トンネル内面保護・補強構造
【課題】 確実に開口部に隣接するセグメントあるいは弧状セグメントリングの開口部側を固定することができるトンネル内面保護・補強構造を提供すること。
【解決手段】 トンネル内面を保護・補強するトンネル内面保護・補強構造において、トンネル内面側に突出する既設設備を回避するために開口部２３を挟んでトンネル周方向に分断された各弧状セグメントリング７ｃにおける前記開口部２３に隣接するセグメント１Ａの開口部２３側の端部が、トンネル内壁面と、トンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリング７との少なくともいずれか一方に固定手段によって固定されて、前記開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されている。
【解決手段】 トンネル内面を保護・補強するトンネル内面保護・補強構造において、トンネル内面側に突出する既設設備を回避するために開口部２３を挟んでトンネル周方向に分断された各弧状セグメントリング７ｃにおける前記開口部２３に隣接するセグメント１Ａの開口部２３側の端部が、トンネル内壁面と、トンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリング７との少なくともいずれか一方に固定手段によって固定されて、前記開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、トンネル内面のコンクリート剥落やトンネルの変状に対する保護・補強構造等に使用されるセグメントリングが、トンネル内面側に突出する設備による開口部に分断される場合に、開口部と同一断面にあるトンネル内面保護・補強構造としてのセグメントリングの強度・剛性の低下を防止し、開口部のないリングと同等の補強効果を奏するトンネル内面保護・補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル内面あるいはトンネル覆工内面に沿って円周方向に多数の板状のセグメントを設けて、既設あるいは新設のトンネル内面を補強するトンネル内面保護・補強構造が知られている。
【０００３】
このような構造は、老朽化した、または健全な既設または新設トンネルにおいて、トンネル内壁あるいは覆工コンクリートの崩落・剥落を未然に防止し、万一、トンネル内壁部あるいはコンクリートの崩落があった場合でも、トンネル内に剥落片が落下しないように保護し、更には地山の緩みあるいは塑性圧等の外力による変状に対して補強することを目的としたトンネル内面の保護構造で、特に道路トンネル・鉄道トンネル等のトンネル内面の保護・補強構造に有効である。
【０００４】
前記のようなトンネル内面保護・補強構造としては、トンネル内面に薄肉のセグメントを千鳥組みで１リング（半円状リングの意）毎に組み立てて、既設覆工とセグメントとの間にグラウトを充填してなるトンネル内面の保護・補強構造を構築することが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような、薄肉のセグメントを用いたトンネル内面の保護・補強構造は、薄肉でトンネル内面への張り出しが少なく、迅速施工が可能な補強構造である。
【０００５】
一方、供用中の道路トンネルにおいて保護・補強等の工事を行う場合、道路交通を可能な限り妨げずに施工することが望ましい。そのため道路の片側車線を通行止めにして他方の車線を供用しながら施工することが一般に実施されている。
【０００６】
老朽化した、または健全な鉄道トンネル、道路トンネル等の既設トンネルにおいて、覆工コンクリートの崩落・剥落を未然に防止し、万一コンクリートの崩落があった場合でも、トンネル内に剥落片が落下しないように保護し、さらには地山の緩みあるいは塑性圧等の荷重による変状に対して補強することを目的としたトンネル覆工内面保護・補強構造とその構築方法とこれに使用するセグメントに関しては、本出願人が先に特開２００４−１５００７２号（特許文献１）として提案している。
【０００７】
このようなトンネル内面保護・補強構造およびその構造に用いられるセグメントの特徴として、トンネル軸方向およびトンネル周方向に隣接するセグメント相互の接続は、セグメント相互を強固に一体化し接続する手段ではなく、各セグメントの裏面に設けられた継手材は、トンネル軸方向またはトンネル周方向に隣接するセグメントの裏面または裏面に設けられた継手材に係合する、少なくともトンネル半径方向のせん断（シア）力を伝達するシアキー（鉤状または棒状あるいは板状等の継手材）であり、シアキー相互を強固に一体化しないでシアキーの係合によりセグメント相互を接続する点に特徴があり、このような継手材としてのシアキーにより、少なくともトンネル半径方向のせん断力を、トンネル軸方向またはトンネル周方向に隣接するセグメント（またはセグメントリング）に伝達して、トンネル軸方向あるいはトンネル周方向のセグメントまたはセグメントリングに広く外力を分散させて、一箇所のセグメントあるいはセグメントリングに外力が集中するのを防止するようにした補強構造としている点である。
【０００８】
前記のような特徴のあるトンネル内面保護・補強構造が開示されている特開２００４−１５００７２号の内容を図１４〜図１７によって簡単に説明すると、図１４に示すように略矩形板状の保護・補強用セグメント（以下セグメントともいう）１におけるトンネル周方向をなす各弧状辺４、５の複数箇所に、トンネル軸方向に隣合うセグメントリング７相互を接続するための継手材として、周方向に間隔をおいて少なくともトンネル半径方向のせん断力を、トンネル軸方向に隣接するセグメントに伝達するためのシアキー３（３ａ，３ｂ）をトンネル軸方向に張り出すように備えており、さらに保護・補強用セグメント１におけるトンネル軸方向をなす各辺２４，２５にトンネル周方向に隣り合うセグメント相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に間隔をおいてシアキー３をトンネル周方向に張り出すように設けられ、そのようなトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１を図１６または図１７に示すように、トンネル覆工内面に沿って配置し、トンネル軸方向に隣接するセグメントリング７毎にトンネル周方向にずらして千鳥に組み立て、セグメントリング７の下端部は、固定金具３５等による固定手段で既設トンネル４３のコンクリート製床版３４に固定されている。
【０００９】
一つのセグメント１において、トンネル周方向をなす辺４，５の近傍に設けられているトンネル軸方向に張り出すように突出する雄型のシアキー３は、トンネル軸方向の既設側（前部側）のシアキー３（３ａ）の位置と、新設側（後部側）のシアキー３（３ｂ）の位置とは、トンネル周方向（保護・補強用セグメント本体２の弧状周面方向）に位置をずらして設けられている。
【００１０】
保護・補強用のセグメント本体２には、突っ張り部材８が設けられ、この部材８はトンネル半径方向に貫通する雌ねじ孔９と、この雌ねじ孔９に螺合された突っ張りねじ軸１０とを備えている。この突っ張り部材８は、その先端部をトンネル半径方向に保護・補強用セグメント本体２の裏面側に突出され、既設トンネル覆工内壁面４１に押し付けることにより、周方向に直列に連続されたセグメント１によるセグメントリング７をトンネル半径方向に縮径させるように作用することにより、保護・補強用セグメントリング７にトンネル周方向に軸力を導入させて、セグメントリング７によるアーチの形状が変形するのを拘束し、アーチを安定させるものである。前記突っ張りねじ軸１０のトンネル内空側の基端部には、回動工具係合用凹部１３（図１５ｃ参照）が設けられている。
【００１１】
また、保護・補強用セグメント本体２の裏面におけるトンネル軸方向（前後方向）両端部のトンネル周方向をなす前部側（既設側）の弧状辺４および後部側（新設側）の弧状辺５の近傍には、トンネル軸方向に隣り合うセグメント１相互（すなわち、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング７相互）を固定するためのリング間固定治具１４用の治具１６、１７と、同じセグメントリング７におけるトンネル周方向に隣り合うセグメント１相互を連結固定するための周方向のセグメント固定治具１５用の治具１９、２０が設けられている。
【００１２】
前記のリング間固定治具１４あるいは周方向のセグメント固定治具１５は、新設のセグメント１を既設セグメント１に隣接して組み込む場合に、一時的に新設のセグメント１を仮保持するためのもので、これらの治具１４，１５は、トンネル軸方向またはトンネル周方向に傾斜配置されているため、また、これらの治具のブラケット間が離れているため、ブラケット相互が接近する方向について、トンネル軸方向またはトンネル周方向の大きな応力を、トンネル軸方向またはトンネル周方向に隣接するセグメント１に伝達することができない。
【００１３】
前記のようなセグメント１をトンネル覆工内壁面４１に沿って組み立てる場合には、コンクリート製床版３４の端部に、セグメント１のトンネル周方向の端部を固定するための固定金具３５を設置して組み立てられる。さらに説明すると、図１７に示すように、トンネル軸方向に順次構築されるセグメントリング７（７ａ、７ｂ）の両端側の下端部（図１７の左端、右端側）に位置する各セグメント１を支持するための端部部材としての固定金具３５が、コンクリート床版３４上に設置されている。
【００１４】
固定金具３５としては、例えば、図１７（ｂ）に示すように、一対の腕片３６、３７により形成されたトンネル軸方向に延長する上向き開口の受け溝３８を有する固定金具３５で、その金具３５の受け溝３８に、端部の保護・補強用のセグメント１が既設覆工４０の内面に沿って間隔をおいて配置され、前記セグメント１の下端部を前記受け溝３８を有する固定金具３５に必要に応じてスペーサ等を介在させて嵌合させ、適宜受け溝３８を有する固定金具３５におけるトンネル内空側の一方の腕片３６に螺合した押し付けボルト３９を調整して、下端部のセグメント１の下部が固定されている。なお、下端部のセグメント１におけるトンネル軸方向に張り出すシアキー３は、セグメント１の裏面（トンネル覆工内壁面４１に対向するセグメントの面）に当接して係合されている。
【００１５】
周方向に隣り合うセグメント１相互は、セグメント間固定治具１５により固定されている。さらに具体的に図１６および図１７によって説明すると、セグメントリング７を構築するべく新設のセグメント１の周方向一端側（既設側）は、端部部材としての固定金具３５に配置固定されるか、または、周方向の既に組み込まれたセグメント１の新設側に配置されている。
【００１６】
そして、周方向に直列に隣り合う一方（新設）のセグメント１における既設側に位置するボルト挿通孔を有する鋼製ブラケット３０からなる治具１９と、周方向他方（既設）のセグメント１における新設側に位置するナット３３を有する雌型治具２０とに渡ってボルト２１を挿通螺合し、周方向に隣り合う、新設および既設のセグメント１相互の治具１９、２０を連結固定され、周方向に隣り合うセグメント１相互の連結固定が図られている。
【００１７】
前記のようにトンネル内面の保護・補強用セグメント１を図１６に示すようにトンネル軸方向に隣接するセグメントリング７に千鳥に組み立て、下端部を固定手段（固定金具３５）で既設トンネルのコンクリートに固定されているトンネル覆工内面保護・補強構造は、トンネル軸方向に張り出すように突出するシアキー３によってトンネル軸方向に隣接するセグメント１の裏面に係合して、せん断力および曲げモーメントを伝達させることができ、また、トンネル周方向に張り出すように突出するシアキー５６により、トンネル周方向に隣接するセグメント裏面に係合してせん断力を伝達することができるトンネル覆工内面保護・補強構造とすることができる。
そのため、既設トンネル内壁面からコンクリートが剥離してセグメントに荷重が作用しても、周囲のセグメントにせん断力または曲げモーメントあるいはトンネル周方向の軸力を伝達して構造全体に分散させて支持でき、安定した保護・補強構造とすることができる。
【００１８】
また、トンネル軸方向に適宜のセグメントリング７が構築された時点で、予めセグメント本体２にグラウト注入孔を設けられたセグメント１から、セグメントリング７の裏面にグラウト４２を充填すると、セグメントリング７と既設覆工内面４１を密着させて、セグメント１の既設覆工面４１側への変形を拘束し、セグメントリング７を安定させることができる。
【００１９】
前記グラウトは、セグメント１およびセグメントリング７の既設覆工面４１方向への変形を拘束するために設けられているので、既設のトンネル覆工面４１とセグメントリング７の裏面との間に直接充填しても良いし、セグメント１およびセグメントリング７の裏面に予め設置された袋体などに充填しても良い。
【００２０】
ところで、前記の従来技術には開示されていないが、前記のようなトンネル内面保護・補強用のセグメント１を用いたトンネル内面保護・補強構造は、半円アーチ状のセグメントリング７の両端部が、トンネル底部のコンクリート製床版３４に設けられた固定金具３５により、確実にセグメントリング７の両下端部を固定して、セグメントリング７の形状の安定を図るようにすることができる。
【００２１】
しかし、図１８に示すように、鉄道トンネルあるいは自動車道トンネルなどのトンネル４３では、トンネル頂部に、トンネル内空側に突出する、き電線や吊架線を支持する支持設備あるいはトンネル頂部に排気設備あるいは照明設備等あるいはこれらを支持する、突出した設備２２があり、このようなトンネル内空側に突出した設備２２があると、下部両端の固定金具３５に渡ってトンネル周方向に連続してセグメントリング７を築造することができなくなり、突出した設備２２のトンネル周方向の若干手前からセグメント１を設けない開口部２３が形成され、この開口部２３により半円状のセグメントリング７は、トンネル周方向で分断されて、半円状がトンネル周方向に２つに分断された、さらに小さな弧状のセグメントリング７ｃ（以下、本明細書では「弧状セグメントリング」と呼ぶこととし、開口部によってトンネル周方向に分断された弧状のセグメントリングを指す。この場合は開口部によってトンネル周方向に2つに分断された左右それぞれの弧状のリングを指す。）となる。
【００２２】
前記の突出した設備２２が、トンネル軸方向に比較的長い場合には、トンネル軸方向の１つのセグメントリング７の巾のみに納まらず、２つのセグメントリング７の巾、あるいは３つ以上のセグメントリング７の巾に、開口部２３が必要になり、その分、これらの開口部２３により分断された弧状セグメントリング７ｃにより、トンネル内面を補強することになる。
【００２３】
前記のように、トンネル周方向に分断された個々の弧状セグメントリング７ｃは、その下端側は固定金具３５により固定されているが、上端側のセグメント端部を固定しないと、左右の弧状セグメントリング７ｃおよびセグメントリング７ｃを構成するセグメント1がトンネル周方向にずれ移動可能なため、トンネル内壁部あるいはコンクリートの崩落があった場合に、これらの荷重はトンネル周方向に十分に伝達することができず、主としてトンネル軸方向に伝達するメカニズムによってこれらの荷重に耐えることになる。したがって弧状リング７ｃの剛性が小さく、強度も小さいという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−１５００７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、前記のように、（１）トンネル内部に板状のセグメントをトンネル周方向およびトンネル軸方向に設置してセグメントリングを構成し、（２）当該セグメントリングのトンネル周方向の端部が固定手段によって固定され、（３）セグメントの背面にグラウト材などの掲示硬化性充填材を直接的あるいは、グラウト充填用の袋体などに充填して間接的にセグメントリングを拘束してトンネルの補修・補強を行う工法において、既設構造物などがトンネル内空側に突出して設けられているために、前記開口を設けざるを得ない場合に、開口部に隣接する弧状セグメントリングあるいは弧状セグメントリングを構成するセグメントが開口部を有さない断面のセグメントリングと同等の十分な剛性・強度を有するトンネル内面保護・補強構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は前記の課題を有利に解決するために、第１発明のトンネル内面保護・補強構造においては、トンネル円周方向及びトンネル軸方向に分割された板状のセグメントをトンネル内面に沿って設置して、トンネル内面を保護・補強するトンネル内面保護・補強構造において、トンネル内面側に突出する設備を回避するために開口部を挟んでトンネル周方向に分断された各弧状セグメントリングにおける前記開口部に隣接するセグメントの開口部側の端部が、トンネル内壁面とトンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングとの少なくともいずれか一方に固定手段によって固定されて、前記開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されていることを特徴とする。
【００２６】
また、第２発明のトンネル内面保護・補強構造においては、トンネル円周方向及びトンネル軸方向に分割された板状のセグメントをトンネル内面に沿って設置して、トンネル内面を保護・補強するトンネル内面保護・補強構造において、トンネル内面側に突出する設備を回避するために開口部を挟んでトンネル周方向に分断された各弧状セグメントリングが、トンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングに固定されて、各弧状リングのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されていることを特徴とする。
【００２７】
また、第３発明では、第１発明のトンネル内面保護・補強構造において、前記開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定手段として、端部固定金具が用いられ、その端部固定金具は、トンネル内壁に固定されるベース部と、前記ベース部に一体に設けられ、開口部に隣接するセグメントの開口部側の端部に当接する縦部分と、その縦部分に一体に設けられ、前記セグメントの開口部側の端部を支持する支持部とを備えた端部固定金具とされていることを特徴とする。
【００２８】
また、第４発明では、第１発明のトンネル内面保護・補強構造において、トンネル周方向の開口部に隣接するセグメントと、トンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングにおけるセグメントとが、これらのセグメント裏面に設けられた各連結用アームおよび各連結用アーム相互を固定する固着具により固着されていることを特徴とする。
【００２９】
また、第５発明では、第１発明または第２発明のトンネル内面保護・補強構造において、開口部を挟んでトンネル周方向に分断された弧状セグメントリングにおける開口部に隣接するセグメントにおけるトンネル周方向をなす辺の開口部側の端部が、トンネル軸方向に隣接するセグメントリングに溶接またはボルト接合する手段により固定されていることを特徴とする。
【００３０】
また、第６発明では、第１発明のトンネル内面保護・補強構造において、前記開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定手段として、端部固定金具が用いられ、その端部固定金具は、トンネル内壁に固定されるベース部と、前記ベース部に一体に設けられた縦部分と、その縦部分に一体に設けられ、前記セグメントの開口部側の端部裏面に当接される支持部を有する端部固定金具とされ、前記セグメントの開口部側の端部が前記支持部にボルトにより固定されていることを特徴とする。
【００３１】
また、第７発明では、第１発明のトンネル内面保護・補強構造において、前記開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定手段として、端部固定金具が用いられ、その端部固定金具は、トンネル内壁に固定されるベース部と、前記ベース部に一体に設けられた縦部分と、その縦部分に一体に設けられ、前記セグメントの開口部側の端部裏面に当接される支持部を有する断面ほぼコの字状の端部固定金具とされ、前記セグメントの開口部側の端部が前記支持部にボルトにより固定されていることを特徴とする。
【００３２】
また、第８発明では、第１発明のトンネル内面保護・補強構造において、トンネル周方向に分断された各弧状セグメントリングにおける前記開口部に隣接するセグメント本体の開口部側の端部に、トンネル内壁面に向って伸びる縦部分が一体に設けられ、その縦部分に一体にトンネル周方向の開口部側に向って伸びるベース部が設けられ、そのベース部がトンネル内壁に固定手段によって固定されて、前記開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
第１発明によると、弧状セグメントリングにおける開口部側の端部のセグメントの開口部側の端部が、トンネル周方向にずれ移動するのを防止されているので、開口部に隣接するセグメントまたはこれを含む弧状セグメントリングが開口部側にずれ移動するのを防止して、弧状セグメントリングのトンネル周方向の強度・剛性を発揮させて、強固なシェル構造として補強効果を発揮させることができる。
【００３４】
第２発明によると、開口部にトンネル周方向に隣接する弧状セグメントリングをトンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングに固定しているので、各弧状セグメントリングをトンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングに固定することで、弧状セグメントリングが容易にトンネル周方向のずれ移動するのを拘束して、弧状セグメントリングのトンネル周方向の強度・剛性を発揮させて、強固なシェル構造として補強効果を発揮させることができる。
【００３５】
第３発明によると、ベース部とこれに一体の縦部分とこれに一体の支持部を備えた簡単な形状の端部固定金具を使用して、その端部固定金具における前記ベース部を、トンネル内壁に固定し、端部固定金具における縦部分を、前記セグメントの開口部側端面に当接し、支持部をトンネル内面保護・補強用のセグメントに係合させるだけで、トンネル内壁の崩落等により開口部に隣接するセグメントが開口部側にずれ移動しようとしても、開口部端に位置するセグメントを確実に拘束するように固定して、開口側端部のセグメントのずれ移動を防止でき、しいては、このセグメントを含むトンネル周方向の弧状セグメントリングのずれ移動を防止できる強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。
【００３６】
第４発明によると、単に、開口部にトンネル周方向で隣接するセグメントの裏面と、開口部にトンネル軸方向で隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングにおけるセグメントの裏面に、連結用アームを設けてこれらを固着具により固着するだけで、トンネル内面の剥落時等に、開口部に隣接するセグメントにトンネル周方向の外力が作用しても、トンネル周方向のずれ移動が拘束されて、強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。
【００３７】
第５発明によると、開口部にトンネル周方向で隣接するセグメントのトンネル周方向をなす辺の開口部側の端部と、これにトンネル軸方向に隣接するセグメントのトンネル周方向をなす辺とを溶接またはボルト等の固定手段で固定するだけで、トンネル周方向で開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動を拘束することができ、しいては、開口部によって分断された弧状セグメントリングのトンネル周方向のずれ移動を防止することができるため、強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。
【００３８】
第6発明によると、ベース部とこれに縦部分を介して一体で、セグメントの端部裏面に当接される支持部を備えた簡単な形状の端部固定金具を使用して、その端部固定金具における前記ベース部をトンネル内壁に固定し、支持部をセグメントの端部裏面に当接してボルトにより固定するだけで、トンネル内壁の崩落等により開口部に隣接するセグメントが開口部側にずれ移動しようとしても、開口部端に位置するセグメントを確実に拘束するように固定して、開口側端部のセグメントのずれ移動を防止でき、しいては、このセグメントを含むトンネル周方向の弧状セグメントリングのずれ移動を防止できる強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。また、端部固定金具は、セグメント裏面に配置される構造であるので、開口部に隣接するセグメントのトンネル内空側に、端部固定金具が突出しないので、トンネル内空側のデッドスペースが少なくなると共に美観を向上させることができる。
【００３９】
第7発明によると、ベース部とこれに縦部分を介して一体で、セグメントの端部裏面に当接される支持部を備えた断面ほぼコ字状の簡単な形状の端部固定金具を使用して、その端部固定金具における前記ベース部をトンネル内壁に固定し、支持部をセグメントの端部裏面に当接してボルトにより固定するだけで、トンネル内壁の崩落等により開口部に隣接するセグメントが開口部側にずれ移動しようとしても、開口部端に位置するセグメントを確実に拘束するように固定して、開口側端部のセグメントのずれ移動を防止でき、しいては、このセグメントを含むトンネル周方向の弧状セグメントリングのずれ移動を防止できる強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。また、断面ほぼコ字状の端部固定金具は、その全体がセグメント裏面に配置される構造であるので、開口部に隣接するセグメントのトンネル内空側およびトンネル周方向開口部側に、端部固定金具が突出しないので、トンネル内空側およびトンネル周方向開口部側のデッドスペースが少なくなると共に美観を向上させることができる。
【００４０】
第８発明によると、開口部に隣接するセグメント本体の開口部側の端部に、トンネル内壁面に向って伸びる縦部分が一体に設けられ、その縦部分に一体にトンネル周方向の開口部側に向って伸びるベース部が設けられ、そのベース部がトンネル内壁に固定手段によって固定されて、前記開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されているので、開口部の周方向に隣接するセグメント自体に縦部分およびベース部を設けるだけで、別個に端部固定金具を必要としない簡単な構造にすることができる。また、開口側端部のセグメントのずれ移動をそのセグメント自体で防止でき、しいては、このセグメントを含むトンネル周方向の弧状セグメントリングのずれ移動を防止できる強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。また、開口部に隣接するセグメントのトンネル内空側に、別個に端部固定金具を設けないので、トンネル内空側のデッドスペースが少なくなると共に美観を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
図１〜図４は、本発明の第１実施形態のトンネル内面保護・補強構造およびその構造に使用される開口部端部の固定金具を示すものである。図２５は、本発明の第２実施形態の開口端部のセグメントの断面を表すものである。図５および図６は本発明の第３実施形態のトンネル内面保護・補強構造を示し、図７は第３実施形態の変形形態を示し、図８は第４実施形態を示し、図９および図１０は本発明において使用されるトンネル内面保護・補強用のセグメントの第１例および第２例を示すものである。
【００４３】
先ず、開口部に隣接して配置されるトンネル内面保護・補強用のセグメントの図示の形態について、図９を参照しながら説明する。なお、開口部２３に隣接しないトンネル内面保護・補強用のセグメントについては、前記従来の場合と同様なセグメント１が使用される。
【００４４】
図９に示す形態のトンネル内面保護・補強用のセグメントは、本発明の第１実施形態または第４実施形態のトンネル内面保護・補強構造において使用するトンネル内面保護・補強用のセグメント１Ａであり、また、トンネル内面保護・補強用のセグメント本体２は、従来の場合と同様なセグメント本体２である。なお、セグメント本体２の形態としては、図示形態以外の他の形態でもよく、すなわち、図9に示すような板状でなく、例えば図19に示すように４辺を囲うように設けた金属性枠６１と金属性面材６２や補強リブ６３などで構成されていても良い。また、セグメント本体２の平面形状としては、矩形でなくともよく、例えば図20に示すように、トンネル軸方向をなす辺２４，２５の長さがトンネル周方向の両端で異なる形態でもよく、トンネル周方向をなす弧状辺４，５の一部または全部が平行でない形態でもよい。
【００４５】
前記従来の場合と重複するが、ここで、簡単に図９を参照して説明すると、略矩形板状の保護・補強用セグメント（以下セグメントともいう）１Ａにおけるトンネル周方向をなす各辺４、５の複数箇所に、トンネル軸方向に隣合うセグメントリング７相互を接続するための継手材として、周方向に間隔をおいて少なくともトンネル半径方向のせん断力を、トンネル軸方向に隣接するセグメント１に伝達するためのシアキー３をトンネル軸方向に張り出すように備えており、さらに保護・補強用セグメント１Ａにおけるトンネル軸方向をなす各辺２４，２５に、トンネル周方向に隣り合うセグメント１相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に間隔をおいてシアキー５６をトンネル周方向に張り出すように設けている。
【００４６】
前記の継手材としてのシアキー３およびシアキー５６は、隣接するセグメント１間で、トンネル軸方向にセグメント本体２から張り出す雄型のシアキー３のみでもよく、また、シアキーの形状は図２０に示されたように雄型のシアキー３（３ａ，３ｂ）とセグメント本体２から張り出さない雌型のシアキー３ｃからなる継手部材との組み合わせでもよい。
【００４７】
トンネル軸方向に張り出すように突出する雄型のシアキー３は、トンネル軸方向の既設側（前部側）のシアキー３（３ａ）の位置と、新設側（後部側）のシアキー３（３ｂ）の位置とは、トンネル周方向（保護・補強用セグメント本体２の弧状周面方向）に位置をずらして設けられている。
【００４８】
保護・補強用のセグメント本体２には、突っ張り部材８が設けられ、この部材８はトンネル半径方向に貫通する雌ねじ孔９と、この雌ねじ孔９に螺合された突っ張りねじ軸１０とにより構成されている。この突っ張り部材８は、その先端部をトンネル半径方向に保護・補強用セグメント本体２の裏面側に突出させ、既設トンネル覆工内壁面４１に押し付けることにより、周方向に直列に連続されたセグメント１によるセグメントリング７をトンネル半径方向に縮径させるように作用することにより、保護・補強用セグメントリング７にトンネル周方向に軸力を導入させて、セグメントリングによるアーチの形状が変形するのを拘束し、アーチを安定させるものである。なお、図１５に示すように前記突っ張りねじ軸１０のトンネル内空側の基端部には、回動工具係合用凹部１３が設けられている。
【００４９】
また、保護・補強用セグメント本体２の裏面におけるトンネル軸方向（前後方向）両端部のトンネル周方向をなす前部側（既設側）の弧状辺４および後部側（新設側）の弧状辺５の近傍には、トンネル軸方向に隣り合うセグメント１（１Ａ）相互（すなわち、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング７，７ｃ相互）を固定するためのリング間固定治具１４用の治具１６と、同じセグメントリング７におけるトンネル周方向に隣り合うセグメント１相互を連結固定するための周方向のセグメント固定治具１５用の治具１９、２０が設けられている。
【００５０】
また、従来の場合と相違する部分として、この実施形態では、セグメント本体２における開口側端部２６には、トンネル周方向に隣接するセグメント１に向かって張り出すせん断力伝達部材としてのシアキー５６は、図４に示すように開口部２３側に必要としないので、これを設けていない。
【００５１】
また、図４および図９に示すように、トンネル周方向の開口部２３に隣接して位置するセグメント１，１Ａにおける開口部２３側の端部近傍の部分２７には、トンネル周方向をなす辺４，５およびトンネル軸方向をなす辺２４，２５に、シアキー３（５６）を設ける必要はない。
開口部２３側となるトンネル軸方向をなす辺２５はトンネル軸方向に平行な辺とされている。
【００５２】
図１〜図４に示す第１実施形態には、トンネル内の両端部の固定金具３５からセグメント１をトンネル内周面にそって順に組み立て、開口部２３の端部に使用するセグメント１Ａとして、図９に示すトンネル内面保護・補強用のセグメント１Ａを、トンネル周方向に分断された弧状セグメントリング７ｃの開口端部に隣接するセグメントに使用した形態が示されている。なお、これらの図１および図２においては、セグメント本体２に付属するシアキー３等の付属装置は省略した。
【００５３】
さらに説明すると、図１７（ａ）に示す従来の場合と同様に、トンネル下部のコンクリート製床版３４からトンネル周方向上部のトンネル内側に突出した設備２２に向かって、セグメント１を組み立て、既設の突出した設備２２を避ける部位の端部セグメント１Ａとして、図９に示すセグメント１Ａが、開口部２３の端部セグメントとして配置された状態が、図１に示す状態である。
【００５４】
図１における開口部２３の左側に位置している端部セグメント１Ａ付近を拡大した図が図２に示され、図３には図２の端部固定金具２８の斜視図が示され、図４には、セグメント裏面からみた展開平面図が示されている。開口部２３により分断されている左右の弧状セグメントリング７ｃおよびその開口部側端部に配置されている端部固定金具２８は同様であるので、開口部２３の左側について主に説明する。
【００５５】
前記のセグメント１Ａにおけるシアキー３は、トンネル軸方向に隣接する既設側のセグメント１あるいはトンネル周方向に隣接するセグメント１の裏面に係合されている。そして、前記セグメント１Ａの開口部２３側の端部２６は、図３に示すような端部固定金具２８によりトンネル周方向開口部側への移動を拘束するように固定されている。
【００５６】
ここで、前記の端部固定金具２８の形状について、図２および図３を参照ながら説明すると、トンネル内壁面４１にアンカー材４４により固定されるベース部（図３ａ，ｂの上部のフランジ）４５と、前記ベース部４５の下面端部から直角に下方に下がる縦部分４６が、前記ベース部４５に一体に屈折連設されている。
【００５７】
また、前記縦部分４６の下端部には、前記ベース部４５と反対方向に片持ち式に張り出す支持部４７を備えている。また、前記縦部分４６は、前記開口部２３に隣接するセグメント１Ａの開口部側の端部２６端面に当接して、前記セグメント１Ａのトンネル周方向の移動を拘束するストッパ部として機能し、縦部分４６に一体に設けられた支持部４７は、前記セグメント１Ａの開口部側の端部下面を支持部４７の上面で支持するようにされている。
【００５８】
また、前記ベース部４５と縦部分４６とには、前記支持部４７の反対側において、補強リブ４９が部材長手方向に間隔をおいて設けられて、端部固定金具２８の曲げ剛性を高め、また前記ベース部４５には、隣り合う補強リブ４９の間において、縦向きのボルト挿通孔５０が設けられ、端部固定金具２８はその長手方向に間隔をおいて複数のボルト挿通孔５０を備えている構成とされ、このような端部固定金具２８により、開口部２３に隣接するセグメント１Ａの開口側端部２６を安定した状態でトンネル周方向開口部側への移動を固定することができるようにされている。
従って、下端を固定金具３５によって固定され、上端も端部固定金具２８により固定された弧状セグメントリング７ｃは、強固なシェル構造として補強効果を発揮することができる。
【００５９】
前記の端部固定金具２８を、既設覆工等のトンネル内壁に取り付ける場合は、既設覆工４０等のトンネル内壁にアンカー孔４８を設け、前記アンカー孔４８にアンカーボルト等のアンカー材４４の基端部を接着剤その他の手段によりトンネル内壁に固定し、ベース部４５をトンネル内壁に当接すると共に、前記ベース部４５のボルト挿通孔５０に前記のアンカー材４４を挿通し、前記アンカー材４４にねじ込んだナット５１を締め込むと共に、縦部分４６をセグメント１Ａの開口側端部２６に当接した状態にして、セグメント１Ａの開口部２３側の端部２６をトンネル周方向に移動不能に固定すればよく、また、セグメント１Ａまたはその部分の弧状セグメントリング７ｃの裏面にグラウト４２が充填された状態では、セグメント１Ａの開口部２３側の端部はトンネル半径方向の移動についても確実に固定される。
【００６０】
前記の支持部４７により、開口部２３側に位置している端部セグメント１Ａの開口部２３側下面を支持して、開口部２３側の端部セグメント１Ａのトンネル半径方向、特にトンネルの内側への変形を防止し、安定状態でセグメント１Ａ端部を確実に支持すると共に固定することができる。
【００６１】
前記のように、開口部２３に隣接するセグメント１Ａが端部固定金具２８およびセグメント１Ａの裏面またはその部分のセグメントリング７ｃの裏面に充填されるグラウト４２により、トンネル内空側および地山側の両方向のトンネル半径方向のずれ移動が防止される。なお、予め袋体をセグメント１Ａの背面に設置しておき、セグメント組み立て後に、袋体（図示省略）にグラウトを充填しても良い。
【００６２】
前記実施形態では、トンネル軸方向の巾が１セグメント分の開口部２３とした場合の実施形態を示したが、図１１に概略を示す変形形態のように、トンネル軸方向に２リング巾分あるいは３リング巾分（図示の場合）以上に渡り開口部２３を設ける必要がある場合には、分断されて形成される弧状セグメントリング７ｃは、トンネル軸方向に２リング分あるいは３リング分以上となるので、このような場合の端部固定金具２８としては、トンネル軸方向の長さをほぼ２リング分あるいは３リング分に近い長さとしてもよく、あるいは、個々のセグメント１Ａに対して、１リング分より若干短い端部固定金具２８をトンネル軸方向に設けてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、開口部２３のない断面におけるセグメントリング７および、開口部２３の弧状セグメントリング７ｃを構成するセグメント分割は、千鳥組みであるが、セグメント１，１Ａは芋継ぎであっても良く、トンネル軸方向にのみ分割されたセグメント１であってトンネル周方向に分割されない構造でも良い。例えば、図２１には芋継ぎの例が略図で示され、図２２にはトンネル軸方向にのみ分割されトンネル周方向に分割されないセグメント１の例が略図で示されており、他の設備については省略されている。なお、これらの形態では、セグメント１，１Ａの継手は、セグメント本体２の外周部に連続して凸状部６４または凹状部６５を備えており、このような形態のセグメントを使用すると、トンネル軸方向またはトンネル周方向に隣接するセグメントの凹状部と凸状部との嵌合構造により、トンネル半径方向のずれ変形が拘束され、トンネル周方向のずれ変形は拘束されない形態である。また、セグメントの本体構造はこのような平板構造でなくても良いのは前記、千鳥組みの例と同様である。
【００６４】
さらに、上記第1実施形態の端部固定金具２８以外の他の実施形態を図２３および図２４に示す。以下、図２３および図２４に基づいて前記第１実施形態との相違点のみを説明する。図２３に示される実施形態では、端部固定金具２８は、縦部分４６に一体に設けられ、前記セグメント１Ａの開口部側の端部裏面に当接される支持部を有する端部固定金具とされている。そして、開口部２３に隣接する端部のセグメント１Ａが、そのセグメント１Ａの開口側端部付近に設けられた雌ネジ孔５９および端部固定金具２８の支持部４７に設けられた雌ネジ孔５８に係合するように配置されて、端部のセグメント１Ａの端部が、ボルト５７によって端部固定治具２８の支持部４７に固定されている点が異なるが、その他の構成は上記第１実施形態と同じである。このような形態では、端部固定金具２８がセグメント１Ａよりトンネル内空側に突出配置されないので、トンネル内空側にデッドスペースが生じないと共にトンネル内空側の美観を向上させることができる。
【００６５】
図２４に示される実施形態では、上記第１実施形態と端部固定金具２８の形状が、断面ほぼコの字状である点、および端部のセグメント１Ａがボルトで、端部固定治具２８に固定されている点が異なるが、その他の構成は第１実施形態と同じである。この形態では、端部固定金具が断面ほぼコの字状の形態であり、その全体がセグメント１Ａの裏面に配置される構造であるので、開口部に隣接するセグメントのトンネル内空側およびトンネル周方向開口部側に、端部固定金具２８が突出しないので、トンネル内空側およびトンネル周方向開口部側のデッドスペースが少なくなると共に美観を向上させることができる。
【００６６】
上記実施形態１および端部固定金具２８の他の実施形態に示したように、端部固定金具２８の形態としては、トンネル内壁に固定されるベース部４５と、前記ベース部４５に一体に設けられ、開口部２３に隣接するセグメント１Ａの開口部側の端部２６に当接する縦部分４６と、その縦部分４６に一体に設けられ、前記セグメント１の開口部側の端部２６を支持する支持部４７とを備えているか、ボルト５７により支持部４７に固定するようにすれば、端部のセグメント１Ａのトンネル周方向へのずれ移動を拘束できるので、セグメント１Ａの固定方法や端部固定金具２８の詳細形状などの詳細な構成は、適宜設計で定めればよい。
【００６７】
次に、図２５を参照して第２実施形態を説明する。図２５には、上記第１実施形態の端部固定構造を示す図（図２、図２３、図２４と同様の図示）が示されている。この実施形態ではセグメント１Ａの端部に、第１実施形態と同様の端部固定金具２８（但し、支持部４７が省略されている。）における縦部分４６が予め溶接等により、セグメント１Ａと一体に形成されており、支持部４７が省略されている。このようにセグメント１Ａ自体に端部固定金具２８を付属させることもできる。この形態では、セグメント自体に縦部分４６およびベース部４５を設けるだけで、別個に独立した端部固定金具２８を必要としない簡単な構造にすることができる。また、開口側端部のセグメント１Ａのずれ移動をそのセグメント１Ａ自体で防止でき、しいては、このセグメント１Ａを含むトンネル周方向の弧状セグメントリング７ｃのずれ移動を防止できる強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。また、開口部に隣接するセグメント１Ａのトンネル内空側に、別個に端部固定金具２８を設けないので、トンネル内空側のデッドスペースが少なくなると共に美観を向上させることができる。その他の構成は、第１実施形態と同様であり同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００６８】
次に、図５〜図７および図１０を参照して本発明の第３実施形態のトンネル内面保護・補強構造およびその構造において使用する図示のセグメント１Ａについて説明する。なお、これらの図においては、セグメント本体２と連結用アーム５２，５３を主に表し、セグメント本体２に付属するその他の設備は前記実施形態と同様（ただし、治具１６，２０は不要になる。）であるので、これらを省略している。
このトンネル内面保護・補強用のセグメント本体２は、従来の場合と同様なセグメント本体２であり、相違する部分を主に説明すると、このセグメント１Ａのトンネル周方向の開口部２３側に位置する部分には、トンネル軸方向をなす辺２５に平行にトンネル軸方向に延長するように連結用アーム５２が配置されて、その連結用アーム５２の基端部が溶接Ｗによりセグメント本体２の裏面に固定されている。前記連結用アーム５２の先端部には、トンネル周方向に軸線を有するボルト挿通孔が設けられ、また、そのボルト挿通孔と同心状にナットからなる雌ねじ部材５４が連結用アーム５２における開口部２３側の面と反対の面に溶接等により固定されている。
【００６９】
また、前記のセグメント１Ａのトンネル軸方向に隣接するセグメント１には、前記連結用アーム５２に係合するようにトンネル軸方向に張り出す連結用アーム５３が前記セグメント１Ａの裏面側に張り出すように設けられ、前記連結用アーム５３の先端部には、前記連結用アーム５２のボルト挿通孔に合致するように、トンネル周方向に軸線を有するボルト挿通孔が設けられている。なお、これらの連結用アーム５２および５３は現場においてセグメント本体２の裏面に設けるようにしてもよい。
【００７０】
開口部２３に隣接するセグメント１Ａの裏面と、そのセグメント１Ａとトンネル軸方向に隣接するセグメントの裏面とに連結用アーム５２，５３に設けて、これらの連結用アーム５２，５３相互を、これらのボルト挿通孔に挿通されると共に雌ねじ部材５４にボルト等の連結具５５を固着して連結し、開口部２３にトンネル周方向に隣接するセグメント１Ａの開口側端部２６を、トンネル軸方向に隣接するアーチが安定しているセグメントリング７におけるセグメント１に係止して、セグメント１Ａのトンネル周方向のずれ移動を防止するようにし、トンネル内面保護・補強構造をより強固な構造としている形態である。
【００７１】
前記の連結用アーム５２は、セグメント１Ａ裏面からトンネル軸方向に突出する雄型の連結用アームとしてもよく、あるいは図示のように、セグメント本体２の裏面からトンネル軸方向に張り出さないで、セグメント裏面内に納まるようにした形態でもよい。すなわち、前記の連結用アーム５２，５３は、トンネル軸方向に隣接するセグメント１Ａ（１）の一方あるいは両方から張り出すような連結アームでもよい。
【００７２】
前記第１実施形態と同様に、トンネル軸方向の巾が１セグメント分の開口部２３とした場合の実施形態を示したが、図１２に概略の変形形態を示すように、トンネル軸方向に２リング巾あるいは３リング巾（図示の場合）以上に渡り開口部２３を設ける必要がある場合には、分断されて形成される弧状セグメントリング７ｃは、トンネル軸方向に２リング分あるいは３リング分以上となるので、このような場合は、セグメント１Ａ相互がトンネル軸方向に隣接するようになるので、前記の連結用アーム５２，５３を隣接するセグメント１Ａ間で適宜組み合わせるようにすればよい。
【００７３】
図８は本発明の第４実施形態のトンネル内面保護・補強構造を示すものであって、図８では、概略斜視図にて図示されている。
この形態では、開口部２３にトンネル周方向に隣接するセグメント１Ａにおけるトンネル周方向をなす弧状辺４，５の開口部側端部２６が、トンネル軸方向に隣接するセグメント１におけるトンネル周方向をなす辺４，５に、トンネル周方向に連続した溶接Ｗにより固定されて、開口部２３に隣接するセグメント１Ａのトンネル周方向をなす弧状辺４，５における開口部側の端部が固定されて、セグメント１Ａのトンネル周方向のずれ移動防止されるようにされ、これにより、前記セグメント１Ａを含む弧状セグメントリング７ｃのトンネル周方向のずれ移動が防止されるようにされている。連続した溶接Ｗのトンネル周方向の長さは、設計により設定される。
【００７４】
このような開口部２３に隣接するセグメント１Ａの開口部側端部２６の溶接は、トンネル内面に沿ってセグメント１Ａを設置した時に、セグメント裏面側から連続した溶接Ｗにより固定するほうが、トンネル内面側から連続した溶接により行なう場合よりも、美観上あるいは溶接後の表面仕上げ処理を極力少なくする上で好ましい。
【００７５】
また、前記実施形態と同様に、開口部２３がトンネル軸方向に２リング分または３リング分となる場合には、図１３に概略の変形形態を示すように、隣接するセグメント１Ａのトンネル周方向をなす辺４，５相互は、開口端部側において、トンネル周方向に連続した溶接により固定すればよい。また、開口部２３のトンネル軸方向端部に位置するセグメント１Ａの開口側端部のトンネル周方向をなす辺４（５）を、開口により分断されていないセグメントリング７におけるセグメント１に連続した溶接Ｗにより固定することで、すべての開口部２３に位置するセグメント１Ａのトンネル周方向のずれ移動を防止することができ、また、その部分の弧状セグメントリング７ｃのトンネル周方向のずれ移動を防止することができる。
【００７６】
なお、図示を省略するが、各図に示す矩形状のセグメント本体２の周側面部（図１ｂの本体２の前後面および左右側面）には、適宜、止水用シール材が固着されて、トンネル軸方向あるいは、トンネル周方向に隣り合うセグメント相互が密着されて、セグメント相互の止水連結が図られる。
【００７７】
なお、本発明おける各実施形態を組み合わせて、トンネル軸方向の一つまたは複数のセグメント１Ａあるいはセグメントリング７ｃのトンネル周方向のずれ移動を防止するようにしてもよい。
【００７８】
第２実施形態および、第３実施形態、第４実施形態においても、セグメントの千鳥組みの例を示したが、本発明におけるセグメント配置はセグメント分割は千鳥組みを前提とせず、セグメントは芋継ぎであっても良く、トンネル軸方向にのみ分割されたセグメントであってトンネル周方向に分割されない構造でも良いことは前記第1実施形態の場合と同様である。
【００７９】
前記各実施形態では、トンネル内面保護・補強用のセグメントとして、トンネル軸方向に隣接するセグメントの裏面に係合するように張り出す形態のアーム形式の継手部材（シアキー３）の形態を示したが、本発明を実施する場合、図示を省略するが、前記のような継手部材を備えていない他の適宜の板状のセグメントにも適用することができ、例えば、トンネル周方向に隣接するセグメント相互をボルトあるいは溶接により固定する形態等のセグメントを組み立てる場合の開口部に位置するセグメントあるいは弧状セグメントリングにおけるトンネル周方向等のずれ移動にも対応することができる。
【００８０】
図示の実施形態では、自動車用トンネルの形態を示したが、本発明を実施する場合、鉄道用トンネルあるいはその他のトンネルにも適用して、トンネル内面の補修あるいは補強を行なうようにしてもよい。
【００８１】
前記の薄肉面板状のトンネル内面保護・補強用のセグメント１（１Ａ）を構成する材料としては、トンネル内空側の建築限界を超えないようにするために、例えば、板厚３０ｍｍ以内の厚鋼板，ＦＲＰ板状材，鋳鋼製面板状材等としてもよい。なお、セグメントＦＲＰ板状材である場合には、図示を省略するが、溶接に代えて適宜添接板等を介在させてボルト接合する手段を採用すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明のトンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造を示す展開平面図（上部側）と、トンネル軸方向からみた正面図（下部側）とを示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態のトンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造を示す図であり、（ａ）は開口部の一方（左側端部）のセグメント端部の固定構造を示す縦断正面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す縦断正面図である。
【図３】第１実施形態において使用される端部ストッパ金具を取り出して示す斜視図であり、（ａ）は正面方向からみた斜視図、（ｂ）は背面方向から見た斜視図である。
【図４】図１の一部を拡大して示す展開平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態のトンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造をトンネル裏面側からみて展開した状態を示す平面図である。
【図６】（ａ）は図５の一部を拡大して示す一部横断平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図７】第３実施形態の変形形態を示すものであって、（ａ）は一部横断平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図８】（ａ）は本発明の第４実施形態のトンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造を示す斜視図、（ｂ）その縦断側面図である。
【図９】本発明において開口部に隣接するセグメントとして使用する第１例のトンネル内面保護・補強用のセグメントを示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図１０】本発明において、開口部に隣接するセグメントとして使用する第２例のトンネル内面保護・補強用のセグメントを示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の変形形態を示すものであって、トンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造をトンネル裏面側からみて展開した状態を示す平面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の変形形態を示すものであって、トンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造をトンネル裏面側からみて展開した状態を示す平面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態の変形形態を示すものであって、トンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造をトンネル裏面側からみて展開した状態を示す平面図である。
【図１４】トンネル内面保護・補強用のセグメントの一形態を示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図１５】（ａ）は図１４（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図１４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１６】トンネル内面保護・補強用のセグメントをトンネル内面に沿ってトンネル内面保護・補強構造を築造している状態を示す展開平面図である。
【図１７】（ａ）は保護・補強のセグメントによりセグメントリング構造を構築している状態を示す概略縦断正面図、（ｂ）は、下端部セグメントの下部の固定構造を示す正面図である。
【図１８】既設の設備によりセグメントリングがトンネル周方向に分断される場合の説明図である。
【図１９】本発明のセグメント本体の他の形態として用いることができるセグメントの例である。
【図２０】本発明のセグメント本体の平面形状の他の形態として用いることができるセグメントの例である。
【図２１】本発明の第１実施形態の千鳥組みのリング以外の他の例として芋継ぎ構造の例を示す略図で、（ａ）展開図の線図、（ｂ）セグメントの断面図、（ｃ）セグメントの平面図である。
【図２２】本発明の第１実施形態の千鳥組みのリング以外の他の例として１枚／１リングで構成された構造の例を示す略図で、（ａ）展開図の線図、（ｂ）セグメントの断面図、（ｃ）セグメントの平面図である。
【図２３】本発明の第1実施形態の他の例を表す図であり、トンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造を示す図であり、（ａ）は開口部の一方（左側端部）のセグメント端部の固定構造を示す拡大した縦断正面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す縦断正面図、（ｃ）は（ｂ）の一部を拡大して示す図である。
【図２４】本発明の第1実施形態のさらに他の例を表す図であり、トンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造を示す図であり、（ａ）は開口部の一方（左側端部）のセグメント端部の固定構造を示す拡大した縦断正面図、（ｃ）は（ｂ）の一部を拡大して示す図である。
【図２５】本発明の第２実施形態のトンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造を示す図であり、（ａ）は開口部の一方（左側端部）のセグメント端部の固定構造を示す拡大した縦断正面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す縦断正面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１ トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント
１Ａ トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント
２ トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体
３ シアキー（隣接するリング相互を接続するためのシアキーで、セグメントの弧状辺に間隔をおいてトンネル軸方向に張り出すように設けられたシアキー）
３ａ 既設側シアキー
３ｂ 新設側シアキー
３ｃ シアキー（隣接するリング相互を接続するためのシアキーで、セグメントの弧状辺に間隔をおいてトンネル軸方向に張り出さないように設けられたシアキー）
４ 既設側の弧状辺
５ 新設側の弧状辺
７ 開口により分断されていないセグメントリング
７ａ 既設側のセグメントリング
７ｂ 新設側のセグメントリング
７ｃ 弧状セグメントリング（開口により分断されているセグメントリング）
８ 突っ張り部材
９ 雌ねじ孔
１０ 突っ張りねじ軸杆
１３ 回動工具係合用凹部
１４ リング間固定治具
１５ 周方向のセグメント間固定治具
１６ 治具
１７ 治具
１９ 治具
２０ 治具
２１ ボルト
２２ トンネル内空側に突出した設備
２３ 開口部
２４ トンネル周方向既設側辺
２５ トンネル周方向新設側辺
２６ 開口部側端部
２７ 開口部側の端部近傍の部分
２８ 端部固定金具
３０ ブラケット
３３ ナット
３４ コンクリート製床版
３５ 固定金具
３６ 腕辺
３７ 腕辺
３８ 受け溝
３９ 押し付けボルト
４０ 既設覆工
４１ 内壁面
４２ グラウト
４３ トンネル
４４ アンカー材
４５ ベース部
４６ 縦部分
４７ 支持部
４８ アンカー孔
４９ 補強リブ
５０ ボルト挿通孔
５１ ナット
５２ 連結用アーム
５３ 連結用アーム
５４ 雌ねじ部分
５５ 連結具
５6 シアキー（トンネル周方向に隣り合うセグメント相互を接続するためのシアキーで、トンネル周方向に張り出すように設けられたシアキー）
５７ ボルト
５８ 雌ネジ孔(端部固定金具２８側)
５９ 雌ネジ孔(セグメント側)
６０ 回転工具係合用凹部
６１ 金属製枠
６２ 金属製面材
６３ 補強リブ
６４ 凸状部
６５ 凹状部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、トンネル内面のコンクリート剥落やトンネルの変状に対する保護・補強構造等に使用されるセグメントリングが、トンネル内面側に突出する設備による開口部に分断される場合に、開口部と同一断面にあるトンネル内面保護・補強構造としてのセグメントリングの強度・剛性の低下を防止し、開口部のないリングと同等の補強効果を奏するトンネル内面保護・補強構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル内面あるいはトンネル覆工内面に沿って円周方向に多数の板状のセグメントを設けて、既設あるいは新設のトンネル内面を補強するトンネル内面保護・補強構造が知られている。
【０００３】
このような構造は、老朽化した、または健全な既設または新設トンネルにおいて、トンネル内壁あるいは覆工コンクリートの崩落・剥落を未然に防止し、万一、トンネル内壁部あるいはコンクリートの崩落があった場合でも、トンネル内に剥落片が落下しないように保護し、更には地山の緩みあるいは塑性圧等の外力による変状に対して補強することを目的としたトンネル内面の保護構造で、特に道路トンネル・鉄道トンネル等のトンネル内面の保護・補強構造に有効である。
【０００４】
前記のようなトンネル内面保護・補強構造としては、トンネル内面に薄肉のセグメントを千鳥組みで１リング（半円状リングの意）毎に組み立てて、既設覆工とセグメントとの間にグラウトを充填してなるトンネル内面の保護・補強構造を構築することが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような、薄肉のセグメントを用いたトンネル内面の保護・補強構造は、薄肉でトンネル内面への張り出しが少なく、迅速施工が可能な補強構造である。
【０００５】
一方、供用中の道路トンネルにおいて保護・補強等の工事を行う場合、道路交通を可能な限り妨げずに施工することが望ましい。そのため道路の片側車線を通行止めにして他方の車線を供用しながら施工することが一般に実施されている。
【０００６】
老朽化した、または健全な鉄道トンネル、道路トンネル等の既設トンネルにおいて、覆工コンクリートの崩落・剥落を未然に防止し、万一コンクリートの崩落があった場合でも、トンネル内に剥落片が落下しないように保護し、さらには地山の緩みあるいは塑性圧等の荷重による変状に対して補強することを目的としたトンネル覆工内面保護・補強構造とその構築方法とこれに使用するセグメントに関しては、本出願人が先に特開２００４−１５００７２号（特許文献１）として提案している。
【０００７】
このようなトンネル内面保護・補強構造およびその構造に用いられるセグメントの特徴として、トンネル軸方向およびトンネル周方向に隣接するセグメント相互の接続は、セグメント相互を強固に一体化し接続する手段ではなく、各セグメントの裏面に設けられた継手材は、トンネル軸方向またはトンネル周方向に隣接するセグメントの裏面または裏面に設けられた継手材に係合する、少なくともトンネル半径方向のせん断（シア）力を伝達するシアキー（鉤状または棒状あるいは板状等の継手材）であり、シアキー相互を強固に一体化しないでシアキーの係合によりセグメント相互を接続する点に特徴があり、このような継手材としてのシアキーにより、少なくともトンネル半径方向のせん断力を、トンネル軸方向またはトンネル周方向に隣接するセグメント（またはセグメントリング）に伝達して、トンネル軸方向あるいはトンネル周方向のセグメントまたはセグメントリングに広く外力を分散させて、一箇所のセグメントあるいはセグメントリングに外力が集中するのを防止するようにした補強構造としている点である。
【０００８】
前記のような特徴のあるトンネル内面保護・補強構造が開示されている特開２００４−１５００７２号の内容を図１４〜図１７によって簡単に説明すると、図１４に示すように略矩形板状の保護・補強用セグメント（以下セグメントともいう）１におけるトンネル周方向をなす各弧状辺４、５の複数箇所に、トンネル軸方向に隣合うセグメントリング７相互を接続するための継手材として、周方向に間隔をおいて少なくともトンネル半径方向のせん断力を、トンネル軸方向に隣接するセグメントに伝達するためのシアキー３（３ａ，３ｂ）をトンネル軸方向に張り出すように備えており、さらに保護・補強用セグメント１におけるトンネル軸方向をなす各辺２４，２５にトンネル周方向に隣り合うセグメント相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に間隔をおいてシアキー３をトンネル周方向に張り出すように設けられ、そのようなトンネル覆工内面保護・補強用のセグメント１を図１６または図１７に示すように、トンネル覆工内面に沿って配置し、トンネル軸方向に隣接するセグメントリング７毎にトンネル周方向にずらして千鳥に組み立て、セグメントリング７の下端部は、固定金具３５等による固定手段で既設トンネル４３のコンクリート製床版３４に固定されている。
【０００９】
一つのセグメント１において、トンネル周方向をなす辺４，５の近傍に設けられているトンネル軸方向に張り出すように突出する雄型のシアキー３は、トンネル軸方向の既設側（前部側）のシアキー３（３ａ）の位置と、新設側（後部側）のシアキー３（３ｂ）の位置とは、トンネル周方向（保護・補強用セグメント本体２の弧状周面方向）に位置をずらして設けられている。
【００１０】
保護・補強用のセグメント本体２には、突っ張り部材８が設けられ、この部材８はトンネル半径方向に貫通する雌ねじ孔９と、この雌ねじ孔９に螺合された突っ張りねじ軸１０とを備えている。この突っ張り部材８は、その先端部をトンネル半径方向に保護・補強用セグメント本体２の裏面側に突出され、既設トンネル覆工内壁面４１に押し付けることにより、周方向に直列に連続されたセグメント１によるセグメントリング７をトンネル半径方向に縮径させるように作用することにより、保護・補強用セグメントリング７にトンネル周方向に軸力を導入させて、セグメントリング７によるアーチの形状が変形するのを拘束し、アーチを安定させるものである。前記突っ張りねじ軸１０のトンネル内空側の基端部には、回動工具係合用凹部１３（図１５ｃ参照）が設けられている。
【００１１】
また、保護・補強用セグメント本体２の裏面におけるトンネル軸方向（前後方向）両端部のトンネル周方向をなす前部側（既設側）の弧状辺４および後部側（新設側）の弧状辺５の近傍には、トンネル軸方向に隣り合うセグメント１相互（すなわち、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング７相互）を固定するためのリング間固定治具１４用の治具１６、１７と、同じセグメントリング７におけるトンネル周方向に隣り合うセグメント１相互を連結固定するための周方向のセグメント固定治具１５用の治具１９、２０が設けられている。
【００１２】
前記のリング間固定治具１４あるいは周方向のセグメント固定治具１５は、新設のセグメント１を既設セグメント１に隣接して組み込む場合に、一時的に新設のセグメント１を仮保持するためのもので、これらの治具１４，１５は、トンネル軸方向またはトンネル周方向に傾斜配置されているため、また、これらの治具のブラケット間が離れているため、ブラケット相互が接近する方向について、トンネル軸方向またはトンネル周方向の大きな応力を、トンネル軸方向またはトンネル周方向に隣接するセグメント１に伝達することができない。
【００１３】
前記のようなセグメント１をトンネル覆工内壁面４１に沿って組み立てる場合には、コンクリート製床版３４の端部に、セグメント１のトンネル周方向の端部を固定するための固定金具３５を設置して組み立てられる。さらに説明すると、図１７に示すように、トンネル軸方向に順次構築されるセグメントリング７（７ａ、７ｂ）の両端側の下端部（図１７の左端、右端側）に位置する各セグメント１を支持するための端部部材としての固定金具３５が、コンクリート床版３４上に設置されている。
【００１４】
固定金具３５としては、例えば、図１７（ｂ）に示すように、一対の腕片３６、３７により形成されたトンネル軸方向に延長する上向き開口の受け溝３８を有する固定金具３５で、その金具３５の受け溝３８に、端部の保護・補強用のセグメント１が既設覆工４０の内面に沿って間隔をおいて配置され、前記セグメント１の下端部を前記受け溝３８を有する固定金具３５に必要に応じてスペーサ等を介在させて嵌合させ、適宜受け溝３８を有する固定金具３５におけるトンネル内空側の一方の腕片３６に螺合した押し付けボルト３９を調整して、下端部のセグメント１の下部が固定されている。なお、下端部のセグメント１におけるトンネル軸方向に張り出すシアキー３は、セグメント１の裏面（トンネル覆工内壁面４１に対向するセグメントの面）に当接して係合されている。
【００１５】
周方向に隣り合うセグメント１相互は、セグメント間固定治具１５により固定されている。さらに具体的に図１６および図１７によって説明すると、セグメントリング７を構築するべく新設のセグメント１の周方向一端側（既設側）は、端部部材としての固定金具３５に配置固定されるか、または、周方向の既に組み込まれたセグメント１の新設側に配置されている。
【００１６】
そして、周方向に直列に隣り合う一方（新設）のセグメント１における既設側に位置するボルト挿通孔を有する鋼製ブラケット３０からなる治具１９と、周方向他方（既設）のセグメント１における新設側に位置するナット３３を有する雌型治具２０とに渡ってボルト２１を挿通螺合し、周方向に隣り合う、新設および既設のセグメント１相互の治具１９、２０を連結固定され、周方向に隣り合うセグメント１相互の連結固定が図られている。
【００１７】
前記のようにトンネル内面の保護・補強用セグメント１を図１６に示すようにトンネル軸方向に隣接するセグメントリング７に千鳥に組み立て、下端部を固定手段（固定金具３５）で既設トンネルのコンクリートに固定されているトンネル覆工内面保護・補強構造は、トンネル軸方向に張り出すように突出するシアキー３によってトンネル軸方向に隣接するセグメント１の裏面に係合して、せん断力および曲げモーメントを伝達させることができ、また、トンネル周方向に張り出すように突出するシアキー５６により、トンネル周方向に隣接するセグメント裏面に係合してせん断力を伝達することができるトンネル覆工内面保護・補強構造とすることができる。
そのため、既設トンネル内壁面からコンクリートが剥離してセグメントに荷重が作用しても、周囲のセグメントにせん断力または曲げモーメントあるいはトンネル周方向の軸力を伝達して構造全体に分散させて支持でき、安定した保護・補強構造とすることができる。
【００１８】
また、トンネル軸方向に適宜のセグメントリング７が構築された時点で、予めセグメント本体２にグラウト注入孔を設けられたセグメント１から、セグメントリング７の裏面にグラウト４２を充填すると、セグメントリング７と既設覆工内面４１を密着させて、セグメント１の既設覆工面４１側への変形を拘束し、セグメントリング７を安定させることができる。
【００１９】
前記グラウトは、セグメント１およびセグメントリング７の既設覆工面４１方向への変形を拘束するために設けられているので、既設のトンネル覆工面４１とセグメントリング７の裏面との間に直接充填しても良いし、セグメント１およびセグメントリング７の裏面に予め設置された袋体などに充填しても良い。
【００２０】
ところで、前記の従来技術には開示されていないが、前記のようなトンネル内面保護・補強用のセグメント１を用いたトンネル内面保護・補強構造は、半円アーチ状のセグメントリング７の両端部が、トンネル底部のコンクリート製床版３４に設けられた固定金具３５により、確実にセグメントリング７の両下端部を固定して、セグメントリング７の形状の安定を図るようにすることができる。
【００２１】
しかし、図１８に示すように、鉄道トンネルあるいは自動車道トンネルなどのトンネル４３では、トンネル頂部に、トンネル内空側に突出する、き電線や吊架線を支持する支持設備あるいはトンネル頂部に排気設備あるいは照明設備等あるいはこれらを支持する、突出した設備２２があり、このようなトンネル内空側に突出した設備２２があると、下部両端の固定金具３５に渡ってトンネル周方向に連続してセグメントリング７を築造することができなくなり、突出した設備２２のトンネル周方向の若干手前からセグメント１を設けない開口部２３が形成され、この開口部２３により半円状のセグメントリング７は、トンネル周方向で分断されて、半円状がトンネル周方向に２つに分断された、さらに小さな弧状のセグメントリング７ｃ（以下、本明細書では「弧状セグメントリング」と呼ぶこととし、開口部によってトンネル周方向に分断された弧状のセグメントリングを指す。この場合は開口部によってトンネル周方向に2つに分断された左右それぞれの弧状のリングを指す。）となる。
【００２２】
前記の突出した設備２２が、トンネル軸方向に比較的長い場合には、トンネル軸方向の１つのセグメントリング７の巾のみに納まらず、２つのセグメントリング７の巾、あるいは３つ以上のセグメントリング７の巾に、開口部２３が必要になり、その分、これらの開口部２３により分断された弧状セグメントリング７ｃにより、トンネル内面を補強することになる。
【００２３】
前記のように、トンネル周方向に分断された個々の弧状セグメントリング７ｃは、その下端側は固定金具３５により固定されているが、上端側のセグメント端部を固定しないと、左右の弧状セグメントリング７ｃおよびセグメントリング７ｃを構成するセグメント1がトンネル周方向にずれ移動可能なため、トンネル内壁部あるいはコンクリートの崩落があった場合に、これらの荷重はトンネル周方向に十分に伝達することができず、主としてトンネル軸方向に伝達するメカニズムによってこれらの荷重に耐えることになる。したがって弧状リング７ｃの剛性が小さく、強度も小さいという問題があった。
【特許文献１】特開２００４−１５００７２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明は、前記のように、（１）トンネル内部に板状のセグメントをトンネル周方向およびトンネル軸方向に設置してセグメントリングを構成し、（２）当該セグメントリングのトンネル周方向の端部が固定手段によって固定され、（３）セグメントの背面にグラウト材などの掲示硬化性充填材を直接的あるいは、グラウト充填用の袋体などに充填して間接的にセグメントリングを拘束してトンネルの補修・補強を行う工法において、既設構造物などがトンネル内空側に突出して設けられているために、前記開口を設けざるを得ない場合に、開口部に隣接する弧状セグメントリングあるいは弧状セグメントリングを構成するセグメントが開口部を有さない断面のセグメントリングと同等の十分な剛性・強度を有するトンネル内面保護・補強構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は前記の課題を有利に解決するために、第１発明のトンネル内面保護・補強構造においては、トンネル円周方向及びトンネル軸方向に分割された板状のセグメントをトンネル内面に沿って設置して、トンネル内面を保護・補強するトンネル内面保護・補強構造において、トンネル内面側に突出する設備を回避するために開口部を挟んでトンネル周方向に分断された各弧状セグメントリングにおける前記開口部に隣接するセグメントの開口部側の端部が、トンネル内壁面とトンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングとの少なくともいずれか一方に固定手段によって固定されて、前記開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されていることを特徴とする。
【００２６】
また、第２発明のトンネル内面保護・補強構造においては、トンネル円周方向及びトンネル軸方向に分割された板状のセグメントをトンネル内面に沿って設置して、トンネル内面を保護・補強するトンネル内面保護・補強構造において、トンネル内面側に突出する設備を回避するために開口部を挟んでトンネル周方向に分断された各弧状セグメントリングが、トンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングに固定されて、各弧状リングのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されていることを特徴とする。
【００２７】
また、第３発明では、第１発明のトンネル内面保護・補強構造において、前記開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定手段として、端部固定金具が用いられ、その端部固定金具は、トンネル内壁に固定されるベース部と、前記ベース部に一体に設けられ、開口部に隣接するセグメントの開口部側の端部に当接する縦部分と、その縦部分に一体に設けられ、前記セグメントの開口部側の端部を支持する支持部とを備えた端部固定金具とされていることを特徴とする。
【００２８】
また、第４発明では、第１発明のトンネル内面保護・補強構造において、トンネル周方向の開口部に隣接するセグメントと、トンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングにおけるセグメントとが、これらのセグメント裏面に設けられた各連結用アームおよび各連結用アーム相互を固定する固着具により固着されていることを特徴とする。
【００２９】
また、第５発明では、第１発明または第２発明のトンネル内面保護・補強構造において、開口部を挟んでトンネル周方向に分断された弧状セグメントリングにおける開口部に隣接するセグメントにおけるトンネル周方向をなす辺の開口部側の端部が、トンネル軸方向に隣接するセグメントリングに溶接またはボルト接合する手段により固定されていることを特徴とする。
【００３０】
また、第６発明では、第１発明のトンネル内面保護・補強構造において、前記開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定手段として、端部固定金具が用いられ、その端部固定金具は、トンネル内壁に固定されるベース部と、前記ベース部に一体に設けられた縦部分と、その縦部分に一体に設けられ、前記セグメントの開口部側の端部裏面に当接される支持部を有する端部固定金具とされ、前記セグメントの開口部側の端部が前記支持部にボルトにより固定されていることを特徴とする。
【００３１】
また、第７発明では、第１発明のトンネル内面保護・補強構造において、前記開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定手段として、端部固定金具が用いられ、その端部固定金具は、トンネル内壁に固定されるベース部と、前記ベース部に一体に設けられた縦部分と、その縦部分に一体に設けられ、前記セグメントの開口部側の端部裏面に当接される支持部を有する断面ほぼコの字状の端部固定金具とされ、前記セグメントの開口部側の端部が前記支持部にボルトにより固定されていることを特徴とする。
【００３２】
また、第８発明では、第１発明のトンネル内面保護・補強構造において、トンネル周方向に分断された各弧状セグメントリングにおける前記開口部に隣接するセグメント本体の開口部側の端部に、トンネル内壁面に向って伸びる縦部分が一体に設けられ、その縦部分に一体にトンネル周方向の開口部側に向って伸びるベース部が設けられ、そのベース部がトンネル内壁に固定手段によって固定されて、前記開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
第１発明によると、弧状セグメントリングにおける開口部側の端部のセグメントの開口部側の端部が、トンネル周方向にずれ移動するのを防止されているので、開口部に隣接するセグメントまたはこれを含む弧状セグメントリングが開口部側にずれ移動するのを防止して、弧状セグメントリングのトンネル周方向の強度・剛性を発揮させて、強固なシェル構造として補強効果を発揮させることができる。
【００３４】
第２発明によると、開口部にトンネル周方向に隣接する弧状セグメントリングをトンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングに固定しているので、各弧状セグメントリングをトンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングに固定することで、弧状セグメントリングが容易にトンネル周方向のずれ移動するのを拘束して、弧状セグメントリングのトンネル周方向の強度・剛性を発揮させて、強固なシェル構造として補強効果を発揮させることができる。
【００３５】
第３発明によると、ベース部とこれに一体の縦部分とこれに一体の支持部を備えた簡単な形状の端部固定金具を使用して、その端部固定金具における前記ベース部を、トンネル内壁に固定し、端部固定金具における縦部分を、前記セグメントの開口部側端面に当接し、支持部をトンネル内面保護・補強用のセグメントに係合させるだけで、トンネル内壁の崩落等により開口部に隣接するセグメントが開口部側にずれ移動しようとしても、開口部端に位置するセグメントを確実に拘束するように固定して、開口側端部のセグメントのずれ移動を防止でき、しいては、このセグメントを含むトンネル周方向の弧状セグメントリングのずれ移動を防止できる強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。
【００３６】
第４発明によると、単に、開口部にトンネル周方向で隣接するセグメントの裏面と、開口部にトンネル軸方向で隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングにおけるセグメントの裏面に、連結用アームを設けてこれらを固着具により固着するだけで、トンネル内面の剥落時等に、開口部に隣接するセグメントにトンネル周方向の外力が作用しても、トンネル周方向のずれ移動が拘束されて、強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。
【００３７】
第５発明によると、開口部にトンネル周方向で隣接するセグメントのトンネル周方向をなす辺の開口部側の端部と、これにトンネル軸方向に隣接するセグメントのトンネル周方向をなす辺とを溶接またはボルト等の固定手段で固定するだけで、トンネル周方向で開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動を拘束することができ、しいては、開口部によって分断された弧状セグメントリングのトンネル周方向のずれ移動を防止することができるため、強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。
【００３８】
第6発明によると、ベース部とこれに縦部分を介して一体で、セグメントの端部裏面に当接される支持部を備えた簡単な形状の端部固定金具を使用して、その端部固定金具における前記ベース部をトンネル内壁に固定し、支持部をセグメントの端部裏面に当接してボルトにより固定するだけで、トンネル内壁の崩落等により開口部に隣接するセグメントが開口部側にずれ移動しようとしても、開口部端に位置するセグメントを確実に拘束するように固定して、開口側端部のセグメントのずれ移動を防止でき、しいては、このセグメントを含むトンネル周方向の弧状セグメントリングのずれ移動を防止できる強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。また、端部固定金具は、セグメント裏面に配置される構造であるので、開口部に隣接するセグメントのトンネル内空側に、端部固定金具が突出しないので、トンネル内空側のデッドスペースが少なくなると共に美観を向上させることができる。
【００３９】
第7発明によると、ベース部とこれに縦部分を介して一体で、セグメントの端部裏面に当接される支持部を備えた断面ほぼコ字状の簡単な形状の端部固定金具を使用して、その端部固定金具における前記ベース部をトンネル内壁に固定し、支持部をセグメントの端部裏面に当接してボルトにより固定するだけで、トンネル内壁の崩落等により開口部に隣接するセグメントが開口部側にずれ移動しようとしても、開口部端に位置するセグメントを確実に拘束するように固定して、開口側端部のセグメントのずれ移動を防止でき、しいては、このセグメントを含むトンネル周方向の弧状セグメントリングのずれ移動を防止できる強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。また、断面ほぼコ字状の端部固定金具は、その全体がセグメント裏面に配置される構造であるので、開口部に隣接するセグメントのトンネル内空側およびトンネル周方向開口部側に、端部固定金具が突出しないので、トンネル内空側およびトンネル周方向開口部側のデッドスペースが少なくなると共に美観を向上させることができる。
【００４０】
第８発明によると、開口部に隣接するセグメント本体の開口部側の端部に、トンネル内壁面に向って伸びる縦部分が一体に設けられ、その縦部分に一体にトンネル周方向の開口部側に向って伸びるベース部が設けられ、そのベース部がトンネル内壁に固定手段によって固定されて、前記開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されているので、開口部の周方向に隣接するセグメント自体に縦部分およびベース部を設けるだけで、別個に端部固定金具を必要としない簡単な構造にすることができる。また、開口側端部のセグメントのずれ移動をそのセグメント自体で防止でき、しいては、このセグメントを含むトンネル周方向の弧状セグメントリングのずれ移動を防止できる強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。また、開口部に隣接するセグメントのトンネル内空側に、別個に端部固定金具を設けないので、トンネル内空側のデッドスペースが少なくなると共に美観を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
次に、本発明を図示の実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
図１〜図４は、本発明の第１実施形態のトンネル内面保護・補強構造およびその構造に使用される開口部端部の固定金具を示すものである。図２５は、本発明の第２実施形態の開口端部のセグメントの断面を表すものである。図５および図６は本発明の第３実施形態のトンネル内面保護・補強構造を示し、図７は第３実施形態の変形形態を示し、図８は第４実施形態を示し、図９および図１０は本発明において使用されるトンネル内面保護・補強用のセグメントの第１例および第２例を示すものである。
【００４３】
先ず、開口部に隣接して配置されるトンネル内面保護・補強用のセグメントの図示の形態について、図９を参照しながら説明する。なお、開口部２３に隣接しないトンネル内面保護・補強用のセグメントについては、前記従来の場合と同様なセグメント１が使用される。
【００４４】
図９に示す形態のトンネル内面保護・補強用のセグメントは、本発明の第１実施形態または第４実施形態のトンネル内面保護・補強構造において使用するトンネル内面保護・補強用のセグメント１Ａであり、また、トンネル内面保護・補強用のセグメント本体２は、従来の場合と同様なセグメント本体２である。なお、セグメント本体２の形態としては、図示形態以外の他の形態でもよく、すなわち、図9に示すような板状でなく、例えば図19に示すように４辺を囲うように設けた金属性枠６１と金属性面材６２や補強リブ６３などで構成されていても良い。また、セグメント本体２の平面形状としては、矩形でなくともよく、例えば図20に示すように、トンネル軸方向をなす辺２４，２５の長さがトンネル周方向の両端で異なる形態でもよく、トンネル周方向をなす弧状辺４，５の一部または全部が平行でない形態でもよい。
【００４５】
前記従来の場合と重複するが、ここで、簡単に図９を参照して説明すると、略矩形板状の保護・補強用セグメント（以下セグメントともいう）１Ａにおけるトンネル周方向をなす各辺４、５の複数箇所に、トンネル軸方向に隣合うセグメントリング７相互を接続するための継手材として、周方向に間隔をおいて少なくともトンネル半径方向のせん断力を、トンネル軸方向に隣接するセグメント１に伝達するためのシアキー３をトンネル軸方向に張り出すように備えており、さらに保護・補強用セグメント１Ａにおけるトンネル軸方向をなす各辺２４，２５に、トンネル周方向に隣り合うセグメント１相互を接続するための継手材として、トンネル軸方向に間隔をおいてシアキー５６をトンネル周方向に張り出すように設けている。
【００４６】
前記の継手材としてのシアキー３およびシアキー５６は、隣接するセグメント１間で、トンネル軸方向にセグメント本体２から張り出す雄型のシアキー３のみでもよく、また、シアキーの形状は図２０に示されたように雄型のシアキー３（３ａ，３ｂ）とセグメント本体２から張り出さない雌型のシアキー３ｃからなる継手部材との組み合わせでもよい。
【００４７】
トンネル軸方向に張り出すように突出する雄型のシアキー３は、トンネル軸方向の既設側（前部側）のシアキー３（３ａ）の位置と、新設側（後部側）のシアキー３（３ｂ）の位置とは、トンネル周方向（保護・補強用セグメント本体２の弧状周面方向）に位置をずらして設けられている。
【００４８】
保護・補強用のセグメント本体２には、突っ張り部材８が設けられ、この部材８はトンネル半径方向に貫通する雌ねじ孔９と、この雌ねじ孔９に螺合された突っ張りねじ軸１０とにより構成されている。この突っ張り部材８は、その先端部をトンネル半径方向に保護・補強用セグメント本体２の裏面側に突出させ、既設トンネル覆工内壁面４１に押し付けることにより、周方向に直列に連続されたセグメント１によるセグメントリング７をトンネル半径方向に縮径させるように作用することにより、保護・補強用セグメントリング７にトンネル周方向に軸力を導入させて、セグメントリングによるアーチの形状が変形するのを拘束し、アーチを安定させるものである。なお、図１５に示すように前記突っ張りねじ軸１０のトンネル内空側の基端部には、回動工具係合用凹部１３が設けられている。
【００４９】
また、保護・補強用セグメント本体２の裏面におけるトンネル軸方向（前後方向）両端部のトンネル周方向をなす前部側（既設側）の弧状辺４および後部側（新設側）の弧状辺５の近傍には、トンネル軸方向に隣り合うセグメント１（１Ａ）相互（すなわち、トンネル軸方向に隣り合うセグメントリング７，７ｃ相互）を固定するためのリング間固定治具１４用の治具１６と、同じセグメントリング７におけるトンネル周方向に隣り合うセグメント１相互を連結固定するための周方向のセグメント固定治具１５用の治具１９、２０が設けられている。
【００５０】
また、従来の場合と相違する部分として、この実施形態では、セグメント本体２における開口側端部２６には、トンネル周方向に隣接するセグメント１に向かって張り出すせん断力伝達部材としてのシアキー５６は、図４に示すように開口部２３側に必要としないので、これを設けていない。
【００５１】
また、図４および図９に示すように、トンネル周方向の開口部２３に隣接して位置するセグメント１，１Ａにおける開口部２３側の端部近傍の部分２７には、トンネル周方向をなす辺４，５およびトンネル軸方向をなす辺２４，２５に、シアキー３（５６）を設ける必要はない。
開口部２３側となるトンネル軸方向をなす辺２５はトンネル軸方向に平行な辺とされている。
【００５２】
図１〜図４に示す第１実施形態には、トンネル内の両端部の固定金具３５からセグメント１をトンネル内周面にそって順に組み立て、開口部２３の端部に使用するセグメント１Ａとして、図９に示すトンネル内面保護・補強用のセグメント１Ａを、トンネル周方向に分断された弧状セグメントリング７ｃの開口端部に隣接するセグメントに使用した形態が示されている。なお、これらの図１および図２においては、セグメント本体２に付属するシアキー３等の付属装置は省略した。
【００５３】
さらに説明すると、図１７（ａ）に示す従来の場合と同様に、トンネル下部のコンクリート製床版３４からトンネル周方向上部のトンネル内側に突出した設備２２に向かって、セグメント１を組み立て、既設の突出した設備２２を避ける部位の端部セグメント１Ａとして、図９に示すセグメント１Ａが、開口部２３の端部セグメントとして配置された状態が、図１に示す状態である。
【００５４】
図１における開口部２３の左側に位置している端部セグメント１Ａ付近を拡大した図が図２に示され、図３には図２の端部固定金具２８の斜視図が示され、図４には、セグメント裏面からみた展開平面図が示されている。開口部２３により分断されている左右の弧状セグメントリング７ｃおよびその開口部側端部に配置されている端部固定金具２８は同様であるので、開口部２３の左側について主に説明する。
【００５５】
前記のセグメント１Ａにおけるシアキー３は、トンネル軸方向に隣接する既設側のセグメント１あるいはトンネル周方向に隣接するセグメント１の裏面に係合されている。そして、前記セグメント１Ａの開口部２３側の端部２６は、図３に示すような端部固定金具２８によりトンネル周方向開口部側への移動を拘束するように固定されている。
【００５６】
ここで、前記の端部固定金具２８の形状について、図２および図３を参照ながら説明すると、トンネル内壁面４１にアンカー材４４により固定されるベース部（図３ａ，ｂの上部のフランジ）４５と、前記ベース部４５の下面端部から直角に下方に下がる縦部分４６が、前記ベース部４５に一体に屈折連設されている。
【００５７】
また、前記縦部分４６の下端部には、前記ベース部４５と反対方向に片持ち式に張り出す支持部４７を備えている。また、前記縦部分４６は、前記開口部２３に隣接するセグメント１Ａの開口部側の端部２６端面に当接して、前記セグメント１Ａのトンネル周方向の移動を拘束するストッパ部として機能し、縦部分４６に一体に設けられた支持部４７は、前記セグメント１Ａの開口部側の端部下面を支持部４７の上面で支持するようにされている。
【００５８】
また、前記ベース部４５と縦部分４６とには、前記支持部４７の反対側において、補強リブ４９が部材長手方向に間隔をおいて設けられて、端部固定金具２８の曲げ剛性を高め、また前記ベース部４５には、隣り合う補強リブ４９の間において、縦向きのボルト挿通孔５０が設けられ、端部固定金具２８はその長手方向に間隔をおいて複数のボルト挿通孔５０を備えている構成とされ、このような端部固定金具２８により、開口部２３に隣接するセグメント１Ａの開口側端部２６を安定した状態でトンネル周方向開口部側への移動を固定することができるようにされている。
従って、下端を固定金具３５によって固定され、上端も端部固定金具２８により固定された弧状セグメントリング７ｃは、強固なシェル構造として補強効果を発揮することができる。
【００５９】
前記の端部固定金具２８を、既設覆工等のトンネル内壁に取り付ける場合は、既設覆工４０等のトンネル内壁にアンカー孔４８を設け、前記アンカー孔４８にアンカーボルト等のアンカー材４４の基端部を接着剤その他の手段によりトンネル内壁に固定し、ベース部４５をトンネル内壁に当接すると共に、前記ベース部４５のボルト挿通孔５０に前記のアンカー材４４を挿通し、前記アンカー材４４にねじ込んだナット５１を締め込むと共に、縦部分４６をセグメント１Ａの開口側端部２６に当接した状態にして、セグメント１Ａの開口部２３側の端部２６をトンネル周方向に移動不能に固定すればよく、また、セグメント１Ａまたはその部分の弧状セグメントリング７ｃの裏面にグラウト４２が充填された状態では、セグメント１Ａの開口部２３側の端部はトンネル半径方向の移動についても確実に固定される。
【００６０】
前記の支持部４７により、開口部２３側に位置している端部セグメント１Ａの開口部２３側下面を支持して、開口部２３側の端部セグメント１Ａのトンネル半径方向、特にトンネルの内側への変形を防止し、安定状態でセグメント１Ａ端部を確実に支持すると共に固定することができる。
【００６１】
前記のように、開口部２３に隣接するセグメント１Ａが端部固定金具２８およびセグメント１Ａの裏面またはその部分のセグメントリング７ｃの裏面に充填されるグラウト４２により、トンネル内空側および地山側の両方向のトンネル半径方向のずれ移動が防止される。なお、予め袋体をセグメント１Ａの背面に設置しておき、セグメント組み立て後に、袋体（図示省略）にグラウトを充填しても良い。
【００６２】
前記実施形態では、トンネル軸方向の巾が１セグメント分の開口部２３とした場合の実施形態を示したが、図１１に概略を示す変形形態のように、トンネル軸方向に２リング巾分あるいは３リング巾分（図示の場合）以上に渡り開口部２３を設ける必要がある場合には、分断されて形成される弧状セグメントリング７ｃは、トンネル軸方向に２リング分あるいは３リング分以上となるので、このような場合の端部固定金具２８としては、トンネル軸方向の長さをほぼ２リング分あるいは３リング分に近い長さとしてもよく、あるいは、個々のセグメント１Ａに対して、１リング分より若干短い端部固定金具２８をトンネル軸方向に設けてもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、開口部２３のない断面におけるセグメントリング７および、開口部２３の弧状セグメントリング７ｃを構成するセグメント分割は、千鳥組みであるが、セグメント１，１Ａは芋継ぎであっても良く、トンネル軸方向にのみ分割されたセグメント１であってトンネル周方向に分割されない構造でも良い。例えば、図２１には芋継ぎの例が略図で示され、図２２にはトンネル軸方向にのみ分割されトンネル周方向に分割されないセグメント１の例が略図で示されており、他の設備については省略されている。なお、これらの形態では、セグメント１，１Ａの継手は、セグメント本体２の外周部に連続して凸状部６４または凹状部６５を備えており、このような形態のセグメントを使用すると、トンネル軸方向またはトンネル周方向に隣接するセグメントの凹状部と凸状部との嵌合構造により、トンネル半径方向のずれ変形が拘束され、トンネル周方向のずれ変形は拘束されない形態である。また、セグメントの本体構造はこのような平板構造でなくても良いのは前記、千鳥組みの例と同様である。
【００６４】
さらに、上記第1実施形態の端部固定金具２８以外の他の実施形態を図２３および図２４に示す。以下、図２３および図２４に基づいて前記第１実施形態との相違点のみを説明する。図２３に示される実施形態では、端部固定金具２８は、縦部分４６に一体に設けられ、前記セグメント１Ａの開口部側の端部裏面に当接される支持部を有する端部固定金具とされている。そして、開口部２３に隣接する端部のセグメント１Ａが、そのセグメント１Ａの開口側端部付近に設けられた雌ネジ孔５９および端部固定金具２８の支持部４７に設けられた雌ネジ孔５８に係合するように配置されて、端部のセグメント１Ａの端部が、ボルト５７によって端部固定治具２８の支持部４７に固定されている点が異なるが、その他の構成は上記第１実施形態と同じである。このような形態では、端部固定金具２８がセグメント１Ａよりトンネル内空側に突出配置されないので、トンネル内空側にデッドスペースが生じないと共にトンネル内空側の美観を向上させることができる。
【００６５】
図２４に示される実施形態では、上記第１実施形態と端部固定金具２８の形状が、断面ほぼコの字状である点、および端部のセグメント１Ａがボルトで、端部固定治具２８に固定されている点が異なるが、その他の構成は第１実施形態と同じである。この形態では、端部固定金具が断面ほぼコの字状の形態であり、その全体がセグメント１Ａの裏面に配置される構造であるので、開口部に隣接するセグメントのトンネル内空側およびトンネル周方向開口部側に、端部固定金具２８が突出しないので、トンネル内空側およびトンネル周方向開口部側のデッドスペースが少なくなると共に美観を向上させることができる。
【００６６】
上記実施形態１および端部固定金具２８の他の実施形態に示したように、端部固定金具２８の形態としては、トンネル内壁に固定されるベース部４５と、前記ベース部４５に一体に設けられ、開口部２３に隣接するセグメント１Ａの開口部側の端部２６に当接する縦部分４６と、その縦部分４６に一体に設けられ、前記セグメント１の開口部側の端部２６を支持する支持部４７とを備えているか、ボルト５７により支持部４７に固定するようにすれば、端部のセグメント１Ａのトンネル周方向へのずれ移動を拘束できるので、セグメント１Ａの固定方法や端部固定金具２８の詳細形状などの詳細な構成は、適宜設計で定めればよい。
【００６７】
次に、図２５を参照して第２実施形態を説明する。図２５には、上記第１実施形態の端部固定構造を示す図（図２、図２３、図２４と同様の図示）が示されている。この実施形態ではセグメント１Ａの端部に、第１実施形態と同様の端部固定金具２８（但し、支持部４７が省略されている。）における縦部分４６が予め溶接等により、セグメント１Ａと一体に形成されており、支持部４７が省略されている。このようにセグメント１Ａ自体に端部固定金具２８を付属させることもできる。この形態では、セグメント自体に縦部分４６およびベース部４５を設けるだけで、別個に独立した端部固定金具２８を必要としない簡単な構造にすることができる。また、開口側端部のセグメント１Ａのずれ移動をそのセグメント１Ａ自体で防止でき、しいては、このセグメント１Ａを含むトンネル周方向の弧状セグメントリング７ｃのずれ移動を防止できる強固なトンネル内面保護・補強構造とすることができる。また、開口部に隣接するセグメント１Ａのトンネル内空側に、別個に端部固定金具２８を設けないので、トンネル内空側のデッドスペースが少なくなると共に美観を向上させることができる。その他の構成は、第１実施形態と同様であり同様な部分には、同様な符号を付して説明を省略する。
【００６８】
次に、図５〜図７および図１０を参照して本発明の第３実施形態のトンネル内面保護・補強構造およびその構造において使用する図示のセグメント１Ａについて説明する。なお、これらの図においては、セグメント本体２と連結用アーム５２，５３を主に表し、セグメント本体２に付属するその他の設備は前記実施形態と同様（ただし、治具１６，２０は不要になる。）であるので、これらを省略している。
このトンネル内面保護・補強用のセグメント本体２は、従来の場合と同様なセグメント本体２であり、相違する部分を主に説明すると、このセグメント１Ａのトンネル周方向の開口部２３側に位置する部分には、トンネル軸方向をなす辺２５に平行にトンネル軸方向に延長するように連結用アーム５２が配置されて、その連結用アーム５２の基端部が溶接Ｗによりセグメント本体２の裏面に固定されている。前記連結用アーム５２の先端部には、トンネル周方向に軸線を有するボルト挿通孔が設けられ、また、そのボルト挿通孔と同心状にナットからなる雌ねじ部材５４が連結用アーム５２における開口部２３側の面と反対の面に溶接等により固定されている。
【００６９】
また、前記のセグメント１Ａのトンネル軸方向に隣接するセグメント１には、前記連結用アーム５２に係合するようにトンネル軸方向に張り出す連結用アーム５３が前記セグメント１Ａの裏面側に張り出すように設けられ、前記連結用アーム５３の先端部には、前記連結用アーム５２のボルト挿通孔に合致するように、トンネル周方向に軸線を有するボルト挿通孔が設けられている。なお、これらの連結用アーム５２および５３は現場においてセグメント本体２の裏面に設けるようにしてもよい。
【００７０】
開口部２３に隣接するセグメント１Ａの裏面と、そのセグメント１Ａとトンネル軸方向に隣接するセグメントの裏面とに連結用アーム５２，５３に設けて、これらの連結用アーム５２，５３相互を、これらのボルト挿通孔に挿通されると共に雌ねじ部材５４にボルト等の連結具５５を固着して連結し、開口部２３にトンネル周方向に隣接するセグメント１Ａの開口側端部２６を、トンネル軸方向に隣接するアーチが安定しているセグメントリング７におけるセグメント１に係止して、セグメント１Ａのトンネル周方向のずれ移動を防止するようにし、トンネル内面保護・補強構造をより強固な構造としている形態である。
【００７１】
前記の連結用アーム５２は、セグメント１Ａ裏面からトンネル軸方向に突出する雄型の連結用アームとしてもよく、あるいは図示のように、セグメント本体２の裏面からトンネル軸方向に張り出さないで、セグメント裏面内に納まるようにした形態でもよい。すなわち、前記の連結用アーム５２，５３は、トンネル軸方向に隣接するセグメント１Ａ（１）の一方あるいは両方から張り出すような連結アームでもよい。
【００７２】
前記第１実施形態と同様に、トンネル軸方向の巾が１セグメント分の開口部２３とした場合の実施形態を示したが、図１２に概略の変形形態を示すように、トンネル軸方向に２リング巾あるいは３リング巾（図示の場合）以上に渡り開口部２３を設ける必要がある場合には、分断されて形成される弧状セグメントリング７ｃは、トンネル軸方向に２リング分あるいは３リング分以上となるので、このような場合は、セグメント１Ａ相互がトンネル軸方向に隣接するようになるので、前記の連結用アーム５２，５３を隣接するセグメント１Ａ間で適宜組み合わせるようにすればよい。
【００７３】
図８は本発明の第４実施形態のトンネル内面保護・補強構造を示すものであって、図８では、概略斜視図にて図示されている。
この形態では、開口部２３にトンネル周方向に隣接するセグメント１Ａにおけるトンネル周方向をなす弧状辺４，５の開口部側端部２６が、トンネル軸方向に隣接するセグメント１におけるトンネル周方向をなす辺４，５に、トンネル周方向に連続した溶接Ｗにより固定されて、開口部２３に隣接するセグメント１Ａのトンネル周方向をなす弧状辺４，５における開口部側の端部が固定されて、セグメント１Ａのトンネル周方向のずれ移動防止されるようにされ、これにより、前記セグメント１Ａを含む弧状セグメントリング７ｃのトンネル周方向のずれ移動が防止されるようにされている。連続した溶接Ｗのトンネル周方向の長さは、設計により設定される。
【００７４】
このような開口部２３に隣接するセグメント１Ａの開口部側端部２６の溶接は、トンネル内面に沿ってセグメント１Ａを設置した時に、セグメント裏面側から連続した溶接Ｗにより固定するほうが、トンネル内面側から連続した溶接により行なう場合よりも、美観上あるいは溶接後の表面仕上げ処理を極力少なくする上で好ましい。
【００７５】
また、前記実施形態と同様に、開口部２３がトンネル軸方向に２リング分または３リング分となる場合には、図１３に概略の変形形態を示すように、隣接するセグメント１Ａのトンネル周方向をなす辺４，５相互は、開口端部側において、トンネル周方向に連続した溶接により固定すればよい。また、開口部２３のトンネル軸方向端部に位置するセグメント１Ａの開口側端部のトンネル周方向をなす辺４（５）を、開口により分断されていないセグメントリング７におけるセグメント１に連続した溶接Ｗにより固定することで、すべての開口部２３に位置するセグメント１Ａのトンネル周方向のずれ移動を防止することができ、また、その部分の弧状セグメントリング７ｃのトンネル周方向のずれ移動を防止することができる。
【００７６】
なお、図示を省略するが、各図に示す矩形状のセグメント本体２の周側面部（図１ｂの本体２の前後面および左右側面）には、適宜、止水用シール材が固着されて、トンネル軸方向あるいは、トンネル周方向に隣り合うセグメント相互が密着されて、セグメント相互の止水連結が図られる。
【００７７】
なお、本発明おける各実施形態を組み合わせて、トンネル軸方向の一つまたは複数のセグメント１Ａあるいはセグメントリング７ｃのトンネル周方向のずれ移動を防止するようにしてもよい。
【００７８】
第２実施形態および、第３実施形態、第４実施形態においても、セグメントの千鳥組みの例を示したが、本発明におけるセグメント配置はセグメント分割は千鳥組みを前提とせず、セグメントは芋継ぎであっても良く、トンネル軸方向にのみ分割されたセグメントであってトンネル周方向に分割されない構造でも良いことは前記第1実施形態の場合と同様である。
【００７９】
前記各実施形態では、トンネル内面保護・補強用のセグメントとして、トンネル軸方向に隣接するセグメントの裏面に係合するように張り出す形態のアーム形式の継手部材（シアキー３）の形態を示したが、本発明を実施する場合、図示を省略するが、前記のような継手部材を備えていない他の適宜の板状のセグメントにも適用することができ、例えば、トンネル周方向に隣接するセグメント相互をボルトあるいは溶接により固定する形態等のセグメントを組み立てる場合の開口部に位置するセグメントあるいは弧状セグメントリングにおけるトンネル周方向等のずれ移動にも対応することができる。
【００８０】
図示の実施形態では、自動車用トンネルの形態を示したが、本発明を実施する場合、鉄道用トンネルあるいはその他のトンネルにも適用して、トンネル内面の補修あるいは補強を行なうようにしてもよい。
【００８１】
前記の薄肉面板状のトンネル内面保護・補強用のセグメント１（１Ａ）を構成する材料としては、トンネル内空側の建築限界を超えないようにするために、例えば、板厚３０ｍｍ以内の厚鋼板，ＦＲＰ板状材，鋳鋼製面板状材等としてもよい。なお、セグメントＦＲＰ板状材である場合には、図示を省略するが、溶接に代えて適宜添接板等を介在させてボルト接合する手段を採用すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明のトンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造を示す展開平面図（上部側）と、トンネル軸方向からみた正面図（下部側）とを示す説明図である。
【図２】本発明の第１実施形態のトンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造を示す図であり、（ａ）は開口部の一方（左側端部）のセグメント端部の固定構造を示す縦断正面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す縦断正面図である。
【図３】第１実施形態において使用される端部ストッパ金具を取り出して示す斜視図であり、（ａ）は正面方向からみた斜視図、（ｂ）は背面方向から見た斜視図である。
【図４】図１の一部を拡大して示す展開平面図である。
【図５】本発明の第３実施形態のトンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造をトンネル裏面側からみて展開した状態を示す平面図である。
【図６】（ａ）は図５の一部を拡大して示す一部横断平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図７】第３実施形態の変形形態を示すものであって、（ａ）は一部横断平面図、（ｂ）は（ａ）の側面図である。
【図８】（ａ）は本発明の第４実施形態のトンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造を示す斜視図、（ｂ）その縦断側面図である。
【図９】本発明において開口部に隣接するセグメントとして使用する第１例のトンネル内面保護・補強用のセグメントを示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図１０】本発明において、開口部に隣接するセグメントとして使用する第２例のトンネル内面保護・補強用のセグメントを示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の変形形態を示すものであって、トンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造をトンネル裏面側からみて展開した状態を示す平面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の変形形態を示すものであって、トンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造をトンネル裏面側からみて展開した状態を示す平面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態の変形形態を示すものであって、トンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造をトンネル裏面側からみて展開した状態を示す平面図である。
【図１４】トンネル内面保護・補強用のセグメントの一形態を示すものであって、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。
【図１５】（ａ）は図１４（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）は図１４（ａ）のＢ−Ｂ線断面図、（ｃ）は図１４（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【図１６】トンネル内面保護・補強用のセグメントをトンネル内面に沿ってトンネル内面保護・補強構造を築造している状態を示す展開平面図である。
【図１７】（ａ）は保護・補強のセグメントによりセグメントリング構造を構築している状態を示す概略縦断正面図、（ｂ）は、下端部セグメントの下部の固定構造を示す正面図である。
【図１８】既設の設備によりセグメントリングがトンネル周方向に分断される場合の説明図である。
【図１９】本発明のセグメント本体の他の形態として用いることができるセグメントの例である。
【図２０】本発明のセグメント本体の平面形状の他の形態として用いることができるセグメントの例である。
【図２１】本発明の第１実施形態の千鳥組みのリング以外の他の例として芋継ぎ構造の例を示す略図で、（ａ）展開図の線図、（ｂ）セグメントの断面図、（ｃ）セグメントの平面図である。
【図２２】本発明の第１実施形態の千鳥組みのリング以外の他の例として１枚／１リングで構成された構造の例を示す略図で、（ａ）展開図の線図、（ｂ）セグメントの断面図、（ｃ）セグメントの平面図である。
【図２３】本発明の第1実施形態の他の例を表す図であり、トンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造を示す図であり、（ａ）は開口部の一方（左側端部）のセグメント端部の固定構造を示す拡大した縦断正面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す縦断正面図、（ｃ）は（ｂ）の一部を拡大して示す図である。
【図２４】本発明の第1実施形態のさらに他の例を表す図であり、トンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造を示す図であり、（ａ）は開口部の一方（左側端部）のセグメント端部の固定構造を示す拡大した縦断正面図、（ｃ）は（ｂ）の一部を拡大して示す図である。
【図２５】本発明の第２実施形態のトンネル内面保護・補強構造における開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定構造を示す図であり、（ａ）は開口部の一方（左側端部）のセグメント端部の固定構造を示す拡大した縦断正面図、（ｂ）は（ａ）の一部を拡大して示す縦断正面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１ トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント
１Ａ トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント
２ トンネル覆工内面保護・補強用のセグメント本体
３ シアキー（隣接するリング相互を接続するためのシアキーで、セグメントの弧状辺に間隔をおいてトンネル軸方向に張り出すように設けられたシアキー）
３ａ 既設側シアキー
３ｂ 新設側シアキー
３ｃ シアキー（隣接するリング相互を接続するためのシアキーで、セグメントの弧状辺に間隔をおいてトンネル軸方向に張り出さないように設けられたシアキー）
４ 既設側の弧状辺
５ 新設側の弧状辺
７ 開口により分断されていないセグメントリング
７ａ 既設側のセグメントリング
７ｂ 新設側のセグメントリング
７ｃ 弧状セグメントリング（開口により分断されているセグメントリング）
８ 突っ張り部材
９ 雌ねじ孔
１０ 突っ張りねじ軸杆
１３ 回動工具係合用凹部
１４ リング間固定治具
１５ 周方向のセグメント間固定治具
１６ 治具
１７ 治具
１９ 治具
２０ 治具
２１ ボルト
２２ トンネル内空側に突出した設備
２３ 開口部
２４ トンネル周方向既設側辺
２５ トンネル周方向新設側辺
２６ 開口部側端部
２７ 開口部側の端部近傍の部分
２８ 端部固定金具
３０ ブラケット
３３ ナット
３４ コンクリート製床版
３５ 固定金具
３６ 腕辺
３７ 腕辺
３８ 受け溝
３９ 押し付けボルト
４０ 既設覆工
４１ 内壁面
４２ グラウト
４３ トンネル
４４ アンカー材
４５ ベース部
４６ 縦部分
４７ 支持部
４８ アンカー孔
４９ 補強リブ
５０ ボルト挿通孔
５１ ナット
５２ 連結用アーム
５３ 連結用アーム
５４ 雌ねじ部分
５５ 連結具
５6 シアキー（トンネル周方向に隣り合うセグメント相互を接続するためのシアキーで、トンネル周方向に張り出すように設けられたシアキー）
５７ ボルト
５８ 雌ネジ孔(端部固定金具２８側)
５９ 雌ネジ孔(セグメント側)
６０ 回転工具係合用凹部
６１ 金属製枠
６２ 金属製面材
６３ 補強リブ
６４ 凸状部
６５ 凹状部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともトンネル円周方向に分割された板状のセグメントをトンネル内面に沿って設置して、トンネル内面を保護・補強するトンネル内面保護・補強構造において、トンネル内面側に突出する設備を回避するために開口部を挟んでトンネル周方向に分断された各弧状セグメントリングにおける前記開口部に隣接するセグメントの開口部側の端部が、トンネル内壁面と、トンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングとの少なくともいずれか一方に固定手段によって固定されて、前記開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されていることを特徴とするトンネル内面保護・補強構造。
【請求項２】
少なくともトンネル円周方向に分割された板状のセグメントをトンネル内面に沿って設置して、トンネル内面を保護・補強するトンネル内面保護・補強構造において、トンネル内面側に突出する設備を回避するために開口部を挟んでトンネル周方向に分断された各弧状セグメントリングが、トンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングに固定されて、各弧状セグメントリングのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されていることを特徴とするトンネル内面保護・補強構造。
【請求項３】
前記開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定手段として、端部固定金具が用いられ、その端部固定金具は、トンネル内壁に固定されるベース部と、前記ベース部に一体に設けられ、開口部に隣接するセグメントの開口部側の端部に当接する縦部分と、その縦部分に一体に設けられ、前記セグメントの開口部側の端部を支持する支持部とを備えた端部固定金具とされていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内面保護・補強構造。
【請求項４】
トンネル周方向の開口部に隣接するセグメントと、トンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングにおけるセグメントとが、これらのセグメント裏面に設けられた各連結用アームおよび各連結用アーム相互を固定する固着具により固着されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内面保護・補強構造。
【請求項５】
開口部を挟んでトンネル周方向に分断された弧状セグメントリングにおける開口部に隣接するセグメントにおけるトンネル周方向をなす辺の開口部側の端部が、トンネル軸方向に隣接するセグメントリングに溶接またはボルト接合する手段により固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル内面保護・補強構造。
【請求項６】
前記開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定手段として、端部固定金具が用いられ、その端部固定金具は、トンネル内壁に固定されるベース部と、前記ベース部に一体に設けられた縦部分と、その縦部分に一体に設けられ、前記セグメントの開口部側の端部裏面に当接される支持部を有する端部固定金具とされ、前記セグメントの開口部側の端部が前記支持部にボルトにより固定されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内面保護・補強構造。
【請求項７】
前記開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定手段として、端部固定金具が用いられ、その端部固定金具は、トンネル内壁に固定されるベース部と、前記ベース部に一体に設けられた縦部分と、その縦部分に一体に設けられ、前記セグメントの開口部側の端部裏面に当接される支持部を有する断面ほぼコの字状の端部固定金具とされ、前記セグメントの開口部側の端部が前記支持部にボルトにより固定されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内面保護・補強構造。
【請求項８】
トンネル周方向に分断された各弧状セグメントリングにおける前記開口部に隣接するセグメント本体の開口部側の端部に、トンネル内壁面に向って伸びる縦部分が一体に設けられ、その縦部分に一体にトンネル周方向の開口部側に向って伸びるベース部が設けられ、そのベース部がトンネル内壁に固定手段によって固定されて、前記開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内面保護・補強構造。
【請求項１】
少なくともトンネル円周方向に分割された板状のセグメントをトンネル内面に沿って設置して、トンネル内面を保護・補強するトンネル内面保護・補強構造において、トンネル内面側に突出する設備を回避するために開口部を挟んでトンネル周方向に分断された各弧状セグメントリングにおける前記開口部に隣接するセグメントの開口部側の端部が、トンネル内壁面と、トンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングとの少なくともいずれか一方に固定手段によって固定されて、前記開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されていることを特徴とするトンネル内面保護・補強構造。
【請求項２】
少なくともトンネル円周方向に分割された板状のセグメントをトンネル内面に沿って設置して、トンネル内面を保護・補強するトンネル内面保護・補強構造において、トンネル内面側に突出する設備を回避するために開口部を挟んでトンネル周方向に分断された各弧状セグメントリングが、トンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングに固定されて、各弧状セグメントリングのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されていることを特徴とするトンネル内面保護・補強構造。
【請求項３】
前記開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定手段として、端部固定金具が用いられ、その端部固定金具は、トンネル内壁に固定されるベース部と、前記ベース部に一体に設けられ、開口部に隣接するセグメントの開口部側の端部に当接する縦部分と、その縦部分に一体に設けられ、前記セグメントの開口部側の端部を支持する支持部とを備えた端部固定金具とされていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内面保護・補強構造。
【請求項４】
トンネル周方向の開口部に隣接するセグメントと、トンネル軸方向に隣接しトンネル周方向に分断されていないセグメントリングにおけるセグメントとが、これらのセグメント裏面に設けられた各連結用アームおよび各連結用アーム相互を固定する固着具により固着されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内面保護・補強構造。
【請求項５】
開口部を挟んでトンネル周方向に分断された弧状セグメントリングにおける開口部に隣接するセグメントにおけるトンネル周方向をなす辺の開口部側の端部が、トンネル軸方向に隣接するセグメントリングに溶接またはボルト接合する手段により固定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル内面保護・補強構造。
【請求項６】
前記開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定手段として、端部固定金具が用いられ、その端部固定金具は、トンネル内壁に固定されるベース部と、前記ベース部に一体に設けられた縦部分と、その縦部分に一体に設けられ、前記セグメントの開口部側の端部裏面に当接される支持部を有する端部固定金具とされ、前記セグメントの開口部側の端部が前記支持部にボルトにより固定されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内面保護・補強構造。
【請求項７】
前記開口部に隣接するセグメントの開口側端部の固定手段として、端部固定金具が用いられ、その端部固定金具は、トンネル内壁に固定されるベース部と、前記ベース部に一体に設けられた縦部分と、その縦部分に一体に設けられ、前記セグメントの開口部側の端部裏面に当接される支持部を有する断面ほぼコの字状の端部固定金具とされ、前記セグメントの開口部側の端部が前記支持部にボルトにより固定されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内面保護・補強構造。
【請求項８】
トンネル周方向に分断された各弧状セグメントリングにおける前記開口部に隣接するセグメント本体の開口部側の端部に、トンネル内壁面に向って伸びる縦部分が一体に設けられ、その縦部分に一体にトンネル周方向の開口部側に向って伸びるベース部が設けられ、そのベース部がトンネル内壁に固定手段によって固定されて、前記開口部に隣接するセグメントのトンネル周方向へのずれ移動が拘束されていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内面保護・補強構造。
【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２４】
【図２５】
【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２４】
【図２５】
【公開番号】特開２００６−２９１６５３（Ｐ２００６−２９１６５３Ａ）
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１１７０６４（Ｐ２００５−１１７０６４）
【出願日】平成１７年４月１４日（２００５．４．１４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月２６日（２００６．１０．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月１４日（２００５．４．１４）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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