(57)【要約】【課題】トンネル内面に対する固定作業が容易であり、施工後は優れた固定力を発揮するアンカーおよびこのアンカーを固定するためのカプセルを提供することにより、格子状部材の固定作業の効率化、格子状部材の固定力増大を図る。【解決手段】格子状部材２０が布設されたトンネル内面Ｔ１に形成したアンカー穴１０にアンカー固定用カプセル１１を挿入し、アンカー本体２をアンカー穴１０に打ち込んでアンカー固定用カプセル１１を打撃破壊した後、アンカー本体１０に挿入部材６を打ち込めば、硬化樹脂１３、硬化剤１４および骨材１５とが互いに混じり合った混合物Ｍがアンカー本体２とアンカー穴１０との隙間に拡散するとともに、アンカー本体２先端の係止部５が漏斗状に拡径し、この後、混合物Ｍの固化によってアンカー１が固定される。【選択図】　　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内面から地盤に向かって形成されたアンカー穴に挿入可能な筒状であって、基端部分にフランジ状に連設された頭部と、先端部分から基端部分に向かってスリットを設けることによって形成された係止部と、前記係止部から軸心に向かって突設された受圧部とを有するアンカー本体と、
前記アンカー本体の頭部側からアンカー本体内に挿入可能であって挿入方向の先端に先細り形状の突入部を有する棒状の挿入部材とを備えたことを特徴とするアンカー。
【請求項２】
前記アンカー本体の少なくとも係止部外周に雄ねじ部を形成した請求項１記載のアンカー。
【請求項３】
トンネル内面から地盤に向かって形成されたアンカー穴に挿入可能であって外部からの打撃によって破壊可能な素材で形成された筒状ケーシングと、前記打撃によって破壊可能な素材で隔離した状態で前記筒状ケーシング内に充填された硬化樹脂および硬化剤とを備えたことを特徴とするアンカー固定用カプセル。
【請求項４】
前記打撃によって破壊可能な素材で隔離した状態で前記筒状ケーシング内に骨材を充填した請求項３記載のアンカー固定用カプセル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道トンネル、自動車道トンネルなど既設のトンネル内面の崩落を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道トンネルや自動車道トンネルなどはその大部分が鉄筋コンクリートで構築されているが、トンネル構築後の経時変化によるコンクリートの劣化、鉄筋材の腐食あるいは地震や浸水などの自然災害そのほか地盤変動によるコンクリートの損傷などによりトンネル内面に部分的な崩落が生じることがある。
【０００３】
このようなトンネル内面の部分的崩落を防止する方法としては、トンネル内面を検査して崩落のおそれのある部分を発見し、その部分のトンネル内面から周囲の地盤に向かって削孔し、形成された孔内に地盤補強材を注入して地盤とともにコンクリート部を強化する工法などが採用されている。
【０００４】
また、特開平１１−１７３０８７号公報においては補強板を用いたトンネルの補強技術が開示されている。このトンネル補強技術は、トンネル壁体の内周面に沿って補強板を設置し、補強板とトンネル壁体の内周面との間にモルタルなどの裏込め材を注入することによって補強板とトンネル壁体の内周面とを一体化させるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
既設トンネルの内周面の崩落を未然に防止するためには、トンネル内面を定期的に検査し、部分的な崩落が発生する可能性の高い部分を早期に発見し、この部分に対して前述の地盤補強工法を施工するか、トンネル内面の全体にわたって地盤補強工法を施工するという、二つの対策が考えられる。
【０００６】
しかし、定期検査によって崩落発生の可能性がある部分を発見するのは実際のところ極めて困難であり、地震や自然災害などの影響を考慮すると、崩落発生箇所を早期に漏れなく発見するのはほとんど不可能である。したがって、崩落が発生する可能性が明らかである部分のみでなく、崩落のおそれが少しでも予感される部分に対して前述の地盤補強工法を施工することによって崩落事故を防止している。しかし、崩落可能性の基準を厳格にするほど、施工箇所が増加する傾向にあるので、トンネル全体の施工が完了するまでには多くの労力と時間が費やされている。
【０００７】
また、特開平１１−１７３０８７号公報に開示されたトンネル補強技術は、その施工には膨大な労力、時間および資材を必要とするだけでなく、トンネル壁体の内周面自体が崩落した場合、補強板も一緒に崩落する可能性が高いので、トンネル内面の崩落防止機能としては不十分である。
【０００８】
一方、トンネル内面の全体にわたって地盤補強工法を施工すれば崩落事故を防止することができるが、これらの工事には膨大な労力と時間および大量の資材を必要とするだけでなく、工事中は長期間に亘ってトンネルを通行止めにしなければならないため、現実に使用されているトンネルにおいては施工が極めて困難である。
【０００９】
このような状況に対応するため、可撓性を有する格子状部材や網状部材などをトンネル内面に沿って布設し、格子状部材などをアンカーを用いてトンネル内面に固定することによってトンネル内面の崩落を防止する工法が開発されているが、この工法ではトンネル内面に対するアンカー固定作業の効率化、固定力の強化が課題となっている。
【００１０】
そこで、本発明は、トンネル内面に対する固定作業が容易であり、施工後は優れた固定力を発揮するアンカーおよびこのアンカーを固定するためのカプセルを提供することにより、格子状部材の固定作業の効率化、格子状部材の固定力増大を図ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のアンカーは、トンネル内面から地盤に向かって形成されたンカー穴に挿入可能な筒状であって、基端部分にフランジ状に連設された頭部と、先端部分から基端部分に向ってスリットを設けることによって形成された係止部と、係止部から軸心に向って突設された受圧部とを有するアンカー本体と、
アンカー本体の頭部側からアンカー本体内に挿入可能であって挿入方向の先端に先細り形状の突入部を有する棒状の挿入部材とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
トンネル内面から地盤に向かって形成されたアンカー穴へ予め接着剤や固化剤などを注入した後、前記アンカー本体をその先端から前記アンカー穴へ打ち込むと、アンカー穴内にある接着剤などはアンカー本体とアンカー穴の内面との隙間に拡がるとともにその一部がアンカー本体の先端やスリットからアンカー本体内に侵入する。
【００１３】
これらの接着剤などが固化する前に、アンカー本体の頭部からアンカー本体内へ挿入部材を挿入すると、挿入部材がピストンとして作用することでアンカー本体内に侵入している接着剤などはスリットやアンカー本体の先端から押し出されてアンカー本体とアンカー穴の内面との隙間に再び拡がっていくため、アンカー本体とアンカー穴の内面との隙間全体に亘って接着剤などが充填された状態となる。
【００１４】
その後、挿入部材をさらに軸方向に打ち込むと、その先端にある突入部がアンカー本体の係止部に突設された受圧部に当接してこれを径方向に押し広げ、これに伴って係止部が漏斗状に拡径するのでアンカー穴に対する係止機能が増大し、接着剤などが固化した後は優れた固定力を発揮する。
【００１５】
また、施工手順としては、前述したように、トンネル内面に形成したアンカー穴に接着剤などを注入した後、アンカー本体をアンカー穴に打ち込み、その後アンカー本体に挿入部材を打ち込めば、あとは接着剤などの固化を待つだけでよいので、トンネル内面に対する固定作業も容易である。
【００１６】
したがって、本発明のアンカーを、トンネル内面に対する格子状部材や網状部材などの固定手段として使用すれば、固定作業が効率化され、固定力も増大するので、優れた崩落防止機能が得られる。なお、アンカー穴へ注入する接着剤や固化剤は特に限定するものではないが、後述するアンカー固定用カプセルを好適に使用することができる。
【００１７】
なお、本発明のアンカーにおいて、アンカー本体の係止部から軸心に向けて突設された受圧部は、アンカー本体の先端付近に設けることが望ましく、これにより、受圧部を拡径するために必要な挿入部材への加圧力をなるべく小さくすることができる。
【００１８】
ここで、前記アンカー本体の少なくとも係止部外周に雄ねじ部を形成すれば、前記雄ねじ部の凹凸形状に沿って接着剤などが固化するため、軸方向の引き抜き力に対して優れた抗力を発揮する。
【００１９】
次に本発明のアンカー固定用カプセルは、トンネル内面から地盤に向かって形成されたアンカー穴に挿入されるアンカーを固定するためのものであって、前記アンカー穴に挿入可能であって外部からの打撃で破壊可能な素材で形成された筒状ケーシングと、前記打撃によって破壊可能な素材で隔離した状態で前記筒状ケーシング内に充填された硬化樹脂および硬化剤とを備えたことを特徴とする。
【００２０】
トンネル内面から地盤に向かって形成されたアンカー穴に当該アンカー固定用カプセルを挿入し、前記アンカー穴へアンカーを打ち込むことによってアンカー固定用カプセルを打撃すれば、そのときの打撃力で前記筒状ケーシングが破壊されるとともに硬化樹脂（主剤）と硬化剤とが互いに混合され硬化反応が開始されるので、この後、所定時間静置すればアンカーをトンネル内面に固着することができる。
【００２１】
なお、硬化樹脂（主剤）、硬化剤については特に限定するものではないが、硬化樹脂（主剤）としては耐食性ポリエステル樹脂、硬化剤としては過酸化ベンゾイルなどが好適である。また、当該アンカー固定用カプセルを用いて固着する対象となるアンカーも特に限定するものではないが、前述したアンカーを好適に使用することができ、これらを組み合わせることによってトンネル内面のアンカー穴に対し優れた固定力を発揮する。
【００２２】
ここで、前記筒状ケーシング内に、前記打撃によって破壊可能な素材で隔離した状態で骨材を充填しておくことにより、外部からの打撃で混合される前述の硬化樹脂および硬化剤に骨材が混和されるので、硬化後はアンカー穴に対するアンカーの固定力がさらに高まるほか、長期間にわたって優れた固定力が維持され、安全性を高めることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）は本発明の実施の形態であるアンカーを示す一部切欠側面図、同図（ｂ）は前記アンカーの底面図、図２は本発明の実施の形態であるアンカー固定用カプセルを示す側面図である。
【００２４】
図１に示すアンカー１は、後述する図３で示すようにトンネルＴの内面Ｔ１から地盤Ｇに向かって形成されたアンカー穴１０に挿入可能な円筒状のアンカー本体２と、アンカー本体２の頭部３の表面からアンカー本体２の内部に挿入可能な棒状の挿入部材６とを備えている。アンカー本体２の基端部分にはフランジ状の頭部３が形成され、アンカー本体２の先端部分から基端部分に向けて軸方向の４本のスリット４を９０度間隔に設けることによって係止部５が形成されている。
【００２５】
また、アンカー本体２の係止部５の先端部分にはその軸心方向に突設された受圧部７がそれぞれ設けられ、アンカー本体２の係止部５を含む先端部分の外周、詳しくは、アンカー本体２の先端から係止部５を含む全長の４０％程度の位置までの外周に雄ねじ部９が形成されている。
【００２６】
挿入部材６はアンカー本体２よりも長く形成されているので、挿入部材６の挿入方向の先端に設けられた突入部６ａがアンカー本体２の受圧部７に当接するまで挿入したとき、挿入部材６の基端６ｂはアンカー本体２の頭部３より突出した状態となる。挿入部材６の突入部６ａは先細り形状になっているため、アンカー本体２に挿入した挿入部材６の突入部６ａが受圧部７に当接した後、さらに挿入部材６を打ち込むと、その突入部６ａによって受圧部７が径方向に拡げられ、これによってアンカー本体２の先端部分にある４つの係止部５が漏斗状に拡径するようになっている。なお、アンカー本体２の材質はＪＩＳ　ＤＳＮ６であり、挿入部材６の材質はＪＩＳ　ＳＷＣＨ−６Ａである。
【００２７】
図２に示すアンカー固定用カプセル１１は、後述する図３で示すように、トンネルＴの内面Ｔ１から地盤Ｇに向かって形成されたアンカー穴１０に挿入されるアンカー１を固定するためのものであって、アンカー穴１０に挿入可能であって外部からの打撃で破壊可能な素材で形成された円筒状ケーシング１２と、円筒状ケーシング１２内に前記打撃で破壊可能な素材で隔離した状態で充填された硬化樹脂（主剤）１３および硬化剤１４などを備えている。
【００２８】
円筒状ケーシング１２は、図２の左側に底部１２ｂを有し、同図右側に開口部１２ａを有する褐色ガラス管であり、円筒状ケーシング１２内において硬化樹脂１３と硬化剤１４とはそれぞれ複数に分散して交互に配置され、円筒状ケーシング１２の開口部１２側には骨材１５が充填され、これらは封止材１６で密封されている。また、円筒状ケーシング１２内に充填されている硬化樹脂１３、硬化剤１４および骨材１５が使用前に混じり合うのを防ぐため、運搬中の振動や衝撃などでは破壊せず、前記打撃を受けると破壊する程度の強度を備えるとともに、破壊後、硬化樹脂１３と硬化剤１４との硬化反応や硬化後の強度を阻害することのない素材によって隔離されている。
【００２９】
本実施形態において、硬化樹脂１３は耐食性ポリエステル樹脂であり、硬化剤１４過酸化ベンゾイルであり、骨材１５はガラスビーズであり、封止材１６はパラフィンワックスである。
【００３０】
次に図３，図４を参照して、図１で示したアンカー１および図２で示したアンカー固定用カプセル１１を使用したトンネル内面崩落防止工事の施工例について説明する。
【００３１】
図３に示すように、当該トンネル内面崩落防止工事においては、トンネルＴの内面Ｔ１に沿って可撓性を有する格子状部材２０を布設し、トンネル内面Ｔ１を構成する鉄筋コンクリートに複数のアンカー１を打ち込むことによって格子状部材２０を固定している。格子状部材２０は、スチールワイヤ撚糸、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などを組み合わせた繊維強化樹脂によって形成されたものを使用している。
【００３２】
また、図４に示すように、格子状部材２０を布設したトンネル内面Ｔ１にアンカー１を固定する際には、アンカー１の頭部３と格子状部材２０との間に座金２１を介在させている。座金２１は、金属板２１ｍとゴム板２１ｒとを貼着した構造であり、アンカー１の頭部３下面に金属板２１ｍが密着するような状態でアンカー本体１に環装されており、アンカー１を打ち込んだとき座金２１は格子状部材２０の撓み面に沿って変形可能である。
【００３３】
ここで、図５〜図８を参照しながら、図３，図４で示したトンネル内面崩落防止工事の施工手順について説明する。
【００３４】
まず、図５（ａ）に示すように、トンネルＴの内面Ｔ１を５００〜１０００ｋｇｆ／ｃｍ２のジェット水による高圧水洗ケレンによって全面的に洗浄する。そして、図５（ｂ）に示すように、可撓性を有する格子状部材２０をトンネル内面Ｔ１に沿って布設する。格子状部材２０は、ガラス繊維やカーボン繊維、またはアラミド繊維などの連続繊維を強化材として使用し、樹脂には耐薬品性に優れたビニルエステルを用いて形成されている。格子状部材２０は、比重が１．３〜１．７で、引っ張り強度は鉄筋材の４〜５倍、引っ張り弾性率は鋼材の２／３〜１／４、弾性変形領域もＰＣ撚線の２〜５倍である。
【００３５】
次に、図５（ｃ）に示すように、格子状部材２０の開口部に、トンネル内面Ｔ１に、アンカー１を挿入するためのアンカー穴１０をドリルなどを用いて穿設する。このように、格子状部材２０を布設した状態でアンカー穴１０を穿設するので、予めアンカー穴１０を穿設する場合に比べ、正確な位置への穿設が可能である。アンカー穴１０が穿設されたら、その中にアンカー固定用カプセル１１を挿入する。この場合、アンカー固定用カプセル１１の底部１２ｂをアンカー穴１０の底部に向けて挿入する。
【００３６】
なお、本実施形態では、格子状部材２０を構成する格子材の配置間隔を、トンネルＴの長手方向に５０ｍｍ間隔、幅員方向に４０ｍｍ間隔とし、格子材幅は１５ｍｍとすることにより、格子開口部のサイズは、トンネルＴの長手方向が約３５ｍｍ、幅員方向が約２５ｍｍとしている。また、アンカー穴１０の配列間隔については、トンネルＴの長手方向に４５０〜５００ｍｍ間隔とし、幅員方向に４８０〜５２０ｍｍ間隔としている。
【００３７】
次に、図５（ｄ）に示すように、アンカー固定用カプセル１１が挿入されたアンカー穴１０にそれぞれ座金２１を環装したアンカー本体２を挿入し、バイブレーションハンマなどで頭部３を打撃してアンカー本体２をアンカー穴１０へ打ち込んでいくと、アンカー本体２の先端がアンカー固定用カプセル１１に当接して打撃を伝達することによって円筒状ケーシング１２が破壊され、硬化樹脂１３、硬化剤１４および骨材１５とが互いに混合されて混合物Ｍが形成され、硬化反応が始まる。このとき、円筒状ケーシング１２の破壊によって生じたガラス破片も混合物Ｍに混和され、骨材１５と同様の機能を発揮する。
【００３８】
この後、図６に示すように、アンカー本体２に環装した座金２１が頭部３によって格子状部材２０の表面を押圧する程度までアンカー本体２を打ち込んでいくと、アンカー穴１０内にある混合物Ｍは、アンカー本体２とアンカー穴１０の内面との隙間に拡がっていくとともに、その一部はアンカー本体２の先端やスリット４からアンカー本体２内にも侵入してくる。このとき、アンカー本体２とアンカー穴１０との隙間に拡がっていく混合物Ｍがアンカー本体２の雄ねじ部９の凹凸面に沿って移動していくことによって撹拌作用を受けるので、硬化樹脂１３と硬化剤１４などとの混合状態が均一化され、硬化不良などが生じるのを防止することができる。
【００３９】
次に、これらの混合物Ｍが固化する前に、図７に示すように、アンカー本体２の頭部３からアンカー本体２内へ挿入部材６を挿入すると、円筒状のアンカー本体２に対して挿入部材６がピストンとして作用することにより、アンカー本体２内に侵入している混合物Ｍはスリット４やアンカー本体２の先端から押し出されてアンカー本体２とアンカー穴１０の内面との隙間に拡がっていくため、アンカー本体２とアンカー穴１０の内面との隙間全体に亘って混合物Ｍが充填された状態となる。
【００４０】
この後、挿入部材６をさらに軸方向に打ち込むと、図８に示すように、挿入部材６の先端に形成された先細りの突入部６ａが、アンカー本体２の係止部５に突設された受圧部７に当接してこれを径方向に押し広げるので、これに伴って４つの係止部５が漏斗状に拡径し、混合物Ｍが固化することによって図５（ｅ）に示すような状態で固定される。このとき、漏斗状に拡径した係止部５の受圧部７は挿入部材６の突入部６ａに当接した状態で固定され、外圧による係止部５の縮径を阻止するのでアンカー穴１０に対する係止力が高く、混合物Ｍが固化した後は優れた固定力を発揮する。
【００４１】
このように、トンネル内面Ｔ１に形成したアンカー穴１０にアンカー固定用カプセル１１を挿入した後、アンカー本体２をアンカー穴１０に打ち込み、その後アンカー本体１０に挿入部材６を打ち込めば、その後は混合物Ｍの固化を待つだけでよいので、トンネル内面Ｔ１に対するアンカー１の固定作業を簡略化、効率化することができる。
【００４２】
したがって、本実施形態のように、トンネル内面Ｔ１に対する格子状部材２０の固定手段としてアンカー１およびアンカー固定用カプセル１１を使用すれば、固定作業を効率化することができ、強い固定力を発揮するので、優れた崩落防止機能が得られる。
【００４３】
また、本実施形態では、アンカー本体２の先端部分外周に雄ねじ部９を形成しているため、混合物Ｍは雄ねじ部９の凹凸に沿って固着され、軸方向の引き抜き力に対して優れた抗力を発揮するほか、混合物Ｍが雄ねじ部９の凹凸面に沿って移動する際に撹拌作用を受けるので混合物Ｍの混合状態が均一化され、硬化不良などの発生を防止することができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明により、以下に示す効果を奏する。
【００４５】
（１）アンカー穴に挿入可能な筒状であって、基端部分にフランジ状に連設された頭部と、先端部分から基端部分に向けてスリットを設けて形成された係止部と、係止部からアンカー本体の軸心に向けて突設された受圧部とを有するアンカー本体と、アンカー本体の頭部からアンカー本体内に挿入可能であって挿入方向の先端に先細り形状の突入部を有する棒状の挿入部材とを備えたことにより、予め接着剤などを注入したアンカー穴へアンカー本体を挿入した後、アンカー本体内へ挿入部材を打ち込めばアンカー本体の係止部が漏斗状に拡径した状態で固定されるので、アンカー穴に対する固定作業は容易となり、施工後は優れた固定力を発揮する。
【００４６】
（２）前記アンカー本体の少なくとも係止部外周に雄ねじ部を形成することにより、雄ねじ部の凹凸に沿って接着剤などが固化するため、軸方向の引き抜き力に対して優れた抗力を発揮するほか、硬化樹脂と硬化剤との混合物とが凹凸面に沿って移動する際に撹拌作用を受けるので、混合状態が均一化され、硬化不良などの発生を防止することができる。
【００４７】
（３）アンカー穴に挿入可能であって外部からの打撃で破壊可能な素材で形成された筒状ケーシングと、筒状ケーシング内に打撃で破壊可能な素材で隔離して充填された硬化樹脂および硬化剤とを備えたことにより、アンカー穴へアンカーを打ち込む際の打撃力で前記筒状ケーシングを破壊するだけで硬化樹脂と硬化剤とが混合され硬化反応が始まるので、この後、所定時間静置しておくだけでアンカーをアンカー穴に固定することができる。
【００４８】
（４）前記筒状ケーシング内に打撃によって破壊可能な素材で隔離した骨材を充填することにより、固着力がさらに高まり、長期間にわたって優れた固定力を維持することができ、安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態であるアンカーを示す一部切欠側面図であり、（ｂ）は前記アンカーの底面図である。
【図２】本発明の実施の形態であるアンカー固定用カプセルを示す側面図である。
【図３】図１に示すアンカーおよび図２に示すアンカー固定用カプセルを用いて崩落防止工事を施工したトンネルを示す正面図である。
【図４】図３に示すトンネル内面の一部を示す図である。
【図５】図１に示すアンカーおよび図２に示すアンカー固定用カプセルを用いたトンネル内面崩落防止工事の施工手順を示す断面説明図である。
【図６】図５に示すトンネル内面崩落防止工事の施工中の状態を示す断面説明図である。
【図７】図５に示すトンネル内面崩落防止工事の施工中の状態を示す断面説明図である。
【図８】図５に示すトンネル内面崩落防止工事の施工中の状態を示す断面説明図である。
【符号の説明】
１　アンカー
２　アンカー本体
３　頭部
４　スリット
５　係止部
６　挿入部材
６ａ　突入部
６ｂ　基端
７　受圧部
１０　アンカー穴
１１　アンカー固定用カプセル
１２　円筒状ケーシング
１２ａ　開口部
１２ｂ　底部
１３　硬化樹脂
１４　硬化剤
１５　骨材
１６　封止材
２０　格子状部材
２１　座金
２１ｍ　金属板
２１ｒ　ゴム板
Ｔ　トンネル
Ｔ１　内面
Ｇ　地盤
Ｍ　混合物
【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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【図７】
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【図８】
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