JP4715610B2 - トンネル内部の構築工法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの両側部に側壁ブラケットを備えたブラケット一体型のセグメントを設置し、前記トンネルの底部にプレキャストインバートを設置し、前記セグメントの側壁ブラケット間にプレキャスト床版を設置し、かつ当該プレキャスト床版と前記プレキャストインバートの間にプレキャスト中壁を設置してなるトンネル内部の構築工法に関するものである。

道路やライフライン用として掘進されたシールドトンネルの内部は、一般に、例えば図９に図示するようにトンネルのほぼ中央に構築されたスラブ３０を境に車道として利用される上部空間Ａと、排水、電気などの保全施設や避難施設などとして利用される下部空間Ｂに区画され、さらに下部空間Ｂは必要に応じて中壁３１によって複数の空間に区画されている。

また、上記したスラブ３０や中壁３１、さらにインバート３２などの各部分は、近年現場施工の省力化と工期の短縮化等を図るべく、可能な限りプレキャストコンクリート部材によって構築されるようになってきている。

特開平８−６０９９７号公報 特開平１１−５５１９６号公報 特開２００２−８９１９５号公報 特開２００３−１２０１９５号公報 特開２００３−２７８５９５号公報 特開２００５−１７６３２２号公報 特開２００５−２８５７５８号公報

しかし、トンネルの内周を覆うセグメントの多くは、掘進時の施工誤差を伴ったままの状態で設置されており、特にローリングに伴うセグメントの施工誤差は、トンネル内にプレキャスト床版などのプレキャストコンクリート部材を設置するに際し、設置位置や固定する位置がずれて施工上の大きな妨げになるという課題があった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、トンネル内にプレキャスト床版などのプレキャストコンクリート部材を精度よく設置することができ、効率的施工を可能にしたトンネル内部の構築工法を提供することを目的とする。

請求項１記載のトンネル内部の構築工法は、トンネルの両側部に側壁ブラケットを備えたブラケット一体型のセグメントを設置し、前記トンネルの底部にプレキャストインバートを設置し、前記側壁ブラケット間にプレキャスト床版を設置し、かつ当該プレキャスト床版と前記プレキャストインバートの間にプレキャスト中壁を設置してなるトンネル内部の構築工法において、前記プレキャス床版は、当該プレキャスト床版の高さ調整機能を備えた支持装置とプレキャストコンクリート製の増設ブラケットを介して前記側壁ブラケットの上に設置し、前記支持装置は前記増設ブラケットの上に突設された支持ボルトと、当該支持ボルト間に架け渡された支持ブロックと、前記支持ボルトに螺合されたレベル調整ナットを備え、前記レベル調整ナットを回して前記支持ブロックを上下方向に移動することにより前記プレキャスト床版の高さおよび水平調整を行うことを特徴とするものである。

本発明は、プレキャスト床版やプレキャストインバート等のプレキャストコンクリート部材をすべて後付けとし、しかもこれらの部材を高さ方向および水平方向の位置調整機能を備えた固定ボルトによってセグメントに固定することにより、トンネル掘進時の施工誤差を伴って設置されているセグメントに、当該セグメントの施工誤差を修正しながら精度よく固定することにより、トンネルの内部を精度よく効率的に構築できるようにしたものである。

また特に、増設ブラケットは、位置調整機能を備えた固定ボルトによって単に後付けするだけでなく、設置場所ごとに設置位置、断面形状、高さ、迫出し量、ボルト孔等を計測し、最も適した大きさ、形状のものを製作して設置することにより、間詰めコンクリートを無くして合理的な施工を可能にしたものである。

また、トンネル内部の構築に際し、プレキャスト床版の下側に、例えば図８（ａ），（ｂ）に図示するような移動式の養生シェルターを設置することにより、プレキャスト床版の下側にセグメント等の搬送通路を容易に確保することができる。
さらに、トンネルのクロソイド部や曲線部などで、車道となるプレキャスト床版にトンネルの径方向に傾斜する勾配（カント）を付ける必要がある場合に、プレキャスト床版の微調整を容易に行えるようにしたものである。

請求項２記載のトンネル内部の構築工法は、請求項１記載のトンネル内部の構築工法において、支持装置は、トンネルの軸方向に所定間隔おきに設置し、当該支持装置間にレール梁をトンネルの軸方向に設置することを特徴とするものである。

請求項３記載のトンネル内部の構築工法は、請求項１または２記載のトンネル内部の構築工法において、前記プレキャストインバートは、トンネルの底部に当該プレキャストインバートの高さ調整機能を備えた固定ボルトによって固定することを特徴とするものである。

請求項４記載のトンネル内部の構築工法は、請求項１〜３のいずれかひとつに記載のトンネル内部の構築工法において、前記プレキャスト中壁は、前記プレキャストインバートの上に当該プレキャスト中壁の水平位置調整機能を備えた固定ボルトによって固定することを特徴とするものである。

請求項５記載のトンネル内部の構築工法は、請求項１〜４のいずれかひとつに記載のトンネル内部の構築工法において、プレキャストインバートの下側に、当該プレキャストインバートの高さ調整用のモルタルバックを介在することを特徴とするものである。

本発明は、道路やライフライン用トンネルの建設におけるトンネルの掘進と内部構築並行して行う際に、トンネル掘進時の施工誤差を伴って設置されているセグメントに、当該セグメントの施工誤差を修正しながらプレキャストインバートやプレキャスト床版などのプレキャストコンクリート部材を固定することによりトンネルの内部を精度よく、かつ効率的に構築することができる等の効果を有する。

図１〜図７は、シールドトンネル（以下「トンネル」という）の内部を示し、図において、特にトンネルの両側の地山は、内側部に側壁ブラケット１ａを備えたブラケット一体型のセグメント１によって覆工されている。

また、トンネル内の底部に複数のプレキャストインバート２からなるインバートが構築され、ほぼ中間部に複数のプレキャスト床版３からなる床スラブが構築され、さらにプレキャストインバート２とプレキャスト床版３との間に複数のプレキャスト中壁４からなる中壁が構築されている。こうしてトンネル内は、床スラブによって上部空間Ａと下部空間Ｂに区画され、さらに下部空間Ｂは中壁によって左右二つの空間に区画されている。

側壁ブラケット１ａは、プレキャスト床版３の端部を受ける支持部であり、セグメント１の成形時に下部空間Ｂの側壁を兼ねるようにセグメント１と一体に形成されている。

なお、側壁ブラケット１ａはセグメント１と別体に形成し、セグメント１の内側部にボルト止め等の方法によって後付けすることによりセグメント１と一体化するものでもよい。側壁ブラケット１ａを後付けタイプにすれば、トンネル掘進時のセグメント１のローリング修正や蛇行修正を簡単に行うことができる。

また特に、トンネルの曲線部やクロソイド部などで、プレキャスト床版３にトンネルの径方向に傾斜する勾配（カント）が必要な場所、あるいはプレキャスト床版３に拡幅部が必要な場所、さらにはセグメントのローリングや蛇行等のために側壁ブラケット１ａの高さ調整が必要な場所には、例えば図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に図示するような増設ブラケット５が設置されている。

増設ブラケット５はプレキャストコンクリート製で、側壁ブラケット１ａの上にトンネルの軸方向に連続した状態に設置されている。また、側壁ブラケット５はトンネルの中心側に面する表側の上端部は水平に、側面部は鉛直にそれぞれ形成され、その裏側は側壁ブラケット１ａおよびセグメント１の内側面に密着し得るように、側壁ブラケット１ａと対応する部分は水平および鉛直面状に、セグメント１と対応する部分は凸曲面状に形成されている。

また、各増設ブラケット５のトンネル軸方向の長さは、各セグメント１の幅とほぼ同じ長さに形成され、原則として一枚のセグメントにつき一個の増設ブラケット５が設置されている。さらに、各増設ブラケット５の大きさや断面形状は一様ではなく、設置場所ごとに予め計測され、最も適した大きさや断面形状に形成されている。

このように形成された増設ブラケット５は、側壁ブラケット１ａの上側に複数のアンカーボルト６によってそれぞれ固定されている。この場合のアンカーボルト６は、セグメント１に埋設されたインサート（図省略）に螺合されている。

そして、側壁ブラケット１ａまたは増設ブラケット５の上に、プレキャスト床版３の端部が当該プレキャスト床版３の高さ調整機能を備えた支持装置７を介して載置されている。

支持装置７は、増設ブラケット５の上にトンネルの径方向に所定間隔をおいて鉛直に突設された複数の支持ボルト８，８と当該支持ボルト８，８間に架け渡された支持ブロック９と、支持ボルト８，８に螺合され、支持ブロック９を上下方向に移動させると共に支持ブロック９を支持ボルト８，８に固定する複数のレベル調整ナット１０および固定ナット１１とから構成され、当該支持装置７は増設ブラケット５の上にトンネルの軸方向に沿って所定間隔おきに設置されている。

そして、各支持装置７，７の支持ブロック９，９間にレール梁１２がトンネルの軸方向に沿って架け渡され、当該レール梁１２の上にプレキャスト床版３の端部が載置されている。

レール梁１２は、プレキャストインバート２やプレキャスト床版３等のプレキャスト部材を敷設するためにトンネル内を走行する施工用台車（図省略）のレールと兼用させたものでもよい。

なお、図３（ａ），（ｂ）は、側壁ブラケット１ａの上にプレキャスト床版３の端部が支持装置７とレール梁１２を介して支持されている状態を示し、特に図３（ｂ）は、レール梁１２を列に敷設して安定化を図ったものである。

図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、トンネルの両側部に設置されたブラケット一体型のセグメント１の側壁ブラケット１ａを、図１の例で説明した側壁ブラケット１ａの位置よりさらに下方よりに突設して、増設ブラケット５を併用することを基本構造としたものである。

この場合、側壁ブラケット１ａの上端部にトンネルの中心側からトンネルの外側に向って下り勾配となるようにテーパ部１ｂを付け、この傾斜したテーパ部１ｂで増設ブラケット５を受ける構造とすることで、増設ブラケット１をより安定した状態で受けることができる。また、増設ブラケット５を大型化することで、増設ブラケット内に配水管や避難用シュートのスペースを確保することができる。

さらに、図４（ｂ）に図示するように、側壁ブラケット１ａと増設ブラケット５の内側にこれらのブラケットを覆うように張出しブラケット５Ａを設置して下部空間Ｂの側壁とすることもできる。

なお、これらの側壁ブラケット５および張出しブラケット５Ａもセグメント１に複数のアンカーボルト（図省略）によって固定されている。

プレキャストインバート２は、例えば図５に図示するようにトンネルの底部に設置されたセグメント１の上側に当該トンネルの軸方向に互いに連続した状態に敷設され、かつレベル調整機能を備えた複数の固定ボルト１３によってトンネルの底部にそれぞれ固定されている。

固定ボルト１３は、セグメント１の上にトンネルの軸方向と軸直角方向にそれぞれ所定間隔をおいて鉛直に突設され、各固定ボルト１３の中間部と上端部にはレベル調整用の調整ナット１４と固定ナット１５がそれぞれ螺合されている。

そして、各固定ボルト１３の調整ナット１４より上の部分がプレキャストインバート２の各コーナ部に形成された貫通孔２ａを貫通し、各固定ボルト１３の固定ナット１５を強く締め付けることによって、各プレキャストインバート２はトンネルの底部に固定されている。

また、固定ナット１５を締め付ける前に各固定ボルト１３のレベル調整ナット１４を上下方向に移動することで各プレキャストインバート２の高さ調整がなされている。そして、こうして設置された各プレキャストインバート２とセグメント１との間にモルタルバック１６が充填されている。なお、モルタルバック１６は麻袋などの袋の中にモルタルが充填されたものである。

図６（ａ），（ｂ）は、プレキャストインバート２の他の例を示し、図６（ａ）の例においては、セグメント１の上にプレキャストインバート２が直に敷設され、セグメント１にレベル調整機能を備えない固定ボルト１３によって固定されている。この例によれば、プレキャストインバート２をセグメント１に密着させて設置するため、モルタルバックを省略することができる。

また、図６（ｂ）は、インバートがセグメント１と一体に形成されている例を示したもので、この例によればプレキャストインバートの敷設作業を省略することができる。

プレキャスト床版３は、先に説明したように側壁ブラケット１ａ，１ａ間または側壁ブラケット１ａと増設ブラケット５間、あるいは増設ブラケット５，５間に架け渡され、当該プレキャスト床版３の両端は側壁ブラケット１ａまたは増設ブラケット５の上に支持装置７とレール梁１２を介して載置されている。

また、当該プレキャスト床版３の中央はプレキャスト中壁４の上端部に硬質合成ゴム等からなる調整ブロック１７を介して載置され、固定ボルト１８によってプレキャスト中壁４の上端部に固定されている。

なお、プレキャスト床版３の中央と両端部には補強リブ３ａと補強リブ３ｂがトンネルの軸方向にそれぞれ連続して突設されている。

また、トンネルの軸方向に隣接するプレキャスト床版３どうしは、複数の超長ボルト、長ボルト（ボルトボックス有）またはＰＣ鋼棒などによって互いに接合されている。

プレキャスト中壁４は、プレキャストインバート２とプレキャスト床版３との間に設置され、当該プレキャスト中壁４の下端部はプレキャストインバート２の上側に形成された建込み溝２ｂ内に建て込まれている。そして、当該建込み溝２ｂ内にプレキャスト中壁４の水平方向の位置調整機能を備えた固定ボルト１９、１９によって固定されている。

この場合、固定ボルト１９の一端側は、建込み溝２ｂの内側部に埋設されたインサートナット（図省略）に水平に螺入され、他端側はプレキャスト中壁４の下端部に水平に形成された貫通孔４ａ内に挿入されている。また、固定ボルト１９の他端側に調整ナット２０がプレキャスト中壁５の側面に接した状態で螺合されている。

そして、固定ボルト１９を固定した状態で調整ナット２０をプレキャスト中壁４の側面に当接させた状態で回し、プレキャスト中壁４側に移動させることによりプレキャスト中壁４を固定ボルト１９の他端側方向に移動させることができる。こうした構成の固定ボルト１９と調整ナット２０がプレキャスト中壁４の両側の、少なくとも２ヶ所に取り付けられている。

なお、建込み溝２ａ内にプレキャスト中壁４の下端部を建て込む際は、固定ボルト１９が障害にならないように、固定ボルト１９をインサートナットの奥深く螺入しておくものとする。

なお、図６（ｂ）は、セグメント１と一体に形成されたインバートにプレキャスト中壁４の下端部が固定されている例を示したものである。

この場合、調整ナット２０を備えた固定ボルト１９は、インバートの上側に形成された建込み溝２ａの両側に突設され、図５（ａ）の例で説明したような構成によって、プレキャスト中壁４の下端部は固定されている。さらに、プレキャスト中壁４の下端部はインバートにＬ字形に形成された固定金具２１によって固定されている。

図５（ｂ）と図６（ａ）は、プレキャスト中壁４の下端部を固定する方法の他の例を示し、いずれも、プレキャスト中壁４の下端部をプレキャストインバート２の上にＬ字形の固定金具２１によって簡単に固定するものであり、また特に図６（ａ）は、プレキャスト中壁４の下端部とプレキャストインバート２との間にモルタル等の充填材２２を充填してプレキャスト中壁４のレベル調整を行うものである。

いずれの例においても、トンネルの軸方向に隣接するプレキャスト中壁４，４の当接面には、図７（ａ）に図示するように、互いに係合する凹部４ｂと凸部４ｃが形成されている。また、隣接する各プレキャスト中壁４，４の上端部は連結プレート２３によって互いに結合されている。

次に、本発明のトンネル内部の構築工法の施工手順について説明する。

最初に、例えば図５（ａ）に図示するようにトンネルの底部に設置されたセグメント１の上にプレキャストインバート２を敷設する。プレキャストインバート２は、シールドマシン（図省略）のテール内においてセグメントと共にトンネルの低部に設置し、セグメント１の上に敷設した後、各固定ボルト１３の調整ナット１４よって高さ調整を行う。そして各固定ナット１５を締め付けて固定し、プレキャストインバート２の下側にモルタルバック１６を充填する。

モルタルバック１６の充填に際しては、最初に袋のみをプレキャストインバート２の下側に挿入し、続いて当該袋の中にモルタルを高圧で充填すれば、モルタルを周囲に漏らすことなく、隙間の隅々まで確実に充填することができ、モルタルバック１６の充填作業を非常に効率的かつ経済的に行うことができる。

次に、プレキャストインバート２の上にプレキャスト中壁４を建て付ける。この場合、プレキャスト中壁４の下端部をプレキャストインバート２の建込み溝２ａ内に建て込む。そして、プレキャスト中壁４の下端部に形成された貫通孔４ａに固定ボルト１９の他端側１９ｂを挿入する。

そして、調整ナット２０を適宜回してプレキャスト中壁４の位置調整を行い、調整が完了したら両側の調整ナット２０，２０を強く締め付けてプレキャスト中壁４の下端部をプレキャストインバート２の上に固定する。

この場合、両側の固定ボルト１９，１９に螺合された調整ナット２０，２０でプレキャスト中壁４の下端部を強く挟み付けるだけでも、プレキャスト中壁４の下端部は固定できるが、例えば図６（ｂ）に図示するように固定金具２１を併用することにより強固に固定することができる。

また、トンネルの軸方向に隣接するプレキャスト中壁４，４の各上端部は連結プレート２３によって互いに結合する。

次に、プレキャスト中壁４の上端部と両側の側壁ブラケット１ａ，１ａ間、側壁ブラケット１ａと増設ブラケット５間にプレキャスト床版３を架け渡す（図ではプレキャスト床版の片側のみを図示）。この場合、プレキャスト床版３の両端は側壁ブラケット１ａまたは増設ブラケット５の上に予め敷設されたレール梁１８の上に載置し、中央はプレキャスト中壁４の上端部に調整ブロック１７を介して載置する。

そして、各支持装置７の固定ボルト９の調整ナット１０を回して調整ブロック８を適当に上げ下げすることによりプレキャスト床版３の水平および高さ調整を行う。当該調整が完了したら各プレキャスト床版３の中央部分をプレキャスト中壁４の上端部に固定ボルト１８によって固定する。また、プレキャスト床版３を既設のプレキャスト床版３に長ボルトまたはＰＣ鋼棒によって結合する。

以下同様にして、プレキャストインバート２、プレキャスト中壁４およびプレキャスト床版３をトンネルの掘進方向に順次設置することにより、トンネル内に当該トンネルの軸方向に連続するインバート、床スラブおよび中壁を構築することができる。

なお、トンネル内部の構築に際しては、例えば図８（ａ），（ｂ）に図示するように、プレキャスト床版３の下側に移動式の養生シェルター２４を設置することにより、既設床版３の下側にセグメント等の搬送通路を確保することができる。この場合の養生シェルター２４としては、例えばトンネルの底部に敷設されたレール（図省略）の上を動力によってトンネルの掘進方向に走行するもの等が望ましい。

本発明は、道路やライフライン用トンネルの建設におけるトンネルの掘進と内部構築の同時施工法において、トンネル掘進時の施工誤差を伴って設置されているセグメントに、施工誤差を修正しながらプレキャストインバートやプレキャスト床版などのプレキャストコンクリート部材を固定することによりトンネルの内部を精度よく構築することができる。

シールドトンネルの内部の構造を示す縦断面図である。 プレキャスト床版の設置方法を示し、（ａ），（ｂ）は、図１におけるイ部拡大図、（ｃ）は図２（ａ）におけるロ−ロ線断面図である。 （ａ），（ｂ）は、プレキャスト床版の設置方法を示し、図１におけるイ部拡図である。 （ａ）〜（ｃ）は、シールドトンネルの内部の構造を示す縦断面図である。 （ａ），（ｂ）は、プレキャストインバートおよびプレキャスト中壁の設置方法を示す図１におけるハ部拡大図である。 （ａ），（ｂ）は、プレキャストインバートおよびプレキャスト中壁の設置方法を示す図１におけるハ部拡大図である。 プレキャスト中壁の設置方法を示し、（ａ）は一部斜視図、（ｂ）はプレキャスト中壁とプレキャスト床版との接合部を示す断面図である。 養生シェルターの使用状態を示し、（ａ）はシールドトンネルの直径方向の断面図、（ｂ）はシールドトンネルの軸方向の一部断面図である。 従来のシールドトンネルの内部の構造を示す縦断面図である。

符号の説明

１ ブラケット一体型のセグメント
１ａ 側壁ブラケット
２ プレキャストインバート
３ プレキャスト床版
４ プレキャスト中壁
５ 増設ブラケット
５Ａ 張出しブラケット
６ アンカーボルト
７ 支持装置
８ 支持ボルト
９ 支持ブロック
１０ レベル調整ナット
１１ 固定ナット
１２ レール梁
１３ 固定ボルト
１４ 調整ナット
１５ 固定ナット
１６ モルタルバック
１７ 調整ブロック
１８ 固定ボルト
１９ 固定ボルト
２０ 調整ナット
２１ 固定金具
２２ 充填材
２３ 連結プレート
２４ 養生シェルター

Claims (5)

1. トンネルの両側部に側壁ブラケットを備えたブラケット一体型のセグメントを設置し、前記トンネルの底部にプレキャストインバートを設置し、前記側壁ブラケット間にプレキャスト床版を設置し、当該プレキャスト床版と前記プレキャストインバートの間にプレキャスト中壁を設置してなるトンネル内部の構築工法において、前記プレキャス床版は、当該プレキャスト床版の高さ調整機能を備えた支持装置とプレキャストコンクリート製の増設ブラケットを介して前記側壁ブラケットの上に設置し、前記支持装置は前記増設ブラケットの上に突設された複数の支持ボルトと、当該支持ボルト間に架け渡された支持ブロックと、前記支持ボルトに螺合されたレベル調整ナットを備え、前記レベル調整ナットを回して前記支持ブロックを上下方向に移動することにより前記プレキャスト床版の高さおよび水平調整を行うことを特徴とするトンネル内部の構築工法。
2. 支持装置は、トンネルの軸方向に所定間隔おきに設置し、当該支持装置間にレール梁をトンネルの軸方向に設置することを特徴とする請求項１記載のトンネル内部の構築工法。
3. 前記プレキャストインバートは、トンネルの底部に当該プレキャストインバートの高さ調整機能を備えた固定ボルトによって固定することを特徴とする請求項１または２記載のトンネル内部の構築工法。
4. 前記プレキャスト中壁は、前記プレキャストインバートの上に当該プレキャスト中壁の水平位置調整機能を備えた固定ボルトによって固定することを特徴とする請求項１〜３のいずれかひとに記載のトンネル内部の構築工法。
5. プレキャストインバートの下側に、当該プレキャストインバートの高さ調整用のモルタルバックを介在することを特徴とする請求項１〜４のいずれからひとつに記載のトンネル内部の構築工法。

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