Notice: Undefined variable: fterm_desc_sub in /mnt/www/biblio_conv.php on line 353
トンネル覆工の補強工法
説明

トンネル覆工の補強工法

【課題】 設置作業が容易であり、しかも、大幅なコストの低減を図ることができるトンネル覆工の補強工法を提供する。
【解決手段】 トンネル覆工の補強工法において、トンネル覆工2のトンネル内空側にアンカー孔10を形成し、このアンカー孔10にアンカーボルト5を配置し、連結孔4A及び前記アンカーボルト5に固定するための固定孔4Bとを具備する留め金具4と、前記連結孔4Aに固定され前記留め金具4を相互に連結する全ネジボルト7及びこの全ネジボルト7を前記留め金具4に連結する連結用ナット8からなる留め金具組立体3とを備え、この留め金具組立体3を前記連結用ナット8で仮組みした状態で前記アンカーボルト5に前記留め金具4の固定孔4Bを合わせて固定用ナット6で前記留め金具4を固定した後、前記留め金具組立体3の前記連結用ナット8にて前記留め金具4を相互に固定する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、既設老朽トンネルのトンネル覆工の補強工法に係り、特に、トンネル背面空洞が少なく覆工厚も小さいため裏込め注入工法が採用できない場合に好適なトンネル覆工の補強工法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来行われている既設老朽トンネルの補強工法のうち、背面空洞が少なく覆工厚も小さいため裏込め注入工法が採用できない場合の補強工法としては、〔A〕内面補強工法(繊維シート接着工法、鋼板接着工法)と〔B〕補強セントル工法がある。以下に、これらの工法について説明する。
〔A〕内面補強工法(下記非特許文献1,pp.II−25〜II−28,IV−28〜IV−30参照)
(1)適用条件
内面補強工は、ひび割れや部分的な材料劣化により、比較的狭い範囲で覆工材が落下するおそれのある場合で、漏水がなく、内空に余裕が少ない場合に施工されるものである。
(2)概要
覆工の劣化状態や、地圧等外力の影響の有無・程度、限界余裕量等、現地の状況に応じて適宜選択する。ひび割れや叩き落した後も不安定な状態が残るジャンカ(豆板)、あるいは部分的な材料劣化により、比較的狭い範囲で覆工材が落下する恐れのある場合に適用する。既設覆工との付着を確保するため、漏水処理等、十分な前処理が必要である。なお、補強材の材質によって、繊維シート接着工法、鋼板接着工法の2つがある。従来の内面補強工の施工状況の図面代用写真を図12に示す。
【0003】
また、図13に、従来の繊維シート接着工法の断面図、図14に従来の鋼板接着工法の断面図を示す。
【0004】
繊維シート接着工法は、覆工のひび割れ発生部の変状面、もしくは引張応力作用面に、含浸・接着樹脂をシートに含浸させながら積層(現場成形)し、覆工に接着させて一体化する工法であり、内空断面の減少がほとんどないという特徴を持つ。繊維材質には、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維があり、それぞれに特長を有するので、適用に際しては材料特性を良く理解しなければならない。
【0005】
一方、鋼板接着工法も覆工表面に鋼板を接着する工法ではあるが、図14に示すように、鋼板をアンカーボルトで固定する必要がある。
【0006】
(3)設計・施工上の留意点
繊維シート、鋼板がそれぞれの材料特性を発揮するためには、繊維シートあるいは鋼板と覆工との確実な接着が行われるように下地面の整正(下地処理、不陸修正)が必要である。また、プライマー工等の含浸の際には、覆工表面の温度や湿度により施工できない場合もあるので、施工時期、時間等にも注意を要する。
〔B〕補強セントル工法(下記非特許文献1,ppII−23〜II−24,IV−27参照)
(1)適用条件
補強セントルは、覆工を積極的に補強する必要があり、内空に余裕がある場合に施工される。なお、覆工の劣化対策としては、他の対策工との併用が必要である。
【0007】
(2)概要
補強セントル工法は、曲げ加工したH形鋼等の鋼材を覆工内面に沿って適当な間隔で建て込む工法である。地圧対策を兼ねている場合が多いが、劣化覆工対策としての目的は、剥離・剥落の危険性の高い覆工を抑えることと、劣化により有効巻厚が減少した覆工を補強することである。補強セントル工法により補強されたトンネルを図15に示す。
【0008】
(3)設計・施工上の留意点
(a)補強セントルの形状・寸法・材質
鋼材には、伸びが大きく曲げや溶接等の加工性がよいものを用いる。一般的には、冷間曲げ加工したH形鋼(JIS G 3101に規定するSS400材)が用いられている。また、耐久性の面から防錆処理を行うことが望ましい。
【0009】
(b)補強セントルの断面・建て込み間隔
補強セントルの断面・建て込み間隔は、トンネル覆工の変状の状況、トンネル内空の断面形状・寸法(特に、建築限界に対する内空余裕)、施工条件等を総合的に勘案して決定する。補強セントルに作用する外力を推定することは困難な場合が多く、一般的に既往対策例を参考にして設計することが多い。その場合、H形鋼はH−100〜150を1.0〜1.5m間隔に設置するのが一般的である。
【0010】
(c)クサビ、継手、脚部等の設計・施工
(i)クサビは、補強セントルに地山・覆工からの外力を伝達し、緩みによる荷重の増大を防ぐものである。したがって、クサビは、セントルの機能を損なうことのないよう緩みの生じないような構造のものを適切な間隔で設置し、確実な締め付けを行うようにする。
【0011】
(ii)継手は、構造上の弱点とならないよう、強固に連結でき作業性の良い構造とする。
【0012】
(iii )補強セントル脚部の設計・施工にあたっては、荷重による沈下のないよう、補強セントルの下端に底板や、必要に応じて皿板等を設置する。これらのみでは補強セントルの脚部の支持力が不足したり、不等沈下が起こるおそれのある場合は、根固めコンクリートを設置し、支持力の強化と各セントルの一体化を図る必要がある。この根固めコンクリートは、根掘りにより側壁の滑りを誘発することのないよう、必要以上に深くせず、一回当たりの線路方向の根掘り長さを制限するように設計・施工を行う。
【0013】
(d)施工後の検査等
補強セントルの施工後は、必ず建築限界測定を行うようにする。また、列車振動等によりクサビが緩むことがあるので、竣工後も随時点検し、必要によりその都度締め付けを行うようにする。
【0014】
(e)その他
補強セントルはトンネル軸方向に作用する力により転倒する恐れがあるため、隣接するセントル相互をつなぎ材により連結する必要がある。通常、つなぎ材は「鋼管内ばり」と呼ばれる方式が多く使用される。材料は、JIS G 3444(一般構造用炭素鋼鋼管)STK400(外径60.5mm,厚さ2.3mm)の鋼管とつなぎボルトφ19mmが用いられている。
【非特許文献1】「トンネル補修・補強マニュアル」,平成19年1月,財団法人 鉄道総合技術研究所,pp.II−23〜II−28,IV−27〜IV−30
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0015】
上記した従来技術としての内面補強工法では、前処理としてひび割れ注入、断面修復、下地処理、不陸修正作業が必要である。
【0016】
また、鋼板接着工法では重量物の鋼板を人力で運搬する必要がある。
【0017】
更に、補強セントル工法では、一般的にその主材にH形鋼を用い、それを1.0〜1.5m間隔に設置するのがよく行われる。そのためトンネルの内空余裕量として150〜200mm程度の余裕が必要である。
【0018】
また、補強セントルでは、上記したように脚部の支持力不足や、不等沈下のおそれがある場合は、根固めコンクリートを設置し、支持力の強化と各セントルの一体化を図る必要がある。
【0019】
本発明は、上記状況に鑑みて、設置作業が容易であり、しかも、大幅なコストの低減を図ることができるトンネル覆工の補強工法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】
【0020】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕トンネル覆工の補強工法において、トンネル覆工のトンネル内空側にアンカー孔を形成し、このアンカー孔にアンカーボルトを配置し、連結孔及び前記アンカーボルトに固定するための固定孔とを具備する留め金具と、前記連結孔に固定され前記留め金具を相互に連結するネジ部を有する引張材及びこの引張材を前記留め金具に連結する連結用ナットからなる留め金具組立体とを備え、この留め金具組立体を前記連結用ナットで仮組みした状態で前記アンカーボルトに前記留め金具の固定孔を合わせて固定用ナットで前記留め金具を固定した後、前記留め金具組立体の前記連結用ナットにて前記留め金具を相互に固定することを特徴とする。
【0021】
〔2〕上記〔1〕記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具組立体を前記トンネル覆工の天端側に固定し、順次トンネルの側壁側に連結することを特徴とする。
【0022】
〔3〕上記〔1〕記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具は、鋼板に複数個のナットを溶着し、このナットの孔を前記留め金具の連結孔としたことを特徴とする。
【0023】
〔4〕上記〔1〕記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具は、鋼板に複数個の厚肉の鋼管を溶着し、この鋼管の孔を前記留め金具の連結孔としたことを特徴とする。
【0024】
〔5〕上記〔1〕記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具に金属折板を固定し、この金属折板にネジ部を有する連結ロッドを配置し、この連結ロッドのヘッドは前記金属折板に溶接し、前記連結ロッドのネジ部を連結用ナットで固定するようにしたことを特徴とする。
【0025】
〔6〕上記〔1〕記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具は、前記留め金具の連結孔が形成された鋳鉄又は鋳鋼からなることを特徴とする。
【0026】
〔7〕上記〔1〕記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具は、前記留め金具の連結孔が形成された繊維補強樹脂からなることを特徴とする。
【0027】
〔8〕上記〔1〕記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具は、前記留め金具の連結孔が形成されたアルミニウム部材からなることを特徴とする。
【0028】
〔9〕上記〔3〕から〔8〕の何れか一項記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具の連結孔が3個である3孔形態を有することを特徴とする。
【0029】
〔10〕上記〔3〕から〔8〕の何れか一項記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具の連結孔が4個である4孔形態を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【0030】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
【0031】
(1)上記した従来技術としての内面補強工法では、前処理としてひび割れ注入、断面修復、下地処理、不陸修正作業が必要であるが、本発明ではこれらの作業が必要ではなく省力化が可能である。
【0032】
(2)繊維シート接着工法、鋼板接着工法では含浸・接着樹脂(エポキシ樹脂等)の塗布時に換気作業が必要であるが、本発明では不要であり、トンネルという閉空間での作業に適している。
【0033】
(3)鋼板接着工法では重量物の鋼板を人力で運搬する必要があるが、本発明では主材が引張材(全ネジボルト、繊維補強ロッド、PC鋼棒、ワイヤ+ネジ金物など)であり材料を軽量化できるため、運搬及び設置作業が容易である。
【0034】
(4)補強セントル工法では、内空余裕量として150〜200mm程度の余裕が必要であるが、本発明では75mm程度の支障量に抑えることができるため、内空余裕量として100mm程度の余裕で十分である。
【0035】
(5)本発明はトンネル覆工の補強を目的とするため、従来の補強セントルのようにトンネル下半まで設置する必要がなく、かつ根固めも不必要であるため、設置作業が省力化できる。さらに、ナットによる締め付け作業のみであるため溶接作業がなく溶接の資格者の配置が不要となるため、設置作業が簡素化でき、なおかつ有資格者を配置しないためコストダウンにつながる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0036】
本発明のトンネル覆工の補強工法は、トンネル覆工のトンネル内空側にアンカー孔を形成し、このアンカー孔にアンカーボルトを配置し、連結孔及び前記アンカーボルトに固定するための固定孔とを具備する留め金具と、前記連結孔に固定され前記留め金具を相互に連結するネジ部を有する引張材及びこの引張材を前記留め金具に連結する連結用ナットからなる留め金具組立体とを備え、この留め金具組立体を前記連結用ナットで仮組みした状態で前記アンカーボルトに前記留め金具の固定孔を合わせて固定用ナットで前記留め金具を固定した後、前記留め金具組立体の前記連結用ナットにて前記留め金具を相互に固定する。
【実施例】
【0037】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0038】
図1は本発明のトンネル覆工の補強工法の概要を示す模式図、図2は本発明の第1実施例を示すトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具の組立体の平面図、図3はその留め金具の構成図(その1)であり、図3(a)はその留め金具の平面図、図3(b)はその留め金具の側面図、図3(c)はその留め金具の正面図、図4はそのトンネル覆工の補強工法の工程図、図5はそのトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具の構成図(その2)、図6はその留め金具の構成図(その3)である。
【0039】
これらの図において、1はトンネル、Aはトンネル天端、Bはトンネル側壁、2はトンネル覆工、3はトンネルの天端に配置される留め金具組立体、4は留め金具、4Aは留め金具に形成される連結孔、4Bは留め金具4をトンネル覆工2へアンカーボルト5によって固定するための固定孔、6はアンカーボルト5により留め金具4をトンネル覆工2へ固定する固定用ナット、7は引張材としての全ネジボルト、8は全ネジボルト7を連結孔4Aへ固定する連結用ナット、9はハンマードリル、10はトンネル覆工2へ形成されるアンカー孔である。
【0040】
具体的な作業手順は、まず、トンネル天端Aのトンネル覆工2の表面〔図4(a)〕に、ハンマードリル9を用いてアンカー孔10を設け〔図4(b)〕、そのアンカー孔10に、アンカーボルト5を設置する〔図4(c)〕。次に、留め金具4に全ネジボルト7を通し、予め全ネジボルト7に通した2つの連結用ナット8で留め金具4と全ネジボルト7を仮組〔図4(d)〕したうえで、アンカーボルト5でトンネル覆工2の表面に仮止めする〔図4(e)〕。そして、順次、トンネル側壁B側に全ネジボルト7と留め金具4を仮組し〔図4(f)〕、最後に、図4(g)に示すように、アンカーボルト5で留め金具4をトンネル覆工2の表面に固定する。
【0041】
ここで、留め金具4の構成について説明する。
【0042】
(1)図3に示すように、鋼板11にナット又は高ナット(M16高ナット)12を溶接することでそのナット12の孔を連結孔14とした形態とする。なお、鋼板11には、留め金具4をトンネル覆工2の表面にアンカーボルト5によって固定するための固定孔13を形成する。また、鋼板11に厚肉の鋼管を溶接した形態とすることもできる。
【0043】
(2)また、図5及び図6に示すように、鋳鉄または鋳鋼21,31により合理的な応力状態の任意形状とした留め金具4とすることもできる。図5は4孔形態、図6は3孔形態の留め金具4をそれぞれ示している。ここで、22,32は固定孔、23〜26,33〜35は連結孔である。なお、鋳鉄または鋳鋼以外にも、繊維補強樹脂やアルミニウム部材を用いるようにしてもよい。
【0044】
図7は本発明の第2実施例を示すトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具を示す斜視図、図8はその留め金具を相互に連結する引張材を示す図、図9はその留め金具の組立体の一部分を示す図であり、図9(a)はその正面図、図9(b)はその側面図、図9(c)はその平面図である。
【0045】
この実施例では、所定間隔で配置される半円筒形状の隆起部43により連結溝42が形成された留め金具41を用いる。44は留め金具41をトンネル覆工49に固定するための固定孔である。留め金具41の連結溝42には、ヘッドにフック46と、その反対側にネジ部45を有する引張材としての連結ロッド47が通される。この連結ロッド47のネジ部45を隣接する留め金具41′の連結溝42′に対応させ、連結用ナット48で留め金具41′に固定して、留め金具41と41′を連結する。
【0046】
図10は本発明の第3実施例を示すトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具を示す斜視図、図11はその留め金具の組立体の一部分を示す図であり、図11(a)はその平面図、図11(b)はその側面図である。
【0047】
この実施例では、所定間隔で配置される矩形状の隆起部53により連結溝52が形成された留め金具51を用いる。54は留め金具51をトンネル覆工60に固定するための固定孔である。留め金具51の連結溝52に金属折板61を固定し、その金属折板61の張出部62に引張材としての連結ロッド57のヘッド56を溶接する。連結ロッド57のヘッド56の反対側にはネジ部55が形成されている。隣接する留め金具51′に固定された金属折板61′の張出部62′には鋼管58が溶接により固定されており、その鋼管58に連結ロッド57のネジ部55を通し、このネジ部55の先端部に連結用ナット59を螺合することにより留め金具51と51′とを連結する。
【0048】
上記実施例では、調整可能な引張材として、全ネジボルトや、連結ロッドを用いたが、繊維補強ロッド、PC鋼棒、ワイヤ+ネジ金物として構成することができる。
【0049】
また、留め金具としては、鋳鉄又は鋳鋼に代えて、繊維補強樹脂やアルミニウム部材を用いることができる。
【0050】
このように、
(1)従来技術としての内面補強工法では、前処理としてひび割れ注入、断面修復、下地処理、不陸修正作業が必要であるが、本発明ではこのような作業が不要であり、省力化が可能である。また、トンネルという閉空間での作業環境に適している。
【0051】
また、本発明では主材が引張材であり、鋼板接着工法に比べて材料を軽量化できるため運搬や設置作業が容易である。
【0052】
(2)本発明では支障量を75mm程度に抑えることができるためトンネル内空余裕量として100mm程度の余裕があれば施工が可能である。
【0053】
また、本発明ではトンネル覆工の補強を目的とするため、補強セントルのようにトンネル下半までの設置は不要で、かつ根固めも不必要であるため設置作業が省力化でき、さらに、ナットによる締め付け作業のみで溶接作業がなく溶接の資格者の配置が不要となるため、設置作業が簡素化でき、コストダウンにつながる。
【0054】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【0055】
本発明のトンネル覆工の補強工法は、設置作業が容易であり、しかも、大幅なコストの低減を図ることができるトンネル覆工の補強工法として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1】本発明のトンネル覆工の補強工法の概要を示す模式図である。
【図2】本発明の第1実施例を示すトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具の組立体の平面図である。
【図3】図3は本発明の第1実施例を示すトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具の構成図(その1)である。
【図4】本発明の第1実施例を示すトンネル覆工の補強工法の工程図である。
【図5】本発明の第1実施例を示すトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具の構成図(その2)である。
【図6】本発明の第1実施例を示すトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具の構成図(その3)である。
【図7】本発明の第2実施例を示すトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具を示す斜視図である。
【図8】本発明の第2実施例を示すトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具を相互に連結する引張材を示す図である。
【図9】本発明の第2実施例を示すトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具の組立体の一部分を示す図である。
【図10】本発明の第3実施例を示すトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具を示す斜視図である。
【図11】本発明の第3実施例を示すトンネル覆工の補強工法で用いる留め金具の組立体の一部分を示す図である。
【図12】従来の内面補強工の施工状況を示す図面代用の写真である。
【図13】従来の繊維シート接着工法の断面図である。
【図14】従来の鋼板接着工法の断面図である。
【図15】従来の補強セントル工法により補強されたトンネルを示す図面代用の写真である。
【符号の説明】
【0057】
1 トンネル
A トンネル天端
B トンネル側壁
2,49,60 トンネル覆工
3 留め金具組立体
4,41,51 留め金具
4A,14,23〜26,33〜35 連結孔
4B,13,22,32,44,54 固定孔
5 アンカーボルト
6 固定用ナット
7 引張材(全ネジボルト)
8,48,59 連結用ナット
9 ハンマードリル
10 アンカー孔
11 鋼板
12 ナット又は高ナット
21,31 鋳鉄または鋳鋼
41′,51′ 隣接する留め金具
42,52 連結溝
43 半円筒形状の隆起部
45,55 ネジ部
46 フック
47,57 引張材(連結ロッド)
53 矩形状の隆起部
56 ヘッド
58 鋼管
61,61′ 金属折板
62,62′ 張出部

【特許請求の範囲】
【請求項1】
(a)トンネル覆工のトンネル内空側にアンカー孔を形成し、
(b)該アンカー孔にアンカーボルトを配置し、
(c)連結孔及び前記アンカーボルトに固定するための固定孔とを具備する留め金具と、前記連結孔に固定され前記留め金具を相互に連結するネジ部を有する引張材及び該引張材を前記留め金具に連結する連結用ナットからなる留め金具組立体とを備え、
(d)該留め金具組立体を前記連結用ナットで仮組みした状態で前記アンカーボルトに前記留め金具の固定孔を合わせて固定用ナットで前記留め金具を固定した後、前記留め金具組立体の前記連結用ナットにて前記留め金具を相互に固定することを特徴とするトンネル覆工の補強工法。
【請求項2】
請求項1記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具組立体を前記トンネル覆工の天端側に固定し、順次トンネルの側壁側に連結することを特徴とするトンネル覆工の補強工法。
【請求項3】
請求項1記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具は、鋼板に複数個のナットを溶着し、該ナットの孔を前記留め金具の連結孔としたことを特徴とするトンネル覆工の補強工法。
【請求項4】
請求項1記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具は、鋼板に複数個の厚肉の鋼管を溶着し、該鋼管の孔を前記留め金具の連結孔としたことを特徴とするトンネル覆工の補強工法。
【請求項5】
請求項1記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具に金属折板を固定し、該金属折板にネジ部を有する連結ロッドを配置し、該連結ロッドのヘッドは前記金属折板に溶接し、前記連結ロッドのネジ部を連結用ナットで固定するようにしたことを特徴とするトンネル覆工の補強工法。
【請求項6】
請求項1記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具は、前記留め金具の連結孔が形成された鋳鉄又は鋳鋼からなることを特徴とするトンネル覆工の補強工法。
【請求項7】
請求項1記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具は、前記留め金具の連結孔が形成された繊維補強樹脂からなることを特徴とするトンネル覆工の補強工法。
【請求項8】
請求項1記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具は、前記留め金具の連結孔が形成されたアルミニウム部材からなることを特徴とするトンネル覆工の補強工法。
【請求項9】
請求項3から8の何れか一項記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具の連結孔が3個である3孔形態を有することを特徴とするトンネル覆工の補強工法。
【請求項10】
請求項3から8の何れか一項記載のトンネル覆工の補強工法において、前記留め金具の連結孔が4個である4孔形態を有することを特徴とするトンネル覆工の補強工法。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate

【図8】
image rotate

【図9】
image rotate

【図10】
image rotate

【図11】
image rotate

【図12】
image rotate

【図13】
image rotate

【図14】
image rotate

【図15】
image rotate


【公開番号】特開2010−77747(P2010−77747A)
【公開日】平成22年4月8日(2010.4.8)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−249668(P2008−249668)
【出願日】平成20年9月29日(2008.9.29)
【出願人】(000173784)財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【出願人】(302060926)株式会社フジタ (285)
【Fターム(参考)】