JP2014009522A - トンネル補強構造体の組立方法 - Google Patents

トンネル補強構造体の組立方法 Download PDF

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Abstract

【課題】トンネル補強構造体を簡易かつ迅速に組み立てる。
【解決手段】煉瓦1aで形成されたトンネル1の湾曲状の内壁面に左右の上半のパネル3uを設置した後、左右の下半のパネル3uを設置する。この時、トンネル1の周方向に隣接するパネル3u,3u同士をその突き合わせ部分において噛み合わせた状態で組み合わせる。続いて、トンネル1の周方向に沿って配置された左右の上下半のパネル3uの脚部を、パネル3uの背面がトンネル1の内壁面に押し付けられるまでジャッキ22により押し上げる。その後、トンネル1の天井部において左右の上半のパネル3u,3u同士をボルト5により接合する。その後、ジャッキ22をボルト4に交換してパネル3uを支持する。この一連の作業をトンネル1の軸方向に沿って繰り返して補強板3を組み立てる。
【選択図】図28

Description

本発明は、トンネルの内壁面を補強するトンネル補強構造体の組立方法に関するものである。
道路用、鉄道用または水路用等の各種用途のトンネルにおいては、その内壁面の一部が老朽化等により剥離したり落下したりするおそれがあるので、その内壁面を定期的に調査し、劣化部分を補強する等、安全性を確保する上で種々な対策がとられている。
トンネルの補強方法には、例えば、樹脂を含浸させた炭素繊維をトンネルの内壁面に重ね張りする方法、トンネルの内壁面に鋼板を接着する方法、あるいはトンネルの内壁面を複数枚の板状の剛性パネルで覆う方法(例えば特許文献1,2参照)等が知られている。
特開2010−285844号公報 特開2006−37471号公報
しかし、例えば、鉄道用のトンネルの内壁面の補強作業においては鉄道運行休止時の限られた短い時間の中で作業を行う必要があるし、道路用のトンネルの内壁面の補強作業においても交通規制をかけて工事を行う必要がある等、厳しい条件下で必要な強度を確保することが求められている。このため、トンネル補強構造体の組立作業においては、如何にしてトンネル補強構造体を簡易かつ迅速に組み立てるかが重要な課題となっている。
本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、その目的は、トンネル補強構造体を簡易かつ迅速に組み立てることが可能な技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の本発明のトンネル補強構造体の組立方法は、トンネルの湾曲状の内壁面に沿う形状に形成され、前記トンネルの周方向および軸方向に沿って分割される複数の単位補強部材を備え、前記トンネルの周方向に隣接する前記単位補強部材同士が互いの突き合わせ部分において噛み合わされた状態で、前記トンネルの内壁面の少なくとも周方向の上半面を覆う補強体を組み立てる工程と、前記トンネルの幅方向両側において前記補強体の脚部と前記トンネルの脚部との間に設けられ、前記補強体を支持する支持体を形成する工程と、を有することを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、上記請求項1記載の発明において、前記補強体の組立工程は、(a)前記トンネルの内壁面に該トンネルの周方向に沿って前記複数の単位補強部材を設置する工程と、(b)前記(a)工程後、前記トンネルの周方向に沿って設置された前記複数の単位補強部材の脚部を前記トンネルの幅方向の両側から昇降手段により押し上げる工程と、(c)前記トンネルの周方向に隣接する前記複数の単位補強部材同士を接合する工程と、(d)前記(a)〜(c)工程を前記トンネルの軸方向に沿って繰り返す工程と、を有することを特徴とする。
請求項3に記載の発明は、上記請求項1または2に記載の発明において、前記単位補強部材は、前記トンネルの周方向に沿う長さが前記トンネルの軸方向に沿う長さよりも長くなるように形成されていることを特徴とする。
請求項4に記載の発明は、上記請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記トンネルの天井部において前記トンネルの周方向に隣接する前記単位補強部材は、互いの突き合わせ部分で前記トンネルの軸方向にずれた状態で噛み合うようにして接合されていることを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、上記請求項1〜4のいずれか1項に記載の発明において、前記単位補強部材の前記トンネルの内壁面に対向する面には、前記トンネルの内壁面に向かって突出する突出部が設けられており、該突出部は前記トンネルの周方向に沿って延在した状態で設けられていることを特徴とする。
請求項6に記載の発明は、上記請求項5に記載の発明において、前記補強体の前記トンネルの内壁面に対向する面には、前記トンネルの軸方向に沿って隣接する前記突出部の間の溝により導水路が形成されており、該導水路は前記トンネルの周方向に沿って連続した状態で形成されていることを特徴とする。
請求項7に記載の発明は、上記請求項1〜6のいずれか1項に記載の発明において、前記トンネルの内壁面と前記単位補強部材との対向面間には、通水性を有する通水部材が設けられていることを特徴とする。
請求項8に記載の発明は、上記請求項1〜7のいずれか1項に記載の発明において、前記単位補強部材同士の接合部には止水部材が設けられていることを特徴とする。
請求項9に記載の発明は、上記請求項1〜8のいずれか1項に記載の発明において、前記トンネルの周方向に沿って隣接する前記単位補強部材同士を接合する際に、該単位補強部材同士の互いの突き合わせ部分において前記トンネルの軸方向に沿って貫通するように形成された貫通孔にボルトを挿入することにより該単位補強部材同士を接合する工程を有しており、前記単位補強部材同士の接合工程においては、前記単位補強部材の1枚分毎に前記単位補強部材同士を前記ボルトにより接合することを特徴とする。
請求項10に記載の発明は、上記請求項1〜8のいずれか1項に記載の発明において、前記トンネルの周方向に沿って隣接する前記単位補強部材同士を接合する際に、該単位補強部材同士の互いの突き合わせ部分において前記トンネルの軸方向に沿って貫通するように形成された貫通孔にボルトを挿入することにより該単位補強部材同士を接合する工程を有しており、前記単位補強部材同士の接合工程においては、前記単位補強部材の2枚分毎に前記単位補強部材同士を前記ボルトにより接合することを特徴とする。
請求項11に記載の発明は、上記請求項2〜10のいずれか1項に記載の発明において、前記(b)工程において、前記トンネルの周方向に沿って設置された前記複数の単位補強部材の背面が前記トンネルの内壁面に押し付けられるまで前記昇降手段により押し上げることを特徴とする。
請求項12に記載の発明は、上記請求項1〜11のいずれか1項に記載の発明において、前記補強体は、前記トンネルの周方向において、前記トンネルの天井部で分割され、前記トンネルの天井部と脚部との間で分割され、全部で4つの単位補強部材で構成されていることを特徴とする。
請求項1記載の発明によれば、補強体を複数の単位補強部材により構成することにより各単位補強部材を小型軽量にすることができる。また、トンネルの周方向に隣接する単位補強部材の突き合わせ部分を噛み合わせ構造にしたことにより、補強体の組立に際して単位補強部材同士の位置合わせ精度を向上させることができる。これらにより、トンネル補強構造体を簡易かつ迅速に組み立てることが可能になる。
また、請求項2記載の発明によれば、補強体の組立に際して、トンネルの周方向に沿って設置された複数の単位補強部材の脚部をトンネルの幅方向の両側から昇降手段により押し上げることにより、単位補強部材同士の厚さ方向の位置合わせ精度を向上させることができるので、トンネル補強構造体を簡易かつ迅速に組み立てることが可能になる。
また、請求項3記載の発明によれば、トンネルの周方向に隣接する単位補強部材の接合部の数を減らせるので、トンネル補強構造体の補強板の組立作業を簡易かつ迅速に行うことが可能になる。
また、請求項4記載の発明によれば、1枚の単位補強部材毎に一連の組立作業を完了させることができるので、仕舞いを付け易くすることが可能になる。
また、請求項5記載の発明によれば、突出部を設けたことにより、単位補強部材の重量を大幅に増やすことなく、単位補強部材の剛性を向上させることが可能になる。
また、請求項6記載の発明によれば、トンネルの内壁面から漏れた水を良好に排水することができるので、その漏れた水が補強板の表面に漏れるのを防止することが可能になる。
また、請求項7記載の発明によれば、トンネルの内壁面から漏れた水をさらに良好に排水することができるので、その漏れた水が補強板の表面に漏れるのを防止することが可能になる。
また、請求項8記載の発明によれば、トンネルの内壁面から漏れた水が単位補強部材同士の接合部から補強板の表面に漏れるのを防止することが可能になる。
また、請求項9記載の発明によれば、1枚の単位補強部材毎に一連の組立作業を完了させることができるので、仕舞いを付け易くすることが可能になる。
また、請求項10記載の発明によれば、ボルトの長さを統一することができるので、補強板の組立作業を簡易かつ迅速に行うことが可能になる。
また、請求項11記載の発明によれば、トンネルの内壁部分の剥落の初動を抑制または防止することが可能になる。
また、請求項12記載の発明によれば、各単位補強部材を小型軽量にすることができるので、トンネル補強構造体を簡易かつ迅速に組み立てることが可能になる。
修繕対象のトンネルの正面図である。 図1のトンネルの斜視図である。 図1のトンネルの内壁面で剥落が発生していない場合のトンネル補強構造体の作用を示すトンネルの正面図である。 図1のトンネルの内壁面で剥落が発生している場合のトンネル補強構造体の作用を示すトンネルの正面図である。 図1のトンネル補強構造体の補強板の要部分解斜視図である。 トンネル補強構造体の補強板をトンネルの内壁の周方向の天井部で左右に2分割した場合を示すトンネルの正面図である。 トンネル補強構造体の補強板をトンネルの内壁の周方向に沿って3分割した場合を示すトンネルの正面図である。 トンネル補強構造体の補強板をトンネルの内壁の周方向の天井部および左右側壁部で4分割した場合を示すトンネルの正面図である。 (a)は上半側のパネルの平面図、(b)は下半側のパネルの平面図である。 図1のトンネル補強構造体の補強板の天井部の拡大斜視図である。 図1のトンネル補強構造体の補強板の要部展開平面図である。 トンネルの天井部のパネルをイモ組みで組み立てた場合の一例の要部展開平面図である。 トンネルの天井部のパネル接合部を示す補強板の要部斜視図である。 図1のトンネル補強構造体の補強板の要部展開平面図である。 (a)はトンネルの天井部のパネル接合部を模式的に示した拡大平面図、(b)はトンネルの側壁部のパネル接合部を模式的に示した拡大平面図である。 図15のパネル接合部の断面図である。 パネル同士を接続するボルトの要部斜視図である。 (a)はパネルにおいてボルトが挿入される貫通孔が形成されたパネルの要部側面図、(b)は(a)の反対面の固定貫通孔が形成されたパネルの要部側面図である。 パネルの背面側を示す一部破断要部斜視図である。 (a),(b)はパネルの幅側の側面図である。 パネルの変形例の幅側の側面図である。 パネルのリブの他の作用を説明するためのトンネルの正面図である。 トンネルの軸方向に隣接するパネルの幅側の側面図である。 (a)は図23のパネル接合部を拡大して示した側面図、(b)はトンネルの周方向に隣接するパネの突き合わせ部分側の側面図である。 下半側の1枚分のパネルに対して配置された支持部の正面図である。 図25の支持部のI−I線の断面図である。 補強板を支持する支持部の変形例の断面図である。 トンネル補強構造体の組立方法の一例を示すフロー図である。 トンネル補強構造体の組立作業中のトンネルの正面図である。 図29に続くトンネル補強構造体の組立作業中におけるトンネルの正面図である。 図30に続くトンネル補強構造体の組立作業中におけるトンネルの正面図である。 図31に続くトンネル補強構造体の組立作業中におけるトンネルの正面図である。 図32に続くトンネル補強構造体の組立作業中におけるトンネルの正面図である。 図33に続くトンネル補強構造体の組立作業中におけるトンネルの正面図である。 トンネル補強構造体の天井部のパネル接合部を模式的に示した拡大平面図である。 (a)はパネル同士を接合するためのボルトが挿入される貫通孔を示すパネルの要部側面図、(b)はパネル同士を接合するためのボルトの挿入面とは反対側の面側に形成された固定貫通孔を示すパネルの要部側面図である。
以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
(第1の実施の形態)
図1は、修繕対象のトンネル1の正面図、図2は、図1のトンネル1の斜視図である。
トンネル1は、例えば鉄道用トンネルであり、複数個の煉瓦1aがトンネル1の径方向に沿って積み重ねられて形成されている。煉瓦1aの積層数は、例えば4層で、その全厚D1は、例えば455mmである。煉瓦1aの積み方は、例えば煉瓦1aの長手方向がトンネル1の軸方向(線路方向)に沿うように配置された長手積である。各煉瓦1aの大きさは、例えば210mm×100mm×60mmである。
トンネル1の内壁面は、例えば正面から見て馬蹄形のように湾曲状に形成されている。トンネル1の内空の高さH1は、例えば5.06m、内空下半の高さH2は、例えば2.80m、内空上半の高さH3は、例えば2.28m、内空の半径R1は、例えば2.28m、内空の幅W1は、例えば4.56mである。
トンネル1の内空おいて天井部近傍には、架線EAがトンネル1の軸方向に沿って設置されている。また、トンネル1の左右の側壁面において中央よりやや上方には、それぞれ信号高圧線EHおよび信号低圧線ELがトンネル1の軸方向に沿って設置されている。
このようなトンネル1内には、トンネル1の湾曲状の内壁面に沿ってトンネル1の内壁の周方向のほぼ全域を覆うようにトンネル補強構造体2が設置されている。このトンネル補強構造体2は、トンネル1の内壁面を修繕し補強する構造体であり、トンネル1の内壁面を覆う補強板(補強体)3と、その補強板3の脚部とトンネル1の脚部との間に設けられ補強板3を支持する支持部(支持体)4とを有している。
トンネル補強構造体2の補強板3は、トンネル1の幅方向両側の支持部4,4によってトンネル1の脚部から天井部に向かう方向に押し上げられ、補強板3の背面がトンネル1の内壁面に接触し押し付けられた状態で支持されている。すなわち、本実施の形態においては、トンネル補強構造体2の補強板3からトンネル1の内壁の煉瓦面に内圧を与えることにより、煉瓦1aの剥落の初動を抑制または防止することが可能になっている。
次に、図3は、トンネル1の内壁面で剥落が発生していない場合のトンネル補強構造体2の作用を示している。力P1は補強板3を上方に押し上げる力を示し、力P2は補強板3がトンネル1の内壁面を押圧する力を示している。補強板3からの力P2が、トンネル1の内壁面に対してほぼ均等に加わっている。これにより、上記したように煉瓦1aの剥落を抑制または防止することができる。
また、本実施の形態においては、トンネル補強構造体2の補強板3がトンネル1の内壁面に押し付けられているので、トンネル1の内空間断面における補強板3の占有面積を最小限にすることができる。このため、補強板3によるトンネル1の内空間断面の阻害量を小さくすることができる。
さらに、本実施の形態においては、トンネル補強構造体2がトンネル1の内壁面を覆うように設けられているので、トンネル1の内壁面の腐食や風化等による劣化を抑制または防止することができる。このため、トンネル1の内壁面の剥落の発生自体を低減または防止することができる。
次に、図4は、トンネル1の内壁面で剥落が発生した場合のトンネル補強構造体2の作用を示している。この場合、剥落物Mの落下力P3が補強板3に作用する。この剥落物Mの落下力P3は補強板3の両端部(脚部)に下向きの荷重を与えるが、その落下力P3によって補強板3に微小な弾性歪みが発生するため、補強板3にはその歪みを戻そうとする反発力P4がトンネル1の内壁面を押圧する方向に発生する。その結果、剥落物Mの落下力P3が補強板3によって分散された状態で、剥落物Mは補強板3とトンネル1の内壁面との間に保持される。なお、この作用は、トンネル1の内壁の側壁面で剥落が発生した場合も同様である。
次に、図5は、トンネル補強構造体2の補強板3の要部分解斜視図である。
補強板3は、トンネル1の周方向および軸方向に沿って分割される複数のパネル3u(3u1,3u2,3u3,3u4:単位補強部材)により構成されている。各パネル3uは、トンネル1の湾曲状の内壁面に沿うように湾曲状に形成されている。
このように補強板3を複数のパネル3uにより構成したことにより、補強板3にかかる応力を効果的に分散させることができるので、補強板3の耐性を向上させることができる。
また、補強板3を複数のパネル3uにより構成したことにより、各パネル3uの重量を低減できるので、大型の機械や支持部材を使用することなく、例えば2人程度の少人数の作業者によって補強板3を簡易かつ迅速に組み立てることができる。
また、ここでは、トンネル1の内壁面の天井側のパネル3u1,3u2が同じ寸法および形状で形成され、トンネル1の内壁面の側壁側のパネル3u3,3u4は同じ寸法および形状で形成されている。このようにパネル3uの寸法や形状を同じにしたことにより、パネル3uを量産することができるので、補強板3のコストを低減することができる。
また、ここでは、補強板3がトンネル1の周方向に沿って、例えば4分割されている。その理由について図6〜図8を参照して説明する。なお、図6〜図8においてSは補強板3の分割箇所を示し、X,Yは中心線を示している。
図6は、補強板3をトンネル1の周方向の天井部で左右に2分割した場合を示している。この場合、パネル3uの最大長さは、例えば6.5m、パネルの重量(kg/0.5m幅)は、例えば83kgとなり、少人数の作業者で補強板3を組み立てるには困難である上、信号高圧線EHおよび信号低圧線EL(図1参照)を避けることができない。
図7は、補強板3をトンネル1の周方向(θ=120度)で3分割した場合を示している。この場合、パネル3uの最大長さは、例えば4.7mで、パネル3uの重量(kg/0.5m幅)は、60kgとなり、図6の場合と同様の問題がある。ただし、架線EA、信号高圧線EHおよび信号低圧線ELが無い場合、予めパネル3uを仮組みして、トンネル1の周方向に張り出すようにして補強板3を設置しても良い。
図8は、本実施の形態のように補強板3をトンネル1の周方向の天井部および左右側壁部で4分割した場合を示している。この場合、パネル3uの最大長さは、例えば3.6mで、重量(kg/0.5m幅)は、例えば46kgとなる。この場合、架線EA、信号高圧線EHおよび信号低圧線ELがあってもそれらを避けて組み立てることができる上、大型の機械や支持部材を用いることなく2人程度の少人数の作業者により補強板3を組み立てることができる。
次に、図9(a)は、上半側のパネル3u(3u1,3u2)の平面図、同図(b)は、下半側のパネル3u(3u3,3u4)の平面図である。
上半側および下半側のパネル3uは、例えば、ガラス繊維、不飽和ポリエステル樹脂および水酸化アルミニウムを主成分とする繊維強化プラスチック(以下、FRPという)板により形成されている。FRPは、曲げ強度が高く、比較的軽量である上、製造上の寸法精度が高く、修繕工に好適である。
パネル3uの重量は、例えば17kN/m、ヤング係数は、例えば9.6〜13.0kN/mm、曲げ強度は、例えば130N/mm、撓みは、例えば38.3mm、応力度σは、例えば31.2N/mm、許容応力度σ3は、例えば65.0N/mm(σ≦σ3)である。また、パネル3uは、不燃性(耐熱性試験JIS K 6911)であり、熱伝導率が、例えば0.19〜0.24(W/m・℃)であり、非導電性(絶縁耐力300〜450V/mill)である。
なお、パネル材料として、例えば超高強度繊維補強コンクリート板(主成分は、例えば専用繊維(鋼繊維、ポリビニルアルコール繊維)、シリカフュームおよび珪石微粉末)や高じん性セメントボード(主成分は、例えばポリビニルアルコール繊維、シリカフュームおよびセピオライト)を適用しても良い。
図9(a)に示すように、上半側のパネル3u(3u1,3u2)の長さL1は、例えば3.766m、幅W2は、例えば0.5mである。また、図9(b)に示すように、下半側のパネル3u(3u3,3u4)の長さL2は、例えば2.846m、幅W3は上半側のパネル3uと同じく、例えば0.5mである。
いずれのパネル3uもトンネル1の周方向に沿う長さL1,L2がトンネル1の軸方向に沿う長さ(幅W2,W3)よりも長くなるように形成されている。これは、例えば以下の理由からである。
パネル3uにおいてトンネル1の周方向の長さを、軸方向の長さよりも短くすると、パネル3uが小さくなり補強板3の組立時の作業性は向上するが、トンネル1の周方向においてパネル3u同士の接合箇所が増えるので、そのパネル3u同士の接合作業が手間や時間のかかる面倒な作業になる。
また、本実施の形態においては、上記のように補強板3をトンネル1の内壁に押し付けるような力が加わる上、剥落物Mを補強板3の弾性作用により支えるので、トンネル1の内壁の周方向に沿ってパネル3uの接合箇所が増えると補強板3の強度が低下する。
これに対して、本実施の形態のように、パネル3uにおいてトンネル1の周方向の長さL1を軸方向の長さ(幅W2,W2)よりも長くすることにより、トンネル1の周方向におけるパネル3uの接合箇所を大幅に減らすことができる。このため、補強板3の組立作業を簡易かつ迅速に行うことができる。また、補強板3の強度を向上させることができる。
次に、図10は、トンネル補強構造体2の補強板3の天井部の拡大斜視図、図11は、トンネル補強構造体2の補強板3の要部を展開して示した平面図である。なお、図11の横方向がトンネル1の周方向である。
トンネル1の周方向に隣接するパネル3u同士は、互いの突き合わせ部分で噛み合うように接合されている。トンネル1の天井部においてパネル3u1,3u2は、いわゆる千鳥組みで組み立てられている。すなわち、パネル3u1,3u2は、互いの突き合わせ部分においてトンネル1の軸方向にパネル3u1,3u2の幅半分だけずれた状態で噛み合うようにして接合されている。
また、トンネル1内の側壁部においてパネル3u1,3u3およびパネル3u2,3u4は、それぞれいわゆるイモ組みで組み立てられている。すなわちパネル3u1,3u3およびパネル3u2,3u4は、それぞれ互いの突き合わせ部分においてトンネル1の軸方向にずれない状態で噛み合うようにして接合されている。
このように、パネル3uを噛み合わせて接合することにより、パネル3uの接合部での強度を高めることができるので、補強板3の剛性を向上させることができる。
また、トンネル1の周方向に隣接するパネル3u,3u同士の凹凸を噛み合わせて接合することにより、そのパネル3u同士の位置(トンネル1の周方向および軸方向の位置)合わせ精度を向上させることができる。すなわち、パネル3u,3u同士の一部を重ねて接合したり、パネル3u,3u同士を他部材で接合したりする等、パネル3u,3u同士を噛み合わせないで接合する場合に比べて、パネル接合部でのパネル3u同士の位置合わせ作業を容易にすることができる。したがって、パネル3uの組立作業を簡易かつ迅速に行うことができる。
また、パネル3u同士を他部材により接合する場合に比べて部品点数を減らすことができるので、補強板3の組立作業時間を短縮できる上、補強板3のコストを低減することができる。
さらに、パネル3u1,3u2を千鳥組みにしたことにより、後述するように、1枚のパネル3u毎(トンネル1の内壁の片側の上下半のパネル3u,3u毎)に1サイクルの組立作業を行うことができるので、仕舞いを付けやすくすることができる。したがって、修繕作業の許容時間が短い場合でも柔軟に対応することができる。
ただし、トンネル1の天井部のパネル3u1,3u2をイモ組みで組み立てても良い。図12は、トンネル1の天井部のパネル3u1,3u2をイモ組みで組み立てた場合の一例の要部を展開して示した平面図である。なお、図12の横方向がトンネル1の周方向である。
トンネル1内の天井部においてパネル3u5,3u6(3u)は、互いの突き合わせ部分においてトンネル1の軸方向にずらさないで噛み合うようにして接合されている。この場合もパネル3uを噛み合わせたことによる効果を得ることができる。
次に、図13は、トンネル1の天井部のパネル接合部を示す補強板3の要部斜視図、図14は、補強板3の要部展開平面図である。
トンネル1の周方向に隣接するパネル3u同士は、互いの突き合わせ部分(噛み合わせ部分)において、例えば2本のボルト5によって接合されている。ボルト5の接続方法は、例えばパネル接合部で高い剛性を得ることが可能な縦断方向接続とされている。すなわち、パネル3uの噛み合わせ部分の側面にはトンネル1の軸方向に沿って延びる2つの貫通孔が形成されており、その各々の貫通孔にボルト5が挿入され、ねじ止めされることでパネル3u同士が接合されている。これにより、パネル3u同士の噛み合わせ接合による効果が期待できる上、パネル接合部で高い剛性を得ることができる。
次に、図15(a)は、トンネル1の天井部のパネル接合部を模式的に示した拡大平面図、図15(b)は、トンネル1の側壁部のパネル接合部を模式的に示した拡大平面図、図16はパネル接合部の断面図、図17はパネル3uを接合するボルト5の要部斜視図、図18(a)はパネル3uにおいてボルト5が挿入される貫通孔6aが形成されたパネル3uの要部側面図、図18(b)は同図(a)の反対面の固定貫通孔6bが形成されたパネル3uの要部側面図である。
まず、図15(a),(b)に示すように、補強板3の天井部および側壁部において、パネル3uは、1枚のパネル3u毎にボルト5により接合されている。
このボルト5の一端には、図15,図16に示すように、雄ねじ部5aが形成されている。また、ボルト5の他端には、図15〜図17に示すように、他の部分よりも大径の大径部5bが形成されており、その大径部5bの端面には、他のボルト5の雄ねじ部5aをねじ込むための雌ねじ部5cが形成されている。大径部5bの端面の形状は、図17に示すように、ボルト5の回転が抑止されるように、例えば略俵形に形成されている。
また、図18(a)に示すように、パネル3uにおいてボルト5が挿入される側面には、ボルト5を挿入するための貫通孔6aが形成されている。貫通孔6aの形状は円形状に形成されており、その直径は、ボルト5の雄ねじ部5aの直径よりも大径になるように形成されている。
一方、図18(b)に示すように、パネル3uにおいてボルト5が挿入される面とは反対側の側面には、貫通孔6aよりも大きな固定貫通孔6bが貫通孔6aと中心軸を一致させた状態で形成されている。
この固定貫通孔6bは、ボルト5の大径部5bが嵌め合わされる孔である。固定貫通孔6bの大きさおよび平面形状は、ボルト5の大径部5bを嵌合でき、かつ、ボルト5の回転を止めることができるように、大径部5bよりも若干大きな略俵形に形成されている。
パネル3u,3u同士の接合は、ボルト5の一端の雄ねじ部5aをパネル3uの貫通孔6aに挿入し、既に固定されている他のボルト5の大径部5bの雌ねじ部5cにねじ込むことで行うようになっている。
次に、図19は、パネル3uの背面側を示す一部破断要部斜視図、図20(a),(b)は、パネル3uの幅側の側面図、図21は、パネル3uの変形例の幅側の側面図、図22は、パネル3uのリブ3urの他の作用を説明するためのトンネル1の正面図である。
まず、図19および図20に示すように、パネル3uにおいてトンネル1の内壁面に対向する背面には、パネル3uの厚さ方向(トンネル1の内壁面に向かう方向)に突出する複数のリブ(突出部)3urが設けられている。
リブ3urは、パネル3uの幅方向(トンネル1の軸方向)に沿って予め決められた間隔毎に複数設けられている。また、各リブ3urは、パネル3uの長手方向(トンネル1の周方向)の端から端まで連続して延在した状態で形成されている。
図20(a)に示すように、各リブ3urの幅W4は、例えば20mmである。また、リブ3urの高さとパネル3uの板厚との合計の厚さD2は、例えば20mm以下になるように設定されている。これにより、トンネル1の内空阻害量の20mmを守ることができる。なお、リブ3urの高さとパネル3uの板厚は、例えば共に10mmである。
このようなリブ3urを設けたことにより、以下の効果を得ることができる。
パネル3uの剛性を高めることができ、パネル3uに張力が与えることができるので、パネル3uが薄いままでパネル3uの自立性を向上させることができる。このため、煉瓦1aの剥落に対するパネル3uの耐性を向上させることができる。
また、トンネル1の内壁面の修繕作業に際して、パネル施工を行う場合、一般的にはトンネル1の内壁面の側壁部分をはつり、そこに垂直支保工を設置するようにしている。このため、作業に手間や時間がかかる。これに対して、本実施の形態においては、パネル3uの剛性が高く自立できるので、トンネル1の内壁面の修繕作業に際し、トンネル1の内壁の側壁面をはつり、そこに垂直支保工を設置するという工法を用いないで済む。このため、トンネル1の内壁面の修繕作業を簡易かつ迅速に行うことができるとともにコストを低減することができる。
また、リブ3urを設けたことにより、パネル3uの肉厚を厚くすることなく剛性を高めることができるので、パネル3uの重量を大幅に増やすことなく、パネル3uの剛性を向上させることができる。このため、2人程度の少人数の作業者でも補強板3を組み立てることができる。
また、パネル3uの剛性が低いとパネル3uの組立に際してパネル3uに捻れや反りが生じるので組立作業を慎重に行う必要が生じ、パネル3uの取り扱いが難しくなる。これに対して、本実施の形態においてはパネル3uにリブ3urを設けたことにより、パネル3uの反りや捻れ等のような変形を防止することができる。このため、パネル3uの組立作業に際してパネル3uの取り扱いを容易にすることができる。
さらに、トンネル1の周方向に隣接する各パネル3uの背面の複数のリブ3urの位置(パネル3uの幅方向位置)を一致させることにより、補強板3の強度を向上させることができる。
また、パネル3uの断面剛性が不足する場合は、図21に示すように、パネル3uの背面にリブ3urよりも背の高いリブ3urhを設けても良い。これにより、パネル3uの剛性を向上させることができる。
ここでは、背の高いリブ3urhが、パネル3uの幅方向中央に設けられている。リブ3urhの幅は、例えば、リブ3urよりも狭く10mm程度である。これ以外のリブ3urhの構成は、リブ3urと同じである。ただし、この背の高いリブ3urhを設けたパネル3uを使用する場合は、トンネル1の内壁面に溝を形成しておきその溝に、背の高いリブ3urhを収めるようにする。
また、図19、図20および図22に示すように、パネル3uの背面の複数のリブ3urの隣接間の溝3tにより、トンネル1内に生じた漏水をトンネル1の脚部側に導く導水路が形成されている。この溝3tによる導水路は、トンネル1の周方向に沿って連続した状態で設けられている。ただし、トンネル1の周方向に沿って導水路が連続した状態で設けられていれば良く、トンネル1の周方向に隣接する各パネル3uの背面の複数のリブ3urの幅方向位置を一致させなくても良い。
このようにパネル3uの背面のリブ3urの隣接間の溝3tを導水路とすることにより、図22の矢印で示すように、トンネル1の内壁面から漏れた水を、リブ3ur間の溝3tを通じてトンネル1の脚部側に流すことができる。これにより、トンネル1の内壁面から漏れた水がパネル接合部を通じて補強板3の表面に漏れるのを防止することができる。
また、パネル3uの背面とトンネル1の内壁面との対向面間に通水性を有する通水部材(図示せず)を介在させても良い。これにより、トンネル1の内壁面から漏れた水の排水性をさらに向上させることができるので、トンネル1の内壁面から漏れた水がパネル接合部を通じて補強板3の表面に漏れるのを防止することができる。
この通水部材は、例えば、ポリプロピレン等のようなプラスチックからなる細い糸同士の接点を相互融着して立体網目状に形成したポーラス体で構成しても良いし、不織布で構成しても良い。このようなポーラス体や不織布は、軽量で作業性が良い。また、ポーラス体や不織布は、煉瓦1aの剥落に対して緩衝部材としても機能するので、煉瓦1aの剥落に対する補強板3の耐性を向上させることができる。
次に、図23は、トンネル1の軸方向に隣接するパネル3uの幅側の側面図、図24(a)は、図23のパネル接合部を拡大して示した側面図、同図(b)はトンネル1の周方向に隣接するパネル3uの突き合わせ部分側の側面図である。
図23および図24(a)に示すように、トンネル1の軸方向に隣接するパネル3u同士は、一方のパネル3uの凹部8aに、他方のパネル3uの凸部8bが嵌め込まれることにより接合されている。
また、図24(b)に示すように、トンネル1の周方向に隣接するパネル3uの突き合わせ部分においても一方のパネル3uの凹部9aに、他方のパネル3uの凸部9bが嵌め込まれている。
さらに、図24(a),(b)に示すように、パネル3u,3u同士の接合部には、例えば水膨張ゴムのような止水部材10が設けられている。
このように隣接するパネル3uの接合部を嵌め合わせ構造にすることにより、パネル3u同士の目違いを防止することができる。また、隣接するパネル3uの接合部を嵌め合わせ構造にしたことや、その接合部に止水部材10を設けたことにより、パネル3uの接合部での止水性を向上させることができる。これにより、トンネル1の内壁面から漏れた水がパネル接合部を通じて補強板3の表面に漏れるのを防止することができる。
次に、図25は、下半側の1枚分のパネル3uに対して配置された支持部4の正面図、図26は、図25の支持部4のI−I線の断面図である。
支持部4は、下半側のパネル3uの下端面と基礎コンクリート部15との間に設置されている。1枚分のパネル3uの支持部4には、例えば2個のボルト4aが配置されている。
各ボルト4aの一端部は、下半側のパネル3uの下端面に穿孔された孔16内に挿入され、他端部は、基礎コンクリート部15側に台座部4bを介して固定されている。各ボルト4aの一端部が挿入された孔16は、パネル3uの下端面からパネル3uの長手方向(トンネル1の周方向)に沿って延び、パネル3uの長手方向の途中位置で終端されている。
各ボルト4aの長手方向の途中位置にはナット4cが螺合されている。このナット4cによりパネル3uの下端面の高さが調節(固定)されている。パネル3uの下端面とナット4cとの間には、荷重分散部材4dが介在されている。
このようなボルト4a、台座部4b、ナット4cおよび荷重分散部材4dは、例えば無収縮モルタルからなる充填部材4eによって覆われ、しっかりと固定されている。
次に、図27は、補強板3を支持する支持部4の変形例の断面図である。なお、符号Cは、はつり面を示している。
ここでは、下半側のパネル3uの脚部の下方に水路17が埋設されている場合を示している。トンネル1の内壁面の煉瓦1aが剥落した場合、補強板3の脚部には剥落による荷重がかかるので、補強板3の脚部の直下に水路17が無い方が好ましい。
そこで、トンネル1の脚部の内壁面の煉瓦1aを一部分だけはつり、そこにパネル3uの脚部が配置されるようにする。これにより、パネル3uの脚部の位置を水路17よりも地山側にずらしている。
次に、トンネル補強構造体2の組立方法の一例について図28のフロー図に沿って図29〜図34を参照して説明する。図29〜図34は、トンネル補強構造体2の組立作業中のトンネル1の正面図である。なお、トンネル1の内壁面の修繕工の作業条件は、例えば、夜間作業で、実作業時間は3時間程度である。
まず、図28の事前施工100では、例えば3次元測量および基礎コンクリート打設工等を行う。
3次元測量では、トンネル1の現況の内空形状と設計とがどの程度異なっているか等を確認するために、3Dレーザースキャナを用いてノンプリズムで測量し、その結果から3次元CADデータを作成し、任意の横断面でのトンネル1の内壁の形状を把握する。
基礎コンクリート打設工では、下半側のパネル3uの据付高を整え、支持力を確保するため基礎コンクリート部15(図26等参照)を打設する。
次いで、図28の上半パネル設置工程101では、図29に示すように、左側の上半側のパネル3uをトンネル1の内壁の下半側壁の位置から湾曲状の内壁面に沿って回転させながら持ち上げ、概略位置に設置する。そして、作業台20からサポート21aを取り出して、左側の上半側のパネル3uを仮受けする。続いて、図30に示すように、右側の上半側のパネル3uを左側と同様に持ち上げ、サポート21bにより右側の上半側のパネル3uを仮受けする。
左右の上半側のパネル3uは、上記したように分割されており1枚の重量が、例えば45kg程度と軽い上、背面に複数のリブ3urにより高い剛性が確保されているので取り扱い易い。また、パネル3uの設置に際しては、トンネル1の湾曲状の内壁面に沿って回転させながら持ち上げて設置できる。これらにより、左右の上半側のパネル3uを2人程度の少人数の作業者で比較的簡易かつ迅速に設置することができる。
次いで、図28の下半パネル設置工程102では、図31に示すように、基礎コンクリート部15の上に、仮置き用の架台(図示せず)を据えた後、その架台の上に左側の下半側のパネル3uを仮置きする。続いて、左側の上下半のパネル3u,3uをボルト5(図14、図15(b)等参照)で連結する。続いて、図32に示すように、右側の下半側のパネル3uを左側と同様に基礎コンクリート部15上の架台上に仮置きし、右側の上下半のパネル3u,3uをボルト5で連結する。
左右の下半側のパネル3uも、上記したように分割されており1枚の重量が、例えば40kg程度と軽い上、背面に複数のリブ3urにより高い剛性が確保されており取り扱い易いので、左右の下半側のパネル3uも2人程度の少人数の作業者で比較的簡易かつ迅速に設置することができる。
次いで、図28のジャッキアップ工程103では、図33および図34に示すように、左右の下半側のパネル3uの下端と基礎コンクリート部15との間に、例えば1枚のパネル3uにつき2個のジャッキ22のような昇降手段を設置した後、左右の上下半のパネル3uの背面のリブ3urがトンネル1の内壁面(煉瓦面)に接するまで左右の上下半のパネル3uをジャッキ22により押し上げる。
ここで、ジャッキアップの位置はトンネル1の高さ方向のほぼ中央の位置(図1の高さH2の位置)にしても良い。その場合、パネル3uの自重とジャッキアップ力の方向とが同一線上になるので、力を伝え易いという効果がある。しかし、その場合、ジャッキアップの位置が高いので、補強板3の組立後の管理時の点検が難しい。これに対して、本実施の形態において、ジャッキアップの位置がパネル3uの脚部にあるので、補強板3の組立後の管理時の点検を容易にすることができる。
続いて、図28の連結工程104では、左右の上半側のパネル3u,3uにおいて互いの噛み合う部分において貫通孔6a(図18等参照)にボルト5(図13、図15(a)等参照)を縦断方向に挿入し、ねじ止めをすることにより、左右の上半側のパネル3u,3u同士を接合する。
この際、トンネル1の軸方向に隣接する左右の上半側のパネル3uを、トンネル1の内壁面側に押し付けているので、左右の上半側のパネル3u,3uの厚さ方向の位置を一致させることができる。このため、左右の上半側のパネル3u,3uの厚さ方向における貫通孔6aの位置も一致させることができる。したがって、トンネル1の軸方向に隣接する上半側のパネル3u,3uの位置合わせを容易にすることができるので、補強板3の組立作業を簡易かつ迅速に行うことができる。
続いて、ジャッキ22をボルト4a(図25参照)に交換することにより、トンネル1の周方向に沿って組み立てられた左右上下の4枚のパネル3uの位置を固定する。
このような工程101〜工程104をトンネル1の軸方向に沿って繰り返し行うことにより、トンネル1の内壁に補強板3を組み立てる。
本実施の形態においては、トンネル1の天井部側のパネル3uの組み合わせを千鳥組にしたことにより、1枚のパネル3u(片側の上下半のパネル3u,3u)単位で1サイクルの作業を終了できるので、仕舞いを付け易くすることができる。したがって、修繕作業の許容時間が短い場合でも柔軟に対応することができる。
また、補強板3が複数のパネル3uに分かれているので、トンネル1の内壁面近傍に設置されている架線EA、信号高圧線EHおよび信号低圧線EL等を避けて補強板3を組み立てることができる。
その後、図28のモルタル充填工程105では、補強板3の脚部にモルタル充填用の型枠を組み立てた後、その型枠内に、例えばプレイミックスタイプの無収縮モルタルと水とを練り混ぜたものをエアで吹きながら打設することにより、その型枠内に充填部材4e(図24等参照)を充填する。充填部材4eの充填工程は、特に限定されるものではないが、例えば5〜10m(1回)とされている。
後日、モルタル充填用の型枠を脱型して支持部4を形成し、トンネル補強構造体2(図1および図2等参照)の組み立てを終了する。
(第2の実施の形態)
図35は、第2の実施の形態におけるトンネル補強構造体2の天井部のパネル接合部を模式的に示した拡大平面図である。
本実施の形態においては、トンネル1の天井部におけるパネル3u同士の接合に際して、2枚のパネル3u毎にボルト5で接合する。
この場合、パネル3uの接合部での2本のボルト5の長さを統一することができる。すなわち、補強板3の上下半のパネル3uの接合に使用するボルト5を全て同じものにすることができる。
このため、補強板3の組立作業に際してボルト5の長さを揃えたり、各接合作業で使用するボルト5を選択したりする等の手間を無くすことができるので、補強板3を簡易かつ迅速に組み立てることができる。また、ボルト5を量産することができるので、トンネル補強構造体2のコストを低減することができる。
(第3の実施の形態)
図36(a)はパネル3u同士を接合するためのボルト5が挿入される貫通孔6aを示すパネル3uの要部側面図、同図(b)はパネル3u同士を接合するためのボルト5の挿入面とは反対側の面側に形成された固定貫通孔6bを示すパネル3uの要部側面図である。
本実施の形態においては、パネル3uにおいてボルト5を挿入する貫通孔6aの形状が縦長に形成されている。すなわち、貫通孔6aにおいて、パネル3uの厚さ方向の長さ(径)が、パネル3uの長手方向(トンネル1の周方向)の長さ(径)よりも長くなっている。
これにより、トンネル1の軸方向(パネル3uの幅方向)に隣接するパネル3u同士の厚さ方向の位置合わせ精度を緩和することができる。このため、トンネル1の軸方向に隣接するパネル3u同士の接合に際して、互いのパネル3uの厚さ方向の位置が若干ずれた場合でも、貫通孔6a内にボルト5を挿入することができ、隣接するパネル3u同士を接合することができる。したがって、補強板3の組立作業を簡易かつ迅速に行うことができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。
例えば、前記実施の形態においては、トンネルの内壁のほぼ全周を覆うように補強板を設けた場合について説明したが、トンネル補強構造体の補強板は、トンネルの内壁面の少なくとも周方向の上半面を覆うように設けられていれば良い。トンネルの内壁面の上半分だけを覆うように補強板を設ける場合は、その補強板の脚部とトンネルの脚部との間に垂直支保工を設けて補強板を支持させるようにする。
また、前記実施の形態においては、トンネルの周方向に設置された複数枚のパネルを押し上げてから、トンネルの天井部のパネル同士をボルトにより接合した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、天井部のパネル同士をボルトにより接合してから、トンネルの周方向に設置された複数枚のパネルを押し上げても良い。
以上の説明では、本発明を鉄道用のトンネルの内壁面の修繕補強に適用した場合について説明したが、道路用、水路用等、他の用途のトンネルの内壁面の修繕補強に適用することもできる。
1 トンネル
1a 煉瓦
2 トンネル補強構造体
3 補強板
3u,3u1〜3u4 パネル
3ur,3urh リブ
3t 溝
4 支持部
4a ボルト
4b 台座部
4c ナット
4d 荷重分散部材
4e 充填部材
5 ボルト
5a 雄ねじ部
5b 大径部
5c 雌ねじ部
6a 貫通孔
6b 固定貫通孔
8a 凹部
8b 凸部
9a 凹部
9b 凸部
10 止水部材
15 基礎コンクリート部
16 孔
17 水路
22 ジャッキ
EA 架線
EH 信号高圧線
EL 信号低圧線

Claims (12)

  1. トンネルの湾曲状の内壁面に沿う形状に形成され、前記トンネルの周方向および軸方向に沿って分割される複数の単位補強部材を備え、前記トンネルの周方向に隣接する前記単位補強部材同士が互いの突き合わせ部分において噛み合わされた状態で、前記トンネルの内壁面の少なくとも周方向の上半面を覆う補強体を組み立てる工程と、
    前記トンネルの幅方向両側において前記補強体の脚部と前記トンネルの脚部との間に設けられ、前記補強体を支持する支持体を形成する工程と、
    を有することを特徴とするトンネル補強構造体の組立方法。
  2. 前記補強体の組立工程は、
    (a)前記トンネルの内壁面に該トンネルの周方向に沿って前記複数の単位補強部材を設置する工程と、
    (b)前記(a)工程後、前記トンネルの周方向に沿って設置された前記複数の単位補強部材の脚部を前記トンネルの幅方向の両側から昇降手段により押し上げる工程と、
    (c)前記トンネルの周方向に隣接する前記複数の単位補強部材同士を接合する工程と、
    (d)前記(a)〜(c)工程を前記トンネルの軸方向に沿って繰り返す工程と、
    を有することを特徴とする請求項1記載のトンネル補強構造体の組立方法。
  3. 前記単位補強部材は、前記トンネルの周方向に沿う長さが前記トンネルの軸方向に沿う長さよりも長くなるように形成されていることを特徴とする請求項1または2記載のトンネル補強構造体の組立方法。
  4. 前記トンネルの天井部において前記トンネルの周方向に隣接する前記単位補強部材は、互いの突き合わせ部分で前記トンネルの軸方向にずれた状態で噛み合うようにして接合することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のトンネル補強構造体の組立方法。
  5. 前記単位補強部材の前記トンネルの内壁面に対向する面には、前記トンネルの内壁面に向かって突出する突出部が設けられており、該突出部は前記トンネルの周方向に沿って延在した状態で設けられていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のトンネル補強構造体の組立方法。
  6. 前記補強体の前記トンネルの内壁面に対向する面には、前記トンネルの軸方向に沿って隣接する前記突出部の間の溝により導水路が形成されており、該導水路は前記トンネルの周方向に沿って連続した状態で形成されていることを特徴とする請求項5記載のトンネル補強構造体の組立方法。
  7. 前記トンネルの内壁面と前記単位補強部材との対向面間に、通水性を有する通水部材を設けることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のトンネル補強構造体の組立方法。
  8. 前記単位補強部材同士の接合部には止水部材が設けられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のトンネル補強構造体の組立方法。
  9. 前記トンネルの周方向に沿って隣接する前記単位補強部材同士を接合する際に、該単位補強部材同士の互いの突き合わせ部分において前記トンネルの軸方向に沿って貫通するように形成された貫通孔にボルトを挿入することにより該単位補強部材同士を接合する工程を有しており、
    前記単位補強部材同士の接合工程においては、前記単位補強部材の1枚分毎に前記単位補強部材同士を前記ボルトにより接合することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のトンネル補強構造体の組立方法。
  10. 前記トンネルの周方向に沿って隣接する前記単位補強部材同士を接合する際に、該単位補強部材同士の互いの突き合わせ部分において前記トンネルの軸方向に沿って貫通するように形成された貫通孔にボルトを挿入することにより該単位補強部材同士を接合する工程を有しており、
    前記単位補強部材同士の接合工程においては、前記単位補強部材の2枚分毎に前記単位補強部材同士を前記ボルトにより接合することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のトンネル補強構造体の組立方法。
  11. 前記(b)工程において、前記トンネルの周方向に沿って設置された前記複数の単位補強部材の背面が前記トンネルの内壁面に押し付けられるまで前記昇降手段により押し上げることを特徴とする請求項2〜10のいずれか1項に記載のトンネル補強構造体の組立方法。
  12. 前記補強体は、前記トンネルの周方向において、前記トンネルの天井部で分割され、前記トンネルの天井部と脚部との間で分割され、全部で4つの単位補強部材で構成されていることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1項に記載のトンネル補強構造体の組立方法。
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