JP4127378B2 - 土留め止水壁の構造およびその施工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明はトンネルを並行に掘進した後、その対向する側を掘削して拡幅部を構築する際に、前記トンネル間に凍結工法等により施工される土留め止水壁の構造およびその施工方法に関し、非開削工法により任意断面形状の地下空間をきわめて効率的にかつ安全に構築することできるものである。
【０００２】
【従来の技術】
非開削工法による地下構造物の構築工法として、例えば図５に図示するようにシールド工法によって円形または矩形断面のシールド孔１０，１０を並行に掘進し、その間に凍土からなる土留め止水壁１１をアーチ状に造成した後、その下側を掘削してシールド孔１０と連続する拡幅部１２を形成する構築工法が知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
この種の工法においては、施工中、上記した土留め止水壁に上から大きな土圧と水圧が作用し、この土圧と水圧はシールド孔の覆工材として設置されたセグメントと土留め止水壁との当接部に大きな軸力とせん断力となって作用するため、この場合の当接部の設計は、このせん断力に対して凍土のセグメントに対する凍着（せん断）力（横ずれに対するせん断抵抗力）が抵抗するものとして行われている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−２８１９９０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この凍着（せん断）力は充分とはいえず、また理論的に明らかにされていない。しかも、セグメントにはグリースや裏込め材などが多く付着している場合が多いため、あるいは空隙内の水が凍結した氷そのものが存在する等の影響により凍着力はさらに小さくなるのを免れない。
【０００６】
また、拡幅部を掘削をする際、一部セグメントのスキンプレートを剥がす必要があることから、セグメントの強度不足によりセグメントが内側に変形あるいは変位して凍土とセグメントが剥離する傾向にあり、このため接続部の凍着力を増すために凍土を余分に厚く造成する必要があった。
【０００７】
さらに、凍土とセグメントとの剥離などにより土留め止水壁の両端の固定条件がなくなるため、土留め止水壁が左右に移動し、結果的に大きな曲げモーメント等の応力が作用して土留め止水壁が破壊するおそれがあった。
【０００８】
また、セグメントと土留め止水壁が剥離すると、地下水が内部掘削面に流入し、凍土の解凍、さらには土砂の流入などが進行して破壊するおそれがあり、それに備えて充分に補強する必要があった。
【０００９】
本願発明は以上の課題を解決するためになされたもので、特に凍土からなる土留め止水壁とトンネル覆工材との当接部における凍着（せん断）力と凍着剥離抵抗力を高めて土留め止水壁の崩壊と覆工材の変形および変位を未然に防止することにより、拡幅部の掘削をきわめて安全に行えるようにした土留め止水壁の構造およびその施工方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の土留め止水壁の構造は、トンネルを並行に掘進し、その対向する側を掘削して拡幅する際に、前記トンネル間に施工される土留め止水壁の構造であって、前記トンネル間に土を所定の厚さに凍結させることによりアーチ状に連続して形成され、かつ両端が前記トンネルの覆工材に当接された土留め止水壁と、前記覆工材の前記土留め止水壁との当接部に突設されたせん断力伝達部材とから構成され、前記せん断力伝達部材は、鋼棒、プレート、形鋼または鋼管を前記覆工材の内側から前記土留め止水壁の端部に圧入することにより形成されてなることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項２記載の土留め止水壁の構造は、トンネルを並行に掘進し、その対向する側を掘削して拡幅する際に、前記トンネル間に施工される土留め止水壁の構造であって、前記トンネル間に土を所定の厚さに凍結させることによりアーチ状に連続して形成され、かつ両端が前記トンネルの覆工材に当接された土留め止水壁と、前記覆工材の前記土留め止水壁の端部との当接部に突設されたせん断力伝達部材とから構成され、前記せん断力伝達部材は袋を当該袋内に充填材を充填することによりブロック状に膨張させて形成されてなることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３記載の土留め止水壁の施工方法は、トンネルを並行に掘進し、その対向する側を掘削して拡幅する際に、前記トンネル間に施工する土留め止水壁の施工方法であって、前記トンネル間に土を所定の厚さに凍結させることにより土留め止水壁をアーチ状に連続して形成し、その両端を前記トンネルの覆工材に当接させる工程と、前記覆工材の前記土留め止水壁の端部との当接部にせん断力伝達部材を突設する工程とからなり、前記せん断力伝達部材は鋼棒、プレート、形鋼または鋼管を前記覆工材の内側から前記土留め止水壁の端部に圧入して形成することを特徴とするものである。
【００１３】
請求項４記載の土留め止水壁の施工方法は、トンネルを並行に掘進し、その対向する側を掘削して拡幅する際に、前記トンネル間に施工する土留め止水壁の施工方法であって、前記トンネル間に土を所定の厚さに凍結させることにより土留め止水壁をアーチ状に連続して形成し、その両端を前記トンネルの覆工材に当接させる工程と、前記覆工材の前記土留め止水壁との当接部にせん断力伝達部材を突設する工程とからなり、前記せん断力伝達部材は前記覆工材の地山側に取り付けた袋を当該袋内に前記覆工材の内側から充填材を充填することによりブロック状に膨張させて形成することを特徴とするものである。
【００１４】
本願発明は、凍土からなる土留め止水壁とトンネル覆工材との当接部における、横ずれに対する抵抗力としての凍着（せん断）力と凍着剥離抵抗力を高めることにより土留め止水壁の崩壊とトンネル覆工材の変位や変形を未然に防止して拡幅部の施工をきわめて安全に行うことを可能にしたものである。
この場合のトンネルは、例えばシールド工法によって円形または矩形状に掘進することができ、またその覆工材として鋼殻セグメント、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が、施工上、鋼殻セグメントが望ましい。
【００１５】
また、せん断力伝達部材はジベルまたは鋼棒、プレート、角形または円形の鋼管あるいはＨ形鋼などの形鋼、さらにはＦＲＰロッド等で形成することができ、また覆工材として鋼殻セグメントが用いられた場合、せん断力伝達部材は鋼殻セグメントのスキンプレート、または主桁や縦リブ等に溶接またはボルト止めする等して固定することができる。
さらに、せん断力伝達部材の径、幅、長さまたは本数やピッチ等を適宜設定することにより、必要な凍着力と剥離抵抗力を得ることができ、またジベルとして異形鉄筋などの異形棒鋼を用いたり、あるいはせん断力伝達部材の表面にプレート等からなる複数のリブを突設することにより剥離抵抗力を高めることができる。
【００１６】
なお、せん断力伝達部材をスキンプレートに固定する場合、スキンプレートとして充分な厚さの鋼板を用いるか、あるいはスキンプレートの内側に補強リブを突設する等して補強するのがよい。
また、せん断力伝達部材としては、土留め止水壁と覆工材との当接部において、例えば袋の中に充填材としてモルタルやコンクリート等を充填することにより、凍土内にブロック状に膨張させて形成されたもの等もある。
トンネルの内側から土留め止水壁と覆工材との当接部にせん断力伝達部材を突設する方法としては、トンネルを掘進し、土留め止水壁を造成した後、例えばトンネルの内側から覆工材とその地山側の土留め止水壁の端部にボーリング等により連続して削孔し、この削孔にジベルを圧入する方法がある。なお、当接部にせん断力伝達部材を予め突設し、その後に土留め止水壁を造成してもよい。
【００１７】
また、当接部にせん断力伝達部材を突設する方法として、例えば覆工材の外側に予め袋を取り付けておき、覆工材を設置した後、土留め止水壁を造成する前に、トンネルの内側から袋の中にモルタルやコンクリートを充填して袋をブロック状に膨張させる方法もある。この場合、止水性が良くかつ凍土との凍着性の良い材料で袋を製作することで止水性の向上も図れる。なお、土留め止水壁を造成した後、土留め止水壁の端部をトンネルの内側から予め余掘りし、その後袋を膨張させてせん断力伝達部材とすることもできる。
【００１８】
また、本願発明の他の適用例としては、例えば図４に図示するように、シールド孔１０の側部を部分的に凍結させ、その内側を掘削してトンネルと連続する拡幅部１２を構築する際、シールド孔１０の覆工材１０ａと凍土からなる土留め壁１３との当接部イにも適用することがでる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１（ａ），（ｂ）は、本願発明に係る土留め止水構造の一例を示し、図において、シールド孔１，１が並行に構築され、その間に土留め止水壁２がアーチ状に造成されている。
【００２７】
シールド孔１，１の地山は鋼殻セグメント３によってそれぞれ覆工されており、また土留め止水壁２は凍土により所定の厚さに造成され、その両端２ａ，２ａはシールド孔１，１の覆工材として設置された鋼殻セグメント３のスキンプレート３ａの上にそれぞれ当接している。
【００２８】
また、土留め止水壁２とスキンプレート３ａとの当接部イに当接部イの横ずれに対する抵抗部材としてせん断力伝達部材（以下「ジベル」という）４が突設されている。ジベル４は棒状に形成されており、例えば鋼棒または鉄筋などから形成されている。
【００２９】
また、ジベル４は鋼殻セグメント３のスキンプレート３ａに溶接またはボルト止めする等して固定されている。なお、この場合のスキンプレート３ａには充分な厚さの鋼板が用いられ、また必要に応じてスキンプレート３ａの内側に補強リブが突設されている。
【００３０】
このような構成において、土留め止水壁２の両端２ａ，２ａと鋼殻セグメント３（スキンプレート３ａ）との間の接続部イにおける水平せん断力Ｑに対しては、ジベル４の凍着（せん断）力によってそれぞれ抵抗する。
【００３１】
また、土留め止水壁２の両端２ａ，２ａと鋼殻セグメント３（スキンプレート３ａ）との間の接続部イにおける剥離力Ｐに対しては、ジベル４の土留め止水壁（凍土）２に対する凍着剥離抵抗力（定着力）よって抵抗する。
【００３２】
この場合、ジベル４の長さ、径、ピッチ、本数などを適宜設定することにより、必要な凍着（せん断）力と凍着剥離抵抗力を得ることができる。また、ジベル４として異形鉄筋などの異形棒鋼を用いることにより凍着剥離抵抗力をさらに高めることができる。
【００３３】
このように造成された土留め止水壁２の下側を掘削して、例えば図３に図示するようにシールド孔１，１の対向する側を掘削することによりシールド孔１，１と連続する拡幅部５が構築されている。
【００３４】
拡幅部５の天井部分と床部分はそれぞれＲＣまたはＳＲＣ構造の頂版５ａと床版５ｂによって覆工され、また中間部にＲＣまたはＳＲＣ構造の中壁５ｃが構築されている。
【００３５】
次に、上述した土留め止水構造の施工方法について説明する。
▲１▼．シールド孔１，１を並行に掘進した後、一方のシールド孔１側から他方のシールド孔１側に凍結管６をアーチ状に挿通する。そして、凍結管６に冷媒を通して凍結管６周囲の土を一定範囲に渡って凍結させることにより、シールド孔１，１間をアーチ状に連続し、かつ両端２ａ，２ａがシールド孔１，１の覆工材として設置された鋼殻セグメント３のスキンプレート３ａの上に当接する土留め止水壁２を造成する。
▲２▼．次に、シールド孔１，１の内側から鋼殻セグメント３のスキンプレート３ａと土留め止水壁２の端部２ａにボーリング等によりそれぞれ連続して削孔を形成する。そして、この削孔にシールド孔１の内側からジベル４を圧入する。そして、ジベル４をスキンプレート３ａに溶接する。
【００３６】
図２は、土留め止水壁２と鋼殻セグメント３との当接部イにせん断力伝達部材（以下「せん断キー」という）７を突設した例を示し、図において、袋７ａに充填材としてモルタル７ｂを充填して袋７ａをブロック状に膨張させることにより、当接部イにせん断キー７が突設されている。
【００３７】
施工方法を説明すると、最初にシールド孔１，１を並行に掘進した後、土留め止水壁２を造成するに先立ち、鋼殻セグメント３のスキンプレート３ａの地山側に予め取り付けておいた袋７ａに充填材としてモルタル７ｂを充填して袋７ａをブロック状に膨張させる。
【００３８】
次に、一方のシールド孔１側から他方のシールド孔１側に凍結管６をアーチ状に挿通する。そして、凍結管６に冷媒を通して凍結管６周囲の土を一定範囲に渡って凍結させて土留め止水壁２を造成する。
【００３９】
【発明の効果】
本願発明は以上説明した通りであり、特にトンネルの覆工材と凍土からなる土留め止水壁との当接部に横ずれに対する抵抗部材としてせん断力伝達部材が突設されてなるので、当接部の凍着（せん断）力と凍着剥離抵抗力を高めることにより土留め止水壁の崩壊とトンネル覆工材の変形や変位を未然に防止して拡幅部の施工をきわめて安全に行うことができる等の効果がある。
【００４０】
また、ジベルやせん断キーは、トンネルを掘進した後、トンネルの内側からきわめて安全にかつ確実に施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】土留め止水構造の一例を示し、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）における当接部イの拡大断面図である。
【図２】土留め止水構造の他の例を示し、図１（ａ）における当接部イの拡大断面図である。
【図３】地下構造物の一例を示す縦断面図である。
【図４】地下構造物の他の例を示す縦断面図である。
【図５】従来の土留め止水構造の一例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１ シールド孔（トンネル）
２ 土留め止水壁
３ 鋼殻セグメント
３ａ スキンプレート
４ ジベル（せん断力伝達部材）
５ 拡幅部
５ａ 頂版
５ｂ 床版
５ｃ 中壁
６ 凍結管
７ せん断キー（せん断力伝達部材）
７ａ 袋
７ｂ モルタルまたはコンクリート（充填材）

Claims (4)

1. トンネルを並行に掘進し、その対向する側を掘削して拡幅する際に、前記トンネル間に施工される土留め止水壁の構造であって、前記トンネル間に土を所定の厚さに凍結させることによりアーチ状に連続して形成され、両端が前記トンネルの覆工材に当接された土留め止水壁と、前記覆工材の前記土留め止水壁との当接部に突設されたせん断力伝達部材とから構成され、前記せん断力伝達部材は鋼棒、プレート、形鋼または鋼管を前記覆工材の内側から前記土留め止水壁の端部に圧入することにより形成されてなることを特徴とする土留め止水壁の構造。
2. トンネルを並行に掘進し、その対向する側を掘削して拡幅する際に、前記トンネル間に施工される土留め止水壁の構造であって、前記トンネル間に土を所定の厚さに凍結させることによりアーチ状に連続して形成され、両端が前記トンネルの覆工材に当接された土留め止水壁と、前記覆工材の前記土留め止水壁の端部との当接部に突設されたせん断力伝達部材とから構成され、前記せん断力伝達部材は袋を袋内に充填材を充填することによりブロック状に膨張させて形成されてなることを特徴とする土留め止水壁の構造。
3. トンネルを並行に掘進し、その対向する側を掘削して拡幅する際に、前記トンネル間に施工する土留め止水壁の施工方法であって、前記トンネル間に土を所定の厚さに凍結させることにより土留め止水壁をアーチ状に連続して形成し、その両端を前記トンネルの覆工材に当接させる工程と、前記覆工材の前記土留め止水壁の端部との当接部にせん断力伝達部材を突設する工程とからなり、前記せん断力伝達部材は鋼棒、プレート、形鋼または鋼管を前記覆工材の内側から前記土留め止水壁の端部に圧入して突設することを特徴とする土留め止水壁の施工方法。
4. トンネルを並行に掘進し、その対向する側を掘削して拡幅する際に、前記トンネル間に施工する土留め止水壁の施工方法であって、前記トンネル間に土を所定の厚さに凍結させることにより土留め止水壁をアーチ状に連続して形成し、その両端を前記トンネルの覆工材に当接させる工程と、前記覆工材の前記土留め止水壁との当接部にせん断力伝達部材を突設する工程とからなり、前記せん断力伝達部材は前記覆工材の地山側に取り付けた袋を当該袋内に前記覆工材の内側から充填材を充填することによりブロック状に膨張させて形成することを特徴とする土留め止水壁の施工方法。

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