JP2021092029A - 既設トンネルの補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】既存のトンネル覆工体を補強する補強用の覆工体を、鋼製支保部材及び硬化性材料を用いて、数時間での作業を繰り返しながら効率良く補強できると共に、より精度良く形成することができる既設トンネルの補強構造を提供する。【解決手段】既設のトンネル覆工体５５の内周部分の複数箇所に配置・固定された取付け座１２を介することで、トンネル５０の延長方向に所定の間隔をおいて取り付けられた、内側にパネル取付け面１１ａを備える複数の鋼製支保部材１１と、隣接する各一対の鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａに跨るようにして、鋼製支保部材１１に支持されて周方向に連設して取り付けられた複数の被覆パネル部材１３と、被覆パネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の空間５６に充填され、鋼製支保部材１１と被覆パネル部材１３と既設のトンネル覆工体５５とを一体化させる硬化性材料１４とを含んで構成される。【選択図】図１０

Description

本発明は、既設トンネルの補強構造及び既設トンネルの補強方法に関し、特に、湾曲断面形状部分を有するトンネルに設けられた、既設のトンネル覆工体を補強するための既設トンネルの補強構造及び既設トンネルの補強方法に関する。

湾曲断面形状部分を有する既設のトンネルとして、例えば円形の断面形状を備えるシールドトンネルでは、老朽化すると、トンネルの内壁面を覆うセグメント等による一次覆工体や、一次覆工体の内側に形成されるコンクリート等による二次覆工体に、例えば周囲の地盤の圧密沈下や、海に近い地域では塩害等の影響によって、ひび割れや腐食等による損傷個所が生じる場合がある。

このようなシールドトンネル等の湾曲断面形状部分を有する既設のトンネルの覆工体に、ひび割れや腐食等による損傷個所が生じた場合の補修方法として、既設のトンネルの覆工体の内側に、湾曲断面形状部分を有するトンネルの内周面に沿って、支保工材やコンクリート等を用いて、新たに補強用の覆工体を形成することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−２７１５９９号公報

しかしながら、既設のトンネル覆工体の内側に、湾曲断面形状部分を有するトンネルの内周面に沿って、支保工材やコンクリート等を用いて新たに補強用の覆工体を形成する際に、例えば既存のトンネル覆工体が、地下鉄等の鉄道トンネル用のものであると、補強用の覆工体を形成するための施工時間は、電車が走っていない深夜の時間帯の数時間に限られることから、数時間での作業を、繰り返して行なう必要があると共に、鉄道トンネルには、車両走行中に侵入してはならない空間区画としての車両限界があるため、その構築中の支保部材も含め、補強用の覆工体が車両限界を侵さないように形成できるようにすることが必要である。

特に、老朽化した例えばシールドトンネルの場合には、周囲の地盤の圧密沈下等の影響によって、既設のトンネル覆工体が変形したり変位したりしていることも懸念されるため、このような変形をも吸収して、より精度良く補強用の覆工体を形成できるようにする技術の開発が望まれている。

本発明は、湾曲断面形状部分を有するトンネルの内周面に沿って形成された既存のトンネル覆工体を補強する補強用の覆工体を、鋼製支保部材及び硬化性材料を用いて、好ましくは数時間での作業を繰り返しながら効率良く補強できると共に、より精度良く形成することのできる既設トンネルの補強構造及び補強方法を提供することを目的とする。

本発明は、湾曲断面形状部分を有するトンネルに設けられた、既設のトンネル覆工体を補強するための既設トンネルの補強構造であって、湾曲断面形状部分を有する前記既設のトンネル覆工体の内周部分の複数箇所に配置・固定された取付け座を介することで、トンネルの延長方向に所定の間隔をおいて周方向に延設して取り付けられた、内側にパネル取付け面を備える複数の鋼製支保部材と、トンネルの延長方向に隣接する各一対の前記鋼製支保部材の前記パネル取付け面に跨るようにして、前記鋼製支保部材に支持されて周方向に連設して取り付けられた複数の被覆パネル部材と、前記被覆パネル部材と前記既存のトンネル覆工体との間の空間に充填され、前記鋼製支保部材と前記被覆パネル部材と前記既設のトンネル覆工体とを一体化させる硬化性材料とを含んで構成される既設トンネルの補強構造を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明の既設トンネルの補強構造は、前記取付け座が、前記既設のトンネル覆工体から内側に突出して固定された複数本の雄ネジボルト部材と、該雄ネジボルト部材に螺着するナット部材によって高さ調整された状態で該雄ネジボル部材に締着固定される、複数の締着孔を有する台座プレート部材とを備えており、前記鋼製支保部材は、前記取付け座の前記台座プレート部材に接合されることで、前記パネル取付け面の設置位置が調整された状態で、前記既設のトンネル覆工体の内周形状に沿って取り付けられていることが好ましい。

また、本発明の既設トンネルの補強構造は、前記鋼製支保部材が、Ｉ形鋼又はＨ形鋼からなり、一方のフランジ部が前記パネル取付け面として内側に配置されると共に、他方のフランジ部が接合面部として前記取付け座の前記台座プレート部材に接して配置されるようになっており、前記取付け座は、締着孔を有する挟み込みプレート片と、ボルトナット部材とを含んでおり、前記他方のフランジ部を前記台座プレート部材と前記挟み込みプレート片との間に挟み込んだ状態で、前記ボルトナット部材を前記台座プレート部材及び前記挟み込みプレート片の締着孔に締着することによって、前記鋼製支保部材が、前記取付け座の前記台座プレート部材に接合されていることが好ましい。

さらに、本発明の既設トンネルの補強構造は、前記挟み込みプレート片が、平板形状の挟み込み本体部と、該挟み込み本体部の前記台座プレート部材側の面の縁部分に沿って一体として取り付けられた、前記他方のフランジ部の厚さと同様の高さを有するスペーサリブとを有していることが好ましい。

さらにまた、本発明の既設トンネルの補強構造は、前記既設のトンネル覆工体が、鉄筋コンクリート製セグメント又は合成セグメントによって形成されており、前記雄ネジボルト部材は、これらのセグメントのコンクリート部分に基部を埋設して固定された、アンカーボルトによるものとなっていることが好ましい。

また、本発明の既設トンネルの補強構造は、前記既設のトンネル覆工体の下部から前記空間に突出して、前記硬化性材料に埋設される下部アンカー部材が取り付けられていることが好ましい。

さらに、本発明の既設トンネルの補強構造は、前記既設のトンネル覆工体が、鉄筋コンクリート製セグメント又は合成セグメントによって形成されており、前記下部アンカー部材は、これらのセグメントのコンクリート部分に基部を埋設して固定された、アンカーボルトによるものとなっていることが好ましい。

さらにまた、本発明の既設トンネルの補強構造は、前記鋼製支保部材が、前記既設のトンネル覆工体の周方向において端面同士を互いに連結することで一体化される、複数の単位鋼製支保部材によって形成されており、少なくとも一カ所の接合箇所における、隣接する一対の前記単位鋼製支保部材に両端部が各々連結されて、前記鋼製支保部材の周方向の長さを調整可能な伸縮ジャッキが取り付けられており、該伸縮ジャッキによって押し拡げられた一対の端面間の間隔部分に、１又は２枚以上の長さ調整プレートが挟み込まれるようになっていることが好ましい。

また、本発明は、湾曲断面形状部分を有するトンネルに設けられた、既設のトンネル覆工体を補強するための既設トンネルの補強方法であって、内側にパネル取付け面を備える複数の鋼製支保部材を、湾曲断面形状部分を有する前記既設のトンネル覆工体の内周部分の複数箇所に配置・固定された取付け座を介することで、トンネルの延長方向に所定の間隔をおいて、周方向に延設させて取り付ける支保部材設置工程と、トンネルの延長方向に隣接する各一対の前記鋼製支保部材の前記パネル取付け面に跨るようにして、複数の被覆パネル部材を、前記鋼製支保部材に支持させて周方向に連設して取り付けるパネル部材設置工程と、前記被覆パネル部材と前記既存のトンネル覆工体との間の空間に、前記鋼製支保部材と前記被覆パネル部材と前記既設のトンネル覆工体とを一体化させる硬化性材料を充填する裏込め充填工程とを含んで構成される既設トンネルの補強方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。

本発明の既設トンネルの補強構造又は補強方法によれば、湾曲断面形状部分を有するトンネルの内周面に沿って形成された既存のトンネル覆工体を補強する補強用の覆工体を、鋼製支保部材及び硬化性材料を用いて、好ましくは数時間での作業を繰り返しながら効率良く補強できると共に、より精度良く形成することができる。

本発明の好ましい一実施形態に係る既設トンネルの補強構造によって補強される既存のトンネル覆工体を例示する、シールドトンネルの略示横断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 （ａ）は図２のＢ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃに沿った断面図、（ｃ）は（ａ）を左側から見た正面図である。 挟み込みプレート片を説明する、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 鋼製支保部材の周方向の長さを調整可能な伸縮ジャッキを説明する、鋼製支保部材の略示側面図である。 鋼製支保部材のパネル取付け面に固着されたナット部材を説明する、（ａ）は鋼製支保部材の断面図、（ｂ）は鋼製支保部材の部分内面図である。 （ａ）は被覆パネル部材の正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ−Ｄに沿った断面図、（ｄ）は（ｃ）のＥ部拡大図である。 複数の被覆パネル部材が既設のトンネル覆工体の内壁面に沿って周方向に連設して取り付けた状態を説明する、被覆パネル部材の展開配置図である。 一対の鋼製支保部材のパネル取付け面に跨るようにして、複数の被覆パネル部材を取り付ける状況を説明する、（ａ）は部分略示内面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆに沿った略示縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＧ−Ｇに沿った部分略示横断面図である。 本発明の好ましい一実施形態に係る既設トンネルの補強構造を説明する、図２のＨ−Ｈに沿った、押付け固定部材が取り付けられた状態の部分縦断面図である。

本発明の好ましい一実施形態に係る既設トンネルの補強構造１０は、図１に示すように、湾曲断面形状部分を有するトンネル５０の内壁面５１として、例えば円形の断面形状を備えるシールドトンネルの内壁面５１を覆う、好ましくは鉄筋コンクリート製セグメントや合成セグメントによる既設のトンネル覆工体５５を、硬化性材料１４(図１０参照)として、好ましくは無収縮モルタル等のセメント系の硬化性材料を用いて、効率良く補強して行くための構造として採用されたものである。すなわち、本実施形態では、シールドトンネル５０は、例えば地下鉄用の鉄道トンネルとして供用されており、供用の開始から相当の期間が経過していることで、老朽化によって、ひび割れや腐食等による損傷個所が生じていることから、既設トンネルの補強構造１０を採用することで、損傷個所が生じた既設のトンネル覆工体５５を、補強用の覆工体５８（図１０参照）により補強するようになっている。また、本実施形態の既設トンネルの補強構造１０は、シールドトンネル５０が鉄道トンネルとなっていて、施工時間が、電車が走っていない深夜の時間帯の数時間に限られる場合でも、数時間での作業を繰り返して、補強用の覆工体５８を効率良く形成できるようにすると共に、補強用の覆工体５８が車両限界に食い込まないように、より精度良く形成できるようにする機能を備えている。

そして、本実施形態の既設トンネルの補強構造１０は、湾曲断面形状部分を有するトンネル５０として、円形の断面形状を備える鉄道トンネルを構成するシールドトンネル５０に設けられた、既設のトンネル覆工体５５を補強するための補強構造であって、図１及び図２に示すように、湾曲断面形状部分を有する既設のトンネル覆工体５５の内周部分の複数箇所に配置・固定された取付け座１２を介することで、トンネル５０の延長方向Ｘ（図１０参照）に所定の間隔をおいて周方向に延設して取り付けられた、内側にパネル取付け面１１ａを備える複数の鋼製支保部材１１と、トンネル５０の延長方向Ｘに隣接する各一対の鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａに跨るようにして（図９（ａ）〜（ｃ）参照）、鋼製支保部材１１に支持されて周方向に連設して取り付けられた複数の被覆パネル部材１３と、被覆パネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の空間５６に充填され、鋼製支保部材１１と被覆パネル部材１３と既設のトンネル覆工体５５とを一体化させる硬化性材料１４（図１０参照）とを含んで構成される。

また、本実施形態では、取付け座１２は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、既設のトンネル覆工体５５から内側に突出して固定された複数本（本実施形態では、４本）の雄ネジボルト部材１２ａと、雄ネジボルト部材１２ａに螺着するナット部材１２ｂによって高さ調整された状態で雄ネジボルト部材１２ａに締着固定される、複数の締着孔（外側締着孔）１２ｃを有する台座プレート部材１２ｄとを備えている。鋼製支保部材１１は、取付け座１２の台座プレート部材１２ｄに接合されることで、パネル取付け面１１ａの設置位置が調整された状態で、既設のトンネル覆工体５５の内周形状に沿って取り付けられている。

さらに、本実施形態では、鋼製支保部材１１は、Ｉ形鋼又はＨ形鋼（本実施形態では、Ｉ形鋼）からなり、一方のフランジ部がパネル取付け面１１ａとして内側に配置されると共に、他方のフランジ部が接合面部１１ｂとして取付け座１２の台座プレート部材１２ｄに接して配置されるようになっている。取付け座１２は、締着孔１５ｂ（図４（ａ）参照）を有する挟み込みプレート片１５と、ボルトナット部材１６とを含んでおり、鋼製支保部材１１の他方のフランジ部１１ｂを台座プレート部材１２ｄと挟み込みプレート片１５との間に挟み込んだ状態で、ボルトナット部材１６を台座プレート部材１２ｄ及び挟み込みプレート片１５の締着孔１２ｅ，１５ｂに締着することによって、鋼製支保部材１１が、取付け座１２の台座プレート部材１２ｄに接合されている。

挟み込みプレート片１５は、図４（ａ）、（ｂ）にも示すように、平板形状の挟み込み本体部１５ａと、挟み込み本体部１５ａの台座プレート部材１２ｄ側の面の縁部分に沿って一体として取り付けられた、鋼製支保部材１１の他方のフランジ部１１ｂの厚さと同様の高さを備えるスペーサリブ１５ｃとを有している。挟み込みプレート片１５が、他方のフランジ部１１ｂの厚さと同様の高さを備えるスペーサリブ１５ｃを有していることにより、鋼製支保部材１１の他方のフランジ部１１ｂを台座プレート部材１２ｄと挟み込みプレート片１５との間に挟み込んだ状態で、ボルトナット部材１６を締着孔１２ｅ，１５ｂに締着して、鋼製支保部材１１を台座プレート部材１２ｄに接合する際に、平板形状の挟み込み本体部１５ａが斜めに傾くことで、安定した状態で接合できなくなるのを効果的に回避することが可能になる。

本実施形態では、シールドトンネル５０の内壁面５１を覆う、既設のトンネル覆工体５５は、好ましくは鉄筋コンクリート製セグメントや合成セグメントによる覆工体となっている。鉄筋コンクリート製セグメントや合成セグメントによるトンネル覆工体５５は、コンクリートを露出させた部分を内側面に備えているので、このようなコンクリートが露出した部分に所定の深さでアンカー孔を削孔して、削孔したアンカー孔に、セメント系アンカーや樹脂系アンカーとして、上述の取付け座１２の雄ネジボルト部材１２ａの基部や、後述する下部アンカー部材１９の基部を埋設固定することにより、好ましくはアンカーボルトによるこれらの雄ネジボルト部材１２ａや下部アンカー部材を、既設のトンネル覆工体５５の内側面から突出させた状態で、所定の位置に精度良く容易に固定することが可能になる。

また、本実施形態では、鋼製支保部材１１は、好ましくは亜鉛メッキされたＩ形鋼又はＨ形鋼（本実施形態では、Ｈ１５０×７５のＩ形鋼）からなり、その一方のフランジ部によってパネル取付け面１１ａが形成されている。Ｉ形鋼による鋼製支保部材１１は、図５に示すように、好ましくは予め工場等において、底部のインバートコンクリート部５７（図１参照）よりも上方の、トンネル５０の側壁部から上部に至るまでの既設のトンネル覆工体５５の内壁面５１に沿った形状を、適宜分割した形状に加工された、複数の単位支保部材１１’として現場に搬入される。鋼製支保部材１１は、ボルト部材等を用いた公知の方法により、既設のトンネル覆工体５５の周方向において、端面同士を互いに連結することで一体化される複数の単位鋼製支保部材１１’によって形成されることで、トンネル５０の側壁部から上部に至るまでの内壁面５１に沿って、容易に設置することができる。Ｉ形鋼による鋼製支保部材１１は、トンネル５０の延長方向Ｘに例えば９００ｍｍ程度の所定の中心間ピッチで、複数リング設置される。

複数の単位支保部材１１’からなる鋼製支保部材１１には、少なくとも一カ所の接合箇所に、鋼製支保部材１１の周方向の長さを調整可能な伸縮ジャッキ１７が取り付けられていることが好ましい。伸縮ジャッキ１７は、両端部が、接合箇所における隣接する一対の単位鋼製支保部材１１’に各々連結された状態で取り付けられている。伸縮ジャッキ１７によって押し拡げられた一対の単位鋼製支保部材１１’の端面間の間隔部分には、１又は２枚以上の長さ調整プレート１８を挟み込むことができるようになっている。これによって、例えば周囲の地盤の圧密沈下等の影響によって、老朽化したシールドトンネル５０の既設のトンネル覆工体５５に、歪み等による変形や変位が生じている場合や、トンネル５０のカーブ区間等において既設のトンネル覆工体５５の周長が変化している場合に、歪み等による変形や変位を吸収したり、周長の変化に対応できるように、鋼製支保部材１１の周方向に長さを実寸法に合わせるように適宜調整することが可能になる。

また、鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａとなる一方のフランジ部の内側面には、周方向に好ましくは後述する被覆パネル部材１３の連設方向Ｙの幅と同様の間隔をおいて（図９（ａ）参照）、図５及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、後述する押付け固定部材２０を鋼製支保部材１１に締着させるためのナット部材２１が、好ましくは横幅方向の中央部分に溶接等によって固着されている。

そして、本実施形態では、Ｉ形鋼による鋼製支保部材１１は、上述のように、湾曲断面形状部分を有する既設のトンネル覆工体５５の内周部分の複数箇所に配置・固定された、４本の雄ネジボルト部材１２ａと、複数の締着孔１２ｃを有する台座プレート部材１２ｄとを含む取付け座１２を介することによって、トンネル５０の延長方向Ｘに所定の間隔をおいて、周方向に延設して精度良く安定した状態で取り付けられることになる。

取付け座１２を構成する雄ネジボルト部材１２ａは、例えば２００ｍｍ程度の長さを有する、Ｍ１６程度の太さのアンカーボルト部材となっている。雄ネジボルト部材１２ａは、各々の取付け座１２が設置される部分において、上述のように、既設のトンネル覆工体５５に削孔したアンカー孔に基部を埋設固定することによって、先端側の雄ネジ部分を５０〜６０ｍｍ程度突出させた状態で、例えば一辺が１９０〜２００ｍｍ程度の大きさの仮想の矩形又は正方形の角部に各々配置されて、４箇所に取り付けられる。雄ネジボルト部材１２ａの既設のトンネル覆工体５５から突出する雄ネジ部分には、一対のナット部材１２ｂが螺着される。

台座プレート部材１２ｄは、好ましくは亜鉛メッキされた９ｍｍ程度の厚さの鋼製プレートからなり、例えば一辺が２５０〜２８０ｍｍ程度の大きさの、矩形又は正方形の平面形状を備えるように形成されている。台座プレート部材１２ｄには、４本の雄ネジボルト部材１２ａの位置に対応させて、４箇所の角部分の内側に、外側締着孔１２ｃが４箇所に配置されて各々開口形成されている。４箇所の外側締着孔１２ｃの内側には、例えば縦６０ｍｍ程度、横１０５ｍｍ程度の大きさの仮想の矩形の角部に配置されて、内側締着孔１２ｅが４箇所に配置されて各々開口形成されている。

各々の外側締着孔１２ｃには、雄ネジボルト部材１２ａの雄ネジ部分が挿通され、雄ネジ部分に螺着された一対のナット部材１２ｂが、台座プレート部材１２ｄを挟み込んだ状態で締着される。これによって、台座プレート部材１２ｄを、既設のトンネル覆工体５５の内側面からの高さを適宜調整すると共に、傾きを適宜調整した状態で、既設のトンネル覆工体５５から離間させた状態で固定することが可能になる。なお、台座プレート部材１２ｄが固定される所定の位置は、雄ネジボルト部材１２ａが埋設される位置よりも優先されることから、雄ネジボルト部材１２ａが所定の位置からずれて固定されている場合には、設置現場において、外側締着孔１２ｃを広げたり開け直したりすることによって、位置のずれた雄ネジボルト部材１２ａの雄ネジ部分を挿通させて、台座プレート部材１２ｄが所定の位置に精度良く取り付けられるようにすることができる。

各々の内側締着孔１２ｅには、台座プレート部材１２ｄと、上述の挟み込みプレート片１５の挟み込み本体部１５ａとの間に、鋼製支保部材１１の接合面部となる他方のフランジ部１１ｂを挟み込んだ状態で、合致した当該内側締着孔１２ｅ及び挟み込みプレート片１５の締着孔１５ｂに挿通されるボルトナット部材１６が、締着されるようになっている。これによって、鋼製支保部材１１を、予め所定の位置に精度良く取り付けられた台座プレート部材１２ｄに、パネル取付け面１１ａの設置位置をさらに調整した状態で、既設のトンネル覆工体５５の内周形状に沿って取り付けることが可能になる。

本実施形態では、各隣接する一対の鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａに、跨るようにして取り付けられる複数の被覆パネル部材１３は、各々、図７（ａ）〜（ｄ）に示すように、例えば２０ｍｍ程度の厚さを有する、好ましくは繊維補強コンクリート製のパネル部材となっている。被覆パネル部材１３は、各隣接する一対の鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａに跨る大きさとして、鋼製支保部材１１のトンネル５０の延長方向Ｘの中心間ピッチよりも若干小さい、８７０ｍｍ程度の延長方向Ｘの横幅を備えると共に、４７０ｍｍ程度の、周方向である連設方向Ｙの縦幅を備える、矩形状の平面形状を有している。

また、被覆パネル部材１３は、既設のトンネル覆工体５５の内壁面５１と対向して配置される背面側が、凹凸面１３ａとなっており、この凹凸面１３ａは、例えば均等に分散して配置された多数の陥没穴１３ｂによって形成されている。本実施形態では、陥没穴１３ｂは、六角形や円形の陥没穴となっている。被覆パネル部材１３の背面側が凹凸面１３ａとなっていることにより、後に注入充填される無収縮モルタル１４との付着面積を広くして、被覆パネル部材１３の背面に無収縮モルタル１４をより強固に付着させることが可能になる。また、凹凸面１３ａが均等に分散して配置された多数の六角形や円形の陥没穴１３ｂによって形成されていることにより、鋭角部をなくすことで、陥没穴１３ｂ内での無収縮モルタル１４の未充填箇所が生じないようにして、無収縮モルタル１４を被覆パネル部材１３の背面に強固に一体化させることが可能になる。

さらに、本実施形態では、好ましくは既設のトンネル覆工体５５の内壁面５１と対向して配置される背面側には、アンカー部材としてのアンカー筋１３ｅ（図９（ｂ）、図１０参照）を取り付けるための、ナット部材１３ｃが埋設固定されている。ナット部材１３ｃは、Ｍ１０程度の大きさの、フランジ付きナットとなっている。ナット部材１３ｃは、フランジ部を繊維補強コンクリート中に埋設すると共に、雌ネジ孔を背面側に開口させて状態で、分散配置されて４箇所に固定されている。各々のナット部材１３ｃには、Ｌ字状に折れ曲がった形状の例えばＤ１０程度の太さのアンカー筋１３ｅを、被覆パネル部材１３と、既設のトンネル覆工体５５の内壁面５１との間の空間５６に突出させて、着脱可能に取り付けることができる。

複数の被覆パネル部材１３は、例えば後述する押付け固定部材２０を用いて、鋼製支保部材１１に支持させて、図１及び図８に示すように、トンネル５０のインバートコンクリート部５７よりも上方の側壁部から上部に至るまでのトンネル５０の内壁面５１に沿って、周方向に連設して配置されることになる。連設して配置される複数の被覆パネル部材１３の中央部のパネルである、トンネル５０の天端部に配置される被覆パネル部材１３’には、硬化性材料として好ましくは無収縮モルタルを空間５６に供給して充填するための、φ６０程度の大きさのモルタル供給孔１３ｄが開口形成されている。モルタル供給孔１３ｄは、例えばソケット部材を用いて、開閉可能に閉塞しておくことができる。

本実施形態では、被覆パネル部材１３は、好ましくは繊維補強コンクリートを用いて、平坦な矩形状の平面形状を備えるように形成されている。被覆パネル部材１３は、トンネル５０の湾曲断面形状部分の湾曲形状に沿った、湾曲形状を備えるように形成することもできる。被覆パネル部材１３を、トンネル５０の湾曲断面形状部分の湾曲形状に沿った湾曲形状を備えるように形成することにより、地山側からの外力に対して、より強固なアーチアクション効果を発揮させることが可能になる。

そして、本実施形態の既設トンネルの補強構造１０では、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、トンネル５０の延長方向Ｘに所定の中心間ピッチで、湾曲断面形状部分を有するトンネル５０の内壁面５１に沿って複数設置されたＩ形鋼による鋼製支保部材１１の、各隣接する一対の鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａに跨るようにして、上述の被覆パネル部材１３を、複数、周方向に連設して取り付けると共に、図１０に示すように、取り付けられた被覆パネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の空間５６に、硬化性材料として、好ましくは無収縮モルタル１４を充填して硬化させることにより、補強用の覆工体５８を形成する。

本実施形態では、被覆パネル部材１３は、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、当該被覆パネル部材１３を鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａに押付けた状態で固定するための、押付け固定部材２０を用いて、周方向に連設して鋼製支保部材１１に支持させた状態で各々取り付けられる。押付け固定部材２０は、例えば１辺が６０ｍｍ程度の大きさの矩形断面を有する角パイプからなり、各隣接する一対の鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａの外側辺部の間の間隔よりも僅か長い、１１００ｍｍ程度の長さを備えている。押付け固定部材２０は、周方向に連設して配置された各々の被覆パネル部材１３における、連設方向Ｙの縦幅の中央部分において、トンネルの延長方向Ｘに延設させると共に、隣接する一対の鋼製支保部材１１の各々と垂直に交差させるようにして取り付けられる。

押付け固定部材２０は、鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａに固着されたナット部材２１に螺着される、例えばリブ座金や締着ナットを備える固定ボルト部材２２を当該ナット部材２１に締め着けることにより、リブ座金との間に挟み込むようにして両側の端部を鋼製支保部材１１に締着することで、連設する被覆パネル部材１３を、鋼製支保部材１１に押付けた状態で各々強固に固定しておくことができる。本実施形態では、隣接する一対の鋼製支保部材１１に跨るようにして設置される、周方向に連設する各々の段の被覆パネル部材１３について、トンネルの延長方向Ｘに隣接する各一対の被覆パネル部材１３を各々押え付ける押付け固定部材２０を、被覆パネル部材１３の縦幅方向の中央部分において上下にずらして配置することにより、これらの隣接する被覆パネル部材１３の中央部に配置される鋼製支保部材１１に、これらの隣接する被覆パネル部材１３を各々押え付ける一対の押付け固定部材２０の端部を、一本の固定ボルト部材２２によって、リブ座金を介して同時に締着できるようになっている。これらの押付け固定部材２０、ナット部材２１、固定ボルト部材２２によって被覆パネル部材１３を支保することができるので、１日の作業終了後に、これらの部材の内側に被覆パネル部材１３を取付けるための部材が存在しなくなって、例えば車両限界を侵すことになるのを、確実に回避することが可能になる。

押付け固定部材２０及び固定ボルト部材２２を用いて、鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａに被覆パネル部材１３を、複数、周方向に連設して取り付けることによって、各隣接する一対の鋼製支保部材１１により挟まれる部分には、取り付けられた被覆パネル部材１３と、既存のトンネル覆工体５５の内周面との間に、硬化性材料として好ましくは無収縮モルタル１４が充填される空間５６が形成される。被覆パネル部材１３の背面側に、アンカー筋１３ｅを取り付けておくことで、これらのアンカー筋１３ｅを硬化性材料１４が充填される空間５６に突出させておくことができる。アンカー筋１３ｅによって、被覆パネル部材１３と、空間５６に充填される無収縮モルタル１４との一体性を高めることができる。被覆パネル部材１３と無収縮モルタル１４との一体性を効果的に高める観点、及び上下の被覆パネル部材１３、１３間で干渉しないようする観点から、Ｌ字状に折れ曲がった形状のアンカー筋１３ｅは、折れ曲がり方向が、トンネルの延長方向Ｘに沿うように配置することが好ましい（図９（ｂ）参照）。

また、硬化性材料１４が充填される空間５６には、好ましくは被覆パネル部材１３を鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａに取り付けるのに先立って、内部に鉄筋を配設しておくこともできる。硬化性材料１４が充填される空間５６の内部に鉄筋が配設されていることにより、形成される補強用の覆工体５８の強度を効果的に高めることができる。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、湾曲断面形状部分を有する既存のトンネル覆工体５５の下部から硬化性材料１４が充填される空間５６に突出して、硬化性材料１４に埋設される下部アンカー部材１９が取り付けられていることが好ましい。下部アンカー部材１９は、例えばＤ１９程度の太さの鉄筋棒からなり、硬化性材料１４とトンネル覆工体５５との界面のせん断耐力向上と両者の付着力向上による一体化を目的として、アンカー筋１３ｅと同様に、Ｌ字状に折れ曲がった形状を備えている。下部アンカー部材１９は、上記にように、好ましくは鉄筋コンクリート製セグメント又は合成セグメントによる既設のトンネル覆工体５５のコンクリート部分に基部を埋設して固定された、アンカーボルトによるものとなっており、好ましくは折れ曲がり方向をトンネル５０の周方向に沿わせた状態で、両側の側壁部の各々３箇所に固定される。既存のトンネル覆工体５５の下部から硬化性材料１４が充填される空間５６に突出して、下部アンカー部材１９が設けられていることにより、補強用の覆工体５８の自重を含めた大きな荷重が作用する、補強用の覆工体５８の下部と既存のトンネル覆工体５５との界面を、効果的に補強し、且つ両者の連成構造を形成して強固な覆工体とすることが可能になる。

本実施形態の既設トンネルの補強構造１０によれば、上述のようにして形成された、各隣接する一対の鋼製支保部材１１によって挟まれる部分の、周方向に連設して配置された被覆パネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の、１又は２以上の各空間５６に、硬化性材料として好ましくは無収縮モルタル１４を各々充填することにより、湾曲断面形状部分を有する既存のトンネル覆工体５５の内周面を覆う補強用の覆工体５８を形成することができる。

すなわち、周方向に連設して配置された複数の被覆パネル部材１３のうちの、トンネル５０の上部の天端部に配置される被覆パネル部材１３’には、硬化性材料１４を空間５６に供給するためのモルタル供給孔１３ｄが形成されているので（図１参照）、これらのモルタル供給孔１３ｄにモルタルの供給配管（図示せず）を接続して、無収縮モルタル１４を供給することにより、被覆パネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の空間５６に、無収縮モルタル１４を各々充填することができる。充填した無収縮モルタル１４が硬化して被覆パネル部材１３と一体化した時点で、被覆パネル部材１３を鋼製支保部材１１に締着固定していた、固定ボルト部材２２や押付け固定部材２０を取り外すことにより、鋼製支保部材１１、複数の被覆パネル部材１３、及び硬化した無収縮モルタル１４が一体となった、既存のトンネル覆工体５５の内周面を覆う補強用の覆工体５８が容易に形成されることになる。

したがって、本実施形態によれば、内側にパネル取付け面１１ａを備える複数の鋼製支保部材１１を、湾曲断面形状部分を有する既設のトンネル覆工体５５の内周部分の複数箇所に配置・固定された取付け座１２を介することで、トンネル５０の延長方向Ｘに所定の間隔をおいて、周方向に延設させて取り付ける支保部材設置工程と、トンネルの延長方向Ｘに隣接する各一対の鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａに跨るようにして、複数の被覆パネル部材１３を、鋼製支保部材１１に支持させて周方向に連設して取り付けるパネル部材設置工程と、被覆パネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の空間に、鋼製支保部材１１と被覆パネル部材１３と既設のトンネル覆工体５５とを一体化させる硬化性材料１４を充填する裏込め充填工程とを含んで構成される既設トンネルの補強方法によって、湾曲断面形状部分を有するトンネル５０に設けられた、既設のトンネル覆工体５５を、効率良く且つ効果的に補強してゆくことが可能になる。

そして、上述の構成を備える本実施形態の既設トンネルの補強構造によれば、湾曲断面形状部分を有するトンネルの内周面に沿って形成された既存のトンネル覆工体を補強する補強用の覆工体を、鋼製支保部材及び硬化性材料を用いて、好ましくは数時間での作業を繰り返しながら効率良く補強することが可能になると共に、より精度良く形成することが可能になる。

すなわち、本実施形態の既設トンネルの補強構造によれば、湾曲断面形状部分を有する既設のトンネル覆工体５５の内周部分の複数箇所に配置・固定された取付け座１２を介することで、トンネル５０の延長方向Ｘに所定の間隔をおいて取り付けられる、内側にパネル取付け面１１ａを備える複数の鋼製支保部材１１と、隣接する各一対の鋼製支保部材１１のパネル取付け面１１ａに跨るようにして周方向に連設して取り付けられた複数の被覆パネル部材１３と、被覆パネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５と間の空間５６に充填される硬化性材料１４とを含んで構成されている。

これによって、本実施形態によれば、予め取付け座１２の各々を、既設のトンネル覆工体５５の内周部分の所定の位置に、短時間での作業を繰り返しながら精度良く取り付けておくことができ、鋼製支保部材１１は、当該鋼製支保部材１１に特別な加工を施すことなく、予め設置された取付け座１２に支持させて精度良く取り付けることができ、複数の被覆パネル部材１３は、設置された鋼製支保部材１１に対して、短時間の作業を繰り返しながら周方向に連設して精度良く取り付けてゆくことができるので、例えば各隣接する一対の鋼製支保部材１１によるスパン毎に硬化性材料１４を充填することによって、好ましくは数時間での作業を繰り返しながら、既存のトンネル覆工体５５の内周面を覆う補強用の覆工体５８を効率良く形成して、既設のトンネル覆工体５５を補強することが可能になると共に、補強用の覆工体５８をより精度良く形成することが可能になる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、本発明の既設トンネルの補強構造は、数時間での作業を繰り返しながら施工される必要は必ずしもなく、数時間での作業を繰り返しながら施工することが可能であれば良い。施工条件によっては、数時間を超える作業となっても良い。既設のトンネル覆工体が補強されるトンネルは、シールドトンネル以外の、山岳トンネルや、その他の種々の湾曲断面形状部分を有するトンネルであっても良い。既設のトンネル覆工体は、コンクリート製の他、鋼製や鋳鉄製等のものであっても良い。雄ネジボルト部材は、アンカーボルトによるもの他、溶接等によって既設のトンネル覆工体に固定されるものであっても良い。鋼製支保部材は、Ｉ形鋼やＨ形鋼である必要は必ずしも無く、内側にパネル取付け面を設けることが可能な、溝形鋼や山形鋼等のその他の種々の鋼製部材であっても良い。被覆パネル部材は、繊維補強コンクリート製の部材である必要は必ずしも無く、合成樹脂製や鋼製、鋳鉄製等のその他の材料からなるものであっても良い。被覆パネル部材に取り付けるアンカー部材はＬ字状に折れ曲がった形状である必要は必ずしも無く、直状形状のものや当該直状形状のものの先端に定着板を固着したものであってもよい。被覆パネル部材とトンネルの内壁面との間の空間に充填される硬化性材料は、無収縮モルタルの他、通常のモルタル、コンクリート、セメントミルク等のセメント系硬化材料やセメント系以外の硬化性材料であっても良い。

１０ 既設トンネルの補強構造
１１ 鋼製支保部材（Ｉ形鋼）
１１ａ パネル取付け面（一方のフランジ部）
１１ｂ 接合面部（他方のフランジ部）
１２ 取付け座
１２ａ 雄ネジボルト部材
１２ｂ ナット部材
１２ｃ 外側締着孔
１２ｄ 台座プレート部材
１２ｅ 内側締着孔
１３ 被覆パネル部材
１３ａ 凹凸面
１３ｂ 陥没穴
１３ｃ ナット部材
１３ｄ モルタル供給孔
１３ｅ アンカー筋
１４ 無収縮モルタル（硬化性材料）
１５ 挟み込みプレート片
１５ａ 挟み込み本体部
１５ｂ 締着孔
１５ｃ スペーサリブ
１６ ボルトナット部材
１７ 伸縮ジャッキ
１８ 長さ調整プレート
１９ 下部アンカー部材
２０ 押付け固定部材
２１ ナット部材
２２ 固定ボルト部材
５０ トンネル
５１ 内壁面
５５ 既設のトンネル覆工体
５６ 空間
５７ インバートコンクリート部
５８ 補強用の覆工体
５９ 二次吹き付けコンクリート
Ｘ トンネルの延長方向
Ｙ 被覆パネル部材の連設方向

Claims (9)

1. 湾曲断面形状部分を有するトンネルに設けられた、既設のトンネル覆工体を補強するための既設トンネルの補強構造であって、
   湾曲断面形状部分を有する前記既設のトンネル覆工体の内周部分の複数箇所に配置・固定された取付け座を介することで、トンネルの延長方向に所定の間隔をおいて周方向に延設して取り付けられた、内側にパネル取付け面を備える複数の鋼製支保部材と、
   トンネルの延長方向に隣接する各一対の前記鋼製支保部材の前記パネル取付け面に跨るようにして、前記鋼製支保部材に支持されて周方向に連設して取り付けられた複数の被覆パネル部材と、
   前記被覆パネル部材と前記既存のトンネル覆工体との間の空間に充填され、前記鋼製支保部材と前記被覆パネル部材と前記既設のトンネル覆工体とを一体化させる硬化性材料とを含んで構成される既設トンネルの補強構造。
2. 前記取付け座は、前記既設のトンネル覆工体から内側に突出して固定された複数本の雄ネジボルト部材と、該雄ネジボルト部材に螺着するナット部材によって高さ調整された状態で該雄ネジボル部材に締着固定される、複数の締着孔を有する台座プレート部材とを備えており、
   前記鋼製支保部材は、前記取付け座の前記台座プレート部材に接合されることで、前記パネル取付け面の設置位置が調整された状態で、前記既設のトンネル覆工体の内周形状に沿って取り付けられている請求項１に記載の既設トンネルの補強構造。
3. 前記鋼製支保部材は、Ｉ形鋼又はＨ形鋼からなり、一方のフランジ部が前記パネル取付け面として内側に配置されると共に、他方のフランジ部が接合面部として前記取付け座の前記台座プレート部材に接して配置されるようになっており、前記取付け座は、締着孔を有する挟み込みプレート片と、ボルトナット部材とを含んでおり、前記他方のフランジ部を前記台座プレート部材と前記挟み込みプレート片との間に挟み込んだ状態で、前記ボルトナット部材を前記台座プレート部材及び前記挟み込みプレート片の締着孔に締着することによって、前記鋼製支保部材が、前記取付け座の前記台座プレート部材に接合されている請求項２に記載の既設トンネルの補強構造。
4. 前記挟み込みプレート片は、平板形状の挟み込み本体部と、該挟み込み本体部の前記台座プレート部材側の面の縁部分に沿って一体として取り付けられた、前記他方のフランジ部の厚さと同様の高さを有するスペーサリブとを有している請求項３に記載の既設トンネルの補強構造。
5. 前記既設のトンネル覆工体は、鉄筋コンクリート製セグメント又は合成セグメントによって形成されており、前記雄ネジボルト部材は、これらのセグメントのコンクリート部分に基部を埋設して固定された、アンカーボルトによるものとなっている請求項２〜４のいずれか１項に記載の既設トンネルの補強構造。
6. 前記既設のトンネル覆工体の下部から前記空間に突出して、前記硬化性材料に埋設される下部アンカー部材が取り付けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の既設トンネルの補強構造。
7. 前記既設のトンネル覆工体は、鉄筋コンクリート製セグメント又は合成セグメントによって形成されており、前記下部アンカー部材は、これらのセグメントのコンクリート部分に基部を埋設して固定された、アンカーボルトによるものとなっている請求項６に記載の既設トンネルの補強構造。
8. 前記鋼製支保部材は、前記既設のトンネル覆工体の周方向において端面同士を互いに連結することで一体化される、複数の単位鋼製支保部材によって形成されており、少なくとも一カ所の接合箇所における、隣接する一対の前記単位鋼製支保部材に両端部が各々連結されて、前記鋼製支保部材の周方向の長さを調整可能な伸縮ジャッキが取り付けられており、該伸縮ジャッキによって押し拡げられた一対の端面間の間隔部分に、１又は２枚以上の長さ調整プレートが挟み込まれるようになっている請求項１〜７のいずれか１項に記載の既設トンネルの補強構造。
9. 湾曲断面形状部分を有するトンネルに設けられた、既設のトンネル覆工体を補強するための既設トンネルの補強方法であって、
   内側にパネル取付け面を備える複数の鋼製支保部材を、湾曲断面形状部分を有する前記既設のトンネル覆工体の内周部分の複数箇所に配置・固定された取付け座を介することで、トンネルの延長方向に所定の間隔をおいて、周方向に延設させて取り付ける支保部材設置工程と、
   トンネルの延長方向に隣接する各一対の前記鋼製支保部材の前記パネル取付け面に跨るようにして、複数の被覆パネル部材を、前記鋼製支保部材に支持させて周方向に連設して取り付けるパネル部材設置工程と、
   前記被覆パネル部材と前記既存のトンネル覆工体との間の空間に、前記鋼製支保部材と前記被覆パネル部材と前記既設のトンネル覆工体とを一体化させる硬化性材料を充填する裏込め充填工程とを含んで構成される既設トンネルの補強方法。

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