JP7450370B2 - トンネルへのパイプ挿入装置、及びパイプの挿入方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル構造とトンネルへのパイプ挿入装置、及びパイプの挿入方法に関する。

従来から、例えば下記特許文献１に記載されているように、ガス管や水道管等のパイプラインを地下のトンネル内に設置する場合、所定長を有したパイプを立坑内に吊り降ろした後、立坑の底部から水平方向に延びるトンネル内の所定位置までパイプを搬送する構成が知られている。

特許第４０１２６３９号公報

ところで、上記したような搬送する構成では、パイプラインを形成するには、大きな立坑を掘る必要がある。トンネルが深くなれば立坑も深く掘り下げる必要があり、このため立坑の施工が大掛かりになりコストも高くなる。
また、トンネル内で複数本のパイプを溶接して接続する必要がある。これには、トンネル内で、パイプ同士の溶接だけでなく、溶接部の検査、溶接部の防食処理等の作業を行う必要がある。しかしながら、トンネル内は、作業環境が悪く、作業効率も低下しやすい。また、トンネル内に多数本のパイプを運び込むのにも手間がかかる。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、良好な作業環境下で効率良くパイプを接続しながら、トンネル内にパイプを円滑に敷設することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
（１）本発明の一態様に係るトンネル構造は、第１円弧部と第２円弧部と、を備えるトンネルと、前記トンネルの一方の端部から連続して挿入され、前記第１円弧部および前記第２円弧部に沿って曲がるパイプと、前記第１円弧部および前記第２円弧部の双方においてそれぞれに前記パイプを支持する複数のローラと、を備える。
（２）上記（１）に係るトンネル構造では、前記第１円弧部において前記パイプが撓み始めた位置と撓み終わり位置とを結ぶ弦と、最も撓む部分までの距離である矢高の比率は、前記第１円弧部の始点と終点を結ぶ弦に対する前記第１円弧部の矢高の比率よりも大きく、前記第２円弧部において前記パイプが撓み始めた位置と撓み終わり位置とを結ぶ弦と、最も撓む部分までの距離である矢高の比率は、前記第２円弧部の始点と終点を結ぶ弦に対する前記第２円弧部の矢高の比率よりも大きくてもよい。
（３）上記（１）または（２）に係るトンネル構造では、前記ローラは、前記トンネルの延伸方向において前記第１円弧部および前記第２円弧部の範囲内に固定されていてもよい。
（４）本発明の一態様に係るパイプ挿入装置は、トンネルの一方の端部から連続して挿入されるパイプの先端に固定され、前記パイプを前記トンネル内で走行させる台車と、前記トンネルの内部に固定され、前記パイプを支持する第１ローラと、を備える。
（５）上記（４）に係るパイプ挿入装置では、前記台車に設けられた車輪は、前記第１ローラに対して前記トンネルの周方向に沿って位置を異ならせ、かつ前記パイプの先端は、前記第１ローラ位置では、前記第１ローラよりも高い位置に配置されてもよい。
（６）上記（４）に係るパイプ挿入装置では、前記台車と、前記トンネルの内部に固定され、前記パイプを支持する第２ローラを備えてもよい。
（７）上記（６）に係るパイプ挿入装置では、前記台車に設けられた車輪は、前記第２ローラに対して前記トンネルの周方向に沿って位置を異ならせ、かつ前記パイプの先端は、前記第２ローラ位置では、前記第２ローラよりも高い位置に配置されてもよい。
（８）本発明の一態様に係るパイプ挿入方法は、上記（４）から（７）のいずれか１項に記載のパイプ挿入装置を用いてトンネルにパイプを挿入する方法であって、前記トンネルの第１円弧部を通して最深部に挿入させる第１工程を備え、前記第１工程では、前記台車によって前記パイプを走行させながら前記第１ローラによって前記パイプを支持させることにより、前記パイプを前記第１円弧部に沿って弾性変形させながら前記第１円弧部を通過させる。
（９）上記（８）に係るパイプ挿入方法では、前記台車が取り付けられた前記パイプを前記トンネル内で走行させ、前記パイプを、前記最深部から前記トンネルの第２円弧部を通して前記トンネルの第２勾配部に挿入させる第２工程を備え、前記第２工程では、前記台車によって前記パイプを走行させながら第２ローラによって前記パイプを支持させることにより、前記パイプを前記第２円弧部に沿って弾性変形させながら前記第２円弧部を通過させてもよい。

本発明の他の態様に係るトンネル構造は、第１勾配部と、第２勾配部と、これらの両勾配部の間に位置する最深部と、前記第１勾配部と前記最深部とを接続する第１円弧部と、前記第２勾配部と前記最深部とを接続する第２円弧部と、を備えるトンネルと、前記トンネル内にその全長にわたって挿入され、前記第１円弧部および前記第２円弧部に沿って曲がるパイプと、前記トンネル内に配置され、前記第１円弧部および前記第２円弧部の双方においてそれぞれに前記パイプを支持する複数のローラと、を備える。

この態様では、パイプをトンネルの一端側の第１勾配部から挿入する場合、パイプは、第１勾配部から第１円弧部を経て、トンネルの最深部に挿入される。さらに、パイプは、最深部から第２円弧部、第２勾配部を経て、トンネルの他端に到達する。トンネル内に挿入されたパイプは、第１円弧部および第２円弧部の双方に設けられた複数のローラによって支持されることで、第１円弧部および第２円弧部に沿って曲がる。つまり、パイプは、第１円弧部および第２円弧部では、複数のローラ間でパイプの弾性変形域内で撓むことで、第１円弧部および第２円弧部に沿って曲がる。したがって、パイプを予め曲げておくことなく、パイプを第１円弧部および第２円弧部に通すことができる。
このような構成によれば、従来のように立坑から所定長のパイプをトンネル内に搬送することなく、その延伸方向に連続するパイプを、第１勾配部側からトンネルに連続的に挿入して、トンネル内に設置することができる。このように、作業環境が悪いトンネル内で、パイプ同士の溶接、検査、防食処理等の作業を行う必要がなく、これらの作業を地上で行うことができるので、良好な作業環境下で効率良くパイプを接続しながら、トンネル内にパイプを円滑に敷設することが可能となる。

また、前記パイプを前記第１円弧部の始点側および終点側において２つの前記ローラによって支持し、これらの両ローラの間において支持しなかった場合に、前記第１円弧部内において弾性変形する前記パイプのうち、２つの前記ローラによって支持される部分を結ぶ弦に対して、最も撓む部分までの距離の比率は、前記第１円弧部の弦に対する矢高の比率よりも大きく、前記パイプを前記第２円弧部の始点側および終点側において２つの前記ローラによって支持し、これらの両ローラの間において支持しなかった場合に、前記第２円弧部内において弾性変形する前記パイプのうち、２つの前記ローラによって支持される部分を結ぶ弦に対して、最も撓む部分までの距離の比率は、前記第２円弧部の弦に対する矢高の比率よりも大きいようにしてもよい。

この場合、パイプの曲がりが大きく、前述した作用効果を顕著に奏功させることができる。

また、前記ローラは、前記トンネルの延伸方向において前記第１円弧部および前記第２円弧部の範囲内に配置されているようにしてもよい。

この場合、第１円弧部および第２円弧部の双方の始点側および終点側のローラに加えて、第１円弧部および第２円弧部の範囲内に設けられたローラでも、湾曲したパイプを支持することができる。

本発明の他の態様に係るパイプ挿入装置は、第１勾配部と、第２勾配部と、これらの両勾配部の間に位置する最深部と、前記第１勾配部と前記最深部とを接続する第１円弧部と、前記第２勾配部と前記最深部とを接続する第２円弧部と、を備えるトンネル内にパイプを挿入するための装置であって、前記パイプに取り付けられ、前記パイプを前記トンネル内で走行させる台車と、前記第１円弧部の始点側および終点側に配置され、前記パイプが前記第１勾配部および前記第１円弧部を通して前記最深部に挿入されるときに、前記パイプを支持する第１ローラと、を備える。

この態様では、パイプに取り付けられた台車がトンネル内で走行すると、トンネルの第１円弧部では、トンネル側から台車に作用する反力がトンネルの湾曲によって増大する。この反力により、パイプは第１円弧部の湾曲に応じて弾性変形して曲がる。このようにして湾曲に応じて曲がったパイプを、トンネルの第１円弧部の始点側および終点側に配置された第１ローラで支持することで、トンネル内の第１円弧部に沿って曲がるパイプと、トンネル内に配置され、パイプを第１円弧部の始点側および終点側において支持する複数の第１ローラと、を備えるトンネル構造が実現される。

また、前記台車に設けられた車輪は、前記第１ローラ位置では、前記第１ローラに対して前記トンネルの周方向に沿って位置を異ならせているようにしてもよい。

この場合、台車が第１ローラを通過する際、台車に設けられた車輪は、第１ローラに対し、トンネルの周方向で異なる位置を通過する。したがって、台車の車輪と第１ローラとの干渉を抑えることができる。

また、前記台車に支持された前記パイプの先端は、前記第１ローラよりも高い位置に配置されるようにしてもよい。

この場合、トンネルの第１円弧部の湾曲に応じて弾性変形して曲がったパイプの先端は、第１ローラよりも高い位置に配置されるので、パイプの先端が第１ローラに干渉するのを抑えることができる。

また、前記第２円弧部の始点側および終点側に配置され、前記パイプが前記最深部および前記第２円弧部を通して前記第２勾配部に挿入されるときに、前記パイプを支持する第２ローラを更に備えるようにしてもよい。
また、本発明の他の態様に係るパイプ挿入装置は、第１勾配部と、第２勾配部と、これらの両勾配部の間に位置する最深部と、前記第１勾配部と前記最深部とを接続する第１円弧部と、前記第２勾配部と前記最深部とを接続する第２円弧部と、を備えるトンネル内にパイプを挿入するための装置であって、前記パイプに取り付けられ、前記パイプを前記トンネル内で走行させる台車と、前記第２円弧部の始点側および終点側に配置され、前記パイプが前記最深部および前記第２円弧部を通して前記第２勾配部に挿入されるときに、前記パイプを支持する第２ローラを備える。

この場合、パイプに取り付けられた台車がトンネル内で最深部から第２円弧部に至ると、第２円弧部におけるトンネル側から台車に作用する反力がトンネルの湾曲によって増大する。この反力により、パイプは第２円弧部の湾曲に応じて弾性変形して曲がる。このようにして湾曲に応じて曲がったパイプを、トンネルの第２円弧部の始点側および終点側に配置された第２ローラで支持することで、トンネル内の第２円弧部に沿って曲がるパイプと、トンネル内に配置され、パイプを第２円弧部の始点側および終点側において支持する複数の第２ローラと、を備えるトンネル構造が実現される。

また、本発明の他の態様に係るパイプの挿入方法は、上記したようなパイプ挿入装置を用いて前記トンネル内に前記パイプを挿入する方法であって、前記台車が取り付けられた前記パイプを前記トンネル内で走行させ、前記パイプを、前記第１勾配部から前記第１円弧部を通して前記最深部に挿入させる第１工程を備え、前記第１工程では、前記台車によって前記パイプを走行させながら前記第１ローラによって前記パイプを支持させることにより、前記パイプを前記第１円弧部に沿って弾性変形させながら前記第１円弧部を通過させる。

この態様では、トンネル内の第１円弧部に沿って曲がるパイプと、トンネル内に配置され、パイプを第１円弧部の始点側および終点側において支持する複数の第１ローラと、を備えるトンネル構造が実現される。

また、本発明の他の態様に係るパイプの挿入方法は、上記したようなパイプ挿入装置を用いて前記トンネル内に前記パイプを挿入する方法であって、前記台車が取り付けられた前記パイプを前記トンネル内で走行させ、前記パイプを、前記最深部から前記第２円弧部を通して前記第２勾配部に挿入させる第２工程を備え、前記第２工程では、前記台車によって前記パイプを走行させながら前記第２ローラによって前記パイプを支持させることにより、前記パイプを前記第２円弧部に沿って弾性変形させながら前記第２円弧部を通過させる。

この態様では、トンネル内の第２円弧部に沿って曲がるパイプと、トンネル内に配置され、パイプを第２円弧部の始点側および終点側において支持する複数の第２ローラと、を備えるトンネル構造が実現される。

本発明によれば、良好な作業環境下で効率良くパイプを接続しながら、トンネル内にパイプを円滑に敷設することができる。

本発明の一実施形態に係るトンネル構造を模式的に示した断面図である。 図１に示すトンネル構造においてトンネルの第１円弧部で湾曲したパイプを示す概略図である。 図１に示すトンネル構造においてトンネルの第２円弧部で湾曲したパイプを示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るパイプ挿入装置を示す側面図である。 図４に示すパイプ挿入装置の正面図である。 本発明の一実施形態に係るパイプの挿入方法の流れを示すフローチャートである。 図６に示すパイプの挿入方法において、トンネル内に複数のローラを設置した状態を示す断面図である。 図６に示すパイプの挿入方法において、トンネルの第１勾配部にパイプを挿入している状態を示す断面図である。 図６に示すパイプの挿入方法において、トンネルの第１円弧部にパイプの先端が到達する直前の状態を示す断面図である。 図６に示すパイプの挿入方法において、トンネルの第１円弧部でパイプの先端部が撓んで湾曲している状態を示す断面図である。 図６に示すパイプの挿入方法において、パイプの先端部が第１円弧部を通過した状態を示す断面図である。 図６に示すパイプの挿入方法において、パイプの先端部が第１円弧部を通過し、最深部に到達した状態を示す断面図である。 図６に示すパイプの挿入方法において、パイプの先端部が第２円弧部を通過し、第２勾配部に到達した状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係るトンネル構造の変形例を示す断面図である。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態に係るトンネル構造、パイプ挿入装置、パイプの挿入方法を説明する。
図１に示すように、トンネル１は、例えば、堤防や橋桁等の既存構造物の杭基礎２や河川３を下方に迂回して通るものである。このトンネル１は、トンネル最深部（最深部）１１と、第１勾配部１２と、第２勾配部１３と、第１円弧部１４と、第２円弧部１５と、を主に備えている。

トンネル最深部１１は、杭基礎２や河川３等の下方の地盤Ｇ中に設けられ、水平方向に延びている。第１勾配部１２は、トンネル最深部１１の一方の端部から地表部に向けて斜め上方に延びている。第１勾配部１２の上端１２ｔは、地表部に設けられた第１立坑１６内に開口している。第２勾配部１３は、トンネル最深部１１の他方の端部から地表部に向けて斜め上方に延びている。第２勾配部１３の上端１３ｔは、地表部に設けられた第２立坑１７内で開口している。

第１円弧部１４は、トンネル最深部１１の一方の端部と第１勾配部１２とを接続する。第１円弧部１４は、所定の曲率半径（例えば、曲率半径２５０ｍ）で円弧状に湾曲している。第２円弧部１５は、トンネル最深部１１の他方の端部と第２勾配部１３との間に設けられている。第２円弧部１５は、所定の曲率半径（例えば、曲率半径２５０ｍ）で円弧状に湾曲している。ここで、第１円弧部１４の曲率半径と、第２円弧部１５の曲率半径とは、同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。

第１立坑１６、第２立坑１７は、それぞれ、地表部からトンネル最深部１１よりも浅く形成されている。第１立坑１６、第２立坑１７は、少なくとも、第１勾配部１２の上端１２ｔ、第２勾配部１３の上端１３ｔよりも下方まで形成されていればよく、トンネル最深部１１までの深さで掘削形成する必要はない。

このようなトンネル１は、例えば、第１立坑１６から掘削機を発進させ、推進工法により掘削機を推進させつつ、第１勾配部１２を上端１２ｔ側から斜め下方に向かって所定の傾斜角度で構築していく。このように、第１勾配部１２では、例えば３０°以上の下り勾配で第１勾配部１２を構築する。推進工法は、既存の方法を用いればよい。推進工法では、掘削機で地盤Ｇを掘削することでトンネル孔を掘削しつつ、第１立坑１６内で組み立てたトンネル躯体を、第１立坑１６の壁面に反力が支持された推進ジャッキでトンネル孔内に順次推進させていく。

推進工法により、掘削機が、第１勾配部１２、第１円弧部１４を経てトンネル最深部１１まで到達したら、推進工法からシールド工法に切り替え、トンネル最深部１１、第２円弧部１５、および第２勾配部１３を順次構築していく。シールド工法は、既存の方法を用いればよい。シールド工法では、掘削機で地盤Ｇを掘削してトンネル孔を掘削しつつ、掘削機内でトンネル躯体を構成するセグメントを順次組み立てていく。
シールド工法により構築する第２勾配部１３が第２立坑１７まで到達することで、トンネル１の構築が完了する。

このようなトンネル１は、第１勾配部１２、第２勾配部１３を備えることで、トンネル最深部１１まで到達する深い立坑を掘削する必要がなく、トンネル最深部１１よりも大幅に浅い第１立坑１６、第２立坑１７を掘削すればよい。これにより、工期短縮化、施工コストの低減を図ることができる。
また、下り勾配となる第１勾配部１２の構築時には、推進工法を用いることで、シールド工法では困難な傾斜であっても第１勾配部１２を確実に構築できる。またトンネル最深部１１をシールド工法で構築することで、トンネル最深部１１が大深度であっても施工を確実に行うことができる。
なお、上記したトンネル１の構築方法は一例に過ぎず、例えばトンネル１の全長を推進工法またはシールド工法で構築してもよい。

このようなトンネル１内には、例えばガス管、水道管等として用いられるパイプ２０が敷設されている。パイプ２０は、所定長を有した複数本のパイプ材２１を互いに溶接することで、その延伸方向に長尺に連続している。パイプ２０は、第１立坑１６側の地表部と、第２立坑１７側の地表部との間で、トンネル１内にその全長にわたって挿入されている。具体的には、パイプ２０は、第１立坑１６側から第２立坑１７側に向かって、第１勾配部１２、第１円弧部１４、トンネル最深部１１、第２円弧部１５、第２勾配部１３内に挿通されている。パイプ２０は、トンネル１の一方の端部（本実施形態では第１勾配部１２）から連続して挿入される。

パイプ２０は、第１円弧部１４および第２円弧部１５において、第１円弧部１４および第２円弧部１５に沿って略円弧状に曲がった湾曲部２０ｂ、２０ｃを有する。パイプ２０は、トンネル１内に設けられた複数のローラ３０に支持されることで、第１円弧部１４および第２円弧部１５に沿って略円弧状に曲がっている。本実施形態では、複数のローラ３０として、第１ローラ３１と、第２ローラ３２とが設けられている。

図２に示すように、第１ローラ３１は、トンネル１の延伸方向において第１円弧部１４の始点側および終点側に設けられている。言い換えると、第１ローラ３１は、前記延在方向において第１円弧部１４を間に挟んだ両側（第１円弧部１４の範囲外）に配置されている。本実施形態では、第１ローラ３１は、トンネル１の内周面に固定されたローラ支持台３３に、パイプ２０の進行方向と垂直な水平線を軸として回転自在に設けられている。

パイプ２０は、第１円弧部１４の一方の側の第１勾配部１２に位置する第１ローラ３１Ａと、第１円弧部１４の他方の側のトンネル最深部１１に位置する第１ローラ３１Ｂとに支持されることで、略円弧状に湾曲し、湾曲部２０ｂを形成している。パイプ２０は、第１円弧部１４の始点側および終点側において２つの第１ローラ３１Ａ，３１Ｂによって支持され、これらの第１ローラ３１Ａ，３１Ｂの間においては支持されていない。湾曲部２０ｂは、第１円弧部１４の始点側および終点側において第１ローラ３１Ａ、３１Ｂに２点支持されたパイプ２０が、第１ローラ３１Ａ、３１Ｂの間で下方に略円弧状に撓むことで形成されている。湾曲部２０ｂにおいて、パイプ２０は、塑性変形しておらず、パイプ２０の弾性変形域内で弾性変形した状態である。なおここで、湾曲部２０ｂは、一定の曲率半径で湾曲しているとは限らず、トンネル１の延伸方向において曲率半径が変化していてもよい。また、湾曲部２０ｂが湾曲している領域は、第１ローラ３１Ａ、３１Ｂ間に限らず、パイプ２０の延伸方向において第１ローラ３１Ａ、３１Ｂの外側まで至っていてもよい。

図３に示すように、第２ローラ３２は、トンネル１の延伸方向において第２円弧部１５の始点側および終点側に設けられている。言い換えると、第２ローラ３２は、前記延在方向において第２円弧部１５を間に挟んだ両側（第２円弧部１５の範囲外）に配置されている。本実施形態では、第２ローラ３２は、トンネル１の内周面に固定されたローラ支持台３３に、パイプ２０の進行方向と垂直な水平線を軸として回転自在に設けられている。

パイプ２０は、第２円弧部１５の一方の側のトンネル最深部１１に位置する第２ローラ３２Ａと、第２円弧部１５の他方の側の第２勾配部１３に位置する第２ローラ３２Ｂとに支持されることで、円弧状に湾曲し、湾曲部２０ｃを形成している。パイプ２０は、第２円弧部１５の始点側および終点側において２つの第２ローラ３２Ａ，３２Ｂによって支持され、これらの第２ローラ３２Ａ，３２Ｂの間においては支持されていない。湾曲部２０ｃは、第２円弧部１５の始点側および終点側において第２ローラ３２Ａ、３２Ｂに２点支持されたパイプ２０が、第２ローラ３２Ａ、３２Ｂの間で下方に略円弧状に撓むことで形成されている。湾曲部２０ｃにおいて、パイプ２０は、塑性変形しておらず、パイプ２０の弾性変形域内で弾性変形した状態である。なおここで、湾曲部２０ｃは、一定の曲率半径で湾曲しているとは限らず、トンネル１の延伸方向において曲率半径が変化していてもよい。また、湾曲部２０ｃが湾曲している領域は、第２ローラ３２Ａ、３２Ｂ間に限らず、パイプ２０の延伸方向において第２ローラ３２Ａ、３２Ｂの外側まで至っていてもよい。

図２、図３に示すように、湾曲部２０ｂ、２０ｃにおけるパイプ２０の平均曲率半径Ｒｐは、パイプ２０に許容される最大曲率半径Ｒｍａｘよりも小さい。最大曲率半径Ｒｍａｘは、パイプ２０が塑性変形域に至らないように設定された最大の曲率半径である。これにより、湾曲部２０ｂ、２０ｃにおいて、パイプ２０は、塑性変形域に至らず、弾性変形域内で曲がっている。

２つの第１ローラ３１Ａ，３１Ｂによって支持されて略円弧状に湾曲したパイプ２０において、２つの第１ローラ３１Ａ，３１Ｂによって支持される部分を結ぶ弦の長さをＬａ１とし、この弦から、パイプ２０が第１ローラ３１Ａ，３１Ｂ間で最も撓む部分までの距離（矢高）をＤ１とする。前記弦は、第１円弧部１４においてパイプ２０が撓み始めた位置と撓み終わり位置とを結ぶ弦ともいえる。これらの距離Ｄ１と長さＬａ１との比率である比率Ｄ１／Ｌａ１は、トンネル１の中心線Ｃｔの第１円弧部１４における始点と終点を結ぶ弦Ｌｂ１に対する矢高Ａ１の比率Ａ１／Ｌｂ１よりも大きい。
また、２つの第２ローラ３２Ａ，３２Ｂによって支持されて略円弧状に湾曲したパイプ２０において、２つの第２ローラ３２Ａ，３２Ｂによって支持される部分を結ぶ弦の長さをＬａ２とし、この弦から、パイプ２０が第２ローラ３２Ａ，３２Ｂ間で最も撓む部分までの距離（矢高）をＤ２とする。前記弦は、第２円弧部１５においてパイプ２０が撓み始めた位置と撓み終わり位置とを結ぶ弦ともいえる。これらの距離Ｄ２と長さＬａ２との比率である比率Ｄ２／Ｌａ２は、トンネル１の中心線Ｃｔの第２円弧部１５における始点と終点を結ぶ弦Ｌｂ２に対する矢高Ａ２の比率Ａ２／Ｌｂ２よりも大きい。

上記のように弾性変形域内でパイプ２０が湾曲することで形成される湾曲部２０ｂ、２０ｃは、パイプ２０の材料特性に応じて、複数のローラ３０（２つの第１ローラ３１Ａ，３１Ｂ、２つの第２ローラ３２Ａ，３２Ｂ）の間隔を適切に設定することで形成される。
例えば、複数のローラ３０の間隔は、パイプ２０が自重によって撓む撓み量に基づいて設定される。パイプ２０が自重によって撓む撓み量は、パイプ２０の単位重量、断面係数、ヤング率を含む関数によって算定される。
複数のローラ３０は、パイプ２０の自重による撓みが第１円弧部１４、第２円弧部１５に沿ったものとなるような間隔に設置してもよい。また、複数のローラ３０は、第１円弧部１４、第２円弧部１５で湾曲したパイプ２０に合わせて、パイプ２０の平均曲率半径Ｒｐが適切な数値となるよう、位置を調整してもよい。

次に、上記のような、トンネル１と、トンネル１内に挿入されたパイプ２０とで構成されるトンネル構造を実現するための、パイプ挿入装置５０、およびパイプ２０の挿入方法について説明する。
図４、図５に示すように、トンネル１内にパイプ２０を挿入するパイプ挿入装置５０は、上記した複数のローラ３０（第１ローラ３１、第２ローラ３２）と、台車５１と、を備える。

台車５１は、パイプ２０を支持するパイプ支持部５２と、車輪５３と、を備える。パイプ支持部５２は、例えば円環状で、その内側にパイプ２０の先端２０Ｓが挿通される。パイプ支持部５２は、半円弧状の上部部材５２Ａと下部部材５２Ｂとが組み合わされることで円環状に形成されている。上部部材５２Ａと、下部部材５２Ｂとは、その合わせ目に設けられた上部フランジ５２ｆと下部フランジ５２ｇとが、ボルト（図示無し）等で着脱可能に接続されている。上部部材５２Ａと、下部部材５２Ｂとを連結した状態で、パイプ２０は、パイプ支持部５２に保持される。

車輪５３は、パイプ支持部５２の下部に設けられている。各車輪５３は、パイプ支持部５２に固定された車輪支持部５４に、回転自在に設けられている。車輪５３は、パイプ支持部５２に対し、パイプ２０の中心軸回りの周方向に間隔をあけて、二個一対で設けられている。これら二個一対の車輪５３は、ローラ３０（第１ローラ３１、第２ローラ３２）に対し、周方向の両側に配置されている。

このような台車５１は、パイプ２０の先端２０Ｓが第１ローラ３１、第２ローラ３２よりも高い位置となるようにパイプ２０を支持する。
台車５１は、ワイヤーロープ等の牽引具５５を、図示しないウインチ等の巻取装置で巻き取ることで、台車５１のパイプ支持部５２に先端２０Ｓが支持されたパイプ２０を、トンネル１の延伸方向に引き込む。
台車５１に設けられた車輪５３は、パイプ２０の中心軸回りの周方向に間隔をあけて設けられている。車輪５３は、トンネル１の最下部に設けられたローラ３０に対し、周方向両側を通る。

図６に示すように、パイプ挿入装置５０を用いてトンネル１内にパイプ２０を挿入するパイプ挿入方法は、パイプ溶接工程Ｓ１と、パイプ挿通工程（第１工程、第２工程）Ｓ２と、を含む。ここで、本実施形態では、トンネル１に対し、第１勾配部１２側から第２勾配部１３側に向かってパイプ２０を挿入する。このため、パイプ２０の挿入方向において、第１勾配部１２は下り勾配、第２勾配部１３は上り勾配となる。

パイプ溶接工程Ｓ１では、図７に示すように、第１立坑１６側の地表部において、所定長のパイプ材２１を溶接することで、長尺のパイプ２０を形成する。なお、このパイプ溶接工程Ｓ１は、後述するパイプ挿通工程Ｓ２におけるパイプ２０の挿通作業と並行し、地表部で継続して順次実行する。
地表部で、ある程度の本数のパイプ材２１を溶接した後、パイプ２０の先端２０Ｓに、台車５１を取り付ける。
一方、トンネル１内には、予め、複数のローラ３０（第１ローラ３１、第２ローラ３２）を設置しておく。

この後、パイプ挿通工程Ｓ２では、トンネル１内にパイプ２０を挿通していく。パイプ挿通工程Ｓ２では、パイプ２０を、第１勾配部１２から第１円弧部１４を通してトンネル最深部１１に挿入させる。本実施形態において、パイプ挿通工程Ｓ２は、パイプ２０を第１勾配部１２に通す工程Ｓ２１と、パイプ２０を第１円弧部１４に通す工程Ｓ２２と、パイプ２０をトンネル最深部１１に通す工程Ｓ２３と、パイプ２０を第２円弧部１５に通す工程Ｓ２４と、パイプ２０を第２勾配部１３に通す工程Ｓ２５と、を含む。

パイプ２０を第１勾配部１２に通す工程Ｓ２１では、図８に示すように、先端２０Ｓに台車５１を取り付けたパイプ２０を、第１立坑１６から第１勾配部１２内に挿入する。このとき、地表部から第１立坑１６を通して第１勾配部１２内にパイプ２０が挿入される部分Ｐにおいて、パイプ２０は、自重により斜め下方に湾曲する。
台車５１に設けられた牽引具５５（図５参照）をトンネル１の延伸方向に引っ張ることで、パイプ２０を、第１勾配部１２内に順次引き込んでいく。トンネル１内で、台車５１は、車輪５３がトンネル１の内周面（下面）上で転動する。これによってパイプ２０は、トンネル１内で走行する。

パイプ２０を第１円弧部１４に通す工程Ｓ２２では、図９、図１０に示すように、パイプ２０の先端２０Ｓを、第１勾配部１２から第１円弧部１４に通す。図９に示すように、第１円弧部１４に対して第１勾配部１２側に設けられた第１ローラ３１Ａを台車５１が通過すると、パイプ２０は、台車５１と、第１ローラ３１Ａとによって支持された状態となる。

図１０に示すように、台車５１が第１円弧部１４に進入すると、トンネル１の湾曲によってトンネル１側から台車５１に作用する反力Ｆが増大する。この反力Ｆにより、台車５１に支持されたパイプ２０は、第１円弧部１４の湾曲に応じて弾性変形して曲がる。このとき、パイプ２０は、台車５１と、第１ローラ３１Ａとに２点支持された状態で、下方に湾曲する。

図１１に示すように、台車５１が第１円弧部１４を通過すると、パイプ２０の先端２０Ｓは、トンネル最深部１１に進入する。このとき、台車５１に支持されたパイプ２０の先端２０Ｓは、第１ローラ３１位置では、第１ローラ３１Ｂよりも高い位置に配置されるので、湾曲部２０ｂで湾曲したパイプ２０の先端２０Ｓが第１ローラ３１Ｂと干渉することが抑えられる。

パイプ２０をトンネル最深部１１に通す工程Ｓ２３では、図１２に示すように、台車５１を牽引することで、パイプ２０をトンネル最深部１１に沿って第２円弧部１５に向かって走行させていく。このとき、台車５１が第１ローラ３１Ｂを通過した後、パイプ２０の走行方向後方の第１円弧部１４では、パイプ２０は、第１ローラ３１Ａ、３１Ｂによって２点支持された状態で湾曲した状態を維持する。つまり、台車５１によってパイプ２０を走行させながら、第１ローラ３１Ａ、３１Ｂによって支持された部分において、パイプ２０は第１円弧部１４に沿って略円弧状に弾性変形しながら第１円弧部１４を通過していく。

パイプ２０を第２円弧部１５に通す工程Ｓ２４では、図１３に示すように、トンネル最深部１１を通過した台車５１が第２円弧部１５に進入すると、トンネル１の湾曲によってトンネル１側から台車５１に作用する反力Ｆが増大する。この反力Ｆにより、台車５１に支持されたパイプ２０は第２円弧部１５の湾曲に応じて弾性変形して曲がる。

パイプ２０を第２勾配部１３に通す工程Ｓ２５では、第２円弧部１５を通過した台車５１が第２勾配部１３に進入すると、パイプ２０は、第２勾配部１３に沿った上り勾配を地表部に向けて走行していく。パイプ２０の先端２０Ｓが第２立坑１７内に到達することで、パイプ２０がトンネル１の全長にわたって挿入されたことになる。
この後、パイプ２０の先端２０Ｓを、台車５１とともに、第２立坑１７内から地表部に引き上げる。さらに、第１立坑１６、第２立坑１７等の埋め戻しを行うことで、トンネル１へのパイプ２０の敷設が完了し、図１に示したようなトンネル構造が実現される。

以上説明したように、本実施形態に係るトンネル構造によれば、トンネル１内にその全長にわたって挿入され、第１円弧部１４および第２円弧部１５に沿って曲がるパイプ２０と、トンネル１内に配置され、第１円弧部１４および第２円弧部１５の双方においてそれぞれにパイプ２０を支持する複数のローラ３０と、を備える。
このような構成では、パイプ２０は、トンネル１の一端側の第１勾配部１２から第１円弧部１４を経て、トンネル１のトンネル最深部１１に挿入される。また、パイプ２０は、トンネル最深部１１から第２円弧部１５、第２勾配部１３を経て、トンネル１の他端に到達している。トンネル１内に挿入されたパイプ２０は、第１円弧部１４および第２円弧部１５の双方に設けられた複数のローラ３０によって支持されることで、第１円弧部１４および第２円弧部１５に沿って曲がる。つまり、パイプ２０は、第１円弧部１４および第２円弧部１５では、複数のローラ３０間で、パイプ２０の弾性変形域内で下方に撓むことで、第１円弧部１４および第２円弧部１５に沿って曲がる。したがって、パイプ２０を予め曲げておくことなく、パイプ２０を弾性変形させて湾曲させながら、第１円弧部１４および第２円弧部１５に通すことができる。
このような構成によれば、従来のように立坑から所定長のパイプ材をトンネル１内に搬送することなく、その延伸方向に連続するパイプ２０を、第１勾配部１２側からトンネル１に連続的に挿入して、トンネル１内にパイプ２０を敷設することができる。このようにして、作業環境が悪いトンネル１内で、パイプ２０同士の溶接、検査、防食処理等の作業を行う必要がなく、これらの作業を地表部（地上）で行うことができる。したがって、良好な作業環境下で効率良くパイプ２０を接続しながら、トンネル１内のパイプ２０を円滑に敷設することが可能となる。

また、ローラ３０は、第１円弧部１４および第２円弧部１５の径方向外側に配置されている。
このような構成によれば、パイプ２０は、第１円弧部１４および第２円弧部１５の径方向外側に配置された複数のローラ３０間で撓むことで、トンネル１の第１円弧部１４および第２円弧部１５の曲率半径に応じて湾曲する。

また、本実施形態に係るパイプ挿入装置５０は、パイプ２０に取り付けられ、パイプ２０をトンネル１内で走行させる台車５１と、第１円弧部１４の始点側および終点側に配置され、パイプ２０が第１勾配部１２および第１円弧部１４を通してトンネル最深部１１に挿入されるときに、パイプ２０を支持する第１ローラ３１と、を備える。
このような構成では、パイプ２０に取り付けられた台車５１がトンネル１内で走行すると、トンネル１の第１円弧部１４では、トンネル１側から台車５１に作用する反力Ｆがトンネル１の湾曲によって増大する。この反力Ｆにより、パイプ２０は第１円弧部１４の湾曲に応じて弾性変形して曲がる。このようにして湾曲に応じて曲がったパイプ２０を、トンネル１の第１円弧部１４の始点側および終点側に配置された第１ローラ３１で支持することで、トンネル１内の第１円弧部１４に沿って曲がるパイプ２０と、トンネル１内に配置され、パイプ２０を第１円弧部１４の始点側および終点側において支持する複数の第１ローラ３１と、を備えるトンネル構造が実現される。
第１円弧部１４における台車５１に作用する反力Ｆによってパイプ２０を弾性変形させて曲げるときには、台車５１に大きな反力Ｆが作用する。台車５１に代えて、トンネル１側に設けた複数（多数）のローラを設けることも考えられるが、複数のローラ間でパイプ２０の先端がローラと干渉してしまう。このため、トンネル１側に設けた複数のローラのみでパイプ２０を曲げながらパイプ２０の延伸方向に送ることは困難である。また、その場合、複数のローラは、大きな反力Ｆに耐えうるよう強度を高める必要があり、大掛かりなものとなる。これに対し、本実施形態の構成では、台車５１のみを、大きな反力Ｆに耐えうるように強度を高めればよく、コスト上昇を抑えることができる。

また、台車５１に設けられた車輪５３は、第１ローラ３１に対してトンネル１の周方向に沿って位置を異ならせている。
このような構成によれば、台車５１が第１ローラ３１を通過する際、台車５１に設けられた車輪５３は、第１ローラ３１に対し、トンネル１の周方向で異なる位置を通過する。したがって、台車５１の車輪５３と第１ローラ３１との干渉を抑えることができる。

また、台車５１に支持されたパイプ２０の先端２０Ｓは、第１ローラ３１位置では第１ローラ３１よりも高い位置に配置され、第２ローラ３２位置では第２ローラ３２よりも高い位置に配置される。
このような構成によれば、トンネル１の第１円弧部１４、第２円弧部１５の湾曲に応じて弾性変形して曲がったパイプ２０の先端２０Ｓが、第１ローラ３１、第２ローラ３２に干渉するのを抑えることができる。

また、パイプ２０がトンネル最深部１１および第２円弧部１５を通して第２勾配部１３に挿入されるときに、パイプ２０を支持する第２ローラ３２を更に備える。
このような構成によれば、第２円弧部１５の湾曲に応じて曲がったパイプ２０を、トンネル１の第２円弧部１５の始点側および終点側に配置された第２ローラ３２で支持することで、トンネル１内の第２円弧部１５に沿って曲がるパイプ２０と、トンネル１内に配置され、パイプ２０を第２円弧部１５の始点側および終点側において支持する複数の第２ローラ３２と、を備えるトンネル構造が実現される。

また、本実施形態に係るパイプ２０の挿入方法は、パイプ２０に取り付けられた台車５１をトンネル１内で走行させることで、パイプ２０は第１円弧部１４の湾曲に応じて弾性変形して曲がる。このようにして湾曲に応じて曲がったパイプ２０を、トンネル１の第１円弧部１４の始点側および終点側に配置された第１ローラ３１で支持することで、トンネル１内の第１円弧部１４に沿って曲がるパイプ２０と、トンネル１内に配置され、パイプ２０を第１円弧部１４の始点側および終点側において支持する複数の第１ローラ３１と、を備えるトンネル構造が実現される。

なお、本発明の技術的範囲は実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、図１４に示すように、ローラ３９を、トンネル１の延伸方向において第１円弧部１４および第２円弧部１５の範囲内に配置するようにしてもよい。
この場合、第１円弧部１４および第２円弧部１５の外側に設けられたローラ３０（第１ローラ３１、第２ローラ３２）に加えて、第１円弧部１４および第２円弧部１５の範囲内に設けられたローラ３９でも、湾曲したパイプ２０を支持することができる。

また、上記実施形態では、複数のローラ３０（第１ローラ３１、第２ローラ３２）を、パイプ２０のトンネル１への挿入に先だって設置しておくようにしたが、これに限らない。複数のローラ３０は、台車５１によってトンネル１内を走行するパイプ２０の先端２０Ｓが、第１円弧部１４、第２円弧部１５を通過し、パイプ２０が湾曲して湾曲部２０ｂ、２０ｃが形成された後に、ローラ３０を後から設置してもよい。また、ローラ３０は、第１円弧部１４、第２円弧部１５の双方以外にも、例えばトンネル最深部１１、第１勾配部１２、第２勾配部１３等の途中に設けるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、台車５１は、トンネル１の第２勾配部１３を通過するまで、パイプ２０の先端２０Ｓに取り付けるようにしたが、これに限らない。例えば、パイプ２０の先端２０Ｓを第１円弧部１４で湾曲させ、トンネル最深部１１側の第１ローラ３１Ｂに受け渡すまでの領域のみで台車５１を用いてもよい。すなわち、パイプ２０の先端２０Ｓが、トンネル最深部１１で、最も第１円弧部１４側に位置する第１ローラ３１Ｂを通過した後は、台車５１を取り外し、順次送り込むパイプ２０を、トンネル最深部１１に設けた複数のローラ上で搬送するようにしてもよい。

また、台車５１は、例えば、パイプ２０の先端２０Ｓを第２円弧部１５で湾曲させ、第２勾配部１３側のローラ３０に受け渡すまでの領域のみで用いてもよい。すなわち、パイプ２０の先端２０Ｓが、第２円弧部１５において第２勾配部１３側に位置するローラ３０を通過した後は、第２勾配部１３に設けたローラ３０上をパイプ２０が搬送されるようにしてもよい。

また、パイプ２０を、第１勾配部１２側から第２勾配部１３側に向かってトンネル１に挿入していくようにしたが、これに限らない。例えば、第１勾配部１２側から第１円弧部１４を経てパイプ２０を挿入していくとともに、第２勾配部１３側から第２円弧部１５を経てパイプ２０を挿入してもよい。第１勾配部１２側から挿入したパイプ２０と、第２勾配部１３側から挿入したパイプ２０は、トンネル最深部１１内で接合するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、トンネル１の全長にわたって、上記パイプ挿入装置５０、パイプ２０の挿入方法を用いてパイプ２０をトンネル１に挿入するようにしたが、これに限らない。トンネル１の全長の一部（第１円弧部１４や第２円弧部１５を含む一部）で上記パイプ挿入装置５０、パイプ２０の挿入方法を用いてパイプ２０をトンネル１に挿入すれば、トンネル１の残る部分では、所定長を有したパイプ２０をトンネル１内に搬入し、トンネル１内で溶接等によるパイプ２０の接合を行うようにしてもよい。このような場合においても、上記パイプ挿入装置５０、パイプ２０の挿入方法を用いてパイプ２０をトンネル１に挿入することで、トンネル１内における溶接等の作業量を低減することができる。したがって、良好な作業環境下で効率良くパイプ２０を接続しながら、トンネル１内のパイプラインを円滑に構築することが可能となる。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ トンネル
１１ トンネル最深部（最深部）
１２ 第１勾配部
１３ 第２勾配部
１４ 第１円弧部
１５ 第２円弧部
２０ パイプ
２０Ｓ 先端
３０ ローラ
３１、３１Ａ、３１Ｂ 第１ローラ
３２、３２Ａ、３２Ｂ 第２ローラ
３９ ローラ
５０ パイプ挿入装置
５１ 台車
５３ 車輪
Ａ１、Ａ２ 矢高
Ｄ１、Ｄ２ 距離
Ｌａ１、Ｌａ２、Ｌｂ１、Ｌｂ２ 弦
Ｓ２ パイプ挿通工程（第１工程）

Claims (4)

1. トンネルの一方の端部から連続して挿入されるパイプの先端に固定され、前記パイプを前記トンネル内で走行させる台車と、
   前記トンネルの内部に固定され、前記パイプを支持する第１ローラと、を備え、
   前記台車に設けられた車輪は、前記第１ローラに対して前記トンネルの周方向に沿って位置を異ならせ、かつ前記パイプの先端は、前記第１ローラ位置では、前記第１ローラよりも高い位置に配置されるパイプ挿入装置。
2. トンネルの一方の端部から連続して挿入されるパイプの先端に固定され、前記パイプを前記トンネル内で走行させる台車と、
   前記トンネルの内部に固定されるとともに、前記トンネルの延伸方向において、前記トンネルの第１円弧部を間に挟んだ両側に配置され、前記パイプを支持する第１ローラと、
   前記トンネルの内部に固定されるとともに、前記トンネルの延伸方向において、前記トンネルの第２円弧部を間に挟んだ両側に配置され、前記パイプを支持する第２ローラと、を備え、
   前記台車に設けられた車輪は、前記第２ローラに対して前記トンネルの周方向に沿って位置を異ならせ、かつ前記パイプの先端は、前記第２ローラ位置では、前記第２ローラよりも高い位置に配置されるパイプ挿入装置。
3. 請求項１または２に記載のパイプ挿入装置を用いてトンネルにパイプを挿入する方法であって、
   前記トンネルの第１円弧部を通して最深部に挿入させる第１工程を備え、
   前記第１工程では、前記台車によって前記パイプを走行させながら前記第１ローラによって前記パイプを支持させることにより、前記パイプを前記第１円弧部に沿って弾性変形させながら前記第１円弧部を通過させるパイプの挿入方法。
4. 前記台車が取り付けられた前記パイプを前記トンネル内で走行させ、前記パイプを、前記最深部から前記トンネルの第２円弧部を通して前記トンネルの第２勾配部に挿入させる第２工程を備え、
   前記第２工程では、前記台車によって前記パイプを走行させながら第２ローラによって前記パイプを支持させることにより、前記パイプを前記第２円弧部に沿って弾性変形させながら前記第２円弧部を通過させる請求項３に記載のパイプの挿入方法。

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