(57)【要約】【課題】既設トンネルを補強するための既設トンネルの補強方法およびトンネル補強構造を提案する。【解決手段】既設トンネル１を挿通可能な内空を有する複数の管体３１，３１，…を立坑から順次圧入することにより既設トンネル１の外周囲を覆うように形成された補強筒状体３と、既設トンネル１の外面と補強筒状体３の内面との隙間に充填された充填材が硬化することにより形成された硬化体４とを備えるトンネル補強構造２と、トンネル補強構造２による既設トンネルの補強方法。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設トンネルを挿通可能な内空を有する複数の管体を順次圧入することにより、前記既設トンネルの外周囲を覆う補強筒状体を形成することを特徴とする、既設トンネルの補強方法。
【請求項２】
前記補強筒状体の端部において、前記補強筒状体と前記既設トンネルとの隙間を閉塞することを特徴とする、請求項１に記載の既設トンネルの補強方法。
【請求項３】
前記補強筒状体と前記既設トンネルとの隙間に充填材を充填することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の既設トンネル補強方法。
【請求項４】
前記補強筒状体の先端には切削手段が固定されており、前記補強筒状体を回転させつつ管体を圧入することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の既設トンネル補強方法。
【請求項５】
前記補強筒状体の先端には切削手段が固定されており、前記補強筒状体の先端部の管体を回転させつつ管体を圧入することを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の既設トンネル補強方法。
【請求項６】
既設トンネルの外周囲を覆う補強筒状体と、
前記既設トンネルの外面と前記補強筒状体との内面との間に充填された硬化体と、を備えるトンネル補強構造であって、
前記補強筒状体は、前記既設トンネルの軸方向に沿って連設された複数の管体により形成されていることを特徴とする、トンネル補強構造。
【請求項７】
既設トンネルの外周囲を覆う補強筒状体と、
前記補強筒状体の端部において、前記既設トンネルの外面と前記補強筒状体との内面との隙間を閉塞する止水手段と、を備えるトンネル補強構造であって、
前記補強筒状体は、前記既設トンネルの軸方向に沿って連設された複数の管体により形成されていることを特徴とする、トンネル補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設トンネルの補強方法およびトンネル補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
老朽化した既設トンネルを補強する場合には、トンネルの内空側から補強するのが一般的である。例えば、トンネルの内壁面に沿って内巻きコンクリートを打設する補強方法や、繊維シートや鋼板等を貼着する補強方法等がある。また、トンネル内または地上から地盤改良を行うことで、トンネルの周辺地盤を補強する場合もある。
ところが、トンネル内からトンネル覆工を補強すると、トンネルの内空が狭くなるのでトンネルの機能が低下するおそれがある。
また、トンネル内において補強作業を実施すると、トンネルの使用を停止する必要がある。
さらに、地上からの地盤改良は、トンネルの深度によっては、作業に手間がかかるとともに、建設コストが嵩む。また、地上からの地盤改良は、地上部に作業スペースが確保できる場合に限られる。
【０００３】
そのため、本出願人は、既設トンネルの外周と同程度の中空部を有した中空掘削機を、この中空掘削機の外部に取り付けた補助シールド掘削機によって牽引することで、既設トンネルの外周を掘削する既設トンネルの補強方法を開発した（特許文献１参照）。掘削により既設トンネルの周囲に形成された空間には、グラウト、モルタルまたはコンクリート等、硬化後に所定の強度を発現する充填材を充填する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−０２１４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の既設トンネルの補強方法は、地山と既設トンネルとの間に充填材の強度発現までに時間を要し、引張効果の少ない補強方法であった。また、地山と既設トンネルとの間に打設された充填材により補強する構造のため、地山状況によっては十分な止水性を確保できないおそれがあった。そのため、より早く引張補強効果が見込め、かつ、より優れた止水性を有する補強方法が求められていた。
このような観点から、本発明は、より優れた引張効果および確実な止水効果を早期に得られる既設トンネルの補強方法およびトンネル補強構造を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための本発明の既設トンネルの補強方法は、既設トンネルを挿通可能な内空を有する複数の管体を順次圧入することにより、前記既設トンネルの外周囲を覆う補強筒状体を形成することを特徴としている。
かかるトンネルの補強方法によれば、管体を圧入するのみで、簡易かつ安価に既設トンネルの補強構造を構築することができる。また、既設トンネルの外周囲に補強構造を形成するため、既設トンネルの使用を停止する必要もない。また、優れた引張効果と確実な止水効果が早期に得られる。
また、前記補強筒状体の端部において、前記補強筒状体と前記既設トンネルとの隙間を閉塞すれば、既設トンネルの止水性を向上させることができる。
また、前記補強筒状体と前記既設トンネルとの隙間に充填材を充填すれば、既設トンネルの耐力をより効果的に増強させることができる。
なお、前記補強筒状体の先端に切削手段を固定しておき、前記補強筒状体を回転させつつ管体を圧入すれば、圧入抵抗を減らすことができるので、管体の圧入をより簡易に行うことができる。なお、補強筒状体は、先端部の管体のみを回転させてもよいし、全体を回転させてもよい。
【０００７】
また、本発明のトンネル補強構造は、既設トンネルの外周囲を覆う補強筒状体を備えるものである。補強筒状体は、前記既設トンネルの軸方向に沿って連設された複数の管体により形成されている。
トンネル補強構造は、前記補強筒状体の端部において、前記既設トンネルの外面と前記補強筒状体との内面との隙間を閉塞する止水手段を備えるものでもよいし、前記既設トンネルの外面と前記補強筒状体との内面との間に充填された硬化体を備えるものでもよい。
かかるトンネル補強構造は、既設トンネルを外側から補強するものであるため、供用中の既設トンネルの使用を停止する必要がない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の既設トンネルの補強方法およびトンネル補強構造によれば、優れた引張補強効果と止水効果とを早期に得られる補強が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第一の実施形態に係る既設トンネルの補強方法の概要を示す斜視図である。
【図２】第一の実施形態のトンネル補強構造を示す断面図である。
【図３】第二の実施形態に係る既設トンネルの補強方法の概要を示す斜視図である。
【図４】第二の実施形態のトンネル補強構造を示す断面図である。
【図５】他の実施形態に係る既設トンネルの補強方法の概要を示す斜視図である。
【図６】他の実施形態のトンネル補強構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜第一の実施形態＞
第一の実施形態では、図１に示すように、セグメント１１を組み合わせることにより形成された既設のシールドトンネル（以下、「既設トンネル」という。）１を、既設トンネル１の周囲から補強するトンネル補強構造２について説明する。
トンネル補強構造２は、図２に示すように、既設トンネル１の外周囲を覆う補強筒状体３と、既設トンネル１の外面と補強筒状体３との内面との間に充填された硬化体４とを備えている。
【００１１】
補強筒状体３は、既設トンネル１の軸方向に沿って連設された複数の円筒状の管体３１，３１，…により形成されている。なお、管体３１は、既設トンネル１を挿通可能であれば円筒状に限定されるものではなく、例えば、既設トンネル１が矩形断面の場合には、角筒状であってもよい。また、管体３１は、所定の強度を有していれば限定されないが、本実施形態では引張補強効果に優れた鋼管を使用する。
補強筒状体３の先端（先端に設けられた管体３１の先端）には、切削手段５が固定されている。切削手段５は、補強筒状体３の周方向に並ぶ複数のカッタービットを備えている。なお、切削手段５の構成は限定されるものではなく、例えば、刃口であってもよい。
【００１２】
硬化体４は、既設トンネル１の外面と補強筒状体３の内面との隙間に注入された充填材からなる。充填材（硬化体４）を構成する材料は、硬化することで所定の強度を発現するものであれば限定されるものではなく、例えば、モルタルやグラウト等を使用すればよい。
本実施形態では、切削手段５の直後に、止水部材６が配設される。止水部材６は、既設トンネル１の外面に周設された環状のウレタンゴムにより構成されている。止水部材６は、既設トンネル１の外面と補強筒状体３の内面とに密着していることで、既設トンネル１と補強筒状体３との隙間を閉塞している。なお、止水部材６を構成する材料及び形状は、隙間を閉塞することが可能であれば限定されない。また、止水部材６は、必要に応じて配設すればよく、例えば、湧水量が少ないことが予想される場合には省略してもよい。
【００１３】
トンネル補強構造２を施工する場合には、まず、既設トンネル１の外形よりも大きな内空を有する複数の管体３１，３１，…を、立坑（図示せず）から順次連結させつつ圧入することで、既設トンネル１の外周囲を覆う補強筒状体３を形成する。このとき、立坑内においては、基端側の管体３１を回転させつつ圧入する。基端側の管体３１を回転させると、補強筒状体３の先端に固定されたカッタービット（切削手段５）が回転し、既設トンネル１の周囲の地山が切削される。
補強筒状体３により既設トンネル１の外周囲を覆ったら、補強筒状体３と既設トンネル１との隙間に充填材（硬化体４）を充填する。充填材の注入方法は限定されるものではなく、例えば、立坑の坑口から圧入すればよい。
なお、補強筒状体３の内部には、図示しない高さ調整材が適宜配設されているので、既設トンネル１の周囲を掘削しても既設トンネル１の位置が大きくずれる（既設トンネル１が落下する）ことはない。
【００１４】
本実施形態の既設トンネルの補強方法およびトンネル補強構造によれば、管体３１を立坑から圧入するのみで、簡易かつ安価に既設トンネル１の補強構造（トンネル補強構造２）を構築することができる。外周囲を補強筒状体３により覆うことで、既設トンネル１に作用する外力が軽減されるとともに、既設トンネル１の長寿命化が可能となる。
また、既設トンネル１と補強筒状体３とが、隙間に充填された硬化体４により一体化されているため、既設トンネル１の耐力が増強されているとともに止水性が確保されている。
また、既設トンネル１の外側から非開削によりトンネル補強構造２を形成するため、既設トンネル１の使用を停止する必要がなく、また、既設トンネル１の上方の地上に施工スペースを確保することができない場合であっても施工することができる。
また、切削手段５により地山を切削しながら圧入するため、管体３１の圧入抵抗を軽減されて、施工性が優れている。
【００１５】
＜第二の実施形態＞
第二の実施形態のトンネル補強構造２は、図３に示すように、掘削装置５０を利用して、既設トンネル１の外周囲に形成されるものである。
本実施形態のトンネル補強構造２は、図４に示すように、既設トンネル１の外周囲を覆う補強筒状体３と、既設トンネル１の外面と補強筒状体３との内面との間に形成された隙間を閉塞する止水部材６とを備えている。
止水部材６は、既設トンネル１の外面に周設された環状のウレタンゴムにより構成されている。止水部材６は、既設トンネル１の外面と補強筒状体３の内面とに密着していることで、既設トンネル１と補強筒状体３との隙間を閉塞している。止水部材６の設置個所は限定されるものではないが、少なくとも補強筒状体３の先端部と後端部とに設けるものとする。なお、止水部材６を構成する材料及び形状は、隙間を閉塞することが可能であれば限定されない。例えば、チューブ状の止水部材６を補強筒状体３の内面に設置しておき、止水部材６の内部に流体（圧縮空気やグラウト等）を圧入して、止水部材６を膨張させることで既設トンネル１の外面と補強筒状体３の内面とに密着させてもよい。
【００１６】
掘削装置５０は、補強筒状体３の先端に設けられたカッター部５１と、補強筒状体３の外面に沿って設けられたメンテナンス管５２とを備えている。
メンテナンス管５２は、立坑から連続して配設された複数の鋼管５３，５３，…により形成されており、先端にはカッターヘッド５４が設けられている。
カッターヘッド５４は複数のカッタービットを備えており、回転することにより地山を切削する。なお、カッターヘッド５４の構成は限定されるものではない。また、メンテナンス管５２の先端には、カッターヘッド５４に代えて、他の切削手段が設けられていてもよい。
本実施形態では、図３に示すように、補強筒状体３の上側の２箇所にメンテナンス管５２を配置するが、メンテナンス管５２の数や配置は限定されるものではない。
メンテナンス管５２の内部には、図示しない排土管や、掘削装置５の駆動に必要な電線および油圧管等が配設されている。また、メンテナンス管５２には、図４に示すように、カッターヘッド５４の後方に、カッター部５１に回転力を付与する回転機構５５が配設されている。
回転機構５５は、カッターヘッド５４の回転とともに回転するギヤを備えている。
なお、掘削装置５の構成は限定されるものではなく、例えば、先端にジェットノズルが配設されたものであってもよい。ジェットノズルが配設された掘削装置５を利用する場合は、ジェットノズルから噴射された高圧水により地山を切削するため、カッター部５１を回転させるための動力や機構を要することなく、簡易な設備による施工が可能となる。
【００１７】
カッター部５１は、図４に示すように、補強筒状体３の先端に設置されている。本実施形態のカッター部５１は、既設トンネル１の周囲に沿って回転可能に設けられている。カッター部５１は、メンテナンス管５２の回転機構５５のギヤと歯合するギヤを備えており、カッターヘッド５４の回転時の動力がギヤを介して伝達されることで回転する。カッター部５１が回転すると、既設トンネル１の周囲の地山が切削される。
【００１８】
トンネル補強構造２の施工は、既設トンネル１を挿通した状態で、掘削装置５を利用して地山を切削するとともに、補強筒状体３を圧入する。このとき補強筒状体３の先端部には、予め止水部材６が配設されている。
補強筒状体３により既設トンネル１の外周囲を覆ったら、補強筒状体３の後端部にも止水部材６を配設し、既設トンネル１と補強筒状体３との隙間を閉塞する。
なお、補強筒状体３の内部には、図示しない高さ調整材が適宜配設されており、既設トンネル１の周囲を掘削することにより既設トンネル１の位置がずれる（既設トンネル１が落下する）ことを防止する。
【００１９】
本実施形態の既設トンネルの補強方法およびトンネル補強構造によれば、補強筒状体３（管体３１）を立坑から圧入するのみで、簡易かつ安価に既設トンネル１の補強構造（トンネル補強構造２）を構築することができる。外周囲を補強筒状体３により覆うことで、既設トンネル１への作用外力が軽減され、既設トンネル１の長寿命化が可能となる。
また、掘削装置５により地山を切削するため、既設トンネル１の延長距離が長い場合や、曲線を有している場合であっても、簡易に補強することができる。
また、既設トンネル１と補強筒状体３との隙間が止水部材６により閉塞されているため、既設トンネル１の止水性が確保されている。
また、既設トンネル１の外側から非開削により補強するため、既設トンネル１の使用を停止する必要がなく、また、地上部に用地を確保することができない場合であっても効果的な補強が可能である。
【００２０】
以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記各実施形態では、補強筒状体３の先端にカッタービットや掘削装置５０を設けておき、これらの切削手段５を利用して地山を切削しつつ補強筒状体３を既設トンネル１の外周囲に圧入する場合について説明したが、切削手段５は必要応じて設ければよい。すなわち、図５および図６に示すように、地山を切削せずに管体３１を地山に連続して圧入することにより既設トンネル１の外周囲に補強筒状体３を形成してもよい。
【符号の説明】
【００２１】
１    既設トンネル
２    トンネル補強構造
３    補強筒状体
３１  管体
４    硬化体（充填材）
５    切削手段
５０  掘削装置
５１  カッター部
５２  メンテナンス管
５３  鋼管
５４  カッターヘッド
５５  回転機構
６    止水部材
【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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