JP7509710B2 - 既設トンネルの補強構造 - Google Patents

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特許法第３０条第２項適用 ・土木施工 第６１巻第７号・通巻７６３号 （令和２年６月２２日 株式会社オフィス・スペース発行） ・令和２年度土木学会全国大会第７５回年次学術講演会［講演概要集］ＤＶＤ－ＲＯＭ版（令和２年８月１日 公益社団法人土木学会発行）

本発明は、既設のトンネル覆工体を補強するための既設トンネルの補強構造、及び該既設トンネルの補強構造における支保体の設置方法に関する。

既設のトンネルが老朽化すると、トンネルの内壁面を覆うセグメントやコンクリート等による既設のトンネル覆工体に、例えば周囲の地盤の圧密沈下や、海に近い地域では塩害等の影響によって、ひび割れや腐食等による損傷個所が生じる場合がある。

このような既設のトンネルの覆工体に、ひび割れや腐食等による損傷個所が生じた場合の補修方法として、損傷個所が生じたトンネルの覆工体の内側に、支保工材やコンクリート等を用いて、新たに補強用の覆工体を形成することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１－２７１５９９号公報

しかしながら、既設のトンネル覆工体の内側に、支保工材やコンクリート等を用いて新たに補強用の覆工体を形成する際に、例えば既設のトンネル覆工体が、地下鉄等の鉄道トンネル用のものや、道路トンネル用のものであると、補強用の覆工体を形成するための施工時間は、例えば電車や車両の走行に支障を生じない深夜の時間帯等の短時間に限られる場合があることから、短時間での作業を、繰り返して行なう必要がある。また、例えば鉄道トンネルには、車両走行中に侵入してはならない空間区画としての車両限界があるため、構築中の支保部材も含め、補強用の覆工体が車両限界を侵さないように形成できるようにすることが必要である。

さらに、老朽化したトンネルの場合には、周囲の地盤の圧密沈下等の影響によって、既設のトンネル覆工体が変形したり変位したりしていることも懸念されるため、このような変形や変位をも吸収して、より精度良く補強用の覆工体を形成できるようにする技術の開発が望まれている。

本発明は、トンネルの内周面に沿って形成された既設のトンネル覆工体を、好ましくは短時間での作業を繰り返して効率良く補強できると共に、補強用の覆工体をより精度良く形成することのできる既設トンネルの補強構造及び支保体の設置方法を提供することを目的とする。

本発明は、既設のトンネル覆工体を補強するための既設トンネルの補強構造であって、
トンネルの延長方向および周方向に所定の間隔をおいて、前記既設のトンネル覆工体の内周部分に配置・固定された、周方向スライド面板部を有する台座プレート部材と、内側にパネル取付け面部を備えると共に外側にスライド面部を備えてなり、前記台座プレート部材に対し周方向にスライド可能に支持された状態で、前記トンネル覆工体の内周面に沿って設置された支保体と、前後に隣接する一対の前記支保体の前記パネル取付け面部に跨るようにして、前記支保体に支持されて周方向に連設して取り付けられた複数の被覆パネル部材と、
前記被覆パネル部材と前記既設のトンネル覆工体との空間に充填されて、前記支保体と前記被覆パネル部材と前記既設のトンネル覆工体とを一体化させる硬化性材料とを含んで構成されており、前記支保体は、複数の支保ピースを周方向に連結して形成されるようになっており、前記台座プレート部材は、前記既設のトンネル覆工体の両側の下部側面部における、下端部分の前記支保ピースの配置位置に、上下に間隔をおいて各々２か所に取り付けられている既設トンネルの補強構造を提供することにより、上記目的を達成したものである。

また、本発明の既設トンネルの補強構造は、前記支保体が、Ｉ形鋼又はＨ形鋼からなり、外側フランジが前記スライド面部として前記台座プレート部材の前記周方向スライド面板部に接して配置されるようになっており、前記台座プレート部材は、前記周方向スライド面板部と、該周方向スライド面板部に対しボルト締結される挟み込みプレート片とを含んでおり、前記支保体の外側フランジの両側の側部を前記周方向スライド面板部と前記挟み込みプレート片との間に挟み込んだ状態で、前記ボルトの締め付けを調整することによって、前記支保体をスライド可能に支持するよう構成されていることが好ましい。

さらに、本発明の既設トンネルの補強構造は、前記挟み込みプレート片が、平板形状の挟み込み本体部と、該挟み込み本体部の端部に一体として設けられた、前記支保体の外側フランジの厚さと同様の高さを有するスペーサリブ部とを有していることが好ましい。

さらにまた、本発明の既設トンネルの補強構造は、前記既設のトンネル覆工体の底部と前記支保体の下端部との間に着脱自在に介設されたジャッキの伸縮によって、前記スライド面部を前記周方向スライド面板部に沿ってスライドさせつつ、前記支保体の高さが調整されるように構成されていることが好ましい。

また、本発明の既設トンネルの補強構造は、前記既設のトンネル覆工体が、少なくとも上部が湾曲する断面形状となった内周面を備えていることが好ましい。

さらに、本発明の既設トンネルの補強構造は、前記既設のトンネル覆工体が、矩形状の断面形状となった内周面を備えていることが好ましい。

また、本発明は、上記の既設トンネルの補強構造における支保体の設置方法であって、前記支保体は、複数の支保ピースを周方向に連結して形成されるようになっており、前記台座プレート部材を、前記既設のトンネル覆工体の両側の下部側面部に取り付けておき、下端部分に配置される両側の支保ピースを、前記台座プレート部材に支持させながら前記周方向スライド面板部に沿って上下にスライドさせることで高さ調整した後に、前記台座プレート部材に固定し、しかる後に、両側の下端部分に固定された前記支保ピースの上方に、残りの支保ピースを順次連結していくことにより、前記支保体を前記既存のトンネル覆工体の内周面に沿った所定の位置に設置する支保体の設置方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明の支保体の設置方法は、前記台座プレート部材を、前記既設のトンネル覆工体の両側の下部側面部における下端部分の前記支保ピースの配置位置に、上下に間隔をおいて各々２か所に取り付けておくことが好ましい。

本発明の既設トンネルの補強構造又は支保体の設置方法によれば、トンネルの内周面に沿って形成された既設のトンネル覆工体を、好ましくは短時間での作業を繰り返して効率良く補強できると共に、補強用の覆工体をより精度良く形成することができる。

本発明の好ましい一実施形態に係る既設トンネルの補強構造によって補強される既設のトンネル覆工体を例示する、シールドトンネルの略示横断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 （ａ）は被覆パネル部材を取り付ける前の状態の図２のＢ部拡大図、（ｂ）は（ａ）のＣ－Ｃに沿った断面図、（ｃ）は（ａ）を左側から見た正面図である。 挟み込みプレート片を説明する、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。 複数の支保ピースを連結して形成される支保体の略示側面図である。 支保体のパネル取付け面に固着されたナット部材を説明する、（ａ）は支保体の断面図、（ｂ）は支保体の部分内面図である。 （ａ）は被覆パネル部材の正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ－Ｄに沿った断面図、（ｄ）は（ｃ）のＥ部拡大図である。 複数の被覆パネル部材を既設のトンネル覆工体の内周面に沿って周方向に連設して取り付けた状態を説明する、被覆パネル部材の展開配置図である。 一対の支保体のパネル取付け面に跨るようにして、複数の被覆パネル部材を取り付ける状況を説明する、（ａ）は部分略示内面図、（ｂ）は（ａ）のＦ－Ｆに沿った略示縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＧ－Ｇに沿った部分略示横断面図である。 本発明の好ましい一実施形態に係る既設トンネルの補強構造を説明する、図２のＨ－Ｈに沿った、押付け固定部材が取り付けられると共に硬化性材料が充填されて固化した状態の部分縦断面図である。 矩形状の断面形状の内周面に沿って、支保体を台座プレート部材にスライド可能に支持させて取り付けた状態を説明する略示断面図である。

本発明の好ましい一実施形態に係る既設トンネルの補強構造１０は、図１に示すように、既設のトンネル５０として、例えば円形状の断面形状を備えるシールドトンネルの内壁面５１を覆う、好ましくは鉄筋コンクリート製セグメントや合成セグメントによる既設のトンネル覆工体５５を、硬化性材料１４(図１０参照)として、好ましくは無収縮モルタル等のセメント系の硬化性材料を用いて、効率良く補強して行くための構造として採用されたものである。すなわち、本実施形態では、シールドトンネル５０は、例えば地下鉄用の鉄道トンネルとして供用されており、供用の開始から相当の期間が経過していることで、老朽化によって、ひび割れや腐食等による損傷個所が生じていることから、本実施形態の既設トンネルの補強構造１０を採用することで、損傷個所が生じた既設のトンネル覆工体５５を、補強用の覆工体５８（図１０参照）によって補強するようになっている。また、本実施形態の既設トンネルの補強構造１０は、シールドトンネル５０が例えば鉄道トンネルとなっていて、施工時間が、電車が走っていない深夜の時間帯の短時間に限られる場合でも、短時間での作業を繰り返し行って、補強用の覆工体５８を効率良く形成できるようにすると共に、補強用の覆工体５８が車両限界に食い込まないように、より精度良く形成できるようにするものとなっている。

そして、本実施形態の既設トンネルの補強構造１０は、既設のトンネル覆工体５５として、例えば円形の断面形状を備える鉄道トンネルを構成するシールドトンネル５０に設けられた、好ましくは鉄筋コンクリート製セグメントや合成セグメントによる既設のトンネル覆工体５５を補強するための補強構造であって、シールドトンネル５０の延長方向Ｘ（図１０参照）および周方向に所定の間隔をおいて、既設のトンネル覆工体５５の内周部分に配置・固定された、周方向スライド面板部１２ｄを有する台座プレート部材１２（図２参照）と、内側にパネル取付け面部１１ａを備えると共に外側にスライド面部１１ｂを備えてなり、台座プレート部材１２に対し周方向にスライド可能に支持された状態で、トンネル覆工体５５の内周面に沿って設置された支保体１１と、前後に隣接する一対の支保体１１のパネル取付け面部１１ａに跨るようにして（図９（ａ）～（ｃ）参照）、支保体１１に支持されて周方向に連設して取り付けられた複数の被覆パネル部材１３と、被覆パネル部材１３と既設のトンネル覆工体５５との空間５６に充填されて、支保体１１と被覆パネル部材１３と既設のトンネル覆工体５５とを一体化させる硬化性材料１４（図１０参照）とを含んで構成されている。

また、本実施形態では、図３（ａ）～（ｃ）に示すように、支保体１１は、Ｉ形鋼又はＨ形鋼からなり、外側フランジがスライド面部１１ｂとして台座プレート部材１２の周方向スライド面板部１２ｄに接して配置されるようになっており、台座プレート部材１２は、周方向スライド面板部１２ｄと、周方向スライド面板部１２ｄに対しボルトナット部材１６によりボルト締結される挟み込みプレート片１５とを含んでおり、スライド面部１１ｂである支保体１１の外側フランジ１１ｂの両側の側部を周方向スライド面板部１２ｄと挟み込みプレート片１５との間に挟み込んだ状態で、ボルトナット部材１６によるボルトの締め付けを調整することによって、支保体１１をスライド可能に支持するよう構成されている。

ここで、挟み込みプレート片１５は、図４（ａ）、（ｂ）にも示すように、平板形状の挟み込み本体部１５ａと、挟み込み本体部１５ａにおける周方向スライド面板部１２ｄ側の面の端部に一体として設けられた、支保体１１の外側フランジ１１ｂの厚さと同様の高さを有するスペーサリブ部１５ｃとを有している。挟み込みプレート片１５が、外側フランジ部１１ｂの厚さと同様の高さを備えるスペーサリブ部１５ｃを有していることにより、支保体１１の外側フランジ部１１ｂを周方向スライド面板部１２ｄと挟み込みプレート片１５との間に挟み込んだ状態で、ボルトナット部材１６を締着して、支保体１１を台座プレート部材１２に接合する際に、平板形状の挟み込み本体部１５ａが斜めに傾くことで、安定した状態で接合できなくなるのを効果的に回避することが可能になる。

本実施形態では、シールドトンネル５０の内壁面５１を覆う、既設のトンネル覆工体５５は、好ましくは鉄筋コンクリート製セグメントや合成セグメントによる覆工体となっており、シールドトンネル５０が例えば円形状の断面形状の内壁面５１を有していることで、少なくとも上部が湾曲する断面形状となった内周面を備えている。例えば鉄筋コンクリート製セグメントや合成セグメントによる既設のトンネル覆工体５５の内周面における、コンクリートの露出した部分に、所定の深さでアンカー孔を削孔し、削孔したアンカー孔に好ましくはアンカーボルトの基部を埋設固定することにより、後述する周方向スライド面板部１２ｄを所定の高さ位置に支持固定するための雄ネジボルト部材１２ａ（図３（ａ）、（ｂ）参照）を、これらのアンカーボルトの突出部分によって、所定の位置に精度良く容易に取り付けることができるようになっている。

また、本実施形態では、支保体１１は、好ましくは亜鉛メッキされたＩ形鋼又はＨ形鋼（本実施形態では、Ｈ１５０×７５のＩ形鋼）からなり、内側フランジ部によってパネル取付け面１１ａが形成されている。例えばＩ形鋼による支保体１１は、図５にも示すように、好ましくは予め工場等において、底部のインバートコンクリート部５７（図１参照）よりも上方の、トンネル５０の側壁部から上部に至るまでの既設のトンネル覆工体５５の内壁面５１に沿った形状を、適宜分割した形状に加工された、複数の支保ピース１１’として現場に搬入される。支保体１１は、ボルト部材等を用いた公知の方法により、端面同士を互いに連結することで一体化される複数の支保ピース１１’によって形成されることで、トンネル５０の側壁部から上部に至るまでの内壁面５１に沿って、周方向に延設させて容易に設置することができる。例えばＩ形鋼による支保体１１は、トンネル５０の延長方向Ｘに例えば９００ｍｍ程度の所定の中心間ピッチで、複数体設置される。

さらに、本実施形態では、支保体１１のパネル取付け面１１ａとなる内側フランジ部の内側面には、周方向に好ましくは後述する被覆パネル部材１３の連設方向Ｙ（図９（ａ）参照）の幅と同様の間隔をおいて、図５及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、後述する押付け固定部材２０を支保体１１に締着させるためのナット部材２１が、好ましくは横幅方向の中央部分に溶接等によって固着されている。

そして、本実施形態では、Ｉ形鋼による鋼製支保部材１１は、上述のように、既設のトンネル覆工体５５の内周部分において、トンネルの延長方向Ｘおよび周方向に所定の間隔をおいて配置・固定された、周方向スライド面板部１２ｄを有する複数の台座プレート部材１２（図３（ａ）～（ｃ）参照）を介することによって、トンネル５０の延長方向Ｘに所定の間隔をおいて、周方向に延設して精度良く安定した状態で取り付けられることになる。

台座プレート部材１２を構成する周方向スライド面板部１２ｄは、好ましくは亜鉛メッキされた９ｍｍ程度の厚さの鋼製プレートからなり、例えば一辺が２５０～２８０ｍｍ程度の大きさの、矩形又は正方形の平面形状を備えるように形成されている。周方向スライド面板部１２ｄには、上述のアンカーボルトの突出部分による雄ネジボルト部材１２ａの位置に対応させて、４箇所の角部分の内側に、外側締着孔１２ｃが４箇所に配置されて各々開口形成されている。４箇所の外側締着孔１２ｃの内側には、例えば縦６０ｍｍ程度、横１０５ｍｍ程度の大きさの仮想の矩形の角部に配置されて、内側締着孔１２ｅが４箇所に配置されて各々開口形成されている。

開口形成された４箇所の外側締着孔１２ｃに、上述のアンカーボルトによる雄ネジボルト部材１２ａを挿通し、各々の雄ネジボルト部材１２ａに螺着した一対のナット部材１２ｂにより当該周方向スライド面板部１２ｄを挟み込んだ状態で、これらのナット部材１２ｂを外側締着孔１２ｃの周囲に締着することによって、台座プレート部材１２を構成する周方向スライド面板部１２ｄを、既設のトンネル覆工体５５の内周面からの高さを適宜調整可能にすると共に、傾きを適宜調整可能にした状態で、既設のトンネル覆工体５５から離間させた所定の位置に、精度良く固定することが可能になる。なお、周方向スライド面板部１２ｄが固定される所定の位置は、雄ネジボルト部材１２ａが埋設される位置よりも優先されることから、雄ネジボルト部材１２ａが所定の位置からずれて固定されている場合には、設置現場において、外側締着孔１２ｃを広げたり開け直したりすることによって、位置のずれた雄ネジボルト部材１２ａの雄ネジ部分を挿通させて、周方向スライド面板部１２ｄが所定の位置に精度良く取り付けられるようにすることができる。

また、各々の周方向スライド面板部１２ｄに開口形成された４箇所の内側締着孔１２ｅには、周方向スライド面板部１２ｄと、上述の挟み込みプレート片１５の挟み込み本体部１５ａとの間に、支保体１１のスライド面部１１ｂとなる外側フランジを挟み込んだ状態で、合致した当該内側締着孔１２ｅ及び挟み込みプレート片１５の締着孔１５ｂ（図４（ａ）、（ｂ）参照）に挿通されるボルトナット部材１６が、締着されるようになっている。これによって、台座プレート部材１２の周方向スライド面板部１２ｄにおける、支保体１１のスライド面部１１ｂが接する位置を調整した状態で、支保体１１を、既設のトンネル覆工体５５の内周形状に沿って容易に固定して、予め所定の位置に精度良く取り付けられた台座プレート部材１２に、安定して支持させることができるようになっている。またボルトナット部材１６による締着状態を緩めることによって、支保体１１の外側フランジによるスライド面部１１ｂを、周方向スライド面板部１２ｄに沿わせるようにスライドさせて、支保体１１を、周方向に移動可能な状態とすることができるようになっている。

そして、本実施形態では、既設のトンネル覆工体５５の内周面に沿って支保体１１を設置する作業に先立って、トンネルの延長方向Ｘおよび周方向に所定の間隔をおいて予め配置・固定された、周方向スライド面板部１２ｄを有する台座プレート部材１２を利用することによって、好ましくは短時間での作業を繰り返しながら、好ましくはＩ形鋼やＨ形鋼からなる支保体１１を、既設のトンネル覆工体５５の内周面に沿って、精度良くスムーズに取り付けることが可能になる。

すなわち、本実施形態では、例えば既設のトンネル覆工体５５の内周面に沿った形状に組み付けた支保体１１を、設置現場まで搬入し、予め配置・固定された複数の台座プレート部材１２を使用して、各々の周方向スライド面板部１２ｄと挟み込みプレート片１５との間に支保体１１のスライド面部１１ｂとなる外側フランジを挟み込んだ状態で、ボルトナット部材１６を締着する。これにより短時間の作業によって、組み付けた支保体１１を、所定の設置位置に、台座プレート部材１２に周方向にスライド可能に支持させた状態で、スムーズに仮固定しておくことが可能になる。

また、仮固定された支保体１１は、例えば翌日の作業として、ボルトナット部材１６による締着状態を緩めることにより、スライド面部１１ｂを周方向スライド面板部１２ｄに沿わせるようにして、周方向にスライド移動可能な状態とする。しかる後に、好ましくは既設のトンネル覆工体５５の底部と当該支保体１１の下端部との間に着脱自在に介設されたジャッキ１７（図１参照）の伸縮によって、スライド面部１１ｂを台座プレート部材１２の周方向スライド面板部１２ｄに沿ってスライドさせつつ、支保体１１を上下に移動させることによって、支保体１１の高さ位置を精度良く調整することが可能になる。高さが調整された支保体１１は、緩めたボルトナット部材１６を締着し直すと共に、隣接する支保ピース１１’を連結するボルト部材等を締め直すことによって、既設のトンネル覆工体５５の内周面に沿った所定の位置に、精度良く安定した状態で設置されて固定されることになる。

本実施形態では、支保体１１は、複数の支保ピース１１’を周方向に連結して形成されるようになっているので、上述の台座プレート部材１２を、既設のトンネル覆工体５５の両側の下部側面部に取り付けておき、下端部分に配置される両側の支保ピース１１’を、台座プレート部材１２に支持させながら周方向スライド面板部１２ｄに沿って上下にスライドさせることで高さ調整した後に、ボルトナット部材１６を締着することで台座プレート部材１２に固定し、しかる後に、両側の下端部分に固定されたこれらの支保ピース１１’の上方に、残りの支保ピース１１’を順次連結していくことにより、支保体１１を既存のトンネル覆工体５５の内周面に沿った所定の位置に設置するようにすることもできる。

この際に、台座プレート部材１２は、既設のトンネル覆工体５５の両側の下部側面部における下端部分の支保ピース１１’の配置位置に、上下に間隔をおいて２か所に取り付けておき、これらの２か所の台座プレート部材１２によって、下端部分の支保ピース１１’を支持固定させるようにすることが好ましい。

本実施形態では、各隣接する一対の支保体１１のパネル取付け面１１ａに、跨るようにして取り付けられる複数の被覆パネル部材１３は、各々、図７（ａ）～（ｄ）に示すように、例えば２０ｍｍ程度の厚さを有する、好ましくは繊維補強コンクリート製のパネル部材となっている。被覆パネル部材１３は、各隣接する一対の支保体１１のパネル取付け面１１ａに跨る大きさとして、支保体１１のトンネル５０の延長方向Ｘの中心間ピッチよりも若干小さい、８７０ｍｍ程度の延長方向Ｘの横幅を備えると共に、４７０ｍｍ程度の、周方向である連設方向Ｙの縦幅を備える、矩形状の平面形状を有している。

また、被覆パネル部材１３は、既設のトンネル覆工体５５の内周面と対向して配置される背面側が、凹凸面１３ａとなっており、この凹凸面１３ａは、例えば均等に分散して配置された多数の陥没穴１３ｂによって形成されている。本実施形態では、陥没穴１３ｂは、六角形や円形の陥没穴となっている。被覆パネル部材１３の背面側が凹凸面１３ａとなっていることにより、後に注入充填される無収縮モルタル１４との付着面積を広くして、被覆パネル部材１３の背面に無収縮モルタル１４をより強固に付着させることが可能になる。また、凹凸面１３ａが均等に分散して配置された多数の六角形や円形の陥没穴１３ｂによって形成されていることにより、鋭角部をなくすことで、陥没穴１３ｂ内での無収縮モルタル１４の未充填箇所が生じないようにして、無収縮モルタル１４を被覆パネル部材１３の背面により強固に一体化させることが可能になる。

さらに、本実施形態では、好ましくは既設のトンネル覆工体５５の内周面と対向して配置される背面側には、アンカー筋１３ｅ（図９（ｂ）、図１０参照）を取り付けるための、ナット部材１３ｃが埋設固定されている。ナット部材１３ｃは、Ｍ１０程度の大きさの、フランジ付きナットとなっている。ナット部材１３ｃは、フランジ部を繊維補強コンクリート中に埋設すると共に、雌ネジ孔を背面側に開口させて状態で、分散配置されて４箇所に固定されている。各々のナット部材１３ｃには、Ｌ字状に折れ曲がった形状の例えばＤ１０程度の太さのアンカー筋１３ｅを、被覆パネル部材１３と、既設のトンネル覆工体５５の内周面との間の空間５６に突出させて、着脱可能に取り付けることができる。

複数の被覆パネル部材１３は、例えば後述する押付け固定部材２０を用いて、支保体１１に支持させて、図１及び図８に示すように、トンネル５０のインバートコンクリート部５７よりも上方の側壁部から上部に至るまでのトンネル５０の内周面に沿って、周方向に連設して配置されることになる。連設して配置される複数の被覆パネル部材１３の中央部のパネルである、トンネル５０の天端部に配置される被覆パネル部材１３’には、硬化性材料として好ましくは無収縮モルタルを空間５６に供給して充填するための、φ６０程度の大きさのモルタル供給孔１３ｄが開口形成されている。モルタル供給孔１３ｄは、例えばソケット部材を用いて、開閉可能に閉塞しておくことができる。

本実施形態では、被覆パネル部材１３は、好ましくは繊維補強コンクリートを用いて、平坦な矩形状の平面形状を備えるように形成されている。被覆パネル部材１３は、トンネル５０の湾曲断面形状部分の湾曲形状に沿った、湾曲形状を備えるように形成することもできる。被覆パネル部材１３を、トンネル５０の湾曲断面形状部分の湾曲形状に沿った湾曲形状を備えるように形成することにより、地山側からの外力に対して、より強固なアーチアクション効果を発揮させることが可能になる。

そして、本実施形態の既設トンネルの補強構造１０では、図９（ａ）～（ｃ）に示すように、トンネル５０の延長方向Ｘに所定の中心間ピッチで、湾曲断面形状部分を有するトンネル５０の内壁面５１に沿って複数設置されたＩ形鋼による支保体１１の、各隣接する一対の支保体１１のパネル取付け面１１ａに跨るようにして、上述の被覆パネル部材１３を、複数、周方向に連設して取り付けると共に、図１０に示すように、取り付けられた被覆パネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の空間５６に、硬化性材料として、好ましくは無収縮モルタル１４を充填して硬化させることにより、補強用の覆工体５８を形成する。

本実施形態では、被覆パネル部材１３は、図９（ａ）～（ｃ）に示すように、当該被覆パネル部材１３を支保体１１のパネル取付け面１１ａに押付けた状態で固定するための、押付け固定部材２０を用いて、周方向に連設して支保体１１に支持させた状態で各々取り付けられる。押付け固定部材２０は、例えば１辺が６０ｍｍ程度の大きさの矩形断面を有する角パイプからなり、各隣接する一対の支保体１１のパネル取付け面１１ａの外側辺部の間の間隔よりも僅か長い、１１００ｍｍ程度の長さを備えている。押付け固定部材２０は、周方向に連設して配置された各々の被覆パネル部材１３における、連設方向Ｙの縦幅の中央部分において、トンネルの延長方向Ｘに延設させると共に、隣接する一対の支保体１１の各々と垂直に交差させるようにして取り付けられる。

押付け固定部材２０は、支保体１１のパネル取付け面１１ａに固着されたナット部材２１に螺着される、例えばリブ座金や締着ナットを備える固定ボルト部材２２を当該ナット部材２１に締め着けることにより、リブ座金との間に挟み込むようにして両側の端部を支保体１１に締着することで、連設する被覆パネル部材１３を、支保体１１に押付けた状態で各々強固に固定しておくことができる。本実施形態では、隣接する一対の支保体１１に跨るようにして設置される、周方向に連設する各々の段の被覆パネル部材１３について、トンネルの延長方向Ｘに隣接する各一対の被覆パネル部材１３を各々押え付ける押付け固定部材２０を、被覆パネル部材１３の縦幅方向の中央部分において上下にずらして配置することにより、これらの隣接する被覆パネル部材１３の中央部に配置される支保体１１に、これらの隣接する被覆パネル部材１３を各々押え付ける一対の押付け固定部材２０の端部を、一本の固定ボルト部材２２によって、リブ座金を介して同時に締着できるようになっている。これらの押付け固定部材２０、ナット部材２１、固定ボルト部材２２によって被覆パネル部材１３を支保することができるので、１日の作業終了後に、これらの部材の内側に被覆パネル部材１３を取付けるための部材が存在しなくなって、例えば車両限界を侵すことになるのを、確実に回避することが可能になる。

押付け固定部材２０及び固定ボルト部材２２を用いて、支保体１１のパネル取付け面１１ａに被覆パネル部材１３を、複数、周方向に連設して取り付けることによって、各隣接する一対の支保体１１により挟まれる部分には、取り付けられた被覆パネル部材１３と、既存のトンネル覆工体５５の内周面との間に、硬化性材料として好ましくは無収縮モルタル１４が充填される空間５６が形成される。被覆パネル部材１３の背面側に、アンカー筋１３ｅを取り付けておくことで、これらのアンカー筋１３ｅを硬化性材料１４が充填される空間５６に突出させておくことができる。アンカー筋１３ｅによって、被覆パネル部材１３と、空間５６に充填される無収縮モルタル１４との一体性を高めることができる。被覆パネル部材１３と無収縮モルタル１４との一体性を効果的に高める観点、及び上下の被覆パネル部材１３、１３間で干渉しないようする観点から、Ｌ字状に折れ曲がった形状のアンカー筋１３ｅは、折れ曲がり方向が、トンネルの延長方向Ｘに沿うように配置することが好ましい（図９（ｂ）参照）。

また、硬化性材料１４が充填される空間５６には、好ましくは被覆パネル部材１３を支保体１１のパネル取付け面１１ａに取り付けるのに先立って、内部に鉄筋（図示せず）を配設しておくこともできる。硬化性材料１４が充填される空間５６の内部に鉄筋が配設されていることにより、形成される補強用の覆工体５８の強度を効果的に高めることができる。

さらに、本実施形態では、図１に示すように、湾曲断面形状部分を有する既存のトンネル覆工体５５の下部から硬化性材料１４が充填される空間５６に突出して、硬化性材料１４に埋設される下部アンカー部材１９が取り付けられていることが好ましい。下部アンカー部材１９は、例えばＤ１９程度の太さの鉄筋棒からなり、硬化性材料１４とトンネル覆工体５５との界面のせん断耐力向上と両者の付着力向上による一体化を目的として、アンカー筋１３ｅと同様に、Ｌ字状に折れ曲がった形状を備えている。下部アンカー部材１９は、上記にように、好ましくは鉄筋コンクリート製セグメント又は合成セグメントによる既設のトンネル覆工体５５のコンクリート部分に基部を埋設して固定された、アンカーボルトによるものとなっており、好ましくは折れ曲がり方向をトンネル５０の周方向に沿わせた状態で、両側の側壁部の各々３箇所に固定される。既存のトンネル覆工体５５の下部から硬化性材料１４が充填される空間５６に突出して、下部アンカー部材１９が設けられていることにより、補強用の覆工体５８の自重を含めた大きな荷重が作用する、補強用の覆工体５８の下部と既存のトンネル覆工体５５との界面を、効果的に補強し、且つ両者の連成構造を形成して強固な覆工体とすることが可能になる。

本実施形態の既設トンネルの補強構造１０によれば、上述のようにして形成された、各隣接する一対の支保体１１によって挟まれる部分における、周方向に連設して配置された被覆パネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の、１又は２以上の各空間５６に、硬化性材料として好ましくは無収縮モルタル１４を各々充填することにより、湾曲断面形状部分を有する既存のトンネル覆工体５５の内周面を覆う補強用の覆工体５８を形成することができる。

すなわち、周方向に連設して配置された複数の被覆パネル部材１３のうちの、トンネル５０の上部の天端部に配置される被覆パネル部材１３’には、硬化性材料１４を空間５６に供給するためのモルタル供給孔１３ｄが形成されているので（図１参照）、例えばこれらのモルタル供給孔１３ｄにモルタルの供給配管（図示せず）を接続して、無収縮モルタル１４を供給することにより、被覆パネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の空間５６に、無収縮モルタル１４を各々充填することができる。充填した無収縮モルタル１４が硬化して被覆パネル部材１３と一体化した時点で、被覆パネル部材１３を支保体１１に締着固定していた、固定ボルト部材２２や押付け固定部材２０を取り外すことにより、支保体１１、複数の被覆パネル部材１３、及び硬化した無収縮モルタル１４が一体となった、既存のトンネル覆工体５５の内周面を覆う補強用の覆工体５８が容易に形成されることになる。

したがって、本実施形態によれば、内側にパネル取付け面１１ａを備える複数の支保体１１を、湾曲断面形状部分を有する既設のトンネル覆工体５５の内周部分の複数箇所に配置・固定された台座プレート部材１２を介することで、トンネル５０の延長方向Ｘに所定の間隔をおいて、周方向に延設させて取り付ける支保部材設置工程と、トンネルの延長方向Ｘに隣接する各一対の支保体１１のパネル取付け面１１ａに跨るようにして、複数の被覆パネル部材１３を、支保体１１に支持させて周方向に連設して取り付けるパネル部材設置工程と、被覆パネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の空間に、支保体１１と被覆パネル部材１３と既設のトンネル覆工体５５とを一体化させる硬化性材料１４を充填する裏込め充填工程とを含んで構成される既設トンネルの補強方法によって、湾曲断面形状部分を有するトンネル５０に設けられた、既設のトンネル覆工体５５を、効率良く且つ効果的に補強してゆくことが可能になる。

そして、上述の構成を備える本実施形態の既設トンネルの補強構造によれば、トンネルの内周面に沿って形成された既存のトンネル覆工体５５を、好ましくは短時間での作業を繰り返して効率良く補強することが可能になると共に、補強用の覆工体５８をより精度良く形成することが可能になる。

すなわち、本実施形態によれば、既設トンネルの補強構造は、シールドトンネル５０の延長方向Ｘおよび周方向に所定の間隔をおいて、既設のトンネル覆工体５５の内周部分に配置・固定された、周方向スライド面板部１２ｄを有する台座プレート部材１２と、内側にパネル取付け面部１１ａを備えると共に外側にスライド面部１１ｂを備えてなり、台座プレート部材１２に対し周方向にスライド可能に支持された状態で、トンネル覆工体５５の内周面に沿って設置された支保体１１と、前後に隣接する一対の支保体１１のパネル取付け面部１１ａに跨るようにして、支保体１１に支持されて周方向に連設して取り付けられた複数の被覆パネル部材１３と、被覆パネル部材１３と既設のトンネル覆工体５５との空間５６に充填されて、支保体１１と被覆パネル部材１３と既設のトンネル覆工体５５とを一体化させる硬化性材料１４とによる補強用の覆工体５８を含んで構成されている。

これによって、本実施形態によれば、予め台座プレート部材１２の各々を、既設のトンネル覆工体５５の内周部分の所定の位置に、短時間の作業を繰り返しながら精度良く取り付けておくことができ、支保体１１は、当該支保体１１に特別な加工を施すことなく、予め設置された台座プレート部材１２に支持させて短時間で精度良く取り付けることができ、複数の被覆パネル部材１３は、設置された支保体１１に対して、短時間の作業を繰り返しながら周方向に連設して精度良く取り付けてゆくことができるので、例えば各隣接する一対の支保体１１によるスパン毎に硬化性材料１４を充填することによって、短時間の作業を繰り返しながら、既存のトンネル覆工体５５の内周面を覆う補強用の覆工体５８を効率良く形成して、既設のトンネル覆工体５５を効果的に補強することが可能になる。また、支保体１１は、予め精度良く設置された台座プレート部材１２に支持させて、スライド面部１１ｂを周方向スライド面板部１２ｄに沿ってスライド移動させながら、設置位置を微調整しつつ所定の位置に容易に設置することができるので、補強用の覆工体５８をより精度良く形成することが可能になる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、本発明の既設トンネルの補強構造は、短時間での作業を繰り返しながら施工される必要は必ずしもない。既設のトンネル覆工体が補強されるトンネルは、シールドトンネル以外の、山岳トンネルや、その他の種々のトンネルであっても良い。既設のトンネル覆工体は、少なくとも上部が湾曲する断面形状となった内周面を備えている必要は必ずしも無く、例えば図１１に示すように、好ましくは鉄筋コンクリート製のボックスカルバートによる、矩形状の断面形状となった内周面を備える、トンネルの内周面を形成する壁体５５’によるものであっても良い。このような矩形状の断面形状となった内周面を備える壁体による既設のトンネル覆工体５５’であっても、これの内周部分に配置・固定された、周方向スライド面板部１２ｄ’を有する台座プレート部材１２’に、矩形状の断面形状の内周面に沿った形状を備える支保体１１や支保ピース１１’を、スライド可能に支持して取り付けることによって、上述と同様の作用効果を奏することになる。

また、既設のトンネル覆工体は、コンクリート製の他、鋼製や鋳鉄製等のものであっても良い。支保体は、Ｉ形鋼やＨ形鋼である必要は必ずしも無く、内側にパネル取付け面を設けることが可能な、溝形鋼や山形鋼等のその他の種々の鋼製部材であっても良い。被覆パネル部材は、繊維補強コンクリート製の部材である必要は必ずしも無く、合成樹脂製や鋼製、鋳鉄製等のその他の材料からなるものであっても良い。被覆パネル部材とトンネルの内壁面との間の空間に充填される硬化性材料は、無収縮モルタルの他、通常のモルタル、コンクリート、セメントミルク等のセメント系硬化材料やセメント系以外の硬化性材料であっても良い。

１０ 既設トンネルの補強構造
１１ 支保体（Ｉ形鋼）
１１’ 支保ピース
１１ａ パネル取付け面
１１ｂ スライド面部
１２，１２’ 台座プレート部材
１２ａ 雄ネジボルト部材
１２ｂ ナット部材
１２ｃ 外側締着孔
１２ｄ，１２ｄ’ 周方向スライド面板部
１２ｅ 内側締着孔
１３ 被覆パネル部材
１３ａ 凹凸面
１３ｂ 陥没穴
１３ｃ ナット部材
１３ｄ モルタル供給孔
１３ｅ アンカー筋
１４ 無収縮モルタル（硬化性材料）
１５ 挟み込みプレート片
１５ａ 挟み込み本体部
１５ｂ 締着孔
１５ｃ スペーサリブ
１６ ボルトナット部材
１７ 伸縮ジャッキ
１９ 下部アンカー部材
２０ 押付け固定部材
２１ ナット部材
２２ 固定ボルト部材
５０ トンネル
５１ 内壁面
５５ 既設のトンネル覆工体
５５’ ボックスカルバートによる壁体（既設のトンネル覆工体）
５６ 空間
５７ インバートコンクリート部
５８ 補強用の覆工体
Ｘ トンネルの延長方向
Ｙ 被覆パネル部材の連設方向

Claims (8)

1. 既設のトンネル覆工体を補強するための既設トンネルの補強構造であって、
   トンネルの延長方向および周方向に所定の間隔をおいて、前記既設のトンネル覆工体の内周部分に配置・固定された、周方向スライド面板部を有する台座プレート部材と、
   内側にパネル取付け面部を備えると共に外側にスライド面部を備えてなり、前記台座プレート部材に対し周方向にスライド可能に支持された状態で、前記トンネル覆工体の内周面に沿って設置された支保体と、
   前後に隣接する一対の前記支保体の前記パネル取付け面部に跨るようにして、前記支保体に支持されて周方向に連設して取り付けられた複数の被覆パネル部材と、
   前記被覆パネル部材と前記既設のトンネル覆工体との空間に充填されて、前記支保体と前記被覆パネル部材と前記既設のトンネル覆工体とを一体化させる硬化性材料とを含んで構成されており、
   前記支保体は、複数の支保ピースを周方向に連結して形成されるようになっており、
   前記台座プレート部材は、前記既設のトンネル覆工体の両側の下部側面部における、下端部分の前記支保ピースの配置位置に、上下に間隔をおいて各々２か所に取り付けられている既設トンネルの補強構造。
2. 前記支保体は、Ｉ形鋼又はＨ形鋼からなり、外側フランジが前記スライド面部として前記台座プレート部材の前記周方向スライド面板部に接して配置されるようになっており、前記台座プレート部材は、前記周方向スライド面板部と、該周方向スライド面板部に対しボルト締結される挟み込みプレート片とを含んでおり、前記支保体の外側フランジの両側の側部を前記周方向スライド面板部と前記挟み込みプレート片との間に挟み込んだ状態で、前記ボルトの締め付けを調整することによって、前記支保体をスライド可能に支持するよう構成されている請求項１に記載の既設トンネルの補強構造。
3. 前記挟み込みプレート片は、平板形状の挟み込み本体部と、該挟み込み本体部の端部に一体として設けられた、前記支保体の外側フランジの厚さと同様の高さを有するスペーサリブ部とを有している請求項２に記載の既設トンネルの補強構造。
4. 前記既設のトンネル覆工体の底部と前記支保体の下端部との間に着脱自在に介設されたジャッキの伸縮によって、前記スライド面部を前記周方向スライド面板部に沿ってスライドさせつつ、前記支保体の高さが調整されるように構成されている請求項１～３のいずれか１項に記載の既設トンネルの補強構造。
5. 前記既設のトンネル覆工体は、少なくとも上部が湾曲する断面形状となった内周面を備えている請求項１～４のいずれか１項に記載の既設トンネルの補強構造。
6. 前記既設のトンネル覆工体は、矩形状の断面形状となった内周面を備えている請求項１～４のいずれか１項に記載の既設トンネルの補強構造。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の既設トンネルの補強構造における支保体の設置方法であって、
   前記支保体は、複数の支保ピースを周方向に連結して形成されるようになっており、
   前記台座プレート部材を、前記既設のトンネル覆工体の両側の下部側面部に取り付けておき、
   下端部分に配置される両側の支保ピースを、前記台座プレート部材に支持させながら前記周方向スライド面板部に沿って上下にスライドさせることで高さ調整した後に、前記台座プレート部材に固定し、しかる後に、両側の下端部分に固定された前記支保ピースの上方に、残りの支保ピースを順次連結していくことにより、前記支保体を前記既設のトンネル覆工体の内周面に沿った所定の位置に設置する支保体の設置方法。
8. 前記台座プレート部材を、前記既設のトンネル覆工体の両側の下部側面部における下端部分の前記支保ピースの配置位置に、上下に間隔をおいて各々２か所に取り付けておく請求項７に記載の支保体の設置方法。

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