JP2007154635A

JP2007154635A - トンネル補修方法その２

Info

Publication number: JP2007154635A
Application number: JP2005380763A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Morizaki; 俊紘森崎; Hidehiko Horiuchi; 英比古堀内
Original assignee: KOTOBUKI KENSETSU KK
Current assignee: KOTOBUKI KENSETSU KK
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2007-06-21

Abstract

【課題】トンネルの維持管理上問題となっている覆工面からの漏水対策において、いかなる覆工面の漏水位置及び複数の漏水箇所数にも効果的に対応可能な導水工が必要である。さらに、トンネルの補修工においては覆工面からの滴水を伴う場合には、補強工の施工が困難となる場合が多いため、補強工の摘要拡大にも、これらの滴水の原因を効果的に排除する方法を提供する。
【解決手段】覆工コンクリートをはつり又は削孔し、覆工面の周方向又は斜め方向に導水箇所を設け、それぞれの導水箇所から水抜き孔を削孔し、導水部は突出仕上げ・密閉仕上げのいずれも特定はしないが、基本的には覆工内部に密閉仕上げすることがトンネル内空断面を侵さないために優れている。
【選択図】図３

Description

発明の属する分野

本発明は既設トンネルの覆工面からの漏水対策において、トンネルの施工方法を問わず、覆工面全体のいかなる箇所及び複数の漏水箇所にも対応可能な補修方法に関するものである。

トンネル覆工面の補修方法については、既に「トンネル補修方法」（特許公開：２００４−３１６０７７）として、在来工法（矢板工法）の側壁コンクリートとアーチコンクリートで形成されたトンネルを対象とした漏水箇所の補修方法がある。しかしながら、この補修工法が対応するトンネルは、我国では昭和４０年代〜昭和５０年代頃に施工された、在来工法による上部半断面先進工法により施工されたトンネルを対象にしたものであり、その他の施工方法による既設トンネルへの摘要には改善が必要となった。

我国では道路トンネルでは路線の刷新が進んでいることから、昭和３０年代の著しく老朽化したトンネルは殆どみられず、上記に示す鋼製支保工と移動式型枠及びポンプ打設による在来工法で施工されたものが古いトンネルとして維持管理の対象となっており、当該「トンネル補修方法」による補修の対象としてきた。しかしながら、鉄道トンネルの維持管理に目を転ずれば、殆どの路線が戦前までに施工されたものが多く残存し、これらのトンネルの掘削工法は木製支保工によるものであった。木製支保工によるトンネルの施工は、明治初頭から大正時代にかけてレンガ・石積み・ブロック積みによる覆工面施工が行われたものと、大正〜昭和３０年頃までの人力によるコンクリート打設による巻き立てが行われたもの等からなり、全国の鉄道営業路線に数多く見られるものである。

このように、現在営業中の鉄道トンネルの多くが木製支保工によって掘削されたものが残存し、その多くが施工後５０年〜１００年を経過して覆工面そのものの老朽化から剥離等が進行する問題もあるが、このような老朽化を特に促進させているのが覆工面からの漏水であり、レンガ積みや石積み及びブロック積みによるトンネル覆工では、その糊付けにはモルタルが使用されており、漏水によるモルタル部の石灰分が溶出して、覆工面全体の不安定化を進行させる原因にもなっている。さらに漏水箇所がトンネルの坑口付近に近い部分では、乾湿繰り返しや外気温の影響による凍結・融解で、覆工面の劣化を著しく進行させる問題があった。このような老朽化したトンネルの維持・管理上の当面の問題は、漏水が凍結してツララや氷柱となって直接運行の障害になることであり、これを頻繁に除去作業を行う必要があった。

このような老朽化したトンネルの漏水対策としての補修方法の検討結果から、先に作成した当該「トンネル補修方法」では、対象とするトンネルの掘削工法が鋼製支保工による上部半断面先進工法とは大きく異なっていることから、対応すべき覆工背面の集水状況を見直し、より効果的な導水方法を根本的に検討しなくてはならなかった。即ち、木製支保工で施工されたトンネル覆工背面は、当時使用された丸太が１ｍピッチで矢板とともに覆工背面全域に残存し、これらが腐敗した空隙部分が覆工背面水の流路や貯留の原因となっていることであり、又これらの覆工面の漏水箇所は、当時は人力で実施していることから、最も打設が困難な天端中央部の迫猫^せめねこ部と、アーチ部から側壁部のコンクリート打設時の複数の打設継ぎ目に沿った接合不良をきたした部分に多くみられている。いずれにしても覆工面全体からの漏水に対応しなくてはならず、当該「トンネル補修方法」で示す限定的な導水工では十分な効果が得られず、限定された箇所の導水工を見直し、トンネル周方向に多点的な導水箇所を設け、併せてこれらの導水箇所から１ｍピッチの背面の丸太の配置を考慮した、複数の方向の導水孔の削孔が必要性との結論を得た。

一方、昭和４０年代には鋼製支保工と移動式型枠及びポンプによるコンクリート打ち込みが全盛となり、このようなトンネル施工では、切羽の自立性が良好な場合には、上部半断面先進工法から全断面掘削が実施されるようになった。このような全断面の覆工の巻き立てでは、鋼製支保工とともに矢板が多く使用されており、これらの矢板が腐食した空隙部分が覆工背面水の流路になっているものと考えられることから、同じように効果的な導水方法を見直す必要があった。

又、在来工法では坑口付近の不良な地山に対しては、側壁導坑先進が多く採用されているが、側壁導坑掘削には鋼製支保工とともに多量の矢板が使用されていることから、このような側壁の背面では矢板部の空隙が地下水の流路や貯留の原因となって、当該「トンネル補修方法」では、これらの漏水に対しては、先行する導坑が水を絞るために上半部では水が枯れる水道^みずみちの変化が起こるために、効果的と言えず同じように対応を見直す必要があった。

当該「トンネル補修方法」では、上部判断面先進工法によるアーチコンクリートと側壁コンクリートとの打ち継ぎ目付近に貯留する背面水を効果的に導水するものであり、漏水がアーチ部や側壁下方からの場合では、対応が不十分であり、同じように見直す必要があった。

さらに、昭和５０年代から我国で採用され現在では標準工法工法となっているＮＡＴＭ工によるトンネル施工では、一次覆工と二次覆工との間にナトムシートと縦断・横断排水管が設置され、二次覆工は全断面で巻き立てが行われていることから、本来は漏水し難い構造となっている。しかしながら、現実にはこれらＮＡＴＭ工で施工された覆工面においても漏水の発生が皆無とは言えず、これらの漏水がアーチ部の亀裂や側壁部であれば、当該「トンネル補修工法」では困難であり、同じように対応を見直す必要があった。

表１には、当該「トンネル補修方法」の効果の問題について、これまで示した各時代を背景にしたトンネル工法毎にとりまとめて、「補修方法の検討一覧表（漏水対策）」として作成し、覆工面からの様々な漏水に対応可能な導水工を検討する基礎資料としたものである。

発明が解決しようとする課題

発明が解決しようとする課題は、既設トンネルの維持管理上問題となっている覆工面からの漏水対策に関するものであり、対象となるトンネルは鉄道路線に多く残存する、木製支保工によるレンガ積み・石積み・ブロック積みトンネル、木製支保工によるコンクリートトンネルであり、又、当該「トンネル補修方法」では対応が不十分であった在来工法の全断面掘削によって巻き立てたトンネルや側壁導坑先進によるトンネル及びＮＡＴＭ工で施工されたトンネルであり、いずれのトンネル覆工面からの漏水対策にも柔軟に対応可能で、効果が持続する導水工による補修方法を提供する必要があった。

覆工面の劣化対策で補強工等を実施する場合、例えばアーチ部において覆工面からの滴水があった場合には、吹付け工や打設等による施工は困難であり、効果的な工法の摘要が制限されて有効な対策が実施できない問題があった。

課題を解決するための手段

本発明の請求項１・請求項２・請求項３・請求項４記載のトンネル補修方法は、既往のトンネルにおいて覆工面の施工時代背景からその施工手順の詳細を把握することに努め、さらにこれらのトンネルにおける漏水状況の実態を調査・検討し、表１の補修方法の検討一覧表（漏水対策）を作成した。同表から、本発明で解決するトンネル補修の目的である漏水対策には、トンネル周方向に多点的に導水箇所を設け、この導水箇所から削孔を行って、覆工背面の地下水を確実に導水することを特徴とする方法が最も効果的であることが判明した。

図１には漏水状況の実態調査から判明した昭和１０年代に施工された旧国鉄の、「木製支保工による覆工面と漏水箇所図（コンクリート覆工例）」を示し、図２には、図１の漏水実態を勘案して作成した多点的な導水工配置図を検討して、「木製支保工による覆工面漏水と導水方法説明図」を作成した。図３には、請求項６記載の各導水箇所からの導水孔削孔計画を検討し、「導水削孔図（３孔削孔例）」を作成した。

このようなトンネル周方向に多点的に導水箇所を設け、特定はしないが覆工表面で導水することと、覆工内部に密閉した状態で導水することができる。このうち覆工内部に導水することは内空断面を保持し、劣化や剥落に対して安全性が高いものとなり、覆工面表面から漏水を無くし、覆工面そのものの劣化の進行を大きく抑制できるものとなった。

又、このような補修方法は、これまでの漏水そのものを覆工表面で導水する方法に比較して、導水工自体が漏水で劣化し難い構造であり、覆工表面に突出することも無く内空断面を侵さないことと、覆工面の強度を維持した状態で補修が可能であること、及び断熱材の併用もかのうであることから、凍結による破損や漏れ等に対する能力が向上し、さらに請求項５記載の目詰まりし難い加工を併用することを特徴とした補修方法となっている。

さらに、このような覆工表面からの滴水の排除効果は、既往の補強工の摘要範囲を大きく拡大する効果が得られる。例えばモルタル吹付け等による覆工面の補強工が容易に実施可能となり、その他、特定はしないが例えば、剥落防止等のネット等の使用と併用して、ツララの発生しない簡単な補修工が実現できる。

発明の実施形態

表２には、既往のトンネルの補修方法について現地調査を行い、それぞれの時代背景を考慮してとりまとめ「既往の補修方法比較表（鉄道トンネルを含む漏水対策の比較）」を作成した。この検討結果から、トンネル覆工面からの漏水対応の既往補修方法は、漏水をそのまま導水している構造であり、導水工そのものと覆工面の劣化が進行し易い問題があり、又、凍結による破損や漏れ等が多くみられた。

このため、漏水対策のための補修工ではトンネル覆工面全体のいかなる箇所にもトンネル周方向に多点的に対応可能で、且つ、複数の漏水箇所にも対応する柔軟な配置とし、導水効果の持続性を維持するためには、目詰まりを防止し、断熱材を併用して覆工面内に埋設することも重要であることが判明した。

又、同表の検討結果から、このような導水方法がトンネル漏水対策では時代背景が異なっても、効果的に対応可能であることも判明した。図４には、多点的に設けた各導水箇所からの効果的な導水孔の削孔例として「導水削孔図（３孔削孔例）」を示した。

本発明に基づいて実施した実際の施工例は営業線で行われたもので、昭和１０年代に施工された旧国鉄のトンネル（単線、非電化）である。トンネルの施工方法は、この時代より古いレンガ積み・石積み・ブロック積みによる覆工面の施工と同様に木製支保工によって施工されたもので、覆工厚さは６０ｃｍのコンクリートであった。このトンネルは、既に図１「木製支保工による覆工面と漏水箇所図（コンクリート覆工例）」に示したように、人力で打設した打設の細かい継ぎ目が水密性が不良のために複数の漏水箇所を有している。

当時の木製支保工によるトンネル掘削では、丸太が１ｍピッチで縦断方向に設置されているが、この間隔は当時の丸太は１間（１．８ｍ）で切り出されたものを２分したもので、これをトンネル縦断方向に９０ｃｍピッチで配置し、横断方向には高さ１．８ｍの丸太で固定したものを基本構造としている。この丸太には矢板が使用されるが、矢板は余掘り部からの地山の緩みを抑制して当りをつける目的で使用されている。このために、覆工コンクリート背面にはこの丸太と矢板が残存し、この間隙が覆工背面の地下水の流路や貯留部を形成しているものと考えられる。

図５には多点的に設けられた各導水箇所から実際に施工した導水孔の削孔状況を「導水削孔水平平面図」として示した。同図から各導水箇所で施工されたここでは３本の導水孔は、それぞれの長さが７０〜９０ｃｍ程度で覆工コンクリートを貫通し（このときの設計巻厚６０ｃｍ）、２ｍピッチで配置した周方向の多点的な導水箇所は、正面の削孔が木製支保工間隔の１ｍピッチの中央に到達し、左右の側面の２孔はそれぞれ隣の１ｍピッチで施工されている丸太の支保工付近に到達していることが示され、同様にこの箇所からの導水を可能にしていることが理解できる。

図６に示す展開図は、実際の施工例における多点的なトンネル周方向の導水箇所と、各導水箇所からの導水孔を削孔した結果を示した。このような多点的な導水箇所の設定は、実際のトンネル覆工面の漏水状況に対応して柔軟に配置すべきものであり、漏水が見られない区間では周方向の多点的な導水箇所の設定を見送り、又、アーチ部上部にまで漏水が及ぶものほど、天端部に近い部分まで導水箇所を多く設定して対応していることも理解でき、本発明の大きな特徴となっている。

発明の効果

表３には、既に図６で示した木製支保工によるコンクリート巻き立ての覆工面からの漏水状況を確認し、効果的な多点的な導水箇所を設定し（基本的には縦断方向で２ｍピッチ、周方向で１．２〜１．３ｍピッチで設定）、この補修方法で実施した施工結果から得られた評価を「補修方法の評価例（漏水対策実施例」に示した。

補修対象のトンネルは、当該地区のトンネルは山間部の豪雪地帯に位置し、その坑口付近であることから、天端部とアーチ部及び側壁の多数の亀裂や水密性が不良の打設継ぎ目から大量に漏水があり、冬期間の１２月〜３月まではツララや氷柱が形成されて、定期的に除去作業が行われていた区間であった。

なお、このトンネルの既往の漏水対策では表２の既往の補修方法比較表に示したように、昭和３０年代に実施されたアーチ部でのモルタル塗布工があるが、現状ではこれらのモルタルは亀裂が多く発生し、浮きや剥離が進行して落下の危険性が指摘されてるものになっており、既往補修方法が現状では最も障害を及ぼす可能性が大きくなっている例である。

本発明で示すトンネル周方向の多点的な導水箇所の設定と、各導水箇所からの複数孔の異なる方向に実施した導水孔による補修方法の結果、この補修区間（２スパン、２０ｍ間）の覆工面全体の漏水が殆どが消失していることが確認された。

本発明の補修方法の持続性の確認では、今後、厳冬期間を幾シーズンか経た段階でその効果の持続性を正確に判断する必要はある。現状では、これまでの導水工には無かった、確実な覆工背面水の導水と、目詰まりし難く、凍結し難い断熱材を併用して覆工内に密閉して仕上げていることから、その効果がこれまでの導水工に比較して格段に持続し、覆工面そのもの劣化も抑制するものと考えられる。

本発明の補修方法は、漏水を覆工背面から直接導水し、特定はしないが、覆工内部に導水工を密閉するものが特に優れた効果を示し、既往の補修方法において当該「トンネル補修方法」を除けば、これまでの補修方法には無かった導水方法である。このことは、漏水の原因となっている覆工背面水を速やかにトンネル内部の側溝等に排水するものであり、その仕上がりからみれば景観上や内空断面を確保すること、及びこれまでは剥離・落下の懸念から補修をひかえる傾向にあったアーチ部においても、積極的な補修を実施することを可能にしたことは、今後のトンネル対策において大きな利点となる。

本発明は、トンネル覆工面からの漏水の原因となっている覆工背面水に対して根本的に対応する補修方法であり、覆工面からの滴水を無くし、完全に乾燥状態になるものもみられるが少なくとも湿潤状態にまで改善する効果があることが確認された。このことは、覆工面の劣化対策で行われてきた既往の補修工である、吹付け工や塗布工及び板・メッシュ・布状等のあらゆる工法を効果的に摘要可能とし、覆工面の補強工の適用範囲がこれまで以上に拡大することが可能となった点が大きな貢献といえる。

請求項８・請求項９・請求項１０記載については、明治〜大正時代及び一部戦前〜戦中に施工されたレンガ積み・石積み及びブロック積みで施工されたトンネル覆工面の漏水対策では、覆工面の老朽化が著しいことから、補修工の実施にあたっては、導水箇所のはつりや削孔によって覆工面の剥離や崩壊が発生する懸念が大きいことを示し、このためには、これらの補修工を実施するにあたり、既往の補強材を積極的に併用しながら実施し、併せて覆工面の強度を施工前より向上させるものとしている。

表の簡単な説明

［表１］営業中の既往のトンネルにおける漏水対策のための各施工時代を背景にした覆工面の漏水状況をとりまとめたものである。
［表２］営業中の既往のトンネルにおける実施されている漏水対策方法の状況を確認してとりまとめたものである。
［表３］実施例から本発明で示す請求項２・請求項５・請求項６・請求項７・請求項８記載に示す、多点的な導水箇所を設けて、各導水箇所から導水孔を削孔し、例えば目詰まりし難い導水管を使用し、導水工の仕上げには断熱材と特に特定はしないが、ポリマーセメントを併用した場合の施工例の評価結果を示した。この評価結果ら「問題なし」と「総合的評価：５」を確保することができ、十分に実用化可能である。

昭和１０年代に施工された旧国鉄のトンネルにおける覆工面からの漏水状況を確認し、当時の覆工面施工状況を想定して作成したものである。図１に示す覆工面の漏水箇所に対応する効果的な導水箇所の選定と導水方法を示したものである。請求項１・請求項２・請求項３・請求項４記載の、多点的な導水箇所の設定と各導水箇所からの導水孔の削孔をトンネル覆孔面全周に配置し２．５ｍピッチで各導水箇所からの削孔を５孔として作成した例を示す。請求項６記載の、各導水箇所における複数孔の異なる方向に導水孔を削孔する例のうち、３孔削孔する例を示し、請求項５記載の目詰まりし難い導水管と、請求項７記載の断熱材を併用した断面を示した。各導水孔の導水状況を模式的に示したもので、周方向に２ｍピッチで多点的な導水箇所を設置した場合、各導水箇所から３孔の導水孔の削孔により、１ｍピッチの木製支保工で施工された覆工背面の丸太の支保工に沿った地下水の通路や貯留部の地下水を導水可能であることを示す。木製支保工でコンクリート巻き立ての覆工面の漏水状況を配慮した多点的な導水箇所と各導水箇所からの導水孔削孔を実施した例を示す。

符号の説明

１木製支保工
２コンクリート打設時の中断部
３迫猫^せめねこ部
４漏水箇所
５既往の漏水対策工（モルタル塗布工）
６覆工コンクリート
７覆工コンクリート（厚さ６０ｃｍの例）
８岩盤の亀裂からの地下水浸透
９コンクリート打設時の継ぎ目からの漏水
１０漏水
１１多点的な導水工
１２導水孔削孔
１３トンネル周方向の多点的な導水工
１４導水孔削孔（削孔数５孔例）
１５トンネル周方向のはつりと導水工
１６導水管設置例
１７断熱材設置例
１８表面仕上げ例
１９覆工面のはつりと導水孔削孔例（削孔数３孔例）
２０導水工箇所の設置例
２１各導水箇所からの削孔（削孔数３孔例）

Claims

レンガトンネル・石積み及びブロック積みトンネルにおけるトンネル補修方法において、覆工面をはつり又は削孔し、周方向又は斜め方向に２〜２０箇所までの導水箇所を設け、それぞれの導水箇所から水抜き孔を削孔して導水するトンネル補修工法。
木製支保工によって施工されたコンクリートトンネル補修方法において、覆工面をはつり又は削孔し、周方向又は斜め方向に２〜２０箇所までの導水箇所を設け、それぞれの導水箇所から水抜き孔を削孔して導水するトンネル補修工法。
在来工法によるトンネルの補修方法において、覆工面をはつり又は削孔し、周方向又は斜め方向に２〜２０箇所までの導水箇所を設け、それぞれの導水箇所から水抜き孔を削孔して導水するトンネル補修工法。
ＮＡＴＭ工法によるトンネルの補修方法において、覆工面をはつり又は削孔し、周方向又は斜め方向に２〜２０箇所の導水箇所を設け、それぞれの導水箇所から水抜き孔を削孔して導水するトンネル補修工法。
導水工内部に菌・黴^かび発生等の抑止剤の併用及び導水管内を撥水又は親水処理したり、電解効果や界面効果によって導水部の目詰まりを抑制することを特徴とする請求項１・請求項２・請求項３・請求項４記載のトンネル補修工法。
導水工に無機系・有機系の接合材を単独あるいは複合したもの、又はこれらに補強材等を混合あるいは組み合わせたものを、塗布・吹付け又は打設等によって、施工中の覆工面の安定あるいは施工後の覆工面の強度の向上をはかることを特徴とする請求項１・請求項２・請求項３・請求項４記載のトンネル補修方法。
導水工に金属系・有機系・無機系の板状のものを併用することによって、施工中の覆工面の安定あるいは施工後の覆工面の剥離防止及び強度の向上をはかることを特徴とする請求項１・請求項２・請求項３・請求項４記載のトンネル補修方法。
導水工に金属系・有機系・無機系のメッシュ状又は布状のものを併用することによって、施工中の覆工面の安定あるいは施工後の覆工面の剥離防止及び強度の向上をはかることを特徴とする請求項１・請求項２・請求項３・請求項４記載のトンネル補修方法。