JPH04327693A - 断層ズレに追随するトンネル構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、断層ズレに追随して変
形可能な断層を横切るトンネルのトンネル構造に関する
。

【０００２】

【従来の技術】地中に構築するトンネルは、周辺地盤が
不等沈下や地震動等によって変動する際に、その変形に
追随して変形する。そして、かかる変形によってトンネ
ルが大きな損傷を受けぬようトンネルの構造を強固にし
たり所定箇所に可撓部を設けてトンネルの変形能を改善
する工夫がなされている。

【０００３】一方、トンネルが規模の大きい断層を横断
する線形を有する場合、地震や火山活動に伴う大きな断
層ズレを経験することがある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
断層ズレを経験すると、トンネルに局部的な大きな変形
が生じるのでトンネルの変形能を改善する程度ではその
変形に十分対応することができず、また、大きな変形荷
重に対抗するべくトンネルの構造を強固にするには限界
があるため、トンネル断面にせん断破壊によるズレが生
じて大規模な補修を要するのみならず、復旧不能な状態
になる場合がある。

【０００５】また、予想される断層位置における可撓性
をさらに向上させてトンネルの破損を防止する方法も考
えられるが、断層面を横切るトンネルの線形が急激に変
化することになるため、車両等の走行中に断層ズレが生
じた場合には大事故につながる可能性があり、また鉄道
用あるいは道路用の交通トンネルとして使用可能な線形
を有する状態に復旧する作業が容易でないという問題が
ある。

【０００６】そこで、本発明は上記問題点を解消するべ
くなされたもので、断層ズレが生じても、線形に急激な
変化を生じることなくトンネルを変形させることにより
、トンネルの補修、復旧を容易にするとともに、走行中
の車両等の安全を図ることのできる断層ズレに追随する
トンネル構造を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的に鑑
みてなされたものであり、その要旨は、断層面を横切っ
て所定長埋設した外側円筒体と、該外側円筒体に挿通し
、両端が前後のトンネルに連通する内側円筒体と、該内
側円筒体と前記外側円筒体との間に介装して内側円筒体
を外側円筒体に支承させる支承手段とからなるトンネル
構造であって、断層ズレの発生時に、断層付近において
前記外側円筒体のみをセン断変形させ、前記前後のトン
ネルに連通する内側円筒体を緩やかなＳ字型に変形させ
るとともに、前記支承手段を、内側円筒体と外側円筒体
との相対変位に追随して変形可能とし、かつその支承力
を保持するものとした断層ズレに追随するトンネル構造
にある。

【０００８】ここで、前記外側円筒体は、該外側円筒体
の周囲にかかる地山荷重に耐える強度を有し、かつ断層
ズレの発生により断層付近においてセン断変形するもの
である。また、外側円筒体の埋設長は、予想される断層
ズレの大きさや、挿通される内側円筒体の変形特性等を
鑑みて設計されるが、後述する所定長の内側円筒体を覆
うべく断層面を中心として前後数ｋｍに亘って埋設する
ことが好ましい。

【０００９】また、前記内側円筒体は、内部の空間が前
後のトンネルと連通して通常の交通トンネル等として使
用され、例えば所定長さの鋼管等のリング状部材をトン
ネル方向に連続締結して一体化し、両端が相対的に変位
しても局部的な剪断変形を起こさずなめらかな曲率を保
持しつつ変形し得る剛性を備えたものとして設置する。 そしてその長さは、断層ズレにより発生する、前記内側
円筒体の両端が連通する前後のトンネルの相対的なズレ
によって、外側円筒体内でＳ字型に変形する内側円筒体
の曲率を車両等の交通に支障の無いようにするべく、予
想されるズレ量（規模の大きいものでも数ｍ程度と予想
される）や内側円筒体の剛性等を鑑みて設計するが、好
ましくは断層面を中心として前後数ｋｍに亘って設置す
る。

【００１０】そして、前記支承手段は、弾性材料、ある
いは塑性材料からなり、内側円筒体を外側円筒体内の所
定位置に外側円筒体内周面から間隔を置いて保持するべ
く内側円筒体の周囲を支承する。また、支承手段は、断
層ズレの発生に伴う外側円筒体の断層付近でのせん断破
壊による変形と、内側円筒体の緩やかなＳ字型の変形と
の間の相対変位を拘束することなく変形吸収し、かつ変
形後もその支承力を保持するものであり、好ましくは、
複数の単位体を、トンネル方向に所定間隔を置いて内側
円筒体の外周面に放射状に離隔配置したものとすること
が好ましい。さらに、各単位体は、断層位置から離れる
にしたがって減少する前記相対変位に対応した変形特性
を備えたものとして、断層位置からの距離に応じて各々
設計することが好ましい。なお、各単位体は、例えば、
弾性部材からなり、弾性変形しつつその支承力を保持す
るものほか、塑性材料から構成され、相対変位によりそ
の一部が破壊してその変位を吸収するものや、係合位置
を変化させて変形に追随する、いわゆるラチェット式の
もの等があり、さらにこれらを組合せて用いることもで
きる。

【００１１】

【作用】本発明のトンネル構造では、断層ズレが発生す
ると、断層面において外側円筒体がセン断変形する一方
で、内側円筒体は、支承手段により外側円筒体内でこれ
から間隔を置いて保持されているので、支承手段が外側
円筒体のセン断変形を吸収するためセン断破壊を生じな
い。そして、内側円筒体は所定の剛性を備えるので、断
層ズレの発生によりこれの両端が連通する前後のトンネ
ルが相対的にズレても、外側円筒体内で緩やかなＳ字型
を描いて変形し、車両等の交通に支障の無い曲率でその
トンネル線形を保持する。

【００１２】なお、断層ズレの生起確率は一般に数千年
とされており、一回の断層ズレを吸収すれば以後半永久
的に断層ズレの影響を受けることがなく、したがって、
本発明のトンネル構造は、断層ズレを経験した後は、軌
道構造等の補修後必要に応じて外側円筒体と内側円筒体
との間に充填材注入する等の作業を施すことにより安定
した構造物として地中に存置される。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の一実施例を添付図面を基によ
り詳細に説明する。

【００１４】図１に示すように、本発明のトンネル構造
１０は、断層３０を横切って数キロメートルに亘って地
中に埋設設置した外側円筒体１１と、外側円筒体１１に
挿通された内側円筒体１２と、外側円筒体１１と内側円
筒体１２との間に介装してこれらの間に予想される断層
ズレ以上の間隔を保持しつつ、内側円筒体１２を外側円
筒体１１に支持させる支承部材１３とによって構成され
ている。

【００１５】外側円筒体１１は、例えば所定長さの鋼管
や鉄筋コンクリート管を、既知の例えばシールド工法や
ＴＢＭ（トンネルボーリングマシーン）工法、山岳トン
ネル工法等によりトンネル方向に連設したもので、周囲
にかかる地山荷重に耐えるに十分な強度を有するととも
に、断層部付近が弾性材料あるいは無筋コンクリート等
の部材で構成され、断層ズレの発生に伴って弾性変形す
ることにより、あるいはセン断破壊することにより断層
部でのセン断変形に略追随する。なお、外側円筒体１１
の両端部には、内側円筒体１２の形状と合致する開口を
有する円盤状の蓋部材が設けられ、これによって外側円
筒体１１と内側円筒体１２との間への土砂等の流入を防
止する。

【００１６】内側円筒体１２は、鋼管や鉄筋コンクリー
ト管を、例えば外側円筒体１１内の空間における組立作
業によりトンネル方向に連結設置することによって取付
け、その両端部がその前後に位置する通常のトンネルに
連通固定され、例えば鉄道用トンネル等の一般の交通ト
ンネルとして用いられる。また、内側円筒体１２は、前
記外側円筒体１１のように、局所的にセン断変形して変
位に追随する構成を有さず、一体的に緊張締結されて所
定の剛性を全体に亘って備えるものである。

【００１７】そして、内側円筒体１２は、支承部材１３
を介して外側円筒体１１に支持される外側円筒体１１と
ともに、図２（イ）に示すように、断層３０を横断する
ダブルチューブトンネルを構成する。したがって、図２
（ロ）に示すように、断層面１４に断層ズレａが生じる
と、外側円筒体１１のみがセン変形する一方で、両端を
固定された内側円筒体１２は外側円筒体１１内で緩やか
な曲率をもってＳ字型に変形し、交通トンネルとして支
障の無い線形を保持する。

【００１８】また、支承部材１３は、トンネル方向に所
定間隔を置いて放射状に、内側円筒体１２の外周面に離
隔配置した複数の支持体１４によって構成する。各支持
体１４は、図３（イ）及び（ロ）に示すように、略Ａ型
の断面形状を有する弾性部材からなり、その天端が内側
円筒体１２に当接するとともに、その脚部が外側円筒体
１１の内周面に接地して内側円筒体１２を四方から支持
する。支持体１４はその略Ａ型の形状ゆえに、脚部が座
屈するまでは荷重に抵抗して内側円筒体１２を固定支持
するが、座屈後は容易に圧縮変形して外側円筒体１１と
内側円筒体１２との相対変位を吸収する。

【００１９】図４及び図５は、支承部材１３を構成する
支持体の他の実施態様を示すものである。図４（イ）に
示す支持体１５は、高さの異なる複数のサドル１６を有
し、断層ズレの発生に伴う外側円筒体１１と内側円筒体
１２との相対変位ｖの大きさに応じて高さの大きなサド
ル１６’が順番に破壊され、次の高さのサドル１６”が
内側円筒体１２を支持するように構成したものである（
ロ参照）。図５に示す支持体１７は、リング状部材を連
結した多節体１８と、多節体１８を曲折状態で収容する
鞘部材１９と、鞘部材１９の内面から回動可能に突設す
るクサビ２０からなる、いわゆるラチェット機構を有し
、所定の荷重以内ではクサビ２０が多節体１８の節と係
合して荷重を支持するが、その荷重を超えるとクサビが
はずれて多節体１８が外側円筒体１１と内側円筒体１２
との間における引張変形あるいは圧縮変形に追随し、荷
重が所定荷重以内に入った位置で再びクサビ２０が多節
体１８の節と係合して荷重を支持するものである。また
、これらの他にも、支持体の強度を、高さ方向に、例え
ば高くなるにつれてその強度が小さくなるよう構成し、
相対変位に伴ってその上部を部分的に破壊させてその変
位を吸収するもの等種々の態様を採用することができ、
さらにこれらを組合せて用いても良い。なお、外側円筒
体１１と内側円筒体１２との相対変位の大きさは、断層
面を中心にこれから離れるにしたがって減少するので、
変化する相対変位に応じた変形特性を備えるものとして
各々設計することができる。

【００２０】また、鉄道用トンネルとして用いられる本
実施例のトンネル構造では、例えばトンネル内を高速車
両２１を通過させる際は、内側円筒体１２が緩やかな曲
率をもってＳ字型に変形する場合でも、図６（イ）に示
すように、車両２１に過大な遠心力Ｆが作用するので、
この力Ｆと車両２１の自重Ｗとの合力Ｐを車両２１の床
方向の力に変えるために、図６（ロ）に示すように、軌
道２２にカント（軌道横断方向の傾斜）を設ける必要が
ある。そして、このカントは、断層ズレが生じた後には
内側円筒体１２の曲率に応じて軌道２２に機械的に付け
ることができるが、車両２１の走行中に断層ズレが生じ
た場合でも軌道２２に自動的にカントを付けて車両２１
の安全を図るべく、内側円筒体１２には、図７に示すよ
うに、スライド式軌道修正装置２３が取付けられている
。

【００２１】スライド式軌道修正装置２３は、内側円筒
体１２の内周面下半部にトンネル方向に所定間隔を置い
てスライド溝を形成するスライディングガイド２４と、
スライディングガイド２４に嵌合しこれに沿ってスライ
ドする円弧状のスライディングシュー２５とにより構成
される。そして、図７に示すように、隣接する複数のス
ライディングシュー２５は、これらに亘って取付けた軌
道連結部材２６により一体化され、軌道連結部材２６は
、これに固定する軌道２２の径間を保持する。そしてか
かるスライド式軌道修正装置２３はトンネル方向に連設
し、車両２１にかかる遠心力を車輪を通して軌道２２に
伝達し、この力で軌道連結部材２６、すなわちスライデ
ィングシュー２５をスライディングガイド２４に沿って
遠心力の作用方向に横ズレさせることで軌道２２の線形
を修正する。この結果、内側円筒体１２の線形と走行中
の車両２１の速度に比例した軌道修正量とのマッチング
により、通常速度もしくは多少の減速走行を確保しつつ
車両２１の安全走行が保持される。ここで、各スライデ
ィングガイド２４には、断層ズレの発生前の通常の走行
時において作用する、微小な横ズレ力ではスライディン
グシュー２５が横ズレを生じないように、折損タイプの
ストッパー（図示せず）が設けられている。なお、本実
施例のトンネル構造では、鉄道用トンネルとして内側円
筒体１２に単独の軌道を設ける場合について記載したが
、内側円筒体１２内を分割して複数の軌道を設けてもよ
く、また道路等を併存させて多目的トンネルとして用い
ることもできる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明の断層ズレに追随
するトンネル構造は、外側円筒体と、該外側円筒体内に
挿通した内側円筒体と、これらの間に介装して内側円筒
体を外側円筒体に支持させる支承手段とにより構成され
るので、断層ズレが発生しても、外側円筒体のみをセン
断変形させ、内側円筒体は外側円筒体内において緩やか
なＳ字型に変形するので、急激な変化を生じることなく
トンネルとしての線形を保持することにより、トンネル
の補修、復旧を容易かつ短時間に行なうことができ、か
つ走行中の車両等の安全を図ることができるという格別
の効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトンネル構造の一実施例を示す一部破
断斜視図である。

【図２】（イ）は断層ズレ発生前のトンネル構造の状況
を示す説明図である。（ロ）はは断層ズレ発生後のトン
ネル構造の状況を示す説明図である。

【図３】支承手段を構成する支持体の一例を示す概略図
で、（イ）は変形前、（ロ）は変形後の状況を各々示す
ものである。

【図４】支承手段を構成する支持体の他の一例を示す概
略図で、（イ）は変形前、（ロ）は変形後の状況を各々
示すものである。

【図５】支承手段を構成する支持体のさらに他の一例を
示す概略図である。

【図６】曲率のある軌道を通過する車両にかかる荷重を
説明するもので、（イ）は軌道にカントを付ける前の状
況、（ロ）軌道にカントを付けた後の状況を各々示すも
のである。

【図７】内側円筒体にスライド式軌道修正装置を取付け
た状況を示す概略斜視図である。

【図８】スライド式軌道修正装置の詳細を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】

１０　　トンネル構造 １１　　外側円筒体 １２　　内側円筒体 １３　　支承手段 ３０　　断層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】断層を横切って所定長埋設した外側円筒体
   と、該外側円筒体内に挿通し、両端が前後のトンネルに
   連通する内側円筒体と、該内側円筒体と前記外側円筒体
   との間に介装して内側円筒体を外側円筒体に支承させる
   支承手段とからなるトンネル構造であって、断層ズレの
   発生時に、断層付近において前記外側円筒体のみをセン
   断変形させ、前記内側円筒体は緩やかなＳ字型に変形さ
   せるとともに、前記支承手段を内側円筒体と外側円筒体
   との相対変位に追随し、かつ支承力を保持しつつ変形可
   能とした断層ズレに追随するトンネル構造。