JP2016132954A - トンネル用セグメントの縮径装置、トンネル覆工構造および凍結膨張対策方法 - Google Patents

Abstract

【課題】セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減できるとともに、工期短縮とコストダウンを図ることのできるトンネル用セグメントの縮径装置、トンネル覆工構造および凍結膨張対策方法を提供する。【解決手段】トンネル内面１０の周方向Ｓおよび軸方向に並設されて互いに接合されることによりトンネル覆工を構成するセグメント１２の覆工径Ｄを縮径する縮径装置１００であって、周方向Ｓに隣り合うセグメント１２の継手１６間に設けられ、周辺地盤Ｇからセグメント１２に作用する土水圧に応じて継手１６間の離間距離ｄを変更して覆工径Ｄの縮径量を調整する圧力調整手段２２を備えるようにする。【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル用セグメントの縮径装置、トンネル覆工構造および凍結膨張対策方法に関するものである。

地盤を凍結する凍結工法は、優れた遮水性と強度を併せ持つ工法として知られており、トンネル掘削時に適用されるシールド工法においても、発進・到達時やセグメント切り開き時などの防護工としてしばしば採用されている。しかし、大規模な凍土造成や凍結対象地盤に粘性土が含まれている場合には、地盤の凍結による膨張圧が大きくなり、組み立てたセグメントに凍結膨張圧による過大な荷重が作用して、セグメントボルトが破断したり、セグメントが破損する危険性が高くなる。

そこで、凍土造成中の周辺のセグメント等の地中構造物に対する影響を軽減するために、凍結膨張圧を低減する対策が必要となる。凍結膨張圧を低減する従来の方法としては、例えば以下の（１）〜（５）の方法が知られている。

（１）凍結管列の外側への温水管の設置
この方法は、複数の凍結管からなる凍結管列の外側に、凍土の成長を抑制するための温水管を設置し、温水を循環させる方法である。この方法によれば、掘削開始後の凍土量の増加は、ゼロとはいかないまでもかなり抑えることができる。ただし、凍結管とほぼ同数の温水管を埋設する必要があり、さらに緩衝孔のボーリングや温水の循環設備等の施工コスト・手間が掛かるため、コストや工期の増大につながる。

（２）凍土周囲の地山の抜き取り
この方法は、凍土周囲の地山を抜き取り、凍結膨張分を吸収する方法である。この方法によれば、凍結膨張圧の抑制効果はあるが、定量的な予測は難しい。また、掘削作業中にも抜き取り作業をする場合には、掘削作業の支障となって工期の増大につながる可能性がある。また、抜き取り工によりコストが増大するおそれもある。

（３）凍結運転制御（間引き運転等）による凍土の成長抑制
この方法は、凍結運転を例えば間引き運転とするなど運転を制御することで、凍土の成長を抑制する方法であるが、その抑制効果は一般に小さいとされる。

（４）凍結膨張圧に対応したセグメントの補強
この方法は、凍結膨張圧に対応してセグメントを補強する方法である。ただし、複数のシールドトンネルを利用して連続する躯体を構築する場合（例えば特許文献１に示すようないわゆるＳＲ−ＪＰ工法（登録商標）などの場合）には、シールドトンネル間に跨って凍土を造成する必要があるため、シールドトンネルの周囲は殆ど凍土となり、凍土圧は大きくなる。セグメント補強を行う場合はセグメント内部にリング状などの鋼材を設置するが、構築躯体の築造に必要な空間を占有してしまう。築造に必要な空間を確保するためには、より大きな径のシールドトンネルの築造が必要となるが、径が大きくなるとより大きな凍土圧がかかり、補強材もさらに大きくなり、コストが大幅に増加してしまう。

（５）セグメント外表面への軟質部材の設置
この方法は、セグメント外表面に地盤の変位を吸収する硬質ウレタンフォームなどの軟質部材を設置する方法である（例えば、特許文献２を参照）。この方法では、定量的な予測が難しいため抑制効果が不明であり、またセグメントと地山の間への裏込め注入の影響を受けるため効果が低くなるおそれがある。

特開２００８−１５６９０７号公報 特開平９−３１０５９３号公報

上述したように、従来の方法では温水管の設置等による不要凍土の抑制等によって、セグメント等に作用する凍結膨張圧の低減を図っているが、その効果は必ずしも明らかではなく、工期やコストが増大するおそれがあった。このため、シールド工法に凍結工法を適用する場合において、セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減できるとともに、工期短縮とコストダウンを図ることのできる技術が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減できるとともに、工期短縮とコストダウンを図ることのできるトンネル用セグメントの縮径装置、トンネル覆工構造および凍結膨張対策方法を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るトンネル用セグメントの縮径装置は、トンネル内面の周方向および軸方向に並設されて互いに接合されることによりトンネル覆工を構成するセグメントの覆工径を縮径する縮径装置であって、周方向に隣り合うセグメントの継手間に設けられ、周辺地盤からセグメントに作用する土水圧に応じて継手間の離間距離を変更して覆工径の縮径量を調整する圧力調整手段を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他のトンネル用セグメントの縮径装置は、上述した発明において、セグメントの継手間の離間距離の変更に伴うセグメントの変位を所定方向に案内するためのガイド手段をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他のトンネル用セグメントの縮径装置は、上述した発明において、圧力調整手段が設けられる継手間に設けられ、セグメントの外側から内側への地下水の浸入を防ぐための止水手段をさらに備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他のトンネル用セグメントの縮径装置は、上述した発明において、圧力調整手段は、セグメントに作用する土水圧が所定の設定圧力未満では継手間の離間距離を保持し、所定の設定圧力以上では継手間の離間距離を縮小してセグメントの覆工径を縮径することを特徴とする。

また、本発明に係るトンネル覆工構造は、トンネル内面の周方向および軸方向に並設されて互いに接合したセグメントによって構成されるトンネル覆工構造であって、上述したトンネル用セグメントの縮径装置を備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他のトンネル覆工構造は、上述した発明において、トンネル用セグメントの縮径装置を、トンネル覆工１リングあたり多くとも３ヶ所に設けたことを特徴とする。

また、本発明に係る凍結膨張対策方法は、上述したトンネル用セグメントの縮径装置を用いた凍結膨張対策方法であって、セグメントの周辺地盤の凍結膨張圧に応じてセグメントの覆工径を縮径してセグメントに掛かる凍結膨張圧を低減することを特徴とする。

本発明に係るトンネル用セグメントの縮径装置によれば、トンネル内面の周方向および軸方向に並設されて互いに接合されることによりトンネル覆工を構成するセグメントの覆工径を縮径する縮径装置であって、周方向に隣り合うセグメントの継手間に設けられ、周辺地盤からセグメントに作用する土水圧に応じて継手間の離間距離を変更して覆工径の縮径量を調整する圧力調整手段を備えるので、例えば凍結膨張圧に応じてセグメントの覆工径を縮径することで、セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減することができる。また、本発明に係るトンネル用セグメントの縮径装置はセグメントを組み立てる前に製作可能であることから、トンネル掘削工期に与える影響が少なく、上記の従来の方法に比べて大幅な工期短縮が期待できる。また、上記の従来の方法に比べて大掛かりな施工や設備が軽減されるため大幅なコストダウンが期待できる。したがって、本発明によれば、セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減できるとともに、工期短縮とコストダウンを図ることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のトンネル用セグメントの縮径装置によれば、セグメントの継手間の離間距離の変更に伴うセグメントの変位を所定方向に案内するためのガイド手段をさらに備えるので、圧力調整手段による継手間の離間距離の変更の際に、セグメントの変位の方向を規制することができるという効果を奏する。これにより、例えばトンネル用セグメントの縮径装置の外側からのせん断力をガイド手段で受け持つようにすることも可能である。

また、本発明に係る他のトンネル用セグメントの縮径装置によれば、圧力調整手段が設けられる継手間に設けられ、セグメントの外側から内側への地下水の浸入を防ぐための止水手段をさらに備えるので、セグメントの内側への地下水の漏水を防止することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のトンネル用セグメントの縮径装置によれば、圧力調整手段は、セグメントに作用する土水圧が所定の設定圧力未満では継手間の離間距離を保持し、所定の設定圧力以上では継手間の離間距離を縮小してセグメントの覆工径を縮径するので、覆工径の縮径の有無に関わらず、セグメントに作用する周方向の軸力を一定に保持することが可能となり、セグメントに作用する土水圧を安定的に支持して地盤変状を抑止することができるという効果を奏する。例えば、セグメントに作用する凍結膨張圧（土水圧）が設定圧力以上の場合には、覆工径を縮径してセグメントに作用する凍結膨張圧を低減し、これにより土水圧を安定的に支持して地盤変状を抑止することができる。一方、凍結膨張圧が設定圧力未満の場合には、覆工径を縮径することなく土水圧を安定的に支持して地盤変状を抑止することができる。

また、本発明に係るトンネル覆工構造によれば、トンネル内面の周方向および軸方向に並設されて互いに接合したセグメントによって構成されるトンネル覆工構造であって、上述したトンネル用セグメントの縮径装置を備えるので、セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減できるとともに、工期短縮とコストダウンを図ることができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他のトンネル覆工構造によれば、トンネル用セグメントの縮径装置を、トンネル覆工１リングあたり多くとも３ヶ所に設けたので、周辺地盤による曲げ荷重がセグメントの継手間に作用するような場合においても、トンネル覆工構造の構造的な安定性を確保することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る凍結膨張対策方法によれば、上述したトンネル用セグメントの縮径装置を用いた凍結膨張対策方法であって、セグメントの周辺地盤の凍結膨張圧に応じてセグメントの覆工径を縮径してセグメントに掛かる凍結膨張圧を低減するので、セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減できるとともに、工期短縮とコストダウンを図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係るトンネル用セグメントの縮径装置、トンネル覆工構造および凍結膨張対策方法の実施の形態を示す概略断面図である。 図２は、図１のＡ部分の拡大図である。 図３は、図１よりセグメントの主桁部分を抽出した図である。

以下に、本発明に係るトンネル用セグメントの縮径装置、トンネル覆工構造および凍結膨張対策方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［トンネル用セグメントの縮径装置］
まず、本発明に係るトンネル用セグメントの縮径装置について説明する。

図１に示すように、円形断面のトンネル内面１０の周方向Ｓおよび軸方向（図面に垂直な方向）に、複数のセグメント１２が並設されて互いに接合されることにより、トンネル覆工が構成されている。図の例では、トンネル覆工１リングあたり８個のセグメント１２を周方向Ｓに並設して構成した例を示している。

セグメント１２は、トンネルの軸方向の前後面に配設される略円弧状の主桁１４と、主桁１４の周方向Ｓの両端部に配設される継手板１６（継手）と、これら主桁１４および継手板１６の外端部に沿って配設される円弧状断面のスキンプレート１８により箱状に形成され、かつ、内部には図示しない複数枚の縦リブが配設されている。また、主桁１４の外面の外周側と内周側には、円弧状に延びるシール部材２０がそれぞれ貼り付けられている。このシール部材２０は、セグメント１２の外側から内側への地下水の浸入を防ぐ止水のためのものである。また、主桁１４には図示しないリング間継手用ボルト穴が開けられており、継手板１６には図示しないセグメント間継手用ボルト穴が開けられている。

なお、本実施の形態ではセグメント１２として鋼製セグメントを用いた例を説明するが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば鉄筋コンクリート製セグメント等の他の種類のセグメントにも当然に適用可能である。

本発明に係るトンネル用セグメントの縮径装置１００は、周方向Ｓに隣り合うセグメント１２の継手板１６間に設けられ、トンネル覆工を構成するセグメント１２の覆工径Ｄを縮径する装置である。図１の例では、縮径装置１００をトンネル断面の直径方向の両側２ヶ所に設けた例、すなわちトンネル軸心に関して左上と右下に位置するセグメント１２の継手板１６間に設けた例を示している。

この縮径装置１００は、図１および図２に示すように、圧力調整手段としての高圧エアーチューブ２２と、ガイド手段としてのガイド板２４と、止水手段としての発泡スチロール２６とを備える。

高圧エアーチューブ２２は、図２に示すように、右上のセグメント１２Ａの継手板１６Ａと、左下のセグメント１２Ｂの継手板１６Ｂとの間において、各継手板１６Ａ、１６Ｂの内外方向中央に形成した円弧状断面の凹部２８Ａ、２８Ｂの間に挟持されている。高圧エアーチューブ２２は、トンネルの軸方向に平行に延びる円形チューブ状のゴム製の袋体からなり、この袋体の内部には高圧のエアー３０が圧入されている。高圧エアーチューブ２２は、周辺地盤Ｇからスキンプレート１８を介してセグメント１２に作用する土水圧に応じて伸縮変形し、継手板１６Ａ、１６Ｂ間の離間距離ｄを変更して覆工径Ｄの縮径量を調整可能である。

この高圧エアーチューブ２２には、図示しないリリーフ弁が設けられている。セグメント１２に作用する土水圧は、セグメント１２の周方向Ｓの軸力を介して高圧エアーチューブ２２の袋体に作用するようになっている。この袋体に作用する圧力が、予め設定した所定の設定圧力未満の場合には、リリーフ弁は閉止状態のまま維持される。この場合、継手板１６Ａ、１６Ｂ間の離間距離ｄはセグメント組み立て当初の状態に保持され、セグメント１２の覆工径Ｄは縮径しない。

一方、袋体に作用する圧力が、予め設定した所定の設定圧力以上の場合には、リリーフ弁は開放して袋体の内部のエアーの一部を外部に逃がす。これにより高圧エアーチューブ２２は縮径変形して、継手板１６Ａ、１６Ｂ間の離間距離ｄを縮小する。この結果、高圧エアーチューブ２２を挟んで対向するセグメント１２Ａ、１２Ｂは互いに接近するように変位し、土水圧の作用によりセグメント１２Ａ、１２Ｂの覆工径Ｄは縮径する。このように、セグメント１２に掛かる荷重を高圧エアーチューブ２２のリリーフ弁の圧力計で直接管理できるため、凍結膨張圧（土水圧）をより確実に低減することができる。

ここで、周辺地盤Ｇの凍結膨張による変位を吸収可能であれば、セグメント１２に掛かる凍結膨張圧は発生しない。一方、セグメント１２は周辺地盤Ｇの土水圧を支持し、かつ周辺の地盤変状を極力少なくする必要があるため、セグメント１２の覆工径Ｄの縮径は最小限としなければならない。そこで、高圧エアーチューブ２２を上記のように構成することで、覆工径Ｄの縮径の有無に関わらず、セグメント１２に作用する周方向Ｓの軸力を一定に保持することが可能となり、セグメント１２に作用する土水圧を安定的に支持して地盤変状を抑止することができる。

例えば、セグメント１２に作用する凍結膨張圧（土水圧）が設定圧力以上の場合には、覆工径Ｄを縮径してセグメント１２に作用する凍結膨張圧を低減し、これにより土水圧を安定的に支持して地盤変状を抑止することができる。一方、凍結膨張圧が設定圧力未満の場合には、覆工径Ｄを縮径することなく土水圧を安定的に支持して地盤変状を抑止することができる。

ガイド板２４は、セグメント１２Ａ、１２Ｂの継手板１６Ａ、１６Ｂ間の離間距離ｄの変更に伴うセグメント１２Ａ、１２Ｂの変位を所定方向に案内するためのものである。ガイド板２４は、図２および図３に示すように、右上のセグメント１２Ａの継手板１６Ａに近い主桁１４Ａの内周側に設けられるボルト穴付きガイド板２４Ａと、左下のセグメント１２Ｂの継手板１６Ｂに近い主桁１４Ｂの内周側に設けられる長穴付きガイド板２４Ｂとからなる。

ボルト穴付きガイド板２４Ａは、略対角線上に主桁１４Ａの厚み分の高さの段差部３２を有する正方形の鋼板からなる。段差部３２からトンネル軸心に近い側にはボルト穴３４が開けられており、トンネル軸心に遠い側は主桁１４Ａの内面に接合されている。段差部３２を設けることで、ボルト穴付きガイド板２４Ａのボルト穴３４を有する側の外面と主桁１４Ａの外面とを面一にしている。

長穴付きガイド板２４Ｂは、対向配置されたセグメント１２Ａのボルト穴付きガイド板２４Ａに向けて延びる略長方形の鋼板からなり、その先端にはセグメント１２が変位する周方向Ｓに沿った長穴３６が開けられている。この長穴３６には、ボルト穴付きガイド板２４Ａのボルト穴３４に挿し込まれたボルト３８が嵌め込まれており、ボルト３８は長穴３６に沿ってスライド移動自在である。

これらのガイド板２４Ａ、２４Ｂは、高圧エアーチューブ２２による継手板１６Ａ、１６Ｂ間の離間距離ｄの変更の際に、長穴３６に嵌め込まれたボルト３８によってセグメント１２Ａ、１２Ｂの変位の方向を規制する。このため、セグメント１２Ａ、１２Ｂは長穴３６の延在方向に沿ってのみスライド変位可能である。ガイド板２４Ａ、２４Ｂは、縮径装置１００の外側からのせん断力を受け持つこともできる。

発泡スチロール２６は、セグメント１２Ａ、１２Ｂの外側から内側への地下水の浸入を防ぐための止水部材であり、継手板１６Ａ、１６Ｂ間において高圧エアーチューブ２２を挟んだ内外両側に設けられる。このようにすることで、縮径装置１００の部分からセグメント１２Ａ、１２Ｂの内側への地下水の漏水を防止することができる。

なお、セグメント１２Ａのスキンプレート１８Ａは、図２および図３に示すように、継手板１６Ａの端部からセグメント１２Ｂ側に延出した態様となっており、その先端部４２はスキンプレート１８Ｂの外面にスライド自在に当接している。

上述したように、各セグメント１２の主桁１４の外面の外周側と内周側には、円弧状に延びる止水用のシール部材２０がそれぞれ貼り付けられている。縮径装置１００を挟んだ２つのセグメント１２Ａ、１２Ｂにも同様のシール部材２０が貼り付けられている。縮径装置１００の部分を止水するためには、両セグメント１２Ａ、１２Ｂからのシール部材２０の延在方向（シールライン）を合わせ、さらに縮小変形しても止水能力を保持する止水部材であることが好ましい。こうしたものとしては、例えば発泡スチロール２６の外面に、両セグメント１２Ａ、１２Ｂのシールラインに合わせたシール部材４０を貼り付けたものが考えられる。なお、発泡スチロール２６の破損や、シール部材４０と発泡スチロール２６との間からの漏水を考慮して、止水材料でなおかつ高引張り耐久材料でもあるポリウレアを発泡スチロール２６の表面に塗布するとなおよい。

上記のように構成した本発明に係る縮径装置１００によれば、凍結膨張圧（土水圧）に応じてセグメント１２の覆工径Ｄを縮径することで、セグメント１２に作用する凍結膨張圧をより確実に低減することができる。また、本発明に係る縮径装置１００は、セグメント１２を組み立てる前に製作可能であることから、トンネル掘削工期に与える影響が少なく、上記の従来の方法に比べて大幅な工期短縮が期待できる。また、上記の従来の方法に比べて緩衝孔のボーリングや温水の循環設備等の大掛かりな施工や設備が軽減されるため、大幅なコストダウンが期待できる。したがって、本発明によれば、セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減できるとともに、工期短縮とコストダウンを図ることができる。

なお、上記の実施の形態においては、圧力調整手段として高圧エアーチューブ２２を用いて構成した場合について説明したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば高圧のエアー３０の代わりに高圧の液体を充填したチューブで圧力調整手段を構成してもよい。このようにしても上記と同様な効果が得られる。また、高圧エアーチューブ２２の代わりに機械的なジャッキを用いて圧力調整手段を構成してもよい。この場合、例えばセグメント１２に作用する土水圧に応じてジャッキのシリンダー変位を油圧等で制御する。このようにすれば、セグメント１２に掛かる荷重をジャッキの圧力計で直接管理できるため、セグメント１２に作用する凍結膨張圧をより確実に低減することができる。

［トンネル覆工構造］
次に、本発明に係るトンネル覆工構造について説明する。図１および図２に示すように、本発明に係るトンネル覆工構造２００は、トンネル内面１０の周方向Ｓおよび軸方向に並設されて互いに接合したセグメント１２によって構成されるトンネル覆工構造であって、上述したトンネル用セグメントの縮径装置１００を備える。このため、本発明によれば、セグメント１２に作用する凍結膨張圧をより確実に低減できるとともに、工期短縮とコストダウンを図ることができる。

本発明に係るトンネル覆工構造２００は構造上、上記の縮径装置１００をピンとするピン構造となり、縮径装置１００の設置位置が４ヶ所以上になると、継手に曲げが働く地盤では構造として成り立たなくなるおそれがある。このため、縮径装置１００は、トンネル覆工１リングあたり多くとも３ヶ所に設けることが好ましい。このようにすれば、周辺地盤Ｇによる曲げ荷重がセグメント１２の継手板１６間に作用するような場合においても、トンネル覆工構造２００の構造的な安定性を確保することができる。

［凍結膨張対策方法］
次に、本発明に係る凍結膨張対策方法について説明する。図１および図２に示すように、本発明に係る凍結膨張対策方法は、上述したトンネル用セグメントの縮径装置１００を用いた凍結膨張対策方法であって、セグメント１２の周辺地盤Ｇの凍結膨張圧に応じてセグメント１２の覆工径Ｄを縮径してセグメント１２に掛かる凍結膨張圧を低減するものである。このため、本発明によれば、セグメント１２に作用する凍結膨張圧をより確実に低減できるとともに、工期短縮とコストダウンを図ることができる。

以上説明したように、本発明に係るトンネル用セグメントの縮径装置によれば、トンネル内面の周方向および軸方向に並設されて互いに接合されることによりトンネル覆工を構成するセグメントの覆工径を縮径する縮径装置であって、周方向に隣り合うセグメントの継手間に設けられ、周辺地盤からセグメントに作用する土水圧に応じて継手間の離間距離を変更して覆工径の縮径量を調整する圧力調整手段を備えるので、例えば凍結膨張圧に応じてセグメントの覆工径を縮径することで、セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減することができる。また、本発明に係るトンネル用セグメントの縮径装置はセグメントを組み立てる前に製作可能であることから、トンネル掘削工期に与える影響が少なく、上記の従来の方法に比べて大幅な工期短縮が期待できる。また、上記の従来の方法に比べて大掛かりな施工や設備が軽減されるため大幅なコストダウンが期待できる。したがって、本発明によれば、セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減できるとともに、工期短縮とコストダウンを図ることができる。

また、本発明に係る他のトンネル用セグメントの縮径装置によれば、セグメントの継手間の離間距離の変更に伴うセグメントの変位を所定方向に案内するためのガイド手段をさらに備えるので、圧力調整手段による継手間の離間距離の変更の際に、セグメントの変位の方向を規制することができる。これにより、例えばトンネル用セグメントの縮径装置の外側からのせん断力をガイド手段で受け持つようにすることも可能である。

また、本発明に係る他のトンネル用セグメントの縮径装置によれば、圧力調整手段が設けられる継手間に設けられ、セグメントの外側から内側への地下水の浸入を防ぐための止水手段をさらに備えるので、セグメントの内側への地下水の漏水を防止することができる。

また、本発明に係る他のトンネル用セグメントの縮径装置によれば、圧力調整手段は、セグメントに作用する土水圧が所定の設定圧力未満では継手間の離間距離を保持し、所定の設定圧力以上では継手間の離間距離を縮小してセグメントの覆工径を縮径するので、覆工径の縮径の有無に関わらず、セグメントに作用する周方向の軸力を一定に保持することが可能となり、セグメントに作用する土水圧を安定的に支持して地盤変状を抑止することができる。例えば、セグメントに作用する凍結膨張圧（土水圧）が設定圧力以上の場合には、覆工径を縮径してセグメントに作用する凍結膨張圧を低減し、これにより土水圧を安定的に支持して地盤変状を抑止することができる。一方、凍結膨張圧が設定圧力未満の場合には、覆工径を縮径することなく土水圧を安定的に支持して地盤変状を抑止することができる。

また、本発明に係るトンネル覆工構造によれば、トンネル内面の周方向および軸方向に並設されて互いに接合したセグメントによって構成されるトンネル覆工構造であって、上述したトンネル用セグメントの縮径装置を備えるので、セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減できるとともに、工期短縮とコストダウンを図ることができる。

また、本発明に係る他のトンネル覆工構造によれば、トンネル用セグメントの縮径装置を、トンネル覆工１リングあたり多くとも３ヶ所に設けたので、周辺地盤による曲げ荷重がセグメントの継手間に作用するような場合においても、トンネル覆工構造の構造的な安定性を確保することができる。

また、本発明に係る凍結膨張対策方法によれば、上述したトンネル用セグメントの縮径装置を用いた凍結膨張対策方法であって、セグメントの周辺地盤の凍結膨張圧に応じてセグメントの覆工径を縮径してセグメントに掛かる凍結膨張圧を低減するので、セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減できるとともに、工期短縮とコストダウンを図ることができる。

以上のように、本発明に係るトンネル用セグメントの縮径装置、トンネル覆工構造および凍結膨張対策方法は、シールド工法に凍結工法を適用する場合に有用であり、特に、セグメントに作用する凍結膨張圧をより確実に低減するとともに、工期短縮とコストダウンを図るのに適している。

１０ トンネル内面
１２，１２Ａ，１２Ｂ セグメント
１４，１４Ａ，１４Ｂ 主桁
１６，１６Ａ，１６Ｂ 継手板（継手）
１８，１８Ａ，１８Ｂ スキンプレート
２０，４０ シール部材
２２ 高圧エアーチューブ（圧力調整手段）
２４ ガイド板（ガイド手段）
２４Ａ ボルト穴付きガイド板（ガイド手段）
２４Ｂ 長穴付きガイド板（ガイド手段）
２６ 発泡スチロール（止水手段）
２８Ａ，２８Ｂ 凹部
３０ エアー
３２ 段差部
３４ ボルト穴
３６ 長穴
３８ ボルト
４２ 先端部
１００ トンネル用セグメントの縮径装置
２００ トンネル覆工構造
ｄ 離間距離
Ｇ 周辺地盤
Ｄ 覆工径
Ｓ 周方向

Claims (7)

1. トンネル内面の周方向および軸方向に並設されて互いに接合されることによりトンネル覆工を構成するセグメントの覆工径を縮径する縮径装置であって、
   周方向に隣り合うセグメントの継手間に設けられ、周辺地盤からセグメントに作用する土水圧に応じて継手間の離間距離を変更して覆工径の縮径量を調整する圧力調整手段を備えることを特徴とするトンネル用セグメントの縮径装置。
2. セグメントの継手間の離間距離の変更に伴うセグメントの変位を所定方向に案内するためのガイド手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のトンネル用セグメントの縮径装置。
3. 圧力調整手段が設けられる継手間に設けられ、セグメントの外側から内側への地下水の浸入を防ぐための止水手段をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル用セグメントの縮径装置。
4. 圧力調整手段は、セグメントに作用する土水圧が所定の設定圧力未満では継手間の離間距離を保持し、所定の設定圧力以上では継手間の離間距離を縮小してセグメントの覆工径を縮径することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のトンネル用セグメントの縮径装置。
5. トンネル内面の周方向および軸方向に並設されて互いに接合したセグメントによって構成されるトンネル覆工構造であって、
   請求項１〜４のいずれか一つに記載のトンネル用セグメントの縮径装置を備えることを特徴とするトンネル覆工構造。
6. トンネル用セグメントの縮径装置を、トンネル覆工１リングあたり多くとも３ヶ所に設けたことを特徴とする請求項５に記載のトンネル覆工構造。
7. 請求項１〜４のいずれか一つに記載のトンネル用セグメントの縮径装置を用いた凍結膨張対策方法であって、
   セグメントの周辺地盤の凍結膨張圧に応じてセグメントの覆工径を縮径してセグメントに掛かる凍結膨張圧を低減することを特徴とする凍結膨張対策方法。

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