JP7233193B2 - 水路付きトンネル - Google Patents

Description

本発明は、例えばシールド工法等で構築されるトンネルの底部にインバートセグメントを設置して、溝部を水路として利用可能な水路付きトンネルに関する。

従来、例えばシールドトンネルの底部に排水用の溝を形成したものとして、共同溝、鉄道トンネル、道路トンネル等が施工されている。また、ライナーとして使用した区間の排水溝を備えたＴＢＭトンネル等も知られている。これらのシールドトンネルの一例として、一次覆工の内面底部にインバートブロックが設置されているものがある。円筒状に組み立てた一次覆工（セグメント）底部のセグメントに型枠を設置し、ポンプ車等で地上からインバートコンクリートを型枠内に打設してインバートブロックの水路を構築していた。
他の例として、例えば特許文献１では、地下に施工した一次覆工からなるシールドトンネルの内側に二次覆工からなるトンネルを施工し、二次覆工の底部にインバートセグメントを設置している。インバートセグメントの内周面には搬送用台車の走行ガイド溝と風管等に利用する空間が一体形成されている。この走行ガイド溝によって搬送用台車のレールの敷設及び撤去、風管の取付け及び撤去を省略できる。

また、特許文献２に記載されたシールドトンネルでは、一次覆工のシールドトンネルの底部における空間の両側に別部材からなる溶接用金物をインバートブロックとして溶接固定して溝を形成している。このインバートブロックの溝は資材や機材の搬送台車の走行に用いる走行路として使用される。

特開２００１－２８８９９２号公報 特開２０１６－８４６５３号公報

ところで、シールドトンネルにおいて、インバートセグメントで溝部を形成する場合、図６に示すように、直径が２～３ｍ程度の小口径のトンネルでは、特許文献１に記載のように長さ３ｍのインバートセグメント１００で所定の深さの溝部１０１を形成できるが、この場合、インバートセグメント１００の厚みが他のセグメントより大きくなる。また、図７に示すように直径１０ｍ程度の大口径のトンネルでは、１ピースのインバートセグメント１０２で深い溝部を形成することが困難になる。そのため、流せる水量が少なく溢れ易いという欠点がある。

上述した特許文献１に記載されたトンネルでは、二次覆工のインバートセグメントの底部に溝を形成しているため、溝の深さが一次覆工に到達しない浅いものになっている。しかも、内径が１０ｍになるような大口径のセグメントリングでは溝の深さが浅くなるため、十分な深さの溝が得られなかった。
また、特許文献２に記載されたシールドトンネルのインバートブロックでは、比較的溝を深く形成できるが、一次覆工のシールドトンネルの底部の空間の溶接用金物を溶接固定して溝を形成するため、インバートブロックが一次覆工と別部材であり、シールドトンネルの施工とは別施工である。そのため、煩雑で工期が長くなりコスト高になるという問題があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、トンネルの口径が大きくても深い溝部を形成できて、施工が容易で低コストである水路付きトンネルを提供することを目的とする。

即ち、本発明に係る水路付きトンネルは、複数の覆工用セグメントを連結してなるセグメントリングを軸方向に沿って接続してなる水路付きトンネルにおいて、セグメントリングの底部に設置されていて一端部に第一凹部が形成された第一インバートセグメントと、セグメントリングの底部に設置されていて一端部に第一凹部に当接する第二凹部が形成された第二インバートセグメントと、を備え、第一凹部と第二凹部が連結されてなる溝部が水路として形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、セグメントリングの底部に第一インバートセグメントの第一凹部と第二インバートセグメントの第二凹部とを接続して設置することで、水路としての溝部を形成したため、強度を落とすことなく溝部の深さを１ピースのインバートセグメントで形成するよりも深くまたは大容積に形成でき、しかも、第一及び第二インバートセグメントを予め工場で製作するため、現場での施工が短期間で済み、低コストで製造できる。

また、溝部は覆工用セグメントの内周面の延長線上に底面が形成されていることが好ましい。
溝部は覆工用セグメントの内周面の延長線上に底部を形成したため、溝部の深さを深く形成できる。

また、溝部の内面には水漏れ防止用の防水シートまたは防水層が設置されていることが好ましい。
水は溝部の防水シートまたは防水層の上を流れるため、インバートセグメントの接続部分から漏れ出ることを防止できる。

また、第一凹部と第二凹部は周方向長さが異なっており、トンネルの軸方向において、第一インバートセグメント及び第二インバートセグメントは溝部を中心に交互に逆向きに配列されていることが好ましい。
溝部を形成する第一凹部と第二凹部を溝部を中心にしてトンネルの軸方向に交互に逆向きに配列することで、トンネル強度が向上する。

本発明による水路付きトンネルによれば、２ピースのインバートセグメントの第一凹部及び第二凹部をトンネルの底部中央で接合して水路用の溝部を形成することができ、強度を犠牲にすることなく溝部の深さを１ピースのインバートセグメントで形成するよりも深く形成できる。また、トンネル内の水流が少ない場合でも溝部に集めて確実に流すことができる。
しかも、溝部は工事期間中に資材や機材等の搬送台車等の走行路として用いることができる。各セグメントは予め工場で製作できるので現場での施工期間を短くできて低コストである。

本発明の第一実施形態によるシールドトンネルのセグメントリングを示す要部説明図である。 図１に示す溝部を形成するインバートセグメントを示す要部斜視図である。 インバートセグメントの溝部に防水用シートを設置する工程を示す要部斜視図である。 第二実施形態によるシールドトンネルのセグメントリングにおけるインバートセグメントの配置を示す要部説明図である。 図４に示すシールドトンネルに防水用シートを設置する工程を示す要部斜視図である。 従来のシールドトンネルのセグメントリングを示す図である。 図６とは別の従来のシールドトンネルのセグメントリングを示す図である。

以下、本発明の実施形態による水路付きトンネルについて添付図面に基づいて説明する。
図１～図３は本発明の第一実施形態による水路付きトンネルを示すものである。
図１は本実施形態による水路付きトンネル１のセグメントリング２を示すものであり、その内径が例えば４ｍ～５ｍとなる中口径のシールドトンネルを構成している。なお、セグメントリング２の内径は適宜に設定でき、例えば１０ｍの大口径に設定されていてもよい。
このセグメントリング２は例えば６つのセグメントピースで構成されている。底部には、第一インバートセグメント３と第二インバートセグメント４とが設置され、第一及び第二インバートセグメント３，４で水路となる溝部５を形成している。その両側部には一般的な円弧版状のセグメント７が配設され、頂部にはキーセグメント８が嵌合されている。これらの各セグメントはセグメント間継手（ピース間継手）によって互いに連結されている。

図２に示す第一インバートセグメント３は、略円弧版状をなす本体３ａの一方の端部側に断面略三角形状に隆起する肉厚の第一隆起部１０が形成され、第一隆起部１０に続く一方の端部は本体３ａと略同一厚みの第一溝片１１が形成されている。第一隆起部１０は第一溝片１１から略垂直に立ち上がる立壁１０ａと立壁１０ａに直角な水平面をなす第一点検廊１０ｂとを有している。第一溝片１１と立壁１０ａとで断面略Ｌ字状の第一凹部を形成している。

また、第二インバートセグメント４は略円弧版状をなす本体４ａの略中央部に断面略三角形状に隆起する第二隆起部１２が形成され、第二隆起部１２に続く第一インバートセグメント３側の端部は本体４ａと略同一厚みの第二溝片１３が形成されている。第二隆起部１２は第二溝片１３から略垂直に立ち上がる立壁１２ａと立壁１２ａに直角な水平面をなす第二点検廊１２ｂとを有している。第二溝片１３と立壁１２ａとで断面略Ｌ字状の第二凹部を形成している。
第一隆起部１０と第二隆起部１２は第一点検廊１０ｂと第二点検廊１２ｂが略同一高さの水平面に設定されていることが好ましく、作業員等がトンネル１の保守点検や修理等のために第一点検廊１０ｂと第二点検廊１２ｂを通行できる。第一溝片１１と第二溝片１３は略同一厚みに設定されていることが好ましい。また、第一及び第二インバートセグメント３，４は図１及び図４に示すように千鳥配置可能とすることが基本であり、同一セグメントを逆向きに使用することができる。これにより、型枠が１つで済み低コストになる。

第一溝片１１と第二溝片１３の端部同士が当接することで溝部５が形成されている。第一インバートセグメント３と第二インバートセグメント４では、第一溝片１１と第二溝片１３の厚みを本体３ａ，４ａの厚みと略同一に設定することで、溝部５の深さを深く設定して水路の水量を確保できる。
溝部５は本体３ａ、４ａの内周面の略延長線状に底面が形成されていることが好ましい。溝部５は、本体３ａ，４ａの厚みより薄く形成すると溝部５の深さは増大するがセグメントの強度が低下し、本体３ａ，４ａの厚みより厚く形成するとセグメントの強度は増大するが溝部５の深さが小さくなる。

ここで、インバートセグメント３、４を含む各セグメントの弧長は坑内運搬の便宜等の理由で３ｍ前後に設定されている。従来技術のように１ピースのインバートセグメントで溝部５を形成する場合、溝部５を高く(深く)すると弧長が３ｍより長くなり重量も増大するので運搬等に不便である。一方、弧長を３ｍ以内に収めて溝部５を高く設計すると、第一隆起部１０と第二隆起部１２が高くなり本体３ａ、４ａの長さが略同一になり、千鳥に配置構成することができなくなる。しかも、１つのインバートセグメントの隆起部の高さ(厚み)が大きくなり重量が増大するため、これを組み立てるエレクタの能力も大きくする必要がある。
これに対し、本実施形態のように、第一インバートセグメント３と第二インバートセグメント４を突き合わせて溝部５を形成すると、３ｍ前後の弧長で千鳥配置可能な形状を得られ、溝部５の幅や高さについて選択の余地、自由度が出てくるという利点がある。

溝部５は水路付きトンネル１の底部に形成された水路を構成するものであり、例えば下水道トンネルとして使用した場合、特に水量が少ないときに下水を溝部５に集めて流すことができる。溝部５がないと下水がセグメントリング２の底部に分散して流れにくい。溝部５を形成することで作業員等が歩行する第一及び第二点検廊１０ｂ、１２ｂ等に下水が流れることを抑制できる。
第一実施形態では、第一インバートセグメント３の第一溝片１１と第二インバートセグメント４の第二溝片１３とが周方向に略同一長さに設定されている。しかも、溝部５は断面略コの字状やＵ字状に形成され、溝部５の水路がトンネル１の底部中央に位置するように第一及び第二インバートセグメント３、４を設置する。第一インバートセグメント３、第二インバートセグメント４、セグメント７、キーセグメント８は一次覆工用セグメントであり、予め工場で製作するものとする。

第一インバートセグメント３は本体３ａの長さが第二インバートセグメント４の本体４ａの長さより長く設定されているが同一長さでもよいし、或いは第二インバートセグメント４の本体４ａの長さをより長くしてもよい。
水路付きトンネル１では、セグメントリング２をリング間継手で順次接続することで構成されており、その底部に溝部５が連続して流れている。各セグメントリング２の各溝部５では、図３に示すように、水漏れを防ぐためにトンネル１の軸方向に連続する溝部５の内面に水漏れ防止用の防水シート１５が設置されている。

防水シート１５は溝部５の底面、即ち第一溝片１１及び第二溝片１３に当接する底面１５ａと立壁１０ａ、１２ａに当接する両側の側壁１５ｂからなる断面略コの字状またはＵ字状に形成され、その長手方向に連続して形成されている。防水シート１５の側壁１５ｂの高さは立壁１０ａ、１２ａの上端まで延びているが、途中までの高さで終わっていてもよい。
防水シート１５は例えば合成樹脂製シートやビニールシート等からなっており、樹脂成形品でもよい。或いは、防水シート１５は熱を当てることで硬化するタイプの樹脂でもよい。或いは、防水シート１５に代えて、溝部５にポリマーセメントモルタルや樹脂モルタル等を鏝で塗布したり吹き付けたりして断面略コの字状または略Ｕ字状の防水性薄層を防水層として形成してもよい。
複数の防水シート１５同士を接続する場合には、接続部が溝部５の底面上にくるように形成することが好ましく、その継ぎ目をモルタルや接着剤等で水密にシールしている。

本第一実施形態による水路付きトンネル１は上述した構成を有しており、次に組み立て方法を説明する。
水路付きトンネル１の組み立てに際し、まず底部に第一インバートセグメント３及び第二インバートセグメント４を設置する。その際、第一インバートセグメント３の第一溝片１１と第二インバートセグメント４の第二溝片１３を突き合わせて溝部５が最も高さの低い底部に位置するように設置する。

また、第一及び第二インバートセグメント３，４の両側に他のセグメント７をシールド装置のエレクタと推進ジャッキによって押し込んでセグメント間継手によって継手面同士を連結する。リング間継手によって既設のセグメントリング２の各セグメントと主桁面同士を連結する。最後に頂部のセグメント７間にキーセグメント８を嵌合させてセグメント間継手及びリング間継手によって連結する。
このようにして、セグメントリング２を順次連結してトンネル１を施工し、トンネル１や溝部５は上流側から下流側に向けて勾配をつけるものとする。図３に示すように、施工後に防水シート１５をトンネル１内の底部で連続する溝部５上に設置する。防水シート１５は溝部５の底面と立壁１０ａ、１２ａに接着し、複数の防水シート１５の継ぎ目をモルタルや接着剤等で水密にシールする。

また、水路付きトンネル１の施工中において、第一点検廊１０ｂ及び第二点検廊１２ｂは資材や機材の搬送に用いる搬送用台車の走行路として用いることができ、その際、溝部５はガイドとして用いることができる。なお、セグメント間継手とリング間継手は適宜の構成の継手を採用できるが、セグメント間継手は例えばコッター式継手、リング間継手は例えば軸挿入式継手等を採用することが望ましい。

こうして施工された水路付きトンネル１を、例えば下水道トンネルとして使用する場合、溝部５内の防水シート１５上を汚水等の下水が下流側に向けて流れる。例えば晴れの日等には雨水等が流れ込まないためトンネル１内の水量が小さく流れにくいが、下水を溝部５に集めることで水流を確保することができる。溝部５には表面に防水シート１５が設置されているため、溝部５を流れる下水が第一及び第二インバートセグメント３、４の継ぎ目を通して地盤内に漏れ出ることを防止できる。
作業員等がトンネル１内の保守点検作業等を行う場合には、少ない下水流量を溝部５に集めているため、下水の流れない第一点検廊１０ｂや第二点検廊１２ｂを歩行することができる。また、雨水等が流れ込んでトンネル１内の水量が増大した場合には、溝部５を溢れてその上部の第一点検廊１０ｂや第二点検廊１２ｂにも下水が流れることになる。

上述のように本第一実施形態による水路付きトンネル１によれば、溝部５は第一及び第二インバートセグメント３、４の第一溝片１１及び第二溝片１３を接続することで形成でき、同一内径のトンネル１で１ピースのインバートセグメントによって溝部を形成する場合と比較して、深さや容積のより大きい溝部５を形成することができるため、より大きな流水量を流すことができる。
また、溝部５はその底面が一次覆工用の各セグメント７，８の内周面の延長線上に形成されるため、第一及び第二インバートセグメント３、４の強度と溝部５の深さを確保できる。

しかも、トンネル１内の底部に溝部５及び防水シート１５を設置したため、溝部５内を流れる下水等が第一及び第二インバートセグメント３、４の継ぎ目から漏れ出ることを防止できる。
第一及び第二インバートセグメント３、４、セグメント７、キーセグメント８は工場で予め製作されるため、現場での工事期間を短くできる。また、トンネル工事中において、溝部５の両側の第一点検廊１０ｂ、第二点検廊１２ｂを工事用車両の通行路として利用することができる。即ち、円形トンネル１の施工時には、資材等を搬送するために下部にＨ型鋼材を渡し、その上にレールを敷くが、このＨ鋼を敷設しなくても、第一及び第二インバートセグメント３，４の第一点検廊１０ｂ、第二点検廊１２ｂを軌条設備のために利用することができる。

以上、本発明の第一実施形態による水路付きトンネル１について詳細に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることはなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能であり、これらはいずれも本発明に含まれる。以下に、本発明の他の実施形態や変形例等について説明するが、上述した実施形態と同一または同様な部分、部材には同一の符号を用いて説明を省略する。

次に図４及び図５により、本発明の第二実施形態による水路付きトンネル１Ａについて説明する。
図４及び図５において、水路付きトンネル１Ａは第一実施形態による水路付きトンネル１の各セグメントと概略同一構成を有しており、溝部１９を形成するインバートセグメント２０，２１において相違する。
本第二実施形態における第一インバートセグメント２０は略円弧版状の本体２０ａの周方向中央部に断面略三角形状の第一隆起部２３が形成され、第一隆起部２３に続く一端部には本体２０ａと略同一厚みの第一溝片２４が形成されている。第一隆起部２３は第一溝片２４から略垂直に立ち上がる立壁２３ａと立壁２３ａに直角な水平面をなす第一点検廊２３ｂとを有している。なお、立壁２３ａと第一溝片２４とで断面略Ｌ字上の第一凹部を形成する。

また、第二インバートセグメント２１は略円弧版状をなす本体２１ａの第一インバートセグメント２０側の一端部側に断面略三角形状に隆起する第二隆起部２５が形成され、第二隆起部２５に続く第一インバートセグメント２０側の一端部は本体２１ａと略同一厚みの第二溝片２６が形成されている。第二隆起部２５は第二溝片２６から略垂直に立ち上がる立壁２５ａと立壁２５ａに直角な水平面をなす第二点検廊２５ｂとを有している。なお、立壁２５ａと第二溝片２６とで断面略Ｌ字上の第二凹部を形成する。
第一隆起部２３と第二隆起部２５は第一点検廊２３ｂと第二点検廊２５ｂが略同一高さに設定され、作業員等が保守点検や修理等のために通行できる。

第一溝片２４と第二溝片２６の端部同士が当接することで溝部１９が形成され、溝部１９はトンネル１Ａの最も高さの低い底部に設置されている。しかも、第一溝片２４は第二溝片２６よりも周方向長さが大きく形成されている一方で、第二インバートセグメント２１の本体２１ａは第一インバートセグメント２０の本体２０ａよりも長い円弧版状に形成されている。
そして、水路付きトンネル１Ａの組み立て施工に際し、図５に示すように、一のセグメントリング２では、左側に第一インバートセグメント２０が設置され、右側には第二インバートセグメント２１が設置されて、第一溝片２４と第二溝片２６の端部同士を当接させることで溝部１９が形成されている。そして、次のセグメントリング２では、左側に第二インバートセグメント２１が設置され、右側には第一インバートセグメント２０が設置されて、溝部１９が形成されている。

こうして、水路付きトンネル１Ａの各セグメントリング２で、溝部１９を中心に交互に第一インバートセグメント２０と第二インバートセグメント２１を逆向きに設置することで、溝部１９を形成する第一溝片２４と第二溝片２６が交互に配列され、その継ぎ目が千鳥状に交互に配列される。しかも、溝部１９はトンネル１Ａの底部に略直線状に配列形成される。そのため、溝部１９の設置構造が高強度である。
溝部１９には、例えばロール状に巻かれた柔軟性の高い帯状で合成樹脂製の防水シート２８が引き伸ばされて設置される。防水シート２８は溝部１９上に押し込んで設置されることで、溝部１９の底面と立壁２３ａ、２５ａに沿って断面略コの字状またはＵ字状に折り曲げられて載置される。溝部１９の防水シート２８上を下水が流れる。本実施形態においても、防水シート２８の継ぎ目は接着剤やモルタル等で接続される。なお、防水シート２８は溝部１９に接着剤等で固定してもよい。

なお、上述した各実施形態では、溝部５，１９の深さを本体３ａ、４ａ、２０ａ，２１ａの内周面の延長線上に設定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第一溝片１１、２４と第二溝片１３、２６の厚みを本体３ａ，４ａ，２０ａ、２１ａの厚みより大きく形成してもよい。これらの場合でも、第一溝片１１、２４と第二溝片１３、２６の周方向長さを長くすることで溝部５の容積の低下を抑制できる。また、第一溝片１１、２４と第二溝片１３、２６の厚みを本体３ａ，４ａ，２０ａ、２１ａの厚みより小さく形成しても強度を確保することができる。
また、上述した第一及び第二実施形態では、水路付きトンネル１，１Ａとして下水道トンネルに適用したものとして説明したが、本発明は下水道トンネルに限定されるものではなく、例えば共同溝、鉄道トンネル、道路トンネル等、適宜の水路を設けた各種のトンネルに適用することができる。

１、１Ａ 水路付きトンネル
２ セグメントリング
３、２０ 第一インバートセグメント
４、２１ 第二インバートセグメント
５、１９ 溝部
１０、２３ 第一隆起部
１０ａ、１２ａ、２３ａ、２５ａ 立壁
１２、２５ 第二隆起部
１０ｂ、２３ｂ 第一点検廊
１２ｂ、２５ｂ 第二点検廊
１１、２４ 第一溝片
１３、２６ 第二溝片
１５、２８ 防水シート

Claims (3)

1. 複数の覆工用セグメントを連結してなるセグメントリングを軸方向に沿って接続してなる水路付きトンネルにおいて、
   前記セグメントリングの底部に設置されていて一端部に第一凹部が形成された第一インバートセグメントと、
   前記セグメントリングの底部に設置されていて一端部に前記第一凹部に当接する第二凹部が形成された第二インバートセグメントと、
   を備え、
   前記第一凹部と第二凹部が連結されてなる溝部が水路として形成されており、
   前記第一インバートセグメント及び前記第二インバートセグメントの他端部における本体は円弧版状に形成されていて、前記第一インバートセグメントの本体と前記第二インバートセグメントの本体とは長さが異なり、
   前記第一凹部と第二凹部は周方向長さが異なっており、トンネルの軸方向において、前記第一インバートセグメント及び前記第二インバートセグメントは、前記溝部を中心に交互に逆向きに配列されている、
   ことを特徴とする水路付きトンネル。
2. 前記溝部は覆工用セグメントの内周面の延長線上に底面が形成されている請求項１に記載された水路付きトンネル。
3. 前記溝部の内面には水漏れ防止用の防水シートまたは防水層が設置されている請求項１または２に記載された水路付きトンネル。

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