JP4237043B2 - トンネル上半支保工及びトンネル上半支保構造並びに支保工設置方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削工事において掘削されたトンネルの内周壁を支持するために用いられるトンネル支保工の技術分野に属するものである。

一般に、トンネル内周壁を支持するアーチ型の支保工は、その下端部が掘削底面で支持される。したがって、地山の耐力が小さいときは支保工に掛かる荷重で支保工自体が沈下する。そのため、支保主材の下端外方に突出するウイングリブ部材を設けて支持面積を大きくすることが行われている。すなわち、トンネル内周壁を支持する支保主材の両側にそれぞれ突出したウイングリブ部材を設けた支保工を用いるものである。

一方、鉄道や道路などの比較的大きな山岳トンネルは上部半断面先進工法で施工することが多いが、この場合、上半掘削時に支保工に大きな上載荷重が作用するため、通常の支保工では足元が大きくのめり込み、トンネル全体が沈下することが多い。これを防止するため、上半の支保工に前記の如きウイングリブ部材を設けた支保工を採用し、単位面積当たりの荷重を軽減して沈下を抑制するようにしている。また、下半掘削時にはウイングリブ部材により、上半支保工に作用している荷重の一部を地山に負担させることにより、下半支保工への荷重を減らし、下半掘削時の沈下を抑制するようにもしている。

ところが、支保主材の両側外方にウイングリブ部材を設けるだけでは、実質的な支持面積の増加が少なく、沈下を抑えることができない場合がある。そこで、支保工の支持面積を増加する目的で、ウイングリブ部材の下端にベースを設けたものや、支保工の脚部と周辺地盤との間に膨張可能な袋体を介在させるようにしたものが知られている。
特開平９−１９５６９６号公報 特許第２９１５２５７号公報

上記したウイングリブ部材付きの支保工は、支保工に作用する上載荷重が大きく、地盤の地耐力がない場合、支保工足元の面積を増やすことにより支保工が地盤にめり込んでトンネル全体が沈下するのを抑制することにある。ところが、ウイングリブ部材が支保主材の外方に突出しているため、その突出した部分を納める分だけ掘削量が増加し、その結果、覆工や地山の補強のために吹き付けるコンクリートの量が多くなる。また、上記した前者のようにウイングリブ部材の下端にベースを設けても、地耐力の小さい地山ではなお沈下が進むという問題があり、後者のように支保工の脚部と周辺地盤との間に膨張可能な袋体を介在させるものは、袋体が高価でコスト増を招くという問題もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、地山の掘削量を増やすことなく設置でき、トンネル全体の沈下を防止できるトンネル上半支保工及びトンネル上半支保構造を提供し、併せてそのトンネル上半支保工を利用した支保工設置方法を提供することにある。

請求項１に記載のトンネル上半支保工は、上部半断面先進工法で施工されるトンネル上半の支保工であって、トンネルの上半断面内周形状に形成され、その下端にトンネルの下半断面内周形状に形成された下半支保工の上端が接続されるアーチ型の支保主材と、その支保主材における両方の各端部付近にてそれぞれトンネル内側方向に向かって突出する状態で設けられ、下半支保工が支保主材へ接続されることにより撤去されるウイングリブ部材とからなることを特徴としている。

請求項２に記載のトンネル上半支保構造は、上部半断面先進工法で施工されるトンネル上半の支保構造であって、トンネルの上半断面内周形状に形成され、その下端にトンネルの下半断面内周形状に形成された下半支保工の上端が接続されるアーチ型の支保主材と、その支保主材における両方の各端部付近にてそれぞれトンネル内側方向に向かって突出する状態で設けられ、下半支保工が支保主材へ接続されることにより撤去されるウイングリブ部材とからなるトンネル上半支保工をトンネル内周面に沿って建て込むとともに、少なくともウイングリブ部材下端と掘削水平面に荷重分散部材を介在させたことを特徴としている。

請求項３に記載のトンネル上半支保構造は、上部半断面先進工法で施工されるトンネル上半の支保構造であって、トンネルの上半断面内周形状に形成され、その下端にトンネルの下半断面内周形状に形成された下半支保工の上端が接続されるアーチ型の支保主材をトンネル内周面に沿って建て込み、掘削水平面の両サイドに荷重分散部材を設置し、該荷重分散部材と支保主材下方部内側との間に、下半支保工が支保主材へ接続されることにより撤去されるウイングリブ部材を介在させたことを特徴としている。

請求項４に記載の支保工設置方法は、上部半断面先進工法で施工されるトンネルの支保工設置方法であって、
トンネル上半の掘削が所定長さ完了した後、上半掘削水平面の両サイドに荷重分散部材を形成する工程と、
トンネルの上半断面内周形状に形成されたアーチ型の支保主材と、その支保主材における両方の各端部付近にてそれぞれトンネル内側方向に向かって突出する状態で設けられたウイングリブ部材とからなるトンネル支保工を、少なくともウイングリブ部材を荷重分散部材で支持させた状態でトンネルの上半トンネル内周面に沿って建て込む工程と、
トンネル下半部の掘削が所定長さ完了した後、下半断面内周形状に形成された下半支保工の上端を前記上半のトンネル支保工における支保主材の下端に接続するとともに下端を下半掘削底面に支持させる工程と、
上半のトンネル支保工からウイングリブ部材を外して撤去する工程と、
からなることを特徴としている。

請求項５に記載の支保工設置方法は、上部半断面先進工法で施工されるトンネルの支保工設置方法であって、
トンネル上半の掘削が所定長さ完了した後、トンネルの上半断面内周形状に形成されたアーチ型の支保主材をトンネルの上半トンネル内周面に沿って建て込む工程と、
上半掘削水平面の両サイドに荷重分散部材を形成する工程と、
その荷重分散部材の上面と支保主材の下方部内側との間にウイングリブ部材を介在させて上半の支保を行う工程と、
トンネル下半部の掘削が所定長さ完了した後、下半断面内周形状に形成された下半支保工の上端を前記上半のトンネル支保工における支保主材の下端に接続するとともに下端を下半掘削底面に支持させる工程と、
上半のトンネル支保工からウイングリブ部材を外して撤去する工程と、
からなることを特徴としている。

本発明のトンネル上半支保工は、アーチ型の支保主材の内側にウイングリブ部材を取り付けた構造であるので、トンネルの掘進に際して地山の掘削量を増やさなくても設置することができ、余計な覆工や吹付けコンクリートを使用しなくても済む。

本発明のトンネル上半支保構造は、少なくともウイングリブ部材下端と掘削水平面に荷重分散部材を介在させたことにより、或いは、荷重分散部材と支保主材下方部内側との間にウイングリブ部材を介在させたことにより、支保工の支持面積を任意の大きさで確保することができ、これによって単位面積当たりの荷重が大きく軽減され、トンネルの沈下を防止することができる。

本発明の支保工設置方法によれば、ウイングリブ部材をアーチ型の支保主材の内側に設けるようにしたので、地山の掘削量を増やさなくても設置することができ、余計な覆工や吹付けコンクリートを使用しなくても済む。また、トンネル内側に荷重分散部材を設けたことにより、ウイングリブ部材の支持面積が大きくなり、これによって単位面積当たりの荷重が大きく軽減されることから、掘削時の沈下が大きい上半の沈下を防止でき、トンネル全体の沈下を防止することができる。

図１及び図２はそれぞれ本発明に係るトンネル上半支保工の一例を示す一部斜視図であり、トンネル支保工における一方の端部付近を示している。

これらのトンネル支保工は、トンネルの断面内周形状に形成されたアーチ型の支保主材１と、その支保主材１における両方の各端部付近にてそれぞれトンネル内側方向に向かって突出する状態で設けられたウイングリブ部材２とからなる。

図１のトンネル支保工は、ウイングリブ部材２が支保主材１と同様な断面のＨ型鋼により形成され、そのウイングリブ部材２は支保主材１の内側下方部から下方に向かって突出する状態で溶接されている。そして、ウイングリブ部材２の下端が支保主材１の下端と略同一面になっているとともに、下端には支保主材１の支持板１ａと同様な支持板２ａが一体的に取り付けられている。一方、図２のトンネル支保工は、ウイングリブ部材２が三角板状の鋼材により形成され、そのウイングリブ部材２は支保主材１の内側下方部に溶接により取り付けられている。なお、支保主材１とウイングリブ部材２との取付けは、溶接によることなく、ウイングリブ部材２の上端にボルト孔を穿った端板を溶接して取り付けておくと共に、この端板のボルト孔に対応して支保主材１にボルト孔を穿っておき、互いのボルト孔にボルトを挿通締結することによってボルト接合ができるようにしておいてもよい。

図３及び図４はそれぞれ図１及び図２のトンネル上半支保工を用いたトンネル上半支保構造の一例を示す一部断面図である。

図３の支保構造は、掘削水平面の両サイドにおいてトンネルの長さ方向に支保主材１とウイングリブ部材２の下端間の幅よりも広くかつ適宜深さに掘削して溝を形成して、その溝にベースコンクリート３を打設すると共にその上面にコンクリートの幅に略等しい短尺状の鋼材４をトンネルの幅方向に載置し、鋼材４の上に支保主材１の支持板１ａとウイングリブ部材２の支持板２ａが載るようにして図１のトンネル支保工Ｔａをトンネル内周面に沿って建て込んだものである。図示の例では鋼材４として補強鉄板４ａ付きのＨ型鋼が用いられており、支保主材１の支持板１ａとウイングリブ部材２の支持板２ａの間に渡って寸法の短いＨ型鋼が設置されている。

図４の支保構造は、掘削水平面の両サイドにおいてトンネルの長さ方向に支保主材１とウイングリブ部材２の下端間の幅よりも広いベースコンクリート３を打設すると共にその上面に長尺状の鋼材４をトンネルの長さ方向に載置し、鋼材４の上に三角状のウイングリブ材２が載るようにして図２のトンネル支保工Ｔｂをトンネル内周面に沿って建て込んだものである。図示の例では鋼材４としてＨ型鋼が用いられており、トンネルの長さ方向に所定長さのＨ型鋼が設置されている。この場合、図３のように、掘削水平面を掘削してからコンクリートを打設してベースコンクリートとしてもよい。

このようにトンネル支保工Ｔａ，Ｔｂを施工することにより、トンネル支保工Ｔａ，Ｔｂに作用する上載荷重が鋼材４とベースコンクリート３を介して分散され、支保工足元の面積が増えることから、トンネル支保工Ｔａ，Ｔｂが地盤にめり込んでトンネル全体が沈下するのが抑制される。しかも、ウイングリブ部材２が支保主材の内側に向いているので、外方にウイングリブ部材を設ける場合のようにトンネル壁面の掘削量が増えるということがない。

上記した図３と図４の支保構造は、何れもベースコンクリート３と鋼材４により荷重分散部材を構成しているが、地盤の状況によって荷重分散部材はベースコンクリート３だけで十分な場合もある。この場合、ベースコンクリート内に鉄筋を配しておくことが望ましい。

また、図３及び図４の支保構造は、図１及び図２に示すトンネル支保工Ｔａ，Ｔｂを予め準備していなくても形成できる。すなわち、トンネルの掘削後、支保主材１のみからなる支保工を建て込んだ後、ベースコンクリート３と必要に応じて鋼材４を設置し、その後からウイングリブ部材２を取り付けて形成することもできる。

上記したような支保構造は、トンネル上半のアーチ型支保工に掛かる荷重により当該支保工の足元がめり込んでトンネルが沈下を起こすような場合に適用すれば、沈下を抑えてトンネルを施工することができる。

図５は図３の支保構造を適用した上部半断面先進工法の説明図、図６〜８はそれぞれ図５におけるＡ〜Ｃ位置での支保状態を示す説明図であり、以下にこのトンネル工法における支保工設置手順について説明する。

このトンネル工法では、上部半断面（上半）を先行掘削し、図５に示す如く所定間隔でトンネル支保工を設置する。具体的には、上半を所定長さ（支保工間隔長さ）掘削した後、掘削したトンネル内周面に上半一次吹付けコンクリートを施工するが、それと同時にこの吹付けコンクリートを用いて掘削水平面における両サイドの所定位置に掘削溝を形成してベースコンクリート３を打設し、次いで、図６に示すように、ベースコンクリート３の上に鋼材４を載置してから、図１のトンネル支保工Ｔａを建て込んで設置する。この場合、トンネル支保工Ｔａは左右対称に形成されており、組立時にトンネル頂部の接合部６でボルト等によって接合してトンネル形状に建て込む。その後、組み立てた支保工間に上半二次吹付けコンクリートを施工し、さらにロックボルトを施工する。

一方、上半の先行掘削に追っかけ状態で進行するトンネルの下部半断面（下半）の掘削現場では、次に掘削すべき位置にあるベースコンクリート３と鋼材４と共にウイングリブ部材２を撤去しながら、下半の掘削を望ましくは支保工間隔分だけ進める。そして、掘削したトンネル内周面に下半一次吹付けコンクリートを施工してから、下半断面内周形状に形成された下半支保工５をその上端を上半の支保主材１の下端に接続して設置する。その後、組み立てた下半支保工間に下半二次吹付けコンクリートを施工し、さらにロックボルトを施工する。これにより、図８に示すように、支保主材１の両端下部に下半支保工５が接続した状態の支保工により、トンネル内周面が支持された状態となる。なお、ウイングリブ部材２を撤去するのはロックボルトを施工してからでもよい。

上記で説明したトンネル工法では、図３の支保構造を適用したが、図４の支保構造を適用するようにしても、上述したのと同様の支保工設置手順によりトンネルを施工することができる。異なるのは、図４の支保構造は上半掘削長を上半支保工間隔よりも広くした場合に適している点である。すなわち、上半支保工間隔よりも長い鋼材４をトンネル長さ方向に設置することができる。また、図１及び図２に示すトンネル支保工Ｔａ，Ｔｂを予め準備していなくてもトンネルを施工することもできる。すなわち、上半の掘削後、支保主材１のみからなる支保工を建て込んだ後、ベースコンクリート３と必要に応じて鋼材４を設置し、その後からウイングリブ部材２を取り付けて上半の支保を行えばよいのである。いずれにしても、上半の掘削時において地山の掘削量がトンネル断面より多くなることはない。しかも、支保工の支持面積を任意の大きさで確保することができ、これによって単位面積当たりの荷重が大きく軽減され、トンネルの沈下を防止することができる。

本発明に係るトンネル上半支保工の一例を示す一部斜視図である。 本発明に係るトンネル上半支保工の一例を示す一部斜視図である。 図１のトンネル上半支保工を用いたトンネル上半支保構造の一例を示す一部断面図である。 図２のトンネル上半支保工を用いたトンネル上半支保構造の一例を示す一部断面図である。 図３のトンネル上半支保構造を適用した上部半断面先進工法の説明図である。 図５におけるＡ位置での支保状態を示す説明図である。 図５におけるＢ位置での支保状態を示す説明図である。 図５におけるＣ位置での支保状態を示す説明図である。

符号の説明

Ｔａ，Ｔｂ トンネル支保工
１ 支保主材
１ａ 支持板
２ ウイングリブ部材
２ａ 支持板
３ ベースコンクリート
４ 鋼材
５ 下半支保工
６ 接合部

Claims (5)

1. 上部半断面先進工法で施工されるトンネル上半の支保工であって、
   トンネルの上半断面内周形状に形成され、その下端にトンネルの下半断面内周形状に形成された下半支保工の上端が接続されるアーチ型の支保主材と、その支保主材における両方の各端部付近にてそれぞれトンネル内側方向に向かって突出する状態で設けられ、下半支保工が支保主材へ接続されることにより撤去されるウイングリブ部材とからなることを特徴とするトンネル上半支保工。
2. 上部半断面先進工法で施工されるトンネル上半の支保構造であって、
   トンネルの上半断面内周形状に形成され、その下端にトンネルの下半断面内周形状に形成された下半支保工の上端が接続されるアーチ型の支保主材と、その支保主材における両方の各端部付近にてそれぞれトンネル内側方向に向かって突出する状態で設けられ、下半支保工が支保主材へ接続されることにより撤去されるウイングリブ部材とからなるトンネル上半支保工をトンネル内周面に沿って建て込むとともに、少なくともウイングリブ部材下端と掘削水平面に荷重分散部材を介在させたことを特徴とするトンネル上半支保構造。
3. 上部半断面先進工法で施工されるトンネル上半の支保構造であって、
   トンネルの上半断面内周形状に形成され、その下端にトンネルの下半断面内周形状に形成された下半支保工の上端が接続されるアーチ型の支保主材をトンネル内周面に沿って建て込み、掘削水平面の両サイドに荷重分散部材を設置し、該荷重分散部材と支保主材下方部内側との間に、下半支保工が支保主材へ接続されることにより撤去されるウイングリブ部材を介在させたことを特徴とするトンネル上半支保構造。
4. 上部半断面先進工法で施工されるトンネルの支保工設置方法であって、
   トンネル上半の掘削が所定長さ完了した後、上半掘削水平面の両サイドに荷重分散部材を形成する工程と、
   トンネルの上半断面内周形状に形成されたアーチ型の支保主材と、その支保主材における両方の各端部付近にてそれぞれトンネル内側方向に向かって突出する状態で設けられたウイングリブ部材とからなるトンネル支保工を、少なくともウイングリブ部材を荷重分散部材で支持させた状態でトンネルの上半トンネル内周面に沿って建て込む工程と、
   トンネル下半部の掘削が所定長さ完了した後、下半断面内周形状に形成された下半支保工の上端を前記上半のトンネル支保工における支保主材の下端に接続するとともに下端を下半掘削底面に支持させる工程と、
   上半のトンネル支保工からウイングリブ部材を外して撤去する工程と、
   からなることを特徴とする支保工設置方法。
5. 上部半断面先進工法で施工されるトンネルの支保工設置方法であって、
   トンネル上半の掘削が所定長さ完了した後、トンネルの上半断面内周形状に形成されたアーチ型の支保主材をトンネルの上半トンネル内周面に沿って建て込む工程と、
   上半掘削水平面の両サイドに荷重分散部材を形成する工程と、
   その荷重分散部材の上面と支保主材の下方部内側との間にウイングリブ部材を介在させて上半の支保を行う工程と、
   トンネル下半部の掘削が所定長さ完了した後、下半断面内周形状に形成された下半支保工の上端を前記上半のトンネル支保工における支保主材の下端に接続するとともに下端を下半掘削底面に支持させる工程と、
   上半のトンネル支保工からウイングリブ部材を外して撤去する工程と、
   からなることを特徴とする支保工設置方法。
   

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