JP2003106094A - 波形鋼材を使用した新設トンネルの内壁構造及び施工方法 - Google Patents

波形鋼材を使用した新設トンネルの内壁構造及び施工方法

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JP2003106094A
JP2003106094A JP2001300287A JP2001300287A JP2003106094A JP 2003106094 A JP2003106094 A JP 2003106094A JP 2001300287 A JP2001300287 A JP 2001300287A JP 2001300287 A JP2001300287 A JP 2001300287A JP 2003106094 A JP2003106094 A JP 2003106094A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル内壁の強度を高めることにより、コ
ンクリートの変質・劣化に伴うひび割れや部分崩落等の
発生を防止し、高い安全性を確保することができる波形
鋼材を使用した新設トンネルの内壁構造及びその施工方
法を提供する。 【解決手段】 地山をトンネル断面以上に掘削して掘削
孔を形成し、上半部あるいは全体を所望曲率で内側に曲
げ加工した波形鋼材を左右から組み合わせて上端部を連
結した逆U字状構造材を前記掘削孔内部に所望組数並立
させ、それらの両側を相互に連結することによって構成
された逆U字状構造体をトンネル内壁側型枠とし、該逆
U字状構造体を最内壁としてその裏面と掘削された地山
との間に、所要密度および強度の鉄筋組立体を形成し、
前記逆U字状構造体の裏面と掘削された地山との間にコ
ンクリート層を形成するための生コンクリートおよび/
またはモルタルを注入し、前記型枠として機能した逆U
字状構造体をそのままトンネル内壁として残存させる、
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新設トンネルの内
壁面が波形鋼材(大型デッキプレート)によって補強さ
れたトンネル内壁構造及びその施工方法に関する。ここ
に、内壁面の補強に用いられる波形鋼材は、一般構造用
圧延鋼材を有角波形に曲げ加工した建築・構築用および
建設用の資材としてJIS規格にも規定されて市販され
ており、容易に入手可能なものである。
【0002】
【従来の技術】新幹線、在来線等鉄道トンネル、自動車
専用道路トンネル、人車共用道路トンネル、水力発電所
用その他の導水路等のための多種多様のトンネルがあ
る。トンネルは、用途、建設箇所の状況等によって断面
積、長さ等もそれぞれ異なる。山岳部におけるトンネル
と、海底、河川底、地下等におけるトンネルとは構造、
掘削工法、仕上げ処理等の全てにおいて異なる。土木・
建設工事、特に掘削についてみれば全体の掘削量が少な
くかつ地山が軟質の場合には一旦開削を行い壁面の覆工
作業を行う工法も行われている。
【0003】山岳部に建設する場合は、岩盤を掘削する
必要があり、削岩作業、発破作業等を組み合わせる必要
がある。多くの場合、トンネル掘削用の強力な回転刃を
有する掘削マシーンが使用されている。掘削後は地山の
崩壊を防止するため支保工作業を行い、その後型枠を組
み、生コンクリートの打ち込みやモルタル仕上げ等によ
り覆工作業が行なわれている。
【0004】地盤の悪い箇所のトンネルや海底トンネル
等にあってはシールド工法が採用され、大形のドリルマ
シーンにより前断面掘削を行い、その直後より覆工作業
が行われている。なお、通常のコンクリート巻き、モル
タル仕上げによる覆工作業に代えて、または追加的に鋳
鉄製枠材を内壁面に取り付ける工法も行われている。
【0005】また、コンクリート巻き、モルタル仕上げ
によるトンネルは、コンクリート類の経年劣化、鉄道ト
ンネル、特に高速鉄道トンネルのように列車通過の際の
繰り返し振動による使用素材の疲労現象、ひび割れ、鉄
筋との遊離等が発生し、亀裂や剥離・崩落等のトラブル
が発生する可能性がある。さらに、地震、活断層の活動
や地盤の変動等の影響を受けて同様の被害を被ることも
ある。
【0006】このような状況が進行すると、長大なトン
ネルや往来の激しいトンネルにあっては事前にチェック
することも種々の困難が伴い、高速列車や自動車等の走
行中にトンネル内壁や天井部の剥離・崩落等が発生する
等の可能性がある。このような事態を回避するために定
期的に巡視し、目視点検、打音試験等を行い、ひび割れ
や表面剥離その他の危険箇所を発見次第、必要に応じて
補修作業を行って対処することも多いが、多数かつ長大
なトンネルの全てに対して十分な点検・監視・補修を行
うことは容易ではない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みなされたもので、トンネル内壁の強度を高めること
により、コンクリートの変質・劣化に伴うひび割れや部
分崩落等の発生を防止し、高い安全性を確保することが
できる波形鋼材を使用した新設トンネル内壁構造及びそ
の施工方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる波形鋼材
を使用した新設トンネルの内壁構造は、図1に示すよう
に、上半部あるいは全体を所望曲率で内側に曲げ加工し
た波形鋼材10の上端部を左右から組み合わせた逆U字
状構造材を所要組数並立させ、それらの両側をトンネル
長にわたり相互に順次連結することによって構成された
逆U字状構造体12と、該逆U字状構造体12を最内壁
としてその裏面と掘削された地山14との間に、所定間
隔および強度に形成された鉄筋組立体16と、前記逆U
字状構造体を最内壁としてその裏面と掘削された地山1
4との間に打設されたコンクリート層18と、を具備す
ることを特徴とする。この場合、鉄筋組立体16ならび
に打ち込まれるコンクリート層18は、トンネルの用
途、規模、地山14の性状等に合わせて適宜変更するこ
とができる。またコンクリート層に代えてモルタル層と
することもできる。
【0009】また、本発明にかかる波形鋼材を使用した
新設トンネル内壁構造の施工方法は、地山を掘削し、波
形鋼材10の上半部あるいは全体を所望曲率で内側に曲
げ加工したものを左右から組み合わせた逆U字状構造材
を所要組数並立させ、それらの両側を相互に連結するこ
とによって構成された逆U字状構造体12をトンネル内
壁側型枠として並立せしめ、該逆U字状構造体を最内壁
としてその裏面と掘削された地山14との間に、所要間
隔および強度の鉄筋組立体16を形成し、前記逆U字状
構造体の裏面と掘削された地山14との間にコンクリー
ト層18を形成するための生コンクリートおよび/また
はモルタルを打設し、前記型枠として機能せしめたた逆
U字状構造体12をそのままトンネル内壁として残存さ
せる、ことを特徴とする。
【0010】なお、前記逆U字状構造体12を型枠とし
て使用するほかに、地山の掘削孔における支保工として
機能せしめることができる。このように、両機能を発揮
せしめることにより、支保工施工、型枠施工、これらの
除去作業、除去後コンクリート面の部分補修等の作業工
数を大幅に削減することができる。スライドセントルの
使用やメタルフォーム、コルゲート工法等の複雑な工法
を必要としない。
【0011】なお、この本発明においては、前記逆U字
状構造体12の波形鋼材10からコンクリート層18ま
たは地山14に向けてアンカー19を打ち込んだ内壁構
造、施工方法とすることができる。これによりトンネル
内壁構造はより強固なものとなる。なお、アンカー19
をコンクリート層まで打ち込むか、地山まで打ち込むか
は、地山の性状、トンネルの用途、規模等を考慮して適
宜選定する。
【0012】本発明にかかるトンネル内壁構造ならびに
その施工方法において使用され重要な役割を担う波形鋼
材は、一般構造用圧延鋼材(JIS G−3101に準
拠)を有角波形加工したもので、JIS G−3352
に準拠してプランクシートなる商品名で市販されている
高強度構築材である大型デッキプレートである。この大
型デッキプレートは容易に入手可能である。また、この
大型デッキプレートの素材となる鋼板の板厚は、JIS
規格に準拠して2.3mmから6.0mmまで各種揃っ
ており、トンネルの高さ、幅、用途、地山の性状、土圧
等に応じて適宜寸法の波形鋼材を選択することができ
る。
【0013】大形デッキプレートはトンネル断面に適合
せしめる必要があるが、その曲げ加工には、ベンディン
グロールマシンを利用し、トンネルの設計寸法に合わせ
て所望曲率で曲げ加工して塑性変形させた彎曲部材を適
宜数相互接合することにより、逆U字状構造体を構成す
るものである。なお、トンネル内壁の断面寸法に応じ
て、逆U字状構造体に使用される大形デッキプレートの
数は2〜4枚のように適宜変更可能であり、特に工場で
の曲げ加工の便宜、保管、輸送等を勘案して分割、連
結、または接合等を行うことを考慮することができる。
【0014】本発明にかかるトンネル内壁構造及びその
施工方法によれば、それ自体十分な強度を有する波形鋼
材を曲げ加工した逆U字状構造体が、新設トンネル建設
時のコンクリート打設用型枠となり、そしてアンカーに
よってコンクリート壁に強固に固定されており、コンク
リート固化後はそのままトンネル内壁面となる。したが
って、爾後のコンクリート自体の劣化または外部から加
えられる外力等に起因するひび割れ、崩落等を予防する
ことができ、部分崩落等の事態を確実に回避できる。
【0015】この場合の波形鋼材を曲げ加工した逆U字
状構造体を内壁構造とする新規トンネル工事のコスト
は、繰り返し使用する型枠に比して高価となることが予
想される。しかしながら、施工コストは低廉となり、そ
の後のコンクリート表面の劣化、損傷等を確実に予防す
ることができるため、安全性は格段に向上し、列車、自
動車、歩行者等に対する衝突等の惨事を確実に防止でき
る。したがって従来必須とされていた巡視点検のコス
ト、発見された危険箇所の補修に要する資材費、人件
費、鉄道や高速自動車道のような運行休止・通行止めに
伴う膨大な損失等を考慮すれば、結果的には信頼性向上
効果も含めて経済的にも優れたものとなる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、添付図を参照しつつ本発明
の実施の形態を開示する。図1は、本発明にかかる波形
鋼材を使用した新設トンネルの内壁構造を示す断面モデ
ル図である。トンネル建設にあたって、地山の掘削は従
前と同様に行われる。逆U字状構造体12は、後述する
ような大形デッキプレートとも呼ばれる波形鋼材10を
部分的または全体にわたり曲げ加工して対向する上端部
を連結部材11で連結したものである。この逆U字状構
造体12を、トンネル断面以上に掘削された地山内部
に、支保工ならびに型枠として設置した後、アンカー1
9その他の固定手段によってコンクリート壁に固定し、
コンクリート固化後も取り外すことなくそのままトンネ
ル内壁とするものである。
【0017】波形鋼材による逆U字状構造体12と地山
14との間には、トンネルの用途、設計強度、寸法等に
適合する鉄筋組立体16が所要間隔で組み立てられてい
る。この鉄筋の構造は単線により略示されているが、岩
盤であるか、またいかなる土質か等の地山14の性状、
鉄筋の太さ、層数、縦横鉄筋の間隔等は設計に対応せし
めて適宜決定されるべきである。
【0018】次いで、逆U字状構造体12と地山14と
の間に生コンクリートおよび/またはモルタル等を打設
する。このコンクリート打設にあたっては、逆U字状構
造体12の上方に設けられたノズル挿入開口(図示して
いない)や上端の連結部を部分的に開放して生コンクリ
ート打設用ノズルを挿入して行う。
【0019】図2は、逆U字状構造体12の主構成要素
および構成例を略示したものである。このような逆U字
状構造体12は、図2(A)のように、その断面が連続
するコ字状(有角凹凸溝)を形成する大型デッキプレー
トとも呼ばれる波形鋼材10を主構造材とする。この波
形鋼材10を、図(B)の10Aまたは10Bのよう
に、溝方向に沿って少なくとも部分的にあるいは全体的
に構成しようとするトンネル内壁面に適合する曲率とな
るように曲げ加工したものである。この曲げ加工は、ベ
ンディングロールマシンによって行われる。
【0020】次いで、これら曲げ加工された1対の波形
鋼材10Aと10Bの両上端部を突き合わせ、この部分
に適宜長さの連結部材11を利用して連結し、逆U字状
構造体12を形成する。このような逆U字状構造体12
を並立させ、トンネルの長手方向に順次連結しながらト
ンネル内壁に相当する支保工および型枠を形成する。
【0021】このように構成された逆U字状構造体1
2、地山14、鉄筋組立体16、コンクリート層18の
関係は、図1のA−A’矢視断面である図3に示すよう
になる。図の左側はトンネル内部側、右側は地山14で
あり、これらの間に形成された鉄筋組立体16を取り囲
んでコンクリート層18が形成されている。
【0022】なお、逆U字状構造体12には、適宜間隔
ごとにコンクリート性状点検用の小開口を形成してお
き、サンプル試験が可能なように構成することも可能で
ある。このような小開口は、施工時ならびに通常は鋼板
で閉鎖しておき、必要に応じて開放可能にしておくこと
が望ましい。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にかかる波
形鋼材を使用した新設トンネルの内壁構造およびその施
工方法によれば、掘削した地山の内部に、予め工場で曲
げ加工された波形鋼材を現場で組み立て逆U字状構造体
を形成し、コンクリートやモルタルの打設までは型枠お
よび/または支保工として機能し、施工後は鋼材製トン
ネル内壁を構成する。かかる鋼材製トンネル内壁は、コ
ンクリートやモルタル類のような経年劣化による亀裂、
崩落等の危険がなく長期間にわたり高い安全性を維持す
ることができる。
【0024】本発明においては、逆U字状構造体が型枠
および/または支保工としての機能を発揮するので、ス
ライドセントルやメタルフォームの使用は不要となり、
支保工施工、型枠施工、これらに伴う作業を削減するこ
とができる。また、施工後の安全性の向上、供用開始後
の巡回点検頻度の長期化、頻繁な補修工事の排除、点検
・工事に伴うトンネル使用禁止に伴う列車運休、高速自
動車道等の運行休止、通行止め等に伴う経済的、時間的
損失を排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる波形鋼材を使用した新設トンネ
ルの内壁構造の基本構成を示す断面モデル図である。
【図2】本発明にかかる波形鋼材を使用した新設トンネ
ルの内壁に使用される波形鋼材の基本形状を示す斜視図
(A)および逆U字状構造体の構成図(B)である。
【図3】図1におけるA−A’矢視断面図である。
【符号の説明】
10 波形鋼材(大型デッキプレート) 11 連結部材 12 逆U字状構造体 14 地山 16 鉄筋組立体 18 コンクリート層 19 アンカー

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上半部あるいは全体を所望曲率で内側に
    曲げ加工した波形鋼材を左右から組み合わせて上端部を
    連結した逆U字状構造材を、地山の掘削孔内部に所望組
    数並立させ、それらの両側をトンネルの長手方向にわた
    って相互に連結することによって構成された逆U字状構
    造体と、該逆U字状構造体を最内壁としてその裏面と掘
    削された地山との間に、所要間隔および強度に形成され
    た鉄筋組立体と、前記逆U字状構造体を最内壁としてそ
    の裏面と掘削された地山との間に打設されたコンクリー
    ト層と、を具備することを特徴とする波形鋼材を使用し
    た新設トンネルの内壁構造。
  2. 【請求項2】 地山をトンネル断面以上に掘削して掘削
    孔を形成し、上半部あるいは全体を所望曲率で内側に曲
    げ加工した波形鋼材を左右から組み合わせて上端部を連
    結した逆U字状構造材を前記掘削孔内部に所望組数並立
    させ、それらの両側を相互に連結することによって構成
    された逆U字状構造体をトンネル内壁側型枠とし、該逆
    U字状構造体を最内壁としてその裏面と掘削された地山
    との間に、所要密度および強度に形成された鉄筋組立体
    を形成し、前記逆U字状構造体の裏面と掘削された地山
    との間にコンクリート層を形成するための生コンクリー
    トおよび/またはモルタルを打設し、前記型枠として機
    能した逆U字状構造体をそのままトンネル内壁として残
    存させる、ことを特徴とする波形鋼材を使用した新設ト
    ンネル内壁構造の施工方法。
  3. 【請求項3】 前記逆U字状構造体が、型枠として機能
    する以外に掘削後の支保工として機能する、ことを特徴
    とする請求項2に記載の波形鋼材を使用した新設トンネ
    ル内壁構造の施工方法。
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