JP4279192B2 - 覆工用ｐｃ板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば既設トンネルの補修または補強等する際に、トンネルの内面に据え付ける補修用または補強用の覆工用ＰＣ板とその製造方法に関する。

従来、トンネルとして、例えば地山を掘削しながら覆工コンクリートでアーチ型のトンネルを構築して地山の荷重を支えるようにしたものがある。また、他のトンネルとして地山をトンネル状に掘削して、そのアーチ型の壁面にロックボルトを放射状に打ち込み、更にこの壁面に吹きつけコンクリートを施工して荷重を支えると共に、吹きつけコンクリートの内面に無筋の覆工コンクリートを化粧コンクリートとして施工したトンネル等が知られている。
これらの既設のトンネルは雨、風、水漏れ、土圧などにより損傷し経時的にクラックや欠けなどを生じて、トンネルの強度が劣化する。この場合、補修方法として、例えば特許文献１に記載されたように複数スパン分の覆工用ＰＣ板をヒンジ部を介してトンネルの内面にアーチ型に組み立てて組み立て覆工版を形成し、トンネル内面と組み立て覆工版との空隙にモルタルなどの裏込め材を充填して一体化した覆工工法がある。
このようなトンネル覆工工法に用いられるＰＣ板は略円弧状の板状をなしていて内部に主筋と配力筋とを組み込んだ鉄筋構造をコンクリートで被せて形成されており、円弧形状の方向に全長に亘って例えば８０〜１００ｍｍ程度の同一厚みで形成されている。そしてトンネルの周方向において両側に打設した側壁上に２つのＰＣ板をヒンジで連結した組み立て覆工版をアーチ状に建て込んで覆工する。
特許第２９０８５７７号公報

ところで、補修に際して、トンネル内面に組み立て覆工版を据え付けることでトンネルの両側肩部はＰＣ板と裏込め材の厚み分だけ狭められてしまい、車が通過する際に車両建築限界を侵すことになる。そのため、トンネル内の車両建築限界を確保するために盤下げ工事を行い、路盤を掘り下げていた。すると、トンネルの出口と入り口とで路面に段差が生じるため、傾斜面を形成してトンネル外の路面との段差を解消していた。また、トンネルの出入り口付近に十字路やＴ字路などの交差路があると、段差を防止するためにこれら十字路やＴ字路も盤下げ工事をしなければならず、大がかりな工事になる欠点があった。このような盤下げ工事は手間がかかり、施工期間を延ばしコストを増大させるという欠点があった。
しかも、トンネル内面に所定厚みのＰＣ板を据え付けたトンネルについて、既設の覆工コンクリートが経年変化で強度低下を来すことによってＰＣ板の強度の低下を招くおそれがあった。
本発明は、このような実情に鑑みて、車両建築限界を侵すことなく、トンネルの補修や補強等を行えるようにした覆工用ＰＣ板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明による覆工用ＰＣ板は、トンネルの内面に据え付けるためにこの内面に沿ってアーチ型に形成されてなる覆工用ＰＣ板であって、この覆工用ＰＣ板はアーチ型方向の両側部に対して中間部がトンネル側に凹んだ薄肉部として形成され、この薄肉部は繊維材料を混入した鉄筋入りコンクリートからなることを特徴とする。
本発明によれば、トンネル内の肩部に相当する領域に薄肉部が位置するように覆工用ＰＣ板をトンネル内面に建て込むことで、トンネル内を通過する車両等の肩部に対向する覆工用ＰＣ板の領域がトンネル側に凹んだ薄肉部となるために、覆工用ＰＣ板をトンネルの車両建築限界を侵すことなく組み込むことができる。しかも覆工用ＰＣ板に関して、薄肉部には鉄筋だけでなく繊維材料が混入されているために両側部と同等またはそれ以上の強度を確保できる。そして、覆工用ＰＣ板の薄肉部の厚みを両側部よりも小さく設定することで、この部分が自重でだれて体力消耗するのを防止できて長寿命を確保できる。
なお、覆工用ＰＣ板は、薄肉部の内面が少なくともトンネル側（径方向外側）に凹んでいればよいが、好ましくは薄肉部が両側部よりも小さい厚みに形成されているため、覆工用ＰＣ板は、外周面が滑らかなアーチ型（略円弧状）を形成し、内周面が両側でアーチ型（略円弧状）をなすと共に中央領域で外側に落ち込んだ凹陥部を形成していることが好ましい。

また、本発明による覆工用ＰＣ板は、トンネルの内面に装着するために該内面に沿ってアーチ型に形成されてなる覆工用ＰＣ板であって、覆工用ＰＣ板はアーチ型の両側部に対して中間部がトンネル側に凹んだ薄肉部として形成され、該薄肉部は鋼板を取り付けると共に鉄筋入りコンクリートからなることを特徴とする。
本発明は、トンネル内の肩部に相当する領域に薄肉部が位置するように覆工用ＰＣ板を建て込むことで、トンネル内を通過する車両等の肩部に対向する領域がトンネル側に凹んだ薄肉部となるために、覆工用ＰＣ板をトンネル内面に建て込んでも車両建築限界を侵すことがない。しかも覆工用ＰＣ板に関して、薄肉部には鉄筋だけでなく鋼板が取り付けられているために両側部と同等またはそれ以上の強度を確保できる。鋼板は薄肉部だけでなく両側部まで延びて薄肉部との一体性を確保するのが好ましく、薄肉部に設ける鉄筋を削減することができる。
また、鋼板を取り付けた薄肉部のコンクリートに繊維材料を混入させてもよく、一層の強度増強を図れる。

また、薄肉部の鉄筋は両側部内に延びていて両側部に設けた鉄筋とオーバーラップして設けられていることが好ましい。
薄肉部の内部に配設された鉄筋は薄肉部だけでなくその両側の両側部にも含まれていて、両側部に設けた鉄筋とオーバーラップするように配設されていることでＰＣ板全体の強度と一体性を確保できる。好ましくは薄肉部の鉄筋は薄肉部に含有された繊維材料よりも外側に延びている。

本発明による覆工用ＰＣ板の製造方法は、鉄筋を含むと共に繊維材料を含有したコンクリートからなる薄肉部を形成し、その後、該薄肉部を型枠内に載置してその両側に配設した鉄筋と共にコンクリートで共打ちして形成するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、予め鉄筋を薄肉部の型枠内部に配設すると共に、繊維材料は高価であるために強度補強の必要な薄肉部にのみ混入してコンクリート打ちして薄肉部を形成しておき、次いでこの薄肉部をＰＣ板成形用の型枠内に配設し、その両側である両側部の部分に薄肉部から突出する鉄筋とオーバーラップするように鉄筋を配設した状態でコンクリート打ちすることで、ＰＣ板を製造できる。これによって強度と一体性の高い覆工用ＰＣ板を容易に製作できる。
なお、繊維材料に代えて、または繊維材料と共に薄肉部に鋼板を張り付けてもよい。

本発明による覆工用ＰＣ板は、トンネルの内面側に覆工用ＰＣ板を組み込むことで、その薄肉部をトンネルの肩部に相当する位置に配設でき、ＰＣ板をトンネル内に据え付けても車両建築限界を侵すことなくトンネルの補修や補強を行える。そのため、盤下げ工事が必要なく比較的低コスト且つ短期間で工事を行える。
また、本発明による覆工用ＰＣ板の製造方法によれば、上述したＰＣ板を容易に製造できる。

以下、本発明の実施の形態によるＰＣ板を図１乃至図４により説明する。図１は補修後のトンネルの縦断面図、図２はＰＣ板の天端での接続構造を示す図、図３はＰＣ板の薄肉部の拡大図、図４は薄肉部の内部構造を示す図である。
図１は、補修後の既設のトンネル１を示すものであり、トンネル１は所定厚みの鉄筋コンクリートで略アーチ型に形成されている。そして、トンネル１の路面に起立する左右の側壁部１ａ、１ａの内側に例えば現場打ちコンクリートによる側壁２，２を構築する。そして、左右一対の略円弧形の覆工用ＰＣ板３、３（以下、単にＰＣ板という）を、それぞれその上端３ａ，３ａを天端において接合し、下端３ｂ、３ｂでは埋設した高さ調整ボルト４、４で側壁２、２の上端に位置決め固定する。
図２に示すようにＰＣ板３、３の各上端３ａ，３ａは凸部と凹部からなる段差部が互い違いに嵌合し、両凸部に設けた２つの貫通孔３ｃ、３ｃ内にボルト１０を挿通してナットで連結固定する。これによってヒンジ連結できる。また、下端３ｂ、３ｂには高さ調整ボルト４、４が側壁２、２の上端面に向けて突出しており、このボルト４、４の突出量を調整することで側壁２，２上に位置決めできる。これによって、一対のＰＣ板３，３は互いに連結されて略半円のアーチ型形状をなして側壁２、２上に建て込みできる。トンネル１と据え付けられた一対のＰＣ板３，３との間隙には裏込め材１８（固結剤）が充填されている。

そして、各ＰＣ板３は径方向に見て、図１及び図３に示すように例えば略１/４円弧形状に形成されており、そのトンネル１側の外周面４ａは単純な略円弧状に形成され、内周面４ｂは中央領域（中間部）でトンネル１側（外側）に凹んだ凹陥部４ｃを形成すると共にその両側でテーパ部４ｄ、４ｄを介して凹陥部４ｃよりも内側に突出した略円弧状部４ｅ，４ｅを形成している。そのため、各ＰＣ板４は凹陥部４ｃの部分が外側に凹んだ肉厚の小さい薄肉部５を形成し、薄肉部５の円弧方向両側は薄肉部５よりも内側に突出した肉厚の大きい側部６、６を形成した部分薄肉構造を有している。ＰＣ板３の両側部６、６の肉厚を例えば１００ｍｍとした場合、薄肉部５の肉厚は５０ｍｍまたはそれ以下に設定されている。
一対のＰＣ板３、３をトンネル１内に組み込んだ図１に示す状態で薄肉部５，５はトンネル１内を通過する車両の肩部（上端角部）付近に対向して位置している。

次に図４によりＰＣ板３の内部構造について説明する。図４において、ＰＣ板３は円弧形状の中央領域に比較的厚みの小さい薄肉部５が形成され、その両側は薄肉部５よりも厚みの大きい側部６，６が形成されている。薄肉部５とその両側のテーパ部４ｄ、４ｄとにかけて凹陥部４ｃに沿って主筋８、８が配列されており、主筋８，８の両端は薄肉部５から突出して両側部６、６内の途中まで延びている。これら主筋８，８に略直交する方向には配力筋９が所定間隔で配列されている。これら主筋８や配力筋９をコンクリートで被っている。
また薄肉部５のコンクリート内には繊維材料１２が分散状態で混入されており、繊維材料１２として例えばビニロン、炭素繊維、硝子繊維（ＧＲＢ）等の鋼繊維が用いられる。この繊維材料１２の外径と長さは種類によって相違しており適宜寸法の繊維を採用でき、繊維材料１２はコンクリート中に例えば約２ｖｏｌ％程度含まれている。このような薄肉部５は主筋８及び配力筋９が高強度鉄筋（異形鉄筋）からなり、コンクリートも例えば反応性微粉末を用いた無機系複合材料からなる高強度繊維補強コンクリートからなっていることが好ましい。

そして、薄肉部５から両側に突出する主筋８及び配力筋９は両側部６、６内において配設された主筋８及び配力筋９とオーバーラップして配設された状態で両側部６，６の高強度コンクリートと共打ちされている。そのため、ＰＣ板３は薄肉部５から突出する主筋８及び配力筋９と両側の側部６，６内に設けた主筋８及び配力筋９とが各側部６，６内でオーバーラップされて一体化されている。

本実施の形態によるＰＣ板３は上述の構成を有しており、次にその製造方法について図５により説明する。
まず、図５（ａ）に示すように薄肉部５だけを形成するために薄肉部５の型枠１５内に高強度鉄筋からなる主筋８及び配力筋９を配設し、その両側から各主筋８及び配力筋９の一部を突出させた状態で型枠１５内に、鋼繊維からなる繊維材料１２を例えば約２ｖｏｌ％混入させた高強度コンクリートを打ち込む。これによって高強度繊維補強コンクリートからなる薄肉部５を形成する。なお、図５（ａ）や図４に示すように、薄肉部５は肉厚の小さい部分だけでなくテーパ部４ｄ、４ｄ及び肉厚の大きい部分（側部６と同等の肉厚部分）を含めて一体形成されている。これは型成形時における側部６との接触面積を大きくして一体性と強度を高めるためである。なお、肉厚の小さい部分だけで薄肉部５を形成してもよい。
次に図５（ｂ）に示すように、ＰＣ板３の型枠１６内の中央部分の薄肉型枠部１６ａに薄肉部５を載置し、その両側の側部型枠部１６ｂ、１６ｂ内に高強度鉄筋からなる主筋８と配力筋９を配設する。その際に、薄肉部８から突出する主筋８及び配力筋９とオーバーラップするように側部６内の主筋８と配力筋９を配設する。
その後、図５（ｃ）に示すように、繊維材料１２を含まない高強度コンクリートを打つことで両側部６，６と薄肉部５が一体化したＰＣ板３を製作できる。
この場合、ＰＣ板３の厚みは例えば側部６、６で１００ｍｍとすると薄肉部５で５０ｍｍ程度になる。薄肉部５が繊維材料１２を補強した高強度コンクリートからなることで薄肉部５の強度は側部６の約２倍になる。そのため、薄肉部５の厚みを側部６と同程度の強度になるまで小さく形成できるが、薄肉部５の厚みをあまり小さくすると鉄筋８，９がコンクリートを被らなくなるので、これを防いでコンクリートを被る程度に薄肉部５の厚みを設定する。

次に本実施の形態による覆工ＰＣ板３によるトンネル１の補修方法について図１により説明する。
先ず、図１において、既設のトンネル１の内面において、左右の側壁部１ａ、１ａの内側に例えば現場打ちコンクリートによる側壁２，２を構築する。そして、側壁２、２の上部にトンネル１の内面アーチ形状に倣った形状に形成した左右一対のＰＣ板３，３をトンネル１内に搬入し、フォークリフト等の昇降装置にジャッキアップ装置等（図示せず）をセットしてトンネル内面との間に若干の間隙ｋを生じるように２つのＰＣ板３、３を順次または同時に建て込む。ＰＣ板３、３は図２に示すように天端側の上端３ａ、３ａの各凸部と凹部を対向させて互い違いに嵌合させ、各凸部に形成した貫通孔３ｃ、３ｃ内に継手金物としてのボルト１０を挿通してナットで固着することで係合させ、ヒンジ構造を形成する。
また、各ＰＣ板３，３の下端３ｂ、３ｂには高さ調整ボルト４、４を埋設してあり、各高さ調整ボルト４、４の下方への突出長さを調整することで側壁２、２の上端面に着座させ、各ＰＣ板３，３を位置決めする。これによって、一対のＰＣ板３，３は側壁２，２上に互いに連結されてアーチ型に建て込みされる。そして、トンネル１の前後に隣接する方向に同様にしてＰＣ板３，３を連続させて建て込んでいく。

次に、トンネル１の内面とＰＣ板３、３との間の間隙ｋ内には、各ＰＣ板３の上部に設けたグラウトホール１７、１７から裏込め材１８として高強度モルタルを注入する。これによって既設のトンネル１とＰＣ板３，３とを一体化し、既設トンネル１の補修を行える。特に本実施の形態によれば、単に既設のトンネル１の強度や水漏れ等を補修するだけでなくトンネル強度をトンネル施工時の約１倍〜１.２倍程度に向上させることができる。
そして、補修後のトンネル１は一対のＰＣ板３，３をアーチ型に建て込んで、天端で上端３ａ、３ａを接続しており、両下端３ｂ、３ｂを側壁２、２上で高さ調整ボルト４，４によって位置決めした構成であるから、トンネル内を通過する車両の肩部に相当する領域に薄肉部５、５が位置することになり、据え付け状態における一対のＰＣ板３，３は車両限界を侵して狭めることを防止できる。

上述のように本実施の形態による覆工用のＰＣ板３によれば、ＰＣ板３の中央領域に内周面を径方向外側に凹ませた凹部４ｃを有する薄肉部５を設けたことで補修後の車両建築限界を回避することができる。そのため、トンネル１の補修工事に際して路面を掘り下げる盤下げ工事をする必要がなく、トンネル出入り口付近にＴ字路や十字路等の交差路があってもこれらの路面を盤下げする必要もないから工事のコスト増大を抑制して短期間で補修工事を行うことができる。
しかも、薄肉部５に繊維材料１２を含有させることで薄肉部５の強度を増大できるから、トンネル強度を初期強度以上に補強できる。また、ＰＣ板３の厚みを薄肉部５で両側部６、６よりも小さくすることで軽量化でき、そのためにＰＣ板３が自重でだれて強度の消耗を来すことを防止できて長寿命化できる。

次に本発明の第二の実施の形態を図６により説明するが、上述の第一の実施の形態と同一または同様の部材や部品には同一の符号を用いてその説明を省略する。
図６に示す第二の実施の形態によるＰＣ板２０において、その外周面４ａには薄肉部５から両側の側部６，６の途中にかけて鋼板２１が高強度コンクリートに取り付けられて同一面状に形成されている。そして、鋼板２１の内側には鋼板２１の長手方向に略直交する方向にジベル筋２２が溶着されて所定間隔で配列されている。また、薄肉部５には鋼板２１と共に両側の側部６，６内まで先端が延びる主筋８が配設され、この主筋８に略直交する方向に配力筋９が配列されている。また薄肉部５の鋼板２１と主筋８及び配力筋９は繊維材料１２を含まない高強度コンクリートによって一体化されている。
そして、両側部６，６には円弧方向に沿って延びる主筋８とこれに略直交する配力筋９とが配列されており、両側部６、６の主筋８及び配力筋９は、薄肉部５の両端との接続部（一点鎖線で図示）では薄肉部５から突出する主筋８及び配力筋９と鋼板２１とにオーバーラップして配設されている。これらの鉄筋と鋼板２１は高強度コンクリートによって被されて一体化されて形成されている。

本第二の実施の形態によれば、薄肉部５に鋼板２１を高強度コンクリートで一体に形成したために、薄肉部５での主筋８や配力筋９を削減して同程度以上の強度を確保できる。或いは薄肉部５内の鉄筋８，９を省略して鋼板２１によって同程度の強度を確保することができる。しかも鋼板２１は薄肉部５から両側部６，６に延びているためにＰＣ板２０を強固に一体化することができる。

また図７は第二の実施の形態の変形例である。本変形例によるＰＣ板２４は、第二の実施の形態によるＰＣ板２０の構成に加えて、薄肉部５の高強度コンクリートに繊維材料１２が混入されている。このＰＣ板２４によれば、薄肉部５の鋼板２１と主筋８及び配力筋９を鋼繊維からなる繊維材料１２を含有する高強度コンクリートで一体化したために、一層強度が増大する。

なお、上述の各実施の形態では、薄肉部５の主筋８と側部６の主筋８をオーバーラップさせて配設したが、これに代えて薄肉部５を挟んで両側の側部６、６を貫通する連続した主筋８を配設してもよい。また、鋼板２１も同様に両側部６，６間の全長に延びる長さのものを配設して高強度コンクリートで一体化してもよい。また、鋼板２１はＰＣ板３の外周面４ａに露出させることなくコンクリート内部に設けても良い。
側部６、６のコンクリート内にも繊維材料１２を混入させてもよく、この場合にはＰＣ板３全体を薄肉に形成できる。側部６での繊維材料１２の含有率を薄肉部５での含有率より落とすことで肉厚を比較的厚くしてもよい。

本発明の実施の形態によるＰＣ板を建て込んだ補修後のトンネルの縦断面図である。 ＰＣ板の天端での接続構造を示す図である。 ＰＣ板の薄肉部の拡大図である。 図２に示す薄肉部の内部構造を示す図である。 型枠を用いたＰＣ板の製作工程を示す平面図である。 第二の実施の形態によるＰＣ板の要部の内部構造を示す図である。 第二の実施の形態の変形例によるＰＣ板の要部の内部構造を示す図である。

符号の説明

１ トンネル
３、２０、２４ ＰＣ板（覆工用ＰＣ板）
４ｃ 凹陥部
５ 薄肉部
６ 側部
８ 主筋
９ 配力筋
１２ 繊維材料
２１ 鋼板

Claims (5)

1. トンネルの内面に装着するために該内面に沿ってアーチ型に形成されてなる覆工用ＰＣ板であって、
   該覆工用ＰＣ板はアーチ型の両側部に対して中間部が前記トンネル側に凹んだ薄肉部として形成され、該薄肉部は繊維材料を混入した鉄筋入りコンクリートからなることを特徴とする覆工用ＰＣ板。
2. トンネルの内面に装着するために該内面に沿ってアーチ型に形成されてなる覆工用ＰＣ板であって、
   該覆工用ＰＣ板はアーチ型の両側部に対して中間部が前記トンネル側に凹んだ薄肉部として形成され、該薄肉部は鋼板を取り付けると共に鉄筋入りコンクリートからなることを特徴とする覆工用ＰＣ板。
3. 前記薄肉部のコンクリートには繊維材料を混入したことを特徴とする請求項２に記載の覆工用ＰＣ板。
4. 前記薄肉部の鉄筋は両側部内に延びていて該両側部に設けた鉄筋とオーバーラップして設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の覆工用ＰＣ板。
5. 鉄筋を含むと共に繊維材料を含有したコンクリートからなる薄肉部を形成し、その後、該薄肉部を型枠内に載置してその両側に配設した鉄筋と共にコンクリートで共打ちして形成するようにしたことを特徴とする覆工用ＰＣ板の製造方法。
   

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