JP2020143564A - トンネル支保構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ガイド部材の補強プレートによるウエブの断面欠損の補償機能を確保しながら、ガイド部材どうしの間隔を狭くして、先受け鋼管の本数を増やすことができるトンネル支保構造を提供する。【解決手段】アーチ支保工１０に複数のガイド部材２０を設ける。各ガイド部材２０の補強プレート３０をアーチ支保工１０のウエブ１１に添える。ウエブ１１及び補強プレート３０を斜めに貫通するガイド筒２１に先受け鋼管３を挿通する。アーチ支保工１０の周方向に隣接するガイド部材２０の対向端部３６ａ，３６ｂどうしを、ウエブ１１の同一面上で重ならないようにずらし、かつ各対向端部３６ａ，３６ｂを相手側の対向端部よりも相手側のガイド筒２１に寄せて配置する。【選択図】図２

Description

本発明は、ＮＡＴＭ工法（New Austrian Tunneling Method）等によって構築されるトンネルにおけるアーチ支保工を含む支保構造に関し、特に補助工法として先受け鋼管を切羽前方の地山へ打ち込んで先受けするＡＧＦ（All Ground Fasten）工法を実施するのに適したトンネル支保構造に関する。

例えば特許文献１等に開示されたトンネル施工方法においては、地山の掘削が１スパン進むごとに切羽側の掘削周面の周方向に沿ってアーチ支保工を建て込む。一般にアーチ支保工はウエブと一対のフランジを有し、断面がＨ字形である。数スパンごとのアーチ支保工には、複数のガイド部材を周方向に間隔を置いて設置しておく。

各ガイド部材は、補強プレートと、ガイド筒を有している。補強プレートがアーチ支保工のウエブの片面に添えられて溶接されている。ガイド筒は、補強プレート及びウエブを斜めに貫通している。言い換えると、ウエブにはガイド筒の貫通孔が形成されている。該貫通孔のまわりに補強プレートを設けることによって、ウエブの断面欠損を補っている。

複数の先受け鋼管を、それぞれ対応するガイド部材のガイド筒内に通して、切羽前方の地山へ斜めに打ち込む。これによって、地山を先受け補強しながらトンネルを掘進できる（ＡＧＦ工法）。

特許第３６５８６１２号公報

地山の状態などによっては、アーチ支保工の周方向における先受け鋼管の配置ピッチを短くして先受け鋼管の本数を増やすことが求められる。そのためには、ガイド部材どうしの間隔を狭くする必要がある。しかし、間隔を狭くすると、隣接するガイド部材の補強プレートどうしが干渉するおそれがある。干渉を避けるために補強プレートのサイズを小さくすることも考えられるが、そうするとウエブの断面欠損を補償しきれなくなるおそれがある。
本発明は、前記事情に鑑み、ガイド部材の補強プレートによるウエブの断面欠損の補償機能を確保しながら、ガイド部材どうしの間隔を狭くして、先受け鋼管の本数を増やすことができるトンネル支保構造を提供することを目的とする。

前記問題点を解決するために、本発明に係るトンネル支保構造は、トンネルの掘削周面に沿うアーチ支保工と、前記アーチ支保工の周方向に並んで設けられて先受け鋼管を案内する複数のガイド部材とを備えたトンネル支保構造であって、
各ガイド部材が、前記アーチ支保工のウエブに添えられた補強プレートと、前記ウエブ及び補強プレートを斜めに貫通するとともに前記先受け鋼管が挿通されるガイド筒とを含み、前記周方向に隣接するガイド部材の補強プレートにおける対向端部どうしが、前記ウエブの同一面上で重ならないようにずれ、かつ各対向端部が相手側の対向端部よりも相手側のガイド筒に寄せて配置されていることを特徴とする。
当該トンネル支保構造においては、隣接するガイド部材どうしを互いに干渉することなく接近させて配置できる。したがって、先受け鋼管の本数を増やすことができる。かつガイド部材の補強プレートを小さくしなくても済み、ウエブの断面欠損を補強プレートによって確実に補うことができる。

前記隣接するガイド部材の補強プレートどうしが、前記ウエブの互いに反対側の面に設けられていることが好ましい。
これによって、隣接するガイド部材の補強プレートどうしの干渉を確実に回避でき、ガイド部材の配置間隔を狭くできる。

各ガイド部材のガイド筒における前記ウエブを挟んで補強プレートとは反対側の筒部分が、補強プレートと同じ側の筒部分より長いことが好ましい。
これによって、各ガイド部材の補強プレートをアーチ支保工に溶接等する際にガイド筒が邪魔にならないようにでき、溶接等の作業を容易化できる。

各ガイド部材の補強プレートが長辺部と短辺部を有する台形状であり、
前記隣接するガイド部材における補強プレートの長辺部と短辺部が前記ウエブの高さ方向の互いに逆向きに配置されていてもよい。
各ガイド部材における長辺部の一端部が、隣りのガイド部材との対向端部となる。互いに隣接する２つのガイド部材の長辺部どうし、ひいては対向端部どうしをウエブの高さ方向にずらすことで、これらガイド部材どうしの干渉を回避しながら配置間隔を狭くできる。

本発明によれば、トンネル支保構造における断面欠損の補償機能を確保しながら、ガイド部材どうしの間隔を狭くして、先受け鋼管の本数を増やすことができる。

図１は、本発明の第１実施形態に係るアーチ支保工及びガイド部材を含むトンネル支保構造を坑口側から見た正面図である。 図２は、図１の円部ＩＩを拡大して示す、前記トンネル支保構造の正面図である。 図３（ａ）は、坑口側ガイド部材の斜視図である。図３（ｂ）は、切羽側ガイド部材の斜視図である。 図４（ａ）は、図２のＩＶａ−ＩＶａ線に沿う断面図である。図４（ｂ）は、図２のＩＶｂ−ＩＶｂ線に沿う断面図である。 図５は、施工中のトンネルを図１のＶ−Ｖ線に沿って示す側面断面図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係るアーチ支保工及びガイド部材を含むトンネル支保構造を坑口側から見た正面図である。 図７は、図６の円部ＶＩＩを拡大して示す正面図である。 図８（ａ）は、第２実施形態における正置ガイド部材の斜視図である。図８（ｂ）は、第２実施形態における逆さガイド部材の斜視図である。 図９（ａ）は、図７のＩＸａ−ＩＸａ線に沿う断面図である。図９（ｂ）は、図７のＩＸｂ−ＩＸｂ線に沿う断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
＜第１実施形態＞
図５に示すように、本発明形態のトンネル１は、ＮＡＴＭ工法によって構築される山岳トンネルである。補助工法として、切羽１ｅの前方（図５において右側）の地山２を先受け鋼管３によって先受けするＡＧＦ工法が適用されている。
トンネル１の地山掘削周面２ａには、吹付けコンクリート４が吹付けられるとともに、アーチ支保工１０がトンネル１の軸方向（図５において左右）に間隔を置いて建て込まれている。図５において二点鎖線にて示すように、吹付けコンクリート４及びアーチ支保工１０の内周側には二次覆工５が構築される。

図１及び図５に示すように、アーチ支保工１０は、トンネル１の掘削周面２ａの周方向に沿ってアーチ状に延びるとともに、ウエブ１１と外周フランジ１２と内周フランジ１３を有して断面Ｈ形になっている。なお、アーチ支保工１０は、トンネル１の頂部において２ピースに分かれているが、これに限らず、周方向に３ピース以上に分かれていてもよく、単一ピースであってもよい。

図１及び図５に示すように、トンネル１の軸方向（図５において左右）に数スパン置きのアーチ支保工１０には、複数のガイド部材２０が周方向に並んで設けられている。該アーチ支保工１０と複数のガイド部材２０とによってトンネル支保構造９が構成されている。

図３に示すように、各ガイド部材２０は、ガイド筒２１と、補強プレート３０を有している。補強プレート３０は、鋼板によって構成され、主板部３１と、補強リブ３２，３３，３４を有している。主板部３１ひいては補強プレート３０は、概略台形に形成されている。図４に示すように、主板部３１がウエブ１１に添えられて接合されている。

図３及び図４に示すように、主板部３１の４つの縁にそれぞれ補強リブ３２，３３，３４が設けられている。補強リブ３２は、台形をなす補強プレート３０の短辺部（上辺部）を構成している。補強リブ３３は、台形をなす補強プレート３０の長辺部（底辺部）を構成している。補強リブ３２，３３は、ガイド部材２０の幅方向に沿って直線状に延びている。

図３及び図４に示すように、補強プレート３０の主板部３１の中央部にガイド筒２１が設けられている。ガイド筒２１は、短い鋼管によって構成されている。該ガイド筒２１が、主板部３１を貫通し、更にはウエブ１１を貫通している。図５に示すように、ガイド筒２１の軸線は、切羽１ｅ側（図５において右側）へ向かってトンネル径方向の外側（図５において上側）へ傾斜されている。トンネル軸線（図５の左右方向）に対するガイド筒２１の軸線の傾斜角度θは、好ましくはθ＝４〜１０°程度である。

主板部３１には、ガイド筒２１のための貫通穴３５が形成されている。ウエブ１１には、ガイド筒２１のための貫通穴１４が形成されている。貫通孔１４のまわりに補強プレート３０を設けることによって、ウエブ１１の断面欠損を補っている。
図１の二点鎖線及び図５に示すように、先受け鋼管３が、ガイド筒２１を通して、トンネル１のまわりの地山２に斜めに打ち込まれている。先受け鋼管３は、ガイド部材２０と一対一に対応している。複数の先受け鋼管３が、トンネル１の上半部の周方向に間隔を置いて並んで設置される。

図１に示すように、トンネル支保構造９におけるガイド部材２０には、アーチ支保工１０の坑口側（図１において紙面手前）から取り付けられるものと、アーチ支保工１０の切羽側（図１において奥）から取り付けられるものとがある。以下、これらガイド部材２０を互いに区別するときは、坑口側から取り付けられるものを「坑口側ガイド部材２０Ａ」と称し、切羽側から取り付けられるものを「切羽側ガイド部材２０Ｂ」と称す。

図１に示すように、坑口側ガイド部材２０Ａと切羽側ガイド部材２０Ｂとは、アーチ支保工１０の周方向に互いに交互に配置されている。隣接するガイド部材２０Ａ，２０Ｂの補強プレート３０どうしが、アーチ支保工１０のウエブ１１の互いに反対側の面に設けられている。

詳しくは、図４（ａ）に示すように、坑口側ガイド部材２０Ａにおいては、補強プレート３０の主板部３１がウエブ１１の坑口側面１１ａに重ねられて溶接されている。補強リブ３２，３３，３４は、主板部３１から坑口側（図４（ａ）において左側）へ突出されている。

図２に示すように、ガイド部材２０Ａにおける短辺側の補強リブ３２は、弧状の外周フランジ１２の２点を結ぶ弦となっている。補強リブ３２の両端部が、外周フランジ１２の内周面に当接又は近接されている。図２及び図４（ａ）に示すように、補強リブ３２の中間部は、外周フランジ１２から離れている。長辺側の補強リブ３３の中央部が、内周フランジ１３の外周面に当接又は近接されている。補強リブ３３の両端部は、内周フランジ１３から離れている。

図４（ａ）に示すように、坑口側ガイド部材２０Ａのガイド筒２１においては、ウエブ１１を挟んで補強プレート３０とは反対側（切羽側）の筒部分２３が、補強プレート３０と同じ側（坑口側）の筒部分２２より長い。好ましくは、切羽側筒部分２３は、外周フランジ１３の切羽側端部（図４（ａ）において右端部）の近くまで達し、坑口側筒部分２２は、補強リブ３２，３３，３４より引っ込んでいる。これによって、坑口側ガイド部材２０Ａをアーチ支保工１０の坑口を向く側部（図４（ａ）において左側）からアーチ支保工１０に溶接する際、ガイド筒２１が邪魔にならないようにでき、溶接作業を容易化できる。

図４（ｂ）に示すように、切羽側ガイド部材２０Ｂにおいては、補強プレート３０の主板部３１がウエブ１１の切羽側面１１ｂに重ねられて溶接されている。補強リブ３２，３３，３４は、主板部３１から切羽側（図４（ｂ）において右側）へ突出されている。

図２及び図４（ｂ）に示すように、ガイド部材２０Ｂにおいても、短辺側の補強リブ３２が、弧をなす外周フランジ１２に対して弦となっており、該補強リブ３２の両端部が外周フランジ１２の内周面に当接又は近接され、補強リブ３２の中間部は外周フランジ１２から離れている。また、長辺側の補強リブ３３の中央部が、内周フランジ１３の外周面に当接又は近接され、補強リブ３３の両端部は、内周フランジ１３から離れている。
何れのガイド部材２０Ａ，２０Ｂにおいても、短辺側及び長辺側のうち短辺側の補強リブ３２が外周フランジ１２側を向くように配置されることによって、補強プレート３０の高さ寸法を確保できる。

図４（ｂ）に示すように、切羽側ガイド部材２０Ｂのガイド筒２１においては、坑口側筒部分２２が切羽側筒部分２３より長い。すなわち、ウエブ１１を挟んで補強プレート３０とは反対側の筒部分２２が、補強プレート３０と同じ側の筒部分２３より長い。好ましくは、坑口側筒部分２２は、内周フランジ１３の坑口側端部（図４（ｂ）において左端部）の近くまで達し、切羽側筒部分２３は、補強リブ３２，３３，３４より引っ込んでいる。これによって、切羽側ガイド部材２０Ｂをアーチ支保工１０の切羽側部（図４（ｂ）において右側）からアーチ支保工１０に溶接する際、ガイド筒２１が邪魔にならないようにでき、溶接作業を容易化できる。

図２に示すように、各ガイド部材２０の補強リブ３２（長辺部）の一端部が、隣りのガイド部材２０との対向端部３６ａ，３６ｂとなる。アーチ支保工１０の周方向に隣接する２つのガイド部材２０の対向端部３６ａ，３６ｂどうしは、ウエブ１１の互いに反対側の面に配置されている。言い換えると、対向端部３６ａ，３６ｂどうしが、ウエブ１１の同一面上で重なることがないよう、互いにずれて配置されている。かつ各対向端部３６ａ，３６ｂが、相手側の対向端部３６ｂ，３６ａよりも相手側のガイド筒２１に寄せて配置されている。
具体的には、坑口側ガイド部材２０Ａの対向端部３６ａは、切羽側ガイド部材２０Ｂの対向端部３６ｂよりも切羽側ガイド部材２０Ｂのガイド筒２１の近くに配置されている。切羽側ガイド部材２０Ｂの対向端部３６ｂは、坑口側ガイド部材２０Ａの対向端部３６ａよりも坑口側ガイド部材２０Ａのガイド筒２１の近くに配置されている。

トンネル１は、次のように施工される。
図５に示すように、地山２を掘削し、掘削周面２ａに吹付けコンクリート４を吹き付ける。
掘削が１スパン（例えば１ｍ）進むごとに切羽側の掘削周面２ａの周方向に沿ってアーチ支保工１０を建て込む。
数スパンごとのアーチ支保工１０には、複数のガイド部材２０（２０Ａ，２０Ｂ）をアーチ支保工１０の周方向に間隔を置いて設置しておく。
複数の先受け鋼管３を、それぞれ対応するガイド部材２０のガイド筒２１内に通して、切羽より前方の地山２へ斜めに打ち込む。
ガイド筒２１によって先受け鋼管３を案内することによって、先受け鋼管３の傾斜角度をガイド筒２１の傾斜角度θとほぼ同じにすることができる。

アーチ支保工１０の隣接するガイド部材２０Ａ，２０Ｂの対向端部３６ａ，３６ｂどうしが、それぞれ相手側の対向端部３６ｂ，３６ａよりも相手側のガイド筒２１に寄せて配置されることによって、ガイド部材２０どうしの間隔を狭くできる。したがって、トンネル周方向における先受け鋼管３の配置ピッチを短くして、先受け鋼管３の本数を増やすことができる。これによって、切羽１ｅの前方の地山２を確実に先受け補強しながらトンネル１を掘進できる。
隣接するガイド部材２０Ａ，２０Ｂの補強プレート３０は互いにウエブ１１の反対側の面に配置されているから、間隔を狭くしても補強プレート３０どうしが干渉することがない。干渉を避けるために補強プレート３０のサイズを小さくする必要がない。したがって、貫通孔１４によるウエブ１１の断面欠損を十分に補うことができる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において、既述の形態と重複する構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
＜第２実施形態＞
図６〜９は、本発明の第２実施形態を示したものである。図６に示すように、第２実施形態のトンネル支保構造９Ｂにおいては、ガイド部材２０がアーチ支保工１０の片側（例えば坑口を向く側部）からだけ取り付けられている。かつ隣接する台形状のガイド部材２０における補強プレート３０の長辺部と短辺部がウエブ１１の高さ方向の互いに逆向きに配置されている。
第２実施形態におけるこれら隣接するガイド部材２０どうしを互いに区別するときは、一方を「正置ガイド部材２０Ｃ」と称し、他方を「逆さガイド部材２０Ｄ」と称す。

図７、図８（ａ）、図９（ａ）に示すように、正置ガイド部材２０Ｃは、第１実施形態の坑口側ガイド部材２０Ａと同一構造であり、補強リブ３３（長辺部）が内周フランジ１３側（図７において下側）へ向けられ、補強リブ３２（短辺部）が外周フランジ１２側（図７において上側）へ向けられている。

図７、図８（ｂ）、図９（ｂ）に示すように、逆さガイド部材２０Ｄにおいては、補強リブ３３（長辺部）が外周フランジ１２側（図７において上側）へ向けられ、補強リブ３２（短辺部）が内周フランジ１３側（図７において下側）へ向けられている。したがって、逆さガイド部材２０Ｄにおいては、長辺側の補強リブ３３が弧状の外周フランジ１２の２点を結ぶ弦となっている。補強リブ３３の両端部が、外周フランジ１２の内周面に当接又は近接されている。補強リブ３３の中間部は、外周フランジ１２から離れている。
逆さガイド部材２０Ｄにおいては、短辺側の補強リブ３２の中央部が、内周フランジ１３の外周面に当接又は近接されている。補強リブ３２の両端部は、内周フランジ１３から離れている。
逆さガイド部材２０Ｄの高さ（補強リブ３２，３３間の距離）は、正置ガイド部材２０Ｃの高さより少し小さいことが好ましい。

図７に示すように、これら隣接する２つのガイド部材２０Ｃ，２０Ｄの補強リブ３３（長辺部）の端部が対向端部３６ｃ，３６ｄとなっている。ガイド部材２０Ｃ，２０Ｄの対向端部３６ｃ，３６ｄどうしは、ウエブ１１の高さ方向にずれ、かつ各対向端部３６ｃ，３６ｄが、相手側の対向端部３６ｄ，３６ｃよりも相手側のガイド筒２１に寄せて配置されている。詳しくは、正置ガイド部材２０Ｃの対向端部３６ｃが、逆さガイド部材２０Ｄの対向端部３６ｄよりも逆さガイド部材２０Ｄのガイド筒２１の近くに配置されている。逆さガイド部材２０Ｄの対向端部３６ｄは、正置ガイド部材２０Ｃの対向端部３６ｃよりも正置ガイド部材２０Ｃのガイド筒２１の近くに配置されている。
これによって、各ガイド部材２０Ｃ，２０Ｄの補強プレート３０の所要サイズを確保するとともに、これらガイド部材２０Ｃ，２０Ｄどうしの干渉を回避しながら配置間隔を狭くできる。ひいては、先受け鋼管３の配置間隔を狭くして本数を増やすことができる。

本発明は、前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変をなすことができる。
例えば、補強リブ３２，３３に、対向するフランジ１２，１３に合わせた曲率を付けてもよい。

本発明は、トンネルの掘削施工に適用可能である。

１ トンネル
２ａ 掘削周面
３ 先受け鋼管
９，９Ｂ トンネル支保構造
１０ アーチ支保工
１１ ウエブ
１１ａ 坑口側面
１１ｂ 切羽側面
１４ 貫通孔
２０ ガイド部材
２０Ａ 坑口側ガイド部材
２０Ｂ 切羽側ガイド部材
２０Ｃ 正置ガイド部材
２０Ｄ 逆さガイド部材
２１ ガイド筒
２２ 坑口側筒部分
２３ 切羽側筒部分
３０ 補強プレート
３２ 補強リブ（短辺部）
３３ 補強リブ（長辺部）
３５ 貫通穴
３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，３６ｄ 対向端部

Claims (4)

1. トンネルの掘削周面に沿うアーチ支保工と、前記アーチ支保工の周方向に並んで設けられて先受け鋼管を案内する複数のガイド部材とを備えたトンネル支保構造であって、
   各ガイド部材が、前記アーチ支保工のウエブに添えられた補強プレートと、前記ウエブ及び補強プレートを斜めに貫通するとともに前記先受け鋼管が挿通されるガイド筒とを含み、前記周方向に隣接するガイド部材の補強プレートにおける対向端部どうしが、前記ウエブの同一面上で重ならないようにずれ、かつ各対向端部が相手側の対向端部よりも相手側のガイド筒に寄せて配置されていることを特徴とするトンネル支保構造。
2. 前記隣接するガイド部材の補強プレートどうしが、前記ウエブの互いに反対側の面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル支保構造。
3. 各ガイド部材のガイド筒における前記ウエブを挟んで補強プレートとは反対側の筒部分が、補強プレートと同じ側の筒部分より長いことを特徴とする請求項２に記載のトンネル支保構造。
4. 各ガイド部材の補強プレートが長辺部と短辺部を有する台形状であり、
   前記隣接するガイド部材における補強プレートの長辺部と短辺部が前記ウエブの高さ方向の互いに逆向きに配置されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル支保構造。

Images