(57)【要約】【課題】既設トンネルの覆工内面から内面側への張出しを少なくして、かつ、構造が簡潔で、接合部材がトンネル上方から落下するような構成とせず、かつ迅速施工を可能とし、建築限界を確保した保護構造体を提供する。【解決手段】略矩形板状のセグメント１におけるトンネル周方向をなす各辺４，５の複数箇所に、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング１相互を接続するための継手材として、周方向に間隔をおいてシアキー３がトンネル軸方向に張り出すように設けられているトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１をトンネル覆工内面に沿って配置し、トンネル軸方向に隣接するセグメントリング毎にトンネル周方向にずらして千鳥組に組み立て、セグメントリングの下端部は、固定手段で既設トンネルのコンクリートに固定されている。【選択図】  図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル円周方向及びトンネル軸方向に分割された薄肉のセグメントをトンネル覆工内面に沿って設置して、トンネル覆工の内面を保護・補強するトンネル覆工内面保護・補強構造に使用されるトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントにおいて、略矩形板状のセグメントにおけるトンネル周方向をなす各辺の複数箇所に、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング相互を接続するための継手材として、周方向に間隔をおいてシアキーがトンネル軸方向に張り出すように設けられていることを特徴とするトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント。
【請求項２】
トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの組立施工時における前記セグメントの脱落を防止するために、トンネル軸方向に隣接する既設のセグメントリング及びトンネル周方向の既設の薄肉のセグメントに固定するための固定冶具が、セグメントに設けられていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント。
【請求項３】
トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの組立施工時における前記セグメントの脱落を防止するために、トンネル軸方向に隣接する既設のセグメントリング及びトンネル周方向の既設の薄肉のセグメントに固定するための固定冶具が、トンネル軸方向に対して斜めにトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに設置されていることを特徴とする請求項２に記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント。
【請求項４】
既設のトンネル覆工とトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントとの間にトンネル半径方向に作用し、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに周方向の軸力を付与する突っ張り部材を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント。
【請求項５】
トンネル半径方向に作用し、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに周方向の軸力を付与する突っ張り部材を螺合させるために、トンネル内空側からセグメントの裏面に貫通する雌ねじ孔がセグメントに設けられていることを特徴とする請求項４に記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント。
【請求項６】
トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に張り出すようにセグメントのトンネル軸方向両側に設けられているシアキーは、セグメントにトンネル周方向の引っ張り力が作用した場合に、トンネル軸方向に隣接するセグメントのシアキーをトンネル周方向に押圧可能な位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント。
【請求項７】
トンネル周方向のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント相互を接続するための継手材として、セグメントのトンネル軸方向をなす各辺の近傍にシアキーがトンネル周方向に張り出するように設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント。
【請求項８】
トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に張り出すようにセグメントに設けられているシアキーは、セグメントにおけるトンネル周方向をなす各辺のトンネル周方向の中央部側と端部側とに設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント。
【請求項９】
トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの組立施工時におけるセグメント脱落防止用の固定治具、および既設のトンネル覆工とトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントとの間にトンネル半径方向に作用し、セグメントの周方向の軸力を付与する突っ張り部材、ならびにトンネル軸方向のセグメントリング相互または周方向のセグメント相互を接続するための継手材としてのシアキーが、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの裏面に設けられていることを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント。
【請求項１０】
トンネル円周方向及びトンネル軸方向に分割された薄肉のセグメントをトンネル覆工内面に沿って設置して、トンネル覆工の内面を保護・補強するトンネル覆工内面保護・補強構造において、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のトンネル覆工内面保護用のセグメントを、トンネル軸方向に隣接するセグメントリング毎にトンネル周方向にずらして千鳥組に組み立て、セグメントリングの下端部は、固定手段で既設トンネルのコンクリートに固定されていることを特徴とするトンネル覆工内面保護・補強構造。
【請求項１１】
セグメントの裏面にグラウトを充填してなることを特徴とする請求項１０に記載のトンネル覆工内面保護・補強構造。
【請求項１２】
セグメント裏面に充填するグラウトが袋体に充填されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の記載のトンネル覆工内面保護・補強構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、老朽化した、または健全な鉄道トンネル、道路トンネル等の既設トンネルにおいて、覆工コンクリートの崩落・剥落を未然に防止し、万一コンクリートの崩落があった場合でも、トンネル内に剥落片が落下しないように保護し、更には地山の緩みあるいは塑性圧等の外力による変状に対して補強することを目的としたトンネル覆工内面保護・補強構造およびその構築方法並びにこれらに使用するトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、鉄道トンネルや道路トンネル等の覆工コンクリートの剥落事故が多く見られ、通過中の列車に損傷を与える例もでている。このため、各方面で既設トンネルの調査・診断が精力的に行われ、原因究明が行われている。
【０００３】
現在のところ、覆工コンクリートの剥落原因は、トンネル建設時のコンクリート打設に伴うコールドジョイント、コンクリートの中性化、アルカリ骨材反応等が取りざたされているが、本当の原因は分かっていない。また、剥落原因として、地山の緩みや塑性圧等の外力の変化も考えられている。
【０００４】
一方、トンネル内を通行する列車や車両に対して安全性の確保は極めて重要であり、国をあげてその対策が検討されている。
【０００５】
従来の、老朽化したトンネルの補修・補強対策については「トンネル補修・補強マニュアル」：平成２年１０月（鉄道総合技術研究所）（非特許文献１）や「変状トンネル対策マニュアル」：平成１０年２月（鉄道総合技術研究所）（非特許文献２）がある。
【０００６】
これらのマニュアルでは、トンネルの変状原因に応じて十数種の対策工法が示され、適切なものを選定するようになされている。この対策工法のうち、覆工コンクリートの剥落の対策として適用できるのものは、▲１▼「当て板工法」、▲２▼「鋼板接着工法」、と▲３▼「セントル補強工」がある。
【０００７】
前記▲１▼「当て板工法」は、剥落部の覆工内面に鋼板当て板（帯鋼、型鋼）を張り付け、ロックボルトで覆工コンクリートにアンカーした後、裏込め材を注入するもので、局所的に補修する場合に適用される。
【０００８】
▲２▼「鋼板接着工法」は、比較的新しい工法であって、覆工面に４．５ｍｍ標準厚の鋼板をエポキシ樹脂系接着剤で張付け、覆工コンクリートにアンカーボルトで固定するものである。アンカーボルトは７本／ｍ２程度に配置する。なお、鋼板の端部は隣接鋼板と掛け渡し重ねた継手鋼板を接着材とアンカーボルトで固定する。
【０００９】
▲３▼「セントル補強工」は、トンネル覆工内面の形状と同じ形状に曲げ加工した１００〜１５０ｍｍサイズのＨ型鋼板を覆工内面に沿って適当な間隔で配置し、覆工内面に適宜間隔毎にくさびで固定されるもので、当て板、金網等との併用する場合が多い。
【００１０】
また、前記「鋼板接着工法」に類似する他の従来技術として、特公平３−６８２００「既設トンネルの内張設置方法および内張設置装置」（特許文献１）で開示されている▲４▼「鋼板内張工法」がある。
この工法は、既設トンネル断面に対して僅かに小さい相似形の内張り材（鋼板、強化プラスチック）を分割製作し、前記分割した内張り材をトンネル中心側に引き寄せて縮径したものを特殊な台車に搭載して既設トンネル内に搬入し、所定の位置で内張り材を拡径してトンネル内壁に近付け、設置済みの内張り材に溶接接合し、最後にグラウト材を充填するものである。この内張り工法は、補修後のトンネル内空間を殆ど狭めない特徴を有し、主とし農工水、下水トンネル等の水路トンネル補修工法として多くの実績がある。
【００１１】
【特許文献１】
特公平３−６８２００号公報
【非特許文献１】
「トンネル補修・補強マニュアル」：平成２年１０月（鉄道総合技術研究所）
【非特許文献２】
「変状トンネル対策マニュアル」：平成１０年２月（鉄道総合技術研究所）
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が対象とする鉄道トンネルや道路トンネル等の既設トンネル覆工コンクリート剥落に対する保護工法では、トンネル内の車両通過の安全性を確保するため保護部材等の設置（保護構造の厚み）は建築限界をはみ出すことが許されない。
【００１３】
また、鉄道トンネルでは１日の作業時間が深夜の運行休止時間帯（数時間）に限られ、さらに、給電ケーブルや信号ケーブル等の障害物が多い等の制約条件がある。また、道路トンネルでは、迂回路がない場合、交通規制しながら工事する必要があり、迅速施工が重要な課題となる。
【００１４】
さらに、工事期間および対策工事の完成後において、トンネル内で通行する列車等の風圧、振動に対して、保護構造の緩み等が生じないようにしなければならない。特に、トンネル上部から保護構造の部材等落下があってはならない。
したがって、このような条件下で従来技術を適用しようとすると、以下のような問題がある。
【００１５】
前記従来の、▲１▼「当て板工法」、▲２▼「鋼板接着工法」は、剥落部の覆工内面に鋼製当て板（帯板、型鋼）を張付けロックボルトで覆工コンクリートにアンカーするため、覆工コンクリートにロックボルト用の孔を穿孔する作業が伴い、迅速施工できない。また、劣化した覆工コンクリートではアンカー強度が確保できないため健全なコンクリート面まではつる必要があり、さらに、作業時間が長くなってしまう。
【００１６】
またこの構造では、ロックボルトを使用しているため、ボルトの切断・アンカー抜けがあるとボルトが落下してトンネル内を通過中の列車、車両に損傷を与えることも考えられる。
【００１７】
従来技術の▲３▼「セントル補強工」は、トンネル覆工内面に大型のＨ型鋼セントルを配置するためトンネル内の空間を狭めてしまい、建築限界を確保できない場合は採用できない。
【００１８】
▲４▼「鋼板内張工法」は、覆工面に沿って薄鋼板を溶接接合に依って組立て設置するため、トンネル内部への張出しが少なく建築限界をクリアーできる。また、ボルト等の部材を使用していないため、工事完成後の部材落下等の心配もない。
【００１９】
しかし、▲４▼「鋼板内張工法」では、分割した鋼板を現地にて周方向、長手方向に溶接接合するため、溶接接合時間が長く係り、供用トンネルにおいて１日数時間の作業時間しか得られない工事条件下では適用が難しい課題があった。
【００２０】
本発明は、前記の課題を解消し、既設トンネルの覆工内面からの内面側への張出しを少なくして、建築限界を確保した保護構造体をセグメントの接合により構成したもので、各セグメントの接合は、接合部材がトンネル上方から落下するような構成とせず、かつ迅速施工を可能とした既設トンネル覆工内面の保護構造を提供するものである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を有利に解決するために、第１発明のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントでは、トンネル円周方向及びトンネル軸方向に分割された薄肉のセグメントをトンネル覆工内面に沿って設置して、トンネル覆工の内面を保護・補強するトンネル覆工内面保護・補強構造に使用されるトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントにおいて、略矩形板状のセグメントにおけるトンネル周方向をなす各辺の複数箇所に、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング相互を接続するための継手材として、周方向に間隔をおいてシアキーがトンネル軸方向に張り出すように設けられていることを特徴とする。
【００２２】
また、第２発明では、第１発明のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントにおいて、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの組立施工時における前記セグメントの脱落を防止するために、トンネル軸方向に隣接する既設のセグメントリング及びトンネル周方向の既設の薄肉のセグメントに固定するための固定冶具が、セグメントに設けられていることを特徴とする。
【００２３】
また、第３発明では、第２発明のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントにおいて、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの組立施工時における前記セグメントの脱落を防止するために、トンネル軸方向に隣接する既設のセグメントリング及びトンネル周方向の既設の薄肉のセグメントに固定するための固定冶具が、トンネル軸方向に対して斜めにトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに設置されていることを特徴とする。
【００２４】
また、第４発明では、第１発明〜第３発明のいずれかに記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントにおいて、既設のトンネル覆工とトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントとの間にトンネル半径方向に作用し、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに周方向の軸力を付与する突っ張り部材を設けたことを特徴とする。
【００２５】
また、第５発明では、第４発明のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントにおいて、トンネル半径方向に作用し、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに周方向の軸力を付与する突っ張り部材を螺合させるために、トンネル内空側からセグメントの裏面に貫通する雌ねじ孔がセグメントに設けられていることを特徴とする。
【００２６】
また、第６発明では、第１〜第５発明のいずれか１項に記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントにおいて、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に張り出すようにセグメントのトンネル軸方向両側に設けられているシアキーは、セグメントにトンネル周方向の引っ張り力が作用した場合に、トンネル軸方向に隣接するセグメントのシアキーをトンネル周方向に押圧可能な位置に設けられていることを特徴とする。
【００２７】
また、第７発明では、第１〜第６発明のいずれかに記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントにおいて、トンネル周方向のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント相互を接続するための継手材として、セグメントのトンネル軸方向をなす各辺の近傍にシアキーがトンネル周方向に張り出するように設けられていることを特徴とする。
【００２８】
また、第８発明では、第１〜第７発明のいずれかに記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントにおいて、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に張り出すようにセグメントに設けられているシアキーは、セグメントにおけるトンネル周方向をなす各辺のトンネル周方向の中央部側と端部側とに設けられていることを特徴とする。
【００２９】
また、第９発明では、第１発明〜第８発明のいずれかに記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントにおいて、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの組立施工時におけるセグメント脱落防止用の固定治具、および既設のトンネル覆工とトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントとの間にトンネル半径方向に作用し、セグメントの周方向の軸力を付与する突っ張り部材、ならびにトンネル軸方向のセグメントリング相互または周方向のセグメント相互を接続するための継手材としてのシアキーが、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの裏面に設けられていることを特徴とする。
【００３０】
また、第１０発明のトンネル覆工内面保護・補強構造においては、トンネル円周方向及びトンネル軸方向に分割された薄肉のセグメントをトンネル覆工内面に沿って設置して、トンネル覆工の内面を保護・補強するトンネル覆工内面保護・補強構造において、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のトンネル覆工内面保護用のセグメントを、トンネル軸方向に隣接するセグメントリング毎にトンネル周方向にずらして千鳥組に組み立て、セグメントリングの下端部は、固定手段で既設トンネルのコンクリートに固定されていることを特徴とする。
【００３１】
また、第１１発明では、第１０発明のトンネル覆工内面保護・補強構造において、セグメントの裏面にグラウトを充填してなることを特徴とする。
【００３２】
また、第１２発明では、第１０発明または第１１発明のトンネル覆工内面保護・補強構造において、セグメント裏面に充填するグラウトが袋体に充填されていることを特徴とする。
【００３３】
【作用】
本発明によると、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントには、トンネル軸方向（またはトンネル周方向）に張り出すシアキーが設けられているので、▲１▼シアキーを、セグメント組み立て時のセグメント本体のガイドとして利用でき、セグメント本体を所定の位置に設置できる。
また、▲２▼シアキーにより、既設コンクリート壁面の部分的崩落によりセグメントに外力が作用しても、曲げモーメントおよびせん断力を隣接セグメントリングに伝達させて、周囲のセグメントに分散させて局部的な応力集中を緩和させることができる。特に、セグメントを千鳥状に配置する千鳥組みの効果により、曲げモーメント及びせん断力を複数の隣接リングに伝達することができる。
【００３４】
さらに、▲３▼周方向に張り出すように設けられたセグメント継手材としてのシアキーは、同一リングの周方向に隣接するセグメントに直接せん断力を伝達することができるため、トンネル軸方向に張り出すセグメントリング継手材としてのシアキーだけをセグメントに設ける場合に比べて、セグメントの変形が小さくなる。
【００３５】
さらにまた、▲４▼トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントには、トンネル軸方向の既設セグメントに固定するための治具およびトンネル周方向の既設セグメントに固定するための治具を設けてあるので、組み込もうとする新設セグメントをトンネル軸方向の既設セグメントおよびトンネル周方向の既設セグメントに固定して、これらの既設セグメントに支持させることができる。
【００３６】
ボルト挿通孔用治具がトンネル軸方向に斜めに配置されていることで、ボルト挿通用治具に挿通されるボルトを既設側のセグメントの治具に締め込み作業が容易でありかつ、トンネル軸方向およびトンネル周方向の既設側に圧着させることができる。
【００３７】
既設のトンネル覆工とトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントとの間にトンネル半径方向に作用し、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに周方向の軸力を付与する突っ張り部材を設けると、既設のトンネル覆工面に突っ張り部材を圧着させて、セグメントリングを縮径させるように作用させて、セグメントにトンネル周方向の軸力を付与することにより、薄肉で且つ安定した構造とすることが出来る。
【００３８】
トンネル半径方向に作用し、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに周方向の軸力を付与する突っ張り部材を螺合させるために、トンネル内空側からセグメントの裏面に貫通する雌ねじ孔がセグメントに設けられていると、簡単な構造で突っ張り部材をトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに取り付けることができる。
【００３９】
また、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に張り出すようにセグメントのトンネル軸方向の両側に設けられているシアキーは、セグメントにトンネル周方向の引っ張り力が作用した場合に、トンネル軸方向に隣接するセグメントのシアキーをトンネル周方向に押圧可能なように設けられ、セグメントのトンネル軸方向両側の各シアキー３はトンネル周方向に変位して設けられている。そしてトンネル軸方向に隣り合うセグメント相互のシアキーがトンネル周方向に押圧して接触できるように設けられていると、セグメントにトンネル周方向の引っ張り力が作用した場合に、トンネル軸方向に隣接するセグメントにおけるトンネル軸方向に張り出すシアキーを押圧するようにして、トンネル周方向の引っ張り力をトンネル軸方向に隣接するセグメントに伝達することができ、セグメントを引っ張り鉄筋としても作用させることができる。
【００４０】
また、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に張り出すようにセグメントに設けられているシアキーは、セグメントにおけるトンネル周方向をなす各辺のトンネル周方向の中央部側と端部側とに設けられていると、セグメントに設けるトンネル軸方向に延長するシアキーを少ない配置で、効率よくセグメントに設けることができ、少ないシアキーでセグメントに作用するせん断力を、トンネル軸方向に隣接するセグメントに伝達して、せん断力に対してセグメントを安定させることができる。
【００４１】
トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの組立施工時におけるセグメント脱落防止用の固定治具、および既設のトンネル覆工とトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントとの間にトンネル半径方向に作用し、セグメントの周方向の軸力を付与する突っ張り部材が、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの裏面に設けられていると、新設のセグメントを既設のセグメントに固定しながら架設することができ、また突っ張り部材を既設のトンネル覆工面に圧着させて相対的に、セグメントにより構成されるセグメントリングをトンネル内空側に縮径させるように作用させて、各セグメントに周方向の軸力を付与してセグメントリングを安定させることができ、また固定治具および突っ張り部材が、セグメントの裏面に設けられていると、トンネル内面側のセグメント表面側に設ける場合に比べて、トンネル内面側に大きく突出する部材がなく、建築限界を充分確保でき、美観もよくなる。
【００４２】
トンネル円周方向及びトンネル軸方向に分割された薄肉のセグメントをトンネル覆工内面に沿って設置して、トンネル覆工の内面を保護・補強するトンネル覆工内面保護・補強構造において、第１発明〜第９発明のいずれかのトンネル覆工内面保護用のセグメントを、トンネル軸方向に隣接するセグメントリング毎にトンネル周方向にずらして千鳥組に組み立て、セグメントリングの下端部は、固定手段で既設トンネルのコンクリートに固定されていると、トンネル軸方向に張り出すように突出するシアキーにより、トンネル軸方向に隣接するセグメントに、せん断力および曲げモーメントを伝達させることができ、またトンネル周方向に張り出すように突出するシアキーにより、トンネル周方向に隣接するセグメントにせん断力を伝達することができるトンネル覆工内面保護・補強構造とすることができるため、既設トンネル内壁面からコンクリートが剥離してセグメントに外力が作用しても、周囲のセグメントにせん断力または曲げモーメントを伝達して構造全体に分散させて支持させることができる安定した保護・補強構造とすることができる。
【００４３】
セグメントの裏面にグラウトを充填してあると、セグメントリングと既設覆工内面を密着させて、セグメントの既設覆工面側への変形を拘束し、セグメントリングを安定させることができ、また、トンネル軸方向に張り出すシアキーを介してまたはそのシアキーおよびグラウト並びにセグメントを介して、トンネル周方向の軸力を伝達させることができ、セグメントをそのシアキーを介してトンネル周方向の鉄筋材として作用させることができる。
【００４４】
セグメントの裏面に充填するグラウトが袋体に充填されていると、グラウトを確実に既設覆工内面と、セグメントの裏面に充填することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施形態を図によって詳細に説明する。
【００４６】
図１〜図２は、本発明のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１を示すものであって、このセグメント１は、トンネル円周方向及びトンネル軸方向に分割された薄肉のセグメントをトンネル内面にそって設置して、トンネル覆工の内面を保護・補強するトンネル覆工内面保護・補強構造に使用されるものであって、トンネル周方向に断面円弧状で、かつ平面略矩形形状をした薄肉面板状のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２のトンネル円周方向をなす既設側の円弧状辺４および新設側の円弧状辺５各辺の近傍に、周方向に間隔をおいた複数箇所に、トンネル軸方向に張り出すシアキー３が設けられている。
【００４７】
すなわち、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２におけるトンネル軸方向の両端側の各辺４，５の近傍に、シアキー３が設けられている。この実施形態では、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２の裏面に短尺の鋼製板体６が立設配置されていると共に、トンネル軸方向に突出するように片持ち式に張り出し配置され、鋼製板体６の基端部が溶接によりトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２に溶接により固定されて、シアキー３が構成されている。
【００４８】
前記トンネル周方向をなす各辺４，５側に配置される各シアキー３は、トンネル周方向に位置をずらして設けられており、後記するトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング７によるアーチの中間部では、同じトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１を使用することができ、また、トンネル軸方向に隣り合うトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング７の既設側セグメントリング７ａと、新設側のセグメントリング７ｂ間で、トンネル覆工内面保護・補強用の各セグメント１が相互にシアキー３によって、各セグメント本体２の裏面に係合している。
【００４９】
前記シアキー３は、複数のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１が、既設のトンネル内面に沿ってトンネル周方向に直列に設置されてアーチを構成するトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング７（７ａ，７ｂ）相互間において、トンネル内壁コンクリートの崩落時、▲１▼せん断力を伝達するため、および▲２▼曲げモーメントを伝達し、トンネル軸方向の複数のトンネル覆工内面保護・補強用セグメントリング７（７ａ，７ｂ）に伝達し、全体に伝達分散するために設けられ、また、▲３▼（Ａ）トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング７の裏面側にグラウトが既設トンネル内面覆工に密着する等して設けられた状態、または（Ｂ）セグメントにトンネル周方向のシアキー３によりトンネル軸方向に隣接するセグメントにおけるシアキーをトンネル周方向に押圧可能な配置状態では、一方のセグメント本体２からシアキー３→グラウト→他方のセグメントのシアキー３から他方のセグメント本体２への伝達経路（Ａの場合）または一方のセグメント本体２からシアキー３→他方のセグメントのシアキー３から他方のセグメント本体２への伝達経路（Ｂの場合）によりトンネル周方向の軸力も伝達可能とされ、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング７（７ａ，７ｂ）におけるシアキー３およびセグメントに、トンネル内面側を補強する鉄筋の作用をさせることができる。
【００５０】
この実施形態では、トンネル軸方向に張り出すように突出する雄型のシアキー３としているために、トンネル軸方向の既設側（前部側）のシアキー３（３ａ）の周方向の位置と、新設側（後部側）の周方向のシアキー３（３ｂ）の位置とは、トンネル周方向（トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２の円弧状周面方向）に位置がずらされて設けられている。
【００５１】
このように周方向の位置をずらす理由は、トンネル軸方向に千鳥状配置とする点およびトンネル周方向の中間部は同じトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１を使用する点を考慮され、シアキー３およびその溶接部分の干渉を避けるように配置されている。
【００５２】
トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に張り出すようにセグメントにシアキー３を設ける場合、セグメント１におけるトンネル周方向をなす各辺のトンネル周方向の中央部側と端部側とに設けると、シアキー３を少ない配置数で（配置効率が良く）、壁面崩落時にセグメント１に作用するせん断力および曲げモーメントあるいは軸力等を効率よく、トンネル軸方向に隣接するセグメント１に伝達させることができる。例えば、図１に示すように、セグメント１におけるトンネル周方向端部側に各シアキー３を各一つ（計４つ）、中央部寄りのトンネル周方向中間部に２箇所（計４つ）設けるとよい。
【００５３】
また、図１７の説明図に示すように、トンネル軸方向に隣接するセグメント１相互のシアキー３が直接押圧するように接触していると、セグメントリング７ａに点線矢印Ａで示すトンネル周方向の引っ張り力が作用した場合に、点線で示すある一つのセグメント１ａに注目すると、セグメント１ａ単体のトンネル周方向中央より左側のシアキー３（トンネル軸方向両側のシアキー３ａ，３ｂ）は、トンネル軸方向に隣接するセグメント１（１ｂ）単体のトンネル周方向中央より右側のシアキー３（３ａ，３ｂ）をトンネル周方向に押圧可能に配置されて、トンネル軸方向に隣接するセグメント１をトンネル周方向に引っ張るようにされ、また、セグメント１ａ単体のトンネル周方向中央より右側のシアキー３（トンネル軸方向両側のシアキー３ａ，３ｂ）は、トンネル軸方向に隣接するセグメント１（１ｂ）単体のトンネル周方向中央より左側のシアキー３（３ａ，３ｂ）により、トンネル周方向に押圧される位置に配置されて、トンネル軸方向に隣接するセグメント３によりトンネル周方向に引っ張るようにされている。
このように、隣接するセグメント１を引っ張るように作用するシアキー３をセグメント１に設けていると、セグメント１を引っ張り鉄筋代わりに使うことができ、シアキー３をトンネル周方向のせん断力または押圧力を伝達させるシアキー（せん断力伝達部材または押圧力伝達部材）として機能させることができる。
【００５４】
セグメント１を引っ張り鉄筋代わりに使うために、さらに具体的に図１７を参照して説明すると、トンネル軸方向の既設側（前部側）のシアキー３（３ａ）の周方向の位置と、新設側（後部側）の周方向のシアキー３（３ｂ）の位置とを、例えば、図１７に示すように、トンネル軸方向に隣接するセグメントにおけるシアキー３を押圧可能なように配置されていると、図１７の中央部に点線で示すセグメントリング７ａに点線矢印Ａで示す引っ張り力が作用した場合に、実線矢印Ｂで示すように、トンネル軸方向に隣接するセグメント本体２のシアキー３に接触してこれを押圧するように作用してセグメント本体２を引っ張るように伝達し、千鳥状配置のセグメント本体２に交互に引っ張り力を伝達させることができる。
【００５５】
図１７において、トンネル軸方向に隣接するセグメントリング７、７ａ、７ｂにおける各セグメント１のシアキー３（３ａ，３ｂ）の配置は、トンネル軸方向に隣接する一方のセグメントリング７ａにおけるセグメント１（１ａ）のトンネル周方向中央より右側に位置するシアキー３に対して、トンネル軸方向に隣接する他方のセグメントリング７（７ｂ）におけるセグメント１（１ｂ）のトンネル周方向中央より左側に位置するシアキー３を左側に配置して、トンネル軸方向に隣接する各セグメント１のシアキー３ａ，３ｂにおけるセグメント中央側の面同士が面接触するように配置し、また、トンネル軸方向に隣接する一方のセグメントリング７ａにおけるセグメント１のトンネル周方向中央より左側に位置するシアキー３ａ、３ｂに対して、トンネル軸方向に隣接する他方のセグメントリング７，７ｂにおけるセグメント１（１ｂ）の周方向中央より右側に位置するシアキー３ａ、３ｂを右側に配置して、トンネル軸方向に隣接する各セグメント１（１ｂ）のシアキー３ａ、３ｂにおけるセグメント中央側の面同士が面接触するように配置すればよい。
同じセグメント１を使用して前記のようにするために、トンネル周方向中間部に位置するセグメント単体は、これを千鳥状に配置した場合に、セグメント単体のトンネル周方向中央より右側に位置するシアキー３に対して、トンネル周方向中央より左側に位置するシアキー３を左側に位置するように予めセグメント本体２に配置している。
また、例えば、換言すると、セグメント単体のトンネル周方向中央より右側（一端側）に位置するシアキー３の右端部（一端部）からの距離（寸法）に対して、トンネル周方向中央より左側（他端側）に位置するシアキー３は、セグメント単体におけるトンネル周方向の中央部のトンネル軸方向中心線からの距離（寸法）が、ほぼシアキー３の板厚寸法程度中央部よりに、トンネル周方向に偏心した位置とされている。
【００５６】
図１に示す実施形態では、トンネル軸方向に突出させる雄型のみのシアキー３としているが、雄型のシアキー３とこれを受ける孔を有する雌型との組み合わせとしてもよい。また、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１のトンネル内面側またはトンネル半径方向の板厚内におけるトンネル軸方向の端部からトンネル軸方向に突出するシアキー３としてもよく、または雄型のシアキー３とこれを受けるトンネル軸方向の凹部の雌型との組み合わせとしてもよい。これらの場合に、トンネル内面側に露出しないようにすると、美観上好ましい。なお、トンネル軸方向に張り出すシアキー３は、構造上はなるべくセグメント円周方向となる辺（リング間継手側の面）の中央部と端部に近づけて設置するほうが外力に対して、セグメントの変形が小さくなるので好ましい。
【００５７】
また、前記トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２におけるトンネル軸方向（前後方向）両端部のトンネル周方向をなす既設側（前部側）の円弧状辺４および新設側（後部側）の円弧状辺５の近傍には、トンネル周方向に間隔をおいて複数の突っ張り部材８が設けられている。
【００５８】
この突っ張り部材８は、この実施形態では、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２に、トンネル半径方向に貫通する雌ねじ孔９を設けると共に、この雌ねじ孔９に螺合された突っ張り螺杆１０とにより構成されている。この突っ張り部材８は、その先端部をトンネル半径方向にトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２の裏面側に突出させ、既設トンネル覆工内壁面４１に押し付けることにより、周方向に直列に連続されたトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１によるセグメントリング７をトンネル半径方向に縮径させるように作用することにより、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング７にトンネル周方向に軸力を導入させて、セグメントリングによるアーチの形状が変形するのを拘束し、アーチを安定させるものである。なお、前記突っ張り螺杆１０のトンネル内空側の基端部には、回動工具係合用凹部１３が設けられている。
【００５９】
突っ張り部材８としては、後記する図１３及び図１４に第２実施形態として示すように、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２に、その本体２の裏面に貫通する半径方向の透孔１１を設け、その透孔１１に同心状に、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２の裏面側に、貫通する雌ねじ部材１２を溶接により固定するか、一体に設け、その雌ねじ部材１２に突っ張り螺杆１０を螺合するようにしても、同様に作用させることができる。
【００６０】
また、前記トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２の裏面におけるトンネル軸方向（前後方向）両端部のトンネル周方向をなす前部側（既設側）の円弧状辺４および後部側（新設側）の円弧状辺５の近傍には、トンネル軸方向に隣り合うセグメント１相互（すなわち、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング７相互）を固定するためのリング間固定治具１４用の治具１６，１７と、同じセグメントリング７におけるトンネル周方向に隣り合うセグメント１相互を連結固定するための周方向のセグメント固定治具１５用の治具１９，２０が設けられている。
【００６１】
前記のリング間固定治具１４は、この実施形態では、トンネル軸方向に隣り合うセグメント１相互に設けられた各治具１６，１７およびこれらの治具１６，１７に挿通または螺合されるボルト１８により構成されて、トンネル軸方向に隣合うセグメントリング１相互を連結固定する。
【００６２】
また、同じセグメントリング７におけるトンネル周方向に隣り合うセグメント相互を連結固定するための周方向のセグメント間固定治具１５は、この実施形態では、周方向に隣り合うセグメント１相互に設けられた各治具１９，２０およびこれらの治具１９，２０に挿通または螺合されるボルト２１により構成されている。
【００６３】
さらに具体的に、図１〜図３を参照して、前記のリング間固定治具１４を構成する各治具１６，１７および周方向のセグメント間固定治具１５を構成する各治具１９，２０について説明すると、この実施形態では、セグメント本体２の裏面内に位置するように配置され、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２における既設側（前部側）の周方向をなす辺４の周方向後端側（図１ａの左上部）に、トンネル軸方向に対して（およびトンネル周方向の中心軸線に対して）斜めに傾斜して立設配置されたボルト挿通孔２２を有する鋼板製ブラケット２３が溶接により固定されて、リング間固定治具１４における一方の治具１６が構成されている。
【００６４】
さらに図１ａの左上部の鋼板製ブラケット２３（１６）の平面配置状態について説明すると、前記鋼板製ブラケット２３（１６）の傾斜方向は、鋼板製ブラケット２３（１６）の一端部がトンネル周方向の既設側辺２４に変位するように配置され、かつトンネル軸方向新設側辺５に変位するように配置され、かつ他端部が、トンネル軸方向既設側辺４にまたトンネル周方向新設側辺２５側に変位するように傾斜配置し、すなわち、鋼板製ブラケット２３（１６）のトンネル軸方向の一端側は、トンネル軸方向既設側でトンネル周方向新設側に変位するように配置していると共に、他端側はトンネル軸方向新設側でトンネル周方向既設側に変位するように、トンネル軸方向に対して傾斜配置することにより、この傾斜方向に対して直角に前記ボルト挿通孔２２が設けられている。前記のように傾斜させるのは、ボルト等固定金具により結合した時に、トンネル軸方向既設側およびトンネル周方向既設側のセグメントリング７に、新設のセグメント１を密着させるため、およびこの密着作用によって、止水材の止水作用を向上させることができるためである。したがって、後記の全ての治具の傾斜方向は、同様に、トンネル軸方向の一端側は、トンネル軸方向既設側でトンネル周方向新設側に変位するように配置していると共に、他端側はトンネル軸方向新設側でトンネル周方向既設側に変位するように、トンネル軸方向に対して傾斜配置させている。
【００６５】
また、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２における裏面において、新設側の周方向をなす辺５の近傍には、周方向中央よりで既設側に偏心した位置には、トンネル軸方向（およびトンネル周方向の中心軸線）に対して傾斜した状態で立設配置されたボルト挿通用透孔２６を有するブラケット２７が溶接により固定され、そのブラケット２７にその透孔２６に同心状に配置されて溶接により固定されたナット２８からなる他方の雌型の治具１７が設けられている。
【００６６】
そして、図４〜図６によりさらにセグメントリング７（７ａ，７ｂ）間の固定治具１４について説明すると、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング７（７ａ，７ｂ）相互間では、同じセグメント１が周方向（図４〜６の左右方向）に半ピッチずらされた状態で位置されるため、トンネル軸方向（図４〜６の上下方向）に隣り合うセグメント１における新設側のセグメント１（１ｂ）における既設側辺４近傍に位置する治具１６（２３）と、既設セグメント１（１ａ）における新設側辺５近傍に位置する治具１７（２７，２８）とに渡ってボルト１８を挿通し螺合することで、セグメントリング７（７ａ，７ｂ）相互は連結固定されている。前記の既設側のセグメント１（１ａ）の治具１７と、新設側のセグメント１（１ｂ）の治具１６およびボルト１８により、この実施形態では、リング間固定治具１４が構成されている。なお、治具１６，１７は、セグメント１間で配置を入れ替えても同様である。
【００６７】
また、セグメント本体２における周方向既設側端部に、前記鋼製ブラケット２３と対角位置に、前記と同様にトンネル軸方向に対して傾斜して立設配置されたボルト挿通用透孔２９を有する鋼板製ブラケット３０が設けられて、周方向のセグメント１相互を連結固定するためのセグメント間固定治具１５における一方の治具１９が構成され、かつ周方向後端部におけるトンネル軸方向の新設側辺２５の近傍には、周方向をなす新設側辺５から若干離れた位置に、トンネル軸方向（および周方向の中心軸線）に対して傾斜した状態で立設配置されたボルト挿通用透孔３１を有する鋼板製ブラケット３２とそのブラケット３２の透孔３１に同心状に配置されて溶接により固定されたナット３３からなる後部（新設側）の雌型治具２０が設けられて、周方向のセグメント１（１ａ，１ｂ）相互を連結固定するセグメント固定治具１５における他方の治具２０を構成している。
【００６８】
前記の既設側のセグメント１（１ａ）における治具２０と、新設側のセグメント１（１ｂ）における治具１９およびこれらを連結するボルト２１により、周方向に隣り合うセグメント相互を連結固定するセグメント間固定治具１５が構成されている。
【００６９】
したがって、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２における裏面で、新設側の周方向をなす辺５の近傍の周方向両端部に、それぞれ一方および他方の周方向のセグメント相互を連結固定するための治具１９，２０が設けられ、周方向中央部よりも周方向既設側に偏心した位置に、セグメントリング間固定治具１４を構成する他方の治具１７を備え、既設側の周方向をなす辺４の近傍の周方向新設側（後端部）にリング間固定治具１４を構成する一方の治具１６を備えている。なお前記治具１６，１７，１９，２０は、一つずつ設けられているが、これらの近傍に接近させて、複数設けるようにしてもよい。
【００７０】
図４〜図６に示すように、前記のリング間固定治具１４および周方向のセグメント間固定治具１５により、新設のセグメント１（１ｂ）は、トンネル軸方向に隣接するセグメントリング７（７ａ）に連結固定され、またトンネル周方向に隣接するセグメント１（１ａ）に連結固定されて、既設側のセグメント１ａに保持される。そして、新設のセグメント１におけるトンネル軸方向に張り出すシアキー３をガイドとして利用してこれを、既設のセグメント１（１ａ）のセグメント本体２の裏面に載置し、また既設のセグメント１（１ａ）におけるシアキー３をガイドとして、新設のセグメント本体２のトンネル半径方向における位置決めされる。
【００７１】
前記の薄肉面板状のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１を構成する材料としては、トンネル内空側の建築限界を超えないようにするために、例えば、板厚３０ｍｍ以内の厚鋼板，ＦＲＰ板状材，鋳鋼製面板状材等としてもよい。
【００７２】
前記のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１は本発明において使用されるセグメントの基本形態を示したものであり、トンネル周方向の中間部又は端部に使用されるトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１も同様である。千鳥状に配置される時に、トンネル周方向の下端部に使用されるトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１は、例えば、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、図１の矢印Ｇ−Ｇ線で切断されたような周方向の長さの短いトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１が右下端部のセグメント（矢印Ｇ−Ｇ線の反対側の比較的長い側が左下端部のセグメント）として、あるいは、図１６（ｃ）、（ｄ）に示すように、図１の矢印Ｈ−Ｈ線で切断された周方向の長さの短いトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１が左下端部のセグメント１（矢印Ｈ−Ｈ線の反対側の比較的長い側が右下端部のセグメント１）として使用される。
【００７３】
なお、図示を省略するが、図１（ａ）に示す矩形状のセグメント本体２の周側面部（図１ｂの本体２の前後面および左右側面）には、適宜、止水用シール材が固着されて、トンネル軸方向あるいは、トンネル周方向に隣り合うセグメント相互が密着されて、セグメント相互の止水連結が図られる。
【００７４】
次に、前記実施形態のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１あるいは、端部側の周方向の長さの短い（または比較的長い）セグメント１を使用して、構成されるトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング７の構造について、図４〜図１１を参照しながら説明する。
【００７５】
この実施形態では、トンネル軸方向に順次組み立てられるセグメントリング７（７ａ，７ｂ）を構成するセグメント１は、トンネル周方向長さは異なるが、シアキー３およびトンネル軸方向またはトンネル周方向の治具を備えた形態のセグメント１が使用されている。
【００７６】
なお、トンネル軸方向に順次構築されるセグメントリング７（７ａ，７ｂ）の両端側（図１１の左右端）の下端部（図１１の右端および左端側）に位置する各セグメント１を支持するための端部部材としての固定金具３５が、コンクリート床版３４上に設置されている。
【００７７】
この固定金具３５としては、例えば図１０ｂに示すように、一対の腕辺３６，３７により形成されたトンネル軸方向に延長する上向き開口の受け溝３８を有する固定金具３５で、その金具３５の受け溝３８に、端部のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１が既設覆工４０の内壁面４１に間隔おいて配置され、その下端部を前記受け溝付固定金具３５に必要に応じスペーサ等を介在させて嵌合させ、適宜受け溝付金具３５におけるトンネル内空側の一方の腕辺３６に螺合した押し付けボルト３９を調整して、下端部のセグメント１の下部が固定されている。なお、下端部のセグメント１におけるトンネル軸方向に張り出すシアキー３は、セグメント１の裏面（トンネル覆工内壁面４１に対向するセグメントの面）に当接して係合されている。
【００７８】
なおまた、円弧状内壁面４１に固定金具３５を設ける場合には、支持鋼材を内壁面４１にアンカーボルト等により固定し、その支持鋼材に対して、固定金具３５をボルト接合によりトンネル周方向に位置調整自在に設けてもよい。
【００７９】
そして、周方向に隣り合うセグメント１相互はセグメント間固定治具１５により固定されいている。ここで、図４〜図６および図１１を参照して説明すると、セグメントリング７を構築すべく新設のセグメント１の周方向の一端側（既設側）は、端部部材としての固定金具３５に配置固定されるか、または周方向のすでに組み込まれたセグメント１の新設側に配置されている。
【００８０】
そして図６に示すように、周方向に直列に隣合う一方（新設）のセグメント１における既設側に位置するボルト挿通孔２９を有する鋼製ブラケット３０からなる治具１９と、周方向他方（既設）のセグメント１における新設側に位置するナット３３を有する雌型治具２０とに渡ってボルト２１を挿通螺合され、周方向に隣合う、新設および既設のセグメント１相互の治具１９，２０を連結固定され、周方向に隣り合うセグメント１相互の連結固定が図られている。
【００８１】
また、前記各トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２に設けられている突っ張り螺杆１０等からなる突っ張り部材８を既設トンネル内面４１に突っ張るように半径方向外側に突出させて、仮設のセグメントリング７の形状を調整し、仮設のセグメントリング７を構築されている。この突っ張り部材８により、仮設のセグメントリング７はトンネル内空側に縮径するように作用されて、セグメント１相互の周方向の端面相互が面接触状態で密着されて、セグメントリング７の周方向に軸力が付与され、セグメントリング７が安定する。
【００８２】
さらに、新設側の固定治具１７（リング間固定治具１４の一方）に、新設の第１セグメントリング７ａを構成する個々のセグメント１の既設側の固定治具１６（リング間固定治具１４の他方）とがボルト１８により連結されている。
【００８３】
このようにトンネル覆工内面保護用のセグメント１をトンネル軸方向に隣接するセグメントリング７毎に千鳥組に組み立て、下端部は固定手段で既設トンネルのコンクリートに固定されているトンネル覆工内面保護構造は、トンネル軸方向に張り出すように突出するシアキー３により、図７に示すように、トンネル軸方向に隣接するセグメント１の裏面に係合して、せん断力および曲げモーメント伝達させることができ、あるいはトンネル周方向のシアキー相互の接触によりトンネル周方向の軸力を伝達させることができ、またトンネル周方向に張り出すように突出するシアキー３により、トンネル周方向に隣接するセグメント裏面に係合してせん断力を伝達することができるトンネル覆工内面保護・補強構造とすることができるため、既設トンネル内壁面からコンクリートが剥離してセグメントに外力が作用しても、周囲のセグメントにせん断力または曲げモーメントあるいはトンネル周方向の軸力を伝達して構造全体に分散させて支持できることができる安定した保護・補強構造とすることができる。なお、シアキー３をセグメント１の下面に設ける場合には、隣接するセグメント１に支持させるようにしてせん断力または曲げモーメントをあるいはトンネル周方向の軸力を伝達される。
【００８４】
また、トンネル軸方向に適宜のセグメントリング７が構築された時点で、予めセグメント本体２にグラウト注入孔を設けられたセグメント１から、セグメントリング７の裏面にグラウト４２を充填すると、セグメントリング７と既設覆工内面４１を密着させて、セグメント１の既設覆工面４１側への変形を拘束し、セグメントリング７を安定させることができ、また、トンネル軸方向に張り出すシアキー３およびグラウト４２並びにセグメント１を介して、トンネル周方向の軸力を伝達させることができ、セグメントリング７をトンネル周方向の鉄筋材として作用させることができる。
【００８５】
なお、図示を省略するが、セグメント１の裏面に、予め布製等の袋体を固定して配置しおき、このような袋体付きセグメント１を使用して構成したセグメントリング７における前記袋体にグラウトを充填するようにしてもよい。
【００８６】
図１２は、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング１の裏面にグラウト４２を充填する形態を示す縦断正面図である。図９に示すように、トンネル軸方向に直列に接続されたトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング１およびこれらに装着された突っ張り部材８によって、セグメントリング７による安定したアーチリングとしてもよいが、図１２に示すように、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング７の裏面側にグラウト４２を設けて、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング１の裏面と既設トンネル覆工内壁面４１を、グラウト４２を介して密着させ、セグメントリングのトンネル半径方向外側への変形を拘束し、さらにセグメントリングを安定にするようにしてもよい。この場合、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２の裏面に予め、袋体を折りたたんだ状態で設置し、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング７のトンネル内空側から、袋体内にモルタル等を注入充填するようにしてもよい。
【００８７】
＜トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの第２実施形態＞
図１３および図１４は、本発明の第２実施形態のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１を示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
この実施形態は、突っ張り部材８の変形形態を示すもので、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２に、その本体２の裏面に貫通する半径方向の透孔１１を設け、その透孔１１に同心状に、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２の裏面側に貫通するナット等の雌ねじ部材１２を溶接により固定した形態で、このような形態にすると、突っ張り部材８を構成する突っ張り螺杆１０を短くして、突っ張った状態で、突っ張り螺杆１０の基端部をトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１の板厚内に収めることも可能となり、トンネル内空側に突出しなくなり、トンネル内空側を広くできる。なお、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２を鋳造すると、前記ナットの部分まで裏面側の凸部として一体に設けることが可能で、その凸部部分に裏面に貫通する雌ねじを設けるようにしても同様である。
【００８８】
図１５は、本発明の第３実施形態のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントを示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。この実施形態は、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１の周方向両端側に、周方向に突出するように、周方向のシアキー３を設けた形態を示すものであって、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２の周方向の両端部のトンネル軸方向をなす辺（トンネル周方向端部の既設側辺２４，トンネル周方向端部の新設側辺２５）に直角に周方向に突出するように、シアキー３が設けられている。このように周方向に張り出すシアキー３を設けるようにすると、同じトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング７における周方向に隣り合うセグメント１間で、せん断力を伝達させることも可能となり、シアキー３を設けない場合に比べて変形を小さくすることが出来る。なお、トンネル周方向に張り出すシアキー３をトンネル軸方向に間隔をおいて複数設ける場合には、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２の表裏にそれぞれ設けるようにすると、既設および新設のセグメント１間で、シアキー３が干渉するのを防止できる。その他の構成は、前記実施形態と同様であるので、同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００８９】
前記実施形態のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２の内面側はほぼ全体的に平坦な面であるので、美観がよい。
【００９０】
前記のように、本発明に係る保護構造は、アーチ形状に組立てた薄肉セグメントを裏面の充填グラウト材で覆工内面に密着させて変形を拘束するようにし、下端部は固定手段で既設トンネルのコンクリートに固定して支持しているため、前記セグメントの薄肉化を可能とし、完成後の保護構造体の内面はトンネル内建築限界内に収めることができる。
【００９１】
少なくともシアキー３によるセグメント継手は、ボルトを使用しない突起状の継手を用いて接合強度を確保するとともに、容易に装着可能とし、かつグラウト充填前などの仮設中や完成後に落下しないセグメント裏面位置にのみボルト等の部材を使用しているため、振動等によるボルトの緩みに対して安全性を確保でき、しかも迅速施工ができる。
【００９２】
また、本発明のトンネル覆工内面保護・補強構造全体としては、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１による薄肉の補強構造を構築できるため建築限界を侵害しない。
【００９３】
また、グラウトが充填されている場合あるいはトンネル周方向にシアキー３相互が接触する場合には、本発明の保護・補強構造全体としては、既設覆工４０あるいはセグメント１の裏面に充填するグラウト４２と一体となって機能し、トンネル４３に発生する断面力に対して、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリングが鉄筋として機能する。（正の曲げモーメント（トンネル内面側が引張になる時）が作用する場合、セグメントリング間のトンネル軸方向に延長するように配置された継手（シアキー３）を、周方向に交互に配置するようにすれば、セグメント１をシアキー３を介した周方向の引張力を伝達する引張鋼材として機能する。一方、負の曲げモーメント（トンネル内面側が圧縮になる時）が作用する場合、周方向のセグメント間をなす辺が当接することで軸力を伝達する圧縮鋼材として機能する。）
【００９４】
また、継手材としてのシアキー３は、曲げモーメント、せん断力の伝達（セグメントのトンネル周方向またはトンネル軸方向の端部のほうが、曲げモーメントの伝達効率がよい）材、軸力の伝達材として機能する（上記のように鉄筋として機能する。）。また、シアキー３は、セグメントの施工面では、施工時のガイドとなるため組立施工性がよく、周方向に張り出すセグメント間継手としてのシアキー３がある場合には、トンネル軸方向のセグメントリング間継手としてのシャキー３だけの場合に比べて、周方向のセグメント間のトンネル半径方向のせん断力を伝達させることができるため、構造性能がよい。
【００９５】
リング間固定治具１４をボルト１８により、あるいは周方向のセグメント固定治具１５をボルト２１により、新設のセグメントを既設のセグメントに固定するようにしているので、仮設を含む架設されたセグメントの落下防止を図ることができ、またセグメントの周囲側面に止水ゴムが装着されている場合には、止水ゴムを既設セグメント側に圧縮して、止水ゴムの止水性能を確保することができる。
【００９６】
また、リング間固定治具１４あるいは周方向のセグメント間固定治具１５を構成する個々の治具を、トンネル軸方向に対して斜めに、新設側の開放された作業空間側の近傍に配置すると、セグメントの組み立て時の施工性がよい。
【００９７】
また、突っ張り部材８により、仮設時のセグメントリング７（７ａ，７ｂ）の形状保持およびセグメントリング７（７ａ，７ｂ）の完成時の形状調整あるいはセグメントヘのトンネル周方向の軸力導入が可能である。
【００９８】
本発明を実施する場合、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２の裏面またはシアキー３の表面を粗面とし、グラウト４２との一体化を高めてもよい。
【００９９】
本発明を実施する場合、既設トンネル内壁面が円形または楕円形あるいは馬蹄形等である場合には、これらの内壁面に沿った円形または楕円形あるいは馬蹄形等のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリングとしてもよく、既設トンネルの上下方向中間部に、トンネル軸方向に延長するように支持梁をアンカー等により既設トンネル側壁面に固定し、その支持梁の上部を基礎として、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリングを円弧状に構築してもよい。
【０１００】
前記実施形態では、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体２の円周方向の各辺４，５に、それぞれ独立したシアキー３を設けるようにしているが、中間部が屈折した一本ものの鋼板または鉄筋をセグメント１の裏面にトンネル軸方向に立設配置して、その両端部をセグメント１のトンネル軸方両端部から突出させるようにしてシアキー３を構成してもよく、これと同様に、周方向の両端部に配置するシアキー３にも適用してもよい。
【０１０１】
前記実施形態では、既設のトンネル覆工４０とトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１との間にトンネル半径方向に作用し、セグメント本体２に周方向の軸力を付与する突っ張り部材８として、螺杆（ねじ棒）と雌ねじとの組み合わせを示したが、セグメントリング７を構成するセグメント本体２の裏面側に、可撓性袋体を予め設けてこれを既設覆工内面に圧着させるように適宜充填膨張させることで、セグメントリング７を縮径方向に作用させて、セグメントリングを構成するセグメント１相互の周方向端面を密着させるようにして、セグメントに周方向の軸力を付与するようにしてもよく、その他の手段を採用してもよい。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明によると、以下の効果がある。
本発明によると、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントには、トンネル軸方向（またはトンネル周方向）に張り出すシアキーが設けられているので、▲１▼シアキーを、セグメント組み立て時のセグメント本体のガイドとして利用でき、セグメント本体を所定の位置に設置できる。
また、▲２▼シアキーにより、既設コンクリート壁面の部分的崩落によりセグメントに外力が作用しても、曲げモーメントおよびせん断力を隣接セグメントリングに伝達させて、周囲のセグメントに分散させて局部的な応力集中を緩和させることができる。特に、セグメントを千鳥状に配置する千鳥組みの効果により、曲げモーメント及びせん断力を複数の隣接リングに伝達することができる。
【０１０３】
さらに、▲３▼周方向に張り出すように設けられたセグメント継手材としてのシアキーは、同一リングの周方向に隣接するセグメントに直接せん断力を伝達することができるため、トンネル軸方向に張り出すセグメントリング継手材としてのシアキーだけをセグメントに設ける場合に比べて、セグメントの変形が小さくなる。
【０１０４】
さらにまた、▲４▼トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントには、トンネル軸方向の既設セグメントに固定するための治具およびトンネル周方向の既設セグメントに固定するための治具を設けてあるので、組み込もうとする新設セグメントをトンネル軸方向の既設セグメントおよびトンネル周方向の既設セグメントに固定して、これらの既設セグメントに支持させることができる。
【０１０５】
ボルト挿通孔用治具がトンネル軸方向に斜めに配置されていることで、ボルト挿通用治具に挿通されるボルトを既設側のセグメントの治具に締め込むことで、トンネル軸方向およびトンネル周方向の既設側に圧着させることができる。
【０１０６】
既設のトンネル覆工とトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントとの間にトンネル半径方向に作用し、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに周方向の軸力を付与する突っ張り部材を設けると、既設のトンネル覆工面に突っ張り部材を圧着させて、セグメントリングを縮径させるように作用させて、セグメントにトンネル周方向の軸力を付与することができる。
【０１０７】
トンネル半径方向に作用し、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに周方向の軸力を付与する突っ張り部材を螺合させるために、トンネル内空側からセグメントの裏面に貫通する雌ねじ孔がセグメントに設けられていると、簡単な構造で突っ張り部材をトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントに取り付けることができる。
【０１０８】
また、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に張り出すようにセグメントのトンネル軸方向の両側に設けられている各シアキーが、セグメントにトンネル周方向の引っ張り力が作用した場合に、トンネル軸方向に隣接するセグメントのシアキーと接触してこれをトンネル周方向に押圧可能な位置に設けられていると、セグメントにトンネル周方向の引っ張り力が作用した場合に、トンネル軸方向に隣接するセグメントにおけるトンネル軸方向に張り出すシアキーを押圧するようにして、トンネル周方向の引っ張り力をトンネル軸方向に隣接するセグメントに伝達することができ、セグメントを引っ張り鉄筋としても作用させることができる。
【０１０９】
また、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に張り出すようにセグメントに設けられているシアキーは、セグメントにおけるトンネル周方向をなす各辺のトンネル周方向の中央部側と端部側とに設けられていると、セグメントに設けるトンネル軸方向に延長するシアキーを少ない配置で、効率よくセグメントに設けることができ、少ないシアキーでセグメントに作用するせん断力等を、トンネル軸方向に隣接するセグメントに伝達して、せん断力に対してセグメントを安定させることができる。
【０１１０】
トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの組立施工時におけるセグメント脱落防止用の固定治具、および既設のトンネル覆工とトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントとの間にトンネル半径方向に作用し、セグメントの周方向の軸力を付与する突っ張り部材が、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントの裏面に設けられていると、トンネル内面側のセグメント表面側に設ける場合に比べて、トンネル内面側に大きく突出する部材がなく、建築限界を確保でき、美観もよくなる。
【０１１１】
トンネル円周方向及びトンネル軸方向に分割された薄肉のセグメントをトンネル覆工内面に沿って設置して、トンネル覆工の内面を保護・補強するトンネル覆工内面保護・補強構造において、第１発明〜第７発明のいずれかのトンネル覆工内面保護用のセグメントを、トンネル軸方向に隣接するセグメントリング毎にトンネル周方向にずらして千鳥組に組み立て、セグメントリングの下端部は、固定手段で既設トンネルのコンクリートに固定されていると、トンネル軸方向に張り出すように突出するシアキーにより、トンネル軸方向に隣接するセグメントに、せん断力および曲げモーメントを伝達させることができ、またトンネル周方向に張り出すように突出するシアキーにより、トンネル周方向に隣接するセグメントにせん断力を伝達することができるトンネル覆工内面保護・補強構造とすることができるため、既設トンネル内壁面からコンクリートが剥離してセグメントに外力が作用しても、周囲のセグメントにせん断力または曲げモーメントを伝達して構造全体に分散させて支持できることができる安定した保護・補強構造とすることができる。
【０１１２】
セグメントの裏面にグラウトを充填してあると、セグメントリングと既設覆工内面を密着させて、セグメントの既設覆工面側への変形を拘束し、セグメントリングを安定させることができ、また、トンネル軸方向に張り出すシアキーおよびグラウト並びにセグメントを介して、トンネル周方向の軸力を伝達させることができ、セグメントリングをトンネル周方向の鉄筋材として作用させることができる。
【０１１３】
セグメントの裏面に充填するグラウトが袋体に充填されていると、グラウトを確実に既設覆工内面と、セグメントの裏面に充填することができる。また、漏水や結露があるトンネルにおいても高品質なグラウトを充填することが出来る。
【０１１４】
さらに、トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリングを既設の覆工に密着させるために、セグメントの裏面にグラウトを充填すると、セグメントリングのトンネル内面側への変形を拘束して、セグメントリングが強固になると共にセグメントリングとグラウトと既設覆工とが一体化し、トンネル覆工内面を保護すると共に補強されたトンネル覆工内面を構造を容易に構築することができる。これらの構築方法の場合に、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントを使用すると、前記のように、シアキーによって、トンネル軸方向またはトンネル周方向の隣接するセグメントにせん断力あるいは曲げモーメントの伝達が可能となり、さらに、グラウトがある場合には、シアキー，グラウトおよびセグメント本体を介したトンネル周方向の軸力の伝達が可能となり、セグメントを鉄筋材として作用させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントを示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図２】（ａ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図１（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図３】（ａ）は図２（ａ）を拡大して示す図、（ｂ）は雌型固定治具付近の縦断側面図、（ｃ）は図２（ｃ）を拡大して示す縦断正面図である。
【図４】本発明のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントを使用および、トンネル覆工内面保護・補強用セグメントリングの構成を示す説明図である。
【図５】本発明のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントを使用して、新設のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントを、既設のセグメントリングまたは既設のセグメントに支持させるべく配置している状態を示す説明図である。
【図６】本発明のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントを使用して、新設のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントを既設のセグメントリングおよび既設のセグメントに支持させた状態を示す説明図である。
【図７】新設のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントにおけるシアカーの係合直前および係合直後の状態を示すものであって、（ａ）は図５のＤ−Ｄ線断面図、（ｂ）は図６のＥ−Ｅ線断面図である。
【図８】図６をトンネル軸方向から見た縦断正面図である。
【図９】トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントにおける突っ張り部材により、既設の覆工トンネル壁面に押し当てている状態を示す縦断正面図である。
【図１０】（ａ）および（ｃ）は本発明のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントによるトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリング構造を構築している状態を示す概略縦断正面図、（ｂ）は下端部セグメントの下部の固定部を示す正面図である。
【図１１】図１０に示す複数のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリングを展開して示す展開平面図である。
【図１２】トンネル覆工内面保護・補強用のセグメントリングの裏面にグラウトを充填する形態を示す縦断正面図である。
【図１３】本発明の第２実施形態のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントを示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図１４】図１３のＦ−Ｆ線断面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントを示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図１６】（ａ）および（ｂ）は、本発明において使用される一端部側のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントを示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）および（ｄ）は、本発明において使用される他端部側のトンネル覆工内面保護・補強用のセグメントを示すものであって、（ｃ）は平面図、（ｄ）は正面図である。
【図１７】セグメントリング間におけるセグメントにおけるトンネル軸方向に張り出すシアキー相互が接触して、トンネル周方向に軸力（引っ張り力）を伝達可能なようにシアキーを配置した場合の説明図であり、各セグメントにおける治具および突っ張り螺杆等は省略している。
【符号の説明】
１  トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント
２  トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体
３  シアキー
４  既設側の円弧状辺
５  新設側の円弧状辺
６  鋼製板体
７  セグメントリング
７ａ  既設側のセグメントリング
７ｂ  新設側のセグメントリング
８  突っ張り部材
９  雌ねじ孔
１０  突っ張り螺杆
１１  透孔
１２  雌ねじ部材
１３  回動工具係合用凹部
１４  リング間固定治具
１５  周方向のセグメント間固定治具
１６  治具
１７  治具
１８  ボルト
１９  治具
２０  治具
２１  ボルト
２２  ボルト挿通孔
２３  ブラケット
２４  トンネル周方向既設側辺
２５  トンネル周方向新設側辺
２６  ボルト挿通孔
２７  ブラケット
２８  ナット
２９  ボルト挿通孔
３０  ブラケット
３１  ボルト挿通孔
３２  ブラケット
３３  ナット
３４  コンクリート製床版
３５  固定金具
３６  腕辺
３７  腕辺
３８  溝
３９  押し付けボルト
４０  既設覆工
４１  内壁面
４２  グラウト
４３  トンネル
【図１】
2004150072.tif 000003
【図２】
2004150072.tif 000004
【図３】
2004150072.tif 000005
【図４】
2004150072.tif 000006
【図５】
2004150072.tif 000007
【図６】
2004150072.tif 000008
【図７】
2004150072.tif 000009
【図８】
2004150072.tif 000010
【図９】
2004150072.tif 000011
【図１０】
2004150072.tif 000012
【図１１】
2004150072.tif 000013
【図１２】
2004150072.tif 000014
【図１３】
2004150072.tif 000015
【図１４】
2004150072.tif 000016
【図１５】
2004150072.tif 000017
【図１６】
2004150072.tif 000018
【図１７】
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