JP6263008B2 - トンネル構造およびトンネル施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル構造およびトンネル施工方法に関する。

ＮＡＴＭトンネルは、一般的に、吹付けコンクリートと、吹付けコンクリートの表面に貼設された防水シートと、防水シートの内空側に打設された覆工コンクリートとを備えて構成されている。

防水シートは、釘や鋲等の止め具を多数打ちこむことにより吹付けコンクリートの表面に固定するのが一般的である。
ところが、止め具を利用した防水シートの固定は作業に手間がかかる。また、防水シートは吹付けコンクリート面に固定するため、余掘り部分が大きい場合には覆工コンクリートのコンクリート量が増加してしまう。

そのため、特許文献１には、型枠等を介して吹付けコンクリートの内空側に防水シートを配設し、この防水シートと吹付けコンクリートとの隙間に裏込め材を充填した後、防水シートの内空側に覆工コンクリートを打設するトンネル施工方法が開示されている。
このトンネル施工方法によれば、防水シートの設置が容易であるとともに、裏込め材と防水シートにより平滑面を形成することで、覆工コンクリートを設計通りに施工することができる。

なお、ＮＡＴＭトンネルにおいて湧水が予想される場合には、防水シートの外面に裏面排水材を配設し、地下水をトンネルの下方に誘導することで覆工コンクリートに作用する水圧を低減するのが一般的である。

このような裏面排水材には、例えば、防水シートに網状マットを貼り合わせてなるもの（特許文献２参照）や、防水シートの裏面に凹凸加工が施されたもの（特許文献３参照）等がある。

特開２００２−０２１４９２号公報 特開平０５−１１８１９６号公報 特開２００１−２１４６９８号公報

前記特許文献１のトンネル施工方法により形成されたトンネルは、覆工コンクリート打設後に湧水の行き場がないため、水圧によって覆工コンクリートに負担がかかってしまう。そのため、覆工コンクリートの表面にひび割れが生じるおそれがある。
また、防水シートは裏込め材の内空側に配設されているため、特許文献２や特許文献３の裏面排水材を採用したとしても、裏込め材に地下水圧が作用し、その影響が覆工コンクリートに及ぶおそれがある。

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、施工性に優れ、かつ、排水機能を備えたトンネル構造およびトンネル施工方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明に係るトンネル構造は、吹付けコンクリートと、覆工コンクリートと、前記覆工コンクリートの外面を覆う防水シートと、前記防水シートと前記吹付けコンクリートとの間に充填された裏込め材と、前記吹付けコンクリートと前記裏込め材との間に介設された排水層とを備えるトンネル構造であって、前記排水層は、複数の凸部または凹部が形成された樹脂製シートであり、湧水が発生することが予想される箇所を面的に覆っていることを特徴としている。

かかるトンネル構造によれば、吹付けコンクリートに沿って排水層が配設されているため、裏込め材に大きな地下水圧が作用することを防ぐことができ、ひいては湧水による覆工コンクリートの負担を軽減することができる。
また、排水層は、面的に配置されているため、何らかの影響により湧水箇所が変更した場合であっても、将来にわたって排水機能を維持することが可能である。

なお、防水シートは、吹付けコンクリートの内空側に型枠等により保持した状態で、この防水シートと吹付けコンクリートとの隙間に裏込め材を充填することにより配設すればよい。この場合において、裏込め材の施工から覆工コンクリートの打設までに時間があく場合であっても、裏込め材を通じてでてくる湧水の発生を抑えることができる。そのため覆工セントルのセット時に湧水処理を行わないで作業を行えるため、覆工セントルのセットに要する手間を低減することができる。

また、裏込め材および防水シートにより平滑に形成されたトンネル内に覆工コンクリートを打設するため、余掘り量の大小にかかわらず覆工コンクリートのコンクリート量が一定である。
さらに、防水シートの設置に要する手間を低減することができる。

また、インバートの下面に沿って排水層が設けられていれば、湧水を効果的に排水し、地下水圧の低減化をより一層図ることができる。

また、本発明に係るトンネル施工方法は、吹付けコンクリートの表面に沿って面状の排水層を形成する工程と、前記排水層の内面に沿って防水シートを配設する工程と、前記排水層と前記防水シートとの隙間に裏込め材を充填する工程と、前記防水シートの内面に覆工コンクリートを打設する工程とを備えるトンネル施工方法であって、前記排水層が複数の凸部または凹部が形成された樹脂製シートであることを特徴としている。

かかるトンネル施工方法によれば、吹付けコンクリートの表面に沿って排水層を形成することができるとともに、排水機能を有したトンネルを簡易に構築することができる。

本発明のトンネル構造およびトンネル施工方法によれば、施工性に優れ、かつ、排水機能を備えたトンネルを構築することが可能となる。

本発明の実施形態に係るトンネル構造を示す断面図である。 （ａ）は図１のトンネル構造の一部を示す拡大断面図、（ｂ）は排水層を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は本実施形態のトンネル施工方法の各施工段階を示す断面図である。

本発明の実施形態に係るトンネル構造１は、図１に示すように、吹付けコンクリート２と、覆工コンクリート３と、防水シート４と、裏込め材５と、排水層６とを備えている。

吹付けコンクリート２は、掘削により露出した地山Ｇに対して吹付けられたコンクリートの硬化体であって、トンネルを早期に閉合して地山Ｇの安定化を図る一次覆工である。

覆工コンクリート３は、吹付けコンクリート２の内空側に打設されたコンクリートの硬化体であって、トンネルの仕上げ面を形成するとともに、トンネルに作用する長期荷重に対して十分な耐力を備えた構造体として機能する。

防水シート４は、覆工コンクリート３の外面を覆うことで、トンネル内への地下水の浸透を防止している。
本実施形態では、防水シート４にエチレン酢酸ビニル共重合体製の樹脂製シートを使用するが、防水シート４を構成する材料は限定されない。

裏込め材５は、図２の（ａ）に示すように、吹付けコンクリート２と防水シート４との間に充填されている。
裏込め材５を構成する材料は限定されないが、本実施形態ではモルタルを使用する。

排水層６は、吹付けコンクリート２と裏込め材５との間に介設されていて、吹付けコンクリート２から浸出した地下水を誘導する。
排水層６は、湧水が発生することが予想される箇所において、吹付けコンクリート２の内面を面的に覆っている。

排水層６は、図２の（ｂ）に示すように、複数の凸部６ａ，６ａ，…が形成された樹脂製シートにより構成されている。本実施形態の樹脂製シートの面強度は１．１ＭＰａである。

複数の凸部６ａ，６ａ，…は、千鳥状に配置されている。なお、各凸部６ａは、高さ４．５ｍｍの円錐台状であるが、凸部６ａの形状（高さ等）、配置、数等は限定されない。また、排水層６を構成する樹脂製シートの面強度も限定されない。

図２の（ａ）に示すように、凸部６ａの先端面は、吹付けコンクリート２に当接している。凸部６ａ同士の間の空間は、地下水が通水可能な流路となる。
また、凸部６ａの裏側に裏込め材５が入り込むことで、排水層６と裏込め材５とが固着されている。すなわち、凸部６ａは、裏込め材５が裏側充填されることで裏込め材５と一体となるとともに、吹付けコンクリート２の表面に対して凸部６ａ同士の間の空間の空隙を保つ当接点となる。

本実施形態では、図１に示すように、インバート７の下面に沿って下排水層８が形成されている。下排水層８は、排水層６に連続して設けられている。排水層６により誘導された地下水は、下排水層８を通って排水させる。
本実施形態では、下排水層８により地下水をトンネルの下方に設けられた集水管（図示せず）に誘導し、この集水管を介してトンネル外へ排水する。なお、地下水の排水方法は限定されない。

本実施形態の下排水層８は、排水層６と同様に、複数の凸部が形成された樹脂製シートにより構成されている（図２の（ｂ）参照）。なお、下排水層８は、必要に応じて設ければよく、省略してもよい。下排水層８を省略する場合は排水層６から排水させる。また、下排水層８を構成する材料も限定されるものではない。

本実施形態のトンネル施工方法は、掘削工程と、一次覆工工程と、排水層形成工程と、防水シート配設工程と、充填工程と、二次覆工工程と、インバート掘削工程と、下排水層形成工程と、インバート打設工程とを備えている。

掘削工程は、地山Ｇを掘削して、地中に所定の断面形状からなる空間を形成する工程である。
なお、トンネルの掘削方法は限定されるものではなく、機械掘削でもよいし、発破掘削でもよい。

一次覆工工程は、地山Ｇの掘削により露出した地山面にコンクリート（吹付けコンクリート２）を吹き付ける工程である。
なお、一次覆工工程では、必要に応じて、支保工の設置や、ロックボルト等の補助工法の施工を行う。

排水層形成工程は、図３の（ａ）に示すように、吹付けコンクリート２の表面に沿って排水層６を形成する工程である。
排水層６は、吹付けコンクリート２の施工直後に切羽の近傍で形成してもよいし、トンネル掘削がある程度進行してから、切羽から離れた位置で形成してもよい。

本実施形態では、吹付けコンクリート２の表面に樹脂製シートの凸部６ａを当接させた状態で、当該樹脂製シートを貫通するコンクリート用釘を吹付けコンクリート２に打ち込むことにより排水層６を形成する。
なお、排水層６の固定方法は限定されるものではない。

防水シート配設工程は、図３の（ｂ）に示すように、排水層６の内面に沿って防水シートを配設する工程である。
防水シート配設工程は、掘削工程および一次覆工工程によるトンネル掘削および一次覆工施工が、トンネル全延長にわたって完了した後か、あるいは、切羽から十分に離れてから実施する。

本実施形態では、防水シート４を、型枠９の表面に設置した状態で配設する。型枠９は、スライドセントルまたは専用台車等で支持すればよい。なお、防水シートの配設方法は限定されない。

防水シート４は、排水層６との間に隙間を有した状態で、覆工コンクリート３の計画断面の外面を覆う位置に配設されている。
なお、防水シート４と排水層６との隙間の大きさは、掘削時の余掘り量に応じて変化する。

充填工程は、図３の（ｃ）に示すように、排水層６と防水シート４との隙間に裏込め材５を充填する工程である。
裏込め材５の充填後、裏込め材５に所定の強度が発現したら、図３（ｄ）に示すように、型枠９を撤去する。

二次覆工工程は、防水シート４の内空側に覆工コンクリート３を打設する工程である。
覆工コンクリート３は、防水シート４から所定の隙間（トンネルの計画断面の覆工コンクリート厚に応じた隙間）を開けた状態で、スライドセントルを介して型枠を設置した後、この型枠と防水シート４との間に打設する。
覆工コンクリート３に所定の強度が発現したら、型枠を撤去する。

掘削工程と、一次覆工工程と、排水層形成工程と、防水シート配設工程と、充填工程と、二次覆工工程とを繰り返すことで、所定延長のトンネル構造１を形成する。なお、トンネル構造１はトンネル全長にわたって形成してもよい。

インバート掘削工程は、トンネルの底面を掘削する工程である。
インバート掘削工程は、トンネル全延長にわたって、覆工コンクリート３の施工が完了してから行ってもよいし、覆工コンクリート３の施工がある程度進行してから、覆工コンクリート３の施工の後方（坑口側）で行ってもよい。
なお、インバート掘削工程は、覆工コンクリートの施工前（二次覆工工程前）に行ってもよい。

下排水層形成工程は、インバート掘削により露出した地山面（インバートの下面）に沿って下排水層８を形成する工程である。
下排水層８の形成は、凸部６ａが形成された樹脂製シートを地山面に敷設することにより行う。

インバート打設工程は、インバート用のコンクリートを打設する工程である。
インバート用のコンクリートを打設したら、所定の強度が発現するまで養生する。

以上、本実施形態のトンネル構造１によれば、吹付けコンクリート２に沿って排水層６が配設されているため、裏込め材５および覆工コンクリート３の負担を軽減することができる。
つまり、吹付けコンクリート２から地下水が浸透した場合であっても、地下水が排水層６によりトンネルの下側に誘導されるため、トンネル覆工に作用する負担が小さい。したがって、地下水圧により覆工コンクリート３にひび割れが生じることやトンネルが変形することを防止できる。

また、型枠等を介して配設された防水シートと吹付けコンクリートとの隙間に裏込め材を充填した施工後から、覆工セントルをセットして覆工コンクリートを打設するまでの間に時間があく場合においても、排水層により裏込め材を浸透した湧水の発生を抑えることができる。そのため、覆工セントルのセット時に湧水処理を要することなく作業を行うことができ、覆工セントルのセットに要する手間を低減することができる。

また、裏込め材５および防水シート４により平滑に形成されたトンネル内に覆工コンクリート３を打設するため、余掘り量にかかわらず覆工コンクリート３のコンクリート量が一定である。したがって、施工誤差等によりコンクリート打設量が増加することがなく、経済的であるとともに、計画された均一な構造のトンネル覆工を形成することができる。

また、防水シート４は、型枠９の表面に取り付けることで配設するため、吹付けコンクリート２の表面に防水シート４を設置する場合に比べて、防水シート４の設置に要する手間を低減することができる。

また、インバート７の下面に沿って排水層８が設けられているため、排水層６により誘導された地下水を効率的に排水し、トンネルに作用する地下水圧の低減化を図ることができる。

排水層６は、凸部６ａの背面に裏込め材５が入りこむことで、裏込め材５との付着性に優れているため、トンネル構造としての一体性に優れている。
また、凸部６ａ同士の間の空間の空隙が保たれるので、排水性に優れている。

排水層６を構成する樹脂製シートは、面強度が１．１ＭＰａであるため、裏込め材５の打設圧力により変形することがなく、裏面排水性能を維持することができる。
また、当該樹脂製シートは、軽量である。さらに、複数枚の樹脂製シートを重ね合わせる際には、一の樹脂製シートの凸部６ａが他の樹脂製シートの凸部６ａ内に入り込むため、かさばらず、取扱いが容易である。

排水層６は、吹付けコンクリート２の表面に設置するのみで施工が完了するため、従来の裏面排水材（モノドレーンやもやいドレーン等）に比べて施工性が優れている。また、排水層６は、湧水箇所を面的に覆うため、従来の裏面排水材に比べて、排水機能も優れている。
また、本実施形態のトンネル構造１によれば、何らかの影響により湧水箇所が移動した場合であっても、面的に湧水箇所を多く排水層６により、排水機能を維持することができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の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、適宜変更が可能である。
例えば、トンネルの断面形状は限定されるものではなく、例えば円形や馬蹄形等であってもよい。

また、前記実施形態では、インバートを形成する場合について説明したが、インバートはトンネルの掘削区分に応じて形成すればよく、必ずしも形成する必要はない。
また、前記実施形態では、複数の凸部が形成された樹脂製シートにより排水層を形成したが、排水層は複数の凹部が形成された樹脂製シートにより形成してもよい。

１ トンネル構造
２ 吹付けコンクリート
３ 覆工コンクリート
４ 防水シート
５ 裏込め材
６ 排水層
７ インバート
８ 下排水層
９ 型枠
Ｇ 地山

Claims (3)

1. 吹付けコンクリートと、
   覆工コンクリートと、
   前記覆工コンクリートの外面を覆う防水シートと、
   前記防水シートと前記吹付けコンクリートとの間に充填された裏込め材と、
   前記吹付けコンクリートと前記裏込め材との間に介設された排水層と、を備えるトンネル構造であって、
   前記排水層は、複数の凸部または凹部が形成された樹脂製シートであり、湧水が発生することが予想される箇所を面的に覆っていることを特徴とする、トンネル構造。
2. インバートの下面に沿って排水層が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のトンネル構造。
3. 吹付けコンクリートの表面に沿って面状の排水層を形成する工程と、
   前記排水層の内面に沿って、防水シートを配設する工程と、
   前記排水層と前記防水シートとの隙間に裏込め材を充填する工程と、
   前記防水シートの内面に覆工コンクリートを打設する工程と、を備えるトンネル施工方法であって、
   前記排水層が、複数の凸部または凹部が形成された樹脂製シートであることを特徴とする、トンネル施工方法。

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