JP2005344319A

JP2005344319A - めがねトンネルのセンターピラーの補強構造及びトンネルの構築方法

Info

Publication number: JP2005344319A
Application number: JP2004162759A
Authority: JP
Inventors: Yukio Yabe; 幸男矢部
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2024-06-01
Also published as: JP4196290B2

Abstract

【課題】めがねトンネルの中央先進導坑内に設けられたセンターピラーの、先進本坑の掘削に伴う壁柱部の変形を抑止する補強構造を提供する。
【解決手段】近接して並行する先進本坑２０と後進本坑３０との間に位置する先進導坑１０内にあらかじめセンターピラー１１を共有支持構造体として構築する。先進導坑１１の後進本坑側導坑１２内に所定厚の埋戻し充填材層１３を形成する。その上にセンターピラー１１の壁柱部１１ｄと支保工との間に所定層厚のエアモルタル１４を充填する。先進本坑１０の掘削時のセンターピラー１１の支保を行う。次いで後進本坑側導坑１２の補強構造体を撤去しながら後進本坑３０を掘削し、本坑トンネルのインバートを掘削し、各本坑トンネルの２次覆工２１，３１を行う。
【選択図】図２

Description

本発明はめがねトンネルのセンターピラーの補強構造及びトンネルの構築方法に係り、特に先進本坑の掘削に伴うセンターピラーの壁柱部の変形を抑止するためのセンターピラーの補強構造及び、その補強構造を用いためがねトンネルの構築方法に関する。

たとえば、道路トンネル等において、上・下車線をきわめて近接させて、中央先進導坑内に構築された鉄筋コンクリート製の中央隔壁柱（以下、センターピラーと記す。）を共有構造部とした断面形状の並行する２本の本坑トンネル（双設トンネル、めがねトンネル等と呼ばれるが、本明細書では、めがねトンネルと呼ぶ。）が施工されている。図４は、この種のめがねトンネルの断面形状の一例を示した横断面図である。中央先進導坑１０内に構築されたセンターピラー１１によって、双方の本坑トンネル２０，３０の上半の中央側に作用するトンネル作用荷重が確実に支持され、めがねトンネル全体の安定が保持されるようになっている。

センターピラー１１は、図５に示したように、予め２本の本坑トンネル２０，３０間の中間位置に掘削された、例えば断面形が馬蹄形トンネルをなす中央先進導坑１０内に構築された壁柱状の鉄筋コンクリート構造物である。その断面形状は、本坑トンネルの側壁形状、インバート形状に倣った略逆Ｔ字形をなし、トンネルの延長方向に沿って連続構築される。このセンターピラー１１は、先進本坑トンネル２０および後進本坑トンネル３０（以下、先進本坑２０、後進本坑３０と記す。）の各施工段階に応じたすべての応力状態において安全であることが重要である。このため、センターピラー１１の頂部と、先進導坑１０の頂部とが一体的に連結された構造とすることが重要であり、このためにセンターピラー頂部の構築方法も提案されている（特許文献１）。

特許文献１に開示された構築方法によってセンターピラーを構築した場合、センターピラーは下端が先進導坑内のインバート全面が底版として固定端を構成し、上端は先進導坑頂部に固定された構成からなる。

特開２００２−３２２８９８公報参照。

ところで、めがねトンネルでは、図４に示した一般に先進本坑と後進本坑の掘削時期（工程）が異なる。このため、先進本坑の掘削時に、図６に示したように、先進本坑の掘削荷重は吹付コンクリート及びトンネル延長方向に所定ピッチで建て込まれた鋼製アーチ支保工（以下アーチ支保工）で支保される。このときアーチ支保工の片側はセンターピラーの肩部に支持されており、トンネル掘削荷重は、先進本坑のアーチ部に施工された吹付コンクリートと、アーチ支保工の脚部〜センターピラー壁柱〜センターピラー底版と伝達される。

その後、先進本坑の掘削時にはセンターピラーの片側のみにアーチ支保工２１の脚部２１ａの支保工軸力が作用するため、センターピラー１１は白矢印で示したような変形挙動が予想される。このとき、センターピラー壁柱部１１ｄには先進本坑２０側が圧縮応力状態、後進本坑導坑１２側が引張応力状態となる曲げモーメントＭが発生する。

従来は、この種のセンターピラーの壁柱部の変形を抑止し、応力状態を適正にするために、鉄筋コンクリートとしてのセンターピラーの補強鉄筋量を増やしたり、補強鋼材を配置したりしていた。また、センターピラーの変形抑止のために後進本坑側の導坑全体を発泡モルタル等で充填し、閉塞する対策工も考えられる。しかし、導坑全体を発泡モルタルで閉塞した場合、後進本坑の掘削時に発泡モルタル部分の除去掘削を行う必要があり、後進本坑の施工効率が低下する。

ところが、土被りの大きなめがねトンネルを対象として、ＦＥＭ解析で先進本坑施工時のセンターピラーの変位状態、応力状態を確認したところ、上述のような上端と下端とが堅固に保持された構造系のセンターピラーでは両端固定版としての挙動に近いことが確認されており、その応力状態を参照すると、センターピラーの高さ方向のほぼ中間位置での変位拘束を行うことでセンターピラー全体の応力状態の安全を確保できることが確認できた。そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、簡単な補強構造により、先進本坑の掘削時にセンターピラーの変位を抑え、センターピラーに過剰な応力が生じないようにしためがねトンネルのセンターピラーの補強構造及びめがねトンネルの構築方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は近接して並行する先進本坑と後進本坑との間に位置する先進導坑内にあらかじめ設けられたセンターピラーを共有支持構造部として構築されるめがねトンネルの、前記先進導坑の後進本坑側導坑内の所定厚の埋戻し充填材層上に前記センターピラーの壁柱部の補強構造体が設けられたことを特徴とする。

そのめがねトンネルの構築方法として、近接して並行する先進本坑と後進本坑との間に位置する先進導坑内にあらかじめセンターピラーを共有支持構造体として構築し、前記先進導坑の後進本坑側導坑内に所定厚の埋戻し充填材層を形成し、その上に前記センターピラーの壁柱部の補強構造体を設けて前記先進本坑の掘削を行い、次いで前記後進本坑側導坑の補強構造体を撤去しながら前記後進本坑を掘削し、前記本坑トンネルのインバートを掘削し、各本坑トンネルの２次覆工を行うことを特徴とする。このとき、前記センターピラーの壁柱部の補強構造体として、所定層厚の充填固化体が前記埋戻し補強部上に充填することが好ましい。

前記センターピラーの壁柱部の補強構造体として、所定層厚の充填固化体が前記埋戻し充填材層上に充填することが好ましい。

また、前記センターピラーの壁柱部の補強構造体として、鋼製組立補強部材が前記埋戻し補強部上に設置することも好ましい。

さらに、前記センターピラーの壁柱部の補強構造体として、発泡樹脂ブロック構造体が前記埋戻し補強部上に設置することも好ましい。

本発明によれば、めがねトンネルの構築において、先進本坑の掘削に伴うセンターピラーの壁柱部の変形を簡易な補強構造で防止でき、また後工程で撤去することが容易な補強構造であるため、後進本坑の掘削を効率よく行って、めがねトンネルを構築できるという効果を奏する。

以下、本発明のめがねトンネルのセンターピラーの補強構造及びめがねトンネルの構築方法の実施するための最良の形態として、以下の実施例について添付図面を参照して説明する。

以下、本発明のセンターピラーの補強構造を用いためがねトンネルの構築方法について、図１，図２を参照して説明する。図１（ａ）に示したように、後工程で構築される先進本坑及び後進本坑の中間位置に、例えば馬蹄形断面の中央先進導坑１０を掘削する。この中央先進導坑１０は、トンネル構築区間のパイロットトンネルとして機能し、地盤状況に応じて、その支保パターンを適宜変更するとともに、必要に応じた水抜き工法、先行補強工法等、後に施工される先進本坑２０、後進本坑３０がスムースに掘削できるような事前対策工を施すことにも利用できる。

次いで、本坑間の離れ、本坑の側壁形状１１ａ、インバート形状１１ｂを考慮した断面形状の鉄筋コンクリート製のセンターピラー１１を構築する（図１（ｂ））。このセンターピラー１１の壁柱部１１ｄ及び底版１１ｅは、上述したように各施工段階で生じる仮設応力状態及び、完成後の本設応力状態において常に安全であるように設計されている。そのために必要な補強材（鉄筋、形鋼）が配置された鉄筋コンクリート構造となっている。また、アーチ支保工２１の脚部２１ａが据え付けられる肩部１１ｃでの応力集中の緩和のためにセンターピラー１１内のコンクリート内に補強鋼材を配置することも好ましい。

先進本坑２０の掘削に先立ち、後進本坑側導坑１２内に埋戻し材料で所定厚さに充填して埋戻し充填材層１３を形成する。なお、この埋戻し充填材層１３の埋戻し材料としては、本来坑外に搬出される発破ずりや機械掘削によって発生した現地発生土の一部を用いる（図１（ｃ））。さらに埋戻し充填材層１３上に、センターピラー１１の壁柱部１１ｄの補強構造体として充填した後に固化する充填固化体としてのコンクリート１４を所定層厚だけ充填する。本実施例では、坑外の現場プラントで起泡剤の投入により製造されたエアモルタル（気乾かさ比重１．２程度、４週強度で１〜２N/mm²）が使用されている。このコンクリート層厚及びコンクリート強度は、トンネル形状、地盤状態を考慮したＦＥＭ解析等で事前に決定しておき、地盤状態に応じた層厚等の補強パターンを設定しておくことが好ましい。なお、後述するように、このコンクリート１４部分と埋戻し充填材層１３とは、後進本坑３０の掘削時に地山とともに撤去されるため、コンクリート１４部分は、使用掘削機械で掘削可能な程度の強度に設定することが必要である。この充填固化体としては、エアモルタルの他、所定強度を発揮する気泡コンクリートや多孔質コンクリート、あるいはソイルセメント等を使用することができる。

上述したように後進本坑側導坑１２の補強構造を備えた状態での本坑２０、３０の掘削手順について、図２各図を参照して説明する。図２（ａ）に示したように、中央先進導坑１０の支保工の一部を撤去しながら、先進本坑２０の上半部の掘削を行って上半アーチ支保工２１の脚部２１ａをセンターピラー１１の壁柱部１１ｄの肩部１１ｃに支持させる。先進導坑１０側に作用する掘削荷重はセンターピラー１１の壁柱部１１ｄを通じて底版１１ｅに伝達されるが、このとき後進本坑側導坑１２内に補強構造体（埋戻し充填材１３、コンクリート１４）が設けられているので、センターピラー１１の壁柱部１１ｄの変形は最小限に抑えられる。次いで、先進本２０の下半部の掘削を行う。この下半部の掘削においてセンターピラー１１には最大の曲げモーメントが生じるが、後進本坑側導坑１２内に補強構造体によってセンターピラー１１の変形を十分に抑止することができる。

次に、図２（ｂ）に示したように、後進本坑３０の上半部を掘削し、先進本坑と同様に、上半アーチ支保工３１の脚部をセンターピラー１１の壁柱部の肩部に支持させる。このときセンターピラー１１の壁柱部１１ｄに作用する荷重は左右対称となるため壁柱部１１ｄの応力状態は安定する。そして後進本坑下半部を補強構造体（埋戻し充填材１３、コンクリート１４）とともに掘削する。さらに本坑トンネル２０，３０のインバート２２，３２の掘削を行い、所定のめがねトンネル断面を完成させる（図２（ｃ））。その後、上半〜下半及びインバートの２次覆工２３，２４，３３，３４を行い、トンネル断面が完成する（図４）。

図３各図は、センターピラー１１の壁柱部１１ｄの補強構造の変形例を示した中央先進導坑１０の断面図である。先進本坑２０の掘削と後進本坑３０の掘削とが短い時間差で進行する場合、センターピラー１１の壁柱部１１ｄの補強構造を盛り替えて使用することができる。そのような場合には、例えば図３（ａ）に示したように、所定高さまで埋め戻した埋戻し充填材層１３上に形鋼の組立補強部材１５を設置することで、先進本坑２０の掘削時のセンターピラー１１の壁柱部１１ｄの変形を抑止するための補強構造として機能させることができる。また、図３は発泡ポリスチレンブロック構造体１６を埋戻し充填材層１３上に設置し、さらに上部埋戻し材料１７を積層することで、センターピラー１１の壁柱部１１ｄの補強構造としたものである。この場合にも先進本坑２０の切羽の進行に合わせて補強構造部分に補強用の部材１５，１６を盛り替えて繰り返し使用することができるという利点がある。

本発明のめがねトンネルの先進導坑の後進本坑側導坑内の補強構造の施工手順を示したトンネル断面図。本発明のめがねトンネルの先進本坑、後進本坑の掘削手順を示したトンネル断面図。後進本坑側導坑内の補強構造の変形例を示したトンネル断面図。めがねトンネルの完成形状の一例を示したトンネル断面図。めがねトンネルの施工のための先進導坑内のセンターピラーの一例を示したトンネル断面図。先進本坑の掘削時におけるセンターピラーの壁柱部の変形状態を模式的に示したトンネル断面図。

符号の説明

１０中央先進導坑
１１センターピラー
１１ｄ壁柱部
１３埋戻し充填材層
１４コンクリート
２０先進本坑
２１アーチ支保工
３０後進本坑

Claims

近接して並行する先進本坑と後進本坑との間に位置する先進導坑内にあらかじめ設けられたセンターピラーを共有支持構造部として構築されるめがねトンネルの、前記先進導坑の後進本坑側導坑内の所定厚の埋戻し充填材層上に前記センターピラーの壁柱部の補強構造体が設けられたことを特徴とするめがねトンネルのセンターピラーの補強構造。
近接して並行する先進本坑と後進本坑との間に位置する先進導坑内にあらかじめセンターピラーを共有支持構造体として構築し、前記先進導坑の後進本坑側導坑内に所定厚の埋戻し充填材層を形成し、その上に前記センターピラーの壁柱部の補強構造体を設けて前記先進本坑の掘削を行い、次いで前記後進本坑側導坑の補強構造体を撤去しながら前記後進本坑を掘削し、本坑トンネルのインバートを掘削し、各本坑トンネルの２次覆工を行うことを特徴とするめがねトンネルの構築方法。
前記センターピラーの壁柱部の補強構造体として、所定層厚の充填固化体が前記埋戻し充填材層上に充填されたことを特徴とする請求項１に記載のめがねトンネルのセンターピラーの補強構造。
前記センターピラーの壁柱部の補強構造体として、鋼製組立補強部材が前記埋戻し補強部上に設置されたことを特徴とする請求項１に記載のめがねトンネルのセンターピラーの補強構造。
前記センターピラーの壁柱部の補強構造体として、発泡樹脂ブロック構造体が前記埋戻し充填材層上に設置されたことを特徴とする請求項１に記載のめがねトンネルのセンターピラーの補強構造。
前記センターピラーの壁柱部の補強構造体として、所定層厚の充填固化体が前記埋戻し充填材層上に充填されたことを特徴とする請求項２に記載のめがねトンネルの構築方法。