(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル軸方向に所定の間隔をおいて配設すると共に、複数の分割アーチ部材で構成するケーブル仮設用アーチ部材を用いるトンネル覆工内面の補修工法であって、前記分割アーチ部材を前記トンネル覆工内面に仮設置して前記覆工内面の配線を既設支持金物から前記分割アーチ部材に盛り変えながら、前記分割アーチ部材をトンネル周方向に着脱自在に連結してアーチに組立て、前記分割アーチ部材をアーチに組立てた時、当該組立てたアーチ部材をトンネル内空側から前記覆工内面側に向けて貫通しており、トンネル周方向に所要の間隔で設けたスペーサーボルトの先端部を前記トンネル覆工内面に当てがうことにより前記アーチ部材を安定支持させ、その後、前記スペーサーボルトをトンネル内空側から回して、前記アーチ部材の背面から前記トンネル覆工内面への前記スペーサーボルトの突出長を長くすることにより、前記スペーサーボルトに反力を取って前記アーチ部材を縮径することで、前記アーチ部材の背面側に空間を形成し、この空間に板状の補強部材を順次設置し、前記の配線を前記アーチ部材から前記補強部材に盛り替えた後に前記アーチ部材を撤去し、ついで前記補強部材の背面に経時硬化性材料を充填することを特徴とするトンネル覆工内面の補修工法。
【請求項２】
前記複数の分割アーチ部材同士を連結金物に当てがい、その当接面を貫通するボルトで着脱自在に接合してなり、前記分割アーチ部材の両下端部をトンネル内で軸方向に伸長する梁材に着脱自在にボルト接合し、前記アーチ部材は人力にてトンネル内に配置することを特徴とする請求項１記載のトンネル覆工内面の補修工法。
【請求項３】
前記ケーブル仮設用アーチ部材および、前記補強部材は、鉄、アルミ、コンクリート、ＦＲＰ等の任意の素材で構成されていることを特徴とする請求項１記載のトンネル覆工内面の補修工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道トンネル等の覆工内面の補修工法に関するものであり、特に、劣化した既設のコンクリート覆工からコンクリート落下を防止するトンネル覆工内面の補修工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉄道トンネルや道路トンネルの覆工コンクリートの崩落事故があり、これの対策として、既設トンネル覆工の内面をセントル、当て板、シート貼付、金網・ネット貼付、ライナープレート補強等で補強する補強・補修工法が各種提案され実施されている。
【０００３】
他方、鉄道トンネルの場合、トンネル内部には、列車への給電用トロリ線、き電線、列車と基地局との通信用の信号ケーブル等、通常の営業運転を妨げずに施工するために一時的にでも設置位置を変更することが出来ない多くの配線が張りめぐらせてある．
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
トンネルの覆工内面を補強するに際して求められるのは、▲１▼建築限界（列車走行にとって障害にならない領域）を守って補強すること、▲２▼短時間で迅速施工できること、仮に補強作業が数日に渡るときも、列車の走行を阻害しないことである。
【０００５】
この点に関し、従来の代表的な補強工法である覆工内面のセントル補強、ライナープレート補強工法では、トンネル内空を大きく侵害するため、建築限界に対する余裕がない場合には適用できなかった。さらに、当て板、シート貼付、金網・ネット貼付工法は大きなコンクリート塊の落下には耐えられない等の問題があった。さらにまた、配線の撤去作業に手間がかかること等もあって補強部材の迅速な設置作業が難しく、列車走行に影響が出るなどの問題があった。
【０００６】
本発明は、これらの課題を解決するトンネル補修工法を提供すものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成する。
【０００８】
第１の発明に係るトンネル覆工内面の補修工法は、トンネル軸方向に所定の間隔をおいて配設すると共に、複数の分割アーチ部材で構成するケーブル仮設用アーチ部材を用いるトンネル覆工内面の補修工法であって、前記分割アーチ部材を前記トンネル覆工内面に仮設置して前記覆工内面の配線を既設支持金物から前記分割アーチ部材に盛り変えながら、前記分割アーチ部材をトンネル周方向に着脱自在に連結してアーチに組立て、前記分割アーチ部材をアーチに組立てた時、当該組立てたアーチ部材をトンネル内空側から前記覆工内面側に向けて貫通しており、トンネル周方向に所要の間隔で設けたスペーサーボルトの先端部を前記トンネル覆工内面に当てがうことにより前記アーチ部材を安定支持させ、その後、前記スペーサーボルトをトンネル内空側から回して、前記アーチ部材の背面から前記トンネル覆工内面への前記スペーサーボルトの突出長を長くすることにより、前記スペーサーボルトに反力を取って前記アーチ部材を縮径することで、前記アーチ部材の背面側に空間を形成し、この空間に板状の補強部材を順次設置し、前記の配線を前記アーチ部材から前記補強部材に盛り替えた後に前記アーチ部材を撤去し、ついで前記補強部材の背面に経時硬化性材料を充填することを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明における前記複数の分割アーチ部材同士を連結金物に当てがい、その当接面を貫通するボルトで着脱自在に接合してなり、前記分割アーチ部材の両下端部をトンネル内で軸方向に伸長する梁材に着脱自在にボルト接合し、前記アーチ部材は人力にてトンネル内に配置することを特徴とする。
【００１０】
第３の発明は、第１の発明における前記ケーブル仮設用アーチ部材および、前記補強部材は、鉄、アルミ、コンクリート、ＦＲＰ等の任意の素材で構成されていることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
本発明によると、トンネル内面の補修・補強に際し、既設覆工に取付けられた各種配線（ケーブル）をケーブル仮設用アーチ部材に盛り変えることで、当該ケーブルを一時的にアーチ部材に支持させて補強部材を設置でき、したがって、ケーブルを切断、撤去することなく作業できるのは勿論、ケーブルの配置変えが容易で、かつ、列車の営業運転を妨げない短時間で、円滑に作業できる。
【００１２】
しかも、ケーブル仮設用アーチ部材は、複数に分割し、狭幅の板形状とし、人力で扱える程度の大きさに構成している。つまり、この分割したアーチ部材単体は、数十ｋｇ以下の軽量であるので人力で施工でき、この人海戦術によって急速施工でき、列車休止中の合間に施工できるため、営業運転を妨げない。
【００１３】
また、配線を既設覆工の支持金物からケーブル仮設用アーチ部材に盛り替えると共に、アーチ部材の縮径によってできた配線の背面側の空間に、大きな板状の補強部材を施工機械によって設置すること、およびアーチ部材が小さく分割可能であることが相俟って、配線を交わしながら施工する作業が容易で、この点でも急速施工が可能になり、かつ安全に施工することが可能となる。
【００１４】
また、本発明によると、ケーブル仮設用アーチ部材、補強部材がともに板状であるため、建築限界が厳しい場合でも適用可能である。さらに、補修の完成後には、トンネルのアーチクラウン全面が経時硬化性材料で拘束された補強材によって覆われているので、列車走行時の風圧や振動などによる荷重だけでなく、大きなコンクリート塊の落下にも耐えられることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
【００１６】
図１は、トンネル内の既設配線（ケーブルという）を支持金物から取り外し、本発明で新たに提案する仮支持部材（ケーブル仮設用アーチ部材）に一時的に支持させた状態で補強部材を配設し、その後、仮支持部材から補強部材に配線を再度盛り変えながら覆工内面を補修している状態の、トンネル内面の全体概要を示す正面断面図である。
【００１７】
図１において、ケーブル仮設用アーチ部材１８は、最初トンネル内面に近接して配置し、覆工内面の既設支持金物から離脱したケーブル２をこのアーチ部材１８に支持さながらアーチを完成する。次に、アーチ部材１８を縮径させてトンネル内面から離してアーチ部材１８の背面側に空間２５を形成し、この空間部２５に補強部材１１を配設する。図１の中央から左側がケーブル仮設用アーチ部材１８の縮径前のトンネル内面に近接した状態、中央から右側が縮径後の空間２５を形成した状態を示す。
【００１８】
また図１において、既設トンネル１は、地山７の内面にコンクリート８を打設して覆工内面８ａが構築されており、また、床版部４には、枕木５を介して鉄道レール６が設置されている。本発明の補強部材１１による補強前は、コンクリート８の覆工内面８ａがトンネル内に露呈している。図１において、２点鎖線は建築限界１０を示し、この２点鎖線の外側が列車走行の障害にならない領域であって、補強部材１１はこの建築限界１０を侵さないように、覆工内面８ａと建築限界１０との間の狭い空間２５に配置され、補強部材１１の厚み、固着構造はその制約を受ける。
【００１９】
本発明では、コンクリート８の覆工内面８ａに補強部材（板状の保護面材）１１を設置することで、当該コンクリート８の崩落を防止するもので、加えて、地山の緩みや塑性圧等の外力に対して補強するものである。この補強部材１１は、トンネル軸に垂直な面とトンネル軸に概ね平行な面で切断したトンネル周方向およびトンネル軸方向に分割して製作されており、覆工内面形状とほぼ相似の鋼板製の薄肉セグメントとして構成される。
【００２０】
図２では、複数の補強部材１１をトンネル周方向とトンネル軸方向に整列配置をなすように接合して、トンネル天井部とトンネル両側上部のトンネル内面を覆って、略半円弧状をなすように配設される（補強部材１１の全体を補強セグメント１１ａと称する）。補強部材１１の素材は、鋼板などの鉄、アルミ、コンクリート、ＦＲＰ等何でもよい。
【００２１】
図に示すように、略半円弧状の補強セグメント１１ａの最下段（トンネル周方向の両端）は梁材１２に固着されている。この梁材１２は、Ｈ形鋼、ボックス形鋼などから構成され、トンネル内の両側部の中間高さ位置に設置されていて、トンネル軸方向に伸長して設置されており、トンネル軸方向に渡り保護構造の分布荷重を支えている。この梁材１２の固定手段は、図示例では当該梁材１２を貫通し、かつトンネル軸方向に所定間隔で配置され、さらにコンクリート８を貫通して地山７に打設するアンカーボルト１５によってトンネル内壁に固着されている。
【００２２】
補強部材１１の取付け作業に際し、トンネル内の天井部には複数のケーブル２が、ボルトを含む既設支持金物（図示省略する）により覆工内面８ａに固着されているため、このケーブル２を覆工内面に固着したままでは、補強部材１１の取付け作業ができないので、ケーブル２を既設支持金物と共に覆工内面８ａから一旦離脱して作業することが必要になる。
【００２３】
この場合、ケーブル２を所定の箇所で一旦切断して撤去しながら作業すれば、当該補強部材１１の設置作業自体は容易であり、従来工法ではこの方法で行ってるが、補強作業全体としては長時間作業になる。現実には、電車走行を妨げず、短時間で作業を完了させることが要求されており、このためには、ケーブル２を撤去せず接続を維持した状態で補修作業する必要がある。しかし、ケーブル２を切断、撤去せずに作業する場合は、覆工内面８ａから離脱したケーブル２は支持手段のない状態で所定の長さ範囲にわたり中ぶらりんとなって垂れ下がる。補強作業は数日間に渡り行われることが多いが、この状態で電車運行はできず、このため従来は、ケーブル２を撤去せずに補強部材１１の設置作業は困難であると考えられていた。
【００２４】
本発明では、ケーブル仮設用アーチ部材１８を設けることによりこの問題点を克服している。ケーブル仮設用アーチ部材１８は、補強部材１１の設置作業に先立って、その設置作業中のみ一時的にトンネル内に仮設置されるもので、覆工内面８ａから離脱したケーブル２を一時的に仮支持し、補強部材１１の設置作業が終了したならば、ケーブル２を仮設用アーチ部材１８から補強部材１１に取付け変える（盛り変える）ものである。
【００２５】
ケーブル仮設用アーチ部材１８の構成は、各図に示されるとおりで、所定幅の帯状の分割アーチ部材１８ａを連結金物１９で複数トンネル周方向に着脱自在に連結してアーチ状に構成され、このケーブル仮設用アーチ部材１８がトンネル軸方向に所定間隔、つまり、ケーブル２を支持したとき、該ケーブルが垂れ下がらない程度の間隔で配設されている。
【００２６】
ケーブル仮設用アーチ部材１８における、両端の分割アーチ部材１８ａの下部には水平折曲げ部１８ｂが形成されていて、水平折曲げ部１８ｂをボックス形の梁材１２の上面に載置し、その当接部に固着ねじ２０を螺合する。固定ねじ２０の締結作業は、ボックス断面の梁材１２に開設の作業孔１６を通して行えばよく、こうして両端の分割アーチ部材１８ａが梁材１２に着脱自在に固着される。分割アーチ部材１８ａの連結金物１９は、図３に示すように溝幅が分割アーチ部材１８ａの幅とほぼ同幅、溝深さがアーチ部材の厚さと略同じで、所定の長さに設けられていて断面が、例えばコ字型に構成されている。そして、各分割アーチ部材１８ａの端部を連結金物１９の溝部に嵌合し、その先端を溝中央部で略突き合わせると共に、アーチ部材の先端部と連結金物１９を貫通して連結ねじ２１を螺合する。これにより、連結金物１９を介して両分割アーチ部材１８ａが分離可能に連結される。
【００２７】
ケーブル仮設用アーチ部材１８を複数分割するのは、既設支持金物によって覆工内面８ａに固着されているケーブル２の背面側（地山側）に、このアーチ部材１８を回り込ませて配置する必要性のためである。つまり、分割アーチ部材１８ａを設置した後、その背面側の覆工内面８ａから離脱したケーブル２を、各分割アーチ部材１８ａの先端部を交わして、分割アーチ部材１８ａのトンネル内空側に移動させ、この内空側において、押え金物２２とねじ２３によりケーブル２を分割アーチ部材１８ａに仮固定する。この後、連結金物１９を介して分割アーチ部材１８ａの端部同士を連結し（図３に示す）アーチを構成する。
【００２８】
また、ケーブル仮設用アーチ部材１８を厚み方向に貫いて、かつトンネル周方向に所定の間隔をあけて複数のスペーサボルト２４が設けられている。そして、アーチ部材１８の両端部を梁材１２に支持させたうえ、当該スペーサボルト２４の先端を覆工内面８ａに押し付ける。
【００２９】
スペーサボルト２４の作用は２つある。第１の作用は、スペーサボルト２４の先端を、アーチ部材１８の背面から少し突出した状態で覆工内面８ａに圧接させることにより、アーチ部材１８をグラツキなく覆工内面８ａに自己保持できることである。第２の作用は、前記状態のスペーサボルト２４をトンネル内空側から回して、アーチ部材１８の背面からの突出長を長くすることにより、覆工内面８ａとアーチ部材１８との間に、補強部材１１を挿入するための空間２５を容易かつ確実に形成することである。
【００３０】
すなわちアーチ部材１８は、縮径前は図１の左側および図３（Ａ）の状態にあり、このとき、スペーサボルト２４は少し締めてあり、その先端を既設の覆工内面に押し付ける（突出量は少なくてよい）ことで、アーチ部材１８を覆工内面８ａに押し付られ、該アーチ部材１８は、列車走行時の風圧や振動などによる荷重に対して安定し、覆工内面８ａから離脱したケーブル２を安定に仮支持できる。
【００３１】
次に、図１の右側および図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、スペーサボルト２４をトンネル内空側から回して、当該スペーサボルト２４のアーチ部材１８の背面からの突出長を長くすることによりアーチ部材１８を縮径でき、覆工内面８ａとアーチ部材１８との間に空間２５を形成し、続いてこの空間２５に補強部材１１を挿入する。
【００３２】
補強部材１１を覆工内面８ａに固着する作業は、トンネル周方向およびトンネル軸方向に複数分割され、１枚が所定の大きさに構成された補強部材１１を、施工機械（エレクターなど）を用いて覆工内面８ａの所定位置に配置して行う。このとき、トンネル周方向およびトンネル軸方向に接合する補強部材１１の間は端縁の突き合わせで接合され、または、端縁部に形成する凹凸部の嵌合方式等で接合される。梁材１２の上面からは、間隔をあけて複数の係止片１３が立上がっていて、係止片１３の側面に補強部材１１の下端側面が係合して内側にずれないように構成されている。
【００３３】
また、複数の補強部材１１を順次取付る作業が完了し、既設覆工内面８ａとの空間を埋めるように補強部材１１の背面にグラウト材などの経時硬化性材料を充填し、硬化して後に覆工内面８ａに新たに固着された補強部材１１から順番に、アーチ部材１８に仮支持されたケーブル２を補強部材１１に盛り変え、ケーブル２の盛り変え作業が終わったアーチ部材１８から順に分離解体し、トンネル内から搬出することで作業が完了する。
【００３４】
前記のトンネル補修作業において、ケーブル仮設用アーチ部材１８は、複数に分割し、狭幅の板形状としているため、軽量であり、人力で施工できる。このため、アーチ部材１８は人海戦術によって急速施工でき、列車合間に施工できるため、営業運転を妨げない。また、アーチ部材自体が小さく分割可能であるため、ケーブル２を交わしながら施工することが可能である。
【００３５】
また、ケーブル２を既設覆工の支持金物からケーブル仮設用アーチ部材１８に盛り替え、アーチ部材１８の縮径によってできたケーブル２の背面側の空間２５に、大きな板状の補強部材１１を施工機械によって設置するため、急速施工が可能になり、かつ、アーチ部材１８に支持されたケーブル２を交わしながら安全に施工することが可能となる。
【００３６】
また、ケーブル仮設用アーチ部材１８を貫通するスペーサボルト２４を締めることにより、ケーブル仮設用アーチ部材１８は、既設の覆工内面８ａに押し付けられるため、列車走行時の風圧や振動などによる荷重に対して安定であり、アーチ部材１８に支持されたケーブル２も安定支持される。
【００３７】
ケーブル仮設用アーチ部材１８と補強部材１１はともに板状であるため、トンネル内の建築限界１０が厳しい場合でも適用可能である。また、既設覆工内面との空間２５を埋めるように補強部材１１の背面にグラウト材などの経時硬化性材料を充填することで、トンネルのアーチクラウン全面が経時硬化性材料で拘束された補強部材によって覆われているので、列車走行時の風圧や振動などによる荷重だけでなく、大きなコンクリート塊の落下にも耐えられることができる。
【００３８】
本発明において、実施形態の構成を設計変更して実施してもよく、例えば、ケーブル仮設用アーチ部材１８の分割数や幅、連結金物１９の構成、補強部材１１の構成等を適宜変更して実施することは構わない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によると、トンネル内面の補修・補強作業に際し、人力で扱える程度の重量・大きさのケーブル仮設用アーチ部材に、通常の営業運転を妨げずに施工するために一時的にでも切断、撤去出来ない給電用トロリ線、き電線、列車と基地局との通信用のケーブルを仮支持させながら補強部材を設置するので、列車の走行しない深夜などの短時間内で迅速に作業でき、かつ、作業が数日に渡るときは、配線をケーブル仮設用アーチ部材に支持させたまま運行が可能であるので、列車走行が出来ない期間や時間帯が生じることがなく、鉄道の営業運転に悪影響を及ぼすことがない。
【００４０】
また、本発明によると板状の補強部材を用いることにより、建築限界をおかすことなく狭いスペ―スに強度に富む補強部材を設置でき、従来のセントル補強、ライナープレート補強工法が、トンネル内空を大きく侵害するため建築限界に対する余裕がない場合に適用できず、他方、当て板、シート貼付、金網・ネット貼付けによる補強工法は、大きなコンクリート塊の落下には耐えられない等の問題を有していた点が解決された。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明により補修中のトンネル内面の全体概要を示す正面断面図で、中央部の左側はトンネル内既設配線を仮支持するケーブル仮設用アーチ部材の設置中である、縮径前を示し、中央部の左側は縮径後を示す。
【図２】  （ａ）は、図１のトンネル天井部の横断平面図１、（ｂ）は、図１の中央部縦断面で、同図の右側を見た図である。
【図３】  （ａ）は図１における（Ａ）部の拡大図、（ｂ）は（Ａ´）部の拡大図、（ｃ）は（ｂ）のトンネル内空側から見た斜視図である。
【図４】  （ａ）は、分割アーチ部材の最初の設置時の状態を示し、トンネル内面の左上部の正面断面図、（ｂ）は、（ａ）のトンネル内空側から見た右側面図である。
【図５】  （ａ）は、図４の分割アーチ部材の設置が進み、ケーブルの盛り変えを行っている状態を示す、トンネル内面の左上部の正面断面図、（ｂ）は、（ａ）のトンネル内空側から見た右側面図である。
【図６】  （ａ）は、複数の分割アーチ部材を連結しアーチを構成した後、縮径し、ケーブルの再盛り変えを行っている状態を示す、トンネル内面の左上部の正面断面図、（ｂ）は、（ａ）のトンネル内空側から見た右側面図である。
【図７】  （ａ）は、図６の状態において、補強材を設置しながら、アーチ部材から補強部材にケーブルの再盛り変えを行っている状態を示す、トンネル内面の左上部の正面断面図、（ｂ）は、（ａ）のトンネル内空側から見た右側面図である。
【図８】  既設覆工内面に配線が取付けられたトンネルの破断斜視図である。
【符号の説明】
１  既設トンネル覆工
２  ケーブル（配線）
４  （既設）床版部
５  枕木
６  鉄道レール
７  地山
８  覆工コンクリート
１０  建築限界
１１  補強部材
１１ａ  分割補強部材
１２  梁材
１３  係止板
１４  連結ボルト
１５  アンカーボルト
１６  作業孔
１７  ボルト
１８  アーチ部材
１８ａ  分割アーチ部材
１８ｂ  折曲げ部
１９  連結金物
２０  固着ねじ
２１  連結ねじ
２２  押え金物
２３  ねじ
２４  スペーサボルト
２５  空間
【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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