JP2013129985A - Seismic strengthening method with reinforced inner lining of tunnel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トンネル覆工コンクリートの補強や補修による覆工内巻補強工に関し、特に耐震補強を目的としたトンネル内巻補強覆工に関する。 The present invention relates to a lining inner winding reinforcement by reinforcement or repair of tunnel lining concrete, and more particularly, to a tunnel inner winding reinforcement lining for the purpose of seismic reinforcement.
トンネルの内巻補強覆工に際して、トンネル覆工コンクリート内面に沿ってH型鋼製支保工を設置し、この支保工に覆工用樹脂コンクリートパネルを固定する工法が採用されることが多くなっている。この工法は、トンネル内に設置された複数の支保工に樹脂コンクリートパネルを固定して、内巻補強用充填材の型枠を兼ねてトンネル内面を覆い、パネルと既設コンクリート面の間に補強材を充填し、樹脂コンクリートパネルと補強充填材とを一体化してトンネル内面を内巻覆工することで行われる。そして、支保工とパネルとの固定方法もコストの低減や作業の効率化を目的とした資材や工法も提案されている。そのため、トンネルの補修や補強だけでなく、トンネルの新設に際しても、この工法の採用検討が増加している。 In tunnel inner lining reinforcement lining, an H-shaped steel support is installed along the inner surface of the tunnel lining concrete, and a method of fixing a resin concrete panel for lining to this support is often adopted. Yes. In this method, resin concrete panels are fixed to a plurality of supporters installed in the tunnel, and the tunnel inner surface is covered with the inner volume reinforcing filler, and the reinforcing material is provided between the panels and the existing concrete surface. Is carried out by integrating the resin concrete panel and the reinforcing filler and lining the inner surface of the tunnel. Also, materials and methods for fixing the support work and the panel have been proposed for the purpose of reducing costs and improving work efficiency. For this reason, not only the repair and reinforcement of tunnels but also the establishment of new tunnels, the adoption of this method is increasing.
特許文献1には、トンネル補修板をH型鋼製支保工に支持するための支持部材が示されており、補修板を隣接する支保工のフランジ部に簡単な作業で取り付けることのできる支持部材が示されている。そして特許文献2にも、内面覆工用樹脂コンクリートパネルを効率よく支保工に固定することのできる固定材が示されている。
一方、大震災もあり、トンネルに対しても耐震補強の要求は大きく、樹脂コンクリートパネルを用いた内面覆工においても耐震構造とすることが必要であり、耐震補強に向けた強度の向上が望まれている。しかし、特許文献1や2に示されている資材や工法は内面覆工を効率よく、低コストで行うことができ一定の補強効果を有するものではあるが、レベル2基準までの耐震補強構造は示されていない。
On the other hand, due to the great earthquake, there is a great demand for earthquake-resistant reinforcement for tunnels, and it is necessary to provide an earthquake-resistant structure for inner surface lining using resin concrete panels, and it is desirable to improve the strength for earthquake-resistant reinforcement. ing. However, although the materials and methods shown in
本発明の課題は、樹脂コンクリートパネルを使用して補強材としてH型鋼製支保工と組合せ鉄筋を用いた構造に、補強鋼板を加えたトンネルの耐震内巻補強覆工であって、かつ内巻補強工によりトンネル内空断面の欠損部分を極力少ない方法にてトンネルの耐震強度をレベル2基準までに向上させた耐震構造とする工法を提供することである。
An object of the present invention is an earthquake resistant inner winding reinforcement lining for a tunnel in which a reinforcing steel plate is added to a structure using a resin concrete panel and a reinforcing steel bar combined with an H-shaped steel support as a reinforcing material. The purpose is to provide a method of constructing a seismic structure in which the seismic strength of the tunnel is improved to the
本発明の工法は、トンネルコンクリート覆工内面にH型鋼製支保工を設置し、トンネル内空断面の欠損量を少なくするため、所要強度を満たすには鉄筋の配筋が地山側とトンネル内側のダブル配筋となるケースを、せん断補強鋼板の構造強度にてシングル配筋にて可能としたことや、該支保工の平行方向に沿って周方向補強鉄筋を機械式継手組合せにて配筋することと、フック式組合せ鉄筋の両端部を対面するウェブに取り付けたスリーブに挿入固定して配筋することで、鋼製支保工のウェブ部分に、軸方向鉄筋を連結するために通す切穴が不要となり、支保工強度の低下を防ぐことができるため小断面の支保工サイズが可能になると共に、該軸方向鉄筋および周方向主鉄筋とを交差部にて相互に結束し、さらにトンネルの軸方向に沿って鋼製支保工の断面内にせん断補強鋼板を支保工間に設置することができ、次いで前記支保工の表面全体に、背面にパネル固定用インサート金具を装着した樹脂コンクリートパネルを仮固定し、該パネル背面と既設覆工コンクリートとの間隙に高強度微粒子グラウトモルタルを充填固結することで、前記支保工、周方向および軸方向の補強鉄筋、補強鋼板ならびに前記パネルが一体化されていることを特徴とするトンネルの耐震補強工法である。 In the construction method of the present invention, an H-shaped steel support is installed on the inner surface of the tunnel concrete lining to reduce the amount of voids in the tunnel's internal cross section. The case where the double reinforcement is made possible by the single reinforcement with the structural strength of the shear reinforced steel sheet, and the circumferential reinforcement reinforcement along the parallel direction of the support work And through holes to connect the axial rebar to the web part of the steel support by inserting and fixing to the sleeve attached to the web facing both ends of the hook type combined rebar Since the support strength of the small cross section is possible, the axial rebar and the circumferential main rebar are bound to each other at the intersection, further reducing the tunnel strength. Steel along the axial direction A shear-reinforced steel plate can be installed between the supports in the cross section of the support work, and then a resin concrete panel with a panel fixing insert metal fitting is temporarily fixed to the entire surface of the support work. The support structure, the reinforcing bars in the circumferential direction and the axial direction, the reinforcing steel plate, and the panel are integrated by filling and consolidating high-strength fine particle grout mortar in the gap between the lining concrete and the existing lining concrete. It is a seismic reinforcement method for tunnels.
また上記工法において、トンネルの軸方向に沿って配筋される補強鉄筋を、フック式組合せ鉄筋継手方式とすることで、隣接する前記支保工の対面するウェブに設けたスリーブに両端部のフックを挿入する方法で配筋されることになり作業空間が発生し、トンネルの軸方向に設置される補強鋼板は、前記支保工の対面するフランジに設けた端部受金具への両端部の挿入固定が容易となり小断面鋼製支保工の断面内において設置することが可能となることも特徴とする。 In the above method, the reinforcing reinforcing bars arranged along the axial direction of the tunnel are hook-type combined reinforcing bar joints, so that hooks at both ends are attached to the sleeve provided on the web facing the adjacent support work. Reinforcing steel plates installed in the axial direction of the tunnel will be arranged by the insertion method and the work space will be generated, and both ends will be inserted and fixed to the end fittings provided on the flange facing the support It becomes easy, and it can also be installed in the cross section of a small cross section steel support.
これらの工法では、支保工と平行方向であるトンネルの周方向に沿って配筋される補強鉄筋が主筋となり、トンネルの軸方向に沿って配筋される補強鉄筋が配力筋となり、これらの補強鉄筋は、交差する箇所で相互に結束され、鋼製支保工と共に内巻補強構造となっている。同じくトンネルの軸方向で支保工間に設置される補強鋼板は、せん断補強用として設置されている。支保工に仮固定される樹脂コンクリートパネルは、装着したパネル固定用インサート金具が高強度微粒子グラウトモルタルに埋設固定され、パネル背面の砂付加工による付着力と組み合されることでより強固に固定される。 In these methods, the reinforcing bars that are arranged along the circumferential direction of the tunnel, which is parallel to the support work, are the main reinforcing bars, and the reinforcing bars that are arranged along the axial direction of the tunnel are the reinforcing bars. Reinforcing bars are bound to each other at crossing points, and have an internal winding reinforcement structure together with a steel support. Similarly, the reinforcing steel plate installed between the support works in the axial direction of the tunnel is installed for shear reinforcement. Resin concrete panels that are temporarily fixed to the support are fixed more firmly by attaching the mounting brackets for panel mounting embedded in high-strength fine grain grout mortar and combining with the adhesive force by sanding on the back of the panel .
また、主補強鉄筋の継手としては、簡易な作業で取り付けられ接続強度も大きい機械式継手を用い、補強充填モルタルとしては流動性に優れ、狭い断面内に配置された鋼板や鉄筋に阻害されることなく細部にわたり完全に充填され、さらに長距離圧送打設においても沈降分離現象が発生しない安定した懸濁性を有する高強度微粒子グラウトモルタルを用いることが好ましい。 In addition, as a joint of the main reinforcing bar, a mechanical joint that is attached by simple work and has high connection strength is used. As a reinforcing filling mortar, it has excellent fluidity and is obstructed by steel plates and reinforcing bars arranged in a narrow cross section. It is preferable to use a high-strength fine-grain grout mortar that is completely filled without any details and that has a stable suspending property that does not cause sedimentation separation even in long-distance pumping.
本発明の工法にて補強されたトンネルは、主筋である周方向補強鉄筋と配力筋である軸方向補強鉄筋による補強だけでなく、設置された補強鋼板が地震の振動により発生するせん断力に対して補強効果を発揮し、優れた耐震補強構造となる。さらに、樹脂コンクリートパネルは固定用インサート金具を装着しており、充填された高強度微粒子グラウトモルタルにより、支保工、鉄筋や鋼板などの補強用鋼材ともに埋設され緊密に一体化する。そのため、地震に際しても、分離したり、脱落したりすることなく優れた耐震補強効果を発揮し、レベル2基準までの耐震構造となる。
The tunnel reinforced by the construction method of the present invention is not only reinforced by the circumferential reinforcing bar which is the main reinforcing bar and the axial reinforcing bar which is the distribution bar, but also by the shearing force generated by the installed reinforcing steel plate due to the vibration of the earthquake. In contrast, it exerts a reinforcing effect and has an excellent seismic reinforcement structure. Furthermore, the resin concrete panel is fitted with a fixing insert metal fitting, and is embedded with a reinforcing steel material such as a support, a reinforcing bar and a steel plate by a high-strength fine particle grout mortar filled and closely integrated. Therefore, even in the event of an earthquake, it exhibits an excellent seismic strengthening effect without being separated or dropped off, resulting in an earthquake resistant structure up to
また本工法では、鉄筋や鋼板などの補強用鋼材の設置を、支保工に設置したスリーブや端部受金具に各補強鋼材の端部を挿入し支保工に組み合わせる構造とすることで補強用鋼材を効率よく定着固定することができ、その後流動性に優れた高強度微粒子グラウトモルタルを充填固結して一体化させる構造とすることで、小断面の内巻方法にて強度が高い補強効果が得られ効率よく鋼材を組立できる工法となる。 In addition, in this construction method, reinforcing steel materials such as reinforcing bars and steel plates are combined with the supporting steel by inserting the ends of each reinforcing steel material into sleeves and end fittings installed in the supporting steel. Can be fixed and fixed efficiently, and then a high-strength fine grain grout mortar with excellent fluidity is packed and consolidated to form an integrated structure. The resulting method is a steel material that can be assembled efficiently.
以下本発明の詳細を実施例図に基づき説明する。 The details of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の工法にて内面覆工を耐震補強構造としたトンネルの断面説明図であり、トンネルの既設覆工コンクリート7を削ったトンネル内面に、トンネルの周方向に沿って複数のH型鋼製支保工2を設置し、この支保工2の平行方向に沿って主筋である周方向補強鉄筋3が配筋され、トンネルの軸方向(図1においては図の垂直方向)に沿って配力筋である軸方向補強鉄筋4が配筋されている。この周方向補強鉄筋3と軸方向補強鉄筋4とは相互に結束され、トンネル内面に沿って格子状に配筋されている。さらにトンネルの軸方向に沿って複数の補強鋼板5がせん断補強用に設置されている。そして、前記支保工2の表面全体には、背面が砂付加工されたパネルの背面にパネル固定用インサート金具10を装着した樹脂コンクリートパネル1が仮固定され、この樹脂コンクリートパネル1の背面と既設覆工コンクリート7との間隙に高強度微粒子グラウトモルタル6が充填され、前記支保工2、周方向補強鉄筋3および軸方向補強鉄筋4、補強鋼板5ならびに前記パネル1とが一体化して埋設固定されている。
FIG. 1 is a cross-sectional explanatory view of a tunnel having an inner lining as a seismic reinforcement structure according to the method of the present invention. An H-
図1に示すトンネルの周方向に沿って設置されるH型鋼製支保工2は、トンネル天頂部にて継手板23により連結され、天井のアーチ部から側壁部にかけて設置され、底板24にてトンネル底部に固定されている一対の支保工と、トンネル底部にてこの一対の支保工に連結される支保工とにより構成されている。周方向補強鉄筋3は、主筋としてH型鋼製支保工2に沿った方向に配筋され、鉄筋の接続は機械式継手31により行われている。軸方向補強鉄筋4はH型鋼製支保工2に設けたスリーブ8に両端部のフックを挿入することにより、隣接する支保工間に配筋されている。また、補強鋼板5はH型鋼製支保工2に設けた端部受金具9に両端部を挿入することにより、隣接する支保工間に設置されている。そして、樹脂コンクリートパネル1は天井のアーチ部、側壁部、底部(インバート部)の表面全体に設置されている。
The H-
図2は図1におけるA部の詳細説明図であり、各鉄筋の配筋状態を示し、(A1)はトンネルの上方からみた平面図、(A2)は側面図である。トンネルの軸方向に沿って配筋される軸方向補強鉄筋4はフック式組合せ継手鉄筋であって、両端部が90度折り曲げたフック41となっている。隣接するH型鋼製支保工2の対面するウェブ21に設けたスリーブ8に両端部のフック41を挿入することで配筋される。そして、主筋である周方向補強鉄筋3と配力筋である軸方向補強鉄筋4とは、交差部42にて相互に結束されている。
FIG. 2 is a detailed explanatory view of a portion A in FIG. 1, showing a bar arrangement state of each reinforcing bar, (A1) is a plan view seen from above the tunnel, and (A2) is a side view. The axial reinforcing reinforcing
図3は図1におけるB部の詳細説明図であり、補強鋼板5の設置状態を示し、(B1)はトンネルの上方から見た平面図、(B2)はトンネルの軸方向の側面図、(B3)は壁側方向から見た側面図である。トンネルの軸方向に沿って設置される補強鋼板5は、隣接するH型鋼製支保工2の対面するフランジ22に設けたL字状の端部受金具9に両端部を挿入して、隣接する支保工間に設置される。
3 is a detailed explanatory view of a portion B in FIG. 1, showing an installation state of the reinforcing
図4は樹脂コンクリートパネル1の固定状態を示す上四半部の断面説明図であり、このパネル1は周方向補強鉄筋3や軸方向補強鉄筋4などが設置されたH型鋼製支保工2の表面に固定されている。樹脂コンクリートパネル1の背面は砂付加工され、その背面にはパネル固定用インサート金具10が装着されており、充填される高強度微粒子グラウトモルタルにより、周方向補強鉄筋3や軸方向補強鉄筋4などと共に埋設され一体化し、樹脂コンクリートパネル1はH型鋼製支保工2に対して仮固定され、高強度微粒子グラウトモルタルが固結後はインサート金具と共に強固に固定される。図5はパネル固定用インサート金具10を装着した樹脂コンクリートパネル1の平面説明図であり、背面にパネル固定用インサート金具10が4個装着されている。この樹脂コンクリートパネル1にはH型鋼製支保工2に仮固定を行うための取り付け部11が設けられており、この取り付け部11を利用してボルトなどによりH型鋼製支保工2に仮固定することができる。樹脂コンクリートパネル1は、トンネル内で固定される場所に応じた曲面と大きさを持つ複数の種類のパネルが用いられる。複数の種類のパネルを用いて、天井のアーチ部、側壁部、インバート部などトンネルの内面全体を覆工すべく、H型鋼製支保工2の表面全体に取り付け固定する。図1に示されるように、仮固定された樹脂コンクリートパネル1は、背面に装着したパネル固定用インサート金具10が高強度微粒子グラウトモルタル6に埋設され、補強用鋼材などと一体化されることで、H型鋼製支保工2と共に高強度微粒子グラウトモルタルに強固に固定することができ、耐震構造とすることができる。
FIG. 4 is a cross-sectional explanatory view of the upper quadrant showing the fixed state of the resin
図6は図4におけるC部の詳細説明図であり、樹脂コンクリートパネル1へのパネル固定用インサート金具10の装着説明図である。図7は装着に使用する部材の説明図である。図6と図7とに示されるように、パネル固定用インサート金具10はボルト13にねじ込まれて、樹脂コンクリートパネル1に固定装着される。先ずボルト穴12を貫通させたボルト13をワッシャー14とナット15により、樹脂コンクリートパネル1に固定し、次いで固定したボルト13の先端にインサート金具10をねじ込み取り付けることで、インサート金具をパネルに固定装着できる。
FIG. 6 is a detailed explanatory view of a portion C in FIG. 4, and is an explanatory view of mounting the panel fixing insert fitting 10 to the resin
図8は、図1に断面図が示されている耐震補強されたトンネルの上方から見た部分断面平面説明図であり、隣接するH型鋼製支保工の間(8−1)〜(8−5)が、トンネルの天井アーチ部分の各補強材やパネルなどの設置説明図となっている。 8 is a partial cross-sectional plan view seen from above the tunnel reinforced with earthquake resistance whose cross-sectional view is shown in FIG. 1, and between adjacent H-shaped steel support works (8-1) to (8 -5) is an explanatory diagram of the installation of the reinforcing members and panels at the ceiling arch of the tunnel.
(8−1)は、H型鋼製支保工2に設けたスリーブ8に端部のフックを挿入して配筋された軸方向補強鉄筋4を示している。(8−2)では周方向補強鉄筋3がH型鋼製支保工2と平行に配筋され、軸方向補強鉄筋4との交差部42にて結束され、両補強鉄筋が格子状に配筋されていることを示している。(8−3)にはパネル固定用インサート金具10を装着した樹脂コンクリートパネル1が示され、(8−4)には配置された樹脂コンクリートパネル1の天頂部および支保工部でのつなぎ目に目地工16が施されていることを示している。(8−5)には樹脂コンクリートパネル1と既設覆工コンクリート7との間隙に高強度微粒子グラウトモルタル6が充填されている状態であって、本発明の工法により耐震補強されたトンネルの内面覆工構造を示している。
(8-1) shows an axial reinforcing
本発明に用いられる樹脂コンクリートパネルは、不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に珪砂、炭酸カルシウムなどの細骨材やガラス繊維などを混合し、加熱しながら高圧力にてプレス成形したパネルが最適であり、非常に緊密で硬く、安定した化学的性質を持ったものである。そのため、強度的にも優れ、厚さ10mm程度でも十分に覆工用プレキャストパネルとして使用されているものであり、耐震補強用材料として好ましいものである。 The resin concrete panel used in the present invention is mixed with thermosetting resin such as unsaturated polyester resin or epoxy resin with fine aggregate such as silica sand and calcium carbonate, glass fiber, etc., and press-molded at high pressure while heating. Panel is optimal, very tight, hard and has stable chemistry. Therefore, it is excellent in strength, and is sufficiently used as a precast panel for lining even with a thickness of about 10 mm, and is preferable as a material for seismic reinforcement.
裏込モルタルとしては、セメントに微粒子混和材を加えた高強度微粒子グラウトモルタルが好ましく用いられる。微粒子グラウトモルタルは長距離圧送性に優れ、特殊添加剤によりブリーディングが少なく、長期耐久性にも優れており、好ましく用いられる。 As the back-filling mortar, a high-strength fine particle grout mortar obtained by adding a fine particle admixture to cement is preferably used. Fine grain grout mortar is preferably used because it has excellent long-distance pumpability, little bleeding due to special additives, and excellent long-term durability.
また、パネル固定用インサート金具として、面積に対して外周が短く角部がないため装着に際して、補強鉄筋と交錯することが少なく作業性のよい円板状のインサートを示したが、この形状は特に限定されることなく、ほかの形状のものでも使用できる。 In addition, as a panel fixing insert metal fitting, the outer periphery is short with respect to the area and there are no corners. Without limitation, other shapes can also be used.
本発明の工法は、既設トンネルを補強して、耐震補強構造とする方法に適しているが、トンネルの新設に際して、耐震構造の内面覆工としても応用できる。 The construction method of the present invention is suitable for a method of reinforcing an existing tunnel to provide a seismic reinforcement structure, but can also be applied as an inner surface lining of a seismic structure when a tunnel is newly established.
1 樹脂コンクリートパネル
2 H型鋼製支保工
21 ウェブ
22 フランジ
3 周方向補強鉄筋
31 機械式継手
4 軸方向補強鉄筋
41 フック
42 交差部
5 補強鋼板
6 高強度微粒子グラウトモルタル(裏込モルタル)
7 既設覆工コンクリート
8 スリーブ
9 端部受金具
10 パネル固定用インサート金具
11 取り付け部
12 ボルト穴
13 ボルト
14 ワッシャー
15 ナット
16 目地工
DESCRIPTION OF
7 Existing lining concrete 8
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