JP2017210787A - 開削トンネルの耐震構造 - Google Patents

Abstract

【課題】剛性の高い地中連続壁を有効に活用することが可能な開削トンネルの耐震構造を提供する。【解決手段】開削トンネル１の耐震構造である。本耐震構造は、開削トンネル１の幅方向の両側に間隔を置いて配置された地中連続壁２，２と、開削トンネルの下方において対向する地中連続壁間に介在されたＲＣ梁３と、開削トンネルの上方において対向する地中連続壁間に介在された鋼製切梁４と、開削トンネルの側面１１と地中連続壁との間にそれぞれ介在された緩衝材５とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、開削工法によって構築される開削トンネルの耐震構造に関するものである。

特許文献１に開示されているように、土留め壁に囲まれた範囲の地盤を掘削して、ボックスカルバート状の断面略長方形の開削トンネルを構築する開削工法が知られている。

この特許文献１の開削トンネルは、側面部に周辺地盤に対して剛性比が小さく柔らかい材料からなる免震材を壁状に設置することによって、耐震性の高い構造としている。

また、特許文献２には、橋脚のフーチングの周囲を鋼矢板構造体によって囲むことで、上方構造物から加えられる荷重の一部を鋼矢板構造体に受け持たせることが可能な鋼矢板併用式直接基礎が開示されている。

特許第４３８７９１９号公報 特許第３８３２８４５号公報

しかしながら特許文献１の耐震構造は、既設の開削トンネルの側方に免震材を配置する耐震対策工法で、後から施工することができるという利点を有しているが、開削トンネルの側面に作用する地震力を免震材で減衰することができるというのが主な効果となる。

他方、開削トンネルの側方には、掘削時に設置した土留め壁が残置されている場合があるが、特許文献１においても、その剛性を最大限に利用した耐震構造とはなっていない。

開削工法のために地盤に構築される地中連続壁の中には、鉄筋コンクリートによって構築された剛性の高いものがあるが、そのような剛性が高い壁が仮設時にのみしか利用されないというのが現状である。

そこで、本発明は、剛性の高い地中連続壁を有効に活用することが可能な開削トンネルの耐震構造を提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の開削トンネルの耐震構造は、開削トンネルの耐震構造であって、前記開削トンネルの幅方向の両側に間隔を置いて配置された地中連続壁と、前記開削トンネルの下方において対向する地中連続壁間に介在された下切梁部と、前記開削トンネルの上方において対向する地中連続壁間に介在された上切梁部と、前記開削トンネルの側面と前記地中連続壁との間にそれぞれ介在された緩衝材とを備えたことを特徴とする。

ここで、前記開削トンネルの外形は、鉄筋コンクリートによって断面視略長方形に成形されている構成とすることができる。また、前記下切梁部は、鉄筋コンクリートによって成形されている構成とすることができる。

さらに、前記上切梁部は、鋼材によって構成することができる。また、前記緩衝材は、発泡スチロールによって構成することができる。

このように構成された本発明の開削トンネルの耐震構造は、開削トンネルの側面と地中連続壁との間にそれぞれ緩衝材が介在されるとともに、地中連続壁間に開削トンネルを挟んで上下に上切梁部と下切梁部とを介在させる。

このため、開削トンネルの側面に作用する地震力が緩衝材によって減衰されるうえに、剛性の高い地中連続壁が地震力の一部を直接、受け持つことが可能な構造となっているので、地中連続壁の剛性を有効に活用することができる。

また、鉄筋コンクリートによって断面視略長方形に成形される開削トンネルであれば、地中連続壁が負担する分だけ、鉄筋量や部材厚を低減させることができる。

さらに、下切梁部を鉄筋コンクリートによって成形することで、耐久性が向上するため、長期間にわたって地中連続壁の剛性を有効活用することができるようになる。

また、上切梁部を鋼材によって構成させる場合は、開削時に使用した切梁を撤去せずにそのまま利用することができる。さらに、緩衝材を発泡スチロールによって構成させる場合は、軽量にできるため、開削トンネルの負担が増加することを防ぐことができる。

本実施の形態のトンネルの耐震構造の構成を説明する断面図である。 地中連続壁を設置する工程を説明する断面図である。 切梁を設置しながら開削を行う工程を説明する断面図である。 掘削された空間に開削トンネルを構築する工程を説明する断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の開削トンネル１の耐震構造の構成を説明する断面図である。また、図２−図４は、開削トンネル１の耐震構造を構築する工程を説明する図である。

この開削トンネル１は、地盤Ｇを地表から掘削する開削によって形成された地下空間に構築される。構築後には、埋め戻しが行われて地中に延伸されるトンネルとなる。

本実施の形態では、開削トンネル１の外形は、鉄筋コンクリートによって断面視略長方形に成形される。開削トンネル１の幅方向（トンネル軸の直交方向）の両側の表面を側面１１，１１とし、下側の表面を底面１２とし、上側の表面を上面１３とする。

開削トンネル１の側面１１から離隔した位置に設けられる地中連続壁２は、図２に示すように、地盤Ｇを開削する前に壁状に構築される。地中連続壁２は、様々な工法によって構築することができる。

本実施の形態の地中連続壁２は、掘削された地盤Ｇの溝に格子状の鉄筋籠を挿入し、さらにその溝にコンクリートを充填することによって構築される場所打ち鉄筋コンクリート壁である。

地中連続壁２の壁厚や深度（高さ）は、開削トンネル１を構築するための山留め掘削（開削）が可能となる値に設定される。すなわち地中連続壁２は、耐震構造用に改めて設けられるものではなく、開削を行うために設けられるものである。

一方、開削トンネル１の底面１２側に設けられる下切梁部としてのＲＣ切梁３は、耐震構造用に設けられる。このＲＣ切梁３は、鉄筋コンクリートによって直方体や円柱体などの長尺状に成形される。

ＲＣ切梁３は、トンネル軸方向に間隔を置いて、山留め掘削時の切梁と同様に複数、配置される。ＲＣ切梁３の両端は、それぞれ地中連続壁２の内側面に接触させる。すなわち、地中連続壁２が内側に変形又は移動しそうになると、ＲＣ切梁３の軸力によって変形等が阻止される。

これに対して開削トンネル１の上面１３側に配置される上切梁部としての鋼製切梁４は、開削用に設置され、そのまま残置されて耐震構造を構成することになる。鋼製切梁４及び腹起部４１は、Ｈ形鋼などの鋼材によって形成される。

鋼製切梁４は、地中連続壁２の側面に沿ってトンネル軸方向に略水平に延伸された腹起部４１に端部を接触させる。開削に際しては、図３に示すように掘削の進捗（掘削底面Ｇ２の位置）に合わせて複数段の切梁（４２，４）が地中連続壁２，２間に架け渡される。ここでは、埋戻しの際に撤去される切梁を、撤去切梁４２とする。

開削トンネル１の側面１１と地中連続壁２との間隙に介在させる緩衝材５及び緩衝材５Ａには、周辺の地盤Ｇよりも剛性比が小さくて柔らかい材料を使用することができる。

例えば、緩衝材５，５Ａには、盛土材などに使用される公知の発泡スチロール材（ＥＰＳ材）を使用することができる。また、ポリビニルアルコール系ポリマー剤及び発泡スチロールビーズ混入土からなるポリマー改良土を緩衝材５，５Ａとして使用することもできる。

緩衝材５の層厚（開削トンネル１の幅方向の厚さ）は、40ｃｍ程度あればよい。例えば軟弱地盤における地震時の地表面位置での最大変位量を40ｃｍ程度として管理する場合は、緩衝材５の厚さもそれに相当する程度でよい。

開削トンネル１の上方に埋め戻される埋戻し部６には、土砂などの埋戻し土や流動化処理土などが使用できる。埋戻し土には、砂礫や建設発生土などが使用できる。

一方、流動化処理土は、建設発生土と泥水とセメント系固化材とを混合して製造される。流動化処理土は、充填性に優れ、締固めを行わなくても、鋼製切梁４と開削トンネル１の上面１３との隙間を埋め戻すことができる。

次に、本実施の形態の開削トンネル１の耐震構造の構築方法について、図２−図４及び図１を参照しながら説明する。

まず図２に示すように、地盤Ｇに略平行に一対の地中連続壁２，２を構築する。具体的には、バケット掘削機又はチェーンソー型カッターを有する掘削機を使用して、安定液によって孔壁を保護しながら、地盤Ｇに溝状の掘削を行う。

所定の深度まで掘削した後に、掘削溝に鉄筋籠を沈降させる。そして、コンクリートを溝底から打ち上げ、場所打ち鉄筋コンクリート製の地中連続壁２を完成させる。

地中連続壁２，２が所望する強度に達した後に、図３に示すように、地表から地盤Ｇを掘削する。掘削の進捗に合わせて地中連続壁２，２間の上端付近には、腹起部４１，４１と撤去切梁４２とを設置する。

さらに掘削を進め、掘削底面Ｇ２が所定の深さに達した段階で、２段目の鋼製切梁４を設置する。この山留め時の切梁の設置は、説明を簡単にするために少ない段数で説明しているのであって、鋼製切梁４に至るまでの設置段数や設置のタイミングはこれに限定されるものではない。

このようにして掘削を進め、図４に示すように、ＲＣ切梁３の底面を接触させる底盤Ｇ１の位置まで掘削を行う。底盤Ｇ１上には、トンネル軸方向に間隔を置いて、複数のＲＣ切梁３，・・・を鉄筋コンクリートによって構築する。

ＲＣ切梁３は、直方体に成形され、両端部は、それぞれ地中連続壁２，２の内側面に接触させる。ＲＣ切梁３を、圧縮側の軸力材として機能させる場合は、端部は地中連続壁２に接合させなくても接触させるだけで良い。

トンネル軸方向のＲＣ切梁３，３間は、開削トンネル１の底面１２の高さになるまで、埋戻し土や流動化処理土によって埋め戻す。そして、平面状に均された上に、開削トンネル１を設ける。

開削トンネル１は、その場で鉄筋を組み立て、型枠を配置して、コンクリートを打設することによって構築することができる。また、プレキャストコンクリートブロックを吊り降ろして設置する構成であってもよい。

ここで、緩衝材５としてＥＰＳ材を使用する場合は、開削トンネル１を設ける前に地中連続壁２の壁面に沿って積み上げておく。開削トンネル１の側面１１と地中連続壁２との間隙は狭いため、施工性を考慮して順序を決める。

これに対してポリマー改良土を緩衝材５として使用する場合は、開削トンネル１を設けた後に、開削トンネル１の側面１１と地中連続壁２との間隙にポリマー改良土を充填すればよい。

開削トンネル１に最も近い位置の鋼製切梁４は、撤去せずにそのまま残置させる。この鋼製切梁４も、ＲＣ切梁３と同様に、トンネル軸方向に間隔を置いて複数、配置されている。

本実施の形態では、１段の鋼製切梁４を残す場合について説明するが、これに限定されるものではなく、複数段の切梁を開削トンネル１の上方に上切梁部として残置させることもできる。

そして、開削トンネル１の上方を、埋戻し部６と緩衝材５Ａ，５Ａとによって埋め戻す。具体的には、図１に示すように、地中連続壁２の壁面に沿って緩衝材５Ａ，５Ａを配置するとともに、緩衝材５Ａ，５Ａ間には流動化処理土などを充填して埋戻し部６を形成する。

次に、本実施の形態の開削トンネル１の耐震構造の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の開削トンネル１の耐震構造は、開削トンネル１の側面１１と地中連続壁２との間にそれぞれ緩衝材５，５が介在されるとともに、地中連続壁２，２間に開削トンネル１を挟んで上下に鋼製切梁４とＲＣ切梁３とを介在させる。

このため、開削トンネル１の側面１１に作用する地震力が緩衝材５，５によって減衰されるうえに、剛性の高い地中連続壁２，２が地震力の一部を直接、受け持つことが可能な構造となっているので、地中連続壁２，２の剛性を有効に活用することができる。

すなわち、地震時における地盤変位荷重は、まず地中連続壁２，２が受けることになるが、地中連続壁２，２間はＲＣ切梁３と鋼製切梁４との支えによって変位が抑制されるため、その内側に配置された開削トンネル１に作用する荷重を低減させることができる。

また、開削トンネル１の側面１１，１１と地中連続壁２，２との間にそれぞれ緩衝材５，５が介在されていれば、免震壁が開削トンネル１の周囲に設けられていることになり、開削トンネル１に作用する地盤変位荷重を低減させることができる。

そして、このような耐震構造が設けられた開削トンネル１であれば、設計時の想定以上の大地震が作用した場合にも、開削トンネル１が受ける損傷を抑えることができる。

また、鉄筋コンクリートによって断面視略長方形に成形される開削トンネル１であれば、地中連続壁２，２と上下の切梁（３，４）が負担する分だけ、鉄筋量や部材厚を低減させることができる。

さらに、ＲＣ切梁３を鉄筋コンクリートによって成形することによって、耐久性が向上するため、長期間にわたって地中連続壁２，２の剛性を有効活用することができるようになる。

また、上切梁部を鋼製切梁４にする場合は、開削時に使用した切梁を撤去せずにそのまま利用することができる。さらに、緩衝材５を発泡スチロールによって構成させる場合は、軽量にできるため、開削トンネル１の負担が増加することを防ぐことができる。すなわち、地震力によって発生する水平荷重は自重に比例するため、開削トンネル１に隣接する部分の自重が小さければ、開削トンネル１に作用する水平荷重も低減させることができる。

以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば前記実施の形態では、内空が２区分に分割された断面視略長方形の鉄筋コンクリート製の開削トンネル１を例に説明したが、これに限定されるものではなく、内空が１区分であっても、３区分以上であってもよい。また、地中連続壁２，２間には、トンネル軸の直交方向に別体の複数の開削トンネルを並べることもできる。

また、前記実施の形態では、場所打ち鉄筋コンクリート製の地中連続壁について説明したが、これに限定されるものではなく、鉄骨などの芯材が挿入されたソイルミキシングウォールなど剛性の高い地中連続壁であればよい。

さらに、前記実施の形態では、下切梁部をＲＣ切梁３とし、上切梁部を鋼製切梁４とする場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、上切梁部をプレキャストコンクリート製の切梁にすることもできる。

また、前記実施の形態では、埋戻し部６と地中連続壁２との間にも緩衝材５Ａ，５Ａを介在させたが、これに限定されるものではなく、開削トンネル１の上方の地中連続壁２，２間は、すべて埋戻し部６とすることができる。

１ 開削トンネル
１１ 側面
２ 地中連続壁
３ ＲＣ切梁（下切梁部）
４ 鋼製切梁（上切梁部）
５ 緩衝材

Claims (5)

1. 開削トンネルの耐震構造であって、
   前記開削トンネルの幅方向の両側に間隔を置いて配置された地中連続壁と、
   前記開削トンネルの下方において対向する地中連続壁間に介在された下切梁部と、
   前記開削トンネルの上方において対向する地中連続壁間に介在された上切梁部と、
   前記開削トンネルの側面と前記地中連続壁との間にそれぞれ介在された緩衝材とを備えたことを特徴とする開削トンネルの耐震構造。
2. 前記開削トンネルの外形は、鉄筋コンクリートによって断面視略長方形に成形されていることを特徴とする請求項１に記載の開削トンネルの耐震構造。
3. 前記下切梁部は、鉄筋コンクリートによって成形されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の開削トンネルの耐震構造。
4. 前記上切梁部は、鋼材によって構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の開削トンネルの耐震構造。
5. 前記緩衝材は、発泡スチロールによって構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の開削トンネルの耐震構造。