トンネル覆工構造体
【課題】簡素な構成とし、軽量化かつ施工の迅速化を図りつつ、トンネル内壁面の補強効果の向上を図ることが可能なトンネル覆工構造体を提供すること。
【解決手段】トンネルの軸方向に所定の間隔で設置され、少なくともトンネル頂部で２分割されかつ、嵌合及び結合されたＦＲＰ製アーチ支持構造体の側面に、凹部形状の嵌合構造を設け、該嵌合構造部に、トンネルの軸方向に一体形成されたスチフナを備え、トンネルの周方向に可撓性を有するＦＲＰ製連続帯状構造体を挿入、設置した構造体とする。
【解決手段】トンネルの軸方向に所定の間隔で設置され、少なくともトンネル頂部で２分割されかつ、嵌合及び結合されたＦＲＰ製アーチ支持構造体の側面に、凹部形状の嵌合構造を設け、該嵌合構造部に、トンネルの軸方向に一体形成されたスチフナを備え、トンネルの周方向に可撓性を有するＦＲＰ製連続帯状構造体を挿入、設置した構造体とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道や道路等のトンネルにおける覆工材料の崩落・剥落を防止するとともに、老朽化したトンネル覆工内面の補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、既設トンネル内壁におけるコンクリートの経年劣化が懸念され、具体的には、コールドジョイント、中性化、アルカリ骨材反応による劣化が想定されている。これらの劣化が進行すると、コンクリート片の剥落のおそれがあるため、様々な剥落防止対策（補強を含む）が検討されており、例えば、補強セメント工法、繊維シート接着工法、鋼板接着工法、内巻き工法など行われている。
【０００３】
繊維シート接着工法は、繊維シートを現場にて接着施工するものであり、覆工表面が適温ではない場合、湧水が発生する場合など、現場の施工環境によって、施工できない場合がある。また、繊維シート工法は、現場での作業工程が多く、作業効率を向上させることが難しいなどの問題がある。
【０００４】
また、他の工法として、予め成形されているＦＲＰ製の帯状板を接着剤で貼付ける工法が知られているが、上述の繊維シート接着工法と同様な問題を有する。
【０００５】
また、内巻き工法は、現場にて、コンクリートを施工するものであり、コンクリートの現場打ちの観点から、配筋、型枠の設置、型枠の撤去といった工事が必要となり、打設（施工）後のコンクリートの養生が必要となるため、現場での作業工程が多く、作業効率を効率させることが難しいなどの問題がある。
【０００６】
最近では、下記の特許文献１、２のようにＦＲＰの防錆および軽量性、必要な強度剛性が容易に設計できる観点から、格子状パネル（グレーチング）を、壁面に設けたアンカーボルトで取付金具を介して、該格子状パネルを設置する工法が開示されている。この工法では、軽量性の所以からパネル自体の取扱性は優れるが、必要な補強効果に対応するため取付箇所を多く設ける必要があり、そのための取付部品点数も多く、予め多くの位置に、アンカーを配置する工事が必要となり、施工期間が長期化するという問題がある。
【０００７】
一方、補強セントル工法は、トンネルの内側に支保工（Ｈ型鋼）の鋼材を、１．０〜１．５ｍ程度の間隔で建設し、型枠で覆いコンクリート打設するものである。この補強セントル工法では、支保工の重量が重く、重機や大型機械が必要であり、安全管理が重要であるとともに、作業コストの低減が困難であるという問題がある。また、コンクリートの養生期間を経た型枠の撤去は必須工程であり、型枠の撤去後において、コンクリートの剥落のおそれが残されているという問題がある。
【０００８】
また、上記のいずれの工法についても工事期間の短縮が困難であるため、トンネルの閉鎖時間の短縮化の要請に応えることができないというのが現状である。
【０００９】
そこで、新たに考案された工法として、下記の特許文献３に記載の技術が知られている。特許文献３に記載のトンネル覆工の剥落防護構造物は、補強セントル工法の支保工と予定の幅を持ったパネル状の面部材を組み合わせたものである。これによると、トンネルの内壁曲率に合わせて予め曲げ加工を施した金属製の支保工を、重量物の取扱性の観点から複数に分割し、その支保工の両端に、凹部凸部からなる嵌合部を設け、凸部で曲げモーメントを伝達することが記載されている。
【００１０】
また、パネル状の面部材はアーチ構成部材に設けられた挿入口からアーチ支保の溝部に順次挿入され、溝部をガイドとしてスライドさせて設置させる。そのパネル状の面部材は金属板材、枠付きのメッシ材、あるいは金属とコンクリートの合成構造のパネルを用いて構成されている。
【００１１】
また、特許文献３には、上記のパネル状の面部材が、幅広の場合には、事前に覆工とほぼ同等の曲率に面部材を形成しておくことにより、能率よくアーチ支保に挿入することができるとしており、幅狭の場合には軽量化して作業を容易にするとしている。この場合はパネル状の面部材を予め曲げておく必要はなく、平板状のパネル状の面部材を用いて近似的に覆工内面とほぼ同曲率に配置することが、特許文献３開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２５６７０８号公報
【特許文献２】特開２００６−３７４７１号公報
【特許文献３】特開２００１−２６２８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献３に記載の技術では、金属製の支保工を設置するための大型の重機が必要であり、施工作業を迅速化することが困難であるという問題がある。また、パネル状の面部材も取扱性の向上の観点から分割されているため、設置作業に時間を要するという問題がある。
【００１４】
また、支保工の一部に設けられた挿入口を通じて、パネル状の面部材を挿入し、挿入したパネル状の面部材をスライドさせて所定の位置まで移動させている。例えば、下部に設けられた挿入口から挿入したパネル状の面部材が少数の場合には、作業員による人力の施工が可能であるが、面部材が多数である場合にトンネル上部まで面部材を配置するには、先に挿入したパネル状の面部材の重量が積み重なり、人力による挿入は不可能であるという問題がある。また、パネル状の面部材を挿入するための挿入口を多数設けることも考えられるが、この場合には、アーチ状支保工自体の断面欠損による強度低下が生じるという問題がある。
【００１５】
また、上記特許文献によれば、パネル状の面部材が幅広の場合には、事前に覆工とほぼ同等の曲率に面部材を形成しておくことにより、能率良く作業できるとしている。しかしながら、上記の両方のパネル状の面部材とも、アーチ状支保工に設けられた切欠き部から如何に挿入するか、その手法は記載されていない。更に、上記の切欠き部に着目すると、パネル状の面部材が挿入される間隔つまり、アーチ状支保工のフランジ部間の間隔が大きければ、切り欠け部の間口は比較的小さくて済むが、支保工自体が重くなり、上記間隔が小さい場合には、支保工は軽くなるが、パネル状の面部材の厚みとの関係にもよるが、切り欠け部の間口をパネル状の面部材幅以上に開口する必要がると思われ、現実的ではない。
【００１６】
また、上記構成部材が、通常の金属製の場合、湧水と接触する金属部分では錆が発生し、構造物として耐用年数が短くなる問題を有している。耐食性を考慮してステンレス材を適用した場合には、材料費が高価となる欠点がある。
【００１７】
本発明は、トンネルのコンクリート構造物の劣化部位の剥落防止と、補強を兼ね備えた補強構造を提供するものであり、構成部品の削減及び軽量化を図ると共に、施工工程の簡略化及び迅速化を実現可能なトンネル覆工構造体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によるトンネル覆工構造体は、トンネルの内壁を被覆するトンネル覆工構造体において、トンネルの周方向に延在する複数のＦＲＰ製アーチ支持構造体と、トンネルの周方向に連続するように形成され、可撓性を有し、トンネルの内壁を被覆するＦＲＰ製連続帯状構造体とを備え、複数のＦＲＰ製アーチ支持構造体は、トンネルの軸方向に離間して配置され、ＦＲＰ製連続帯状構造体を軸方向の両側から支持すると共に、当該ＦＲＰ製連続帯状構造体をスライドさせるものであり、ＦＲＰ製連続帯状構造体は、トンネルの軸方向に隣り合う一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体間に挿入されて案内され、トンネルの内壁に沿って湾曲して配置されていることを特徴としている。
【００１９】
このトンネル覆工構造体は、トンネルの周方向に延在する複数のＦＲＰ製アーチ支持構造体と、トンネルの周方向に連続するように形成され、可撓性を有し、トンネルの内壁を被覆するＦＲＰ製連続帯状構造体とから構成されているため、構成部品の削減を実現することができる。ＦＲＰ製アーチ支持構造体と、ＦＲＰ製連続帯状構造体とを組み合わせることにより、覆工の耐力向上にはＦＲＰ製連続帯状構造体が寄与し、剥落防止にはＦＲＰ製アーチ支持構造体及びその間に設置されたＦＲＰ製連続帯状構造体が寄与することになる。また、これらの構成部品がＦＲＰ製であるため、軽量化が図られている。そして、トンネルの軸方向に複数のＦＲＰ製アーチ支持構造体が配設され、この一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体間にＦＲＰ製連続帯状構造体を挿入しスライドさせることで、ＦＲＰ製連続帯状構造体を配置することができるため、施工工程の簡略化及び迅速化を、実現することができる。また、構成部材がＦＲＰ製であるため、これらを埋設しても錆が発生することもなく、トンネル覆工構造体の長寿命化を図ることができる。
【００２０】
また、本発明のトンネル覆工構造体のＦＲＰ製連続帯状構造体は、板状を成しトンネルの周方向に連続してトンネルの内壁を被覆するＦＲＰ製の面状体と、トンネルの軸方向に延在し面状体と一体として成形されたＦＲＰ製のスチフナとを有する構成であることが好適である。ＦＲＰ製連続帯状構造体が、面状体と一体に形成されたスチフナを備えたストリンガープレートであるため、面状体によって止水することができる。また、面状体とスチフナとが一体構造として形成されているため、トンネルの長手方向（軸線方向）において必要な強度・剛性が確保されることになる。このように、スチフナを設けることで、ＦＲＰ製連続帯状構造体の強度向上を図ることができる。また、スチフナが面状体と一体的に成形されているため、部品点数の削減を図ることができる。
【００２１】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体のスチフナには、トンネルの内壁と面状体との間に充填される補填材料を流通可能とする開口部が形成されていることが好ましい。これにより、面状体に開口部を設けることで、トンネルの内壁と面状体との間に充填される補充材料（例えば軽量モルタル材など）の流通を促進し、作業工程の迅速化を図ることができる。また、スチフナに開口部が設けられているため、ＦＲＰ製連続帯状構造体の軽量化にも貢献する。
【００２２】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体の長手方向に隣り合うスチフナ間の面状体において、周方向の曲げ剛性が周辺部位より低い低曲げ剛性部がトンネルの軸方向に形成されていることが好適である。なお、「曲げ剛性が周辺部位より低い」とは、周辺部位よりも曲がり易いことを意味するものであり、より少ない力で変形することを意味する。このように、周方向の曲げ剛性が周辺部位よりも低い曲げ剛性部を設けられていると、ＦＲＰ製連続帯状構造体が周方向へ容易に変更する。そのため、ＦＲＰ製連続帯状構造体を一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体間に挿入させた際には、ＦＲＰ製連続帯状構造体が好適に湾曲し、ＦＲＰ製アーチ支持構造体に沿って円滑に湾曲させることができる。その結果、作業工程の迅速化を図ることができる。
【００２３】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体の長手方向に隣り合うスチフナ間の面状体において、トンネルの内壁側の表面には、複数の凹部が前記トンネルの軸方向に形成されていることが好ましい。このように、周方向の曲げ剛性が周辺部位よりも低い曲げ剛性部を設けられていると、ＦＲＰ製連続帯状構造体が周方向へ容易に変更する。そのため、ＦＲＰ製連続帯状構造体を一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体間に挿入させる際には、ＦＲＰ製連続帯状構造体が好適に湾曲し、ＦＲＰ製アーチ支持構造体を円滑に移動させることができる。その結果、作業工程の迅速化を図ることができる。
【００２４】
また、スチフナの断面形状は、矩形、鍵形、逆Ｕ字形、又はＴ字形であることが好適である。
【００２５】
また、トンネルの軸方向に隣り合う一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体において、互いに対向する位置に、ＦＲＰ製連続帯状構造体をスライド可能に支持する凹部が、ＦＲＰ製アーチ支持構造体の長手方向に連続して形成されていることが好ましい。このように、ＦＲＰ製連続帯状構造体をスライド可能に保持する構成が凹部形状であると、構成部品の簡素化を図ると共に、ＦＲＰ製連続帯状構造体を円滑にスライドさせて支持することができる。
【００２６】
ただ、トンネルの周方向に連続するＦＲＰ製連続帯状構造体は、トンネルの頂部で２分割されて形成されたものであり、ＦＲＰ製連続帯状構造体の端部には、ＦＲＰ製連続帯状構造体同士を連結する嵌合構造が設けられていることが好適である。このように、２分割されたＦＲＰ製連続帯状構造体を用いてトンネル覆工構造体を形成してもよい。
【００２７】
トンネルの内壁には、ＦＲＰ製アーチ支持構造体の下端部を固定するアンカーが設けられ、ＦＲＰ製アーチ支持構造体の下部両端は、アンカーによってトンネルの内壁に固定されていることが好ましい。このような構成により、ＦＲＰ製アーチ支持構造体をトンネルの内壁に固定することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のトンネル覆工構造体は、ＦＲＰ製アーチ支持構造体及びＦＲＰ製連続帯状構造体を備え、簡素な構成かつ軽量化されているため、施工の迅速化を図ることができ、工期短縮を実現することができる。また、トンネル覆工構造体は、軽量化されたＦＲＰ製アーチ支持構造体及びＦＲＰ製連続帯状構造体により構成されているため、現場施工に際して、重機などが不要となり、工期短縮と工費削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係るトンネル覆工構造体を示す斜視図であり、トンネルの内面に沿って設置された状態のトンネル覆工構造体を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトンネル覆工構造体を示す斜視図であり、ＦＲＰ製アーチ支持構造体に、ＦＲＰ製連続帯状構造体が挿入、設定された状態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＦＲＰ製アーチ支持構造体の連結部を示す斜視図である。
【図４】本発明のトンネル覆工構造体のＦＲＰ製アーチ支持構造体の下端部の支持構造の一実施例を、トンネルの軸方向から示す側面図である。
【図５】本発明のトンネル覆工構造体のＦＲＰ製アーチ支持構造体の下端部の支持構造の一実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明のＦＲＰ製連続帯状構造体の一実施例を示す斜視図である。
【図７】本発明のＦＲＰ製連続帯状構造体の一実施例を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係るＦＲＰ製連続帯状構造体のスチフナの形状を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係るＦＲＰ製連続帯状構造体のスチフナ及び面状体を示す部分断面図である。
【図１０】周方向に分割されたＦＲＰ製連続帯状構造体の連結部近傍の一実施形態を示す斜視図である。
【図１１】ＦＲＰ製連続帯状構造体の端部の嵌合部の構造を拡大して示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るトンネル覆工構造体の施工方法の手順を示すフローチャートである。
【図１３】トンネル覆工構造体が施工されたトンネルを軸方向と交差する面で切った断面図である。
【図１４】ＦＲＰ製アーチ支持構造体の固定部をＦＲＰ製アーチ支持構造体の長手方向と直交する面で切った断面図である。
【図１５】ＦＲＰ製アーチ支持構造体の固定部をＦＲＰ製アーチ支持構造体の長手方向に沿った面で切った断面図である。
【図１６】本発明の実施形態に係るＦＲＰ製アーチ支持構造体及びＦＲＰ製連続帯状構造体を示す斜視図である。
【図１７】トンネル底部のトンネル覆工構造体を、トンネルの軸方向に直交する面で切った断面図である。
【図１８】ＦＲＰ製連続帯状構造体を設置する工程を説明するための断面図である。
【図１９】ＦＲＰ製アーチ支持構造体に設けられた切欠き部、及び押込板を示す正面図である。
【図２０】ＦＲＰ製アーチ支持構造体に設けられた切欠き部、及び押込板を示す断面図であり、トンネルの軸方向に直交する面で切った断面図である。
【図２１】ＦＲＰ製アーチ支持構造体に設けられた切欠き部、及び押込板を示す断面図であり、ＦＲＰ製アーチ支持構造体の長手方向に直交する面で切った断面図である。
【図２２】トンネル底部のトンネル覆工構造体を、トンネルの軸方向に直交する面で切った断面図であり、裏込め材を注入する工程を説明するための図である。
【図２３】トンネルを軸方向に直交する面で切った断面図であり、高所作業用の架台を用いて作業する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係るトンネル覆工構造体の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（トンネル覆工構造体）
図１に示すように、トンネル覆工構造体１は、トンネル１００の周方向Ｓに沿って湾曲し、トンネル１００の軸線方向Ｔに所定間隔に配置されたＦＲＰ製アーチ支持構造体２と、トンネル１００の内壁に沿って湾曲し、隣り合う一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体２によって支持されて、トンネル１００の内壁を覆うＦＲＰ製連続帯状構造体３とを備えている。
【００３２】
（ＦＲＰ製アーチ支持構造体）
図２に示すように、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の断面形状は、Ｈ型を成し、その凹部が、トンネル１００の軸線方向Ｔに向けられて配置されている。ＦＲＰ製アーチ支持構造体２は、ＦＲＰにより成形されており、軽量で可撓性を有している。ＦＲＰ製アーチ支持構造体２は、トンネル１００の内壁に当接する当接板２１と、当接板２１と対向して配置され、当接板２１との間に、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を保持するための空間を形成する支持板２２と、当接板２１及び支持板２２を連結する連結板２３とから構成されている。当接板２１は、トンネル１００の内壁と当接するように配置され、支持板２２は、トンネル１００と離間して配置され、連結板２３は、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の幅方向における中央で、当接板２１と支持板２２とを連結する。これらの当接板２１、支持板２２、及び連結板２３は、一体構成とされて、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２を形成している。
【００３３】
また、支持板２２の当接板２１と対向する面は、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の面状体４をスライドさせるため、平坦面を成している。そして、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２に形成された凹部は、トンネル１００の軸線方向Ｔに隣り合う一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体２間に挿入されたＦＲＰ製連続帯状構造体３を周方向Ｓにスライドさせると共に、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を支持するものである。
【００３４】
図３は、本発明の実施形態に係るＦＲＰ製アーチ支持構造体の連結部を示す斜視図である。図３に示すように、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の長手方向の一方の端部には、長手方向に隣接するＦＲＰ製アーチ支持構造体２，２を連結するための連結部２５が設けられている。図３において、左側に配置されたＦＲＰ製アーチ支持構造体２Ａの連結板２３の端部には、板厚方向に貫通する貫通孔２３ａが開口されている。図３において、右側に配置されたＦＲＰ製アーチ支持構造体２Ｂの連結板２３の端部には、連結板２３の板厚方向の両側に配置された一対の挟持板２６，２６が設けられている。挟持板２６，２６は、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の長手方向の外側へ突出し、この突出した部分は、連結相手のＦＲＰ製アーチ支持構造体２Ａの連結板２３を板厚方向の両側から挟むように配置される。挟持板２６，２６の突出した部分には、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２Ａの貫通孔２３ａに対応する位置に、板厚方向に貫通する貫通孔２６ａが開口されている。なお、連結部２５に代えてその他の連結構造を有するＦＲＰ製アーチ支持構造体でもよい。また、長手方向に分割されていない、一体物のＦＲＰ製アーチ支持構造体２でもよい。
【００３５】
図４及び図５は、トンネル覆工構造体のＦＲＰ製アーチ支持構造体の下端部の支持構造の一実施例を示す各図である。図４及び図５に示すように、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の長手方向Ｌの下端部（他方の端部）には、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２をトンネル１００の内壁に固定するための固定部２８が設けられている。ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の支持板２２の端部は、長手方向Ｌにおいて、当接板２１及び連結板２３より短く形成されている。ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の連結板２３の端部には、板厚方向に貫通する貫通孔（不図示）が買い開口されている。
【００３６】
固定部２８は、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の下端部を下方から支持する固定具６を有する構成とされている。固定具６は、ＦＲＰ製であり、固定具本体６１と、固定具本体６１から張り出すように形成された一対の挟持板６２，６２とから構成されている。これらの固定具本体６１及び一対の挟持板６２，６２は、一体構成とされている。
【００３７】
固定具本体６１は、トンネル１００のコンクリート壁に埋め込まれたアンカーボルト６３に固定される部分であり、例えば、板状を成している。固定具本体６１には、板厚方向に貫通する複数（例えば２つ）の貫通孔（不図示）が開口されている。この貫通孔に、アンカーボルト６３が挿通され、ナット６４を用いて締め付けることで、固定具本体６１がトンネル１００のコンクリート壁に固定されている。そして、固定具本体６１の上端面６１ａは、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の当接板２１の下端面２１ａと当接する面となる。
【００３８】
一対の挟持板６２，６２は、固定具６がコンクリート壁に設置された状態において、固定具本体６１のトンネル１００の壁面とは反対側の面から張り出すと共に、上方へ、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２側へ張り出している。一対の挟持板６２，６２は、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の連結板２３を板厚方向の両側から挟み込むことで、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２を支持するものである。また、一対の挟持板６２，６２の固定具本体６１より上方に突出する部分において、コンクリート壁１００ａと挟持板６２との間に、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の当接板２１の進入を許容する空間が形成されている。また、一対の挟持板６２の上方に突出した部分には、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の貫通孔に対応する位置に、板厚方向に貫通する貫通孔（不図示）が開口されている。
【００３９】
そして、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２がコンクリート壁１００ａに設定された状態において、当接板２１が、コンクリート壁１００ａと一対の挟持板６２との間に挿入され、連結板２３が、一対の挟持板６２，６２間に挿入され、両者の貫通孔にボルト６５が挿通されている。すわなち、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２は、固定具６によって、コンクリート壁に位置決め固定されている。
【００４０】
図５に示すように、固定具６の一対の挟持板６２において、上部内側（トンネル１００の中央側）のコーナー部は、カットされ、側面視において、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の支持板２２との間に所定の隙間を有している。これにより、ＦＲＰ製連続帯状構造体３のＦＲＰ製アーチ支持構造体２間への挿入を容易としている。なお、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２のコンクリート壁１００ａへの固定は、その他の構成でもよい（例えば図１４及び図１５参照）。
【００４１】
（ＦＲＰ製連続帯状構造体）
図１及び図６に示すように、ＦＲＰ製連続帯状構造体３は、トンネル１００の周方向Ｓに沿って湾曲可能な構成とされている。ＦＲＰ製連続帯状構造体３は、ＦＲＰにより成形されており、軽量で可撓性を有している。ＦＲＰ製連続帯状構造体３は、トンネル１００の内壁に沿って周方向Ｓに配置される面状体４と、面状体４の表面から突出し、面状体４の幅方向（トンネル１００の軸線方向Ｔ）に延在するスチフナ５とから構成されている。
【００４２】
面状体４は、板状を成し、トンネル１００のコンクリート壁を被覆するものである。面状体４は、トンネル１００の周方向に連続して形成されている。面状体４のコンクリート壁とは反対側は、平坦面とされている。面状体４のコンクリート壁と対面する側の表面には、面状体４の長手方向（図示Ｓ方向）に所定間隔で配置されたスチフナ５が形成されている。
【００４３】
図８（ａ）に示すように、スチフナ５の断面形状は、トンネル１００の軸方向Ｔから見て、矩形状を成している。具体的には、スチフナ５は、面状体４から突出し、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の長手方向Ｌに互いに対向して立設する一対の第１補強板５１と、一対の第１補強板５１の先端側を連結する第２補強板５２とから構成されている。図８（ａ）に示すように、側面視において、第１補強板５１は、面状体４と交差して形成され、第２補強板５２は、面状体４と平行に形成されている。第１補強板５１及び第２補強板５２には、図６及び図１０に示すように、板厚方向に貫通する開口部５１ａ，５２ａが複数設けられている。なお、開口部５１ａ，５２ａが形成されていないスチフナ５でもよい。
【００４４】
また、スチフナ５の断面形状は、矩形状に限定されず、その他の形状でもよい。例えば図８（ｂ）に示すように、断面形状が逆Ｕ字形を成すスチフナ５でもよい。この逆Ｕ字形のスチフナ５は、面状体４から突出する一対の第１補強板５１と、一対の第１補強板５１の先端側を連結する第２補強板５２とから構成されている。第２補強板５２は、面状体４と反対側へ凸である湾曲形状を成している。
【００４５】
また、スチフナ５の断面形状は、図７及び図８（ｃ）に示すように、鍵形を成すように構成されていてもよい。この鍵形のスチフナ５は、面状体４から突出する第１補強板５１と、この第１補強板５１の先端で屈曲され面状体４と平行に配置された第２補強板５２とから構成されている。
【００４６】
また、スチフナ５の断面形状は、図８（ｄ）に示すように、Ｔ字形を成すように構成されていてもよい。このＴ字形のスチフナ５は、面状体４から突出する第１補強板５１と、この第１補強板５１の先端で面状体４と平行に配置された第２補強板５２とから構成されている。
【００４７】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体３は、図８（ｅ）に示すように、波型に形成されたものでもよく、さらに、トンネルの内面側に別部材によって構成された面状体４を備えるものでもよい。波型に形成されたＦＲＰ製連続帯状構造体３は、凹部と凸部が交互に配置されて一連の構造体を構成している。
【００４８】
面状体４は、図９（ａ）に示すように、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の長手方向Ｌに隣り合うスチフナ５の間に、周辺部位４ａより曲げ剛性が低い部分４ｂ（以下、「低曲げ剛性部」という。）が形成されている構成でもよい。低曲げ剛性部４ｂは、例えば、周方向Ｓの外側となる面に形成された凹部である。低曲げ剛性部４ｂは、周辺部位４ａよりも薄肉とすることで、曲げ剛性が低くなるように形成されている。低曲げ剛性部４ｂは、例えば、面状体４の幅方向の両端部間に連続して形成されている。
【００４９】
面状体４は、図９（ｂ）に示すように、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の長手方向Ｌに隣り合うスチフナ５の間に、周辺部位４ａより曲げ剛性が低い低曲げ剛性部４ｃが形成されている構成でもよい。低曲げ剛性部４ｃは、周辺部位４ａよりも強度を低下させることで、曲げ剛性が低くなるように形成されている。低曲げ剛性部４ｃは、ＦＲＰに含まれる繊維分を、周辺部位４ａより少なくすることで、形成することができる。
【００５０】
（ＦＲＰ製連続帯状構造体の連結部）
図１０及び図１１（ａ）に示すように、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の端部には、長手方向Ｌ（トンネルの周方向Ｓ）に隣接するＦＲＰ製連続帯状構造体３同士を連結する連結部３１が設けられている。連結部３１は、互いに反対方向に屈曲された鍵形３２，３３が形成されている。互いの鍵形３２，３３が嵌合することで、ＦＲＰ製連続帯状構造体３が連結されている。なお、ＦＲＰ製連続帯状構造体３は、トンネル１００の周方向に連続する一体的な構成でもよく、例えば、トンネル１００の頂部に連結部３１が形成され、複数のＦＲＰ製連続帯状構造体３が連結されることで一体として形成された構成でもよい。
【００５１】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の連結部３１は、図１１（ａ）に示す鍵形３２，３３に限定されず、その他の形状でもよい。例えば図１１（ｂ）に示すように、連結部３１は、一方の端部に形成された段差部３４と、この段差部３４を収容して段差部３４に係合する係合部３５とを有する構成でもよい。
【００５２】
（ＦＲＰ）
ここで、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２及びＦＲＰ製連続帯状構造体３などを形成するためのＦＲＰの強化繊維として、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などを単独で又は組み合わせて用いることができる。炭素繊維が含まれることによって、比強度・比剛性が向上し、これによって成形体の軽量化を一層図ることができる。なお、強化繊維の形態としては、例えば、繊維長が１〜３ｍｍである短繊維やマット、連続繊維からなるクロス、ストランドなどを適宜組み合わせた基材が例示される。また、ＦＲＰとするためのマトリックス樹脂は特に限定しないが、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ＡＢＳ（アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＰＥＥＫ（ポリ・エーテル・エーテル・ケトン）、ポリイミドなどの熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００５３】
また、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２及びＦＲＰ製連続帯状構造体３を形成する成形方法としては、マトリックス樹脂を用いることができ、あるいは強化繊維の形態によっては真空、ブロー、スタンピング、ＢＭＣ（バルク・モールディング・コンパウンド）、ＳＭＣ（シート・モールディング・コンパウンド）、トランスファー成形、ＲＴＭ（レジン・トランスファー・モールディング）、ハンドレイアップ成形などの様々な方法を用いて容易に形成することができる。さらに、上記充填材に、粘性を増すための粉体（例えば、炭酸カルシウムや砂等）の他、層状化合物（例えば、マイカ、二硫化モリブデン、窒化硼素など）、針状化合物（例えば、ゾノトライト、チタン酸カリ、炭素繊維など）、粒状、又はシート状化合物（例えば、フェライト、タルク、クレーなど）を添加してもよく、上記充填材（フィラー）を充填することによって弾性率と密度が増大させることができる。また、上記充填材に、例えば、水酸化アルミニウム、臭素、無機質粉などを添加すると難燃性を向上させることができる。
【００５４】
（トンネル覆工構造体の施工方法）
次に、トンネル覆工構造体の施工方法について説明する。図１２は、トンネル覆工構造体の施工手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るトンネル覆工構造体の施工方法では、図１２に示すように、トンネル内の踏査、詳細測量工程（ステップＳ１）、施工位置のマーキング工程（ステップＳ２）、ＦＲＰ製アーチ支持構造体（支保工）の設置工程（ステップＳ３）、トンネル底部の根固め工の設置工程（ステップＳ４）、ＦＲＰ製連続帯状構造体（パネル）の設置工程（ステップＳ５）、裏込め材注入工程（ステップＳ６）、及び防食塗装工程（ステップＳ７）を実行する。
【００５５】
（トンネル内の踏査、詳細測量工程）
まず、施工位置、施工間隔、部材の設計および支障物（例えば送電線、その支持構造物など）の確認のための踏査、測量を行う（ステップＳ１）。具体的には、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の施工位置、施工間隔のための踏査、測量を行う。
【００５６】
（施工位置のマーキング工程）
次に、施工位置のマーキングを行う（ステップＳ２）。トンネル覆工面（コンクリート面）１００ａにＦＲＰ製アーチ支持構造体（支保工）２の設置位置、アンカーボルト６３を施工するアンカー穴１００ｂの施工位置をマーキングする。
【００５７】
（ＦＲＰ製アーチ支持構造体の設置工程）
次に、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２を設置する（ステップＳ３）。このとき、トンネル底部１０３の横断方向の支保工の支持幅が不足する場合には、事前にトンネル側壁１００ａの切欠処理、掘込処理が必要となる。例えば図１３に示すように、トンネル底部１０３のコンクリート面１００ａを削りＦＲＰ製アーチ支持構造体２を配置するための切欠き部１０１を形成する。次に、図１４に示すように、トンネル覆工面１００ａにアンカー穴１００ｂを削孔する。次に、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２をトンネル１００の頂部１０２から底部１０３方向に嵌合接合により組み立て、組み立てられたＦＲＰ製アーチ支持構造体２をアンカーボルト６３及びナット６４によりトンネル覆工面１００ａに固定する。アンカーボルト６３にナット６４を締め付けて、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２とトンネル覆工面１００ａとの間に隙間のない一体構造を形成する。
【００５８】
また、図１５に示すように、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の当接板２１には、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の長手方向Ｌに長径を有する長穴２１ｂが形成されている。そして、この長穴２１ｂにアンカーボルト６３が挿通されている。そして、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の背面（コンクリート壁１００ａ側）の凹部に裏込め注入材漏れ防止用の充填材１００ｃを挿入する。
【００５９】
（トンネル底部の根固め工設置工程）
次に、底部の根固め工を設置する（ステップＳ４）。具体的には、図１７に示すように、トンネル底部１０３に根固め工７１を設置して根固めコンクリート７２を施工する。これにより、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２のトンネル底部１０３への定着を確保すると共に、注入材の漏れ防止対策を実施する。
【００６０】
（ＦＲＰ製連続帯状構造体の設置工程）
次に、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を設置する（ステップＳ５）。具体的には、図１８に示すように、専用架台１１０によって運搬されたＦＲＰ製連続帯状構造体３を隣り合うＦＲＰ製アーチ支持構造体２間に挿入する。ＦＲＰ製連続帯状構造体３は、トンネル１００の一方の側壁側から、トンネル１００の頂部１０２を経由して、反対の側壁側まで連続して形成されていることが好ましい。なお、トンネル１００の頂部１０２で、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を接合してもよい。
【００６１】
図１９〜図２１は、ＦＲＰ製アーチ支持構造体に設けられた切欠き部、及び押込板を示す各図である。図１９〜図２１に示すように、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２には、所定の位置に、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を挿入するための切欠き部２４（支持板２２が形成されていない部分）が形成されている。そして、この切欠き部２４を通じて、ＦＲＰ製連続帯状構造体３をＦＲＰ製アーチ支持構造体２の支持板（ガイド）２２に巻きつけることで、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の設置を行う。図１９〜図２１では、切欠き部２４に、押込み板８１が図示されているが、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の挿入が完了する前の状態では、押込み板８１は、配置されていない。ＦＲＰ製連続帯状構造体３の挿入が完了した後、図１９に示すように、切欠き部２４に、押込板８１を施工する。押込板８１は、切欠き部２４による開口を閉止する。ＦＲＰ製アーチ支持構造体２とＦＲＰ製連続帯状構造体３との当接部（接合部）に裏込め注入材漏れ防止のシーリングを行う。
【００６２】
（裏込め材注入工程）
次に、裏込め材（補填材料）を注入する（ステップＳ６）。図１６に示すように、ＦＲＰ製連続帯状構造体３のスチフナ５には、裏込め材を流通させるための開口部５１ａ，５２ａが設けられている。同様に、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の連結板２３には、裏込め材を流通させるための開口部２３ｂが設けられている。ステップＳ６の裏込め材注入工程では、ＦＲＰ製連続帯状構造体３のパネル強度を考慮して、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２側面（ウェブ）から複数段に分けて、裏込め材（セメント、モルタル）を注入する。図２２では、裏込め材を注入する様子示している。図２２に示すように、裏込め材をＦＲＰ製連続帯状構造体３と、トンネル１００の内壁との間に注入する。注入された裏込め材の一部は、スチフナ５に設けられた開口部を通過する。また、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を挿入するための切欠き部２４には、裏込め材の注入時の液圧を考慮した仮補強を行う。複数段に分けて行う打設高さは、裏込め材注入時の液圧とＦＲＰ製連続帯状構造体３のパネル強度に基づいて決定される。高所において、裏込め材の注入作業を実施する場合には、図２３に示すような高所作業用の架台を用いて、裏込め材の注入を行う。裏込め材の注入が完了した後、トンネル底部１０３に施工された注入漏れ止め型枠（根固め工）７１の取り外しを行う。
【００６３】
（防食塗装工程）
次に、防食塗装を行う（ステップＳ７）。ここでは、トンネル覆工構造体１の設置作業において損傷した部分があれば、その部分に対して防食塗装を実施する。
【００６４】
このような本実施形態のトンネル覆工構造体１、及びその施工方法によれば、軽量なＦＲＰ製アーチ支持構造体２を嵌合接合することで、施工現場での組立て作業の迅速化を図ることができる。また、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２、裏込注入材、及びＦＲＰ製連続帯状構造体３が自立構造であるため、耐荷力に優れた冗長性の構造を実現することができる。また、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２及びＦＲＰ製連続帯状構造体３は、紫外線劣化がない上、防食塗装により耐久性の向上が図られている。また、本実施形態のトンネル覆工構造体によれば、内面粗度、美観、防汚性に優れたトンネル覆工構造体を実現することができる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２及びＦＲＰ製連続帯状構造体３により構成されているため、従来と比較して、構成部品の部品点数が削減され、簡素な構成とされたトンネル覆工構造体１を実現することができる。覆工の耐力向上にはＦＲＰ製連続帯状構造体３が寄与し、剥落防止にはＦＲＰ製アーチ支持構造体２及びその間に設置されたＦＲＰ製連続帯状構造体３が寄与することになる。
【００６６】
また、本実施形態のトンネル覆工構造体１及びその施工方法によれば、一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体２間にＦＲＰ製連続帯状構造体３を挿入しスライドさせることで、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を配置することができるため、施工工程の簡略化及び迅速化を、実現することができる。また、構成部材がＦＲＰ製であるため、これらを埋設しても錆が発生することもなく、トンネル覆工構造体１の長寿命化を図ることができる。
【００６７】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体１が、面状体４と一体に形成されたスチフナ５を備えたストリンガープレートであるため、面状体４によって止水することができる。また、面状体４とスチフナ５とが一体構造として形成されているため、トンネルの長手方向（軸線方向Ｔ）において必要な強度・剛性が確保されている。このように、スチフナ５が面状体４と一体的に成形されているため、部品点数の削減を図られている。
【００６８】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体１のスチフナ５には、トンネル１００の内壁１００ａと面状体４との間に充填される補填材料を流通可能とする開口部５１ａ，５２ａが形成されているため、補充材料の流通を促進し、作業工程の迅速化を図ることができる。また、スチフナ５に開口部５１ａ，５２ａが設けられているため、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の軽量化にも貢献する。
【００６９】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体１の長手方向Ｌに隣り合うスチフナ５間の面状体４において、周方向Ｓの曲げ剛性が周辺部位より低い低曲げ剛性部４ｂ，４ｃが形成されているため、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体２間に挿入させた場合に、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を好適に湾曲させて、ＦＲＰ製アーチ支持構造体３をスムーズに移動させることができる。その結果、作業工程の迅速化を図ることができる。
【００７０】
また、トンネル覆工構造体１では、トンネルの軸方向Ｔに隣り合う一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体２の互いに対向する位置に、ＦＲＰ製連続帯状構造体３をスライド可能に支持する凹部が、形成されているため、ＦＲＰ製連続帯状構造体をスライド可能に保持する構成の簡素化が図られている。
【００７１】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、面状体４及びスチフナ５が一体として成形されているが、面状体４及びスチフナ５は、別体として構成されていてもよい。また、スチフナ５を備えていないＦＲＰ製連続帯状構造体でもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、スチフナ５に開口部が形成されているが、補填材料を通過させる切欠き構造を有するスチフナでもよい。
【００７３】
また、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２には、ＦＲＰ製連続帯状構造体３をトンネル１００の周方向にスライドさせるための凹部が形成されているが、凹部に代えてその他の形状を有し、ＦＲＰ製連続帯状構造体３をスライド可能とする構成でもよい。
【００７４】
また、トンネル覆工構造体が設置されるトンネルは、鉄道用のトンネルに限定されず、車両用のトンネルにトンネル覆工構造体１を設置してもよい。その他、歩道用のトンネルでもよく、地下の坑道にトンネル覆工構造体を設置してもよい。また、下水などの流体を通過させるトンネルや、電線、光ケーブルなどの線状体を敷設するためのトンネルにトンネル覆工構造体を設置してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１…トンネル覆工構造体、２…ＦＲＰ製アーチ支持構造体、３…ＦＲＰ製連続帯状構造体、４…面状体、５…スチフナ、６…固定具、２１…当接板（フランジ）、２１ａ…下端面、２１ｂ…長穴、２２…支持板（フランジ）、２３…連結板、２３ａ…貫通孔、２３ｂ…開口部、２４…切欠き部、２５…連結部、２６…挟持板、２８…固定部、５１…第１補強板、５１ａ…開口部、５２…第２補強板、５２ａ…開口部、６１…固定具本体、６１ａ…上端面、６２…挟持板、６３…アンカーボルト、６４…ナット、６５…ボルト、７１…根固め工、７２…根固めコンクリート、１００…トンネル、１００ａ…トンネル覆工面、１００ｂ…アンカー穴、１００ｃ…裏込め注入材漏れ防止用の充填材、１０１…トンネル切欠き部、１０２…トンネルの頂部、１０３…トンネルの底部、１１０…専用架台、Ｌ…ＦＲＰ製連続帯状構造体の長手方向、Ｓ…トンネルの周方向、Ｔ…トンネルの軸線方向。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道や道路等のトンネルにおける覆工材料の崩落・剥落を防止するとともに、老朽化したトンネル覆工内面の補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、既設トンネル内壁におけるコンクリートの経年劣化が懸念され、具体的には、コールドジョイント、中性化、アルカリ骨材反応による劣化が想定されている。これらの劣化が進行すると、コンクリート片の剥落のおそれがあるため、様々な剥落防止対策（補強を含む）が検討されており、例えば、補強セメント工法、繊維シート接着工法、鋼板接着工法、内巻き工法など行われている。
【０００３】
繊維シート接着工法は、繊維シートを現場にて接着施工するものであり、覆工表面が適温ではない場合、湧水が発生する場合など、現場の施工環境によって、施工できない場合がある。また、繊維シート工法は、現場での作業工程が多く、作業効率を向上させることが難しいなどの問題がある。
【０００４】
また、他の工法として、予め成形されているＦＲＰ製の帯状板を接着剤で貼付ける工法が知られているが、上述の繊維シート接着工法と同様な問題を有する。
【０００５】
また、内巻き工法は、現場にて、コンクリートを施工するものであり、コンクリートの現場打ちの観点から、配筋、型枠の設置、型枠の撤去といった工事が必要となり、打設（施工）後のコンクリートの養生が必要となるため、現場での作業工程が多く、作業効率を効率させることが難しいなどの問題がある。
【０００６】
最近では、下記の特許文献１、２のようにＦＲＰの防錆および軽量性、必要な強度剛性が容易に設計できる観点から、格子状パネル（グレーチング）を、壁面に設けたアンカーボルトで取付金具を介して、該格子状パネルを設置する工法が開示されている。この工法では、軽量性の所以からパネル自体の取扱性は優れるが、必要な補強効果に対応するため取付箇所を多く設ける必要があり、そのための取付部品点数も多く、予め多くの位置に、アンカーを配置する工事が必要となり、施工期間が長期化するという問題がある。
【０００７】
一方、補強セントル工法は、トンネルの内側に支保工（Ｈ型鋼）の鋼材を、１．０〜１．５ｍ程度の間隔で建設し、型枠で覆いコンクリート打設するものである。この補強セントル工法では、支保工の重量が重く、重機や大型機械が必要であり、安全管理が重要であるとともに、作業コストの低減が困難であるという問題がある。また、コンクリートの養生期間を経た型枠の撤去は必須工程であり、型枠の撤去後において、コンクリートの剥落のおそれが残されているという問題がある。
【０００８】
また、上記のいずれの工法についても工事期間の短縮が困難であるため、トンネルの閉鎖時間の短縮化の要請に応えることができないというのが現状である。
【０００９】
そこで、新たに考案された工法として、下記の特許文献３に記載の技術が知られている。特許文献３に記載のトンネル覆工の剥落防護構造物は、補強セントル工法の支保工と予定の幅を持ったパネル状の面部材を組み合わせたものである。これによると、トンネルの内壁曲率に合わせて予め曲げ加工を施した金属製の支保工を、重量物の取扱性の観点から複数に分割し、その支保工の両端に、凹部凸部からなる嵌合部を設け、凸部で曲げモーメントを伝達することが記載されている。
【００１０】
また、パネル状の面部材はアーチ構成部材に設けられた挿入口からアーチ支保の溝部に順次挿入され、溝部をガイドとしてスライドさせて設置させる。そのパネル状の面部材は金属板材、枠付きのメッシ材、あるいは金属とコンクリートの合成構造のパネルを用いて構成されている。
【００１１】
また、特許文献３には、上記のパネル状の面部材が、幅広の場合には、事前に覆工とほぼ同等の曲率に面部材を形成しておくことにより、能率よくアーチ支保に挿入することができるとしており、幅狭の場合には軽量化して作業を容易にするとしている。この場合はパネル状の面部材を予め曲げておく必要はなく、平板状のパネル状の面部材を用いて近似的に覆工内面とほぼ同曲率に配置することが、特許文献３開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２５６７０８号公報
【特許文献２】特開２００６−３７４７１号公報
【特許文献３】特開２００１−２６２８４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献３に記載の技術では、金属製の支保工を設置するための大型の重機が必要であり、施工作業を迅速化することが困難であるという問題がある。また、パネル状の面部材も取扱性の向上の観点から分割されているため、設置作業に時間を要するという問題がある。
【００１４】
また、支保工の一部に設けられた挿入口を通じて、パネル状の面部材を挿入し、挿入したパネル状の面部材をスライドさせて所定の位置まで移動させている。例えば、下部に設けられた挿入口から挿入したパネル状の面部材が少数の場合には、作業員による人力の施工が可能であるが、面部材が多数である場合にトンネル上部まで面部材を配置するには、先に挿入したパネル状の面部材の重量が積み重なり、人力による挿入は不可能であるという問題がある。また、パネル状の面部材を挿入するための挿入口を多数設けることも考えられるが、この場合には、アーチ状支保工自体の断面欠損による強度低下が生じるという問題がある。
【００１５】
また、上記特許文献によれば、パネル状の面部材が幅広の場合には、事前に覆工とほぼ同等の曲率に面部材を形成しておくことにより、能率良く作業できるとしている。しかしながら、上記の両方のパネル状の面部材とも、アーチ状支保工に設けられた切欠き部から如何に挿入するか、その手法は記載されていない。更に、上記の切欠き部に着目すると、パネル状の面部材が挿入される間隔つまり、アーチ状支保工のフランジ部間の間隔が大きければ、切り欠け部の間口は比較的小さくて済むが、支保工自体が重くなり、上記間隔が小さい場合には、支保工は軽くなるが、パネル状の面部材の厚みとの関係にもよるが、切り欠け部の間口をパネル状の面部材幅以上に開口する必要がると思われ、現実的ではない。
【００１６】
また、上記構成部材が、通常の金属製の場合、湧水と接触する金属部分では錆が発生し、構造物として耐用年数が短くなる問題を有している。耐食性を考慮してステンレス材を適用した場合には、材料費が高価となる欠点がある。
【００１７】
本発明は、トンネルのコンクリート構造物の劣化部位の剥落防止と、補強を兼ね備えた補強構造を提供するものであり、構成部品の削減及び軽量化を図ると共に、施工工程の簡略化及び迅速化を実現可能なトンネル覆工構造体の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によるトンネル覆工構造体は、トンネルの内壁を被覆するトンネル覆工構造体において、トンネルの周方向に延在する複数のＦＲＰ製アーチ支持構造体と、トンネルの周方向に連続するように形成され、可撓性を有し、トンネルの内壁を被覆するＦＲＰ製連続帯状構造体とを備え、複数のＦＲＰ製アーチ支持構造体は、トンネルの軸方向に離間して配置され、ＦＲＰ製連続帯状構造体を軸方向の両側から支持すると共に、当該ＦＲＰ製連続帯状構造体をスライドさせるものであり、ＦＲＰ製連続帯状構造体は、トンネルの軸方向に隣り合う一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体間に挿入されて案内され、トンネルの内壁に沿って湾曲して配置されていることを特徴としている。
【００１９】
このトンネル覆工構造体は、トンネルの周方向に延在する複数のＦＲＰ製アーチ支持構造体と、トンネルの周方向に連続するように形成され、可撓性を有し、トンネルの内壁を被覆するＦＲＰ製連続帯状構造体とから構成されているため、構成部品の削減を実現することができる。ＦＲＰ製アーチ支持構造体と、ＦＲＰ製連続帯状構造体とを組み合わせることにより、覆工の耐力向上にはＦＲＰ製連続帯状構造体が寄与し、剥落防止にはＦＲＰ製アーチ支持構造体及びその間に設置されたＦＲＰ製連続帯状構造体が寄与することになる。また、これらの構成部品がＦＲＰ製であるため、軽量化が図られている。そして、トンネルの軸方向に複数のＦＲＰ製アーチ支持構造体が配設され、この一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体間にＦＲＰ製連続帯状構造体を挿入しスライドさせることで、ＦＲＰ製連続帯状構造体を配置することができるため、施工工程の簡略化及び迅速化を、実現することができる。また、構成部材がＦＲＰ製であるため、これらを埋設しても錆が発生することもなく、トンネル覆工構造体の長寿命化を図ることができる。
【００２０】
また、本発明のトンネル覆工構造体のＦＲＰ製連続帯状構造体は、板状を成しトンネルの周方向に連続してトンネルの内壁を被覆するＦＲＰ製の面状体と、トンネルの軸方向に延在し面状体と一体として成形されたＦＲＰ製のスチフナとを有する構成であることが好適である。ＦＲＰ製連続帯状構造体が、面状体と一体に形成されたスチフナを備えたストリンガープレートであるため、面状体によって止水することができる。また、面状体とスチフナとが一体構造として形成されているため、トンネルの長手方向（軸線方向）において必要な強度・剛性が確保されることになる。このように、スチフナを設けることで、ＦＲＰ製連続帯状構造体の強度向上を図ることができる。また、スチフナが面状体と一体的に成形されているため、部品点数の削減を図ることができる。
【００２１】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体のスチフナには、トンネルの内壁と面状体との間に充填される補填材料を流通可能とする開口部が形成されていることが好ましい。これにより、面状体に開口部を設けることで、トンネルの内壁と面状体との間に充填される補充材料（例えば軽量モルタル材など）の流通を促進し、作業工程の迅速化を図ることができる。また、スチフナに開口部が設けられているため、ＦＲＰ製連続帯状構造体の軽量化にも貢献する。
【００２２】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体の長手方向に隣り合うスチフナ間の面状体において、周方向の曲げ剛性が周辺部位より低い低曲げ剛性部がトンネルの軸方向に形成されていることが好適である。なお、「曲げ剛性が周辺部位より低い」とは、周辺部位よりも曲がり易いことを意味するものであり、より少ない力で変形することを意味する。このように、周方向の曲げ剛性が周辺部位よりも低い曲げ剛性部を設けられていると、ＦＲＰ製連続帯状構造体が周方向へ容易に変更する。そのため、ＦＲＰ製連続帯状構造体を一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体間に挿入させた際には、ＦＲＰ製連続帯状構造体が好適に湾曲し、ＦＲＰ製アーチ支持構造体に沿って円滑に湾曲させることができる。その結果、作業工程の迅速化を図ることができる。
【００２３】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体の長手方向に隣り合うスチフナ間の面状体において、トンネルの内壁側の表面には、複数の凹部が前記トンネルの軸方向に形成されていることが好ましい。このように、周方向の曲げ剛性が周辺部位よりも低い曲げ剛性部を設けられていると、ＦＲＰ製連続帯状構造体が周方向へ容易に変更する。そのため、ＦＲＰ製連続帯状構造体を一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体間に挿入させる際には、ＦＲＰ製連続帯状構造体が好適に湾曲し、ＦＲＰ製アーチ支持構造体を円滑に移動させることができる。その結果、作業工程の迅速化を図ることができる。
【００２４】
また、スチフナの断面形状は、矩形、鍵形、逆Ｕ字形、又はＴ字形であることが好適である。
【００２５】
また、トンネルの軸方向に隣り合う一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体において、互いに対向する位置に、ＦＲＰ製連続帯状構造体をスライド可能に支持する凹部が、ＦＲＰ製アーチ支持構造体の長手方向に連続して形成されていることが好ましい。このように、ＦＲＰ製連続帯状構造体をスライド可能に保持する構成が凹部形状であると、構成部品の簡素化を図ると共に、ＦＲＰ製連続帯状構造体を円滑にスライドさせて支持することができる。
【００２６】
ただ、トンネルの周方向に連続するＦＲＰ製連続帯状構造体は、トンネルの頂部で２分割されて形成されたものであり、ＦＲＰ製連続帯状構造体の端部には、ＦＲＰ製連続帯状構造体同士を連結する嵌合構造が設けられていることが好適である。このように、２分割されたＦＲＰ製連続帯状構造体を用いてトンネル覆工構造体を形成してもよい。
【００２７】
トンネルの内壁には、ＦＲＰ製アーチ支持構造体の下端部を固定するアンカーが設けられ、ＦＲＰ製アーチ支持構造体の下部両端は、アンカーによってトンネルの内壁に固定されていることが好ましい。このような構成により、ＦＲＰ製アーチ支持構造体をトンネルの内壁に固定することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明のトンネル覆工構造体は、ＦＲＰ製アーチ支持構造体及びＦＲＰ製連続帯状構造体を備え、簡素な構成かつ軽量化されているため、施工の迅速化を図ることができ、工期短縮を実現することができる。また、トンネル覆工構造体は、軽量化されたＦＲＰ製アーチ支持構造体及びＦＲＰ製連続帯状構造体により構成されているため、現場施工に際して、重機などが不要となり、工期短縮と工費削減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係るトンネル覆工構造体を示す斜視図であり、トンネルの内面に沿って設置された状態のトンネル覆工構造体を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係るトンネル覆工構造体を示す斜視図であり、ＦＲＰ製アーチ支持構造体に、ＦＲＰ製連続帯状構造体が挿入、設定された状態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態に係るＦＲＰ製アーチ支持構造体の連結部を示す斜視図である。
【図４】本発明のトンネル覆工構造体のＦＲＰ製アーチ支持構造体の下端部の支持構造の一実施例を、トンネルの軸方向から示す側面図である。
【図５】本発明のトンネル覆工構造体のＦＲＰ製アーチ支持構造体の下端部の支持構造の一実施例を示す斜視図である。
【図６】本発明のＦＲＰ製連続帯状構造体の一実施例を示す斜視図である。
【図７】本発明のＦＲＰ製連続帯状構造体の一実施例を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態に係るＦＲＰ製連続帯状構造体のスチフナの形状を示す断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係るＦＲＰ製連続帯状構造体のスチフナ及び面状体を示す部分断面図である。
【図１０】周方向に分割されたＦＲＰ製連続帯状構造体の連結部近傍の一実施形態を示す斜視図である。
【図１１】ＦＲＰ製連続帯状構造体の端部の嵌合部の構造を拡大して示す斜視図である。
【図１２】本発明の実施形態に係るトンネル覆工構造体の施工方法の手順を示すフローチャートである。
【図１３】トンネル覆工構造体が施工されたトンネルを軸方向と交差する面で切った断面図である。
【図１４】ＦＲＰ製アーチ支持構造体の固定部をＦＲＰ製アーチ支持構造体の長手方向と直交する面で切った断面図である。
【図１５】ＦＲＰ製アーチ支持構造体の固定部をＦＲＰ製アーチ支持構造体の長手方向に沿った面で切った断面図である。
【図１６】本発明の実施形態に係るＦＲＰ製アーチ支持構造体及びＦＲＰ製連続帯状構造体を示す斜視図である。
【図１７】トンネル底部のトンネル覆工構造体を、トンネルの軸方向に直交する面で切った断面図である。
【図１８】ＦＲＰ製連続帯状構造体を設置する工程を説明するための断面図である。
【図１９】ＦＲＰ製アーチ支持構造体に設けられた切欠き部、及び押込板を示す正面図である。
【図２０】ＦＲＰ製アーチ支持構造体に設けられた切欠き部、及び押込板を示す断面図であり、トンネルの軸方向に直交する面で切った断面図である。
【図２１】ＦＲＰ製アーチ支持構造体に設けられた切欠き部、及び押込板を示す断面図であり、ＦＲＰ製アーチ支持構造体の長手方向に直交する面で切った断面図である。
【図２２】トンネル底部のトンネル覆工構造体を、トンネルの軸方向に直交する面で切った断面図であり、裏込め材を注入する工程を説明するための図である。
【図２３】トンネルを軸方向に直交する面で切った断面図であり、高所作業用の架台を用いて作業する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明に係るトンネル覆工構造体の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（トンネル覆工構造体）
図１に示すように、トンネル覆工構造体１は、トンネル１００の周方向Ｓに沿って湾曲し、トンネル１００の軸線方向Ｔに所定間隔に配置されたＦＲＰ製アーチ支持構造体２と、トンネル１００の内壁に沿って湾曲し、隣り合う一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体２によって支持されて、トンネル１００の内壁を覆うＦＲＰ製連続帯状構造体３とを備えている。
【００３２】
（ＦＲＰ製アーチ支持構造体）
図２に示すように、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の断面形状は、Ｈ型を成し、その凹部が、トンネル１００の軸線方向Ｔに向けられて配置されている。ＦＲＰ製アーチ支持構造体２は、ＦＲＰにより成形されており、軽量で可撓性を有している。ＦＲＰ製アーチ支持構造体２は、トンネル１００の内壁に当接する当接板２１と、当接板２１と対向して配置され、当接板２１との間に、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を保持するための空間を形成する支持板２２と、当接板２１及び支持板２２を連結する連結板２３とから構成されている。当接板２１は、トンネル１００の内壁と当接するように配置され、支持板２２は、トンネル１００と離間して配置され、連結板２３は、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の幅方向における中央で、当接板２１と支持板２２とを連結する。これらの当接板２１、支持板２２、及び連結板２３は、一体構成とされて、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２を形成している。
【００３３】
また、支持板２２の当接板２１と対向する面は、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の面状体４をスライドさせるため、平坦面を成している。そして、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２に形成された凹部は、トンネル１００の軸線方向Ｔに隣り合う一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体２間に挿入されたＦＲＰ製連続帯状構造体３を周方向Ｓにスライドさせると共に、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を支持するものである。
【００３４】
図３は、本発明の実施形態に係るＦＲＰ製アーチ支持構造体の連結部を示す斜視図である。図３に示すように、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の長手方向の一方の端部には、長手方向に隣接するＦＲＰ製アーチ支持構造体２，２を連結するための連結部２５が設けられている。図３において、左側に配置されたＦＲＰ製アーチ支持構造体２Ａの連結板２３の端部には、板厚方向に貫通する貫通孔２３ａが開口されている。図３において、右側に配置されたＦＲＰ製アーチ支持構造体２Ｂの連結板２３の端部には、連結板２３の板厚方向の両側に配置された一対の挟持板２６，２６が設けられている。挟持板２６，２６は、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の長手方向の外側へ突出し、この突出した部分は、連結相手のＦＲＰ製アーチ支持構造体２Ａの連結板２３を板厚方向の両側から挟むように配置される。挟持板２６，２６の突出した部分には、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２Ａの貫通孔２３ａに対応する位置に、板厚方向に貫通する貫通孔２６ａが開口されている。なお、連結部２５に代えてその他の連結構造を有するＦＲＰ製アーチ支持構造体でもよい。また、長手方向に分割されていない、一体物のＦＲＰ製アーチ支持構造体２でもよい。
【００３５】
図４及び図５は、トンネル覆工構造体のＦＲＰ製アーチ支持構造体の下端部の支持構造の一実施例を示す各図である。図４及び図５に示すように、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の長手方向Ｌの下端部（他方の端部）には、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２をトンネル１００の内壁に固定するための固定部２８が設けられている。ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の支持板２２の端部は、長手方向Ｌにおいて、当接板２１及び連結板２３より短く形成されている。ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の連結板２３の端部には、板厚方向に貫通する貫通孔（不図示）が買い開口されている。
【００３６】
固定部２８は、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の下端部を下方から支持する固定具６を有する構成とされている。固定具６は、ＦＲＰ製であり、固定具本体６１と、固定具本体６１から張り出すように形成された一対の挟持板６２，６２とから構成されている。これらの固定具本体６１及び一対の挟持板６２，６２は、一体構成とされている。
【００３７】
固定具本体６１は、トンネル１００のコンクリート壁に埋め込まれたアンカーボルト６３に固定される部分であり、例えば、板状を成している。固定具本体６１には、板厚方向に貫通する複数（例えば２つ）の貫通孔（不図示）が開口されている。この貫通孔に、アンカーボルト６３が挿通され、ナット６４を用いて締め付けることで、固定具本体６１がトンネル１００のコンクリート壁に固定されている。そして、固定具本体６１の上端面６１ａは、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の当接板２１の下端面２１ａと当接する面となる。
【００３８】
一対の挟持板６２，６２は、固定具６がコンクリート壁に設置された状態において、固定具本体６１のトンネル１００の壁面とは反対側の面から張り出すと共に、上方へ、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２側へ張り出している。一対の挟持板６２，６２は、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の連結板２３を板厚方向の両側から挟み込むことで、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２を支持するものである。また、一対の挟持板６２，６２の固定具本体６１より上方に突出する部分において、コンクリート壁１００ａと挟持板６２との間に、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の当接板２１の進入を許容する空間が形成されている。また、一対の挟持板６２の上方に突出した部分には、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の貫通孔に対応する位置に、板厚方向に貫通する貫通孔（不図示）が開口されている。
【００３９】
そして、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２がコンクリート壁１００ａに設定された状態において、当接板２１が、コンクリート壁１００ａと一対の挟持板６２との間に挿入され、連結板２３が、一対の挟持板６２，６２間に挿入され、両者の貫通孔にボルト６５が挿通されている。すわなち、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２は、固定具６によって、コンクリート壁に位置決め固定されている。
【００４０】
図５に示すように、固定具６の一対の挟持板６２において、上部内側（トンネル１００の中央側）のコーナー部は、カットされ、側面視において、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の支持板２２との間に所定の隙間を有している。これにより、ＦＲＰ製連続帯状構造体３のＦＲＰ製アーチ支持構造体２間への挿入を容易としている。なお、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２のコンクリート壁１００ａへの固定は、その他の構成でもよい（例えば図１４及び図１５参照）。
【００４１】
（ＦＲＰ製連続帯状構造体）
図１及び図６に示すように、ＦＲＰ製連続帯状構造体３は、トンネル１００の周方向Ｓに沿って湾曲可能な構成とされている。ＦＲＰ製連続帯状構造体３は、ＦＲＰにより成形されており、軽量で可撓性を有している。ＦＲＰ製連続帯状構造体３は、トンネル１００の内壁に沿って周方向Ｓに配置される面状体４と、面状体４の表面から突出し、面状体４の幅方向（トンネル１００の軸線方向Ｔ）に延在するスチフナ５とから構成されている。
【００４２】
面状体４は、板状を成し、トンネル１００のコンクリート壁を被覆するものである。面状体４は、トンネル１００の周方向に連続して形成されている。面状体４のコンクリート壁とは反対側は、平坦面とされている。面状体４のコンクリート壁と対面する側の表面には、面状体４の長手方向（図示Ｓ方向）に所定間隔で配置されたスチフナ５が形成されている。
【００４３】
図８（ａ）に示すように、スチフナ５の断面形状は、トンネル１００の軸方向Ｔから見て、矩形状を成している。具体的には、スチフナ５は、面状体４から突出し、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の長手方向Ｌに互いに対向して立設する一対の第１補強板５１と、一対の第１補強板５１の先端側を連結する第２補強板５２とから構成されている。図８（ａ）に示すように、側面視において、第１補強板５１は、面状体４と交差して形成され、第２補強板５２は、面状体４と平行に形成されている。第１補強板５１及び第２補強板５２には、図６及び図１０に示すように、板厚方向に貫通する開口部５１ａ，５２ａが複数設けられている。なお、開口部５１ａ，５２ａが形成されていないスチフナ５でもよい。
【００４４】
また、スチフナ５の断面形状は、矩形状に限定されず、その他の形状でもよい。例えば図８（ｂ）に示すように、断面形状が逆Ｕ字形を成すスチフナ５でもよい。この逆Ｕ字形のスチフナ５は、面状体４から突出する一対の第１補強板５１と、一対の第１補強板５１の先端側を連結する第２補強板５２とから構成されている。第２補強板５２は、面状体４と反対側へ凸である湾曲形状を成している。
【００４５】
また、スチフナ５の断面形状は、図７及び図８（ｃ）に示すように、鍵形を成すように構成されていてもよい。この鍵形のスチフナ５は、面状体４から突出する第１補強板５１と、この第１補強板５１の先端で屈曲され面状体４と平行に配置された第２補強板５２とから構成されている。
【００４６】
また、スチフナ５の断面形状は、図８（ｄ）に示すように、Ｔ字形を成すように構成されていてもよい。このＴ字形のスチフナ５は、面状体４から突出する第１補強板５１と、この第１補強板５１の先端で面状体４と平行に配置された第２補強板５２とから構成されている。
【００４７】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体３は、図８（ｅ）に示すように、波型に形成されたものでもよく、さらに、トンネルの内面側に別部材によって構成された面状体４を備えるものでもよい。波型に形成されたＦＲＰ製連続帯状構造体３は、凹部と凸部が交互に配置されて一連の構造体を構成している。
【００４８】
面状体４は、図９（ａ）に示すように、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の長手方向Ｌに隣り合うスチフナ５の間に、周辺部位４ａより曲げ剛性が低い部分４ｂ（以下、「低曲げ剛性部」という。）が形成されている構成でもよい。低曲げ剛性部４ｂは、例えば、周方向Ｓの外側となる面に形成された凹部である。低曲げ剛性部４ｂは、周辺部位４ａよりも薄肉とすることで、曲げ剛性が低くなるように形成されている。低曲げ剛性部４ｂは、例えば、面状体４の幅方向の両端部間に連続して形成されている。
【００４９】
面状体４は、図９（ｂ）に示すように、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の長手方向Ｌに隣り合うスチフナ５の間に、周辺部位４ａより曲げ剛性が低い低曲げ剛性部４ｃが形成されている構成でもよい。低曲げ剛性部４ｃは、周辺部位４ａよりも強度を低下させることで、曲げ剛性が低くなるように形成されている。低曲げ剛性部４ｃは、ＦＲＰに含まれる繊維分を、周辺部位４ａより少なくすることで、形成することができる。
【００５０】
（ＦＲＰ製連続帯状構造体の連結部）
図１０及び図１１（ａ）に示すように、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の端部には、長手方向Ｌ（トンネルの周方向Ｓ）に隣接するＦＲＰ製連続帯状構造体３同士を連結する連結部３１が設けられている。連結部３１は、互いに反対方向に屈曲された鍵形３２，３３が形成されている。互いの鍵形３２，３３が嵌合することで、ＦＲＰ製連続帯状構造体３が連結されている。なお、ＦＲＰ製連続帯状構造体３は、トンネル１００の周方向に連続する一体的な構成でもよく、例えば、トンネル１００の頂部に連結部３１が形成され、複数のＦＲＰ製連続帯状構造体３が連結されることで一体として形成された構成でもよい。
【００５１】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の連結部３１は、図１１（ａ）に示す鍵形３２，３３に限定されず、その他の形状でもよい。例えば図１１（ｂ）に示すように、連結部３１は、一方の端部に形成された段差部３４と、この段差部３４を収容して段差部３４に係合する係合部３５とを有する構成でもよい。
【００５２】
（ＦＲＰ）
ここで、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２及びＦＲＰ製連続帯状構造体３などを形成するためのＦＲＰの強化繊維として、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維などを単独で又は組み合わせて用いることができる。炭素繊維が含まれることによって、比強度・比剛性が向上し、これによって成形体の軽量化を一層図ることができる。なお、強化繊維の形態としては、例えば、繊維長が１〜３ｍｍである短繊維やマット、連続繊維からなるクロス、ストランドなどを適宜組み合わせた基材が例示される。また、ＦＲＰとするためのマトリックス樹脂は特に限定しないが、例えば、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ＡＢＳ（アクリルニトリル・ブタジエン・スチレン）、ＰＥＥＫ（ポリ・エーテル・エーテル・ケトン）、ポリイミドなどの熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００５３】
また、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２及びＦＲＰ製連続帯状構造体３を形成する成形方法としては、マトリックス樹脂を用いることができ、あるいは強化繊維の形態によっては真空、ブロー、スタンピング、ＢＭＣ（バルク・モールディング・コンパウンド）、ＳＭＣ（シート・モールディング・コンパウンド）、トランスファー成形、ＲＴＭ（レジン・トランスファー・モールディング）、ハンドレイアップ成形などの様々な方法を用いて容易に形成することができる。さらに、上記充填材に、粘性を増すための粉体（例えば、炭酸カルシウムや砂等）の他、層状化合物（例えば、マイカ、二硫化モリブデン、窒化硼素など）、針状化合物（例えば、ゾノトライト、チタン酸カリ、炭素繊維など）、粒状、又はシート状化合物（例えば、フェライト、タルク、クレーなど）を添加してもよく、上記充填材（フィラー）を充填することによって弾性率と密度が増大させることができる。また、上記充填材に、例えば、水酸化アルミニウム、臭素、無機質粉などを添加すると難燃性を向上させることができる。
【００５４】
（トンネル覆工構造体の施工方法）
次に、トンネル覆工構造体の施工方法について説明する。図１２は、トンネル覆工構造体の施工手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るトンネル覆工構造体の施工方法では、図１２に示すように、トンネル内の踏査、詳細測量工程（ステップＳ１）、施工位置のマーキング工程（ステップＳ２）、ＦＲＰ製アーチ支持構造体（支保工）の設置工程（ステップＳ３）、トンネル底部の根固め工の設置工程（ステップＳ４）、ＦＲＰ製連続帯状構造体（パネル）の設置工程（ステップＳ５）、裏込め材注入工程（ステップＳ６）、及び防食塗装工程（ステップＳ７）を実行する。
【００５５】
（トンネル内の踏査、詳細測量工程）
まず、施工位置、施工間隔、部材の設計および支障物（例えば送電線、その支持構造物など）の確認のための踏査、測量を行う（ステップＳ１）。具体的には、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の施工位置、施工間隔のための踏査、測量を行う。
【００５６】
（施工位置のマーキング工程）
次に、施工位置のマーキングを行う（ステップＳ２）。トンネル覆工面（コンクリート面）１００ａにＦＲＰ製アーチ支持構造体（支保工）２の設置位置、アンカーボルト６３を施工するアンカー穴１００ｂの施工位置をマーキングする。
【００５７】
（ＦＲＰ製アーチ支持構造体の設置工程）
次に、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２を設置する（ステップＳ３）。このとき、トンネル底部１０３の横断方向の支保工の支持幅が不足する場合には、事前にトンネル側壁１００ａの切欠処理、掘込処理が必要となる。例えば図１３に示すように、トンネル底部１０３のコンクリート面１００ａを削りＦＲＰ製アーチ支持構造体２を配置するための切欠き部１０１を形成する。次に、図１４に示すように、トンネル覆工面１００ａにアンカー穴１００ｂを削孔する。次に、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２をトンネル１００の頂部１０２から底部１０３方向に嵌合接合により組み立て、組み立てられたＦＲＰ製アーチ支持構造体２をアンカーボルト６３及びナット６４によりトンネル覆工面１００ａに固定する。アンカーボルト６３にナット６４を締め付けて、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２とトンネル覆工面１００ａとの間に隙間のない一体構造を形成する。
【００５８】
また、図１５に示すように、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の当接板２１には、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の長手方向Ｌに長径を有する長穴２１ｂが形成されている。そして、この長穴２１ｂにアンカーボルト６３が挿通されている。そして、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の背面（コンクリート壁１００ａ側）の凹部に裏込め注入材漏れ防止用の充填材１００ｃを挿入する。
【００５９】
（トンネル底部の根固め工設置工程）
次に、底部の根固め工を設置する（ステップＳ４）。具体的には、図１７に示すように、トンネル底部１０３に根固め工７１を設置して根固めコンクリート７２を施工する。これにより、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２のトンネル底部１０３への定着を確保すると共に、注入材の漏れ防止対策を実施する。
【００６０】
（ＦＲＰ製連続帯状構造体の設置工程）
次に、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を設置する（ステップＳ５）。具体的には、図１８に示すように、専用架台１１０によって運搬されたＦＲＰ製連続帯状構造体３を隣り合うＦＲＰ製アーチ支持構造体２間に挿入する。ＦＲＰ製連続帯状構造体３は、トンネル１００の一方の側壁側から、トンネル１００の頂部１０２を経由して、反対の側壁側まで連続して形成されていることが好ましい。なお、トンネル１００の頂部１０２で、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を接合してもよい。
【００６１】
図１９〜図２１は、ＦＲＰ製アーチ支持構造体に設けられた切欠き部、及び押込板を示す各図である。図１９〜図２１に示すように、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２には、所定の位置に、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を挿入するための切欠き部２４（支持板２２が形成されていない部分）が形成されている。そして、この切欠き部２４を通じて、ＦＲＰ製連続帯状構造体３をＦＲＰ製アーチ支持構造体２の支持板（ガイド）２２に巻きつけることで、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の設置を行う。図１９〜図２１では、切欠き部２４に、押込み板８１が図示されているが、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の挿入が完了する前の状態では、押込み板８１は、配置されていない。ＦＲＰ製連続帯状構造体３の挿入が完了した後、図１９に示すように、切欠き部２４に、押込板８１を施工する。押込板８１は、切欠き部２４による開口を閉止する。ＦＲＰ製アーチ支持構造体２とＦＲＰ製連続帯状構造体３との当接部（接合部）に裏込め注入材漏れ防止のシーリングを行う。
【００６２】
（裏込め材注入工程）
次に、裏込め材（補填材料）を注入する（ステップＳ６）。図１６に示すように、ＦＲＰ製連続帯状構造体３のスチフナ５には、裏込め材を流通させるための開口部５１ａ，５２ａが設けられている。同様に、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２の連結板２３には、裏込め材を流通させるための開口部２３ｂが設けられている。ステップＳ６の裏込め材注入工程では、ＦＲＰ製連続帯状構造体３のパネル強度を考慮して、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２側面（ウェブ）から複数段に分けて、裏込め材（セメント、モルタル）を注入する。図２２では、裏込め材を注入する様子示している。図２２に示すように、裏込め材をＦＲＰ製連続帯状構造体３と、トンネル１００の内壁との間に注入する。注入された裏込め材の一部は、スチフナ５に設けられた開口部を通過する。また、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を挿入するための切欠き部２４には、裏込め材の注入時の液圧を考慮した仮補強を行う。複数段に分けて行う打設高さは、裏込め材注入時の液圧とＦＲＰ製連続帯状構造体３のパネル強度に基づいて決定される。高所において、裏込め材の注入作業を実施する場合には、図２３に示すような高所作業用の架台を用いて、裏込め材の注入を行う。裏込め材の注入が完了した後、トンネル底部１０３に施工された注入漏れ止め型枠（根固め工）７１の取り外しを行う。
【００６３】
（防食塗装工程）
次に、防食塗装を行う（ステップＳ７）。ここでは、トンネル覆工構造体１の設置作業において損傷した部分があれば、その部分に対して防食塗装を実施する。
【００６４】
このような本実施形態のトンネル覆工構造体１、及びその施工方法によれば、軽量なＦＲＰ製アーチ支持構造体２を嵌合接合することで、施工現場での組立て作業の迅速化を図ることができる。また、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２、裏込注入材、及びＦＲＰ製連続帯状構造体３が自立構造であるため、耐荷力に優れた冗長性の構造を実現することができる。また、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２及びＦＲＰ製連続帯状構造体３は、紫外線劣化がない上、防食塗装により耐久性の向上が図られている。また、本実施形態のトンネル覆工構造体によれば、内面粗度、美観、防汚性に優れたトンネル覆工構造体を実現することができる。
【００６５】
また、本実施形態によれば、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２及びＦＲＰ製連続帯状構造体３により構成されているため、従来と比較して、構成部品の部品点数が削減され、簡素な構成とされたトンネル覆工構造体１を実現することができる。覆工の耐力向上にはＦＲＰ製連続帯状構造体３が寄与し、剥落防止にはＦＲＰ製アーチ支持構造体２及びその間に設置されたＦＲＰ製連続帯状構造体３が寄与することになる。
【００６６】
また、本実施形態のトンネル覆工構造体１及びその施工方法によれば、一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体２間にＦＲＰ製連続帯状構造体３を挿入しスライドさせることで、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を配置することができるため、施工工程の簡略化及び迅速化を、実現することができる。また、構成部材がＦＲＰ製であるため、これらを埋設しても錆が発生することもなく、トンネル覆工構造体１の長寿命化を図ることができる。
【００６７】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体１が、面状体４と一体に形成されたスチフナ５を備えたストリンガープレートであるため、面状体４によって止水することができる。また、面状体４とスチフナ５とが一体構造として形成されているため、トンネルの長手方向（軸線方向Ｔ）において必要な強度・剛性が確保されている。このように、スチフナ５が面状体４と一体的に成形されているため、部品点数の削減を図られている。
【００６８】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体１のスチフナ５には、トンネル１００の内壁１００ａと面状体４との間に充填される補填材料を流通可能とする開口部５１ａ，５２ａが形成されているため、補充材料の流通を促進し、作業工程の迅速化を図ることができる。また、スチフナ５に開口部５１ａ，５２ａが設けられているため、ＦＲＰ製連続帯状構造体３の軽量化にも貢献する。
【００６９】
また、ＦＲＰ製連続帯状構造体１の長手方向Ｌに隣り合うスチフナ５間の面状体４において、周方向Ｓの曲げ剛性が周辺部位より低い低曲げ剛性部４ｂ，４ｃが形成されているため、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体２間に挿入させた場合に、ＦＲＰ製連続帯状構造体３を好適に湾曲させて、ＦＲＰ製アーチ支持構造体３をスムーズに移動させることができる。その結果、作業工程の迅速化を図ることができる。
【００７０】
また、トンネル覆工構造体１では、トンネルの軸方向Ｔに隣り合う一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体２の互いに対向する位置に、ＦＲＰ製連続帯状構造体３をスライド可能に支持する凹部が、形成されているため、ＦＲＰ製連続帯状構造体をスライド可能に保持する構成の簡素化が図られている。
【００７１】
以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、面状体４及びスチフナ５が一体として成形されているが、面状体４及びスチフナ５は、別体として構成されていてもよい。また、スチフナ５を備えていないＦＲＰ製連続帯状構造体でもよい。
【００７２】
また、上記実施形態では、スチフナ５に開口部が形成されているが、補填材料を通過させる切欠き構造を有するスチフナでもよい。
【００７３】
また、ＦＲＰ製アーチ支持構造体２には、ＦＲＰ製連続帯状構造体３をトンネル１００の周方向にスライドさせるための凹部が形成されているが、凹部に代えてその他の形状を有し、ＦＲＰ製連続帯状構造体３をスライド可能とする構成でもよい。
【００７４】
また、トンネル覆工構造体が設置されるトンネルは、鉄道用のトンネルに限定されず、車両用のトンネルにトンネル覆工構造体１を設置してもよい。その他、歩道用のトンネルでもよく、地下の坑道にトンネル覆工構造体を設置してもよい。また、下水などの流体を通過させるトンネルや、電線、光ケーブルなどの線状体を敷設するためのトンネルにトンネル覆工構造体を設置してもよい。
【符号の説明】
【００７５】
１…トンネル覆工構造体、２…ＦＲＰ製アーチ支持構造体、３…ＦＲＰ製連続帯状構造体、４…面状体、５…スチフナ、６…固定具、２１…当接板（フランジ）、２１ａ…下端面、２１ｂ…長穴、２２…支持板（フランジ）、２３…連結板、２３ａ…貫通孔、２３ｂ…開口部、２４…切欠き部、２５…連結部、２６…挟持板、２８…固定部、５１…第１補強板、５１ａ…開口部、５２…第２補強板、５２ａ…開口部、６１…固定具本体、６１ａ…上端面、６２…挟持板、６３…アンカーボルト、６４…ナット、６５…ボルト、７１…根固め工、７２…根固めコンクリート、１００…トンネル、１００ａ…トンネル覆工面、１００ｂ…アンカー穴、１００ｃ…裏込め注入材漏れ防止用の充填材、１０１…トンネル切欠き部、１０２…トンネルの頂部、１０３…トンネルの底部、１１０…専用架台、Ｌ…ＦＲＰ製連続帯状構造体の長手方向、Ｓ…トンネルの周方向、Ｔ…トンネルの軸線方向。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの内壁を被覆するトンネル覆工構造体において、
前記トンネルの周方向に延在する複数のＦＲＰ製アーチ支持構造体と、
前記トンネルの周方向に連続するように形成され、可撓性を有し、前記トンネルの内壁を被覆するＦＲＰ製連続帯状構造体と、を備え、
前記複数のＦＲＰ製アーチ支持構造体は、前記トンネルの軸方向に離間して配置され、前記ＦＲＰ製連続帯状構造体を前記軸方向の両側から支持すると共に、前記ＦＲＰ製連続帯状構造体をスライドさせるものであり、
前記ＦＲＰ製連続帯状構造体は、前記トンネルの軸方向に隣り合う一対の前記ＦＲＰ製アーチ支持構造体間に挿入されて案内され、前記トンネルの内壁に沿って湾曲して配置されていることを特徴とするトンネル覆工構造体。
【請求項２】
前記ＦＲＰ製連続帯状構造体は、板状を成し前記トンネルの周方向に連続して前記トンネルの内壁を被覆するＦＲＰ製の面状体と、
前記トンネルの軸方向に延在し前記面状体と一体として成形されたＦＲＰ製のスチフナとを有することを特徴とする請求項１に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項３】
前記ＦＲＰ製連続帯状構造体の前記スチフナには、前記トンネルの内壁と前記面状体との間に充填される補填材料を流通可能とする開口部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項４】
前記ＦＲＰ製連続帯状構造体の長手方向に隣り合う前記スチフナ間の前記面状体において、前記周方向の曲げ剛性が周辺部位より低い低曲げ剛性部が前記トンネルの軸方向に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項５】
前記ＦＲＰ製連続帯状構造体の長手方向に隣り合う前記スチフナ間の前記面状体において、前記トンネルの内壁側の表面には、複数の凹部が前記トンネルの軸方向に形成されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項６】
前記スチフナの断面形状は、矩形、鍵形、逆Ｕ字形、又はＴ字形であることを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項７】
前記トンネルの軸方向に隣り合う一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体において、互いに対向する位置に、前記ＦＲＰ製連続帯状構造体をスライド可能に支持する凹部が、前記ＦＲＰ製アーチ支持構造体の長手方向に連続して形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項８】
前記トンネルの周方向に連続する前記ＦＲＰ製連続帯状構造体は、前記トンネルの頂部で２分割されて形成されたものであり、
前記ＦＲＰ製連続帯状構造体の端部には、ＦＲＰ製連続帯状構造体同士を連結する嵌合構造が設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項９】
前記トンネルの内壁には、前記ＦＲＰ製アーチ支持構造体の下端部を固定するアンカーが設けられ、
前記ＦＲＰ製アーチ支持構造体の下部両端は、前記アンカーによって前記トンネルの内壁に固定されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項１】
トンネルの内壁を被覆するトンネル覆工構造体において、
前記トンネルの周方向に延在する複数のＦＲＰ製アーチ支持構造体と、
前記トンネルの周方向に連続するように形成され、可撓性を有し、前記トンネルの内壁を被覆するＦＲＰ製連続帯状構造体と、を備え、
前記複数のＦＲＰ製アーチ支持構造体は、前記トンネルの軸方向に離間して配置され、前記ＦＲＰ製連続帯状構造体を前記軸方向の両側から支持すると共に、前記ＦＲＰ製連続帯状構造体をスライドさせるものであり、
前記ＦＲＰ製連続帯状構造体は、前記トンネルの軸方向に隣り合う一対の前記ＦＲＰ製アーチ支持構造体間に挿入されて案内され、前記トンネルの内壁に沿って湾曲して配置されていることを特徴とするトンネル覆工構造体。
【請求項２】
前記ＦＲＰ製連続帯状構造体は、板状を成し前記トンネルの周方向に連続して前記トンネルの内壁を被覆するＦＲＰ製の面状体と、
前記トンネルの軸方向に延在し前記面状体と一体として成形されたＦＲＰ製のスチフナとを有することを特徴とする請求項１に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項３】
前記ＦＲＰ製連続帯状構造体の前記スチフナには、前記トンネルの内壁と前記面状体との間に充填される補填材料を流通可能とする開口部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項４】
前記ＦＲＰ製連続帯状構造体の長手方向に隣り合う前記スチフナ間の前記面状体において、前記周方向の曲げ剛性が周辺部位より低い低曲げ剛性部が前記トンネルの軸方向に形成されていることを特徴とする請求項２に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項５】
前記ＦＲＰ製連続帯状構造体の長手方向に隣り合う前記スチフナ間の前記面状体において、前記トンネルの内壁側の表面には、複数の凹部が前記トンネルの軸方向に形成されていることを特徴とする請求項２〜４の何れか一項に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項６】
前記スチフナの断面形状は、矩形、鍵形、逆Ｕ字形、又はＴ字形であることを特徴とする請求項２〜５の何れか一項に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項７】
前記トンネルの軸方向に隣り合う一対のＦＲＰ製アーチ支持構造体において、互いに対向する位置に、前記ＦＲＰ製連続帯状構造体をスライド可能に支持する凹部が、前記ＦＲＰ製アーチ支持構造体の長手方向に連続して形成されていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項８】
前記トンネルの周方向に連続する前記ＦＲＰ製連続帯状構造体は、前記トンネルの頂部で２分割されて形成されたものであり、
前記ＦＲＰ製連続帯状構造体の端部には、ＦＲＰ製連続帯状構造体同士を連結する嵌合構造が設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のトンネル覆工構造体。
【請求項９】
前記トンネルの内壁には、前記ＦＲＰ製アーチ支持構造体の下端部を固定するアンカーが設けられ、
前記ＦＲＰ製アーチ支持構造体の下部両端は、前記アンカーによって前記トンネルの内壁に固定されていることを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載のトンネル覆工構造体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公開番号】特開２０１２−２０７４３１（Ｐ２０１２−２０７４３１Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７３２４１（Ｐ２０１１−７３２４１）
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００１９６５８７）西日本旅客鉄道株式会社 (202)
【出願人】（５１１０８０６３８）株式会社日本コンポジット工業 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２９日（２０１１．３．２９）
【出願人】（０００１９６５８７）西日本旅客鉄道株式会社 (202)
【出願人】（５１１０８０６３８）株式会社日本コンポジット工業 (2)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]