JP2013167069A

JP2013167069A - 鋼製支保工

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Publication number: JP2013167069A
Application number: JP2012029910A
Authority: JP
Inventors: Hiroo Kumasaka; 博夫熊坂
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd; Shimizu Corp
Priority date: 2012-02-14
Filing date: 2012-02-14
Publication date: 2013-08-29
Anticipated expiration: 2032-02-14
Also published as: JP5831756B2

Abstract

【課題】山岳トンネルの標準工法において、吹き付けコンクリートとの間に空隙が残ることがなく、吹付けコンクリートと一体化する鋼製支保工を提供すること。
【解決手段】断面Ｈ型に形成されたＨ型工のフランジの一方が掘削した内壁面に向かい合うように、アーチ状に形成された鋼製支保工４１において、トンネルの内壁面に向かい合う外側のフランジを、横断面において幅方向中央が凸となるように、その両側をトンネルの内空側に傾けたので、鋼製支保工の建て込み後に吹き付けた二次吹付けコンクリート５が鋼製支保工４１と一次吹付けコンクリート３との間にまわり込む。これにより、鋼製支保工４１と一次吹付けコンクリート３との間に空隙が残ることがなく、鋼製支保工４１と吹付けコンクリートとが一体化する。そして、鋼製支保工４１は従来の鋼製支保工よりも高い支保能力を発揮する。
【選択図】図４−２

Description

本発明は、山岳トンネルの標準工法において用いる鋼製支保工の改良に関する。

図１に示すように、山岳トンネルの標準工法である新オーストリアトンネル工法（以下、「ＮＡＴＭ」という）において、一次支保工２は、切羽近傍における天端部や側壁部の崩落防止、切羽が通過した後の周辺地山の安定性の確保、を目的とする。一次支保工２には、吹付けコンクリートやロックボルト、鋼製支保工が用いられるが、吹付けコンクリートと鋼製支保工とは、一体となって地山に密着し、トンネル１の断面内に薄肉のアーチ構造を形成する（特許文献１〜３参照）。

鋼製支保工は、鋼材を用いることから、その剛性が大きく、周辺地山の崩落や変形抑止効果が他の部材よりも高いと考えられ、建て込み直後から切羽掘削直後のトンネルの安定性を確保することを目的に用いられてきた。

また、近年、吹付けコンクリートは、吹付けから短時間で強度と剛性を発揮するものが開発され、地山の剥落や崩壊、変形抑止等の支保性能が高くなっており、押し出し性の大きな地山のトンネルで使用されている。

このように、一次支保工に用いる鋼製支保工と吹付けコンクリートとは、様々な支保効果が期待されているが、これらの効果は、最終的に主に部材に発生する断面力である軸力・軸応力に変換される。この軸応力は、支保工部材の軸剛性により、その発生軸力、軸応力は分担されると考えられる。

ところで、既往のトンネル建設時の計測結果では、鋼製支保工が有する軸剛性に比べて計測された軸力、軸方向応力が小さいことが知られている。この理由の１つは、鋼製支保工が本来受ける地圧を十分に受けることができないことにあると考えられる。

また、これは、図２に示すように、鋼製支保工４が吹付けたコンクリート（一次吹付けコンクリート３）に均等に接触しないことによるものと考えられる。すなわち、ＮＡＴＭでは、掘削直後に周辺地山Ｂから浮いた岩石・地山を取り除き、その後、掘削面の平滑化と取り除けなかった地山の浮き剥落を防止することを目的に、一次吹付けコンクリート３を５ｃｍ程度吹き付けるが、一次吹付けコンクリート３の仕上面を十分に平滑にすることは難しく、一次吹付けコンクリート３と鋼製支保工４との間にすき間Ｓが残ることによるものと考えられる。

したがって、鋼製支保工４の建て込み後に吹き付けるコンクリート（二次吹付けコンクリート）が鋼製支保工４と一次吹付けコンクリート３との間にまわり込み、鋼製支保工４と一次吹付けコンクリート３との間に残るすき間を埋めることが求められる。

特開平５−８６８００号公報特開平７−９７８９９号公報特開平８−２３２５８９号公報

しかしながら、図３に示すように、鋼製支保工４には、断面がＨの字状であるＨ型鋼が用いられ、図３−２に示すように、断面がＨの字状である鋼製支保工４０と一次吹付けコンクリート３との間にすき間がある場合には、二次吹付けコンクリート５が断面がＨの字状である鋼製支保工４０と一次吹付けコンクリート３との間にまわり込むことはなく、断面がＨの字状である鋼製支保工４０と一次吹付けコンクリート３との間に空隙（鬆）Ｓが残ることになる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、吹付けコンクリートとの間に空隙（鬆）が残ることなく、吹付けコンクリートと一体化することができる鋼製支保工を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、断面Ｈ型に形成されたＨ型鋼のフランジの一方が掘削したトンネルの内壁面に向かい合うように、アーチ状に形成された鋼製支保工において、トンネルの内壁面に向かい合う外側のフランジを、横断面において幅方向中央が凸となるように、その両側をトンネルの内空側に傾けたことを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記外側のフランジが、横断面において幅方向中央が凸となり、その両側が一定の角度でトンネルの内空側に傾く山型であることを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記角度が、３０°〜４５°の間であることを特徴とする。

また、本発明は、上記発明において、前記外側のフランジが、横断面において幅方向中央が凸となり、その両側がトンネルの内空側に漸次傾く円弧状であることを特徴とする。

本発明にかかる鋼製支保工は、トンネルの内壁面に向かい合う外側のフランジを、横断面において幅方向中央が凸となるように、その両側をトンネルの内空側に傾けたので、鋼製支保工の建て込み後に吹き付けた二次吹付けコンクリートが鋼製支保工と一次吹付けコンクリートとの間にまわり込む。これにより、鋼製支保工と一次吹付けコンクリートとの間に空隙（鬆）が残ることがなく、鋼製支保工と吹付けコンクリートとが一体化する。そして、鋼製支保工は従来の鋼製支保工よりも高い支保能力を発揮する。

図１は、ＮＡＴＭで構築した山岳トンネルの構造を示す横断面図である。図２は、ＮＡＴＭにおける一次吹付けコンクリートと鋼製支保工との接触状況を示す横断面図である。図３−１は、ＮＡＴＭで構築した山岳トンネルの構造を示す断面図であって、鋼製支保工が吹付けコンクリートと一体化した状態を示す図である。図３−２は、ＮＡＴＭで構築した山岳トンネルの構造を示す断面図であって、鋼製支保工の背面に鬆が残った状態を示す図である。図４−１は、本発明の実施の形態１である鋼製支保工を用いた山岳トンネルの構造を示す断面図であって、鋼製支保工が吹付けコンクリートと一体化した状態を示す図である。図４−２は、本発明の実施の形態１である鋼製支保工を用いた山岳トンネルの構造を示す断面図であって、鋼製支保工の背面に二次吹き付けコンクリートがまわりこみ一体化した状態を示す図である。図５は、鋼製支保工の折れ角度と断面二次モーメントの低減率との関係を示す図である。図６−１は、ＮＡＴＭで構築した山岳トンネルの構造を示す断面図であって、実施の形態２である鋼製支保工が吹付けコンクリートと一体化した状態を示す図である。図６−２は、ＮＡＴＭで構築した山岳トンネルの構造を示す断面図であって、実施の形態２である鋼製支保工の背面に二次吹付けコンクリートがまわり込み一体化した状態を示す図である。図７は、実施の形態１である鋼製支保工の断面と実施の形態２である鋼製支保工の断面とを比較する断面模式図である。

以下に、本発明にかかる鋼製支保工の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

本発明の実施の形態である鋼製支保工は、ＮＡＴＭにおいて、掘削直後のトンネルの内壁面にコンクリート（一次吹付けコンクリート）を吹き付けた後に、一次吹付けコンクリートに接するように、トンネルの内空側に建て込むものである。そして、本発明の実施の形態である鋼製支保工は、トンネルの内空側に建て込んだ後に、コンクリート（二次吹付けコンクリート）を吹き付けた場合に、吹き付けた二次吹付けコンクリートが一次吹付けコンクリートとの間にまわり込むように形成したことに特徴がある。以下、具体的に説明する。

［実施の形態１］
図４は、本発明の実施の形態１である鋼製支保工を用いた山岳トンネルの構造を示す断面図であって、図４−１は、鋼製支保工が吹付けコンクリートと一体化した状態を示す図であり、図４−２は、鋼製支保工の背面に二次吹付けコンクリートがまわり込み一体化した状態を示す図である。

図４に示すように、本発明の実施の形態１である鋼製支保工４１は、掘削したトンネルの内壁面に吹き付けたコンクリート（一次吹付けコンクリート３）に接するように建て込まれ、その後、吹き付けられたコンクリート（二次吹付けコンクリート５）により、吹き付けられたコンクリート（一次吹付けコンクリート３および二次吹付けコンクリート５）と一体化する。

本発明の実施の形態１である鋼製支保工４１は、上述した鋼製支保工４０と同様に、断面がＨの字状に形成されたＨ型鋼を用いたものである。Ｈ型鋼は、対となるフランジ（断面「Ｈ」において「Ｉ」となる部分）とフランジを相互に繋ぐウェブ（断面「Ｈ」において「−」となる部分）とを有しており、フランジの一方が掘削したトンネルの内壁面に向かい合うように、アーチ状（円弧状）に形成してある。

また、本発明の実施の形態１である鋼製支保工４１は、一次吹付けコンクリート３との間に吹き付けたコンクリート（二次吹付けコンクリート５）がまわり込むように、トンネルの内壁面に向かい合うフランジ（外側となるフランジ）を形成してある。具体的には、トンネルの内壁面に向かい合うフランジを、横断面において幅方向中央が凸となるように、その両側をトンネルの内空側に傾けてある。これにより、鋼製支保工４１は、その横断面において外側となるフランジがΛ（山）型となる。

このように、トンネルの内壁面に向かい合うフランジを、横断面において幅方向中央が凸となるように、その両側をトンネルの内空側に傾けた鋼製支保工４１は、トンネルの内空側に建て込んだ場合に、図４に示すように、フランジの幅方向中央、凸となる稜線において一次吹付けコンクリート３に最も接近する。そして、その後、吹き付けられたコンクリート（二次吹付けコンクリート５）は、一次吹付けコンクリート３と鋼製支保工４１との間にまわり込み、鋼製支保工４１と吹付けコンクリート（一次吹付けコンクリート３と二次吹付けコンクリート５）とを一体化する。

ところで、本発明の実施の形態１である鋼製支保工４１のように、トンネルの内壁面に向かい合うフランジを、横断面において幅方向中央が凸となるように、その両側をトンネルの内空側に傾けると、軸力部材としての性能は低下しないが、鋼製支保工４の断面二次モーメントは低下することになる。

図５は、鋼製支保工の折れ角度と断面二次モーメントの低減率との関係を示す図である。図５に示すように、鋼製支保工４の断面二次モーメントの低下する度合い（低下比）は、鋼製支保工４の折れ角度、すなわち、フランジの傾き角度と相関関係を有している。これにより、フランジの傾き角度が小さいほど断面二次モーメントの低下量は小さくて済むことになるが、フランジの傾き角度が小さいと吹き付けられたコンクリートがまわり込みにくくなる。このことを踏まえると、鋼製支保工の折れ角度は、３０°〜４５°の間に設定することが好ましいと考えられる。

上述した本発明の実施の形態１である鋼製支保工４１は、トンネルの内壁面に向かい合うフランジ（外側フランジ）を、横断面において幅方向中央が凸となるように、その両側をトンネルの内空側に傾けてあるので、図４−１に示すように、外側フランジの幅方向中央、凸となる稜線が一次吹付けコンクリート３に接する場合、図４−２に示すように、外側フランジの幅方向中央、凸となる稜線が一次吹付けコンクリート３から離れている場合、のいずれでも、吹き付けたコンクリート（二次吹付けコンクリート５）が一次吹付けコンクリート３との間にまわり込む。これにより、鋼製支保工４１と一次吹付けコンクリート３との間に空隙（鬆）が残ることがなく、鋼製支保工４１と吹付けコンクリート（一次吹付けコンクリート３と二次吹付けコンクリート５）とが一体化する。そして、鋼製支保工４１は、従来の鋼製支保工４０よりも高い支保能力を発揮する。

［実施の形態２］
図６は、本発明の実施の形態２である鋼製支保工を用いた山岳トンネルの構造を示す断面図であって、図６−１は、鋼製支保工がコンクリートと一体化した状態を示す図であり、図６−２は、鋼製支保工の背面に二次吹付けコンクリートがまわりこみ一体化した状態を示す図である。

図６に示すように、本発明の実施の形態２である鋼製支保工４２は、上述した本発明の実施の形態１である鋼製支保工４１と同様に、掘削したトンネルの内壁面に吹き付けたコンクリート（一次吹付けコンクリート３）に接するように建て込まれ、その後、吹き付けられたコンクリート（二次吹付けコンクリート５）により、吹き付けられたコンクリート（一次吹付けコンクリート３および二次吹付けコンクリート５）と一体化する。

本発明の実施の形態２である鋼製支保工４２は、上述した本発明の実施の形態１である鋼製支保工４１と同様に、断面がＨの字状に形成されたＨ型鋼を用いたものである。Ｈ型鋼は、対となるフランジ（断面「Ｈ」において「Ｉ」となる部分）とフランジを相互に繋ぐウェブ（断面「Ｈ」において「−」となる部分）とを有しており、フランジの一方が掘削したトンネルの内壁面に向かい合うように、アーチ状（円弧状）に形成してある。

また、本発明の実施の形態２である鋼製支保工４２は、一次吹付けコンクリート３との間に吹き付けたコンクリート（二次吹付けコンクリート５）がまわり込むように、トンネルの内壁面に向かい合うフランジ（外側となるフランジ）を形成してある。具体的には、トンネルの内壁面に向かい合うフランジは、横断面において幅方向中央が凸となるように、その両側をトンネルの内空側に漸次傾けてある。これにより、鋼製支保工４１は、その横断面において外側となるフランジが∩（円弧）状になる。

このように、トンネルの内壁面に向かい合うフランジを、横断面において幅方向中央が凸となるように、その両側をトンネルの内空側に漸次傾けた鋼製支保工４２は、トンネルの内空側に建て込んだ場合に、図６に示すように、フランジの幅方向中央、凸となる部分において一次吹付けコンクリート３に最も接近する。そして、その後、吹き付けられたコンクリート（二次吹付けコンクリート５）は、一次吹付けコンクリート３と鋼製支保工４２との間にまわり込み、鋼製支保工４２と吹付けコンクリート（一次吹付けコンクリート３と二次吹付けコンクリート５）とを一体化する。

図７は、実施の形態１である鋼製支保工の断面と実施の形態２である鋼製支保工の断面とを比較する断面模式図である。図７に示すように、本発明の実施の形態２である鋼製支保工４２のように、トンネルの内壁面に向かい合うフランジを、横断面において幅方向中央が凸となるように、その両側をトンネルの内空側に漸次傾けても、本発明の実施の形態１である鋼製支保工４１の折れ高さが同じ程度であれば、同等以上の断面二次モーメントを確保できる。

上述した本発明の実施の形態２である鋼製支保工４２は、トンネルの内壁面に向かい合うフランジ（外側フランジ）を、横断面において幅方向中央が凸となるように、その両側をトンネルの内空側に漸次傾けたので、図６−１に示すように、外側フランジの幅方向中央、凸となる稜線が一次吹付けコンクリート３に接する場合、図６−２に示すように、外側フランジの幅方向中央、凸となる稜線が一次吹付けコンクリート３から離れている場合、のいずれでも、吹き付けたコンクリート（二次吹付けコンクリート５）が一次吹付けコンクリート３との間にまわり込む。これにより、鋼製支保工４２と一次吹付けコンクリートとの間に空隙（鬆）が残ることがなく、鋼製支保工４２と吹付けコンクリート（一次吹付けコンクリート３と二次吹付けコンクリート５）とが一体化する。そして、鋼製支保工４２は、従来の鋼製支保工４０よりも高い支保能力を発揮する。

１トンネル
２一次支保工
３一次吹付けコンクリート
４鋼製支保工
４１鋼製支保工
４２鋼製支保工
５二次吹付けコンクリート
Ｂ地山

Claims

断面Ｈ型に形成されたＨ型鋼のフランジの一方が掘削したトンネルの内壁面に向かい合うように、アーチ状に形成された鋼製支保工において、
トンネルの内壁面に向かい合う外側のフランジを、横断面において幅方向中央が凸となるように、その両側をトンネルの内空側に傾けたことを特徴とする鋼製支保工。
前記外側のフランジは、横断面において幅方向中央が凸となり、その両側が一定の角度でトンネルの内空側に傾く山型であることを特徴とする請求項１に記載の鋼製支保工。
前記角度は、３０°〜４５°の間であることを特徴とする請求項２に記載の鋼製支保工。
前記外側のフランジは、横断面において幅方向中央が凸となり、その両側がトンネルの内空側に漸次傾く円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の鋼製支保工。