JP5007312B2 - 地中構造物および地中構造物の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中のすべり面を横断する地中構造物および地中構造物の構築方法に関する。

道路や鉄道または水路等の線状構造物は、ルート設定上、すべりの発生の可能性がある活断層帯を横断せざるを得ない場合がある。
活断層運動の活動周期は構造物の供用期間に比べてはるかに長いものの、地盤中のすべり面にずれ（変位）が生じた場合には大きな応力がこれらの構造物に作用するおそれがある。

このように構造物に対して大きな応力が作用すると、構造物に破損が生じ、供用不能となるおそれがあった。

特許文献１や特許文献２には、地盤中のすべり面を横断するトンネルについて、活断層横断箇所を二重トンネルとして、内側のトンネルと外側のトンネルとの間の空間により、すべり面の変位を受け止める構造が開示されている。

特開２００３−２３９６９１号公報 特開２００６−２３３６２６号公報

二重トンネルにおいて、内側のトンネルは、制震ダンパーによって支持されているが、制震ダンパーの支持基礎は断層帯に形成されている。そのため、すべり面において大きなずれが生じた場合には、過大な応力が内側のトンネルに作用するおそれがあった。

このような観点から、本発明は、想定されるすべり面のずれに対して構造物としての機能を損なわない地中構造物とこの地中構造物の構築方法を提案することを課題とする。

このような課題を解決する本発明の地中構造物は、地中のすべり面を横断するように形成されたトンネル本体と、前記すべり面の横断箇所を含む横断区間において、前記トンネル本体の外周囲を覆うように形成された外側トンネルと、を備える地中構造物であって、前記外側トンネル内には、液状体が貯留されており、前記トンネル本体は、前記外側トンネル内において前記液状体に浮いていることを特徴としている。

かかる地中構造物は、すべり面を横断する箇所においてトンネルを二重構造とし、外側トンネル内においてトンネル本体が液状体に浮いた状態で形成されているため、すべり面のずれによる変形が生じた場合であっても、その影響がトンネル本体に及び難くなる。
そのため、すべり面を横断するトンネル本体の設計において、経済的な設計が可能となる。

また、前記横断区間内における前記トンネル本体は、複数の覆工部材が可とう継手部材を介して連設された伸縮可とう構造であれば、伸縮可とう構造と浮力によりトンネルが滑らかに変形するため、トンネル本体に大きな応力が発生することを防止できる。そのため、変形後もすみやかに復旧することが可能である。

また、前記覆工部材には、浮体が付設されていてもよいし、バラスト錘が付設されていてもよい。これにより、トンネル本体を、所定の浮力により支持することが可能となる。

前記液状体が水であれば、特別な材料費を要することなく地中構造物を構築することができるため、経済的である。

また、外側トンネルが液状体で充填されている場合には、前記外側トンネルに連通する空気室を備えることで、ずれ発生時の衝撃圧の低減化を図ることが可能となる。

また、本発明の地中構造物の構築方法は、すべり面を横断するように外側トンネルを構築する工程と、前記外側トンネル内に複数の覆工部材を連設することにより内側トンネルを構築する工程と、前記外側トンネルと前記内側トンネルとの間の空間に液状体を注入する工程と、を備えており、液状体が充填された袋体により前記覆工部材を支持した状態で前記内側トンネル構築することを特徴としている。

かかる地中構造物の構築方法によれば、地盤変形時のトンネル支持力の不均衡を低減することを可能とした地中構造物を、簡易かつ安価に構築することができる。

本発明の地中構造物および地中構造物の構築方法によれば、地中のすべり面において変位が生じた場合であっても構造物としての機能を損なわず、引き続き使用することができる。

本発明の好適な実施の形態に係る地中構造物を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は図１の地中構造物の構築方法の各施工段階を示す縦断面図である。 図１の地中構造物について、すべり面におけるずれが生じた際の状況を示す縦断面図である。 本発明の他の好適な実施の形態に係る地中構造物を示す図であって、（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。 図４の地中構造物について、すべり面におけるずれが生じた際の状況を示す縦断面図である。

本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
第１の実施の形態では、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、地下水位ＷＬよりも深い位置において、地盤中のすべり面Ｆを横断するように構築された鉄道用のトンネル（地中構造物）１について説明する。

トンネルＴは、地中のすべり面Ｆを横断するように形成されたトンネル本体１と、すべり面Ｆの横断箇所を含む横断区間Ａにおいて、トンネル本体１の外周囲を覆うように形成された外側トンネル２とを備えている。

横断区間Ａにおけるトンネル本体１（内側トンネル１ａ）は、トンネル軸方向に連設された複数の覆工部材１０と、覆工部材１０同士の接合部に介設された可とう継手部材１１と、により構成されている。

覆工部材１０は、図１（ａ）に示すように、断面円形のコンクリート部材であって、横断区間の前後に連続する一般区間Ｂのトンネル本体１（一般部トンネル１ｂ）と同形状の内空断面を有している。覆工部材１０を構成する材料は限定されるものではなく、例えば鋼製部材等、適宜選択して採用することが可能である。

各覆工部材１０には浮体１２が設置されており、覆工部材１０は覆工部材１０自身に作用する浮力と浮体１２の浮力により外側トンネル２内に充填された水（液状体）Ｗに浮いている。本実施形態では、覆工部材１０の外周囲に均等に浮体１２を設置することで、水Ｗ中に配設された内側トンネル１ａがねじれないように構成されている。
なお、本実施形態では、覆工部材１０に浮体１２を付設するものとしたが、覆工部材１０自体に作用する浮力と覆工部材１０の重さがつりあっている場合（内空部内の部材の重さを含む覆工部材１０のみかけの比重が水の比重と同じ場合）には、浮体１２を省略してもよい。覆工部材１０のみかけの比重が水の比重よりも小さい場合等には、覆工部材１０に錘を付設したり、覆工部材１０を係留するのが望ましい。

可とう継手部材１１は、止水性を有しているとともに伸縮性と可撓性を備えた材料により構成されており、一般部トンネル１ｂと同形状の内空断面を有している。可とう継手部材１１を構成する材料は限定されるものではない。

内側トンネル１ａは、覆工部材１０と可とう継手部材１１により構成されることで伸縮可とう構造を呈している。本実施形態では、覆工部材１０と継手部材１１とを交互に配設しているが、覆工部材１０と継手部材１１の配置は限定されるものではない。

外側トンネル２は、横断区間Ａに形成されたトンネルＴの拡幅部分であって、トンネル本体１（内側トンネル１ａ）の外周囲から所定の間隔を有して形成されている。

外側トンネル２の内壁面と内側トンネル１ａの外周囲との間の隙間には水Ｗが充填されている。すなわち、外側トンネル２の天端まで水が充填されている。内側トンネル１ａは、外側トンネル２内において水中に浮いた状態で配設されている。

トンネルＴは、外側トンネル２に連通する空気室３を備えており、すべり面Ｆにおいてずれが生じた際に、外側トンネル２内に充填された水Ｗがこの空気室に流れ込むことで内側トンネル１ａに作用する衝撃圧を緩和させる。

次に、本実施形態のトンネルＴ（地中構造物）の構築方法について説明する。
トンネルＴの構築は、外側トンネル構築工程と、内側トンネル構築工程と、液状体注入工程と、を備えている。

外側トンネル構築工程は、図２（ａ）に示すように、地中のすべり面Ｆを横断するように外側トンネル２を構築する工程である。
外側トンネル２は、横断区間Ａにおいて、一般部トンネル１ｂに連続して断面を拡幅して掘削することにより形成されている。なお、外側トンネル２の構築は、一般部トンネル１ｂと同形状のトンネルを横断区間Ａに形成した後に拡幅することで形成してもよいし、はじめから一般部トンネル１ｂより大きな断面を掘削して形成してもよい。

外側トンネル２は、公知の手段により地盤Ｇを削孔し、この掘削孔の内壁面にロックボルトや吹付けコンクリート等の支保工Ｔ１を構築することにより構成されている。
また、外側トンネル２には、図示しない止水シートが周面に付設されており、内側トンネル１ａ構築時に外側トンネル２内に地下水が流入することが防止されている。なお、外側トンネル２の止水方法は限定されるものではない。

内側トンネル工程は、図２（ｂ）に示すように、外側トンネル構築工程において形成された外側トンネル２内に複数の覆工部材１０を連設することにより一般部トンネル１ｂに連続する内側トンネル１ａを構築する工程である。

覆工部材１０の敷設は、水が充填された袋体１３を支持台として行う。隣り合う覆工部材１０同士は可とう継手１１により連結する。
また、覆工部材１０の外周面には浮体１２を設置する。

内側トンネル１ａに、図示しないハッチを設けることで、内側トンネル１ａの構築後、内側トンネル１ａの構築時に使用した支保工や資機材等を当該ハッチを利用して撤去してもよい。

液状体注入工程は、図２（ｃ）に示すように、内側トンネル１ａが構築された外側トンネル２内に水Ｗを注入する工程である。

本実施形態では、地下水を流入させることにより、外側トンネル２内に水Ｗを充填させる。なお、地下水の取水方法は限定されないが、本実施形態では、外側トンネル２に取水孔を形成することにより行う。
なお、外側トンネル２内に充填させる液状体は地下水（水Ｗ）に限定されるものではなく、例えば水道水等を地上部から輸送して注入してもよい。また、泥水など、水以外の液状体であってもよい。

外側トンネル２内への水Ｗの注入に伴い、覆工部材１０の支持台（袋体１３）を撤去する。支持台（袋体１３）の撤去は、地盤Ｇに変位が生じた際に、応力が袋体１３を介して内側トンネル１ａに伝達されないようにすることを目的としている。

なお、支持台の撤去方法は限定されるものではなく、例えば、内側トンネル１ａに形成されたハッチを利用して袋体１３に穴をあけるなど、適宜行えばよい。また、内側トンネル１ａの構築後に、構築時に使用した資機材等とともに撤去してもよい。支持台を撤去することで、内側トンネル１ａは外側トンネル２内において浮遊した状態となり、地盤Ｇからの応力が直接作用することが防止される。
また、袋体１３の撤去は、必要に応じて行うもとし、必ずしも行う必要はない。例えば、袋体１３が所定の設定外力以上の外力が作用したときに破裂するような強度により構成されている場合や、袋体１３の強度が調整されている場合等、地盤Ｇに変位が生じた際の応力が内側トンネル１ａに直接作用することがないように構成されている場合には、袋体１３を残置しておいてもよい。

以上、第１の実施の形態にかかる地中構造物および地中構造物の構築方法によれば、内側トンネル１ａは伸縮可とう構造により構成されているため、すべり面Ｆにおけるずれ等、不連続な変位に対して、図３に示すように、滑らかに追従することができる。

内側トンネル１ａは、外側トンネル２内において水中に浮遊した状態で配設されているため、地盤Ｇに変位が生じても地盤Ｇからの応力が及びにくくなる。そのため、トンネル本体１のトンネルＴとしての機能を維持し、引き続き供用することができる。すべり面におけるずれ発生時の影響が小さければ、トンネル本体について経済的な設計が可能となる。

内側トンネル１ａは、各覆工部材１０の外周囲に浮体１２が均等に配設されているため、水中においてねじれることが防止されている。

外側トンネル２の内空に連通する空気室３が形成されているため、すべり面Ｆにおいてずれが生じた場合でも、水が空気室に流れ込むことで、内側トンネル１ａに地盤Ｇのずれによる衝撃圧が水Ｗを介して伝達することが低減されている。

ダンパー等の特別な装置等を要することなく、地下水を利用して構築されているため、経済的である。

地下水位の変動等により、内側トンネル１ａが没水しなくなった場合には、内側トンネル１ａ（トンネル本体１）を利用して水を輸送し、内側トンネル１ａと外側トンネル２との間に水を注入する。

次に、第２の実施の形態に係るトンネル（地中構造物）Ｔについて説明する。
第２の実施の形態では、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、地下水位ＷＬよりも浅い深さにおいて、地盤中のすべり面Ｆを横断するように構築された鉄道用のトンネル（地中構造物）１について説明する。

トンネルＴは、地中のすべり面Ｆを横断するように形成されたトンネル本体１と、すべり面Ｆの横断箇所を含む横断区間Ａにおいて、トンネル本体１の外周囲を覆うように形成された外側トンネル２とを備えている。

横断区間Ａにおけるトンネル本体１（内側トンネル１ａ）は、トンネル軸方向に連設された複数の覆工部材１０と、覆工部材１０同士の接合部に介設された可とう継手部材１１と、により構成されている。

本実施形態では、覆工部材１０にバラスト錘１４を覆工部材１０の下部に付設することで、内側トンネル１ａがねじれないように構成する。なお、本実施形態では、バラスト錘１４を付設することで覆工部材１０の安定化を図るものとしたが、錘の構成は限定されるものではない。また、浮力が足りない覆工部材１０に、浮体を付設することにより浮力を持たせてもよい。

内側トンネル１ａは、所定のピッチ毎にワイヤ等からなる係留部材１５を介して外側トンネル２に係留されている。また、本実施形態では、バラスト錘１４同士を、連結ワイヤ１６を介して連結している。なお、係留部材１５および連結ワイヤ１６は必要に応じて配設すればよい。
この他の第２の実施の形態に係る内側トンネル１ａの構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

外側トンネル２は、横断区間Ａに形成されたトンネルＴの拡幅部分であって、トンネル本体１（内側トンネル１ａ）の外周囲を所定の間隔をあけた状態で覆うように形成されている。

外側トンネル２内には、水Ｗが貯留されている。水Ｗの深さは、内側トンネル１ａの自重と浮力が相殺し、内側トンネル１ａが水Ｗに浮いた状体となるような深さに設定する。

外側トンネル２には、図示しない遮水シートが巻きたてられており、内部に貯留された水Ｗの流出が防止されている。

以上、第２の実施の形態にかかる地中構造物および地中構造物の構築方法によれば、内側トンネル１ａは伸縮可とう構造により構成されているため、図５に示すように、すべり面Ｆにおけるずれ等による不連続な変位に対して、滑らかに追従することができる。

内側トンネル１ａは、外側トンネル２内において水Ｗに浮遊した状態で配設されているため、地盤Ｇに変位が生じても地盤Ｇからの応力が及びにくくなる。そのため、トンネル本体１のトンネルＴとしての機能を維持し、引き続き供用することができる。また、トンネル本体の設計において、経済的な設計が可能となる。

内側トンネル１ａは、覆工部材１０にバラスト錘１４を付設することで外側トンネル２内に貯留された水Ｗに所定の深さまで沈められているため、水中においてねじれることが防止されている。

外側トンネル２内は、水Ｗが完全に充填されておらず、空気層を有しているため、すべり面Ｆにおいてずれが生じた場合でも、空気層により衝撃圧を吸収し、内側トンネル１ａへの衝撃圧の伝達が低減されている。

ダンパー等の特別な装置等を要することなく、水と空気を利用して構築されているため、経済的である。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、前記各実施形態では、本発明の地中構造物を鉄道用トンネルに採用する場合について説明したが、本発明の地中構造物は鉄道用トンネルに限定されるものではなく、例えば道路トンネルや水路トンネル等、あらゆる地中構造物に採用可能である。

また、前記実施形態では、複数の覆工部材を配設することにより内側トンネルを構成するものとしたが、内側トンネルの構成は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

また、外側トンネル内に貯留される液状体は、水に限定されるものではなく、例えば泥水等、その他の液状体であってもよい。

また、外側トンネル内は、地盤の地下水位に関わらず、水が満たされていても満たされていなくてもよい。つまり、地下水位以浅の地中構造物について、外側トンネル内が水で満たされていてもよいし、地下水位以深の地中構造物について、外側トンネル内の全てが水で満たされていなくてもよい。

１ トンネル本体
１ａ 内側トンネル
１ｂ 一般部トンネル
１０ 覆工部材
１１ 可とう継手部材
１２ 浮体
１３ 袋体
１４ バラスト錘（錘）
２ 外側トンネル
３ 空気室
Ａ 横断区間
Ｂ 一般区間
Ｆ すべり面
Ｇ 地盤
Ｔ トンネル（地中構造物）
Ｗ 水（液状体）

Claims (7)

1. 地中のすべり面を横断するように形成されたトンネル本体と、
   前記すべり面の横断箇所を含む横断区間において、前記トンネル本体の外周囲を覆うように形成された外側トンネルと、を備える地中構造物であって、
   前記外側トンネル内には、液状体が貯留されており、
   前記トンネル本体は、前記外側トンネル内において前記液状体に浮いていることを特徴とする、地中構造物。
2. 前記横断区間内における前記トンネル本体は、複数の覆工部材が可とう継手部材を介して連設された伸縮可とう構造であることを特徴とする、請求項１に記載の地中構造物。
3. 前記覆工部材に、浮体が付設されていることを特徴とする、請求項２に記載の地中構造物。
4. 前記覆工部材に、錘が付設されていることを特徴とする、請求項２に記載の地中構造物。
5. 前記液状体が水であることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の地中構造物。
6. 前記外側トンネルに連通する空気室を備えることを特徴とする、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の地中構造物。
7. 地中のすべり面を横断するように外側トンネルを構築する工程と、
   前記外側トンネル内に複数の覆工部材を連設することにより内側トンネルを構築する工程と、
   前記外側トンネルと前記内側トンネルとの間の空間に液状体を注入する工程と、を備える地中構造物の構築方法であって、
   液状体が充填された袋体により前記覆工部材を支持した状態で前記内側トンネル構築することを特徴とする地中構造物の構築方法。
   

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