特開 2023-63818 支持構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023063818

(43)【公開日】2023-05-10

(54)【発明の名称】支持構造

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/08 20060101AFI20230428BHJP

   E21D 15/00 20060101ALI20230428BHJP

【ＦＩ】

E21D11/08

E21D15/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021173845

(22)【出願日】2021-10-25

(71)【出願人】

【識別番号】000230010

【氏名又は名称】ジオスター株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101557

【弁理士】

【氏名又は名称】萩原 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100096389

【弁理士】

【氏名又は名称】金本 哲男

(74)【代理人】

【識別番号】100167634

【弁理士】

【氏名又は名称】扇田 尚紀

(74)【代理人】

【識別番号】100187849

【弁理士】

【氏名又は名称】齊藤 隆史

(74)【代理人】

【識別番号】100212059

【弁理士】

【氏名又は名称】三根 卓也

(72)【発明者】

【氏名】駄原 剛弘

(72)【発明者】

【氏名】大西 真一

(72)【発明者】

【氏名】紀伊 吉隆

【テーマコード（参考）】

2D155

【Ｆターム（参考）】

2D155BA01

2D155BB01

2D155CA08

2D155CA10

2D155EB04

2D155GB01

(57)【要約】

【課題】部材の軽量化やトンネル内での作業の単純化を図り、施工性の向上や工期短縮化を実現させることが可能な、支持構造を提供する。
【解決手段】トンネルの内部に構築される内部構築物を構成するプレキャスト部材の端部を前記トンネルの内部側方において支持する支持構造であって、前記トンネルの内面に沿って円弧状に曲折して固定手段により前記トンネルの内面に固定される円弧鋼板と、前記円弧鋼板の前記トンネルの内部に向く面に設けられる支持部材と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの内部に構築される内部構築物を構成するプレキャスト部材の端部を前記トンネルの内部側方において支持する支持構造であって、
前記トンネルの内面に沿って円弧状に曲折して固定手段により前記トンネルの内面に固定される円弧鋼板と、
前記円弧鋼板の前記トンネルの内部に向く面に設けられる支持部材と、を備えることを特徴とする、支持構造。

【請求項2】

前記固定手段は、前記トンネルの周方向及び軸方向に複数配置される既設インサートを用いて構成され、
前記円弧鋼板は、所定の数以上の前記既設インサートを覆うように前記トンネルの内面に固定されることを特徴とする、請求項１に記載の支持構造。

【請求項3】

前記支持部材は、それぞれの上面が略水平面となるように構成された鋼製の第１の支持部材と鋼製の第２の支持部材と、を含み、
前記第１の支持部材及び前記第２の支持部材の上部にはプレキャスト製の側壁部材を備え、
前記側壁部材は、前記トンネルの軸方向に直角な断面が２つの辺からなるＬ字型をなす部材であり、一方の辺は略水平方向に延伸してその端部が前記トンネルの内面に接合し、その下面が前記第１の支持部材に支持され、その上面には前記プレキャスト部材の端部が設置され、且つ、他方の辺は略鉛直方向に延伸してその端部が前記第２の支持部材に支持されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の支持構造。

【請求項4】

前記支持部材は、略鉛直方向に延伸するＨ鋼柱と、前記Ｈ鋼柱の上部において前記トンネルの軸方向に延伸し、略水平に配設されるＨ鋼梁と、を含み、
前記Ｈ鋼梁の上面には前記プレキャスト部材の端部が設置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の支持構造。

【請求項5】

前記支持部材は、前記トンネルの軸方向に垂直な面に沿って配設される鋼製のリブ材と、前記リブ材の上部に略水平に配設される鋼製の保護プレートと、を含み、
前記保護プレートの上面には前記プレキャスト部材の端部が設置されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の支持構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル内部に構築される内部構築物を支持する支持構造に関する。

【背景技術】

【0002】

セグメント（セグメントピース）を周方向に連結させ、環状の覆工体を構築して形成されるシールドトンネル（以下、単にトンネルとも記載）の内部には、その内部空間を仕切る隔壁が設けられる。トンネル内部において隔壁で仕切られた各空間は各種用途に使用され、水平の隔壁により仕切られた空間は、例えば、車両や鉄道の走行路として用いられる。

【0003】

また、近年では、トンネルを含む各種構造物の構築において、施工性や工期短縮化といった観点から、工場などで予め製作された部材を現場に搬入し、既設部材に組み付けるといったいわゆるプレキャストコンクリート部材（単にプレキャスト部材とも呼称される）をコンクリート部材として用いる技術が一般的となっている。

【0004】

例えば、特許文献１には、プレキャストコンクリート製の垂直隔壁ブロックと、水平隔壁ブロックを用いてシールドトンネル内の隔壁築造を行う技術が開示されている。この特許文献１に係る技術によれば、作業工数を少なくすることができ、また、作業安全性の向上が図られる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１－４４１８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

シールドトンネル工事は、掘削と並行してプレキャストセグメントを組み立てる工法であり、一般的には、掘削速度が施工速度と等しくなることが知られている。しかしながら、車両や鉄道の走行路をトンネルの内部構造物として構築する場合、セグメントの組み立て後に当該内部構造物の一部である側壁部（床版の受け台）は現場打ちコンクリートによって構築されていたため、側壁部の構築が施工上の妨げ要因となる恐れがある。

【0007】

上記特許文献１に記載されたように、隔壁ブロック自体をプレキャストコンクリート製にした場合であっても、トンネル内において現場打ちコンクリートの打設作業が必要となると、作業が輻輳し、作業工期の長期化が懸念される。また、施工性や安全性の面からも、より施工を単純化し、効率化することが望まれている。

【0008】

上記事情に鑑み、本発明の目的は、部材の軽量化やトンネル内での作業の単純化を図り、施工性の向上や工期短縮化を実現させることが可能な、支持構造を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記の目的を達成するため、本発明によれば、トンネルの内部に構築される内部構築物を構成するプレキャスト部材の端部を前記トンネルの内部側方において支持する支持構造であって、前記トンネルの内面に沿って円弧状に曲折して固定手段により前記トンネルの内面に固定される円弧鋼板と、前記円弧鋼板の前記トンネルの内部に向く面に設けられる支持部材と、を備えることを特徴とする、支持構造が提供される。

【0010】

前記固定手段は、前記トンネルの周方向及び軸方向に複数配置される既設インサートを用いて構成され、前記円弧鋼板は、所定の数以上の前記既設インサートを覆うように前記トンネルの内面に固定されても良い。

【0011】

前記支持部材は、それぞれの上面が略水平面となるように構成された鋼製の第１の支持部材と鋼製の第２の支持部材と、を含み、前記第１の支持部材及び前記第２の支持部材の上部にはプレキャスト製の側壁部材を備え、前記側壁部材は、前記トンネルの軸方向に直角な断面が２つの辺からなるＬ字型をなす部材であり、一方の辺は略水平方向に延伸してその端部が前記トンネルの内面に接合し、その下面が前記第１の支持部材に支持され、その上面には前記プレキャスト部材の端部が設置され、且つ、他方の辺は略鉛直方向に延伸してその端部が前記第２の支持部材に支持されても良い。

【0012】

前記支持部材は、略鉛直方向に延伸するＨ鋼柱と、前記Ｈ鋼柱の上部において前記トンネルの軸方向に延伸し、略水平に配設されるＨ鋼梁と、を含み、前記Ｈ鋼梁の上面には前記プレキャスト部材の端部が設置されても良い。

【0013】

前記支持部材は、前記トンネルの軸方向に垂直な面に沿って配設される鋼製のリブ材と、前記リブ材の上部に略水平に配設される鋼製の保護プレートと、を含み、前記保護プレートの上面には前記プレキャスト部材の端部が設置されても良い。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、部材の軽量化やトンネル内での作業の単純化を図り、施工性の向上や工期短縮化を実現させることが可能な、支持構造が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の実施の形態に係るトンネルの内部構造を示す概略説明図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る支持構造の概略断面図である。

【図3】本発明の実施の形態に係る支持構造の概略平面図である。

【図4】本発明の実施の形態に係る支持構造の概略側面図である。

【図5】本発明の実施の形態に係る支持構造の概略側面図である。

【図6】本発明の第１の他実施形態に係る支持構造の概略断面図である。

【図7】本発明の第１の他実施形態に係る支持構造の概略平面図である。

【図8】本発明の第１の他実施形態に係る支持構造の概略側面図である。

【図9】本発明の第１の他実施形態に係る支持構造の概略側面図である。

【図10】本発明の第２の他実施形態に係る支持構造の概略断面図である。

【図11】本発明の第２の他実施形態に係る支持構造の概略平面図である。

【図12】本発明の第２の他実施形態に係る支持構造の概略側面図である。

【図13】本発明の第２の他実施形態に係る支持構造の概略側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。また、本明細書では、説明のために通常は可視されないコンクリート内部等の構成を図示する場合がある。

【0017】

（トンネルの内部構造）
図１は、本発明の実施の形態に係るトンネルＴの内部構造１００を示す概略説明図である。内部構造１００は、トンネルＴの内周面に沿って設けられる環状のトンネル覆工体１０と、トンネル覆工体１０の内部に構築される内部構築物としての床版２０と、トンネルＴの内部側方において床板２０を支持する支持構造３０と、を備えている。床版２０や支持構造３０の数及び配置構成は任意であり、例えば、図示のようにトンネルＴの内部側方の２箇所に支持構造３０が設けられ、２枚の床版２０が支持されても良い。

【0018】

トンネル覆工体１０は、トンネルＴの周方向に沿って連結された複数の円弧状のセグメント１１によって構成される。セグメント１１は、例えば、工場等で予め製作されたプレキャスト部材であっても良い。

【0019】

トンネル覆工体１０の底部（トンネルＴの内部下方）には、インバート４０が設置されている。インバート４０の設置により、トンネルＴの底部には平坦面が形成され、その平坦面上には柱部材５０が設置される。インバート４０や柱部材５０の製作方法は任意であり、現場打ちコンクリート部材あるいはプレキャスト部材であっても良い。また、柱部材５０の数や構成は任意であり、例えば図示のようにトンネル覆工体１０の底部に２本設置されても良い。

【0020】

トンネル覆工体１０の側部には、支持構造３０が設置されている。支持構造３０と柱部材５０とにわたって床版２０が掛け渡される。床版２０は、略平板状のプレキャスト部材であっても良い。床版２０の設置により、トンネルＴの内部に略水平な面が形成される。この略水平な面は例えば車両や鉄道の走行路である路床として用いられても良い。

【0021】

なお、床板２０により路床が構築されなくともよく、床板２０が別の目的でトンネル覆工体１０の内部に設けられても良い。例えば、床板２０は、トンネル覆工体１０によって画成されるトンネル内部空間を、電力ケーブルを通すための上側空間と、通信ケーブルを通すための下側空間と、に分割するために設けられても良い。

【0022】

（支持構造の構成）
次に本実施の形態に係る支持構造３０の詳細な構成について説明する。図２は支持構造３０の概略断面図である。ここで、図２は、図１を参照して上述したトンネルＴ内部の支持構造３０のうちの１箇所（図１中の斜線部）をその近傍を含め拡大して図示したものである。また、図３は、支持構造３０の概略平面図である。また、図４及び図５は、支持構造３０の概略側面図である。図３は、図２におけるＡ－Ａ断面を示し、図４及び図５は、それぞれ図２におけるＢ－Ｂ断面、Ｃ－Ｃ断面を示す。

【0023】

図２に示すように、支持構造３０は、トンネルＴの内面に沿って円弧状に曲折した円弧鋼板３１を含み、円弧鋼板３１は固定手段３３によってトンネルＴの内面に固定される。固定手段３３は任意であり、例えば、図２及び図５に示すように、セグメント１１に内蔵された複数の既設インサート（ねじ込み）３３ａとそこに対応するねじやボルト（図示せず）が用いられても良い。例えば、円弧鋼板３１において、既設インサート３３ａに対応する所定の位置に孔を設け、それらの孔と既設インサート３３ａに対しねじ止めやボルト止めを行うことで固定手段３３が実現されても良い。一般的なトンネルＴを構成するセグメント１１には、予め複数の既設インサート（ねじ込み）３３ａが設けられていることが知られており、固定手段３３としてこれを用いることができる。

【0024】

円弧鋼板３１は、トンネルＴの内面（セグメント１１の内面）の広範囲を覆うように構成され、例えば、トンネルＴの周方向及び軸方向に複数配置される既設インサート３３ａを、所定の数以上覆うような配置構成としても良い。換言すると、円弧鋼板３１は、トンネルＴの周方向及び軸方向において複数の既設インサート３３ａを用いてトンネルＴの内面に固定されても良い。複数の既設インサート３３ａの数や配置構成は、セグメント１１の断面サイズや位置、インサート規格等により定まり、円弧鋼板３１はこれに基づき設計されても良い。本実施形態では、図５に示すように、１つのセグメント１１に対し３×６の１８個の既設インサート３３ａが配置されているが、既設インサート３３ａの数は例えば６個以上３０個以下であっても良い。

【0025】

また、円弧鋼板３１の内面（トンネルＴの内部に向く面）には、床板２０の端部を支持する支持部材６０が設けられる。図２及び図５に示すように、支持部材６０は、それぞれの上面が略水平面となるように構成された鋼製の第１の支持部材６２と第２の支持部材６４を含んでも良い。第１の支持部材６２は、第２の支持部材６４に比べ上方に位置する。また、第１の支持部材６２及び第２の支持部材６４はそれぞれ複数備えられても良く、例えば、図５のように、１枚の円弧鋼板３１の幅方向（Ｚ方向）においてそれぞれ複数個所（図中２箇所）に分かれて設けられても良い。

【0026】

第１の支持部材６２及び第２の支持部材６４は円弧鋼板３１に固着されても良い。固着方法は任意であり、例えば、第１の支持部材６２及び第２の支持部材６４は溶接によって円弧鋼板３１に固着されても良い。

【0027】

また、支持部材６０の上部には、側壁部材７０が備えられる。側壁部材７０は、トンネル軸方向（図中Ｚ方向）に直角な断面が２つの辺からなるＬ字型をなしている。ここでのＬ字型とは、図示のように、２つの辺が略水平方向（図中Ｘ方向）と略鉛直方向（図中Ｙ方向）に延伸してなる形状である。側壁部材７０には、その略水平方向（図中Ｘ方向）に延伸する一方の辺７０ａの上面において床板２０の端部が設置、搭載される。なお、側壁部材７０は工場等で予め製作されたプレキャスト部材（プレキャスト製の部材）であっても良い。

【0028】

Ｌ字型をなす側壁部材７０において、略水平方向（図中Ｘ方向）に延伸する一方の辺７０ａは、その端部がトンネルＴの内面に接合し、且つ、その下面は第１の支持部材６２に支持される。また、略鉛直方向（図中Ｙ方向）に延伸する他方の辺７０ｂは、その端部が第２の支持部材６４に支持される。

【0029】

即ち、本実施の形態に係る支持構造３０は、円弧鋼板３１と、第１の支持部材６２及び第２の支持部材６４を含む支持部材６０と、を備える。そして、支持部材６０の上部に側壁部材７０が備えられ、側壁部材７０の上面には床版２０の端部が搭載される。即ち、床板２０の重量が側壁部材７０を介して支持部材６０に支持される構成となっている。

【0030】

なお、以上図２～図５を参照して説明した支持構造３０における各部材同士の接合は種々の方法で行われる。例えば支持構造３０の側壁部材７０と床版２０との接合は、ボルト接合によって行われても良い。また、第１の支持部材６２及び第２の支持部材６４と、側壁部材７０との間の接合の有無は任意であり、具体的には、支持構造３０の自重による固定でも良く、ボルト接合によって固定されても良い。

【0031】

以上、図２～図５を参照して説明したように、支持構造３０は、円弧鋼板３１と、第１の支持部材６２及び第２の支持部材６４を含む支持部材６０と、を備え、側壁部材７０を介して支持部材６０が床版２０の重量を支える構成となっている。図１に示すように、支持構造３０はトンネルＴの両側側方の２箇所に設置される。これらの支持構造３０によって床版２０が支持され、トンネルＴの内部に略水平な面が形成される。この略水平な面は例えば車両や鉄道の走行路である路床として用いられる。

【0032】

（作用効果）
本実施の形態に係る支持構造３０によれば、セグメント１１（トンネルＴの内面）の広範囲に亘って円弧鋼板３１を固定させるような構成を採っている。更には、第１の支持部材６２及び第２の支持部材６４の２つの部材を用いて２箇所以上で側壁部材７０を支持する構成を採っている。そのため、第１の支持部材６２及び第２の支持部材６４を含む支持部材６０により、側壁部材７０を介して床版２０の重量を確実に支えることができる。即ち、例えば地震時等に、床板２０に振動荷重がかかった場合であっても床版２０を安定的に支持することができる。

【0033】

また、本実施の形態に係る支持構造３０においては、円弧鋼板３１、支持部材６０、側壁部材７０といった各部材を、現場でのコンクリート打設を必要としない部材としている。具体的には、円弧鋼板３１は鋼製の鋼板、支持部材６０は鋼製の部材とし、側壁部材７０をプレキャスト製の部材としている。複数の部材に分けることで、部材の小型化や軽量化が図られ、施工作業の単純化が実現される。

【0034】

従来、現場打ちコンクリート打設は作業が輻輳し、工程数の増加が懸念され、施工性や安全性の面で課題があった。本実施形態に係る支持構造３０によれば、コンクリート打設を最小限とし、作業工程の減少や施工の単純化、安全性の向上などが図られる。即ち、従来に比べ、工期の短縮化や施工性の向上が実現される。

【0035】

以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された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。

【0036】

（本発明の他実施形態）
上記実施の形態では、支持構造３０が、円弧鋼板３１、支持部材６０（第１の支持部材６２及び第２の支持部材６４）、及び側壁部材７０を備える構成について図面を参照して説明したが、本発明の適用範囲はこれに限定されない。即ち、円弧鋼板３１に備えられる支持部材６０の構成は任意であり、種々の形状や構成の部材を用いることができる。以下、このような構成について本発明の他実施形態として説明する。なお、以下では、上記実施の形態と同じ機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付しその説明は省略する場合がある。

【0037】

（第１の他実施形態）
図６は本発明の第１の他実施形態に係る支持構造３０ａの概略断面図である。また、図７は、支持構造３０ａの概略平面図である。また、図８及び図９は支持構造３０ａの概略側面図である。図７は、図６におけるＡ－Ａ断面を示し、図８及び図９は、それぞれ図６におけるＢ－Ｂ断面、Ｃ－Ｃ断面を示す。

【0038】

図６～図９に示すように、本実施形態に係る支持構造３０ａにおいては、円弧鋼板３１のトンネルＴ内部方向に向く面に支持部材８０が備えられる。支持部材８０は、略鉛直方向（図中Ｙ方向）に延伸するＨ鋼柱８２と、Ｈ鋼柱８２の上部においてトンネルＴの軸方向（図中Ｚ方向）に延伸し、略水平に配設されるＨ鋼梁８４を含む。これらＨ鋼柱８２及びＨ鋼梁８４はＨ形鋼で形成されても良い。

【0039】

また、支持部材８０において、Ｈ鋼梁８４の上面８４ａ（Ｈ形鋼である場合のフランジ上面）には、床板２０の端部が搭載される。円弧鋼板３１とＨ鋼柱８２や、Ｈ鋼柱８２とＨ鋼梁８４、Ｈ鋼梁８４の上面８４ａと床版２０と、は任意の方法で接合されても良く、例えば溶接やボルト接合により固定されても良い。

【0040】

図６～図９を参照して説明した本発明の第１の他実施形態に係る支持構造３０ａによれば、上記実施の形態と同様の作用効果が享受されることに加え、更なる部材の小型化や軽量化が図られる。具体的には、支持部材８０が鋼製部材であるＨ鋼柱８２及びＨ鋼梁８４を含むような構成としている。コンクリートを用いない鋼製部材のみを支持部材８０として用いているため、更なる部材軽量化が実現され、更なる施工性の向上が図られる。

【0041】

（第２の他実施形態）
図１０は本発明の第２の他実施形態に係る支持構造３０ｂの概略断面図である。また、図１１は、支持構造３０ａの概略平面図である。また、図１２及び図１３は支持構造３０ｂの概略側面図である。図１１は、図１０におけるＡ－Ａ断面を示し、図１２及び図１３は、それぞれ図１０におけるＢ－Ｂ断面、Ｃ－Ｃ断面を示す。

【0042】

図１０～図１３に示すように、本実施形態に係る支持構造３０ｂにおいては、円弧鋼板３１のトンネルＴ内部方向に向く面に支持部材９０が備えられる。支持部材９０は、トンネルＴの軸方向（図中Ｚ方向）に垂直な面に沿って配設される鋼製のリブ材９２と、リブ材９２の上部に略水平に配設される鋼製の保護プレート９４と、を含む。リブ材９２は、１つの円弧鋼板３１に対し複数配設されても良く、例えば、図１１～図１３のように、１つの円弧鋼板３１の２箇所に配設されても良い。これらリブ材９２及び保護プレート９４はいずれも鋼板で形成されても良い。

【0043】

また、支持部材９０において、保護プレート９４の上面には、床板２０の端部が搭載される。円弧鋼板３１とリブ材９２や、リブ材９２と保護プレート９４、保護プレート９４の上面と床版２０と、は任意の方法で接合されても良く、例えば溶接やボルト接合により固定されても良い。

【0044】

図１０～図１３を参照して説明した本発明の第２の他実施形態に係る支持構造３０ｂによれば、上記実施の形態と同様の作用効果が享受されることに加え、更なる部材の小型化や軽量化が図られる。具体的には、支持部材９０が鋼板で形成されるリブ材９２及び保護プレート９４を含むような構成としている。コンクリートを用いず、鋼板を用いて支持部材９０を構成しており、更なる部材軽量化や施工性の向上が図られる。

【0045】

なお、上記実施の形態や他実施形態では、トンネルＴの内部に構築される内部構築物として床版２０を例示して図示説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。また、各種固定手段として、セグメント１１に内蔵される既設インサートを例示して図示説明したが、固定手段はこれに限られない。例えば、固定手段として嵌合継手等の継手部材を用いても良い。

【産業上の利用可能性】

【0046】

本発明は、トンネル内部に構築される内部構築物を支持する支持構造に適用できる。

【符号の説明】

【0047】

１０…トンネル覆工体
１１…セグメント
２０…床板
３０…支持構造
３０ａ…（第１の他実施形態に係る）支持構造
３０ｂ…（第２の他実施形態に係る）支持構造
３１…円弧鋼板
３３…固定手段
３３ａ…既設インサート
４０…インバート
５０…柱部材
６０…支持部材
６２…第１の支持部材
６４…第２の支持部材
７０…側壁部材
８０…（第１の他実施形態に係る）支持部材
８２…Ｈ鋼柱
８４…Ｈ鋼梁
９０…（第２の他実施形態に係る）支持部材
９２…リブ材
９４…保護プレート
１００…内部構造
Ｔ…トンネル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】