(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設のトンネルの覆工を取り壊して、新たな覆工を構築するトンネルのリニューアル方法において、
既設の覆工を取り壊した後に、トンネルの内面形状より新たに構築する覆工の厚み分だけ小さい移動フレームを設置する第１工程と、
前記移動フレームとトンネルの地山の間に、地山側の面を凹凸加工したパネルを設置する第２工程と、
前記パネルと地山の間に充填材を充填する第３工程と、
からなり、
トンネル周方向の前記パネル同士の接合部はパネルの強度と同等以上の強度で接合されていることを特徴とする、
トンネルのリニューアル方法。
【請求項２】
請求項１記載のトンネルのリニューアル方法において、
前記パネルは、繊維補強コンクリートからなる板材のトンネル周方向の端面に接合具を取り付けたパネルであって、
前記接合具は前記周方向端面に所定の間隔で配置された線材からなり、前記線材は周方向端面を一辺として閉じた空間を形成し、
前記第３工程において充填する充填材がトンネル周方向のパネルの接合部にも充填されることを特徴とする、
トンネルのリニューアル方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のトンネルのリニューアル方法において、
トンネル軸方向の前記パネルの接合部は、一方のパネルの端部を凸形状に形成し、他方のパネルの端部を凹形状に形成して両者を嵌合した構造であることを特徴とする、
トンネルのリニューアル方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルのリニューアル方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトンネルのリニューアル方法は、既設のトンネルの覆工を取り壊してトンネルを拡幅した後に、鉄筋及び型枠を組み立ててコンクリートを打設することによっておこなっていた。
また、型枠の代わりにプレキャストパネルを使用する方法もある。プレキャストパネルは、通常、トンネルの地山側に配置した鋼製フレームに取り付けて設置する。ここで、パネル相互間の接合部はつき合わせているだけで構造的には一体化されていない。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
前記した従来のトンネルのリニューアル方法にあっては、次のような問題点がある。
＜イ＞配筋作業、型枠設置作業、コンクリート打設作業が必要で、これらの作業に時間と労力を必要とする。また、トンネル表面は曲面であるため、型枠を正確に設置し、コンクリート打設後に取り外すための時間と労力を要する。
＜ロ＞プレキャストパネルは構造的に一体化していない。このため、パネルを取り外す労力を省けるだけで、配筋作業を省力化することはできない。また、鋼製フレームをトンネルの地山側に設置するため、トンネルを鋼製フレームの分だけ大きめに掘削する必要があった。
【０００４】
【本発明の目的】
本発明は上記したような従来の問題を解決するためになされたもので、迅速におこなえるトンネルのリニューアル方法を提供することを目的とする。
または、トンネルの内周面を平滑に仕上げることができるトンネルのリニューアル方法を提供することを目的とする。
さらに、耐久性に優れ、長期的な維持・補修費用を削減できるトンネルのリニューアル方法を提供することを目的とする。
また、トンネルの掘削量を必要最小限に抑えることができるトンネルのリニューアル方法を提供することを目的とする。言い換えれば、新たに構築する覆工の厚みを従来に比べて薄くし、トンネルの内空断面を広くすることができるトンネルのリニューアル方法を提供することを目的とする。
本発明は、これらの目的の少なくとも一つを達成するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記のような目的を達成するために、本発明のトンネルのリニューアル方法は、既設のトンネルの覆工を取り壊して、新たな覆工を構築するトンネルのリニューアル方法において、既設の覆工を取り壊した後に、トンネルの内面形状より新たに構築する覆工の厚み分だけ小さい移動フレームを設置する第１工程と、前記移動フレームとトンネルの地山の間に、地山側の面を凹凸加工したパネルを設置する第２工程と、前記パネルと地山の間に充填材を充填する第３工程と、からなり、トンネル周方向の前記パネル同士の接合部はパネルの強度と同等以上の強度で接合されていることを特徴とする方法である。
ここで、前記パネルは、繊維補強コンクリートからなる板材のトンネル周方向の端面に接合具を取り付けたパネルであって、前記接合具は前記周方向端面に所定の間隔で配置された線材からなり、前記線材は周方向端面を一辺として閉じた空間を形成し、前記第３工程において充填する充填材がトンネル周方向のパネルの接合部にも充填されるように構成することも可能である。
また、上記発明において、トンネル軸方向の前記パネルの接合部は、一方のパネルの端部を凸形状に形成し、他方のパネルの端部を凹形状に形成して両者を嵌合した構造とすることも可能である。
【０００６】
【本発明の実施の形態】
以下図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【０００７】
＜イ＞パネル
パネル１は、板材３と周方向端面３１に取り付けた接合具２から構成される。
周方向端面と直交する端面、つまりパネルを設置した場合のトンネル軸方向端面は、一方を凸状端面５１、他方を凹状端面５２に加工するのが好ましい。図２にパネルの実施例の斜視図を示す。
板材３は、設置するトンネル内面の曲率に合わせた曲面に合わせるのが好ましいが、平面の板材を使用することもできる。平面の板材を使用する場合は、トンネル周方向のパネルの使用枚数（トンネル周方向の分割数）を多くして、周方向接合部２０で覆工を曲面にするための調節をおこなう。
パネル１は、トンネルの内側に向く面を平滑面に仕上げる。
また、トンネルの地山側に向くパネル１の面は、凹凸を付けて仕上げる。このようなパネル１を型枠として地山とパネルの間に充填材を充填すると、地山とパネルを一体にすることができる。
【０００８】
＜ロ＞板材
板材３は、例えば繊維補強・超高強度コンクリートで製作する。
繊維補強コンクリートの材料としては、例えば、セメントと珪石の粉末、シリカフューム、珪砂、高性能減水剤に水を単位水量（出来上がりコンクリート容積１ｍ3当たり）として１８０ｋｇ程度（水／セメントの比率が２２％程度）を加えた高強度コンクリート・マトリックスに、高強度鋼繊維を容積で２％程度混入して得られる圧縮強度２００〜２２０ＭＰａ、曲げ強度４０〜４５ＭＰａ、付着強度１０〜９０ＭＰａ、透気係数２．５×１０-18ｍ2、吸水率０．０５ｋｇ／ｍ3、塩分拡散係数０.０２×１０-12ｍ2／ｓｅｃ、弾性係数５５ＧＰａの特性を持つ繊維補強・超高強度コンクリートが使用できる。
なお、必要とされる構造性能を満たすものであれば、材料は繊維補強コンクリートに限られない。
【０００９】
＜ハ＞接合具
接合具２は、板材３の周方向端面３１に、トンネル軸方向に所定の間隔をおいて配置された複数の線材２１からなる。線材２１は、コンクリートによく付着する異形鉄筋等を使用するのが好ましい。
線材２１は、周方向端面３１を一辺として閉じた空間を形成する。例えば、環状の鉄筋の一部を板材３に埋設すると、板材からＵ字型の線材２１が突出する。Ｕ字型の両端部には、板材３の周方向端面３１が位置するので、線材２１は端面を一辺として閉じた空間を形成することになる。突出した線材２１の形状は、Ｕ字型に限られず、半円形、四角形、三角形でもよい。
また、Ｕ字型の線材２１を使用して、線材２１の両端部を板材３に定着することもできる。
なお、接合具２を螺旋状線材で構成することも可能である。この場合、螺旋状線材を板材の周方向端面３１に沿って配置し、その一部を板材３に埋設する。
また、線材が形成する閉合空間の開口方向を、板材３の厚さ方向にすることも可能である。例えば、Ｕ字型を形成する線材が属する面と、板材３の正面（トンネルの内側に現れる面）とが略平行になるように線材を配置する。
【００１０】
＜ニ＞移動フレーム
移動フレーム４は、アーチ状の周方向材４２と、平板状の軸方向材４１と、移動装置４３とから構成される。図３に移動フレーム４の斜視図を示す。
周方向材４２は、トンネルの内面形状より新たに構築する覆工の厚み分だけ小さく製作する。ここで、新たに構築する覆工の厚みとは、パネル１の厚みにパネルと地山の間に充填する充填材の厚みを加えた厚みをいう。ここで、周方向材４２と地山の距離からパネル１の厚みを引いたものが充填材の厚みとなる。
周方向材４２は例えばＨ型鋼材で製作する。
軸方向材４１は、所定の間隔をおいて並べた周方向材４２間を連結する板材である。
軸方向材４１は、パネルの周方向接合部２０に配置されるように取り付ける。つまり、軸方向材４１は周方向接合部２０の型枠の役割も果たす。よって、軸方向材４１は表面が平滑な鋼材などを使用するのが好ましい。
【００１１】
＜ホ＞周方向接合部の構造
周方向接合部２０の断面図を図４に示す。
周方向接合部２０においては、一方の板材３ａから突出する接合具２ａが他方の板材３ｂから突出する接合具２ｂに重なるように板材３を配置する。この結果、互いの接合具２が重なり、貫通した空間が形成される。つまり、板材の周方向端面３１に沿う方向（図４の紙面直角方向）に投影した場合に、両板材の接合具（２ａ、２ｂ）に囲まれる空間を接合部に形成する。
上記の貫通した空間に、必要に応じて接合用の棒材を挿通してもよい。
パネル１と地山７の間には充填材６を充填する。この結果、板材間の隙間にも、充填材６が充填される。ここで、軸方向材４１がトンネル内面側の型枠の役割を果たす。
充填材６としては、上述の繊維補強・超高強度コンクリート、セメント系モルタル、樹脂系モルタル、コンクリート、セメントミルク、繊維補強コンクリート等が使用できる。
【００１２】
周方向接合部２０に引張力が作用した場合、互いの接合具２が重なって貫通した空間に配置した充填材６には圧縮応力の場が発生する。
また、線材２１を貫通する接合用の棒材を設置した場合は、接合用の棒材がせん断抵抗するため、接合具２の定着効果がさらに向上して、接合具２から充填材６への応力の伝達がさらに効果的に行われる。
この結果、耐力的に強固な接合部の構造とすることができる。
【００１３】
＜ヘ＞軸方向接合部の構造
軸方向接合部５は、トンネル軸方向に隣り合うパネル１同士の接合部である。
軸方向接合部５は、一方のパネルの凸状端面５１と他方のパネルの凹状端面５２を嵌合して形成するのが望ましい。こうして軸方向接合部５を形成すれば、パネルに働く面外のせん断力に対して抵抗できる接合部とすることができる。
また、このような軸方向接合部５の構造は、効果的に軸力を伝達することができる。
【００１４】
以下図面を参照しながら本発明の施工方法の実施例について説明する。
【００１５】
＜イ＞移動フレームの設置
最初に、所定の範囲の既設の覆工を取り壊す。
トンネルを拡幅掘削する必要がある場合は、掘削とともに既設の覆工を取り壊してもよい。
また、既設の覆工を取り壊した後に、必要に応じてトンネルの拡幅掘削をおこなうことも可能である。
既設の覆工を取り壊した後のトンネルの内部に移動フレーム４を設置する。
【００１６】
＜ロ＞パネルの組み立て
パネル１は、移動フレーム４と地山７の間に設置する。
例えばトンネルの脚部から上方にパネル１を順次積み上げて設置する。ここで、パネル１は必要に応じてボルトなどで移動フレーム４に固定する。
トンネル軸方向のパネルの端面は、凸状端面５１または凹状端面５２となっているため、片側から容易に差し込んで設置することができる。
パネル１は移動フレーム４に沿って設置すればよいため、正確な位置に迅速に設置することができる。
もしも移動フレーム４がなければ、パネル１を正確な位置に設置した後に、型枠などを接合部に配置する必要がある。しかし移動フレーム４を使用した場合、移動フレーム４が定規の役割をするため、接合するパネル１を簡単に正確な位置に誘導することができる。
ここで、接合具２同士は、線材２１毎につなぎあわせる必要がない。このため、接合のためのパネルの組立作業を簡単に行うことができる。
【００１７】
＜ハ＞充填材の充填
パネル１と地山７に囲まれた隙間に、充填材６を注入する。充填材６は、周方向接合部２０にも流れ込む。ここで、軸方向材４１はトンネル内面側の型枠の役割も果たす。
充填材６の充填によって、パネル１と充填材６と地山７は一体になる。
移動フレーム４は充填材６が硬化した後に、次の区間に新たな覆工を構築するためにトンネル軸方向に移動装置４３により移動させる。
移動装置４３は軌道式または無軌道式の移動手段を使用することができる。
【００１８】
【本発明の効果】
本発明のトンネルのリニューアル方法は以上説明したようになるから次のような効果を得ることができる。
＜イ＞設置した移動フレームをガイドにしてパネルを配置し、充填材を充填するだけで正確な位置に新設の覆工を構築することができる。このため、迅速にトンネルのリニューアルがおこなえる。パネルは覆工の一部となるため、型枠を取り外すための時間と労力を必要としない。
＜ロ＞充填材を充填すると構造的に一体化が可能なパネルを接合して新設の覆工を構築し、さらに接合部に曲げモーメントや軸引張力などの断面力が発生しても、板材の保有する抵抗断面力と同等以上の抵抗を接合部が示すので、パネル及び接合部が覆工の主鉄筋やせん断鉄筋の役目を果たす。このため、鉄筋を配置する必要がなく、材料、時間および労力を節約できる。
＜ハ＞移動フレームの軸方向材は、充填材の型枠の役割も果たす。このため、別途、型枠を設置する必要がなく、接合に要する時間と手間を大幅に削減することができる。また、軸方向材は平滑面を有し、パネルと密着するため、トンネル内周面を平滑に仕上げることができる。
＜ニ＞パネルを組み立てるための移動フレームはトンネルの内側に設置し、覆工構築後は移動させる。このため、従来の鋼製フレームを設置するための拡幅掘削を必要とせず、トンネル内空断面を広くすることもできる。また、上述した繊維補強・超高強度コンクリートを使用した場合、覆工の厚さを従来に比べて薄くすることも可能になる。
【００１９】
＜ホ＞周方向接合部に閉じた空間を形成する接合具を使用すれば、接合部に曲げモーメントや軸引張力などの断面力が発生した場合、一方の接合具に発生する引張力は、接合具に閉じた空間が存在するために、閉合された空間の充填材には圧縮応力場が発生して、インターロッキング効果によりもう一方の接合具に引張力として効果的に伝達される。このため、耐力的に弱部とならない接合部の構造とすることができる。
＜ヘ＞パネルは事前に工場など製作するため品質が良い。また、現場で打設した充填材をパネルで覆う構造となるため、充填材の乾燥収縮を防止し、乾燥ひび割れが発生しない。
＜ト＞上述した繊維補強・超高強度コンクリートを使用した場合、透水係が著しく低い、耐磨耗性、耐薬品性、耐久性に優れた覆工を構築することができる。このため、長期間にわたって維持・補修費用を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトンネルのリニューアル方法の実施例の説明図
【図２】本発明のパネルの実施例の斜視図
【図３】本発明の移動フレームの実施例の斜視図
【図４】周方向接合部の断面図
【符号の説明】
１・・・パネル
２・・・接合具
２０・・周方向接合部
２１・・線材
３・・・板材
３１・・周方向端面
４・・・移動フレーム
５・・・軸方向接合部
５１・・凸状端面
５２・・凹状端面
６・・・充填材
７・・・地山
【図１】
0004022039.tif 000002
【図２】
0004022039.tif 000003
【図３】
0004022039.tif 000004
【図４】
0004022039.tif 000005