JP6858605B2 - 支保構造および支保構造の構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの内空面に配置されて、トンネルの変形による圧力を受ける支保構造および支保構造の構築方法に関するものである。

従来、ＮＡＴＭ工法等で山岳トンネルを掘削する際には、トンネル掘削によって露出した地山を支保工により支保して、地山の安定化を図っているが、今後、リニアトンネルなどの高土被り長大トンネルを構築する場合には、高地圧に起因する大変形が予想される。変形が著しい場合には、支保工が耐荷荷重を超えて支保機能を失ったり、変形量が設計断面を侵したりして、縫い返しを余儀なくされる事態も考えられる。

土圧等による鋼製支保工の脚部の沈下対策として、鋼製支保工に設けたボルト固定部にロックボルトの頭部を固定し、ロックボルトに作用するせん断力によって、鋼製支保工の沈下を防止する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、地山側に、トンネル周方向に配列された複数の鋼製支保工を有する一次側支保工を設置し、一次側支保工よりもトンネル掘削断面の内側に、トンネル周方向に配列された複数の鋼製支保工を有する二次側支保工を設置し、二重の支保工により高剛性で高い地圧に対抗する方法もある（例えば、特許文献２参照）。

さらに、ある程度の変形を許すと地圧自体が緩和されることを利用し、初期変形を許した後に支保工強度を発現させるような変形追従支保工が提案されている。例えば、欧州では、２枚のＵ形鋼を合わせ、それを滑らせて可縮製を与える変形追従支保工の使用実績がある。

特開２０１６−１１８０４０号公報 特開２０１６−１３２９６１号公報

二重支保工等の多重支保工によって地圧に対抗する方法は、通常使用している鋼製支保工等を用いて施工するため、特別な準備の必要はない。しかし、支保工を複数回施工する必要があり、手間がかかる。また、高土被りの場合、変形量が少ない時期での地圧が著しいため、多重支保工でも剛性で対抗できない可能性がある。

変形追従支保工を用いる方法は、高剛性は必要ではなくなるが、変形や強度発現の制御が必要である。欧州で用いられている２枚のＵ形鋼を滑らせて可縮製を与える変形追従支保工は、スライドの剛性が複数のＵ形鋼のねじ締め具合に依存するため、変形を制御することが難しく、適切な使用状態とならないと、支保工自体がねじ曲がり座屈する懸念がある。また、構造が複雑で施工が難しいため、国内では殆ど適用事例がない。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、トンネルの覆工体の一部となる支保構造において、高地圧に起因する内空の大変形に追従することができ、容易に施工可能である支保構造および支保構造の構築方法を提供することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、トンネルの内空面に配置されて、トンネルの変形による圧力を受ける支保構造であって、トンネル軸方向の所定幅箇所において、少なくとも１つの鋼製部材と、前記鋼製部材に隣接して配置された圧潰する変形性能を有する圧縮変形容易部とがトンネル周方向に連結されて配置されていて、前記圧縮変形容易部の少なくともトンネル内周面側およびトンネル外周面側を覆うガイド部材が設けられ、前記ガイド部材の一端に、前記鋼製部材の端部が挿入されて、前記鋼製部材が前記ガイド部材に対してスライド可能であることを特徴とする支保構造である。

トンネル軸方向の所定幅箇所において、少なくとも１つの鋼製部材と圧縮変形容易部とをトンネル周方向に連結して配置したり、少なくとも２つの鋼製部材と鋼製部材同士の間に配置された圧縮変形容易部とをトンネル周方向に連結して配置したりすることにより、地圧が作用した場合に圧縮変形容易部が優先的に圧潰して変形し、鋼製部材と圧縮変形容易部とが一体となって地山の変形に追従する支保構造を、容易に施工することができる。
また、圧縮変形容易部の少なくともトンネル内周面側およびトンネル外周面側を覆うように設けたガイド部材の一端に鋼製部材の端部を挿入し、鋼製部材をガイド部材に対してスライド可能とすることにより、地圧が作用した場合に、圧縮変形容易部と鋼製部材との接続部での座屈を防止することができる。

前記ガイド部材の他端が、トンネル底部に固定され、前記支保構造のトンネル周方向の断面が逆Ｕ字形であってもよい。

ガイド部材の他端をトンネル底部に固定し、支保構造のトンネル周方向の断面を逆Ｕ字形にすることにより、地圧が作用した場合に、圧縮変形容易部と鋼製部材との接続部での座屈をさらに効果的に防止することができる。

圧縮変形容易部の周囲にガイド部材が設けられる場合、前記ガイド部材に、トンネル周方向の長孔が設けられ、前記ガイド部材の一端に挿入された前記鋼製部材に突出部材が設けられ、前記突出部材が前記長孔に挿通されてもよい。

ガイド部材にトンネル周方向の長孔を設け、ガイド部材の一端に挿入された鋼製部材に突出部材を設けて長孔に挿通すれば、鋼製部材のガイド部材に対するスライド範囲を限定し、鋼製部材のガイド部材からの抜け出しを防止できる。

前記圧縮変形容易部は、例えば、中空殻を含むコンクリートである。
前記圧縮変形容易部は、体積率で１０％以上の気泡を含むコンクリートであってもよい。

圧縮変形容易部を、中空殻を含むコンクリートや、体積率で１０％以上の気泡を含むコンクリートとすれば、圧縮時に大きな変形が可能で変形収束後も所要の耐荷重性能を有する圧縮変形容易部を得られる。気泡を含むコンクリートの気泡の体積率は好ましくは１５％以上であり、更に好ましくは２０％以上としてもよい。

第２の発明は、トンネルの内空面に配置されて、トンネルの変形による圧力を受ける支保構造の構築方法であって、トンネル軸方向に所定の間隔をおいて設けられた所定幅箇所において、少なくとも１つの鋼製部材と、圧潰する変形性能を有する圧縮変形容易部と、前記圧縮変形容易部の少なくともトンネル内周面側およびトンネル外周面側を覆うためのガイド部材を用いて、まず、前記ガイド部材を設け、次に、前記ガイド部材の内部に前記圧縮変形容易部を挿入し、前記ガイド部材の一端に、前記鋼製部材の端部を挿入して、前記鋼製部材を前記ガイド部材に対してスライド可能とすることにより、前記鋼製部材と、前記鋼製部材に隣接して配置された前記圧縮変形容易部とをトンネル周方向に連結して配置し、トンネル軸方向の前記所定幅箇所を除く箇所において、前記圧縮変形容易部に対応する箇所に、前記圧縮変形容易部と同一構造の他の圧縮変形容易部を設け、前記鋼製部材に対応する箇所を吹付けコンクリートで充填することを特徴とする支保構造の構築方法である。

トンネル軸方向に所定の間隔をおいて設けられた所定幅箇所において、鋼製部材と圧縮変形容易部とをトンネル周方向に連結して配置し、所定幅箇所を除く箇所において、圧縮変形容易部に対応する箇所に同一構造の他の圧縮変形容易部を設け、鋼製部材に対応する箇所を吹付けコンクリートで充填することにより、地圧が作用した場合に圧縮変形容易部が優先的に圧潰して変形し、鋼製部材や吹付コンクリートと圧縮変形容易部とが一体となって地山の変形に追従する支保構造を、容易に施工することができる。また、所定幅箇所と所定幅箇所を除く箇所とが同様の変形追従性を有する支保構造を構築できるため、変形追従性の調整が不要となる。

本発明によれば、トンネルの覆工体の一部となる支保構造において、高地圧に起因する内空の大変形に追従することができ、容易に施工可能である支保構造および支保構造の構築方法を提供できる。

トンネルの内空面６に配置された支保構造３のトンネル軸方向の断面図 トンネルの内空面６に配置された支保構造３のトンネル周方向の断面図 図１に示す範囲Ｂの部分を構築する工程を示す図 鋼製部材７と圧縮変形容易部１１との接合部付近を示す図 断面が逆Ｕ字形の支保構造４３のトンネル周方向の断面図 支保構造５３のトンネル周方向の断面図 長孔１９と頭付きスタッド２３を設けた例を示す図 トンネルの内空面３６に配置された支保構造３３のトンネル軸方向の断面図 鋼製部材７と圧縮変形容易部１１との接合部付近を示す図 第２の実施の形態において鋼製板材２７を含むブロック１３ａを用いた例を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。図１は、トンネルの内空面６に配置された支保構造３のトンネル軸方向の断面図である。図２は、トンネルの内空面６に配置された支保構造３のトンネル周方向の断面図である。図２（ａ）は、図１に示す矢印Ａ−Ａによる断面図であり、圧縮変形容易部１１が圧縮されていない状態を示す図である。図２（ｂ）は、圧縮変形容易部１１が圧縮された状態を示す図である。

図１、図２（ａ）に示すように、支保構造３は、地山１に掘削されたトンネルの内空面６に配置される。支保構造３は、トンネル軸方向の所定幅箇所２に配置される支保構造３ａと、所定幅箇所２を除く箇所４に配置される圧縮変形容易部１１および吹付けコンクリート５とからなる。

図１に示す４ヶ所の支保構造３ａのうち、最も右側の支保構造３ａでは、矩形鋼管９の一部を省略して図示している。図１、図２（ａ）に示すように、トンネル軸方向の所定幅箇所２に配置される支保構造３ａは、２つ以上の鋼製部材７、矩形鋼管９、圧縮変形容易部１１等からなる。鋼製部材７は、トンネルの周方向に所定の間隔をおいて配置される。圧縮変形容易部１１は、鋼製部材７に隣接して、鋼製部材７同士の間に配置される。鋼製部材７と圧縮変形容易部１１とは、トンネル周方向に連結されて配置される。矩形鋼管９は、圧縮変形容易部１１の周囲に設けられるガイド部材である。

鋼製部材７は、例えばＨ型鋼である。圧縮変形容易部１１は、変形性能を調整したブロック１３である。ブロック１３は、例えば、中空ガラス微粒子等の中空殻を含むコンクリート部材や、ｈｉＤＣｏｎ（商品名）と呼ばれるコンクリート部材である。中空殻の殻素材としては、プラスチック等の樹脂であってもよい。

トンネル軸方向の所定幅箇所２を除く箇所４では、所定幅箇所２の圧縮変形容易部１１に対応する箇所に圧縮変形容易部１１が設けられる。また、鋼製部材７に対応する箇所に吹付けコンクリート５が設けられる。所定幅箇所２を除く箇所４の圧縮変形容易部１１は、所定幅箇所２の圧縮変形容易部１１と同一構造である。所定幅箇所２を除く箇所４の圧縮変形容易部１１は、複数のブロック１３をトンネル軸方向に並置して形成される。

図３は、図１に示す範囲Ｂの部分を構築する工程を示す図である。鋼製部材７と圧縮変形容易部１１とを接合するには、まず、図３（ａ）に示す一方の鋼製部材７−ｎの上端面１５に、図３（ｂ）に示すように板材１７を設置する。そして、図３（ｃ）に示すように、鋼製部材７−ｎの上端面１５近傍に矩形鋼管９の下端部２１をかぶせ、矩形鋼管９の下端部２１を鋼製部材７−ｎに溶接して固定する。

次に、図３（ｄ）に示すように、矩形鋼管９の内部に圧縮変形容易部１１となるブロック１３を挿入し、板材１７上に配置する。その後、図３（ｅ）に示すように、矩形鋼管９の上端部２５に他方の鋼製部材７−（ｎ＋１）の端部を挿入する。鋼製部材７−（ｎ＋１）の端部には、図示しない板材が設けられる。矩形鋼管９の上端部２５は、鋼製部材７−（ｎ＋１）に固定されない。鋼製部材７−（ｎ＋１）は、矩形鋼管９に対してスライド可能である。

図１に示す支保構造３は、トンネルの掘削に伴って、所定幅箇所２に支保構造３ａを設置する工程と、所定幅箇所２を除く箇所４に圧縮変形容易部１１および吹付けコンクリート５を設置する工程とを繰り返すことにより構築される。所定幅箇所２に支保構造３ａを設置する際には、上述した図３（ｃ）以前の加工を予め工場等で行った部材を現地に搬入し、図３（ｄ）に示す以降の施工を現地で行うことが望ましい。

図４は、鋼製部材７と圧縮変形容易部１１との接合部付近を示す図である。図４（ａ）は、圧縮変形容易部１１が圧縮されていない状態を示す図である。図４（ｂ）は、圧縮変形容易部１１が圧縮された状態を示す図である。図４では、矩形鋼管９の一部の図示を省略している。

支保構造３ａは、地山１から作用する地圧が小さい場合には、図２（ａ）および図４（ａ）に示す状態である。支保構造３ａは、地山１から大きな地圧が作用すると、図２（ｂ）および図４（ｂ）に示すように、圧縮変形容易部１１のブロック１３が圧潰して変形する。また、図４（ｂ）に示すように、鋼製部材７−（ｎ＋１）の端部が矩形鋼管９に対して矢印Ｃに示す方向にスライドする。これにより、鋼製部材７と圧縮変形容易部１１とが一体となって地山１の変形に追従する。そして、地山１の変形に追従して、図２（ｂ）に示すように支保構造３ａのトンネル周方向の外径が小さくなる。

また、支保構造３は、地山１から大きな地圧が作用すると、所定幅箇所２の支保構造３ａと同様に、所定幅箇所２を除く箇所４においても、圧縮変形容易部１１のブロック１３が圧潰して変形する。これにより、吹付けコンクリート５と圧縮変形容易部１１とが一体となって地山１の変形に追従し、トンネル周方向の外径が小さくなる。支保構造３では、所定幅箇所２と、所定幅箇所２を除く箇所４とが、同様の変形追従性を有する。

このように、第１の実施の形態では、トンネル軸方向の所定幅箇所２に、鋼製部材７と圧縮変形容易部１１とがトンネル周方向に連結された支保構造３ａを設ける。支保構造３ａは、例えば中空殻を含むコンクリート製のブロック１３とＨ型鋼とを用いることにより、容易に施工することができる。支保構造３ａは、地山１から地圧が作用した場合に、圧縮変形容易部１１が優先的に圧潰して変形することにより、鋼製部材７と圧縮変形容易部１１とが一体となって地山１の変形に追従することができる。

支保構造３ａでは、圧縮変形容易部１１の周囲に矩形鋼管９を設け、矩形鋼管９の一端に一方の鋼製部材７−（ｎ＋１）の端部を挿入してスライド可能とし、矩形鋼管９の他端を他方の鋼製部材７−ｎの端部近傍に固定する。これにより、地山１から地圧が作用した場合に、圧縮変形容易部１１と鋼製部材７との接続部での座屈を防止することができる。

第１の実施の形態では、トンネル軸方向の所定幅箇所２を除く箇所４において、圧縮変形容易部１１に対応する箇所に同一構造の他の圧縮変形容易部１１を設け、鋼製部材７に対応する箇所に吹付けコンクリート５を設け、所定幅箇所２に設けた支保構造３ａと併せて支保構造３を構成する。これにより、支保構造３では、所定幅箇所２と、所定幅箇所２を除く箇所４とが、同様の変形追従性を有するものとなり、変形追従性の調整が不要となる。

また、圧縮変形容易部１１のブロック１３を中空殻を含むコンクリート部材等とすれば、圧縮時に大きな変形が可能で、変形収束後も所要の耐荷重性能を有する圧縮変形容易部１１を得ることができる。

なお、第１の実施の形態では、断面が円形の支保構造３について説明したが、支保構造の断面は円形に限らない。図５は、断面が逆Ｕ字形の支保構造４３のトンネル周方向の断面図である。図５は、支保構造４３のうち、トンネル軸方向の所定幅箇所に配置される支保構造４３ａを示す図である。図５（ａ）は、圧縮変形容易部１１が圧縮されていない状態を示す図である。図５（ｂ）は、圧縮変形容易部１１が圧縮された状態を示す図である。

図５に示すように、トンネル軸方向の所定幅箇所に配置される支保構造４３ａは、鋼製部材４５、矩形鋼管９、圧縮変形容易部１１等からなる。矩形鋼管９、圧縮変形容易部１１は、第１の実施の形態で用いたものと同じ部材である。鋼製部材４５は、トンネルの周方向に所定の間隔をおいて配置される。圧縮変形容易部１１は、鋼製部材４５−１と鋼製部材４５−２との間に配置される。鋼製部材４５−１および鋼製部材４５−２と圧縮変形容易部１１とは、トンネル周方向に連結されて逆Ｕ字形に配置される。

矩形鋼管９は、圧縮変形容易部１１の周囲に設けられるガイド部材であり、下端部２１が、トンネル底部４７上に設置された鋼製部材４５−１の端部に固定される。矩形鋼管９の上端部２５は、鋼製部材４５−２に固定されない。鋼製部材４５−２は、端部が矩形鋼管９の上端部２５に挿入され、矩形鋼管９に対してスライド可能である。

支保構造４３ａは、地山４１から作用する地圧が小さい場合には、図５（ａ）に示す状態である。支保構造４３ａは、地山４１から大きな地圧が作用すると、図５（ｂ）に示すように、圧縮変形容易部１１のブロック１３が圧潰して変形する。また、鋼製部材４５−２の端部が矩形鋼管９に対して下方にスライドする。これにより、鋼製部材４５と圧縮変形容易部１１とが一体となって地山４１の変形に追従する。

図５に示す支保構造４３においても、トンネル軸方向の所定幅箇所を除く箇所では、所定幅箇所の支保構造４３ａの圧縮変形容易部１１に対応する箇所に同一の構造の圧縮変形容易部が設けられ、鋼製部材４５に対応する箇所に吹付けコンクリートが設けられる。これにより、支保構造４３においても、所定幅箇所と、所定幅箇所を除く箇所とが、同様の変形追従性を有するものとなり、変形追従性の調整が不要となる。

次に、第２の実施の形態について説明する。図６は、支保構造５３のトンネル周方向の断面図である。図６は、支保構造５３のうち、トンネル軸方向の所定幅箇所に配置される支保構造５３ａを示す図である。図６（ａ）は、圧縮変形容易部１１が圧縮されていない状態を示す図である。図６（ｂ）は、圧縮変形容易部１１が圧縮された状態を示す図である。

図６に示すように、トンネル軸方向の所定幅箇所に配置される支保構造５３ａは、１つの鋼製部材５５、矩形鋼管９、圧縮変形容易部１１等からなる。矩形鋼管９、圧縮変形容易部１１は、第１の実施の形態で用いたものと同じ部材である。圧縮変形容易部１１は、鋼製部材５５の両端部に隣接して配置される。鋼製部材５５と圧縮変形容易部１１とは、トンネル周方向に連結されて逆Ｕ字形に配置される。

矩形鋼管９は、圧縮変形容易部１１の周囲に設けられるガイド部材であり、下端部２１がトンネル底部４９に固定される。矩形鋼管９の上端部２５は、鋼製部材５５に固定されない。鋼製部材５５は、端部が矩形鋼管９の上端部２５に挿入され、矩形鋼管９に対してスライド可能である。

支保構造５３ａは、地山５１から作用する地圧が小さい場合には、図６（ａ）に示す状態である。支保構造５３ａは、地山５１から大きな地圧が作用すると、図６（ｂ）に示すように、圧縮変形容易部１１のブロック１３が圧潰して変形する。また、鋼製部材５５の端部が矩形鋼管９に対して下方にスライドする。これにより、鋼製部材５５と圧縮変形容易部１１とが一体となって地山５１の変形に追従する。

図６に示す支保構造５３においても、トンネル軸方向の所定幅箇所を除く箇所では、所定幅箇所の支保構造５３ａの圧縮変形容易部１１に対応する箇所に同一の構造の圧縮変形容易部が設けられ、鋼製部材５５に対応する箇所に吹付けコンクリートが設けられる。これにより、支保構造５３においても、所定幅箇所と、所定幅箇所を除く箇所とが、同様の変形追従性を有するものとなり、変形追従性の調整が不要となる。

なお、第１の実施の形態、図５に示す例、第２の実施の形態では、圧縮変形容易部１１の周囲に設けた矩形鋼管９の上端部２５および矩形鋼管９の上端部２５に挿入された鋼製部材の端部に加工を施さない例を示したが、図７に示すように、矩形鋼管９の上端部２５付近および矩形鋼管９の上端部２５に挿入された鋼製部材の端部付近に係合のための部材を設けてもよい。図７では、第１の実施の形態における矩形鋼管９付近を例として示す。

図７は、長孔１９と頭付きスタッド２３を設けた例を示す図である。図７（ａ）は、矩形鋼管９付近の斜視図である。図７（ｂ）は、図７（ａ）に示す矢印Ｄ−Ｄによる断面図であり、圧縮変形容易部１１が圧縮されていない状態を示す図である。図７（ｃ）は、圧縮変形容易部１１が圧縮された状態を示す図である。

図７に示す例では、圧縮変形容易部１１の周囲に設けた矩形鋼管９の上端部２５付近に、トンネル周方向の長孔１９が設けられる。また、矩形鋼管９の上端部２５に挿入された鋼製部材７−（ｎ＋１）の端部付近に、突出部材である頭付きスタッド２３が設けられる。頭付きスタッド２３は、鋼製部材７−（ｎ＋１）に固定され、矩形鋼管９の長孔１９に挿通される。

図７（ｂ）に示すように、圧縮変形容易部１１が圧縮されていない状態では、頭付きスタッド２３が長孔１９の上部に位置する。図７（ｃ）に示すように、圧縮変形容易部１１が圧縮されて鋼製部材７−（ｎ＋１）が矩形鋼管９に対してスライドした状態では、頭付きスタッド２３が長孔１９の下部に位置する。図７に示す例によれば、鋼製部材７の矩形鋼管９に対するスライド範囲を限定し、鋼製部材７の矩形鋼管９からの抜け出しを防止できる。なお、頭付きスタッド２３に代えて、頭部を有さないスタッドであってもよい。このようにしても、矩形鋼管９に対して、鋼製部材７が斜めに圧縮させて、鋼製部材７が矩形鋼管９から抜け出すことを防止できる。

また、第１の実施の形態、図５に示す例、第２の実施の形態では、圧縮変形容易部１１の周囲に設けられるガイド部材として矩形鋼管９を用いたが、ガイド部材はこれに限らず、圧縮変形容易部１１と鋼製部材７との接合部で圧縮変形容易部が圧潰したときに、一方の鋼製部材７を他方の鋼製部材に沿ってスライドさせることで、挫折を防止できるものであればよい。例えば、ガイド部材の側面と吹付けコンクリート５とを一体化しやすくするために、側面を網状にした鋼製のガイド部材を用いてもよい。

次に、第３の実施の形態について説明する。図８は、トンネルの内空面３６に配置された支保構造３３のトンネル軸方向の断面図である。図９は、鋼製部材７と圧縮変形容易部１１との接合部付近を示す図である。図９（ａ）は、圧縮変形容易部１１が圧縮されていない状態を示す図である。図９（ｂ）は、圧縮変形容易部１１が圧縮された状態を示す図である。

図８に示すように、支保構造３３は、第１の実施の形態の支保構造３とほぼ同様の構成であるが、支保構造３ａの替わりに、圧縮変形容易部１１の周囲に矩形鋼管９が設けられない支保構造３３ａが用いられる。

支保構造３３は、地山３１に掘削されたトンネルの内空面３６に配置される。支保構造３３は、トンネル軸方向の所定幅箇所３２に配置される支保構造３３ａと、所定幅箇所３２を除く箇所３４に配置される圧縮変形容易部１１および吹付けコンクリート５とからなる。

トンネル軸方向の所定幅箇所３２に配置される支保構造３３ａは、鋼製部材７、圧縮変形容易部１１等からなる。鋼製部材７は、トンネルの周方向に所定の間隔をおいて配置される。圧縮変形容易部１１は、鋼製部材７に隣接して、鋼製部材７同士の間に配置される。鋼製部材７と圧縮変形容易部１１とは、トンネル周方向に連結されて配置される。

鋼製部材７は、例えばＨ型鋼である。圧縮変形容易部１１は、変形性能を調整したブロック１３である。ブロック１３は、例えば、中空ガラス微粒子等の中空殻を含むコンクリート部材や、ｈｉＤＣｏｎ（商品名）と呼ばれるコンクリート部材である。中空殻の殻素材としては、プラスチック等の樹脂であってもよい。

トンネル軸方向の所定幅箇所３２を除く箇所３４では、所定幅箇所３２の圧縮変形容易部１１に対応する箇所に圧縮変形容易部１１が設けられる。また、鋼製部材７に対応する箇所に吹付けコンクリート５が設けられる。所定幅箇所３２を除く箇所３４の圧縮変形容易部１１は、所定幅箇所３２の圧縮変形容易部１１と同一構造である。所定幅箇所３２を除く箇所３４の圧縮変形容易部１１は、複数のブロック１３をトンネル軸方向に並置して形成される。

鋼製部材７と圧縮変形容易部１１とを接合するには、まず、一方の鋼製部材７の上端面に図示しない板材を設置する。そして、圧縮変形容易部１１となるブロック１３を図示しない板材上に配置する。その後、圧縮変形容易部１１となるブロック１３上に他方の鋼製部材７を配置する。他方の鋼製部材７の端部にも、図示しない板材が設けられる。鋼製部材７の端部に板材を設ける加工は、現場搬入前に行うことが望ましい。

図８に示す支保構造３３は、トンネルの掘削に伴って、所定幅箇所３２に支保構造３３ａを設置する工程と、所定幅箇所３２を除く箇所３４に圧縮変形容易部１１および吹付けコンクリート５を設置する工程とを繰り返すことにより構築される。

支保構造３３ａは、地山３１から作用する地圧が小さい場合には、図９（ａ）に示す状態である。支保構造３３ａは、地山３１から大きな地圧が作用すると、図９（ｂ）に示すように、圧縮変形容易部１１のブロック１３が圧潰して変形する。これにより、鋼製部材７と圧縮変形容易部１１とが一体となって地山３１の変形に追従する。そして、地山３１の変形に追従して、支保構造３３ａのトンネル周方向の外径が小さくなる。

また、支保構造３３は、地山３１から大きな地圧が作用すると、所定幅箇所３２の支保構造３３ａと同様に、所定幅箇所３２を除く箇所３４においても、圧縮変形容易部１１のブロック１３が圧潰して変形する。これにより、吹付けコンクリート５と圧縮変形容易部１１とが一体となって地山３１の変形に追従し、トンネル周方向の外径が小さくなる。支保構造３３では、所定幅箇所３２と、所定幅箇所３２を除く箇所３４とが、同様の変形追従性を有する。

このように、第３の実施の形態では、トンネル軸方向の所定幅箇所３２に、鋼製部材７と圧縮変形容易部１１とがトンネル周方向に連結された支保構造３３ａを設ける。支保構造３３ａは、例えば中空殻を含むコンクリート製のブロック１３とＨ型鋼とを用いることにより、容易に施工することができる。支保構造３３ａは、地山３１から地圧が作用した場合に、圧縮変形容易部１１が優先的に圧潰して変形することにより、鋼製部材７と圧縮変形容易部１１とが一体となって地山３１の変形に追従することができる。

第３の実施の形態では、トンネル軸方向の所定幅箇所３２を除く箇所３４において、圧縮変形容易部１１に対応する箇所に同一構造の他の圧縮変形容易部１１を設け、鋼製部材７に対応する箇所に吹付けコンクリート５を設け、所定幅箇所３２に設けた支保構造３３ａと併せて支保構造３３を構成する。これにより、支保構造３３では、所定幅箇所３２と、所定幅箇所３２を除く箇所３４とが同様の変形追従性を有するものとなり、変形追従性の調整が不要となる。

また、圧縮変形容易部１１のブロック１３を中空殻を含むコンクリート部材等とすれば、圧縮時に大きな変形が可能で、変形収束後も所要の耐荷重性能を有する圧縮変形容易部１１を得ることができる。

なお、第１、第２、第３の実施の形態や図５に示す例では、中空殻を含むコンクリート部材等のブロック１３を用いて圧縮変形容易部１１を形成したが、体積率で１０％以上の気泡を含むコンクリート部材をブロックとして用いてもよい。気泡を含むコンクリートの気泡の体積率は好ましくは１５％以上であり、更に好ましくは２０％以上としてもよい。また、鋼製板材を含むコンクリート部材をブロックとして用いてもよい。

図１０は、第３の実施の形態において鋼製板材２７を含むブロック１３ａを用いた例を示す図である。図１０（ａ）は、圧縮変形容易部１１ａが圧縮されていない状態を示す図である。図１０（ｂ）は、圧縮変形容易部１１ａが圧縮された状態を示す図である。

図１０に示すブロック１３ａは、中空殻を含むコンクリート部材や、体積率で１０％以上の気泡を含むコンクリート部材に、所定の間隔で鋼製板材２７を設けたものである。鋼製板材２７は、鋼製部材７の軸方向と直交する方向に配置される。

ブロック１３ａを用いた支保構造は、地山から大きな地圧が作用すると、図１０（ｂ）に示すように、圧縮変形容易部１１ａのブロック１３ａが圧潰して変形する。このとき、鋼製板材２７を設けることにより、圧縮変形容易部１１ａのブロック１３ａの、ブロック外周方向への膨れを防止できる。

第３の実施の形態では、支保構造３３ａを、複数の鋼製部材７および圧縮変形容易部１１で構成したが、第２の実施の形態と同様に、支保構造を単数の鋼製部材および圧縮変形容易部で構成してもよい。また、支保構造の断面形状は円形に限らない。

第１の実施の形態、図５に示す例、第２の実施の形態では、ガイド部材として、鋼製部材のスライド方向となる２面を除いた、４面を覆う矩形鋼管９を用いたが、ガイド部材の構成はこれに限らない。鋼製部材７の側面の２面には吹付けコンクリートが設置されているので、鋼製部材７の内外面の２面、すなわち圧縮変形容易部１１のトンネル内周面側およびトンネル外周面側を鋼製の板材で覆うことでガイド部材としてもよい。ガイド部材は鋼製部材７をガイドするための所定の強度が必要である。例えば、ガイド部材は鋼からなる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、３１、４１、５１………地山
２、３２………所定幅箇所
３、３ａ、３３、３３ａ、４３、４３ａ、５３、５３ａ………支保構造
４、３４………所定幅箇所を除く箇所
５………吹付けコンクリート
６、３６………内空面
７、７−ｎ、７−（ｎ＋１）、４５、４５−１、４５−２、５５………鋼製部材
９………矩形鋼管
１１………圧縮変形容易部
１３、１３ａ………ブロック
１５………上端面
１７………板材
１９………長孔
２１………下端部
２３………頭付きスタッド
２５………上端部
２７………鋼製板材

Claims (6)

1. トンネルの内空面に配置されて、トンネルの変形による圧力を受ける支保構造であって、
   トンネル軸方向の所定幅箇所において、少なくとも１つの鋼製部材と、前記鋼製部材に隣接して配置された圧潰する変形性能を有する圧縮変形容易部とがトンネル周方向に連結されて配置されていて、
   前記圧縮変形容易部の少なくともトンネル内周面側およびトンネル外周面側を覆うガイド部材が設けられ、
   前記ガイド部材の一端に、前記鋼製部材の端部が挿入されて、前記鋼製部材が前記ガイド部材に対してスライド可能であることを特徴とする支保構造。
2. 前記ガイド部材の他端が、トンネル底部に固定され、
   前記支保構造のトンネル周方向の断面が逆Ｕ字形であることを特徴とする請求項１記載の支保構造。
3. 前記ガイド部材に、トンネル周方向の長孔が設けられ、
   前記ガイド部材の一端に挿入された前記鋼製部材に突出部材が設けられ、
   前記突出部材が前記長孔に挿通されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の支保構造。
4. 前記圧縮変形容易部が、中空殻を含むコンクリートであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の支保構造。
5. 前記圧縮変形容易部が、体積率で１０％以上の気泡を含むコンクリートであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の支保構造。
6. トンネルの内空面に配置されて、トンネルの変形による圧力を受ける支保構造の構築方法であって、
   トンネル軸方向に所定の間隔をおいて設けられた所定幅箇所において、少なくとも１つの鋼製部材と、圧潰する変形性能を有する圧縮変形容易部と、前記圧縮変形容易部の少なくともトンネル内周面側およびトンネル外周面側を覆うためのガイド部材を用いて、まず、前記ガイド部材を設け、次に、前記ガイド部材の内部に前記圧縮変形容易部を挿入し、前記ガイド部材の一端に、前記鋼製部材の端部を挿入して、前記鋼製部材を前記ガイド部材に対してスライド可能とすることにより、前記鋼製部材と、前記鋼製部材に隣接して配置された前記圧縮変形容易部とをトンネル周方向に連結して配置し、
   トンネル軸方向の前記所定幅箇所を除く箇所において、前記圧縮変形容易部に対応する箇所に、前記圧縮変形容易部と同一構造の他の圧縮変形容易部を設け、前記鋼製部材に対応する箇所を吹付けコンクリートで充填することを特徴とする支保構造の構築方法。

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