JP2008169578A - Tunnel structure and tunnel construction method - Google Patents
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Description
本発明は、横方向に間隔をおいて並べて設けた複数のトンネルの間を掘削して拡幅部を構築することを基本とするトンネルの構造およびその工法に関する。 The present invention relates to a tunnel structure based on excavating between a plurality of tunnels arranged side by side in the lateral direction and constructing a widened portion, and a construction method thereof.
道路トンネルにおいて本線トンネルに対して分岐合流部トンネルを分岐合流させる場合、その構築は図3に示すような工法によることが最も一般的である。
すなわち、まず図3(a)に示すように本線トンネルとなるシールドトンネル1と、ランプトンネルのように本線トンネルに対して分岐合流する分岐合流部トンネルとなるシールドトンネル2とを横方向に間隔をおいて設けた後、(b)に示すようにそれらシールドトンネル1,2の間を掘削してその上下に上部床版3と下部床版4とを施工して分岐合流部となる拡幅部5を設けることによって、最終的には断面形状が横長の道路トンネルを構築するのである。
しかし、上記のような従来一般的な工法では、拡幅部5の施工に際して大がかりな支保工が不可欠であるばかりでなく、特に上部床版3は大きな土被り荷重を受けて過大な断面力が作用することからその所要強度および版厚は大きなものとならざるを得ず、必然的に所要鉄筋量も膨大になって太径の鉄筋を過密に配筋する必要がある。したがって、特に上部床版3の施工は多大な手間とコストを要するものとなるばかりでなく、その作業は限られた狭隘なスペースで行うことになるので効率的な施工は困難である場合が多い。
In the case of a road tunnel, when a branch / merging portion tunnel is branched and joined to a main line tunnel, the construction is most commonly performed by a construction method as shown in FIG.
That is, first, as shown in FIG. 3 (a), the
However, in the conventional general construction method as described above, not only a large support work is indispensable for the construction of the widened
そのため、このような形態のトンネルをより合理的に構築可能な工法として、たとえば特許文献1や特許文献2に示される工法も提案されている。
特許文献1に示される工法は、2本のシールドトンネルを先行構築する際にその側面のセグメントを切削可能なものとしておいて、後段において矩形シールドによってそのセグメントを切削しながら2本のシールドトンネル間を掘削して拡幅するというものである。
特許文献2に示される工法は、2本のシールドトンネルを構築することに代えて、1本のシールドトンネルの側方に地中壁を設け、それらシールドトンネルと地中壁との間を拡幅することによってほぼ同様の形態のトンネルを構築するものである。この工法においては、シールドトンネルの覆工を鋼製セグメントによるものとして、拡幅部の上下に設ける鉄筋コンクリート造の床版をその鋼製セグメントに対して接合することにより、それらを構造的に確実に一体化させ得るとともに施工性を改善できるという利点もある。
In the construction method shown in
In the construction method disclosed in
特許文献1や特許文献2に示される工法では、図3に示したようにシールドトンネル間を単に拡幅する場合に比較すれば施工の合理化を図ることができると考えられるが、いずれにしても上部床版の施工については在来工法による場合と同様の問題を残しているし、前者は特殊な矩形シールドを使用する極めて特殊な工法であり、後者は大規模な地中壁を構築するものであるから開削工法の場合と同様に地表部での用地確保とそこでの作業が必要であり、いずれも広く一般に採用できるものではない。
In the construction methods shown in
上記事情に鑑み、本発明は上記のような形態のトンネルを合理的に施工し得る有効適切なトンネル構造とトンネル工法を提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an effective and appropriate tunnel structure and tunnel construction method capable of rationally constructing a tunnel having the above-described form.
請求項1記載の発明は、複数のトンネルが横方向に間隔をおいて並べられて設けられ、それらトンネルの間が掘削されてその上下に上部床版および下部床版が設けられることによって拡幅部が構築されてなるトンネル構造であって、前記上部床版は上方に湾曲するアーチ形状に形成されているとともに、該上部床版は少なくともその一部が鋼殻コンクリート造とされていることを特徴とする。
The invention according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明のトンネル構造において、アーチ形状に形成される上部床版の両端部間に鋼材からなる繋ぎ材が架設されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the tunnel structure according to the first aspect of the present invention, a joining material made of a steel material is constructed between both ends of an upper floor slab formed in an arch shape.
請求項3記載の発明は、複数のトンネルを横方向に間隔をおいて並べて設けて、それらトンネルの間を掘削してその上下に上部床版および下部床版を設けることによって拡幅部を構築するトンネル工法であって、前記上部床版を上方に湾曲するアーチ形状に形成するとともに、該上部床版の少なくとも一部を鋼殻コンクリート造とすることを特徴とする。 The invention according to claim 3 constructs the widened portion by providing a plurality of tunnels arranged side by side in the lateral direction, excavating between the tunnels, and providing an upper floor slab and a lower floor slab above and below the tunnel. A tunnel construction method is characterized in that the upper floor slab is formed into an arch shape that curves upward, and at least a part of the upper floor slab is made of steel shell concrete.
請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明のトンネル工法において、アーチ形状に形成する上部床版の両端部間に鋼材からなる繋ぎ材を架設することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the tunnel construction method according to the third aspect of the present invention, a joining material made of a steel material is installed between both ends of the upper floor slab formed in an arch shape.
本発明のトンネル構造によれば、拡幅部の上部に設けられる上部床版が少なくともその一部が鋼殻コンクリート造のアーチ形状とされているので、自ずと優れた強度と変形性能を確保し得てその所要版厚を削減でき、また鋼殻が鉄筋に代わる構造材として機能することから通常の単なる鉄筋コンクリート造の床版とする場合に比べて所要鉄筋量を大幅に削減することができて過密配筋を回避でき、したがってその施工の手間とコストを軽減することが可能である。
特に、アーチ形状の上部床版の両端部間に繋ぎ材を架設すれば上部床版がいわゆるタイドアーチ構造となり、上部床版の下方に撓むような変形を繋ぎ材によってより効果的に抑制することができる。
According to the tunnel structure of the present invention, since at least a part of the upper floor slab provided at the upper portion of the widened portion has an arch shape made of steel shell concrete, it is possible to naturally ensure excellent strength and deformation performance. The required plate thickness can be reduced, and since the steel shell functions as a structural material that replaces the reinforcing bars, the required amount of reinforcing bars can be greatly reduced compared to the usual reinforced concrete floor slab. It is possible to avoid streaks and thus reduce the labor and cost of the construction.
In particular, if a connecting material is installed between both ends of the arch-shaped upper floor slab, the upper floor slab becomes a so-called tide arch structure, and the connecting material can more effectively suppress deformation that is bent downward of the upper floor slab. it can.
本発明のトンネル工法によれば、アーチ形状の上部床版の施工に際しては鋼殻となる鋼板を底型枠として利用することができるし、その鋼殻が鉄筋に代わる構造材として機能するので、通常の鉄筋コンクリート造の床版を施工する場合に比べて型枠工事および鉄筋工事の双方を軽減でき、施工性を大きく改善し得て工事削減と工期短縮に寄与し得る。
特に、上部床版に繋ぎ材を架設してタイドアーチ構造とすることにより、施工時においては底型枠として機能する鋼板の変形を繋ぎ材により抑制してそのための支保工を軽減でき、完成後においてはその繋ぎ材によって上部床版全体が下方に撓むように変形することを有効に抑制することができる。
According to the tunnel construction method of the present invention, when the arch-shaped upper floor slab is constructed, a steel plate that serves as a steel shell can be used as a bottom mold, and the steel shell functions as a structural material instead of a reinforcing bar. Compared with the construction of ordinary reinforced concrete floor slabs, both the formwork and rebar construction can be reduced, and the workability can be greatly improved, which can contribute to the reduction of construction and the construction period.
In particular, by constructing a tie arch structure by tying a connecting material on the upper floor slab, the deformation of the steel plate functioning as a bottom mold can be suppressed by the connecting material at the time of construction, and the support work therefor can be reduced. Can effectively suppress the entire upper floor slab from being bent downward by the connecting material.
本発明のトンネル構造およびトンネル工法の一実施形態を図1を参照して説明する。
本実施形態のトンネル構造およびトンネル工法においては、基本的には図3に示した在来工法と同様に、本線トンネルおよび分岐合流部トンネルとなる2本のシールドトンネル1,2を横方向に間隔をおいて先行構築した後、それらの間を掘削してその上下に上部床版と下部床版を構築して分岐合流部となる拡幅部5を設けることを基本とするものであるが、在来工法における上部床版3は鉄筋コンクリート造による平板状の床版として形成されるものであるのに対し、本実施形態においてはそれに代えて鋼殻コンクリート造によるアーチ形状の上部床版10を形成し、かつそのようなアーチ形状の上部床版10の両端部間に繋ぎ材(タイバー)11を架設することを主眼としている。
One embodiment of the tunnel structure and tunnel construction method of the present invention will be described with reference to FIG.
In the tunnel structure and the tunnel construction method of the present embodiment, basically, the two
本実施形態における上部床版10の構造とその施工手法を図1を参照して詳細に説明する。
双方のシールドトンネル1,2を構築した後、それら間の上部を掘削して上部床版10を形成するべき位置に上方に湾曲するアーチ形状の空洞12を確保し、その空洞の下部および双方のシールドトンネル1,2内の上部に一連の鋼板13を中央部が上方に膨出している台形状をなすように設置する。
その鋼板13はアーチ状の上部床版10を形成するための底型枠として機能するとともに、最終的にはそのまま上部床版10の鋼殻となって通常の鉄筋コンクリートにおける主筋および剪断補強筋に代わる構造材として機能するものであり、したがって鋼板13はそのような構造的な強度と性能を有するものとして材質や板厚が設計されたものである。
なお、鋼板13としては、図示例のように平板状のものと所望の屈曲板状に加工したものを適宜組み合わせ、それらを適宜位置において継ぎ手14を介して接合することにより全体として台形状に組み立てれば良く、その両端部を双方のシールドトンネル1,2の覆工体により支持して設置し、必要に応じて要所を適宜の支保工により支持すれば良い。
The structure and construction method of the upper floor slab 10 in this embodiment will be described in detail with reference to FIG.
After constructing both
The
The
そして、上記のように組み立てた鋼板13の両端部間には上記の繋ぎ材11を架設する。繋ぎ材11は施工時における底型枠としての鋼板13の開き止めとして、また完成後においては上部床版10全体の開き止めとして機能するものであって、それに必要な引張強度を有する適宜の鋼材たとえば鉄筋や帯鋼を所望の間隔で配置して鋼板13に対して溶接あるいは適宜締結して架設すれば良い。
Then, the connecting
また、鋼板13の上面側には予め鉄筋継ぎ手15を取り付けておき、上部床版10内に配筋するべき必要最小限の鉄筋16の基端部をその鉄筋継ぎ手15に機械的に連結して配筋する。なお、それら鉄筋16の先端部にはコンクリートに対する定着力を増強するための定着頭部16aを予め一体に形成しておくことが好ましい。
Further, a
しかる後に、鋼板13を底型枠としてその上部にコンクリートを打設してアーチ形状の空洞全体にコンクリートを充填し、それが硬化すれば鋼殻コンクリート造のアーチ形状の上部床版10が形成される。なお、それと同時に、あるいは相前後して、シールドトンネル1,2内に側壁その他の躯体17を必要に応じて上部床版10と一体化した状態で施工すれば良い。
After that, concrete is cast on the upper part of the
上記構造の上部床版10は、アーチに対してその開き止めとして機能する繋ぎ材11を架設したいわゆるタイドアーチ構造となっており、したがって単なる平板状に形成される場合に比べて自ずと優れた強度と変形性能を確保でき、その所要版厚を軽減できるものである。
また、鋼板13内にコンクリートを充填した鋼殻コンクリート造としていることから、鋼殻としての鋼板13が通常の鉄筋に代わる構造材として機能して通常の単なる鉄筋コンクリート造の床版に比べて所要鉄筋量を大幅に削減することができ、過密配筋を回避することができる。しかも、鋼板13は施工時には底型枠として機能し、当然に型枠解体も不要であるから、鉄筋工事のみならず型枠工事も軽減できるものである。
以上のことから、上記構造の上部床版10を上記工法で施工することにより、通常の鉄筋コンクリート造の床版を施工する場合に比べて施工性を大きく改善し得て工事削減と工期短縮に寄与し得るし、上部床版10の版厚やその施工のための作業スペースを節約できることから、トンネル内の有効空間の拡大にも寄与し得る。
The
Further, since the
From the above, by constructing the
なお、下部床版も同様の構造と形態で施工すれば、つまり下部床版を上部床版と対称をなすように下方に湾曲するアーチ形状の鋼殻コンクリート造のものとして施工すれば同様の効果が得られるが、下部床版についてはそれが受ける荷重その他の諸条件を考慮して上部床版とは独立に設計して差し支えなく、場合によっては他の構造、形状で施工することでも良い。 If the lower floor slab is constructed in the same structure and form, that is, if the lower floor slab is constructed as an arch-shaped steel shell concrete structure that curves downward so as to be symmetrical with the upper floor slab, the same effect is obtained. However, the lower floor slab may be designed independently of the upper floor slab in consideration of the load and other conditions received by the lower floor slab, and may be constructed with other structures and shapes depending on circumstances.
図2は他の実施形態を示す。上記実施形態は上部床版10全体を鋼殻コンクリート造としたが、図2に示すものは上部床版10の一部のみを鋼殻コンクリート造として他は通常の鉄筋コンクリート造としたもの、換言すれば鋼殻コンクリート造と鉄筋コンクリート造の混合構造としたものである。
すなわち、図2に示す上部床版10は同じくアーチ形状とされているものの、鋼殻コンクリート造とされているのはアーチ頂部を含めて本線トンネルとなるシールドトンネル1側のみ(図2において右半部)とされ、分岐合流部トンネルとなるシールドトンネル2側は通常の鉄筋コンクリート造とされ、したがってそこでは鋼板13を使用せずに在来の型枠20を使用して施工後にはそれを解体するものとしている。
また、鉄筋コンクリート造の部分では鋼板13が省略されていることからそこでの鉄筋16は鋼板13に接合されることなく独立に配筋され(したがってその鉄筋16には両端部にそれぞれ定着頭部16aを設けることが好ましい)、また省略された鋼板13に代わる鉄筋21が型枠20の内側に配筋され、双方の境界部にはジョイント筋22が配筋されている。ジョイント筋22はその一端が鋼板13の内側に溶接したプレート23を介して鋼板13に対して接合され、他端は鉄筋コンクリート中にそのまま定着されるようになっている。
さらに、上記実施形態と同様にアーチの開き止めとしての繋ぎ材11が架設され、その一端は同様に鋼板13に対して接合されているが、他端は型枠20を貫通させてその内側に挿入して鉄筋コンクリート中にアンカーするものとしている。
このように上部床版10の一部のみを鋼殻コンクリート造とすることでも上記実施形態と同様に鋼殻コンクリート造とすることによる効果と、タイドアーチ構造とすることによる効果は同様に得られるし、上部床版10全体の断面力を考慮して各部に適切な構造を組み合わせて採用することにより全体として最も合理的な構造とすることが可能である。
FIG. 2 shows another embodiment. In the above embodiment, the entire
That is, although the
Further, since the
Further, as in the above embodiment, the connecting
Thus, even if only a part of the
以上で本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例に過ぎず、本発明は上記実施形態に限らず適宜の設計的変更や応用が可能である。
たとえば、上記実施形態では上部床版10に繋ぎ材11を設けてタイドアーチ構造としたが、繋ぎ材11を省略した単なるアーチ構造によることでも単なる鉄筋コンクリート造の平板状の床版に比べれば充分な効果が得られるので、繋ぎ材11は必ずしも設けることはなく省略しても良い。
また、上記実施形態ではアーチ形状の上部床版を形成するための底型枠となる鋼板は台形状に組み立て、したがって上部床版の下面の形状は台形状となっているが、その鋼板も台形状ではなく上方に滑らかに湾曲するアーチ形状に組み立てることにより、下面形状も含めて上部床版全体をアーチ形状とすることでも勿論良い。
また、上記実施形態は2本のシールドトンネル1,2の間を拡幅してそこに分岐合流部としての拡幅部5を設ける場合の例であるが、本発明は3本以上の多数のトンネルの間をそれぞれ拡幅する場合にも同様に適用できることはいうまでもないし、各トンネルの構造や断面形状、規模は任意であって必ずしもシールド工法によるシールドトンネルに限るものではなく他の工法によるトンネルであっても良い。
また、本発明は道路トンネルに限らず鉄道トンネルをはじめとする各種用途のトンネルや、さらには同様の形態のトンネル状の地下構造物の施工に際しても適用できることは当然であり、上部床版の少なくとも一部をアーチ形状の鋼殻コンクリート造とするという本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば、具体的な施工手順や補助工法その他細部の具体的な要件については,トンネル全体の形態や規模等を考慮して最適設計すれば良い。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the above embodiment is merely a preferred example, and the present invention is not limited to the above embodiment, and appropriate design changes and applications are possible.
For example, in the above embodiment, the connecting
In the above embodiment, the steel plate that forms the bottom mold for forming the arch-shaped upper floor slab is assembled in a trapezoidal shape. Therefore, the shape of the lower surface of the upper floor slab is trapezoidal. Of course, the entire upper floor slab including the lower surface shape may be formed into an arch shape by assembling into an arch shape that smoothly curves upward instead of the shape.
Moreover, although the said embodiment is an example in the case of widening between the two
Further, the present invention is not limited to road tunnels, but can be applied to construction of various types of tunnels including railway tunnels, and tunnel-like underground structures having similar forms. As long as it does not deviate from the gist of the present invention that a part is made of arch-shaped steel shell concrete, the concrete construction procedure and auxiliary construction method and other specific details of the details will be explained in the form and scale of the entire tunnel. What is necessary is just to design optimally considering the above.
1,2 シールドトンネル(トンネル)
5 拡幅部(分岐合流部)
10 上部床版
11 繋ぎ材
12 空洞
13 鋼板(鋼殻)
14 継ぎ手
15 鉄筋継ぎ手
16 鉄筋
16a 頭部
17 躯体
20 型枠
21 鉄筋
22 ジョイント筋
23 プレート
1, 2 Shield tunnel (tunnel)
5 Widening part (branch / merging part)
10
14
Claims (4)
前記上部床版は上方に湾曲するアーチ形状に形成されているとともに、該上部床版は少なくともその一部が鋼殻コンクリート造とされていることを特徴とするトンネル構造。 A tunnel structure in which a plurality of tunnels are arranged in the horizontal direction at intervals, and the widened part is constructed by excavating between the tunnels and providing upper and lower floor slabs above and below them. There,
A tunnel structure characterized in that the upper floor slab is formed in an upwardly curved arch shape, and at least a part of the upper floor slab is made of steel shell concrete.
アーチ形状に形成される上部床版の両端部間に鋼材からなる繋ぎ材が架設されてなることを特徴とするトンネル構造。 The tunnel structure according to claim 1,
A tunnel structure characterized in that a connecting member made of steel is constructed between both ends of an upper floor slab formed in an arch shape.
前記上部床版を上方に湾曲するアーチ形状に形成するとともに、該上部床版の少なくとも一部を鋼殻コンクリート造とすることを特徴とするトンネル工法。 A tunnel construction method for constructing a widened portion by arranging a plurality of tunnels at intervals in the horizontal direction, excavating between the tunnels, and providing an upper floor slab and a lower floor slab above and below the tunnel,
A tunnel construction method, wherein the upper floor slab is formed into an arch shape curved upward, and at least a part of the upper floor slab is made of steel shell concrete.
アーチ形状に形成する上部床版の両端部間に鋼材からなる繋ぎ材を架設することを特徴とするトンネル工法。 The tunnel construction method according to claim 3,
A tunnel construction method characterized in that a connecting member made of steel is installed between both ends of an upper floor slab formed in an arch shape.
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