JP2008303682A - シールドトンネルアプローチ部の設置構造及び設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アプローチ部の下部を余分に掘削する必要がなく、またコストの高騰をも抑えたシールドトンネルアプローチ部の設置構造及び設置方法を提供する。
【解決手段】アプローチ部構造体が地中に設置されてなるシールドトンネルアプローチ部の設置構造である。アプローチ部構造体が、底盤セグメント１１と底盤セグメント１１の両側部に設けられた側壁セグメント１２とによって横断面Ｕ字状に構成されてなる。アプローチ部構造体には、その側壁セグメント１２の上端面側から底盤セグメント１１の底面側に貫通して地中に打設されたアースアンカー１３が挿通されている。アースアンカー１３は、緊張力が付与された状態で側壁セグメント１２の上端面側にて定着されたことにより、アプローチ部構造体は、アースアンカー１３を介して地中に固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シールドトンネルアプローチ部の設置方法、及びシールドトンネルアプローチ部の設置方法に関する。

近年、道路シールドトンネルの施工方法として、地上からシールド機を発進させることにより、従来行われていた立坑築造を不要にした工法が提案されている。
ところが、このような工法にあっては、道路シールドトンネルにおけるアプローチ部や深度が浅いトンネル部分において、地下水によりセグメントが浮き上がってしまうという問題がある。
また、特に道路シールドトンネルにおけるアプローチ部では、このアプローチ部構造体を形成するためのセグメントの横断面形状がＵ字状（Ｕ型）となるため、土圧によって側壁部にその内側へ向かう大きな曲げ力がかかる。したがって、例えばＵ字状のセグメントを底盤部と側壁部とに分割し、これらの間を継手で連結した場合、この継手には耐力の大きなものが必要となる。

ここで、従来では前記の地下水によりセグメントが浮き上がってしまうという問題に対し、底盤コンクリート上からアンカーを打設する方法が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開昭６２−２３６９１８号公報

しかしながら、前記したように底盤コンクリート上からアンカーを打設する方法では、例えば図３に示したように底盤コンクリート（底盤部）１の内部にその面上からアンカー２を打設し、その後、例えば梁３を介してこれらアンカー２を定着金物４で定着する必要がある。しかし、このようにして定着を行うと、梁３と定着金物４に相当する高さが底盤コンクリート１内部の面上に必要となってしまい、その分底盤コンクリート１上の内部空間における高さ方向の広さが制限されてしまう。すると、必要な高さ空間を確保するためには、梁３と定着金物４に相当する分、地中を余分に掘削しなくてはならなくなってしまう。

また、前述したように道路シールドトンネルにおけるアプローチ部では、このアプローチ部構造体を構成するセグメントの横断面形状がＵ字状（Ｕ型）となり、図３中二点鎖線で示すように土圧によって内側へ向かう大きな曲げ力がかかることから、底盤部１（底盤セグメント）と側壁部５（側壁セグメント）との間の継手（図示せず）に耐力の大きなものが必要になる。そこで、これに対処するためには、例えばアプローチ部の側壁部５をスチールセグメントで組み立て、継手部については剛性を高くするため厚鋼板と多数のボルトとを用いて接合することが考えられる。しかしながら、スチールセグメントは道路トンネルの大断面シールドではＲＣセグメントに比べてコストが高く、したがってアプローチ部全体の施工コストが高くなってしまう。

本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、アプローチ部の下部を余分に掘削する必要がなく、またコストの高騰をも抑えたシールドトンネルアプローチ部の設置構造及び設置方法を提供することを目的としている。

本発明のシールドトンネルアプローチ部の設置構造は、アプローチ部構造体が地中に設置されてなるシールドトンネルアプローチ部の設置構造であって、
前記アプローチ部構造体が、底盤セグメントと該底盤セグメントの両側部に設けられた側壁セグメントとによって横断面Ｕ字状に構成されてなり、
前記アプローチ部構造体には、その側壁セグメントの上端面側から底盤セグメントの底面側に貫通して地中に打設されたアースアンカーが挿通され、
前記アースアンカーが、緊張力が付与された状態で前記側壁セグメントの上端面側にて定着されたことにより、前記アプローチ部構造体が、前記アースアンカーを介して地中に固定されていることを特徴としている。

このシールドトンネルアプローチ部の設置構造によれば、アースアンカーが、側壁セグメントの上端面側から底盤セグメントの底面側に貫通して挿通され、地中に打設されているので、従来のように底盤セグメント内部の面上に直接アースアンカーが打設されることがなく、したがってこのアースアンカーを定着させるための定着金物などに相当する分、アプローチ部を形成する地中、すなわちアプローチ部となる位置の下部を余分に掘削する必要がなくなる。
また、アースアンカーが、側壁セグメントの上端面側から底盤セグメントの底面側に貫通して挿通されているので、このアースアンカーが側壁セグメントと底盤セグメントとの間を連結する機能を発揮し、これによって側壁セグメントと底盤セグメントとの間を連結する継手に要求される耐力が軽減される。

また、前記のシールドトンネルアプローチ部の設置構造においては、前記アースアンカーが、前記アプローチ部構造体の側壁セグメントに対し、その厚さ方向における中心線より外側で挿通しているのが好ましい。
このようにすれば、アースアンカーが、側壁セグメントに対してその厚さ方向における中心線より外側で挿通しているので、側壁セグメントを外側に向けるように作用する。したがって、土圧によって側壁セグメントにその内側へ向かう大きな曲げ力がかかっても、アースアンカーがこの土圧による曲げ力に対して大きな抗力を発揮するようになる。よって、このようにアースアンカーが曲げ力に対する大きな抗力を発揮することにより、側壁セグメントと底盤セグメントとの間を連結する継手に要求される耐力が軽減される。

本発明のシールドトンネルアプローチ部の設置方法は、アプローチ部構造体を地中に設置するシールドトンネルアプローチ部の設置方法であって、
底盤セグメントと該底盤セグメントの両側部に設けられた側壁セグメントとを備えた横断面Ｕ字状のアプローチ部構造体を、地中に設置する工程と、
アースアンカーを、前記側壁セグメントの上端面側から底盤セグメントの底面側に貫通させて地中に打設する工程と、
前記側壁セグメントの上端面上にて前記アースアンカーを緊張させ、その後該アースアンカーを前記側壁セグメントの上端面上にて定着する工程と、を備えてなることを特徴としている。

このシールドトンネルアプローチ部の設置方法によれば、アースアンカーを、側壁セグメントの上端面側から底盤セグメントの底面側に貫通させて地中に打設しているので、従来のように底盤セグメント内部の面上に直接アースアンカーを打設する必要がなく、したがってこのアースアンカーを定着させるための定着金物などに相当する分、アプローチ部を形成する地中、すなわちアプローチ部となる位置の下部を余分に掘削する必要がなくなる。
また、アースアンカーを、側壁セグメントの上端面側から底盤セグメントの底面側に貫通させているので、このアースアンカーが側壁セグメントと底盤セグメントとの間を連結する機能を発揮し、これによって側壁セグメントと底盤セグメントとの間を連結する継手に要求される耐力が軽減される。

また、前記のシールドトンネルアプローチ部の設置構造においては、前記アースアンカーを、前記アプローチ部構造体の側壁セグメントに対し、その厚さ方向における中心線より外側に挿通して貫通させるのが好ましい。
このように、アースアンカーを、側壁セグメントに対してその厚さ方向における中心線より外側で挿通させるようにすれば、側壁セグメントを外側に向かせるように作用させることができる。したがって、土圧によって側壁セグメントにその内側へ向かう大きな曲げ力がかかっても、アースアンカーがこの土圧による曲げ力に対して大きな抗力を発揮するようになる。よって、このようにアースアンカーが曲げ力に対する大きな抗力を発揮することにより、側壁セグメントと底盤セグメントとの間を連結する継手に要求される耐力が軽減される。

本発明のシールドトンネルアプローチ部の設置構造及び設置方法によれば、従来のように底盤セグメント内部の面上に直接アースアンカーを打設しないため、アプローチ部を形成する地中、すなわちアプローチ部となる位置の下部を余分に掘削する必要がなくなり、したがって施工を容易にしてコストの低減化及び工期の短縮化を図ることができる。
また、側壁セグメントと底盤セグメントとの間を連結する継手に要求される耐力を、軽減することができるので、継手として比較的安価なものを使用することができ、したがってコストの低減化を図ることができる。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は本発明のシールドトンネルアプローチ部の設置構造を、道路シールドトンネルのアプローチ部の設置構造に適用した場合の一実施形態を示す横断面図であり、図１（ａ）、（ｂ）において符号１０は道路シールドトンネルアプローチ部の設置構造である。この設置構造１０は、道路シールドトンネルを施工するに際して、特に地上から直接シールド機（トンネル掘削機）を発進させることで形成するようにした、アプローチ部の設置構造１０である。

ここで、シールド機（トンネル掘削機）は、地盤を掘削しつつその後方においてコンクリート造のセグメントを矩形断面や円形断面に組み立て、組み立て済みのボックスから反力をとって掘進していくように構成された公知のものである。そして、本実施形態の設置構造１０は、特に地上からシールド機を入り込ませる入口部となるアプローチ部として、上部が開口してなる横断面Ｕ字状の構造となっている。

すなわち、このアプローチ部の設置構造１０は、地中に設置され、埋設されてなるもので、底盤セグメント１１と該底盤セグメント１１の両側部に設けられた側壁セグメント１２とにより、横断面Ｕ字状に構成されたものである。底盤セグメント１１は、底面部１１ａとその両側部に形成された一対の側面部１１ｂ、１１ｂとからなる横断面略Ｕ字状のもので、ＲＣセグメントや合成セグメントによって形成されたものである。側面部１１ｂ、１１ｂは、底面部１１ａの両側部上面から上方に延びて形成されたもので、底面部１１ａと一体に形成されたものである。

側壁セグメント１２は、前記底盤セグメント１１の側面部１１ｂ上に継手（図示せず）を介して連結・固定されたもので、底盤セグメント１１と同様にＲＣセグメントや合成セグメントによって形成されたものである。ここで、底盤セグメント１１の側面部１１ｂと側壁セグメント１２との間を連結する継手としては、例えば鋼板とボルトとを用いて接合するタイプのものなどが用いられる。ただし、後述するように側壁セグメント１２は、底盤セグメント１１に対し、アースアンカー１３によっても連結されていることから、継手に関しては、アースアンカー１３がセグメント１１、１２間の連結に要求される耐力の一部を負担する分、剛性を抑えることができる。したがって、その分鋼板の厚さを薄くし、また、ボルトの数を少なくしたものが用いられる。

また、底盤セグメント１１および側壁セグメント１２には、互いに対応する位置に予めシース等のガイドパイプ１４ａ、１４ｂが埋め込まれており、これらガイドパイプ１４ａ、１４ｂが互いに連通するように位置決めされた状態で、側壁セグメント１２は底盤セグメント１１の側面部１１ｂ上に配設され、継手によって連結されている。
そして、このように継手によって連結された底盤セグメント１１および側壁セグメント１２には、前記のガイドパイプ１４ａ、１４ｂを貫通して鋼線や鋼棒からなるアースアンカー１３が挿通されている。すなわち、アースアンカー１３は、側壁セグメント１２の上端面側から底盤セグメント１１の側面部１１ｂを通って底面１１ａの底面側に貫通し、地中に圧入されて打設されている。また、アースアンカー１３の下端部には、グラウト材からなるアンカー体１３ａが形成されている。

ここで、ガイドパイプ１４ａ、１４ｂは、本実施形態では図１（ｂ）に示すように側壁セグメント１２に対し、その厚さ方向における中心線Ｃより外側で挿通している。このようにガイドパイプ１４ａ、１４ｂが、予め底盤セグメント１１の側面部１１ｂ、側壁セグメント１２に対して中心線Ｃより外側に埋設されていることにより、これらガイドパイプ１４ａ、１４ｂに挿通されるアースアンカー１３も、その中心軸が中心線Ｃより外側に挿通されたものとなっている。

ここで、アースアンカー１３の中心軸の、中心線Ｃからのずれ量については、特に限定されることはないものの、例えば側壁セグメント１２の厚さの、５％から３０％程度とされる。５％未満では、後述するように、アースアンカー１３によって側壁セグメント１２の上端側を外側に向けるように作用する力が小さくなり、その効果が十分に得られなくなるからであり、３０％を越えると、アースアンカー１３が偏心しすぎることにより、側壁セグメント１２に対して過剰に曲げ力を付与してしまうおそれがあるからである。

また、前記側壁セグメント１２上には、図１（ａ）に示すように複数の側壁セグメント１２の上端面上に梁１５が架設され、ボルト等によって固定されており、これによって並設された複数の側壁セグメント１２は、一体化されている。梁１５は、一対のチャネル鋼材１５ａによって形成されたもので、これらチャネル鋼材１５ａ間に前記アースアンカー１３の上端部が突出させられている。

前記アースアンカー１３は、地中に圧入され打設された後、ジャッキ等によって緊張力が付与され、その状態で定着金物１６により梁１５の上で定着されている。したがって、前記したようにアースアンカー１３は側壁セグメント１２に対し、その厚さ方向における中心線Ｃより外側で挿通しているので、緊張力が付与されたことにより、側壁セグメント１２の上端側を外側に向けるように作用するものとなる。なお、ガイドパイプ１４ａ、１４ｂ内には、モルタル等が充填され硬化されていることにより、止水されている。
このような構成のもとにアプローチ部の設置構造１０、すなわちアプローチ部となる構造体は、アースアンカー１３を介して地中に固定されたものとなっている。

このような構成の設置構造１０（道路シールドトンネルアプローチ部の構造体）を地中に設置するには、シールド機（トンネル掘削機）によって掘削しながらシールド機後方にこれらのセグメントを順次組み立てていく。すなわち、まず、図２（ａ）に示すようにその底部に底盤セグメント１１を配置する。
続いて、図２（ｂ）に示すように底盤セグメント１１の側面部１１ｂ上に側壁セグメント１２を配置し、継手（図示せず）によってこれらの間を連結する。その際、底盤セグメント１１のガイドパイプ１４ｂと側壁セグメント１２のガイドパイプ１４ａとが連通するように、側壁セグメント１２を位置決めして連結する。これにより、横断面Ｕ字状のアプローチ部構造体が地中に設置される。

なお、この時点ではまだアースアンカー１３を設置していないため、このように側壁セグメント１２を連結した後には、側壁セグメント１２が土圧に抵抗できるように、両側の側壁セグメント１２、１２の上部間に仮梁２０を架け渡しておく。
次いで、アースアンカー施工機械（ボーリング機械）を側壁セグメント上端部のガイドパイプ１４ａ上に位置させ、ガイドパイプ１４ａ、１４ｂ内を通して地中削孔を施す。そして、図２（ｃ）に示すようにガイドパイプ１４ａ、１４ｂ内および形成した削孔内に鋼線または鋼棒からなるアースアンカー１３を挿通する。
その後、削孔下端部付近に前記鋼線または鋼棒（アースアンカー１３）を巻き込んでグラウト材を注入し、鋼線または鋼棒の下端部にアンカー体１３ａを形成する。

このようにして複数の底盤セグメント１１、側壁セグメント１２を並置し、それぞれアースアンカー１３を打設するとともに、アンカー体１３ａを形成したら、図１（ａ）、（ｂ）に示したようにこれら側壁セグメント１２の上端面にチャネル鋼材１５ａを架設することで梁１５を架設する。
そして、ジャッキ等を用いて前記のアースアンカー１３に緊張力を付与し、その状態で、定着金物１６を用い、該アースアンカー１３を梁１５の上で定着する。その後、前記ガイドパイプ１４ａ、１４ｂにモルタル等の止水材を注入し、止水処理を施す。これにより、図１（ａ）、（ｂ）に示した設置構造１０、すなわち道路シールドトンネルアプローチ部の構造体を、地中に固定した状態に設置する。その後、適宜な時期に仮梁２０を撤去する。なお、このようにしてアプローチ部の構造体を地中に設置したら、以下、この構造体から反力をとって掘進していき、順次道路シールドトンネルを構築していく。

このようにして設置された道路シールドトンネルアプローチ部の設置構造１０、及びその設置方法にあっては、アースアンカー１３が、側壁セグメント１２の上端面側から底盤セグメント１１の底面側に貫通して挿通され、地中に打設されているので、従来のように底盤セグメント１１内部の面上に直接アースアンカー１３が打設されることがなく、したがってこのアースアンカー１３を定着させるための定着金物１６などに相当する分、アプローチ部を形成する地中、すなわちアプローチ部となる位置の下部を余分に掘削する必要がなくなる。よって、施工を容易にしてコストの低減化及び工期の短縮化を図ることができる。

また、アースアンカー１３が、側壁セグメント１２の上端面側から底盤セグメント１１の底面側に貫通して挿通されているので、このアースアンカー１３が側壁セグメント１２と底盤セグメント１１との間を連結する機能を発揮し、これによって側壁セグメント１２と底盤セグメント１１との間を連結する継手に要求される耐力が軽減される。よって、継手として比較的安価なものを使用することができ、これによりコストの低減化を図ることができる。

また、アースアンカー１３が、側壁セグメント１２に対し、その厚さ方向における中心線より外側で挿通しているので、緊張力が付与されたことにより、側壁セグメント１２の上端側を外側に向けるように作用する。したがって、土圧によって側壁セグメント１２にその内側へ向かう大きな曲げ力がかかっても、アースアンカーがこの土圧による曲げ力に対して大きな抗力を発揮するようになる。よって、このようにアースアンカー１３が曲げ力に対する大きな抗力を発揮することにより、側壁セグメント１２と底盤セグメント１１との間を連結する継手に要求される耐力を軽減することができ、その分、継手として比較的安価なものを使用することができ、これによりコストの低減化を図ることができる。

さらに、この設置構造１０は道路シールドトンネルアプローチ部の構造体となるので、完成後には側壁セグメント１２の上端面上に手摺りが設置されるため、アースアンカー１３を定着する定着金物１６が交通を妨げる障害とならず、したがって構造体の空間利用率を高めることができる。
また、アースアンカー１３の打設や緊張力の付与、定着といった工程は、形成する構造体の内部でなく、外部となる側壁セグメント１２の上端面上での作業となるため、これらの工程を、シールド掘進などの他の作業と並行して行うことができ、したがって全体工程の工期短縮化を図ることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、本発明の設置構造やその設置方法を、道路シールドトンネルアプローチ部の構造体に代えて、列車用のシールドトンネルアプローチ部の構造体に適用してもよく、さらには暗渠用のアプローチ部の構造体に適用してもよい。

本発明のシールドトンネルアプローチ部の設置構造の一実施形態を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は横断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は本発明のシールドトンネルアプローチ部の設置方法の一実施形態を説明するための横断面図である。 従来のシールドトンネルアプローチ部の設置構造の一例を示す横断面図である。

符号の説明

１０…道路シールドトンネルアプローチ部の設置構造、１１…底盤セグメント、１１ａ…底面部、１１ｂ…側面部、１２…側壁セグメント、１３…アースアンカー、１４ａ、１４ｂ…ガイドパイプ、１５…梁、１６…定着金物、Ｃ…中心線

Claims (4)

1. アプローチ部構造体が地中に設置されてなるシールドトンネルアプローチ部の設置構造であって、
   前記アプローチ部構造体が、底盤セグメントと該底盤セグメントの両側部に設けられた側壁セグメントとによって横断面Ｕ字状に構成されてなり、
   前記アプローチ部構造体には、その側壁セグメントの上端面側から底盤セグメントの底面側に貫通して地中に打設されたアースアンカーが挿通され、
   前記アースアンカーが、緊張力が付与された状態で前記側壁セグメントの上端面側にて定着されたことにより、前記アプローチ部構造体が、前記アースアンカーを介して地中に固定されていることを特徴とするシールドトンネルアプローチ部の設置構造。
2. 前記アースアンカーは、前記アプローチ部構造体の側壁セグメントに対し、その厚さ方向における中心線より外側で挿通していることを特徴とする請求項１記載のシールドトンネルアプローチ部の設置構造。
3. アプローチ部構造体を地中に設置するシールドトンネルアプローチ部の設置方法であって、
   底盤セグメントと該底盤セグメントの両側部に設けられた側壁セグメントとを備えた横断面Ｕ字状のアプローチ部構造体を、地中に設置する工程と、
   アースアンカーを、前記側壁セグメントの上端面側から底盤セグメントの底面側に貫通させて地中に打設する工程と、
   前記側壁セグメントの上端面上にて前記アースアンカーを緊張させ、その後該アースアンカーを前記側壁セグメントの上端面上にて定着する工程と、を備えてなることを特徴とするシールドトンネルアプローチ部の設置方法。
4. 前記アースアンカーを、前記アプローチ部構造体の側壁セグメントに対し、その厚さ方向における中心線より外側に挿通して貫通させることを特徴とする請求項３記載のシールドトンネルアプローチ部の設置方法。

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