JP2001227296A - 既設トンネル覆工内面の保護構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】建築限界を確保できる迅速施工可能な既設トン
ネル覆工内面の保護構造の提供。 【解決手段】既設トンネル１の覆工内面２ａに沿って設
置される保護材１２は、トンネル周方向および軸方向に
分割製作された覆工内面形状とほぼ相似形の比較的薄肉
で継手を備えた面部材６を用いた金属製セグメント３を
覆工内面に隙間を形成して組立て設置され、各セグメン
ト３は隣接するセグメント３と周方向端部に設けたセグ
メント継手および軸方向端部に設けたリング継手で接合
され、各継手のいずれもボルトを使用しない嵌合継手と
されており、最下段セグメント３の下端部は固定手段で
既設トンネル１のコンクリート壁２ｅに固定され、少な
くともリング継手部近傍の各セグメント背面と覆工内面
２ａの隙間にはトンネル周方向に渡ってグラウト材１０
が充填され、各セグメントを覆工内面２ａに密着する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は老朽化した、または
健全な鉄道トンネル、道路トンネル等の既設トンネルに
おいて、覆工コンクリートの崩落・剥落を未然に防止し
たり、万一コンクリートの剥落があった場合でもトンネ
ル内に剥落片が落下しないように保護すること、さらに
は地山の緩み、あるいは塑性圧等の外力による変状に対
して補強することを目的とした既設トンネル覆工内面の
保護構造に関する。

【０００２】

【従来技術】最近、鉄道トンネルや道路トンネルの覆工
コンクリートの剥落事故が多く見られ、通過中の列車に
損傷を与える例もでている。このため、各方面で既設ト
ンネルの調査・診断が精力的に行われ原因究明が行なわ
れている。現在のところ、覆工コンクリートの剥落原因
は、トンネル建設時のコンクリート打設に伴うコールド
ジョイント、コンクリートの中性化、アルカリ骨材反応
等が取りざたされているが明らかになっていない。また
剥離原因として地山の緩みや塑性圧等の外力の作用も考
えられる。

【０００３】一方、トンネル内を通行する列車や車両に
対して安全性の確保は極めて重要であり、国をあげてそ
の対策が検討されている。従来の老朽化したトンネルの
補修・補強対策については、「トンネル補強・補修マニ
ュアル」：平成２年１０月（鉄道総合技術研究所）や
「変状トンネル対策工設計マニュアル」：平成１０年２
月（鉄道総合技術研究所）がある。

【０００４】これらのマニュアルでは、トンネルの変状
原因に応じて十数種の対策工法が示され、適切なものを
選定するようにされている。この対策工法のうち、覆工
コンクリートの剥落対策として適用できるものは、
「当て板工法」、「鋼板接着工法」と、「セントル
補強工」がある。

【０００５】「当て板工法」は、剥落部の覆工内面に
鋼製当て板（帯鋼、型鋼）を張り付け、ロックボルトで
覆工コンクリートにアンカーした後、裏込め材を注入す
るもので、局所的に補修する場合に適用される。

【０００６】「鋼板接着工法」は、比較的新しい工法
であって、覆工面に４.５mm 標準厚の鋼板をエポキシ樹
脂系接着剤で張付け覆工コンクリートにアンカーボルト
で固定するものである。アンカーボルトは７本／ｍ² 程
度に配置する。なお、鋼板の端部は、隣接鋼板と掛け渡
して重ねた継手鋼板を、接着剤とアンカーボルトで固定
する。

【０００７】「セントル補強工」は、トンネル覆工内
面の形状と同じ形状に曲げ加工した１００〜１５０mmサ
イズのＨ型鋼を覆工内面に沿って適当な間隔で配置し、
覆工内面に適宜間隔毎にくさびで固定されるもので、当
て板、金網等との併用する場合が多い。

【０００８】また、前記「鋼板接着工法」に類似する他
の従来技術として、特公平３−６８２００号公報「既設
トンネルの内張設置方法および内張設置装置」で開示さ
れている「鋼板内張工法」がある。

【０００９】この工法は、既設トンネル断面に対して僅
かに小さい相似形の内張り材（鋼板、強化プラスチッ
ク）を分割製作し、前記分割した内張り材をトンネル中
心側に引き寄せて縮径した形状のものを、特殊な台車に
搭載して既設トンネル内に搬入し、所定の位置で内張り
材を拡径してトンネル内壁に近づけ、設置済みの内張り
材に溶接接合し、最後にグラウト材を充填するものであ
る。この内張り工法は、補修後のトンネル内空間をほと
んど狭めない特徴を有し、主として農工水、下水トンネ
ル等の水路トンネルの補修工法として多くの実績があ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明が対象とする鉄
道トンネル、道路トンネル等の既設トンネルの覆工コン
クリート剥落に対する保護工法では、トンネル内の車両
通過の安全性を確保するため保護部材等の設置は建築限
界をはみ出すことが許されない。また、鉄道トンネルで
は１日の作業時間が深夜の運行休止時間帯（数時間）に
限られ、更に給電ケーブルや信号ケーブル等の障害物が
多い等の制約条件がある。また、道路トンネルでは迂回
路がない場合、交通規制しながら工事する必要があり、
迅速施工が重要な課題となる。さらに、工事期間および
対策工事の完成後において、トンネル内を通行する列車
等の風圧、振動に対して保護構造が緩み等を生じないよ
うにしなければならない。特にトンネル上部から保護構
造の部材等落下があってはならない。

【００１１】従って、このような条件下で従来技術を適
用しようとすると、以下の課題がある。前記従来技術の
「当て板工法」、「鋼板接着工法」は、剥落部の覆
工内面に鋼製当て板（帯鋼、型鋼）を張り付け、ロック
ボルトで覆工コンクリートにアンカーするため、覆工コ
ンクリートにロックボルト用の孔を穿孔する作業が伴
い、迅速施工ができない。また、劣化した覆工コンクリ
ートでは、アンカー強度が確保できないため、健全なコ
ンクリート面まではつる必要があり、更に作業時間が長
くなってしまう。

【００１２】この構造ではロックボルトを使用している
ため、ボルトの切断・アンカー抜けがあると、ボルトが
落下してトンネル内を通過中の列車、車両に損傷を与え
ることも考えられる。

【００１３】従来技術「セントル補強工」は、トンネ
ル覆工内面に大型のＨ型鋼セントルを配置するため、ト
ンネル内の空間を狭めてしまい、建築限界を確保できな
い場合は採用できない。

【００１４】「鋼板内張工法」は、覆工面に沿って薄
鋼板を溶接接合によって組立て設置するため、トンネル
内部への張出しが少なく建築限界をクリアーできる。ま
た、ボルト等の部材を使用していないため、工事完成後
の部材落下等の心配もない。しかし、分割した鋼板を現
地にて周方向、長手方向に溶接接合するため、溶接接合
時間が長くかかり、供用トンネルにおいて１日数時間の
作業時間しか得られない工事条件下では、適用が難しい
課題があった。

【００１５】本発明は、上記の課題を解消し、既設トン
ネルの覆工内面からの内面側への張出しを少なくして建
築限界を確保した保護構造体を、面状部材（面部材とも
いう）のセグメントを接合して構成したもので、各セグ
メントの接合は、トンネル上方から落下するような部材
を使用せず、かつ迅速施工を可能とした既設トンネル覆
工内面の保護構造を提供するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る既設トンネ
ル覆工内面の保護構造は以下を要旨としたものである。
請求項１の既設トンネル覆工内面の保護構造において
は、既設トンネルの覆工内面に沿って鋼板等の保護材を
設置する既設トンネル覆工内面の保護構造において、前
記保護材は、トンネル周方向およびトンネル軸方向に分
割製作された覆工内面形状とほぼ相似形の比較的薄肉で
継手を備えた面部材を用いた金属製セグメントを、覆工
内面に隙間を形成して組立て設置されており、各セグメ
ントは隣接セグメントと周方向端部に設けたセグメント
継手および軸方向端部のリング継手で接合され、前記継
手のいずれも装着容易で、かつボルトを使用しない嵌合
継手とされており、また最下段セグメントの下端部は、
固定手段で既設トンネルのコンクリート壁に固定され、
少なくともリング継手部近傍の各セグメント背面と覆工
内面の隙間には周方向に渡ってグラウト材が充填され各
セグメントが覆工内面に密着されていることを特徴とす
る。また請求項２の発明においては、請求項１記載の既
設トンネル覆工内面の保護構造において、綱片を格子状
に組立てた多数の開口を有する面部材からなるセグメン
トを用い、既設トンネル内面に保護材を設置した後、ト
ンネル内側から覆工面を点検可能としたことを特徴とす
る。さらに請求項３の発明においては、請求項１記載の
既設トンネル覆工内面の保護構造において、各セグメン
トのセグメント継手は隣接セグメントの接合対向面に沿
ってスライドして嵌合させるようにし、リング継手は差
込嵌合するようにしたことを特徴とする。

【００１７】さらにまた請求項４の発明においては、請
求項１記載の既設トンネル覆工内面の保護構造におい
て、各セグメントは、嵌合継手を形成した縁部材を面部
材の端部に固着して製作されていることを特徴とする。
なおまた請求項５の発明においては、請求項１乃至第３
の発明のいずれかの発明において、トンネル半径方向の
ずれを防ぐ凸状部および凹状部が形成されたリング継手
を有するトンネル周方向の対向する前記縁部材におい
て、先端に突没自在な係合突起を設けた金属製薄板から
なる離脱防止金具が、凹状部が形成された縁部材のトン
ネル背面側の複数箇所に固着されており、凹状部が形成
された縁部材の凹状部を形成する２つの突出部のうち、
セグメント背面側の突出部の複数箇所に貫通孔が設けら
れ、該貫通孔には該係合突起が設置されており、隣接す
るセグメントの凸状部を有する縁部材の突出部には、該
係合突起が係合するための貫通孔または窪みが設けられ
ていることを特徴とする。また請求項６の発明において
は、請求項１記載の既設トンネル覆工内面の保護構造に
おいて、セグメントをトンネル内面形状にほぼ相似形状
に曲げ加工する際、平面形状のセグメントに継手縁部材
を取り付けた後、曲げ加工を行うことを特徴とした。

【００１８】さらに請求項７の発明においては、請求項
１記載の既設トンネル覆工内面の保護構造において、リ
ング継手部近傍の各セグメント背面と覆工内面の隙間に
は袋体を型枠として使用したグラウト材が充填・固化さ
れていることを特徴とする。

【００１９】

【作用】本発明の係る保護構造は、完成後の保護構造体
の内面はトンネル内建築限界内に収まるように、比較的
薄肉で継手を備えた面部材を用いた金属製セグメントを
接合して覆工内面にわずかな隙間をおいて設置されてい
る。セグメントは覆工コンクリートの剥落荷重に対して
局部変形しない曲げ剛性を有するものとし、背面の充填
グラウト材で覆工内面に密着させたアーチ構造としてい
る。そして、最下段セグメントの下端部は、固定手段で
既設トンネルの壁面に固定して支持している。すなわ
ち、アーチ形状に組み立てたセグメントの背面を充填グ
ラウト材で覆工内面に密着させて、セグメントおよびこ
れを組み立てたアーチ形状の変形を拘束するようにして
セグメントの薄肉化を可能としている。

【００２０】なお、セグメントの背面を覆工内面に密着
させる充填グラウト材はセグメント背面の全面に施した
方が望ましいが、少なくともトンネル軸方向に隣り合う
セグメント相互のリング継手部近傍の周方向に渡って施
せばよい。

【００２１】セグメントは、透過床版に用いられている
グレーチング（帯状鋼板長手方向に間隔を置いて切欠部
を有する多数の切欠部付き鋼板を格子状に組み立てた多
孔床版）のような開口部を有する面部材（面状部材）を
使用すれば、保護構造完成後にトンネル内から既設覆工
面の状況を点検可能となる。

【００２２】各セグメントには、隣接するセグメントと
接合するために、セグメントにおけるトンネル周方向端
部に設けたセグメント継手およびセグメントにおけるト
ンネル軸方向端部にリング継手が設けられている。前記
継手のいずれもボルトを使用しない嵌合継手を用いて接
合強度を確保するとともに、スライド接合や差込接合手
段によって容易に装着可能とし、かつ工事中や完成後に
落下するようなボルト等の部材の使用を避けている。ま
た請求項５に示す継手構造によると、セグメントを組み
立てる際に、セグメントをトンネル軸方向に押し込むだ
けで容易に嵌合し、抜けないように装着でき、引張強度
に優れたリング継手を経済的に実現することができる。

【００２３】各セグメントは、嵌合継手を形成した縁部
材を面部材に溶接や、かしめ法によって固着したものに
すれば精度を確保し、かつ製作コストを低減できる。セ
グメント背面に充填されたグラウト材は、柔軟性があ
り、所定範囲内で変形自在な袋体を型枠材として用いて
いるため、グラウト材注入時にシール材の必要がなく、
しかもグラウト材の漏れのトラブルを回避できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】（発明の実施形態と実施例）以
下、本発明の実施形態と実施例を図を参照して説明す
る。図１は本発明によって既設鉄道トンネルの上部に覆
工コンクリートの剥落を防護する保護構造を設置した例
の全体構成を示す。本発明の保護構造は、トンネル周方
向およびトンネル軸方向に分割製作され、かつ覆工内面
２ａの断面円弧状の形状とほぼ相似形に円弧状に湾曲し
た面状のセグメント３同士を、これらに設けたトンネル
周方向およびトンネル軸方向の嵌合継手４で接合し、既
設トンネル１の覆工内面２ａに沿って組立て設置されて
いる。トンネル軸方向に隣り合う面状の各セグメント３
は、トンネル周方向に変位させて接合箇所をずらし、千
鳥状に配置されて、セグメント３に作用する荷重を分散
させ、一つのセグメント３にのみ荷重が集中しないよう
にしている。

【００２５】この形態では、セグメント３を使用した保
護構造を既設トンネル１の上部アーチ部分のみに設置
し、既設覆工コンクリート側壁内面２ｃに設けた支持部
７ａに固定している。既設覆工コンクリートの剥落に対
する防護または地圧、水圧等の外力に対する補強は、上
部アーチ部分２ｄのみに施せば十分であるが、側壁部２
ｅの剥落および補強も対象とする場合は、セグメント３
を既設トンネル内コーナー部Ｂまで延ばせばよい。ただ
し、この部分には電力ケーブルや信号線などの障害物が
多いため、これらをかわすようにして設置する必要があ
る。

【００２６】また、保護構造用のセグメント３の配設
は、側壁途中までとし、既設トンネル内コーナー部Ｂの
床面に固定した下部支持材（図示を省略した）に固定さ
れた支持梁（受け梁７ａ）でセグメント３の下端を支持
するようにしてもよい。

【００２７】セグメント３は、その背面（覆工内面側）
と既設トンネル覆工内面２ａとの間に隙間を設けて設置
された後、この隙間８にグラウト材１０を充填してセグ
メント背面のトンネル周方向ほぼ全長を覆工内面に密着
させている。このグラウト材１０の充填によるセグメン
ト背面の密着性確保は、アーチ形状に組み立てたセグメ
ント３およびアーチ形状の保護材１２の変形を拘束し、
セグメント３の薄肉化を図るうえで重要である。

【００２８】グラウト材１０は、セグメント背面３ａに
全面的に充填した方が望ましいが、少なくとも、トンネ
ル軸方向に隣り合うセグメント相互を連結するリング継
手部４ｂに限って（の部分の）周方向全域に施せばよ
い。グラウトの手段については後で詳しく述べる。な
お、トンネル周方向に接合されたセグメント組み立て体
は、リング状ではなく、アーチ形状であるが、トンネル
軸方向に隣り合うセグメント相互を接合する継手を、こ
こではリング継手という。

【００２９】本発明で使用するセグメント３は、鋼製、
ダクタイル鋳鉄製、ステンレス製等の金属製のセグメン
ト３を使用することができる。セグメント３は、図２、
図３に示すように、覆工内面形状とほぼ相似形に湾曲さ
せた比較的薄肉の面部材６で、そのトンネル周方向両端
部に、トンネル軸方向に連続する凸部を有する雄継手ま
たは連続する凹部を有する雌継手からなるセグメント継
手４ａおよびトンネル軸方向両端部に、トンネル周方向
に連続する凹部を有する雌継手または連続する凸部を有
する雄継手からなるリング継手４ｂを備える。

【００３０】前記セグメント継手４ａはトンネル周方向
に隣り合うセグメント３相互を接合するための継手であ
り、また前記リング継手４ｂは、トンネル軸方向に隣り
合うセグメント３相互、すなわち、複数のセグメント３
により形成されるアーチ形状の保護材１２相互を接合す
るための継手である。

【００３１】面部材６とその周囲の継手４は一体的に製
作してもよいが、嵌合継手部は厚肉になるため嵌合継手
４（４ａ，４ｂ）を形成した鋼板等の金属製縁金物５と
して別途製作したものを面部材６の端部に溶接、かしめ
または両者を併用して固着して製作する方がよい。面部
材６は鋼板、デッキプレート材等の他、鋼片（鋼板）を
格子状に組立てた多数の開口部を有する物、例えば床材
として用いられている多孔格子状のグレーチングを使用
してもよい。開口部３ｂを有する面部材６を使用すれ
ば、工事期間中、完成後に既設覆工内面を点検できる利
点がある。

【００３２】本発明においては、セグメント３の継手４
にはボルトを使用しないで，ボルト等の落下の危険がな
いので、トンネル内の安全性を図っている。このためセ
グメント継手４ａ、リング継手４ｂのいずれも嵌合継手
としている。各セグメント３は図４に示すように、隣接
するセグメント継手４を嵌合しながらトンネル軸方向に
スライドし、リング継手を先行して配設されたセグメン
ト３のリング継手４ｂに差込んで嵌合させて接合する。

【００３３】図５（ａ）〜図５（ｆ）はそれぞれ嵌合継
手４の形態を示したものである。図５（ａ）〜図５
（ｃ）は、それぞれリング継手４ｂに用いる差し込み嵌
合式の継手４である。図５ａに示すものは、凹継手（雌
継手）４１ｂと凸継手（雄継手）４２ｂとを使用した形
態を示し、図５ｂの場合は、図５ａの凹継手（雌継手）
４１ｂまたは凸継手（雄継手）４２ｂを備えた鋼板等の
縁金物５の一方に、先端を折曲げて係止部４１ｄを設け
た板材からなる継手４の離脱防止金具４ｄを溶接等によ
り縁金物５の長手方向に間隔を置いて複数取り付けた形
態を示す。図５ｃの場合は、セグメント３端部の縁金物
５の一方および他方に適宜ピッチで設けた孔１２とピン
１３による継手４である。前記継手離脱防止金具４ｄ
は、図５ｃの継手４にも取り付けて適用できる。

【００３４】図５（ｄ）〜図５（ｆ）に示す形態は、ト
ンネル軸方向にスライド可能な継手で、セグメント継手
４ａに用いられる。図５ｄに示す形態は、断面円形の凸
部からなる雄継手４２ｂと一部切欠中空円孔の凹部から
なる雌継手４１ｂで構成した嵌合継手４である。図５ｅ
に示す形態は、板材にスリット（係止溝１３）を設けて
反転折曲げた雌雄両方の継手４をスリット（係止溝１
３）間に折曲げた板材（係止部１３ａ）を嵌合させる継
手４である。図５ｆは上記図５ｅの継手を２重にしたも
のであり、一方の断面コ字状の縁金物５に間隔をおいて
対向するように固定した内向きの係止溝１３を有する一
対の受け金具からなる雌継手４１ｂと、他方の断面逆コ
字状の縁金物５に間隔をおいて対向するように固定した
外向きの係止溝１３を有する一対の挿し込み金具からな
る雄継手４２ｂとにより構成されている。前記各形態に
おいては、縁金物５と面部材６とは当接または嵌合され
て溶接により一体化されている。上記嵌合継手は縁金物
５に機械加工により形成したり、継手部材として製作し
たものを縁金物５に溶接等により固着して製作する。

【００３５】セグメントの製作は、所定の形状に曲げ加
工した面部材６と、嵌合継手付き縁金物５とを溶接接合
して製作してもよいが、溶接ひずみなどが生じない精度
の高い製品とする場合には、図６に示すように、嵌合継
手を形成した平面状（平坦面状）の縁部材５を平面状の
面部材６の端部に固着して製作した平面状セグメント３
を複数、同一平面上に嵌合された状態で並べて配置し
て、一時的に枠部材５ａにより一体化し、ロール曲げや
プレス成形機で曲げ加工して製作した方が、高い精度が
得られる。なお、セグメント３の曲げ加工を複数毎同時
に行う場合は、端部にずれを拘束する枠部材５ａを仮設
的にセットした方がよい。

【００３６】図７および図８は、前記離脱防止金具４ｄ
を配置した継手断面とセグメント背面図である。離脱防
止金具４ｄは、セグメント背面３ａの継手端部から接合
しようとする継手側に突出させ、縁金物５と面部材６の
固着部の段差（段部）１５に係止部４１ｄが引っ掛かる
ようにセットして用いる。このようにすればセグメント
３を長手方向にスライド移動させてセットした際、自動
的にリング継手４ｂがロックされる。なお、離脱防止金
具４ｄは１のセグメントに２〜４箇所設けたほうがよ
い。

【００３７】図９および図１０には、請求項５に対応す
る実施形態として、セグメント３の相対する縁部材５間
のリング継手４ｂにおいて、トンネル半径方向のずれを
防ぐ凸状部１６および凹状部１７がトンネル周方向に連
続して形成されており、かつ金属製枠を構成するトンネ
ル周方向の対向する縁部材５において、先端に突没自在
（進退移動可能）な係合突起１８を設けた金属製薄板１
９を備えた離脱防止金具４ｄが、凹状部１７が形成され
た縁部材５のトンネル背面側の周方向複数箇所に間隔を
おいてボルト２３等により前記金属製薄板１９の基部側
が固着されており、凹状部１７が形成された縁部材５の
凹状部１７を形成する２つの突出部２０のうち、セグメ
ント背面側の突出部２０ｂの複数箇所に貫通孔２１が設
けられ、該貫通孔２１には、該係合突起１８が突没自在
に嵌合した状態で配設されている。また隣接するセグメ
ント３の凸状部１６を有する縁部材５の突出部１６に
は、該係合突起１８が係合するための係止用の窪み（凹
部）２２が設けられている。

【００３８】従って、図９および図１０に示すように、
本発明の実施形態であるこのような継手構造によると、
リング間のセグメント３における縁部材５の凹状部１７
を、相対する縁部材５の凸状部１６に嵌合させて、トン
ネル軸方向にセグメント３をスライドして差し込み嵌合
することにより、係合突起１８が相対する縁部材５の突
出部１６に設けられた窪み（凹部）２２と係合するの
で、相対するリング継手４ｂの接合面にトンネル軸方向
へ引き離し応力が掛かっても、その接合面は離間しな
い。また、本実施形態のように係合突起１８の下端部
に、係合突起１８の相対する縁部材５側に向かって斜め
に傾斜する傾斜面２４を設けることにより、突出部１６
の凹状部１７への挿入に伴い、係合突起１８がセグメン
ト背面側に押し出され、金属製板１９がバネとして機能
するため、嵌合終了時には係合突起１８と突出部１６に
設けられた窪み２２あるいは貫通孔２１にスムーズに係
合されるため、スムーズにセグメント３同士を接合する
ことができる。

【００３９】また請求項５に対応する実施形態として、
図７〜図１０の離脱防止金具４ｄおよび段差部１５また
は凹部２２の変形形態として、図１１および図１２に示
すように、凹状部１７が形成された縁部材５の凹状部１
７を形成する２つの突出部２０のうち、セグメント背面
側の突出部２０ｂを短くすると共に、突出部１６を備え
た縁部材５の背面側中間部に凹部２２を設けるようにし
ても、前記各実施形態と同様な作用効果を奏することが
できる。

【００４０】なお、前記嵌合継手４、セグメント接合端
部にはゴムパッキン、水膨張性止水剤などの公知の止水
手段を用いて止水をするとよい。

【００４１】図１３〜図１６はセグメント背面のグラウ
ト材充填手段を例示したものである。先に延べたよう
に、グラウト材１０の充填によるセグメント背面３ａの
密着性確保はアーチ形状に組み立てたセグメントの変形
を拘束し、セグメント３の薄肉化を図るうえで重要であ
る。

【００４２】通常、グラウト材１０の充填はシール材で
仕切りを設けて注入する方法で行われているが、シール
材のセットが困難で漏れが生じやすい。そこで、本発明
におけるセグメント背面側のグラウト材１０の充填に
は、袋体９を用いて施工の迅速化と確実化を図ってい
る。

【００４３】セグメント背面側のグラウト材１０は、図
１３に示すように、少なくともリング継手部近傍の各セ
グメント背面に施す必要がある。また、図１４のように
セグメント背面全体にグラウトする場合は、セグメント
３に既設覆工２からの漏水が被圧水として作用しないよ
うにセグメント背面３ａと覆工内面２ａに流水路を設け
た方がよい。

【００４４】図１５および図１６はグラウト用の袋体９
の片面をセグメント背面３ａの円弧状の継手部近傍のみ
または全面に貼り付けた例である。図１６の全面グラウ
トの場合は、３個の袋体９を用い、各袋体９の間に隙間
８を設けて漏水流路としている。各袋体９はトンネル内
側に向けてグラウト注入口９aが設けてある。グラウト
注入にあたって、あらかじめ袋体９内のエアを吸出して
おけば、エア抜きなしで充填できる。

【００４５】グラウト用袋体９は柔軟性があって、注入
したグラウト材１０が内部に円滑に充填され、周りの隙
間を埋めるものがよく、例えば合繊シート、テント生地
を縫製して袋状としたもの等がある。ゴム製袋体９を使
用する場合は、過剰に膨張しないように変形を制限する
ものと２重にした方がよい。

【００４６】図１７はセグメント下端部の固定手段の一
形態を示したものである。セグメント下端部、すなわち
アーチ形状に組み立てたセグメント３からなる保護構造
体（保護材１２）の下端部ではアーチ荷重を支持しなけ
ればならない。この実施形態では、トンネル長手方向に
延長するボックス状の受け梁７ａを覆工コンクリート側
壁２ｅにアンカーボルト７ｃで固定したブラケット７ｂ
にボルト１４により固定し、この受け梁７ａ上に、セグ
メント下端をガイド付き板バネ７ｅと縦板からなる止め
具７ｄ挟みこんで固定している。板バネ７ｅはグラウト
材充填までのがたつきを防止する仮設的なものである。
前記ガイド付き板バネ７ｅと止め具７ｄとは、受け梁７
ａ上にトンネル半径方向（横方向）に間隔を置いて対向
するように配置され、またトンネル軸方向に隣り合うセ
グメント下端部の縁金物５に渡って、これらを圧着把持
するように配置されて固定されている。ここで、コンク
リート側壁にブラケット７ｂを固定するためアンカ−ボ
ルト７ｃ使用しているが、この部分はトンネルアーチ
（上部）から外れており、本発明の目的のひとつである
トンネル上方からの落下するような部材を用いないこと
に反するものではない。なお、前記ボルト１４に螺合さ
れる受け梁７ａ側のナット１４ａは、前記受け梁７ａ側
に適宜開口部（図示を省略した）を設けてセットするよ
うにしてもよく、あるいは受け梁７ａ側の下部に透孔の
みを設けて、ボルト１４をワンサイドボルトとしてもよ
い。

【００４７】図１８、図１９は本発明によって既設覆工
の内面にセグメントからなる保護構造を設置した横断面
図とそのＡ−Ａ断面図（縦断面）である。以上、本発明
を主として既設の鉄道トンネル内面の保護構造に適用し
た形態を説明したが、道路トンネル等にも同様に適用で
きる。道路トンネルに適用する場合は、迂回路があれば
トンネル内の通行を閉鎖して施工容易となるが、片側通
行可能なように施工する場合は、施工用の仮設材や装置
を適宜工夫するようにすればよい。

【００４８】本発明を実施する場合、セグメント３のト
ンネル半径方向の厚さは、例えば５０mm程度で１００mm
以下の寸法に設定され、また面部材６の厚さは、例えば
３０mm程度に設定される。本発明を実施する場合、最下
段セグメント下端部を既設トンネル壁面にスペーサを介
在させて、直接固定するようにしてもよい。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば以下の効果がある。 （１）本発明に係る保護構造は、アーチ形状に組み立て
たセグメントを、その背面の充填グラウト材で覆工内面
に密着させて変形を拘束するようにし、下端部は固定手
段で既設トンネルのコンクリート壁に固定して支持して
いるため、セグメントの薄肉化を可能とし、完成後の保
護構造体の内面をトンネル内建築限界内に収めることが
できる。また、セグメントは開口部を有する面部材を使
用すれば、保護構造完成後にトンネル内から既設覆工面
の状況を点検可能となる。

【００５０】（２）各セグメントを接合するセグメント
継手、リング継手のいずれもボルトを使用しない嵌合継
手を用いて接合強度を確保するとともに、スライド接合
や差込接合手段によって容易に装着可能とし、かつ工事
中や完成後に落下するようなボルト等の部材の使用を避
けているため安全性を確保でき、しかも迅速施工ができ
る。

【００５１】（３）なお、各セグメントは、嵌合継手を
形成した縁部材を面部材に溶接や、かしめ法によって固
着したものにすれば、精度を確保し、かつ製作コストを
低減できる。

【００５２】（４）また、セグメント背面に充填された
グラウト材は柔軟性があり、所定範囲内で変形自在な袋
体を型枠材として用いているため施工時にグラウト材注
入用のシール材の必要がなく、しかも漏れのトラブルを
回避でき迅速施工ができる。またグラウト材が固化した
後は、セグメントおよびこれを組み立てたアーチ形状の
保護材の変形を拘束することができる。 （５）またトンネル軸方向に隣り合う一方のセグメント
に離脱防止金具を、他方のセグメントに凹部等の係止部
を設けて、これらを係合させるようにすると、トンネル
軸方向に隣り合うセグメント相互の離脱を防止すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る既設トンネル覆工の保護構造全体
を示す一部縦断斜視図である。

【図２】本発明を実施する場合に使用するセグメントの
一形態を示す斜視図である。

【図３】本発明を実施する場合に使用する開口部を有す
るセグメントの一形態を示す斜視図である。

【図４】セグメントの設置手順を説明するための説明図
である。

【図５】（ａ）〜（ｆ）はそれぞれ嵌合継手の形態を示
す断面図である。

【図６】縁金物と面部材からなるセグメントの曲げ加工
例を説明するための図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）
は曲げ加工している状態を示す図である。

【図７】リング継手の離脱防止金具をセットした状態を
示す縦断面図であり、図８のＢ−Ｂ線断面図である。

【図８】図７におけるセグメント背面側から見た図であ
る。

【図９】リング継手の離脱防止金具および縁部材の他の
実施形態を示す説明断面図であり、（Ａ）はトンネル軸
方向に隣り合うセグメント相互のリング継手が離れた状
態を示し、（Ｂ）はリング継手が嵌合する直前の状態を
示し、（Ｃ）はリング継手相互が嵌合した状態を示す図
である。

【図１０】図９（Ｃ）におけるセグメント背面側から見
た図である。

【図１１】リング継手の離脱防止金具および縁部材のさ
らに他の実施形態を示す説明断面図であり、（Ａ）はト
ンネル軸方向に隣り合うセグメント相互のリング継手が
離れた状態を示し、（Ｂ）はリング継手が嵌合する直前
の状態を示し、（Ｃ）はリング継手相互が嵌合した状態
を示す図である。

【図１２】図１１（Ｃ）におけるセグメント背面側から
見た図である。

【図１３】セグメント背面における継手近傍に袋体グラ
ウトを設ける場合の一形態を示す縦断面図である。

【図１４】セグメント背面全体に袋体グラウトを設ける
場合の一形態を示す縦断面図である。

【図１５】セグメント背面における継手近傍にグラウト
用袋体を設けた形態を示す斜視図である。

【図１６】セグメント背面背面全体に渡ってグラウト用
袋体を３枚配置した形態を示す斜視図である。

【図１７】セグメント下端部の固定手段の一形態を示す
正面図である。

【図１８】既設覆工内面に本発明のセグメントからなる
保護構造を設置する場合の直前の状態（Ａ）および設置
した状態（Ｂ）の正面図である。

【図１９】図１７のＡ−Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１ 既設トンネル ２ 覆工（コンクリート） ２ａ 覆工内面 ２ｃ 側壁内面 ２ｄ 上部アーチ部分 ２ｅ 側壁部 ３ セグメント ３ａ 背面 ３ｂ 開口部 ４ 嵌合継手 ４ａ セグメント継手 ４ｂ リング継手 ４ｃ 嵌合部 ４ｄ 離脱防止金具 ４１ｂ 雌継手 ４２ｂ 雄継手 ５ 縁金物（部材） ５ａ 枠部材 ６ 面部材 ７ 下端支持手段 ７ａ 受け梁 ７ｂ ブラケット ７ｃ アンカーボルト ７ｄ 止め具 ７ｅ 板バネ ８ 隙間 ９ 袋体 ９ａ 注入口 １０ グラウト材 １１ ロール １２ 保護材 １３ 係止溝 １３ａ 係止部 １４ ボルト １４ａ ナット １５ 段差（段部） １６ 凸状部 １７ 凹状部 １８ 係合突起 １９ 金属製薄板 ２０ 突出部 ２０ａ 突出部 ２０ｂ 突出部 ２１ 貫通孔 ２２ 窪み（凹部） ２３ ボルト ２４ 傾斜面 Ｂ コーナー部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽上田 裕章 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 中沢 好夫 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 松岡 和巳 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 Ｆターム(参考） 2D055 AA01 AA02 BB02 DA01 GC01 GC02 GC09 JA01 KB04 LA03 LA16 LA17

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 既設トンネルの覆工内面に沿って鋼板等
   の保護材を設置する既設トンネル覆工内面の保護構造に
   おいて、 前記保護材はトンネル周方向および軸方向に分割製作さ
   れた覆工内面形状とほぼ相似形の比較的薄肉で継手を備
   えた面部材を用いた金属製セグメントを覆工内面に隙間
   を形成して組立て設置されて構成されており、前記各セ
   グメントは隣接するセグメントとこれらのトンネル周方
   向端部に設けたセグメント継手およびトンネル軸方向端
   部に設けたリング継手で接合され、前記各継手はいずれ
   もボルトを使用しない装着容易な嵌合継手とされてお
   り、最下段セグメントの下端部は固定手段で既設トンネ
   ルのコンクリート壁に固定され、少なくともリング継手
   部近傍の各セグメント背面と覆工内面の隙間にはトンネ
   ル周方向に渡ってグラウト材が充填されて、各セグメン
   トが覆工内面に密着されていることを特徴とする既設ト
   ンネル覆工内面の保護構造。
2. 【請求項２】 綱片を格子状に組立てて形成した多数の
   開口部を有する面部材からなるセグメントを用いた保護
   材を既設トンネル内面に設置し、トンネル内側から覆工
   面を点検可能としたことを特徴とする請求項１記載の既
   設トンネル覆工内面の保護構造。
3. 【請求項３】 各セグメントのセグメント継手は隣接す
   るセグメントの接合対向面に沿ってスライドして嵌合さ
   せるようにし、リング継手は差込嵌合するようにしたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の既設トンネル覆工内面
   の保護構造。
4. 【請求項４】 各セグメントは、嵌合継手を形成した縁
   部材を面部材の端部に固着して製作されていることを特
   徴とする請求項１に記載の既設トンネル覆工内面の保護
   構造。
5. 【請求項５】 トンネル半径方向のずれを防ぐ凸状部お
   よび凹状部が形成されたリング継手を有する金属製枠を
   構成するトンネル周方向の対向する前記縁部材におい
   て、先端に突没自在な係合突起を設けた金属製薄板が、
   凹状部が形成された縁部材のトンネル背面側の複数箇所
   に固着されており、凹状部が形成された縁部材の凹状部
   を形成する２つの突出部のうち、セグメント背面側の突
   出部の複数箇所に貫通孔が設けられ、該貫通孔には該係
   合突起が設置されており、隣接するセグメントの凸状部
   を有する縁部材の突出部には該係合突起が係合するため
   の貫通孔または窪みが設けられていることを特徴とする
   請求項１乃至請求項３記載のいずれかに記載の薄肉セグ
   メントを用いたトンネル覆工内面の保護構造。
6. 【請求項６】 セグメントをトンネル内面形状とほぼ相
   似形状に曲げ加工する際、平面形状のセグメントに継手
   付き縁部材を取り付けた状態で曲げ加工されていること
   を特徴とした請求項１に記載の既設トンネル覆工内面の
   保護構造。
7. 【請求項７】 リング継手部近傍の各セグメント背面と
   覆工内面の隙間には袋体を型枠として使用したグラウト
   材が充填・固化されていることを特徴とする請求項１に
   記載の既設トンネル覆工内面の保護構造。