JP6533844B1 - 地下構造物 - Google Patents

Abstract

【課題】安定性、耐久性、耐震性に優れた地下構造物を提案する。【解決手段】一部を重ねた状態で筒状に並設された複数本のトンネル２，２，…と、複数本のトンネル２，２，…に跨って筒状に形成された大断面覆工体８と、大断面覆工体８とトンネル２の内壁面との隙間に充填された充填材とを備える地下構造物１。大断面覆工体８は、設計厚と同等の高さを有しており、トンネル２，２，…の略半径方向に向かって大断面覆工体８の内部に引張力が導入された状態のＰＣ鋼材９４，９４，…が複数本配置され、ＰＣ鋼材９４，９４，…に導入された引張力は大断面覆工体８および充填材の硬化後に解除されている。【選択図】図２

Description

本発明は、地下構造物に関する。

複数本の小断面トンネルを筒状に並設して外殻（大断面覆工体）を形成し、この外殻の内部を掘削することにより大断面地下構造物を構築する方法がある。
例えば、特許文献１には、複数本のトンネルを筒状に並設した後、この複数本のトンネルを周方向で貫通する鉄筋コンクリート造の大断面覆工体を施工する大断面覆工体の施工方法が開示されている。

特開２０１５−１０５５１３号公報

特許文献１の施工方法は、外殻覆工壁を形成する際に、中空の後行トンネルの覆工の一部を撤去して開口部を形成するので、後行トンネルの強度が低下するおそれがある。
また、小断面トンネルを連設することにより形成された地下構造物は、横断面が数珠状の変断面形状となるが、そのくびれ部と同じ覆工厚の等断面形状の地下構造物に比べて断面剛性が高い。また、施工条件、荷重条件によっては、変断面形状の影響により部材軸方向のひび割れが生じる可能性がある。
このような観点から、本発明は、安定性、耐久性、耐震性に優れた地下構造物および地下構造物の構築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、本発明の地下構造物は、一部を重ねた状態で筒状に並設された複数本のトンネルと、前記複数本のトンネルに跨って筒状に形成された鉄筋コンクリート造の大断面覆工体と、前記大断面覆工体と前記トンネルの内壁面との隙間に充填された充填材と、を備える地下構造物であって、前記大断面覆工体は設計厚と同等の高さを有しており、前記トンネルの略半径方向に向かって前記大断面覆工体の内部に引張力が導入された状態のＰＣ鋼材が複数本配置され、前記ＰＣ鋼材に導入された引張力は前記大断面覆工体および前記充填材の硬化後に解除されたことを特徴とする。
かかる地下構造物によれば、ＰＣ鋼材を介して硬化体にプレストレスを導入することで、大断面覆工体の有効断面外に亀裂を誘発させることができる。そのため、大断面覆工体に対して圧縮力（土圧）が作用した場合であっても、部材軸方向のひび割れが生じることを防ぐことができる。また、レベル２地震動に対しても大断面覆工体が構造体としての機能を維持できる。そのため、レベル２地震が生じた場合であっても、地下構造物の利用を早期に再開することができる。

本発明の地下構造物および地下構造物の構築方法によれば、安定性、耐久性、耐震性に優れているため、レベル１の地震後でも継続して使用することができ、レベル２の地震によって何らかの影響が生じた場合であっても、速やかに健全性を回復することができる。

本発明の実施形態に係る地下構造物を示す横断図である。 実施形態に係る地下構造物一部を示す拡大断面図である。

本実施形態では、道路用の大断面トンネル（地下構造物１）を構築する場合について説明する。地下構造物１は、図１に示すように、複数本のトンネル２と、大断面覆工体３と、充填材４とを備えている。
複数本のトンネル２は、一部を重ねた状態（ラップさせた状態）で円筒状に並設されている。すなわち、複数本のトンネル２は、間隔をあけて形成された第一トンネル２１と、隣り合う第一トンネル２１同士の間に形成された第二トンネル２２とからなる。第一トンネル２１および第二トンネル２２は交互に数珠状に連結されており、全てのトンネル２により筒体が形成されている。なお、複数本のトンネル２は、必ずしも円筒状に並設されている必要はなく、例えば、角筒状や楕円筒状に並設されていてもよい。すなわち、大断面覆工体３の断面形状は円形に限定されるものではなく、例えば、矩形状や楕円形状等であってもよい。

隣り合うトンネル２同士の重ね合わせ部分の高さ（トンネル２の覆工同士の地山側交点から内空側交点までの間隔）は、図２に示すように、大断面覆工体３の設計厚以上の大きさを確保している。なお、大断面覆工体３の内径は、第一トンネル２１と第二トンネル２２との重ね合わせ幅（一方のトンネル２が他方のトンネル２に入り込んでいる長さ）の大きさを変えることで変化させることができる。
第一トンネル２１および第二トンネル２２は、同じ外径の円筒状の覆工により形成されている。なお、第一トンネル２１および第二トンネル２２の断面形状は限定されるものではない。例えば、第一トンネル２１と第二トンネル２２は、異なる外径を有していてもよい。

第一トンネル２１の覆工（第一覆工２３）は、コンクリート製のセグメントを組み合わせることにより形成されている。本実施形態の第一トンネル２１の第一覆工２３を構成するセグメントは鋼繊維補強コンクリートにより形成されているが、必要な強度を有し、かつ、シールド掘削機により切削可能であれば、セグメントを構成する材料は限定されない。また、本実施形態では、樹脂製ボルトを介してセグメント同士およびセグメントリング同士を接合する。また、セグメントリング同士の接合部では、一方のセグメントリングに凹部、他方のセグメントリングには凸部が形成されていて、互いに係合可能に形成されている。なお、セグメントリング同士の接合構造は、シールド掘削機により切削可能であれば限定されない。

第二トンネル２２の覆工（第二覆工２４）は、大断面覆工体３の外周側の地山に面するコンクリート中詰鋼製セグメントと、その他の部分に配設された鋼製セグメントとを組み合わせることにより形成されている。
コンクリート中詰鋼製セグメントは、トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁と、トンネル周方向の両端に設けられた一対の端板と、主桁６５および端板の外面を覆うスキンプレート６６とからなる鋼製セグメントにコンクリートが打設されることにより構成されている（図２参照）。コンクリート中詰鋼製セグメントは、両隣りの第一トンネル２１，２１により挟まれた範囲に配設されている。
鋼製セグメントは、トンネル軸方向の両端に設けられた一対の主桁６５と、トンネル周方向の両端に設けられた一対の端板と、外面を覆うスキンプレート６６とを備えて構成されている。鋼製セグメントのうちの第一トンネル２１の内部に配設された部分では、スキンプレート６６が撤去されて、主桁６５および端板が残置されている。

大断面覆工体３は、図１に示すように、複数本のトンネル２に跨って筒状に形成されている。すなわち、大断面覆工体３は、円筒状に並設されたトンネル２を貫通して円筒状を呈している。なお、大断面覆工体３の部材厚は限定されるものではない。

実施形態に係る地下構造物１４は、ＰＣ鋼材９４が内部に配設された鉄筋コンクリート製の大断面覆工体８からなる。
本実施形態の地下構造物１は、図２に示すように、複数本のトンネル２と、この複数のトンネル２を利用して形成された大断面覆工体８とを備えている。

大断面覆工体８は、複数本のトンネル２に跨って、周方向に連続して配筋された主筋８１と、複数本のトンネル２内に充填されたコンクリートの硬化体８３とを主体に形成されている。大断面覆工体３には、主筋８１と交差する方向に沿ってＰＣ鋼材９４およびせん断補強筋８２（図示せず）が埋設されている。なお、せん断補強筋８２は必要に応じて配筋すればよく、例えば、中詰コンクリートとして繊維補強コンクリートを採用した場合には省略してもよい。主筋８１は、大断面覆工体８の断面内（有効厚内）において、内空側と地山側にそれぞれ配筋されている。なお、大断面覆工体８の有効厚の大きさは限定されるものではない。
ＰＣ鋼材９４は、内空側の端部が、各トンネル２の覆工に固定されていて、地山側の端部が主筋よりも地山側（有効厚の地山側）において定着されている。ＰＣ鋼材９４は、主筋８１およびせん断補強筋８２の配筋とともに設置する。ＰＣ鋼材９４には、引張力が導入された状態で配設しておき、大断面覆工体３の完成後、大断面覆工体３の内部を掘削する際に引張力を解除することで、硬化体８３にプレストレスを導入する。本実施形態では、ＰＣ鋼材９４として、ＰＣ鋼棒を使用する。なお、ＰＣ鋼材９４を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、ＰＣ鋼線やＰＣ鋼より線であってもよい。

本実施形態の地下構造物１４によれば、ＰＣ鋼材９４を介して硬化体８３にプレストレスを導入することで、大断面覆工体８の有効断面外に亀裂を誘発させることができる。そのため、大断面覆工体８に対して圧縮力（土圧）が作用した場合であっても、部材軸方向のひび割れが生じるのを防ぐことができる。また、レベル２地震動に対しても大断面覆工体８が構造体としての機能を維持できる。そのため、レベル２地震が生じた場合であっても、地下構造物１の利用を早期に再開することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、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、ＰＣ鋼材９４の代わりに、大断面覆工体８の地山側面および内空側面トンネル２の内空面を横断するように、鉄筋を配設しても良く、大断面覆工体８に対して圧縮力（土圧）が作用した場合であっても、配設した鉄筋の引張り力により、部材軸方向のひび割れが生じることがないというＰＣ鋼材９４と同様の効果を期待することができる。

１ 地下構造物
２ トンネル
２１ 第一トンネル（先行トンネル）
２２ 第二トンネル（後行トンネル）
２３ 第一覆工
２４ 第二覆工
２５ 主桁
８ 大断面覆工体
９４ ＰＣ鋼材

Claims (2)

1. 一部を重ねた状態で筒状に並設された複数本のトンネルと、
   前記複数本のトンネルに跨って筒状に形成された鉄筋コンクリート造の大断面覆工体と、
   前記大断面覆工体と前記トンネルの内壁面との隙間に充填された充填材と、を備える地下構造物であって、
   前記大断面覆工体は設計厚と同等の高さを有しており、
   前記トンネルの略半径方向に向かって前記大断面覆工体の内部に引張力が導入された状態のＰＣ鋼材が複数本配置され、
   前記ＰＣ鋼材に導入された引張力は前記大断面覆工体および前記充填材の硬化後に解除
   されたことを特徴とする、地下構造物。
2. 前記充填材が前記大断面覆工体を構成するコンクリートと一体に打設されたことを特徴とする、請求項１に記載の地下構造物。

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