JP2022087385A - トンネル覆工構造およびトンネル施工方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記従来のトンネル施工方法では、大規模なスライドセントルの移動、組立、解体を繰り返す必要があるため、作業に手間がかかる。また、所定厚さのコンクリートをすべて現場で打設するため、コンクリートの打ち込みおよび養生に時間がかかる。
スライドセントルに代えてプレキャスト部材を捨て型枠として使用すれば、型枠(スライドセントル)の移動、解体を省略することができ、施工性の向上を図ることができる。また、現場打ちコンクリートの打設量を削減することによる工期短縮化も図ることができる。ここで、特許文献1には、トンネルの既設覆工の内面に沿ってプレキャストパネルを設置し、プレキャストパネルと既設覆工との隙間に充填材を充填する施工方法が開示されている。
プレキャストパネルの背面に充填される充填材は、プレキャストパネルの脚部から上昇し、プレキャストパネルの天端において閉合される。そのため、充填材の注入時のプレキャストパネルには、充填材による側圧が作用することより天端付近に過大な曲げモーメントが作用する。
また、本発明のトンネル施工方法は、地山を掘削する掘削工程と、地山の掘削により露出した地山面を支保工により閉塞する支保工程と、前記支保工の内面に沿ってアーチ状のプレキャスト覆工を設置する覆工部材設置工程と、前記プレキャスト覆工と前記地山面との隙間に充填材を充填する充填工程とを備えており、前記覆工部材設置工程では充填材注入時の圧力による前記プレキャスト覆工の変形を抑制する形状保持材を配設する。
かかるトンネル覆工構造およびトンネル施工方法によれば、プレキャスト覆工を用いているため、スライドセントルなどの型枠を使用する場合に比べて、型枠の組立、脱型、移動等に要する手間を削減し、施工性の向上を図ることができる。また、所定の品質が確保されたプレキャスト覆工と充填材(例えば現場打ちコンクリート)との複合構造にすることで、覆工の薄肉化を図ることができる。さらに、形状保持材を配設しているため、充填材による側圧が作用した場合でも、プレキャスト覆工の天端付近における上方向への変位が抑制され、その結果、プレキャスト覆工に発生する曲げモーメントを緩和できる。
また、形状保持材は、例えば、前記プレキャスト覆工の天端部において前記プレキャスト覆工と前記トンネル内面との間に介設された間詰部材を使用することができる。このような間詰部材には、コンクリート製のスペーサ、高さ調整可能なスペーサ、または、内部に流体もしくはセメント系固化材が充填された袋体を使用することができる。
また、より確実な充填性を確保する観点から、前記充填材には高流動コンクリートを使用するのが望ましい。
支保工2は、トンネルTの掘削により露出した地山Gを早期に閉塞するものであって、図1および図2に示すように、地山Gに対して吹付けられた吹付コンクリート21と、トンネル軸方向に対して所定の間隔により建て込まれた鋼製支保工22と、地山Gに打設されたロックボルト23により構成されている。なお、支保工2の支保構造は、地山等級に応じて設定するものとし、良好な地山Gの場合には鋼製支保工22やロックボルト23を省略してもよい。また、軟弱な地盤の場合は、ロックボルト23に代えて、あるいはロックボルト23と併用して、先受工法(例えば、フォアポーリングやパイプルーフ等)や地盤改良工法等の補助工法を採用する場合もある。
プレキャスト覆工4は、アーチ状を呈していて、支保工2(トンネルT)の内面に沿って隙間をあけて設けられている。
プレキャスト覆工4は、複数のプレキャストパネル41同士を組み合わせることにより、アーチ状に形成されている。プレキャストパネル41は、トンネル断面形状に応じて断面弧状を呈した鉄筋コンクリート製のパネル(セグメント)である。プレキャストパネル41の端面には、ジョイントが設けられており、プレキャストパネル41の端面同士を突き合せる際にジョイントを係合することにより、プレキャストパネル41同士を連結する。本実施形態では、プレキャストパネル41のトンネル周方向のジョイントとしてくさび継手を採用する。プレキャスト覆工4は、プレキャストパネル41の継手部が回転バネとして機能することで、断面力を緩和する。また、本実施形態では、プレキャストパネル41のトンネル軸方向のジョイントとしてピン挿入継手を採用する。ピン挿入継手は、一方のプレキャストパネル41に埋め込んだ金具に、他方のプレキャストパネル41に突設された金具を差し込むことで嵌合する。
掘削工程S1では、地山Gを掘削して切羽Kを前進させる。地山Gの掘削方法は限定されるものではなく、機械掘削でもよいし、発破掘削でもよい。
覆工部材設置工程S3では、プレキャスト覆工4の天端部において、プレキャスト覆工4と支保工2との間に間詰部材5を介設する。間詰部材5は、プレキャスト覆工4の天端部を構成するプレキャストパネル41に予め取り付けておくことで、所定の位置に配置してもよいし、プレキャスト覆工4を組み立てながら、プレキャスト覆工4と支保工2との隙間に介設させてもよい。
プレキャスト覆工4と充填材6との複合構造により、既往の覆工と同等以上の構造性能を確保できる。
また、プレキャスト製品であれば、場所打ちには適さないような高強度コンクリートを使用でき、さらには水中養生や蒸気養生を行うこともできるので、プレキャスト覆工4の品質を高め易い。そして、このような高品質のプレキャスト覆工4と充填材6(例えば現場打ちコンクリート)との複合構造にすることで、覆工の薄肉化を図ることができる。
さらに、プレキャスト覆工4の天端部に間詰部材5を配設しているため、充填材6による側圧が作用した場合でも、プレキャスト覆工4の天端付近における上方向への変位が抑制され、その結果、プレキャスト覆工4に発生する曲げモーメントを緩和できる。
また、複数のプレキャストパネル41同士を組み合わせてプレキャスト覆工4を形成するすることで、施工スペースが限られたトンネル坑内において、プレキャスト覆工4の設置時の効率化を図ることができる。
また、充填材6に高流動コンクリートを使用しているため、充填性に優れている。
また、図6(b)に示すように、比較例では、脚部において63.9kNm、天端部において-33.2kNmの曲げモーメントが生じたのに対し、実施例では、図6(a)に示すように、脚部で39.8kNm、肩部で-20.0kNmであった。このように、曲げモーメントについても、脚部及びトンネル上半部において大幅に低減できる。
第二実施形態では、第一実施形態と同様に、支保工2の内側(内空側)に覆工3を形成して、トンネル覆工構造1を構築することで、トンネルTを施工する場合について説明する。図7に第二実施形態のトンネル覆工構造1を示す。図7に示すように、第二実施形態のトンネル覆工構造1は、形状保持材としてプレキャストパネル41に取り付けれたスペーサ51を使用する点で、間詰部材5をプレキャスト覆工4と支保工2との間に介設する引用文献1のトンネル覆工構造1と異なっている。支保工2の詳細は、第一実施形態の支保工2と同様なため、詳細な説明は省略する。
プレキャスト覆工4は、アーチ状を呈していて、支保工2(トンネルT)の内面に沿って隙間をあけて設けられている。
プレキャスト覆工4は、複数のプレキャストパネル41同士を組み合わせることにより、アーチ状に形成されている。図8(a)に示すように、プレキャストパネル41には、内面にネジ加工(雌ネジ)が施されたボルト孔42が形成されている。ボルト孔42は、プレキャストパネル41を貫通している。ボルト孔42の内空側端部には、ボルト孔42の内径よりも大きな内径の凹部43が形成されている。図8(b)に示すように、凹部43には、プレキャスト覆工4の内空側から蓋材44の取り付けが可能である。本実施形態では、各プレキャストパネル41にボルト孔42が1か所ずつ形成されているが、プレキャストパネル41に形成されるボルト孔の数および配置は限定されるものではない。この他のプレキャストパネル41(プレキャスト覆工4)の詳細は、第一実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
本実施形態では、トンネル周方向に複数のスペーサ51が設けられているが、スペーサ51の数および配置は限定されるものではなく、例えば、プレキャスト覆工4の頂部のみや、肩部のみに配設されていてもよい。また、スペーサ51は、必ずしも支保工2に当接させる必要はない。また、板材52は、省略してもよい。
覆工部材設置工程S3では、支保工2の内面に沿ってアーチ状のプレキャスト覆工4を設置する。プレキャスト覆工4は、複数のプレキャストパネル41を組み合わせることにより形成する。覆工部材設置工程S3では、プレキャスト覆工4の形成に伴い、スペーサ51の調整を行う。プレキャストパネル41のボルト孔42には、予めスペーサ51が取り付けられている。プレキャストパネル41を所定の位置に配設したら、内空側から締付治具54を介してスペーサ51の突出長を調節して、板材52を支保工2に当接させる。プレキャスト覆工4は、周方向に複数配設されたスペーサ51を支保工2に当接させることにより、充填材注入時の圧力に対して抵抗可能な反力を支保工2から確保した状態で組み立てられる。スペーサ51の調節が完了したら締付治具54を取り外して、凹部43に蓋材44を取り付ける。蓋材44は、ボルト孔42に螺合可能なネジ部45と、凹部43と同等の形状の蓋部46とを有していて、ネジ部45をボルト孔42に螺着することで、蓋部46によりボルト孔42(凹部43)を遮蔽する。このとき、必要に応じて蓋材44と凹部43との間に止水材を介設する。
この他の覆工部材設置工程S3の詳細は、第一実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
ボルト孔42は、蓋材44により遮蔽するため、地下水の浸透が抑制されている。
この他の第二実施形態のトンネル覆工構造1の作用効果は第一実施形態のトンネル覆工構造1と同様なため、詳細な説明は省略する。
第一実施形態では、間詰部材5としてコンクリート部材を使用する場合について説明したが、間詰部材5を構成する部材は限定されるものではなく、例えば、高さ調整可能なスペーサであってもよい。間詰部材5が高さ調整可能であれば、施工誤差などによるプレキャスト覆工4と支保工2との隙間の大きさの変化に追従することができる。また、間詰部材5は、内部に充填材6が充填された袋体であってもよい。かかる間詰部材5によれば、プレキャスト覆工4と支保工2との隙間の大きさの変化に追従できるとともに、間詰部材5の設置が容易である。すなわち、先端に袋体が設けられた注入管を隙間に挿入し、所定の位置に袋体を設置した後、袋体内にセメント系固化材(充填材6と同じ材料でもよい)を充填することで、間詰部材5を形成できる。袋体に水等の流体の充填するようにすれば、プレキャスト覆工4の背面の所定の高さまで充填材6が注入された段階で、袋体内から流体を排出し、袋体を撤去することもできる。
覆工部材設置工程S3におけるプレキャスト覆工4を支持方法は、フォークリフトによるものに限定されるものではなく、例えば、その他の支持マシンMを使用してもよいし、架台等を設置してもよい。
充填材6の注入は、プレキャスト覆工4に形成された注入孔から行ってもよいし、プレキャスト覆工4の端面に設けられた妻板に形成された注入口等から注入してもよい。
プレキャストパネル41同士の継手構造は限定されるものではない。
2 支保工
3 覆工
4 プレキャスト覆工
41 プレキャストパネル
5 間詰部材
6 充填材
G 地山
T トンネル
Claims (6)
- トンネル内面に沿って設けられたアーチ状のプレキャスト覆工と、
前記プレキャスト覆工と前記トンネル内面との間に充填された充填材と、
充填材注入時の圧力による前記プレキャスト覆工の変形を抑制する形状保持材と、を備えていることを特徴とする、トンネル覆工構造。 - 前記プレキャスト覆工が、複数のプレキャストパネル同士を組み合わせることにより形成されていることを特徴とする、請求項1に記載のトンネル覆工構造。
- 前記形状保持材が、前記プレキャスト覆工の天端部において、前記プレキャスト覆工と前記トンネル内面との間に介設された間詰部材であることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載のトンネル覆工構造。
- 前記間詰部材は、コンクリート製のスペーサ、高さ調整可能なスペーサ、または、内部に流体もしくはセメント系固化材が充填された袋体であることを特徴とする、請求項3に記載のトンネル覆工構造。
- 前記充填材が高流動コンクリートであ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項に記載のトンネル覆工構造。
- 地山を掘削する掘削工程と、
地山の掘削により露出した地山面を支保工により閉塞する支保工程と、
前記支保工の内面に沿ってアーチ状のプレキャスト覆工を設置する覆工部材設置工程と、
前記プレキャスト覆工と前記地山面との隙間に充填材を充填する充填工程と、を備えるトンネル施工方法であって、
前記覆工部材設置工程では、充填材注入時の圧力による前記プレキャスト覆工の変形を抑制する形状保持材を配設することを特徴とする、トンネル施工方法。
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