JP2001055893A - トンネルの滑り型免震構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地震時に於て、トンネル躯体の外周面で地盤
との滑りを発生させ、地盤ひずみのトンネルへの伝達を
遮断し、該トンネルに発生する地震時断面力を大幅に低
減させる。 【解決手段】 トンネルの躯体１の外周面に裏込め材又
は埋め戻し材３との間で小さなせん断力の作用によって
剥離又は滑動できる材料２を装着する。地震時に該裏込
め材又は埋め戻し材３と該躯体１との間で滑りを発生さ
せることにより該トンネルと地盤とを絶縁する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルの滑り型
免震構造に関するものであり、特に、地震時にトンネル
躯体の外周面で地盤との滑りを発生させ、地盤ひずみの
トンネルへの伝達を遮断し、トンネルに発生する地震時
断面力を大幅に低減させるトンネルの滑り型免震構造に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、シールドトンネルや開削トンネル
に於て、トンネル外周に比較的薄い（３〜１５cm程度）
免震層を形成させ、地震時の地盤ひずみを該免震層で吸
収させ、地盤からトンネルのひずみの伝達を低減するこ
とにより、セグメントや継手のトンネル軸方向の断面力
を大幅に低減させる免震構造がある。

【０００３】該免震構造を構成する材料はシールドトン
ネルでは、シールド掘進に伴ってシールド機後方で発生
するテールボイドへ注入できる２液又は３液タイプの液
状材料であって、硬化後はトンネル外周に柔らかなゴム
弾性体を形成させる。従って、硬化後の該免震層は耐久
性に富んだ変形性能の大きな弾性体であり、その物性は
せん断弾性係数が小さいだけでなく、地盤沈下を抑制す
るため体積変化の少ない材料（ポアソン比が０．５に近
いもの）を採用している。

【０００４】一方、開削トンネルの免震構造としては、
トンネル躯体の外周面に型枠を配設し、該型枠内に液状
ゴムを打設して該トンネル躯体外周に免震層を形成する
ものや固形ゴムのパネルを躯体外周に貼着して該免震層
を形成するものがある。又、該躯体外周のコンクリート
表面にテフロン、ポリウレタン或いはプラスチック系等
の表面の摩擦抵抗が小さなシートを貼着したり、ベント
ナイトやシリコーン等のゲル状の材料（減摩材）を塗布
して摩擦抵抗を減ずるものが知られている。

【０００５】尚、図７は免震層を形成していない矩形断
面の開削トンネルＴ_O に於て、地震時のトンネル躯体外
周に作用する周面せん断力９によるトンネルの変形状態
を示すものである。該周面せん断力９は該トンネルＴ_O
の剛性と地盤Ｇの剛性との違いに起因して発生し、断面
コーナー部に集中する。図中の８は地震時の該地盤Ｇの
せん断変形を示す。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記シールドトンネル
等の免震構造は、免震層のせん断変形で地盤ひずみを吸
収するのであり、最低でも３〜７cmの免震層厚を要する
ため或る程度の免震材の体積を必要とする。又、このよ
うな要求性能を満足する免震材は一般に液状ゴム組成物
であり、高価な材料である。更に、硬質地盤と軟質地盤
との地盤条件急変部への該免震構造の採用に於ては、免
震効果を得るためには１００ｍに達するような長い免震
区間長が要求されるので該免震材の使用量が大量にな
り、工事費が嵩む。そのため、該免震構造の実工事への
採用は難しい。

【０００７】一方、開削トンネル躯体外周のコンクリー
ト表面にシートを貼着する施工方法は、シート自体高価
であると共にその貼着作業が非常に手間が掛かり、又、
躯体外周の防水性が要求されるため、シート間の隙間を
完全に防水しなければならないので技術的に困難を伴
い、更に、減摩材を塗布するものは長期に亘る性能の維
持が困難である。

【０００８】そこで、免震層を形成するための免震材や
シートの使用に換えて地震時にトンネルの外周面で地盤
との滑りを発生させ、地盤のひずみのトンネルへの伝達
を遮断させてトンネルに発生する地震時断面力を大幅に
低減させるトンネルの滑り型免震構造を得るために解決
すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの
課題を解決することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために提案されたものであり、周辺地盤とトンネル
との間で形成される免震構造に於て、該トンネルを構成
する躯体の外周面に裏込め材又は埋め戻し材との間で小
さなせん断力の作用によって剥離又は滑動できる材料を
装着し、地震時に該裏込め材又は埋め戻し材と該躯体と
の間で滑りを発生させることにより該トンネルと該地盤
とを絶縁するトンネルの滑り型免震構造を提供するもの
である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
乃至図６に従って詳述する。尚、従来例と同一構成部分
についても同一符号を用いて説明するものとする。

【００１１】図１はトンネルを構成する躯体としてのセ
グメント１と裏込め材３との境界面４での滑動状態を示
すシールドトンネル軸方向の断面図である。該セグメン
ト１は、シールド機（図示せず）の掘進に伴って該シー
ルド機の後方で円形状あるいは２心、３心円の特殊形
状、あるいは矩形に組み立てられ、且つ、該セグメント
１が地山に押し出された状態では該セグメント１の外周
面と該地山との間に空隙（テールボイド）が生じてお
り、該テールボイドに一般的なソイルモルタル系の裏込
め材３を該セグメント１のグラウト孔（図示せず）より
注入して、該地山から作用する土・水圧を該裏込め材３
の硬化物を通して該セグメント１で支保し、トンネルと
地山の安定を図る。

【００１２】その際、該セグメント１の外周面に該テー
ルボイドの該裏込め材３との間で小さなせん断力の作用
によって容易に剥離又は滑動できる材料（以下滑動材と
いう）２を予めセグメント製作工場で塗布又は噴霧する
か、施工現場で塗布又は噴霧することにより装着させ
る。該セグメント１は鉄筋コンクリート又は鋼製で構築
するが、鉄筋コンクリート製の場合はコンクリートに後
述の塗布材料が付着しやすいように該セグメント１の外
周面にプライマーを塗布し、その後、該滑動材２として
のシリコーンゴムやシリコーン樹脂等のシリコーン組成
物の塗布材料を噴霧器で噴霧したり、刷毛やローラーで
塗布することによって、該セグメント１の外周面に該滑
動材２の厚さ分の被膜層を形成する。

【００１３】従って、地震時には図１に示すように塗布
した滑り抵抗（摩擦）が小さいシリコーン組成物２とソ
イルモルタル系の該裏込め材３との該境界面４が未接着
であり、且つ、表面が滑らかなため該境界面４で低摩擦
にて滑りが発生する。又、該シリコーン組成物２は撥水
性材料であるので、該シリコーン組成物２との該境界面
４ではセメントの水和反応が抑制されるため、コンクリ
ートとの付着がないか、あっても付着は非常に弱く、
又、一旦付着しても外周の地下水の該境界面４への浸透
によって該シリコーン組成物２と該裏込め材３とは剥離
しやすくなる性質がある。更に、該シリコーン組成物２
は非常に長期耐久性に富んだ材料であり、該セグメント
１の耐用年数と比較すれば半永久材料である。

【００１４】尚、該セグメント１の外周面に形成される
被膜層の破損、地震時の該セグメント１の変形に対する
追従性及び該セグメント１の運搬時の衝突、衝撃に対し
ての安定性等を考慮すると該シリコーン組成物２はシリ
コーンゴム材料を用いるのが望ましい。又、該シリコー
ンゴム材料を該セグメント１の外周面にできるだけ、そ
の表面を平らにして塗布することが重要であるので、刷
毛やローラーによって塗布するか噴霧器で噴霧するかの
塗布方法の採用が望ましい。該セグメント１の外周面に
形成される該滑動材２の厚さはせいぜい１mm以下であれ
ば十分であり、塗布材料が高価であってもトータルコス
トは従来の免震層の形成よりも大幅に低減できる。 一
方、該セグメント１の外周面に塗布する該滑動材２は、
前記シリコーン組成物の材料に変えて、該裏込め材３と
の剥離や滑動を容易とする材料を用いてもよく、例えば
ウレタン系の材料を該セグメント１のコンクリート又は
スキンプレートに噴霧することにより被膜層を形成して
もよい。尚、該セグメント１の変形、ひずみに対する追
従性や長期耐久性等の要求性能やコストに応じて適宜、
使用材料を決定すればよい。

【００１５】図２は該セグメント１からなる滑り型セグ
メントＳを配設したシールドトンネルＴ_S の縦断側面図
である。該シールドトンネルＴ_S は図２の左側の軟質地
盤５と図２の右側の硬質地盤６との地盤条件急変部に構
築し、該地盤条件急変部を通過する区間のみに該滑り型
セグメントＳを配設して滑り型免震構造を形成する。該
滑り型セグメントＳは該地盤条件急変部を境にして該軟
質地盤５内にやや長く、該硬質地盤６内にやや短く配設
する。従って、地震時に大きな地盤ひずみが集中する該
地盤条件急変部では、地盤と同様なひずみを発生させよ
うとする該裏込め材３と該セグメント１との境界面４
（図１参照）で適度なせん断応力が発生すると、該セグ
メント１と該セグメント１の外周の該裏込め材３との間
で滑りを発生させ、地震時の地盤ひずみの該セグメント
１への伝達を遮断し、該地盤と該シールドトンネルＴ_S
との地震時変形の絶縁を図る。

【００１６】図３は断層破砕帯７を通過するシールドト
ンネルＴ_S の縦断側面図である。図３の左側に硬質地盤
６があり、右側の下部に該硬質地盤６、上部に該軟質地
盤５があり、左側の硬質地盤６と右側の該軟質地盤５及
び該硬質地盤６との間に該断層破砕帯７が傾斜状に存在
しており、該シールドトンネルＴ_S は左側の該硬質地盤
６と右側の該軟質地盤５との間に該断層破砕帯７を通過
させて水平に構築する。該断層破砕帯７に於ては、地盤
応力の集中により断層面に於ける地盤の滑りや局部破壊
が発生し、該シールドトンネルＴ_S に於て不測のセグメ
ントリング継手の大きな目開きやセグメントへの応力集
中等の事態が発生することが予想される。

【００１７】そこで、該断層破砕帯７の通過部の１０〜
２０ｍ区間だけには、変位吸収性能が高く且つ止水性が
確保され、信頼性の高い従来の免震層Ｉを施工し、比較
的せん断ひずみの吸収量（滑り量）が少ない該免震層Ｉ
の両側には該滑り型セグメントＳ，Ｓを配設して該滑り
型免震構造を形成する。該滑り型セグメントＳは該硬質
地盤６内ではやや短く、該軟質地盤５ではやや長く配設
する。このように、該断層破砕帯７を通過する該シール
ドトンネルＴ_S に対し、該免震層Ｉと該滑り型セグメン
トＳ，Ｓからなる該滑り型免震構造とを併用することに
より比較的低コストで高い地震時安全性を確保すること
ができる。

【００１８】次に図４に従い第２の実施の形態を説明す
る。図に於てＴ_O は開削トンネルであり、地震時の地盤
Ｇ内での横断面変形を示す断面図である。該開削トンネ
ルＴ _O は躯体を鉄筋コンクリートで構築し、その横断面
形状は矩形とする。該躯体を構成する上面及び側面に於
てはコンクリートを打設した後、コンクリート型枠（図
示せず）を剥離させ、該躯体の外周面にプライマーを塗
布した後、シリコーン組成物の塗料を噴霧器で噴霧した
り、刷毛やローラーで塗布することにより滑り型免震構
造を形成する。該開削トンネルＴ_O の場合に於ても、図
は省略するが該地盤条件急変部に図２及び図３に示す該
シールドトンネルＴ_S と同様な位置にトンネル軸方向の
地震対策として該滑り型免震構造を設置して地盤Ｇと該
開削トンネルＴ_O との地震時変形の絶縁を図る。

【００１９】その際、矩形断面の該開削トンネルＴ_O の
場合、図７に示すように免震層を形成していないときに
は、トンネルの剛性と地盤の剛性との違いに起因するト
ンネル外周の周面せん断力９，９，９，９による横断面
変形が生じ、地震時に断面コーナー部に大きな曲げモー
メントやせん断力が集中するが、該開削トンネルＴ_Oの
外周面に該滑動材２を塗布する該滑り型免震構造を設け
ることにより、該周面せん断力９，９，９，９をカット
することができ、図４に示すように断面コーナー部に集
中する断面力を平滑化することにより地震時の発生断面
力を大幅に低減することができる。

【００２０】一方、該開削トンネルＴ_O の場合には、該
滑動材２の外周は埋め戻し土の場合とモルタル又は土砂
とセメントを混合した改良土等の埋め戻し材と接するこ
とになる。この場合、モルタル系の材料のときは該滑動
材２との絶縁が容易に図れるが、土のときには、該滑動
材２との絶縁が図れるように該滑動材２の表面はできる
だけ滑らかにするのが望ましい。依って、該滑動材２に
シリコーン組成物を採用することにより、塗布後の表面
が非常に滑らかになり滑動摩擦抵抗が非常に小さくな
る。

【００２１】更に、該開削トンネルＴ_O では該躯体外周
面の防水が必ず必要となるが、該シリコーン組成物は防
水性のある材料であると共に、経年劣化の最も少ない耐
久性に富んだ材料であるので該開削トンネルＴ_O に於
て、通常行なわれる防水シート工を省略することにより
防水処理を行うことができる。

【００２２】次に図５に従い第３の実施の形態を説明す
る。図５（ａ）は沈埋函Ｔの外周面に該滑動材２を塗布
した該滑り型免震構造を適用した沈埋トンネルＴ_t の縦
断側面図である。該沈埋トンネルＴ_t は下部の硬質地盤
６が図５（ａ）の左側の低位水平部から右側の高位水平
部へ向かう急傾斜面の上部近傍であって、且つ、該硬質
地盤６上に存在する軟質地盤５上を水平に該沈埋函Ｔを
配設して構築する。該硬質地盤６の急傾斜面の上部近傍
を通過する該沈埋トンネルＴ_t には、地震時に大きな地
盤ひずみが集中する。その為、前記開削トンネルＴ_O と
同様にこの地盤条件急変部に該滑り型免震構造を設けた
該沈埋函Ｔを配設する。

【００２３】該沈埋函Ｔは図５（ｂ）に示すように断面
箱型の鉄筋コンクリート製の躯体からなる函体であり、
陸上部で所定長さごとに製造して順次、該軟質地盤５上
に沈設し、該沈埋トンネルＴ_t を構築した後、該沈埋函
Ｔ上を埋め戻し材１０で防護層を形成して完成させる。
陸上部で製造される際、前記セグメント１と同様に該沈
埋函Ｔの外周面に該滑動材２を塗布して該滑り型免震構
造を形成する。

【００２４】尚、地盤条件によっては前記シールドトン
ネルの場合と同様に従来の免震層と該滑り型免震構造と
を併用してもよい。

【００２５】次に図６に従い，矩形断面のトンネル外周
の四隅に於ける地震時の横断面変形対策について説明す
る。前記開削トンネルＴ_O や沈埋トンネルＴ_t 等のトン
ネル躯体１の横断面を矩形にして、該トンネルＴ_O ，Ｔ
_t の地震時横断面変形に対して該滑り型免震構造を適用
した場合、四隅に於ける該躯体１の変形が地盤Ｇによっ
て拘束され、該躯体１と該地盤Ｇの間で滑りが発生しず
らいため、該躯体１外周に作用する前記周面せん断力が
コーナー部１１，１１，１１，１１に集中することとな
り、該周面せん断力のカットの効果は小さい。従って、
該滑り型免震構造を有効に機能させるため該躯体１の四
隅に於ける該躯体１の変形を可能とする構造が不可欠と
なる。

【００２６】そこで、図６（ａ）に示すようにコンクリ
ートで構築される該躯体１外周の四隅の該コーナー部１
１，１１，１１，１１を面取りしたり、面取りした三角
コーナー部１１，１１，１１，１１にゴム等の変位吸収
材１２，１２，１２，１２を設置して、該躯体１の四隅
に設ける変形を可能にする方法を採用する。又、図６
（ｂ）に示すように該躯体１外周の四隅のコンクリート
はそのままであるが、該コーナー部１１，１１，１１，
１１の外側に変位吸収材（免震層）１３，１３…を配設
して、このせん断変形で滑動を可能とする方法を採用し
てもよい。

【００２７】而して、本発明は、本発明の精神を逸脱し
ない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明
が該改変されたものに及ぶことは当然である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明はトンネル
を構成する躯体の外周面に滑動材を装着させておくの
で、地震時に該トンネルと周辺地盤との境界で滑りを発
生させることにより該トンネルと該地盤とを絶縁し、該
トンネルに発生する地震時断面力を大幅に低減させるこ
とができる。

【００２９】又、躯体の外周面に滑動材を塗布、噴霧す
るだけでよいのでその材料の使用量も少なく、且つ、作
業工数も減少させることができる。依って、従来の免震
層の形成に比較して大幅な工事費のコストダウンに寄与
する等、正に諸種の著大なる効果を奏する発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示し、セグメントと裏込
め材との境界面での滑動状態を示すシールドトンネルの
軸方向の断面図。

【図２】滑り型セグメントを配設したシールドトンネル
の縦断側面図。

【図３】断面破砕帯を通過するシールドトンネルの縦断
側面図。

【図４】他の実施の形態を示し、地震時の地盤内での開
削トンネルの変形状態を示す横断面図。

【図５】（ａ）更に他の実施の形態を示し、滑り型免震
構造を適用した沈埋トンネルの縦断側面図。 （ｂ）図５（ａ）のＸ−断面図。

【図６】（ａ）矩形断面のトンネル外周のコーナー部を
面取りした状態を示す横断面図。 （ｂ）矩形断面のトンネル外周のコーナー部に変位吸収
材を配設した状態を示す横断面図。

【図７】免震層を形成していない開削トンネルの地震時
の変形状態を示す横断面図。

【符号の説明】

１ 躯体（セグメント） ２ 滑動材 ３ 裏込め材又は埋め戻し材 ４ 境界面 ５ 軟質地盤 ６ 硬質地盤 Ｇ 地盤 Ｓ 滑り型セグメント Ｔ 沈埋函 Ｔ_S シールドトンネル Ｔ_O 開削トンネル Ｔ_t 沈埋トンネル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周辺地盤とトンネルとの間で形成される
   免震構造に於て、該トンネルを構成する躯体の外周面に
   裏込め材又は埋め戻し材との間で小さなせん断力の作用
   によって剥離又は滑動できる材料を装着し、地震時に該
   裏込め材又は埋め戻し材と該躯体との間で滑りを発生さ
   せることにより該トンネルと該地盤とを絶縁することを
   特徴とするトンネルの滑り型免震構造。