JP3839685B2 - 大断面合成アーチトンネルおよびその施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、形鋼とコンクリートを備えた鋼コンクリートサンドイッチ構造により形成されたアーチ部を有する大断面トンネルの構造およびその施工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、プレキャストアーチトンネルは、インバートコンクリート及び側壁コンクリートを場所打ちコンクリートの打設により施工し、アーチ部にプレキャストコンクリートを適用して、現場で組み合わせることによりトンネルのアーチ部を築くものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、アーチ部へのプレキャストコンクリートの適用は、施工延長が短い場合にはコスト高になるとともに、大断面では強度確保が難しく、さらにはトンネルの拡幅部や喚起ダクト取り付け部等の特殊構造部分への適用が困難になるといった欠点があった。
【０００４】
上記事情に鑑み、本発明は大断面の開削トンネルにも適用でき、低コストで工期短縮が可能であるとともに、特殊構造部分への適用が可能な大断面合成アーチトンネルおよびその施工方法を実現することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の大断面合成アーチトンネルは、型鋼を格子状に組み合わせた構造体の、上面と下面に鋼板を張り合わせた鋼殻パネルアーチを並列に連設した鋼殻部と、
前記鋼殻部の内部で、前記構造体と上面及び下面に位置する前記鋼板の間に形成された空間に充填された高流動コンクリートと、
から形成される鋼コンクリートサンドイッチ構造により構成されるアーチ部を有する大断面合成アーチトンネルにおいて、
前記アーチ部の支持部は、該アーチ部の奥行き方向に延在するＨ型鋼よりなる定着横梁の一方のフランジが、前記アーチ部の周方向の端部に固定されて、前記定着横梁の他方のフランジが、締結手段を介して側壁コンクリートに支持されて、前記定着横梁全体が、前記定着横梁を介して前記鋼殻部を側壁コンクリート上に固定させた後に打設される後打ちコンクリート内に埋設されていることを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の大断面合成アーチトンネルは、前記鋼殻パネルアーチが、型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の構造体の上面と下面に鋼板を張り合わせた曲面形状の鋼殻パネルが、
トンネルの周方向に複数枚連結されることにより構成されることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の大断面合成アーチトンネルの施工方法は、型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の構造体の、上面及び下面の各々に鋼板を取り付けた曲面形状の鋼殻パネルを、地組みによりトンネルの周方向に数枚連結させて鋼殻パネルアーチを形成する工程と、
該鋼殻パネルアーチの周方向の端部に該鋼殻パネルアーチの奥行き方向に延在するＨ型鋼よりなる定着横梁の一方のフランジを固定するとともに該定着横梁の他方のフランジを締結手段を介して側壁コンクリートに支持させることで、前記鋼殻パネルアーチを側壁コンクリートに固定し、且つ、隣り合う鋼殻パネルアーチ同士を連結して前記鋼殻部を形成する工程と、
該鋼殻部内の空間に、高流動コンクリートを打設して、鋼コンクリートサンドイッチ構造よりなる前記アーチ部を形成し、且つ、前記定着横梁全体を埋設する後打ちコンクリートを打設する工程と、
よりなることを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載の大断面合成アーチトンネルの施工方法は、型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の構造体の、上面及び下面の各々に鋼板を取り付けた曲面形状の鋼殻パネルを、トンネルの周方向に数枚連結させて鋼殻パネルアーチを形成する工程を、ベントを用いて側壁コンクリート上で直接実施することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）に本発明の大断面合成アーチトンネルの概略を示す。符号１は大断面合成アーチトンネル、２はインバートコンクリート、３は側壁コンクリート、４はアーチ部、５は鋼殻パネル、６は鋼殻パネルアーチを示している。
本実施例は、大断面合成アーチトンネル１の上半を構成するアーチ部４の構造とその施工方法を示すものであり、インバートコンクリート２および側壁コンクリート３の構造およびその施工方法は、従来の開削トンネルの工法に準ずるものである。
【００１１】
前記大断面合成アーチトンネル１の上半を構成する前記アーチ部４は、アーチ形状の前記鋼殻部７と、該鋼殻部７の内部に充填される前記高流動コンクリート１４と、を備える鋼コンクリートサンドイッチ構造より形成されるものである。ここで用いられる前記鋼殻部７は、前記鋼殻パネルアーチ６をトンネルの延長方向に並列となるよう配列し、隣り合う該鋼殻パネルアーチ６同士の端部を上面および下面から鋼板１２を張り付け覆うとともに、連結手段を用いて連結することにより形成されるものである（図１参照）。
【００１２】
前記鋼殻パネルアーチ６は、前記鋼殻パネル５におけるトンネルの周方向の端部同士を、締結手段を用いて締結することにより形成される。
なお、本実施例においてこれら該鋼殻パネルアーチ６は、複数枚の前記鋼殻パネル５がトンネルの周方向に連結されることによりなる複数分割構成としており、溶接またはボルト接合などの締結手段（図６参照）を用いて剛結とする。一例として、前記鋼殻パネル５を２枚連結した場合（図２（ａ）参照）、３枚連結した場合（図２（ｂ）参照）を示している。
【００１３】
前記鋼殻パネル５は、トンネルの周方向に曲げＨ型鋼材９、トンネルの延長方向にＨ型鋼材８を配置し、これらを格子状に組み合わせた構造体１１（図４参照）の上面および下面にそれぞれ鋼板１２を取り付けた曲面形状の長方形パネルである（図３参照）。このような構造により、前記鋼殻パネル５の内部には中空空間１３が形成されている（図５参照）。該鋼殻パネル５は、工場等であらかじめ作成され、現場に運搬されるものであるため、その幅はトラック輸送が可能な３.０ｍ以下としている。
【００１４】
前記構造体１１を形成している前記曲げＨ型鋼材９、およびＨ型鋼材８のウェブには、該鋼殻パネルアーチ６の内空部全体にスムーズに高流動コンクリートを行き渡らせることが可能となるよう、複数の開口部１０が設けられている（図２参照）。
【００１５】
また、前記鋼殻パネル５の中空空間１３には、後に高流動コンクリート１４が打設されるため、上面に取り付けられた鋼板１２は、一方の端部に打設孔１２ａが設けられているとともに、他方の端部に空気孔１２ｂが設けられている。打設終了後に該打設孔１２ａは、図示しない蓋により塞がれることとなる。
なお、打設孔１２ａ、及び空気孔１２ｂの取り付け位置はこれに限ることなく、高流動コンクリート１４が前記鋼殻パネル５の中空空間１３に十分充填されるよう、適宜必要箇所に設けるものである（図３参照）。
【００１６】
上述の構成よりなる前記アーチ部４の支持部１６は、該アーチ部４におけるトンネルの周方向の端部に備えられた定着横梁１７と、側壁コンクリート３に一方を固定されたアンカーボルト１８と、該アンカーボルト１８と前記定着横梁１７を連結する前打ちコンクリート２０と、定着横梁１７全体を埋設する後打ちコンクリート２１により構成される。
ここで、前記アンカーボルト１８は、側壁コンクリート３の打設時に図８にその平面図を示した前記アンカーフレーム１９とともに、その下半部をあらかじめ埋め込むことにより固定されている（図７参照）。
【００１７】
前期定着横梁１７は、前記アーチ部４の両端部にそれぞれ、奥行き方向に延在するように取り付けられているＨ型鋼材よりなるもので、そのウェブが前記鋼殻パネルアーチ６の曲面における接線と合致する方向に向けられるとともに、その上部フランジは前記アーチ部４に締結されている。
【００１８】
前記アーチ部４が側壁コンクリート３に支持される際には、前記定着横梁１７の下部フランジが、アンカーボルト１８を介して前打ちコンクリート２０により側壁コンクリート３に結合されることとなる。この状態において、該アーチ部４の施工作業に伴う活荷重や推力が該定着横梁１７に作用した際には、該定着横梁１７を構成するＨ型鋼材のウェブが弾性変形することにより、該定着横梁１７自体が疑似ヒンジの役割を果たすように構成されている。したがって、この状態では支持部１６はヒンジ構造となる。
さらに、前記後打ちコンクリート２１が打設されて、該定着横梁１７全体が埋設されると、これら支持部１６は、剛結となるものである。
【００１９】
なお、前記鋼殻パネル５を構成する曲げＨ型鋼材９、Ｈ型鋼材８、及び鋼板１２等の部材に関するの断面形状や部材厚は、いずれも大断面合成アーチトンネル１の上半を構成するアーチ部４に作用する外力を考慮し、適宜決定されるものである。
また、本実施形態において用いられる部材や、スプライスプレート１５等は、重防食等の防食処理が施されている。
【００２０】
次に、本発明の施工方法を示す。まず、工場において、前記鋼殻パネル５を製作しておく。同作業と並行して、現場では、前記大断面合成アーチトンネル１の底版を構成する前記インバートコンクリート２を施工するとともに、下半を構成する側壁コンクリート３を施工し、該側壁コンクリート３の天端には、前記アンカーフレーム１９及び前記アンカーボルト１８が上半部が突出する状態に埋設しておく。
【００２１】
現場に、前記鋼殻パネル５を搬入し、仮受けベント２２を設置した作業ヤードにおいて前記鋼殻パネルアーチ６を組み立てる（図９（ａ）参照）。
【００２２】
これら前記鋼殻パネル５ａ同士の連結手段について、トンネルの周方向に配置された前記曲げＨ型鋼材９同士の連結は、フランジ同士及びウェブ同士の溶接（図６（ａ）参照）、フランジ同士の溶接とウェブへのスプライズプレート１５を用いた高力ボルト接合（図６（ｂ）参照）、フランジ同士、及びウェブ同士ぞれぞれにスプライズプレート１５を用いた高力ボルト接合（図６（ｃ）参照）、のいずれの手段による締結でも構わない。
【００２３】
また、トンネルの延長方向に配置された前記Ｈ型鋼材８同士の連結は、隣り合う前記Ｈ型鋼材８同士の側部が接する状態で、接合部の上面及び下面を鋼板１２で覆い、締結手段を用いて連結する（図５参照）。もしくは、隣り合う前記Ｈ型鋼材８同士に、前記構造体１１を構成した場合と同様の間隔を空けて配置し、この空間１３ａを覆うように上面及び下面を鋼板１２で覆い、締結手段を用いて連結する（図５参照）。トンネルの延長方向に配置された前記Ｈ型鋼材８同士の連結は、いずれの方法で連結してもよい。
【００２４】
同作業により形成された前記鋼殻パネルアーチ６を、所望のトンネル明かり部に据え付け、前記定着横梁１７の下部フランジに、前記アンカーボルト１８の端部を貫通するとともに、前記前打ちコンクリート２０を打設することにより前記側壁コンクリート３に固定する。このような、該鋼殻パネルアーチ６の前記側壁コンクリート３への据え付け作業を、トンネルの延長方向の坑口奥側から坑口に向かって順に行い、該鋼殻パネルアーチ６をトンネルの延長方向に連設するとともに、隣り合う該鋼殻パネルアーチ６同士を連結し、前記鋼殻部７を形成する（図９（ｂ）参照）。
【００２５】
該鋼殻部７の前記中空空間１３に高流動コンクリート１４を打設し、鋼殻部７と高流動コンクリート１４による鋼コンクリート合成サンドイッチ構造を形成させた後、前記定着横梁１７の周囲に、鉄筋２３を配設し前記後打ちコンクリート２１を打設して前記定着横梁１７を剛結する（図９（ｃ）参照）。
【００２６】
なお、前記鋼殻パネル５の組立方法は地組みに限ることなく、現場の状況に応じて建設中のトンネルにベントを設置し、直接側壁コンクリート３に支持部１６を固定しながら前記鋼殻パネルアーチ６を組み立てても良い（図１０参照）。
【００２７】
なお、本実施例では、前記アーチ部４の側壁コンクリート３における支持部１６を疑似ヒンジ構造とした状態で高流動コンクリートを前記アーチ部４内に打設し、その後に支持部１６を剛結としたが、前記アーチ部４を側壁コンクリート３に据え付ける際に支持部１６を剛結とした後、高流動コンクリート１４を打設しても良い。
【００２８】
上述の構成によれば、前記鋼殻パネル５の製作を工場で行った後に、現場においてこれらを組み合わせることにより前記鋼殻パネルアーチ６や前記鋼殻部７を形成することが可能なため、現場作業を減少し施工性に優れているとともに、工期短縮や工費節減に大きく寄与するものである。さらに、該鋼殻パネル５を工場より直接現場へ運搬すればよいため、運搬が容易で工費削減にも寄与する。
【００２９】
また、該アーチ部４は、前記鋼殻部７に高流動コンクリート１４を充填することによりなる鋼コンクリートサンドイッチ構造を適用することから、過大な荷重等の外力に対する十分な耐力を有するため、大断面のトンネルに対しても本願の工法の適用が可能となる。
【００３０】
一方、該アーチ部４の定着横梁１７を構成するＨ型鋼材の下部フランジのみを前記側壁コンクリート３に締結することにより、施工中に作用する荷重や推力に対して、前記Ｈ型鋼材のウェブの弾性変形を利用した疑似ヒンジとして適用することが可能となり、固定アーチに比べて施工中におけるアーチ部の支持部１６に係る断面力の集中を回避することが可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、型鋼を格子状に組み合わせた構造体の、上面と下面に鋼板を張り合わせた鋼殻パネルアーチを並列に連設した鋼殻部と、前記鋼殻部の内部で、前記構造体と上面及び下面に位置する前記鋼板の間に形成された空間に充填された高流動コンクリートと、より形成される鋼コンクリートサンドイッチ構造より構成されるアーチ部を有することから、過大な荷重等の外力に対する十分な耐力を有するため、大断面のトンネルに対しても本願の工法の適用が可能となる。また、前記アーチ部の支持部は、該アーチ部の奥行き方向に延在するＨ型鋼よりなる定着横梁の一方のフランジが前記アーチ部の端部に固定されて、他方のフランジが締結手段を介して側壁コンクリートに支持されることから、施工中に作用する荷重や推力に対して、Ｈ型鋼のウェブの弾性変形を利用した疑似ヒンジとして適用することが可能となる。さらに、定着横梁全体を埋設する後打ちコンクリートが形成されることで、疑似ヒンジ状の支持部が剛結となる。
【００３２】
請求項２の発明によれば、前記鋼殻パネルアーチが、型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の構造体の上面と下面に鋼板を張り合わせた曲面形状の鋼殻パネルが、トンネルの周方向に複数枚連結されることにより構成されることから、前記鋼殻パネルの製作を工場で行うことができるため、現場作業を減少することが可能となり工期短縮や工費節減に大きく寄与するものである。
さらに、該鋼殻パネルを工場より現場へ運搬すればよいため、運搬が容易であるとともに現場での組立も容易で施工性に優れている。
【００３４】
請求項３の発明によれば、型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の構造体の、上面及び下面の各々に鋼板を取り付けた曲面形状の鋼殻パネルを、地組みによりトンネルの周方向に数枚連結させて鋼殻パネルアーチを形成する工程と、該鋼殻パネルアーチの周方向の端部に該鋼殻パネルアーチの奥行き方向に延在するＨ型鋼よりなる定着横梁の一方のフランジを固定するとともに該定着横梁の他方のフランジを締結手段を介して側壁コンクリートに支持させることで、前記鋼殻パネルアーチを側壁コンクリートに固定し、且つ、隣り合う鋼殻パネルアーチ同士を連結して前記鋼殻部を形成する工程と、該鋼殻部内の空間に、高流動コンクリートを打設して、鋼コンクリートサンドイッチ構造よりなる前記アーチ部を形成する工程と、よりなることから、簡略かつ合理的な構造であるため施工性に優れているため、工期短縮、工費削減に大きく寄与するものである。
【００３５】
請求項４の発明によれば、型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の構造体の、上面及び下面の各々に鋼板を取り付けた曲面形状の鋼殻パネルを、トンネルの周方向に数枚連結させて鋼殻パネルアーチを形成する工程を、ベントを用いて側壁コンクリート上で直接実施することから、上記と同様に簡略かつ合理的な構造であるため施工性に優れているため、工期短縮、工費削減に大きく寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る大断面合成アーチトンネルの概略を示す図である。
【図２】 本発明に係る大断面合成アーチトンネルの断面を示す図である。
【図３】 本発明に係る大断面合成アーチトンネルの鋼殻パネルを示す図である。
【図４】 本発明に係る鋼殻パネルの構造体を詳細を示す図である。
【図５】 本発明に係る鋼殻パネルの断面の詳細を示す図である。
【図６】 本発明に係る鋼殻パネルの連結部を示す図である。
【図７】 本発明に係る鋼殻パネルアーチの支持部を示す図である。
【図８】 本発明に係るアンカーフレームの平面図を示す図である。
【図９】 本発明に係る大断面合成アーチトンネルの施工手順を示す図である。
【図１０】 本発明に係る大断面合成アーチトンネルの施工手順を示す図である。
【符号の説明】
１ 大断面合成アーチトンネル
２ インバートコンクリート
３ 側壁コンクリート
４ アーチ部
５ 鋼殻パネル
６ 鋼殻パネルアーチ
７ 鋼殻部
８ Ｈ型鋼材
９ 曲げＨ型鋼材
１０ 開口部
１１ 構造体
１２ 鋼板
１２ａ 打設孔
１２ｂ 空気孔
１３ 中空空間
１３ａ 空間
１４ 高流動コンクリート
１５ スプライスプレート
１６ 支持部
１７ 溶接
１８ アンカーボルト
１９ アンカーフレーム
２０ 前打ちコンクリート
２１ 後打ちコンクリート
２２ 仮受けベント
２３ 鉄筋

Claims (4)

1. 型鋼を格子状に組み合わせた構造体の、上面と下面に鋼板を張り合わせた鋼殻パネルアーチを並列に連設した鋼殻部と、
   前記鋼殻部の内部で、前記構造体と上面及び下面に位置する前記鋼板の間に形成された空間に充填された高流動コンクリートと、
   から形成される鋼コンクリートサンドイッチ構造により構成されるアーチ部を有する大断面合成アーチトンネルにおいて、
   前記アーチ部の支持部は、該アーチ部の奥行き方向に延在するＨ型鋼よりなる定着横梁の一方のフランジが、前記アーチ部の周方向の端部に固定されて、前記定着横梁の他方のフランジが、締結手段を介して側壁コンクリートに支持されて、前記定着横梁全体が、前記定着横梁を介して前記鋼殻部を側壁コンクリート上に固定させた後に打設される後打ちコンクリート内に埋設されていることを特徴とする大断面合成アーチトンネル。
2. 請求項１記載の大断面合成アーチトンネルにおいて、前記鋼殻パネルアーチは、
   型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の構造体の上面と下面に鋼板を張り合わせた曲面形状の鋼殻パネルが、
   トンネルの周方向に複数枚連結されることにより構成されることを特徴とする大断面合成アーチトンネル。
3. 型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の構造体の、上面及び下面の各々に鋼板を取り付けた曲面形状の鋼殻パネルを、地組みによりトンネルの周方向に数枚連結させて鋼殻パネルアーチを形成する工程と、
   該鋼殻パネルアーチの周方向の端部に該鋼殻パネルアーチの奥行き方向に延在するＨ型鋼よりなる定着横梁の一方のフランジを固定するとともに該定着横梁の他方のフランジを締結手段を介して側壁コンクリートに支持させることで、前記鋼殻パネルアーチを側壁コンクリートに固定し、且つ、隣り合う鋼殻パネルアーチ同士を連結して前記鋼殻部を形成する工程と、
   該鋼殻部内の空間に、高流動コンクリートを打設して、鋼コンクリートサンドイッチ構造よりなる前記アーチ部を形成し、且つ、前記定着横梁全体を埋設する後打ちコンクリートを打設する工程と、
   よりなることを特徴とする大断面合成アーチトンネルの施工方法。
4. 請求項３記載の大断面合成アーチトンネルの施工方法において、型鋼を格子状に組み合わせた四角形状の構造体の、上面及び下面の各々に鋼板を取り付けた曲面形状の鋼殻パネルを、トンネルの周方向に数枚連結させて鋼殻パネルアーチを形成する工程を、ベントを用いて側壁コンクリート上で直接実施することを特徴とする大断面合成アーチトンネルの施工方法。

Images