JP4598746B2 - Tunnel structure and construction method at branch and junction - Google Patents
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Description
本発明は、２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部のトンネル構造およびその施工方法に関し、特に上下に隣接する横型トンネル断面を構築する際に好適なトンネル分岐合流部のトンネル構造およびその施工方法に関する。 The present invention relates to a tunnel structure of a tunnel branch / merging section where two tunnels branch or merge, and a construction method thereof, and more particularly to a tunnel structure of a tunnel branch / merging section suitable for constructing a horizontal tunnel cross section adjacent vertically. It relates to the construction method.
従来、シールド工法に基づいて構築されるいわゆるシールドトンネルは、構造的に安定した円形断面のトンネルが主流である。しかし、近年における都市部の地下道路網の整備が進展するにつれて、２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部が必要となるケースが増加している。特にこのトンネル分岐合流部は、１本の本線トンネルに対して１本のランプトンネルを連結させるケースにおいて頻繁に利用されている。 Conventionally, the so-called shield tunnel constructed based on the shield method is mainly a tunnel with a circular cross section that is structurally stable. However, as the development of urban underground road networks in recent years has progressed, the number of cases where a tunnel branching / merging section where two tunnels branch or merge is required increases. In particular, this tunnel branching junction is frequently used in the case where one lamp tunnel is connected to one main tunnel.
さらに都市部の過密化にともない、分岐合流部を建設する用地確保が難しく、そのため、従来、トンネルを水平方向に併設して建設するところ、鉛直方向に重ねてトンネルを建設することで建設用地の縮小化を図るニーズが高まりつつある。 In addition, due to overcrowding in urban areas, it is difficult to secure a site for constructing a branch and junction.For this reason, when tunnels are constructed side by side in the horizontal direction in the past, construction of tunnels by constructing tunnels in the vertical direction is necessary. There is a growing need for downsizing.
図１(a)に本線トンネル２０２とランプトンネル２０３とが分岐又は合流するためのトンネル分岐合流部２０６の完成時における断面図を示しているが、このトンネル分岐合流部２０６が、地盤２０４における土被りが５０ｍを超える大深度トンネルに適用される場合には、土圧に加えて０．５ＭＰａ以上の大きな地下水圧が作用することになる。図１(b)は、トンネル分岐合流部２０６に作用する曲げモーメントの分布２１４を示している。トンネル分岐合流部２０６は、本線トンネル２０２並びにランプトンネル２０３を包含する横長形状の横型トンネル断面として構成されるところ、当該横長形部の上部の天井版２０７ａおよび下部の床版２０７ｂに大きな正曲げが発生する。この正曲げはトンネル内空面側へ引張力が負荷される形で作用することになる。このため、トンネル分岐合流部２０６では、このような大きな正曲げに対抗し得る、高耐力、高剛性のセグメント構造が必要となる。
FIG. 1 (a) shows a cross-sectional view of the tunnel branching / merging
これに対して特許文献１では横型トンネルの天井版および床版にトラス材を形成することで内部補強構造として抵抗させているが、その結果、トンネル内空の建築限界スペースに干渉する課題がある。
On the other hand, in
図２は本線トンネル２０２からランプトンネル２０３が分岐する代表的なトンネル断面図を示している。２本のトンネル間は鉄筋コンクリート製の接続部材２０７で連結される。図中黒色で示す領域２０８はトンネル内空の建築スペース（建築限界２０９および標識スペース２１０を図示）と干渉している部位を示しており、本構造では所定の空間を確保できない。特に下トンネルは設置深度が深いために外荷重が大きく作用し、天井版２０７ａおよび床版２０７ｂの厚みが厚く必要となることから、トンネル内空の建築スペースに干渉しやすい。
FIG. 2 shows a typical cross-sectional view of the tunnel where the
トンネル構造の断面寸法は、分岐合流部に連続して構築される単円トンネルの断面寸法で決定される。すなわち延長が数ｋｍに及ぶトンネルを１台のシールドマシンで建設される道路トンネルでは、経済性の観点から単円トンネルの断面寸法でシールドマシンの寸法が決定されるため、分岐合流部のトンネル断面寸法を拡大することでは本課題を解決することはできない。 The cross-sectional dimension of the tunnel structure is determined by the cross-sectional dimension of the single-circular tunnel constructed continuously at the branching junction. In other words, in a road tunnel where a tunnel with a length of several kilometers is constructed with a single shield machine, the shield machine dimensions are determined by the cross-sectional dimensions of the single-circular tunnel from the economic point of view. This problem cannot be solved by enlarging the dimensions.
さらに鉛直方向に隣接するトンネル構造では、特に下側トンネルは構築深度が深いために土水圧荷重が大きく作用するため、更なる天井版および床版のセグメント構造の大断面化が求められ、更なる建築限界との干渉を引き起こす課題が発生する。
そこで本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、上下に隣接する分岐合流部のトンネルを構成する天井版および床版のセグメント構造を縮小化することでトンネル内空スペースを拡大して建築限界スペースの干渉を避けることができる分岐合流部のトンネルの連結構造、並びにこれを構築する際に適切な施工方法を提供することにある。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to reduce the segment structure of the ceiling slab and floor slab that constitute the tunnel of the branching junction part adjacent to the top and bottom. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a connecting structure of tunnels at a junction / junction that can expand the space inside the tunnel and avoid the interference of the building limit space, and an appropriate construction method for constructing the connecting structure.
（１）第１の発明のトンネル構造は、地中で水平方向に隣接して構築されたトンネル同士を上部に位置する天井版と下部に位置する床版とで接続することで形成されるトンネル分岐合流部が、略鉛直方向上下に隣接して構築されるトンネル構造であって、前記上側に構築されるトンネルにおける床版と、前記下側に構築されるトンネルにおける天井版とが、引張抵抗部材で連結されていることを特徴とする。 (1) The tunnel structure of the first invention is a tunnel formed by connecting tunnels constructed adjacent to each other in the horizontal direction in the ground by a ceiling slab located at the upper part and a floor slab located at the lower part. The branch and merge part is a tunnel structure constructed adjacent to the upper and lower sides in a substantially vertical direction, and the floor slab in the tunnel constructed on the upper side and the ceiling slab in the tunnel constructed on the lower side are tensile resistances. It is connected with the member, It is characterized by the above-mentioned.
（２）第２の発明のトンネル構造は、前記引張抵抗部材が、略トンネル軸方向において連続する壁状又は断続された柱状に形成された鉄筋コンクリート、鋼製、又は鋼コンクリート合成構造からなることを特徴とする。 (2) In the tunnel structure of the second invention, the tensile resistance member is formed of a reinforced concrete, steel, or steel-concrete composite structure formed in a wall shape or an intermittent column shape that is substantially continuous in the tunnel axial direction. Features.
（３）第３の発明のトンネル構造は、前記柱状に形成される引張抵抗部材が、鋼管柱であることを特徴とする。 (3) The tunnel structure of the third invention is characterized in that the tensile resistance member formed in the columnar shape is a steel pipe column.
（４）第４の発明のトンネル構造は、前記引張抵抗部材が、前記上側トンネル断面の下部に位置する床版に発生する曲げモーメントの略最大位置と、
前記下側トンネル断面の上部に位置する天井版に発生する曲げモーメントの略最大位置とを連結することを特徴とする。
(4) In the tunnel structure of the fourth invention, the tensile resistance member has a substantially maximum position of a bending moment generated in a floor slab located at a lower portion of the upper tunnel cross section,
It is characterized in that it is connected to the substantially maximum position of the bending moment generated in the ceiling slab located at the upper part of the lower tunnel section.
（５）第５の発明のトンネルの施工方法は、シールドマシーンを掘進しながら造成空間内壁にセグメント材を組み立ててセグメントリングを形成すると共に、当該リングをトンネルの軸方向に連結してなる単円トンネルを、水平方向に隣接させて２つ形成する一方、その鉛直方向の下側にも、水平方向に隣接する２つの単円トンネルを形成し、
前記上側の２つの単円トンネルの上部間、前記下側の２つの単円トンネルの下部間、および前記上側の２つの単円トンネルの下部と前記下側の２つの単円トンネルの上部との間を、地盤補強することで当該補強された地盤の内部に閉合スペースを構築し、
前記閉合スペースに接する前記４つのトンネルそれぞれのセグメント材を部分的に撤去し、前記閉合スペースの地盤を掘削して撤去することで、内空スペースを形成した後、前記内空スペース内で、
前記上側の２つの単円トンネルにおける前記セグメント材が撤去されている上部区間を天井版で接続した後に下部区間を床版で接続して、上側の分岐合流部トンネルを形成し、
前記下側の２つの単円トンネルにおける前記セグメント材が撤去されている下部区間を床版で接続した後に上部区間を天井版で接続して、下側の分岐合流部トンネルを形成し、
前記上側の分岐合流部トンネルの床版と、前記下側の分岐合流部トンネルの天井版の間を、引張抵抗部材で連結して、分岐合流部のトンネル構造を構築することを特徴とする。
(5) A tunnel construction method according to a fifth aspect of the present invention is a single circle formed by assembling segment materials on the inner wall of a creation space while digging a shield machine to form a segment ring and connecting the ring in the tunnel axial direction. While two tunnels are formed adjacent to each other in the horizontal direction, two single circular tunnels adjacent to the horizontal direction are formed on the lower side of the vertical direction,
Between the upper part of the upper two single circular tunnels, between the lower part of the lower two single circular tunnels, and between the lower part of the upper two single circular tunnels and the upper part of the lower two single circular tunnels By constructing a space between the ground, a closed space is built inside the reinforced ground.
After partially removing the segment material of each of the four tunnels in contact with the closed space, excavating and removing the ground of the closed space, forming an inner space, then in the inner space,
After connecting the upper section where the segment material in the upper two single-circular tunnels has been removed with a ceiling slab, connect the lower section with a floor slab to form an upper branch junction tunnel,
After connecting the lower section where the segment material in the two lower single tunnels on the lower side is removed with a floor slab, connecting the upper section with a ceiling slab, forming a lower branch junction tunnel,
The floor slab of the upper branch / merging section tunnel and the ceiling slab of the lower branch / merging section tunnel are connected by a tensile resistance member to construct a tunnel structure of the branch / merging section.
本発明を適用したトンネルの連結構造では、引張抵抗部材が上トンネルの床版および下トンネルの天井版とを連結することで当該天井版および床版に発生する曲げモーメントを低減させ、当該天井版および床版の構造が簡略化されることで天井版および床版の厚みが薄くできるため、トンネル内空スペースが拡大されて建築限界への干渉が回避される。 In the connection structure of the tunnel to which the present invention is applied, the tensile resistance member connects the floor slab of the upper tunnel and the ceiling slab of the lower tunnel to reduce the bending moment generated in the ceiling slab and the floor slab. Moreover, since the thickness of the ceiling slab and the floor slab can be reduced by simplifying the structure of the floor slab, the space in the tunnel is expanded and interference with the building limit is avoided.
また本発明を適用したトンネルの施工方法では、地表部に工事の影響を及ぼすことのない、いわゆる非開削工法により適切に本発明のトンネル構造物を構築することができる。 In the tunnel construction method to which the present invention is applied, the tunnel structure of the present invention can be appropriately constructed by a so-called non-open cutting method that does not affect the ground surface.
以下、本発明を実施するための最良の形態として、２本のトンネルが分岐又は合流するトンネル分岐合流部が鉛直方向に隣接する構成のトンネルの連結構造および施工方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings with regard to a tunnel connection structure and construction method in which a tunnel branching / merging portion where two tunnels branch or merge is adjacent in the vertical direction. Explained.
本発明を適用したトンネルの連結構造が適用されるトンネル分岐合流部１は、例えば図３に示すように、本線トンネル１１とランプトンネル１２とが合流して１本のトンネル１３へと連結する。換言すれば、１本のトンネル１３から本線トンネル１１とランプトンネル１２へ分岐する部分である。因みに、この図３(a)は、１本のトンネル１３から、本線トンネル１１並びにランプトンネル１２へと２本に分岐するまでの構成を示しており、図３(b)は、この図３(a)におけるＡ−Ａ断面図、図３(c)は、Ｂ−Ｂ断面図、図３(ｄ)は、Ｃ−Ｃ断面図、図３(e)は、Ｄ−Ｄ断面図である。上記は鉛直方向に隣接する上トンネルあるいは下トンネルのいずれかを示したものである。
In the tunnel branching / merging
本線トンネル１１とランプトンネル１２は、Ｄ−Ｄ断面図で示されるように、円形筒状のセグメントリングをトンネル軸方向に連続させる形で地中に埋設されている。ここで図３(a)に示す対象区間ｋ１は、本線トンネル１１並びにランプトンネル１２が合流する区間である。対象区間ｋ１に入り、トンネル１１、１２を互いに合流させる場合には、例えばＣ−Ｃ断面図である図３（ｄ）に示すように、本線トンネル１１の外周を構成していたセグメントの残置部１１ａと、ランプトンネル１２の外周を構成していたセグメントの残置部１２ａとの間に、新たにセグメントを新設し、さらに仕切壁１５を設けていくことになる。この新設されたセグメントが連続する領域を新設部１４といい、トンネル上部に構成される部位を天井版１４ａ、トンネル下部に構成される部位を床版１４ｂという。対象区間ｋ１では、トンネル断面は水平方向に寸法が大きい横型トンネル断面で構成される。
The
この対象区間ｋ１においては、本線トンネル１１とランプトンネル１２の各中心軸が徐々に接近してゆき、これに伴って新設部１４の長さは、Ｂ−Ｂ断面図である図３（ｃ）に示すように徐々に短縮化され、また仕切壁１５も取り外される。そして、最終的にＡ−Ａ断面図である図３（ｂ）に示されるような１本の円形筒状のトンネル１３へと連結され、対象区間ｋ１は終了することになる。
In the target section k1, the central axes of the
本発明を適用したトンネルの連結構造は、Ｂ−Ｂ断面からＣ−Ｃ断面における仕切壁１５を持たない横型トンネル断面形状の区間に用いられる。
The tunnel connection structure to which the present invention is applied is used in a section of a horizontal tunnel cross-sectional shape having no
但しトンネル線形の関係から、上下トンネルにおいて分岐合流部区間が同一区間とならない場合もあるが、例えば上側トンネル、或いは下側トンネルのみが分岐合流部の場合においても本発明を適用することで所期の効果が発揮される。 However, because of the tunnel alignment, the upper and lower tunnels may not have the same branch / merging section. However, for example, the present invention can be applied to the case where only the upper tunnel or the lower tunnel is a branch / merging section. The effect is demonstrated.
仕切壁のある区間では引張抵抗部材は設置されず、仕切壁のない区間に移るに伴い、引張抵抗部材が設置される。また、仕切壁のある区間では、天井版、床版に発生する曲げモーメントが小さくなるため、天井版および床版の部材仕様は軽くすることができる。 The tensile resistance member is not installed in the section with the partition wall, and the tensile resistance member is installed as the section moves to the section without the partition wall. Moreover, since the bending moment generated in the ceiling slab and floor slab is reduced in the section with the partition wall, the member specifications of the ceiling slab and floor slab can be reduced.
前記と同様にトンネル線形の関係から、上下トンネルにおいて分岐合流部区間が同一区間とならない場合もあるが、例えば上側トンネルには仕切壁が存在しても本発明を適用することができる。 In the same way as described above, because of the linear relationship between the tunnels, there is a case where the branch / merging section is not the same in the upper and lower tunnels. For example, the present invention can be applied even if a partition wall exists in the upper tunnel.
図４は各横型トンネル断面の変形図を示したものである。横型トンネルの天井版１４ａには上載する地盤の土圧および地下水による水圧２０ａが鉛直方向下向きに作用し、横型トンネルの床版１４ｂには地盤の土圧および地下水による水圧２０ｂが鉛直方向上向きに作用する。それによって、横型トンネルの天井版１４ａは鉛直方向下向きに、横型トンネル床版１４ｂは鉛直方向上向きにそれぞれ変位し、それに伴い天井版および床版には正曲げが発生する。正曲げの最大値は横型トンネルのおよそトンネル幅中央部に発生し、トンネル内空側への変位２１も最大となる。しかも、下トンネルに作用する土水圧荷重２０はトンネルの設置深度が深いことから上トンネルよりも大きく、天井版１４ａおよび床版１４ｂのトンネル内空側への変位量２１も大きく発生する。
FIG. 4 shows a modified view of the cross section of each horizontal tunnel. The ground pressure of the ground and the
トンネル水平方向からも地盤の土圧および地下水による水圧２０ｃが作用するが、横型トンネル断面の水平方向の剛性は鉛直方向に比べて高いため、水平方向の変位は少ない。横型トンネルを上下に隣接する重層構造においても、横型トンネル断面の変形性質は上記のごとく同様であり、下トンネルは設置深度が深いことからトンネルの鉛直方向変位２１が更に大きく発生する。
Although the soil earth pressure and
本発明は上記の横型トンネル断面の変形性質を活用したものであり、すなわち、横型トンネルでは鉛直方向の上下に隣接する上トンネルの床版１４ｂと下トンネルの天井版１４ａとの相対位置が増大する傾向が現れ、従って、当該間の相対変位を拘束することで当該トンネルの天井版１４ａあるいは床版１４ｂに発生する正曲げを低減する効果が生まれるということが本発明のメカニズムである。
The present invention utilizes the above-mentioned deformation property of the cross section of the horizontal tunnel. That is, in the horizontal tunnel, the relative position between the
図５に本発明の実施形態を示すトンネル断面の変形図を示し、図６に曲げモーメント図を示す。本実施形態は、上トンネル１ａの床版１４ｂと下トンネル１ｂの天井版１４ａを引張抵抗部材２２で連結した構造における構造芯を実線で示したものである。
FIG. 5 shows a modification of the tunnel cross section showing the embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows a bending moment diagram. In the present embodiment, the solid core in the structure in which the
引張抵抗部材２２の一方を上トンネル１ａの床版１４ｂに連結し、他方を下トンネル１ｂの天井版１４ａに連結することで、当該床版１４ｂおよび天井版１４ａのトンネル内空側への変形に対して引張抵抗することで変位２１を抑制する効果が発揮され、当該天井版１４ａおよび床版１４ｂに発生する曲げモーメントが抑制される効果が発揮される。
By connecting one of the
本効果は当該天井版１４ａおよび床版１４ｂにおける変形が最も大きくなる部位、すなわち発生モーメントの最大点同士を連結することで最も大きな効果が発揮される。
This effect is most effective when the portions where the deformation of the
図７に本発明の実施形態を示すトンネル断面図を示す。本線トンネル２０２は車線２１３が２車線、ランプトンネル２０３は１車線であり、上本線トンネル２０２の下端と下本線トンネル２０２の上端との上下トンネルの離隔は３ｍである。天井版２０７ａと床版２０７ｂはＲＣ製部材としたものを示す。トンネルセグメントは鋼製セグメントとし、上トンネル１ａの天井版２０７ａとの接続部近傍および下トンネル１ｂの床版２０７ｂとの接続部近傍は桁高さを大きくして補強構造としている。図中で破線で示しているものは建築限界２０９である。また、トンネル内空にはトンネル内の換気を目的とする送気・排気ダクト及び電力線等を設置する配管のスペース（ＰＳ）である配管・送排気ダクトスペース２１２および道路標識の設置スペースである標識スペース２１０が設けられる。
FIG. 7 is a sectional view of a tunnel showing an embodiment of the present invention. The
上下の横型トンネル断面寸法は同一でなくてもよく、各トンネルの水平方向における略中央部同士を連結することで同様の効果が発揮される。また、上下トンネルが水平方向の設置位置を異なるように斜めに配置される場合においても、同様に各トンネルの略中央部同士を連結することで同様の効果が発揮される。 The cross-sectional dimensions of the upper and lower horizontal tunnels do not have to be the same, and the same effect is exhibited by connecting the substantially central portions in the horizontal direction of each tunnel. Further, even when the upper and lower tunnels are arranged obliquely so as to have different horizontal installation positions, the same effect can be achieved by connecting the substantially central portions of the tunnels in the same manner.
引張抵抗部材２２としては鉄筋コンクリート（以下ＲＣと略する）製や鋼製あるいは鋼コンクリート合成構造製のいずれでも良い。なかでも引張抵抗に有効な鋼製断面が最も適している。
The
トンネルのセグメント構造はＲＣ製や鋼製あるいは鋼コンクリート合成構造製のいずれでもよい。セグメントリングのうち天井版２０７ａおよび床版２０７ｂとの連結部については接合が容易な鋼製のセグメント構造が適している。
The segment structure of the tunnel may be made of RC, steel, or steel concrete composite structure. Of the segment rings, a steel segment structure that is easy to join is suitable for the connecting portion between the
天井版２０７ａおよび床版２０７ｂの構造はＲＣ製や鋼製あるいは鋼コンクリート合成構造製のいずれでもよい。ＲＣ製の場合の連結構造はセグメント部材および引張抵抗部材２２の表面にずれ止めを設置してコンクリートと一体化を図る。鋼製の場合は溶接あるいはボルト接続により連結する。鋼コンクリート合成構造製の場合はＲＣ製および鋼製の場合の連結形式を併用することで対応できる。
The structure of the
図８に本発明の実施形態のうち、引張抵抗部材２２がトンネル軸方向に連続する壁式構造２２ａの斜視図を示し、図９には引張抵抗部材２２がトンネル軸方向に断続して設けられる柱式構造２２ｂの斜視図を示す。いずれの実施形態も天井版２０７ａ、床版２０７ｂはＲＣ製部材としたものを示している。
FIG. 8 shows a perspective view of a wall-
また、柱式引張抵抗部材２２ｂとしては鋼管を用いた鋼管柱でも良い。
Further, the column type
壁式構造２２ａの場合は、引張抵抗部材の引張抵抗力がトンネル天井版２０７ａおよび床版２０７ｂに均一に作用するため、応力の局所的な集中が無く安定した構造を形成できる。欠点はトンネル軸方向に連続して形成される壁構造２２ａが地下水の流動を遮断することが挙げられる。
In the case of the wall-
柱式構造２２ｂの場合は、地下水の流動を妨げる懸念は無い。引張抵抗部材の引張力が局所的にトンネル天井版２０７ａおよび床版２０７ｂに伝達されるためにトンネル軸方向に応力分散するためには連結部には補強構造を配置する。例えば、天井版２０７ａおよび床版２０７ｂがＲＣ製の場合には、引張抵抗部材２２ｂとの連結部の周囲を補強する補強鉄筋を配置することなどが考えられる。
In the case of the
図１０〜図１５を用いて本発明によるトンネル連結部の施工手順を説明する。 The construction procedure of the tunnel connecting part according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図１０はシールドマシンにより円形トンネルを複数構築した状態を示しているものである。左側に配置される小径円形断面はランプトンネル１２を示し、それと略水平方向の右側に隣接して配置される大径円形断面は本線トンネル１１を示している。それらトンネル群１ａおよび１ｂが上下に隣接して配置された状態を示している。各々のトンネルは円形シールドマシンで地盤を掘削した後、地盤と接する面にセグメントピースを組み合わせて円環状のセグメントリング２０２ａ、２０３ａを形成して内空２３を保持する。そして、複数のセグメントリングがトンネル軸方向に連結されて、シールドトンネルが形成される。セグメントリングは、ランプトンネル１２および本線トンネル１１が面する領域に撤去部セグメントピース１１ｂおよび１２ｂが配置され、双方のトンネルが面する側と反対側には残置部セグメントピース１１ａおよび１２ａが配置されている。
FIG. 10 shows a state where a plurality of circular tunnels are constructed by a shield machine. The small-diameter circular section arranged on the left side shows the
図１１は各トンネルの残置部１１ａおよび１２ａを橋渡しするように地盤補強２４ａ、２４ｂおよび２４ｃを実施して、その内部に閉合スペース２７ａ（図１１中に図示する）を形成した状況を示したものである。この地盤補強２４の後、閉合スペース内の土砂を撤去して内空スペース２７を形成する。地盤補強２４により周囲から作用する土圧および水圧に抵抗させてトンネル間接続作業を行う内空スペース２７が保護される。この地盤補強２４は一般的には原地盤にセメントミルクや水ガラスを含浸させて強度を高める地盤改良工法や低温食塩水や液体窒素を流動させて地盤を冷凍固化する凍結工法が採用される。地盤補強２４の作業は全て先行構築した円形トンネル内２３から実施する。特にトンネル１１および１２と地盤補強部２４の接続界面から地下水が浸透しないように十分に補強を行う必要がある。通常、地盤補強土２４の厚みは少なくとも２〜３ｍ程度以上確保する必要がある。
FIG. 11 shows a situation in which
図１２は各トンネルの撤去部のスキンプレート２５を部分溶断して、地盤補強２４により囲まれた閉合スペース２７ａの土砂を掘削し撤去した状態を示すものである。スキンプレート２５撤去部から地盤補強２４により囲まれた領域の土砂を順次トンネル内へと取り込む作業を繰り返し、これにより地盤補強２４により囲まれた領域に断面が縦長の内空スペース２７が構築される。
FIG. 12 shows a state in which the
図１３は上側トンネル群１ａの天井版１４ａおよび下側トンネル群１ｂの床版１４ｂを配置し、ランプトンネル１２および本線トンネル１１間で各々連結した状態を示すものである。天井版１４ａおよび床版１４ｂとしては鋼製部材を図示しており、例えば主桁、荷重伝達用の横桁およびスキンプレートを有する鋼製断面が適している。天井版１４ａおよび床版１４ｂの構造はＲＣ構造、鋼構造あるいは鋼コンクリート合成構造でもよい。（以下、図１４、図１５とも同じ）ランプトンネル１２および本線トンネル１１間の連結構造は、ずれ止めおよび定着鉄筋を配置してコンクリートで巻き込む構造でもよく、高力ボルトあるいは添接板によるボルト接続でも良い。あるいは鋼部材同士であれば溶接接続でも良い。
FIG. 13 shows a state in which the
図１４はさらに上側トンネル群１ａの床版１４ｂおよび下側トンネル群１ｂの天井版１４ａを配置し、双方を鉛直方向に橋渡しするように引張抵抗部材２２を配置して各々を連結した状態を示すものである。天井版１４ａおよび床版１４ｂの構造は同様にＲＣ構造、鋼構造あるいは鋼コンクリート合成構造でもよい。引張抵抗部材２２はトンネル内空スペース２７に仮設の支保材を配置しておき、一時固定することで正確な位置決めを行うことができる。その後、天井版１４ａおよび床版１４ｂと連結する。連結構造は天井版１４ａ、床版１４ｂおよび引張抵抗部材２２がＲＣ構造であれば現場型枠を設置して内部に鉄筋を配置してコンクリートを打設する一般的な工法が採用できる。天井版１４ａおよび床版１４ｂがＲＣ部材であり、引張抵抗部材２２は鋼製部材であるときは、例えば鋼管矢板井筒基礎の頂版接続構造に準じて引張抵抗部材２２にずれ止めを配置して連結部を巻き込むようにコンクリートを打設することで構築が可能である。さらに天井版１４ａ、床版１４ｂおよび引張抵抗部材２２が鋼製部材であれば、ボルト接続あるいは溶接により連結することができる。
FIG. 14 further shows a state in which the
図１５は天井版１４ａおよび床版１４ｂにより挟まれる撤去部セグメント１１ｂおよび１２ｂを全て撤去し、上側トンネル群１ａの天井版１４ａの上部、下側トンネル群１ｂの床版１４ｂの下部さらに上下トンネル群間のスペースを埋め戻した状態２６、すなわち施工が完了した状態を示す。地盤補強部は地盤凍結工法を採用する場合は解凍により原地盤に回復する。地盤改良工法の場合では補強地盤は残置される（図示せず）。また一般的には埋め戻し２６には体積収縮を発生させない無収縮モルタルが採用される。
FIG. 15 shows that the
本発明による効果を明確に示すために、道路トンネルの分岐合流部を対象とした構造計算に基づく構造仕様を、実施例と比較例で比較してその程度を検証する。 In order to clearly show the effect of the present invention, the structural specifications based on the structural calculation for the branching and merging portion of the road tunnel are compared between the example and the comparative example, and the degree thereof is verified.
試算に用いたトンネルは都市部に計画される一般的な地下高速道路を想定している。本線のトンネルは片側２車線の円形トンネルであり、ランプトンネルは片側１車線の円形トンネルである。トンネルの外径は本線トンネルが１２．３ｍ、ランプトンネルが９．９ｍである。上トンネルの本線トンネル上端は地表面から約２０ｍ程度の深度に設置され、下トンネルは上トンネルの鉛直下側３．２ｍの位置に設置される。本線トンネルの右端からランプトンネル左端までの分岐合流部の横型断面のトンネル幅は２０．５ｍとした。 The tunnel used for the estimation is assumed to be a general underground highway planned in urban areas. The main tunnel is a two-lane circular tunnel on one side, and the ramp tunnel is a one-lane circular tunnel on one side. The outer diameter of the tunnel is 12.3 m for the main tunnel and 9.9 m for the ramp tunnel. The upper end of the main tunnel is installed at a depth of about 20m from the ground surface, and the lower tunnel is installed at a position 3.2m vertically below the upper tunnel. The tunnel width of the horizontal cross section of the branching junction from the right end of the main tunnel to the left end of the ramp tunnel was 20.5 m.
トンネルセグメント部材は鋼製、天井版および床版はＲＣ製とした。 The tunnel segment member was made of steel, and the ceiling and floor slabs were made of RC.
そして実施例においては、引張抵抗部材としては、鋼管柱（鋼管φ８００ｍｍ×厚さ４０ｍｍ）をトンネル軸方向に断続配置した柱式構造とし、柱の間隔は柱軸間距離で１．２ｍとして構造計算した。 In the embodiment, the tensile resistance member is a column structure in which steel pipe columns (steel tube φ800 mm × thickness 40 mm) are intermittently arranged in the tunnel axis direction, and the distance between the columns is 1.2 m in terms of the column axis distance. did.
比較例としては、引張抵抗部材を用いずに、本線トンネル、ランプトンネルおよび横型トンネルの断面寸法（幅２０．５ｍ）、さらには地表面からの設置深度を実施例と合せた上下トンネルを単独で構成するトンネル構造として構造計算した。 As a comparative example, without using a tensile resistance member, the upper and lower tunnels combined with the examples of the cross-sectional dimensions (width 20.5 m) of the main tunnel, the ramp tunnel, and the horizontal tunnel and the installation depth from the ground surface were singly used. The structure was calculated as the tunnel structure.
図１６、１７に上記構造計算結果による変形分布を示す。変形のスケールを実際の約３０倍にして表示したものである。図１６が比較例の計算結果を示し、図１７が実施例の計算結果を示す。同様に図１８、１９に上記構造計算結果による曲げモーメント分布を示す。 16 and 17 show deformation distributions based on the structural calculation results. The deformation scale is displayed about 30 times the actual scale. FIG. 16 shows the calculation result of the comparative example, and FIG. 17 shows the calculation result of the example. Similarly, FIGS. 18 and 19 show bending moment distributions based on the structural calculation results.
図１８が比較例の計算結果を示し、図１９が実施例の計算結果を示す。 FIG. 18 shows the calculation result of the comparative example, and FIG. 19 shows the calculation result of the example.
本発明によらないトンネル断面では下側横型トンネル１ｂの天井版２０７ａの中央部付近で最大値２８ｍｍのトンネル内空側への変位２１が発生しているが、一方、本発明によるトンネル断面では最大値が７ｍｍであり、トンネル変位２１が著しく減少している。
In the tunnel cross section not according to the present invention, a
同時に曲げモーメントは比較例のトンネル断面では下側横型トンネル１ｂの天井版１４ａの中央部付近で最大１６、０００ｋＮｍの正曲げ２１４が発生しているが、実施例の本発明によると引張抵抗部材２２に引張抵抗力６、４００ｋＮが発生して、その抵抗によって下側横型トンネル１ｂの天井版２０７ｂの中央部付近に発生する曲げモーメント２１４は最大でも１５０ｋＮｍまで抑制することができる。
At the same time, a bending moment of a
図２０には比較例のトンネル断面の試算結果を示し、図２１には実施例のトンネル断面の試算結果を示す。表１に構造仕様寸法の比較をそれぞれ示す。 FIG. 20 shows a trial calculation result of the tunnel cross section of the comparative example, and FIG. 21 shows a trial calculation result of the tunnel cross section of the example. Table 1 shows the comparison of structural specifications.
さらに図中に代表的なトンネル建築限界２０９および標識スペース２１０を図示している。
In addition, representative tunnel building limits 209 and sign
本発明によらない試算結果では建築限界２０９および標識スペース２１０と干渉しているが、本発明によると建築限界との干渉はない。
Although the trial calculation results not according to the present invention interfere with the
以上の試設計による検証から、本発明によりトンネル構造の寸法が最大２８％縮小されることで、建築限界２０９および標識スペース２１０との干渉２０８も回避される効果が発揮されることが分かる。
From the verification by the trial design described above, it can be seen that the tunnel structure size is reduced by up to 28% according to the present invention, and the effect of avoiding the
また、従来の引張抵抗部材を使用しない方法で建築限界および標識スペースを確保しようとすると、分岐合流部の寸法を拡大せざるを得ず、それに伴い作用する荷重および発生断面力が増大するので益々断面寸法を拡大せざるを得ないとの悪循環に陥る。さらには分岐合流部に接続するトンネル断面形状も拡大する必要が発生するため、シールドマシンの寸法拡大、掘削土量の増加など建設コストが増加する悪影響が発生する。 In addition, if it is attempted to secure the building limit and the sign space by a method that does not use the conventional tensile resistance member, it is necessary to enlarge the dimensions of the branching / merging part, and the load acting and the generated cross-sectional force increase accordingly. A vicious circle occurs in which the cross-sectional dimensions must be increased. Furthermore, since it is necessary to enlarge the cross-sectional shape of the tunnel connected to the branching junction, there is an adverse effect that the construction cost increases, such as an increase in the size of the shield machine and an increase in the amount of excavated soil.
ｋ１ 対象区間
１ 分岐合流部
１ａ 上側トンネル
１ｂ 下側トンネル
１１ 本線トンネル
１１ａ 残置部
１２ ランプトンネル
１２ａ 残置部
１４ 新設部
１４ａ 天井版
１４ｂ 床版
１５ 仕切壁
２０ａ 土水圧
２０ｂ 土水圧
２０ｃ 土水圧
２１ 変位
２２ 引張抵抗部材
２２ａ 壁式引張抵抗部材
２２ｂ 柱式引張抵抗部材
２３ トンネル内空
２４ａ 地盤補強
２４ｂ 地盤補強
２４ｃ 地盤補強
２５ スキンプレート撤去部
２６ 埋め戻し
２７ 内空スペース
２７ａ 閉合スペース
２０２ 本線トンネル
２０３ ランプトンネル
２０２ａ セグメントリング
２０３ａ セグメントリング
２０４ 地盤
２０６ 分岐合流部
２０７ 接続部材
２０７ａ 天井版
２０７ｂ 床版
２１４ 曲げモーメント
２０８ 干渉部
２０９ 建築限界
２１０ 標識スペース
２１１ 路版
２１２ 配管・送排気ダクトスペース
２１３ 車線
Claims (5)
前記上側に構築されるトンネルにおける床版と、前記下側に構築されるトンネルにおける天井版とが、引張抵抗部材で連結されていることを特徴とする分岐合流部のトンネル構造。 Tunnel junctions formed by connecting tunnels built adjacent to each other in the horizontal direction with a ceiling slab located at the top and a floor slab located at the bottom are adjacent to each other in the vertical direction. A tunnel structure constructed by
A tunnel structure of a branching / merging portion, wherein a floor slab in the tunnel constructed on the upper side and a ceiling slab in the tunnel constructed on the lower side are connected by a tensile resistance member.
前記下側トンネル断面の上部に位置する天井版に発生する曲げモーメントの略最大位置とを連結することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の分岐合流部のトンネル構造。 The tensile resistance member has a substantially maximum position of a bending moment generated in a floor slab located at a lower portion of the upper tunnel cross section; and
4. The tunnel structure of a branching / merging portion according to claim 1, wherein the tunnel structure is connected to a substantially maximum position of a bending moment generated in a ceiling slab located at an upper portion of the lower tunnel cross section.
前記上側の２つの単円トンネルの上部間、前記下側の２つの単円トンネルの下部間、および前記上側の２つの単円トンネルの下部と前記下側の２つの単円トンネルの上部との間を、地盤補強することで当該補強された地盤の内部に閉合スペースを構築し、
前記閉合スペースに接する前記４つのトンネルそれぞれのセグメント材を部分的に撤去し、前記閉合スペースの地盤を掘削して撤去することで、内空スペースを形成した後、
前記内空スペース内で、
前記上側の２つの単円トンネルにおける前記セグメント材が撤去されている上部区間を天井版で接続した後に下部区間を床版で接続して、上側の分岐合流部トンネルを形成し、
前記下側の２つの単円トンネルにおける前記セグメント材が撤去されている下部区間を床版で接続した後に上部区間を天井版で接続して、下側の分岐合流部トンネルを形成し、
前記上側の分岐合流部トンネルの床版と、前記下側の分岐合流部トンネルの天井版の間を、引張抵抗部材で連結して、分岐合流部のトンネル構造を構築することを特徴とする分岐合流部のトンネルの施工方法。 While digging the shield machine, the segment material is assembled on the inner wall of the building space to form a segment ring, and two single circular tunnels that are connected in the axial direction of the tunnel are formed adjacent to each other in the horizontal direction. In the lower side of the vertical direction, two single circular tunnels adjacent in the horizontal direction are formed,
Between the upper part of the upper two single circular tunnels, between the lower part of the lower two single circular tunnels, and between the lower part of the upper two single circular tunnels and the upper part of the lower two single circular tunnels By constructing a space between the ground, a closed space is built inside the reinforced ground.
After partially removing the segment material of each of the four tunnels in contact with the closed space, excavating and removing the ground of the closed space, forming an inner space,
Within the empty space,
After connecting the upper section where the segment material in the upper two single-circular tunnels has been removed with a ceiling slab, connect the lower section with a floor slab to form an upper branch junction tunnel,
After connecting the lower section where the segment material in the two lower single tunnels on the lower side is removed with a floor slab, connecting the upper section with a ceiling slab, forming a lower branch junction tunnel,
A branch structure characterized by constructing a tunnel structure of a branch / merging portion by connecting a floor slab of the upper branch / merging portion tunnel and a ceiling slab of the lower branch / merging portion tunnel with a tensile resistance member. How to construct a tunnel at the junction.
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