JP2002364008A - 大断面合成アーチトンネルおよびその施工方法 - Google Patents

大断面合成アーチトンネルおよびその施工方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大断面の開削トンネルにも適用でき、低コス
トで工期短縮も可能な、大断面合成アーチトンネルおよ
びその施工方法を実現する 【解決手段】工場において、鋼殻パネル５を製作してお
く。同作業と並行して、現場では、前記インバートコン
クリート２、側壁コンクリート３を施工する。このと
き、側壁コンクリート３の天端に、アンカーフレームを
埋設する。現場で、複数の鋼殻パネル５を連結し、鋼殻
パネルアーチ６を組み立てる。鋼殻パネルアーチ６の端
部を側壁コンクリート３に固定する。このような作業
を、トンネルの延長方向の坑口奥側から坑口に向かって
順に行い、該鋼殻パネルアーチ６をトンネルの延長方向
に連設し、互いに締結して鋼殻部７を形成する。この
後、鋼殻部７の空間高流動コンクリート１４を打設す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、形鋼とコンクリー
トを備えた鋼コンクリートサンドイッチ構造により形成
されたアーチ部を有する大断面トンネルの構造およびそ
の施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、プレキャストアーチトンネルは、
インバートコンクリート及び側壁コンクリートを場所打
ちコンクリートの打設により施工し、アーチ部にプレキ
ャストコンクリートを適用して、現場で組み合わせるこ
とによりトンネルのアーチ部を築くものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、アーチ部への
プレキャストコンクリートの適用は、施工延長が短い場
合にはコスト高になるとともに、大断面では強度確保が
難しく、さらにはトンネルの拡幅部や喚起ダクト取り付
け部等の特殊構造部分への適用が困難になるといった欠
点があった。
【０００４】上記事情に鑑み、本発明は大断面の開削ト
ンネルにも適用でき、低コストで工期短縮が可能である
とともに、特殊構造部分への適用が可能な大断面合成ア
ーチトンネルおよびその施工方法を実現することを目的
とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の大断面合
成アーチトンネルは、型鋼を格子状に組み合わせた構造
体の、上面と下面に鋼板を張り合わせた鋼殻パネルアー
チを並列に連設した鋼殻部と、前記鋼殻部の内部で、前
記構造体と上面及び下面に位置する前記鋼板の間に形成
された空間に充填された高流動コンクリートと、から形
成される鋼コンクリートサンドイッチ構造により構成さ
れるアーチ部を有することを特徴としている。
【０００６】請求項２記載の大断面合成アーチトンネル
は、前記鋼殻パネルアーチが、型鋼を格子状に組み合わ
せた四角形状の構造体の上面と下面に鋼板を張り合わせ
た曲面形状の鋼殻パネルが、トンネルの周方向に複数枚
連結されることにより構成されることを特徴としてい
る。
【０００７】請求項３記載の大断面合成アーチトンネル
は、前記アーチ部の支持部が、該アーチ部の奥行き方向
に延在するＨ型鋼よりなる定着横梁の一方のフランジは
前記アーチ部の端部に固定されて、他方のフランジは締
結手段を介して側壁コンクリートに支持されることを特
徴としている。
【０００８】請求項４記載の大断面合成アーチトンネル
の施工方法は、型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の
構造体の、上面及び下面の各々に鋼板を取り付けた曲面
形状の鋼殻パネルを、地組みによりトンネルの周方向に
数枚連結させて鋼殻パネルアーチを形成する工程と、該
鋼殻パネルアーチを締結手段を介して側壁コンクリート
に固定するとともに、隣り合う鋼殻パネルアーチ同士を
連結して前記鋼殻部を形成する工程と、該鋼殻部内の空
間に、高流動コンクリートを打設して、鋼コンクリート
サンドイッチ構造よりなる前記アーチ部を形成する工程
と、よりなることを特徴としている。
【０００９】請求項５記載の大断面合成アーチトンネル
の施工方法は、型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の
構造体の、上面及び下面の各々に鋼板を取り付けた曲面
形状の鋼殻パネルを、トンネルの周方向に数枚連結させ
て鋼殻パネルアーチを形成する工程を、ベントを用いて
側壁コンクリート上で直接実施することを特徴としてい
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１（ａ）に本発明の大断面合成
アーチトンネルの概略を示す。符号１は大断面合成アー
チトンネル、２はインバートコンクリート、３は側壁コ
ンクリート、４はアーチ部、５は鋼殻パネル、６は鋼殻
パネルアーチを示している。本実施例は、大断面合成ア
ーチトンネル１の上半を構成するアーチ部４の構造とそ
の施工方法を示すものであり、インバートコンクリート
２および側壁コンクリート３の構造およびその施工方法
は、従来の開削トンネルの工法に準ずるものである。
【００１１】前記大断面合成アーチトンネル１の上半を
構成する前記アーチ部４は、アーチ形状の前記鋼殻部７
と、該鋼殻部７の内部に充填される前記高流動コンクリ
ート１４と、を備える鋼コンクリートサンドイッチ構造
より形成されるものである。ここで用いられる前記鋼殻
部７は、前記鋼殻パネルアーチ６をトンネルの延長方向
に並列となるよう配列し、隣り合う該鋼殻パネルアーチ
６同士の端部を上面および下面から鋼板１２を張り付け
覆うとともに、連結手段を用いて連結することにより形
成されるものである（図１参照）。
【００１２】前記鋼殻パネルアーチ６は、前記鋼殻パネ
ル５におけるトンネルの周方向の端部同士を、締結手段
を用いて締結することにより形成される。なお、本実施
例においてこれら該鋼殻パネルアーチ６は、複数枚の前
記鋼殻パネル５がトンネルの周方向に連結されることに
よりなる複数分割構成としており、溶接またはボルト接
合などの締結手段（図６参照）を用いて剛結とする。一
例として、前記鋼殻パネル５を２枚連結した場合（図２
（ａ）参照）、３枚連結した場合（図２（ｂ）参照）を
示している。
【００１３】前記鋼殻パネル５は、トンネルの周方向に
曲げＨ型鋼材９、トンネルの延長方向にＨ型鋼材８を配
置し、これらを格子状に組み合わせた構造体１１（図４
参照）の上面および下面にそれぞれ鋼板１２を取り付け
た曲面形状の長方形パネルである（図３参照）。このよ
うな構造により、前記鋼殻パネル５の内部には中空空間
１３が形成されている（図５参照）。該鋼殻パネル５
は、工場等であらかじめ作成され、現場に運搬されるも
のであるため、その幅はトラック輸送が可能な３.０ｍ
以下としている。
【００１４】前記構造体１１を形成している前記曲げＨ
型鋼材９、およびＨ型鋼材８のウェブには、該鋼殻パネ
ルアーチ６の内空部全体にスムーズに高流動コンクリー
トを行き渡らせることが可能となるよう、複数の開口部
１０が設けられている（図２参照）。
【００１５】また、前記鋼殻パネル５の中空空間１３に
は、後に高流動コンクリート１４が打設されるため、上
面に取り付けられた鋼板１２は、一方の端部に打設孔１
２ａが設けられているとともに、他方の端部に空気孔１
２ｂが設けられている。打設終了後に該打設孔１２ａ
は、図示しない蓋により塞がれることとなる。なお、打
設孔１２ａ、及び空気孔１２ｂの取り付け位置はこれに
限ることなく、高流動コンクリート１４が前記鋼殻パネ
ル５の中空空間１３に十分充填されるよう、適宜必要箇
所に設けるものである（図３参照）。
【００１６】上述の構成よりなる前記アーチ部４の支持
部１６は、該アーチ部４におけるトンネルの周方向の端
部に備えられた定着横梁１７と、側壁コンクリート３に
一方を固定されたアンカーボルト１８と、該アンカーボ
ルト１８と前記定着横梁１７を連結する前打ちコンクリ
ート２０と、定着横梁１７全体を埋設する後打ちコンク
リート２１により構成される。ここで、前記アンカーボ
ルト１８は、側壁コンクリート３の打設時に図８にその
平面図を示した前記アンカーフレーム１９とともに、そ
の下半部をあらかじめ埋め込むことにより固定されてい
る（図７参照）。
【００１７】前期定着横梁１７は、前記アーチ部４の両
端部にそれぞれ、奥行き方向に延在するように取り付け
られているＨ型鋼材よりなるもので、そのウェブが前記
鋼殻パネルアーチ６の曲面における接線と合致する方向
に向けられるとともに、その上部フランジは前記アーチ
部４に締結されている。
【００１８】前記アーチ部４が側壁コンクリート３に支
持される際には、前記定着横梁１７の下部フランジが、
アンカーボルト１８を介して前打ちコンクリート２０に
より側壁コンクリート３に結合されることとなる。この
状態において、該アーチ部４の施工作業に伴う活荷重や
推力が該定着横梁１７に作用した際には、該定着横梁１
７を構成するＨ型鋼材のウェブが弾性変形することによ
り、該定着横梁１７自体が疑似ヒンジの役割を果たすよ
うに構成されている。したがって、この状態では支持部
１６はヒンジ構造となる。さらに、前記後打ちコンクリ
ート２１が打設されて、該定着横梁１７全体が埋設され
ると、これら支持部１６は、剛結となるものである。
【００１９】なお、前記鋼殻パネル５を構成する曲げＨ
型鋼材９、Ｈ型鋼材８、及び鋼板１２等の部材に関する
の断面形状や部材厚は、いずれも大断面合成アーチトン
ネル１の上半を構成するアーチ部４に作用する外力を考
慮し、適宜決定されるものである。また、本実施形態に
おいて用いられる部材や、スプライスプレート１５等
は、重防食等の防食処理が施されている。
【００２０】次に、本発明の施工方法を示す。まず、工
場において、前記鋼殻パネル５を製作しておく。同作業
と並行して、現場では、前記大断面合成アーチトンネル
１の底版を構成する前記インバートコンクリート２を施
工するとともに、下半を構成する側壁コンクリート３を
施工し、該側壁コンクリート３の天端には、前記アンカ
ーフレーム１９及び前記アンカーボルト１８が上半部が
突出する状態に埋設しておく。
【００２１】現場に、前記鋼殻パネル５を搬入し、仮受
けベント２２を設置した作業ヤードにおいて前記鋼殻パ
ネルアーチ６を組み立てる（図９（ａ）参照）。
【００２２】これら前記鋼殻パネル５ａ同士の連結手段
について、トンネルの周方向に配置された前記曲げＨ型
鋼材９同士の連結は、フランジ同士及びウェブ同士の溶
接（図６（ａ）参照）、フランジ同士の溶接とウェブへ
のスプライズプレート１５を用いた高力ボルト接合（図
６（ｂ）参照）、フランジ同士、及びウェブ同士ぞれぞ
れにスプライズプレート１５を用いた高力ボルト接合
（図６（ｃ）参照）、のいずれの手段による締結でも構
わない。
【００２３】また、トンネルの延長方向に配置された前
記Ｈ型鋼材８同士の連結は、隣り合う前記Ｈ型鋼材８同
士の側部が接する状態で、接合部の上面及び下面を鋼板
１２で覆い、締結手段を用いて連結する（図５参照）。
もしくは、隣り合う前記Ｈ型鋼材８同士に、前記構造体
１１を構成した場合と同様の間隔を空けて配置し、この
空間１３ａを覆うように上面及び下面を鋼板１２で覆
い、締結手段を用いて連結する（図５参照）。トンネル
の延長方向に配置された前記Ｈ型鋼材８同士の連結は、
いずれの方法で連結してもよい。
【００２４】同作業により形成された前記鋼殻パネルア
ーチ６を、所望のトンネル明かり部に据え付け、前記定
着横梁１７の下部フランジに、前記アンカーボルト１８
の端部を貫通するとともに、前記前打ちコンクリート２
０を打設することにより前記側壁コンクリート３に固定
する。このような、該鋼殻パネルアーチ６の前記側壁コ
ンクリート３への据え付け作業を、トンネルの延長方向
の坑口奥側から坑口に向かって順に行い、該鋼殻パネル
アーチ６をトンネルの延長方向に連設するとともに、隣
り合う該鋼殻パネルアーチ６同士を連結し、前記鋼殻部
７を形成する（図９（ｂ）参照）。
【００２５】該鋼殻部７の前記中空空間１３に高流動コ
ンクリート１４を打設し、鋼殻部７と高流動コンクリー
ト１４による鋼コンクリート合成サンドイッチ構造を形
成させた後、前記定着横梁１７の周囲に、鉄筋２３を配
設し前記後打ちコンクリート２１を打設して前記定着横
梁１７を剛結する（図９（ｃ）参照）。
【００２６】なお、前記鋼殻パネル５の組立方法は地組
みに限ることなく、現場の状況に応じて建設中のトンネ
ルにベントを設置し、直接側壁コンクリート３に支持部
１６を固定しながら前記鋼殻パネルアーチ６を組み立て
ても良い（図１０参照）。
【００２７】なお、本実施例では、前記アーチ部４の側
壁コンクリート３における支持部１６を疑似ヒンジ構造
とした状態で高流動コンクリートを前記アーチ部４内に
打設し、その後に支持部１６を剛結としたが、前記アー
チ部４を側壁コンクリート３に据え付ける際に支持部１
６を剛結とした後、高流動コンクリート１４を打設して
も良い。
【００２８】上述の構成によれば、前記鋼殻パネル５の
製作を工場で行った後に、現場においてこれらを組み合
わせることにより前記鋼殻パネルアーチ６や前記鋼殻部
７を形成することが可能なため、現場作業を減少し施工
性に優れているとともに、工期短縮や工費節減に大きく
寄与するものである。さらに、該鋼殻パネル５を工場よ
り直接現場へ運搬すればよいため、運搬が容易で工費削
減にも寄与する。
【００２９】また、該アーチ部４は、前記鋼殻部７に高
流動コンクリート１４を充填することによりなる鋼コン
クリートサンドイッチ構造を適用することから、過大な
荷重等の外力に対する十分な耐力を有するため、大断面
のトンネルに対しても本願の工法の適用が可能となる。
【００３０】一方、該アーチ部４の定着横梁１７を構成
するＨ型鋼材の下部フランジのみを前記側壁コンクリー
ト３に締結することにより、施工中に作用する荷重や推
力に対して、前記Ｈ型鋼材のウェブの弾性変形を利用し
た疑似ヒンジとして適用することが可能となり、固定ア
ーチに比べて施工中におけるアーチ部の支持部１６に係
る断面力の集中を回避することが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、型鋼を格子状
に組み合わせた構造体の、上面と下面に鋼板を張り合わ
せた鋼殻パネルアーチを並列に連設した鋼殻部と、前記
鋼殻部の内部で、前記構造体と上面及び下面に位置する
前記鋼板の間に形成された空間に充填された高流動コン
クリートと、より形成される鋼コンクリートサンドイッ
チ構造より構成されるアーチ部を有することから、過大
な荷重等の外力に対する十分な耐力を有するため、大断
面のトンネルに対しても本願の工法の適用が可能とな
る。
【００３２】請求項２の発明によれば、前記鋼殻パネル
アーチが、型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の構造
体の上面と下面に鋼板を張り合わせた曲面形状の鋼殻パ
ネルが、トンネルの周方向に複数枚連結されることによ
り構成されることから、前記鋼殻パネルの製作を工場で
行うことができるため、現場作業を減少することが可能
となり工期短縮や工費節減に大きく寄与するものであ
る。さらに、該鋼殻パネルを工場より現場へ運搬すれば
よいため、運搬が容易であるとともに現場での組立も容
易で施工性に優れている。
【００３３】請求項３の発明によれば、前記アーチ部の
支持部は、該アーチ部の奥行き方向に延在するＨ型鋼よ
りなる定着横梁の一方のフランジが前記アーチ部の端部
に固定されて、他方のフランジが締結手段を介して側壁
コンクリートに支持されることから、施工中に作用する
荷重や推力に対して、Ｈ型鋼のウェブの弾性変形を利用
した疑似ヒンジとして適用することが可能となる。
【００３４】請求項４の発明によれば、型鋼を格子状に
組み合わせた四角形状の構造体の、上面及び下面の各々
に鋼板を取り付けた曲面形状の鋼殻パネルを、地組みに
よりトンネルの周方向に数枚連結させて鋼殻パネルアー
チを形成する工程と、該鋼殻パネルアーチを締結手段を
介して側壁コンクリートに固定するとともに、隣り合う
鋼殻パネルアーチ同士を連結して前記鋼殻部を形成する
工程と、該鋼殻部内の空間に、高流動コンクリートを打
設して、鋼コンクリートサンドイッチ構造よりなる前記
アーチ部を形成する工程と、よりなることから、簡略か
つ合理的な構造であるため施工性に優れているため、工
期短縮、工費削減に大きく寄与するものである。
【００３５】請求項５の発明によれば、型鋼を格子状に
組み合わせた四角形状の構造体の、上面及び下面の各々
に鋼板を取り付けた曲面形状の鋼殻パネルを、トンネル
の周方向に数枚連結させて鋼殻パネルアーチを形成する
工程を、ベントを用いて側壁コンクリート上で直接実施
することから、上記と同様に簡略かつ合理的な構造であ
るため施工性に優れているため、工期短縮、工費削減に
大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る大断面合成アーチトンネルの概
略を示す図である。
【図２】 本発明に係る大断面合成アーチトンネルの断
面を示す図である。
【図３】 本発明に係る大断面合成アーチトンネルの鋼
殻パネルを示す図である。
【図４】 本発明に係る鋼殻パネルの構造体を詳細を示
す図である。
【図５】 本発明に係る鋼殻パネルの断面の詳細を示す
図である。
【図６】 本発明に係る鋼殻パネルの連結部を示す図で
ある。
【図７】 本発明に係る鋼殻パネルアーチの支持部を示
す図である。
【図８】 本発明に係るアンカーフレームの平面図を示
す図である。
【図９】 本発明に係る大断面合成アーチトンネルの施
工手順を示す図である。
【図１０】 本発明に係る大断面合成アーチトンネルの
施工手順を示す図である。
【符号の説明】
１ 大断面合成アーチトンネル ２ インバートコンクリート ３ 側壁コンクリート ４ アーチ部 ５ 鋼殻パネル ６ 鋼殻パネルアーチ ７ 鋼殻部 ８ Ｈ型鋼材 ９ 曲げＨ型鋼材 １０ 開口部 １１ 構造体 １２ 鋼板 １２ａ 打設孔 １２ｂ 空気孔 １３ 中空空間 １３ａ 空間 １４ 高流動コンクリート １５ スプライスプレート １６ 支持部 １７ 溶接 １８ アンカーボルト １９ アンカーフレーム ２０ 前打ちコンクリート ２１ 後打ちコンクリート ２２ 仮受けベント ２３ 鉄筋
フロントページの続き (72)発明者 桜井 孝 東京都港区芝浦四丁目18番32号 株式会社 東京鐵骨橋梁内 (72)発明者 清水 栄二 東京都港区芝浦四丁目18番32号 株式会社 東京鐵骨橋梁内 (72)発明者 河田 孝志 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 Ｆターム(参考） 2D055 BB02 CA06 EB10 KB04 KB07

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 型鋼を格子状に組み合わせた構造体の、
    上面と下面に鋼板を張り合わせた鋼殻パネルアーチを並
    列に連設した鋼殻部と、 前記鋼殻部の内部で、前記構造体と上面及び下面に位置
    する前記鋼板の間に形成された空間に充填された高流動
    コンクリートと、 から形成される鋼コンクリートサンドイッチ構造により
    構成されるアーチ部を有することを特徴とする大断面合
    成アーチトンネル。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の大断面合成アーチトンネ
    ルにおいて、前記鋼殻パネルアーチは、 型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の構造体の上面と
    下面に鋼板を張り合わせた曲面形状の鋼殻パネルが、 トンネルの周方向に複数枚連結されることにより構成さ
    れることを特徴とする大断面合成アーチトンネル。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の大断面合成アーチトンネ
    ルにおいて、前記アーチ部の支持部は、 該アーチ部の奥行き方向に延在するＨ型鋼よりなる定着
    横梁の一方のフランジが前記アーチ部の周方向の端部に
    固定されて、他方のフランジが締結手段を介して側壁コ
    ンクリートに支持されることを特徴とする大断面合成ア
    ーチトンネル。
  4. 【請求項４】 型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の
    構造体の、上面及び下面の各々に鋼板を取り付けた曲面
    形状の鋼殻パネルを、地組みによりトンネルの周方向に
    数枚連結させて鋼殻パネルアーチを形成する工程と、 該鋼殻パネルアーチを締結手段を介して側壁コンクリー
    トに固定するとともに、隣り合う鋼殻パネルアーチ同士
    を連結して前記鋼殻部を形成する工程と、 該鋼殻部内の空間に、高流動コンクリートを打設して、
    鋼コンクリートサンドイッチ構造よりなる前記アーチ部
    を形成する工程と、 よりなることを特徴とする大断面合成アーチトンネルの
    施工方法。
  5. 【請求項５】 請求項５記載の大断面合成アーチトンネ
    ルの施工方法において、型鋼を格子状に組み合わせた四
    角形状の構造体の、上面及び下面の各々に鋼板を取り付
    けた曲面形状の鋼殻パネルを、トンネルの周方向に数枚
    連結させて鋼殻パネルアーチを形成する工程を、ベント
    を用いて側壁コンクリート上で直接実施することを特徴
    とする大断面合成アーチトンネルの施工方法。
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