JP6614921B2 - 地下構造物の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、地下構造物の構築方法に関する。

並設された複数本のトンネルを利用して築造した地下構造物が特許文献１や特許文献２に記載されている。これらの地下構造物は、複数本のトンネルを構築した後に、各トンネルの不要な覆工を撤去して大きな空間を形成しつつ、各トンネルの残置された覆工を利用して本設の頂底版や側壁等を形成することにより築造される。なお、複数のトンネルは、時間差をもって順次に構築され、後行のトンネルＴは、先行のトンネルの隣に構築される。また、各トンネルは、推進工法により構築される。

ところで、特許文献１および特許文献２の地下構造物においては、隣り合う二つのトンネルのうち、一方のトンネルの覆工（すなわち、推進函体）には、トンネル軸方向に沿ってガイド溝が形成されており、他方のトンネルの覆工には、一方の覆工のガイド溝に係合する突条が形成されている。このようにすると、先行して構築されたトンネルの覆工をガイドとして後行のトンネルの覆工を構築することが可能となるので、隣接するトンネル同士にずれが生じ難くなり、ひいては、効率良く施工することが可能となる。

複数本のトンネルを連結して築造される地下構造物では、トンネル同士の目地部（継手）からの漏水を防止する必要がある。
特許文献１では、目地部の止水性を確保するために、突条の先端に凹部を形成しておき、ガイド溝と凹部とにより形成された空間に注入管を挿入し、この注入管から止水剤を充填している。
また、特許文献２では、ガイド溝内に弾性部材を充填しておき、弾性部材を圧縮させながら突条をガイド溝に挿入することで、突条とガイド溝との間に隙間が形成されないようにしている。

特許第４５００１４２号公報 特開２０１５−１４８０７８号公報

目地部の止水性を確保するためには、ガイド溝の空洞に充填した止水剤をガイド溝および突条に密着させる必要がある。
特許文献１では、止水剤の密着性を確保するために、後行函体の推進後、継手部を洗浄してから、止水剤を充填していた。そのため、洗浄から注入までに多くの労務を必要としていた。また、トンネルの延長が長い場合には、洗浄作業が困難になる場合があった。さらに、空洞に充填する止水剤は、気温等によりその性状に変化が生じるため、空洞に安定的に注入材を充填するのに手間がかかる。
また、特許文献２では、弾性部材の弾性により密着性を確保しているものの、突条で弾性部材を圧縮することにより止水性を確保するため、函体の出来型によってはガイド溝と突条との離隔が大きくなり、弾性部材を十分に圧縮できないおそれがあった。
このような観点から、本発明は、止水性に優れた地下構造物を簡易に構築することを可能とした地下構造物の構築方法を提供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の構築方法は、複数の先行函体を地中に連設することで先行トンネルを構築する先行トンネル構築工程と、前記先行トンネルに隣接して複数の後行函体を地中に連設することで後行トンネルを構築する後行トンネル構築工程と、前記先行トンネルと前記後行トンネルとの継手部を止水する止水工程とを含む地下構造物の構築方法であって、前記先行函体は、トンネル軸方向に沿って形成されて前記後行トンネル側に開口するガイド溝と、前記ガイド溝の内部に充填された弾性部材とを有し、前記弾性部材はトンネル軸方向に沿った切込みを有し、前記後行函体はトンネル軸方向に沿って形成された突条を有しており、前記後行トンネル構築工程では、前記切込みに前記突条を挿入して前記弾性部材を圧縮させ、前記止水工程では、前記弾性部材をさらに圧縮させることを特徴としている。
弾性部材を押圧する際には、切込みよりもガイド溝側に形成された弾性部材の貫通孔に充填材（固化材）を圧入することにより当該貫通孔を押し広げる。
または、前記ガイド溝と前記弾性部材との間に注入袋を介設しておき、この注入袋に圧入した充填材（固化材）により当該注入袋を押し広げる。

かかる地下構造物の構築方法によれば、弾性部材の切込みに突条を挿入することで、突条とガイド溝との間に隙間が形成されることを防止し、その後、弾性部材をさらに圧縮することで止水性を向上させることができる。本発明によれば、後行トンネルの構築と同時に、止水性に優れた継手構造を構築することができるので、施工性に優れている。
さらに、先行トンネルの施工時は、ガイド溝に充填された弾性部材によってガイド溝内に土砂等が流入することを防止することができる。

本発明の地下構造物の構築方法によれば、止水性に優れた地下構造物を簡易に構築することが可能となる。

本発明の実施形態の地下構造物を示す断面図である。 同地下構造物の継手構造を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第一の実施形態の地下構造物の構築方法の施工状況を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第二の実施形態の地下構造物の構築方法の施工状況を示す斜視図である。

＜第一の実施形態＞
第一の実施形態の地下構造物１は、図１に示すように、その断面内において並設された複数本（本実施形態では６本）のトンネル（構造体）２，２，…を利用して築造したものであり、頂版１Ａ、底版１Ｂ及び側壁１Ｃ，１Ｃを備えている。並設されたトンネル２同士は、継手構造３を介して連結されている。
なお、地下構造物１を構成するトンネル２の数および配置は限定されるものではない。

トンネル２は、推進工法により、地中に複数の函体を地中に連設することにより形成されている。すなわち、各トンネル２の覆工４は、トンネル軸方向に連設された複数の函体５，５，…からなる。

函体５は、角筒状に形成された外殻と、トンネル軸方向に所定の間隔をあけて並設された複数の主桁と、隣り合う主桁間においてトンネル軸方向に沿って配置された複数の縦リブとを備えて構成されている。なお、函体５の構成は限定されなく、例えば、プレキャストコンクリート部材であってもよい。

継手構造３は、図２に示すように、ガイド溝１０と、突条２０と、弾性部材３０とを備えている。
ガイド溝１０は、一方のトンネル２の外面に、トンネル軸方向に沿って形成されて他方のトンネル２側に開口している。
ガイド溝１０は、断面Ｃ字状の鋼製部材により形成されている。なお、ガイド溝１０の構成は限定されるものではなく、例えば、断面コ字状に形成されていてもよい。また、ガイド溝１０は、複数の鋼材を組み合わせることにより形成されていてもよい。
ガイド溝１０を構成する鋼製部材は、開口部が函体５の外面に面するように、函体５（覆工４）に埋め込まれている。

突条２０は、他方のトンネルの外面に形成されてガイド溝１０の空間内に挿入されている。
突条２０は、函体５の外周面においてトンネル軸方向に沿って配置されており、少なくともその突端部分が函体５の外側に突出している。本実施形態の突条２０は、函体５の外面に固定されたレール２１により構成されている。レール２１は、熱押形鋼からなり、外殻５ａの外周面に固定されるフランジと、このフランジから立ち上がるウェブと、このウェブの突端部分に形成された頭部とを備えている。なお、突条２０を構成する材料は限定されるものではない。また、突条２０の函体５への固定方法は限定されるものではなく、例えばボルトとナットにより締着してもよいし、溶接してもよい。
レール２１のウェブの幅（厚さ）は、ガイド溝１０の幅狭部の幅（すなわち、ガイド溝１０の開口幅）よりも小さくなっており、かつ、レール２１の頭部の断面積がガイド溝１０の幅広部の断面積よりも小さくなっている。そのため、レール２１とガイド溝１０との間には、上下左右にクリアランスを有している。つまり、突条２０は、ガイド溝１０と遊嵌状態で結合することになる。また、レール２１の頭部は、幅狭部の幅（すなわち、ガイド溝１０の開口幅）よりも大きい幅寸法に成形されている。このようにすると、レール２１のガイド溝１０からの抜け出しが阻止されることから、隣り合う函体５，５が必要以上に離間することを防ぐことができる。

弾性部材３０は、ガイド溝１０と突条２０との隙間に介設されている。
弾性部材３０は、各函体５のガイド溝１０の内部に配設されている。ガイド溝１０に突条２０が挿入されると、ガイド溝１０と突条２０との隙間に弾性部材３０が充填された状態となる。本実施形態の弾性部材３０は、合成ゴム発泡体により構成されている。弾性部材３０は、遊嵌状態で結合されるガイド溝１０と突条２０との隙間の変動に追従し、ガイド溝１０と突条２０とに密着することで、止水性を確保する。
なお、弾性部材３０を構成する材料は、止水性があって圧縮可能なものであれば限定されるものではなく、例えば、ウレタン系ゴムやポリエチレン系ゴム等により構成する。
弾性部材３０には、図３（ａ）に示すように、突条２０を挿入可能な切込み３１が設けられている。切込み３１の形状は限定されるものではないが、本実施形態では断面Ｔ字状に形成されている。すなわち、弾性部材３０は、その中央部に形成された第一スリット３１ａと第一スリット３１ａから弾性部材３０の外面に至る第二スリット３１ｂとを備えている。切込み３１は、弾性部材３０の長手方向に連続している。
弾性部材３０には、切込み３１に代えて、突条２０の頭部の断面形状よりも小さい断面形状の溝を形成してもよい。
弾性部材３０には、トンネル軸方向に沿って貫通孔３２が形成されている。貫通孔３２は、切込み３１とガイド溝１０の底部（開口部と反対側）との間に形成されている。すなわち、貫通孔３２は、第二スリット３１ｂの延長上に位置している。本実施形態の貫通孔３２は断面円形であるが、貫通孔３２の断面形状は限定されない。また、貫通孔３２を形成する位置は、ガイド溝１０と突条２０との間に形成されていればよく、限定されるものではない。

貫通孔３２には、固化材（充填材）４０が充填されている。固化材４０は、貫通孔３２に圧入されることで貫通孔３２を押し広げた後、貫通孔３２を押し広げた状態を維持したまま固化したものである。
固化材４０を構成する材料は限定されるものではないが、硬化前は流動性を有しており、硬化後は所定の強度を発現するとともに止水性を有したものである必要があり、例えば、グラウトやモルタル等を使用する。

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１を築造するには、まず、地下構造物１の構築予定箇所の断面内に推進工法により複数の函体（先行函体５Ａ）５，５，…を連設することにより、トンネル２（先行トンネル２Ａ）を構築する（先行トンネル構築工程）。次に、この先行トンネル２Ａに隣接して、複数の函体（後行函体５Ｂ）５，５，…を連設することにより、トンネル２（後行トンネル２Ｂ）を構築する（後行トンネル構築工程）。
先行函体５Ａには、後行トンネル２Ｂ側に開口するガイド溝１０がトンネル軸方向に沿って形成されている。このガイド溝１０には、図３（ａ）に示すように、予め弾性部材３０を充填しておく。

後行トンネル２Ｂは、先行トンネル２Ａの隣において、複数の後行函体５Ｂ，５Ｂ，…を図示せぬ坑口から先行トンネル２Ａに沿って順次押し出すことにより構築する。なお、トンネル２の施工中は、必要に応じて函体５の周囲に滑材を注入・充填しておき、トンネル２の構築が完了した後に、硬化性の裏込材に置き換える。また、図示は省略するが、各トンネル２において、トンネル軸方向に隣り合う函体５，５は、ボルト・ナット等を用いて連結する。
後行トンネル２Ｂを構築する際には、図３（ｂ）に示すように、後行函体５Ｂの突条２０を、弾性部材３０の切込み３１に挿入し、弾性部材３０を圧縮させながら推進する。このとき、突条２０と弾性部材３０との当接面に給脂してもよい。このようにすると、ガイド溝１０に挿入した突条２０を進行させる際に、突条２０と弾性部材３０との摩擦が低減されるため、弾性部材３０の損傷を抑制することができる。
隣り合うトンネル２，２同士は、図１および図２に示すように、継手構造３を介して連結される。

後行トンネル２の施工が完了したら、図３（ｃ）に示すように、弾性部材３０の貫通孔３２に固化材４０を圧入する（止水工程）。
貫通孔３２に固化材４０を圧入すると、貫通孔３２が押し広げられることで、弾性部材３０がさらに圧縮し、ひいては、弾性部材３０のガイド溝１０の内面および突条２０の先端への密着性が増加し、継手構造３における止水性が向上する。すなわち、ガイド溝１０の内面および突条２０の外面に沿って浸透する地下水の水みちが、弾性部材３０によって遮断される。

同様に、トンネル（後行トンネル）２を既設のトンネル（先行トンネル）２に隣接して構築する。なお、地下構造物１を構成する各トンネル２の施工順序は限定されるものではない。
６本のトンネル２の構築が完了したら、地下構造物１の断面形状に合せて、各トンネル２の不要な覆工を撤去して大きな空間を形成する（図１参照）。
そして、図１に示すように、地山Ｇとの境界（すなわち、地下構造物１の外縁）に沿って残置されたトンネル２の覆工を利用して本設の頂版１Ａ、底版１Ｂおよび側壁１Ｃ，１Ｃを形成すると、地下構造物１となる。なお、不要な覆工を全部撤去した後に頂版１Ａ、底版１Ｂおよび側壁１Ｃ，１Ｃを形成してもよいし、トンネル２の不要な覆工の一部を撤去しつつ、地下構造物１の頂版１Ａ、底版１Ｂおよび側壁１Ｃ，１Ｃを構築してもよい。

本実施形態の地下構造物の構築方法、地下構造物１および継手構造３によれば、図３（ｂ）に示すように、弾性部材３０を圧縮させながら突条２０をガイド溝１０に挿入するため、弾性部材３０がガイド溝１０および突条２０に密着し、その結果、ガイド溝１０と突条２０との間に隙間が形成されることが防止されている。
また、弾性部材３０に形成された切込み３１に突条２０を挿入するため、突条２０は弾性部材３０により覆われた状態となる。したがって、継手構造３は止水性に優れている。
また、図３（ｃ）に示すように、固化材４０により弾性部材３０に対して押圧力を付与することで、弾性部材３０とガイド溝１０および突条２０との密着度が高まるので、より高い止水性能が得られる。つまり、後行トンネル２の構築と同時に、止水性に優れた継手構造３を構築することができるので、施工性に優れている。

弾性部材３０は、突条２０のガイド溝１０内での向きや位置に応じて変形するため、函体の蛇行、ローリングまたはピッチング等が生じた場合であっても、ガイド溝１０と突条２０との間に空隙が形成され難い。
また、トンネル２の施工後に函体が施工時荷重等により僅かに変形あるいは移動した場合であっても、弾性部材３０が変形・移動に追従するため、止水性能が低下することがない。
ガイド溝１０内に弾性部材３０を充填した状態でトンネル２を構築するため、図３（ａ）に示すように、先行トンネル構築時にガイド溝３０内に入り込む土砂や裏込め材等を大幅に削減することができる。そのため、ガイド溝３０内への突条２０の挿入が、土砂や裏込め材等により妨げられることもない。また、弾性部材３０によりガイド溝１０内へ土砂等が入り込むことが抑制されているため、ガイド溝１０の洗浄に要する手間を省略することができる。また、ガイド溝１０の洗浄時の洗浄水により周囲の地山が緩むことも防止できる。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態の地下構造物１の継手構造３は、図４（ａ）に示すように、ガイド溝１０と、突条２０および弾性部材３０に加え、ガイド溝１０と弾性部材３０との間に注入袋５０が介設されている。
注入袋５０を構成する材料は、止水性を有していれば限定されるものではなく、例えばゴム製の袋を使用すればよい。また、注入袋５０の設置個所および形状等は、弾性部材３０に押圧力を付与することができれば限定されない。また、注入袋５０とガイド溝１０との間にゴム板等を介設してもよい。
注入袋５０には、固化材（充填材）４０が充填されている。固化材４０は、注入袋５０に圧入されることで、注入袋５０を押し広げた後、注入袋５０を押し広げた状態を維持したまま固化したものである。
固化材４０を構成する材料は限定されるものではないが、硬化前は流動性を有しており、硬化後は所定の強度を発現するとともに止水性を有したものである必要があり、例えば、グラウトやモルタル等を使用すればよい。
ガイド溝１０および突条２０の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

弾性部材３０は、ガイド溝１０と突条２０との隙間に介設されている。
弾性部材３０は、各函体５のガイド溝１０の内部に配設されている。ガイド溝１０に突条２０が挿入されると、ガイド溝１０と突条２０との隙間に弾性部材３０が充填された状態となる。本実施形態の弾性部材３０は、合成ゴム発砲体により構成されている。弾性部材３０は、遊嵌状態で結合されるガイド溝１０と突条２０との隙間の変動に追従し、ガイド溝１０と突条２０とに密着することで、止水性を確保する。
なお、弾性部材１３を構成する材料は限定されなく、例えば、ウレタン系ゴムやポリエチレン系ゴム等により構成してもよい。
弾性部材３０には、図４（ａ）に示すように、突条２０を挿入可能な切込み３１が設けられている。なお、切込み３１の形状は限定されるものではないが、本実施形態では断面Ｔ字状に形成されている。すなわち、弾性部材３０は、その中央部に形成された第一スリット３１ａと第一スリット３１ａから弾性部材３０の外面に至る第二スリット３１ｂとを備えている。切込み３１は、弾性部材３０の長手方向に連続している。
弾性部材３０には、切込み３１に代えて、突条２０の頭部の断面形状以下の大きさの溝を形成していてもよい。

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１を築造するには、まず、地下構造物１の構築予定箇所の断面内に推進工法により複数の函体（先行函体５Ａ）５，５，…を連設することにより、トンネル２（先行トンネル２Ａ）を構築する（先行トンネル構築工程）。次に、この先行トンネル２Ａに隣接して、複数の函体（後行函体５Ｂ）５，５，…を連設することにより、トンネル２（後行トンネル２Ｂ）を構築する（後行トンネル構築工程）。
先行函体５Ａには、後行トンネル２Ｂ側に開口するガイド溝１０がトンネル軸方向に沿って形成されている。このガイド溝１０には、図４（ａ）に示すように、予め弾性部材３０とを充填し、注入袋５０を接着しておく。

後行トンネル２Ｂは、先行トンネル２Ａの隣において、複数の後行函体５Ｂ，５Ｂ，…を図示せぬ坑口から先行トンネル２Ａに沿って順次押し出すことにより構築する。なお、トンネル２の施工中は、必要に応じて函体５の周囲に滑材を注入・充填しておき、トンネル２の構築が完了した後に、硬化性の裏込材に置き換える。また、図示は省略するが、各トンネル２において、トンネル軸方向に隣り合う函体５，５は、ボルト・ナット等を用いて連結する。
後行トンネル２Ｂを構築する際には、図４（ｂ）に示すように、後行函体５Ｂの突条２０を、弾性部材３０の切込み３１に挿入し、弾性部材３０を圧縮させながら推進する。このとき、突条２０と弾性部材３０との当接面に給脂してもよい。このようにすると、ガイド溝１０に挿入した突条２０を進行させる際に、突条２０と弾性部材３０との摩擦が低減されるため、弾性部材３０の損傷を抑制することができる。
隣り合うトンネル２，２同士は、継手構造３を介して連結される。

後行トンネル２の施工が完了したら、図４（ｃ）に示すように、注入袋５０に固化材４０を圧入する（止水工程）。
注入袋５０に固化材４０を圧入すると、注入袋５０が押し広げられることで、弾性部材３０をさらに圧縮させるとともに、弾性部材３０の突条２０の先端への密着性が増加し、継手構造３における止水性が向上する。すなわち、ガイド溝１０の内面および突条２０の外面に沿って浸透する地下水の水みちが、弾性部材３０によって遮断される。
同様に、トンネル（後行トンネル）２を既設のトンネル（先行トンネル）２に隣接して構築する。その後、地下構造物１の断面形状に合せて、各トンネル２の不要な覆工を撤去して大きな空間を形成するとともに、本設の頂版１Ａ、底版１Ｂおよび側壁１Ｃ，１Ｃを形成する（図１参照）。
なお、地下構造物１を構成する各トンネル２の施工順序は限定されるものではない。

図４（ｃ）に示すように、注入袋５０に圧入された固化材４０により弾性部材３０に対して押圧力を付与することで、弾性部材３０と突条２０との密着度および注入袋５０とガイド溝１０との密着度が高まるので、より高い止水性能が得られる。つまり、後行トンネル２の構築と同時に、止水性に優れた継手構造３を構築することができるので、施工性に優れている。
この他の第二の実施形態の作用効果は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の各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。
前記実施形態では、継手構造をトンネル同士の連結に使用する場合について説明したが、継手構造が適用可能な構造物はこれに限定されるものではなく、例えば、鋼管矢板やパイプルーフ等の継手に使用してもよい。
弾性部材３０には、弾性部材３０中の気泡の分布形態、発砲率に応じて、適正な止水性および圧縮性を備えた材料を使用すればよい。
また、異なる種類の材料を組み合わせて弾性部材を形成してもよい。
弾性部材３０の切込み３１は、必要に応じて形成すればよく、例えば、弾性部材３０が突条２０の外形状に応じた形状を有している場合等には、切込み３１は省略してもよい。

１ 地下構造物
２ トンネル（構造体）
３ 継手構造
４ 覆工
５ 函体
１０ ガイド溝
２０ 突条
３０ 弾性部材
３１ 切込み
３２ 貫通孔
４０ 固化材
５０ 注入袋

Claims (3)

1. 複数の先行函体を地中に連設することで先行トンネルを構築する先行トンネル構築工程と、
   前記先行トンネルに隣接して複数の後行函体を地中に連設することで後行トンネルを構築する後行トンネル構築工程と、
   前記先行トンネルと前記後行トンネルとの継手部を止水する止水工程と、を含む地下構造物の構築方法であって、
   前記先行函体は、トンネル軸方向に沿って形成されて前記後行トンネル側に開口するガイド溝と、前記ガイド溝の内部に充填された弾性部材と、を有し、
   前記弾性部材は、トンネル軸方向に沿った切込みを有し、
   前記後行函体は、トンネル軸方向に沿って形成された突条を有しており、
   前記後行トンネル構築工程では、前記切込みに前記突条を挿入して前記弾性部材を圧縮させ、
   前記止水工程では、前記弾性部材をさらに圧縮させることを特徴とする、地下構造物の構築方法。
2. 前記弾性部材には、トンネル軸方向に沿って貫通孔が形成されており、
   前記止水工程では、前記貫通孔に充填材を圧入することにより当該貫通孔を押し広げることを特徴とする、請求項１に記載の地下構造物の構築方法。
3. 前記ガイド溝と前記弾性部材との間に注入袋が介設されており、
   前記止水工程では、前記注入袋に充填材を圧入することにより当該注入袋を押し広げることを特徴とする、請求項１に記載の地下構造物の構築方法。

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