JP5807096B2 - 地下構造物および地下構造物の断面構造 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの間に構築される構造体などの地下構造物に関するものである。

従来、一対のトンネルの間に構造体を構築する場合などの地下構造物の施工方法の一つとしては、構造体施工位置の上方にパイプルーフを構築し、パイプルーフ下方を掘削し、掘削した空間に構造物を構築する方法がある。

このようなパイプルーフを用いた地下構造物の構築方法としては、例えば、複数の素管を掘削形状に応じて例えば矩形等に配置し、素管同士を継手で連結してパイプルーフを構築する方法がある（特許文献１）。

また、同様に、鋼管同士の継手内部に注入パイプを挿入し、継手内部に注入材を注入するパイプルーフ工法がある（特許文献２）。

特開平１０−１６９３６１号公報 特開平１０−３７６５６号公報

しかし、特許文献１、特許文献２のいずれに記載のパイプルーフの構築方法においても、継手が必要であるため、継手を互いに連結した状態で鋼管を打設する必要があり、継手の精度の確保や、鋼管の打設精度確保、鋼管の構造の複雑化などの問題がある。

特に、上述のパイプルーフでは、継手同士を確実に連結しないと、上方からの土砂の崩壊を防止するパイプルーフの機能が発揮できず、例えば、パイプルーフ下方に仮支保工の設置をしながらパイプルーフ下方を掘削し、地下構造物設置予定部の掘削が終了する際には、本受け支保工によって上方からの荷重を受け、本受け支保工が設置された状態で地下構造物を構築する必要があるため作業が煩雑である。また、本受け支保工は地下構造物に埋め戻されるため、躯体品質上の問題もある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、作業性に優れ、品質の高い地下構造物を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、地下構造物の断面構造であって、躯体の上方に複数の鋼管がアーチ状に間隔をあけて配置され、前記鋼管の長手方向とは略垂直な方向にアーチ状のパイプルーフが形成され、前記鋼管には、隣り合う鋼管方向であって前記複数の鋼管により形成されるアーチ方向に前記鋼管の側方に張り出した板部材が、前記鋼管の長手方向に沿って接合されており、前記鋼管同士の間には機械式継手を有しておらず、前記板部材は、前記板部材の下方であって鋼管同士の間の土砂を除去する範囲を区画するものであって、前記板部材の下方を掘削して形成した掘削部であって前記鋼管同士の間の領域に、モルタル、コンクリート、流動化処理土およびマンメイドロックからなる群から選ばれたいずれかである圧縮力伝達部材が打設され、前記鋼管同士が一体化され、前記パイプルーフの下方が掘削されて空間が形成され、前記圧縮力伝達部材は、前記鋼管同士の間の領域に亘って、前記空間に露出していることを特徴とする地下構造物の断面構造である。
第２の発明は、地下構造物の断面構造であって、躯体の上方に複数の鋼管がアーチ状に間隔をあけて配置され、前記鋼管の長手方向とは略垂直な方向にアーチ状のパイプルーフが形成され、前記鋼管には、隣り合う鋼管方向であって前記複数の鋼管により形成されるアーチ方向に前記鋼管の側方に張り出した板部材が、前記鋼管の長手方向に沿って接合されており、前記鋼管同士の間には機械式継手を有しておらず、前記板部材は、前記板部材の下方であって鋼管同士の間の土砂を除去する範囲を区画するものであって、前記板部材の下方を掘削して形成した掘削部であって前記鋼管同士の間の領域に、モルタル、コンクリート、流動化処理土およびマンメイドロックからなる群から選ばれたいずれかである圧縮力伝達部材が打設され、前記鋼管同士が一体化され、前記パイプルーフの下方が掘削されて空間が形成され、前記板部材の下方に、前記鋼管の長手方向に沿って接合された別の板部材を有しておらず、前記圧縮力伝達部材は前記空間に露出していることを特徴とする地下構造物の断面構造である。
第３の発明は、地下構造物の断面構造であって、躯体の上方に複数の鋼管がアーチ状に間隔をあけて配置され、前記鋼管の長手方向とは略垂直な方向にアーチ状のパイプルーフが形成され、前記鋼管には、隣り合う鋼管方向であって前記複数の鋼管により形成されるアーチ方向に前記鋼管の側方に張り出した板部材が、前記鋼管の長手方向に沿って接合されており、前記鋼管同士の間には機械式継手を有しておらず、前記板部材は、前記板部材の下方であって鋼管同士の間の土砂を除去する範囲を区画するものであって、前記板部材の下方を掘削して形成した掘削部であって前記鋼管同士の間の領域に、モルタル、コンクリート、流動化処理土およびマンメイドロックからなる群から選ばれたいずれかである圧縮力伝達部材が打設され、前記鋼管同士が一体化され、前記パイプルーフの下方が掘削されて空間が形成され、前記板部材の下方に、前記鋼管の長手方向に沿って接合された前記板部材と同じ張り出し長さの別の板部材を有しておらず、且つ前記圧縮力伝達部材は前記空間に露出していることを特徴とする地下構造物の断面構造である。
第４の発明は、地下構造物の断面構造であって、躯体の上方に複数の鋼管がアーチ状に間隔をあけて配置され、前記鋼管の長手方向とは略垂直な方向にアーチ状のパイプルーフが形成され、前記鋼管には、隣り合う鋼管方向であって前記複数の鋼管により形成されるアーチ方向に前記鋼管の側方に張り出した一段の板部材が、前記鋼管の長手方向に沿って接合されており、前記鋼管同士の間には機械式継手を有しておらず、前記板部材は、前記板部材の下方であって鋼管同士の間の土砂を除去する範囲を区画するものであって、前記板部材の下方を掘削して形成した掘削部であって前記鋼管同士の間の領域に、モルタル、コンクリート、流動化処理土およびマンメイドロックからなる群から選ばれたいずれかである圧縮力伝達部材が打設され、前記鋼管同士が一体化され、前記パイプルーフの下方が掘削されて空間が形成され、前記圧縮力伝達部材は前記空間に露出していることを特徴とする地下構造物の断面構造である。

第５の発明は、第１から第４の発明の地下構造物の断面構造を有し、前記パイプルーフの下方に躯体が施工されていることを特徴とする地下構造物である。前記パイプルーフは、一対のトンネルの上方にまたがるように形成され、両端の前記パイプルーフが、一対の前記トンネルの頂部近傍の上部に位置してもよい。

本発明によれば、鋼管の長手方向とは垂直な方向にアーチ状にパイプルーフが形成されるため、アーチ効果によって効率良くパイプルーフが上方からの荷重を受けることができる。また、鋼管同士は鋼管同士の間に打設される圧縮力伝達部材で一体化されるため、継手等が不要である。なお、圧縮力伝達部材とは、モルタル、コンクリート、流動化処理土、マンメイドロック、マンメイドソイルなど、固結することで鋼管同士の間に作用する圧縮力を伝達可能な部材である。

また、パイプルーフがトンネルの上方にまたがるように形成されるため、アーチ状のパイプルーフからの力をトンネルで受け止めることが可能である。

本発明によれば、作業性に優れ、品質の高い地下構造物を提供することができる。

（ａ）は地下構造物１を示す図、（ｂ）は地下構造物１’を示す図。 鋼管１３をアーチ状に設置した状態を示す図で、（ａ）はトンネル軸方向から見た図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 パイプルーフ７上方の地盤を凍結止水した状態を示す図で、（ａ）は図２のＢ部における拡大図、（ｂ）は全体図。 鋼管１３に開口部１７を設けた状態を示す図で、（ａ）は図２のＢ部における拡大図、（ｂ）は平面図。 鋼管同士の間にジベル２４を設けた状態を示す図。 鋼管１３同士の間にモルタル２７を打設した状態を示す図。 トンネル５の間の地下構造物設置範囲を掘削した状態を示す図。

以下、本発明の実施の形態にかかる地下構造物等について説明する。図１（ａ）は、本発明により構築された地下構造物１を示す図である。地下構造物１は、地面３下方に設けられた一対のトンネル５と、トンネル５の間に形成された合流部等を構成する躯体９等から構成される。なお、本発明は、地下に構築される構造物であれば、図１（ａ）の例に限られない。

躯体９は、トンネル５の間に構築され、上方にはパイプルーフ７が形成される。すなわち、躯体９は、パイプルーフ７の下方に形成される空間で構築される。なお、躯体９には、躯体９を構築する際にパイプルーフ７を支持していた支保工等が埋設されていることはない。なお、パイプルーフ７は、円断面の鋼管以外でも任意の断面形状のものが使用できる。たとえば、図１（ｂ）に示すように、矩形断面の鋼管を用いてパイプルーフ７’を形成してもよい。以下の例では、円断面の鋼管を用いた例について説明する。

次に、地下構造物１の構築方法について説明する。図２は、トンネル５の上方にパイプルーフ７を構築した状態を示す図で、図２（ａ）はトンネル軸方向より見た図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。まず、図２に示すように、地下に構築されたトンネル５の間の地下構造物施工部の端部近傍に立坑１１が構築される。次いで、立坑１１より、複数の鋼管１３を打設してパイプルーフ７が構築される。なお、パイプルーフの施工は、立坑のみからではなく、のり面や既設躯体から行ってもよい。

鋼管１３は、例えば１ｍ程度の内径を有し、作業者が内部に入ることが可能である。したがって、以下の工程は、作業者が立坑側より鋼管１３内部に入り、鋼管１３内部において行うことができる。また、鋼管１３は、軸方向に略まっすぐであり、トンネル５の上方にまたがるようにアーチ状に設置される。すなわち、パイプルーフ７の両端部はトンネル５の略頂部に位置し、パイプルーフ７は、トンネル５同士の間の上方に、複数の鋼管１３は鋼管１３の軸方向に対して略垂直な方向にアーチ状に配置される。

次に、図３に示すように必要に応じて、パイプルーフ７上方の地盤改良が行われる。図３（ａ）は、図２のＢ部に対応する部位の拡大図であり、図３（ｂ）は全体図である。図３（ａ）に示すように、鋼管１３内部の上方（例えば、鋼管１３の中心から両側方に略４５度程度の位置）には凍結管１９が設置される。凍結管１９内部には図示を省略したポンプ等によって冷媒を流すことが可能である。なお、凍結管１９の配置や本数は図示した例に限られない。また、凍結管は、あらかじめ鋼管に設けておいてもよいが、パイプルーフに隣接するように、隣接地盤に別途設置してもよい。

鋼管１３外方の凍結管１９の設置位置に略対応する位置には、土砂除去部区画部材である板部材１５が設けられる。板部材１５はあらかじめ鋼管１３に溶接等によって接合されており、鋼管１３の長手方向に沿って形成される。板部材１５は、鋼管１３の両側方に向けて設けられている。鋼管１３を打設する際には、図３（ａ）に示すように、隣り合う鋼管１３のそれぞれの板部材１５同士が重なり合うように、所定間隔をあけて鋼管１３が打設される。なお、板部材１５は例えば鋼板であるが、鋼管同士の間の土砂を除去する範囲を区画できれば、板状その他の形態でも良い。

凍結管１９に冷媒を流すと、図３（ａ）に示すように、鋼管１３の上方（鋼管１３同士の間の上方）が凍結土壌２１となる。すなわち、板部材１５の上方（板部材１５近傍）の土壌が凍結する。したがって、鋼管１３同士の上方が止水される。なお、鋼管１３同士の間の板部材１５上方は凍結止水されるため、板部材１５は、単体で上方からの土砂を受け持つほどの強度は不要である。

このような地盤改良をパイプルーフ７の全体に行うことで、図３（ｂ）に示すように、パイプルーフ７上方全体に凍結土壌２１が形成され、パイプルーフ７の上方から下方に対して止水を行うことができる。なお、地盤改良は、凍結による方法に限られない。たとえば、凍結管に代えて、薬液注入用の配管を鋼管１３に設けておき、パイプルーフ７の上方を薬液注入によって止水してもよい。

次に、鋼管１３内部より、鋼管１３の側面（隣り合う鋼管１３側）に開口部１７が設けられる。図４は、鋼管１３の側方に開口部１７が設けられた状態を示す図である。図４（ａ）に示すように、鋼管１３の側方には開口部１７が形成され、鋼管１３同士の間の土砂が掘削されて除去される。すなわち、鋼管１３同士の間に掘削部２３が形成される。なお、鋼管１３同士の間の掘削は、板部材１５の下方の土砂を掘削すれば良い。また、図示を省略するが、鋼管１３の上方のみではなく、下方にも同様の板部材を形成しておき、上下の板部材で囲まれた範囲における鋼管１３同士の間を掘削してもよい。

図４（ｂ）に示すように、開口部１７は、鋼管１３の軸方向に所定間隔で形成される。なお、開口部１７は隣り合う鋼管１３同士において、鋼管１３の軸方向に対して千鳥状に配置されることが望ましい。こうすることにより、鋼管１３の一方の側における開口部１７の設置ピッチを広くすることができ、鋼管１３の強度低下も抑制することができる。また、開口部１７のサイズは、鋼管１３同士の間の土砂を掘削できれば良く、例えば５００ｍｍ角程度である。

なお、鋼管１３同士の間を掘削しても、パイプルーフ７の上方（鋼管１３の間）が凍結土壌２１によって止水されるため、パイプルーフ７上方から漏水等が起こることがなく、また、土砂等が落下することもない。

次に、図５に示すように、鋼管１３の開口部１７から、隣り合う鋼管１３の側面にジベル２４が設けられる。すなわち、鋼管１３の軸方向における開口部１７に対応する部位において、開口部１７と対向する隣り合う鋼管１３側面にジベル２４が形成される。

次に、図６に示すように、鋼管１３内部において、開口部１７を塞ぐように型枠２５が設置され、鋼管１３同士の間であって板部材１５の下方の領域に圧縮力伝達部材であるモルタル２７が打設される。なお、モルタル２７は、鋼管１３同士の間の掘削部２３に面する開口部１７全てを塞いだ状態で、鋼管１３の全長にわたって一度に打設してもよく、または、鋼管１３の長手方向の一部において、掘削部２３を軸方向に仕切るように型枠を設け、複数回に分けて打設してもよい。また、モルタル２７の打設は、立坑側から行ってもよく、開口部１７より行ってもよい。

ここで、モルタル２７が打設される前に、あらかじめ板部材の内面（凍結土壌２１の内面）に断熱材２９が設置されることが望ましい。モルタル２７が、凍結管１９（凍結土壌２１）により冷却され、凍結することを防止するためである。また、モルタル２７として、防凍材を予め混ぜておくことで、モルタル２７の凍結をより確実に防止することができる。

モルタル２７が固結すると、鋼管１３同士が一体化される。この際、鋼管１３の側面には所定間隔でジベル２４が設けられるため、モルタル２７と鋼管１３とが確実に一体化される。なお、型枠２５は、モルタル２７固結後に撤去してもよく、そのまま埋設してもよい。

以上の工程により、全長にわたって鋼管同士が一体化されると、各鋼管１３内部にもモルタルが充填される。したがって、高強度なパイプルーフを得ることができる。次いで、パイプルーフ７の下方の対象部位を掘削して、構造物を構築する。図７は、パイプルーフ７下部を掘削した状態を示す図である。図７に示すように、上方でパイプルーフ７が完全に一体化されているため、上方の土圧をパイプルーフ７が受け持つことが可能である。このため、パイプルーフ７下部に支保工等を設置する必要がなく、躯体の設置時に、躯体と支保工とが干渉することもない。

また、パイプルーフ７の両端は、トンネル５の頂部近傍の上部に位置する。このため、上方の土圧を受けとめるパイプルーフ７からの力を、トンネル５が受け持つことができる。なお、パイプルーフ７とトンネル５との隙間（図中Ｆ部）近傍は、あらかじめ薬液注入等により止水が行われる。

本実施の形態にかかる地下構造物の構築方法によれば、躯体の構築部位の上方にあらかじめアーチ状にパイプルーフ７を形成するため、上方からの土圧をパイプルーフ７が受け持つことができ、躯体構築部位に支保工等を設置する必要がない。このため、躯体構築時に支保工と躯体とが干渉することがない。

また、パイプルーフ７に用いられる鋼管１３には、継手等が不要であるため鋼管１３の製造及び設置が容易である。また、板部材１５を設けることで、掘削時にパイプルーフ７上方からの土砂の落下等がなく、また、掘削領域が明確であるため、パイプルーフ上方に堀過ぎることもない。

また、地盤改良として凍結管１９を用いる場合に、板部材１５の内面に断熱材２９を設けることで、モルタル２７が凍結することがない。また、モルタル２７に防凍材を混ぜることで、モルタル２７の凍結を確実に防止することができる。

また、鋼管同士の間の土砂の除去が鋼管１３内部より行われるため、掘削作業が容易である。また、開口部１７から対向する隣の鋼管１３の側面にジベル２４を設けることで、鋼管１３打設時にはジベル等を設ける必要がなく、鋼管１３の打設が容易である。また、開口部１７からモルタル２７を打設することも可能であり、モルタル２７の打設も容易である。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

たとえば、パイプルーフ７下方を掘削後、パイプルーフ７の両端を水平方向に連結する連結部材を設ければ、パイプルーフ７の下方におけるアーチ形状が広がり、パイプルーフ７が崩壊することをより確実に防止することができる。

１………地下構造物
３………地面
５………トンネル
７………パイプルーフ
９………躯体
１１………立坑
１３………鋼管
１５………板部材
１７………開口部
１９………凍結管
２１………凍結土壌
２３………掘削部
２４………ジベル
２５………型枠
２７………モルタル
２９………断熱材

Claims (8)

1. 地下構造物の断面構造であって、
   躯体の上方に複数の鋼管がアーチ状に間隔をあけて配置され、前記鋼管の長手方向とは略垂直な方向にアーチ状のパイプルーフが形成され、
   前記鋼管には、隣り合う鋼管方向であって前記複数の鋼管により形成されるアーチ方向に前記鋼管の側方に張り出した板部材が、前記鋼管の長手方向に沿って接合されており、前記鋼管同士の間には機械式継手を有しておらず、
   前記板部材は、前記板部材の下方であって鋼管同士の間の土砂を除去する範囲を区画するものであって、
   前記板部材の下方を掘削して形成した掘削部であって前記鋼管同士の間の領域に、モルタル、コンクリート、流動化処理土およびマンメイドロックからなる群から選ばれたいずれかである圧縮力伝達部材が打設され、前記鋼管同士が一体化され、
   前記パイプルーフの下方が掘削されて空間が形成され、
   前記圧縮力伝達部材は、前記鋼管同士の間の領域に亘って、前記空間に露出していることを特徴とする地下構造物の断面構造。
2. 地下構造物の断面構造であって、
   躯体の上方に複数の鋼管がアーチ状に間隔をあけて配置され、前記鋼管の長手方向とは略垂直な方向にアーチ状のパイプルーフが形成され、
   前記鋼管には、隣り合う鋼管方向であって前記複数の鋼管により形成されるアーチ方向に前記鋼管の側方に張り出した板部材が、前記鋼管の長手方向に沿って接合されており、前記鋼管同士の間には機械式継手を有しておらず、
   前記板部材は、前記板部材の下方であって鋼管同士の間の土砂を除去する範囲を区画するものであって、
   前記板部材の下方を掘削して形成した掘削部であって前記鋼管同士の間の領域に、モルタル、コンクリート、流動化処理土およびマンメイドロックからなる群から選ばれたいずれかである圧縮力伝達部材が打設され、前記鋼管同士が一体化され、
   前記パイプルーフの下方が掘削されて空間が形成され、
   前記板部材の下方に、前記鋼管の長手方向に沿って接合された別の板部材を有しておらず、前記圧縮力伝達部材は前記空間に露出していることを特徴とする地下構造物の断面構造。
3. 地下構造物の断面構造であって、
   躯体の上方に複数の鋼管がアーチ状に間隔をあけて配置され、前記鋼管の長手方向とは略垂直な方向にアーチ状のパイプルーフが形成され、
   前記鋼管には、隣り合う鋼管方向であって前記複数の鋼管により形成されるアーチ方向に前記鋼管の側方に張り出した板部材が、前記鋼管の長手方向に沿って接合されており、前記鋼管同士の間には機械式継手を有しておらず、
   前記板部材は、前記板部材の下方であって鋼管同士の間の土砂を除去する範囲を区画するものであって、
   前記板部材の下方を掘削して形成した掘削部であって前記鋼管同士の間の領域に、モルタル、コンクリート、流動化処理土およびマンメイドロックからなる群から選ばれたいずれかである圧縮力伝達部材が打設され、前記鋼管同士が一体化され、
   前記パイプルーフの下方が掘削されて空間が形成され、
   前記板部材の下方に、前記鋼管の長手方向に沿って接合された前記板部材と同じ張り出し長さの別の板部材を有しておらず、且つ前記圧縮力伝達部材は前記空間に露出していることを特徴とする地下構造物の断面構造。
4. 地下構造物の断面構造であって、
   躯体の上方に複数の鋼管がアーチ状に間隔をあけて配置され、前記鋼管の長手方向とは略垂直な方向にアーチ状のパイプルーフが形成され、
   前記鋼管には、隣り合う鋼管方向であって前記複数の鋼管により形成されるアーチ方向に前記鋼管の側方に張り出した一段の板部材が、前記鋼管の長手方向に沿って接合されており、前記鋼管同士の間には機械式継手を有しておらず、
   前記板部材は、前記板部材の下方であって鋼管同士の間の土砂を除去する範囲を区画するものであって、
   前記板部材の下方を掘削して形成した掘削部であって前記鋼管同士の間の領域に、モルタル、コンクリート、流動化処理土およびマンメイドロックからなる群から選ばれたいずれかである圧縮力伝達部材が打設され、前記鋼管同士が一体化され、
   前記パイプルーフの下方が掘削されて空間が形成され、
   前記圧縮力伝達部材は前記空間に露出していることを特徴とする地下構造物の断面構造。
5. 隣り合う前記鋼管の側面にジベルが設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の地下構造物の断面構造。
6. 前記パイプルーフの上方が地盤改良されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の地下構造物の断面構造。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の地下構造物の断面構造を有し、前記パイプルーフの下方に躯体が施工されていることを特徴とする地下構造物。
8. 前記パイプルーフは、一対のトンネルの上方にまたがるように形成され、両端の前記パイプルーフが、一対の前記トンネルの頂部近傍の上部に位置することを特徴とする請求項７記載の地下構造物。

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