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