JP4527829B2 - Detachment protection structure of tunnel lining - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、老朽化した、または健全な鉄道トンネル、道路トンネル等の既設トンネルにおいて、覆工強度を増加させて覆工コンクリートの崩落・剥落を未然に防止したり、万一コンクリートの剥落があった場合でも、トンネル内に剥落片が落下しないように保護する既設トンネル覆工内面の防護構造物に関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、鉄道トンネルや道路トンネルの覆工コンクリートの剥落事故が多く見られ、通過中の列車に損傷を与える例もでている。このため、各方面で既設トンネルの調査・診断が精力的に行われ原因究明が行なわれている。
現在のところ、覆工コンクリートの剥落原因は、トンネル建設時のコンクリート打設に伴うコールドジョイント、コンクリートの中性化、アルカリ骨材反応等が取ざたされているが明らかになっていない。
【0003】
一方、トンネル内を通行する列車や車両に対する安全性の確保は、極めて重要であり、国をあげてその対策が検討されている。
従来の老朽化したトンネルの補修・補強対策については、「トンネル補強・補修マニュアル」:平成2年10月(鉄道総合技術研究所)や、「変状トンネル対策工設計マニュアル」:平成10年2月(鉄道総合技術研究所)がある。
【0004】
これらのマニュアルでは、トンネルの変状原因に応じて十数種の対策工法が示され、適切なものを選定するようにされている。この対策工法のうち、覆工コンクリートの剥落対策として適用できるものは、▲1▼「当て板工法」と、▲2▼「鋼板接着工法」と、▲3▼「セントル補強工」とがある。
【0005】
▲1▼「当て板工法」の場合は、剥落部の覆工内面に鋼製当て板(帯鋼、型鋼)を張り付け、ロックボルトで覆工コンクリートにアンカーした後、裏込め材を注入する工法で、局所的に補修する場合に適用される。
【0006】
▲2▼「鋼板接着工法」の場合は、比較的新しい工法であって、覆工面に4.5mm標準厚の鋼板をエポキシ樹脂系接着剤で張付け、覆工コンクリートにアンカーボルトで固定する工法である。アンカーボルトは、7本/m2 程度に配置する。なお、
鋼板の端部は隣接鋼板と掛け渡して重ねた継手鋼板を接着剤とアンカーボルトで固定する。
【0007】
▲3▼「セントル補強工」の場合は、図15に示すように、トンネル覆工内面の形状と同じ形状に曲げ加工した100〜150mmサイズのH型鋼を、覆工内面に沿って適当な間隔で配置して強固なアーチセントル30を構成し、覆工内面に適宜間隔毎にくさび(図示を省略した)で固定される補強工で、当て板、金網等と併用する場合が多い。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が対象とする鉄道トンネル、道路トンネル等の既設トンネルの覆工コンクリート剥落に対する保護工法では、トンネル内の車両通過の安全性を確保するため、保護部材等の設置は、建築限界をはみ出すことが許されない。また、鉄道トンネルでは、1日の作業時間が深夜の運行休止時間帯(2〜3時間あるいは数時間)に限られ、更に給電ケーブルや信号線等の障害物が多い等の制約条件がある。また、道路トンネルでは、迂回路がない場合、交通規制しながら工事する必要があり、迅速施工が重要な課題となる。
【0009】
さらに、工事期間および対策工事の完成後においてトンネル内を通行する列車等の風圧および振動に対して、防護構造物が緩み等を生じないようにしなければならない。特にトンネル上部から防護構造物の部材等落下があってはならない。
【0010】
従って、このような条件下で従来技術を適用しようとすると以下の課題がある。
前記従来技術の▲1▼「当て板工法」および▲2▼「鋼板接着工法」の場合は、剥落部の覆工内面に鋼製当て板(帯鋼、型鋼)を張り付けロックボルトで覆工コンクリートにアンカーするため、覆工コンクリートにロックボルト用の孔を穿孔する作業が伴い迅速施工ができない。また、劣化した覆工コンクリートでは、アンカー強度が確保できないため、健全なコンクリート面まではつる必要があり、更に作業時間が長くなってしまう。
【0011】
この構造では、ロックボルトを使用しているため、ボルトの切断・アンカー抜けがあると、ボルトが落下してトンネル内を通過中の列車、車両に損傷を与えることも考えられる。
【0012】
従来技術▲3▼「セントル補強工」の場合は、セントルと既設覆工の荷重伝達にくさびを用いているので、セントルは間隔をおいて配設されたくさびによる離散点支持状態になる。従って、セントル部材に作用する曲げ応力に抵抗し、圧縮力による座屈を防ぐため、トンネル覆工内面に、少なくとも厚さ100mm 以上の大型のH型鋼からなるアーチセントル30を配置する必要があり、薄肉化に限界があった。建築限界に余裕がない場合は、セントル部の覆工をはつって、トンネル内空間を確保する必要があり、迅速施工が出来ないうえ、老朽化した既設覆工の剥落を促進する可能性がある。また、この構造で用いられているくさびは、振動により緩んで脱落する可能性があり、定期的な点検が欠かせない。
【0013】
本発明は、上記の課題を解消し、既設トンネルの覆工内面からの内面側への張出しを少なくして、建築限界を確保した防護構造物をアーチ支保とその間に掛け渡す面部材および密着手段とから構成したもので、迅速施工を可能としたトンネル覆工の剥落防護構造物を提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る既設トンネル覆工内面の防護構造物は、以下を要旨としたものである。
(1)既設トンネル内面の軸方向に間隔をおいてアーチ支保を複数本設置し、該アーチ支保間に面部材を配置し既設トンネル内面を覆うようにした防護構造物において、
該アーチ支保は周方向に嵌合継手を備えた複数のアーチ構成部材に分割され、各アーチ構成部材の側面には前記面部材を装着する溝が形成されており、アーチ支保の下端は固定手段によって既設トンネルに固定されており、
前記アーチ支保間に掛け渡す面部材は、アーチ構成部材の溝に装着可能な寸法の薄肉のパネルを用い、
少なくとも前記アーチ支保背面が密着手段により周方向全面に渡って密着され、
前記アーチ構成部材のトンネル内面側の一部に、面部材を前記溝内に挿入可能な面部材挿入口が少なくとも1箇所設けられていることを特徴とするトンネル覆工の剥落防護構造物。
【0016】
(2)前記面部材は金属板材、枠付きのメッシュ材、あるいは金属とコンクリートとの合成構造のパネルを用い、覆工とほぼ同等の曲率に形成した幅広材、または平板状の幅狭材を用いて覆工内面とほぼ同曲率に配置することを特徴とする(1)記載のトンネル覆工の剥落防護構造物。
【0017】
(3)前記面部材は、トンネル周方向縁端部にテーパー加工を施し、そのくさび作用により、アーチ構成部材の溝内に固定することを特徴とする(1)又は(2)記載のトンネル覆工の剥落防護構造物。
【0018】
(4)前記面部材は、トンネル周方向端部を相互にピン等により枢着して接続し、面部材挿入口から連続的に挿入可能とすることもできることを特徴とする(1)記載のトンネル覆工の剥落防護構造物。
【0019】
(5)前記アーチ支保の密着手段は、アーチ構成部材の背面に設けた柔軟性のある袋体を型枠として使用し、袋体内にグラウト材を充填・固化することを特徴とする(1)記載のトンネル覆工の剥落防護構造物。
【0020】
【作用】
第1発明によると、下端を固定したアーチ支保背面を既設覆工に周方向全面に渡って密着させてアーチ支保の変形を拘束することにより、作用する曲げモーメントを低減させると共に座屈耐力を向上させているため、比較的曲げ剛性の低い薄肉部材でアーチ支保を構成できる。また、アーチ支保間に掛け渡す面部材にも薄肉部材を使用することにより、完成後の防護構造物の内面を建築限界内に納めることができる。
また、アーチ支保は、複数のアーチ構成部材に分割され、嵌合継手によって現場で容易に組み立てられる。アーチ構成部材断面の側端(長手方向端部)は面部材を装着する溝または段差が形成されており、該溝または段差は、施工時には面部材をスライドさせるガイドとなり、完成時には面部材受け部となるので面部材の設置、位置決めが容易に行える。
【0021】
第2発明によると、側面に面部材装着用の溝を備えたアーチ構成部材からなるアーチ支保において、アーチ構成部材の内面側の一部に面部材を溝内に挿入可能なように切り抜いた面部材挿入口を少なくとも1箇所設けることにより、面部材を順次挿入し、スライドさせて設置作業が容易に行える。
【0022】
第3発明によると、面部材は金属板材、枠付きのメッシュ材、あるいは金属とコンクリートの合成構造のパネルを用いることができ、それぞれのパネルの特性により使い分けたり、混在して使用することができる。すなわち、トンネル覆工の剥落防止機能に加えて、漏水の滴下を防止する必要があるときには板材を使用したり、既設覆工の目視検査が必要な箇所には枠付きのメッシュ材を使用したり、覆工強度の増加を期待するときには合成構造のパネルを使用することができる。
面部材が幅広の場合には、事前に覆工とほぼ同等の曲率に面部材を形成しておくことにより、能率よくアーチ支保に挿入することができる。また、面部材を幅狭にして軽量化して作業を容易にするとすることもできる。この場合は平板を用い近似的に覆工内面とほぼ同曲率に配置する。平板を用いると面部材の曲げ加工が不要で経済的である。
【0023】
第4発明によると、面部材のトンネル周方向縁端部にテーパー加工を施しているため、溝付き断面のアーチ支保に1リングの面部材を挿入した後、打撃を加えたりジャッキ等の押出し手段により、面部材に周方向の圧縮力を与えて面部材端部のテーパー部(傾斜面)がくさび作用を生じて各面部材が固定される。なお、面部材の端部テーパーは両方とも同方向にして略平行四辺形としても、向きを変えて略台形としてもよい。なお、最後に装着する面部材は、トンネル内面側の幅が狭い略台形断面とし、隣り合う面部材とかみ合うように設置する。最後に面部材挿入用の切り込みは蓋をした方が望ましい。
【0024】
第5発明によると、面部材はシャッター構造と同じくトンネル周方向端部を相互にピン接合して連続させた部材としているため、リール等に巻き取って保管又は運搬が可能である。また、アーチ支保に装着する際、挿入口から連続的に挿入を行うことができる。
【0025】
第6発明によると、アーチ支保とトンネル覆工の間に充填されるグラウト材は、柔軟性があり所定範囲内で変形自在な袋体を型枠材として用いているため、アーチ支保と既設覆工を確実に密着させることができる。また、施工時に、充填材注入用のシール材の必要がなく、しかも漏れのトラブルを回避できる。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態と実施例とを図を参照して説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る防護構造物を、既設覆工コンクリートの剥落を防護するために、上部が円弧状(アーチ状)の既設鉄道トンネル32の上部に設置した形態の全体構成を示す。
本発明の防護構造物Cは、上部が円弧状のトンネル覆工内面形状とほぼ相似形に湾曲した円弧状のアーチ構成部材1を嵌合継手31で直列に連結してなるアーチ支保Aが、トンネル軸方向に沿って、トンネル軸方向に直角な垂直面に位置するように、複数本、所定の間隔を開けてほぼ平行に設置され、前記アーチ構成部材1の両側面(トンネル軸方向の前面側および後面側)には、円弧状のアーチ構成部材1に沿った円弧状の連続した溝15が設けられ、トンネル軸方向に隣り合うアーチ構成部材1の各溝15に渡って面部材2の端部が嵌合装着されて、面部材2がアーチ構成部材1間に掛け渡されている。
【0027】
この形態では、防護構造物Cを既設トンネル32の上部アーチ部分33の内側面のみに設置し、既設トンネル内コーナー部Bのコンクリート床面34およびトンネル側壁35に、下端部に取付け用座版36cを有する脚部3および先端部に取り付け用フランジ36aを備えた水平な横向きの支持梁支承用アーム36bを脚部3の上部に一体に設けた鋼製逆L字型(状)の支承部材36における前記取付け用座版36cおよび取り付け用フランジ36aをアンカーボルト37により、それぞれコンクリート床面34およびトンネル側壁35に固定し、このように固定された支承部材36がトンネル軸方向に所定の間隔をおいて、左右対称に対向するように配設され、かつ前記支持梁支承用アーム36bには、予め縦板36dが配置されてその下部が固定されている。
【0028】
トンネル左側および右側の各支持梁支承用アーム36bに渡って、それぞれ溝型鋼あるいは矩形断面部材等の支承上面4aを備えた支持梁4がトンネル軸方向に延長するように載置され、前記縦板36dの透孔に挿通されると共に支持梁4に設けた雌ねじ孔に螺合されたボルト36eにより、支承部材36に支持梁4を固定し、また前記各支持梁4には長手方向に所定の間隔をおいて、トンネル内側に縦板24aおよび必要に応じ外側にガイド付きバネ板4bが左右方向に間隔を置いて対向するように配置されて、これらの下部が溶接により固定され、かつトンネル両側の縦板24aが左右対向するように配置され、このように固定した支持梁4でアーチ支保Aの下端部を支持すると共に、これに装着される面部材2およびグラウト等を含めた防護構造物C全体を支持して、トンネル側壁部の電力ケーブルや信号線5をかわしている。
【0029】
前記支持梁4での防護構造物Cの支持構造は、前記各支持梁4に固定した縦板24aとガイド付きバネ板との間に最下段のアーチ構成部材1の下端部を載置して把持した状態で、前記縦板24aの透孔に挿通されると共に各最下段のアーチ構成部材1に設けた雌ねじ孔に螺合されたボルト4bによりアーチ支保Aの下端部が固定されている。
【0030】
支承部材36が建築限界内に収まらないときは、図2に示すように、支持梁支承用アームを備えたブラケット10をアンカーボルト37等により既設覆工コンクリート壁6に固定し、アーチ支保A下端を支持梁4およびブラケット10を介して既設覆工コンクリート壁6に固定しても良い。
【0031】
また、覆工コンクリート剥落に対する防護は、上部アーチ部分のみに施せば十分であるが、側壁部35の剥落も防護対象とする場合は、アーチ支保Aおよび面部材2の設置範囲を既設トンネル側壁下部まで延ばせばよい。
【0032】
アーチ支保Aは既設トンネル覆工コンクリート壁6との間に隙間を設けて設置され、後でこの隙間にグラウト材7を充填してアーチ支保Aを周方向に一様にアーチ状の既設トンネル壁面6aに密着させている。このグラウト材7の充填によるアーチ支保背面の密着性確保は、アーチ支保Aの変形を拘束し、アーチ支保Aの薄肉化を図る上で重要である。グラウト材7の充填手段については、後で詳述する。
【0033】
本発明のアーチ支保Aを構成するアーチ構成部材1は、鋼、ダクタイル鋳鉄、ステンレス等の金属製で、既設トンネル覆工内面とほぼ同曲率に湾曲させてある。そのトンネル周方向両端部には嵌合継手31を備えており、差込接続によって接合できる。また、前記のようにアーチ構成部材1の側面には、面部材2を装着する溝15またはこれの変形形態として段差部16が設けられている。
【0034】
次にアーチ構成部材1の嵌合継手31について説明する。
図3(a)〜(c)は嵌合継手の形態を示したものである。
図3(a)の場合は、差込継手であって、周方向に向かい合う各アーチ構成部材1の継手31の凸部11と凹部12を嵌合し、凸部11と凹部12およびこれらの接合端面部分に塗付した接着剤等で接合するものである。凸部11の突出長は、曲げモーメントを伝達するのに十分な長さを確保することが肝要である。
【0035】
図3(b)の場合は、PC鋼線13を利用した接続方式であり、向かい合う継手31には、位置あわせのための凸部11と凹部12が形成されている。また、アーチ構成部材1の断面の中央にはPC鋼線を挿通する貫通孔18が設けられている。向かい合う継手の凸部11と凹部12を嵌合した後、貫通孔18にPC鋼線13を挿通し、図示しないジャッキ等によりPC鋼線13に張力を与えることにより、アーチ構成部材1に圧縮力が作用し、部材相互が緊結される。なお、図示を省略するが、PC鋼線13の両端部は、支持梁4または支持梁支持用アーム36bに透孔を設けてこれに挿通した状態で、センターホールジャッキ等により緊張した状態で、支持梁4または支持梁支持用アーム36bの下面に定着金具(図示を省略した)により定着される。
【0036】
図3(c)の場合は、図3(a)の方式の応用であり、アーチ構成部材1には、凸部11を形成し、凸部11の突出長の2倍の長さの貫通孔14aをもつ継手金物14の両側から各アーチ構成部材1の凸部11を差し込むと共に、接着剤等により固定して接合するものである。この方式では、加工の難しい凹部12を別部材とすることにより、アーチ構成部材1および継手金物14の製作を容易にし、製作精度を高めることができる。
【0037】
図4(a)〜(d)はアーチ構成部材1の断面の形態を示したものである。
図4(a)の場合は、断面ほぼ工の字状のアーチ構成部材1とすることにより、その両側面に面部材2を装着する溝15を形成したものである。
図4(b)の場合は、アーチ構成部材1の外側面に面部材2を装着する段差部16を形成したものである。
図4(c)の場合は、図4(a)の応用例であり、アーチ構成部材1の中央部に空間26を形成し、中空のアーチ構成部材1として、その軽量化を図ったものである。
図4(d)の場合は、図4(c)の応用例であり、アーチ構成部材1の中央部の空間26にモルタル等17を充填して高強度化を図ったものである。この形態では、中央部にPC鋼線13を挿通する貫通孔18を設けている。
【0038】
図5の場合は、請求項2の実施形態で、アーチ構成部材1に設ける面部材挿入口9の作用を説明する図である。この形態では、側面に溝15を形成したアーチ構成部材1を使用している。
挿入口9は、隣り合うアーチ支保Aの相対する位置(同レベル位置)を溶断等により切り抜いて形成されている。挿入口9の形成は、アーチ支保Aの組立後、現場で形成しても良いが、アーチ構成部材1の製作時に、予め切り抜いておいた方が精度も良く、迅速に施工できる。切り抜く大きさは、幅狭の面部材の場合は面部材2の幅より僅かに大きくする。また、幅広の面部材の場合は、曲率を有しているので、必ずしも面部材2の幅以上に渡って切り抜く必要はない。面部材2は、挿入口9からアーチ支保Aの溝部15に順次挿入され、該溝部15をガイドとしてスライドさせて設置する。
【0039】
図6〜図10は面部材2の形態を示したものである。
図6の場合は、幅狭の板材20からなる面部材2の形態である。面部材2のトンネル周方向端部19には、トンネル軸方向に延長するようにテーパー加工を施して、一端側が相互に接近するように傾斜し、他端側が相互に離反するように傾斜する傾斜面19aが形成され、トンネル正面側の断面が台形断面となっている。
【0040】
図7の場合は、幅広の面部材2で、枠22付きのメッシュ材21を使用した形態である。メッシュ材21としてはエキスパンドメタルあるいは薄鋼板を格子状に組み立てたものを使用することができる。図示の場合は、面部材2のトンネル周方向端部19にテーパー加工を施して、ほぼ平行な傾斜面19aが形成され、トンネル正面側の断面が略平行四辺形断面としている。
【0041】
図8の場合は、幅狭の面部材2で、金属とコンクリートとの合成構造のパネルの形態である。この形態の合成構造パネルは、テーパー加工した枠22と、トンネル内面側の薄肉鋼板等の金属板22aを型枠としてコンクリート23を打設し、一体化したものである。図示の場合は、断面形状はトンネル周方向端部19に,テーパー加工を施して、ほぼ平行な傾斜面19aが形成されたほぼ平行四辺形断面である。
【0042】
図9の場合は請求項5の実施形態であり、面部材2のトンネル周方向端部にアーム24aを適宜の間隔で設け、面部材2相互を、前記アーム24aの部分で、相互にピン(横軸)24で枢着し接続した幅狭の面部材2の例である。
【0043】
図10の場合は、幅狭の面部材2で、例えば板厚0.8mm〜1.2mmの薄鋼板を折り曲げ加工して、トンネル軸方向に延長するT字状のリブ25aを複数(図示の場合は2つ)備えたデッキプレート25を使用し、トンネル周方向端部19にはテーパー加工を施し、平行な傾斜面19aを備えた枠22を使用した例である。デッキプレート25を使用することにより、軽量でかつ強度の高い面部材2が得られる。
なお、図6から図10に示す面部材2の構成要素(面部材2の巾と曲率との組み合わせ、傾斜面19aの構成、メッシュ部材21、アーム24aと横軸24による枢着、デッキプレート25、あるいは複合パネル化など)を適宜組み合わせて、他の形態の面部材2を構成するようにしてもよい。
【0044】
図11(a)は、請求項4の実施形態で、トンネル周方向端部19にテーパー加工を施した面部材2(図6の場合)の固定方法を説明した図である。溝付き断面のアーチ支保Aに、トンネル周方向に隣り合う断面台形の面部材2が台形・逆台形と交互に配置され、面部材2を1リング分挿入した後、周方向に打撃を加えたり、図示しないジャッキ等の押し出し手段により、面部材2に周方向の圧縮力を与えることで、面部材2端部のテーパー部(傾斜面19a)がくさび作用を生じて、各面部材2がアーチ支保Aのフランジ内面に固定される。圧縮により面部材2が移動して生じた隙間は、例えば図13に示すように、最下段の面部材2の下部に集中(集積)させるようにして、グラウト可能な袋体8aを支持梁4と最下段の面部材2の間に配置して、前記袋体8aに注入口8bからモルタル等のグラウト材7を充填・固化することにより、2点鎖線で示す状態にして最下段の面部材2を支持する等の閉塞手段により閉塞し、緩まないようにする。閉塞手段は、前記のような取り外し可能な手段とすれば、面部材2の交換等の必要が生じても容易に面部材を撤去できる。
【0045】
なお、前記袋体8aを設置する前において最後に装着する面部材2aについては、例えば図11(b)および(c)に示すように、既設トンネル覆工6側が広い略逆台形断面とし、上下に隣り合う面部材2とかみ合うように設置する。挿入口9は、最後に蓋をした方が望ましい。
【0046】
図12は、アーチ支保A背面のグラウト方法を説明した図である。
先に述べたように、グラウト材7の充填によるアーチ支保A背面の既設トンネル壁面6aに対する密着性確保は、完成後のアーチ構成部材1およびアーチ支保Aの変形を拘束し、アーチ構成部材1およびアーチ支保Aの薄肉化を図る上で重要である。
【0047】
通常、グラウト材7の充填はシール材で仕切りを設けて注入する方法で行われているが、シール材のセットが困難で漏れが生じやすい。そこで、本発明におけるアーチ支保A背面のグラウト材7の充填には袋体8を型枠として用い、施工の迅速化と確実性の確保を図った。
【0048】
袋体8は柔軟性があって、注入したグラウト材7が内部に円滑に充填され、アーチ支保A背面の隙間を埋めるものがよく、例えば合繊シート、テント生地を縫製したもの、ゴム等の材質を使用できる。ゴム製の袋体を使用する場合は、過剰な変形を拘束する外袋等と組み合わせ、2重袋にした方がよい。
図12(a)の場合は、溝付き断面のアーチ構成部材1を使用し、アーチ支保A背面の隙間を充填したときの一形態を示す断面図である。
図12(b)の場合は、アーチ構成部材1の外側のトンネル軸方向の前面側および後面側に段差部(段部)を備えた段差付き断面のアーチ構成部材1を使用した実施形態であり、アーチ支保A背面のグラウト材7の充填により、面部材2をアーチ構成部材1に圧着するなどの固定を同時に行う方法の一形態を示す断面図である。
【0049】
以上、本発明を、主として既設の鉄道トンネル覆工の剥落防止に適用した形態例を説明したが、道路トンネル等においても同様に適用できる。道路トンネルに適用する場合は、迂回路があればトンネル内の通行を閉鎖して施工容易となるが、片側通行可として施工する場合は、施工用の仮設材や装置を工夫する必要がある。
【0050】
本発明を実施する場合、図14に示すように、面部材2の背面側のほぼ全面にも、前記と同様に広幅の袋体8を配置して、これに発砲合成樹脂またはモルタル等のグラウト材7を充填して、各面部材2の変形を拘束するようにしてもよい。このようにすると、面部材2の変形が拘束されて、その薄肉化をはかることができるばかりでなく、合成化して、剥落防護構造物Cの剛性を高めることができる。
【0051】
本発明の防護構造物を覆工強度の増加を目的として使用する場合、第1の実施形態のように、アーチ支保A背面のみの裏込めでもよいが、第2の実施形態のように、面部材2の背面側のほぼ全面にも裏込めしたほうが有利である。
【0052】
本発明を実施する場合、アーチ構成部材1のトンネル半径方向の厚さは、例えば50mm程度で100mm以下の寸法に設定され、また面部材6の厚さは、例えば30mm程度に設定される。
【0053】
【発明の効果】
本発明によれば、
▲1▼アーチ支保と既設覆工とを周方向全面に渡って密着させて変形を拘束するようにし、アーチ支保下端部は固定手段で既設トンネルの覆工コンクリートに固定して支持することにより、アーチ構成部材に曲げ応力が発生せず、かつアーチ構成部材の座屈を防ぐことが出来るため、アーチ構成部材を薄肉にすることができるので、トンネルの内空断面の減少を建築限界内に納めることができる。
【0054】
▲2▼アーチ構成部材の連結手段、アーチ支保と面部材の固定手段、アーチ支保と既設覆工の密着手段のいずれにも容易に一体化できる継手や手段を用い、かつ工事中や完成後に落下する可能性のあるボルトやくさび等の部材の使用を避けているため、安全性を確保でき、しかも迅速施工ができる。
【0055】
▲3▼アーチ支保と既設覆工の密着手段として、柔軟性があり所定範囲内で変形自在な袋体を型枠として用いているため、施工時に充填材注入用のシール材の必要がなく、しかも漏れのトラブルを回避でき、迅速施工ができる。また、アーチ支保と既設覆工を確実に密着させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によって既設鉄道トンネルの上部に覆工コンクリートの剥落を防護する防護構造物を設置した形態の全体構成を示す斜視図である。
【図2】アーチ支保下端を支持するブラケットの例を示す斜視図である。
【図3】アーチ構成部材における嵌合継手の種々の形態を示す斜視図であり、(A)はアーチ構成部材の嵌合継手として差込継手を使用した一形態を示す斜視図であり、(B)はアーチ構成部材の嵌合継手として、PC鋼線による緊結式継手を使用した一形態を示す斜視図であり、(C)はアーチ構成部材の嵌合継手として継手金物を使用した差込継手を使用した一形態を示す斜視図である。
【図4】アーチ構成部材の種々の断面形態を示したものであり、(A)はアーチ構成部材の側面に面部材装着用の溝部を形成した場合のアーチ構成部材の一形態を示す断面図であり、(B)はアーチ構成部材の側面に溝部材装着用の段差部を形成したアーチ構成部材の一形態を示す断面図であり、(C)はアーチ構成部材の側面に面部材装着用の溝部を形成し、さらに中空断面としたアーチ構成部材の断面の一形態を示す断面図であり、(D)はアーチ構成部材の側面に面部材装着用の溝部を形成し、更に中空部にモルタルを充填するとともにPC鋼線挿通用の貫通孔を形成したアーチ構成部材断面の一形態を示す断面図である。
【図5】アーチ構成部材における面部材挿入口を利用して面部材をセットする工程を示す説明用斜視図である。
【図6】面部材の一形態を示す斜視図であり、幅狭の板材を使用した面部材の一形態を示す斜視図である。
【図7】幅広の枠付きメッシュ材を使用した面部材の他の形態を示す斜視図である。
【図8】枠付きの合成パネルを使用した面部材の他の形態を示す斜視図である。
【図9】幅狭の板材を使用し、トンネル周方向にピン接続した連続した面部材の一形態を示す斜視図である。
【図10】幅狭の枠付き板材としてデッキプレートを使用した面部材の一形態を示す斜視図である。
【図11】端部テーパー付き面部材の固定方法の一形態を示す断面図であり、(A)は 端部テーパー付き面部材の固定方法を示す説明断面図であり、(B)は挿入口付近における端部テーパー付き面部材の固定方法を示す断面図であり、面部材を挿入する直前および直後の状態を示し、(C)は面部材挿入後に傾斜面によるくさび作用により、アーチ構成用部材におけるフランジ内面に圧着されている状態を示す断面図である。
【図12】アーチ支保背面の隙間を充填する手段の形態を示す断面図であり、(A)は 溝付き断面のアーチ支保背面の隙間を充填する手段の一形態を示す断面図であり、(B)は段差部付き断面のアーチ支保背面の隙間を充填すると同時に面部材を固定する手段の一形態を示す断面図である。
【図13】面部材下端の隙間を充填する手段の一形態を示すトンネル内空側から見た正面図である。
【図14】アーチ支保および面部材の背面を全面に渡ってグラウト材を充填する場合の一形態を示す斜視図である。
【図15】従来のセントル補強工の実施形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
A アーチ支保
B コナー部
C 防護構造物
1 アーチ構成部材
2 面部材
2a 面部材の最後の一枚
3 脚部
4 支持梁
24a 縦板
4b ガイド付きバネ板
5 電力ケーブルや信号線
6 既設トンネル覆工
6a アーチ状の既設トンネル壁面
7 グラウト材
8 袋体
8a 袋体
8b 注入口
9 挿入口
10 ブラケット
11 凸部
12 凹部
13 PC鋼線
14 継手金物
14a 貫通孔
15 面部材装着用溝部
16 面部材装着用段差部
17 モルタル等
18 PC鋼線挿通用貫通孔
19 周方向端部
19a 傾斜面
20 板材
21 メッシュ材
22 枠
22a 薄肉金属板
23 コンクリート
24 ピン(横軸)
25 デッキプレート
25a T字状のリブ
26 空間
30 セントル
31 嵌合継手
32 既設トンネル
33 上部アーチ部分
34 コンクリート床(面)
35 トンネル側壁
36 支承部材
36a 取付用フランジ
36b 支持梁支持用アーム
36c 取付用座版
37 アンカーボルト[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, in existing tunnels such as old and healthy railway tunnels and road tunnels, the lining strength is increased to prevent the lining concrete from collapsing or peeling off. The present invention also relates to a protective structure on the inner surface of the existing tunnel lining that protects the stripped pieces from falling into the tunnel.
[0002]
[Prior art]
Recently, there have been many cases of stripping of lining concrete in railway tunnels and road tunnels, and there are examples of damage to passing trains. For this reason, investigation and diagnosis of existing tunnels are vigorously conducted in various directions to investigate the cause.
At present, the cause of peeling of lining concrete has been clarified although cold joints, neutralization of concrete, alkali-aggregate reaction, etc. associated with concrete placement during tunnel construction have been tried.
[0003]
On the other hand, ensuring the safety of trains and vehicles passing through the tunnel is extremely important, and measures are being studied nationwide.
For repair and reinforcement measures for conventional aging tunnels, see “Tunnel reinforcement and repair manual”: October 1990 (Railway Technical Research Institute) and “Tunnel tunnel countermeasure design design manual”: February 1998. May (Railway Technical Research Institute).
[0004]
In these manuals, more than ten kinds of countermeasures are shown according to the cause of tunnel deformation, and the appropriate one is selected. Among these countermeasure methods, those that can be applied as countermeasures against peeling of the lining concrete include (1) “pad plate method”, (2) “steel plate bonding method”, and (3) “centre reinforcement”.
[0005]
(1) In the case of the “patting plate method”, a steel batting plate (strip steel, die steel) is attached to the lining inner surface of the peeled part, anchored to the lining concrete with a lock bolt, and then backfilling material is injected. It is applied when repairing locally.
[0006]
(2) The “steel bonding method” is a relatively new method, in which a 4.5 mm standard steel plate is attached to the lining surface with an epoxy resin adhesive and fixed to the lining concrete with anchor bolts. . 7 anchor bolts / m2 Arrange to the extent. In addition,
The end of the steel plate is fastened with an adhesive and an anchor bolt to a joint steel plate that is overlapped with the adjacent steel plate.
[0007]
(3) In the case of “Centre Reinforcement”, as shown in FIG. 15, a 100-150 mm size H-shaped steel bent to the same shape as the inner surface of the tunnel lining is placed at appropriate intervals along the inner surface of the lining. The reinforcing
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In the protection method against lining concrete peeling of existing tunnels such as railway tunnels and road tunnels covered by the present invention, in order to ensure the safety of passing vehicles through the tunnel, the installation of protective members, etc., will exceed the building limits. Is not allowed. Moreover, in a railway tunnel, the working time of a day is limited to a midnight operation suspension time zone (2 to 3 hours or several hours), and there are restrictions such as a lot of obstacles such as power supply cables and signal lines. Moreover, in a road tunnel, when there is no detour, it is necessary to perform construction while regulating traffic, and rapid construction is an important issue.
[0009]
Furthermore, it must be ensured that the protective structure does not loosen against the wind pressure and vibration of trains, etc. that pass through the tunnel during the construction period and after completion of the countermeasure work. In particular, there shall be no fall of protective members from the upper part of the tunnel.
[0010]
Therefore, when the prior art is applied under such conditions, there are the following problems.
In the case of the prior art (1) “batch plate method” and (2) “steel plate bonding method”, a steel cover plate (band steel, steel plate) is pasted on the inner surface of the peeled part, and the concrete is covered with lock bolts. Because of the anchoring, the work of drilling holes for rock bolts in the lining concrete is involved and rapid construction is impossible. Moreover, since the anchor strength cannot be ensured with deteriorated lining concrete, it is necessary to hang up to a sound concrete surface, which further increases the working time.
[0011]
In this structure, since the lock bolt is used, if the bolt is cut or the anchor is removed, the bolt may fall and damage the train or vehicle passing through the tunnel.
[0012]
In the case of the prior art {circle around (3)} “centre reinforcement work”, the wedge is used to transmit the load between the center and the existing lining, so that the center is in a discrete point support state by the wedges arranged at intervals. Therefore, in order to resist bending stress acting on the centle member and prevent buckling due to compressive force, it is necessary to arrange an
[0013]
The present invention eliminates the above-mentioned problems, reduces the overhang from the inner surface side of the existing tunnel lining to the inner surface, and secures the construction limit. It provides a tunnel lining peeling protection structure that enables rapid construction.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The protection structure for the inner surface of the existing tunnel lining according to the present invention is summarized as follows.
(1) In a protective structure in which a plurality of arch supports are installed at intervals in the axial direction of the existing tunnel inner surface, and a surface member is disposed between the arch supports to cover the existing tunnel inner surface,
The arch support is divided into a plurality of arch components having fitting joints in the circumferential direction, and the surface members are mounted on the side surfaces of the arch components.GrooveFormed, the lower end of the arch support is fixed to the existing tunnel by fixing means,
The surface member spanned between the arch supports is an arch component member.In the grooveUse a thin panel of dimensions that can be installed,
At least the back surface of the arch support is closely attached over the entire circumferential direction by the contact means.,
At least one surface member insertion port through which the surface member can be inserted into the groove is provided in a part of the arch component member on the inner surface side of the tunnel.This is a tunnel lining peeling protection structure.
[0016]
(2) The surface member is a metal plate material, a mesh material with a frame, or a panel having a composite structure of metal and concrete, and a wide material formed with a curvature substantially equal to the lining or a flat plate-like narrow material. The tunnel lining peeling protection structure according to (1), wherein the tunnel lining is arranged with substantially the same curvature as the inner surface of the lining.
[0017]
(3The surface member is tapered in the circumferential edge of the tunnel and fixed in the groove of the arch component member by its wedge action (1)Or(2) NoteDetachment protection structure of the tunnel lining shown.
[0018]
(4) The surface member is characterized in that the end portions in the circumferential direction of the tunnel are connected to each other by pins or the like so that they can be inserted continuously from the surface member insertion port (1) Detachment protection structure of tunnel lining as described.
[0019]
(5) The close contact means of the arch support uses a flexible bag provided on the back surface of the arch component member as a mold, and fills and solidifies the grout material in the bag. Detachment protection structure for tunnel lining.
[0020]
[Action]
According to the first invention, the back surface of the arch support with the lower end fixed is brought into close contact with the existing lining over the entire circumferential direction to restrain the deformation of the arch support, thereby reducing the acting bending moment and improving the buckling strength. Therefore, the arch support can be configured with a thin member having a relatively low bending rigidity. Moreover, the inner surface of the protection structure after completion can be stored within a building limit by using a thin member also for the surface member spanned between arch supports.
Also, the arch support is divided into a plurality of arch components and is easily assembled on site with a fitting joint. The side end (longitudinal end) of the cross section of the arch component member is formed with a groove or step for mounting the surface member. The groove or step serves as a guide for sliding the surface member during construction, and the surface member receiving portion when completed. Therefore, it is possible to easily install and position the surface member.
[0021]
According to the second aspect of the present invention, in the arch support composed of the arch component member having the groove for mounting the surface member on the side surface, the surface cut out so that the surface member can be inserted into the groove on a part of the inner surface side of the arch component member By providing at least one member insertion opening, the surface member can be sequentially inserted and slid to facilitate installation.
[0022]
According to the third invention, the surface member can be a metal plate material, a mesh material with a frame, or a panel of a composite structure of metal and concrete, and can be used properly or mixed depending on the characteristics of each panel. . In other words, in addition to the peeling prevention function of tunnel lining, use plate material when it is necessary to prevent dripping of water leakage, or use a mesh material with a frame in places where visual inspection of existing lining is required When an increase in lining strength is expected, a composite structure panel can be used.
When the surface member is wide, it can be efficiently inserted into the arch support by forming the surface member with a curvature substantially equal to that of the lining in advance. Further, the surface member can be made narrower and lighter to facilitate the work. In this case, a flat plate is used and is arranged approximately with the same curvature as the inner surface of the lining. If a flat plate is used, the bending of the surface member is unnecessary and economical.
[0023]
According to the fourth aspect of the present invention, since the edge in the circumferential direction of the tunnel of the surface member is tapered, after inserting the surface member of one ring into the arch support of the grooved cross section, a hitting or pushing means such as a jack As a result, a compressive force in the circumferential direction is applied to the surface member, and the tapered portion (inclined surface) at the end of the surface member produces a wedge action, thereby fixing each surface member. Note that both end tapers of the surface members may be in the same direction to form a substantially parallelogram, or may be changed to a substantially trapezoidal shape. The last surface member to be mounted has a substantially trapezoidal cross section with a narrow width on the inner surface side of the tunnel, and is installed so as to engage with adjacent surface members. Finally, it is desirable to cover the notch for inserting the surface member.
[0024]
According to the fifth aspect of the present invention, the surface member is a member in which the end portions in the tunnel circumferential direction are joined to each other in a continuous manner like the shutter structure, so that it can be wound around a reel or the like for storage or transportation. Moreover, when mounting | wearing with an arch support, it can insert continuously from an insertion port.
[0025]
According to the sixth invention, the grouting material filled between the arch support and the tunnel lining uses a bag body that is flexible and can be deformed within a predetermined range as a formwork material. The work can be securely adhered. Further, there is no need for a sealing material for filling material during construction, and leakage problems can be avoided.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments and examples of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 shows an overall configuration in which a protective structure according to an embodiment of the present invention is installed on an upper part of an existing
The protective structure C according to the present invention has an arch support A formed by connecting an arc-shaped
[0027]
In this embodiment, the protective structure C is installed only on the inner side surface of the upper
[0028]
A supporting
[0029]
The support structure of the protective structure C by the support beams 4 is configured such that the lower end portion of the lowermost
[0030]
When the
[0031]
Further, it is sufficient to protect the lining concrete from peeling off only on the upper arch part. However, when the peeling of the
[0032]
Arch support AAlreadyIt is installed with a gap between the tunnel lining
[0033]
The
[0034]
Next, the fitting joint 31 of the
3A to 3C show the form of the fitting joint.
In the case of Fig.3 (a), it is an insertion joint, Comprising: The
[0035]
In the case of FIG.3 (b), it is the connection system using the
[0036]
The case of FIG. 3C is an application of the method of FIG. 3A, and the
[0037]
4A to 4D show a cross-sectional form of the
In the case of FIG. 4 (a), the
In the case of FIG. 4B, a stepped
The case of FIG. 4C is an application example of FIG. 4A, in which a
The case of FIG. 4D is an application example of FIG. 4C, in which the
[0038]
In the case of FIG. 5, it is a figure explaining the effect | action of the surface
The
[0039]
6 to 10 show the form of the
In the case of FIG. 6, it is the form of the
[0040]
In the case of FIG. 7, the
[0041]
In the case of FIG. 8, it is a form of the panel of the composite structure of a metal and concrete with the
[0042]
In the case of FIG. 9, an embodiment of
[0043]
In the case of FIG. 10, a thin steel plate having a thickness of 0.8 mm to 1.2 mm, for example, is bent with the
6 to 10, the components of the surface member 2 (combination of the width and curvature of the
[0044]
FIG. 11A is a view for explaining a fixing method of the surface member 2 (in the case of FIG. 6) in which the tunnel circumferential
[0045]
As for the
[0046]
FIG. 12 is a diagram for explaining a grouting method for the back surface of the arch support A. FIG.
As described above, securing the adhesion of the back surface of the arch support A to the existing
[0047]
Normally, the
[0048]
The
In the case of Fig.12 (a), it is sectional drawing which shows one form when the arch
In the case of FIG. 12B, the
[0049]
As mentioned above, although the form example which applied this invention mainly to prevention of peeling of the existing railway tunnel lining was demonstrated, it can apply similarly also to a road tunnel etc. When it is applied to a road tunnel, if there is a detour, the traffic in the tunnel is closed and the construction becomes easy. However, in the case of construction that allows one-way traffic, it is necessary to devise temporary materials and equipment for construction.
[0050]
When practicing the present invention, as shown in FIG. 14, a
[0051]
When the protective structure of the present invention is used for the purpose of increasing the lining strength, the back of the arch support A may be backed up as in the first embodiment, but the surface as in the second embodiment. It is advantageous to back up almost the entire rear surface of the
[0052]
When carrying out the present invention, the thickness of the
[0053]
【The invention's effect】
According to the present invention,
(1) The arch support and the existing lining are brought into close contact with the entire surface in the circumferential direction to restrain deformation, and the lower end of the arch support is fixed and supported on the lining concrete of the existing tunnel by fixing means. Since bending stress is not generated in the arch component and the buckling of the arch component can be prevented, the arch component can be made thin, so that the reduction of the hollow section of the tunnel is within the construction limit. be able to.
[0054]
(2) Use of joints and means that can be easily integrated into any of the means for connecting the arch components, the means for fixing the arch support and the surface member, and the means for close contact with the arch support and the existing lining, and falling during or after construction Since it avoids the use of bolts and wedges that can be used, safety can be ensured and rapid construction can be achieved.
[0055]
(3) As a close contact means between the arch support and the existing lining, a flexible and freely deformable bag body is used as a formwork, so there is no need for a sealant for filling filler during construction. Moreover, it is possible to avoid the trouble of leakage and to perform quick construction. In addition, the arch support and the existing lining can be reliably adhered.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an overall configuration of a form in which a protective structure for protecting peeling of lining concrete is installed on an upper portion of an existing railway tunnel according to the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a bracket that supports an arch support lower end.
FIG. 3 is a perspective view showing various forms of a fitting joint in an arch constituent member, and (A) is a perspective view showing one form using an insertion joint as a fitting joint of the arch constituent member; B) is a perspective view showing one embodiment using a tight joint made of PC steel wire as a fitting joint for an arch component, and (C) is an insertion using a fitting metal as a fitting joint for an arch component. It is a perspective view which shows one form using a coupling.
4A and 4B show various cross-sectional forms of an arch constituent member, and FIG. 4A is a cross-sectional view showing one form of the arch constituent member when a groove for mounting a surface member is formed on the side surface of the arch constituent member. (B) is a cross-sectional view showing an embodiment of an arch component member in which a step portion for mounting a groove member is formed on the side surface of the arch component member, and (C) is for mounting the surface member on the side surface of the arch component member. It is sectional drawing which shows one form of the cross section of the arch component member which made the groove part of this, and also made the hollow cross section, (D) forms the groove part for surface member mounting in the side surface of an arch component member, and also in a hollow part It is sectional drawing which shows one form of the arch structural member cross section which filled the mortar and formed the through-hole for PC steel wire penetration.
FIG. 5 is an explanatory perspective view showing a process of setting a surface member using a surface member insertion port in an arch component member.
FIG. 6 is a perspective view showing an embodiment of the surface member, and is a perspective view showing an embodiment of the surface member using a narrow plate member.
FIG. 7 is a perspective view showing another form of a surface member using a wide frame mesh material.
FIG. 8 is a perspective view showing another form of a surface member using a composite panel with a frame.
FIG. 9 is a perspective view showing an embodiment of a continuous surface member using a narrow plate material and pin-connected in the tunnel circumferential direction.
FIG. 10 is a perspective view showing an embodiment of a surface member using a deck plate as a narrow framed plate member.
11A and 11B are cross-sectional views showing an embodiment of a fixing method of a surface member with an end taper, FIG. 11A is an explanatory cross-sectional view showing a fixing method of a surface member with an end taper, and FIG. It is sectional drawing which shows the fixing method of the surface member with an edge part taper in the vicinity, and shows the state immediately before and after inserting a surface member, (C) is the member for arch construction by the wedge action by an inclined surface after surface member insertion It is sectional drawing which shows the state crimped | bonded to the flange inner surface in.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a form of a means for filling the gap on the back surface of the arch support, and (A) is a cross-sectional view showing an embodiment of a means for filling the gap on the back face of the arch support having a groove. B) is a cross-sectional view showing an embodiment of a means for fixing the surface member at the same time as filling the gap on the back surface of the arch support having a stepped section.
FIG. 13 is a front view showing one embodiment of the means for filling the gap at the lower end of the surface member, as viewed from the inner side of the tunnel.
FIG. 14 is a perspective view showing an embodiment in the case of filling the arch support and the grout material over the entire back surface of the face member.
FIG. 15 is a perspective view showing an embodiment of a conventional centle reinforcement work.
[Explanation of symbols]
A arch support
B Conner Club
C Protective structure
1 Arch component
2-sided member
2a Last piece of face member
3 legs
4 support beams
24a vertical plate
4b Spring plate with guide
5 Power cables and signal lines
6 Existing tunnel lining
6a Wall surface of arch-shaped existing tunnel
7 Grout wood
8 bags
8a Bag
8b inlet
9 Insertion slot
10 Bracket
11 Convex
12 recess
13 PC steel wire
14 fitting hardware
14a Through hole
15 Groove for mounting surface member
Step part for mounting 16 surface members
17 Mortar etc.
18 PC steel wire insertion through hole
19 Circumferential end
19a Inclined surface
20 Plate material
21 Mesh material
22 frames
22a Thin metal plate
23 Concrete
24 pins (horizontal axis)
25 Deck plate
25a T-shaped rib
26 space
30 cents
31 Mating joint
32 Existing tunnel
33 Upper arch
34 Concrete floor (surface)
35 Tunnel side wall
36 Bearing members
36a Flange for mounting
36b Support beam support arm
36c Mounting plate
37 Anchor bolt
Claims (5)
該アーチ支保は、周方向の端部に嵌合継手を備えた複数の円弧状のアーチ構成部材を直列に嵌合されて構成され、各アーチ構成部材の側面には前記面部材を装着する溝が形成されており、アーチ支保の下端部は固定手段によって既設トンネルに固定されており、
前記アーチ支保間に掛け渡す面部材は、アーチ構成部材の溝に装着可能な寸法の薄肉のパネルを用い、
少なくとも前記アーチ支保背面が密着手段を介してほぼ周方向全面に渡って既設トンネル壁面に密着され、
前記アーチ構成部材のトンネル内面側の一部に、面部材を前記溝内に挿入可能な面部材挿入口が少なくとも1箇所設けられていることを特徴とするトンネル覆工の剥落防護構造物。In a protective structure in which a plurality of arch supports are installed at intervals in the axial direction of the existing tunnel inner surface, and a surface member is disposed between the arch supports to cover the existing tunnel inner surface,
The arch support is formed by fitting a plurality of arc-shaped arch constituent members having fitting joints at end portions in the circumferential direction in series, and a groove for mounting the surface member on a side surface of each arch constituent member There are formed, the lower end of the arch支保is fixed to the existing tunnel by fixing means,
The surface member that spans between the arch supports uses a thin panel of a size that can be mounted in the groove of the arch component member,
At least the back of the arch support is in close contact with the existing tunnel wall surface over the entire surface in the circumferential direction through contact means ,
A tunnel lining peeling protection structure characterized in that at least one surface member insertion port through which a surface member can be inserted into the groove is provided in a part of the arch component member on the inner surface side of the tunnel.
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