JP6193579B2 - トンネルの二次覆工方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの二次覆工方法に関する。

一般的なトンネルの構築においては、シールド掘進機でトンネルを掘削しつつ、掘削したトンネル内面に沿って複数のセグメントを環状に設置する。さらに、複数のセグメントの内側に、防水・防食、あるいは、トンネル内面の平滑化等の目的で、複数のセグメントを覆う層を形成する。この工程は、上記のセグメント設置（一次覆工）に対して、一般に、二次覆工と呼ばれる。

従来、トンネルの二次覆工としては、複数のセグメントを覆うようにコンクリート層を形成する方法が広く採用されている。例えば、特許文献１では、セグメントの内周面に沿って移動式型枠を設置し、型枠とセグメントとの間にコンクリートを打設している。しかし、この特許文献１に記載のような、コンクリート打設による二次覆工では、コンクリート層の養生に長い期間が必要であるため、二次覆工の全体工期が長くなるという問題があった。

このようなコンクリートを打設する従来工法と比べて、工期短縮が可能な二次覆工方法が提案されている。特許文献２には、一次覆工後のトンネルの内部に、プラスチック製筒状体からなる覆工体を構築し、その背面、つまり、覆工体と一次覆工のセグメントとの隙間にモルタル等の充填材を充填している。

特開２００４−３００８９３号公報 特開２００１−３２３７９４号公報

特許文献２の二次覆工方法では、一次覆工のセグメントとプラスチック製の覆工体との間にモルタル等の充填材を充填する際に、充填材の注入圧と充填材の重量が覆工体に対して外圧として作用するため、覆工体の内側に、この覆工体の形状を保つために支保工を設置する必要がある。

ところで、掘削したトンネルの先端部において、セグメントを設置する一次覆工を行いつつ、それよりも後端部において二次覆工を同時に行うことができれば、工期の大幅な短縮が期待できる。しかし、特許文献２の工法では、二次覆工のためにトンネルの内部に支保工を設置するために、支保工が存在する間はトンネルの内部で資材を移動させることは困難となる。つまり、トンネル内に支保工があると、一次覆工のセグメントを、トンネル後端側から先端側へ次々と運び込むことができなくなることから、従来の二次覆工は、一次覆工と同時に施工することは不可能であった。

本発明の目的は、トンネル内部に支保工を施す必要がなく、一次覆工と同時に施工を行うことによって、従来工法と比べて工期の短縮化が可能なトンネルの二次覆工方法を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明のトンネルの二次覆工方法は、複数のセグメントが配されたトンネルの二次覆工方法であって、
トンネルの長さ方向に沿って、複数のリング状の固定材を前記トンネルの上部の前記セグメントに固定する固定材設置工程と、
前記複数の固定材の内周側に、前記セグメントを覆う表面部材を取り付ける表面部材取付工程と、前記セグメントと前記表面部材との間に硬化性充填材を充填する充填工程と、を備えていることを特徴とするものである。

本発明では、トンネルの長さ方向に沿って複数のリング状の固定材を前記セグメントに固定し、これら複数の固定材の内周側に表面部材を取り付けることで、複数のセグメントを表面部材で覆う。その後、セグメントと表面部材との間に硬化性充填材を充填する。これによれば、トンネル内に複数の固定材を設置して表面部材を取り付けるだけで、複数のセグメントを覆う枠体を簡単に形成でき、この枠体とセグメントの間に硬化性充填材を充填すれば二次覆工が完了する。従って、二次覆工作業が簡単であり、また、トンネル内面の仕上がりも良好なものとなる。また、複数の固定材は、一次覆工のセグメントに固定されるため、複数のセグメントと固定材及び表面部材とで構成される枠体とが一体化される。そのため、硬化性充填材の充填時に、枠体を支えるために内側に支保工を施す必要がない。従って、二次覆工時にトンネル内で資材を移動させることができ、トンネルの先端側で一次覆工を行いつつ、後端側で二次覆工を同時並行で施工することが可能となる。また、複数の固定材がセグメントにそれぞれ固定されることで、固定材の位置がトンネル内でずれることを確実に防止するという効果も奏する。

第２の発明のトンネルの二次覆工方法は、前記第１の発明において、前記固定材設置工程において、前記トンネルの上部において前記トンネルの長さ方向に並ぶ複数のセグメントにわたって棒状部材を取り付けて、前記棒状部材を前記トンネルの長さ方向に沿うように配置し、前記棒状部材に、前記複数の固定材の上部を、前記トンネルの長さ方向に間隔を空けて取り付けることを特徴とするものである。

トンネルの長さ方向に沿って棒状部材を設置することにより、この棒状部材を用いて、複数の固定材のそれぞれの位置決めを容易に行うことができる。

第３の発明のトンネルの二次覆工方法は、前記第２の発明において、前記固定材設置工程において、前記固定材を前記棒状部材に当接させた状態で、前記固定材を前記棒状部材に取り付け、前記固定材の前記棒状部材と当接させる部分には、凹部が形成されていることを特徴とするものである。

固定材の所定部分を棒状部材に当接させる際に、その所定部分に形成された凹部に棒状部材が嵌め込ませることで、固定材の位置決めを簡単に行える。

第４の発明のトンネルの二次覆工方法は、前記第２の発明において、前記固定材設置工程において、前記棒状部材を、第１の取付金具を用いて前記セグメントに取り付け、前記固定材を、前記棒状部材に、前記棒状部材に対する位置を調整可能な第２の取付金具を用いて取り付けることを特徴とするものである。

本発明では、セグメントに第１の取付金具を用いて棒状部材を取り付け、さらに、この棒状部材に第２の取付金具を用いて複数の固定材を取り付けるため、溶接で固定する場合とは異なり、火気が使えない環境下でも作業が可能となる。また、第２の取付金具によって、固定材の棒状部材に対する位置を調整できるため、固定材の位置を微調整することが容易である。
第５の発明のトンネルの二次覆工方法は、前記第１〜第４の何れかの発明において、前記固定材設置工程において、前記固定材を、その周方向複数箇所において前記セグメントに固定することを特徴とするものである。

複数のセグメントが配されたトンネル内の斜視図である。 複数の固定材が設置された状態のトンネルの斜視図である。 図２のトンネルの、その長さ方向に沿った面における断面図である。 図２のトンネルの、その長さ方向と直交する面における断面図である。 図４のＡ部拡大図である。 表面部材が取り付けられたトンネルの、その長さ方向と直交する断面における断面図である。 図６のＢ部拡大図である。 二次覆工が完了したトンネルの斜視図である。 図８のトンネルの、その長さ方向と直交する断面における断面図である。 変更形態に係る固定材の固定構造を示す図であり、（ａ）は棒状部材のセグメントへの固定構造、（ｂ）は固定材の棒状部材への固定構造をそれぞれ示す。

次に、本発明の実施の形態について説明する。図１は、複数のセグメントが配されたトンネル内の斜視図である。図１のように、シールド機で掘削されたトンネルＴの内面には、トンネルＴの周方向及び長さ方向に複数の鋼製セグメント１が配される（一次覆工）。また、トンネルＴの下部に位置するセグメント１の上には、コンクリートによってインバート２が形成されている。以下、図１の一次覆工済みのトンネルＴにおいて、さらに、複数のセグメント１を覆う二次覆工について説明する。

本実施形態の二次覆工方法は、大きく分けて、固定材設置工程、表面部材取付工程、及び、充填工程に分けられる。以下、これらの工程を順に説明する。

（固定材設置工程）
図２は、複数の固定材が設置された状態のトンネルの斜視図である。図３は、図２のトンネルの長さ方向に沿った面における断面図である。図４は、図２のトンネルの長さ方向と直交する面における断面図である。図５は、図４のＡ部拡大図である。図２に示すように、固定材設置工程では、複数のセグメント１が配されたトンネルＴ内に、複数のリング状の固定材１０をトンネルＴの長さ方向に沿って設置する。

リング状の固定材１０は、図４におけるトンネルＴの内面の上部、左側部、及び、右側部に沿って、それぞれ配される３つの円弧状の固定部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃからなる。これら３つの固定部材１０ａ〜１０ｃが結合部材１１によって周方向に連結される。尚、結合部材１１を用いず、円弧状の固定部材１０ａ，１０ｂ，１０ｃの端部を直接重ねて結合してもよい。また、本実施形態のトンネルＴには、下部にコンクリート製のインバート２が形成されているために、固定材１０をトンネルＴの下部に配置する必要がないことから、固定材１０は下部において開いたＣ字状に形成されている。固定材１０の形状については、トンネルＴの内面に沿った形状であればよく、トンネル形状等に応じて適宜変更可能である。また、固定材１０の内周部には、後述する嵌合部材２１を嵌め込むための複数の凹部１３が周方向に間隔を空けて形成されている。

尚、トンネルＴ内での搬入容易性、作業性等の観点から、上記のように、固定材１０が複数（例えば３つ）の固定部材１０ａ〜１０ｃに分割されていることが好ましいが、これは必須ではなく、固定材１０が、分割されていない１つのリング状部材であってもよい。また、固定材１０は、それぞれ、炭素鋼、ステンレス鋼、硬質合成樹脂等の剛性の高い材料で形成されている。図３に示すように、トンネルＴの長さ方向に互いに隣り合う固定材１０同士が、パイプ状の複数の連結部材１２によって連結されており、複数のリング状の固定材１０が一体化されている。

また、本実施形態では、複数の固定材１０をトンネルＴ内に設置する際に、これらの固定材１０をトンネルＴ内で位置決めした上で、鋼製のセグメント１にそれぞれ固定する。これにより、固定材１０の位置がトンネルＴ内でずれることを確実に防止する。以下、固定材１０の固定構造について具体例を挙げて説明する。図３〜図５に示すように、まず、トンネルＴの上部において長さ方向に並ぶ複数のセグメント１に、複数の棒鋼１４を取り付ける。より詳細には、図３に示すように、１つのセグメント１に、トンネルＴの長さ方向に間隔を空けて２本の棒鋼１４を取り付ける。各棒鋼１４は上下方向に平行な姿勢で、その一端部（上端部）を鋼製のセグメント１に溶接等で固定する。次に、複数の棒鋼１４の他端部（下端部）に、鋼製の棒状部材１５を溶接等で取り付ける。これにより、複数の棒鋼１４によって棒状部材１５を上から吊り下げるようにして、棒状部材１５を、トンネルＴの上部においてトンネルＴの長さ方向に沿って配置する。

次に、３つの固定部材１０ａ〜１０ｃを連結してリング状の固定材１０を組み立ててから、このリング状の固定材１０の上部の外周面を、トンネルＴの上部に吊り下げられた棒状部材１５に当接させる。これにより、固定材１０の上下方向の位置決めを容易に行うことができる。また、図５に示すように、固定材１０（固定部材１０ａ）の周方向中央部（即ち、棒状部材１５と当接させる部分）の外周面には、２つの突起１６が周方向に並べて設けられ、これら２つの突起１６の間に凹部１７が形成されている。従って、固定材１０の上部を棒状部材１５に当接させる際に、固定材１０に形成された凹部１７に棒状部材１５が嵌め込ませることで、固定材１０の位置決めを簡単に行える。このように位置決めされた状態で、固定材１０を棒状部材１５に溶接等で固定する。

さらに、図３、図４に示すように、固定材１０の周方向複数箇所に、複数の棒鋼１８の一端部をそれぞれ溶接等で取り付ける。そして、これら複数の棒鋼１８の他端部を鋼製のセグメント１に溶接等で固定することで、リング状の固定材１０を、その周方向複数箇所においてセグメント１に確実に固定する。これにより、固定材１０の周方向のずれを防止する。

（表面部材取付工程）
図６は、表面部材が取り付けられたトンネルの、その長さ方向と直交する断面における断面図である。図７は、図６のＢ部拡大図である。また、図８は、二次覆工が完了したトンネル内の斜視図である。尚、図８では、後述する充填工程が完了した状態を示しており、表面部材２０とセグメント１との間には硬化性充填材１００が充填されている。

図６、図７に示すように、まず、表面部材２０を取り付けるための嵌合部材２１を、各固定材１０の内周部に形成された凹部１３にそれぞれ嵌め込む。嵌合部材２１は長尺な部材であり、１本の嵌合部材２１を、トンネルＴの長さ方向に配置された複数の固定材１０に跨って取り付ける。

図７に示すように、嵌合部材２１は、その長手方向と直交する断面において、固定材１０に形成された凹部１３の形状とほぼ同様の、やや角張ったＣ字状の断面形状を有する。このＣ字状の嵌合部材２１の内部は、次述の表面部材２０と嵌合する嵌合凹部２１ａとなっている。複数の嵌合部材２１は、それぞれの嵌合凹部２１ａがトンネルＴの中心側に向けて開口するように、周方向に並べて固定材１０に取り付けられる。嵌合部材２１の嵌合凹部２１ａの奥部には、表面部材２０との間をシールするためのシール部材２２が設けられている。

尚、嵌合部材２１の材質は特に限定されるわけではないが、本実施形態では、嵌合部材２１は、耐腐食性に優れ、軽量で施工性にも優れ、かつコストも安価なポリエチレン樹脂等の熱可塑性樹脂で形成されている。また、シール部材２２も一般的なゴム材料で形成されてもよいが、本実施形態のシール部材２２は熱可塑性エラストマーで形成されている。さらに、本実施形態では、熱可塑性樹脂からなる嵌合部材２１と熱可塑性エラストマーからなるシール部材２２とが、一体成型されている。

次に、前記の嵌合部材２１に表面部材２０を取り付ける。図８から容易に理解されるように、表面部材２０は、嵌合部材２１と同様に長尺な部材である。図７に示すように、表面部材２０は、周方向両端部に２つの嵌合凸部２０ａが形成された、ほぼコの字の断面形状を有する。１つの嵌合部材２１の嵌合凹部２１ａに、周方向に隣接する２つの表面部材２０の嵌合凸部２０ａを互いに接した状態で挿入し、２つの嵌合凸部２０ａの先端部をそれぞれ嵌合凹部２１ａに嵌合させることで、表面部材２０を嵌合部材２１を介して固定材１０に固定する。そして、複数の固定材１０に、複数の表面部材２０を全周にわたって取り付けることで、図８に示すように、トンネルＴ（セグメント１）の内面が表面部材２０で覆われる。また、図７に示すように、嵌合部材２１の嵌合凹部２１ａ内に挿入された、表面部材２０の嵌合凸部２０ａは、嵌合凹部２１ａの奥部に設けられたシール部材２２に押し当てられる。これにより、嵌合部材２１と表面部材２０の間からの水漏れが防止される。尚、前記の嵌合部材２１と同様、この表面部材２０についても材質は特に限定されるものではないが、本実施形態では、嵌合部材２１と同じく、ポリエチレン樹脂等の熱可塑性樹脂で形成されている。

（充填工程）
図９は、二次覆工が完了した図８のトンネルの断面図である。複数のセグメント１を覆うように、複数の固定材１０に複数の表面部材２０を取り付けた後に、図９，図１０に示すように、表面部材２０とセグメント１との間に硬化性充填材１００を充填する。硬化性充填材１００としては、表面部材２０とセグメント１との間の狭い隙間に確実に充填されるように、高流動性のものを使用する。例えばセメントミルク、モルタル等のセメント系材料、あるいは不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂などを用いることができる。硬化性充填材１００が、モルタル等のセメント系材料である場合はそのまま一定期間養生して自然硬化させる。一方、熱硬化性樹脂である場合には、充填後に加熱工程を行うことによって充填材１００を熱硬化させる。尚、複数の固定材１０を固定するための、上述の棒状部材１５等の固定構造は、図８、図９に示すように、セグメント１と表面部材２０との間の隙間に存在している。そのため、この充填工程で前記隙間に充填材１００が充填されることによって、棒状部材１５等は充填材１００に埋め込まれることになる。

以上説明したトンネルＴの二次覆工方法によれば、トンネルＴ内に、その長さ方向に沿って複数の固定材１０を設置してから表面部材２０を取り付けるだけで、複数のセグメント１を覆う枠体を簡単に形成でき、この枠体とセグメント１の間に硬化性充填材１００を充填することで二次覆工が完了する。従って、二次覆工作業が簡単であり、また、トンネルＴの内面の仕上がりも良好なものとなる。また、複数の固定材１０は、一次覆工のセグメント１に固定されるため、複数のセグメント１と、固定材１０及び表面部材２０とで構成される枠体とが一体化される。そのため、硬化性充填材１００の充填時に、前記枠体を支えるために内側に支保工を施す必要がない。従って、二次覆工時にトンネルＴ内でセグメント１等の資材を移動させることができ、トンネルＴの先端側で一次覆工を行いつつ、後端側で二次覆工を同時並行で施工することが可能となる。また、複数の固定材１０がセグメント１にそれぞれ固定されることで、固定材１０の位置がトンネルＴ内でずれることを確実に防止するという効果も奏する。

次に、前記実施形態に種々の変更を加えた変更形態について説明する。但し、前記実施形態と同様の構成を有するものについては、同じ符号を付して適宜その説明を省略する。

１］前記実施形態では、リング状の固定材１０に、嵌合部材２１を介して表面部材２０を取り付けていたが、リング状の固定材１０に表面部材２０を直接取り付けてもよい。

２］複数の固定材１０を位置決めするための棒状部材１５の本数や設置位置は適宜変更可能である。例えば、トンネルＴの両側部に２本の棒状部材１５を設置して、これら２本の棒状部材１５で各固定材１０の位置決め、及び、セグメント１への固定を行ってもよい。

３］前記実施形態では、固定材１０のセグメント１への固定方法として、溶接を例示していたが、作業環境によっては火気の使用が禁じられる場合もある。そこで、上記のような作業環境下でも対応できるように、固定材１０のセグメント１への固定を金具で行ってもよい。

これについての具体的な固定構造を例示する。図１０は、金具を用いた固定材の固定構造を示す図であり、（ａ）は棒状部材のセグメントへの固定構造、（ｂ）は固定材の棒状部材への固定構造を示す。まず、図１０（ａ）に示すように、棒状部材１５を支えるブラケット３０（第１の取付金具）を、トンネルＴの上部に配置されたセグメント１の、周方向に沿ったリブ状の側面部１ａに取り付ける。より詳細には、ブラケット３０は、セグメント１の前記側面部１ａを挟んだ状態で２本のボルト３１を締め付けることでセグメント１に固定する。トンネルＴの長さ方向に並ぶ複数のセグメント１に上記のブラケット３０をそれぞれ取り付けて棒状部材１５を支持させることで、棒状部材１５を、トンネルＴの上部においてその長さ方向に沿って配置する。

次に、図１０（ｂ）に示すように、調整金具３２（第２の取付金具）を用いて、リング状の固定材１０を棒状部材１５に固定する。調整金具３２は、棒状部材１５が挿通されたＵ字状の挿通具３３と、挿通具３３に取り付けられた固定ボルト３４と、固定材１０を把持する把持具３５と、把持具３５に一端部が固定されるとともに挿通具３３に螺合したネジ軸３６とを有する。

固定ボルト３４が緩められているときは、挿通具３３を、棒状部材１５に対してその長さ方向（図１０の紙面垂直方向）に移動させることができ、この状態で、調整金具３２のトンネルＴの長さ方向の位置を調整する。挿通具３３を所定位置に移動させたら固定ボルト３４を締め付けて、挿通具３３を、棒状部材１５に対して移動しないように固定する。

把持具３５は、２本のボルト３７を締め付けることにより、リング状の固定材１０の上部を前後から挟んで把持する。また、把持具３５に固定されたネジ軸が、挿通具３３に螺合していることから、把持具３５を回転させることで、この把持具３５を、挿通具３３に対して上下に移動させることが可能である。これにより、把持具３５に把持されている固定材１０の、棒状部材１５に対する上下位置を調整できる。

この形態では、セグメント１にブラケット（第１の取付金具）を用いて棒状部材１５を取り付け、さらに、この棒状部材１５に調整金具３２（第２の取付金具）を用いて複数の固定材１０を取り付けるため、火気が使えない環境下でも固定材１０の固定作業が可能となる。また、調整金具３２によって、固定材１０の棒状部材１５に対する位置を調整できるため、固定材１０の位置を微調整することが容易である。

尚、この変更形態では、棒状部材１５のセグメント１への固定と、固定材１０の棒状部材１５への固定を、それぞれ金具を用いて行っているが、何れか一方の固定を溶接等の別の固定方法で行うことももちろん可能である。例えば、棒状部材１５のセグメント１への固定は溶接で行い、固定材１０の棒状部材１５への固定は、微調整が可能な調整金具３２で行うようにしてもよい。

４］前記実施形態では、トンネルＴ内のセグメント１に棒状部材１５を取り付け、この棒状部材１５に複数の固定材１０を固定していたが、溶接や金具によって、複数の固定材１０をトンネルＴ内のセグメント１に直接固定してもよい。

Ｔ トンネル
１ セグメント
１０ 固定材
１５ 棒状部材
１７ 凹部
２０ 表面部材
３０ ブラケット
３２ 調整金具
１００ 硬化性充填材

Claims (5)

1. 複数のセグメントが配されたトンネルの二次覆工方法であって、
   トンネルの長さ方向に沿って、複数のリング状の固定材を前記トンネルの上部の前記セグメントに固定する固定材設置工程と、
   前記複数の固定材の内周側に、前記セグメントの内面を覆う表面部材を取り付ける表面部材取付工程と、
   前記セグメントと前記表面部材との間に硬化性充填材を充填する充填工程と、を備えていることを特徴とするトンネルの二次覆工方法。
2. 前記固定材設置工程において、前記トンネルの上部において前記トンネルの長さ方向に並ぶ複数のセグメントにわたって棒状部材を取り付けて、前記棒状部材を前記トンネルの長さ方向に沿うように配置し、
   前記棒状部材に、前記複数の固定材の上部を、前記トンネルの長さ方向に間隔を空けて取り付けることを特徴とする請求項１に記載のトンネルの二次覆工方法。
3. 前記固定材設置工程において、前記固定材を前記棒状部材に当接させた状態で、前記固定材を前記棒状部材に取り付け、
   前記固定材の前記棒状部材と当接させる部分には、凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のトンネルの二次覆工方法。
4. 前記固定材設置工程において、
   前記棒状部材を、第１の取付金具を用いて前記セグメントに取り付け、
   前記固定材を、前記棒状部材に、前記棒状部材に対する位置を調整可能な第２の取付金具を用いて取り付けることを特徴とする請求項２に記載のトンネルの二次覆工方法。
5. 前記固定材設置工程において、前記固定材を、その周方向複数箇所において前記セグメントに固定することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のトンネルの二次覆工方法。