JP4183470B2

JP4183470B2 - 地下構造物およびその構築工法

Info

Publication number: JP4183470B2
Application number: JP2002289610A
Authority: JP
Inventors: 正吉川; 幸信佐々木; 重孝土井; 邦彦滝本; 義郎盛岡; 澄夫宮嶋; 剛史安部
Original assignee: Kajima Corp; Komatsu Ltd
Current assignee: Kajima Corp; Komatsu Ltd
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2008-11-19
Anticipated expiration: 2022-10-02
Also published as: JP2004124489A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願発明は地下構造物およびその構築工法に関し、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ができる工法として開発されたものである。
【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、これまでシールド掘削機を地中に押し進めて円形または矩形断面のトンネルを掘進するシールド工法と、吹付けコンクリートとロックボルトを主たる支保工材とし、地山のアーチ作用またはリング作用を利用して馬蹄形または楕円形断面のトンネルを掘進するＮＡＴＭ工法などが一般に知られている。
【０００３】
また、上記した工法によってトンネルを並行に掘進し、その間に鋼管などからなるパイプルーフを設置したり、あるいは半円形の凍土を造成して土留め止水した後、その内側を掘削して拡幅する、いわゆるルーフ工法も知られている（例えば特許文献１，２，３参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公平６−１０２９５５号公報
【特許文献２】
特公平７−７６５０７号公報
【特許文献３】
特開平７−８１４８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シールド工法では、任意断面トンネルの構築が非常に困難なため、特に駅舎部分などの拡幅部の構築に対応しにくいという欠点があった。一方、ＮＡＴＭ工法では、地下水対策が不可欠なために大掛りな地下水対策を必要とし、地下水対策として凍結工法を用いる場合、任意断面トンネルを構築するための土留め止水壁を凍土造成により行うが、凍土を相当厚くする必要があるため、施工コストの増大が免れないだけでなく、対象地盤によっては地盤の凍土沈下の影響が大きくなる等の理由により大断面トンネルの構築は非常に困難であった。
【０００６】
さらに上記したようなルーフ工法では、拡幅部の構築に際し、並行に掘進されたトンネル間に土留め・止水材としてルーフ材が設置されるが、ルーフ材には周囲からの土圧により曲げモーメントと軸力が作用し、しかも主に曲げモーメントが作用するため、これに備えてルーフ材の部材断面を相当厚くし、かつルーフ材を支持する両側のトンネルの覆工材を支保工材で相当強固に補強する必要があるため、施工の大規模化、施工コストの増大が免れないという課題があった。
【０００７】
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、施工コストの削減、施工の省力化および工期の短縮化などを可能にした地下構造物およびその構築工法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の地下構造物は、併設されたトンネルとその対向する側に配置された拡幅部とからなる地下構造物において、前記トンネル間の拡幅部の上側と下側に推進管がアーチ状に配置され、前記トンネル内に補鋼材が円弧状または多角形状に配置され、前記推進管と補鋼材はほぼ楕円形状に閉合するように配置され、かつ前記補鋼材は鋼管またはＨ形鋼から形成されてなることを特徴とするものである。
請求項２記載の地下構造物は、請求項１記載の地下構造物において、補鋼材の外側に複数の水平補鋼材が配置されてなることを特徴とするものである。
【０００９】
本願発明はトンネルの覆工材（セグメント）とトンネル間の推進管をほぼ楕円形状に閉合するように設置して、可能な限りラグビーボールの形状に近い構造系とすることにより、周囲の土圧や水圧等の外力により覆工材および推進管に作用する応力のうち、曲げモーメントを可能な限り小さくし、外力に対して軸力主体で抵抗する構造系とすることにより、覆工材および推進管の部材断面を可能な限り小さくすることが可能になり、かつトンネル覆工材の補強を軽減することが可能になり、これにより施工の省力化、工期の短縮化、さらには施工コストの大幅な削減等を図ることができるものである。
【００１０】
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き、またトンネルの覆工材には鋼殻セグメント、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、鋼殻セグメントが最も望ましい。
また、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るが、角形鋼管の方が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、鋼管相互間の土留め止水用の止水プレートの取り付けも簡単にでき、しかも製作も円形鋼管より容易で、同一断面であれば曲げ剛性が大きい分、鋼材量を低減できるため、コスト面でも有利である。
【００１１】
また、この場合の鋼管はトンネルの軸方向に互いに密着させて設置されていてもよく、また所定間隔おきに離して設置されていてもよい。また、両側のトンネル内に補鋼材が推進管と断面ほぼ楕円形状に閉合するようにそれぞれ設置されていることで、推進管に作用する外力による軸力を補鋼材に負担させることにより、トンネル覆工材への負担をなくせるか極力小さくすることができるため、トンネル覆工材の補強がほとんど不要になるだけでなく、トンネル覆工材と推進管との接合も簡素化できる。なお、この場合の補鋼材には、推進管と同じ角形鋼管などの鋼管、さらにはＨ形鋼などの鉄骨材を用いることができる。
【００１２】
また、推進管は特に大断面の円弧状に連続する鋼管から形成することができ、推進管として角形鋼管や円形鋼管、あるいは楕円形鋼管や多角形鋼管などの鋼管を用いることができ、特に角形鋼管の方が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、鋼管相互間の土留め止水用の止水プレートの取り付けも簡単にでき、しかも製作も円形鋼管より容易で、同一断面であれ曲げ剛性が大きい分、鋼材量を低減できるためコスト面でも有利である。さらに、推進管を大断面（大口径）の円弧状とすることで坑内で作業員が作業することができるので、凍結管の設置、坑内からの薬液注入などによる地盤改良が可能になる。
【００１３】
請求項３記載の地下構造物の構築工法は、トンネルを並行に掘進する第一工程と、前記トンネル間の拡幅部の上側と下側に推進管をアーチ状に配置する第二工程と、前記トンネル内に補鋼材を円弧状または多角形状に配置する第三工程と、前記推進管と補鋼材を断面ほぼ楕円形状に閉合するように配置する第四工程と、前記トンネルの対向する側を掘削して拡幅部を構築する第五工程とからなることを特徴とするものである。
請求項４記載の地下構造物の構築工法は、請求項３記載の地下構造物の構築工法において、推進管は一方のトンネル側から他方のトンネル側に掘削機を押し進め、複数の鋼管を継ぎ足しながらアーチ状に連続するように配置することを特徴とするものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本願発明に係る地下構造物の一例を示し、図において、シールド孔１，１が並行に構築され、その対向する側に拡幅部２，２が各シールド孔１，１と連続して構築されている。
【００２４】
また、シールド孔１，１間の拡幅部２，２の上側と下側に推進管３と４がそれぞれアーチ状に構築されている。各シールド孔１の内周は鋼殻セグメント１ａ内にコンクリートを打設した鋼殻コンクリートによって覆工されている。
【００２５】
拡幅部２，２の天井と床はそれぞれＲＣまたはＳＲＣ構造の頂版５と床版６によって覆工され、拡幅部２，２間にはＲＣまたはＳＲＣ構造の中壁７が構築されている。
【００２６】
推進管３と４は、シールド孔１，１間にそれぞれ複数の角形鋼管３ａと４ａをシールド孔１，１の軸方向に所定間隔おきに架け渡すことにより構築されている。この場合、推進管３と４は鋼殻セグメント１ａと相まって可能なかぎりラグビーボールに近い楕円形状に閉合するように架け渡され、その両端はシールド孔１，１の鋼殻セグメント１ａに溶接または接合ボルトによってピン接合または剛接合状態に接合されている。
【００２７】
図１（ｂ），（ｃ）は特に、シールド孔１，１内に円弧形状または多角形状の補鋼材８，８が推進管３，４と相まって楕円形状に閉合するように設置されている。また、必要に応じて補鋼材８と鋼殻セグメント１ａとの間に複数の水平補鋼材８ａが複数段に設置されている。
【００２８】
なお、頂版５と床版６は、ＲＣ構造の場合にあってはコンクリート内に配筋された鉄筋を、ＳＲＣ構造の場合にあっては鉄骨材をそれぞれ、シールド孔１，１の覆工材として設置された鋼殻コンクリート内に定着することによりシールド孔１，１の覆工材と一体化されている。
【００２９】
このような構成において、推進管３，３とこれを支える両側のシールド孔１，１の鋼殻セグメント１ａ，１ａはほぼ楕円形状に閉合し、可能な限りラグビーボールの形状に近い構造系となるように設置されているため、周囲の土圧によって推進管３と鋼殻セグメント１ａに作用する応力は、周囲の土圧に対して軸力が曲げモーメントに卓越し、軸力主体で抵抗するため、鋼殻セグメント１ａおよび推進管３の部材断面を極力小さくすることができるだけでなく、鋼殻セグメント１ａの補強も軽減できるため、施工の省力化、施工コスト削減などを図ることができる。
【００３０】
このような構成において、次に本願発明に係る地下構造物の構築工法を図２と図３に基いて説明する。
▲１▼ 最初に、シールド孔１，１を並行に掘進する。各シールド孔１，１の内周は鋼殻セグメント１ａによってそれぞれ覆工する。また、シールド孔１，１内に仮設床９をそれぞれ設置する（図２（ａ）参照）。
【００３１】
▲２▼ 次に、シールド孔１，１間の上側と下側にそれぞれ推進管３と４を構築する（図２（ｂ）参照）。この場合、一方のシールド孔１側から他方のシールド孔１側に掘削機を押し進め、そのテール部において角形鋼管を順に継ぎ足しながら設置して複数の角形鋼管３ａ，４ａをそれぞれ円弧状に設置する。また、各角形鋼管３ａ，４ａの両端は鋼殻セグメント１ａに剛接合またはピン接合状態に接合する。
【００３２】
▲３▼ 次に、各シールド孔１と各角形鋼管３ａ，４ａとの接合部ａ、各角形鋼管３ａ，３ａ間および４ａ，４ａ間に凍結工１０を施して止水処理を行う（図３（ｄ）参照）。その際、凍結に伴う過大な土圧により鋼殻セグメント１ａが変形したり変位したりしないにように各シールド孔１，１内に垂直支保工１１を設置して補強する。
【００３３】
▲４▼ 次に、推進管３の下側の地盤を頂版５の位置まで掘削する（図２（ｃ），（ｄ）参照）。この場合、シールド孔１の覆工材として設置された一部鋼殻セグメント１ａのスキンプレートを撤去して作業口１２とし、ここから掘削を開始する（図２（ｃ）参照）。また、掘削と並行して各角形鋼管３ａ，３ａ間にその下側から止水プレート１３として鋼板を溶接などにより張り付ける（図３（ｄ）参照）。
【００３４】
▲５▼ 次に、推進管３の下側を所定の位置まで掘削したら、シールド孔１，１間に頂版５をＲＣまたはＳＲＣ構造によって構築する（図２（ｅ）参照）。
【００３５】
▲６▼ 次に、頂版５の下側を掘削する（図３（ａ）参照）。そして、床版６と中壁７をそれぞれＲＣまたはＳＲＣ構造によって構築する（図３（ｂ），（ｃ）参照）。
なお、床版６と中壁７の施工に際し、最初に頂版５の下側を床版６の位置まで掘削し、その後床版６と中壁７を床版６から順に施工してもよく（順巻き）、あるいは頂版５の下側を掘削しながら中壁７と床版６を上から順に施工してもよい（逆巻き）。
【００３６】
▲７▼ 次に、各シールド孔１，１の覆工材として設置された鋼殻セグメントのうち、対向する側の鋼殻セグメント１ｂ，１ｂ（詳しくは鋼殻セグメント１ｂの主桁、縦リブ、継手板およびスキンプレート）を撤去して各シールド孔１と拡幅部２とを一つの空間に連続させる（図３（ｃ）参照）。また、他の鋼殻セグメント内にコンクリートを打設する。
【００３７】
▲８▼ そして、最後に仮設床９と垂直支保工１１を撤去して工事を完了する。なお、推進管３と頂版５間の空間は原則として埋め戻すが、埋め戻さないで共同溝などとして利用してもよい。推進管４と床版６間についても、掘削して共同溝などとして利用してもよい。
【００３８】
また、コンクリート等の強度のある材料を埋め戻すことで、上部に基礎などを構築する場合、躯体を通して荷重を下方で伝達できるので、覆工材（セグメント等）に影響を及ぼす心配がない。
【００３９】
なお、本工法の他の適用例として、例えば小径の立坑を構築した後、その周囲に推進管を鉛直に施工し、かつその間を凍結することにより、球状またはラグビーボール状の推進管（鋼管と凍土）で土圧と水圧に抵抗させ、推進管の内側を掘削して大きな地下空間または地下構造物を構築することができる。この場合、推進管を大口径の円弧状とすることで、これらの作業も坑内から非開削工法によって安全に行うことができる。
【００４０】
また、その他の適用例としては、上記の立坑を横に施工した、すなわちシールド孔内部から同様の施工をすることによって、非開削工で中間分岐室などの地下構造物を構築することも可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本願発明は以上説明したとおりであり、特に併設されたトンネルの地山に覆工材を、前記トンネル間の上側と下側に推進管を、前記覆工材および推進管に作用する外力に対し軸力主体で抵抗するように断面ほぼ楕円形状に閉合するようにそれぞれ設置してなるので、周囲の土圧により覆工材および推進管に作用する応力のうち、曲げモーメントを可能な限り小さくし、外力に対して軸力主体で抵抗する構造系とすることにより、推進管の部材断面を可能な限り小さくし、かつトンネル覆工材の補強を軽減することが可能になり、これにより施工の省力化、工期の短縮化、さらには施工コストの大幅な削減等を図ることができる。
【００４２】
また、両側のトンネル内に補鋼材が推進管と断面ほぼ楕円形状に閉合するようにそれぞれ設置されていることで、推進管に作用する外力による軸力を補鋼材に負担させることにより、トンネル覆工材への負担をなくせるか極力小さくすることができるため、トンネル覆工材の補強がほとんど不要になるだけでなく、トンネル覆工材と推進管との接合も簡素化できる。
【００４３】
また、推進管として角形鋼管が用いられているので、同じ径の円形鋼管より剛性が高く、内空も利用することができる。また、鋼管相互の土留め止水用の止水プレートの取り付けも簡単にできる。さらに、製作も容易でコスト面でも有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の地下構造物の一例を示し、（ａ），（ｂ）はその縦断面図、（ｃ）はその一部縦断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、本願発明の地下構造物の構築工法の工程を示す縦断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本願発明の地下構造物の構築工法の工程を示す縦断面図、（ｄ）は推進管の断面図である。
【符号の説明】
１シールド孔
１ａ鋼殻セグメント
２拡幅部
３推進管
４推進管
５頂版
６床版
７中壁
８補鋼材
９仮設床
１０凍結工
１１垂直支保工
１２作業口
１３止水プレート

Claims

併設されたトンネルとその対向する側に配置された拡幅部とからなる地下構造物において、前記トンネル間の拡幅部の上側と下側に推進管がアーチ状に配置され、前記トンネル内に補鋼材が円弧状または多角形状に配置され、前記推進管と補鋼材はほぼ楕円形状に閉合するように配置され、かつ前記補鋼材は鋼管またはＨ形鋼から形成されてなることを特徴とする地下構造物。
補鋼材の外側に複数の水平補鋼材が設置されてなることを特徴とする請求項１記載の地下構造物。
トンネルを並行に掘進する第一工程と、前記トンネル間の拡幅部の上側と下側に推進管をアーチ状に配置する第二工程と、前記トンネル内に補鋼材を円弧状または多角形状に配置する第三工程と、前記推進管と補鋼材を断面ほぼ楕円形状に閉合するように配置する第四工程と、前記トンネルの対向する側を掘削して拡幅部を構築する第五工程とからなることを特徴とする地下構築物の構築工法。
推進管は一方のトンネル側から他方のトンネル側に掘削機を押し進め、複数の鋼管を継ぎ足しながらアーチ状に連続するように配置することを特徴とする請求項３記載の地下構築物の構築工法。