JP4056648B2

JP4056648B2 - トンネルの構築工法

Info

Publication number: JP4056648B2
Application number: JP01360399A
Authority: JP
Inventors: 明彦美浦; 保彦泉
Original assignee: 石川島建材工業株式会社
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 1999-01-21
Publication date: 2008-03-05
Anticipated expiration: 2019-01-21
Also published as: JP2000213274A

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。
【０００３】
図１１はＵＲＴ工法により構築したトンネルの概略を示す。ＵＲＴ工法で、線路や道路等１の下に立体交差するトンネル２を構築する場合、まず、トンネルを構築すべき地盤に対して、覆工断面と直交する方向に多数のエレメント３を推進する。そして、複数のエレメント３を、両側の鉛直部４とこれら鉛直部４を結ぶ水平部５とからなる門型に埋設する。次いで、エレメント３の推進方向の両端にコンクリートの橋台６を構築して、各橋台６により門型に埋設したエレメント３の鉛直部４を支持する。橋台６を構築したら、各橋台６の上端に支承部材としてのゴムシュー等（図示略）を設置し、その状態で支承部材のゴムシューの上に両端を載せる形でコンクリートの主桁７を構築して、主桁７により門型に埋設したエレメント３の水平部５を支持する。その後、門型に埋設したエレメント３の内側の領域の土砂を掘削除去する。以上によりトンネルを完成させていた。
【０００４】
従来の上部構造（水平部）は、下部構造と分けられて、図１２に示すように、４点の支承部で回転可能なピン支持された構造であった。これは、橋梁などと同様に、構造を単純にして発生応力を明解にする、上部構造を交換可能にする等の特徴がある。
上部構造はエレメントの列の両端を鉄筋コンクリート主桁で繋いだ平面格子と称される構造形態である。４点ピン支持の平面格子は、自重や上載荷重に因って中央部分が最も大きくたわみ、図１３にも示すように、エレメントも主桁もそれぞれ下方へたわみを生じる。従って、支承部に載る主桁端部は、主桁軸方向とエレメント軸方向の２方向に回転を生じる。主桁とエレメントはそれぞれ中央部分に最大曲げモーメントを発生し両端に近づく程に曲げモーメントは低下する。
【０００５】
一方、図１４に示すように、主桁と橋台を最初から連続した構造として一体に構築した場合は、全体として撓みの少ない構造となり、支承部が存在しないので、そのメンテナンスを逃れることができるという特徴がある。
上部の構造は、主桁の４端部を橋台に固定された平面格子となる。ピン支持では回転した主桁端部は、固定されたために動きを拘束され、主桁中央部に生じる曲げモーメントと逆の曲げモーメント及び捻りモーメントが発生し、その分、中央部の曲げモーメントと撓みは減少する。それぞれのエレメントも同様に、中央部の曲げモーメントと撓みが減少し、主桁に接合された端部に中央とは逆のモーメントが発生し、図１５にも示すように、このエレメント端部モーメントは主桁に捻りモーメントとして伝達される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ＵＲＴ工法は、エレメントが鋼製箱桁であり施工上の要求から求められる断面構造では、４点ピン支持の最大モーメントに対しても十分な強度を有している。一方、主桁は鉄筋コンクリート製で、弾性率や強度特性が大きく異なるためエレメントの接合は多くのアンカーを深く主桁に埋め込む必要がある。主桁においては鉄筋コンクリートの構造特性として捻りモーメントに対して弱いという欠点を持つ。したがって、上下部構造が一体のアバットメント（主桁と橋台）は、エレメントから伝達される捻りモーメントを負担して部材断面が大きくなり、多くのエレメント接合アンカーや補強鉄筋を配することとなり不経済になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記の構造的な負担を増加させることなく、活荷重による撓み変形が少なく、メンテナンスが不要なトンネルの構築方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によるトンネルの構築工法は、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門型またはボックス型に埋設し、次いで、前記エレメントの推進方向の両端にコンクリートの橋台を構築して各橋台により前記鉛直部を支持し、橋台構築後に各橋台の上端に仮支承部材を設置し、該仮支承部材の上に両端を載せる形でコンクリートの主桁を構築して該主桁により前記水平部を支持し、その後、門型またはボックス型に埋設したエレメントの内側の土砂を掘削除去し、土砂の掘削除去後に前記主桁と橋台とを一体的に結合することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明によるトンネルの構築工法は、請求項１の発明によるトンネルの構築工法において、前記主桁と前記橋台との間を鋼棒などの引っ張り補強材で結ぶとともに、これら主桁と橋台との間にモルタルを充填して互いに一体化させることを特徴とする。
さらに、請求項３の発明によるトンネルの構築工法は、請求項１の発明によるトンネルの構築工法において、前記主桁と前記橋台との間にＰＣ鋼棒を配設した状態にて、これら主桁と橋台との間にモルタルを充填し、その後、前記ＰＣ鋼棒を緊張させてプレストレスを導入して互いに一体化させることを特徴とする。
【００１０】
つまり、請求項１記載のトンネルの構築工法では、エレメントの推進後、従来どおり、４点のピン支持形態として仮支承に上部構造を載せた構造対を構築し、その後、トンネルとしてエレメント列に囲まれた内部の土砂を除去すれば、構造物自重と土被りなどの固定荷重（死荷重）が構造物に加わり、支承部に載る主桁端部は、主桁軸方向とエレメント軸方向の２方向に回転を生じる。主桁とエレメントはそれぞれ中央部分にその荷重による部材最大曲げモーメントを発生し両端に近づく程に曲げモーメントは低下し支承部で零となる。この段階では、上部構造の荷重は仮支承で支えられているので、下部構造に曲げや捻りモーメントを伝達しない。
【００１１】
その後、請求項２あるいは請求項３記載のトンネル構築工法によって、上部構造と下部構造とを一体化すれば、その後に加わる車両などの活荷重のみが固定支持された上部構造として応力を発生させ、下部構造に対して曲げや捻りモーメントを伝達する。
【００１２】
従来のように、主桁と橋台を一体化した上で、エレメントの内側の土砂を掘削除去すると、主桁には、まず死荷重が作用し、その上で活荷重が作用する。従って、ねじりモーメントについては、死荷重と活荷重の合計によるものが主桁にかかるので、それに耐え得るように主桁を計画しなくてはならない。しかし、上記請求項１ないし請求項３の発明の工法では、土砂を掘削した時点での荷重（死荷重）は仮支承部材で支えるので、死荷重によるねじりモーメントは主桁には作用しない。そして、土砂掘削後に、初めて主桁と橋台とを剛結合するので、ねじりモーメントは、活荷重によるものだけが主桁に作用することになる。また、仮支承部材は、主桁と橋台とを剛結合するまでは主桁に加わる荷重を支えるものの、これらを剛結合した後は、その剛結合部分で直接主桁の荷重を支持することになる。従って、以降の仮支承部材のメンテナンスは不要になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態の構築工法を図１〜図６に基づいて説明する。
この工法では、まず最初に、図１に示すように、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エレメント３を推進することにより、複数のエレメント３を、両側の鉛直部４とこれら鉛直部４を結ぶ水平部５とからなる門型に埋設する。図において、１は、構築すべきトンネルの上にある既存の線路または道路を示す。
【００１４】
エレメント３を推進した後、図２に示すように、エレメント３の推進方向の両端に、コンクリートの橋台６を構築する。そして、これら各橋台６により、門型に埋設したエレメントの鉛直部４を支持する。なお、橋台６の上方には、橋台６内に下端を埋設した状態でＰＣ鋼棒１１を延ばしておく。
【００１５】
橋台６を構築したら、図３に示すように、各橋台６の上端に、仮支承部材としてのゴムシュー１２を設置する。次いで、図４に示すように、ゴムシュー１２の上に両端を載せる形でコンクリートの主桁７を構築する。そして、この主桁７により、門型に配置したエレメントの水平部５を支持する。この際、主桁７と橋台６の上端間には隙間をあけておく。また、主桁７の施工時には、ＰＣ鋼棒１１と主桁７のコンクリートとが直接付着しない状態にしておく。
【００１６】
その後、図７に示すように、門型に埋設したエレメントの内側の領域の土砂１３を掘削除去する。そうすると、死荷重が主桁７で受けられるものの、死荷重によるねじりモーメントが主桁７に作用しなくなる。
【００１７】
この状態で、図８に示すように、主桁７と橋台８の隙間に無収縮モルタル１５を充填して、ゴムシュー１２をモルタル１５内に取り込み、モルタル１５の硬化後に、ＰＣ鋼棒１１に緊張力を加えることで、主桁７と橋台６を剛結合する。これにより、トンネルを完成する。
【００１８】
このように、本工法では、土砂を掘削した時点での荷重（死荷重）をゴムシュー１２で支えるので、死荷重によるねじりモーメントが主桁７に作用しないようにすることができる。そして、土砂掘削後に、初めて主桁７と橋台６をモルタルで剛結合するので、ねじりモーメントは活荷重によるものだけが主桁７に作用するようになる。よって、主桁７に作用するねじりモーメントが軽減され、それにより、主桁のサイズアップやスターラップのピッチ短縮を行う必要がなくなる。
【００１９】
また、ゴムシュー１２は、土砂掘削から無収縮モルタル１５の硬化までは、主桁７を支持する役目を果たすが、その後は特別な役目をするわけではないので、メンテナンスも不要である。
なお、エレメントの内側の土砂の掘削後に、橋台６と主桁７との間を鉄筋によって結ぶとともに橋台６と主桁７との間にモルタルを充填して、これら橋台６と主桁７とを互いに一体化させても良い。
また、上記の例では、３面にエレメントを配した門型のトンネルについて説明したが、本発明は底面を加えて４面にエレメントを配したボックス型のトンネルにも適応することができるのは勿論である。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のトンネルの構築方法によれば、変動することなく常時加わる固定荷重は、設計荷重の中で非常に大きな割合を占めており、これを上部構造を４点ピン支持にすることによって、強度的に余裕のあるエレメント中央に負担させてエレメント端の接合を簡単なアンカリングにすることができる。また、主桁においても構造的に不利な捻りモーメントの発生を抑え複雑な鉄筋配置を避けることができる。
しかも、上部構造と下部構造を一体化した後は、活荷重が追加されるが、上部構造のモーメント力を下部構造が負担し構造物の変位量が少ないので、列車などの乗り心地に影響を及ぼすことがない。
また、仮支承部材による仮支承部はモルタルにより埋め殺されて役割を終えるので、完成後にメンテナンスをする必要が少ない。
さらに、仮支承部は一時的な使用を前提として簡易なゴム支承等を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のトンネル構築工法の工程図であり、（ａ）はトンネルの正面方向から見た正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図２】図１の次の段階の工程図であり、（ａ）はトンネルの正面方向から見た正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図３】図２の次の段階の工程図であり、（ａ）はトンネルの正面方向から見た正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図４】図３の次の段階の工程図であり、（ａ）はトンネルの正面方向から見た正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図５】図４の工程における支承部分を説明する支承部分の断面図である。
【図６】図４の工程における支承部分を説明する支承部分の斜視図である。
【図７】図４の次の段階の工程図であり、（ａ）はトンネルの正面方向から見た正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図８】図７の次の段階の工程図であり、（ａ）はトンネルの正面方向から見た正面図、（ｂ）は側断面図である。
【図９】図８の工程における支承部分を説明する支承部分の断面図である。
【図１０】図８の工程における支承部分を説明する支承部分の斜視図である。
【図１１】従来工法で構築したトンネルの概略構成を示す斜視図である。
【図１２】４点支持した際の上部構造に作用する力を説明する上部構造の概略斜視図である。
【図１３】図１２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図１４】一体構造とした際の上部構造に作用する力を説明する構造物の概略斜視図である。
【図１５】図１４におけるＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
３エレメント
４鉛直部
５水平部
６橋台
７主桁
１１ＰＣ鋼棒
１２ゴムシュー（仮支承部材）
１３土砂
１５無収縮モルタル

Claims

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門型またはボックス型に埋設し、次いで、前記エレメントの推進方向の両端にコンクリートの橋台を構築して各橋台により前記鉛直部を支持し、橋台構築後に各橋台の上端に仮支承部材を設置し、該仮支承部材の上に両端を載せる形でコンクリートの主桁を構築して該主桁により前記水平部を支持し、その後、門型またはボックス型に埋設したエレメントの内側の土砂を掘削除去し、土砂の掘削除去後に前記主桁と橋台とを一体的に結合することを特徴とするトンネルの構築工法。
前記主桁と前記橋台との間を鋼棒などの引っ張り補強材で結ぶとともに、これら主桁と橋台との間にモルタルを充填して互いに一体化させることを特徴とする請求項１記載のトンネルの構築工法。
前記主桁と前記橋台との間にＰＣ鋼棒を配設した状態にて、これら主桁と橋台との間にモルタルを充填し、その後、前記ＰＣ鋼棒を緊張させてプレストレスを導入して互いに一体化させることを特徴とする請求項１記載のトンネルの構築工法。