(57)【要約】【課題】供用中の地下構造物に対しても施工可能で、かつ、内部空間を狭めることなく必要な補強耐力を確保することを可能とした地下構造物の補強構造を提案する。【解決手段】既設地下構造物２の外側に形成された外部定着体３と、既設地下構造物２と外部定着体３との間に設けられた線状部材４とを備える地下構造物の補強構造１であって、線状部材４は、一端が既設地下構造物２に係止されているとともに他端が外部定着体３に定着した状態で引張力が導入されている。【選択図】図１
2014084565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設地下構造物を構成する躯体と、
前記既設地下構造物の外側に形成された外部定着体と、
前記躯体と前記外部定着体との間に設けられた線状部材と、を備える地下構造物の補強構造であって、
前記線状部材が、一端が前記躯体に固着されて、他端が前記外部定着体に固着されることにより、前記躯体と前記外部定着体とが一体化されていることを特徴とする、地下構造物の補強構造。
【請求項２】
既設地下構造物を構成する躯体と、
既設地下構造物の外側に形成された外部定着体と、
前記躯体と前記外部定着体との間に設けられた線状部材と、を備える地下構造物の補強構造であって、
前記線状部材は、一端が前記躯体に係止されているとともに他端が前記外部定着体に定着した状態で、引張力が導入されていることを特徴とする、地下構造物の補強構造。
【請求項３】
前記外部定着体はコンクリートまたは鋼材からなり、
前記線状部材はアンカー材であり、
前記躯体と前記外部定着部体との間に地盤改良体が形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の地下構造物の補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下構造物の補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下コンクリート構造物１００には、図７の（ａ）に示すように、水圧や土圧などの常時荷重により内空側が引張となるような曲げモーメント分布Ｍ１が発生する。また、地下コンクリート構造物１００は、地盤内にあるために、地震時には周辺地盤の変形が作用して、地下コンクリート構造物１００には変形および断面力が生じることになる。図７の（ｂ）に地震時の構造物の曲げモーメント分布Ｍ２を示す。
老朽化した既設地下コンクリート構造物１００に対し、このような曲げモーメント分布Ｍ１、Ｍ２に対する補強工事を行う場合がある。
【０００３】
既設の地下コンクリート構造物の補強方法としては、内空側に増設補強壁を設置する方法や、切梁等の支保工を設置する方法が一般的である。
例えば、本出願人は、特許文献１に示すように、既存地下外壁の内側に増打ち壁を増設して、既存地下外壁と増打ち壁との合成壁を構築する補強方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１９８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、既設地下構造物内に増し打ち壁や支保工を設けると、既設地下構造物の内部空間を狭めてしまい、利便性が低下してしまう。
また、増し打ち壁の施工中は内部空間を利用することができなくなるため、供用中の既設地下構造物に対しては採用することができなかった。
【０００６】
本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、供用中の地下構造物に対しても施工可能で、かつ、内部空間を狭めることなく必要な補強耐力を確保することを可能とした地下構造物の補強構造を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、第一の発明に係る地下構造物の補強構造は、既設地下構造物を構成する躯体と、前記既設地下構造物の外側に形成された外部定着体と、前記躯体と前記外部定着体との間に設けられた線状部材とを備えるものであって、前記線状部材が、一端が前記躯体に固着されて、他端が前記外部定着体に固着されることにより、前記躯体と前記外部定着体とが一体化されていることを特徴としている。
【０００８】
かかる地下構造物の補強構造によれば、躯体と外部定着体とが一体化されることで、既設地下構造物の内側が引張となるような曲げモーメントが作用している部位の耐力を向上させることができる。そのため、地下構造物の内部空間を狭めることなく補強することができる。
【０００９】
また、第二の発明に係る地下構造物の補強構造は、既設地下構造物を構成する躯体と、既設地下構造物の外側に形成された外部定着体と、前記躯体と前記外部定着体との間に設けられた線状部材とを備えるものであって、前記線状部材は、一端が前記躯体に係止されているとともに他端が前記外部定着体に定着した状態で、引張力が導入されていることを特徴としている。
【００１０】
かかる地下構造物の補強構造によれば、線状部材に導入した引張力により、既設地下構造物の内側が引張となるような曲げモーメントが作用している部位を既設地下構造物の外側である外部定着体側に引き寄せることができるので、当該曲げモーメントが打ち消されるようになる。つまり、本発明によれば、地下構造物の内部空間を狭めることなく補強することができる。
【００１１】
前記外部定着体はコンクリートまたは鋼材からなり、前記線状部材はアンカー材であり、前記躯体と前記外部定着部体との間に地盤改良体が形成されていれば、既設地下構造物の周囲の地盤が軟らかく、線状部材定着部からの軸力の確保が難しい場合であっても、地盤改良体を介して外部定着部材の線状部材定着部からの軸力を既設地下構造物に伝達させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の地下構造物の補強構造によれば、供用中の地下構造物に対しても施工可能で、かつ、内部空間を狭めることなく必要な補強耐力を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第一の実施形態に係る地下構造物の補強構造の示す断面図である。
【図２】図１の地下構造物の補強構造の外部定着体と線状部材を示す拡大断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、線状部材の外部定着体への接合時の各施工状況を示す断面図である。
【図４】第二の実施形態に係る地下構造物の補強構造の一部を示す拡大断面図である。
【図５】第三の実施形態に係る地下構造物の補強構造の示す断面図である。
【図６】第四の実施形態に係る地下構造物の補強構造の示す断面図である。
【図７】（ａ）は常時荷重時の曲げモーメント分布図、（ｂ）は地震時の曲げモーメント分布図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜第一の実施形態＞
第一の実施形態に係る地下構造物の補強構造１は、ボックスカルバート等の角筒状の既設地下構造物２を補強するものであって、図１に示すように、外部定着体３と、線状部材４とを備えている。本実施形態では、常時荷重により地下構造物に生じる曲げモーメント分布Ｍ１（図７（ａ）参照）に対する補強構造を示すが、地震時の曲げモーメント分布Ｍ２（図７（ｂ）参照）に対しては、曲げモーメント分布Ｍ２の絶対値が大きな部分に線状部材４を配置する。
なお、既設地下構造物２の形状は限定されるものではなく、例えば、円筒状や箱型に形成されていてもよい。
【００１５】
外部定着体３は、既設地下構造物２の外側に配設されている。本実施形態の外部定着体３は、側部定着体３１，３１と頂部定着体３２とを備えている。
側部定着体３１は、既設地下構造物２の側壁２１に沿って配置されており、頂部定着体３２は既設地下構造物２の頂版２２に沿って配置されている。
【００１６】
本実施形態の側部定着体３１は、既設地下構造物２を構築する際に山留壁として利用された既設の鋼矢板からなり、側壁２１の外面に間隔をあけて対向している（図２参照）。
なお、側部定着体３１の構成は限定されるものではなく、例えば、既設の連続地中壁の芯材であってもよい。
【００１７】
本実施形態では、側部定着体３１と側壁２１との間に地盤改良体５が形成されている。地盤改良体５は、既設地下構造物２の頂版２２と底版２３の高さ位置に形成されている。
なお、地盤改良体５は、必要に応じて形成すればよく、例えば、外部定着体３と既設地下構造物２との間の地山が良好な場合には省略してもよい。また、地盤改良体５の配置や形状も限定されるものではない。地盤改良体５には、地盤補強材の圧入や、コンクリートや鋼材を用いてもよい。
【００１８】
本実施形態では、地表面から所定の深さまで挿入したロッドから固化材を噴射し、原地盤と固化材とを噴射攪拌することにより地盤改良体５を形成している。なお、地盤改良体５の形成方法は限定されない。
【００１９】
頂部定着体３２は、頂版２２の上方に間隔をあけて配設されたアンカー桁であって、Ｈ形鋼等の鋼材により構成されている。なお、頂部定着体３２を構成する材料は限定されない。
【００２０】
頂部定着体３２と頂版２２との間には、アンカー桁受桁３３が介設されている。
アンカー桁受桁３３は、H形鋼等の鋼材により構成されており、側壁２１の位置（既設地下構造物２の角部）に対応して頂版２２の上面に上載されている。アンカー桁受桁３３は、ボルト等の治具を介して頂版２２に固定する。また、頂部定着体３２はアンカー桁受桁３３に固定する。なお、頂部定着体３２およびアンカー桁受桁３３の固定方法は限定されない。
【００２１】
本実施形態では、既設地下構造物２の上方の地山を開削し、頂版２２の上面を露出させた状態で、アンカー桁受桁３３を配設するとともに、アンカー桁を横架することにより頂部定着体３２を形成する。
【００２２】
なお、既設地下構造物２の深度が深く、開削工による施工が困難な場合には、例えば、頂版２２の上方に地盤改良体を形成することにより頂部定着体３２を形成してもよい。この場合、地盤改良体は、地表面から施工を行ってもよいし、既設地下構造物２の内部から施工を行ってもよい。  
【００２３】
線状部材４は、既設地下構造物２の躯体（側壁２１，２１、頂版２２または底版２３）から、地中に延設されたアンカーであって、引張力が導入されている。
【００２４】
線状部材４は、既設地下構造物２の内空側が引張となるような曲げモーメントＭが発生している箇所に配設されている。つまり、側壁２１に対しては、その高さ方向中央部に複数本の線状部材４が配設されており、側壁２１の上端部および下端部には配設されていない。また、頂版２２および底版２３に対しては、横方向中央部に複数本の線状部材４が配設されており、頂版２２および底版２３の左右の端部には配設されていない。
なお、線状部材４の配置は限定されるものではなく、既設地下構造物２に作用する曲げモーメントＭに応じて適宜決定すればよい。
【００２５】
側壁２１から側方に向けて延設された線状部材４は、第一アンカー４１であり、図２に示すように、第一アンカー４１は、側壁２１を貫通し、側部定着体３１に達している。
第一アンカー４１は、頭部が側壁２１の内面に係止されているとともに、先端が側部定着体３１に定着されている。
【００２６】
第一アンカー４１を設置する場合には、図３の（ａ）に示すように、まず、既設地下構造物２の内部から側部定着体３１に向けてアンカー孔を削孔するとともにこのアンカー孔内にケーシング６１を配設する。
【００２７】
次に、図３の（ｂ）に示すように、先端にゴムリング６３が固定された内管６２を、ケーシング６１内に挿入する。このとき、ゴムリング６３を側部定着体３１の表面に押し付けて、内管６２の先端部での止水を行う。
【００２８】
そして、内管６２の先端部において、側部定着体３１の表面のケレンを行った後、第一アンカー４１を挿入し、長尺アーム仕様の水中スタッド溶接により、第一アンカー４１の先端を側部定着体３１に固定する。
【００２９】
続いて、ケーシング６１および内管６２を引き抜くとともに、第一アンカー４１に引張力を導入し、その後、図３の（ｃ）に示すように、アンカー孔内に充填材６４を充填する。
【００３０】
本実施形態では、鋼矢板からなる側部定着体３１の表面に第一アンカー４１の先端をスタッド溶接することにより、線状部材４を側部定着体３１に固定（定着）しているが、第一アンカー４１の側部定着体３１への固定方法は限定されるものではなく、例えば摩擦圧接等により固定してもよい。
【００３１】
図１に示すように、頂版２２から上方に向けて延設された線状部材４は第二アンカー４２であり、頂版２２を貫通し、頂部定着体３２に達している。第二アンカー４２は、頭部が頂版２２の下面に係止されているとともに、先端が頂部定着体３２に定着されている。
【００３２】
第二アンカー４２を設置する場合には、まず、既設地下構造物２の内部から上方に向けてコアボーリングを行い、頂版２２に貫通孔を形成する。なお、貫通孔の形成は、既設地下構造物２上方の開削後に、既設地下構造物２の外側からコアボーリングを行うことにより形成してもよい。
【００３３】
次に、第二アンカー４２を、頂版２２に形成された貫通孔および頂部定着体３２に形成された貫通孔に挿通し、第二アンカー４２の先端を頂部定着体３２の上面に固定するとともに、頭部を頂版２２の下面に係止させる。このとき、第二アンカー４２に引張力を導入する。
【００３４】
底版２３から下方に向けて延設された線状部材４は第三アンカー４３であり、頭部が底版２３の上面に係止されているとともに、先端の定着部により地中に定着されている。
なお、底版２３の下方に対し、必要に応じて地盤改良等により外部定着体を形成しておき、これに第三アンカー４３を定着させてもよい。
【００３５】
本実施形態の地下構造物の補強構造によれば、既設地下構造物２の内空側に引張となる曲げモーメントが発生する箇所に対して、軸力が導入された線状部材（アンカー）４が配設されているため、当該曲げモーメントを低減させることができる。つまり、内空側に引張となる曲げモーメントが作用している部位を、外部定着体３側に引き寄せることで当該曲げモーメントを打ち消した（低減させた）状態とする。
【００３６】
既設地下構造物２の内部空間への影響は、線状部材４の頭部がわずかに突出するのみであるため、従来の支保工や増設壁を増築する場合に比べてはるかに小さい。
また、施工に要する作業スペースも従来の補強構造に比べて小さくて済むため、供用中の既設地下構造物に対しても採用することができる。
【００３７】
線状部材（アンカー）４を外部定着体３に定着させることで、用地が限られている場合であっても、敷地境界内で補強構造を構築することが可能である。
【００３８】
外部定着体３と側壁２１との間に地盤改良体５が形成されているため、外部定着体３と既設地下構造物２との間の地山が軟弱で、線状部材４の軸力の導入が困難な場合であっても、地盤改良体５を介して外部定着体３の線状部材４の定着部からの荷重を地下構造物２に伝達させることができる。
【００３９】
外部定着体３として、既設の部材（山留壁）を採用しているため、外部定着体３を新設する場合に比べて、施工に要する手間や費用を大幅に削減することができる。
【００４０】
＜第二の実施形態＞
第二の実施形態に係る地下構造物の補強構造１は、側部定着体３１がコンクリート壁体である点で、第一の実施形態の補強構造と異なっている。
【００４１】
側部定着体３１の形成方法は限定されるものではないが、例えば、側壁２１に沿って溝を形成し、この溝のコンクリートを打設することにより形成してもよいし、現地盤にセメント等を攪拌混合することにより形成してもよい。なお、側部定着体３１は、鉄筋篭による補強を必要に応じて行う。
【００４２】
線状部材４（第一アンカー４１）は、図４に示すように、側部定着体３１にアンカー孔を形成し、このアンカー孔に挿入した状態（側部定着体３１に埋設した状態）でアンカー孔に固化材を充填することで側部定着体３１に定着させる。なお、側部定着体３１に埋設させた状態による定着では第一アンカー４１の引き抜き耐力が不足する場合は、第一アンカー４１の先端部を、側部定着体３１を貫通させて、側部定着体３１の外側面（既設地下構造物２と反対側の面）に定着部を形成すること等により定着させればよい。
【００４３】
この他の第二の実施形態に係る地下構造物の補強構造１の構成は、第一の実施形態の補強構造１と同様なため、詳細な説明は省略する。
また、第二の実施形態に係る地下構造物の補強構造１によれば、第一の実施形態の補強構造１と同様の作用効果を得ることができる。
【００４４】
＜第三の実施形態＞
第三の実施形態に係る地下構造物の補強構造１は、円形断面のトンネル等からなる既設地下構造物２を補強するものであって、図５に示すように、外部定着体３と、線状部材４とを備えている。
なお、既設地下構造物２の形状は限定されるものではなく、例えば、矩形断面や馬蹄形断面に形成されていてもよいし、また、双設トンネルであってもよい。
【００４５】
外部定着体３は、既設地下構造物２（躯体）の外側に配設されている。
本実施形態の外部定着体３は、既設地下構造物２の近傍に形成された新設トンネル３４である。
【００４６】
新設トンネル３４は、既設地下構造物２の内空側が引張となるような曲げモーメントが発生している箇所に対応して形成されている。本実施形態では、既設地下構造物２の中心から４５°方向、１３５°方向、２２５°方向、３１５°方向の延長線上に配置されるように、新設トンネル３４が形成されている。なお、新設トンネル３４の配置は限定されるものではない。
【００４７】
本実施形態では、新設トンネル３４を円形断面とするが、新設トンネルの断面形状は限定されるものではない。また、新設トンネル３４の施工方法も限定されるものではなく、例えばシールド工法や推進工法を採用すればよい。
【００４８】
線状部材４は、既設地下構造物２の内空側が引張となるような曲げモーメントが発生している箇所に配設されている。
本実施形態では、既設地下構造物２の中心から４５°方向、１３５°方向、２２５°方向、３１５°方向の延長線を中心にそれぞれ線状部材４が５本ずつ配設されている。なお、線状部材４の配置や本数は限定されない。
【００４９】
各線状部材４は、頭部が既設地下構造物２の内壁面に係止されているとともに先端部が新設トンネル３４の内壁面に係止されている。また、線状部材４には、引張力が導入されている。
【００５０】
線状部材４の施工は、既設地下構造物２の内空から、新設トンネル３４に向けてアンカー孔を削孔し、このアンカー孔を利用して線状部材４を配置することにより行う。なお、アンカー孔は、新設トンネル３４から削孔してもよい。
【００５１】
第三の実施形態の地下構造物の補強構造１によれば、第一の実施形態の補強構造１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５２】
＜第四の実施形態＞
第四の実施形態に係る地下構造物の補強構造１は、円形断面のトンネル等からなる既設地下構造物２を補強するものであって、図６に示すように、外部定着体３と、線状部材４とを備えている。
【００５３】
外部定着体３は、既設地下構造物２（躯体）の外側に配設されている。
本実施形態の外部定着体３は、既設地下構造物２の近傍に形成された壁体３５である。
【００５４】
壁体３５は、既設地下構造物２の内空側が引張となるような曲げモーメントが発生している箇所に対応して形成されている。壁体３５は、既設地下構造物２の上方または下方に形成された新設トンネル３４から、ハ字状または逆ハ字状に延設されている。つまり、上側の新設トンネル３４からは斜め下方向に向けて壁体３５，３５が延設されており、下側の新設トンネル３４からは斜め上方向に向けて壁体３５，３５が延設されている。
なお、壁体３５は、既設地下構造物２の左右に新設トンネル３４を形成し、この新設トンネル３４からく字状または逆く字状に延設されていてもよく、新設トンネル３４および壁体３５の配置は限定されない。
【００５５】
本実施形態では、壁体３５をコンクリートにより構築するが、壁体３５を構成する材料は限定されなく、例えば鋼材であってもよい。また、外部定着体３は、必ずしも壁状に形成されている必要はなく、例えば、柱状や筒状であってもよい。
【００５６】
線状部材４は、既設地下構造物２の内空側が引張となるような曲げモーメントが発生している箇所に配設されている。
本実施形態では、既設地下構造物２の中心から４５°方向、１３５°方向、２２５°方向、３１５°方向の延長線を中心に、線状部材４がそれぞれ５本ずつ配設されている。なお、線状部材４の配置や本数は限定されるものではなく、既設地下構造物２に作用する曲げモーメントに応じて適宜設定すればよい。
【００５７】
各線状部材４の先端部の壁体３５への定着方法は、第二の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
この他の第四の実施形態の地下構造物の補強構造１の構成は、第三の実施形態の補強構造１と同様なため、詳細な説明は省略する。
【００５８】
第四の実施形態の地下構造物の補強構造１によれば、第一の実施形態の補強構造１と同様の作用効果を得ることができる。
【００５９】
以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
【００６０】
本発明の地下構造物の補強構造により補強目的は限定されるものではなく、例えば、老朽化した上下水道、下水処理場、道路トンネル等の補強工事、建物の改築や新設工事に伴い地下躯体の再利用を行う場合等に適用可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１  補強構造
２  既設地下構造物
３  外部定着体
４  線状部材
５  地盤改良体
【図１】
2014084565.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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