(57)【要約】【課題】対象地盤を劣化させないうえに、短時間で簡単に構築することが可能な変形抑制構造を提供する。【解決手段】トンネルＴ内の隆起区間Ｇ１の地盤の変形を抑制するための変形抑制構造１である。  そして、隆起区間を挟んだ両側の健全区間Ｇ２，Ｇ２に埋設された２本のロックボルト２，２と、隆起区間に跨って張り渡されてロックボルトに両側の端部３１，３１が定着された張力材３と、床版Ｔ１と張力材との間に介在されて張力材の長手直交方向に伸縮可能なジャッキ部４とを備えている。【選択図】図１
2018028186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内の対象地盤の変形を抑制するための変形抑制構造であって、
前記対象地盤を挟んだ両側の健全地盤に埋設された複数のロックボルトと、
前記対象地盤に跨って張り渡されて前記ロックボルトに両端が定着された張力材と、
前記対象地盤と前記張力材との間に介在されて前記張力材の長手直交方向に伸縮可能なジャッキ部とを備えたことを特徴とする変形抑制構造。
【請求項２】
前記張力材の端部は、前記ロックボルトに巻き付けられて前記健全地盤に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載の変形抑制構造。
【請求項３】
前記張力材は、高強度繊維束によって形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の変形抑制構造。
【請求項４】
前記ジャッキ部は、パンタグラフジャッキであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の変形抑制構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル内の対象地盤の変形を抑制するための変形抑制構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
操業中の鉄道トンネルにおいて、地山の強度低下などが原因で路盤部が隆起したり、覆工片が剥落したりして、鉄道の走行に支障をきたすような変状が生じる場合がある（特許文献１参照）。
【０００３】
このような地山の強度低下に対しては、変状を起す対象地盤に多くのロックボルトを打設するロックボルト補強工法が採用されることがある。特許文献１に開示されたロックボルト打設機を使用すれば、電車が通過しない深夜などの短時間の間に、効率的に多数のロックボルトを打設していくことができる。
【０００４】
地盤にロックボルトを打設する地盤補強工法は、山岳トンネルの掘削施工時においても、地質不良地山が存在する区間を安全に掘削していくために、一般的に行われている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２４０５１７号公報
【特許文献２】特開２００２−１８０７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら多くのロックボルトを地盤に打設する方法は、ロックボルト打設機を導入して効率的に行われるとしても、工期が長くなるうえに工費の負担が大きくなる。また、ロックボルトを変状した地山に直接、打設することで、却って地山を劣化させて強度低下を進行させるおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、対象地盤を劣化させないうえに、短時間で簡単に構築することが可能な変形抑制構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の変形抑制構造は、トンネル内の対象地盤の変形を抑制するための変形抑制構造であって、前記対象地盤を挟んだ両側の健全地盤に埋設された複数のロックボルトと、前記対象地盤に跨って張り渡されて前記ロックボルトに両端が定着された張力材と、前記対象地盤と前記張力材との間に介在されて前記張力材の長手直交方向に伸縮可能なジャッキ部とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記張力材の端部は、前記ロックボルトに巻き付けられて前記健全地盤に埋設されている構成とすることができる。また、前記張力材は、高強度繊維束によって形成されている構成とすることができる。
さらに、ジャッキ部が、パンタグラフジャッキとなる構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
このように構成された本発明の変形抑制構造は、対象地盤を挟んだ両側の健全地盤に複数のロックボルトが埋設され、それらのロックボルトに対象地盤に跨って張り渡された張力材の両端が定着される。そして、対象地盤と張力材との間には、張力材の長手直交方向に伸縮可能なジャッキ部が介在される。
【００１１】
このため、対象地盤がロックボルトの打設などによって劣化することがない。また、ロックボルトは、張力材を定着させるために埋設されるだけなので、数が少なくて済み、短時間で簡単に構築することができる。
【００１２】
また、張力材の端部をロックボルトに巻き付けて健全地盤に埋設させる構成であれば、張力材に大きな張力を作用させても、確実に端部を定着させておくことができる。
【００１３】
さらに、張力材が高強度繊維束によって形成されていれば、耐久性に優れているため、維持管理の負担を軽減させることができる。また、ジャッキ部がパンタグラフジャッキであれば、小型かつ軽量であるため、狭い場所にも容易に設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態の変形抑制構造が設けられたトンネルの構成を説明する斜視図である。
【図２】変形抑制構造の構成を部分的に拡大して示した説明図である。
【図３】変形抑制構造に作用する力の流れを模式的に示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態の変形抑制構造１が設けられたトンネルＴの構成を、一部破断して説明する斜視図である。
【００１６】
このトンネルＴは、横断面がアーチ状の覆工部Ｔ２と、覆工部Ｔ２の脚部間を繋ぐ床版Ｔ１とによって内空が保護されている。覆工部Ｔ２は、無筋コンクリートなどによって構築され、床板Ｔ１は鉄筋コンクリートなどによって構築される。
【００１７】
このトンネルＴの周囲の地盤Ｇが、すべて健全な地山であれば、覆工部Ｔ２や床版Ｔ１に過剰な応力が発生せず、健全な状態を保つことができる。しかしながら延長が長いトンネルＴにおいては、すべて良好な地山を通過できることは少なく、軟弱な地山を通過する箇所もある。
【００１８】
例えば、トンネルＴが局所的に地質の悪い箇所を通過する場合について、図１を参照しながら説明する。トンネルＴの周囲の地盤Ｇが弱層であると、地山自体のアーチ効果などが弱くなって、トンネルＴの内空を変形させるような力が作用することがある。
【００１９】
そのような外力の作用によって、例えば覆工部Ｔ２にひび割れＣ２が生じたり、床版Ｔ１にひび割れＣ１が生じたりする。また、床版Ｔ１が持ち上がって隆起することもある。
【００２０】
そこで弱層となる範囲を、変形を抑制する対策工が必要となる対象地盤とし、ここでは隆起区間Ｇ１と呼ぶ。これに対して、隆起区間Ｇ１の両側に存在する健全地盤の範囲を健全区間Ｇ２，Ｇ２とする。
【００２１】
そして、隆起区間Ｇ１において床版Ｔ１の上昇という変形が起き、健全区間Ｇ２では変形が起きなければ、隆起区間Ｇ１と健全区間Ｇ２との間に段差が生じることになる。
【００２２】
トンネルＴが鉄道トンネルの場合、このような段差は列車動揺を引き起こす原因となる。例えば、トンネルＴの延長方向（線路方向）で局所的に地山の弱層があった場合、10m−20m程度の隆起区間Ｇ１だけで床版Ｔ１の隆起に伴う軌道変位が発生することがある。
【００２３】
隆起区間Ｇ１の両側（健全区間Ｇ２，Ｇ２）を含めた全体が隆起している場合には、列車の走行安定性に影響しないが、局所的な隆起は列車動揺につながる。このため軌道変位は、軌道検測車により、レールの局所的な隆起を弓に見立てて、例えば40m弦での中央部の隆起量といった値で管理されている。
【００２４】
本実施の形態の変形抑制構造１は、このような隆起区間Ｇ１の変形（隆起）を抑制するために設けられる。変形抑制構造１は、隆起区間Ｇ１を挟んだ両側の健全区間Ｇ２，Ｇ２にそれぞれ埋設された２本のロックボルト２，２と、それらのロックボルト２，２に両端が定着された張力材３と、隆起区間Ｇ１の床版Ｔ１と張力材３との間に介在されたジャッキ部４とによって、主に構成される。
【００２５】
ロックボルト２は、図２に示すように、鋼棒などによって形成される棒状の補強材である。ロックボルト２は、地盤Ｇに穿孔された孔に挿入され、周囲に充填されるセメント系や樹脂系などの固化材２４を介して地盤Ｇに固定される。
【００２６】
ロックボルト２の必要長さは、後述する張力材３に導入される張力Ｎの大きさによって設定される。すなわち、ロックボルト２の引抜き耐力は長さに比例するため、健全区間Ｇ２の地山の状態に応じて、作用する張力Ｎによって引き抜かれることがない長さに設定される。
【００２７】
一方、ロックボルト２の頭部２１には、例えばネジ溝が設けられ、ナットなどの定着部２２を支圧板２３に対して締め付けることで、上端を定着させることができる。
【００２８】
このようにして健全区間Ｇ２の地山に固定されるロックボルト２に、張力材３の端部３１を定着させる。張力材３は、高引張強度かつ高剛性を有する線状材である。
【００２９】
張力材３には、アラミド繊維（ＡＦ）、炭素繊維（ＣＦ）、ガラス繊維（ＧＦ）などの高強度の繊維材料の束が使用できる。こうした高強度繊維束は、軽量で耐久性に優れている。
【００３０】
さらに、高強度繊維束は、繊維材料自体の引張強度及び弾性係数が高いうえに、束ねる繊維材料の本数によって、引張強度及び弾性係数を所望する性能に調整することが容易にできる。
【００３１】
こうした高強度繊維束によって形成される張力材３は、図１に示すように、隆起区間Ｇ１に跨って張り渡される。例えばトンネルＴの延長方向と同じ方向に向けて、一方の健全区間Ｇ２に埋設されたロックボルト２から他方の健全区間Ｇ２に埋設されたロックボルト２まで延伸される。
【００３２】
このため張力材３の全長は、隆起区間Ｇ１を挟んだ両側に配置されたロックボルト２，２間の距離に、それぞれのロックボルト２，２に定着させるための長さを加えた長さとなる。
【００３３】
張力材３の端部３１は、図２に示すように、ロックボルト２に螺旋状に巻き付けられる。螺旋状の端部３１とロックボルト２とは、周囲に充填された固化材２４を介して一体化される。
【００３４】
端部３１から床版Ｔ１の上方に突出された張力材３は、滑車部５によって向きが変更されて、床版Ｔ１の上面と略平行に延伸される。なお、図２に示した張力材３は、ジャッキ部４によって中央部３２が張力材３の長手直交方向に持ち上げられた状態を示している。
【００３５】
ジャッキ部４は、張力材３の長手直交方向に伸縮可能な扛重機である。ジャッキ部４には、例えばパンタグラフジャッキが使用できる。パンタグラフジャッキには、ネジ式と油圧式があるがいずれでも使用できる。
【００３６】
パンタグラフジャッキは、小型かつ軽量で、狭いスペースにも設置することが可能な平面視短冊状（長方形）に形成されている。要するに幅が狭いため、線路間の狭い空間にも設置することができる。１台のパンタグラフジャッキによって、10kN−20kN程度の荷重を支持させることができる。
【００３７】
パンタグラフジャッキは、作業員の人力によって伸縮部４１を上下方向に伸縮させることができる。すなわち上端の受け部４２を、上昇又は下降させることができる。そして、所望する長さ（高さ）まで伸長させた状態で、伸縮部４１の形状を固定させておくことができる。
【００３８】
ジャッキ部４の受け部４２は、張力材３の長手方向の中央部３２の真下に配置される。ジャッキ部４の平面視長手方向を張力材３の長手方向と一致させて、受け部４２に張力材３の中央部３２を載せる。
【００３９】
この状態で伸縮部４１を伸長させると、受け部４２に支持された張力材３の中央部３２が持ち上げられて、斜めになった張力材３には張力Ｎが導入されることになる。このときの力の流れについて、図３を参照しながら説明を行う。
【００４０】
張力材３は、距離Ｌの間隔で設置されたロックボルト２，２によって健全区間Ｇ２，Ｇ２の地山に端部３１，３１が固定されているため、中央部３２が持ち上げられても抜けることがなく、張力Ｎが発生することになる。
【００４１】
張力Ｎは、張力材３の全長に伝達され、滑車部５によって鉛直方向に向けられた端部３１にも張力Ｎとして伝達される。ここで、ジャッキ部４によって中央部３２が上昇した床版Ｔ１の上方の張力材３の傾きを、θとする。
【００４２】
例えば、張力材３が、断面積が500mm2、引張剛性（弾性係数）が118kN/mm2のアラミド繊維の束によって形成されており、ロックボルト２，２間の距離Ｌが12mの変形抑制構造１について検討する。
【００４３】
この変形抑制構造１のジャッキ部４を伸長させて、張力材３の中央部３２を35cm上昇させると、張力材３の傾きθは3.334°となる。そして、このジャッキ部４の伸長によって、張力材３には100kNの張力Ｎが導入される。
【００４４】
このように張力材３に100kNの張力Ｎを導入するためには、11.63kNの力Ｐで中央部３２を引き上げなければならない。すなわち、ジャッキ部４には、Ｐ＝11.63kNの荷重が作用していることになる。
【００４５】
このジャッキ部４に下向きに作用する荷重は、そのまま床版Ｔ１に伝達されて、床版Ｔ１の変位（隆起）を抑える働きをする。要するに本実施の形態の変形抑制構造１は、ロックボルト２，２によって地山に固定された張力材３を反力として、ジャッキ部４を介して隆起区間Ｇ１の床版Ｔ１の変形を抑制させる構造である。
【００４６】
次に、本実施の形態の変形抑制構造１の作用について説明する。
このように構成された本実施の形態の変形抑制構造１は、対象地盤となる隆起区間Ｇ１を挟んだ両側の健全区間Ｇ２，Ｇ２に、それぞれロックボルト２，２が埋設される。
【００４７】
そして、それらのロックボルト２，２に、隆起区間Ｇ１に跨って張り渡された張力材３の両側の端部３１，３１がそれぞれ定着される。さらに、隆起区間Ｇ１の床版Ｔ１と張力材３との間には、張力材３の長手直交方向に伸縮可能なジャッキ部４が介在される。
【００４８】
このため、隆起区間Ｇ１の地山がロックボルトの打設などによって劣化することがない。すなわち、ロックボルトは、通常は地山を補強するために軟弱な地山に打ち込まれるが、そのロックボルトを打設する際には、削孔水が注入されるうえに振動が与えられるため、却って地山を傷めることがある。
【００４９】
本実施の形態では、弱層となる隆起区間Ｇ１にはロックボルトを打設しないため、その影響によって地山を劣化させる心配がない。本実施の形態では、ロックボルト２，２は、健全地盤である健全区間Ｇ２，Ｇ２に打設されるだけなので、施工による地盤Ｇへの悪影響を考慮する必要がない。
【００５０】
また、ロックボルト２，２は、張力材３の端部３１，３１を定着させるために埋設されるだけなので、ロックボルト自体で地山の補強を行う場合と比べて圧倒的に少ない本数で済み、短時間で施工することができる。
【００５１】
さらに、張力材３の端部３１，３１をロックボルト２，２に巻き付けて健全区間Ｇ２，Ｇ２に埋設させる構成であれば、張力材３に大きな張力Ｎを作用させても、確実に端部３１，３１を地山に定着させておくことができる。
【００５２】
また、ジャッキ部４がパンタグラフジャッキであれば、小型かつ軽量であるため、狭い場所にも容易に設置することができる。例えば、トンネルＴが鉄道トンネルの場合、変形抑制構造１が設置できるスペースは、図１に示すように上り線と下り線との間など、幅の狭い領域になる可能性が高い。
【００５３】
そのような幅の狭い領域であっても、幅が狭く小型のパンタグラフジャッキであれば、設置することができる。また、図１では、中央部３２に１台のジャッキ部４を配置する場合について例示したが、これに限定されるものではなく、必要に応じて複数台のジャッキ部４，・・・を張力材３の長手方向に沿って並べて配置することができる。
【００５４】
そして、２本のロックボルト２，２を打設して、その間に張力材３を張り渡す施工は、短時間で実施することができ、張力材３への張力Ｎの導入もジャッキ部４によって簡単に実施できるので、変形抑制構造１は効率的に構築することができる。
【００５５】
また、張力材３に導入する張力Ｎの大きさ、換言すると床版Ｔ１に付与する反力（下向きの力）の大きさは、ジャッキ部４の伸長量によって容易に調整することができる。
【００５６】
さらに、張力材３が高強度繊維束によって形成されていれば、張力材３自体がメンテナンスの必要のない耐久性に優れた素材であるため、維持管理の負担を軽減させることができる。
【００５７】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００５８】
例えば前記実施の形態では、隆起区間Ｇ１の両側の健全区間Ｇ２，Ｇ２にそれぞれ１本ずつのロックボルト２，２が埋設された構成について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、健全区間Ｇ２，Ｇ２のそれぞれに複数のロックボルトを埋設するに際して、張力材３の端部３１を分岐させて各ロックボルトに分散して定着させることができる。
【００５９】
また、前記実施の形態では、高強度繊維束によって形成された張力材３について説明したが、これに限定されるものではなく、ＰＣ鋼より線など鋼線によって張力材を形成することもできる。
【００６０】
さらに、前記実施の形態では、パンタグラフジャッキをジャッキ部４として説明したが、これに限定されるものではなく、シリンダータイプの油圧式ジャッキなどをジャッキ部として使用することもできる。
【００６１】
また、前記実施の形態では、床版Ｔ１の隆起を抑えるための変形抑制構造１について説明したが、これに限定されるものではなく、覆工部Ｔ２の内空側へのはらみ出しを抑えるために、ロックボルト２，２を横向きや上向きに地山に埋設させる側壁や天端の変形抑制構造を構築することもできる。
【符号の説明】
【００６２】
Ｔ              トンネル
Ｇ１            隆起区間（対象地盤）
Ｇ２            健全区間（健全地盤）
１              変形抑制構造
２              ロックボルト
３              張力材
３１            端部
４              ジャッキ部
【図１】
2018028186.tif 000003
【図２】
2018028186.tif 000004
【図３】
2018028186.tif 000005