JP4956471B2 - プレキャストパネルおよび防護構造 - Google Patents

Description

本発明は、プレキャストパネルおよびこのプレキャストパネルを利用した防護構造に関する。

老朽化したトンネルについて、既存のトンネル覆工（既設の覆工）に沿って新規のセグメント（プレキャストパネル）を組み立てて、このセグメントと既設の覆工との間に裏込めコンクリートを打設することにより補強を行う場合がある。

このようなセグメントの組立ては、セグメントの端面同士を突き合わせた状態で両セグメントに跨って配設されたボルトを締め付けることにより行うのが一般的である。

ところが、ボルトの固定時に使用するボルトボックスが、セグメントに形成されているため、トンネルの内壁面に凹凸が形成されるという問題点を有していた。
また、ボルトナット等を利用したセグメントリング同士の組立ては、多数のボルトを締め付ける作業に手間がかかるという問題点を有していた。

そのため、本出願人は、例えば特許文献１に示すように、所定の間隔をあけて配設されたプレキャストパネル同士を、この間隔に充填された充填材により接合する接合構造であって、両プレキャストパネルの端面には孔あき鋼板プレートが突設されていて、この孔あき鋼板プレートが充填材に埋設されることで強固に連結される接合構造を開発し、実用化に至っている。これにより、簡易な施工により表面に凹凸が形成されることがないプレキャストパネル同士の接合を行うことが可能となる。
特開２００５−２２６２４６号公報

ところが、特許文献１に記載の接合構造は、接合部における充填材の充填に型枠を設置する必要があり、供用中の鉄道トンネルや道路トンネルの防護構造等に適用する際には、型枠が建築限界を侵すことなどにより、適用できない場合があった。

本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、施工時においても表面側に突出部分が発生することがなく、簡易かつ早期に組み立てることが可能なプレキャストパネルと、このプレキャストパネルを利用した防護構造を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明のプレキャストパネルは、板状の本体部と、前記本体部の一端に形成されたオス側継手部と、前記本体部の他端に形成されたメス側継手部と、を有するプレキャストパネルであって、前記オス側継手部には、前記本体部の裏面よりも外側において孔あき鋼板ジベルが突設されおり、前記メス側継手部には、前記孔あき鋼板ジベルが貫通可能な形状の開口部が前記孔あき鋼板ジベルに対応する位置に形成されていることを特徴としている。

かかるプレキャストパネルは、オス側継手部の孔あき鋼板ジベルをメス側継手部の開口部に貫通させることにより、プレキャストパネル同士の連結が完了するため、簡易かつ早期に作業を行うことができる。
また、孔あき鋼板ジベルは、本体部よりも背面側に配設されるため、表面側に突出部が形成されることがなく、供用中のトンネルの防護構造として使用した場合であっても、内空断面への影響を最小限に抑えることができる。

また、前記プレキャストパネルの前記本体部が、繊維補強セメント系混合材料により構成されていれば、部材の薄肉化が可能となる。

また、本発明の防護構造は、既設の覆工面に沿って請求項１または請求項２に記載のプレキャストパネルを複数連結することにより形成された新設覆工と、前記新設覆工の背面に注入された裏込め材と、を備えることを特徴としている。

かかる防護構造によれば、孔あき鋼板ジベルが裏込め材に埋設されることにより、裏込め材とプレキャストパネルとが一体となって覆工構造として必要な強度を発現する。そのため、プレキャストパネル自体の薄肉化が可能となり、搬送時および施工時の取り扱いが容易となる。

また、前記防護構造において、前記セグメントの下端が、インバートに設けた根固めコンクリートに固定されていてもよい。

本発明のプレキャストパネルおよび防護構造によれば、施工時においても表面側に突出部分が発生することがなく、簡易かつ早期に組み立てることが可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
本実施形態では、図１に示すように、老朽化したトンネルの内空にプレキャストパネルを組み立てて補強を行う防護構造について説明する。

本実施形態に係る防護構造Ａは、トンネルＴの既設の覆工Ｔ１の表面に沿って形成された新設覆工１と、新設覆工１の背面に注入された裏込め材２と、新設覆工１の下端を固定する根固めコンクリート３と、を備えて構成されている。

新設覆工１は、プレキャストパネル１０を複数連結することにより形成されている。
このプレキャストパネル１０は、図２に示すように、板状の本体部１１と、本体部１１の一端に形成されたオス側継手部１２と、本体部１１の他端に形成されたメス側継手部１３と、を有している。

本体部１１は、所定の厚みを有して形成された板状部材であって、繊維補強セメント系混合材料により構成することで、薄肉化が図られている。
なお、本体部１１の部材厚は限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。また、本体部１１を構成する材料は繊維補強セメント系材料に限定されるものではなく、例えば、鉄筋コンクリートを使用するなど、適宜公知の材料から選定して使用することが可能である。

本実施形態では、本体部１１を、トンネルＴの形状に応じた曲率の円弧面状に形成する。

また、本体部１１のトンネル軸方向の端面には、本体部１１同士をトンネル軸方向で接続するための継手部１１ａが形成されている。
本実施形態では、トンネル軸方向に譲り合う本体部１１同士をピン接合するものとし、ピン挿入孔からなる継手部１１ａが本体部１１に形成されている。なお、継手部１１ａの構成や箇所数等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。また、継手部１１ａは必要に応じて設置すればよく、必ずしも有してなくてもよい。

オス側継手部１２は、本体部１１のトンネルＴの周方向の一端において、本体部１１の裏面側（図２において上側）に突出するように形成された部分である。オス側継手部１２は、繊維補強セメント系材料からなり、本体部１１と一体に形成されている。
オス側継手部１２は、断面台形状に形成されており、トンネル周方向の端面から孔あき鋼板ジベル１４が突設している。

孔あき鋼板ジベル１４は、複数の貫通孔１４ａが形成された鋼板であって、一方の端部が、台形状のオス側継手部１２に埋設されている。本実施形態では、孔あき鋼板ジベル１４が２枚配設されている。また、孔あき鋼板ジベル１４の突出部分には、二つの貫通孔１４ａ，１４ａが形成されている。
なお、孔あき鋼板ジベル１４の枚数は限定されるものではなく適宜設定することが可能である。また、孔あき鋼板ジベル１４に形成された貫通孔１４ａの数、間隔、大きさ、形状等も限定されるものではなく、適宜設定することが可能である。

メス側継手部１３は、平板状に形成されており、本体部１１のトンネル周方向のオス側継手部１２と反対側の端部において、本体部１１の裏面側に立設するように形成されている。メス側継手部１３は、繊維補強セメント系材料からなり、本体部１１と一体に形成されている。
また、メス側継手部１３には、図２および図３に示すように、オス側継手部１２の孔あき鋼板ジベル１４に対応する位置に、孔あき鋼板ジベル１４を貫通することが可能な開口部１３ａが形成されている。開口部１３ａは、孔あき鋼板ジベル１４の断面積よりも若干大きな開口面積を有している。

プレキャストパネル１０同士の連結は、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、隣接する他のプレキャストパネル１０の開口部１３ａに孔あき鋼板ジベル１４を挿入することにより行う。

さらに、図３（ｃ）に示すように、プレキャストパネル１０同士を連結することにより形成された新設覆工１の背面に裏込め材２を注入することにより、裏込め材２が、孔あき鋼板ジベル１４の貫通孔１４ａを貫通した状態で硬化するため、裏込め材２と新設覆工１との一体化が実現される。

根固めコンクリート３は、図１に示すように、トンネルＴのインバートＴ２の側部（内空面内において下端角部）に形成された、新設覆工１の脚部である。

根固めコンクリート３は、図４（ａ）に示すように、トンネル軸方向に沿って形成されており、上面に孔あき鋼板ジベル１４を挿入するためのジベル挿入穴３０が所定の間隔で複数形成されている。
プレキャストパネル１０は、孔あき鋼板ジベル１４が根固めコンクリート３のジベル挿入穴３０に挿入されることで、根固めコンクリート３に固定される。

ジベル挿入穴３０は、図４（ｂ）に示すように、孔あき鋼板ジベル１４の挿入が可能な形状に形成された矩形状の穴本体部３１と、穴本体部３１に沿って形成された半円状の注入穴３２とにより構成されている。

注入穴３２は、穴本体部３１に孔あき鋼板ジベル１４を挿入した状態で、固化材をジベル挿入穴３０へ注入するために設けられたものであり、穴本体部３１と連通している。孔あき鋼板ジベル１４が挿入されたジベル挿入穴３０に注入穴３２を介して固化材が穴本体部３１に注入されて固化することで、根固めコンクリート３とプレキャストパネル１０との一体化が行われる。

なお、根固めコンクリートを構成する材料は限定されるものではなく、鉄筋コンクリート、無筋コンクリート等、適宜公知の材料から形成することが可能である。また、ジベル孔の形状や配置等も限定されるものではなく、プレキャストパネル１０の構成に応じて適宜設定することが可能である。また、根固めコンクリートは、現場施工により形成してもよいし、プレキャスト部材を使用してもよい。

裏込め材２は、プレキャストパネル１０を組み立てることにより形成された新設覆工１と既設の覆工Ｔ１との間に形成された空間に充填されるものであって、本実施形態ではコンクリートを使用する。
なお、裏込め材２を構成する材料は、新設覆工１と既設の覆工Ｔ１との間に形成された空間に充填されることが可能な、流動性を有した材料であれば限定されるものではなく、例えば、繊維補強セメント系材料、グラウト、モルタル等、適宜公知の材料の中から選定して採用すればよい。

裏込め材２を充填することにより、裏込め材２が孔あき鋼板ジベル１４の貫通孔１４ａに入り込むとともに、根固めコンクリート３のジベル挿入穴３０に入り込む。そして、裏込め材２が硬化することで、新設覆工１、裏込め材２、根固めコンクリート３の一体化が行われる。

ここで、既設の覆工Ｔ１に予め後施工アンカーを打設しておくことにより、既設の覆工Ｔ１と防護構造Ａとの一体化を図ることができる。

次に図面を参照して、本実施形態に係る防護構造の構築方法について説明する。
本実施形態に係る防護構造の施工は、（１）根固めコンクリート作成工程と、（２）プレキャストパネル組立て工程と、（３）裏込め材充填工程と、により行う。

（１）根固めコンクリート作成工程
根固めコンクリート作成工程は、図４に示すように、インバートＴ２に根固めコンクリート３を構築する工程であって、設計された根固めコンクリート３の形状に応じて図示しない型枠を配設し、コンクリートを打設することにより行う。
このとき、根固めコンクリート３の上面に開口するジベル挿入穴３０が、既設の覆工Ｔ１から所定長離れた位置に形成されるように、型枠を配置しておく。

（２）プレキャストパネル組立て工程は、既設の覆工Ｔ１の表面に沿って、プレキャストパネル１０を組み立てて、新設覆工１を形成する工程である。

新設覆工１は、図４（ａ）に示すように、まず、最下段に配置されるプレキャストパネル１０の孔あき鋼板ジベル１４を根固めコンクリート３のジベル孔３０に挿入し、プレキャストパネル１０を根固めコンクリート３の上面に載置する。

最下段のプレキャストパネル１０を配置したら、図５に示すように、最下段のメス側継手部１３の端面と、二段目のプレキャストパネル１０のオス側継手部１２の端面とを突き合わせるとともに、最下部のプレキャストパネル１０のメス側継手部１３の開口部１３ａに、二段目のプレキャストパネル１０の孔あき鋼板ジベル１４を挿入する。孔あき鋼板ジベル１４は、最下段のプレキャストパネル１０の本体部１１と隙間をあけて対向している。同様に順次プレキャストパネル１０を継ぎ足していくことにより新設覆工１を組み立てる。

開口部１３ａは、孔あき鋼板ジベル１４より若干大きく形成されているため、開口部１３ａに孔あき鋼板ジベル１４を挿入すると、その周囲に隙間が形成される。そのため、プレキャストパネル１０の組み立て時にこの隙間を利用してプレキャストパネル１０同士のずれやプレキャストパネル１０の方向の修正を行うことが可能となる。

プレキャストパネル１０同士の突合せ部に、図示しないシール材を配置することにより、裏込め材２の充填時に突合せ部からの裏込め材２の流出を防止することが可能である。

なお、プレキャストパネル１０の組立てに先立ち、既設の覆工Ｔ１に図示しない後施工アンカーを設置しておき、この後施工アンカーを利用して、プレキャストパネル１０の仮固定を行ってもよい。
また、プレキャストパネル１０の組立て時に、支保工を組み立ててもよい。この場合において、支保工を利用してプレキャストパネル１０の仮位置決めを行うことも可能である。

また、プレキャストパネル１０の組立て時に、トンネルＴの軸方向に隣接するプレキャストパネル１０と、両プレキャストパネル１０の継手部１１ａに跨ってピンを配置することで、トンネルＴの軸方向の連結も行う。

プレキャストパネル１０の組立ては、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、トンネルＴの断面に対して左右から行い、頂点においてキーパネル１５をトンネル軸方向から挿入し、新設覆工１を形成する。

キーパネル１５は、板状の本体部１１と本体部１１の両端に形成されたメス側継手部１３，１３とを備えた部材であって、繊維補強セメント系材料により形成されたプレキャスト部材である。なお、本体部１１およびメス側継手部１３の詳細は、プレキャストパネル１０で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

キーパネル１５は、図６（ｂ）に示すように、隣接する左右のプレキャストパネル１０，１０と、孔あき鋼板ジベル１４’を介して連結されている。

プレキャストパネル１０とキーパネル１５との連結は、図７（ａ）に示すように、互いのメス側継手部１３を突き合わせた状態で、両メス側継手部１３，１３の開口部１３ａ，１３ａに跨った状態で孔あき鋼板ジベル１４’を貫通させる。このとき、孔あき鋼板ジベル１４’の挿入は、トンネルＴの妻側から、作業員が手を挿入して行えばよい。

なお、キーパネル１５として、他のプレキャストパネル１０と同様に、一端にオス側継手部１２、他端にメス側継手部１３を有したものを使用することで、鋼板ジベル１４’による接合を、他端側のみで行ってもよい。

（３）裏込め材充填工程
裏込め材充填工程は、図１に示すように、キーパネル１５を設置することで組み立てられた新設覆工１の背面に裏込め材２を充填する工程である。
本実施形態では、裏込め材２の充填を、妻側から行うものとするが、裏込め材２の充填方法は限定されるものではない。なお、裏込め材２の充填は、新設覆工１の端部に図示しない妻型枠を設置した状態で行い、この妻型枠には、裏込め材２を注入するための注入孔が形成されている。

裏込め材２を新設覆工１の背面に充填することにより、裏込め材２がプレキャストパネル１０（キーパネル１５）を連結する孔あき鋼板ジベル１４（１４’）の貫通孔１４ａ内にも充填される。そして、裏込め材２が硬化することにより、新設覆工１と裏込め材２との一体化が実現される。

また、裏込め材２を新設覆工１の背面に充填することにより、充填材２が根固めコンクリート３の注入穴３２からジベル挿入穴３０に浸入し、孔あき鋼板ジベル１４とジベル挿入穴３０との隙間が充填される。そして、裏込め材２が硬化することにより、新設覆工１と根固めコンクリート３とが一体化し、新設覆工１が固定される。
なお、孔あき鋼板ジベル１４とジベル挿入穴３０との隙間への固化剤の充填は、最下段のプレキャストパネル１０を根固めコンクリート３に設置した時点で行ってもよく、そのタイミングは限定されるものではない。

裏込め材２の充填が完了し、硬化することにより、既設のトンネルＴの防護構造Ａが完成する。

以上、本実施形態に係る防護構造Ａによれば、孔あき鋼板ジベル１４を介して、新設覆工１の組立ておよび新設覆工１と裏込め材２との一体化がなされるため、防護構造Ａとして、新設覆工１と裏込め材２とが一体となって強度を発現する。
そのため、プレキャストパネル１０（キーパネル１５）の薄肉化を図ることが可能となり、経済的に優れている。

また、プレキャストパネル１０の薄肉化が実現されることで、プレキャストパネル１０が取り扱いやすくなり、施工性の向上を図ることが可能となる。したがって、簡易かつ早期に施工を行うことができる。
また、プレキャストパネル１０を構成する材料として、剛性に優れた繊維補強セメント系材料を使用しているため、更なる薄肉化を図ることが可能となる。

プレキャストパネル１０同士の接合は、背面側に突設された孔あき鋼板ジベル１４をメス側継手部１３に貫通させることにより行うため、防護構造Ａの表面に突起物が形成されることがない。そのため、トンネルの内空断面（建築限界等）への影響を最小限に抑えることが可能となる。そのため、老朽化した供用中の鉄道トンネルや道路トンネルなどの補強に好適に採用することができる。

プレキャストパネル１０同士の固定は、裏込め材２を背面に充填することにより行われるため、ボルト接合等のプレキャストパネル１０を固定するために要する手間を省略することが可能となる。
新設覆工１は、孔あき鋼板ジベル１４を介して応力が伝達されるため、優れた耐力を有している。

また、孔あき鋼板ジベル１４は、裏込めコンクリート２内に埋設されるため、腐食することがない。そのため、別途、腐食防止の作業を行う必要がなく、経済的に優れているとともに、メンテナンスの手間を省略することが可能となる。
また、プレキャストパネル１０も繊維補強セメント系材料により形成されているため、腐食することがない。

以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記の実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、本発明のプレキャストパネルの使用用途は、既設の構造物の内面に設置する場合に限定されるものではなく、例えば新設の地下構造物のセグメント（防護工）等として使用することも可能である。この場合において、比較的部材厚が薄いプレキャストパネルと裏込め材とが一体となって強度を発現するため、掘削断面積を小さくすることが可能となり、建設コストを大幅に削減することが可能となる。

また、プレキャストパネルを構成する材料は、繊維補強セメント系材料に限定されるものではなく、鋼材、ステンレス材、コンクリートなど、用途に応じて適宜選択して使用すればよい。

例えば、プレキャストパネルとして、セメント系の材料を使用する変わりに、図８に示すように、スチールパネル４０を使用してもよい。
スチールパネル４０には、前記実施形態で説明したプレキャストパネル１０と同様に、板状の本体部４１と、本体部４１の一端に形成されたオス側継手部４２と、本体部４１の他端に形成されたメス側継手部４３とを有しており、オス側継手部４２には、孔あき鋼板ジベル１４が溶接接合されている。
スチールパネル４０による新設覆工１の形成は、メス側継手部４３の開口部４３ａにオス側継手部４２に突設された孔あき鋼板ジベル１４を挿入することにより行う。なお、スチールパネル４０を利用した防護構造の構築方法は、前記実施形態で示した方法と同様なため、詳細な説明は省略する。

また、想定される防護構造Ａに作用する応力に対して、裏込め材２のせん断抵抗が弱い場合には、図９（ａ）に示すように、補強鉄筋Ｒを配筋してもよい。この場合において、補強筋Ｒを、孔あき鋼板ジベル１４の貫通孔１４ａを利用すれば、補強筋Ｒの位置決めや配置等の配筋作業を容易に行うことが可能となる。補強筋Ｒの配筋は、新設覆工１（トンネルＴ）の周方向に限定されるものではなく、軸方向に配筋してもよい。

また、孔あき鋼板ジベル１４の貫通孔１４ａに充填された充填材２のせん断抵抗が低いと予想される場合には、図９（ｂ）に示すように、孔あき鋼板ジベル１４の長さ（突出長）Ｌを長くすることにより、抵抗力を補う構成としてもよい。
ここで、孔あき鋼板ジベル１４の抵抗力は、鋼板の厚さ、鋼板の長さ（突出長）Ｌ、貫通孔の内径、鋼板の幅、貫通孔の数等により算出する。

また、本発明に係る防護構造は、トンネルの補強に限定されるものではなく、例えば、図１０に示すように、地下タンク（立坑）Ｔ’のセグメントＢとしても適用可能である。

本発明の好適な実施形態に係る防護構造を示す断面図である。 本発明の好適な実施形態に係るプレキャストパネルを示す斜視図である。 図１に示す防護構造のプレキャストパネルの連結構造を示す図であって、（ａ）は連結前の状況を示す斜視図、（ｂ）は連結状況を示す斜視図、（ｃ）は充填材の充填後の状況を示す断面図である。 図１に示す防護構造の根固めコンクリートを示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）はジベル挿入穴を示す斜視図である。 図１に示す防護構造の施工状況を示す斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は図１に示す防護構造のキーパネルの設置状況を示す断面図である。 キーパネルの設置方法を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。 （ａ）は本発明に係るプレキャストパネルの変形例を示す斜視図、（ｂ）および（ｃ）は（ａ）に示すプレキャストパネルの連結方法を示す斜視図である。 （ａ）は本発明に係る防護構造の変形例を示す断面図であって、（ｂ）本発明に係るプレキャストパネルの他の変形例を示す断面図である。 本発明に係る防護構造の他の変形例を示す断面図である。

符号の説明

１ 新設覆工
１０ プレキャストパネル
１１ 本体部
１２ オス側継手部
１３ メス側継手部
１３ａ 開口部
１４ 孔あき鋼板ジベル
２ 裏込め材
３ 根固めコンクリート
Ａ 防護構造
Ｔ トンネル
Ｔ１ 既設の覆工
Ｔ２ インバート

Claims (4)

1. 板状の本体部と、
   前記本体部の一端に形成されたオス側継手部と、
   前記本体部の他端に形成されたメス側継手部と、を有するプレキャストパネルであって、
   前記オス側継手部には、前記本体部の裏面よりも外側において孔あき鋼板ジベルが突設されおり、
   前記メス側継手部には、前記孔あき鋼板ジベルが貫通可能な形状の開口部が前記孔あき鋼板ジベルに対応する位置に形成されていることを特徴とする、プレキャストパネル。
2. 前記本体部が、繊維補強セメント系混合材料からなることを特徴とする、請求項１に記載のプレキャストパネル。
3. 既設の覆工面に沿って請求項１または請求項２に記載のプレキャストパネルを複数連結することにより形成された新設覆工と、
   前記新設覆工の背面に注入された裏込め材と、を備えることを特徴とする防護構造。
4. 前記新設覆工の下端が、インバートに設けた根固めコンクリートに固定されていることを特徴とする、請求項３に記載の防護構造。

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