JP2002038502A - ３ヒンジ埋設トンネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】比較的に軟弱地盤に適用でき、かつ効率的、経
済的に施工することができる３ヒンジ埋設トンネルを提
供することを課題とする。 【解決手段】一対の版材２の上端間をヒンジ２１で連結
して組立てたトンネル壁と、このトンネル壁の下端をヒ
ンジで支持する独立基礎３とを備え、前記独立基礎３
は、トンネル壁の内側と外側とに延びる基版５および外
側の基版端を含む適宜の位置で基盤５に交叉するトンネ
ル軸方向に延びる壁版４とを一体して構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３ヒンジ埋設トン
ネルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、埋設型の３ヒンジトンネルは、盛
土形式の道路の横断地下道、河川堤防を横断するカルバ
ート等に利用されている。このような埋設トンネルを構
築するには、例えば、図４、図５に示すように、埋設す
る地盤底部にトンネル軸方向に延びる一対の独立基礎１
又は一体化したインバート基礎４を設置した後、この基
礎１間を跨ぐようにトンネルの壁部材２を組み立てトン
ネル壁体を形成し、この後、トンネル壁体を覆って盛土
３を施す方法が一般に実施されている。また、トンネル
の壁部材２、２の上端間２１がヒンジ結合であり、それ
ぞれの下端２２が基礎の一部に設けた溝１１でヒンジ支
持されている。すなわち上記３ヒンジ埋設トンネルは、
静定構造物となっている。

【０００３】

【本発明が解決しようとする課題】しかし、基礎１の載
る支持地盤が比較的に軟弱で、地耐力が十分でない場
合、独立基礎１は大きな沈下や不等沈下をする恐れがあ
る。これを防ぐために独立基礎の寸法を大規模にすれ
ば、地耐力は得られるものの、寸法が大きいために基礎
の傾斜を誘発する恐れが派生するようになる。また、独
立基礎では、３ヒンジ埋設トンネルの水平力が基礎１の
底面と支持地盤との間の摩擦によって抵抗しているの
で、十分な滑り抵抗が得られないような軟弱地盤では、
基礎１が水平方向に変位する恐れもある。従来、このよ
うな場合には、例えば、図４のように、基礎１間を一体
化したインバート基礎４で構成し、その支持地盤の支持
面積を増大して地耐力を得たり、水平抵抗力をインバー
ト基礎の引張力で分担させるようにしている。 また、
補強のために地盤改良、杭基礎等の手法を併用する場合
もある。しかし、インバート基礎４を採用するにして
も、インバート基礎４は、３ヒンジ埋設トンネルの荷重
による反力から生ずる大きな曲げモートやインバート基
礎３に作用する引張力に抵抗しなければならないため、
基礎の構造は、大規模かつ複雑になり、その施工性、経
済性等に難点がある。

【０００４】

【本発明の目的】本発明は上記したような従来の問題を
解決するためになされたもので、比較的に軟弱地盤に適
用でき、かつ効率的、経済的に施工することができる３
ヒンジ埋設トンネルを提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明は、折線又は曲線の形状になる一対
の版材の上端間をヒンジで連結して組立てた門形状のト
ンネル壁と、このトンネル壁の下端をヒンジで支持する
基礎とを備えた３ヒンジ埋設トンネルであって、前記基
礎は、トンネル壁の内側と外側とに延びる基版と、外側
の基版端を含む適宜の位置で該基版に交叉するトンネル
軸方向に延びる壁版とを一体して構成したことを特徴と
する、独立基礎形式になる３ヒンジ埋設トンネルであ
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照しながら、本発明
の３ヒンジ埋設トンネルの実施の形態について説明する
が、本発明はこれに限定されるものではない。

【０００７】＜イ＞全体の構成 図１は本発明をアーチ型トンネル１に適用したの一実施
形態を示す。アーチ型トンネル１は、アーチ状に組立て
た一対の円弧版２、２と、この一対の円弧版２、２の作
用荷重を受けて支持地盤６へ伝達する独立基礎３、３と
から構成する。

【０００８】＜ロ＞円弧版 各円弧版２は、現場や工場などで製作されたプレキャス
ト鉄筋コンクリート版から構成する。また、その上端２
aにおいて、コンクリート円弧版２、２をヒンジ２１で
連結すると共に、その下端２ｂが回転変位を許容するよ
うに基礎３に支持させることにより、３ヒンジアーチ型
トンネルが形成される。

【０００９】＜ハ＞基礎 各基礎３は、図１、２のように、上記トンネル壁の内側
及び外側に延びる基版５と、この基版５に交叉するトン
ネル軸方向の壁版４とによってほぼＬ字形の形状を作
る。さらに補足すれば、この壁版４の下部の両側へ張出
して、即ちトンネル壁の内側と外側において、水平方向
に形成する張出部５１、５２を有する基版５とを一体し
て構成する。前記水平張出部５１の上面には、トンネル
壁の内側に位置して鉛直突出部５３を設け、この鉛直突
出部５３と前記壁版４との間に溝５４を形成する。この
溝５４に円弧版２の下端２ｂを当接係合する。そして、
下端２ｂの横方向の変位を拘束しながら、回転変位が許
容できるようになっている。

【００１０】以上のようにして、アーチ型トンネル１の
重量とその上の荷重は、基礎３を介して支持地盤６に伝
達される。つまり、鉛直荷重Ｖは、基版５と壁版４とに
作用する鉛直地盤反力ｑ_Vで支持し、水平荷重Ｈは、壁
版４の背面と基版５の側面に作用する水平地盤反力ｑ_H
と基版５の底面の摩擦力とで支持し、これら荷重によっ
て発生する基礎の断面力は、基版５と壁版４とに作用す
る地盤反力の分布形状に釣り合うようになっている（図
３）。以下に、これについて詳細に説明する。

【００１１】図３に示すように、支点Ｏの作用力Ｐ（鉛
直力Ｖ、水平力Ｈ）は、基礎３の剛体変位による地盤反
力ｑ_V、ｑ_Hによって釣り合うようになっている。図示の
地盤反力は、基版５（ｑ_V1、ｑ_V2）には、鉛直弾性ばね
（ｋ_V）、壁版４（ｑ_H1、ｑ_{H 2}）には、水平弾性ばね
（ｋ_H）が地盤にあると考えた反力形式である。このよ
うな場合、釣り合い式は以下のように表すことができ
る。なお、図３（ａ）では、張出部５２を有するため、
鉛直反力は基版５（５１及び５２）で、水平反力は壁版
４で、それぞれ分担するようにして、構造解析の簡略化
を図っている。また、図３（ｃ）のように壁版４を傾斜
させた構成では、ｂ２には、図３（ｄ）に示すように、
壁版４の基版５への斜影長を当てればよい。このとき、
壁版４は、水平反力だけでなく鉛直反力も分担する。

【００１２】

【式１】

【００１３】ここに、ｂ₁、ｂ₂、ｈは、それぞれ基版５
のトンネル壁の内側と外側の張出部の長さと壁版４の高
さである。

【００１４】また、地盤反力ｑ_V、ｑ_Hによって基礎３が
角αだけ左回りに回転変位したとすれば、弾性ばね係数
ｋ_V（基版５）、ｋ_H（壁版４）に対して、次式が得られ
る。

【００１５】

【式２】

【００１６】式１、２を展開してｑ_V1、ｑ_V2、ｑ_H1、ｑ
_H2、tanαについて整理すれば、次の式３、４、５を得
る。

【００１７】

【式３】

【００１８】

【式４】

【００１９】

【式５】

【００２０】特別な場合として、例えば、地盤が良好で
ある場合、或いは地盤が軟弱なために基版５の沈下変位
を一様にするよう要求される場合などにおいて、基版５
の反力が等荷重分布になるようにするには、次の式６を
設定する。

【００２１】

【式６】

【００２２】式６を式３、４、５に代入して次の式７が
得られる。

【００２３】

【式７】

【００２４】即ち、基礎３は等沈下するとともに水平方
向にも等変位することになる。また、式６を用いて
ｂ₁、ｂ₂、ｈについて整理すれば、次の式８を得る。

【００２５】

【式８】

【００２６】鉛直荷重Ｖ、水平荷重Ｈが与えられていれ
ば、式１、式６、式７によって、支持地盤のｑ_V、ｑ_Hを
定めることができるから、式８によって、ｂ₁、ｂ₂、ｈ
を容易に定めることができる。また、壁版４の基版５に
対する交叉角βも設定することも可能である（図３
（ｂ）、（ｄ））。

【００２７】一方、地盤が軟弱である場合を対象に、基
版５の反力ｑ_V1、ｑ_V2が、鉛直荷重Ｖに対して基版５の
地盤支持力に見合うようにするために、基版５の寸法、
つまり、張出部の長さｂ₁、ｂ₂を３ヒンジ埋設トンネル
のスパンｌに対して、式９のように設定すれば、すなわ
ち、基版５の全長がトンネルのスパンの二分の一になる
ようにすれば、基版５に作用する反力の平均応力は、鉛
直荷重Ｖのトンネル支間に対する平均鉛直応力に等しく
なり、地盤条件によらず、基礎３はトンネルの鉛直荷重
Ｖに対抗することが可能になる。

【００２８】

【式９】

【００２９】上記の関係式を式３、４、５に代入すれ
ば、次の式１０を得る。

【００３０】

【式１０】

【００３１】式１０から、鉛直荷重Ｖ、水平荷重Ｈ、支
持地盤の弾性ばね係数ｋ_V，ｋ_Hが与えられれば、基版５
と、壁版４の寸法および壁版４の基版５に対する交叉角
（ｌ（ｂ_{1 、}ｂ₂）、ｈ、β）を適切に設定することによ
り、反力ｑ_V1、ｑ_V2、ｑ_H1、ｑ_{H 2}を地耐力より小さくす
ると共に、基礎３の回転角（tanα）を実用に支障しな
い小さい値にすることができることがわかる。また、式
１０において、tanαが負になることは、基盤５がトン
ネルの支間中央へ向かって下方に傾斜することを意味し
ている。

【００３２】式９を例とするように、ｂ₁とｂ₂は、それ
ぞれ３ヒンジ埋設トンネルのスパンｌの1/4以下に設定
できるため、従来の一体化したインバート基礎を採用す
る場合に比して曲げモーメントなどの断面力を小さくで
き、基版５の版厚を薄肉化すことが可能となる（図４参
照）。さらに、壁版４は、水平反力に抵抗することによ
って、基版５に発生する鉛直応力の分布を均等化するの
にも役立ち、不等沈下を防止して独立基礎としての安定
した基礎形式を提供している。そして、この基礎形式に
より、埋設トンネルの内空の高さを必要最小限にまで圧
縮することができる。

【００３３】基礎３は、場所打ちのＲＣ構造として施工
現場で直接作製できるが、工事の事情によってはＲＣ二
次製品のプレキャスト版として供給することができる。
この場合、基版５のトンネル壁の外側への張出部を省略
し、図３（ｃ）の形状を用いれば、製作に有利である。

【００３４】

【本発明の効果】本発明は以上説明したように、比較的
に軟弱地盤においても、３ヒンジ埋設トンネルを基版と
壁版を有する独立基礎で安定して支持するので、即ち鉛
直荷重は基版を主に鉛直地盤反力で支持し、水平荷重は
壁版の背面に作用する水平地盤反力を主に支持し、支持
面積によって反力強度を抑制するとともに、これら反力
によって発生するモーメントを減少させ、さらに基版と
壁版とに作用する地盤反力の分布形状によって基礎の変
位を調整しながら釣り合うようになっているので、基礎
の薄肉化と安定化が図れるだけでなく、独立基礎として
構造が簡明化され、工期の短縮と工費の削減を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアーチ型の３ヒンジ埋設トンネル
の説明図

【図２】本発明に係る基礎の説明図

【図３】基礎の構成と作用する荷重を示す概念図

【図４】従来技術によるアーチ型３ヒンジ埋設トンネル
の説明図

【図５】従来技術によるラーメン型３ヒンジ埋設トンネ
ルの説明図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】折線又は曲線の形状になる一対の版材の上
   端間をヒンジで連結して組立てた門形状のトンネル壁
   と、このトンネル壁の下端をヒンジで支持する基礎とを
   備えた３ヒンジ埋設トンネルであって、 前記基礎は、トンネル壁の内側と外側とに延びる基版
   と、外側の基版端を含む適宜の位置で該基版に交叉する
   トンネル軸方向に延びる壁版とを一体して構成したこと
   を特徴とする、 独立基礎形式になる３ヒンジ埋設トンネル。
2. 【請求項２】基版は、トンネル壁の内側の張出部の長さ
   が、トンネルのスパンの二分の一以下になることを特徴
   とする、 請求項１に記載の３ヒンジ埋設トンネル。
3. 【請求項３】基版は、トンネル壁の外側の張出部の長さ
   が、トンネルのスパンの二分の一以下になることを特徴
   とする、 請求項１又は請求項２に記載の３ヒンジ埋設トンネル。
4. 【請求項４】基礎は、基版と壁版に作用する地盤反力
   が、支持地盤の地耐力以下になるように基版と壁版の寸
   法及び壁版の基版に対する交叉角とを設定してなること
   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３ヒンジ埋設
   トンネル。