JP5180152B2

JP5180152B2 - トンネル

Info

Publication number: JP5180152B2
Application number: JP2009146148A
Authority: JP
Inventors: 豊加島
Original assignee: 大豊建設株式会社
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-06-19
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2029-06-19
Also published as: JP2011001763A

Description

この発明は、地下構造物として地中に建造されるセグメント、詳しくは、固結地盤や軟岩ないしは硬岩で比較的地下水の多い地盤において、地下水を取水し、外部に排水可能な場合に採用されるトンネルに関する。

地下の有効活用として種々の地下構造物が構築される。構造物として代表的なものとして、セグメントを組み立ててなる道路トンネルや鉄道トンネル、電力通信上下水道・水路などのトンネルがある。

トンネルは地中に構築されるが、地中には、場所によっては地盤内部に地下水脈が存在する。

このような地下水のある地中にトンネルを構築する場合、トンネルに地下水圧が作用するため、耐圧を考慮しなければならず、セグメントの設計をそれに対応したものとし、セグメントを厚くしたり、鉄筋量を増大させるなどの必要があり、コンクリートや鉄筋等の資源を必要とする。

上流から下流に向って流れる地下水の途中に、地下水を取水管によりトンネルを構成するセグメント内に取水する先行例として特許第３８４６９７２号（以下、単に先行特許という）が存在する。

特許第３８４６９７２号公報

上記先行特許においてはトンネル内の地下水通水路に詰まりが生じた場合、詰まりを解消し、性能を維持する手段はないため、経年使用することはできない、という課題があった。

また、上記先行例ではトンネルが地下水脈を横断する場合、上流側の地下水を下流側に流すことができるが、図７に示すように、トンネル１００の周囲に地下水９が存在するような場合、地下水の水位を低下させるために用いるには効果的でない。

本発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、トンネルの周囲に地下水がある場合、その地下水を低下させることができるので、トンネルを構成するセグメントの設計の制約を緩和でき、セグメント厚の薄形化、コンクリートや鉄筋量の資源の節約化等を図ることができ、かつメンテナンスも容易にできるトンネルを提供することにある。

請求項１の発明は、複数のセグメントを筒状に組み立てて構成されるトンネルであって、前記トンネルは内部に通水配管が設けられたセグメントを有し、通水配管はセグメントの周方向に設けられ、かつセグメントはその内面から外面にかけて前記通水配管とセグメント内部においてほぼ直交して連通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔にはセグメント内面側からセグメント外面に向って挿入され、地山へ向って突出し、地下水を取水する取水管が取付けられ、かつ前記トンネルの下方部分に組み込まれる下部セグメント内に前記通水配管と接続された継手配管および継手が設けられ、この継手には連結管が接続され、連結管はトンネルを構成する底部セグメントの内面上に設けられ、トンネル方向に延びかつ地下水をトンネルの外に排出する中空状の配水管渠に接続されたことを特徴とする。
請求項２の発明は、請求項１記載のトンネルにおいて、前記通水配管の適位置にはセグメント内に設けられトンネル方向に延びる縦配管が接続され、この縦配管はトンネル方向に設けられた他の通水配管に接続されたことを特徴とする。

本発明によれば、トンネルの周囲に地下水があっても取水管を介しトンネルを構成するセグメント内に地下水を取水し、取水した地下水をトンネル内の排水管渠内に導き、トンネル外に排水することができるため、トンネルに作用する外圧としての地下水圧を軽減することができるので、トンネルを構成するセグメント厚を薄くすることができ、また、使用する鉄筋も少なくすることが可能となり、コンクリートや鉄筋量の資源を節約することができ、経済的である。

トンネルを建造する地山が、特に固結地盤や軟岩から硬岩の地盤では、外圧としては水圧画支配的な地盤であるから、地下水を排出することにより水圧を軽減することができるため、経済的なセグメントを設計することができる。

本発明の第１実施例に係るトンネルの概略正面断面図。本発明の第１実施例に係るトンネルの取水管の構成を示す説明図。本発明の第２実施例に係るトンネルの概略正面断面図。本発明の第２実施例に係るトンネルの取水管の構成を示す説明図。本発明のトンネルの使用状態の正面説明図。同上の側断面の説明図を示す。従来例の説明図を示す。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施例で、この実施例でのトンネル断面はほぼ円形のものを示す。

図１に示す断面ほぼ円形のトンネル１は、弧状の複数のセグメント２ａ〜２ｃを筒状に組み立てて構成される。セグメント２ａには、そのほぼ中央部には通水配管３が設けられている。セグメント２ｃはトンネル１の底部側に位置し、必ずしも通水配管３を設ける必要のない底部セグメントである。この底部セグメント２ｃの両隣に、内部に通水配管３が設けられ、かつ通水配管３に継手用配管４ａ、継手４が接続された下部セグメントが配置され、継手４はセグメント２ｃの内面の内側に設けられ、これらセグメント２ａ〜２ｃを組み立てることによりほぼ断面円形のトンネル１が構築される。

通水配管３は弧状をなすセグメント２ａの内側中央部においてセグメント周方向に設けられ、組み込み過程で隣接配置される他のセグメント２ａ内の通水配管３と接続される。

通水配管３の適宜の位置にはトンネル方向に延び、他の通水配管３と接続される通水用の縦配管６が接続されている。また、通水配管３の適宜の位置には掃除用配管７の内端部が接続され、掃除用配管７の外端部はトンネル１の内周面側に臨設され、掃除口７ａとなっており、この部分には着脱自在な止水栓（図示せず）が設けられている。

なお、下部セグメント２ｂ内の通水配管３の下端部には継手用配管４ａ、継手４が設けられ、継手４には連絡管５が接続されているが、継手４の位置は、トンネル１を構成すべくほぼ円形に組み込まれた各セグメント２ａの内部の通水配管３、縦配管６等を流れる地下水９を連絡管５を介し、速やかに底部セグメント２ｃの上部に設けられた中空状をなしトンネル方向に設けられた排水管渠８内に導くことができる位置である。排水管渠８の形状は図示例では断面矩形となっているが、この形状に限定されるものではない。

また、トンネル１の底部に位置する底部セグメント２ｃ内には通水配管３は設ける必要はないが、底部セグメント２ｃとして内部に通水配管３が設けられたものを用いても良く、この場合、通水配管３が不要であれば適宜の止水手段で開口部を塞ぐなどして用いれば良い。

図１において、１０はトンネル１に対しほぼ放射状に複数設けられたほぼ円筒状の取水管である。取水管１０はセグメント２ａの内面側から外面側に形成された取水管取付孔１１内に設けられた図２に示す貫通管１１Ａにその基端部が位置して取付けられており、トンネル１の外側に存在する地下水９をセグメント２ａ内の通水配管３、縦配管６内等に取水するためのものである。

取水管１０の外端部は地下水９を取り込むべく地下水９に向ってほぼ放射状に延び、内端部側はセグメント２ａ内の通水配管３と接続され、かつ内端には、セグメント２ａの内周面側、つまりトンネル１の内周面側に臨設され、着脱自在な止水栓１２が設けられている。止水栓１２の構造については後述する図２によって説明する。

この止水栓１２は取水管１０の内部を掃除する際に取り外される。

その他、図１において、９’は排水管渠８内に取り込まれ排水される地下水、１３はトンネル１内の底部に設けられた路床、１３ａはその上面の路面である。

図２は、セグメント２ａへの取水管１０の取付状態およびその構造、取水管１０と通水配管３との接続状態、止水栓１２の構造等の概略説明図を示す。

取水管１０の表面には適形状のスリット１０ａが多数設けられ、地下水９は、矢印で示すように、これらのスリット１０ａを介し取水管１０の内部に取水される。このスリット１０ａの形状は孔、その他の形状としても良い。また、取水管１０の内部には特に図示していないが繊維や多孔性樹脂などからなる交換可能なフィルターを設けても良い。

この取付管１０はセグメント２ａの内周面に形成された凹状の取付部２ａ’から地山Ｇ側へ突出される。セグメント２ａには取水管取付孔１１が設けられ、かつこの取水管取付孔１１には円筒状の貫通管１１Ａが設けられ、貫通管１１Ａの内部に取付部２ａ’側から取水管１０が挿入される。

取水管１０の内部に導入された地下水９は、セグメント２ａ内においてほぼ直交する通水配管３へ移動する。取水管１０の内端部には止水栓１２が設けられているため、トンネル内部への漏水は防止される。

止水栓１２はフランジ１２ａ付の蓋状をなし、取水管１０の内端部に有底円筒部の止水栓本体が被せられ、かつフランジ１２ａの内面が貫通管１１Ａ側に設けられたフランジ１１ａの外面と当接され、ボルト１４を介し一体化されている。図１に示した掃除用配管７の内端部に設けられる止水栓も同様の構成である。

なお、図中１５はセグメント２ａ〜２ｃ等の外周部に注入された裏込めである。

トンネル１の構築にあたっては、シールド工法などにより地中に横杭を掘削しつつエレクターを介しコンクリート製のセグメント２ａ〜２ｃ等を順次組み立てていく。各セグメント２ａ〜２ｃは、公知の適宜の継手手段によって接続され、この際、内部の通水配管３、縦配管６等はつき合せによって接続される。図示例のトンネル１の断面形状はほぼ円形であるが、セグメントの断面形状を適宜選択して組み合わせることによって長円形、楕円形、馬蹄形、ほぼ矩形等のトンネルも構築し得、このトンネルに本発明を適用しても良い。

トンネル構築後、トンネル１の内側から取水管１０を地山側へ突出させる。この過程で、図２に示すように、取水管１０に設けた孔と通水配管３に設けた孔とが連通される。図２ではその状態を解り易く図示している。突設作業が終了したら、フランジ１１ａ、１２ａやボルト１４を用い固定すれば良い。

なお、取水管１０の数、管径、スリット形やスリット数等は地山の状況、地下水９の存在状況等に応じ選定すれば良い。

また、トンネル１の底部には、図１に示したように、コンクリートを打設して路床１３が設けられる。

図３は動作を示す。動作にあたっては、地山Ｇの地下水９は、矢印で示すように、取水管１０を介しセグメント２ａ、２ｂ内に導入され、通水配管３や縦配管６等を介し誘導され、最終的に連絡管５を介し排水管渠８に集められ、所定の場所に向って排水管渠８内を流れていく。なお、通水配管３や縦配管６の一部が何らかの原因で閉塞した場合でも、他の縦配管６により地下水を迂回して流すことができる。

図４に示すように、取水された地下水９はトンネル１の勾配に沿って流れ、トンネル１の外の路面下に設けられた水路１６に排水される。なお、排水管渠８内の地下水９はポンプ（図示せず）によって外部に排水しても良い。

使用過程で取水管１０や通水配管３等が目詰まりした場合、取水管１０の止水栓１２や掃除用配管７の止水栓を外し、掃除用装置（図示せず）の洗浄管を挿入する。洗浄管は屈曲自在なホースや管からなり、先端にジェットノズルを備えているものを使用すると好適である。洗浄にあたっては、洗浄水をジェット噴射し、通水配管３の内部を掃除すれば良い。

取水管１０の内部にフィルターがあればそれを取り出して新品交換あるいは清掃済みのものを再使用すれば良い。

本発明では、このように、丘陵部１７の自然地下水を低下させることができるので、トンネル１に作用する地下水圧を大幅に低減させることができる。したがって、セグメント２ａ〜２ｃの厚さを薄くしたりすることができセグメントの設計において有利となり、また、使用する鉄筋量を低減させることもでき、省資源化を図ることができる。

なお、図４において、１８は地盤線、９Ａは自然地下水位、１９は盛土、２０は橋台、２１は橋梁である。

図５および図６は本発明の他の実施例を示す。

この実施例では、図５に示すように、トンネル１の内周面に二次覆工コンクリート２２を設け、これによって取水管取付孔１１の取付深さを確保し、取水管１０の取付を確実なものとし、堅固に取付けることができるようにしたことに特徴を有している。

図６はその詳細を示す。

セグメント２ａと二次覆工コンクリート２２との間には間隔保持管２３が設けられている。すなわち、セグメント２ａの内周部には凹状の止水栓取付部２ａ’が形成され、この部分に貫通管１１Ａの内端部が臨設され、この貫通管１１Ａの内部に、貫通管１１Ａより小径の間隔保持管２３の外端部が挿入される。

この間隔保持管２３の一端、すなわち外端部側はネジ部となっており、貫通管１１Ａに螺合される。他端、すなわち内端部側はフランジ接続が可能である。２３ａはフランジである。

そして、間隔保持管２３の内端部にフランジ付きの蓋状をなす止水栓１２Ｂをそのフランジ１２ｂにボルト１４を用いて接続し、取水管取付孔１１の空間を維持するためにボイド型枠（図示せず）を取付けてコンクリートを打設し、コンクリート硬化後、ボイド型枠を除去し、セグメント２ａの内周面に二次覆工コンクリート２２を形成している。２２ａは二次覆工コンクリート２２の内周面、すなわちトンネル１の内周面である。

他の構成、作用は前述の実施例と同様である。

１トンネル
２ａセグメント
２ａ’ 取付部
２ｂ下部セグメント
２ｃ底部セグメント
３通水配管
４継手
４ａ継手用配管
５連絡管
６縦配管
７掃除用配管
７ａ掃除口
８排水管渠
９地下水
９’ 排水される地下水
１０取水管
１０ａスリット
１１取水管取付孔
１１Ａ貫通管
１１ａフランジ
１２止水栓
１２ａフランジ
１２Ｂ止水栓
１２ｂフランジ
１３路床
１３ａ路面
１４ボルト
１５裏込め
１６水路
１７丘陵部
１８地盤線
１９盛土
２０橋台
２１橋梁
２２二次覆工コンクリート
２２ａ内周面
２３間隔保持管
２３ａフランジ

Claims

複数のセグメントを筒状に組み立てて構成されるトンネルであって、
前記トンネルは内部に通水配管が設けられたセグメントを有し、通水配管はセグメントの周方向に設けられ、かつセグメントはその内面から外面にかけて前記通水配管とセグメント内部においてほぼ直交して連通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔にはセグメント内面側からセグメント外面に向って挿入され、地山へ向って突出し、地下水を取水する取水管が取付けられ、かつ前記トンネルの下方部分に組み込まれる下部セグメント内に前記通水配管と接続された継手配管および継手が設けられ、
この継手には連結管が接続され、連結管はトンネルを構成する底部セグメントの内面上に設けられ、トンネル方向に延びかつ地下水をトンネルの外に排出する中空状の配水管渠に接続されたことを特徴とするトンネル。
請求項１記載のトンネルにおいて、前記通水配管の適位置にはセグメント内に設けられトンネル方向に延びる縦配管が接続され、この縦配管はトンネル方向に設けられた他の通水配管に接続されたことを特徴とするトンネル。