JP2009150165A - トンネル内部の構造およびその構築工法 - Google Patents

Abstract

【課題】内空を広く確保でき、また効率的に施工できるようにしたトンネル内部の構造およびその構築工法を提供する。
【解決手段】トンネルＡ内に複数の底版ピース２Ａ、側版ピース２Ｂおよび頂版ピース２Ｃからなるボックスカルバート２を矩形断面形に組み立てる。前記ボックスカルバート２の両側に流動化処理土を充填して路盤４を構築する。前記ボックスカルバート２および前記路盤４の上に砕石類を敷設して路床１を構築する。底版ピース２Ａ、側版ピース２Ｂおよび頂版ピース２ＣをトンネルＡの軸方向に交互にずらして配置する。前記底版ピース２Ａと側版ピース２Ｂとの接合部および側版ピース２Ｂと頂版ピース２Ｃとの接合部に互いに嵌合する凹凸状の継手２ｂを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として道路用トンネルとして利用されるトンネル内部の構造およびその構築工法に関するものである。

トンネルの構築工法として、シールドマシンでトンネルを掘進しながら、そのテール部において地山をセグメントリングで覆工するシールド工法が一般に知られている。

また、シールド工法によって構築されたトンネルの利用方法として、トンネル内のインバート部を埋め戻して路盤を構築し、その上に砕石類を敷設する等して路床を構築し、さらに路盤中にボックスカルバートを敷設して配管やケーブル類を敷設するための共同溝を構築する方法が一般に知られている。

特開２００４−１９２８５号公報 特開２００４−１９２８６号公報 特開平６−２４９３号公報 特開平８−２１００９８号公報 特開２００２−１０３３２１号公報 特開２００４−４４３００号公報

従来、ボックスカルバートには側壁部から頂版部にかけてアーチ状に形成されたアーチカルバートが用いられており、アーチカルバートは高さが高くなる割には内空をあまり大きくできないという課題がった。

また、頂版ピースをアーチ状に成形する必要があるだけでなく形状的に取り扱いにくいため、頂版ピースの成形および施工が共に面倒であった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、高さを抑制しつつ内空を広く確保でき、また効率的に施工できるようにしたトンネル内部の構造およびその構築工法を提供することを目的とする。

請求項１記載のトンネル内部の構築工法は、トンネル内に複数の底版ピース、側版ピースおよび頂版ピースからなるボックスカルバートを矩形断面形に組み立てる工程と、前記ボックスカルバートの両側に流動化処理土充填して路盤を構築する工程と、前記ボックスカルバートおよび前記路盤の上に路床を構築する工程とからなることを特徴とするものである。

本発明は、共同溝として利用するボックスカルバートを底版ピース、側版ピースおよび頂版ピースの四分割のピースによって矩形断面形に構築することにより、高さを抑制しながら可能な限り広い内空の共同溝を構築できるようにしたものである。

また、構築後のボックスカルバートの内空を完成した部分から順に、坑口から切羽側への資材搬入用の通路として利用することにより、トンネルの掘進と並行してトンネルの内部をきわめて効率的に構築できるようにしたものである。

なお、ボックスカルバートの組立てに際しては、支保工を用いて設置直後の側版ピースや頂版ピースがより安定した状態で自立するように支持するのが望ましい。また、支保工には鋼管や形鋼などを利用し、たとえば側版ピースの外側にトンネルの内壁部を受け部に水平に複数段に設置する等の仮設方法でよい。

さらに、流動化処理土には、例えば現地で大量に発生するトンネル掘削土にセメント、水および流動化剤などを入れて撹拌混合したものを用いることができ、その際、セメント、水、流動動剤などの量を適当に調整して強度の異なる流動化処理土を複数層に分けて充填するのが望ましい。一般に下層部分に低強度の流動化処理土を充填し、上層ほど徐々に高強度とするのが望ましい。

路床は砕石類を敷設したり、コンクリートを所定の厚さに打設したり、あるいはプレキャストコンクリート版を敷設したりする等、トンネル内の利用目的に応じた方法によって構築することができる。

請求項２記載のトンネル内部の構築工法は、請求項１記載のトンネル内部の構築工法において、底版ピース、側版ピースおよび頂版ピースをトンネルの軸方向に交互にずらして配置し、かつ前記底版ピースと側版ピースとの接合部および側版ピースと頂版ピースとの各接合部に互いに嵌合する凹凸状の継手を設けたことを特徴とするものである。

本発明は、底版ピース、側版ピースおよび頂版ピースをトンネルの軸方向にいわゆる千鳥状に配置することで、構造上の弱点である版どうしの接合部を分散させて強度低下を解消するようにしたものである。

また、版どうしの各接合部に互いに嵌合する凹凸状の継手を設けたことで版どうしを強固に接合できるようにすると共に、各版をトンネルの軸方向に千鳥状に配置したことと合わさって、側版ピースの自立性を高め特に、設置直後の側版ピースがトンネルの軸方向側に倒れるのを防止するようにしたものである。

また、底版ピースおよび頂版ピースの左右両端部に補強リブ(垂直ハンチ)をそれぞれ設けることにより接合部の剛性を高め、また当該補強リブの側面部に側版ピースの上下両端部の内側面をそれぞれ当接さることにより流動化処理土を充填した際の側圧に側版ピースが強固に耐えられるようにしたものである。

請求項３記載のトンネル内部の構築工法は、請求項１または２記載のトンネル内部の構築工法において、底版ピースをトンネルの内壁部に固定することを特徴とするものである。

本発明は、主として側版ピースの外側に流動化処理土を充填する際の側圧によって側版ピースが移動しないようにするための措置で、簡単な構造のストッパーを利用してトンネルの内壁部(セグメント)に固定することができる。その際、底版ピースをトンネルの軸方向に互い接合した状態で敷設すれば、底版ピースは複数おきに固定すればよい。

請求項４記載のトンネル内部の構築工法は、請求項１〜３のいずれかに記載のトンネル内部の構築工法において、トンネルの軸方向に隣接する底版ピースどうし、側版ピースどうしおよび頂版ピースどうしを互いに結合することを特徴とするものである。

各版どうしの接合方法としては、例えば各版の接合面にほぞとほぞ穴などからなる継手を設ける方法や継手金具を用いる方法などがある。

請求項５記載のトンネル内部の構造は、複数の底版ピース、側版ピースおよび頂版ピースによって矩形断面形に構築されたボックスカルバートと当該ボックスカルバートの両側に流動化処理土を充填して構築された路盤と前記ボックスカルバートおよび路盤の上に構築された路床とからなることを特徴とするものである。

本発明は、共同溝として利用するボックスカルバートを底版ピース、側版ピースおよび頂版ピースの四分割のピースによって矩形断面形に構築することにより高さを抑制しつつ広い内空の共同溝を構築することができる等の効果を有する。

また、構築後のボックスカルバートの内空を完成した部分から順に、坑口から切羽側への資材搬入用の通路として利用することにより、トンネルの掘進と並行してトンネルの内部をきわめて効率的に構築することができる等の効果もある。

図１〜図３はトンネル内部の構造の一例を示し、シールド工法によって掘進されたトンネルＡ内に路床１が構築され、当該路床１の下側にボックスカルバート２からなる共同溝３が構築され、さらにボックスカルバート２の両側に流動化処理土からなる路盤４が構築されている。

路床１は、ボックスカルバート２とその両側の路盤４の上に砕石類を所定の厚さに敷設することにより構築されている。

ボックスカルバート２は、トンネルＡの底部に敷設された底版ピース(インバートピース)２Ａと当該底版ピース２Ａの両側に立設された側版ピース２Ｂ，２Ｂおよび当該側版ピース２Ｂ，２Ｂの上端部間に架け渡された頂版ピース２Ｃとから矩形断面形に構築されている。

底版ピース２Ａの下面側はトンネルＡの内面に沿って凸曲面状に形成され、上面側は平坦に形成されている。また、底版ピース２Ａの上面側の中央部に排水溝２ａが、両側部に継手２ｂと補強リブ(ハンチ)２ｃがそれぞれ形成されている。排水溝２ａはトンネルＡの軸方向に連続して形成されている。

側版ピース２Ｂと頂版ピース２Ｃは共に矩形板状に形成され、また側版ピース２Ｂの上下両端部と頂版ピース２Ｃの左右両端部に継手２ｂがそれぞれ形成され、さらに頂版ピース２Ｃの左右両端部には補強リブ(ハンチ)２ｃが形成されている。

底版ピース２Ａ、側版ピース２Ｂおよび頂版ピース２Ｃの各版にそれぞれ形成された継手２ｂは、トンネルＡの軸方向の両端部が凸状を、中央部が凹状をなし、全体でトンネルＡの軸方向に凹状に形成されている。また、底版ピース２Ａと頂版ピース２Ｃの両端部に形成された補強リブ(ハンチ)２ｃは継手２ｂの内側にトンネルＡの軸方向に連続して形成されている。

なお、底版ピース２Ａ、側版ピース２Ｂおよび頂版ピース２Ｃはいずれも、プレキャストコンクリートによって成形されている。

このように形成された底版ピース２Ａ、側版ピース２Ｂおよび頂版ピース２Ｃは、それぞれトンネルＡの軸方向に互いに結合された状態で敷設されている。また、トンネルＡの軸方向に隣接する底版ピース２Ａどうし、側版ピース２Ｂどうしおよび頂版ピース２Ｃどうしは、それぞれ接合面に形成されたほぞとほぞ穴とからなる継手(図省略)によって互いに接合されている。

また特に、各側版ピース２Ｂは、トンネルＡの軸方向に隣接する各二個の底版ピース２Ａ，２Ａ間に、当該底版ピース２Ａ，２Ａ側の端部に形成された継手２ｂの凸部分と側版ピース２Ｂ側の継手２ｂの凹部分どうしが互いに係合された状態でそれぞれ設置されている。

また、各頂版ピース２ＣはトンネルＡの軸方向に隣接する各二個の側版ピース２Ｂ，２Ｂ間に、当該側版ピース２Ｂ，２Ｂ側の継手２ｂの凸部分と頂版ピース２Ｃ側の継手２ｂの凹部分どうしが互いに係合された状態で設置されている。

さらに、各側版ピース２Ｂの上下両端部の継手２ｂの凸部が頂版ピース２Ｃと底版ピース２Ａの端部にそれぞれ複数の結合ボルト５によってピン接合されている。

このような構成により、底版ピース２Ａと両側の側版ピース２Ｂ，２Ｂどうしおよび側版ピース２Ｂ，２Ｂと頂版ピース２Ｃどうしは、それぞれボックスカルバート２の周方向および軸方向に互いに接合されている。

路盤４は、ボックスカルバート２の両側に流動化処理土を複数層に分けて充填することにより構築されている。流動化処理土にはトンネル掘削土にセメント、水、流動化剤を入れ、撹拌混合したものが用いられている。

その際、下層部分には低強度の流動化処理土が充填され、上層になる程徐々に高強度の流動化処理土が充填されている。

このような構成において、次に、図１に図示するトンネル内部を構築するための施工手順について説明する(図４のStep.1〜Step.６参照)。

最初に、トンネルＡの底部に底版ピース２Ａを敷設する。その際、底版ピース２Ａの高さを調整し、高さが決まり次第、底版ピース２Ａの下側に調整モルタルを注入するか、あるいは調整ライナー等を設置することにより底版ピース２Ａをセットする。また、トンネルＡの覆工材として設置されたセグメント６に底版ピース２Ａを滑動防止ストッパー７によって固定する。

なお、底版ピース２Ａをセグメント６に固定するのは、主として流動化処理土を充填する際などの施工の際に底版ピース２Ａが移動しないようにするためである。また、底版ピース２ＡはトンネルＡの軸方向に互いに接合しながら敷設するので、複数個ごとに固定すればよい。

次に、底版ピース２Ａの両側に側版ピース２Ｂ，２Ｂをそれぞれ建て付け、側版ピース２Ｂ，２Ｂ間に頂版ピース２Ｃを架け渡す。そして、側版ピース２Ｂ，２Ｂの外側から支保工(仮設サポート)８で支持することにより自立させる。支保工８には鋼管や鋼材などが用い、また側版ピース２Ｂ，２Ｂの外側に複数段設置する。

なお、底版ピース２Ａ、側版ピース２Ｂおよび頂版ピース２Ｃの組立ては、トンネルＡの軸方向に複数個ずつ行い、また組立てには図示するような専用の組立て用台車(セントル)９を用いる。

組立て用台車９はボックスカルバート１を跨ぐような形状に構成され、また動力によってトンネルＡ内をその軸方向に自走するように構成され、さらに、台車９の前後・左右に移動可能な移動式クレーン(揚重機)１０を備え、底版ピース２Ａ、側版ピース２Ｂおよび頂版ピース２Ｃを自由に吊り込み、所定の位置まで移送できるように構成されている。

こうして、底版ピース２Ａ、側版ピース２Ｂ，２Ｂおよび頂版ピース２Ｃの組立てがトンネルＡの軸方向に所定長完了したら、側版ピース２Ｂ，２Ｂの外側の底部に砕石を敷設し、その上に流動化固化処理土を充填する。流動化処理土は複数層に分けて充填し、流動化処理土が所定の強度に固化したら下段側の支保工８から順に撤去する。

こうして、ボックスカルバート２の上端部とほぼ同じ高さまで流動化処理土を充填し、当該流動化処理土が所定の強度まで固化したらその上に砕石類を所定の厚さに充填して路床１を構築する。

また、こうして所定長さ(ブロック)のボックスカルバート２の組立て、路盤４および路床１の施工が完了したら、次のブロックを同様の施工手順によって構築する。

またその際、ボックスカルバート１内を完成した部分からセグメント等の資材を坑口から切羽側に搬送するための通路として利用することにより、トンネルの掘進と並行してトンネルの内部をきわめて効率的に構築することができる。

図５〜図７はトンネル内部の構造の変形例を示し、図において、底版ピース２Ａの下面側はトンネルＡの内面に沿って凸曲面状に形成され、上面側は平坦に形成されている。また、底版ピース２Ａの上面側の中央部に排水溝２ａが、両側部に補強リブ(ハンチ)２ｃ，２ｃがそれぞれトンネルＡの軸方向に連続して形成されている。

さらに、底版ピース２Ａの下面側に複数の脚部２ｄ，２ｄが突設され、これにより底版ピース２ＡとトンネルＡの底部との間に一定の空隙部が形成されている。

そして、この空隙部に調整モルタル１１を充填することにより底版２Ａ，２Ａ間の目違い等が修正され、また、各底版ピース２Ａが版全体で荷重を均等に受けるようになっている。

なお、符号２ｅは調整モルタル１１を充填するための注入孔であり、注入孔２ｅは底版ピース２Ａの中央部に形成されている。

側版ピース２Ｂと頂版ピース２Ｃは共に矩形板状に形成され、特に側版ピース２Ｂの下端部にトンネルＡの円周方向に沿って突出する脚部２ｆがトンネルＡの軸方向に連続して突設されている。

側版ピース２Ｂの下端部に上述するような脚部２ｆが突設されていることにより、底版ピース２Ａの両側に左右の側版ピース２Ｂ，２Ｂを設置する際に、脚部２ｆの先端部を底版ピース２Ａの端部に突き付け、下面部をトンネルＡの底部(セグメントの内側面)に添わせた状態で設置することにより、側版ピース２Ｂを安定した状態で設置することができる。

また、ボックスカルバート２の底部両側のコーナ部が側版ピース２Ｂの脚部２ｆとして側版ピース２Ｂと一体に形成されていることにより、ボックスカルバート２の底部両側のコーナ部に底版ピース２Ａと側版ピース２Ｂの接合部がないので、強度的にもすぐれている。

頂版ピース２Ｃの左右両端部には補強リブ２ｃがトンネルＡの軸方向に連続して形成されている。さらに、図６(ｂ)に図示する頂版ピース２Ｃの下面側はアーチ状に形成されている。このように頂版ピース２Ｃの下面側がアーチ状に形成されていることにより、頂版ピース２Ｃの曲げ耐力の向上と軽量化を図ることができる。

なお、この例における底版ピース２Ａ、側版ピース２Ｂおよび頂版ピース２Ｃも、先の例と同様にプレキャストコンクリートによって形成されている。

このように形成された底版ピース２Ａ、側版ピース２Ｂおよび頂版ピース２Ｃは、それぞれトンネルＡの軸方向に互いに結合された状態で敷設されている。また、トンネルＡの軸方向に隣接する底版ピース２Ａどうし、側版ピース２Ｂどうしおよび頂版ピース２Ｃどうしは、それぞれ接合面に形成されたほぞとほぞ穴とからなる継手(図省略)によって互いに接合されている。

さらに、トンネルＡの周方向に隣接する底版ピース２Ａと左右の側版ピース２Ｂ，２Ｂおよび左右の側版ピース２Ｂ，２Ｂと頂版ピース２Ｃも互いに結合ボルト(図省略)等によって互いに接合されている。

なお、この実施例においては、底版ピース２Ａ、左右の側版ピース２Ｂ，２Ｂおよび頂版ピース２Ｃは、図５に図示するようにボックスカルバートの１リングを構成するように配置されているが、先の実施例で示すようにトンネルＡの軸方向に互いにずらして配置されていてもよい。

また、路床１や路盤４の構成およびその施工方法を含むボックスカルバートの施工方法は、先の実施例と略同じである。

本発明は、トンネルの掘進と並行してトンネルの内部をきわめて効率的に構築することができる。

道路トンネルとして構築されたトンネル内部の構造を示す断面図である。 ボックスカルバートを示し、(ａ)は軸直角方向の縦断面図、(ｂ)は軸方向の断面図である。 (ａ)，(ｂ)はボックスカルバートの分解斜視図である。 Step.1〜Step.６は、施工手順を示すトンネルの軸直角方向の縦断面図である。 ボックスカルバートの変形例を示す一部斜視図である。 (ａ)，(ｂ)は、ボックスカルバートの変形例を示す軸直角方向の縦断面図である。 底版ピースの変形例を示し、(ａ)，(ｃ)は断面図、(ｂ)は底面図、(ｄ)は側面図である。

符号の説明

１ 路床
２ ボックスカルバート
２Ａ 底版ピース
２Ｂ 側版ピース
２Ｃ 頂版ピース
２ａ 排水溝
２ｂ 継手
２ｃ 補強リブ(ハンチ)
２ｄ 脚部
２ｅ 注入孔
２ｆ 脚部
３ 共同溝
４ 路盤
５ 結合ボルト
６ セグメント
７ ストッパー
８ 支保工
９ 組立て用台車
１０ 移動式クレーン
１１ 調整モルタル

Claims (5)

1. トンネル内に複数の底版ピース、側版ピースおよび頂版ピースからなるボックスカルバートを矩形断面形に組み立てる工程と、前記ボックスカルバートの両側に流動化処理土を充填して路盤を構築する工程と、前記ボックスカルバートおよび前記路盤の上に路床を構築する工程とからなることを特徴とするトンネル内部の構築工法。
2. 底版ピース、側版ピースおよび頂版ピースをトンネルの軸方向に交互にずらして配置し、かつ前記底版ピースと側版ピースとの接合部および側版ピースと頂版ピースとの接合部に互いに嵌合する凹凸状の継手を設けたことを特徴とする請求項１記載のトンネル内部の構築工法。
3. 底版ピースをトンネルの内壁部に固定することを特徴とする請求項１または２記載のトンネル内部の構築工法。
4. トンネルの軸方向に隣接する底版ピースどうし、側版ピースどうしおよび頂版ピースどうしを互いに接合することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のトンネル内部の構築工法。
5. トンネル内部の構造であって、複数の底版ピース、側版ピースおよび頂版ピースから矩形断面形に構築されたボックスカルバートと当該ボックスカルバートの両側に流動化処理土を充填して構築された路盤と前記ボックスカルバートおよび路盤の上に構築された路床とからなることを特徴とするトンネル内部の構造。

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