JP2010203213A - 地中構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】想定されるすべり面のずれに対して水路やケーブル等を収容する共同溝等の構造物としての機能を損なわない地中構造物を提案する。
【解決手段】地盤Ｇ中のすべり面Ｆを横断するように構築されたトンネル１であって、すべり面Ｆの横断箇所を含む横断区間１０と、横断区間１０の前後の一般区間２０とを備えている。横断区間１０には、すべり面Ｆを挟んで対向する一対の変位吸収覆工体１１，１１が連設されており、この変位吸収覆工体１１は、一般区間２０における内空断面よりも大きな内空断面を具備していて、すべり面Ｆにおいてずれが生じた際に周辺地盤Ｇとともに移動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地中構造物に関する。

上下水道、工業施設用の水路、排水路等では、ルート設定上、すべりの発生の可能性のある活断層帯を横断せざるを得ない場合がある。
活断層運動の活動周期は構造物の供用期間に比べてはるかに長いものの、地盤中のすべり面にずれ（変位）が生じた場合には大きな応力がこれらの構造物に作用するおそれがある。

このように構造物に対してすべり面のずれに伴う大きな応力が作用すると、構造物に破損が生じ、供用不能となるおそれがあった。

特許文献１や特許文献２には、地盤中のすべり面を横断するトンネルについて、活断層横断箇所を二重トンネルとして、内側のトンネルと外側のトンネルとの間の空間により、すべり面の変位を受け止める構造が開示されている。

特開２００３−２３９６９１号公報 特開２００６−２３３６２６号公報

二重トンネルにおいて、内側のトンネルは、制震ダンパーによって支持されているが、制震ダンパーの支持基礎は断層帯に形成されている。そのため、すべり面において大きなずれが生じた場合には、過大な応力が内側のトンネルに作用するおそれがあった。

このような観点から、本発明は、想定されるすべり面のずれに対して水路やケーブル等を収容する共同溝等の構造物としての機能を損なわない地中構造物を提案することを課題とする。

このような課題を解決する本発明の地中構造物は、地盤中のすべり面を横断するように構築された地中構造物であって、前記すべり面の横断箇所を含む横断区間と、前記横断区間の前後の一般区間と、を備え、前記横断区間には、前記すべり面を挟んで対向する一対の変位吸収覆工体が連設されており、前記変位吸収覆工体は、前記一般区間における内空断面よりも大きな内空断面を具備していて、前記すべり面においてずれが生じた際に周辺地盤とともに移動することを特徴としている。

かかる地中構造物によれば、変位吸収覆工体がすべり面の変位に逆らわずに周辺地盤とともに移動するため、地中構造物が破損する可能性を低減することができる。また、変位吸収覆工部材の内空断面は、一般部よりも大きく形成されているため、一般部の覆工との間にずれが生じたとしても、所望の供用空間を確保することができる。

前記変位吸収覆工体の内空断面が、予測される前記すべり面のずれによる移動方向の反対側が拡幅されていれば、変位吸収覆工体の断面形状を必要最小限に抑えることが可能となり、施工性および経済性に優れている。

前記変位吸収覆工体が複数の部材が連設されてなるものであれば、複数の部材が個々に移動することで、すべり面のずれによる地盤の変位への追従性が向上する。また、変位吸収覆工体に作用する集中荷重の低減化を図ることが可能となる。

前記横断区間と前記一般区間との境界部に形成された妻壁を備えていれば、変位吸収覆工体と一般部の覆工とが分離されるので、変位吸収覆工体が移動することにより一般部の覆工が損傷することを防止できる。

前記横断区間の外周囲を覆う止水シート（止水兼土砂流入防止シート）を備えており、前記止水シートが、樹脂製の板材と、補強繊維とにより構成されていてもよい。

かかる地中構造物によれば、横断区間の周囲が止水シートにより覆われているため、地中構造物の内部に地下水や土砂等が流入することが防止されている。
また、止水シートは、補強繊維により補強されているため、破損しにくい。

前記地中構造物は、広域的な地盤の上下変位を考慮して取水口および放水口のレベル設定がなされているのが望ましい。

かかる地中構造物によれば、すべり面においてずれが生じた場合であっても、通水面積が確保されているため、水路構造物としての機能を維持することが可能である。

本発明の地中構造物によれば、すべり面において変位が生じた場合であっても水路やケーブル等を収容する共同溝等の構造物としての機能を損なわず、引き続き使用することが可能である。

本発明の好適な実施の形態にかかる地中構造物を示す平断面図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ断面図である。 止水シートを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）および（ｃ）は断面図である。 （ａ）すべり面におけるずれ発生時の地盤変位を示す模式図、（ｂ）はすべり面におけるずれ発生時の地中構造物の状況を示す平断面図である。 すべり面におけるずれ発生前後の止水シートの変位状況を示す模式図であって、（ａ）は側面部のずれ発生前、（ｂ）は側面部のずれ発生後、（ｃ）は天端部のずれ発生前、（ｄ）は天板部のずれ発生後を示している。 地中構造物を水路に採用する場合の取水口と放水口の位置関係を示す模式図である。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
本実施形態では、図１に示すように、地盤中のすべり面Ｆを横断するように構築された水路トンネル１について説明する。

トンネル１は、すべり面Ｆの横断箇所を含む所定の区間に設定された横断区間１０と、この横断区間１０の前後に設定された一般区間２０，２０とを備えている。

横断区間１０は、すべり面Ｆの変位対策のための構造物（変位吸収覆工体１１）を設置するための拡幅領域である。拡幅領域（横断区間１０）の施工は、ロックボルト３０、吹付けコンクリート３１を一次支保として、一般的なトンネル（一般区間２０）と同様の方法により行う。

横断区間１０には、すべり面Ｆを挟んで対向する一対の変位吸収覆工体１１，１１が連設されており、横断区間１０と一般区間２０との境界部には妻壁１２が形成されている。また、横断区間１０の外周囲（拡幅領域の壁面）は、止水シート１３により覆われている。

変位吸収覆工体１１は、複数（本実施形態では２つ）の覆工部材１４，１４がトンネル１の軸方向に連設されることにより構成されている。

覆工部材１４は、鉄筋コンクリート製の部材であって、すべり面Ｆにおいてずれが生じた際に、周辺の地盤Ｇとともに移動する。隣り合う覆工部材１４，１４は、それぞれが分離された状態で連設されている。なお、覆工部材１４の構成は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。また、本実施形態では、覆工部材１４は現場打ちコンクリートにより構成するものとするが、プレキャスト部材を組み立てることにより構成してもよい。

覆工部材１４同士および覆工部材１４と妻壁１２との境界面に、テフロンシート（「テフロン」は登録商標）、ステンレス板等の低摩擦材１５を介在させることで、覆工部材１４がすべり面Ｆのずれに追随しやすいように構成されている。低摩擦材１５を構成する材料は限定されるものではない。

覆工部材１４（変位吸収覆工体１１）の内空断面は、図２（ｂ）に示すように、一般区間２０のトンネル覆工２１の内空断面２１ａ（図２（ａ）参照）の延長上に位置し、当該内空断面２１ａと同じ断面積を有する通常部１４ａと、通常部１４ａの側方に確保された拡幅部１４ｂと、を備えている。

拡幅部１４ｂは、予測されるすべり面Ｆのずれに伴って覆工部材１４が移動する方向に対応して形成されており、すべり面Ｆのずれにより覆工部材１４が移動した際に、トンネル１の内空断面が遮断されることがないように形成された拡幅部分である。
すべり面Ｆのずれの大きさや方向性等の予測は、トンネル１の掘削時の地山状況や露頭等の調査結果に基づいて適宜行う。

トンネル１は、図１に示すように、横断区間１０における内空断面１４ａの拡幅により、すべり面Ｆの両側にそれぞれ平面視Ｌ字状の空間が形成されている。

妻壁１２は、横断区間１０の両端の一般区間２０との境界部に形成されたコンクリート部材であって、横断区間１０両端の地盤Ｇ表面を遮蔽するように形成されている。
本実施形態では、妻壁１２をトンネル軸方向と直交する方向（トンネル横断方向）に延設することにより、拡幅部分の地盤Ｇの表面を遮蔽している。

妻壁１２の部材厚は、横断区間１０にトンネル軸方向から作用する土圧に対して十分な耐力を発現することが可能となるように、地盤Ｇの強度等に応じて適宜設定する。なお、妻壁１２の形状等は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

止水シート１３は、通常時の止水とすべり面のずれが生じた際の土砂流入防止とを目的として、変位吸収覆工体１１，１１の外周囲を覆うように配設された部材であって、すべり面のずれに応じて伸縮するように構成されている。
本実施形態では、止水シート１３として、横断区間１０の側面に配設される第一止水シート１３ａと、横断区間１０の天端部と底面部に配設される第二止水シート１３ｂと、を使用する。

第一止水シート１３ａは、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、板材１６と、スチールワイヤ（補強繊維）１７と、端部プレート１８と、により構成されている。

本実施形態では板材１６として、止水性と伸縮性を備えたゴム板を使用する。なお、板材１６を構成する材料は、止水性と伸縮性を有していればゴムに限定されるものではない。また、板材１６の代わりにシート状の部材により構成してもよい。

スチールワイヤ１７は、たるみを持たせるように波状を呈した状態で板材１６に埋設されている。また、スチールワイヤ１７は、隣り合うスチールワイヤ１７同士を連結する補助ワイヤ１７ａにより、その形状が保持されている。

端部プレート１８は、板材１６の端部に固定された板状部材であって、ロックボルト３０を挿通するための貫通孔１８ａが複数形成されている。なお、端部プレート１８は固定方法に応じて備えていればよく、省略してもよい。また、端部プレート１８に形成される貫通孔１８ａの数は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

横断区間１０の天端部に配設される第二止水シート１３ｂでは、図３（ｃ）に示すように、第一止水シート１３ａの板材１６に変えて、形状保持材１６ａと２枚のゴム板１６ｂ、１６ｂが厚み方向で積層された積層体を使用する。

形状保持部材１６ａは発泡ポリスチレン等により形成されている。スチールワイヤ１７は、この形状保持部材１６ａ内に埋設されている。なお、形状保持部材１６ａを構成する材料は限定されるものではない。
２枚のゴム板１６ｂ，１６ｂは、互いに接着することなく積層されている。

この他の第二止水シート１３ｂの構成は、第一止水シート１３ａと同様である。
第二止水シート１３ｂは、面内せん断変形に対して、ゴム板１６ｂ同士が互いにスライドすることにより追随する。

図１および図２（ｂ）に示すように、止水シート１３と覆工部材１４との間には、隙間が形成されており、地盤Ｇの移動に伴う止水シート１３の伸縮が覆工部材１４との摩擦により妨げられないように構成されている。
なお、止水シート１３と覆工部材１４との隙間は必要に応じて形成すればよく、必ずしも形成する必要はない。

次に、トンネル１の作用について説明する。
すべり面Ｆにおいてずれが生じると、図４（ａ）に示すように、すべり面Ｆの前後において地盤Ｇが移動することで、トンネル１も地盤Ｇの移動に伴いすべり面Ｆの前後でずれが生じる。

すべり面Ｆにおいてずれが生じると、トンネル１は、図４（ｂ）に示すように、すべり面Ｆの右側においてはトンネル１全体が図面下側に移動するとともに、すべり面Ｆの近傍では、覆工部材１４がそれぞれ地盤Ｇの変位に応じて下側に大きく移動する。また、すべり面Ｆの左側においては、トンネル１全体が図面上側に移動するとともに、すべり面Ｆ近傍では、覆工部材１４がそれぞれ地盤Ｇの変位に応じて上側に大きく移動する。

このように、トンネル１は、横断区間１０に配設された変位吸収覆工体１１により、すべり面Ｆのずれを緩衝し、トンネル１としての機能を保持することを可能としている。
トンネル１は、横断区間１０に配設された覆工部材１４が地盤Ｇのずれに追随して個々に移動するため、トンネル１自体に破損が生じにくい。

また、覆工部材１４は、予測される地盤Ｇのずれに応じて内空断面１４ａが拡幅されているため、地盤Ｇのずれに伴って覆工部材１４が移動した後も、トンネル１の内空の連続性が維持（通水路が確保）される。

各覆工部材１４同士の間および覆工部材１４と妻壁１２との間には、低摩擦部材１５が配設されているため、地盤Ｇの変位にとともなう覆工部材１４の移動が覆工部材１４同士あるいは覆工部材１４と妻壁１２との摩擦抵抗により妨げられることがなく、また、覆工部材１４が移動することにより隣接する他の覆工部材１４や妻壁１２が破損することがない。

止水シート１３は、図５（ａ）に示すように、たわみを持たせて地盤Ｇに固定されているため、地盤Ｇのずれが生じた場合であっても、図５（ｂ）に示すように、ずれに追随することが可能である。そのため、横断区間１０における止水性が維持される。

また、横断区間１０の天端部および底面に配設された第二止水シート１３ｂは、ゴム板が積層されているため、面内せん断変形に対して、ゴム板が互いにずれることで追随することを可能としている（図５（ｃ）および（ｄ）参照）。

止水シート１３に配設されたスチールワイヤ１７は、地盤Ｇのずれに応じて板材１６が伸張した際に、直線状となって補強効果を発揮するため、止水シート１３が破損することを防止し、横断区間１０への地下水や土砂の流入を防止する。

なお、水路トンネル１は、広域的な地盤Ｇの上下変位を考慮して取水口および放水口のレベル設定がなされている必要がある。つまり、図６に示すように、すべり面Ｆにおいてずれが生じることで取水口２ａ側が下側に移動し、放水口２ｂ側が上側に移動すると、水路２は分断されてしまう（水路２’参照）。そのため、取水口２ａおよび放水口２ｂ”は、予めすべり面Ｆのずれを考慮して設定する必要がある（水路２”参照）。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施形態では、水路トンネルに本発明の地中構造物を採用する場合について説明したが、本発明の地中構造物が適用可能な構造物は水路トンネルに限定されるものではなく、例えばケーブル等を収容する共同溝等の地中構造物にも適用することができる。

また、地中構造物を水路として使用する場合には、覆工部材の内部に空洞を設けることでコンクリート容量を低減するとともに、この空洞を空気貯留槽としてすべり発生時の動水圧の低減または緩衝を図るものとしてもよい。

また、前記実施形態では、予測されるずれ発生時の移動方向に応じて内空断面を拡幅するものとしたが、覆工部材の内空断面は、ずれ発生時にトンネルの連続性を維持することが可能に構成されていれば必ずしも位置方向に拡幅されている必要はない。すべり面のずれに伴う移動方向が予測できない場合には、全体的に内空断面を大きく形成してもよい。

前記実施形態では、変位吸収覆工体として、複数の覆工部材を連接するものとしたが、変位吸収覆工体は１つの部材により構成されていてもよい。

また、止水シートの構成は限定されるものではない。
また、トンネル内空断面の形状は限定されるものではなく例えば円形など、適宜設定することが可能である。

また、滞水層等の軟弱地盤が確認された場合には、グラウト注入や先受け工等、適宜補助工法を併用してもよい。

１ トンネル（地中構造物）
１０ 横断区間
１１ 変位吸収覆工体
１２ 妻壁
１３ 止水シート
１４ 覆工部材
１６ 板材
１７ スチールワイヤ（補強繊維）
２０ 一般区間
Ｆ すべり面
Ｇ 地盤

Claims (6)

1. 地盤中のすべり面を横断するように構築された地中構造物であって、
   前記すべり面の横断箇所を含む横断区間と、前記横断区間の前後の一般区間と、を備え、
   前記横断区間には、前記すべり面を挟んで対向する一対の変位吸収覆工体が連設されており、
   前記変位吸収覆工体は、前記一般区間における内空断面よりも大きな内空断面を具備していて、前記すべり面においてずれが生じた際に周辺地盤とともに移動することを特徴とする、地中構造物。
2. 前記変位吸収覆工体の内空断面が、予測される前記すべり面のずれによる移動方向の反対側が拡幅されていることを特徴とする、請求項１に記載の地中構造物。
3. 前記変位吸収覆工体が複数の部材が連設されてなることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の地中構造物。
4. 前記横断区間と前記一般区間との境界部に形成された妻壁を備えていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の地中構造物。
5. 前記横断区間の外周囲を覆う止水シートを備えており、
   前記止水シートが、樹脂製の板材と、補強繊維とにより構成されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の地中構造物。
6. 広域的な地盤の上下変位を考慮して取水口および放水口のレベル設定がなされていることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の地中構造物。
   

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