JP2012172483A - 地下構造物および地下構造物の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼殻躯体とコンクリート躯体との接合を簡易に行うことが可能な地下構造物および地下構造物の構築方法を提供する。
【解決手段】複数のセグメントピース１１，１１，…を連結することにより形成された鋼殻躯体１０と、鋼殻躯体１０の外側に形成されたコンクリート躯体２０と、鋼殻躯体１０に設けた仕口４０に接合された接合ピース３０とを備える地下構造物１であって、仕口４０は、セグメントピース１１に形成された貫通孔とこの貫通孔を挟んで両側に立設された接合リブとを備えており、接合ピース３０は貫通孔を貫通してコンクリート躯体２０に埋設された埋め込み桁と貫通孔よりも大きな外形を有し接合リブに固定された基端プレートとを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼殻躯体とコンクリート躯体とを備えた地下構造物および地下構造物の構築方法に関する。

間隔をあけて並設された複数のトンネル同士を、コンクリート躯体を介して連結することにより一つの大断面地下構造物を構築する場合がある。

ところが、トンネルが鋼製セグメントを組み合わせることにより形成されている場合には、鋼製躯体とコンクリート躯体とを一体に接合する接合部の構造が複雑になるため、施工に手間を要していた。

そのため、特許文献１には、鋼殻躯体とコンクリート躯体とを接合ピースを介して接合することで、施工性の向上を図る地下構造物が開示されている。
この接合ピースは、鋼殻躯体に形成された開口に鋼殻躯体の外側から装着され、一端が鋼殻躯体の内面側に形成された接合プレートの側面に固定されているとともに、他端側がコンクリート躯体の内部に定着されている。

特開２００８−９５４７３号公報

前記従来の地下構造物は、鋼殻躯体の外側から接合ピースを取り付けるため、例えば、トンネル同士が近接しているような場合には、十分な作業スペースを確保することができずに作業が困難となる場合があった。

このような観点から、本発明は、鋼殻躯体とコンクリート躯体との接合を簡易に行うことが可能な地下構造物および地下構造物の構築方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明は、複数のセグメントピースを連結することにより形成された鋼殻躯体と、前記鋼殻躯体の外側に形成されたコンクリート躯体と、前記鋼殻躯体に設けた仕口に接合された接合ピースとを備える地下構造物であって、前記仕口はセグメントピースに形成された貫通孔と前記貫通孔を挟んで両側に立設された接合リブとを備えており、前記接合ピースは前記貫通孔を貫通して前記コンクリート躯体に埋設された埋め込み桁と前記貫通孔よりも大きな外形を有し前記接合リブに固定された基端プレートとを備えていることを特徴としている。

かかる地下構造物によれば、作業空間を確保しやすい鋼殻躯体の内空から接合ピースの取り付け作業を行うことができるので、作業性に優れている。

また、前記基端プレートの中央が開口していれば、コンクリート躯体を構築する際に、コンクリートの打設状況を確認することができるとともに、コンクリート打設時に生じる空気溜まりを抑制できる。

また、前記埋め込み桁は、一対の形鋼材により構成されていて、前記一対の形鋼材は、前記基端プレートの開口の両脇において、当該基端プレートに固着されているのが望ましい。

また、本発明の地下構造物の構築方法は、複数のセグメントピースを連結することにより鋼殻躯体を形成する第一躯体構築工程と、前記鋼殻躯体に接続するコンクリート躯体を形成する第二躯体構築工程と、を備える地下構造物の構築方法であって、前記第二躯体構築工程には、前記鋼殻躯体に形成された仕口を利用して、前記鋼殻躯体の内空から接合ピースを突出させる作業と、前記接合ピースの突出部分を巻き込んだ状態で前記コンクリート躯体のコンクリートを打設する作業とを含むことを特徴としている。

かかる地下構造物の構築方法によれば、鋼殻躯体の内部の作業空間を利用して接合ピースを設置するため、施工性に優れている。

本発明の地下構造物および地下構造物の構築方法によれば、鋼殻躯体とコンクリート躯体との接合を簡易に行うことが可能となる。

本発明の実施形態に係る地下構造物の横断面図である。 セグメントピースを示す図であって、（ａ）は図１のＡ矢視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 仕口を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 （ａ）は図３の（ａ）のＤ−Ｄ断面図、（ｂ）は同Ｅ−Ｅ断面図である。 接合ピースを示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は平面図である。 （ａ）は図５の（ａ）のＦ矢視図、（ｂ）は同Ｇ−Ｇ断面図である。 第一躯体構築工程を示す横断面図である。 第二躯体構築工程を示す横断面図である。 図８に続く工程を示す横断面図である。

本発明の実施形態に係る地下構造物１は、図１に示すように、シールド工法により形成された２本のトンネルＴ，Ｔ同士を連結してなる大断面地下構造物である。
地下構造物1は、鋼殻躯体１０と、コンクリート躯体２０と、接合ピース３０とを備えて構成されている。

鋼殻躯体１０は、土圧や水圧等に耐え得るように設計されている。
鋼殻躯体１０は、トンネルＴの縦断方向と横断方向で隣り合う複数のセグメントピース１１，１１，…を、互いに連結することにより形成されている。

鋼殻躯体１０は、トンネルＴの施工時においては、円形断面を呈しているが、隣り合うトンネルＴ同士を接合する際には、鋼殻躯体１０の一部が撤去されて、断面視Ｃ字状を呈するようになる。
なお、鋼殻躯体１０の断面形状は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。

セグメントピース１１は、図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、トンネルＴの内空側が開口した有底箱状を呈している。
セグメントピース１１は、スキンプレート１２と、前後一対の主桁プレート１３，１３と、左右一対の継手プレート１４，１４と、複数の縦リブ１５，１５，…とを備えている。

セグメントピース１１は、継手プレート１４，１４を介して、横断方向（セグメントリングの周方向）で隣接する二つのセグメントピース１１，１１に接合され、各主桁プレート１３，１３を介して、縦断方向で隣接する二つのセグメントピース１１，１１に接合される。なお、主桁プレート１３と継手プレート１４の外面には、シール材が貼着されているのが望ましい。

スキンプレート１２は、図２に示すように、鋼殻躯体１０の外殻となるものであり、平面視矩形状を呈する鋼板からなる。

主桁プレート１３は、図２の（ａ）に示すように、スキンプレート１２の前縁、後縁に立設されており、トンネルの縦断方向（前後方向）に隣接する他のセグメントピース１１の主桁プレート１３に突き合わされる。突き合わされた主桁プレート１３同士は、両主桁プレート１３，１３を挿通したボルトにより接合される。

本実施形態では、スキンプレート１２の縦断方向中間部（前後の主桁プレート１３，１３の中間）に中間主桁プレート１６が立設されている。なお、中間主桁プレート１６は、必要に応じて配置すればよく、省略してもよい。
主桁プレート１３，１６は、スキンプレート１２に対して垂直に立設されている。

主桁プレート１３，１６の内側端部（トンネル内空側の端部）には、図４の（ｂ）に示すように、主桁フランジ１７が一体に形成されている。
主桁フランジ１７は、板状に形成されていて、スキンプレート１２に対して、平行となるように形成されている。

主桁フランジ１７の後記する仕口４０に面する部分には、図３の（ａ）に示すように、ボルト孔１７ａ，１７ａが形成されている。接合ピース３０は、ボルト孔１７ａを挿通したボルトｂにより主桁フランジ１７に固定される。

主桁フランジ１７の背面（内空側と反対側の面）には、図３の（ｂ）に示すように、ボルト孔１７ａの位置に対応してボルト受け（ナット）１７ｂ，１７ｂが固定されていて、ボルトｂの螺着が可能に構成されている。なお、ボルト孔１７ａの配置や数は限定されるものではなく適宜設定すればよい。また、ボルト受け１７ｂは必要に応じて設置すればよい。

継手プレート１４は、図１に示すように、トンネルＴの横断方向において隣接する他のセグメントピース１１の継手プレート１４に突き合わされる。継手プレート１４は、スキンプレート１２と主桁プレート１３，１６に固着されていて、スキンプレート１２に対して垂直に立設されている。

横断方向に隣接するセグメントピース１１同士は、突き合わされた継手プレート１４，１４を貫通する固定ボルト（図示省略）を利用して固定されている。

縦リブ１５は、図２に示すように、スキンプレート１２に立設されており、スキンプレート１２と主桁プレート１３，１６に固着されている。縦リブ１５は、主桁プレート１３，１６の間に設けられていて、継手プレート１４と平行に配置されている。

縦リブ１５は、断面視Ｔ字状を呈している。縦リブ１５の内側端部（トンネル内空側の端部）にフランジ１５ａが形成されており、フランジ１５ａは、主桁フランジ１７の裏面（トンネル内空側と反対側の面）に当接しており、主桁フランジ１７を支持している。なお、フランジ１５ａは、必要に応じて形成すればよく、省略してもよい。

鋼殻躯体１０には、図１に示すように、コンクリート躯体２０の接合位置に対応して仕口４０が形成されている。

仕口４０は、図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、セグメントピース１１に形成された貫通孔４１と、この貫通孔４１を挟んで両側に立設された一対の接合リブ４２，４２とを備えている。

貫通孔４１は、セグメントピース１１のスキンプレート１２を矩形状に撤去（切断）することにより形成されている。また、貫通孔４１（仕口４０）の位置には、縦リブ１５，１５が省略（撤去）されている。

貫通孔４１は、後記する接合ピース３０の埋め込み桁３１より外形状よりも大きな形状に形成されている（図２参照）。このように形成することで、セグメントピース１１の配置に誤差が生じた場合であっても、貫通孔４１によりその誤差を吸収し、所定の位置に接合ピース３０を配置することが可能となる。

接合リブ４２は、スキンプレート１２に立設された鋼板であって、スキンプレート１２と主桁プレート１３に固着されている。
一対の接合リブ４２，４２は、平行に対向しているが、各接合リブ４２は、埋め込み桁３１と平行になるように、スキンプレート１２に対して傾斜して立設されている。

接合リブ４２の内側端部（トンネル内空側の端部）には、図４の（ａ）に示すように、接合部４３が一体に形成されている。
接合部４３は、前後の主桁フランジ１７，１７の間に配設された板材であって、図３の（ａ）に示すように、複数のボルト孔４３ａ，４３ａ，…を備えている。接合ピース３０は、ボルト孔４３ａを挿通するボルトｂにより、接合リブ４２に接合される。

コンクリート躯体２０は、土水圧や上載荷重に耐え得るように設計されている。図１に示すように、本実施形態のコンクリート躯体２０は、隣り合うトンネルＴ，Ｔの間に横架されたコンクリート版である。
本実施形態では、コンクリート躯体２０が上下２段に形成されている。

コンクリート躯体２０は、鉄筋コンクリート構造（ＲＣ構造）であり、場所打ちコンクリートと鉄筋（図示略）などの補強鋼材とによって構成されている。
コンクリート躯体２０には、鋼殻躯体１０から突設された接合ピース３０が挿入されている。

接合ピース３０は、図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、鋼殻躯体１０に設けた仕口４０に接合されている。

接合ピース３０は、貫通孔４１を貫通してコンクリート躯体２０に埋設された埋め込み桁３１と、貫通孔４１よりも大きな外形を有し、接合リブ４２に固定された基端プレート３２とを備えている。

基端プレート３２は、図５の（ａ）および（ｂ）に示すように、接合ピース３０の内空側端部に形成された板材である。

基端プレート３２は、本体部３２ａと、本体部３２ａの上下端部に形成された接合部３２ｂ，３２ｂとにより構成されている。

本体部３２ａは、鋼殻躯体１０の内壁面に沿って弧状に湾曲している。本体部３２ａは、図６の（ａ）に示すように、正面視で矩形枠状を呈している。

本体部３２ａの中央には、開口部３３が形成されている。本実施形態では、開口部３２ａが矩形状に形成されているが、開口部３３の形状は限定されるものではない。
本体部３２ａには、主桁フランジ１７に形成されたボルト孔１７ａの位置に対応して、ボルト孔３２ｃが形成されている。

図５の（ａ）に示すように、本体部３２ａの裏面（トンネル内空側と反対側の面）には、埋め込み桁３１が固着されている。

接合部３２ｂは、図２に示すように、接合リブ４２の接合部４３に重ね合わされる。本実施形態では、埋め込み桁３１のフランジ面に対して垂直となる面と平行となるように、接合部３２ｂが形成されている。

接合部３２ｂ，３２ｂには、仕口４０のボルト孔４３ａに対応してボルト孔３２ｃが形成されている。
また、接合部３２ｂは、前後の主桁フランジ１７，１７の間に挿入することが可能な幅寸法を有している。

接合ピース３０を仕口４０に固定する際は、図２に示すように、接合ピース３０の接合部３２ｂ，３２ｂを仕口４０の接合部４３，４３に重ね合わせた状態で、接合部３２ｂおよび接合リブ４２を挿通するボルトｂにより締着し、さらに、本体部３２ａのボルト孔３２ｃと主桁フランジ１７のボルト孔１７ａを貫通したボルトｂをボルト受け１７ｃに螺着すればよい。

なお、基端プレート３２に形成されるボルト孔３２ｃの数や配置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。

埋め込み桁３１は、基端プレート３２に固着された形鋼材からなり、鋼殻躯体１０とコンクリート躯体２０とを接合するのに必要な定着長を確保することが可能な長さを有している。また、埋め込み桁３１は、コンクリート躯体２０の補強鋼材として必要な強度も備えている。

本実施形態では、埋め込み桁３１を直線状とし、略水平に配設するものとする。なお、埋め込み桁３１は、必ずしも直線状である必要は無く、例えば曲線状であってもよい。また、埋め込み桁３１は傾斜していてもよい。

本実施形態の埋め込み桁３１は、図５および図６に示すように、一対の型鋼材３１ａ，３１ｂにより構成されている。本実施形態では、型鋼材３１ａ，３１ｂとして、Ｉ形鋼を使用するが、型鋼材３１ａ，３１ｂを構成する材料は、例えば溝形鋼やＨ形鋼等でもよく、限定されない。

型鋼材３１ａ，３１ｂは、図６の（ａ）に示すように、基端プレート３２に形成された開口部３３を挟んで対向するように、開口部３３の両脇において基端側端面が基端プレート３２に固着されている。つまり、一方の型鋼材３１ａは開口部３３の後側において基端プレート３２に固着されていて、他方の型鋼材３１ｂは開口部３３の前側において基端プレート３２に固着されている。

埋め込み桁３１と基端プレート３２との固着部分には、角部に補強リブ３４，３４が配置されて、埋め込み桁３１と基端プレート３２との固定度が増強されている。

本実施形態に係る地下構造物の構築方法は、２本の並行するトンネＴ，Ｔルを形成した後、両トンネルＴ，Ｔ間にコンクリート躯体２０を横架させることでトンネルＴ同士を接合するというものである。

以下、図７乃至図９を参照して、本実施形態に係る地下構造物の構築方法をより詳細に説明する。
本実施形態に係る地下構造物の構築方法は、第一躯体構築工程と、第二躯体工程と、を含むものである。

第一躯体構築工程は、図７に示すように、トンネルの掘進に伴ない、複数のセグメントピースを連結することにより鋼殻躯体１０を形成する工程である。

鋼殻躯体１０を構成するセグメントピース１１，１１，…のうち、コンクリート躯体２０との接合個所に配設されるセグメントピース１１には、予め仕口４０が形成されている。仕口４０の内空側は、蓋部材４４により遮蔽されているため、トンネルＴの施工時に仕口４０からの土砂や地下水等の流入が防止されている。

また、鋼殻躯体１０には、近接して２本のトンネルＴ，Ｔを構築することによる影響で、変形することがないように、斜材と２本の水平材とからなる変形防止部材Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が配置されている。

第二躯体構築工程は、図９に示すように、鋼殻躯体１０に接続するコンクリート躯体２０を形成する工程である。
第二躯体構築工程には、トンネル間掘削作業、接合ピース設置作業、コンクリート躯体構築作業が含まれている。

トンネル間掘削作業では、図８に示すように、並設されたトンネルＴ，Ｔの間を掘削して空間を形成する。このとき、トンネルＴ同士の間に空間を形成することにより鋼殻躯体１０，１０が変形することがないように、鋼殻躯体１０，１０の間に、トンネル間支保工Ｓ４を設置する。

接合ピース設置作業は、鋼殻躯体１０に形成された仕口４０を利用して、鋼殻躯体１０の内空から接合ピース３０を突出させる作業である。
接合ピース３０の設置は、トンネル間掘削作業が完了した後、蓋部材４４を仕口４０から取り外し、トンネルＴの内空から接合ピース３０を仕口４０に挿入することにより行う。接合ピース３０の設置作業は、例えば、接合ピース３０を把持した状態で床付面上を自走可能なハンドリングマシンを利用して行うか、あるいは、接合ピース３０を吊持可能な小型の揚重機械を利用して行えばよい。

接合ピース３０は、仕口４０の接合リブ４２や、主桁プレート１３の主桁フランジ１７に、基端プレート３２をボルト接合することにより行う。

コンクリート躯体構築作業は、接合ピース３０の鋼殻躯体１０から突出した埋め込み桁３１を巻き込んだ状態でコンクリート躯体２０のコンクリートを打設してコンクリート躯体２０を構築する作業である。

コンクリート躯体２０の構築は、まず、型枠（図示省略）の設置とともに鉄筋（図示省略）の配筋を行う。このとき、型枠内には、埋め込み桁３１の周囲を含むように配置する。また、鉄筋の配筋は、埋め込み桁３１の周囲にも行う。

次に、型枠内にコンクリートを打設して、所定の強度が発現するまで養生する。コンクリート養生が完了したら、型枠を撤去するとともに、変形防止部材Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３やトンネル間支保Ｓ４を撤去する。

以上、本実施形態の地下構造物および地下構造物の構築方法によれば、接合ピース３０を鋼殻躯体１０の内面側から施工することで、施工時に広い作業空間を確保することができ、施工性に優れている。
並設されたトンネルＴ同士の間やトンネル間支保Ｓ４の下方などで作業を行う場合に比べて、広い作業空間を確保することができる。

また、予め形成された仕口４０を利用して接合ピース３０を設置するため、溶接や溶断作業を必要としないため、施工が容易である。

必要に応じてコンクリート躯体２０と干渉するスキンプレート１２や縦リブ１５を溶断することが可能なため、コンクリート躯体２０の補強部材に関して、配筋上の制約が少ない。

また、基端プレート３２には、開口部３３が形成されているため、コンクリートの打設状況の確認を行うことができるとともに、開口部３３が空気抜き孔としても機能する。そのため、コンクリートの未充填箇所が発生することを防止し、高品質施工を簡易に行うことができる。

仕口４０は、埋め込み桁３１の外形形状よりも大きく形成されているため、鋼殻躯体１０の施工誤差等により、仕口４０の位置にずれが生じた場合であっても、仕口４０によりずれを吸収して、接合ピース３０を所定の位置に配置することができる。

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、適宜変更が可能である。

例えば、前記実施形態で破、並設されたトンネル同士をコンクリート躯体により連結した地下構造物について説明したが、地下構造物の構成はこれに限定されるものではない。
また、鋼殻躯体は、トンネルに限定されるものではない。

また、トンネルの構築方法はシールド工法に限定されるものではなく、例えばＴＢＭ工法により構築されたトンネルであってもよい。

前記実施形態では、接合ピースをボルト接合により仕口に接合する場合について説明したが、接合ピースの接合方法はボルト接合に限定されるものではない。

埋め込み桁は、必ずしも一対の形鋼材により構成されている必要はない。
基端プレートの開口部は必要に応じて形成すればよく、必ずしも形成されている必要は無い。

コンクリート躯体は鉄筋コンクリート構造に限定されるものではなく、例えば、鉄骨鉄筋コンクリート構造であってもよい。

１ 地下構造物
１０ 鋼殻躯体
１１ セグメントピース
２０ コンクリート躯体
３０ 接合ピース
３１ 埋め込み桁
３２ 基端プレート
３３ 開口部（開口）
４０ 仕口
４１ 貫通孔
４２ 接合リブ

Claims (4)

1. 複数のセグメントピースを連結することにより形成された鋼殻躯体と、
   前記鋼殻躯体の外側に形成されたコンクリート躯体と、
   前記鋼殻躯体に設けた仕口に接合された接合ピースと、を備える地下構造物であって、
   前記仕口は、セグメントピースに形成された貫通孔と、前記貫通孔を挟んで両側に立設された接合リブと、を備えており、
   前記接合ピースは、前記貫通孔を貫通して前記コンクリート躯体に埋設された埋め込み桁と、前記貫通孔よりも大きな外形を有し、前記接合リブに固定された基端プレートと、を備えていることを特徴とする、地下構造物。
2. 前記基端プレートの中央が開口していることを特徴とする、請求項１に記載の地下構造物。
3. 前記埋め込み桁が、一対の形鋼材により構成されていて、
   前記一対の型鋼材は、前記基端プレートの開口の両脇において、当該基端プレートに固着されていることを特徴とする、請求項２に記載の地下構造物。
4. 複数のセグメントピースを連結することにより鋼殻躯体を形成する第一躯体構築工程と、
   前記鋼殻躯体に接続するコンクリート躯体を形成する第二躯体構築工程と、を備える地下構造物の構築方法であって、
   前記第二躯体構築工程には、前記鋼殻躯体に形成された仕口を利用して、前記鋼殻躯体の内空から接合ピースを突出させる作業と、
   前記接合ピースの突出部分を巻き込んだ状態で前記コンクリート躯体のコンクリートを打設する作業と、を含むことを特徴とする地下構造物の構築方法。

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