JP2021116620A - トンネル内巻工 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネルの側壁に移設困難な支障物がある箇所に対応でき、複線トンネルで施工箇所を上下線に分けて施工できるトンネル内巻工を提供する。【解決手段】トンネル内巻工１は、トンネル２の底面２２より高い位置に延設される敷桁３と、敷桁３に支持される支保工４と、敷桁３より上側の内壁２１を覆う複数のパネル５とを備える。支保工４は、周方向Ｃに接合可能な複数の支保工部材４１から成り、トンネル軸方向Ｘから見て左右の一方のみに設置した状態が可能である。複数のパネル５は、隣り合う支保工４間において周方向Ｃに連なる１列に設けられ、トンネル軸方向Ｘの端部が支保工４に支持され、最も下にあるパネル５の下端部が敷桁３に支持される。各パネル５の周方向Ｃの長さ、及び１列のパネル５の数は、左右の一方のみにパネル５を設けた状態が可能となるように設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、トンネルの内壁を覆うためのトンネル内巻工に関する。

トンネルの経年劣化に伴う覆工コンクリートの剥落を防止するため、従来から、トンネルの内壁に対する補強を含む劣化対策工としてトンネル内巻工がある。ＦＲＰを用いたトンネル内巻工として、ＦＲＰ製アーチ支持構造体（アーチ支保工）と、内壁を覆うＦＲＰ製連続帯状構造体とを有するトンネル覆工構造体が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このようなトンネル覆工構造体では、先ず、複数のＦＲＰ製支持構造体がトンネル内に配置される。そして、隣り合うＦＲＰ製支持構造体間に、ＦＲＰ製連続帯状構造体が、トンネルの一方の側壁側から、トンネルの頂部を経由して、反対の側壁側まで連続して設置される（特許文献１の図１８、特許文献２の明細書［００３７］参照）。そして、ＦＲＰ製連続帯状構造体とトンネルの内壁との間にグラウト（裏込め材）が注入される。グラウトは、トンネル底部の根固め工によって漏れが防止される（特許文献１の図２２参照）。

しかしながら、図１４に示すように、鉄道のトンネル２では、通信用や配電用のケーブル２４等が内壁２１の側壁に設けられており、ＦＲＰ製支持構造体及びＦＲＰ製連続帯状構造体を設けることが困難である。同様の問題は、鉄道以外のトンネルでも、トンネルの側壁に移設困難な支障物がある箇所で生じる。

複線トンネルでトンネル覆工構造体を施工する場合、ＦＲＰ製連続帯状構造体をトンネルの一方の側壁側から反対の側壁側まで連続して設置するためには、施工箇所が上下線の両方になるので、その施工箇所を他の保守作業に用いられる保守用車が通過できない。また、ＦＲＰ製連続帯状構造体をトンネルの一方の側壁側から反対の側壁側まで連続して設置するために、長く連続した工事時間が必要になる。そのような工事時間の確保が難しい場合、トンネル覆工構造体の施工が容易ではない。

特開２０１２−２０７４３１号公報 特開２０１６−１３２８６７号公報

本発明は、上記問題を解決するものであり、トンネルの側壁に移設困難な支障物がある箇所に対応でき、複線トンネルで施工箇所を上下線に分けて施工でき、連続した工事時間を短くできるトンネル内巻工を提供することを目的とする。

本発明のトンネル内巻工は、トンネルの内壁を覆うためのものであって、前記トンネルの底面より高い位置の前記内壁に延設されるトンネル軸方向に長尺状の敷桁と、前記内壁の周方向に沿って設けられ、下端部が前記敷桁によって支持され、トンネル軸方向に所定の間隔で複数配置される支保工と、前記周方向に沿って曲がる可撓性を有し、前記敷桁より上側の前記内壁を覆う複数のパネルとを備え、前記各支保工は、前記周方向に接合可能な複数の支保工部材から成り、トンネル軸方向から見て左右の一方のみに設置した状態が可能であり、前記複数のパネルは、隣り合う前記支保工間において前記周方向に連なる１列に設けられ、トンネル軸方向の端部が前記支保工に支持され、最も下にあるパネルの下端部が前記敷桁に支持され、前記各パネルの前記周方向の長さ、及び前記１列のパネルの数は、前記左右の一方のみに前記パネルを設けた状態が可能となるように設定されることを特徴とする。

このトンネル内巻工において、前記支保工は、前記周方向に直交する断面がＨ形であり、前記内壁に当接する外フランジと、トンネルの内空を臨む内フランジと、前記外フランジと内フランジを接続するウェブとを有し、前記パネルは、前記ウェブによってトンネル軸方向に対して保持され、前記内フランジによってトンネル径方向に対して支持され、前記支保工は、前記内フランジと前記外フランジとの間に前記パネルを挿入するため挿入口が前記内フランジに形成され、前記挿入口は、前記支保工に少なくとも左右各１つ形成されることが好ましい。

このトンネル内巻工において、前記各支保工部材は、ＦＲＰ製であり、接合のための継手を有し、前記継手は、接合される一方の支保工部材の前記ウェブの端部から突出する凸部と、接合される他方の支保工部材の前記ウェブの端部に設けられた凹部とを有し、前記凸部が凹部と嵌合することによって前記支保工部材を周方向に接合することが好ましい。

このトンネル内巻工において、前記各パネルは、ＦＲＰ製であり、面状のスキンプレートと、トンネル軸方向に延在する複数のリブとを有し、前記スキンプレートは、可撓性を有する矩形であり、前記各リブは、前記スキンプレートから前記内壁の方向に突出し、先端に向かって次第にトンネル周方向に曲がっており、貫通孔が形成されていることが好ましい。

このトンネル内巻工において、前記トンネルの覆工コンクリートに埋め込み固定された複数の受台を有し、前記各受台は、前記内壁から突出し、前記敷桁は、前記受台によって支持され、最も下にある前記パネルの下端部と前記内壁との間隙を塞ぎ、前記パネルと前記内壁の間は、グラウトが注入されて硬化されることが好ましい。

このトンネル内巻工において、前記敷桁は、施工時に、仮止め用ボルトで前記受台及び覆工コンクリートの少なくとも一方に仮止めされ、前記仮止め用ボルトは、前記グラウトが硬化された後に撤去されることが好ましい。

このトンネル内巻工において、前記支保工は、ボルトを用いて前記覆工コンクリートに固定され、前記ボルトは、硬化された前記グラウト内に埋められることが好ましい。

本発明のトンネル内巻工によれば、パネルは、敷桁より上側の内壁を覆うので、トンネルの側壁にあるケーブル等の支障物より敷桁の位置を高く設定することにより、その支障物との干渉を避けることができる。また、支保工は、トンネル軸方向から見て左右の一方のみに設置した状態が可能であり、パネルは、左右の一方のみに設けた状態が可能となるように周方向の長さ及び数が設定されるので、複線トンネルで施工箇所を上下線に分けて施工でき、連続した工事時間を短くできる。

本発明の一実施形態に係るトンネル内巻工の斜視図。 同トンネル内巻工の断面図。 同トンネル内巻工の敷桁の正面図。 同トンネル内巻工の支保工の下端部の側面図。 同トンネル内巻工のパネルを左右の一方のみに設けた状態の断面図。 同トンネル内巻工の支保工の断面図。 同トンネル内巻工の支保工及びパネルの断面図。 同トンネル内巻工の挿入口近傍の正面図。 同トンネル内巻工の支保工の挿入口の位置を示す図。 （ａ）は同トンネル内巻工の支保工の継手の正面図、（ｂ）は同継手の側面図。 同トンネル内巻工のパネルの斜視図。 同トンネル内巻工のパネルの下端部の側面図。 同トンネル内巻工のパネルの注入口及び空気抜き孔の位置を示す図。 トンネルの断面図。

本発明の一実施形態に係るトンネル内巻工を図１乃至図１３を参照して説明する。図１及び図２に示すように、トンネル内巻工１は、トンネル２の内壁２１（覆工面）を覆う物であり、トンネル２の覆工を内空側から巻くように覆う工作物であるので、トンネル内巻工と呼ばれる。トンネル内巻工１は、敷桁３と、支保工４と、複数のパネル５とを備える。

図３に示すように、敷桁３は、トンネル軸方向Ｘに長尺状である。敷桁３は、トンネル２の底面２２より高い位置の内壁２１に延設される（図２参照）。

支保工４は、トンネル２の内壁２１の周方向Ｃに沿って設けられる。図４に示すように、支保工４の下端部４３は、敷桁３によって支持される。支保工４は、トンネル軸方向Ｘに所定の間隔で複数配置される（図１参照）。パネル５は、トンネル２の周方向Ｃに沿って曲がる可撓性を有する。パネル５は、複数であり、敷桁３より上側の内壁２１を覆う。なお、図１において、後述するパネル５のリブは図示を省略している。

各支保工４は、複数の支保工部材４１から成る。支保工部材４１は、周方向Ｃに接合可能である。この支保工４は、トンネル軸方向Ｘから見て左右の一方のみに設置した状態が可能である。すなわち、少なくともトンネル２の頂部付近に支保工４の継目４２がある。なお、トンネルにおける左と右とは、通常、起点側から見た左と右である。

複数のパネル５は、隣り合う支保工４間において周方向Ｃに連なる１列に設けられ、トンネル軸方向Ｘの端部が支保工４に支持され、最も下にあるパネル５の下端部が敷桁３に支持される。

各パネル５の周方向Ｃの長さ、及び１列のパネル５の数は、左右の一方のみにパネル５を設けた状態が可能となるように設定される。本実施形態では、１列のパネル５の数は、トンネルの右側がパネル５ａ、５ｂの２枚、左側がパネル５ｃ、５ｄの２枚である（図２参照）。なお、１列のパネル５の数は、このような１列４枚に限定されない。

これにより、図５に示すように、左右の一方のみにパネル５（５ａ、５ｂ）を設けた状態が可能である。

支保工４は、トンネル軸方向Ｘから見て左右の一方のみに設置した状態が可能であり、パネル５は、左右の一方のみに設けた状態が可能であるので、トンネル内巻工１は、左右の一方のみに設置した状態が可能となる。

後述するグラウト（裏込め材）をパネル５と内壁２１との間に注入する際に、グラウトがパネル５間から漏れないように、パネル５は、互いに接合される。本実施形態では、パネル５ａ、５ｂが周方向Ｃに接合され、パネル５ｂ、５ｃが周方向Ｃに接合され（図２参照）、パネル５ｃ、５ｄが周方向Ｃに接合される。このような、パネル５同士を突き合わせる接合は、例えば、嵌合接合である。パネル５同士を突き合わせる接合は、接着であってもよい。

例えば、新幹線鉄道（全国新幹線整備法第二条に定義された新幹線鉄道）では、線路での保守作業は、列車が運転されていない夜間の限られた時間帯（作業時間帯）に行われる。先ず、トンネル２の左右の一方のみに支保工４及びパネル５を設け、別の日の夜間に残りの支保工４及びパネル５を設ける分割施工により、施工箇所を上下線に分けて施工でき、連続した工事時間を短くできる。

図６に示すように、支保工４は、ＦＲＰ製であり、Ｈ形鋼と同様の断面形状を有する。すなわち、支保工４は、周方向に直交する断面がＨ形であり、外フランジ４４と、内フランジ４５と、ウェブ４６とを有する。外フランジ４４は、トンネル２の内壁２１に当接する。内フランジ４５は、トンネル２の内空を臨む。ウェブ４６は、外フランジ４４と内フランジ４５を接続する。

図７に示すように、パネル５は、ウェブ４６によってトンネル軸方向Ｘに対して保持され、内フランジ４５によってトンネル径方向Ｒ（内壁２１の法線方向）に対して支持される。

図８に示すように、支保工４は、内フランジ４５と外フランジ４４との間にパネル５を挿入するため挿入口８が内フランジ４５に形成される。本実施形態では、支保工４は、内フランジ４５を設けないことにより、挿入口８が形成される。白抜き矢印で図示するように、パネル５は、一対の支保工４間に挿入され、周方向Ｃにスライドされて配置される。

図９に示すように、挿入口８は、支保工４に少なくとも左右各１つ形成される。挿入口８の位置は、例えば、図９において楕円で示す箇所である。

図１０（ａ）（ｂ）に示すように、各支保工部材４１は、ＦＲＰ製であり、接合のための継手４７を有する。継手４７は、ソケット式継手である。この継手４７は、凸部４７ａと凹部４７ｂとを有する。凸部４７ａは、接合される一方の支保工部材４１のウェブ４６の端部から突出する。凹部４７ｂは、接合される他方の支保工部材４１のウェブ４６の端部に設けられる。継手４７は、凸部４７ａが凹部４７ｂと嵌合することによって支保工部材４１を周方向Ｃに接合する。すなわち、支保工部材４１は、互いに嵌合接合される。この継手４７は、軸力とせん断力を伝達する。支保工４は、多ヒンジアーチとして挙動する。

図１１に示すように、各パネル５は、ＦＲＰ製であり、面状のスキンプレート５１と、スキンプレート５１上のリブ５２とを有する。本実施形態では、パネル５は、ガラスクロスを有するポリエステル樹脂のＦＲＰ製である。スキンプレート５１は、可撓性を有し、矩形である。リブ５２は、トンネル軸方向Ｘに延在し、周方向Ｃに複数配置される。各リブ５２は、スキンプレート５１から内壁２１の方向に突出し、リブ５２の先端に向かって次第にトンネル周方向に曲がっている。すなわち、リブ５２は、断面視で直角等に折れ曲がってなく、滑らかに曲がっている。リブ５２は、貫通孔５２１が形成されている。貫通孔５２１は、周方向Ｃにリブ５２を貫通し、トンネル軸方向Ｘにおいて複数形成される。

パネル５は、トンネル軸方向Ｘの端部に、リブ５２を有しないスキンプレート５１のみの部分がある。支保工４は、ウェブ４６から内フランジ４５と平行にパネルガイド４６１が突出している（図６参照）。パネル５を支保工４に取り付ける際、パネル５の端部のスキンプレート５１が、パネルガイド４６１と内フランジ４５に挟まれて周方向Ｃに案内される。

トンネル内巻工１は、複数の受台９を有する（図３参照）。敷桁３は、これら複数の受台９によって支持される（両端支持）。本実施形態では、受台９は、Ｈ形鋼である。トンネル内巻工１の施工時、トンネル２の覆工コンクリート２５を水平方向に削孔して受台用削孔が形成される。受台用削孔は、左右の内面が目荒らしされる。そして、受台用削孔に受台９が入れられ、穴受台用削孔に充填材２６が充填される（図４参照）。その充填材２６が硬化し、受台９は、トンネル２の覆工コンクリート２５に埋め込み固定される。各受台９は、内壁２１から突出する。

図１２に示すように、敷桁３は、最も下にあるパネル５の下端部を支持し、そのパネル５の下端部と内壁２１との間隙を塞ぐ。本実施形態では、敷桁３は、ＦＲＰ製であり、下半分が横向きの溝形鋼と同様の断面形状、上半分が横向きのハット形鋼と同様の断面形状を有する。すなわち、敷桁３は、下フランジ３１、上フランジ３２、ウェブ３３、アーム部３４を有する。アーム部３４は、上フランジ３２の端部から上に延出する部分である。支保工４及びパネル５は、上フランジ３２上に設けられ、アーム部３４と内壁２１によって挟まれる（図４、図１２参照）。

敷桁３は、施工時に、仮止め用ボルト９１で受台９に仮止めされる（図３参照）。また、敷桁３は、仮止め用ボルト９２で覆工コンクリート２５に仮止めされる。仮止め用ボルト９１、９２は、トンネル内巻工１と内壁２１間に注入されたグラウトが硬化した後に撤去される。なお、仮止め用ボルト９１、９２のいずれかを省略してもよい。

支保工４は、ボルト４８を用いて覆工コンクリート２５に固定される（図６参照）。本実施形態では、支保工４は、トンネル２の覆工コンクリート２５にボルト４８で固定されたクランプ部材４９を介して、覆工コンクリート２５に固定される。ボルト４８が覆工コンクリート２５から露出する部分は、パネル５と内壁２１間に位置する。パネル５と内壁２１の間は、グラウトが注入されて硬化される。したがって、トンネル内巻工１において、ボルト４８は、硬化されたグラウト内に埋められる。

上述のように構成されたトンネル内巻工１は、専用足場を有する台車を用いて施工される。施工時にパネル５とトンネル２の内壁２１との間にグラウトが注入される。グラウトには、充填性が良い、液圧がパネル５の耐荷力以内、短時間で硬化、漏出時の対処が容易、早期強度が発現する等の条件を満たすセメントミルクが用いられる。グラウトを注入するため、注入口がパネル５のスキンプレート５１に設けられる。注入口の位置の例を図１３に丸印５３で示す。パネル５には、注入口以外に、トンネル２の頂部付近に空気抜き孔が設けられる。空気抜き孔の位置の例を図１３に丸印５４で示す。

以上、本実施形態に係るトンネル内巻工１によれば、パネル５は、敷桁３より上側の内壁２１を覆うので、トンネル２の側壁にあるケーブル２４等の支障物より敷桁３の位置を高く設定することにより、その支障物との干渉を避けることができる（図２参照）。また、支保工４は、トンネル軸方向Ｘから見て左右の一方のみに設置した状態が可能であり、パネル５は、左右の一方のみに設けた状態が可能となるように周方向Ｃの長さ及び数が設定されるので、複線トンネルで施工箇所を上下線に分けて施工でき、連続した工事時間を短くできる。また、隣り合う支保工４間において複数のパネル５を周方向Ｃに連なる１列に設けられるので、切れ目なく内壁２１を覆うことができる。

パネル５を支保工４に挿入するための挿入口８が、支保工４に少なくとも左右各１つ形成されるので、パネル５をトンネル軸方向Ｘから見て左右の一方のみに設置した状態にすることができる（図９参照）。

支保工４は複数の支保工部材４１から成り、各支保工部材４１はＦＲＰ製であるので、軽量化され、現場施工において大型重機が不要となる（図１参照）。支保工部材４１は、端部が嵌合することによって周方向Ｃに接合するので、作業が効率化される（図１０（ａ）（ｂ）参照）。このため、トンネル内巻工１の施工工程が簡略化及び迅速化され、トンネル内の工事時間を短くできる。

複数のパネル５がトンネル２の内壁２１を覆い、各パネル５はＦＲＰ製であるので、各パネル５が軽量化される（図１参照）。また、パネル５は、トンネル軸方向Ｘに延在するリブ５２を有するので、トンネル軸方向Ｘの剛性が高くなり、グラウト液圧に耐える（図１１参照）。また、リブ５２は、貫通孔５２１が形成されているので、パネル５と内壁２１との間にグラウトを注入する際、グラウト及び空気が貫通孔５２１を通る。ところで、リブが直角に折れ曲がった断面形状を有する場合、折れ曲がった内側の角にグラウトが入り込み難い。これに対して、このパネル５のリブ５２は、先端に向かって次第にトンネル周方向に曲がっているので、曲がった内側にグラウトが入り込み易い。

敷桁３は、覆工コンクリート２５に埋め込み固定された受台９に支持されるので、支保工４、パネル５及びグラウトからの荷重に耐えることができる（図３参照）。敷桁３は、パネル５の下端部と内壁２１との間隙を塞ぐので、パネル５と内壁２１との間に注入されたグラウトの漏れが防がれる（図１２参照）。パネル５と内壁２１の間は、グラウトが注入されて硬化されることにより、支保工４、パネル５及びグラウトが一体構造の自立構造となり、トンネル内巻工１は、耐荷力に優れた冗長性の高い構造となる（図１参照）。

敷桁３を仮止めする仮止め用ボルト９１、９２は、パネル５と内壁２１間に注入されたグラウトが硬化した後に撤去されるので、敷桁３の取り付けがボルトレス化され、敷桁３のボルトの点検が不要になり、トンネル内巻工１の維持管理が容易になる（図３参照）。

支保工４を覆工コンクリート２５に固定するボルト４８は、パネル５と内壁２１間にグラウトが注入されて硬化されたグラウト内に埋められるので、ボルト４８の点検が不要になり、トンネル内巻工１の維持管理が容易になる（図６参照）。

なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、トンネル内巻工１は、鉄道以外のトンネルに設けてもよい。

１ トンネル内巻工
３ 敷桁
４ 支保工
４１ 支保工部材
４４ 外フランジ
４５ 内フランジ
４６ ウェブ
４７ 継手
４７ａ 凸部
４７ｂ 凹部
４８ ボルト
５ パネル
５１ スキンプレート
５２ リブ
５２１ 貫通孔
８ 挿入口
９ 受台
９１、９２ 仮止め用ボルト

Claims (7)

1. トンネルの内壁を覆うためのトンネル内巻工であって、
   前記トンネルの底面より高い位置の前記内壁に延設されるトンネル軸方向に長尺状の敷桁と、
   前記内壁の周方向に沿って設けられ、下端部が前記敷桁によって支持され、トンネル軸方向に所定の間隔で複数配置される支保工と、
   前記周方向に沿って曲がる可撓性を有し、前記敷桁より上側の前記内壁を覆う複数のパネルとを備え、
   前記各支保工は、前記周方向に接合可能な複数の支保工部材から成り、トンネル軸方向から見て左右の一方のみに設置した状態が可能であり、
   前記複数のパネルは、隣り合う前記支保工間において前記周方向に連なる１列に設けられ、トンネル軸方向の端部が前記支保工に支持され、最も下にあるパネルの下端部が前記敷桁に支持され、
   前記各パネルの前記周方向の長さ、及び前記１列のパネルの数は、前記左右の一方のみに前記パネルを設けた状態が可能となるように設定されることを特徴とするトンネル内巻工。
2. 前記支保工は、前記周方向に直交する断面がＨ形であり、前記内壁に当接する外フランジと、トンネルの内空を臨む内フランジと、前記外フランジと内フランジを接続するウェブとを有し、
   前記パネルは、前記ウェブによってトンネル軸方向に対して保持され、前記内フランジによってトンネル径方向に対して支持され、
   前記支保工は、前記内フランジと前記外フランジとの間に前記パネルを挿入するため挿入口が前記内フランジに形成され、
   前記挿入口は、前記支保工に少なくとも左右各１つ形成されることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内巻工。
3. 前記各支保工部材は、ＦＲＰ製であり、接合のための継手を有し、
   前記継手は、接合される一方の支保工部材の前記ウェブの端部から突出する凸部と、接合される他方の支保工部材の前記ウェブの端部に設けられた凹部とを有し、前記凸部が凹部と嵌合することによって前記支保工部材を周方向に接合することを特徴とする請求項２に記載のトンネル内巻工。
4. 前記各パネルは、ＦＲＰ製であり、面状のスキンプレートと、トンネル軸方向に延在する複数のリブとを有し、
   前記スキンプレートは、可撓性を有する矩形であり、
   前記各リブは、前記スキンプレートから前記内壁の方向に突出し、先端に向かって次第にトンネル周方向に曲がっており、貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のトンネル内巻工。
5. 前記トンネルの覆工コンクリートに埋め込み固定された複数の受台を有し、
   前記各受台は、前記内壁から突出し、
   前記敷桁は、前記受台によって支持され、最も下にある前記パネルの下端部と前記内壁との間隙を塞ぎ、
   前記パネルと前記内壁の間は、グラウトが注入されて硬化されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のトンネル内巻工。
6. 前記敷桁は、施工時に、仮止め用ボルトで前記受台及び覆工コンクリートの少なくとも一方に仮止めされ、
   前記仮止め用ボルトは、前記グラウトが硬化された後に撤去されることを特徴とする請求項５に記載のトンネル内巻工。
7. 前記支保工は、ボルトを用いて前記覆工コンクリートに固定され、
   前記ボルトは、硬化された前記グラウト内に埋められることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のトンネル内巻工。
   
   

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