JP6552658B1 - 地下構造物および地下構造物の構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】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。【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３と、大断面覆工体３とトンネル２の内壁面との隙間に充填された充填材４とを備える地下構造物１。大断面覆工体３は、トンネル２内に形成された鉄骨コンクリート造のＳＣ覆工体５と、トンネル２同士の接合部において隣り合うＳＣ覆工体５同士を連結する鉄筋コンクリート造のＲＣ覆工体６とを有している。ＳＣ覆工体５は、大断面覆工体８の設計厚と同等の高さを有しており、当該ＳＣ覆工体５の地山側面および内空側面に面した主鋼材が配設されている。【選択図】図２

Description

本発明は、地下構造物および地下構造物の構築方法に関する。

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ものである。前記大断面覆工体は、前記トンネル内に形成された鉄骨コンクリート造のＳＣ覆工体と、前記トンネル同士の接合部において隣り合う前記ＳＣ覆工体同士を連結する鉄筋コンクリート造のＲＣ覆工体とを有している。さらに、前記ＳＣ覆工体は、前記大断面覆工体の設計厚と同等の高さを有しているとともに、当該ＳＣ覆工体の地山側面および内空側面に面した主鋼材を備えている。
かかる地下構造物によれば、設計断面の外側に面して主鋼材が配置されているため、主鋼材の位置において、縁切りされた状態（境界面が形成された状態）となる。そのため、部材軸方向のひび割れが生じ難い。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。また、隣り合うＳＣ覆工体同士の接合部では、鉄筋コンクリート造のＲＣ覆工体を採用しているため、例えば、トンネルセグメントの主桁が残置されている場合であっても、ＳＣ覆工体同士を連結することができる。すなわち、ＲＣ覆工体の鉄筋は、トンネル（後行トンネル）の主桁の間に配筋できるため、ＳＣ覆工体同士を接合するＲＣ覆工体を難なく構築することができる。また、トンネルの主桁を残置させることで、トンネルの強度低下を防止できる。なお、充填材には、例えば、エアモルタル、流動化処理土、コンクリート等を使用することができる。

また、前記ＲＣ覆工体には、隣り合う前記ＳＣ覆工体の主鋼材同士をつなぐ接続用鉄筋を配筋するものとする。この接続用鉄筋の両端は、ぞれぞれ、前記主鋼材の端部に固定されたエンドプレートに固定すればよい。
一方の前記ＳＣ覆工体の前記エンドプレートに定着ナットまたは鉄筋カプラーが固定されている場合には、前記接続用鉄筋の一端を当該定着ナットまたは鉄筋カプラーに挿入すればよい。また、他方の前記ＳＣ覆工体の前記エンドプレートに沿って球面ワッシャー受が設けられている場合には、前記接続用鉄筋の他端は、球面ワッシャー受と前記球面ワッシャー受に嵌合された球面ワッシャーとを挿通させて、前記球面ワッシャーから突出した部分に定着ナットを締着すればよい。このようにすることで、施工誤差が生じた場合であっても、球面ワッシャー受および球面ワッシャーにより当該誤差を吸収することができるので、接続用鉄筋を容易に配筋することができる。

また、本発明の地下構造物の構築方法は、複数本の先行トンネルを間隔をあけて並設する先行トンネル施工工程と、前記先行トンネル内に鉄骨コンクリート造の先行ＳＣ覆工体を形成する先行覆工体形成工程と、前記先行トンネルの内面と前記先行ＳＣ覆工体との隙間に充填材を充填する先行トンネル充填工程と、隣り合う前記先行トンネル同士の間に後行トンネルを構築する後行トンネル施工工程と、前記後行トンネル内に鉄骨コンクリート造の後行ＳＣ覆工体を形成する後行覆工体形成工程と、前記先行ＳＣ覆工体と前記後行ＳＣ覆工体とを鉄筋コンクリート造のＲＣ覆工体により連結して大断面覆工体を形成する大断面覆工体形成工程と、前記後行トンネルの内面と前記大断面覆工体との隙間を充填材で充填する後行充填工程とを備えている。前記後行トンネル施工工程では、隣接する先行トンネルの断面の一部を切削しながら前記後行トンネルを形成する。また、前記大断面覆工体形成工程では、前記後行トンネルの主桁同士の間を挿通させた接続用鉄筋の両端を隣り合う前記先行ＳＣ覆工体および前記後行ＳＣ覆工体に固定する。
かかる地下構造物の構築方法によれば、大断面覆工体としてＳＣ覆工体を採用しているため、部材軸方向のひび割れが生じ難い。また、隣り合う先行ＳＣ覆工体と後行ＳＣ覆工体との接合部では、鉄筋コンクリート造のＲＣ覆工体を採用しているため、トンネルの主桁が残置されている場合であっても、ＳＣ覆工体同士を連結することができる。なお、トンネルの主桁を残置しておけば、施工時にトンネルの強度低下を防止できる。

前記先行覆工体形成工程では、前記先行ＳＣ覆工体の端部に定着ナットまたは鉄筋カプラーが固定された先行エンドプレートを固定しておき、前記後行覆工体形成工程では、前記後行ＳＣ覆工体の端部に後行エンドプレートを固定しておき、前記大断面覆工体形成工程では、前記接続用鉄筋の一端を定着ナットまたは前記鉄筋カプラーに固定するとともに、後行エンドプレートに沿って配設した前記球面ワッシャー受および前記球面ワッシャー受と嵌合する球面ワッシャーを挿通した前記接続用鉄筋の他端に定着ナットを締着するのが望ましい。かかる地下構造物の構築方法によれば、トンネル施工時や、ＳＣ覆工体の施工時に施工誤差が生じた場合であっても、球面ワッシャー受および球面ワッシャーによって当該誤差を吸収することができる。

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。 図１の地下構造物の一部を示す拡大断面図である。 接続用鉄筋を示す拡大断面図である。 （ａ）および（ｂ）は地下構造物の施工方法の先行トンネル施工工程を示す断面図、（ｃ）は同先行覆工体形成工程を示す断面図、（ｄ）は同先行トンネル充填工程を示す断面図である。 （ａ）は地下構造物の施工方法の後行トンネル施工工程を示す断面図、（ｂ）は同後行覆工体形成工程を示す断面図である。 第一トンネルと第二トンネルとの接合部の拡大断面図である。 （ａ）は地下構造物の施工方法の大断面覆工体形成工程を示す断面図、（ｂ）は同後行充填工程を示す断面図である。

＜第一実施形態＞
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。
大断面覆工体３は、図２に示すように、トンネル２内に形成された鉄骨コンクリート造のＳＣ覆工体５と、トンネル２同士の接合部において隣り合うＳＣ覆工体５同士を連結する鉄筋コンクリート造のＲＣ覆工体６とからなる。すなわち、大断面覆工体３は、ＳＣ覆工体５とＲＣ覆工体６とを交互に連結することにより筒状に形成されている。

ＳＣ覆工体５は、形鋼材（主桁５１等）と鋼板５２とせん断補強筋５３とを組み合わせることにより形成された鋼殻と、コンクリートの硬化体とにより形成されている。鋼板５２は、ＳＣ覆工体５の地山側の表面および内空側の表面に配設されている。コンクリートの硬化体は、鋼板５２により挟まれた空間に打設されている。ＳＣ覆工体５は、大断面覆工体３の設計厚と同等の高さ（厚さ）を有している。すなわち、ＳＣ覆工体５の地山側に設けられた鋼板５２の表面（図２において上面）から内空側に設けられた鋼板５２の表面（図２において下面）までの距離が大断面覆工体３の設計厚となっている。なお、鋼板５２は、必要に応じて設置すればよく、省略してもよいが、鋼板５２を省略する場合にはＳＣ覆工体５の地山側に配設された鋼材（主桁５１等）の表面から内空側に配設された鋼材（主桁５１等）の表面までの距離が、大断面覆工体３の設計厚と同一になるようにする。ＳＣ覆工体５の地山側面および内空側に面には、必要に応じて防水シートを配設してもよい。
図３に示すように、ＳＣ覆工体５の主桁（主鋼材）５１の端部には、エンドプレート５４が設けられている。エンドプレート５４には、接続用鉄筋６１を挿通するための貫通孔が形成されている。エンドプレート５４の貫通孔の背面には、鉄筋カプラー５５または球面ワッシャー受５６が添設されている。本実施形態では、第一トンネル２１内に形成されたＳＣ覆工体５のエンドプレート５４に鉄筋カプラー５５が固定されており、第二トンネル２２内に形成されたＳＣ覆工体５のエンドプレート５４に沿って球面ワッシャー受５６が配設されている。なお、鉄筋カプラー５５および球面ワッシャー受５６は、必要に応じて設置すればよい。また、鉄筋カプラー５５に代えて、定着ナットを使用してもよい。
トンネル軸方向に隣り合うＳＣ覆工体５同士の接合部（目地）の外面（地山側面または内空側面）は、防水シート等により覆うことで、止水処理を施す（図示せず）。なお、ＳＣ覆工体５の目地の止水構造は限定されるものではなく、例えば、シール材をＳＣ覆工体５同士の間に介設してもよいし、防水材を吹き付けてもよい。

ＲＣ覆工体６は、図２に示すように、大断面覆工体３の周方向、軸方向および半径方向に配筋された鉄筋（せん断補強筋等）６２を組み合わせるとともに、これらの鉄筋６２を巻き込むコンクリートを打設することにより形成されている。ＲＣ覆工体６には、隣り合うＳＣ覆工体５の主桁５１同士をつなぐ接続用鉄筋６１が配筋されている。接続用鉄筋６１の両端は、ぞれぞれ主桁５１の端部に固定されたエンドプレート５４に固定されている。本実施形態では、接続用鉄筋６１として両端部にネジ加工が施された異形鉄筋を使用する。なお、接続用鉄筋６１を構成する材料は異形鉄筋に限定されるものではなく、例えば、ネジ節鉄筋や長ボルトを使用してもよい。
図３に示すように、接続用鉄筋６１の一端は、鉄筋カプラー５５を介して一方（第一トンネル２１内）のＳＣ覆工体５のエンドプレート５４に固定されている。また、接続用鉄筋６１の他端は球面ワッシャー受５６を介して他方（第二トンネル２２内）のＳＣ覆工体５のエンドプレート５４に締着されている。球面ワッシャー受５６には、球面ワッシャー６３が嵌合されていて、接続用鉄筋６１の他端は、球面ワッシャー受５６と球面ワッシャー６３に挿通されていて、球面ワッシャー６３から突出した部分に定着ナット６４が締着されている。なお、接続用鉄筋６１の固定方法は限定されるものではなく、例えば、ＳＣ覆工体５のエンドプレート５４に溶接してもよいし、ナット等を利用して締着してもよい。また、接続用鉄筋６１は、エンドプレート５４に直接固定せずに、ＳＣ覆工体５のコンクリートに定着させてもよい。

図２に示すように、充填材４は、トンネル２の内壁面と大断面覆工体３との隙間に充填されている。本実施形態では、充填材４として、地山と同程度の強度を発現するエアモルタルを採用する。なお、充填材４を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、流動化処理土を使用してもよい。また、充填材４は、必ずしも地山と同程度の強度である必要はなく、地山よりも強度が高い材料（例えば、コンクリート）を使用してもよい。

次に、本実施形態の地下構造物の構築方法について説明する。
地下構造物の構築方法は、先行トンネル施工工程、先行覆工体形成工程、先行トンネル充填工程、後行トンネル施工工程、後行覆工体形成工程、大断面覆工体形成工程および後行充填工程とを備えている。

先行トンネル施工工程では、図４（ａ）に示すように、複数本の先行トンネル（第一トンネル２１）を間隔をあけて並設する。
第一トンネル２１の施工は、図示しないシールド掘削機により地山を切削するとともに、シールド掘削機の後部においてセグメントリング（第一覆工２３）を形成し、このセグメントリングをシールド掘削機の後方に連設することにより行う。第一トンネル２１同士の間隔は、トンネル２の断面形状、第一トンネル２１と第二トンネル（後行トンネル）２２とのラップ長（重ね合わせ幅）および大断面覆工体３の断面形状等に応じて適宜設定する。
第一トンネル２１を形成したら、図４（ｂ）に示すように、第一覆工２３の内面に、トンネル軸方向に沿って、凍結管７１を配管する。凍結管７１は、大断面覆工体１０の外周側と内周側にそれぞれ３本ずつ配管する。なお、凍結管７１の本数および間隔は、第一トンネル２１の断面形状や地山状況等に応じて適宜決定すればよい。凍結管７１を配管したら、外周側の凍結管７１の内空側に断熱材７２を設置するとともに、防水材７３を吹き付ける。なお、断熱材７２および防水材７３は、必要に応じて設置すればよく、省略してもよい。また、断熱材７２および防水材７３は、内周側の凍結管７１に対しても設置してもよい。

先行覆工体形成工程では、図４（ｃ）に示すように、第一トンネル２１内に鉄骨コンクリート造のＳＣ覆工体（先行ＳＣ覆工体）５を形成する。ＳＣ覆工体５は、鋼殻（主桁５１、鋼板５２、せん断補強筋５３）を第一トンネル２１内に配設した後、コンクリートを打設することにより形成する。なお、ＳＣ覆工体５は、予め鋼殻とコンクリートの硬化体とが一体となったプレキャスト製のセグメントを配設することにより形成してもよい。また、ＳＣ覆工体５は、外周側の鋼殻と内周側の鋼殻とを支保工等により予め一体化したうえで、第一トンネル２１内に配設してもよい。第一トンネル２１内に形成されるＳＣ覆工体５には、鉄筋カプラー５５が固定されたエンドプレート（先行エンドプレート）５４を主桁５１の端部に固定しておく（図３参照）。ＳＣ覆工体５には、エンドプレート５４の位置に対応して、地山側（第二トンネル２２側）に開口する凹部５７が形成されている。この凹部５７には、間詰材５８が設置されている。なお、間詰材５８を構成する材料は限定されるものではないが、例えば、充填材４よりも低強度な材料からなる密実部材（例えば、硬質ウレタンフォーム材等）を使用すればよい。

先行トンネル充填工程では、図４（ｄ）に示すように、第一トンネル２１の内面とＳＣ覆工体５との隙間に充填材４を充填する。
第一トンネル２１内への充填材４の充填は、第一トンネル２１の先端側から行う。充填材４は、ＳＣ覆工体５の設置が完了した第一トンネル２１から順に実施する。なお、充填材４を充填するタイミングは限定されるものではなく、例えば、全ての第一トンネル２１，２１，…へのＳＣ覆工体５の設置が完了してから実施してもよい。また、充填材４の充填方法も限定されるものではなく、例えば、第一トンネル２１の中間部から行ってもよい。また、充填材４としてコンクリートを使用する場合には、ＳＣ覆工体５のコンクリートを打設する際に、トンネル２内をコンクリートで充填すればよい。

後行トンネル施工工程では、図５（ａ）に示すように、隣り合う第一トンネル２１，２１同士の間に第二トンネル２２を構築する。
第二トンネル２２の施工は、まず、シールド掘削機（図示せず）を利用して、隣接する第一トンネル２１の断面の一部を切削しながら掘削孔を形成する。シールド掘削機により所定延長掘進したら、シールド掘削機の後方でセグメントを組み立てて、第二覆工２４を形成する。第二トンネル２２を施工するタイミングは、隣り合う２本の第一トンネル２１，２１が形成され、かつ、両第一トンネル２１，２１内の充填材４が充填された後であれば限定されるものではない。すなわち、第二トンネル２２は、少なくとも２本の第一トンネル２１，２１が施工された後であれば、施工を開始してもよく、また、全ての第一トンネル２１，２１，…が完成した後から施工を開始してもよい。
次に、第二覆工２４の内面に沿って、凍結管７１を配管する。凍結管７１は、大断面覆工体３の外周側と内周側にそれぞれ３本ずつ配管する。なお、凍結管７１の本数および間隔は、第二トンネル２２の断面形状や地山状況等に応じて適宜決定すればよい。凍結管７１を配管したら、凍結管７１の内空側に、断熱材７２を設置するとともに、連続する防水材７３を吹き付ける。なお、断熱材７２および防水材７３は、必要に応じて設置すればよく、省略してもよい。

後行覆工体形成工程では、図５（ｂ）に示すように、第二トンネル２２内に鉄骨コンクリート造のＳＣ覆工体（後行ＳＣ覆工体）５の鋼殻を配設する。
まず、第一トンネル２１，２１および第二トンネル２２の外周側地山（大断面覆工体３の外側の地山）および内周側地山（大断面覆工体３の内空側の地山）に対して止水対策工を施す。本実施形態では、地山を凍結することで、止水層（凍土）７を形成する凍結工法を採用する。地山の凍結作業は、凍結管７１内に冷媒を通流させることにより、トンネル２の外側の地山を冷却することにより行う。止水層７の施工は、少なくとも２本の第一トンネル２１，２１と、これらの第一トンネル２１，２１の間の第二トンネル２２との周囲に対して行う。なお、止水層７の施工は、全ての第一トンネル２１，２１，…および第二トンネル２２，２２，…が形成された後に実施してもよいし、第一トンネル２１，２１および第二トンネル２２が部分的に形成された後に実施してもよい。これにより、全てのトンネル２の構築を待たなくても部分的に止水を形成し、大断面覆工体３の施工を進行させることができる。また、長期間にわたって大きな範囲を止水する必要がないため、安全性も向上する。

次に、第二トンネル２２の第二覆工２４のうち、第一トンネル２１内の充填材４との当接部分に対応する鋼製セグメントのスキンプレート６６とスキンプレート６６の背面に充填された裏込め材を撤去する（図６参照）。スキンプレート６６を撤去したら、第一トンネル２１のＳＣ覆工体５の凹部５７に設けられた間詰材５８を撤去する。間詰材５８を撤去すると、第一トンネル２１のＳＣ覆工体５のエンドプレート５４が露出する。
次に、図５（ｂ）に示すように、第二トンネル２２内に鋼殻（主桁５１、鋼板５２、せん断補強筋５３）を配設する。なお、このとき、鋼殻とコンクリートの硬化体とが一体となったプレキャスト部材を配設してもよい。第二トンネル２２に形成されるＳＣ覆工体５には、エンドプレート（後行エンドプレート）５４を主桁５１の端部に固定しておく（図６参照）。

大断面覆工体形成工程では、図７（ａ）に示すように、隣り合うトンネル２（第一トンネル２１および第二トンネル２２）内のＳＣ覆工体５同士を鉄筋コンクリート造のＲＣ覆工体６により連結して大断面覆工体３を形成する。
まず、ＳＣ覆工体５同士（先行ＳＣ覆工体と後行ＳＣ覆工体と）の間にＲＣ覆工体６の鉄筋６２を配筋する。このとき、図３に示すように、第二トンネル２２の主桁２５同士の間を挿通させた接続用鉄筋６１の両端を隣り合うＳＣ覆工体５に固定する。接続用鉄筋６１の一端は、第一トンネル２１内のＳＣ覆工体（先行ＳＣ覆工体）５に固定された鉄筋カプラー５５にねじ込むことで固定する。また、接続用鉄筋６１の他端は、エンドプレート（後行エンドプレート）５４に沿って配設された球面ワッシャー受５６を挿通させるとともに、球面ワッシャー受５６と嵌合する球面ワッシャー６３を挿通させる。そして、球面ワッシャー受５６および球面ワッシャー６３を挿通させた接続用鉄筋６１の他端に定着ナット６４を締着することで、接続用鉄筋６１を第二トンネル２２内のＳＣ覆工体５に固定する。
ＲＣ覆工体６用の鉄筋６２の配筋が完了したら、型枠を組み立てるとともに、型枠内にコンクリートを打設する。コンクリートは、第二トンネル２２のＳＣ覆工体５とＲＣ覆工体６とに跨って打設する。なお、ＲＣ覆工体６のコンクリートの打設は、ＳＣ覆工体５のコンクリートを打設してから行ってもよい。

後行充填工程では、図７（ｂ）に示すように、第二トンネル２２の内面と大断面覆工体３との隙間を充填材４で充填する。
第二トンネル２２内への充填材４の充填は、第二トンネル２２の先端側から行う。充填材４は、隣接する第一トンネル２１のＳＣ覆工体５と接合するＲＣ覆工体６の施工が完了した第二トンネル２２から順に実施する。なお、充填材４を充填するタイミングは限定されるものではなく、例えば、大断面覆工体３の施工が完了してから実施してもよい。また、充填材４の充填方法も限定されるものではなく、例えば、第二トンネル２２の中間部から行ってもよい。

本実施形態の地下構造物１によれば、大断面覆工体３の設計断面の外側に面して主桁５１が配置されているとともに、主桁５１の外面に鋼板５２が配設されているため、大断面覆工体３と充填材４とが縁切りされた状態となっている。そのため、部材軸方向のひび割れが生じ難い。また、レベル２地震動に対しても大断面覆工体３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。
また、隣り合うＳＣ覆工体５同士の接合部では、鉄筋コンクリート造のＲＣ覆工体６を採用しているため、第二トンネル２２の主桁２５が残置されている場合であっても、ＳＣ覆工体５同士を連結することができる。すなわち、第二トンネル２２の主桁２５の間を通すことでＲＣ覆工体６の鉄筋６２を配筋できるため、ＳＣ覆工体５同士を接合するＲＣ覆工体６を難なく構築することができる。また、第二トンネル２２の主桁２５を残置させることで、第二トンネル２２の強度低下を防止できる。
また、充填材４に、エアモルタルや流動化処理土を使用することで、材料費を低減することができる。なお、充填材４は、地下構造物１の周囲の地山と同程度以上の強度を有するものであればよい。
ＲＣ覆工体６の接続用鉄筋６１の接続に球面ワッシャー６３を利用しているため、第一トンネル２１または第二トンネル２２に施工誤差が生じた場合であっても、誤差を吸収することができる。すなわち、球面ワッシャー６３が球面ワッシャー受５６に対して回転するとともに、球面ワッシャー受５６がエンドプレート５４に対してスライドすることで、誤差を吸収する。

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。
接続用鉄筋６１は、必ずしも球面ワッシャー６３を使用する必要はない。例えば、エンドプレート５４に長孔を形成することで、施工誤差を吸収する構成としてもよい。また、接続用鉄筋６１は、主桁５１に溶接することで固定してもよい。また、接続用鉄筋６１は、エンドプレート５４に直接固定せずに、ＳＣ覆工体５のコンクリートに定着させてもよい。
また、前記実施形態では、充填材４として、周辺地山と同等の強度を有したエアモルタル等を使用するものとしたが、充填材４を構成する材料は限定されるものではない。例えば、大断面覆工体３と同じ配合のコンクリートや流動化処理土を使用してもよい。

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
３ 大断面覆工体
４ 充填材
５ ＳＣ覆工体
５１ 主鋼材
５２ 鋼板
５４ エンドプレート
５５ 鉄筋カプラー
５６ 球面ワッシャー受
５７ 凹部
５８ 間詰材
６ ＲＣ覆工体
６１ 接続用鉄筋
６２ 鉄筋
６３ 球面ワッシャー
６４ 定着ナット
７ 止水層
７１ 凍結管
７２ 断熱材
７３ 防水材

Claims (7)

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、前記トンネル内に形成された鉄骨コンクリート造のＳＣ覆工体と、
   前記トンネル同士の接合部において隣り合う前記ＳＣ覆工体同士を連結する鉄筋コンクリート造のＲＣ覆工体と、を有していることを特徴とする、地下構造物。
2. 前記ＳＣ覆工体は、前記大断面覆工体の設計厚と同等の高さを有しているとともに、当該ＳＣ覆工体の地山側面および内空側面に面した主鋼材を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の地下構造物。
3. 前記充填材が、エアモルタル、流動化処理土またはコンクリートであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の地下構造物。
4. 前記ＲＣ覆工体には、隣り合う前記ＳＣ覆工体の前記主鋼材同士をつなぐ接続用鉄筋が配筋されており、
   前記接続用鉄筋の両端は、ぞれぞれ、前記主鋼材の端部に固定されたエンドプレートに固定されていることを特徴とする、請求項２に記載の地下構造物。
5. 前記接続用鉄筋が固定される一方の前記ＳＣ覆工体の前記エンドプレートには定着ナットまたは鉄筋カプラーが固定されていて、他方の前記ＳＣ覆工体の前記エンドプレートに沿って球面ワッシャー受が配設されており、
   前記球面ワッシャー受には、球面ワッシャーが嵌合されていて、
   前記接続用鉄筋の一端は、前記定着ナットまたは前記鉄筋カプラーに挿入されており、
   前記接続用鉄筋の他端は、前記球面ワッシャー受と前記球面ワッシャーに挿通されていて、前記球面ワッシャーから突出した部分に定着ナットが締着されていることを特徴とする、請求項４に記載の地下構造物。
6. 複数本の先行トンネルを間隔をあけて並設する先行トンネル施工工程と、
   前記先行トンネル内に鉄骨コンクリート造の先行ＳＣ覆工体を形成する先行覆工体形成工程と、
   前記先行トンネルの内面と前記先行ＳＣ覆工体との隙間に充填材を充填する先行トンネル充填工程と、
   隣り合う前記先行トンネル同士の間に後行トンネルを構築する後行トンネル施工工程と、
   前記後行トンネル内に鉄骨コンクリート造の後行ＳＣ覆工体を形成する後行覆工体形成工程と、
   前記先行ＳＣ覆工体と前記後行ＳＣ覆工体とを鉄筋コンクリート造のＲＣ覆工体により連結して大断面覆工体を形成する大断面覆工体形成工程と、
   前記後行トンネルの内面と前記大断面覆工体との隙間を充填材で充填する後行充填工程と、
   を備える地下構造物の構築方法であって、
   前記後行トンネル施工工程では、隣接する先行トンネルの断面の一部を切削しながら前記後行トンネルを形成し、
   前記大断面覆工体形成工程では、前記後行トンネルの主桁同士の間を挿通させた接続用鉄筋の両端を隣り合う前記先行ＳＣ覆工体および前記後行ＳＣ覆工体に固定することを特徴とする、地下構造物の構築方法。
7. 前記先行覆工体形成工程では、前記先行ＳＣ覆工体の端部に定着ナットまたは鉄筋カプラーが固定された先行エンドプレートを固定しておき、
   前記後行覆工体形成工程では、前記後行ＳＣ覆工体の端部に後行エンドプレートを固定しておき、
   前記大断面覆工体形成工程では、前記接続用鉄筋の一端を前記定着ナットまたは前記鉄筋カプラーに固定するとともに、前記後行エンドプレートに沿って配設した球面ワッシャー受および前記球面ワッシャー受と嵌合する球面ワッシャーに挿通した前記接続用鉄筋の他端に定着ナットを締着することを特徴とする、請求項６に記載の地下構造物の構築方法。

Images