JP4534069B2 - 並設トンネルの接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、メイントンネルとこれに並設されたサブトンネルとを接合する方法に関する。

近年、図８に示すように、道路トンネル等において、本線となるメイントンネルＭの側部に分岐線となるサブトンネルＳを並設し、これらトンネルＭ、Ｓ同士を連通させてランプ合流部を構築する需要が生じ、本発明者等は以下の工法を創案した。

（１）メイントンネルＭとサブトンネルＳとの接合部近傍の地山を地盤改良し、接合部のセグメントＭＳ、ＳＳをボルトナットＢで締結し、締結部分をコンクリート打設により固め、双方のトンネルＭ、Ｓの外殻を瓢箪型に繋げた後、不要部分のセグメントＳＸ、ＭＸを除去する。

（２）上記地盤改良の後に、接合部のセグメントＳＳ、ＭＳを溶接部材Ｗを介して溶接することで固定し、双方のトンネルＭ、Ｓの外殻を瓢箪型に繋げた後、不要部分のセグメントＳＸ、ＭＸを除去する。

上記（１）、（２）いずれの工法においても、双方のトンネルＭ、Ｓの外殻を繋げて瓢箪型のトンネルとした後に不要部分のセグメントＭＸ、ＳＸを除去するのであるが、不要部分のセグメントＭＸ、ＳＸを除去したとき、瓢箪型トンネルの括れ部Ｎが土圧に対して荷重的に苦しくなる。

このため、（１）では、括れ部Ｎに加わる土圧に対抗するべく、双方のトンネルＭ、ＳのセグメントＭＳ、ＳＳの締結強度を高める必要があり、ボルトＢの本数を多くする必要があるが、ボルトＢの本数が多くなると、各ボルトＢの芯合わせのための施工精度及び作業性等の問題が生じる。

（２）の場合、括れ部Ｎにて十分な接合強度を得るべく、溶接部材Ｗの数を多くする必要があり、ボルトＢの場合と同様に溶接部材Ｗの設置に関する施工精度及び作業性等の問題が生じる他、各溶接部材ＷをセグメントＭＳ、ＳＳに溶接するときの溶接量の多さも問題となる。

このような問題は、メイントンネルＭに対するサブトンネルＳの出っ張り量を大きくした場合、特に顕著となる。

ところで、特許文献１には、メイントンネルＭとサブトンネルＳとの対向部のセグメントＭＸ、ＳＸを貫通するようにしてトンネルＭ、Ｓ内に水平に補強桁を配置し、この補強桁の一端をメイントンネルＭの内周面に当接させると共に他端をサブトンネルＳの内周面に当接させ、括れ部Ｎに加わる土圧に対抗し得るようにした構造が開示されており、かかる構造によればメイントンネルＭに対するサブトンネルＳの出っ張り量を大きくできると考えられる。

特開平４−１６９６９８号公報

しかし、上記文献１には、メイントンネルＭの内径よりも長い上記補強桁をどのようにしてトンネルＭ、Ｓ内で組み立ててセグメントＭＸ、ＳＸを貫通させて水平に配置するかは記載されていない。上記補強桁をセグメントＭＸ、ＳＸを貫通させ、不要部分のセグメントＭＸ、ＳＸを除去して最終的にトンネルＭ、Ｓ同士を接合する作業に関しては、かかる作業中に土圧に対する十分な強度を確保できるようになっている必要がある。

そこで、本発明の目的は、サブトンネルのメイントンネルに対する出っ張り量を大きくしても、接合作業中に土圧に対する十分な強度を確保できると共に、施工が容易な並設トンネルの接合方法を提供することにある。

上記目的を解決するために本発明は、メイントンネルとこれに並設されたサブトンネルとを接合する方法であって、上記メイントンネルの内部に、一端が該メイントンネルの内面に固定され他端が上記サブトンネル側に指向された分割桁を、トラス構造を介して支持し、上記サブトンネルの内部から上記他端に向けて及び／又は上記メイントンネルの内部から上記他端の指向方向に向けて双方のトンネルの対向部を貫通する穴を形成し、上記サブトンネルの内部及び／又は上記メイントンネルの内部から別の分割桁を上記穴に挿通させて上記他端に接続することで上側の補強桁及び下側の補強桁を構築し、該補強桁の一端を上記サブトンネルの内面に固定した後、上記対向部を除去してメイントンネルとサブトンネルとを接合する際に、サブトンネル側の対向部の一部を残して上側の補強桁の撓みを支持した状態でメイントンネル側の対向部及びサブトンネル側の上側補強桁よりも上方の部分及び下側補強桁よりも下方の部分を除去し、上記補強桁の上記対向部の近傍の部分と上記メイントンネルの内面とを斜材で連結し、その後上記サブトンネル側の対向部の一部を除去するようにしたことを特徴とする。

上記メイントンネルが周方向の一部に凹部を有し、該凹部に嵌るように上記サブトンネルを並設してもよい。

上記穴を形成するに先立って、少なくとも一方のトンネルの内部から、地盤改良を行ってもよい。

本発明に係る並設トンネルの接合方法によれば、サブトンネルのメイントンネルに対する出っ張り量を大きくしても、接合作業中に土圧に対する十分な強度を確保できると共に、施工が容易となる。

本発明の好適実施形態を添付図面を用いて説明する。

図１〜図４は、本実施形態に係る並設トンネルの接合方法の各工程を示す説明図である。本実施形態によれば、図面裏表方向に形成されたメイントンネル１とこれに並設されたサブトンネル２とを接合するに際して、サブトンネル２のメイントンネル１に対する出っ張り量を図８のタイプよりも大きくしても、以下に説明するように、接合作業中に土圧に対して十分な強度を確保でき、しかも容易に施工できる。

先ず、図１に示すように、メイントンネル１を図面裏表方向に形成すると共に、これに並設させてサブトンネル２を形成する。メイントンネル１は、周方向の一部（左側部）に凹部３を有し、この凹部３に嵌り込むようにサブトンネル２が並設されている。これらメイントンネル１とサブトンネル２とを長手方向に接合するのであるが、最初、メイントンネル１の内部に、一端（右端４ａｒ）がメイントンネル１の内面に固定され他端（左端４ａｌ）がサブトンネル２側に指向された分割桁４ａを、トラス構造５を介してメイントンネル１の内面に支持させる。

詳しくは、メイントンネル１の天井面１ａに、リブ６を有する曲面状のベースプレート７を周方向に間隔を隔てて固定し、リブ６にトラス構造５の束材５ａを鉛直に取り付け、束材５ａの下端に分割桁４ａを水平に取り付け、分割桁４ａの右端４ａｒをベースプレート７を介してメイントンネル１の内面に固定（溶接・ボルト等）すると共にリブ６に固定し、天井面１ａのリブ６と分割桁４ａのリブ８との間にトラス構造５の斜材５ｂを介設する。

同様に、メイントンネル１の底面１ｂに、リブ６を有する曲面状のベースプレート７を周方向に間隔を隔てて固定し、リブ６にトラス構造５の束材５ａを鉛直に取り付け、束材５ａの上端に分割桁４ａを水平に取り付け、分割桁４ａの右端４ａｒをベースプレート７を介してメイントンネル１の内面に固定すると共に柱９に固定し、底面１ｂのリブ６と分割桁４ａのリブ８との間にトラス構造５の斜材５ｂを介設する。

上下の分割桁４ａ、４ａ及びトラス構造５、５は、メイントンネル１の軸方向に所定間隔を隔てて複数設けられる。上側及び下側の分割桁４ａの組み付け順は、どちらが先であってもよく、同時でも構わない。なお、各束材５ａ及び斜材５ｂには、圧縮・引っ張りのみが作用し、曲げが加わらないと考える（トラス構造５）。このため、各束材５ａ及び斜材５ｂは、各リブ６、８において、束材５ａの中心線と斜材５ｂの中心線とが一点で交わるように配置されることが好ましい。

メイントンネル１及びサブトンネル２の少なくとも一方の内部から接合部近傍の地山に向けて止水剤（薬剤、モルタル等）を注入し、地盤改良１０を行う。これにより、双方のトンネル１、２のセグメントの対向部１ｘ、２ｘに後述する穴１１（図２）を開けたときの止水性を確保している。なお、この地盤改良１０と上述した分割桁４ａ及びトラス構造５の組み付けとは、どちらが先であってもよく、同時でも構わない。

次に、図２に示すように、サブトンネル２の内部から上記分割桁４ａの左端４ａｌへ向けて上記対向部１ｘ、２ｘを貫通する穴１１を形成し、この穴１１にサブトンネル２の内部から別の分割桁４ｂを挿通させ、この分割桁４ｂの右端４ｂｒを分割桁４ａの左端４ａｌに、溶接やボルトナット等によりメイントンネル１内で接合する。なお、上記穴１１を、メイントンネル１の内部から、上記分割桁４ａの左端４ａｌの指向方向に向けて形成してもよく、上記別の分割桁４ｂを、メイントンネル１の内部から上記穴１１に挿通してもよい。この場合、上記分割桁４ａを短めに形成し、その左端４ａｌと対向部１ｘとの間に、作業スペースを確保することが好ましい。

次に、別の分割桁４ｂの左端４ｂｌに、更に別の分割桁４ｃの右端４ｃｒを突き合わせてサブトンネル２内にて同様にして接合し、この分割桁４ｃの左端４ｃｌをサブトンネル２の内面に固定する。これにより、分割桁４ａ、４ｂ、４ｃからなり、水平方向に延出された補強桁４が構築される。補強桁４は、一端（左端４ｃｌ）がサブトンネル２の内面に固定され、他端（右端４ａｒ）がメイントンネル１の内面に固定されることになる。

かかる補強桁４の構築は、上側のものを構築後に下側のものを構築してもよいし、順序を逆にしてもよいし、上側及び下側のものを同時に構築してもよい。

なお、上記補強桁４は上述の構築方法に限られることはなく、図５に示すように、上記分割桁４ａを左側分割桁４ａｘと右側分割桁４ａｙとから構成し、対向部１ｘ、２ｘに穴１１を形成した後、図６に示すように左側分割桁４ａｘ（請求項１の分割桁に相当）をトラス構造５から取り外して穴１１に挿通させ、左側分割桁４ａｘの左端とサブトンネル２の内面に取り付けた分割桁４ｄとの間に分割桁４ｅ（請求項１の別の分割桁に相当）を挟み込ませるように接続し、左側分割桁４ａｘの右端とメイントンネル１の内部に残された分割桁片４ａｙとの間に分割桁４ｆ（請求項１の別の分割桁に相当）を挟み込ませるように接続し、以て補強桁４を構築してもよい。こうすれば、補強桁４の構築をメイントンネル１内及びサブトンネル２内の双方から行えるので、施工場所が分散され、作業効率が向上する。

また、図５の状態から、左側分割桁４ａｘを、図７に示すように穴１１を挿通させ、サブトンネル２の内面に取り付けた分割桁４ｇに接続させた後、左側分割桁４ａｘの右端とメイントンネル１の内部に残された分割桁片４ａｙとの間に分割桁４ｆ（請求項１の別の分割桁に相当）を挟み込ませるように接続し、以て補強桁４を構築してもよい。こうすれば、右側分割桁４ａｙ、左側分割桁４ａｘ及び分割桁４ｈをメイントンネル１内からのみ供給できるので、それらの供給ルートが一本となって供給システムを低コストで構成できる。

なお、図５〜図７を用いて説明した補強桁４の構築方法において、上記左側分割桁４ａｘを一旦トラス構造５に仮取付けすることなく、直接上記穴１１に挿入するようにしてもよい。

こうして補強桁４を構築したならば、図３に示すように（なお、図３は図２の続きの工程）、メイントンネル１側の対向部１ｘのセグメントを溶断やボルトナットを緩めることで取り外し、サブトンネル２側の対向部２ｘのセグメントの一部（上下の補強桁４の間の部分２ｘｃ）を残して、上側補強桁４より上方の部分２ｘｕ及び下側補強桁４より下方の部分２ｘｄを同様にして取り外す。なお、上記部分２ｘｃは、図３では空中に浮いているように見えるが、実際には図面裏表方向において隣り合う部分２ｘｃに接続されている。

上記対向部１ｘ、及び部分２ｘｕ、２ｘｄを取り外すと、各トンネル１、２が開放断面となるため、土圧に対する各トンネル１、２の剛性（トンネルの外殻自体に因る剛性）が著しく低下するが、本実施形態では開放に先立ってメイントンネル１及びサブトンネル２内に補強桁４をトンネル幅方向に架け渡しているため、トラス構造５による荷重分散効果とも相俟って、各トンネル１、２が開放断面となっても土圧に対して十分な剛性を確保できる。

ここで、上下の補強桁４には、その左端部４ｃｌに作用する土圧によって、トラス構造５の左端に位置する束材５ａの接続部Ｚを基点とした曲げモーメントが生じ、接続部Ｚと左端部４ｃｌとの間の部分においてトンネル内方側への撓みが発生するところ、撓もうとする部分（分割桁４ｂ）が上記一部２ｘｃに形成された穴１１の内周壁に押し付けられ、上記撓みが抑えられる。よって、トンネル１、２の変形を防止できる。

なお、トラス構造５は、土圧が所定値以下の場合等には省略することもできる。この場合、補強桁４は、その両端が双方のトンネル１、２の内面に夫々固定された両端固定梁となるので、土圧による圧縮荷重を受けてその中央部（分割桁４ｂの部分）がトンネル内方側に撓もうとするが、この場合も分割桁４ｂが同様に穴１１の内周壁に押し付けられ、上記撓みが抑えられる。

こうして、補強桁４、トラス構造５及び穴１１の内周壁によってトンネル１、２が受ける土圧を支持した状態で、双方のトンネル１、２のセグメント１Ｓ、２Ｓの間に接続セグメント１２Ｓを溶接やボルト等によって介設し、トンネル１、２の外殻を瓢箪型に繋げる。

最後に、図４に示すように、別の分割片４ｂとメインセグメント１の内面との間に別の部材である斜材１３を追加して設けることで、補強桁４を内方に撓ませる力の一部を支持させ、その後、上記部分２ｘｃを溶断やボルトナットを緩めることで取り外し、双方のトンネル１、２を繋げる。

この工法によれば、図３に示すように、補強桁４及びトラス構造５によって土圧に対するトンネルの剛性を高め、上記部分２ｘｃによって補強桁４の撓みを支持した状態で対向部１ｘ及び上記部分２ｘｕ、２ｘｄを除去し、図４に示すように、斜材１３によって補強桁４の撓みを押さえるようにした後に上記部分２ｘｃを除去し、補強桁４の撓みを抑えるための負担を上記部分２ｘｃから斜材１３に移し替えるようにしているので、接合作業の全工程に亘って土圧に対する十分な強度を確保できる。よって、サブトンネル２のメイントンネル１に対する出っ張り量を図５よりも大きくでき、自動車用トンネルの合流・分岐部に用いるのに好適となる。

また、メイントンネル１とこれより小径のサブトンネル２とが水平方向に繋がった瓢箪型トンネルが得られ、その内部に水平方向に広い有効断面を得られる。かかる瓢箪型トンネルは、下部の補強桁４の上に床板を配置することで、自動車用トンネルの本線と分岐線との合流・分岐部とすることができる。

また、上記工法は、サブトンネル２のメイントンネル１に対する出っ張り量やサブトンネル２の直径を図１〜図４のものよりも大きくしても成立し、サブトンネル２をメイントンネル１と同径にしても成立する。これらの場合、補強桁４のサブトンネル２内の部分を別のトラス構造を介してサブトンネル２の内面に支持させることが好ましい。

また、作業性・施工性に関しては、「背景技術」の欄で説明した工法（１）、（２）では、図５に示すメイントンネルＭのセグメントＭＳとサブトンネルＳのセグメントＳＳとをボルトナットＢや溶接部材Ｗの溶接等によって接続固定することで双方のトンネルＭ、Ｓの接合強度を得ているので、接合後の瓢箪型トンネルの剛性を土圧に対抗できるように高めるためにはボルトナットＢや溶接部材Ｗの数を増やす必要があり、これらボルトナットＢや溶接部材Ｗの設置に関する施工精度及び作業性の負担が高まってしまうことが避けられない。

これに対し、本実施形態では、補強桁４、トラス構造５及び斜材１３によって接続後の瓢箪型トンネルの土圧に対する剛性を得ているので、各トンネル１、２のセグメント１Ｓ、２Ｓに対する接続セグメント１２Ｓの固定箇所（ボルト止め箇所等）を、前段落で述べたボルトナットＢや溶接部材Ｗの数よりも大幅に減らすことができ、作業性、施工性が向上する。

また、予めメイントンネル１内に分割桁４ａをトラス構造５を介して取り付けておき、これにサブトンネル２内から穴１１を通じて分割桁４ｂ、４ｃを接続するようにしているので、分割桁４ａのトラス構造５を介したメイントンネル１内への取付作業と、穴１１を通じた分割桁４ｂ、４ｃの分割桁４ａへの接続作業とを、各トンネル１、２内にてその長手方向に位相をずらして行うことができる。よって、施工場所が分散され、広い作業スペースを容易に確保できる。

また、補強桁４のメイントンネル１への取り付けはトラス構造５を介して行っているところ、トラス構造５の各束材５ａ及び斜材５ｂは、土圧によって引っ張りか圧縮が生じるのみで曲げが生じないため、断面積を小さくでき、軽量化・低コスト化を推進できる。他方、補強桁４は、各束材５ａ及び斜材５ｂを介して上下方向に多少の曲げが入力されるため、上下方向の断面寸法を左右方向のそれよりも大きくする。なお、図例では、補強桁４には、各束材５ａ及び斜材５ｂの接続位置に対応させて補強板４ｘ（図３参照）を取り付けている。

また、上記補強桁４（分割桁４ａ、４ｂ、４ｃ）、トラス構造５（束材５ａ、斜材５ｂ）は、標準鋼材（Ｈ鋼、Ｉ鋼等）を用いることができ、コストダウンに繋がる。また、トラス橋と同様の強度計算が行えるため、設計が容易であり技術的な信頼性が高い。また、応力が全体に分散するため、セグメント１Ｓ、２Ｓの薄肉化・軽量化が可能となる。また、トラス構造５の束材５ａと斜材５ｂとの間に、風管１４（ダクト）や電気ケーブル等の部材を設置するためのスペースを確保できる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、メイントンネル１の凹部３を省略し、メイントンネル１とサブトンネル２とを共に断面円形として、これらを並設してもよい。また、複数のサブトンネル２をメイントンネル１に並設し、これらを全て接合してもよく、補強桁４を二分割又は四分割以上としてもよい。

本発明の好適実施形態を示す並設トンネルの接合方法の第１工程を示す説明図（断面図）である。 続く第２工程を示す説明図である。 続く第３工程を示す説明図である。 続く第４工程を示す説明図である。 補強桁を構築する際の変形例を示す説明図である。 補強桁を構築する際の変形例を示す説明図である。 補強桁を構築する際の変形例を示す説明図である。 対比例を示す並設トンネルの接合方法の説明図である。

符号の説明

１ メイントンネル
１ｘ 対向部
２ サブトンネル
２ｘ 対向部
２ｘｃ 一部
３ 凹部
４ 補強桁
４ａ 分割桁
４ａｒ 分割桁の一端
４ａｌ 分割桁の他端
４ｂ 別の分割桁（補強桁４の対向部の近傍の部分）
４ｃ 更に別の分割桁
４ｃｌ 補強桁の一端
５ トラス構造
５ａ 束材
５ｂ 斜材
１０ 地盤改良
１１ 穴
１３ 別の部材としての斜材

Claims (3)

1. メイントンネルとこれに並設されたサブトンネルとを接合する方法であって、
   上記メイントンネルの内部に、一端が該メイントンネルの内面に固定され他端が上記サブトンネル側に指向された分割桁を、トラス構造を介して支持し、
   上記サブトンネルの内部から上記他端に向けて及び／又は上記メイントンネルの内部から上記他端の指向方向に向けて双方のトンネルの対向部を貫通する穴を形成し、
   上記サブトンネルの内部及び／又は上記メイントンネルの内部から別の分割桁を上記穴に挿通させて上記他端に接続することで上側の補強桁及び下側の補強桁を構築し、
   該補強桁の一端を上記サブトンネルの内面に固定した後、
   上記対向部を除去してメイントンネルとサブトンネルとを接合する際に、サブトンネル側の対向部の一部を残して上側の補強桁の撓みを支持した状態でメイントンネル側の対向部及びサブトンネル側の上側補強桁よりも上方の部分及び下側補強桁よりも下方の部分を除去し、
   上記補強桁の上記対向部の近傍の部分と上記メイントンネルの内面とを斜材で連結し、その後上記サブトンネル側の対向部の一部を除去するようにしたことを特徴とする並設トンネルの接合方法。
2. 上記メイントンネルが周方向の一部に凹部を有し、該凹部に嵌るように上記サブトンネルを並設した請求項１記載の並設トンネルの接合方法。
3. 上記穴を形成するに先立って、少なくとも一方のトンネルの内部から、地盤改良を行う請求項１又は２記載の並設トンネルの接合方法。

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