JP4017777B2 - Tunnel construction method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、線路や道路の下に立体交差するトンネルを構築する工法(URT=Under Railway/Road Tunnelling工法等)に関する。
【0002】
【従来の技術】
線路や道路の下に立体交差するトンネルを構築する方法として、従来からの現場打設コンクリートによる覆工体の構築工法に代えて、中空箱形のトンネル覆工用エレメントを、地盤に対して順次推進することにより、複数のエレメントを略門型に配列し、エレメントを相互に連結した後、エレメント連結体の内側の土砂を掘削除去してトンネルを構築するURT(Under Railway/Road Tunnelling)工法が知られている(実公平8−3516号公報等)。
【0003】
図4はエレメントを用いて地盤G中に構築したトンネルを示す。このトンネルは、地盤Gに対し、覆工断面と直交させて長尺な中空箱形スチール製エレメント1を水平に推進することにより、複数のエレメント1を、鉛直部Vとこれらを結ぶ水平部Hとからなる略門型に埋設し、各エレメント1の継手部2に設けた孔(図示略)にPCケーブル(高張力鋼線)3を挿通して、その状態で、各エレメント1の内部および隣接するエレメント1の継手部2の空間にコンクリート4を充填打設し、コンクリート4が硬化した後にPCケーブル3を緊張することにより、エレメント1相互に圧縮力を導入してエレメント連結体を面版状に一体化し、その後、エレメント連結体の内側の土砂を掘削除去して構築されたものである。
【0004】
PCケーブル3は、エレメント1の長手方向(推進方向)に所要の間隔を持って配設され、エレメント連結体に対し、周囲の土圧に抗するよう、引っ張り力が働く部分に沿って引き回されている。なお、この工法におけるエレメント1の役割は、次の4つである。
(a)切り羽崩壊、周辺地盤の変形などを引き起こすことなく、エレメント推進の方法で、安全に施工するための手段。
(b)高張力鋼線と直交する方向の曲げ強度部材でトンネル全体の管としての曲げ強度を確保すると同時に、トンネル覆工面に加わる集中荷重を分散する。
(c)エレメント単位のブロックとしてひび割れに対する補強とコンクリートの劣化や高張力鋼線の腐食に対する保護。
(d)覆工体を形成する為のコンクリート型枠。
【0005】
上述した高張力鋼線(PCケーブル)による強化方法(以下「PC横締め工法」という)により形成された面版の構造は、2方向の構造特性を持つ。即ち、エレメント1の軸方向(トンネルの軸方向)では、梁部材としてのエレメント1の曲げ強度を有し、エレメント1に直交する方向では、鋼板で矩形に外周補強されたコンクリートブロックを横貫通する高張力鋼線で緊張したプレストレストコンクリート部材としての曲げ強度を有する。
【0006】
トンネルが横断断面の空間を確保するために設計対象とする荷重は、覆工体である面版の版表面に垂直な荷重であり、この荷重は、面版の内部を剪断応力として、支持点へ向かって伝達されて行く。矩形断面のトンネルでは、天井面と床面の荷重は側壁によって支持され、側壁面の荷重は天井面と床によって支持されている。このようなことから、実際の便宜的な設計手法としては、剪断力の流れが造る形としてのトンネルを単位長さに輪切りにした平面的な骨組みを想定し、これが外圧に対して十分な強度を有する様に設計するのが合理的である。PCケーブルはこの形に沿って配置される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、PC横締め工法により形成された面版構造によるトンネル覆工体の弱点は、エレメントの継手部(接合目地)にある。エレメントは、周囲を鋼板で補強されたブロックであるが、継手部では表面を覆う鋼板が不連続となるため、面版に大きな曲げ応力が加わると目地に沿って目開きが発生する場合がある。曲げ応力による部材のストレスは、面版の断面内部に零点を持ち、一方は引っ張り、片方は圧縮として、表面に近づくに従い大きな値として直線的に変化する。
【0008】
構造設計の要点は、目地に目開きが生じないようにすること、あるいは、目開きが生じても微細な幅に限定して有害な状態にならないよう抑えること。また、圧縮ストレスが限界に達してコンクリートが圧壊することを防ぐことである。これらの手段として部材にプレストレスを与える方法が知られている。すなわち、部材断面の重心から外れた位置に配置したPCケーブルに緊張力を加えて、想定される荷重による曲げ応力と逆の曲げ応力を付加させ、圧縮と引っ張りを相殺して、引っ張り応力度と圧縮応力度を所定の値以下に制御する方法である。
【0009】
荷重による曲げ応力が大きくなると、設計的にはプレストレス力を増大して対応するが、ついには限界に達して、部材の断面を厚くするよう変更しなければならなくなる。URT工法ではケーブル配置や緊張作業がエレメント内部へ作業者が入って施工することによる制限もある。
上述したように、曲げ応力によるストレスは、面版の表層部分に集中するので、中央部分にプレストレスを加えることは極めて非効率である。したがって、部材厚を増せば非効率な中央部の断面も増やすことになり余分なPCケーブルがさらに必要となる。
【0010】
このようなことから、効率的な曲げ部材として、空胴プレストレストコンクリートパネル(JIS A 6511)が知られている。図5に示すように、これはPCケーブル3の方向に沿った連続孔6を版の中央層に設けて部材重量を軽減すると同時に導入プレストレスを有効に振り当てようとするものである。
【0011】
ところで、図6に示すように、空胴プレストレストコンクリートパネルの連続孔5の方向を剪断力と直交する方向へ90度向きを変えると、孔径が大きい場合には、孔欠損により残された表層部分に剪断力に基づく斜めひびわれが生じる危険がある。
曲げ部材においては、表層に近い部分が主に曲げによる軸力を多く負担し、断面図心に近い胴の部分では主に剪断力を多く負担する。
【0012】
図5では、部材方向(荷重伝達方向)のどの部分でも同一の横断面の連続であるので、胴部分は主として剪断力の伝達を受け持つことができる。このように、中層部分を削って表層部分に断面を集中した場合は役割分担がよりはっきりとしてくる。
図6では、部材方向(荷重伝達方向)を分断する形で空胴が現れるため、胴部分を伝っていた剪断力は表層へ伝達経路を移すので、表層部分は軸力と合わせて負担することになり、図5の場合よりストレスが大きい。
【0013】
本発明は、上記事情を考慮し、継手部の断面のうち、特に必要な部分に対してのみ効率良く圧縮力を導入することができ、結果的に高張力鋼線の径や本数を減らして施工性及び経済性の向上を図ることのできるトンネルの構築工法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、トンネルを構築すべき地盤に対し、覆工断面と直交する方向に中空箱形の各エレメントを推進することにより、複数のエレメントを、両側の鉛直部とこれら鉛直部を結ぶ水平部とからなる略門型に埋設し、少なくとも前記水平部を構成するため面版状に配列されたエレメントに、該エレメントの配列方向に高張力鋼線を貫通させ、その状態で、各エレメントの内部および隣接するエレメントの継手部空間にコンクリートを充填打設し、該コンクリートが硬化した後に、前記高張力鋼線を緊張することにより、エレメント相互に圧縮力を導入して、エレメント連結体を面版状に一体化し、その後、エレメント連結体の内側の土砂を掘削除去してトンネルを構築する工法において、前記エレメントの継手部の圧縮力導入断面の一部にクッション材を設けたことを特徴とする。
【0015】
この工法では、構造上の弱点となるエレメントの継手部の一部にクッション材を介在させたので、クッション材のある部分では高張力鋼線による圧縮力が導入されず、その分が、残りの密実な断面に振り分けられる。従って、特に圧縮力の導入が必要な部分については、圧縮力を積極的に高めることができる。つまり、必要部分に対し効率良く圧縮力を導入することができる。
【0016】
請求項2の発明は、請求項1において、前記クッション材を、エレメントの継手部の側壁の一部にエレメントの長手方向に亘って貼付した上で、コンクリートを打設することを特徴とする。
【0017】
水平な面版断面においては、応力度は面版の深さ方向(高さ方向)に変化する。そこで、深さ方向の特定位置に、クッション材をエレメントの長手方向(推進方向)に亘って貼付し、コンクリートを打設する。これにより、クッション材のあるレベル(断面の高さ方向の位置)では、高張力鋼線による軸力が伝達されず、その分が密実な断面部分に振り分けられる。
【0018】
請求項3の発明は、請求項1または2において、前記クッション材として発泡体を使用したことを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の工法を用いて構築したトンネルの一部の正面から見た断面図、図2は図1のII−II矢視断面図、図3は同トンネルのエレメント連結体の正面図である。
【0020】
図3に示すように、この工法では、トンネルを構築すべき地盤Gに対し、覆工断面と直交する方向に矩形断面の中空箱形スチール製の各エレメント1を水平に推進することにより、複数のエレメント1を、両側の鉛直部Vとこれら鉛直部Vを結ぶ水平部Hとからなる略門型に埋設する。この例では、2連のボックス形式にしている。
【0021】
この場合、水平部Hを構成するエレメント1は、図1に示すように、上面鋼板1aと下面鋼板1bと左右側面鋼板1cとを矩形に組んで一体化したものであるが、各エレメント1の継手部2を構成する側面鋼板(側壁)1cの外面に、発泡体(発泡スチロール板等)よりなるクッション材5を貼り付けておく。
【0022】
この例では高さ方向の中間部となっているが、エレメント1の配列方向の位置により、引っ張り応力の発生の仕方は異なってくるので、エレメント1の配列方向の位置に応じて、貼り付ける高さを変更する。クッション材5は、この高さ方向の所定位置において、図2に示すように、エレメント1の長さ方向に亘って連続して貼り付けておく。
【0023】
次いで、水平部Hにおいて面版状に配列されたエレメント1に、各エレメント1の側面鋼板1cの孔7に挿通させることで、PCケーブル3を貫通させる。PCケーブル3は、エレメント1の長さ方向に間隔をおいて複数本配設する。
【0024】
そして、その状態で、各エレメント1の内部、および隣接するエレメント1同士の継手部2の空間にコンクリート4を充填打設する。コンクリート4が硬化したら、PCケーブル3を緊張することにより、エレメント1相互に圧縮力を導入して、エレメント連結体の水平部Hを面版状に一体化する。
【0025】
この際、構造上の弱点となるエレメント1の継手部2の一部、つまり圧縮力導入断面の一部にクッション材5を設けたので、クッション材5のある部分ではPCケーブル3による圧縮力が導入されなくなる。このように、継手部2の軸力を伝達するコンクリート断面積が減ることにより、残りの限定された断面に対し、より大きな圧縮力を導入することができる。この場合では、残りの密実な断面であるクッション材5の上側と下側の断面に、大きな圧縮力が積極的に導入されることになる。
【0026】
その後は、エレメント連結体の内側の土砂を掘削し除去してトンネルを貫通させることで、工程を終了する。
【0027】
この工法では、本来圧縮力を導入する必要のある断面部分に対して有効に圧縮力を導入することができるので、軸力不足対策としてエレメントの桁高を高くする等の対応策を講じる必要を無くすことができる。また、配置すべきPCケーブル3の量(断面積×本数)を節約することも可能となるため、エレメント1内に作業者が入って、PCケーブル3の挿入や緊張を行う際の労力を減らすことができ、作業効率の向上、経済性の向上が図れる。
【0028】
なお、上記工法において、特に鉛直部Vを構成するエレメント1は、内部にコンクリートを充填する関係で、エレメント1の上下面をラチス面として上下のエレメント1の内部空間を連通状態にしたものを用いる。また、エレメント1は、必要に応じて、内部にトラス補強材やラチス構造の補強骨組を配して、荷重や推進力に耐えるようにしておく。
【0029】
また、クッション材を配置するのは、門型のエレメント連結体の水平部Hに限らず、円形断面の曲面なども含め、曲げの作用する面版構造であれば適用できる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1の発明によれば、エレメントの継手部の圧縮力導入断面の一部にクッション材を設けたので、クッション材の存在する部分には高張力鋼線による圧縮力が導入されなくなり、その分の圧縮力を、本来必要とする断面部分に集中的に導入することができる。その結果、必要断面に圧縮力を有効に導入することができるようになり、軸力アップが図れて、エレメントの桁高を高くする等の余計な対策の必要が無くなる。また、軸力アップにより、高張力鋼線の量を減らすことができ、その分、高張力鋼線の挿入作業や緊張作業の労力を減らすことができ、また、経済性を向上させることができる。
また、本発明の工法では、薄いクッション材を用いているため、斜めひび割れが横切る危険がある箇所は限定され、また、この箇所は、エレメントの鋼板で確実に補強される。即ち、エレメントの鋼板部分にてスリット状に途切れているものの、欠損部分は薄く、目地部分は狭く制限され、しかも、鋼板と継手の噛み合わせなどで覆うことにより十分な補強を得ることができるので、従来のように、連続孔を形成したものと比較して、ストレスが増すような不具合もない。
【0031】
請求項2の発明によれば、クッション材を、エレメントの継手部の側壁の一部にエレメントの長手方向に亘って貼付した上で、コンクリートを打設するようにしたので、クッション材の配置を楽に行うことができる。なお、クッション材としては、請求項3の発明のように、樹脂の発泡体等を利用するのが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の工法で構築したトンネルのエレメント継手部の正面から見た断面図である。
【図2】 図1のII−II矢視断面図である。
【図3】 本発明の実施形態の工法で構築したトンネルの正面図である。
【図4】 従来工法で構築したトンネルの正面から見た断面図である。
【図5】 PCケーブルを配設したプレストレストコンクリート版の構造を説明するプレストレストコンクリート版の概略斜視図である。
【図6】 PCケーブルを配設したプレストレストコンクリート版の構造を説明するプレストレストコンクリート版の概略斜視図である。
【符号の説明】
1 エレメント
2 継手部
3 PCケーブル(高張力鋼線)
4 コンクリート
5 クッション材
G 地盤
H 水平部
V 鉛直部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a construction method (URT = Under Railway / Road Tunneling construction method, etc.) for constructing a tunnel that is three-dimensionally crossed under a track or road.
[0002]
[Prior art]
As a method of constructing a tunnel that intersects three-dimensionally under a railroad or road, instead of the conventional construction method of a lining body made of cast-in-place concrete, a hollow box-shaped tunnel lining element is sequentially applied to the ground. The URT (Under Railway / Road Tunneling) method that constructs a tunnel by excavating and removing the soil inside the element connected body after arranging multiple elements in an approximately gate shape by connecting them to each other. Known (Japanese Utility Model Publication No. 8-3516).
[0003]
FIG. 4 shows a tunnel constructed in the ground G using elements. In this tunnel, a long hollow box-
[0004]
The
(A) Means for safe construction by the element propulsion method without causing the face to collapse, deformation of the surrounding ground, or the like.
(B) A bending strength member in a direction orthogonal to the high-tensile steel wire secures the bending strength of the entire tunnel as a pipe, and at the same time, distributes the concentrated load applied to the tunnel lining surface.
(C) Reinforcing cracks as a unit block and protecting against deterioration of concrete and corrosion of high-strength steel wires.
(D) Concrete formwork for forming the lining body.
[0005]
The structure of the face plate formed by the above-described strengthening method using high-tensile steel wire (PC cable) (hereinafter referred to as “PC lateral fastening method”) has two-way structural characteristics. That is, in the axial direction of the element 1 (axial direction of the tunnel), the bending strength of the
[0006]
The load to be designed to secure the space of the cross section of the tunnel is the load perpendicular to the plate surface of the slab that is the lining body. Goes forward to. In a tunnel having a rectangular cross section, the load on the ceiling surface and the floor surface is supported by the side wall, and the load on the side wall surface is supported by the ceiling surface and the floor. For this reason, as a practical expedient design method, it is assumed that a flat frame is formed by rounding the tunnel as a shape created by the flow of shear force into unit lengths, which has sufficient strength against external pressure. It is reasonable to design to have The PC cable is arranged along this shape.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the weak point of the tunnel lining body by the face plate structure formed by the PC horizontal fastening method is in the joint portion (joint joint) of the element. The element is a block whose periphery is reinforced with a steel plate, but the steel plate that covers the surface is discontinuous at the joint, so if a large bending stress is applied to the face plate, there may be an opening along the joint . The stress of the member due to the bending stress has a zero point inside the cross section of the surface slab, one is pulled, and one is compressed, and linearly changes as a large value as it approaches the surface.
[0008]
The key point of the structural design is to prevent the opening of the joints from occurring, or to limit the fine width to prevent a harmful state from occurring even if the opening occurs. It also prevents the concrete from collapsing due to compression stress reaching the limit. As these means, a method of prestressing a member is known. That is, a tension force is applied to the PC cable arranged at a position off the center of gravity of the member cross section, a bending stress opposite to the bending stress caused by the assumed load is added, the compression and the tension are offset, and the tensile stress degree This is a method of controlling the degree of compressive stress to a predetermined value or less.
[0009]
When the bending stress due to the load increases, the prestressing force is increased in terms of design, but eventually the limit is reached and the cross section of the member must be changed to be thicker. In the URT method, there is a restriction that the cable placement and the tension work are performed by an operator entering the element.
As described above, the stress due to the bending stress is concentrated on the surface layer portion of the surface slab, so it is extremely inefficient to apply prestress to the central portion. Therefore, if the thickness of the member is increased, the cross section of the inefficient central portion is also increased, and an extra PC cable is further required.
[0010]
For this reason, a cavity prestressed concrete panel (JIS A 6511) is known as an efficient bending member. As shown in FIG. 5, this is intended to reduce the weight of the member by providing
[0011]
By the way, as shown in FIG. 6, when the direction of the
In the bending member, the portion close to the surface layer mainly bears a large axial force due to bending, and the trunk portion near the cross-sectional centroid mainly bears a large amount of shearing force.
[0012]
In FIG. 5, since any part in the member direction (load transmission direction) is a continuation of the same cross section, the body part can mainly handle shear force transmission. In this way, when the middle layer portion is cut and the cross section is concentrated on the surface layer portion, the division of roles becomes clearer.
In FIG. 6, since the cavity appears in a form that divides the member direction (load transmission direction), the shearing force that has been transmitted through the body part moves the transmission path to the surface layer, so the surface layer part must bear with the axial force. Thus, the stress is greater than in the case of FIG.
[0013]
In consideration of the above circumstances, the present invention can efficiently introduce a compressive force only to a necessary portion of the cross-section of the joint portion, resulting in reducing the diameter and number of high-strength steel wires. It aims at providing the construction method of the tunnel which can aim at improvement of construction nature and economical efficiency.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the hollow box-shaped elements are propelled in the direction orthogonal to the lining section with respect to the ground on which the tunnel is to be constructed. Embedded in a substantially gate shape composed of a horizontal portion to be connected, and at least elements arranged in a face plate shape to constitute the horizontal portion are penetrated by a high-tensile steel wire in the arrangement direction of the element, Concrete is filled in and placed in the joint portion space of the element and the adjacent element, and after the concrete is hardened, the high-tensile steel wire is tensioned to introduce a compressive force between the elements, thereby connecting the elements. In the construction method in which the tunnel is constructed by excavating and removing the soil and sand inside the element coupling body, Characterized in that a cushion material section.
[0015]
In this method, the cushion material is interposed in part of the joint part of the element, which is a weak point in the structure, so the compressive force due to the high-strength steel wire is not introduced in the part with the cushion material, and the remaining part is the remaining Sorted into a solid cross section. Therefore, the compression force can be positively increased particularly in the portion where the introduction of the compression force is necessary. That is, the compressive force can be efficiently introduced into the necessary part.
[0016]
The invention of
[0017]
In a horizontal slab section, the stress changes in the depth direction (height direction) of the slab. Therefore, the cushion material is pasted in the longitudinal direction (propulsion direction) of the element at a specific position in the depth direction, and concrete is placed. Thereby, at a certain level (position in the height direction of the cross section) of the cushion material, the axial force by the high-tensile steel wire is not transmitted, and the portion is distributed to a solid cross section.
[0018]
The invention of
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a cross-sectional view of a part of a tunnel constructed by using the method of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is a front view of an element connection body of the tunnel. It is.
[0020]
As shown in FIG. 3, in this construction method, a plurality of
[0021]
In this case, as shown in FIG. 1, the
[0022]
In this example, it is an intermediate portion in the height direction. However, since the method of generating tensile stress differs depending on the position of the
[0023]
Next, the
[0024]
In this state,
[0025]
At this time, since the
[0026]
After that, the process is completed by excavating and removing the sand inside the element coupling body and penetrating the tunnel.
[0027]
In this construction method, it is possible to effectively introduce the compressive force to the cross-sectional portion where the compressive force should be originally introduced. Therefore, it is necessary to take measures such as increasing the girder height of the element as a measure against insufficient axial force. It can be lost. In addition, since it is possible to save the amount of the
[0028]
In the above construction method, in particular, the
[0029]
In addition, the cushion material is not limited to the horizontal portion H of the gate-shaped element coupling body, but can be applied to any surface plate structure on which bending acts, including a curved surface having a circular cross section.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, since the cushion material is provided in a part of the cross section of the joint portion of the element where the compressive force is introduced, the compressive force generated by the high-tensile steel wire is applied to the portion where the cushion material exists. Is no longer introduced, and the compressive force corresponding to that amount can be intensively introduced into the originally required cross section. As a result, the compressive force can be effectively introduced into the necessary cross section, the axial force can be increased, and there is no need for extra measures such as increasing the beam height of the element. In addition, by increasing the axial force, the amount of high-strength steel wire can be reduced, and accordingly, labor for inserting and tensioning high-strength steel wire can be reduced, and economic efficiency can be improved. .
Further, in the construction method of the present invention, since a thin cushion material is used, a place where there is a risk that the oblique crack crosses is limited, and this place is surely reinforced by the steel plate of the element. That is, although the steel plate portion of the element is interrupted in a slit shape, the missing portion is thin, the joint portion is narrowly limited, and sufficient reinforcement can be obtained by covering with engagement of the steel plate and the joint. There is no problem that stress is increased as compared with the conventional case in which continuous holes are formed.
[0031]
According to the invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view seen from the front of an element joint portion of a tunnel constructed by a method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
FIG. 3 is a front view of a tunnel constructed by the construction method according to the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view seen from the front of a tunnel constructed by a conventional construction method.
FIG. 5 is a schematic perspective view of a prestressed concrete plate for explaining the structure of the prestressed concrete plate provided with a PC cable.
FIG. 6 is a schematic perspective view of a prestressed concrete plate for explaining the structure of the prestressed concrete plate provided with a PC cable.
[Explanation of symbols]
1
4
Claims (3)
前記エレメントの継手部の圧縮力導入断面の一部にクッション材を設けたことを特徴とするトンネルの構築工法。By advancing each hollow box-shaped element in the direction perpendicular to the lining section to the ground on which the tunnel is to be constructed, a plurality of elements are roughly composed of a vertical part on both sides and a horizontal part connecting these vertical parts. A high-strength steel wire is penetrated in the arrangement direction of the elements through the elements embedded in the gate type or box type and arranged at least in the form of a plate to form the horizontal portion, and in this state, the inside of each element and Concrete is filled and placed in the joint space of adjacent elements, and after the concrete hardens, the high-tensile steel wire is tensioned to introduce a compressive force between the elements, and the element connection body is formed into a face plate shape. In the method of building a tunnel by excavating and removing the earth and sand inside the element coupling body,
A tunnel construction method characterized in that a cushioning material is provided on a part of a cross section of the joint portion of the element where a compressive force is introduced.
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