながら、順次、設置して行くことを特徴とするインバートの築造方法。
【請求項９】
セグメントの内面と前記インバートブロックの下面および／または前記インバートブロックどうしの間の隙間に充填材を充填することを特徴とする請求項８記載のインバートの築造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００６−２３３５３８（Ｐ２００６−２３３５３８Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４８５２５（Ｐ２００５−４８５２５）
【出願日】平成１７年２月２４日（２００５．２．２４）
【出願人】（５０２３４１２４７）
【出願人】（５０５０６８２０６）
【出願人】（５９７０５８６６４）株式会社トーヨーアサノ (24)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２４日（２００５．２．２４）
【出願人】（５０２３４１２４７）
【出願人】（５０５０６８２０６）
【出願人】（５９７０５８６６４）株式会社トーヨーアサノ (24)
【Ｆターム（参考）】
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