(57)【要約】      （修正有）【課題】内壁に取付具を用いて内装材を取り付けた車両用のトンネルにおいて、トンネルの供用期間中に、内装材表面に繰り返し掛かる変動圧により、取付具及び内装材が疲労破壊されないこと、並びに、トンネル内壁から取付具が引き剥がされないことを確認できる方法、即ち、剥落防止性能確認方法を提供すること。【解決手段】空気圧により取付具３及び／又は内装材５に掛かる応力或いはそのときの変位を求め、次に取付具３及び／又は内装材５に掛かる応力或いはそのときの変位が、前記で求めた応力又は変位に安全率を掛けた値となるように、取付具３及び／又は内装材５に応力を、内装材表面に掛ける空気圧変動に拠らずに繰り返し掛けるようにする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の（ａ）工程及び（ｂ）工程を有する、内壁に取付具を用いて内装材を取り付けた車両用トンネルの、内装材表面に繰り返し掛かる空気圧変動により、該内装材が剥落しないことを確認する剥落防止性能確認方法。
（ａ）空気圧により取付具及び／又は内装材に掛かる応力或いはそのときの変位を求める工程。
（ｂ）取付具及び／又は内装材に掛かる応力或いはそのときの変位が、上記（ａ）工程により求めた応力又は変位に安全率を掛けた値となるように、取付具及び／又は内装材に応力を、内装材表面に掛ける空気圧変動に拠らずに繰り返し掛ける工程。
【請求項２】
（ａ）工程が、模擬トンネル試験体を用いて、空気圧により取付具及び／又は内装材に掛かる応力或いはそのときの変位を測定することにより、当該値を求めることを特徴とする請求項１記載の剥落防止性能確認方法。
【請求項３】
（ａ）工程が、空気圧、取付具及び／又は内装材の静弾性係数、取付具の設置条件から、空気圧により取付具及び／又は内装材に掛かる応力或いはそのときの変位を算出することにより、当該値を求めることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の剥落防止性能確認方法。
【請求項４】
（ｂ）工程が、万能試験機又は疲労試験機により、取付具及び／又は内装材に応力を繰り返し掛けることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の剥落防止性能確認方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル下地に取り付けられる内装材の剥落防止技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に示される如く、トンネルの内壁（コンクリートや鋼材等のトンネル下地の内面側）を耐火被覆材や反射板等の内装材で覆うことが提案されている。この内装材の取付けには、特開２００３−２３９６９３号公報や特開２００７−２１１４４２号公報に示される如く、取付具が用いられている（特許文献１及び特許文献２参照。）。このような内装材が取り付けられているトンネルとしては、例えば道路トンネルや鉄道トンネル等が挙げられる。
【０００３】
さて、トンネルを車両が通行すると、動風圧が生じ、内装材の表面に変動圧（空気圧変動）が掛かる。頻繁に繰り返して車両が通行することから、変動圧が内装材の表面に繰り返して頻繁に掛かる。この繰り返して頻繁に作用する変動圧により、内装材や取付具には、これ等の部材をトンネル内壁から引き剥がすような引張応力が作用する。そして、引張応力により取付具が引き抜かれたり、内装材にひび割れが起きると、内装材はトンネル下地から剥落する。そうすると、そもそも、内装材を取り付けた効果が失われるのみではなく、剥落した内装材や取付具がトンネルを通過する車両に当り、事故の原因ともなり兼ねない。
【０００４】
ところで、鉄筋コンクリート造等の既設の構造物に施工したモルタル仕上げ層の剥落事故を防止するための剥落防止連結材の剥落防止性能を確認するために、模擬的な試験体や実構造物に剥落防止連結材を用いてコンクリートにモルタル仕上げ層を取り付け、該剥落防止連結材に引張荷重やせん断荷重を掛けそのときの最大荷重及び変位を測定し、引き抜き耐力を有していること確認することが提案されている（例えば特許文献３参照。）。
【０００５】
しかし、内壁に取付具を用いて内装材を取り付けた車両用のトンネルの場合、トンネルの供用期間中に、内装材表面に繰り返し掛かる変動圧により、取付具及び内装材が疲労破壊されないこと、並びに、トンネル内壁から取付具が引き剥がされないことを、供用開始前に確認することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２３９６９３号公報
【特許文献２】特開２００７−２１１４４２号公報
【特許文献３】特開２００６−８３６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記問題の解決、即ち、本発明は、内壁に取付具を用いて内装材を取り付けた車両用のトンネルにおいて、トンネルの供用期間中に、内装材表面に繰り返し掛かる変動圧により、取付具及び内装材が疲労破壊されないこと、並びに、トンネル内壁から取付具が引き剥がされないことを確認できる方法、即ち、剥落防止性能確認方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、前記課題解決のため鋭意検討した結果、本発明を完成させた。即ち、本発明は、変動圧により取付具及び／又は内装材に掛かる応力或いはそのときの変位を求め、このときの応力又は変位に安全率を考慮した値となる応力を繰り返し掛けて、取付具及び内装材が疲労破壊されないこと、並びに、トンネル内壁から取付具が引き剥がされないことを確認することを特徴とする剥落防止性能確認方法、即ち、本発明は、以下の（１）〜（５）で表す剥落防止性能確認方法である。
（１）以下の（ａ）工程及び（ｂ）工程を有する、内壁に取付具を用いて内装材を取り付けた車両用トンネルの、内装材表面に繰り返し掛かる空気圧変動により、該内装材が剥落しないことを確認する剥落防止性能確認方法。
（ａ）空気圧により取付具及び／又は内装材に掛かる応力或いはそのときの変位を求める工程。
（ｂ）取付具及び／又は内装材に掛かる応力或いはそのときの変位が、上記（ａ）工程により求めた応力又は変位に安全率を掛けた値となるように、取付具及び／又は内装材に応力を、内装材表面に掛ける空気圧変動に拠らずに繰り返し掛ける工程。
（２）（ａ）工程が、模擬トンネル試験体を用いて、空気圧により取付具及び／又は内装材に掛かる応力或いはそのときの変位を測定することにより、当該値を求めることを特徴とする上記（１）の剥落防止性能確認方法。
（３）（ａ）工程が、空気圧、取付具及び／又は内装材の静弾性係数、取付具の設置条件から、空気圧により取付具及び／又は内装材に掛かる応力或いはそのときの変位を算出することにより、当該値を求めることを特徴とする上記（１）又は（２）の剥落防止性能確認方法。
（４）（ｂ）工程が、万能試験機又は疲労試験機により、取付具及び／又は内装材に応力を繰り返し掛けることを特徴とする上記（１）〜（３）何れかの剥落防止性能確認方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内壁に取付具を用いて内装材を取り付けた車両用のトンネルにおいて、トンネルの供用期間中に、内装材表面に繰り返し掛かる変動圧により、取付具及び内装材が疲労破壊されないこと、並びに、トンネル内壁から取付具が引き剥がされないことを確認できる方法、即ち、剥落防止性能確認方法が得られる。本発明によれば、内壁に取付具を用いて内装材を取り付けた車両用トンネルの、内装材表面に繰り返し掛かる空気圧変動により、取付具及び内装材が疲労破壊されないこと、並びに、トンネル内壁から取付具が引き剥がされないことを確認することができる剥落防止性能確認方法が得られる。本発明の剥落防止性能確認方法により、内装材が剥落しないことを予め確認することができるので、内装材が剥落しない、内壁に内装材を取り付けた車両用のトンネルが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ステンレス製メッシュの概略図である。
【図２】取付具を用いて模擬トンネルに内装材を取り付けた模擬トンネル試験体の模式的な平面図である。
【図３】模擬トンネル試験体に空気圧を掛けたときの取付具及び内装材の変位を測定する際の、模擬トンネル試験体の模式的な断面図である。
【図４】模擬トンネル試験体に掛けた空気圧と内装材のひずみとの関係を示すグラフである。
【図５】模擬トンネル試験体に掛けた空気圧と取付具のひずみとの関係を示すグラフである。
【図６】内装材を取り付けたトンネルの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の剥落防止性能確認方法は、以下の（ａ）工程及び（ｂ）工程を有するもので、内壁に取付具を用いて内装材を取り付けた車両用トンネルの、内装材表面に繰り返し掛かる空気圧変動により、該内装材が剥落しないことを確認するものである。
（ａ）空気圧により取付具及び／又は内装材に掛かる応力或いはそのときの変位を求める工程。
（ｂ）取付具及び／又は内装材に掛かる応力或いはそのときの変位が、上記（ａ）工程により求めた応力又は変位に安全率を掛けた値となるように、取付具及び／又は内装材に応力を、内装材表面に掛ける空気圧変動に拠らずに繰り返し掛ける工程。
【００１２】
（ａ）工程で掛ける空気圧は、当該車両用トンネルにおいて車両通行時に発生する動風圧により、内装材の表面に掛かる空気圧（変動圧）と同じ圧力とする。既設（供用中）の車両用トンネルの場合は、実測値を用いることが好ましい。供用を開始していない車両用トンネルの場合は、類似の既知の値を用いるか、シュミレーション等で求められた値を用いる。
【００１３】
（ａ）工程において、取付具及び内装材の変位を求めるには、変位計又は歪ゲージにより、常用の方法により測定することができる。取付具及び内装材それぞれにおける、内装材表面に空気圧を掛ける前後の変位計の値の変化又は歪ゲージの伸縮変化により測定される歪から求まる値が、取付具の変位及び内装材の変位である。歪ゲージの伸縮変化により測定される歪（ｅ）から変位を求めるには、歪ゲージの長さ方向における取付具又は内装材の長さ（Ｌ０）と歪（ｅ）の積を求めればよい。
【００１４】
また、（ａ）工程において、取付具又は内装材に掛かる応力を求めるには、内装材表面に空気圧を掛けたときに取付具又は内装材に掛かる応力を直接応力計や圧力計等により測定することもできるが、取付具又は内装材の変位を求め、この変位と各々の静弾性係数から各々に掛かる応力を求めることもできる。
【００１５】
（ｂ）工程において、上記（ａ）工程により求めた応力（Ｓｓ１）又は変位（Ｓｎ１）に安全率αを掛けた応力（Ｓｓ２）又は変位（Ｓｎ２）となるように、取付具及び／又は内装材に応力を、内装材表面に掛ける空気圧変動に拠らずに繰り返し掛けるものである。このとき、取付具及び／又は内装材に応力を、内装材表面に掛ける空気圧変動に拠らずに繰り返し掛けるには、万能試験機又は疲労試験機を用いることが好ましく、更に、疲労試験機を用いることがより好ましい。用いることのできる万能試験機及び疲労試験機としては、油圧式、モーター駆動式（電気サーボモータ式）、電磁式又はエア式のものが使用できる。また、用いることのできる万能試験機及び疲労試験機としては、例えば、東京試験機社、インストロン社、島津製作所社、国際計測器社、前川試験機製作所社又はエー・アンド・ディ社の万能試験機又は疲労試験機が挙げられる。（ｂ）工程において、取付具及び／又は内装材に応力を、内装材表面に掛ける空気圧変動に拠って掛けると、試験期間を短くすることが困難であることから好ましくない。内装材表面に掛ける空気圧変動に拠る場合は、応力を掛けるサイクルが１０秒／サイクル（試験周波数０．１Ｈｚ）程度必要となるが、内装材表面に掛ける空気圧変動に拠らない場合は、０．０１秒程度にすることも可能である。
【００１６】
また、（ｂ）工程において、取付具及び内装材に応力を繰り返し掛けるには、取付具及び内装材について別々に行ってもよく、同時に行っても良い。取付具と内装材を別々に繰り返し応力を掛ける方が、試験が単純になることから好ましい。
【実施例】
【００１７】
［実施例１］
以下に、取付具及び内装材を別々に、疲労試験機を用いて応力を繰り返し掛けた本発明の剥落防止性能確認方法の一例を、以下に示す。
寸法６０×６００×６００ｍｍのコンクリート板（模擬トンネル：模擬トンネル下地）１に、図１のステンレス製メッシュ（線径１．６ｍｍ、ピッチ５０ｍｍ）２を４本のステンレス製アンカーピン（直径４ｍｍ）３を用いて取り付けた。尚、アンカーピン３の各中心の距離が横方向では４２６ｍｍ、縦方向では３００ｍｍであるように取り付けられている。これらのアンカーピン３には、該アンカーピンの伸縮を測定できる歪ゲージ４を設置した。
【００１８】
次に、ステンレス製メッシュ２が埋設されるように耐火被覆材（セメント、発泡バーミュキライト、混和材料及び水を混練した軽量モルタル）を吹付けた。この後、表面を鏝で均し、コンクリート板１の表面に３０×５００×４００ｍｍの耐火被覆材からなる層（厚みが３０ｍｍの内装材）５を形成した。尚、この時、コンクリート１表面と耐火被覆材層（内装材）５との縁が切れる、即ち、コンクリート１表面に耐火被覆材が直接付着しないようにする為、コンクリート板１と耐火被覆材層（内装材）５との界面（コンクリート板１表面）にビニールシート（図示せず）を設置した。
【００１９】
この後、耐火被覆材層５の表面に歪ゲージ６を設置した。又、耐火被覆材層５とコンクリート板１との境界（周囲）付近にシーリング材７を塗り付け、耐火被覆材層５とコンクリート板１との界面を外気から遮断した。
【００２０】
この後、耐火被覆材層（内装材）５を覆うように６０×５８０×５１０ｍｍのアクリルケース８を被せた。そして、アクリルケース８の縁（周囲）に沿ってシーリング材９を付け、コンクリート板１にアクリルケース８を接着・密閉した。このアクリルケース８の連通口８ａに、開閉コントローラ付バルブ１０、真空計（圧力計）１１、及びレギュレータ１２を介して真空ポンプ１３を接続した。
【００２１】
そして、真空ポンプ１３を作動・吸引させ、耐火被覆材層（内装材）５表面に負圧を掛けた。所定時間後に開閉コントローラ付バルブ１０を外部に開放してアクリルケース８内を大気圧に戻した。この吸引・開放を繰り返した。真空ポンプ１３による吸引時（負荷時）と外気に開放時との間の１サイクルを４５秒として、負荷時の耐火被覆材（内装材）５の歪及びアンカーピン３（取付具）の歪を測定し、耐火被覆材（内装材）の歪（最大歪）と変動圧（空気圧）との関係を求め図４に示すとともに、アンカーピン（取付具）の歪と変動圧（空気圧）との関係を求め図５に示した。図４及び図５の圧力は、何れも変動圧（空気圧）の絶対値を示してある。
【００２２】
既往の論文によると鉄道トンネルにおける列車通過時の変動圧（空気圧）は、約１．８ｋＰａである。この１．８ｋＰａのときの耐火被覆材（内装材）５及びアンカーピン３（取付具）の歪を図４及び図５に記載の関係式から求めると、それぞれ耐火被覆材（内装材）は５μ（曲げ歪）、アンカーピン（取付具）は２３μ（引張歪）である。安全率（α）を２とすると、安全率を掛けた耐火被覆材（内装材）及びアンカーピン（取付具）の歪は、それぞれ１０μ（曲げ歪）及び４６μ（引張歪）である。
【００２３】
耐火被覆材（内装材）及びアンカーピン（取付具）の静弾性係数は、それぞれ２２００Ｎ／ｍｍ２（曲げ）及び１９３×１０３Ｎ／ｍｍ２（引張）である。耐火被覆材（内装材）（大きさ：４０×４０×１６０ｍｍ）及びアンカーピン（取付具）の安全率を掛けた歪のときの応力は、それぞれ０．０２２Ｎ／ｍｍ２（曲げ応力）及び９Ｎ／ｍｍ２（引張応力）である。
【００２４】
直方体（大きさ：４０×４０×１６０ｍｍ）の耐火被覆材（内装材）からなる供試体を疲労試験機を用いて、曲げ応力が０．０２２Ｎ／ｍｍ２となるように制御して、２００万回曲げ荷重を試験周波数５Ｈｚで掛けた。試験後の供試体に異常は見られなかった。
【００２５】
１辺が１００ｍｍのコンクリート製立方体に、アンカーピン３を取り付けたものを供試体とした。該供試体を疲労試験機を用いて、引張応力が９Ｎ／ｍｍ２となるように制御して、２００万回引張荷重を試験周波数５Ｈｚで掛けた。試験後の供試体に異常は見られなかった。
【００２６】
従って、上記模擬トンネルと同じ耐火被覆材（内装材）及びアンカーピン（取付具）を同様に設置した場合、長期間に亘り（トンネルの供用期間中）、内装材表面に繰り返し掛かる変動圧により、取付具及び内装材が疲労破壊されないこと、並びに、トンネル内壁から取付具が引き剥がされないことを確認することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明の剥落防止性能確認方法は、道路トンネル及び鉄道トンネルに使用することができる。
【符号の説明】
【００２８】
１      コンクリート板（模擬トンネル：模擬トンネル下地）
２      ステンレス製メッシュ
３      アンカーピン（取付具）
４      歪ゲージ
５      耐火被覆材層（内装材）
６      歪ゲージ
７      シーリング材
８      アクリルケース
９      シーリング材
１０    バルブ
１１    真空計
１２    レギュレータ
１３    真空ポンプ
【図１】
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【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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