JP5114443B2 - 活断層帯を横断する地中構造物 - Google Patents

Description

本発明は、すべりの発生の可能性がある活断層帯を横断する地中構造物に関する。

道路や鉄道または水路等の線状構造物は、ルート設定上、すべりの発生の可能性がある活断層帯を横断せざるを得ない場合がある。
活断層運動の活動周期は構造物の供用期間に比べてはるかに長いものの、地盤中のすべり面にずれ（変位）が生じた場合には大きな応力がこれらの構造物に作用するおそれがある。

このように構造物に対してすべり面のずれに伴う大きな応力が作用すると、構造物に破損が生じ、供用不能となるおそれがあった。

特許文献１や特許文献２には、活断層帯を横断するトンネルについて、活断層横断箇所を二重トンネルとして、内側のトンネルと外側のトンネルとの間の空間により、活断層帯のすべり変位を受け止める構造が開示されている。

特開２００３−２３９６９１号公報 特開２００６−２３３６２６号公報

二重トンネルにおいて、内側のトンネルは、制震ダンパーによって支持されているが、制震ダンパーの支持基礎は断層帯に形成されている。そのため、すべり面において大きなずれが生じた場合には、過大な応力が内側のトンネルに作用するおそれがあった。

このような観点から、本発明は、想定されるすべり面のずれに対して構造物としての機能を損なわない活断層帯を横断する地中構造物を提案することを課題とする。

このような課題を解決する本発明の活断層帯を横断する地中構造物は、活断層帯を横断するように形成された構造物本体と、前記活断層帯の横断箇所を含む横断区間において前記構造物本体の外周囲を囲むように形成された外側トンネルとを備え、前記構造物本体は、前記横断区間に形成された横断部構造体と、前記横断区間に隣接する一般区間に形成された一般部構造体とを備えており、前記横断部構造体は外側トンネル内において前記活断層帯の前後で２点支持されていることを特徴としている。

かかる活断層帯を横断する地中構造物によれば、活断層帯においてすべり変位が生じた際に、当該すべり面を跨いで２点支持された横断部構造体が全体的に傾斜または旋回することにより、すべり面の前後に生じた段差が解消されるため、構造物としての機能を持続させることが可能となる。

前記横断部構造体と前記一般部構造体との境界部に可撓継手が介設されていれば、横断部構造体が傾斜または旋回するにより、横断部構造体と一般部構造体との境界部が破損することを防止することができる。

前記活断層帯を横断する地中構造物の横断部構造体の支持構造は、吊下げ式であっても良いし、載置式であっても良い。
かかる活断層帯を横断する地中構造物によれば、外側トンネルと横断部構造体との間に確保された空間により、地盤の変位の影響が横断部構造体に直接作用することを防止することができるため、構造物本体が使用不能になることを防止することができる。

また、前記横断部構造体が、橋梁であれば、鉄道や道路等、必ずしも管状である必要のない横断部構造体の構築を比較的簡易に行うことが可能となる。

なお、活断層帯を横断する地中構造物は、前記横断部構造体が外側トンネル内において前記活断層帯の前後の２領域において支持されているものであってもよい。

本発明の活断層帯を横断する地中構造物によれば、活断層帯においてすべり変位が生じた場合であっても構造物としての機能を損なわず、引き続き使用することが可能である。

第１の実施の形態に係る活断層帯を横断する地中構造物を示す縦断面図である。 すべり面におけるずれが生じた際の図１の活断層帯を横断する地中構造物の状況を示す縦断面図である。 第２の実施の形態に係る活断層帯を横断する地中構造物を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は支持構造の詳細を示す分解図、（ｃ）はすべり面におけるずれが生じた際の状況を示す縦断面図である。 （ａ）は第３の実施の形態に係る活断層帯を横断する地中構造物を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示す活断層帯を横断する地中構造物の変形例である。 第４の実施の形態に係る活断層帯を横断する地中構造物を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明の好適な実施の形態の変形例を示す縦断面図である。

第１の実施の形態の活断層帯を横断する地中構造物（以下、単に「地中構造物」という場合がある）Ｔ１は、鉄道用トンネルであって、図１に示すように、地中のすべり面（活断層帯）Ｆを横断するように形成された構造物本体１と、すべり面Ｆの横断箇所を含む横断区間Ａにおいて構造物本体１の外周囲を囲むように形成された外側トンネル２と、を備えている。

構造物本体１は、横断区間Ａに形成された横断部構造体１０と、横断区間Ａに隣接する一般区間Ｂに形成された一般部構造体１１と、を備えている。
横断部構造体１０と一般部構造体１１との境界部には、可撓継手１２が介設されている。

横断部構造体１０は、外側トンネル２の内空部に形成されたトンネルであって、外側トンネル２内の２箇所に形成された支持部材１３により支持されている。

横断部構造体１０は、一般部構造体１１と同形状の内空断面を有した筒状の構造体である。本実施形態の横断部構造体１０は、２点支持に耐えられるように補剛されていることで、外径が一般部構造体１１の外径よりも大きく形成されている。

横断部構造体１０の構築方法は限定されるものではなく、適宜行うことが可能である。例えば、現場打ちコンクリートにより施工してもよいし、プレキャスト部材を組み合わせることにより構築してもよい。

一般部構造体１１は、一般区間Ｂに形成されたトンネルであって、鉄道用トンネルとして必要な内空断面を有して形成されている。
一般部構造体１１の施工方法は限定されるものではなく、ＮＡＴＭ、ＴＢＭ工法等、適宜行えばよい。

可撓継手１２は、横断部構造体１０と一般部構造体１１とを伸縮および回転自在に連結する継手である。

可撓継手１２は、可撓性、伸縮性を有するリング状の材料または構造体からなり、横断部構造体１０および一般部構造体１１を構成するトンネルと同形状の内空断面を有した筒状に形成されている。可撓継手１２の外径はテーパー状に拡径することで、横断部構造体１０と一般部構造体１１との外面同士をすりつけている。なお、可撓継手１２の形状寸法は限定されるものではない。また、横断部構造体１０と一般部構造体１１との連結は必ずしも可撓性、伸縮性を有した継手により行う必要はない。

支持部材１３は、横断部構造体１０を外側トンネル２内において吊持する部材であって、すべり面Ｆを挟んだ２箇所に配設されている。本実施形態では、支持部材１３同士の間隔を数十メートル以上とする。
なお、支持部材１３の配置は、すべり面Ｆを挟んで配設されてあれば限定されるものではない。

支持部材１３の構成は限定されるものではないが、本実施形態では、アンカー部１３ａと継ぎ部１３ｂと保持部１３ｃとを備えて構成されている。

アンカー部１３ａは、地盤Ｇに埋め込まれた複数のアンカー部材により構成されており、継ぎ部１３ｂを介して保持部１３ｃを吊持している。

継ぎ部１３ｂは、アンカー部１３ａと保持部１３ｃとを連結する部材であって、横断部構造体１０に傾斜等が生じた状態でも横断部構造体１０を吊持可能な構成を具備している。本実施形態では継ぎ部１３ｂをケーブルにより構成する。

保持部１３ｃは、横断部構造体１０を保持する部材であって、本実施形態では横断部構造体１０の外周囲に巻きつけられることで横断部構造体１０に固定されている。

外側トンネル２は、横断区間Ａにおいて、構造物本体１の外周囲を囲むように形成された拡幅トンネルである。つまり、本実施形態にかかる地中構造物Ｔ１は、横断区間Ａにおいて、横断部構造体１０（構造物本体１）と外側トンネル２とにより２重構造を構成している。

外側トンネル２の両端部は、一般部構造体１１に連通している。
外側トンネル２の覆工には、防水工・排水工（例えば防水シートと透水性緩衝材）が施工されていて、内部への地下水の漏水が防止されている。

外側トンネル２の構築方法は限定されるものではなく、ＮＡＴＭやＴＢＭ工法等、適宜選定して行えばよい。

また、外側トンネル２の支保構造も限定されるものではなく、適宜行えばよい。また、外側トンネル２の構築は、横断区間Ａの地盤Ｇが滞水層を含む軟弱地盤である等、必要に応じて補助工法を併用して行うものとする。

以上、第１の実施の形態に係る地中構造物Ｔ１によれば、図２に示すように、すべり面Ｆのずれ等により数メートル単位の変位が生じた場合であっても、地中構造物Ｔ１としての機能を維持することが可能となる。

外側トンネル２と横断部構造体１０との間には、十分な隙間が形成されているため、地盤Ｇのすべり変位に伴う応力が横断部構造体１０に直接作用することを防ぐことができる。

横断部構造体１０は、数十メートル以上離れた二つの支持点（支持部材１３）において支持されているため、すべり面Ｆにおいて数メートル単位の変位が生じた場合であっても、緩やかな傾斜が生じる程度の変位に抑えることが可能となる。

また、横断部構造体１０と一般部構造体１１との間に介設された可撓継手１２は、伸縮性、可撓性を備えているため、横断部構造体１０が傾斜した場合であっても、横断部構造体１０と一般部構造体１１との接続を維持する。

また、支持部材１３は、継ぎ部１３ｂがケーブルにより構成されているため、横断部構造体１０の傾斜等の変位を妨げることなく横断部構造体１０を吊持することを可能としている。

第２の実施の形態の活断層帯を横断する地中構造物（以下、単に「地中構造物」という）Ｔ２は、鉄道用トンネルであって、図３（ａ）に示すように、地中のすべり面（活断層帯）Ｆを横断するように形成された構造物本体１と、すべり面Ｆの横断箇所を含む横断区間Ａにおいて構造物本体１の外周囲を囲うように形成された外側トンネル２と、を備えている。
第２の実施の形態に係る地中構造物Ｔ２は、横断部構造体１０の支持形式が載置式である点で、吊下げ式である第１の実施の形態に係る地中構造物Ｔ１（図１参照）と異なっている。

構造物本体１は、横断区間Ａに形成された横断部構造体１０と、横断区間Ａに隣接する一般区間Ｂに形成された一般部構造体１１と、を備えている。
横断部構造体１０と一般部構造体１１との境界部には、可撓継手１２が介設されている。

横断部構造体１０、一般部構造体１１および可撓継手１２の構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

横断部構造体１０は、外側トンネル２内において、すべり面Ｆを挟んだ２箇所に形成された支承１４を介して支持されている。本実施形態では、支承１４同士の間隔を数十メートル以上とする。
なお、支承１４の配置は、すべり面Ｆを挟んで配設されてあれば限定されるものではない。

支承１４の構成は限定されるものではないが、本実施形態では、台座部１４ａとピン支承部１４ｂと保持部１４ｃとを備えて構成されている。

台座部１４ａは、図３（ｂ）に示すように、外側トンネル２の底部に配設された部材であって、上面が球状に形成されている。なお、台座部１４ａは、アンカー等を介して地盤Ｇに固定されていてもよい。

ピン支承部１４ｂは、台座部１４ａの上面に対応して形成された球状（球冠状）の凹部が底部に形成されており、台座部１４ａの上面を摺動する。
ピン支承部１４ｂの上面（保持部１４ｃとの当接面）は平坦に形成されており、表面（上面）に低摩擦材（低摩擦シートやすべり面板等）１４ｄが配設されている。

保持部１４ｃは、横断部構造体１０を保持する部材であって、本実施形態では横断部構造体１０の外周囲に環装されることで横断部構造体１０を固定している。
保持部１４ｃの下面のピン支承部１４ｂとの当接面は、平坦に形成されているとともに、表面に低摩擦材１４ｄが配設されている。

外側トンネル２は、横断区間Ａにおいて、構造物本体１の外周囲を囲むように形成された拡幅トンネルである。つまり、本実施形態にかかる地中構造物Ｔ２は、横断区間Ａにおいて、横断部構造体１０（構造物本体１）と外側トンネル２とにより２重構造を構成している。
なお、外側トンネル２の構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、第２の実施の形態に係る地中構造物Ｔ２によれば、図３（ｃ）に示すように、すべり面Ｆのずれ等により数メートル単位の変位が生じた場合であっても、地中構造物Ｔ２としての機能を維持することが可能となる。

また、支承１４は、ピン支承部１４ｂが台座部１４ａにより回転・傾斜可能に支持されているとともに、保持部１４ｃを摺動可能に保持しているため、横断部構造体１０の傾斜等の変位を妨げることなく横断部構造体１０を支持している。

この他の第２の実施の形態の地中構造物Ｔ２による作用効果は、第１の実施の形態の地中構造物Ｔ１と同様なため、詳細な説明は省略する。

第３の実施の形態の活断層帯を横断する地中構造物（以下、単に「地中構造物」という）Ｔ３は、鉄道用トンネルであって、図４（ａ）に示すように、地中のすべり面（活断層帯）Ｆを横断するように形成された構造物本体１と、すべり面Ｆの横断箇所を含む横断区間Ａにおいて構造物本体１の外周囲を囲むように形成された外側トンネル２と、を備えている。

第３の実施の形態に係る地中構造物Ｔ３は、横断部構造体１０’として、橋梁を外側トンネル２内に構築している点で、横断部構造体１０としてトンネルを構築する第１の実施の形態と異なっている。
横断部構造体１０’と一般部構造体１１との境界部には、可撓継手１２が介設されている。

横断部構造体１０’は、外側トンネル内の２箇所に形成された支持部材１３により支持されている。

本実施形態では、横断部構造体１０’として、トラス式の橋梁を採用するが、横断部構造体１０’を構成する橋梁の形式は限定されるものではない。

一般部構造体１１の構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

可撓継手１２は、横断部構造体１０’と一般部構造体１１とを伸縮および回転自在に連結する継手である。

可撓継手１２は、鉄道車両の通行が可能な耐力を有しているとともに、可撓性、伸縮性を有する材料を板状に形成してなる。
なお、横断部構造体１０’と一般部構造体１１とを連結する継手は、必ずしも可撓継手１２である必要はない。

横断部構造体１０’は、外側トンネル２内において、すべり面Ｆを挟んだ２箇所に形成された支持部材１３を介して吊持されている。本実施形態では、支持部材１３同士の間隔を数十メートル以上とする。
なお、支持部材１３の構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

本実施形態では、橋梁である横断部構造体１０’を外側トンネル２内において支持部材１３を介して吊持する吊下げ式の支持構造としたが、図４（ｂ）に示すように、支承１４により載置式の支持構造としてもよい。

外側トンネル２の構成は、第１の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、第３の実施の形態に係る地中構造物Ｔ３によれば、外側トンネル２内において、型枠の組み立て、コンクリート打設等により筒状のトンネルを構築する手間を省略し、より簡易にすべり面を横断する地中構造物Ｔ３を構築することが可能となる。
また、外側トンネル２内において、横断部構造体１０’は開放されているため、メンテナンスもより簡易に行うことができる。

この他の第３の実施の形態に係る地中構造物Ｔ３の作用効果は、第１の実施の形態に係る地中構造物Ｔ１と同様なため、詳細な説明は省略する。

第４の実施の形態（参考実施形態）の活断層帯を横断する地中構造物（以下、単に「地中構造物」という）Ｔ４は、鉄道用トンネルであって、図５に示すように、地中のすべり面（活断層帯）Ｆを横断するように形成された構造物本体１と、すべり面Ｆの横断箇所を含む横断区間Ａにおいて構造物本体１の外周囲を囲うように形成された外側トンネル２と、を備えている。

地中構造物Ｔ４は、横断部構造体１０が外側トンネル２内において、すべり面Ｆの前後の２領域（第一支持領域１５および第二支持領域１６）において支持されている。

第４の実施の形態の一般部構造体１１および可撓継手１２の構成は、第２の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

ここで、第一支持領域１５および第二支持領域１６は、所定の距離を有した領域をいう。第一支持領域１５と第二支持領域１６との間には、外側トンネル２から支持されない無支承領域１７が設けられている。

無支承領域１７はすべり面を跨ぐように設けられており、かつ、数十メートル以上確保されている。無支承領域１７は、少なくとも横断部構造体１０の延長距離の半分以上の距離を確保している。なお、第一支持領域１５と第二支持領域１６の配置は、すべり面Ｆを挟んで配設されてあれば限定されるものではない。

本実施形態では、第一支持領域１５（一方の領域）および第二支持領域１６（他方の領域）における横断部構造体１０の支持形式を載置式とする。なお、各支持領域１５，１６における横断部構造体１０の支持構造は限定されるものではない。

第一支持領域１５では、複数（本実施形態では３台）の支承１４，１４，１４が形成されており、横断部構造体１０を多点支持している。本実施形態では、支承１４，１４，１４を、トンネル軸方向で所定の間隔をあけて連設するものとしたが、支承１４，１４，１４の配置は限定されるものではない。また、第一支持領域１５における支承１４の数は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

第二支持領域１６では、一台の支承１４を介して単点支持されている。
なお、第一支持領域１５および第二支持領域１６に配設される支承１４の構成は、第２の実施の形態で示した構成と同様なため、詳細な説明は省略する。

また、本実施形態では、第一支持領域１５では複数の支承１４，１４，１４を配置し、第二支持領域では単数の支承１４を配置するものとしたが、例えば両領域とも複数の支承１４により支持するなど、各領域に配置される支承の数や支持形式は限定されるものではない。

外側トンネル２は、横断区間Ａにおいて、構造物本体１の外周囲を囲むように形成された拡幅トンネルである。つまり、本実施形態にかかる地中構造物Ｔ４は、横断区間Ａにおいて、横断部構造体１０（構造物本体１）と外側トンネル２とにより２重構造を構成している。
なお、外側トンネル２の構成は、第２の実施の形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、第４の実施の形態に係る地中構造物Ｔ４によれば、すべり面Ｆのずれ等により数メートル単位の変位が生じた場合であっても、地中構造物Ｔ４としての機能を維持することが可能となる。

また、第一支持領域１５では、複数の支承１４，１４，１４により多点支持されているため、第一支持領域１５の作用応力は支承１４，１４，１４により分散される。そのため、すべり面Ｆのずれ等による大きな変位が生じた場合があっても、作用応力が１点に集中することがなく、横断部構造体１０や支承１４の破損が防止されて、横断部構造体１０の供用状態を維持することが可能である。

また、支承１４は、ピン支承部１４ｂが台座部１４ａにより回転・傾斜可能に支持されているとともに、保持部１４ｃを摺動可能に保持しているため、横断部構造体１０の傾斜等の変位を妨げることなく横断部構造体１０を支持している。

この他の第４の実施の形態の地中構造物Ｔ４による作用効果は、第２の実施の形態の地中構造物Ｔ２と同様なため、詳細な説明は省略する。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、前記各実施形態では、本発明の活断層帯を横断する地中構造物を鉄道用トンネルに採用する場合について説明したが、活断層帯を横断する地中構造物の使用目的は限定されるものではない。

また、前記各実施形態では、トンネルまたは橋梁により横断部構造体１０を構築するものとしたが、図６（ａ）に示す活断層帯を横断する地中構造物Ｔ５のように、横断部構造体１０として内側トンネル１０ａを内側橋梁１０ｂにより支持する構造のものを外側トンネル２内に構築してもよい。かかる活断層帯を横断する地中構造物Ｔ５によれば、内側橋梁１０ｂにより内側トンネル１０ａを支持しているため、内側トンネル１０ａの部材厚の薄肉化を図ることが可能となり、施工の手間や材料費の低減を図ることができる。

また、図６（ｂ）に示す地中構造物Ｔ５ように、外側トンネル２内に構築する橋梁の形式として、吊り橋式を採用してもよい。

１ 構造物本体
１０ 横断部構造体
１１ 一般部構造体
１２ 可撓継手
１３ 支持部材
１４ 支承
２ 外側トンネル
Ａ 横断区間
Ｂ 一般区間
Ｆ すべり面（活断層帯）
Ｇ 地盤
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５ 地中構造物

Claims (5)

1. 活断層帯を横断するように形成された構造物本体と、前記活断層帯の横断箇所を含む横断区間において前記構造物本体の外周囲を囲むように形成された外側トンネルと、を備える活断層帯を横断する地中構造物であって、
   前記構造物本体は、前記横断区間に形成された横断部構造体と、前記横断区間に隣接する一般区間に形成された一般部構造体と、を備えており、
   前記横断部構造体は外側トンネル内において前記活断層帯の前後で２点支持されていることを特徴とする、活断層帯を横断する地中構造物。
2. 前記横断部構造体と前記一般部構造体との境界部には可撓継手が介設されていることを特徴とする、請求項１に記載の活断層帯を横断する地中構造物。
3. 前記横断部構造体の支持構造が吊下げ式であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の活断層帯を横断する地中構造物。
4. 前記横断部構造体の支持構造が載置式であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の活断層帯を横断する地中構造物。
5. 前記横断部構造体が、橋梁であることを特徴とする、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の活断層帯を横断する地中構造物。

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