JP3698564B2

JP3698564B2 - シールドトンネルの接続部の構造

Info

Publication number: JP3698564B2
Application number: JP27505598A
Authority: JP
Inventors: 宏之山中
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1998-09-29
Filing date: 1998-09-29
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2018-09-29
Also published as: JP2000104492A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シールドトンネルの接続部の構造に関し、特に複数の単体シールドトンネル（以下「単体トンネル」という）を掘進した後、この単体トンネル同士を接続し、かつ内周に所定の厚さにコンクリートを打設して複合トンネルを構築する際などに適用される。
【０００２】
【従来の技術】
これまで当出願人は、例えば図１４（ｂ）に図示するように、単体トンネルａを横並びに掘進した後、この二つの単体トンネルａを図１４（ａ）に図示するように、一つの利用空間として接続して複合トンネルＡを構築するトンネルの構築工法を開発した。
【０００３】
この工法で、単体トンネルａは鋼製セグメント３１で覆工しながら掘進され、掘進後、鋼製セグメント３１の内周にはコンクリート３２が所定の厚さに打設されている。
【０００４】
また、外殻部３０は、最初に単体トンネルａを複数の鋼製セグメント３１で覆工しながら掘進した後、この単体トンネルａ同士を接続部イの一部分または全て（後述するスキンプレートまたはスキンプレートと主桁の一部および土砂）を撤去して一つの空間に連続させ、この連続する空間にコンクリート３２を打設することにより構築されている。
【０００５】
さらに、鋼製セグメント３１は、例えば図１５に図示するように単体トンネルａの周方向に複数の主桁３３を平行に延在し、この主桁３３間に複数の縦リブ３４を主桁３３の長手方向に所定間隔に取り付けて格子状枠体を形成し、この格子状枠体の一側にスキンプレート３５を取り付けて形成されている。
【０００６】
また特に、単体トンネルａ同士を接続する方法としては、例えば図１４（ａ）に図示するように、単体トンネルａの接続部イに１本または複数の接続鉄筋３６を配筋して接続する方法が、一般に知られている。
【０００７】
そして、各単体トンネルａに生じる断面力は接続鉄筋３６を介して相互に伝達されるものとみなし、鋼製セグメント３１と接続鉄筋３６間では周囲のコンクリート３２の付着力によって応力の伝達がなされるものとして設計されている。
【０００８】
【発明が可決しようとする課題】
しかし、このような接続方法では、鋼製セグメント３１と接続鉄筋３６間の応力の伝達を確実なものとするには、接続鉄筋３６のコンクリート３２に対する定着力を確保するために接続鉄筋３６の定着長さを相当長くする必要があり、そのため鉄筋の消費量が大幅に増えるだけでなく、接続鉄筋３６の配筋が困難になって施工性が大幅にダウンする等の課題があった。
【０００９】
また、接続部の断面力がかなり大きい場合、接続鉄筋３６は多段配筋とする必要があるが、鋼製セグメント３１と接続鉄筋３６間の応力の伝達が確実にできないおそれがあった。
【００１０】
これらの対応措置として、単体トンネルａの鋼製セグメント３１同士を鉄筋などの接続部材で直接、接続する方法もあるが、接続部の構造が複雑かつ大がかりなものとなりやすい等の課題があった。
【００１１】
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、特に複数の単体トンネルで複合トンネルを構築する際に、単体トンネル同士を確実かつ容易に接続できるようにしたシールドトンネルの接続部の構造を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のシールドトンネルの接続部の構造は、複数の鋼製セグメントの内側にコンクリートを所定の厚さに打設して地山を覆工しながら複数の単体シールドトンネルを接近させてそれぞれ矩形断面形に掘進した後、当該単体シールドトンネル同士を一つの利用空間として接続する際のシールドトンネルの接続部の構造において、間の土砂を撤去し、前記単体シールドトンネルの頂版部同士と底版部同士をそれぞれ両端部に拡径部を有する接続部材によって接続するとともにその周囲にコンクリートを打設し、かつ前記単体シールドトンネル同士の接続部に、当該接続部に位置する鋼製セグメントの主桁を補強鋼材とする柱および通孔を配置してなることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項２記載のシールドトンネルの接続部の構造は、請求項１記載のシールドトンネルの接続部の構造において、柱および通孔はトンネルの軸方向に所定間隔に配置してなることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態１．
図１〜図１２は、偏平な矩形断面形に構築された複合トンネルの一例を示し、図において複合トンネルＡは、図１と図２に図示するように横並びに隣接して掘進された２本の単体トンネルａから偏平な矩形断面形をなす一つの連続する利用空間に構築されている。
【００１５】
単体トンネルａは、図２（ｂ）に図示するように複数の鋼製セグメント１で覆工しつつ矩形断面形にそれぞれ掘進され、かつ掘進後、例えば図１（ａ）に図示するように、鋼製セグメント１の内側に必要に応じて複数の補強鉄筋２が配筋された上にコンクリート３が所定の厚さに打設されている。
【００１６】
また、単体トンネルａとａは、掘進後に図１（ａ），（ｂ）に図示するように接続部イの鋼製セグメント１の一部（後述するスキンプレートまたはスキンプレートと主桁の一部）と土砂を撤去し、かつ頂版部ｂ同士と底版部ｃ同士を複数の接続部材４を介してそれぞれ一体的に接続することにより一つの偏平な矩形断面形の利用空間に連続されている。
【００１７】
また、単体トンネルａとａとの接続部イに柱５および通孔がトンネルの軸方向に所定間隔に配置されている。こうして、鋼・コンクリート合成構造の複合トンネルＡが構築されている。
【００１８】
なお、複合トンネルＡの断面力がかなり大きいために、接続部イの主桁（後述する主桁６Ａ）を全て残す必要があるときは、例えば図２（ａ）に図示するように主桁６Ａを補強鋼材とする柱５をトンネルの軸方向に縦格子状に配置してもよい。
【００１９】
鋼製セグメント１は、例えば図３に図示するように単体トンネルａの周方向に複数の主桁６を平行に延在し、この隣接する主桁６，６間に複数の縦リブ７を主桁６の軸方向に所定間隔に取り付けて長方形状をなす格子枠体を形成し、かつこの格子枠体の地山側にスキンプレート８を取り付けて形成されている。
【００２０】
主桁６と縦リブ７はいずれも、必要な梁成（高さ）と厚さを有して帯板状に形成され、特に主桁６は単体トンネルａの断面力（周囲からの土圧による応力）に抵抗する抵抗部材として、かつ鋼・コンクリート合成構造の複合トンネルＡにおける抵抗部材として設置されている。
【００２１】
また特に、単体トンネルａの接続部イに設置されている鋼製セグメント１の主桁６（以下「主桁６Ａ」という）は、複合トンネルＡにおいて主桁６に作用する軸力（曲げによる圧縮力と引張力）の伝達部材としての役割を果たすものである。
【００２２】
詳しくは、単体トンネルａの頂版部ｂと底版部ｃにそれぞれ設置されている鋼製セグメント１の主桁６に作用する力（曲げによる圧縮力と引張力）は、図１３に図示するように主桁６Ａを介して頂版部ｂと底版部ｃの双方の主桁６にそれぞれ伝達されるものとして設計されている。
【００２３】
したがって、複合トンネルＡにおいて、各単体トンネルａにそれぞれ発生する断面力は、相互に影響を与えず、それぞれが独立で連続性がなく、各単体トンネルａごとに処理されるように設計されている。
【００２４】
なお、単体トンネルａ同士を一つの空間に連続して複合トンネルＡとする際に、作業スペースを確保する等の理由により一部の主桁６Ａを一時的に撤去する場合があるが、その場合には必要に応じて施工後に主桁６Ａを改めて取り付けたり、新たに補強鋼材を取り付けたり、補強鉄筋（図省略）を配筋したりして補強するものとする。
【００２５】
縦リブ７は、単体トンネルａを掘進するシールド機（図省略）の推進力を得る反力受けとして充分な強度を有し、かつ複合トンネルＡが構築された際に主桁６などのシアコネクターとしても有効に働くように主桁６，６間に最適な間隔に取り付けられ、さらに必要に応じて補強リブ７ａが突設されている。
【００２６】
接続部材４は普通鉄筋（丸鋼）、異形鉄筋、高強度鉄筋、ＰＣ鋼棒、ＰＣ鋼より線、または鋼材などから形成され、両端部に定着用の拡径部９が突設されている。
【００２７】
拡径部９は、接続部材４の周辺コンクリート３に対する定着力を高めるために突設されるもので、例えばナット、プレート、あるいは鉄筋の端部に鉄筋と一体に加工する等して形成されている。
【００２８】
また、接続部材４は、単体トンネルａ同士の接続部イに発生する断面力（主に引張力）を負担できるように数、断面積および設置間隔などが設計されている。
【００２９】
なお、単体トンネルａ同士の接続部イに発生する断面力として、曲げによる圧縮力と引張力、さらにせん断力が考えられるが、接続部材４の設計に際しては主に引張力が設計応力となる。
【００３０】
こうして設置された接続部材４の周囲にコンクリート３が打設されていることで、接続部材４の定着力によって隣接する単体トンネルａ同士が接続部材４を介して接続されている。
【００３１】
なお特に、引き抜き抵抗に寄与する拡径部９の周囲にのみ高強度のコンクリート３を打設すれば、引き抜き抵抗の向上を図ることができるだけでなく、高価なコンクリートを極力節約できて、きわめて経済的である。
【００３２】
図４〜図７は、単体トンネルａ同士の接続部の構造の詳細を示し、図４（ａ），（ｂ）に図示するものは、所定長さに加工した異形鉄筋または高強度鉄筋の両端部に一個ないし複数個のナットを拡径部９として突設したもの、あるいはナット形式とせず、あらかじめ鉄筋の両端部に拡径部９を鉄筋と一体に加工して突設したもの（頭付き鉄筋）を、単体トンネルａ，ａ間に接続部材４として設置したものである。
【００３３】
また、図５（ａ）に図示するものは、所定長さに加工した異形鉄筋または高強度鉄筋などの両端部に拡径部９として円形板または矩形板状の支圧板を突設したものを、接続部材４として単体トンネルａ，ａ間に設置したものである。
【００３４】
また、図５（ｂ）に図示するものは、こうして形成された接続部材４を接続部イの圧縮側と引っ張り側にそれぞれ二段に設置したものである。
【００３５】
図６（ａ）〜（ｃ）と図７（ａ），（ｂ）にそれぞれ図示するものは、両端部にナットまたはプレート等からなる拡径部９が一個ないし複数個有する接続部材４を、その両端を鋼製セグメント１の縦リブ７に形成された凹部１１にそれぞれ挿通して設置したものである。
【００３６】
その際、凹部１１は鋼製セグメント１の製作時に形成しておいてもよいが、縦リブ７がシールド機の推進力を得る反力受けの働きを有することから、断面欠損による強度低下を避けるために接続部材４の設置時に設けるのが望ましい。
【００３７】
図８（ａ）〜（ｄ）も同じく、単体トンネルａ同士の接続部の構造の詳細を示し、いずれも接続部イの引っ張り側に、両端に拡径部９を有する接続部材４をそれぞれ設置し、圧縮側には単に接続鉄筋１２を配筋したり（図（ａ））、Ｈ形鋼などの形鋼からなる圧縮鋼材１３を設置したり（図（ｂ），（ｃ））、あるいは特に接続部材を設置しないで単にコンクリート３を充填したり（図（ｄ））したものである。
【００３８】
なお、圧縮側に圧縮鋼材１３を設置する場合、圧縮鋼材１３と鋼製セグメント１との間に高強度モルタル１４を充填したり（図（ｂ））、あるいは圧縮鋼材１３の端部を鋼製セグメント１の端部に接合ボルト１５で接合したりしてもよい（図（ｃ））。
【００３９】
図９〜図１２は、接続部材４の他の例を示し、図９（ａ），（ｂ）に図示するものは、拡径部９にテーパ部９ａを形成したものであり、図１０（ａ），（ｂ）に図示するものは支圧板とナットを所定間隔に突設して拡径部９を二段に突設したものであり、さらに図１１（ａ）〜（ｃ）に図示するものは拡径部９の内側に支圧板１０または鉄筋メッシュ１５を添え付けたものであり、いずれも定着性能の向上を図るものである。
【００４０】
また、図１２（ａ），（ｂ）に図示するものは、拡径部９の近傍に位置するスキンプレート８の内側部分に複数のシアコネクター１６を一定範囲にわたって突設することにより、スキンプレート８とその周囲のコンクリート３との一体性を図ったものである。こうすることで、接続部材４の引き抜き耐力の著しい向上を図ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
この発明は以上説明した構成からなり、特に単体トンネル同士が両端部に定着用の拡径部を有する複数の接続部材で接合してあるので、接続部材の長さをこれまでの接続鉄筋にくらべて大幅に短くでき、これによって、接続部材を大幅に節約できてロウコストが図れるだけでなく、接続部材を容易に設置できて施工性の大幅な向上が図れる。
【００４２】
また、接続部材の端部に拡径部を有することにより、定着部分のコンクリートのひびわれや繰り返し荷重に対しても、充分な引き抜き抵抗を有し、靱性のきわめて高い接続部の構造を実現できる。さらに、接続部材を多段に配置しても、拡径部の働きでより確実な定着力を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）は偏平な矩形断面形に構築された複合トンネルの一例を示す一部斜視図である。
【図２】（ａ）は偏平な矩形断面形に構築された複合トンネルの一例を示す一部斜視図、（ｂ）は複合トンネルを構築するために掘進された単体トンネルの一部斜視図である。
【図３】鋼製セグメントの一部斜視図である。
【図４】（ａ），（ｂ）は単体トンネル同士の接続部の構造を示す断面図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は単体トンネル同士の接続部の構造を示す断面図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は単体トンネル同士の接続部の構造を示す断面図、（ｃ）は（ａ）におけるニ−ニ線断面図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は単体トンネル同士の接続部の構造を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は単体トンネル同士の接続部の構造を示す断面図である。
【図９】単体トンネル同士を接続する接続部材の一例を示し、（ａ）はその一部側面図、（ｂ）は（ａ）におけるロ−ロ線断面図である。
【図１０】単体トンネル同士を接続する接続部材の一例を示し、（ａ）はその一部側面図、（ｂ）は（ａ）におけるロ−ロ線断面図である。
【図１１】単体トンネル同士を接続する接続部材の一例を示し、（ａ），（ｂ）はその一部側面図、（ｃ）は（ａ），（ｂ）におけるロ−ロ線断面図である。
【図１２】鋼製セグメントと接続部材との配置関係を示し、（ａ）その一部縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるハ−ハ線断面図である。
【図１３】単体トンネルの接続部における力のながれを示す断面図である。
【図１４】（ａ）は従来の複合トンネルの一例を示す一部斜視図、（ｂ）は複合トンネルを構築するために掘進された単体トンネルの一部斜視図である。
【図１５】鋼製セグメントの一例を示す一部斜視図である。
【符号の説明】
１鋼製セグメント
２補強鉄筋
３コンクリート
４接続部材
５柱
６主桁
６Ａ主桁
７縦リブ
８スキンプレート
９拡径部
９ａテーパ部
１０支圧板
１１凹部
１２接続鉄筋
１３圧縮鋼材
１４高強度モルタル
１５鉄筋メッシュ
１６シアコネクター
Ａ複合トンネル
ａ単体トンネル（単体シールドトンネル）
ｂ頂版部
ｃ底版部

Claims

複数の鋼製セグメントの内側にコンクリートを所定の厚さに打設して地山を覆工しながら複数の単体シールドトンネルを接近させてそれぞれ矩形断面形に掘進した後、当該単体シールドトンネル同士を一つの利用空間として接続する際のシールドトンネルの接続部の構造において、
間の土砂を撤去し、前記単体シールドトンネルの頂版部同士と底版部同士をそれぞれ両端部に拡径部を有する接続部材によって接続するとともにその周囲にコンクリートを打設し、
かつ前記単体シールドトンネル同士の接続部に、当該接続部に位置する鋼製セグメントの主桁を補強鋼材とする柱および通孔を配置してなることを特徴とするシールドトンネルの接続部の構造。
柱および通孔はトンネルの軸方向に所定間隔に配置してなることを特徴とする請求項１記載のシールドトンネルの接続部の構造。