JP4080415B2 - パイプルーフの取付構造および取付工法 - Google Patents

Description

本願発明は、シールド工法などによって並列に掘進されたトンネル間にアーチ状に設置されたパイプルーフの該トンネルへの取付構造および取付工法に関するものである。

非開削工法により任意断面形状の地下空間を構築する地下構造物の構築工法として、シールド工法などによりトンネルを並行に掘進した後、該トンネル間に山止め工として鋼管などからなるパイプルーフをアーチ状に設置し、そしてその内側を掘削して拡幅するパイプルーフ工法が知られている（特許文献１，２，３参照）。

本工法の場合、パイプルーフには周囲からの土圧により大きな曲げモーメントと軸力が作用するため、半円形またはアーチ状に設置されたパイプルーフが構造的に成立させるためにパイプルーフ両端の支点部を移動しないように拘束する必要がある。

パイプルーフ両端の支点部を拘束する第一の方法として従来、例えばパイプルーフの両支点部間を別途他の直線パイプルーフあるいはタイロッド等を用いて結合するタイドアーチ構造が知られており（特許文献１参照）、例えば、地下鉄などの切拡げでは、鋼材を片側のトンネルから押し出して反対側のトンネルに到達させ、トンネルの支保工または支柱などと接続したり、地盤改良を先行施工し、部分的に削除して、その部分をタイドアーチ構造としたりしている。

また、第二の方法としてパイプルーフの支点部をトンネルの覆工材（セグメント）と一体化させることにより、全体構造としてアーチ支点部の変位を拘束する方法（特願２００３−１５４２４０号参照）も知られている。

さらに当出願人は、第三の方法として並列に掘進されたトンネル間に上下に対向して設置された上下パイプルーフの支点部間を、トンネル内において上下のパイプルーフがラグビーボール状に連続するように接続することにより、パイプルーフに発生する曲げモーメントの発生を極力少なくする工法を開発した（特願２００２−２８９６１０号参照）。
特公平６−１０２９５５号公報 特公平７−７６５０７号公報 特公平７−８１４８６号公報

第一の拘束方法の場合、鋼材などの水平継材を水平方向に設置するために別途水平継材施工が必要となり、それらの施工のために地盤改良あるいは口元（発進到達部）の止水構造が必要となり、また水平継材が内側のＲＣまたはＳＲＣ構造の躯体を構築する際の妨げになる等の課題があった。

また、パイプルーフの内側を掘削する際、掘削面に水平継材が露出して掘削時の妨げになったり、内側のＲＣまたはＳＲＣ構造の躯体の構築の妨げの問題になる等の課題もあった。

一方、第二の拘束方法の場合、パイプルーフの両支点部をトンネルの覆工材または支柱などと強固に剛結合する必要があるため、結合部が大断面になりやすく、コストが嵩む等の課題があった。

また、パイプルーフとトンネルの覆工材に作用する曲げモーメントが過大になるため、これに備えてパイプルーフとトンネルの覆工材を過大な断面にする必要があった。

なお、パイプルーフとトンネル覆工材に作用する曲げモーメントが過大にならないようにする方法として、パイプルーフとトンネル覆工材との結合部をピン構造とする方法があるが、現実的にはその構造を構築することは困難であった。

そして、当出願人が開発した第三の拘束方法の場合、トンネル内に別途アーチ材を設置する必要があり、しかもその水平変位を抑制するためにトンネルの覆工材とアーチ材との間に支保工や間詰めコンクリート等を施工する必要があるため、工事が煩雑化してコストが嵩む等の課題があった。

さらに、これらの仮設材を撤去するために余分な工費と工期が必要になり、また小断面トンネルの場合、施工上の制約などによりラグビーボール状の構造系体を構築することが困難な場合があった。

請求項１記載のパイプルーフの取付構造は、並列に掘進されたトンネル間にアーチ状に設置されたパイプルーフの該トンネルへの取付構造であって、前記パイプルーフの端部を前記トンネルの覆工材に結合し、該結合部と前記トンネル覆工材の内側の１または複数カ所を支保工材で結合し、かつ少なくとも１つの支保工材は、前記パイプルーフの端部とトンネル覆工材との結合部における前記パイプルーフの軸方向をトンネル内空側に延長した位置から前記結合部におけるパイプルーフの反対側水平方向に延長した位置までの領域に設置することにより前記結合部の移動を拘束してあることを特徴とするものである。

本発明は特に、山止め工として設置されたパイプルーフ端部の移動を確実に阻止してパイプルーフのアーチ構造を簡単に成立させることができて、トンネル間の拡幅工事をきわめて安全にかつ効率的に行うことができる。

また、この場合の支保工材はトンネル内で取り付けることができるため、品質、工費、工期などの面で大きなメリットがあり、例えばパイプルーフの内側を掘削する際、これまでのパイプルーフ工法では障害になっていたタイド部材（水平継ぎ材）がないので、掘削や躯体の構築などをスムーズにしかも高品質に行うことができる。

また、パイプルーフの端部とトンネル覆工材との結合は、通常の溶接や結合ボルトによる結合、またはコンクリートやモルタル等の硬化によるＲＣ、ＳＲＣ構造などの構造体に定着する剛結合、あるいはそれに近い一般的に使われている結合構造を用いることができるため、屈撓機能を備えたピン構造内蔵のパイプルーフやパイプルーフとトンネル覆工材間のピン構造化といった複雑な構造を採用する必要がないので、品質、工費、工期などの面で大きなメリットがある。

また、支保工材には鋼製またはプレキャストコンクリート製の支保工材、あるいは鋼コンクリート合成構造やトラス構造の支保工材などを用いることができ、またトンネルの覆工材や支保工材として通常の覆工材や支保工材を用いることができるため、通常の切り梁支保工のように撤去回収して転用、再利用することができる。

また、本設構造物として用いられるインバートコンクリートを先行施工して、支保工材として利用することができる。

また、支保工材は水平はもちろん任意の角度に設置することができ、特にパイプルーフの軸延長線上に近づけて設置することにより、支保工材の機能を最大限に発揮させることができる。

さらに、支保工材は上下方向に複数段に、またはトンネルの軸方向に複数列に設置することができ、またトンネルの軸方向および上下方向の両方向に設置することもでき、必要に応じて増減することもできる。また、支保工材にジャッキを併用することにより支保工材の軸力の調整、管理を任意にコントロールすることができる。

なお、この場合のトンネルはシールド工法によって掘進することができ、またトンネルの覆工材には鋼殻コンクリートセグメント（以下「ＳＣセグメント」という）、ＲＣセグメント、あるいはＰＣセグメント等を用いることができる。

また、パイプルーフとして設置される推進管には角形鋼管や円形鋼管、あるいは楕円形や多角形などの鋼管を用いることができ、特に角形鋼管を用いると同じ径の円形鋼管より剛性が高く、内空も利用ができるため望ましい。

また、推進管はトンネルの軸方向に互いに密着させて設置してもよく、また所定間隔おきに離して設置してもよい。

請求項２記載のパイプルーフの取付構造は、請求項１記載のパイプルーフの取付構造において、パイプルーフの端部とトンネル覆工材との結合部、該結合部と支保工材との結合部および前記トンネル覆工材と支保工材との結合部をピン結合、剛結合または半剛結合に形成してなることを特徴とするものである。

本願発明は特に、上記した各結合部をピン結合、剛結合またはピン結合と剛結合の両方の特性を備えた半剛結合に形成することで、各結合部の剛性や拘束度合いを適宜変えて、任意の結合状態を選定することができる。

請求項３記載のパイプルーフの取付構造は、請求項１または２記載のパイプルーフの取付構造において、結合部に台座を設置してなることを特徴とするものである。

本願発明は特に、各結合部に台座を設置することにより結合部における各部材の納まりを明確にして結合部の設計および施工を容易にすることができ、しかも結合部の強度を著しく高めることができる。

この場合の台座はトンネルの軸方向に所定間隔おきに束状に、またはトンネルの軸方向に連続する梁状に設置することができる。また、台座はＳ構造、ＰＣ構造またはＳＲＣ構造などによって構築することができ、さらに簡単に撤去できるように固定ボルト等によって取り付けることができる。

請求項４記載のパイプルーフの取付構造は、請求項３記載のパイプルーフの取付構造において、パイプルーフの端部とトンネル覆工材および支保工材との結合部に仮設用支柱を設置し、該仮設用支柱の端部と台座との結合部をピン結合、剛結合または半剛結合に形成してなることを特徴とするものである。

請求項５記載のパイプルーフの取付工法は、並列に掘進されたトンネル間にアーチ状に設置されたパイプルーフの該トンネルへの取付方法であって、前記パイプルーフの端部を前記トンネルの覆工材に結合し、該結合部と前記トンネル覆工材の内側の１または複数カ所を支保工材で結合し、かつ少なくとも１つの支保工材は、前記パイプルーフの端部とトンネル覆工材との結合部における前記パイプルーフの軸方向をトンネル内空側に延長した位置から前記結合部におけるパイプルーフの反対側水平方向に延長した位置までの領域に設置することにより前記結合部の移動を拘束することを特徴とするものである。

本発明は、パイプルーフの端部をトンネルの覆工材に結合し、該結合部と前記トンネル覆工材の内側の１または複数カ所を支保工材で結合することにより前記結合部の移動を拘束してあるので、山止め工として設置されたパイプルーフとトンネル覆工材との結合部の移動を確実に阻止してパイプルーフのアーチ構造を簡単に成立させ、トンネル間の拡幅工事をきわめて効率的にかつ安全に行うことができる等の効果がある。

また、この場合の支保工材はトンネル内で簡単に取り付けることができ、またパイプルーフの内側を掘削する際、これまでのパイプルーフ工法では障害になっていたタイド部材（水平継材）がないので、掘削や躯体の構築などをスムーズにしかも高品質に行うことてができる等の効果がある。

図１〜図３は、本発明の一例を示し、図において、シールドトンネル１，１が並列に掘進されている。また、シールドトンネル１，１間の上側と下側にパイプルーフ２，２がアーチ状にかつ上下対称に構築されている。

シールドトンネル１は複数のＳＣセグメント３によって覆工され、この場合のＳＣセグメント３は鋼殻３ａ内にコンクリート３ｂを打設することにより形成されている。

また、パイプルーフ２は複数の推進管４からアーチ状に構築され、各推進管４はシールドトンネル１，１間にシールドトンネル１の軸方向に並列に設置され、各推進管４の端部４ａはシールドトンネル１のＳＣセグメント３を貫通し、かつＳＣセグメント３の内側に構築された台座５に剛結合状態に結合されている。

なお、この場合の各推進管４の施工方法としては、例えば一方のシールドトンネル１側から他方のシールドトンネル１側に掘削機（図省略）を押し進め、該掘削機のテール部において所定の長さに形成された複数の推進管を順に継ぎ足し接続しながらアーチ状に設置する等の方法を用いることができる。

台座５はＳＣセグメント３の内側にシールドトンネル１の軸方向に所定間隔おきに束状に、またはシールドトンネル１の軸方向に連続する梁状に構築され、各台座５には推進管４の端部４ａを挿入するたのソケット部５ａが所定の深さに形成されている。

また、台座５はＳ構造またはＲＣ構造などによって構築され、かつＳＣセグメント３の内側に固定ボルト（図省略）等によって後から簡単に撤去できるように設置されている。

そして、各推進管４の端部４ａはソケット部５ａに挿入され、かつソケット部５ａ内にコンクリートまたはモルタル等の固化材６が充填され、こうして各推進管４の端部４ａは台座５を介してＳＣセグメント３に剛結合状態に結合されている。

また、パイプルーフ２の端部（各推進管４の端部）とＳＣセグメント３との結合部、すなわち台座５と該台座５におけるパイプルーフ２の反対側水平方向に延長したＳＣセグメント３の内側部との間に、パイプルーフ２の端部とＳＣセグメント３との結合部、すなわち各推進管４端部の移動を阻止する支保工材７が水平に取り付けられている。また、上下パイプルーフ２，２の上下台座５，５間に仮設用支柱１０がそれぞれ立設されている。

この場合の支保工材７および仮設用支柱１０はＨ形鋼などの鋼材から形成されている。また、支保工材７の両端はＳＣセグメント３の内側と台座５にそれぞれ突設されたブラケット８，８に結合ピン９によって回転自在に結合され、また仮設用支柱１０の上下両端部は台座５，５にそれぞれ結合ピン１１によって回転自在に結合されている。

このような構成により上下パイプルーフ２，２の端部とＳＣセグメント３との結合部が移動しないように拘束されていることで、上下パイプルーフ２，２を確実に保持することができて、上下パイプルーフ２，２間の内側地盤をきわめて安全にかつ効率的に掘削してシールドトンネル１，１間の拡幅を行うことができる。

なお、台座５、支保工材７および仮設支柱１０は、シールドトンネル１，１間の拡幅工事が終了したら撤去し、繰り返し利用することができる。

本願発明は、並列に掘進されたトンネル間に山止め工として半円形またはアーチ状に設置されたパイプルーフの内側をきり拡げて地中に大空間を構築する際、パイプルーフの端部とトンネル覆工材との結合部の移動を確実に阻止して、トンネル間の拡幅をきわめて効率的にかつ安全に行うことができる。

パイプルーフ工法の一例を示し、（ａ）はトンネルとパイプルーフの設置例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）におけるイ−イ線断面図である。 図１（ａ）におけるロ部拡大図である。 支保工材を設置する前の状態を示す図１（ａ）におけるロ部拡大図である。

符号の説明

１ シールドトンネル（トンネル）
２ パイプルーフ
３ ＳＣセグメント
４ 推進管
５ 台座
６ 固化材
７ 支保工材
８ ブラケット
９ 結合ピン
１０ 仮設用支柱

Claims (5)

1. 並列に掘進されたトンネル間にアーチ状に設置されたパイプルーフの該トンネルへの取付構造であって、前記パイプルーフの端部を前記トンネルの覆工材に結合し、該結合部と前記トンネル覆工材の内側の１または複数カ所を支保工材で結合し、かつ少なくとも１つの支保工材は、前記パイプルーフの端部とトンネル覆工材との結合部における前記パイプルーフの軸方向をトンネル内空側に延長した位置から前記結合部におけるパイプルーフの反対側水平方向に延長した位置までの領域に設置することにより前記結合部の移動を拘束してあることを特徴とするパイプルーフの取付構造。
2. パイプルーフの端部とトンネル覆工材との結合部、該結合部と支保工材との結合部および前記トンネル覆工材と支保工材との結合部をピン結合、剛結合または半剛結合に形成してなることを特徴とする請求項１記載のパイプルーフの取付構造。
3. パイプルーフの端部とトンネル覆工材および支保工材との結合部に台座を設置してなることを特徴とする請求項１または２記載のパイプルーフの取付構造。
4. パイプルーフの端部とトンネル覆工材および支保工材との結合部に仮設用支柱を設置し、該仮設用支柱の端部と台座との結合部をピン結合、剛結合または半剛結合に形成してなることを特徴とする請求項３記載のパイプルーフの取付構造。
5. 並列に掘進されたトンネル間にアーチ状に設置されたパイプルーフの該トンネルへの取付方法であって、前記パイプルーフの端部を前記トンネルの覆工材に結合し、該結合部と前記トンネル覆工材の内側の１または複数カ所を支保工材で結合し、
   かつ少なくとも１つの支保工材は、前記パイプルーフの端部とトンネル覆工材との結合部における前記パイプルーフの軸方向をトンネル内空側に延長した位置から前記結合部におけるパイプルーフの反対側水平方向に延長した位置までの領域に設置することにより前記結合部の移動を拘束することを特徴とするパイプルーフの取付方法。

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