トンネル脚部補強構造
【課題】トンネル脚部の補強において、余掘りや内空側への張り出しを不要としながら、鋼製支保工の軸力を分散させて沈下抑制を向上する。
【解決手段】トンネルの内周面に沿って設置される鋼製支保工１と、この鋼製支保工１の脚部と地盤との間に介設され、トンネル軸方向に面積を確保したベースプレート２と、を備える。このベースプレート２は、上下の平鋼板の間に複数本の角パイプを並べて一体化される。さらに、鋼製支保工１の脚部に一体化され、地山に沿ってトンネル軸方向に延びるウイングプレート３を備える。そして、ウイングプレート３を地山に固定するサイドパイル４を備える。
【解決手段】トンネルの内周面に沿って設置される鋼製支保工１と、この鋼製支保工１の脚部と地盤との間に介設され、トンネル軸方向に面積を確保したベースプレート２と、を備える。このベースプレート２は、上下の平鋼板の間に複数本の角パイプを並べて一体化される。さらに、鋼製支保工１の脚部に一体化され、地山に沿ってトンネル軸方向に延びるウイングプレート３を備える。そして、ウイングプレート３を地山に固定するサイドパイル４を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル脚部の補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネルにおいて、地山不良区間を掘削する場合、図５の右側断面に示すように、支持力不足による脚部沈下が問題となることが多い。
その脚部沈下抑制に着目した脚部補強工として、Ａ．鋼製支保工の脚部近傍をあえて余掘りして地山側にその軸力を分散させる目的の冶具や鉄筋等を設置する手法（例えば特許文献１参照）や、Ｂ．トンネル内空側に同様な目的の冶具（例えば文献２参照）や袋体等を設置する手法（例えば特許文献３参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９０３１号公報
【特許文献２】特開２０１０−５３５７０号公報
【特許文献３】特許第２９１５２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記Ａの手法は最も実績があり脚部補強工の標準工法となっているが、図５の左側断面に示すように、治具等設置時に地山の余掘りが不可欠であるため、余掘りエリア内での作業による安全性低下や掘削断面拡大による地山の不安定化という課題がある。
【０００５】
また、前記Ｂの手法は余掘りを必要としないが、図５の左側断面に示すように、内空側に冶具等が張り出すため、切羽を掘削すると同時にその近傍に設置した場合には治具等が次の掘削の邪魔となり、また、下半掘削時には撤去する必要があるという課題がある。
【０００６】
そして、前記Ａ、Ｂの技術は、軸力を分散させるための治具等を付加した鋼製支保工とともに、その周辺部にやや遅れて施工される吹付けコンクリート壁・塊と一体となって脚部沈下を抑制する技術であるが、地山と鋼製支保工間の充填材としての役割も含むコンクリートが固結し支保工として所定の強度を発現するまでには時間を要す。
従って、その間は鋼製支保工と治具等のみでトンネル地山の荷重を支持する必要があるが、鋼製支保工の建込み時において、鋼製支保工と周辺地山が必ずしも接しておらず、地山荷重が鋼製支保工に伝達しない場合や、鋼製支保工の脚部と治具等が設置される地山（トンネル底盤）の表層部が緩んでおり、トンネル地山の荷重が作用すると鋼製支保工が沈下する場合もあり、結果的により地山を緩ませることで最終変位（沈下）量が増大するという課題がある。
【０００７】
本発明の課題は、トンネル脚部の補強において、余掘りや内空側への張り出しを不要としながら、鋼製支保工の軸力を分散させて沈下抑制を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、トンネルの内周面に沿って設置される鋼製支保工と、この鋼製支保工の脚部と地盤との間に介設され、トンネル軸方向に面積を確保したベースプレートと、を備えるトンネル脚部補強構造を特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトンネル脚部補強構造であって、前記ベースプレートは、上下の平鋼板の間に複数本の角パイプを並べて一体化されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のトンネル脚部補強構造であって、前記鋼製支保工の脚部に一体化され、地山に沿ってトンネル軸方向に延びるウイングプレートを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のトンネル脚部補強構造であって、前記ウイングプレートを地山に固定するサイドパイルを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、余掘りや内空側への張り出しを不要としながら、トンネル脚部を補強することにより、鋼製支保工の軸力を分散させて沈下抑制を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用したトンネル脚部補強構造の一実施形態の構成を示すもので、内空側から見た正面図（ａ）と、その縦断面図（ｂ）である。
【図２】図１のトンネル脚部補強構造部の斜視図である。
【図３】図２のベースプレートの側面図である。
【図４】図２のウイングプレートの正面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図５】トンネルの縦断正面図で、一方の脚部沈下とその対策として他方の脚部補強工を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
図１及び図２は本発明を適用したトンネル脚部補強構造の一実施形態の構成を示すもので、１は鋼製支保工、２はベースプレート、３はウイングプレート、４はサイドパイルである。
【００１５】
トンネルの内周面に沿って設置される鋼製支保工１の脚部には、図示のように、ベースプレート２及びウイングプレート３が設けられ、ウイングプレート３は、必要に応じて地山に打設するボルトによるサイドパイル４により固定される。
図示例において、鋼製支保工１は、平行する一対のフランジ１１をウェブ１２で繋げたＨ形鋼により構成されており、その脚部下端には継手板１３が設けられている。
【００１６】
ベースプレート２は、鋼製支保工１の脚部と地盤との間に介設されるもので、トンネル軸方向に面積を確保するため、鋼製支保工１とほぼ同じ幅でトンネル軸方向に長い矩形状に形成されている。
このベースプレート２は、図３にも示すように、上下の平鋼板２１の間に複数本（図示例では五本）の角パイプ２２を並べて溶接により一体に構成された軽量化を図りつつ剛性の高いものとなっている。
【００１７】
ウイングプレート３は、鋼製支保工１の脚部から地山に沿ってトンネル軸方向に延びるもので、ベースプレート２に重ねられる。
このウイングプレート３は、図４にも示すように、ベースプレート２とほぼ同じ幅でトンネル軸方向に長い矩形状の底板３１の一側縁に沿って、鋼製支保工１の脚部から地山に沿ってトンネル軸方向に延びるウイング３２を溶接して一体に構成されている。
【００１８】
なお、底板３１の中央部には一対の孔３３が形成されて、ウイング３２には打設用孔３４がそれぞれ形成されている。
【００１９】
以上のウイングプレート３は、ウイング３２を一方のフランジ１１に溶接して、鋼製支保工１の脚部に一体化される。
【００２０】
次に、実施形態のトンネル脚部補強工について説明する。
先ず、鋼製支保工１とその脚部のトンネル軸方向に面積を確保したベースプレート２と一体化させたウイングプレート３を介したサイドパイル４により、鋼製支保工１の軸力を分散させる。
【００２１】
そして、必要に応じて、鋼製支保工１の脚部のベースプレート２の下部に、図示しない例えば板ジャッキ（特開２００５−５３６７５号公報参照）を設置し、鉛直方向にジャッキアップすることにより、地山及び鋼製支保工１の初期沈下（変位）を抑制する。
【００２２】
具体的には、掘削初期段階、すなわち、吹付けコンクリートの効果が出る前の段階において、トンネル内周面に沿って設置される鋼製支保工１の両脚部に備えたウイングプレート３の底板３１を、地盤に敷いたベースプレート２の上に重ねる。これにより、鋼製支保工１に作用する軸力を脚部のトンネル軸方向に面積を確保したベースプレート２で分散する。
【００２３】
そして、必要に応じて、ベースプレート２と地盤（トンネル底盤）の間に、図示しない可塑性のある例えば砂を詰めた袋体を配置して地山の不陸を除去する。続いて、ウィングプレート底板３１とベースプレート２間に、図示しないが、例えば比較的薄肉の前記板ジャッキを設置した後、その板ジャッキに作動流体を供給してジャッキアップすることで、地山と鋼製支保工１及びベースプレート２を密着させ、地山及び鋼製支保工１の初期沈下を抑制する。
【００２４】
なお、板ジャッキによるジャッキアップ後は、ウィングプレート底板３１とベースプレートの間にできた空間に例えば鉄板等をかませた後、ジャッキダウンし、板ジャッキは回収して繰り返し使用する。
【００２５】
また、既に建込み終了した鋼製支保工１と現在建込みが終了した鋼製支保工１間（片側ウィングプレート３背面を含む）に吹付けコンクリートの打設後は、必要に応じて、鋼製支保工１と一体化させたウイングプレート３を介してサイドパイル４を実施する。つまり、ウイング３２の打設用孔３４からボルトによるサイドパイル４を地山に打設して、その地山奥側に支持力を得てより一層の沈下抑制を企図する。
【００２６】
以上、実施形態のトンネル脚部補強構造によれば、以下に列挙する効果が得られる。
１）設置が簡便で、余掘り・余吹きを必要としない。
２）内空側に冶具等が張り出さないため、掘削の邪魔にならない。
３）鋼製支保工１の脚部底面の面積を前記Aの手法等の従来技術と同程度とし、初期段階（吹付け前）において、従来技術と同様の軸力分散効果を確保する。
４）必要に応じ、ウィングプレート底板３１の下部を板ジャッキ等で鉛直方向にジャッキアップすることにより、地山及び鋼製支保工１の初期沈下（変位）を抑制できる。
５）吹付け後はサイドパイル４を必要に応じて実施し、沈下抑制効果を高めることが可能となる。
６）ベースプレート２は、鋼製支保工１やウイングプレート３の下に「敷いている」だけなので、下半掘削時に容易に撤去可能となる。
７）ベースプレート２は転用が可能で経済的である。
【００２７】
なお、以上の実施形態の他、ベースプレートやウイングプレートの形状など、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００２８】
１ 鋼製支保工
１１ フランジ
１２ ウェブ
１３ 継手板
２ ベースプレート
２１ 平鋼板
２２ 角パイプ
３ ウイングプレート
３１ 底板
３２ ウイング
３３ 継手ボルト用孔
３４ サイドパイル打設用孔
４ サイドパイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル脚部の補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネルにおいて、地山不良区間を掘削する場合、図５の右側断面に示すように、支持力不足による脚部沈下が問題となることが多い。
その脚部沈下抑制に着目した脚部補強工として、Ａ．鋼製支保工の脚部近傍をあえて余掘りして地山側にその軸力を分散させる目的の冶具や鉄筋等を設置する手法（例えば特許文献１参照）や、Ｂ．トンネル内空側に同様な目的の冶具（例えば文献２参照）や袋体等を設置する手法（例えば特許文献３参照）がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９０３１号公報
【特許文献２】特開２０１０−５３５７０号公報
【特許文献３】特許第２９１５２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前記Ａの手法は最も実績があり脚部補強工の標準工法となっているが、図５の左側断面に示すように、治具等設置時に地山の余掘りが不可欠であるため、余掘りエリア内での作業による安全性低下や掘削断面拡大による地山の不安定化という課題がある。
【０００５】
また、前記Ｂの手法は余掘りを必要としないが、図５の左側断面に示すように、内空側に冶具等が張り出すため、切羽を掘削すると同時にその近傍に設置した場合には治具等が次の掘削の邪魔となり、また、下半掘削時には撤去する必要があるという課題がある。
【０００６】
そして、前記Ａ、Ｂの技術は、軸力を分散させるための治具等を付加した鋼製支保工とともに、その周辺部にやや遅れて施工される吹付けコンクリート壁・塊と一体となって脚部沈下を抑制する技術であるが、地山と鋼製支保工間の充填材としての役割も含むコンクリートが固結し支保工として所定の強度を発現するまでには時間を要す。
従って、その間は鋼製支保工と治具等のみでトンネル地山の荷重を支持する必要があるが、鋼製支保工の建込み時において、鋼製支保工と周辺地山が必ずしも接しておらず、地山荷重が鋼製支保工に伝達しない場合や、鋼製支保工の脚部と治具等が設置される地山（トンネル底盤）の表層部が緩んでおり、トンネル地山の荷重が作用すると鋼製支保工が沈下する場合もあり、結果的により地山を緩ませることで最終変位（沈下）量が増大するという課題がある。
【０００７】
本発明の課題は、トンネル脚部の補強において、余掘りや内空側への張り出しを不要としながら、鋼製支保工の軸力を分散させて沈下抑制を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、トンネルの内周面に沿って設置される鋼製支保工と、この鋼製支保工の脚部と地盤との間に介設され、トンネル軸方向に面積を確保したベースプレートと、を備えるトンネル脚部補強構造を特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のトンネル脚部補強構造であって、前記ベースプレートは、上下の平鋼板の間に複数本の角パイプを並べて一体化されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載のトンネル脚部補強構造であって、前記鋼製支保工の脚部に一体化され、地山に沿ってトンネル軸方向に延びるウイングプレートを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載のトンネル脚部補強構造であって、前記ウイングプレートを地山に固定するサイドパイルを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、余掘りや内空側への張り出しを不要としながら、トンネル脚部を補強することにより、鋼製支保工の軸力を分散させて沈下抑制を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用したトンネル脚部補強構造の一実施形態の構成を示すもので、内空側から見た正面図（ａ）と、その縦断面図（ｂ）である。
【図２】図１のトンネル脚部補強構造部の斜視図である。
【図３】図２のベースプレートの側面図である。
【図４】図２のウイングプレートの正面図（ａ）と平面図（ｂ）である。
【図５】トンネルの縦断正面図で、一方の脚部沈下とその対策として他方の脚部補強工を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
図１及び図２は本発明を適用したトンネル脚部補強構造の一実施形態の構成を示すもので、１は鋼製支保工、２はベースプレート、３はウイングプレート、４はサイドパイルである。
【００１５】
トンネルの内周面に沿って設置される鋼製支保工１の脚部には、図示のように、ベースプレート２及びウイングプレート３が設けられ、ウイングプレート３は、必要に応じて地山に打設するボルトによるサイドパイル４により固定される。
図示例において、鋼製支保工１は、平行する一対のフランジ１１をウェブ１２で繋げたＨ形鋼により構成されており、その脚部下端には継手板１３が設けられている。
【００１６】
ベースプレート２は、鋼製支保工１の脚部と地盤との間に介設されるもので、トンネル軸方向に面積を確保するため、鋼製支保工１とほぼ同じ幅でトンネル軸方向に長い矩形状に形成されている。
このベースプレート２は、図３にも示すように、上下の平鋼板２１の間に複数本（図示例では五本）の角パイプ２２を並べて溶接により一体に構成された軽量化を図りつつ剛性の高いものとなっている。
【００１７】
ウイングプレート３は、鋼製支保工１の脚部から地山に沿ってトンネル軸方向に延びるもので、ベースプレート２に重ねられる。
このウイングプレート３は、図４にも示すように、ベースプレート２とほぼ同じ幅でトンネル軸方向に長い矩形状の底板３１の一側縁に沿って、鋼製支保工１の脚部から地山に沿ってトンネル軸方向に延びるウイング３２を溶接して一体に構成されている。
【００１８】
なお、底板３１の中央部には一対の孔３３が形成されて、ウイング３２には打設用孔３４がそれぞれ形成されている。
【００１９】
以上のウイングプレート３は、ウイング３２を一方のフランジ１１に溶接して、鋼製支保工１の脚部に一体化される。
【００２０】
次に、実施形態のトンネル脚部補強工について説明する。
先ず、鋼製支保工１とその脚部のトンネル軸方向に面積を確保したベースプレート２と一体化させたウイングプレート３を介したサイドパイル４により、鋼製支保工１の軸力を分散させる。
【００２１】
そして、必要に応じて、鋼製支保工１の脚部のベースプレート２の下部に、図示しない例えば板ジャッキ（特開２００５−５３６７５号公報参照）を設置し、鉛直方向にジャッキアップすることにより、地山及び鋼製支保工１の初期沈下（変位）を抑制する。
【００２２】
具体的には、掘削初期段階、すなわち、吹付けコンクリートの効果が出る前の段階において、トンネル内周面に沿って設置される鋼製支保工１の両脚部に備えたウイングプレート３の底板３１を、地盤に敷いたベースプレート２の上に重ねる。これにより、鋼製支保工１に作用する軸力を脚部のトンネル軸方向に面積を確保したベースプレート２で分散する。
【００２３】
そして、必要に応じて、ベースプレート２と地盤（トンネル底盤）の間に、図示しない可塑性のある例えば砂を詰めた袋体を配置して地山の不陸を除去する。続いて、ウィングプレート底板３１とベースプレート２間に、図示しないが、例えば比較的薄肉の前記板ジャッキを設置した後、その板ジャッキに作動流体を供給してジャッキアップすることで、地山と鋼製支保工１及びベースプレート２を密着させ、地山及び鋼製支保工１の初期沈下を抑制する。
【００２４】
なお、板ジャッキによるジャッキアップ後は、ウィングプレート底板３１とベースプレートの間にできた空間に例えば鉄板等をかませた後、ジャッキダウンし、板ジャッキは回収して繰り返し使用する。
【００２５】
また、既に建込み終了した鋼製支保工１と現在建込みが終了した鋼製支保工１間（片側ウィングプレート３背面を含む）に吹付けコンクリートの打設後は、必要に応じて、鋼製支保工１と一体化させたウイングプレート３を介してサイドパイル４を実施する。つまり、ウイング３２の打設用孔３４からボルトによるサイドパイル４を地山に打設して、その地山奥側に支持力を得てより一層の沈下抑制を企図する。
【００２６】
以上、実施形態のトンネル脚部補強構造によれば、以下に列挙する効果が得られる。
１）設置が簡便で、余掘り・余吹きを必要としない。
２）内空側に冶具等が張り出さないため、掘削の邪魔にならない。
３）鋼製支保工１の脚部底面の面積を前記Aの手法等の従来技術と同程度とし、初期段階（吹付け前）において、従来技術と同様の軸力分散効果を確保する。
４）必要に応じ、ウィングプレート底板３１の下部を板ジャッキ等で鉛直方向にジャッキアップすることにより、地山及び鋼製支保工１の初期沈下（変位）を抑制できる。
５）吹付け後はサイドパイル４を必要に応じて実施し、沈下抑制効果を高めることが可能となる。
６）ベースプレート２は、鋼製支保工１やウイングプレート３の下に「敷いている」だけなので、下半掘削時に容易に撤去可能となる。
７）ベースプレート２は転用が可能で経済的である。
【００２７】
なお、以上の実施形態の他、ベースプレートやウイングプレートの形状など、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００２８】
１ 鋼製支保工
１１ フランジ
１２ ウェブ
１３ 継手板
２ ベースプレート
２１ 平鋼板
２２ 角パイプ
３ ウイングプレート
３１ 底板
３２ ウイング
３３ 継手ボルト用孔
３４ サイドパイル打設用孔
４ サイドパイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの内周面に沿って設置される鋼製支保工と、
この鋼製支保工の脚部と地盤との間に介設され、トンネル軸方向に面積を確保したベースプレートと、を備えることを特徴とするトンネル脚部補強構造。
【請求項２】
前記ベースプレートは、上下の平鋼板の間に複数本の角パイプを並べて一体化されることを特徴とする請求項１に記載のトンネル脚部補強構造。
【請求項３】
前記鋼製支保工の脚部に一体化され、地山に沿ってトンネル軸方向に延びるウイングプレートを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル脚部補強構造。
【請求項４】
前記ウイングプレートを地山に固定するサイドパイルを備えることを特徴とする請求項３に記載のトンネル脚部補強構造。
【請求項１】
トンネルの内周面に沿って設置される鋼製支保工と、
この鋼製支保工の脚部と地盤との間に介設され、トンネル軸方向に面積を確保したベースプレートと、を備えることを特徴とするトンネル脚部補強構造。
【請求項２】
前記ベースプレートは、上下の平鋼板の間に複数本の角パイプを並べて一体化されることを特徴とする請求項１に記載のトンネル脚部補強構造。
【請求項３】
前記鋼製支保工の脚部に一体化され、地山に沿ってトンネル軸方向に延びるウイングプレートを備えることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル脚部補強構造。
【請求項４】
前記ウイングプレートを地山に固定するサイドパイルを備えることを特徴とする請求項３に記載のトンネル脚部補強構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１１２１０４（Ｐ２０１２−１１２１０４Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５９６３６（Ｐ２０１０−２５９６３６）
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【出願人】（０００１６６４３２）戸田建設株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２２日（２０１０．１１．２２）
【出願人】（０００１９５９７１）西松建設株式会社 (329)
【出願人】（０００１６６４３２）戸田建設株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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