(57)【要約】【課題】短時間で効率的に施工することのできるトンネル支保工とその施工方法を提供する。【解決手段】少なくとも２つの湾曲状の分割支保工１，１を備え、各分割支保工１は他の分割支保工１に連結される端部１ａの湾曲内側にピン挿通部３を備えており、連結される各分割支保工１，１のピン挿通部３，３が位置合わせされ、双方のピン挿通部３，３に連結ピン５が挿通されており、連結ピン５を支点として各分割支保工１，１が広げられた際に各分割支保工１，１の端面２，２同士が当接して形成されるトンネル支保工１０である。【選択図】図２
2017106272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの湾曲状の分割支保工を備え、
各分割支保工は他の分割支保工に連結される端部の湾曲内側にピン挿通部を備えており、
連結される各分割支保工のピン挿通部が位置合わせされ、双方のピン挿通部に連結ピンが挿通されており、
連結ピンを支点として各分割支保工が広げられた際に各分割支保工の端面同士が当接して形成される、トンネル支保工。
【請求項２】
各分割支保工の前記端部の湾曲外側に別途のピン挿通部が備えてあり、
連結ピンを支点として各分割支保工が広げられた際に双方の別途のピン挿通部が位置合わせされ、双方の別途のピン挿通部に別途の連結ピンが挿通されている、請求項１に記載のトンネル支保工。
【請求項３】
少なくとも２つの湾曲状の分割支保工を備え、各分割支保工は他の分割支保工に連結される端部の湾曲内側にピン挿通部を備えており、連結される各分割支保工のピン挿通部が位置合わせされ、双方のピン挿通部に連結ピンが挿通されているトンネル支保工を、各分割支保工を閉じた状態で建て込み場所に搬送する第１のステップ、
連結ピンを支点として各分割支保工を広げ、各分割支保工の端面同士を当接させてトンネル支保工を施工する第２のステップからなるトンネル支保工の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、山岳トンネル等で使用されるトンネル支保工とその施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
山岳トンネルの施工においては、地山を機械掘削等してずり出しをおこなった後、トンネル内壁に対して吹付けロボット等でコンクリートの吹付けを速やかにおこない、さらに、トンネル形状に沿った湾曲状の鋼製支保工を吹付コンクリート面に所定のピッチで建て込むことにより、地山の崩落や肌落ちを防止しながらトンネル空間の安定を図っている。より詳細には、上記のコンクリートの吹付けを一次吹付けとし、鋼製支保工の建て込みの後、鋼製支保工を巻き込むようにして再度コンクリートの吹付けを二次吹付けとしておこなっており、必要に応じてロックボルトを地山に打込んでトンネルの補強を図っている。
【０００３】
鋼製支保工にはH型鋼が一般に使用されており、トンネルセンターに対して左右対称に分割された２つの分割支保工が建て込まれ、双方の分割支保工の連結箇所において、H型鋼のウェブの左右２箇所がボルト結合されたトンネル支保工が施工されている。
【０００４】
なお、トンネル断面が大きい場合や、トンネルの断面形状が複雑な場合においては、左右の分割支保工がさらに２分割以上され、各分割支保工の連結箇所がボルト結合されることにより、トンネル支保工が施工される場合もある。
【０００５】
トンネル支保工の施工は、トンネルの所定位置まで運搬台車で分割支保工を搬送し、たとえばエレクタ装置の把持部にて分割支保工を把持しながら分割支保工の建て込みをおこない、作業員がボルト結合することによっておこなわれる。
【０００６】
しかしながら、このような複数の分割支保工の建て込みや建て込み姿勢の保持、さらには分割支保工同士のボルト結合には時間を要し、特にボルト結合には施工手間がかかり、さらには、このような長時間の作業が不安定な状態の切羽の近傍でおこなわれることから施工安全性の面で課題がある。
【０００７】
ここで、特許文献１には、トンネル支保材の上端部が、該上端部当接面の外周形状と略同形状で、かつ他方の支保材の上端部を円滑に嵌入可能な内空断面を有するさや状連結材を備え、トンネル支保材のさや状連結材の内空にトンネル支保材の上端部を嵌入して両トンネル支保材同士を連結する、トンネル支保材の連結構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−０４５６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載のトンネル支保材の連結構造によれば、トンネル支保材の連結をボルト締結などの煩雑な作業を経ずに容易かつ確実におこなうことができ、しかも、連結作業をおこなうに当たって重機等の機械力のみで作業遂行が可能であるとしている。しかしながら、２つのトンネル支保材の上端部をそれぞれさや状連結材の左右端から嵌入させる作業は実際には容易でなく、トンネル支保工の施工に時間を要するといった上記課題を解消するには至らない。
【００１０】
本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、短時間で効率的に施工することのできるトンネル支保工とその施工方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成すべく、本発明によるトンネル支保工は、少なくとも２つの湾曲状の分割支保工を備え、各分割支保工は他の分割支保工に連結される端部の湾曲内側にピン挿通部を備えており、連結される各分割支保工のピン挿通部が位置合わせされ、双方のピン挿通部に連結ピンが挿通されており、連結ピンを支点として各分割支保工が広げられた際に各分割支保工の端面同士が当接して形成されるものである。
【００１２】
本発明のトンネル支保工は、２つの湾曲状のH型鋼等からなる分割支保工がそれらの端部の湾曲内側において連結ピンで連結されていることにより、施工場所までは分割支保工同士を閉じた状態で（寸法を小さくした状態で）搬送され、施工場所ではエレクタ装置等で分割支保工を広げて双方の端面同士を当接させることで効率的かつ速やかにトンネル支保工が形成されるものである。
【００１３】
各分割支保工同士は端部の湾曲内側にて連結ピンにて連結され、端面同士が当接した状態であるものの、形成されたトンネル支保工の外側のトンネル壁から土圧等が作用することでトンネル支保工の軸方向に軸力（圧縮力）が作用し、この軸力によって各分割支保工の一体化が図られ、トンネル支保工が自立する。
【００１４】
ここで、「少なくとも２つの分割支保工」とは、トンネル支保工が２つの分割支保工から形成される場合のほか、トンネル断面寸法やトンネル断面形状等の関係から３つ以上の分割支保工から形成される場合を含む意味である。たとえば、２つの分割支保工からトンネル支保工が形成される形態では、２つの分割支保工による１つの連結箇所（通常は同じ形状の２つの分割支保工による中央位置に連結箇所がある）が連結ピンを介して連結され、施工場所では１つの連結箇所で各分割支保工の端面同士が当接してトンネル支保工が形成される。また、たとえば４つの分割支保工からトンネル支保工が形成される形態では、４つの分割支保工による３つの連結箇所が連結ピンを介して連結され、施工場所では３つの連結箇所で各分割支保工の端面同士が当接してトンネル支保工が形成される。
【００１５】
また、「湾曲状」とは、１つもしくは複数の曲率からなるトンネルの断面形状に沿った形状を意味しており、その形状は多様である。各分割支保工が端部の湾曲内側（湾曲状の内側の位置）で連結ピンを介して相互に連結されていることから、分割支保工を広げた際に端面同士が当接され、湾曲状のトンネル支保工を形成することができる。
【００１６】
なお、H型鋼等からなる分割支保工における、他の分割支保工に連結される端部には鋼製のプレートが溶接等されているのが好ましい。２つの分割支保工のプレートからなる端面同士が当接することで、土圧等が作用して生じた軸力を効果的に伝達することが可能になる。
【００１７】
本発明のトンネル支保工は、施工場所まで搬送される際は連結ピンを介して分割支保工を分離させることなく閉じた状態にできることから、既に施工されているトンネル支保工の内側を当該トンネル支保工と干渉することなく搬送することが可能である。また、複数の分割支保工同士が相互に連結されていることから、分離した分割支保工を順次搬送する場合に比して搬送作業も効率的におこなうことができる。
【００１８】
また、たとえばエレクタ装置の把持部でトンネル支保工を把持して施工場所に位置決めし、エレクタ装置を作動して各分割支保工を広げてトンネル支保工を形成してその建て込みをおこなうことから、作業員が分割支保工同士をボルト結合する必要がなくなる。そのため、極めて短時間にトンネル支保工を施工することができ、かつ施工安全性も格段に向上する。
【００１９】
また、本発明によるトンネル支保工の他の実施の形態として、各分割支保工の前記端部の湾曲外側に別途のピン挿通部が備えてあり、連結ピンを支点として各分割支保工が広げられた際に双方の別途のピン挿通部が位置合わせされ、双方の別途のピン挿通部に別途の連結ピンが挿通されている形態を挙げることができる。
【００２０】
分割支保工の端面同士が当接した状態で湾曲外側を別途の連結ピンで連結することにより、湾曲内側の連結ピンによる接続強度と軸力による端面の圧縮力による接続強度に対し、湾曲外側の別途の連結ピンによる接続強度が加わることにより、分割支保工の連結部の連結強度を高めることができる。
【００２１】
また、本発明はトンネル支保工の施工方法にも及ぶものであり、この施工方法は、少なくとも２つの湾曲状の分割支保工を備え、各分割支保工は他の分割支保工に連結される端部の湾曲内側にピン挿通部を備えており、連結される各分割支保工のピン挿通部が位置合わせされ、双方のピン挿通部に連結ピンが挿通されているトンネル支保工を、各分割支保工を閉じた状態で建て込み場所に搬送する第１のステップ、連結ピンを支点として各分割支保工を広げ、各分割支保工の端面同士を当接させてトンネル支保工を施工する第２のステップからなるものである。
【００２２】
本発明の施工方法によれば、施工場所までの搬送過程では各分割支保工が連結ピンを介して連結されながら閉じた状態（寸法を小さな状態）で搬送されることから、効率的な搬送作業を実現することができる。
【００２３】
そして、トンネル支保工の施工場所では、エレクタ装置の把持部等でトンネル支保工を把持して各分割支保工を広げてトンネル支保工を形成し、速やかにトンネル支保工の建て込みをおこなうことができる。そのため、作業員が分割支保工同士をボルト結合する必要がなくなることから、極めて短時間でかつ効率的にトンネル支保工を施工することができる。さらに、切羽の近傍で作業員がボルト結合する作業が不要となることから、施工安全性は格段に向上する。
【発明の効果】
【００２４】
以上の説明から理解できるように、本発明のトンネル支保工とその施工方法によれば、２つの湾曲状の分割支保工がそれらの端部の湾曲内側において連結ピンで連結されていることにより、施工場所では分割支保工を広げて双方の端面同士を当接させるだけでトンネル支保工を形成することが可能となり、短時間でかつ効率的にトンネル支保工を施工することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のトンネル支保工の実施の形態１の分解斜視図である。
【図２】トンネル支保工の実施の形態１が形成された状態を示した斜視図である。
【図３】トンネル支保工の実施の形態１が閉じた状態を示した斜視図である。
【図４】本発明のトンネル支保工の施工方法を説明した図であって、トンネル内に閉じた状態のトンネル支保工を搬送している状態を示した模式図である。
【図５】トンネル支保工の施工場所にてトンネル支保工を広げている状態を示した模式図である。
【図６】トンネル支保工の施工場所にてトンネル支保工が施工された状態を示した模式図である。
【図７】トンネル支保工の実施の形態２を示した斜視図である。
【図８】トンネル支保工の実施の形態３を示した斜視図である。
【図９】連結ピンの仕様を決定する計算方法を説明した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図面を参照して本発明のトンネル支保工とその施工方法の実施の形態を説明する。
【００２７】
（トンネル支保工の実施の形態１）
図１は本発明のトンネル支保工の実施の形態１の分解斜視図であり、図２はトンネル支保工の実施の形態１が形成された状態を示した斜視図であり、図３はトンネル支保工の実施の形態１が閉じた状態を示した斜視図である。
【００２８】
図２で示すトンネル支保工１０は、図１に示すように、２本のH型鋼からなる分割支保工１，１から構成されている。
【００２９】
分割支保工１は、施工されるトンネルの断面形状に応じた湾曲状を呈しており、他の分割支保工１に連結される端部１ａの湾曲内側（図１で示すIN側）にピン挿通部３を備えており、端部１ａには鋼製のプレート２が溶接されて広幅の端面が形成されている。
また、分割支保工１の脚部の端面には鋼製の脚プレート４が溶接されている。
【００３０】
図２で示すように、２つの分割支保工１，１それぞれのピン挿通部３，３が位置合わせされ、双方のピン挿通部３，３に連結ピン５が挿通され、それぞれの分割支保工１，１の端面２，２同士が当接することによってトンネル支保工１０が形成される。
【００３１】
図２はトンネル内にトンネル支保工１０が施工された状態を模擬しているが、トンネル支保工１０が施工されてトンネル壁面に馴染んだ際に、トンネル支保工１０はトンネル壁面から土圧Ｐを受けることになる。
【００３２】
そして、トンネル支保工１０が土圧Ｐを受けることにより、トンネル支保工１０内にはその軸方向に軸力Ｎ（圧縮力）が作用する。
【００３３】
２つの分割支保工１，１同士は端部１ａ、１ａの湾曲内側において連結ピン５にて連結され、端面２，２同士が当接した状態に過ぎないものの、トンネル支保工１０に軸力Ｎ（圧縮力）が生じることで各分割支保工１，１の一体化が図られ、自立したトンネル支保工１０にて土圧Ｐに抗することができる。
【００３４】
一方、トンネル内に不図示の台車等でトンネル支保工１０を搬送したり、不図示のエレクタ装置の把持部にてトンネル支保工１０を施工場所に搬送する際には、図３で示すように２つの分割支保工１，１を連結ピン５を介して閉じて（Ｘ１方向）、閉じた状態のトンネル支保工１０’とする。
【００３５】
このように、全体寸法が小さくなった閉じた状態のトンネル支保工１０’として搬送することより、２つの分割支保工１，１が連結ピン５にて分離することなく繋がれた状態で、効率的にトンネル支保工１０’を搬送することができる。さらに、既に施工されているトンネル支保工１０の内部を搬送される際に、当該既に施工されているトンネル支保工１０と干渉することなく、トンネル支保工１０’を切羽側に搬送することが可能になる。
【００３６】
（トンネル支保工の施工方法の実施の形態）
次に、トンネル支保工の施工方法について説明する。ここで、図４は本発明のトンネル支保工の施工方法を説明した図であって、トンネル内に閉じた状態のトンネル支保工を搬送している状態を示した模式図であり、図５はトンネル支保工の施工場所にてトンネル支保工を開いている状態を示した模式図である。また、図６はトンネル支保工の施工場所にてトンネル支保工が施工された状態を示した模式図である。
【００３７】
図４で示すように、山岳トンネル等のトンネルＴ内にはトンネル壁面に吹付けコンクリートＣが施工され、吹付けコンクリートＣの内面にはトンネル軸方向に所定のピッチでトンネル支保工１０が施工されている。
【００３８】
既に施工されているトンネル支保工１０の内側において、不図示のエレクタ装置の把持部にて閉じた状態のトンネル支保工１０’を切羽Ｋ側に搬送する（Ｙ１方向）。
【００３９】
次に、図５で示すように、エレクタ装置の把持部を作動して閉じた状態のトンネル支保工１０’を徐々に広げ（Ｘ２方向）、図６で示すように完全に広げた状態としてトンネル支保工１０を形成した後、形成されたトンネル支保工１０を施工場所に設置してトンネル支保工１０の施工が完了する。
【００４０】
図示する施工方法によれば、施工場所までの搬送過程では各分割支保工１，１が連結ピン５を介して連結されながら閉じた状態（寸法を小さな状態）で搬送されることから、効率的な搬送作業を実現することができる。
【００４１】
また、トンネル支保工１０の施工場所では、エレクタ装置の把持部等で閉じた状態のトンネル支保工１０’を把持して各分割支保工１，１を広げてトンネル支保工１０を形成し、速やかにトンネル支保工１０の建て込みをおこなうことができる。
【００４２】
そのため、作業員が分割支保工１，１同士をボルト結合する必要がなくなることから、極めて短時間でかつ効率的にトンネル支保工１０を施工することができ、さらには、切羽Ｋの近傍で作業員がボルト結合する作業が不要となることから施工安全性が向上する。
【００４３】
（トンネル支保工の実施の形態２）
図７はトンネル支保工の実施の形態２を示した斜視図である。
図７で示すトンネル支保工１０Ａは、２つの分割支保工１’，１’のそれぞれが端部の湾曲内側にピン挿通部３，３を備え、各分割支保工１’，１’のピン挿通部３，３が位置合わせされ、双方のピン挿通部３，３に連結ピン５が挿通されていることに加えて、２つの分割支保工１’，１’のそれぞれが端部の湾曲外側（図７で示すOUT側）に別途のピン挿通部３’、３’を備え、双方の別途のピン挿通部３’、３’が位置合わせされて別途の連結ピン５’が挿通されているものである。
【００４４】
分割支保工１’，１’の端面２，２同士が当接した状態で湾曲外側を別途の連結ピン５’で連結することにより、湾曲内側の連結ピン５による接続強度と軸力による端面の圧縮力による接続強度に対して、湾曲外側の別途の連結ピン５’による接続強度が加わることにより、分割支保工１０Ａの連結部の連結強度を高めることができる。
【００４５】
（トンネル支保工の実施の形態３）
図８はトンネル支保工の実施の形態３を示した斜視図である。
図８で示すトンネル支保工１０Ｂは、４つの分割支保工１”のそれぞれが端部の湾曲内側にピン挿通部３を備え、隣接する分割支保工１”， １”のピン挿通部３，３が位置合わせされて連結ピン５が挿通され、この連結部を計３箇所備えたものである。
【００４６】
トンネル支保工１０Ｂが４つの分割支保工１”から構成されることから、４つの分割支保工１”を広げて各端面同士を当接させることで大寸法のトンネル支保工１０Ｂを形成することができ、したがって断面寸法の大きなトンネルの支保に好適である。
【００４７】
なお、図示を省略するが、複雑な断面形状のトンネルに適用されるトンネル支保工としても、３つ以上の分割支保工が相互に連結ピンで連結されたものを適用することでトンネルの断面形状に容易に適応することが可能になる。
【００４８】
（連結ピンの仕様決定方法）
次に、図１〜３で示す湾曲内側にある１本の連結ピンにて連結されたトンネル支保工における、連結ピンの仕様を決定する方法を概説する。ここで、図９は連結ピンの仕様を決定する計算方法を説明した模式図である。
【００４９】
図９で示すＯ点周りのモーメントのつり合いより、以下の式が導かれる。
SuL = M − NL/2
M = SuL ＋ NL/2
ここで、M: 分割支保工の連結部に作用する曲げモーメント、N: 分割支保工の連結部に作用する軸力、L: 回転中心から連結ピン位置までの腕の長さ、Su: 連結ピンのせん断耐力(引張耐力/1.3 = Nu/1.3)
【００５０】
連結ピンの必要設計引張耐力Nuを求めるに当たり、作用軸力は簡便のためにゼロとする。
MA = SuL = NuL/1.3
Nu = 1.3 MA /L = 1.3×23.5/0.18 = 169.7 kN = 169700 N
ここで、MA: 分割支保工の連結部の曲げ耐力目標値で23.5kNm、Nu: 必要ボルト耐力、L: 回転中心から連結ピン位置までの腕の長さで0.18m
【００５１】
不図示の六角ボルトの最小引張荷重表(JIS B 1051 表6)より、φ20mm、強度区分8.8で203000 N ＞169700、φ22mm、強度区分6.8で182000 N ＞ 169700、φ24mm、強度区分5.6で176000 N ＞169700となり、これらの仕様の連結ボルトが適用可能となる。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５３】
１，１’，１”…分割支保工、１ａ…端部、２…プレート（端面）、３，３’…ピン挿通部、４…脚プレート、５，５’…連結ピン、１０，１０Ａ，１０Ｂ…トンネル支保工、１０’…閉じた状態のトンネル支保工、Ｔ…トンネル、Ｋ…切羽、Ｃ…吹付けコンクリート
【図１】
2017106272.tif 000003
【図２】
2017106272.tif 000004
【図３】
2017106272.tif 000005
【図４】
2017106272.tif 000006
【図５】
2017106272.tif 000007
【図６】
2017106272.tif 000008
【図７】
2017106272.tif 000009
【図８】
2017106272.tif 000010
【図９】
2017106272.tif 000011