(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中線状構造物の耐震診断によって、耐震補強が必要との評価を受けた基盤上に設置された既設地中線状構造物の耐震補強方法であって、
該地中線状構造物の外側面の長手方向に沿った該基盤上の地盤に、該基盤と同等又は同等以上のせん断剛性を有する地盤改良部を形成し、該地盤改良部のせん断剛性を高めることにより該地中線状構造物外周の地盤の地震時せん断変形量を低減させ、且つ、該地中線状構造物のせん断変形量を低減させることで該地中線状構造物の地震時発生断面力を低減させる既設地中線状構造物の耐震補強方法に於いて、
上記地盤改良部は、前記地中線状構造物の外側面から前記基盤に対して平行に所定幅の未改良範囲を有するように形成することを特徴とする既設地中線状構造物の耐震補強方法。
【請求項２】
上記地盤改良部の前記基盤上からの高さは、前記地中線状構造物の天端より幾分高く形成するとともに、既存建物等への障害がある側面の地盤改良部の改良幅を広く、他方の側面の地盤改良部の改良幅を狭く設定することを特徴とする請求項1記載の既設地中線状構造物の耐震補強方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は既設地中線状構造物の耐震補強方法に関するものであり、特に、地中線状構造物の側面近傍の地盤を改良し、地中線状構造物横断面のせん断変形自体を小さく抑制する既設地中線状構造物の耐震補強方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地盤内にシールドトンネルを構築する際、該シールドトンネル外周の覆工体（セグメント）と周囲の地盤との間隙に、免震材を注入して該シールドトンネルと周辺地盤との相対変位を吸収する耐震補強方法がある。
【０００３】
尚、該免震材としては、弾性材料であって体積変形を殆ど生じさせないようにせん断弾性係数、ヤング率やポアソン比を規定したゴム系材料や合成樹脂を用いるもの、又は粘土を用いるものが知られている。
【０００４】
一方、既存の地下鉄、道路及び下水道トンネル等の地中線状構造物に対し、大地震時に備えて耐震補強をする際、▲１▼側壁や床版の鉄筋コンクリート巻き付けによるせん断補強、▲２▼鉄板や強化プラスチック（ＦＲＰ）シート貼着によるせん断及び曲げ補強、▲３▼中柱を有するトンネルに於ける中柱の靱性補強及びせん断補強等が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記免震材を既設トンネルに適用する場合には、元々その場に既存する地盤を該免震材で置換する必要があり、しかも、耐震補強効果を期待するためには、トンネルの全外周に該免震材を配設しなければならないが、該地盤と注入する免震材とが入り混じるため該免震材の品質保証が得られず、且つ、該地盤を該免震材で１００％置換するのは非常に困難である。
【０００６】
又、該免震材は、トンネル外周に接した厚さ数cmから数１０cmの部分のみに必要となるので、該免震材を地表面から注入するのは非常に効率が悪い。尚、該免震材をトンネル内部より注入する場合には該トンネルの覆工部の一部を破壊し、注入後、該覆工部を補強する必要があり、又、トンネル供用中にはトンネル内部からの作業が行えない場合が多い。
【０００７】
一方、前記耐震補強のうち▲１▼及び▲２▼の補強は部材の断面を増加させるせん断補強や構造物の内面が引張となる曲げ補強には有効であるが、構造物の外面が引張となる曲げに対する補強に対しては有効とならない。更に、構造物自体の空間の制限から構造物の部材断面を増加させることによって内空断面を減少させることができない場合が多い。
【０００８】
又、前記▲３▼の補強に於いては、地下鉄の駅部等に採用する場合には供用しながらの補強工事となり、且つ、建築空間の制限等により補強作業が困難となる。依って、構造物の外部を補強し部材断面を増加させたり、曲げ耐力を増加させることは、周囲の地盤で覆われている地中線状構造物（トンネル）では構造物位置まで地盤を掘削しない限り不可能である。
【０００９】
そこで、既設地中線状構造物の大地震に対する耐震補強を免震材を用いることなく、又、構造物自体を補強することなく、該地中線状構造物の外側面近傍の地盤を改良して地盤のせん断剛性を高めることにより、該地中線状構造物外周の地盤のせん断変形量を低減させる既設地中線状構造物の耐震補強方法を得るために解決すべき技術的課題が生じてくるのであり、本発明はこの課題を解決することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために提案されたものであり、請求項１記載の発明は、地中線状構造物の耐震診断によって、耐震補強が必要との評価を受けた基盤上に設置された既設地中線状構造物の耐震補強方法であって、
該地中線状構造物の外側面の長手方向に沿った該基盤上の地盤に、該基盤と同等又は同等以上のせん断剛性を有する地盤改良部を形成し、該地盤改良部のせん断剛性を高めることにより該地中線状構造物外周の地盤の地震時せん断変形量を低減させ、且つ、該地中線状構造物のせん断変形量を低減させることで該地中線状構造物の地震時発生断面力を低減させる既設地中線状構造物の耐震補強方法に於いて、上記地盤改良部は、前記地中線状構造物の外側面から前記基盤に対して平行に所定幅の未改良範囲を有するように形成する既設地中線状構造物の耐震補強方法、
及び、請求項２記載の発明は、上記地盤改良部の前記基盤上からの高さは、前記地中線状構造物の天端より幾分高く形成するとともに、既存建物等への障害がある側面の地盤改良部の改良幅を広く、他方の側面の地盤改良部の改良幅を狭く設定する請求項1記載の既設地中線状構造物の耐震補強方法を提供するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図１乃至図６に従って詳述する。図１は周囲を地盤７に覆われている地中線状構造物である既設の開削トンネル１を示す。該開削トンネル１は泥岩からなる基盤８上に設置され、且つ、砂等で埋め戻して構築され、上部を上床版２、下部を下床版３、両側を側壁４，４で構成する横長の矩形断面を有し、中央には中柱５を立設する。該開削トンネル１は大地震時の地盤７のせん断変形等から防護するために耐震補強を必要とする。
【００１２】
該開削トンネル１を新設する際には周辺地盤とトンネルとの間に免震層（図示せず）を形成することにより、トンネルの横断面変形に伴って発生する断面力を大きく低減させて地震時の安全性を向上させることができる。しかし、既設トンネルに該免震層を形成することは困難である。
【００１３】
尚、トンネルの横断面に断面力を発生させる地震荷重は、▲１▼上下床版の間で相対的に発生する地盤の相対変位、▲２▼トンネルの剛性と地盤の剛性との違いに起因する周面せん断力、▲３▼トンネル自体の質量による慣性力から構成される。該地震荷重の割合を比べた場合、トンネルの断面形状や剛性によって前記▲１▼と▲２▼のどちらが大きいか一概には云えないが、▲１▼と▲２▼とで該地震荷重の大部分を占め、前記▲３▼の占める割合は小さい。
【００１４】
そこで、該開削トンネル１の左右側壁４，４の外側面４ａ，４ａの長手方向に沿った前記基盤８上の地盤７のみを該基盤８と同等又は同等以上のせん断剛性を有する地盤に改良して、該地盤７のせん断剛性を高めることによって後述する地盤改良部９，９と前記基盤８とに囲まれた該開削トンネル１の外周の該地盤７の地震時せん断変形量を低減させ、且つ、該開削トンネル１のせん断変形量を低減させることで該開削トンネル１の地震時発生断面力を低減させる。
【００１５】
該地盤７の改良は、地表面６から直接ボーリングマシン（図示せず）によるボーリング孔（図示せず）を利用してセメントミルク、微粒子セメント粉体等の地盤改良材を高圧注入するか、該地盤改良材を該地盤７内に注入した後、該地盤７と攪拌することにより所定範囲の地盤改良部９，９を形成する。
【００１６】
尚、該地盤改良部９の改良幅Ａは、前記開削トンネル１の地表面６からの深度と該開削トンネル１の高さＨとの比、該開削トンネル１の幅Ｗと高さＨとの比、基盤８のせん断弾性係数と該地盤改良部９のせん断弾性係数との相対比、該開削トンネル１の周辺地盤７のせん断弾性係数と該地盤改良部９のせん断弾性係数との相対比、該開削トンネル１のせん断変形に対する剛性と該地盤改良部９のせん断変形に対する剛性との相対比及び入力地震波の強度や周期特性等の基本要因の他に、後述する未改良範囲１０の幅Ｗ1 と該開削トンネル１の高さＨとの比及び該地盤改良部９の高さＢと該開削トンネル１の高さＨとの比によって影響を受けるので耐震解析を行うことにより決定される。
【００１７】
従って、上記条件によって該地盤改良部９の改良幅Ａは決定されるので、一概には云えないが解析上は該開削トンネル１の高さＨの１〜３倍程度あればよい。
【００１８】
次に、図１に示すように、該開削トンネル１の左右側壁４，４の外側面４ａ，４ａから前記基盤８に対し平行に所定幅Ｗ1 ，Ｗ1 の未改良範囲１０，１０を設けて該開削トンネル１と反対側の地盤７内に改良幅Ａの地盤改良部９，９を形成する。該未改良範囲１０，１０の幅Ｗ1 ，Ｗ1 は前記基本要因の他に、該地盤改良部９，９の改良幅Ａと該開削トンネル１の高さＨとの比及び該地盤改良部９の高さＢと該開削トンネル１の高さＨとの比によって影響を受けるので耐震解析を行うことにより決定される。
【００１９】
従って、上記条件によって、該未改良範囲１０，１０の幅Ｗ1 ，Ｗ1 は決定されるので、一概には云えないが、解析上は該開削トンネル１の高さＨの０．１〜０．３倍程度で、且つ、０．５〜１．５ｍ程度あればよい。
【００２０】
斯くして、該開削トンネル１の側壁４，４と該地盤改良部９，９との間に前記未改良範囲１０，１０の地盤を残すことにより、元々その場に存在する地盤を利用して自然の免震材が形成でき、該未改良範囲１０，１０で該開削トンネル１と該地盤改良部９，９との相対変位を吸収してトンネル外周壁面に発生する周面せん断力を軽減することにより、該開削トンネル１の地震時発生断面力を低減させることができる。尚、該開削トンネル１の側壁４，４と該地盤改良部９，９との間の地盤を粘土等に置換することにより人工的に免震層を形成すれば、前記周面せん断力の低減効果を更に向上させることができる。
【００２１】
次に、図１に示すように前記地盤改良部９，９の前記基盤８上からの高さＢは、前記開削トンネル１の天端となる上床版２の上部より幾分高くなる高さＨ1 に形成する。該地盤改良部９，９の高さＢ，Ｂは前記基本要因の他に前記未改良範囲１０の幅Ｗ1 と前記開削トンネル１の高さＨとの比、及び前記地盤改良部９の高さＢと該開削トンネル１の高さＨとの比によって影響を受けるので、耐震解析を行うことにより決定される。従って、上記条件によって該地盤改良部９の高さＢは決定されるので、一概には云えないが解析上、前記高さＨ1 は該開削トンネル１の高さＨの０．３倍程度あればよい。
【００２２】
斯くして、該地盤改良部９，９の高さＢ，Ｂを該開削トンネル１の天端より幾分高くなる範囲Ｈ1 までとすることにより、該範囲Ｈ1 と前記基盤８とに囲まれた該開削トンネル１と前記未改良範囲１０，１０、特に該開削トンネル１の天端部近傍地盤のせん断変形量を低減させることで、該トンネル天端の外周面に作用する周面せん断力を軽減し、該開削トンネル１の地震時発生断面力を低減させることができる。
【００２３】
図２は、他の実施の形態を示し、該開削トンネル１の両側方に形成する地盤改良部９ａ，９ｂの改良幅Ｃ，Ｄを夫々変えたものを示す。通常、地表面６から地盤改良を行う場合には、該開削トンネル１の両側方の地盤改良部の幅は同一に設定するのが原則であるが、該地表面６に建物（図示せず）等の障害がある場合や、該開削トンネル１の側方近傍に既存構造物（図示せず）がある場合には、一方の地盤改良部９ａの改良幅Ｃを広く、又、他方の地盤改良部９ｂの改良幅Ｄを狭く設定することにより、前述の実施の形態から生ずる効果と同様の効果が得られる。
【００２４】
斯くして、該開削トンネル１の上方の地盤改良を行わず、両側方だけ地盤改良を行うことで必要な地盤改良部の体積を少なくて合理的な耐震補強が可能となる。特に、地盤改良を地表面から行う場合、該地表面から地盤改良を行う深さまで注入ロッド（図示せず）を貫入して下ろすか、注入攪拌装置（図示せず）を掘進して下ろす作業が必要となり、その作業を考慮すると、該開削トンネル１の上方の地盤改良を行う場合と行わない場合とを比較すると、単純に両者の必要地盤改良体積の比をもって比較する以上に、該開削トンネル１の両側方だけを地盤改良する場合の方が工期が短縮され、且つ、経済的である。
【００２５】
次に、図３乃至図６に従って実施例を説明する。今、図１に示す開削トンネルを高さＨ＝３ｍ、幅Ｗ＝５ｍのダクトで形成し、該ダクト１をせん断波速度ＶS ＝６００ｍ／sec の基盤８上に設置し、地盤７としてＶS ＝２００ｍ／sec の砂で埋め戻した場合を対象として、該ダクト１の地震時発生断面力を数値解析によって試算した。図３乃至図６は、該ダクト部材の奥行き１ｍ単位当りの発生せん断力（tf) の分布状態を示したものである。
【００２６】
先ず、図３は地盤改良しない場合のダクト１の発生せん断力を示したもので、該ダクト１の下床版３の両端近傍に最大せん断力が発生している。
【００２７】
次に、図４は該ダクト１の側壁４より側方に該ダクト１の高さＨの２倍の領域をせん断波速度ＶS ＝６００ｍ／sec となるように地盤改良した場合の地震時発生せん断力を示し、該ダクト１の側方地盤が前記基盤８と同様な剛性を有するため、凸形状をした基盤が存在する場合と等価であり、該ダクト１に発生するせん断変形が大きく低減するため、前記地盤改良しない場合に比べて最大発生せん断力が略３分の１に低減している。
【００２８】
図５は図１に示す開削トンネル１のように該ダクト１の側方に未改良範囲１０の幅Ｗ1 を５０cmにすると共に、その側方に該ダクト１の高さＨの１．５倍の幅Ａと該ダクト１の高さＨよりも５０cm高い高さＨ1 の領域を、せん断波速度ＶS ＝６００ｍ／sec になるように地盤改良部９を形成した場合の地震時発生せん断力を示し、前記図４に示す地盤改良の場合に比べて地盤改良部９の面積は少ないが、発生せん断力は上床版２及び下床版３で多少上回るものの、側壁４，４では多少小さくなることが判る。これは該ダクト１側方の地盤のせん断弾性係数が比較的小さいため、該側壁４，４に発生するせん断力が均一化することと、該ダクト１の上床版２のせん断歪みの低減により該上床版２に作用する地盤の周面せん断力が低減するからである。
【００２９】
次に、図６は更に前記図５に示した５０cm幅Ｗ1 の未改良範囲１０をせん断弾性係数５kgf ／cm2 の免震層で置換した場合の発生せん断力の分布を示す。この場合、更に大きな断面力の均一化が生じ、該側壁４，４のせん断力が略一様となってせん断力が低減すると共に、前記上床版２及び下床版３のせん断力の均一化が生じていることが判る。又、該下床版３の最大せん断力も前記図５の場合に比べて低減している。
【００３０】
以上の実施例から単純に該ダクト１の側方地盤を改良・固化して補強すると、該ダクト１のせん断変形は抑制できるものの、該ダクト１の側壁４，４に作用する周面せん断力が上昇するため補強効果には限界があるが、該ダクト１と前記地盤改良部９との間に前記未改良範囲１０を残すことや、該未改良範囲１０の領域内に免震層を設置したり、該地盤改良部９の高さＢを該ダクト１の高さＨより幾分高い高さＨ1 に形成することにより更に大きな断面力低減効果を得ることが判る。
【００３１】
尚、地中線状構造物は前記のトンネルやダクトに限定されず、電源ケーブルの配管等であってもよい。
【００３２】
而して、本発明は、本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明は、地中線状構造物の外側面の長手方向に沿った基盤上の地盤に該基盤と同等又は同等以上のせん断剛性を有する地盤改良部を形成して該地盤のせん断剛性を高めるので、該地盤改良部の幅や改良部の体積を少なくすることができて、合理的な耐震補強を行うことができ、且つ、該地中線状構造物の横断面のせん断変形を効率よく低減させることができる。
又、耐震補強工事の工期短縮が可能となり、経済化が図れる。
【００３４】
この発明は、前記の効果に加えて前記地盤改良部は、前記地中線状構造物の外側面から前記基盤に対し平行に所定幅の未改良範囲を有するように形成するので、元々その場に存在する地盤を利用して自然の免震層を形成して、該地中線状構造物と該地盤改良部との相対変位を吸収して該地中線状構造物の外周面に発生する周面せん断力を軽減することにより、該地中線状構造物の地震時発生断面力を低減させる。
【００３５】
請求項２記載の発明は、前記の効果に加えて、前記地盤改良部の前記基盤上からの高さを前記地中線状構造物の天端より幾分高く形成するので、該地中線状構造物の天端部近傍の地盤のせん断変形量を低減させることにより、該地中線状構造物天端の外周面に作用する周面せん断力を軽減し、該地中線状構造物の地震時発生断面力を低減させる。
また、既存建物等への障害がある側面の地盤改良部の改良幅を広く、他方の側面の地盤改良部の改良幅を狭く設定することを通じて、上記の効果と同様の効果が得られ、障害に応じて地盤改良部の改良幅を設定したことで、工事費の効率化を図ることができる。
【００３６】
斯くして、余分な地盤改良を行う必要はないため、工事費の低減化を図ることができる等、正に諸種の著大なる効果を奏する発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示し、開削トンネルの両外側近傍を地盤改良した状態を示す横断面図。
【図２】他の実施の形態を示し、開削トンネルの両外側近傍を地盤改良した状態を示す横断面図。
【図３】地盤改良しないときのダクトの発生せん断力の分布図。
【図４】ダクトの側方に地盤改良したときの地震時発生せん断力の分布図。
【図５】ダクトの側方に未改良範囲を残して地盤改良したときの地震時発生せん断力の分布図。
【図６】未改良範囲を免震層で置換したときの地震時発生せん断力の分布図。
【符号の説明】
１          地中線状構造物（開削トンネル）
４ａ        外側面
７          地盤
８          基盤
９，９ａ，９ｂ    地盤改良部
１０          未改良範囲
Ｂ          地盤改良部の高さ
Ｈ1         地中線状構造物の天端と地盤改良部との高さとの差
Ｗ1         未改良範囲の幅
【図１】
0004544775.tif 000002
【図２】
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【図３】
0004544775.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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