JP5933250B2

JP5933250B2 - トンネル内巻補強覆工による耐震補強工法

Info

Publication number: JP5933250B2
Application number: JP2011279386A
Authority: JP
Inventors: 敏子吉村; 中村　誠; 誠中村
Original assignee: 株式会社光計画設計事務所; キザイテクト株式会社
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2016-06-08
Anticipated expiration: 2031-12-21
Also published as: JP2013129985A

Description

本発明は、トンネル覆工コンクリートの補強や補修による覆工内巻補強工に関し、特に耐震補強を目的としたトンネル内巻補強覆工に関する。

トンネルの内巻補強覆工に際して、トンネル覆工コンクリート内面に沿ってＨ型鋼製支保工を設置し、この支保工に覆工用樹脂コンクリートパネルを固定する工法が採用されることが多くなっている。この工法は、トンネル内に設置された複数の支保工に樹脂コンクリートパネルを固定して、内巻補強用充填材の型枠を兼ねてトンネル内面を覆い、パネルと既設コンクリート面の間に補強材を充填し、樹脂コンクリートパネルと補強充填材とを一体化してトンネル内面を内巻覆工することで行われる。そして、支保工とパネルとの固定方法もコストの低減や作業の効率化を目的とした資材や工法も提案されている。そのため、トンネルの補修や補強だけでなく、トンネルの新設に際しても、この工法の採用検討が増加している。

特許文献１には、トンネル補修板をＨ型鋼製支保工に支持するための支持部材が示されており、補修板を隣接する支保工のフランジ部に簡単な作業で取り付けることのできる支持部材が示されている。そして特許文献２にも、内面覆工用樹脂コンクリートパネルを効率よく支保工に固定することのできる固定材が示されている。

一方、大震災もあり、トンネルに対しても耐震補強の要求は大きく、樹脂コンクリートパネルを用いた内面覆工においても耐震構造とすることが必要であり、耐震補強に向けた強度の向上が望まれている。しかし、特許文献１や２に示されている資材や工法は内面覆工を効率よく、低コストで行うことができ一定の補強効果を有するものではあるが、レベル２基準までの耐震補強構造は示されていない。

特開２００２−１８８３９９号公報実用新案登録第３１６５９１３号公報

本発明の課題は、樹脂コンクリートパネルを使用して補強材としてＨ型鋼製支保工と組合せ鉄筋を用いた構造に、補強鋼板を加えたトンネルの耐震内巻補強覆工であって、かつ内巻補強工によりトンネル内空断面の欠損部分を極力少ない方法にてトンネルの耐震強度をレベル２基準までに向上させた耐震構造とする工法を提供することである。

本発明の工法は、トンネルコンクリート覆工内面にＨ型鋼製支保工を設置し、トンネル内空断面の欠損量を少なくするため、所要強度を満たすには鉄筋の配筋が地山側とトンネル内側のダブル配筋となるケースを、せん断補強鋼板の構造強度にてシングル配筋にて可能としたことや、該支保工の平行方向に沿って周方向補強鉄筋を機械式継手組合せにて配筋することと、フック式組合せ鉄筋の両端部を対面するウェブに取り付けたスリーブに挿入固定して配筋することで、鋼製支保工のウェブ部分に、軸方向鉄筋を連結するために通す切穴が不要となり、支保工強度の低下を防ぐことができるため小断面の支保工サイズが可能になると共に、該軸方向鉄筋および周方向主鉄筋とを交差部にて相互に結束し、さらにトンネルの軸方向に沿って鋼製支保工の断面内にせん断補強鋼板を支保工間に設置することができ、次いで前記支保工の表面全体に、背面にパネル固定用インサート金具を装着した樹脂コンクリート曲面パネルを仮固定し、該曲面パネル背面と既設覆工コンクリートとの間隙に高強度微粒子グラウトモルタルを充填固結することで、前記支保工、周方向および軸方向の補強鉄筋、補強鋼板ならびに前記曲面パネルが一体化されていることを特徴とするトンネルの耐震補強工法である。

また上記工法において、トンネルの軸方向に沿って配筋される補強鉄筋を、フック式組合せ鉄筋継手方式とすることで、隣接する前記支保工の対面するウェブに設けたスリーブに両端部のフックを挿入する方法で配筋されることになり作業空間が発生し、トンネルの軸方向に設置される補強鋼板は、前記支保工の対面するフランジに設けた端部受金具への両端部の挿入固定が容易となり小断面鋼製支保工の断面内において設置することが可能となることも特徴とする。

これらの工法では、支保工と平行方向であるトンネルの周方向に沿って配筋される補強鉄筋が主筋となり、トンネルの軸方向に沿って配筋される補強鉄筋が配力筋となり、これらの補強鉄筋は、交差する箇所で相互に結束され、鋼製支保工と共に内巻補強構造となっている。同じくトンネルの軸方向で支保工間に設置される補強鋼板は、せん断補強用として設置されている。支保工に仮固定される樹脂コンクリート曲面パネルは、装着したパネル固定用インサート金具が高強度微粒子グラウトモルタルに埋設固定され、パネル背面の砂付加工による付着力と組み合されることでより強固に固定される。

また、主補強鉄筋の継手としては、簡易な作業で取り付けられ接続強度も大きい機械式継手を用い、補強充填モルタルとしては流動性に優れ、狭い断面内に配置された鋼板や鉄筋に阻害されることなく細部にわたり完全に充填され、さらに長距離圧送打設においても沈降分離現象が発生しない安定した懸濁性を有する高強度微粒子グラウトモルタルを用いることが好ましい。

本発明の工法にて補強されたトンネルは、主筋である周方向補強鉄筋と配力筋である軸方向補強鉄筋による補強だけでなく、設置された補強鋼板が地震の振動により発生するせん断力に対して補強効果を発揮し、優れた耐震補強構造となる。さらに、樹脂コンクリート曲面パネルは固定用インサート金具を装着しており、充填された高強度微粒子グラウトモルタルにより、支保工、鉄筋や鋼板などの補強用鋼材ともに埋設され緊密に一体化する。そのため、地震に際しても、分離したり、脱落したりすることなく優れた耐震補強効果を発揮し、レベル２基準までの耐震構造となる。

また本工法では、鉄筋や鋼板などの補強用鋼材の設置を、支保工に設置したスリーブや端部受金具に各補強鋼材の端部を挿入し支保工に組み合わせる構造とすることで補強用鋼材を効率よく定着固定することができ、その後流動性に優れた高強度微粒子グラウトモルタルを充填固結して一体化させる構造とすることで、小断面の内巻方法にて強度が高い補強効果が得られ効率よく鋼材を組立できる工法となる。

樹脂コンクリート曲面パネルを用いた内面覆工により耐震補強されたトンネルの断面説明図。図1におけるＡ部の詳細説明図であって、周方向および軸方向補強鉄筋の配筋状態を示す。図1におけるＢ部の詳細図であって、補強鋼板の設置状態を示す。樹脂コンクリート曲面パネルの固定状態を示す上四半部の断面説明図。パネル固定用インサート金具を装着した樹脂コンクリート曲面パネルの平面説明図。図４におけるＣ部の詳細説明図であって、パネル固定用インサート金具の装着状態を示す。図６に示したパネル固定用インサート金具および装着部材の詳細説明図。図１に示した耐震補強されたトンネルの上方から見た部分断面平面説明図。

以下本発明の詳細を実施例図に基づき説明する。

図１は、本発明の工法にて内面覆工を耐震補強構造としたトンネルの断面説明図であり、トンネルの既設覆工コンクリート７を削ったトンネル内面に、トンネルの周方向に沿って複数のＨ型鋼製支保工２を設置し、この支保工２の平行方向に沿って主筋である周方向補強鉄筋３が配筋され、トンネルの軸方向（図１においては図の垂直方向）に沿って配力筋である軸方向補強鉄筋４が配筋されている。この周方向補強鉄筋３と軸方向補強鉄筋４とは相互に結束され、トンネル内面に沿って格子状に配筋されている。さらにトンネルの軸方向に沿って複数の補強鋼板５がせん断補強用に設置されている。そして、前記支保工２の表面全体には、背面が砂付加工されたパネルの背面にパネル固定用インサート金具１０を装着した樹脂コンクリート曲面パネル１が仮固定され、この樹脂コンクリートパネル１の背面と既設覆工コンクリート７との間隙に高強度微粒子グラウトモルタル６が充填され、前記支保工２、周方向補強鉄筋３および軸方向補強鉄筋４、補強鋼板５ならびに前記パネル１とが一体化して埋設固定されている。

図１に示すトンネルの周方向に沿って設置されるＨ型鋼製支保工２は、トンネル天頂部にて継手板２３により連結され、天井のアーチ部から側壁部にかけて設置され、底板２４にてトンネル底部に固定されている一対の支保工と、トンネル底部にてこの一対の支保工に連結される支保工とにより構成されている。周方向補強鉄筋３は、主筋としてＨ型鋼製支保工２に沿った方向に配筋され、鉄筋の接続は機械式継手３１により行われている。軸方向補強鉄筋４はＨ型鋼製支保工２に設けたスリーブ８に両端部のフックを挿入することにより、隣接する支保工間に配筋されている。また、補強鋼板５はＨ型鋼製支保工２に設けた端部受金具９に両端部を挿入することにより、隣接する支保工間に設置されている。そして、樹脂コンクリート曲面パネル１は天井のアーチ部、側壁部、底部（インバート部）の表面全体に設置されている。

図２は図１におけるＡ部の詳細説明図であり、各鉄筋の配筋状態を示し、（Ａ１）はトンネルの上方からみた平面図、（Ａ２）は側面図である。トンネルの軸方向に沿って配筋される軸方向補強鉄筋４はフック式組合せ継手鉄筋であって、両端部が９０度折り曲げたフック４１となっている。隣接するＨ型鋼製支保工２の対面するウェブ２１に設けたスリーブ８に両端部のフック４１を挿入することで配筋される。そして、主筋である周方向補強鉄筋３と配力筋である軸方向補強鉄筋４とは、交差部４２にて相互に結束されている。

図３は図１におけるＢ部の詳細説明図であり、補強鋼板５の設置状態を示し、（Ｂ１）はトンネルの上方から見た平面図、（Ｂ２）はトンネルの軸方向の側面図、（Ｂ３）は壁側方向から見た側面図である。トンネルの軸方向に沿って設置される補強鋼板５は、隣接するＨ型鋼製支保工２の対面するフランジ２２に設けたＬ字状の端部受金具９に両端部を挿入して、隣接する支保工間に設置される。

図４は樹脂コンクリート曲面パネル１の固定状態を示す上四半部の断面説明図であり、このパネル１は周方向補強鉄筋３や軸方向補強鉄筋４などが設置されたＨ型鋼製支保工２の表面に固定されている。樹脂コンクリート曲面パネル１の背面は砂付加工され、その背面にはパネル固定用インサート金具１０が装着されており、充填される高強度微粒子グラウトモルタルにより、周方向補強鉄筋３や軸方向補強鉄筋４などと共に埋設され一体化し、樹脂コンクリート曲面パネル１はＨ型鋼製支保工２に対して仮固定され、高強度微粒子グラウトモルタルが固結後はインサート金具と共に強固に固定される。図５はパネル固定用インサート金具１０を装着した樹脂コンクリート曲面パネル１の平面説明図であり、背面にパネル固定用インサート金具１０が４個装着されている。この樹脂コンクリート曲面パネル１にはＨ型鋼製支保工２に仮固定を行うための取り付け部１１が設けられており、この取り付け部１１を利用してボルトなどによりＨ型鋼製支保工２に仮固定することができる。樹脂コンクリート曲面パネル１は、トンネル内で固定される場所に応じた曲面と大きさを持つ複数の種類のパネルが用いられる。複数の種類のパネルを用いて、天井のアーチ部、側壁部、インバート部などトンネルの内面全体を覆工すべく、Ｈ型鋼製支保工２の表面全体に取り付け固定する。図１に示されるように、仮固定された樹脂コンクリート曲面パネル１は、背面に装着したパネル固定用インサート金具１０が高強度微粒子グラウトモルタル６に埋設され、補強用鋼材などと一体化されることで、Ｈ型鋼製支保工２と共に高強度微粒子グラウトモルタルに強固に固定することができ、耐震構造とすることができる。

図６は図４におけるＣ部の詳細説明図であり、樹脂コンクリート曲面パネル１へのパネル固定用インサート金具１０の装着説明図である。図７は装着に使用する部材の説明図である。図６と図７とに示されるように、パネル固定用インサート金具１０はボルト１３にねじ込まれて、樹脂コンクリート曲面パネル１に固定装着される。先ずボルト穴１２を貫通させたボルト１３をワッシャー１４とナット１５により、樹脂コンクリート曲面パネル１に固定し、次いで固定したボルト１３の先端にインサート金具１０をねじ込み取り付けることで、インサート金具をパネルに固定装着できる。

図８は、図１に断面図が示されている耐震補強されたトンネルの上方から見た部分断面平面説明図であり、隣接するＨ型鋼製支保工の間（８−１）〜（８−５）が、トンネルの天井アーチ部分の各補強材やパネルなどの設置説明図となっている。

（８−１）は、Ｈ型鋼製支保工２に設けたスリーブ８に端部のフックを挿入して配筋された軸方向補強鉄筋４を示している。（８−２）では周方向補強鉄筋３がＨ型鋼製支保工２と平行に配筋され、軸方向補強鉄筋４との交差部４２にて結束され、両補強鉄筋が格子状に配筋されていることを示している。（８−３）にはパネル固定用インサート金具１０を装着した樹脂コンクリート曲面パネル１が示され、（８−４）には配置された樹脂コンクリートパネル１の天頂部および支保工部でのつなぎ目に目地工１６が施されていることを示している。（８−５）には樹脂コンクリート曲面パネル１と既設覆工コンクリート７との間隙に高強度微粒子グラウトモルタル６が充填されている状態であって、本発明の工法により耐震補強されたトンネルの内面覆工構造を示している。

本発明に用いられる樹脂コンクリート曲面パネルは、不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂に珪砂、炭酸カルシウムなどの細骨材やガラス繊維などを混合し、加熱しながら高圧力にてプレス成形したパネルが最適であり、非常に緊密で硬く、安定した化学的性質を持ったものである。そのため、強度的にも優れ、厚さ１０ｍｍ程度でも十分に覆工用プレキャストパネルとして使用されているものであり、耐震補強用材料として好ましいものである。

裏込モルタルとしては、セメントに微粒子混和材を加えた高強度微粒子グラウトモルタルが好ましく用いられる。微粒子グラウトモルタルは長距離圧送性に優れ、特殊添加剤によりブリーディングが少なく、長期耐久性にも優れており、好ましく用いられる。

また、パネル固定用インサート金具として、面積に対して外周が短く角部がないため装着に際して、補強鉄筋と交錯することが少なく作業性のよい円板状のインサートを示したが、この形状は特に限定されることなく、ほかの形状のものでも使用できる。

本発明の工法は、既設トンネルを補強して、耐震補強構造とする方法に適しているが、トンネルの新設に際して、耐震構造の内面覆工としても応用できる。

１樹脂コンクリート曲面パネル
２Ｈ型鋼製支保工
２１ウェブ
２２フランジ
３周方向補強鉄筋
３１機械式継手
４軸方向補強鉄筋
４１フック
４２交差部
５補強鋼板
６高強度微粒子グラウトモルタル（裏込モルタル）
７既設覆工コンクリート
８スリーブ
９端部受金具
１０パネル固定用インサート金具
１１取り付け部
１２ボルト穴
１３ボルト
１４ワッシャー
１５ナット
１６目地工

Claims

トンネル覆工コンクリート内面にＨ型鋼製支保工を設置し、該支保工の平行方向に沿って周方向補強鉄筋を機械式継手組合せにて配筋すると共に、トンネルの軸方向に沿って軸方向補強鉄筋を配筋し、該周方向および軸方向補強鉄筋とを交差部にて相互に結束し、さらにトンネルの軸方向に沿って補強鋼板を支保工間に設置し、次いで前記支保工の表面全体に、背面に付着力を高めるために砂付加工したパネル背面にパネル固定用インサート金具を装着した樹脂コンクリート曲面パネルを取り付け仮固定し、該曲面パネル背面と既設覆工コンクリートとの間隙に流動性に優れた高強度微粒子グラウトモルタルを充填し、前記支保工、周方向および軸方向補強鉄筋、補強鋼板ならびに前記曲面パネルを一体化することを特徴とするトンネルの耐震補強工法。
請求項１に記載の耐震補強工法において、トンネルの軸方向に沿って配筋される軸方向補強鉄筋は、フック式組合せ継手鉄筋であって、隣接する前記支保工の対面するウェブに設けたスリーブに両端部のフックを挿入することで其々の支保工が連結配筋され、トンネルの軸方向に設置される補強鋼板は、隣接する前記支保工の対面するフランジに設けた端部受金具に両端部を挿入することで設置されていることを特徴とするトンネルの耐震補強工法。
請求項１または２に記載の耐震補強工法において、パネル固定用インサート金具の形状が円板状であることを特徴とするトンネルの耐震補強工法。