JP2004169474A - トンネル切り広げ部の連結構造 - Google Patents

トンネル切り広げ部の連結構造 Download PDF

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Masamichi Sawaishi
Keigo Takegawa
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Abstract

【課題】並行するトンネルに三次元的施工誤差があってもこれを吸収して高い強度で結合可能で、かつ施工容易なトンネル切り広げ部の連結構造を提供する。
【解決手段】間隔を隔てて並行する地中トンネル1,1間の上部に支保工を設け、両トンネルのセグメント5の一部を解体撤去し、トンネル間の土砂を掘削して大断面の地下空間を構築する切り広げ工法で構築されるトンネル切り広げ部の連結構造において、外周面にシアキー10aを有する内挿管10をセグメント5端部に取り付け、両トンネル1,1間の上部に配置される連結構造体4の端部には、内周面にシアキー11aを有し、かつ内挿管10を遊挿可能な鞘管11を設け、前記内挿管10を前記鞘管11内に挿入して前記内挿管10および前記鞘管11の間隙にグラウト材12を充填してなるグラウト結合手段8によって施工誤差を吸収可能に結合したことを特徴とするトンネル切り広げ部の連結構造。
【選択図】 図2

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、並行するシールドトンネルを連結して大断面の地下空間を構築する切り広げ工法で構築されるトンネル切り広げ部の連結構造について、並行するトンネルに三次元的施工誤差があってもこれを吸収して高い強度で結合可能で、しかも施工容易なトンネル切り広げ部の連結構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
並行するシールドトンネルの分岐・合流部、駅部では2本のシールドトンネルを連結し、トンネル間の土砂を掘削して空間を形成する切り広げ工法が採用されている。また、接近して多数の小口径のシールドトンネルを並行に構築した後、これらのトンネルを連結して閉合した内部の土砂を掘削して壁体とし、地下に大空間を形成する地下空間構築工法も公知である。
【0003】
これらの空間構築工法では、従来、連結部分に大規模な地盤改良(地盤凍結)を行って止水した後、トンネル間の上部および下部にかんざし桁や土留板の仮設支保工を設置し、空間を形成する部分のセグメントを解体して内部の土砂を掘削排除した後、セグメント間を本設の連結構造体で連結して大断面空間を形成していた。なお、前記連結構造体はトンネル間隔が広かったり、大口径トンネルでは中間に支柱や壁体を設ける場合もある。
【0004】
また従来における連結構造体には、鉄筋コンクリート梁や鋼製梁を用いて両側のトンネルセグメントと一体化するものが知られている。しかし、鉄筋コンクリート梁は膨大な鉄筋量が必要となり、狭隘な場所での配筋作業やコンクリート打設作業が困難であるという課題があった。鋼製梁の場合は両側のトンネルセグメント間にH形鋼等の梁を掛け渡しセグメント部材と結合することになるが、各トンネルは独立して構築されるため蛇行、ローリング等の施工誤差が生じることが避けられなく、この施工誤差を吸収した結合手段が必要であった。
【0005】
この点について、従来は結合部の鋼製梁の端部とセグメント端部に鉄筋を配筋して周りにコンクリートを打設して結合する結合手段が用いられていた。しかし、この結合手段は狭隘な場所での型枠設置やコンクリート打設作業が困難であることやコンクリートの硬化に日数を要する問題があるため改良の余地があった。
【0006】
そこで、前記従来技術を改良し施工誤差を吸収できる結合手段として、各種の方法が提案されている。例えば並行する小口径のシールドトンネル間を連結して大空間の壁体を構築する工法においては、特開2002−30898号公報(特許文献1)、特開平11−173064号公報(特許文献2)に開示されているものがある。これらの従来技術では、いずれも連結後におけるトンネル間の空間部にはコンクリートが打設されて壁体となる。
【0007】
特許文献1の結合手段は、図6に示すようにトンネル端部の端支柱20に受け枠21を形成し、端板を有する鋼製結合部材22の端板を両トンネルの受け枠21内に配置し、スペーサを収納した可撓性袋体23または容器を挿入し、前記袋体23または容器内に充填材を充填して両トンネル端部を結合している。すなわち、トンネル間に施工誤差によるずれがあっても形状変化が自由な充填材で結合部材22の端板を拘束して連結可能としたものである。
【0008】
また、特許文献2には、並行する両トンネル端部のセグメント主桁に調整桁24を設け、図7に示すようにセグメント主桁25のウエブと調整桁エンドプレート24aに互いに交差する直交方向に長孔26を設けておき、両トンネル間に上下、左右、ローリングの施工誤差があっても長孔26をスライド自在としてボルトナットで固定可能とし、トンネル前後方向のずれに対してはこの調整桁24間に長孔を有する接続鋼材を連結して両トンネル間を結合する結合構造が開示されている。
【0009】
【特許文献1】
特開2002−30898号公報
【特許文献2】
特開平11−173064号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特許文献1に開示された発明は、トンネル端部の端支柱の受け枠に鋼製結合部材の端板を位置させて可撓性袋体に充填した充填材を自由変形可能としているため施工誤差を吸収して連結可能であるが、連結しようとする部材間は袋入充填材で片側から押付け拘束しているのみであるため回りにコンクリートを打設しないでトンネル間を空間にする場合は結合強度に期待できないという課題があった。
【0011】
また、特開平11−173064号公報の場合は、施工誤差を吸収するために調整桁(結合部材)に設けた長孔部が断面欠損となり、誤差の吸収範囲を大きくする程結合部材の断面剛性が弱くなる。また、結合部材の固定部強度が弱点となるため連結後のトンネル間を空間とする切り広げ構造に適用するのは難しいという課題があった。
【0012】
本発明は、並行するトンネルに三次元的施工誤差があってもこれを吸収して高い強度で結合可能で、しかも施工容易なトンネル切り広げ部の連結構造を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明では以下の構成を要旨とする。
本発明は、間隔を隔てて並行する地中トンネル間の上部に支保工を設け、両トンネルのセグメント5の一部を解体撤去し、トンネル間の土砂を掘削して大断面の地下空間を構築する切り広げ工法で構築されるトンネル切り広げ部の連結構造において、外周面にシアキー10aを有する内挿管10をセグメント5端部に取り付け、両トンネル1,1間の上部に配置される連結構造体4の端部には、内周面にシアキー11aを有し、かつ内挿管10を遊挿可能な鞘管11を設け、前記内挿管10を前記鞘管11内に挿入して前記内挿管10および前記鞘管11の間隙にグラウト材12を充填してなるグラウト結合手段8によって施工誤差を吸収可能に結合したことを特徴とするトンネル切り広げ部の連結構造である。
【0014】
また本発明では、前記連結構造体4として上面を覆工板で覆ったアーチ形状の上弦材と垂直材と斜材からなるトラス構造17を用い、該トラス構造17の水平下弦材の端部を前記グラウト結合手段8でセグメント5端部と結合することとしてもよい。
【0015】
<作用>
本発明は、連結構造体を介して両トンネルのセグメント上端部を結合する手段として、鞘管に内挿管を挿入して、鞘管内にグラウトを充填するグラウト結合手段を用いている。本発明では、この鞘管の内径と内挿管の外径を遊挿可能な状態(両トンネルの施工誤差によって生じる上下、左右、前後の三次元ずれ及びローリング等の傾斜ずれがあっても内挿管を鞘管に差込可能な遊びのある状態)に設定することで、施工誤差を吸収して容易に結合できる。
【0016】
また本発明のグラウト結合手段では、鞘管内面と内挿管外面にはシアキーを設けているため、充填グラウトが高い付着強度を発揮して設計結合強度を確保することが出来る。
【0017】
さらに本発明の前記連結構造体として、上面を覆工板で覆ったアーチ形状の上弦材と垂直材と斜材からなるトラス構造とすれば、上載荷重に対して有利な構造形式となり、また、小断面部材を使用して高い剛性の構造とすることができるため大空間の切り広げが可能となる。この場合には、さらにトラス構造の内部空間を換気やケーブル配線等に有効利用することもできる。
【0018】
【発明の実施の形態】
<実施形態1>
図1は本発明の実施形態1を示すものであって、間隔をおいて並行する2本の地中トンネル1,1間を切り広げて大空間とした断面図である。
【0019】
両トンネル1,1間の上部には鋼製の横梁2と縦梁3からなる連結構造体4が配設されている。この連結構造体4における前記横梁2の端部は、トンネル1のセグメント5を一部解体撤去した後のセグメント上端に結合されている。一方、両トンネル1,1間の下部にはセグメント端が埋め込まれた鉄筋コンクリート製の下部連結構造体6が設けられている。そして、連結構造体1の中央には、連結構造体1を支持するための支柱または壁体7が構築されている。
【0020】
なお、両トンネル1,1間の上方には、トンネル間のセグメント5を解体撤去して土砂を掘削する際の土留め用の支保工を設けたり、地盤凍結工法による止水・地盤固結を施すが図示を省略している。
【0021】
図2、図3は本発明に係る連結構造体1を介して両トンネルのセグメント5上端部をグラウト結合手段8によって結合した詳細を示す断面図と平面図(覆工板を除いた状態における図2のA−A断面図)である。
【0022】
本発明では、H型鋼等などからなる鋼製の横梁2をトンネル上部のセグメント5,5端の間に架設されている。この横梁2はトンネル延長方向に間隔をおいて複数配置されており、トンネル延長方向に沿った縦梁3が横梁2に格子状に接続されている。そして、横梁2および縦梁3の上面に覆工板9を設けることで、トンネル1,1間を結合する連結構造体4が構成されている。
【0023】
また図2,図3に示すように、連結構造体4とセグメント5との結合手段は、セグメント5の端部に取り付けられたシアキー10a付きの内挿管10を、連結構造体4の上面に設けられたシアキー11a付きの鞘管11内に遊挿し、この内挿管10と鞘管11とをグラウト材12で固定するグラウト結合手段8による。この内挿管10の外径と鞘管11の内径との間隔は、両トンネルの施工誤差によって生じる上下、左右、前後の三次元ずれ及びローリング等の傾斜ずれ等の施工誤差を吸収できるような大きな間隔に設定されている。
【0024】
すなわち、本発明では両トンネルの施工誤差によって生じる上下、左右、前後の三次元ずれ及びローリング等の傾斜ずれ等の施工誤差がある場合でも、内挿管10と鞘管11との挿入位置を調整することでその施工誤差を吸収し、内挿管10と鞘管11との間に充填するグラウト材12によって結合可能としたものである。したがって、本発明を実施するにあたっては前記ズレを吸収して内挿管10を鞘管11に差込可能なように、内挿管10の外径と鞘管11の内径とを定める必要がある。また、設計結合強度を確保するには、内挿管10および鞘管11の径と板厚、シアキー10a,11aの突起高さとピッチ及びグラウト材12の強度によってグラウト付着長さ(差込長)を定める必要がある。
【0025】
ここで図2,図3の例では、内挿管10は前端部が蓋10bで閉塞され、内挿管10の基端部側にはセグメント端板5aに取り付けるためのフランジ10cが溶接固定されている。このとき、内挿管10の剛性が不足する場合はモルタルを充填して内挿管を合成鋼管としてもよい。
【0026】
そして、内挿管10のフランジ10cは、各セグメントリングを一部解体して露出したセグメント端板5aにボルト・ナットによって固定されており、各セグメントリング毎に内挿管10が1本ずつセグメント端に取り付けられている。なお、内挿管10の配置間隔は図示の例に限定されることなく、適宜変更することができる。
【0027】
なお、内挿管10を固定するセグメント5は一般的に千鳥配置とされるため、そのままでは一部解体したセグメント5端はトンネル延長方向に凹凸状となり、内挿管10を揃えた状態で取り付けるのが困難である。このため、シールドトンネル構築時に結合用セグメントにあたる部分は予め周方向の長さを2分割したセグメント14をトンネル延長方向にひとつおきに設けておくのが望ましい。こうすれば解体後のセグメント端が揃った状態となるので、セグメント端部に内挿管10を取り付けることが容易となる。なお、結合用のセグメント端には予め内挿管10を固定するためのボルト孔を設けておくのが望ましい。
【0028】
また連結構造体4の横梁2の端部上面には、内挿管10の配置間隔に対応して、鞘管11が内挿管10と対向する状態で固定されている。この鞘管11の前端部外周には補強リング11bが固着され、端部の内挿管10との隙間にはシール材11cが設けられている。また、鞘管11の基端部は横梁2に溶接され、横梁2との間には補強リブ15が設けられている。なお、鞘管11にはグラウト注入孔11dを備えているが、グラウト注入時に差込式の注入パイプを用いる場合はこの注入孔を省略してもよい。
【0029】
鞘管10と内挿管11に形成するシアキー10a,11aは、鉄筋や帯板を所定のピッチでリング状または螺旋状に成形して溶接固着したり溶着金属ビードを所定高さに盛上げて設ける。
【0030】
また、内挿管10と鞘管11とを結合するグラウト材12はモルタルを使用し、早期に強度発現を得たい場合は早強セメントを使用する。また、充填性を高めるには高流動モルタルを使用した方がよい。そして、グラウト結合手段8を含む連結構造体4の上面には覆工板9が設置され、支保工との隙間にエアモルタル等を注入して、トンネル切り広げ部の連結構造が完成状態となる。
【0031】
<実施形態2>
図4は実施形態2を示すものであって、内挿管10と鞘管11とを垂直状態で結合するようにした例である。なお、以下の実施形態において上記の実施形態1と共通する構成には同一符号を付して説明を省略する。
【0032】
実施形態2では、セグメント端板5aに水平支持材16が固定されており、水平支持材16の下面に垂直内挿管10が垂直状態で突設されている。一方、連結構造体4の横梁2の端部には鞘管11が垂直方向に立設されている。そして、この鞘管11に垂直内挿管10が遊挿されて、鞘管11内にグラウト材12を充填してグラウト結合手段8が構成されている。この実施形態2は、特にセグメント端の傾斜θが小さい場合に有効であって、鞘管11の端部にはグラウト充填時のシール材が不要である点でも有利である。
【0033】
<実施形態3>
図5は実施形態3を示すものであって、並行する両トンネル1,1間の上部を連結する連結構造体4として、アーチ形状の上弦材、垂直ブレース、斜めブレース及び水平下弦材で構成したトラス構造17とし、該トラス構造17の下弦材の端部を前記実施形態1または実施形態2で説明したグラウト結合手段8で結合したものである。上記トラス構造17はトンネル延長方向に縦梁3で接続され、アーチ形状の上弦材の上面には覆工板9が設置されている。
【0034】
連結構造体4として上弦材をアーチ形状としたトラス構造17を用いることにより、上載荷重に対して部材断面を有利にできる。また、小断面部材を用いて高い剛性を得ることができるため、連結する両トンネル間の間隔を広くして大空間を構築することが可能となる。さらに、トラス構造17は内部を空間としているためトンネル内と空気の流通を可能にし、ブロワーを設ければトンネル内の換気用空間としたり、ケーブル配線空間として有効利用できる。
【0035】
さらに、トラス構造17では高い剛性が得られるため、中間支柱や壁体は仮設材として使用して完成時は解体撤去してもよく、この場合はさらに空間を増大できる。勿論、支柱や壁体は本設の構造体としてもよい。なお、図5において明示していないが、アーチ形状の上弦材の両端部はセグメントに溶接やボルト結合等によって固定してもよい。
【0036】
【発明の効果】
本発明によれば、両トンネル間の上部に配置した連結構造体の端部とセグメント端部を鞘管と内挿管を用いたグラウト結合手段で結合するようにしているため、並行する両トンネルの施工誤差によって生じる上下、左右、前後の三次元ずれ及びローリング等の傾斜ずれがあっても、内挿管を鞘管に差込可能なように鞘管の内径、内挿管の外径を定めることにより容易にずれを吸収して結合できる。
【0037】
また、鞘管内面と内挿管外面にシアキーを設けているため充填グラウトが高い付着強度を発揮して設計結合強度を確保することが出来る。
【0038】
さらに、前記連結構造体の上弦材をアーチ形状としたトラス構造とすれば、上載荷重に対して有利な構造形式となり小断面部材を使用して高い剛性の構造とすることができるため大空間の切り広げが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係るトンネル切り広げ部の全体断面図。
【図2】本発明の実施形態1のトンネル切り広げ部におけるセグメント結合部の詳細断面図。
【図3】覆工板を除いた状態における図2の一部平面図(A−A断面図)。
【図4】本発明の実施形態2のトンネル切り広げ部におけるセグメント結合部の詳細断面図。
【図5】本発明の実施形態3に係るトンネル切り広げ部の全体断面図。
【図6】従来例(特許文献1)を示す図。
【図7】従来例(特許文献2)を示す図。
【符号の説明】
1 トンネル
2 横梁
3 縦梁
4 連結構造体
5 セグメント
5a セグメント端板
6 下部連結構造体
7 支柱または壁体
8 グラウト結合手段
9 覆工板
10 内挿管
10a シアキー
10b 蓋
10c フランジ
11 鞘管
11a シアキー
11b 補強リング
11c シール材
11d グラウト注入孔
12 グラウト材
13 ボルト結合部
14 2分割セグメント
15 補強リブ
16 水平支持材
17 トラス構造
20 端支柱
21 受け枠
22 鋼製結合部材
23 可撓性袋体
24 調整桁
24a エンドプレート
25 セグメント主桁
26 長孔

Claims (2)

  1. 間隔を隔てて並行する地中トンネル間の上部に支保工を設け、両トンネルのセグメントの一部を解体撤去し、トンネル間の土砂を掘削して大断面の地下空間を構築する切り広げ工法で構築されるトンネル切り広げ部の連結構造において、外周面にシアキーを有する内挿管をセグメント端部に取り付け、両トンネル間の上部に配置される連結構造体の端部には、内周面にシアキーを有し、かつ内挿管を遊挿可能な鞘管を設け、前記内挿管を前記鞘管内に挿入して前記内挿管および前記鞘管の間隙にグラウト材を充填してなるグラウト結合手段によって施工誤差を吸収可能に結合したことを特徴とするトンネル切り広げ部の連結構造。
  2. 前記連結構造体として上面を覆工板で覆ったアーチ形状の上弦材と垂直材と斜材からなるトラス構造を用い、該トラス構造の水平下弦材の端部を前記グラウト結合手段でセグメント端部と結合したことを特徴とする請求項1記載のトンネル切り広げ部の連結構造。
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