JP6764512B1 - How to build an underground structure - Google Patents
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Abstract
【課題】地盤の安定性を向上させる。【解決手段】発進基地100は、第1壁面W1に沿って設けられ第1壁面W1を支持する殻部20と、第2壁面W2に沿って設けられる側部30と、を備え、側部30は、殻部20に固定され、第2壁面W2を支持する複数のパイプ31と、複数のパイプ31の外側に形成され、隣り合うパイプ31の間を止水する凍土層32と、を有する。【選択図】図3PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the stability of the ground. A starting base 100 includes a shell portion 20 provided along a first wall surface W1 and supporting a first wall surface W1, and a side portion 30 provided along a second wall surface W2. Has a plurality of pipes 31 fixed to the shell portion 20 and supporting the second wall surface W2, and a frozen soil layer 32 formed outside the plurality of pipes 31 and stopping water between adjacent pipes 31. [Selection diagram] Fig. 3
Description
本発明は、地下構造体、及び地下構造体を構築する方法に関する。 The present invention relates to an underground structure and a method for constructing an underground structure.
道路トンネルや鉄道トンネル等のトンネル工事では、分岐・合流部又は駅舎部を構築するために、幅が本線トンネルよりも広い拡幅空間を地中に構築することがある。特許文献1には、拡幅空間としての発進基地を構築する方法が開示されている。
In tunnel construction such as road tunnels and railway tunnels, a widened space wider than the main tunnel may be constructed underground in order to construct a branch / confluence section or a station building section.
特許文献1に開示された構築方法では、まず、本線トンネル及び支線トンネルを囲繞する円筒外殻部を構築する。次に、円筒外殻部の両端を塞ぐように凍結壁部を形成し、円筒外殻部と両端の凍結壁部で囲まれた地盤を掘削する。掘削によって露出した凍結壁部の内側の壁面に、繊維補強コンクリート又は鉄筋コンクリートによって妻壁部を構築することにより、発進基地が構築される。
In the construction method disclosed in
特許文献1に開示された構築方法では、凍結壁部は、地盤に挿入された凍結管に冷媒を流し地盤を凍結させることによって形成される。妻壁部が構築されるまでは、円筒外殻部の軸方向に沿う地圧を凍結した地盤のみで受けることになるため、地盤の安定性を確保できないおそれがある。
In the construction method disclosed in
本発明は、地盤の安定性を向上させることを目的とする。 An object of the present invention is to improve the stability of the ground.
本発明は、所定の方向に沿って延び地盤からなる第1壁面と、第1壁面から所定の方向と交差して延び前記地盤からなる第2壁面と、によって囲われた地下空洞を有する地下構造体を構築する地下構造体の構築方法であって、コンクリートで形成されている殻部を第1壁面に沿って設けて第1壁面を支持する工程と、第2壁面に沿って側部を設ける工程と、第1壁面と第2壁面とによって囲われた領域を掘削して地下空洞を形成する工程と、を備え、側部を設ける工程において、複数のパイプを所定の方向と交差して延びるように地盤に挿入して殻部に固定し第2壁面を支持すると共に、パイプの内部のうち第2壁面側にパイプの中心軸に沿って配置された第1凍結管に冷媒を流通させて複数のパイプの外側に凍土層を形成して隣り合うパイプの間を止水する。 The present invention includes a first wall that Do geotechnical extending along a predetermined direction, and a second wall that Do from the ground extends intersecting the predetermined direction from the first wall, the thus underground cavity surrounded a method for constructing an underground structure to build underground structure having the steps of supporting a first wall surface only set a shell portion formed of concrete along the first wall surface, along a second wall surface A step of providing a side portion and a step of excavating an area surrounded by a first wall surface and a second wall surface to form an underground cavity are provided. In the step of providing a side portion, a plurality of pipes are provided in a predetermined direction. It is inserted into the ground so as to extend so as to intersect and fixed to the shell to support the second wall surface, and the refrigerant is placed in the first freezing pipe arranged along the central axis of the pipe on the second wall surface side of the inside of the pipe. Is circulated to form a frozen soil layer on the outside of a plurality of pipes to stop water between adjacent pipes.
本発明によれば、地盤の安定性を向上させることができる。 According to the present invention, the stability of the ground can be improved.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る地下構造体及びその構築方法について説明する。ここでは、地下構造体がシールド掘進機(不図示)の発進基地100である場合について説明する。
Hereinafter, the underground structure and the construction method thereof according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a case where the underground structure is the
図1に示すように、発進基地100は、既設の本線トンネル1と支線トンネル2との分岐・合流部が形成される拡幅空間3の構築に利用される。
As shown in FIG. 1, the
以下において、本線トンネル1の中心軸に沿う方向を「トンネル軸方向」と称し、本線トンネル1の中心軸を中心とする放射方向を「トンネル径方向」と称し、本線トンネル1の中心軸の周りの方向を「トンネル周方向」と称する。
In the following, the direction along the central axis of the
拡幅空間3を構築するためには、まず、地盤内に発進基地100を構築する。次に、発進基地100からトンネル軸方向に沿ってシールド掘進機(図示省略)を発進させ、複数の小断面シールドトンネル4を本線トンネル1及び支線トンネル2の周囲に構築する。次に、小断面シールドトンネル4におけるシールド掘進機の到達点付近に褄壁5を構築する。発進基地100と複数の小断面シールドトンネル4と褄壁5とによって囲まれた領域を掘削することにより、拡幅空間3が構築される。
In order to construct the
発進基地100は、地下空洞10を有しており、地下空洞10に小断面シールドトンネル4を構築するためのシールド掘進機が設置される。以下、発進基地100の構造及び発進基地100の構築方法について、詳述する。
The
まず、発進基地100の構造を、図2から図4を参照して説明する。なお、図2から図4では、図1に示す拡幅空間3及び小断面シールドトンネル4を構築する前の状態が示されている。
First, the structure of the
図2及び図3に示すように、地下空洞10は、地盤の第1壁面W1及び第2壁面W2によって囲われている。第1壁面W1は、トンネル軸方向に沿って延びており、本線トンネル1及び支線トンネル2を囲うように略円形に形成されている。第2壁面W2は、第1壁面W1からトンネル径方向に延びている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
発進基地100は、第1壁面W1に沿って設けられる殻部20と、第2壁面W2に沿って設けられる側部30と、を備えている。殻部20及び側部30は、地下空洞10の形成に先立って、地盤内に構築される。側部30の内側には、繊維補強コンクリート又は鉄筋コンクリートからなる褄壁36が構築されている。なお、図2では、褄壁36の図示を省略している。
The
殻部20は、環状に形成されている。具体的には、殻部20は、トンネル軸方向に並べられると共に本線トンネル1と支線トンネル2とを囲うようにトンネル周方向に並べられた複数のセグメント21から形成されている。
The
セグメント21は、例えば、主にコンクリートから形成されるRCセグメント、主に鋼材から形成される鋼製セグメント、又は主にコンクリートと鋼材とから形成される合成セグメントである。トンネル周方向に隣り合うセグメント21どうしは互いに連結されており、中空の構造体である。複数のセグメント21によって、地盤の第1壁面W1が支持されている。
The
側部30は、第2壁面W2に沿って延びて設けられた複数のパイプ31と、複数のパイプ31の外側に形成された凍土層(地盤改良体)32と、を有している。パイプ31は、例えば鋼製パイプであり、中空のパイプであることが好ましい。凍土層32は、地盤を凍結することによって形成される。
The
パイプ31の一方の端部は、殻部20に形成された貫通孔(図示省略)に貫通されて連結、固定されている。パイプ31の他方の端部は、殻部20、本線トンネル1又は支線トンネル2に形成された貫通孔(図示省略)を介して連結、固定されている。パイプ31によって、地盤の第2壁面W2が支持されている。そのため、トンネル軸方向における地盤の圧力は、パイプ31に作用し、地盤の第2壁面W2はパイプ31によって受け止められる。したがって、地盤の安定性を向上させることができる。
One end of the
パイプ31は、互いに略平行に設けられている。そのため、隣り合うパイプ31の間隔は、パイプ31の全長に渡って略一定になる。したがって、パイプ31の全長に渡って地盤の圧力を略均等に受けることができ、地盤の安定性をより向上させることができる。
The
パイプ31は、例えば鉛直方向に延びるように設けられる。パイプ31は、水平方向に延びるように設けられていてもよいし、水平方向に対して傾斜して延びるように設けられていてもよい。
The
図4は、図3に示すIV−IV線に沿う断面図である。なお、図4では、褄壁36の図示を省略している。
FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV shown in FIG. In FIG. 4, the
図4に示すように、パイプ31の断面は略円形である。パイプ31は、互いに間隔を空けて設けられている。隣り合うパイプ31の間には凍土層32が形成されており、凍土層32によって隣り合うパイプ31の間が止水されている。そのため、隣り合うパイプ31の間への地下水の流入が遮断される。したがって、地盤内の地下水がパイプ31の間を通って地下空洞10に流入することを防ぐことができ、止水される。
As shown in FIG. 4, the cross section of the
隣り合うパイプ31の間には鉄板33が設けられており、鉄板33によって、凍土層32が覆われている。そのため、隣り合うパイプ31どうしの間から凍土層32が崩れ落ちるのを防止することができ、凍土層32の止水性を向上させることができる。
An
パイプ31の内部には、凍結管34,35がパイプ31の中心軸に沿って配置されている。凍結管34,35は、冷媒が流通可能に形成されている。冷媒は、例えば液化二酸化炭素である。冷媒を凍結管34,35に流すことにより、パイプ31の外側が冷却されて地盤が凍結し、凍土層32が形成される。
Inside the
第2壁面W2は、地盤とパイプ31又は凍土層32との境界である。つまり、凍土層32の厚みの変化によって、第2壁面W2の位置は変化する。また、凍土層32は凍結状態により変状するので、第2壁面W2の位置も変動する。例えば、冷媒が凍結管34,35に流れておらず、凍土層32が形成されていない状態では、第2壁面W2は、地盤とパイプ31との境界となる。
The second wall surface W2 is a boundary between the ground and the
凍結管34,35がパイプ31の内部に配置されているため、凍結管34,35は、パイプ31によって保護される。したがって、凍結管34,35の破損を軽減することができ、凍土層32をより確実に形成することができる。
Since the freezing
パイプ31の強度は、凍結管34,35の強度よりも高いことが好ましい。この場合には、凍結管34,35がパイプ31によって支えられる。したがって、凍結管34,35の破損をより軽減することができ、凍土層32をより確実に形成することができる。また、パイプ31の外径は凍結管34,35の外径より大きいので断面性能(例えば断面二次モーメント等)が強度的に優れている。したがって、凍結管34,35よりも地盤の圧力をより高い強度で受け止めることができる。
The strength of the
凍結管34は、パイプ31の中心軸に対して地盤側(地下空洞10とは反対側)に配置されている。そのため、凍結管34を流れる冷媒は、パイプ31の外側のうちパイプ31の中心軸に対して地盤側の領域を地下空洞10側の領域よりも冷却する。したがって、凍土層32を地盤側に容易に拡大することができ、凍土層32の止水性を向上させることができる。
The freezing
凍結管35は、隣に位置するパイプ31の外周面に最も近い位置に設けられている。つまり、他の部分と比較して、凍結管35と隣のパイプ31の外周面との間隔が最も小さくなっている。したがって、隣り合うパイプ31の間に渡って凍土層32を容易に形成することができ、凍土層32の止水性をより向上させることができる。
The freezing
図4に示す例では、凍結管35は、パイプ31の中心軸に対して複数のパイプ31における配列方向の一方側にのみ配置されているが、配列方向の両側に配置されていてもよい。この場合には、隣り合うパイプ31の間の地盤を、各パイプ31に設けられる凍結管35を流れる冷媒によって冷却することができる。したがって、隣り合うパイプ31の間に渡って凍土層32をより容易に形成することができ、凍土層32の止水性をより向上させることができる。
In the example shown in FIG. 4, the freezing
凍結管34,35は、例えばアルミニウム材料で形成されており、複数の流路を有するICチャンネル構造(狭隘流路構造)を有している。そのため、凍結管34,35の各流路を流れる冷媒と凍結管34,35との周囲との間での熱伝達が生じる。したがって、凍結管34,35の伝熱性能を向上させることができ、凍土層32を効率的に形成することができる。
The freezing
図示を省略するが、パイプ31の内部は、コンクリート等のセメント系材料によって充填される。そのため、パイプ31が中空である場合と比較して、側部30の強度を高めることができる。したがって、地盤の安定性をより向上させることができる。
Although not shown, the inside of the
次に、発進基地100の構築方法について、図5を参照して説明する。
Next, a method of constructing the starting
まず、図5(a)及び図5(b)に示すように、既設の支線トンネル2からトンネル径方向に地盤を掘削し、拡幅した地下空間である坑50を構築する。坑50は、既知の方法で構築可能であり、坑50の構築方法の詳細については省略する。
First, as shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the ground is excavated in the tunnel radial direction from the existing
坑50は、例えば支線トンネル2から略水平に地盤を掘削することによって構築される。支線トンネル2から略鉛直に地盤を掘削して坑50を構築してもよいし、支線トンネル2から水平方向に対して斜めに地盤を掘削して坑50を構築してもよい。また、本線トンネル1からトンネル径方向に地盤を掘削して坑50を構築してもよい。
The
次に、図5(c)及び図5(d)に示すように、地盤内に殻部20を本線トンネル1及び支線トンネル2を囲うように形成する。殻部20は、いわゆる円周方向に掘進するシールド工法・推進工法により構築が可能である。具体的には、坑50内に不図示の矩形シールド掘進機を設置し、矩形シールド掘進機を坑50から発進させる。矩形シールド掘進機を、本線トンネル1及び支線トンネル2を囲うように円形の経路で前進させることにより、環状のシールドトンネル22が構築される。図5(d)に示す例では、環状のシールドトンネル22を3つ構築しているが、環状のシールドトンネル22は、1つ、2つ、又は4つ以上であってもよい。
Next, as shown in FIGS. 5 (c) and 5 (d), the
矩形シールド掘進機による地盤の掘削に伴って、第1壁面W1が形成される。また、矩形シールド掘進機の前進に合わせてセグメント21を第1壁面W1に設置することにより、殻部20が形成され、第1壁面W1が殻部20によって支持される。
The first wall surface W1 is formed along with the excavation of the ground by the rectangular shield excavator. Further, by installing the
次に、図5(e)及び図5(f)に示すように、地盤内に側部30を形成する。具体的には、シールドトンネル22の内部からトンネル軸方向と交差するように複数のパイプ31を地盤に挿入し、地盤に第2壁面W2を形成する。このとき、パイプ31の内部に凍結管34,35(図4参照)を配置しながらパイプ31を地盤に挿入する。パイプ31の挿入は既知の方法により可能である。例えば、ボーリング工法や推進工法により地盤にパイプ31を挿入することが可能である。パイプ31の一端を殻部20に固定し他端を殻部20、本線トンネル1又は支線トンネル2に固定することにより、第2壁面W2を支持する。次に、凍結管34,35に冷媒を流し、パイプ31の外周における地盤を凍結させて凍土層32を形成する。
Next, as shown in FIGS. 5 (e) and 5 (f), a
次に、殻部20と側部30とによって囲まれた領域を掘削し、図2及び図3に示す地下空洞10を形成する。パイプ31が地盤の第2壁面W2を支持しているため、トンネル軸方向における地盤の圧力は、パイプ31に作用し、地盤の第2壁面W2はパイプ31によって受け止められる。したがって、第2壁面W2の崩落を防止することができ、地下空洞10を容易に形成することができる。
Next, the area surrounded by the
地盤の掘削に伴って、隣り合うパイプ31どうしの間に鉄板33(図4参照)を設置すると共に褄壁36(図3参照)を構築する。鉄板33及び褄壁36は、例えば逆巻き工法により構築される。逆巻き工法では、上方からの掘削により地下空洞10を形成しつつ、鉄板33を隣り合うパイプ31どうしの間に設置すると共に褄壁36を構築する。
Along with the excavation of the ground, an iron plate 33 (see FIG. 4) is installed between
以上により、発進基地100の構築が完了する。褄壁36の構築後は、凍結管34,35(図4参照)への冷媒の流通を停止し、凍土層32を解凍する。つまり、褄壁36の構築後は、躯体によって止水する。
With the above, the construction of the starting
以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。 According to the above embodiments, the following actions and effects are exhibited.
発進基地100では、複数のパイプ31が第2壁面W2を支持する。そのため、地盤の第2壁面W2はパイプ31によって受け止められる。したがって、地盤の安定性を向上させることができる。また、凍土層32が隣り合うパイプ31の間を止水している。そのため、隣り合うパイプ31の間への地下水の流入が遮断される。したがって、地盤内の地下水がパイプ31の間を通って地下空洞10に流入することを防ぐことができる。
At the starting
また、複数のパイプ31は、互いに略平行に設けられている。そのため、隣り合うパイプ31の間隔は、パイプ31の全長に渡って略一定になる。したがって、パイプ31の全長に渡って地盤の圧力を略均等に受けることができ、地盤の安定性をより向上させることができる。
Further, the plurality of
また、側部30は、パイプ31の内部に配置され、地盤を凍結する冷媒が流通可能な凍結管34,35を更に備えている。そのため、凍結管34,35は、パイプ31によって保護される。したがって、凍結管34,35の破損を軽減することができ、凍土層32をより確実に形成することができる。
Further, the
また、発進基地100の構築方法では、側部30を設ける工程において、複数のパイプ31を地盤に挿入して殻部20に固定し第2壁面W2を支持すると共に、複数のパイプ31の外側に凍土層32を形成して隣り合うパイプ31の間を止水する。そのため、殻部20と側部30とによって囲まれた領域を掘削し地下空洞10を形成する工程において、地盤の第2壁面W2がパイプ31によって支持され受け止められる。したがって、第2壁面W2の崩落を防止することができ、地下空洞10を容易に形成することができる。
Further, in the method of constructing the starting
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the above embodiments are only a part of the application examples of the present invention, and the technical scope of the present invention is limited to the specific configuration of the above embodiments. Absent.
上記実施形態では、発進基地100は、既設の本線トンネル1と支線トンネル2との分岐・合流部の構築に利用されるが、本発明に係る地下構造体は、別の用途であってもよい。例えば、鉄道トンネル等の駅舎部の構築に利用されてもよい。また、本線トンネル1及び支線トンネル2のいずれも形成されていなくてもよい。つまり、本発明は、所定の方向に沿って延びる第1壁面W1と、当該所定の方向と交差して延びる第2壁面W2と、によって囲われた地下空洞10を有する地下構造体に適用可能である。
In the above embodiment, the starting
上記実施形態では、トンネル軸方向における両側に側部30が設けられているが、本発明は、トンネル軸方向における一方側に側部30が設けられており、他方側に側部30とは異なる構造が設けられていてもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、第1壁面W1が略円形に形成されており殻部20が環状に形成されているが、本発明は、この形態に限られない。例えば、第1壁面W1が地下空洞10の上方にアーチ状に形成されており殻部20が第1壁面W1に沿ってアーチ状に形成されていてもよい。また、第1壁面W1が地下空洞10の側方にアーチ状に形成されており殻部20が第1壁面W1に沿ってアーチ状に形成されていてもよい。更に、第1壁面W1が平面状に形成されており殻部20は第1平面に沿って平面状に形成されていてもよい。つまり、地下空洞10は、第1壁面W1と第2壁面W2とを含む地盤の複数の壁面によって囲われており、殻部20及び側部30が第1壁面W1及び第2壁面W2にそれぞれ沿って設けられていればよい。
In the above embodiment, the first wall surface W1 is formed in a substantially circular shape and the
上記実施形態では、凍土層32によって隣り合うパイプ31の間を止水しているが、本発明は、この形態に限られない。例えば、薬液を隣り合うパイプ31の間の地盤に注入して地盤改良体を形成し、隣り合うパイプ31の間を止水してもよい。
In the above embodiment, the
上記実施形態では、パイプ31は、互いに間隔を空けて設けられているが、パイプ31が互いに隣接していてもよい。また、図6に示す変形例のように、複数のパイプは、トンネル軸方向に重なり合うように設けられていてもよい。
In the above embodiment, the
図6に示す変形例に係る側部30では、第1パイプ131と第2パイプ231とが交互に配置されており、第1パイプ131と第2パイプ231との間が凍土層32によって止水されている。第1パイプ131は、鋼製の芯材131aと、芯材131aよりも硬度が低い切削可能部131bと、を有有している。第2パイプ231は、パイプ31(図4参照)と同様に、鋼製パイプである。第2パイプ231は、第1パイプ131を地盤に挿入した後に、第1パイプ131の切削可能部131bを切削しながら第1パイプ131と並列に地盤に挿入される。そのため、第2パイプ231は、切削可能部131bを切削することによって形成される空間に配置される。したがって、第1パイプ131と第2パイプ231との間の止水範囲を最小限にすることができ、側部30の止水性を向上させることができる。また、側部30の強度を向上させることができる。
In the
図6に示す変形例において、凍結管34は、第1パイプ131及び第2パイプ231の中心軸に対して地盤側(地下空洞10とは反対側)に配置されている。凍結管35は、第2パイプ231の内部における切削可能部131bと凍土層32との境界の延長線上に配置されている。したがって、切削可能部131bに隣接する領域を効率的に冷却することができ、切削可能部131bと第2パイプ231との間を容易に止水することができる。
In the modified example shown in FIG. 6, the freezing
100・・・発進基地(地下構造体)
10・・・地下空洞
20・・・殻部
30・・・側部
31・・・パイプ
32・・・凍土層(地盤改良体)
34,35・・・凍結管
131・・・第1パイプ
231・・・第2パイプ
W1・・・第1壁面
W2・・・第2壁面
100 ... Starting base (underground structure)
10 ...
34, 35 ... Freezing
Claims (4)
コンクリートで形成されている殻部を前記第1壁面に沿って設けて前記第1壁面を支持する工程と、
前記第2壁面に沿って側部を設ける工程と、
前記第1壁面と前記第2壁面とによって囲われた領域を掘削して前記地下空洞を形成する工程と、を備え、
前記側部を設ける工程において、複数のパイプを前記所定の方向と交差して延びるように前記地盤に挿入して前記殻部に固定し前記第2壁面を支持すると共に、前記パイプの内部のうち前記第2壁面側に前記パイプの中心軸に沿って配置された第1凍結管に冷媒を流通させて前記複数のパイプの外側に凍土層を形成して隣り合う前記パイプの間を止水する、
地下構造体の構築方法。 Underground structure having a first wall made of ground extending along a predetermined direction, and a second wall comprising the ground extends intersects with the predetermined direction from the first wall, the thus underground cavity surrounded It is a method of constructing an underground structure to construct
A step of providing a shell portion made of concrete along the first wall surface to support the first wall surface, and
A step of providing a side portion along the second wall surface and
A step of excavating a region surrounded by the first wall surface and the second wall surface to form the underground cavity is provided.
In the step of providing the side portion, a plurality of pipes are inserted into the ground so as to extend so as to intersect the predetermined direction , fixed to the shell portion to support the second wall surface, and inside the pipe. Refrigerant is circulated through the first freezing pipe arranged along the central axis of the pipe on the second wall surface side to form a frozen soil layer on the outside of the plurality of pipes to stop water between the adjacent pipes. ,
How to build an underground structure.
請求項1に記載の地下構造体の構築方法。 Said plurality of pipes, Keru substantially parallel to configure each other,
The method for constructing an underground structure according to claim 1.
請求項1又は2に記載の地下構造体の構築方法。The method for constructing an underground structure according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載の地下構造体の構築方法。The method for constructing an underground structure according to any one of claims 1 to 3.
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CN113187487A (en) * | 2021-06-17 | 2021-07-30 | 上海市地下空间设计研究总院有限公司 | Double-deck full section of subway freezes secretly digs station structure |
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