JP2011184929A - 補強基板モジュールおよびトンネルの補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】補強基板モジュールをより軽薄短小にすることにより、現場への搬入、組み立てが容易な補強基板モジュールの提供を目的とする。
【解決手段】剛性を有する合成樹脂からなる２つの剛性板状体の間に伸縮性を有する合成樹脂からなる伸縮性板状体が固着されたトンネルの内壁に設けられる補強基板モジュールであって、前記２つの剛性板状体の側縁に鍔が設けられ、前記２つの剛性板状体の前記トンネルの内壁に取り付けられる面と対向する面に、前記鍔に沿って金属製の枠体が設けられてなることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は補強基板モジュールおよびトンネルの補強構造に関する。

従来、老朽化したトンネルを補修する場合、（１）トンネル周辺地盤を薬液注入により地盤改良したのち、トンネル内の劣化部コンクリートを全面的にはつり取り、次にはつり取った部分および既設トンネル内周壁に沿ってコンクリートを巻立てる方法、（２）馬蹄形の既設トンネル内に既設の円筒状管体を搬入して順次接合しながら配管を行ない、次に既設トンネルのコンクリートと新設配管との間にモルタルやコンクリート等をグラウトする方法、（３）鋼製底部内張補修材およびこれと別体に作られたアーチ状の鋼製上部内張補修材を馬蹄形の既設トンネル内に搬入した後、組立て溶接接合して鋼製内張補修材を構成し、次いで既設トンネルのコンクリートと鋼製内張補修材との間にモルタルやコンクリート等の硬化性材料からなるグラウト材をグラウトする方法等が実施されている。

前記（１）の方法の場合は、通常、トンネル底部のコンクリートをはつり取るため、トンネル下部の周辺地盤を薬液注入により強化したうえで、トンネル劣化部のコンクリートをはつり取り、次に補修用のコンクリートを打設して養生する必要があるため、施工が煩雑で工事期間が長くかかり、またコンクリートをはつり取る際に落盤の危険もあり、さらにトンネル内の全面補修でないので、再び漏水を起こす恐れがある。

前記（２）の方法の場合は、老朽化した馬蹄形の既設トンネル内に新しい円筒状管体を搬入する際に、その管体を既設トンネル内の所定位置までスムーズに搬入するためには、新しい管体の外径寸法を既設トンネルの内周寸法に帯してかなり小さくする必要があるので、補修後のトンネル内部の断面減少率が大きくなり、そのため送水量の余裕のない送水用トンネルの場合は、新たにトンネルを設置する必要があった。

前記（３）の方法の場合は、前記（１）（２）の方法の欠点を解消することができる。しかし、（３）の方法の場合は、内張補修材設置後に老朽化したコンクリート壁から漏水した地下水の被圧水圧を受ける条件で設計されるが、被圧水圧による等分布荷重を受けると、鋼製底部内張補修材に大きな曲げモーメントが作用し、かつ底部内張補修材は、アーチ状の内部内張補修材に比較して曲率半径が著しく大きいか、またはほぼ平板状であるので、外圧に対する曲げ剛性が小さく、そのため鋼製底部内張補修材の板厚を厚くする必要があるので、既設トンネル内への鋼製底部内張補修材の搬入を行ないにくく、かつ搬入作業時間が長くかかり、さらに鋼製底部内張補修材の溶接作業時間が長くかかると共に溶接量が多くなり、したがって工事費が割高になるという問題がある。

叙上の問題を解決するものとして、特許文献１には、トンネル内部断面の減少を最小限にすることができ、かつ漏水を防止できる既設トンネルの内張補修工法において、底部内張補修材に作用する被圧水圧による曲げモーメントを小さくして底部内張補修材の板厚を薄くすることができる馬蹄形既設トンネル内張補修方法を提供することを目的とするものであって、馬蹄形の既設トンネルの内周壁に沿って設置される薄肉の鋼製内張補修材の底部に、底部コーナー間において下方に突出するスペーサを兼用したアンカー部材を固着し、次に前記アンカー部材を介して既設トンネルと前記内張補修材との間に形成された間隙にグラウト材を充填することを特徴とする馬蹄形既設トンネル内張補修方法が開示されている。

特許第２５７９４９９号公報

しかしながら、特許文献１のトンネルの補修方法には、鋼製の内張部材が用いられていて、それぞれの部材が鋼材であるため、重厚長大になり、現場への搬入や現場での組み立てが困難であるという問題がある。

そこで、本発明はかかる事情に鑑みて、補強基板モジュールをより軽薄短小にすることにより、現場への搬入、組み立てが容易な補強基板モジュールの提供を目的とする。

本発明の補強基板モジュールは、剛性を有する合成樹脂からなる２つの剛性板状体の間に伸縮性を有する合成樹脂からなる伸縮性板状体が固着されたトンネルの内壁に設けられる補強基板モジュールであって、前記２つの剛性板状体の側縁に鍔が設けられ、前記２つの剛性板状体の前記トンネルの内壁に取り付けられる面と対向する面に、前記鍔に沿って金属製の枠体が設けられてなることを特徴とする。

また、前記剛性板状体が矩形状を呈し、前記矩形状の剛性板状体の、伸縮性板状体が固着された辺以外の３辺に鍔が設けられ、該鍔が実質的に前記剛性板状体に垂直に配設され、隣り合う鍔が互いに垂直かつ一体的に形成されてなることが好ましい。

また、前記前記剛性板状体が矩形状を呈し、前記矩形状の剛性板状体の、伸縮性板状体が固着された辺以外の３辺に鍔が設けられ、前記剛性板状体の伸縮性板状体が固着された辺に対向する鍔が、実質的に前記剛性板状体に垂直に配設され、残り２つの互いに対向する鍔が、前記剛性板状体に対して鈍角をなすように配設されてなることが好ましい。

また、剛性板状体の、伸縮性板状体が固着された辺以外の３辺に鍔が設けられ、該鍔が実質的に前記剛性板状体に垂直に配設され、前記剛性板状体および伸縮性板状体が、前記補強基板モジュールの長手方向の軸回りに略Ｌ字状に屈曲して形成されてなることが好ましい。

また、本発明の補強構造は、補強基板モジュールを複数備え、当該複数の補強基板モジュールが、前記鍔を介して互いに固着手段により固着されてなり、前記複数の補強基板モジュールが、グラウト材を介して前記トンネルの内壁面に取り付けられてなることを特徴とする。

本発明によれば、補強基板モジュールを小型かつ軽量化することにより、現場への搬入、組み立てを容易にすることができる。

本発明の補強基板モジュールを説明するための説明図である。 本発明の補強基板モジュールを説明するための説明図である。 本発明の補強基板モジュールの他の形態を説明するための説明図である。 本発明の補強基板モジュールの他の形態を説明するための説明図である。 本発明の補強基板モジュールのさらに他の形態を説明するための説明図である。 本発明の補強基板モジュールのさらに他の形態を説明するための説明図である。 本発明の補強構造を説明するための説明図である。 本発明の補強構造がトンネル内に配設された状態を説明するための説明図である。 本発明の補強基板モジュールの連結状態を説明するための説明図である。 本発明の補強基板モジュールの伸縮性板状体を説明するための説明図である。 本発明の補強構造の工法を説明するための説明図である。

以下、添付図面を参照し、本発明の補強基板モジュールおよびトンネルの補強構造を詳細に説明する。

図１および図２に示されるように、本発明の補強基板モジュール１はトンネルの内壁を補強するために用いられ、板状体２ａ、２ｂと、当該板状体２ａ、２ｂとの間に介装されて固定された伸縮性のある伸縮性板状体３とから構成される。

板状体２ａ、２ｂは、剛性を有する平板状の合成樹脂からなり、板状体２ａ、２ｂの材料としては、たとえば硬質のポリ塩化ビニル、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリプロピレンを採用することができる。

伸縮性板状体３は、伸縮性を有する合成樹脂からなり、当該伸縮性板状体３の材料としては、たとえば軟質のポリ塩化ビニル、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、エラストマーを採用することができる。

板状体２ａ、２ｂには、図１に示されるように、矩形状の板状体２ａ、２ｂの、伸縮性板状体３が固着された辺以外の３辺に、参照符号Ｌで示す補強基板モジュール１の長手方向に沿って設けられた鍔２１、２３と、参照符号Ｓで示す補強基板モジュール１の短手方向に沿って設けられた鍔２２とが互いに連続して形成されている。鍔２１、２２、２３は板状体２ａ、２ｂに対して実質的に垂直に配設され、かつ鍔２１と２２、鍔２２と２３が互いに垂直に配設されている。

板状体２ａ、２ｂには、円弧状に立設された突起２４が設けられている。補強基板モジュール１の組立後に当該円弧状の突起２４に沿ってグラウトを注入するための注入孔が穿設される。注入孔は全ての補強基板モジュール１に開けられることはなく、円弧状の突起２４には、注入されたグラウトが流れやすくするために、複数の切り欠き２４ａが形成されている。

鍔２１および鍔２３には、それぞれボルトなどを挿通する孔Ｈおよび補強基板モジュール１同士が連結された後、グラウトが１つの補強基板モジュールから隣接する補強基板モジュール１に通るための孔ＧＨが設けられている。当該孔Ｈにボルトを挿通し、一の補強基板モジュールと他の補強基板モジュールとをトンネルの周方向に連結し、ボルトとナットにより２つの補強基板モジュールを固着することができる。

また、図１に示すように、鍔２２には、角形の孔Ｈ２が設けられている。角形の孔Ｈ２を介してボルトナット等の固着手段により一の補強基板モジュールと他の補強基板モジュールとを補強されるべきトンネルの長さ方向に連結する。

伸縮性板状体３と板状体２ａ、２ｂとは、図１に示されるように、蟻溝と蟻ほぞの関係で固着することができ、伸縮性板状体３から延びる突起部３１を、板状体２ａ、２ｂに形成された凹嵌部２６に嵌合させることにより固着することができる。なお、突起部を板状体２ａ、２ｂ側に設け、凹嵌部を伸縮性板状体３側に設けることにより固着してもよい。

伸縮性板状体３は、板状体２ａ、２ｂを射出成形金型内にインサートした後、樹脂を充填する、いわゆるインサート成形によって一体成形することができる。

伸縮性板状体３および伸縮性板状体３から垂直方向に延びる鍔３２には、図１に示すようにベローズが形成されている。

鍔３２は、トンネルの周方向に補強基板モジュール１が連結されたときに、一方の補強基板モジュール１の鍔３２の凸部３２ａが、他方の補強基板モジュール１の鍔３２の凹部３２ｂに嵌まり込み、補強基板モジュール１を連結したときに、鍔３２の凸部３２ａと凹部３２ｂとが水密に連結され、防水効果を高めることができる。

また、補強基板モジュール１の一方の鍔３２の自由端縁には、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、鍔３２から補強基板モジュール１の外周側に張り出したフランジ部３３が設けられ、２つの補強基板モジュール１を連結したときに、位置決めができるとともに、さらに水密に連結することができる。図８（ｂ）および（ｃ）に示すように、一方の鍔３２と他方の鍔３２とが接合され、グラウトが充填されると、一方の鍔に設けられたフランジ部３３と他方の鍔３２の上端縁との間の隙間（図８（ｂ）参照）がグラウトの圧力により無くなり、フランジ部３３と鍔３２の上端縁とが密着する（図８（ｃ）参照）ことにより、グラウトが漏れることを防ぐことができる。

また、図８（ａ）に示すように、フランジ部３３には、フランジ部３３の湾曲部にスリットＳＬが形成されている。当該スリットＳＬにより、トンネルのカーブに沿って変形する伸縮性板状体３を伸縮しやすくしている。

また、図２に示すように、参照符号Ａで示す、板状体２ａ、２ｂのトンネルの内壁に取り付けられる側の面（以下、面Ａという）には、鍔２１、２２、２３に沿って矩形状の金属製の枠体４が設けられている。枠体４には、鍔２１、２２、２３に設けられた孔Ｈ、Ｈ２、ＧＨに対応する位置に、孔Ｈ３が設けられ、注入されるグラウトが通過するための孔ＧＨが設けられている。また、金属製の枠体４には、一対の枠体４が対向する参照符号４１で示す面Ｂに孔Ｈ４が設けられている。

当該孔Ｈ４には、図７に示すように、一対の金属製の枠体４は、長ボルト５および当該長ボルト５に螺合するナット６により連結されている。当該長ボルト５およびナット６により、補強基板モジュール１の長手方向への過度な延びを制限することができる。

図３（ａ）および（ｂ）は、本発明の補強基板モジュールの他の形態を示す図である。図３（ａ）および（ｂ）に示す補強基板モジュール１０は、図１に示す補強基板モジュール１と同様に、板状体２ａ、２ｂと、当該板状体２ａ、２ｂとの間に介装されて固定された伸縮性のある伸縮性板状体３とから構成される。板状体２ａ、２ｂには、矩形状の板状体２ａ、２ｂの３つの側縁に鍔２１、２２、２３が設けられ、鍔２１、２２、２３は互いに連続して形成されている。

図１の形態の補強基板モジュール１は、鍔２１、２２、２３が板状体からほぼ垂直に延びているが、図３（ａ）および（ｂ）に示す補強基板モジュール１０の互いに対向する鍔２１、２３は、板状体２ａ、２ｂに対して鈍角をなし、外側に傾斜して延びている。板状体２ａ、２ｂの伸縮性板状体３が固着された辺に対向する鍔２２は、板状体２ａ、２ｂに対して実質的に垂直に配設されている。図１に示す補強基板モジュールと同様に、鍔２１、２２、２３は連続して一体に形成されている。図３ｂに示すように、補強基板モジュール１０の鍔２２の自由端縁２２ａと鍔２１とがなす角θ２と、補強基板モジュール１の鍔２２の自由端縁２２ａと鍔２１とがなす角θ３とを合計した角度と、トンネルＴの内壁面Ｔ１とＴ２とのなす角θ１が等しくなるように構成されている（θ２＋θ３＝θ１）。したがって、補強基板モジュール１と補強基板モジュール１０とを連結することにより、トンネルＴの内壁面に沿ったトンネルの補強構造を組み立てることができる。

また、図３ｂに示すように、垂直方向または水平方向に組み立てられた補強基板モジュール１の鍔２１、２３と補強基板モジュール１０の鍔２１、２３とが面接触し、隙間無く接合されるので、トンネル内壁の傾斜部分にも対応することができる。

図４は、本発明の補強基板モジュールのさらに他の形態を示す図である。図４に示す補強基板モジュール１１は、剛性板状体２ａ、２ｂおよび伸縮性板状体３とが、参照符号Ｘで示す補強基板モジュールの長手方向Ｌの軸Ｘ回りに略Ｌ字状に屈曲している。鍔２１、２２、２３は、剛性板状体２ａ、２ｂの３辺から略垂直に配設され、互いに連続して一体に設けられている。

補強基板モジュール１１は、略Ｌ字状に折れ曲がった鍔２２の自由端縁２２ａのなす角θ５と、トンネルＴの内壁面Ｔ３とＴ４のなす角θ４とがほぼ等しくなるように構成されている（θ５＝θ４）。したがって、補強基板モジュール１と補強基板モジュール１１とを連結することにより、トンネルＴの内壁の底面と側面に沿って、トンネルの補強構造を組み立てることができる。

つぎに、本発明の補強構造を図５および６を用いて説明する。

図５に示すように、補強構造１００は、複数の補強基板モジュール１、１０、１１が、参照符号Ｐで示すトンネルの周方向Ｐおよび参照符号Ｌ２で示すトンネルの長手方向Ｌ２に沿って固着されている。

図５に示すように、補強基板モジュール１、１０、１１の長手方向Ｌに沿った端面同士が、トンネルの周方向Ｐに複数接合され、環状の補強基板ブロックＢＬを形成している。複数の環状の補強基板ブロックＢＬがトンネルの長手方向Ｌ２に連結されることにより、補強構造１００を形成している。

図６および図７に示すように、トンネルＴの底面側内壁面Ｔ３の周方向Ｐに沿って、補強基板モジュール１の鍔２１と鍔２３とが、ボルトナットＢ、Ｎ等の固着手段により固着され、補強基板ブロックＢＬの底面を構成する。また、トンネルＴの側面側内壁面Ｔ１、Ｔ４の周方向Ｐに沿って、補強基板モジュール１の鍔２１と鍔２３とが、ボルトナットＢ、Ｎ等の固着手段により固着され、補強基板ブロックＢＬの側面を構成する。トンネルＴの上面側内壁面Ｔ６の周方向Ｐに沿って、補強基板モジュール１の鍔２１と鍔２３とが、ボルトナットＢ、Ｎ等の固着手段により固着され、補強基板ブロックＢＬの上面を構成する。

トンネルＴの底面側内壁面Ｔ３と側面側内壁面Ｔ１、Ｔ４との境界部には、補強基板モジュール１１が設けられ、底面側の補強基板モジュール１と側面側の補強基板モジュール１のそれぞれに固着され、補強基板ブロックＢＬの底面と側面とが連続して構成される。

トンネルＴの上面側内壁面Ｔ６と側面側内壁面Ｔ１、Ｔ４との境界部には、補強基板モジュール１０が設けられ、上面側の補強基板モジュール１と側面側の補強基板モジュール１のそれぞれに固着され、補強基板ブロックＢＬの上面と側面とが連続して構成される。

複数の補強基板モジュール１、１０、１１が周方向Ｐに沿って環状に連結され、当該環状に連結された複数の補強基板モジュール１、１０、１１が、トンネルＴの長手方向Ｌ２に沿って互いにボルトナット等の固着手段により固着され、トンネルの内壁面Ｔ１〜Ｔ６と補強基板モジュール１、１０、１１との間にグラウト材が充填され、トンネルＴの補強構造１００となる。グラウト材としては、モルタルまたはコンクリート等の硬化性材料が採用される。

つぎに本発明の補強構造１００の工法を、図９を参照しながら説明する。

（１）図９に示すように、既設の下水トンネルＴが走る地下に向けて補強基板モジュール１の搬入穴Ｈ５および牽引機８が設置され、牽引するためのワイヤーＷを通すための穴Ｈ６を掘削し、トンネルＴを分断する。

（２）掘削された穴の内部から、既設トンネルＴ内に、組み立てられた補強基板モジュール１を牽引するための先導管９が配置される。先導管９には、ワイヤーＷが掛止され、牽引機８により穴Ｈ６側に牽引される。

（３）つぎに、補強基板モジュール１が搬入穴Ｈ５内部に搬入され、穴Ｈ５の内部で補強基板モジュール１をトンネルＴの周方向に沿ってボルトナット等の固着手段により接合する。

補強基板モジュール１の搬入前、たとえば工場の出荷時に、予め補強基板モジュール１を穴Ｈ５に入る最大の大きさまで接合しておくことにより、下水が流れている穴の内部での作業量を減らすことができる。

（４）トンネルＴの周方向に沿って接合された補強基板モジュール１と牽引機８により牽引される先導管９とをボルトナット等の固着手段により固定する。（５）トンネルＴの周方向に沿って組み立てた補強基板モジュール１をトンネルＴの長手方向に沿って連結した後、牽引機８により先導管９に連結された補強基板モジュール１を牽引する。この作業を繰り返すことにより、搬入穴Ｈ５における作業だけで既設のトンネルＴ内に補強基板モジュール１が組み立てられた補強構造１００を形成することができる。なお、補強基板モジュール１には、伸縮性板状体３が剛性板状体２ａ、２ｂの間に介装され、伸縮性板状体３がトンネルＴの周方向に沿って環状に形成され、トンネルＴの長手方向に沿って環状の伸縮部分が複数設けられるので、トンネルＴが曲がっている場合でも、当該環状の伸縮部分により、補強基板モジュール１がトンネルＴのカーブに沿って変形し、牽引がスムーズになるとともに、補強基板モジュール１が破壊されることがない。

なお、一対の金属製の枠体４内に、板状体の鍔の高さよりも長い径のローラを設置することにより、トンネルＴの内壁にローラの表面が接触し、補強基板モジュール１の牽引による移動をスムーズにすることができる。

（６）既設トンネルＴの入口側Ｔ７から出口側Ｔ８までの内面が、連結された補強基板モジュール１に覆われると、補強基板モジュール１の一部に設けられたグラウト注入孔２５からグラウトＧが注入され、注入されたグラウトＧは、一の補強基板モジュール１から隣接する補強基板モジュール１に鍔２１、２２、２３に設けられた孔ＧＨを介して流入し（図７参照）、トンネルＴの内壁部と補強基板モジュール１の間の空間に充填される（図６参照）。上記工程により、補強構造１００が完成する。

本発明の補強基板モジュール１は、２つの剛性板状体２ａ、２ｂの間に、伸縮性板状体３が介装されていることにより、それぞれの補強基板モジュールが、圧縮、引張、曲げに対して強く、トンネルＴ内のカーブ部分にも対応が可能であり、直線部分とカーブ部分で別の部材を用意する必要がない。また、トンネルＴ内に設置する際、補強基板モジュール１を組み立てて牽引する場合に、牽引されたそれぞれの補強基板モジュール１がカーブに応じて変形が可能であるので、牽引時に曲げ応力に耐えきれずに破壊される虞がない。

１、１０、１１ 補強基板モジュール
２ａ、２ｂ 板状体
２１、２２、２３ 鍔
２５グラウト注入孔
３ 伸縮性板状体
３２ 鍔
３３ フランジ部
４ 金属製枠体
８ 牽引機
９ 先導管
１００ 補強構造
Ｔ トンネル
Ｈ５、Ｈ６ 穴
Ｗ ワイヤー

Claims (5)

1. 剛性を有する合成樹脂からなる２つの剛性板状体の間に伸縮性を有する合成樹脂からなる伸縮性板状体が固着されたトンネルの内壁に設けられる補強基板モジュールであって、
   前記２つの剛性板状体の側縁に鍔が設けられ、
   前記２つの剛性板状体の前記トンネルの内壁に取り付けられる面と対向する面に、前記鍔に沿って金属製の枠体が設けられてなる
   補強基板モジュール。
2. 前記剛性板状体が矩形状を呈し、
   前記矩形状の剛性板状体の、伸縮性板状体が固着された辺以外の３辺に鍔が設けられ、該鍔が実質的に前記剛性板状体に垂直に配設され、
   隣り合う鍔が互いに垂直かつ一体的に形成されてなることを特徴とする請求項１記載の補強基板モジュール。
3. 前記前記剛性板状体が矩形状を呈し、
   前記矩形状の剛性板状体の、伸縮性板状体が固着された辺以外の３辺に鍔が設けられ、
   前記剛性板状体の伸縮性板状体が固着された辺に対向する鍔が、実質的に前記剛性板状体に垂直に配設され、
   残り２つの互いに対向する鍔が、前記剛性板状体に対して鈍角をなすように配設されてなることを特徴とする請求項１記載の補強基板モジュール。
4. 剛性板状体の、伸縮性板状体が固着された辺以外の３辺に鍔が設けられ、該鍔が実質的に前記剛性板状体に垂直に配設され、
   前記剛性板状体および伸縮性板状体が、前記補強基板モジュールの長手方向の軸回りに略Ｌ字状に屈曲して形成されてなることを特徴とする請求項１記載の補強基板モジュール。
5. 請求項１〜４記載の補強基板モジュールを複数備え、
   当該複数の補強基板モジュールが、前記鍔を介して互いに固着手段により固着されてなり、
   前記複数の補強基板モジュールが、グラウト材を介して前記トンネルの内壁面に取り付けられてなるトンネルの補強構造。

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