JP6533845B1 - 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、充填材の剛性よりも小さい剛性を有する縁切り部材９が隙間のトンネル２，２，…の軸方向に向かって配置されている。【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、前記充填材の剛性よりも小さい剛性を有する縁切り部材が前記隙間のトンネル軸方向に向かって配置されたことを特徴とする。
かかる地下構造物によれば、充填材よりも剛性の小さい縁切り部材が大断面覆工体の設計断面の外面の隙間にトンネル軸方向に向かって配置されているため、トンネルに圧縮力が作用しても、縁切り部材が充填材の断面欠損部として機能し、大断面覆工体に沿って部材軸方向のひび割れが生じたとしても縁切り部材を通過する位置に誘導することができる。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するため、速やかに補修や補強を行うことができる。
なお、この場合、前記充填材は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ても良い。

また、前記縁切り部材が前記大断面覆工体の地山側外面および内空側外面に沿って配置されることが好ましい。
大断面覆工体の地山側外面および内空側外面に沿って縁切り部材をそれぞれに配置すれば、より効果的に部材軸方向のひび割れを誘導することができる。
なお、縁切り部材は孔開き鋼板であっても良い。大断面覆工体の設計断面より外側に孔開き鋼板が配置されることで、部材軸方向のひび割れが生じたとしても積極的に係る鋼板の位置にひび割れを誘導することができる。
さらに、縁切り部材は塩ビパイプまたは発泡合成樹脂であっても良く、大断面覆工体の地山側外面および内空側外面に沿って所定の間隔で配置されることによって、孔開き鋼板の場合と同様な効果を得ることが可能となる。

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。 第一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。 第二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。 第三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。

＜第一実施形態＞
以下、第一実施形態として、図２に示す複数本のトンネル２を利用して形成された鉄筋コンクリート造の大断面覆工体２を備える地下構造物１１について説明する。
大断面覆工体８は、トンネル２の内部に配筋された鉄筋（主筋８１およびせん断補強筋８２）と、トンネル２の内部に充填された中詰コンクリートの硬化体８３により形成されている。第一トンネル２１の内部の中詰コンクリートの硬化体８３には、凹部（箱抜き）８４が形成されている。凹部８４は、第二トンネル２２に面する位置で、かつ、主筋８１の通る位置（大断面覆工体８の外周側と内周側）に形成されている。第二トンネル２２の中詰コンクリートの硬化体８３には、凹部８４に係合された凸部８５が形成されている。なお、本実施形態では、第一トンネル２１の内部に充填する中詰コンクリートと第二トンネル２２の内部に充填する中詰コンクリートとして同じ配合のコンクリートを採用するが、第一トンネル２１および第二トンネル２２には、それぞれ異なる配合のコンクリートを充填してもよい。また、少なくとも第一トンネル２１に充填される中詰コンクリートは、大断面覆工体８に作用する外力に対して十分な耐力を発現するとともに、シールド掘削機による切削が可能な材料であれば限定されるものではない。一方、第二トンネル２２に充填される中詰コンクリートは、大断面覆工体８に作用する外力に対して十分な耐力を発現するものであればよい。
主筋８１は、大断面覆工体８の周方向に連続するように、内空側と地山側にそれぞれ配筋されている。主筋８１は、並設されたトンネル２を周方向に貫通している。本実施形態では、主筋８１と交差するようにせん断補強筋８２が配筋されている。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。

本実施形態では、各トンネル２には、縁切り部材９が設けられている。本実施形態の縁切り部材９は、複数本の塩化ビニル管９１，９１，…により構成されている。縁切り部材９は、トンネル２内において、内空側の主筋８１とトンネル２の内壁面との間、および地山側の主筋８１とトンネル２の内壁面との間に、それぞれ主筋８１から所定の被りを確保した位置に配置されている。内空側の縁切り部材９と地山側の縁切り部材９との間には、大断面覆工体８の設計厚以上の大きさの間隔が確保されている。
縁切り部材９は、トンネル２内に配設された架台９２に固定することにより配管されている。架台９２は、塩化ビニル管を組み合わせることにより形成されている。架台９２を構成する塩化ビニル管は、トンネル２内に横架されている。なお、架台９２を構成する材料および架台９２の形状等は限定されるものではない。

第一実施形態の地下構造物１１によれば、大断面覆工体８の設計断面の外側に縁切り部材９が設けられているため、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、縁切り部材が充填材の断面欠損部として機能し、大断面覆工体に沿って部材軸方向のひび割れが生じたとしても縁切り部材を通過する位置に誘導することができる。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。

＜第二実施形態＞
第二実施形態の地下構造物１２は、図３に示すように、縁切り部材９として、大断面覆工体８の有効断面の外面に沿って孔あき鋼板を設けた点で、第一実施形態の地下構造物と異なっている。
孔あき鋼板は、トンネル２内に設けられた架台９２に固定されている。本実施形態の架台９２は鋼材を組み合わせることにより形成されている。なお、架台９２を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、塩化ビニル管であってもよい。また、架台９２の形状寸法は、縁切り部材９の有効断面厚を確保できるように配設することが可能であれば限定されるものではない。また、縁切り部材９は孔あき鋼板に限定されるものではなく、例えば、鉄筋を格子状に組み合わせることにより形成された網状部材であってもよい。
第二実施形態の地下構造物１２によれば、第一実施形態の地下構造物１１と同様の作用効果を得ることができる。

＜第三実施形態＞
第三実施形態の地下構造物１３は、図４に示すように、複数本のトンネル２を利用して形成された鉄筋コンクリート造の大断面覆工体８を備えるものであって、大断面覆工体８の内部に緩衝材９３が埋め込まれている点で、第一実施形態と異なっている。なお、複数本のトンネル２の詳細は、前記第一実施形態で示したトンネル２と同様なため、詳細な説明は省略する。
大断面覆工体８は、トンネル２の内部に配筋された鉄筋（主筋８１およびせん断補強筋８２）と、トンネル２の内部に充填された中詰コンクリートの硬化体８３により形成されている。なお、本実施形態では、第一トンネル２１の内部に充填する中詰コンクリートと第二トンネル２２の内部に充填する中詰コンクリートとして同じ配合のコンクリートを採用するが、第一トンネル２１および第二トンネル２２には、それぞれ異なる配合のコンクリートを充填してもよい。また、少なくとも第一トンネル２１に充填される中詰コンクリートは、大断面覆工体８に作用する外力に対して十分な耐力を発現するとともに、シールド掘削機による切削が可能な材料であれば限定されるものではない。一方、第二トンネル２２に充填される中詰コンクリートは、大断面覆工体８に作用する外力に対して十分な耐力を発現するものであればよい。
主筋８１は、大断面覆工体８の周方向に連続するように、内空側と地山側にそれぞれ配筋されている。主筋８１は、並設されたトンネル２を周方向に貫通している。本実施形態では、主筋８１と交差するようにせん断補強筋８２が配筋されている。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。

本実施形態では、硬化体８３の内部に緩衝材９３が配設されている。緩衝材９３は、大断面覆工体８の有効断面の地山側面または内空側面とトンネル２の内壁面との間に介設されている。
緩衝材９３は、トンネル２の中心部とトンネル２同士の接合部におけるくびれ部分において、上下にそれぞれ設けられている。本実施形態では、緩衝材９３として、ＥＰＳ等の発泡合成樹脂を使用する。なお、緩衝材９３を構成する材料は限定されるものではない。緩衝材９３は、トンネル２の軸方向に沿って、連続している。緩衝材９３の側面は、トンネル中心から延びる法線に沿っている。すなわち、緩衝材９３は、トンネル２の中心側から外側に向かうにしたがって、幅が大きくなっている。
第三実施形態の地下構造物１３によれば、大断面覆工体８の設計断面の地山側面または内空側面とトンネル２の内壁面との間に緩衝材９３が設けられているため、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、緩衝材９３に挟まれた硬化体８３には圧縮力が伝達されず、圧縮力は有効断面内にのみ確実に伝達される。
すなわち、緩衝材９３によって硬化体８３が縁切りされた状態となっているため、部材軸方向のひび割れが生じたとしても緩衝材を通過する位置に誘導することができる。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、地下構造物１の用途は限定されるものではなく、例えば、道路、鉄道等、あらゆる地下構造物に適用することができる。

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
９ 縁切り部材

Claims (5)

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、
   前記充填材の剛性よりも小さい剛性を有する縁切り部材が前記隙間のトンネル軸方向に向かって配置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。
3. 前記縁切り部材が前記大断面覆工体の地山側外面および内空側外面に沿って配置されたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の地下構造物。
4. 前記縁切り部材が孔開き鋼板であることを特徴とする、請求項３に記載の地下構造物。
5. 前記縁切り部材が塩ビパイプまたは発泡合成樹脂であり、所定の間隔で複数個所に設置されたことを特徴とする、請求項３に記載の地下構造物。

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