JP5946089B2 - トンネル内巻補強方法 - Google Patents

Description

本発明は、既設トンネルをリニューアルするトンネル内巻補強方法に関する。

コンクリートの劣化、ひび割れ、侵食等により機能が低下した既設トンネルをリニューアルする方法として、既設トンネル内にトンネルの延長方向に沿って所定の間隔を隔てて複数のリング状の補強部材を配置し、当該補強部材のリングの内周面側に表面部材を取付けて既設トンネルの内側に既設トンネルの径よりも小径の筒体を形成し、この筒体の外周面と既設トンネルの内周面との間に充填材を注入することによって既設トンネルを内側から補修するトンネル内巻補強方法が知られている。この場合、補強部材を組み立てる前に、既設トンネルの内周面を遮水シートで覆うようにして、充填材が既設トンネル外に逃げることを防止し、また、充填材が地下水と接触して性能が劣化することを防止している。

特開２００１−３１１３８７号公報（特許請求の範囲、段落００６１等参照）

従来、補強部材を既設トンネルの周囲の地山に固定するために固定用のアンカーを既設トンネルの内側から地山に打ち込んでいたので、遮水シートに孔があいてしまって、遮水シートによる遮水効果が損なわれてしまうという課題があった。
本発明は、遮水シートによる遮水効果を損なうことなく、補強部材を既設トンネルの内周面に支持させることができるトンネル内巻補強方法を提供する。

本発明に係るトンネル内巻補強方法は、既設トンネルの内周面に遮水シートを取付ける工程と、複数の円弧状のセグメントピースを組み合わせて既設トンネルの内周面に沿ったリングを複数形成し、当該複数のリングを、遮水シートで囲まれた既設トンネルのトンネル空洞部内に当該トンネル空洞部の延長方向に沿って所定の間隔を隔てて設置するとともに、遮水シートのシート内面に近づく方向及びシート内面より離れる方向に移動可能な支持部を備えた支持装置をリングの周方向に沿って３つ以上当該リングに取付けて、各支持装置の支持部を遮水シートのシート内面と接触させた状態で既設トンネルの内周面に押し当てることにより、リングを既設トンネルの内周面に支持させる工程と、既設トンネルの延長方向に沿って隣り合うように配置されたリングとリングとを連結部材により連結して補強部材を構築する工程と、補強部材の内側に型枠を設置する工程と、型枠と遮水シートとの間に充填材を充填する工程と、を備えたので、遮水シートによる遮水効果を損なわさせずに、補強部材を既設トンネルの内周面に支持させることができる。
また、３つ以上の支持装置をリングの周方向に沿って等間隔に設けたので、遮水シートによる遮水効果を損なわさせずに、補強部材を既設トンネルの内周面に支持させる作業を容易かつ確実に行えるようになる。

トンネル内巻補強構造の断面図。 トンネル内巻補強構造の要部拡大断面図。 連結部材及び補強部材支持装置の使用状態を示す斜視図。 補強部材支持装置を示す分解斜視図。 鋼製リングを示す拡大図。 表面部材を示す斜視図。 嵌合部材を示す斜視図。 トンネル内巻補強方法の工程図。 トンネル内巻補強方法の工程図。

図１に示すように、トンネル内巻補強構造１は、地山１００に形成された既設トンネル２の内周面２ａに取付けられた遮水シート３と、遮水シート３の内側に設置された補強部材４と、補強部材４を遮水シート３を介して既設トンネル２の内周面２ａに支持させる補強部材支持装置５と、補強部材４に取付けられて既設トンネル２の内側に既設トンネル２のトンネル空洞部の径よりも小径の筒体を形成する型枠装置６と、型枠装置６と遮水シート３との間に充填された充填材７とを備える。

遮水シート３は、例えば、エチレン酢酸ビニール製のシートを用いた。
補強部材４は、例えば、トンネル２の延長方向に沿って所定の間隔を隔てて配置される複数の鋼製リング４０と、トンネル２の延長方向に沿って隣り合うように配置された鋼製リング４０と鋼製リング４０とを連結する連結部材８とにより構成された、筒状骨格補強体である（図８（ｃ）参照）。
鋼製リング４０は、既設トンネル２のトンネル延長方向と直交するトンネル断面における既設トンネル２の内周面２ａと所定の間隔を隔てて向かい合うように位置される外周面４１と内周面４２とを備えたリングであって（図５参照）、例えば、リングの外周面４１と内周面４２との間のリング径方向（リングの中心軸と直交する方向）の長さ寸法よりもリングの軸方向（リングの中心軸と平行に沿った方向）の厚さ寸法（鋼板の板厚寸法）の方が小さい（図８（ｂ）参照）。
鋼製リング４０は、例えば、リングを分解した形状の複数の円弧状のセグメントピースを組み合わせて既設トンネル２の内周面２ａに沿ったリング形状に形成される。

図５に示すように、鋼製リング４０の内周面４２には、後述する嵌合部材６０が嵌合される嵌合用凹部４５が周方向に等間隔に形成されているとともに、鋼製リング４０の周方向に隣り合う嵌合用凹部４５と嵌合用凹部４５との間の板部４６には板を厚さ方向に貫通する貫通孔４７が形成されている。
嵌合用凹部４５は、鋼製リング４０の内周面４２に開口する開口部４８を備えた凹部であり、開口部４８の開口縁に連なる面が係止面４９に形成された構成である。
嵌合用凹部４５は、一例として、凹部の深さ方向（リング径方向）の中間部におけるリング周方向（リングの円周に沿った方向）の幅長が、凹部の開口部４８におけるリング周方向の幅長より大きく形成された構成、換言すれば、菱形のような四角形の互いに向かい合う角部を互いに平行な平行部とし、一方の平行部により凹部底面４５ａが形成され、他方の平行部により開口部４８が形成され、開口部４８の開口縁に連なる傾斜面が係止面４９に形成された形状の凹部である。

図３；図８（ｃ）に示すように、連結部材８は、例えば、トンネル２の延長方向に沿って隣り合うように配置された鋼製リング４０と鋼製リング４０との間に配置されてスペーサの役割を担うパイプ材８１と、両端にねじ部が形成されたボルト８３と、ねじ部に締結されるナット８２；８２とを備える。ボルト８３がパイプ材８１の内部に挿入され、ボルト８３の両端のねじ部がパイプ材８１の両端に位置された各鋼製リング４０の貫通孔４７にそれぞれ挿通され、その状態でボルト８３の両端のねじ部にナット８２；８２が締結されることによって、トンネル２の延長方向に沿って隣り合うように配置された鋼製リング４０と鋼製リング４０とが連結部材８により連結され、補強部材４としての筒状骨格補強体が構成される。
尚、上記パイプ材８１を用いずに、全長に亘ってねじ部が形成されたボルト８３と、ねじ部に締結されるナット８２；８２とを備えた連結部材８を用いてもよい。当該全ねじタイプのボルト８３を用いた場合、既設トンネル２の内周面２ａのトンネル延長方向の微妙なカーブ線形に応じて鋼製リング４０と鋼製リング４０との間の間隔（ピッチ）を微調整できるという効果がある。

図３；図４に示すように、補強部材支持装置５は、例えば、補強部材４を構成する鋼製リング４０を既設トンネル２の内周面２ａに支持させるための装置であって、既設トンネル２の内周面２ａに取付けられた遮水シート３のシート内面３１に既設トンネル２の内側（トンネル空洞部）から接触する支持部５０を備えた移動体５１と、移動体５１を移動可能に鋼製リング４０に取付ける移動体取付装置５２とを備える。

移動体５１は、少なくとも一端側にねじ部５３が形成された取付軸５４と、取付軸５４の他端に取付けられた支持部５０とを備える。
支持部５０は、遮水シート３のシート内面３１と接触して遮水シート３を既設トンネル２の内周面２ａに押し付ける面により形成された接触部５０Ａを備えたものを用いれば良い。例えば、一方の面の周縁側にシート内面３１と接触する図４に示すような環状面により形成された接触部５０Ａを有する鍋蓋のような形状の支持部５０を用いた。
支持部５０において遮水シート３のシート内面３１と接触して遮水シート３を既設トンネル２の内周面２ａに押し付ける接触部５０Ａは、シート内面３１に点接触したり線接触する構成であっても良いが、遮水シート３の損傷を抑制する効果を上げるためには、上述したようにシート内面３１に面接触する構成とすることが好ましい。例えば、遮水シート３のシート内面３１と接触して遮水シート３を既設トンネル２の内周面２ａに押し付ける球面、遮水シート３のシート内面３１の曲率に対応した曲率面等の接触部５０Ａとしての面を備えた支持部５０を用いることが好ましい。

移動体取付装置５２は、連結板５５と、固定具としてのボルト及びナットとを備える。
連結板５５は、リング取付面５６と軸取付面５７とを備え、リング取付面５６には鋼製リング４０の貫通孔４７と連通してボルト５８が挿入される貫通孔５９を備え、軸取付面５７は取付軸５４が挿通する貫通孔６８を備える。
取付軸５４のねじ部５３に一方のナット６５を予め取付けておき、取付軸５４の一端側から軸取付面５７の貫通孔６８に取付軸５４を通した後に取付軸５４のねじ部５３に他方のナット６６を取付け、軸取付面５７を挟み付けるように一対のナット６５；６６を締結することで取付軸５４が軸取付面５７に固定される。また、リング取付面５６の貫通孔５９と鋼製リング４０の貫通孔４７とを一致させてこれら貫通孔５９；４７にボルト５８を挿入し、ボルト５８のねじ部にナット６７を締結することで、リング取付面５６が鋼製リング４０に取付けられる。

以上の構成の移動体取付装置５２によれば、一対のナット６５；６６を緩めて取付軸５４を移動させることで移動体５１を移動させることができる。即ち、移動体５１の支持部５０の接触部５０Ａがシート内面３１に近づく方向及びシート内面３１より離れる方向に移動可能なように取付軸５４が移動体取付装置５２を介して鋼製リング４０に取付けられるので、遮水シート３による遮水効果を損なわさせずに、補強部材４を既設トンネル２の内周面２ａに支持させる作業を容易かつ確実に行えるようになる。

図１；図９（ｂ）に示すように、型枠装置６は、鋼製リング４０の鋼板の板面と直交する方向から嵌合用凹部４５に嵌め込まれる嵌合部材６０と、嵌合用凹部４５に嵌め込まれた嵌合部材６０に対して嵌合部材６０の延長方向の端部側から嵌合部材６０に取付けられる表面部材６１とを備える。
図７に示すように、嵌合部材６０は、長手方向と直交する断面形状が上記嵌合用凹部４５の形状に対応する形状に形成された長尺部材により形成される。
図６に示すように、表面部材６１は、既設トンネル２の内側に構築される円筒体７０（図１参照）の円周面の一部を形成する長尺板であって、短手方向に沿った面の形状が円筒体の曲率と一致する曲率面に形成された基板６２と、基板６２の短手方向の両端側にほぼ同じ方向に延長するように設けられた一対の立ち上がり片６３；６３と、各立ち上がり片６３；６３の先端から基板６２に向けて互いに近づく方向に延長するように設けられた一対の係合片６４；６４と、を備えた長尺部材により形成される。
表面部材６１は、一対の係合片６４；６４が、鋼製リング４０の周方向に互いに隣り合う嵌合用凹部４５；４５に嵌め込まれた互いに隣り合う２つの嵌合部材６０；６０の内側にそれぞれ係合するように取付けられる（図２参照）。
図１に示すように、複数の表面部材６１が鋼製リング４０の内周面４２に沿って取付けられてトンネル空洞部の径よりも小径の筒体としての円筒体７０が構成され、各表面部材６１の基板が円筒体７０の円周面７１を形成し、各表面部材６１の立ち上がり片６３が円筒体７０の径方向に延長する。

充填材７は、例えば、流動性、水中分離抵抗性、無収縮、ノンブリージング性に優れたモルタルを用いた。

次に、トンネル内巻補強方法を説明する。
トンネル内巻補強方法は、遮水シート設置工と、製管工と、裏込充填工とを備える。
製管工は、筒状骨格補強体構築工と、円筒体構築工とを備える。
まず、遮水シート設置工では、遮水シート３を既設トンネル２の内周面（覆工面）２ａに接着し、既設トンネル２の延長方向に延長する遮水シート３の筒を形成する。尚、遮水シート３の筒の周方向の端部同士、及び、既設トンネル２の延長方向に沿って配置されて互いに隣り合う遮水シート３の筒の延長方向の端部同士は、例えば溶着により接合した。
製管工の筒状骨格補強体構築工では、遮水シート３で囲まれた既設トンネル２の内側であるトンネル空洞部内にこのトンネル空洞部の延長方向に沿って所定の間隔を隔てて複数の鋼製リング４０を設置し、各鋼製リング４０を補強部材支持装置５を用いて既設トンネル２の内周面２ａに支持させる。例えば鋼製リング４０に鋼製リング４０の周方向に沿って等間隔に３つ以上の補強部材支持装置５を取付け、支持部５０の接触部５０Ａを遮水シート３のシート内面３１と接触させた状態で既設トンネル２の内周面２ａに押し当てることにより、鋼製リング４０を既設トンネル２の内周面２ａに支持させる。さらに、トンネル２の延長方向に沿って隣り合うように配置された鋼製リング４０と鋼製リング４０とを連結部材８により連結して筒状骨格補強体を構築する。
製管工の円筒体構築工では、筒状骨格補強体を構成する各鋼製リング４０の嵌合用凹部４５に嵌合部材６０を嵌め込んで取付けていく。そして、鋼製リング４０の内周側に取付けられた嵌合部材６０に表面部材６１を取付けることで円筒体７０を構築する。この円筒体７０の外周面を形成する嵌合部材６０及び表面部材６１が型枠として機能する。
裏込充填工では、表面部材６１の基板６２に充填材充填口７３を形成し、当該充填材充填口７３に充填材送管７４を連結し、型枠装置６と遮水シート３との間に充填材７を充填する（図９（ｃ）参照）。裏込充填工の終了後、充填材充填口７３を塞ぐ。
以上により、既設トンネル２の内側がトンネル内巻補強構造１により補強されて既設トンネル２がリニューアルされる。

実施形態のトンネル内巻補強方法によれば、支持部５０の接触部５０Ａを遮水シート３のシート内面３１に接触させて既設トンネル２の内周面２ａに押し付けるので、支持部５０と遮水シート３との接触に起因する遮水シートの損傷を防止できるようになり、遮水シート３による遮水効果を損なうことなく、補強部材４を既設トンネル２の内周面２ａに支持させることができる。

本発明は、上水路、下水路、ダム間水路、農業用水水路等を形成する管渠を含むトンネルに適用可能である。

１ トンネル内巻補強構造、２ 既設トンネル、２ａ 既設トンネルの内周面、
３ 遮水シート、４ 補強部材、５ 補強部材支持装置、６ 型枠装置、７ 充填材、
３１ シート内面、５０ 支持部、５０Ａ 接触部。

Claims (2)

1. 既設トンネルの内周面に遮水シートを取付ける工程と、
   複数の円弧状のセグメントピースを組み合わせて既設トンネルの内周面に沿ったリングを複数形成し、当該複数のリングを、遮水シートで囲まれた既設トンネルのトンネル空洞部内に当該トンネル空洞部の延長方向に沿って所定の間隔を隔てて設置するとともに、遮水シートのシート内面に近づく方向及びシート内面より離れる方向に移動可能な支持部を備えた支持装置をリングの周方向に沿って３つ以上当該リングに取付けて、各支持装置の支持部を遮水シートのシート内面と接触させた状態で既設トンネルの内周面に押し当てることにより、リングを既設トンネルの内周面に支持させる工程と、
   既設トンネルの延長方向に沿って隣り合うように配置されたリングとリングとを連結部材により連結して補強部材を構築する工程と、
   補強部材の内側に型枠を設置する工程と、
   型枠と遮水シートとの間に充填材を充填する工程と、
   を備えたことを特徴とするトンネル内巻補強方法。
2. ３つ以上の支持装置をリングの周方向に沿って等間隔に設けたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル内巻補強方法。

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