特開 2022-121244 補強構造及び補強方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022121244

(43)【公開日】2022-08-19

(54)【発明の名称】補強構造及び補強方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/04 20060101AFI20220812BHJP

   E21D 9/06 20060101ALI20220812BHJP

   E21D 13/02 20060101ALI20220812BHJP

【ＦＩ】

E21D9/04 F

E21D9/06 301D

E21D13/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021018500

(22)【出願日】2021-02-08

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(74)【代理人】

【識別番号】100182006

【弁理士】

【氏名又は名称】湯本 譲司

(72)【発明者】

【氏名】森田 大介

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 健治

【テーマコード（参考）】

2D054

2D155

【Ｆターム（参考）】

2D054AA03

2D054AA04

2D054AA05

2D054AC01

2D155AA02

2D155AA10

2D155CA01

2D155DA11

2D155KB04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】トンネルの変形をより確実に抑えることができる補強構造及び補強方法を提供する。
【解決手段】一実施形態に係る補強構造は、トンネルの軸方向に所定の間隔で配置されると共に、トンネルの周方向に延在する主桁１１を有するトンネル覆工体の補強構造であって、主桁１１に接続される支持部材２０と、支持部材２０に接続される補強部材３０と、を備え、支持部材２０は、主桁１１に溶接される接続部２１ｃと、接続部２１ｃから接続部２１ｃに交差する方向に延びる連結部２２と、接続部２１ｃ及び連結部２２が固定されていると共に、補強部材３０に接続される継手部２３と、を有し、補強部材３０によってトンネル覆工体の主桁１１が支持される。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの軸方向に所定の間隔で配置されると共に、前記トンネルの周方向に延在する主桁を有するトンネル覆工体の補強構造であって、
前記主桁に接続される支持部材と、
前記支持部材に接続される補強部材と、
を備え、
前記支持部材は、
前記主桁に溶接される接続部と、
前記接続部から前記接続部に交差する方向に延びる連結部と、
前記接続部及び前記連結部が固定されていると共に、前記補強部材に接続される継手部と、を有し、
前記補強部材によって前記トンネル覆工体の前記主桁が支持される、
補強構造。

【請求項2】

前記接続部は、前記主桁から延びると共に上下一対に並ぶフランジに設けられ、
前記連結部は、一対の前記フランジを接続するウェブである、
請求項１に記載の補強構造。

【請求項3】

前記継手部は、前記接続部及び前記連結部の前記主桁との反対側の端部に固定される継手板である、
請求項１又は２に記載の補強構造。

【請求項4】

前記支持部材は、前記主桁が挿し込まれる凹部を有する、
請求項１～３のいずれか一項に記載の補強構造。

【請求項5】

トンネルの軸方向に所定の間隔で配置されると共に、前記トンネルの周方向に延在する主桁と、前記主桁に支持されるスキンプレートを有するトンネル覆工体の補強方法であって、
前記主桁に支持部材を接続する工程と、
前記支持部材に補強部材を接続して前記主桁を支持する工程と、
前記スキンプレートを撤去する工程と、
を備え、
前記支持部材は、前記主桁に溶接される接続部と、前記接続部から前記接続部に交差する方向に延びる連結部と、前記接続部及び前記連結部が固定されていると共に前記補強部材に接続される継手部と、を有する、
補強方法。

【請求項6】

先行トンネルに対し後に施工される後行トンネルであって、前記後行トンネルの軸方向に所定の間隔で配置されると共に、前記後行トンネルの周方向に延在する主桁と前記主桁に支持されるスキンプレートを有する後行トンネル覆工体の補強方法であって、
前記後行トンネル覆工体の前記主桁に支持部材を接続する工程と、
前記支持部材に補強部材の一端を接続する工程と、
前記補強部材の他端を、前記先行トンネルの先行トンネル覆工体、又は前記先行トンネル内に設置した被支持部材と接続して、前記主桁を支持する工程と、
前記後行トンネルの前記スキンプレートを撤去する工程と、
を備え、
前記支持部材は、前記主桁に溶接される接続部と、前記接続部から前記接続部に交差する方向に延びる連結部と、前記接続部及び前記連結部が固定されていると共に前記補強部材に接続される継手部と、を有する、
補強方法。

【請求項7】

前記後行トンネルは、前記先行トンネル覆工体の一部を切削しながら構築されるものであって、
切削された前記先行トンネル覆工体を支持する先行支持構造を設ける工程を備える、
請求項６に記載の補強方法。

【請求項8】

前記支持部材を接続する工程では、前記支持部材に前記主桁が挿し込まれることによって前記主桁に前記支持部材が支持される、
請求項５～７のいずれか一項に記載の補強方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、トンネル覆工体の補強構造及び補強方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、地下構造物の施工方法が記載されている。この地下構造物は、本線シールドトンネルと支線シールドトンネルとの合流領域に施工された大断面トンネルである。地下構造物の内部には、地下構造物の軸線方向に延びる地下空洞が形成されている。地下空洞の断面積は、本線シールドトンネル及び支線シールドトンネルの外形に沿うように、地下構造物の一方端部から他方端部に向けて小さくなっている。地下構造物は、複数のシールドトンネルを連結してなる地下空洞の外郭躯体を備える。外郭躯体では、周方向に隣り合うシールドトンネルを互いに連結する連結路が構築されており、シールドトンネル及び連結路には鉄筋コンクリートが打設されている。複数のシールドトンネルは、外郭躯体において一方端部から他方端部まで延伸される全長シールドトンネルと、全長シールドトンネルよりも短い短尺シールドトンネルにより構成される。

【0003】

この地下構造物の施工方法では、地下構造物が構築される予定の場所である地下構造物予定領域の一方端部と他方端部との間において複数のシールドトンネルを周方向に構築し、複数のシールドトンネルを連結してなる外郭躯体を構築した後に、外郭躯体の内周側領域を掘削して地下空洞を形成する。そして、全長シールドトンネルを一方端部から他方端部まで延伸し、短尺シールドトンネルを一方端部から他方端部まで延伸しないように構築し、更に、外郭躯体を、その断面積が一方端部から他方端部に向けて小さくなるように構築する。

【0004】

特許文献２には、大断面トンネルの構築方法が記載されている。大断面トンネルは、本線トンネル及び支線トンネルを内包可能な大断面覆工体によって形成されている。大断面覆工体は、円筒状に並設された複数本のトンネルと、各トンネルに充填された中詰コンクリートの硬化体と、複数本のトンネルを跨ぐように配置された主筋とを備える。複数本のトンネルは、間隔をあけて形成された複数本の先行トンネルと、隣り合う先行トンネルの間に形成された後行トンネルとを含む。

【0005】

先行トンネル内には先行鉄筋及び先行中詰コンクリートが設けられており、後行トンネル内には後行鉄筋及び後行中詰コンクリートが設けられている。隣り合う先行トンネル及び後行トンネルは、一部が重なった状態で並設されている。主筋は、先行トンネル及び後行トンネルを周方向に貫通しており、大断面トンネルの径方向内側と径方向外側のそれぞれに配置されている。一対の主筋の間には、主筋に交差する方向に延びる複数のせん断補強筋が配筋されている。

【0006】

大断面トンネルの構築方法では、複数本の先行トンネルを並設し、各先行トンネル内に先行鉄筋を配筋した後に各先行トンネル内に先行中詰コンクリートを充填する。そして、互いに隣り合う先行トンネルの間に後行トンネルを構築し、後行トンネル内に後行鉄筋を配筋する。後行トンネルの構築では、隣接する先行トンネルの断面の一部を切削すると共に、後行トンネルの外面が先行中詰コンクリートに当接するように後行トンネルを構築する。より具体的には、先行トンネルと後行トンネルとの接合部において後行トンネルのスキンプレートの一部を撤去し、後行トンネルの鋼製セグメントの主桁と先行中詰コンクリートとの間にスペーサを介設する。このスペーサを介して後行トンネルの外面を先行中詰コンクリートに当接させることにより、後行トンネルの変形の抑制を図っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１８－３３９８号公報

【特許文献2】特開２０１８－１２９４５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

前述したトンネル覆工体では、鋼製セグメントの主桁とコンクリートとの間にスペーサ等の部材を介設することによってトンネルの変形の抑制を図っている。しかしながら、スペーサは主桁とコンクリートの間に設けられるので、外力が付与されたときに当該外力を適切に主桁に伝達できないことが懸念される。従って、外力が付与されたときに、外力を主桁に適切に伝達してトンネルの変形をより確実に抑えることが求められる。

【0009】

本開示は、トンネルの変形をより確実に抑えることができる補強構造及び補強方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】

【0010】

本開示に係る補強構造は、トンネルの軸方向に所定の間隔で配置されると共に、トンネルの周方向に延在する主桁を有するトンネル覆工体の補強構造であって、主桁に接続される支持部材と、支持部材に接続される補強部材と、を備え、支持部材は、主桁に溶接される接続部と、接続部から接続部に交差する方向に延びる連結部と、接続部及び連結部が固定されていると共に、補強部材に接続される継手部と、を有し、補強部材によってトンネル覆工体の主桁が支持される。

【0011】

この補強構造では、支持部材を介して外力を直接主桁に伝達できるので、外力を主桁に適切に伝達してトンネルの変形を確実に抑えることができる。また、支持部材は、主桁に接続される接続部と、接続部に交差する方向に延びる連結部と、接続部及び連結部に固定される継手部とを備え、接続部は主桁に溶接されると共に継手部は補強部材に接続される。従って、接続部、連結部及び継手部によって支持部材の強度を高めることができるので、外力を適切に主桁に伝達できると共にトンネルの変形をより確実に抑制することができる。

【0012】

接続部は、主桁から延びると共に上下一対に並ぶフランジに設けられ、連結部は、一対のフランジを接続するウェブであってもよい。この場合、Ｈ形鋼等の形鋼を支持部材として用いることができるので、汎用性が高い支持部材とすることが可能となる。

【0013】

継手部は、接続部及び連結部の主桁との反対側の端部に固定される継手板であってもよい。この場合、補強部材及び支持部材を介した主桁への外力の伝達をより直接的に行ってより強固な補強構造とすることができる。

【0014】

支持部材は、主桁が挿し込まれる凹部を有してもよい。この場合、支持部材を主桁に容易に取り付けることができるので、トンネル施工の施工性を向上させることができる。

【0015】

本開示の一側面に係る補強方法は、トンネルの軸方向に所定の間隔で配置されると共に、トンネルの周方向に延在する主桁と、主桁に支持されるスキンプレートを有するトンネル覆工体の補強方法であって、主桁に支持部材を接続する工程と、支持部材に補強部材を接続して主桁を支持する工程と、スキンプレートを撤去する工程と、を備え、支持部材は、主桁に溶接される接続部と、接続部から接続部に交差する方向に延びる連結部と、接続部及び連結部が固定されていると共に補強部材に接続される継手部と、を有する。

【0016】

この補強方法では、支持部材を介して外力を直接主桁に伝達できるので、外力を主桁に適切に伝達してトンネルの変形を確実に抑えることができる。支持部材は、主桁に接続される接続部と、接続部に交差する方向に延びる連結部と、接続部及び連結部に固定される継手部とを備え、接続部は主桁に溶接されると共に継手部は補強部材に接続される。従って、接続部、連結部及び継手部によって支持部材の強度を高めることができるので、外力を適切に主桁に伝達できると共にトンネルの変形をより確実に抑制することができる。

【0017】

本開示の別の側面に係る補強方法は、先行トンネルに対し後に施工される後行トンネルであって、後行トンネルの軸方向に所定の間隔で配置されると共に、後行トンネルの周方向に延在する主桁と、主桁に支持されるスキンプレートを有する後行トンネル覆工体の補強方法であって、後行トンネル覆工体の主桁に支持部材を接続する工程と、支持部材に補強部材の一端を接続する工程と、補強部材の他端を、先行トンネルの先行トンネル覆工体、又は先行トンネル内に設置した被支持部材と接続して、主桁を支持する工程と、後行トンネルのスキンプレートを撤去する工程と、を備え、支持部材は、主桁に溶接される接続部と、接続部から接続部に交差する方向に延びる連結部と、接続部及び連結部が固定されていると共に補強部材に接続される継手部と、を有する。

【0018】

この補強方法では、補強部材及び支持部材を介して外力が主桁に伝達されるので、外力に主桁を適切に伝達してトンネルの変形を確実に抑制することができる。また、支持部材は、前述と同様、主桁に接続される接続部、連結部及び継手部を有し、接続部が主桁に溶接されると共に継手部が補強部材に接続される。従って、接続部、連結部及び継手部によって外力を適切に主桁に伝達してトンネルの変形をより確実に抑制することができる。

【0019】

後行トンネルは、先行トンネル覆工体の一部を切削しながら構築されるものであって、切削された先行トンネル覆工体を支持する先行支持構造を設ける工程を備えてもよい。この場合、先行トンネル覆工体の切削された部分を先行支持構造によって支持することができる。

【0020】

支持部材を接続する工程では、支持部材に主桁が挿し込まれることによって主桁に支持部材が設置されてもよい。この場合、主桁に支持部材を挿し込むことによって支持部材の設置を行えるので、支持部材を容易に主桁に取り付けることができる。よって、トンネル施工の施工性を向上させることができる。

【発明の効果】

【0021】

本開示によれば、トンネルの変形をより確実に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】第１実施形態に係るトンネル覆工体の補強構造を模式的に示す断面図である。

【図2】トンネル覆工体の主桁、支持部材及び補強部材を示す断面図である。

【図3】図２のＡ－Ａ線に沿って見た矢視図である。

【図4】第２実施形態に係る先行トンネル覆工体及び後行トンネル覆工体の補強構造を模式的に示す断面図である。

【図5】図４の後行トンネル覆工体の主桁、支持部材及び補強部材を示す断面図である。

【図6】実施形態に係る先行トンネル覆工体及び後行トンネル覆工体の補強方法の工程を示す図である。

【図7】図６の続きの工程を示す図である。

【図8】図７の続きの工程を示す図である。

【図9】図８の続きの工程を示す図である。

【図10】図９の続きの工程を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下では、図面を参照しながら本開示に係る補強構造及び補強方法の実施形態について説明する。図面の説明において、同一又は相当する要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、図面は、理解の容易化のため、一部を簡略化又は誇張して描いている場合があり、寸法比率等は図面に記載のものに限定されない。

【0024】

（第１実施形態）
本実施形態に係る補強構造１及び補強方法は、例えば、２体のトンネル覆工体のトンネル間補強を行う補強構造及び補強方法である。一例としての補強構造１は、地下に設けられた２体のトンネル覆工体の切拡げ構造である。すなわち、補強構造１は、２体のトンネル覆工体の切開き躯体を構成する。本実施形態に係る補強方法は、２体のトンネル覆工体の切拡げ方法であって、例えば、２体のトンネル覆工体の切開き施工において実行される。

【0025】

例えば、補強構造１は、２体のトンネル覆工体の一方である先行トンネル覆工体２Ａと、２体のトンネル覆工体の他方である後行トンネル覆工体２Ｂとの間に介在した状態で先行トンネル覆工体２Ａ及び後行トンネル覆工体２Ｂを補強する。先行トンネル覆工体２Ａ及び後行トンネル覆工体２Ｂは、先行トンネル覆工体２Ａ及び後行トンネル覆工体２Ｂが互いに対向する対向方向Ｄ４に沿って並んでいる。先行トンネル覆工体２Ａ及び後行トンネル覆工体２Ｂのそれぞれは、例えば、シールド掘進工法又はシールド推進工法によって施工された外郭躯体を含むシールドトンネルである。

【0026】

シールドトンネルでは、シールド掘進機が地中を掘進しながら当該シールド掘進機の後方でトンネルの壁面となるセグメント１０が組み立てられる。シールド掘進機を掘進して組み立てられたセグメント１０は、先行トンネル覆工体２Ａ（先行トンネル）及び後行トンネル覆工体２Ｂ（後行トンネル）のそれぞれの外郭となる。以下では、先行トンネル覆工体２Ａと後行トンネル覆工体２Ｂを識別する必要がないときには、先行トンネル覆工体２Ａ及び後行トンネル覆工体２Ｂをまとめてトンネル覆工体２として説明する。

【0027】

例えば、トンネル覆工体２には、トンネル内部補強用支保工４が設けられる。一例として、トンネル内部補強用支保工４は、鉛直方向Ｄ１に延びる第１支保工４ｂと、第１支保工４ｂの上端部から先行トンネル覆工体２Ａ及び後行トンネル覆工体２Ｂが互いに対向する対向領域Ａに向かって斜め下方に延びる第２支保工４ｃとを含む。第１支保工４ｂは、トンネル覆工体２の内周面Ｓに設置される一対の支持部４ｄと、一対の支持部４ｄを互いに接続する棒状部４ｆとを有する。第２支保工４ｃは、トンネル覆工体２の内周面Ｓにおける対向領域Ａの隣接位置に設けられる支持部４ｇと、支持部４ｄ及び支持部４ｇを互いに接続する棒状部４ｈとを有する。しかしながら、トンネル内部補強用支保工４の構成は、上記の第１支保工４ｂ及び第２支保工４ｃの例に限られず適宜変更可能である。

【0028】

例えば、トンネル覆工体２は、複数のセグメント１０を含む。複数のセグメント１０がトンネルの軸方向Ｄ２に沿って連結されることによってトンネルが構築される。セグメント１０は、主桁１１と、スキンプレート１２と、複数の縦リブ１３（図２参照）とを備える。なお、図１では、トンネル覆工体２の全体の理解の容易化のため、セグメント１０の図示を簡略化している。

【0029】

補強構造１は、主桁１１に接続される支持部材２０と、支持部材２０に接続される補強部材３０とを備える。支持部材２０は、トンネル覆工体２の外郭を支持する部材であって、トンネル覆工体２と補強部材３０の間に介在する。支持部材２０については後に詳述する。補強部材３０は、例えば、一対のトンネル覆工体２の間に介在して一対のトンネル覆工体２を補強する突っ張り材として機能する。具体的には、補強部材３０は、先行トンネル覆工体２Ａに接続する支持部材２０と、後行トンネル覆工体２Ｂに接続する支持部材２０とを互いに接続して支持する。

【0030】

例えば、補強構造１は、鉛直方向Ｄ１に沿って並ぶ複数の補強部材３０を備える。補強部材３０は、例えば、地山の掘削に伴って徐々に設置される部材である。すなわち、先行トンネル覆工体２Ａと後行トンネル覆工体２Ｂの間の地山の掘削に伴って上側に位置する補強部材３０が設置され、更に、補強部材３０の下方の地山が掘削された後に下側の補強部材３０が設置される。図１の例では、トンネル覆工体２の上側、下側、及び鉛直方向Ｄ１の中央、のそれぞれに補強部材３０が設置されている。一例として、トンネル覆工体２の上側に２本、トンネル覆工体２の下側に１本、トンネル覆工体２の鉛直方向Ｄ１の中央に１本、の補強部材３０がそれぞれ設置されている。

【0031】

補強部材３０は、対向方向Ｄ４に延在する切梁（中間部材）３１と、一対の切梁３１の間に介在するジャッキ３２と、一対の支持部材２０のそれぞれに連結された腹起し３３とを有する。腹起し３３は、支持部材２０と切梁３１の間において軸方向Ｄ２に延在して、トンネル覆工体２から作用する圧力を切梁３１に伝達している。切梁３１は、腹起し３３とジャッキ３２の間において対向方向Ｄ４に延在している。ジャッキ３２は、油圧ジャッキであってもよいし、キリンジャッキであってもよく、ジャッキ３２の種類は特に限定されない。ジャッキ３２は、先行トンネル覆工体２Ａに向かって延びる切梁３１と、後行トンネル覆工体２Ｂに向かって延びる切梁３１との間において、各切梁３１を対向方向Ｄ４に支持している伸縮自在な部材である。支持部材２０及び補強部材３０はコンクリートに埋設され、例えば、断面視コの字状の構造物Ｂを構成する。

【0032】

図２は、セグメント１０、支持部材２０、及び補強部材３０の一部を拡大した側断面図である。図３は、図２のＡ－Ａに沿った矢視図である。図２及び図３に示されるように、主桁１１は、トンネル覆工体２の周方向Ｄ３に延びる鋼製主桁である。スキンプレート１２は、トンネル覆工体２の外周面を構成する部材である。スキンプレート１２は、主桁１１の外周側に連結されて、トンネル覆工体２と地山とを区分する。

【0033】

スキンプレート１２は、例えば、円弧状断面を有する曲板状の鋼材によって構成されており、トンネル覆工体２と地山とを区分する隔壁として機能する。支持部材２０が設けられる部位のスキンプレート１２は、支持部材２０が設けられる前に予め切除され撤去されている。図３では、切除されたスキンプレート１２を２点鎖線で示している。主桁１１は、例えば、軸方向Ｄ２に沿って並ぶ中主桁１１Ａ及び外主桁１１Ｂを含んでいる。主桁１１は、トンネルの周方向Ｄ３、及びトンネルの径方向に延在すると共に軸方向Ｄ２に板厚を有する板状部１１ｂを有する。縦リブ１３は、トンネルの軸方向Ｄ２、及びトンネルの径方向に延在すると共に周方向Ｄ３に板厚を有するリブであって、周方向Ｄ３に沿って複数の縦リブ１３が並ぶように配置されている。

【0034】

支持部材２０は、主桁１１に接合される接合部２１と、接合部２１から延びる連結部２２と、補強部材３０に連結される継手部２３を備える。連結部２２は、継手部２３に固定されている。接合部２１は、主桁１１に接続される接続部２１ｃを有する。例えば、接続部２１ｃは、上下一対に並ぶフランジの一部であり、連結部２２は上下一対に並ぶフランジの接続部２１ｃ以外の他部と当該一対のフランジを連結するウェブである。

【0035】

接続部２１ｃは、例えば、板状を呈する部材の一部に構成される。一例として、板状を呈する部材は、軸方向Ｄ２及び対向方向Ｄ４に延びると共に鉛直方向Ｄ１に板厚を有する。接続部２１ｃは、例えば、主桁１１に対向する端面２１ｂに設けられる。接続部２１ｃは、例えば、主桁１１が挿し込まれる凹部（凹形状）である。当該凹部に主桁１１の板状部１１ｂが挿し込まれた状態で主桁１１に支持部材２０が溶接される。この場合、主桁１１及び支持部材２０の接続構造をねじれ等に強い構造とすることができ、更に、主桁１１に対する接続部２１ｃの接続を挿し込みによって容易に行うことができる。一例として、接続部２１ｃは、端面２１ｂの軸方向Ｄ２の中央において対向方向Ｄ４に窪んでいる。しかしながら、接続部の態様は、凹部である接続部２１ｃに限られない。例えば、接続部はフランジ形状の貫通孔を有する鋼材とボルトナットからなり、主桁１１と支持部材２０とを接続するものであればよく、接続部の態様は適宜変更可能である。

【0036】

連結部２２は、連結部２２は、例えば、板状を呈する。連結部２２は、鉛直方向Ｄ１及び対向方向Ｄ４の双方に延在すると共に軸方向Ｄ２に板厚を有する。連結部２２は主桁１１に対向する端面２２ｂを有し、端面２２ｂは主桁１１に沿って延在している。図２の例では、端面２２ｂは主桁１１に沿って斜めに延在している。

【0037】

継手部２３は、支持部材２０と補強部材３０とを互いに接続する継ぎ手として機能する継手板である。継手部２３は、接続部２１ｃ及び連結部２２の主桁１１との反対側に位置する。継手部２３は、鉛直方向Ｄ１及び軸方向Ｄ２の双方に延在すると共に対向方向Ｄ４に板厚を有する。例えば、継手部２３は、連結部２２に溶接によって固定されている。継手部２３は、例えば、ボルトナット固定部材Ｂ１によって補強部材３０（腹起し３３）に固定される。

【0038】

腹起し３３は、例えば、一対のフランジ３３ｂとウェブ３３ｃとを備える形鋼（一例としてＨ形鋼）である。一対のフランジ３３ｂは対向方向Ｄ４に並んでおり、ウェブ３３ｃは一対のフランジ３３ｂを互いに接続する。フランジ３３ｂは、鉛直方向Ｄ１及び軸方向Ｄ２の双方に延在すると共に対向方向Ｄ４に板厚を有する。ウェブ３３ｃは、軸方向Ｄ２及び対向方向Ｄ４の双方に延在すると共に鉛直方向Ｄ１に板厚を有する。

【0039】

一対のフランジ３３ｂのうち、主桁１１側に位置するフランジ３３ｂに継手部２３がボルトナット固定部材Ｂ１によって接合されている。腹起し３３は、例えば、スティフナー３３ｄを備える。スティフナー３３ｄはＬ形状を呈する。スティフナー３３ｄは、フランジ３３ｂの内面に接触する第１面部３３ｆと、第１面部３３ｆから折れ曲がると共にウェブ３３ｃに接触する第２面部３３ｇとを有する。

【0040】

スティフナー３３ｄは、その第１面部３３ｆがボルトナット固定部材Ｂ２を介してフランジ３３ｂに接合されている。例えば、腹起し３３は複数のスティフナー３３ｄを備える。各スティフナー３３ｄは、支持部材２０の対向方向Ｄ４の延長上、及び切梁３１の対向方向Ｄ４の延長上、のそれぞれに接合されている。このように腹起し３３がスティフナー３３ｄを備えることによって、腹起し３３の剛性を高めることができる。

【0041】

補強部材３０は、例えば、切梁３１を腹起し３３に接合する接合板３４を備える。接合板３４は、切梁３１の対向方向Ｄ４の端部に溶接固定されている。接合板３４は、鉛直方向Ｄ１及び軸方向Ｄ２の双方に延在すると共に、対向方向Ｄ４に板厚を有する。接合板３４は、腹起し３３のフランジ３３ｂにボルトナット固定部材Ｂ３を介して接合されている。例えば、切梁３１の軸方向Ｄ２の位置は、支持部材２０の軸方向Ｄ２の位置からずれている。

【0042】

切梁３１の軸方向Ｄ２の位置は、支持部材２０の軸方向Ｄ２の位置に隣接している。切梁３１は、一対のフランジ３１ｂとウェブ３１ｃとを備える形鋼（一例としてＨ形鋼）である。一対のフランジ３１ｂは鉛直方向Ｄ１に並んでおり、ウェブ３１ｃは一対のフランジ３１ｂを互いに接続する。フランジ３１ｂは、軸方向Ｄ２及び対向方向Ｄ４の双方に延在すると共に鉛直方向Ｄ１に板厚を有する。ウェブ３１ｃは、鉛直方向Ｄ１及び対向方向Ｄ４の双方に延在すると共に軸方向Ｄ２に板厚を有する。フランジ３１ｂ及びウェブ３１ｃのそれぞれが接合板３４を介してボルトナット固定部材Ｂ３によって腹起し３３に接合されている。

【0043】

次に、本実施形態に係る補強方法について説明する。まず、図１に示されるように、先行トンネル覆工体２Ａを構築する（先行トンネル覆工体を構築する工程）。このとき、トンネルの施工予定領域において軸方向Ｄ２に延伸する先行トンネル覆工体２Ａを構築する。先行トンネル覆工体２Ａの構築ではシールド掘進機が用いられ、シールド掘進機によって地山を掘進しつつ先行トンネル覆工体２Ａが構築される。

【0044】

次に、後行トンネル覆工体２Ｂを構築する（後行トンネル覆工体を構築する工程）。このとき、トンネルの施工予定領域における先行トンネル覆工体２Ａの隣接位置に、軸方向Ｄ２に延伸する後行トンネル覆工体２Ｂを構築する。後行トンネル覆工体２Ｂの構築でもシールド掘進機が用いられ、シールド掘進機によって地山を掘進しつつ後行トンネル覆工体２Ｂが構築される。

【0045】

続いて、図２及び図３に示されるように、トンネル覆工体２（例えば、後行トンネル覆工体２Ｂ）の主桁１１に支持部材２０を接続する。具体的には、セグメント１０のスキンプレート１２の一部を切除して切除したスキンプレート１２を撤去する（スキンプレートを撤去する工程）。そして、主桁１１に支持部材２０の接続部２１ｃを接続する（支持部材を接続する工程）。具体的には、主桁１１の板状部１１ｂを支持部材２０の接続部２１ｃに嵌め込むことによって、主桁１１に対する支持部材２０の接続を行う。なお、接続部２１ｃに板状部１１ｂが挿し込まれた状態で板状部１１ｂに接続部２１ｃが溶接固定される。

【0046】

以上のように主桁１１に支持部材２０が接続された後には、支持部材２０に補強部材３０を接続して主桁１１を支持する（主桁を支持する工程）。具体的には、継手部２３にスティフナー３３ｄ付きの腹起し３３をボルトナット固定部材Ｂ１によって固定する。図１～図３に示されるように、接合板３４を支持部材２０の軸方向Ｄ２の隣接位置に接合し、切梁３１を腹起し３３にボルトナット固定部材Ｂ３によって固定することにより、補強部材３０の一端を支持部材２０に接続する（補強部材の一端を接続する工程）。

【0047】

続いて、支持部材２０（被支持部材）の接続、及び切梁３１の設置を先行トンネル覆工体２Ａにも行う。なお、先行トンネル覆工体２Ａ（先行トンネル覆工体２Ａの主桁）には支持部材２０（被支持部材）が設置されている。補強部材３０の後行トンネル（後行トンネル覆工体２Ｂ）との反対側の端部は、先行トンネル覆工体２Ａに設置された被支持部材に接続される。そして、ジャッキ３２を設置して主桁１１を支持し（主桁を支持する工程）、補強部材３０を完成させる。

【0048】

支持部材２０及び補強部材３０の設置は、例えば、地山の掘削に伴って上から順次行われる。そして、最下部の支持部材２０及び補強部材３０の設置が完了した後に、コンクリートで埋設して構造物Ｂを構築する（補強部材を埋設する工程）。その後、一連の工程が完了する。

【0049】

次に、本実施形態に係る補強構造１及び補強方法の作用効果について説明する。補強構造１では、トンネル覆工体２において、複数の主桁１１がトンネルの軸方向Ｄ２に並ぶように配置されると共に、複数の主桁１１のそれぞれがトンネルの周方向Ｄ３に延びるように配置されている。補強構造１は、主桁１１を支持する支持部材２０と、支持部材２０を補強する補強部材３０とを備え、補強部材３０によってトンネル覆工体２の主桁１１が支持される。

【0050】

支持部材２０は主桁１１と補強部材３０との間に介在しており、外力が付与されたときに当該外力は補強部材３０から支持部材２０を介して主桁１１に伝達される。従って、支持部材２０を介して外力を直接主桁１１に伝達できるので、外力を主桁１１に適切に伝達してトンネルの変形を確実に抑えることができる。

【0051】

図２及び図３に示されるように、支持部材２０は、主桁１１に接続される接続部２１ｃと、接続部２１ｃに交差する方向に延びる連結部２２と、接続部２１ｃ及び連結部２２に固定される継手部２３とを備え、接続部２１ｃは主桁１１に溶接されると共に継手部２３は補強部材３０に接続される。従って、接続部２１ｃ、連結部２２及び継手部２３によって支持部材２０の強度を高めることができるので、外力を適切に主桁１１に伝達できると共にトンネルの変形をより確実に抑制することができる。

【0052】

接続部２１ｃは、主桁１１から延びると共に上下一対に並ぶフランジ（接合部２１）に設けられており、連結部２２は、一対のフランジを接続するウェブであってもよい。この場合、Ｈ形鋼等の形鋼を支持部材として用いることができるので、汎用性が高い支持部材２０とすることが可能となる。

【0053】

継手部２３は、接続部２１ｃ及び連結部２２の主桁１１との反対側の端部に固定される継手板であってもよい。この場合、継手部２３を介して補強部材３０に支持部材２０を強固に接続できるので、補強部材３０及び支持部材２０を介した主桁１１への外力の伝達をより直接的に行ってより強固な補強構造１とすることができる。

【0054】

接続部２１ｃは、主桁１１が挿し込まれる凹部であってもよい。この場合、接続部２１ｃに主桁１１を挿し込むことによって主桁１１に支持部材２０を取り付けることができる。従って、支持部材２０を主桁１１に容易に取り付けることができるので、トンネル施工の施工性を向上させることができる。

【0055】

本実施形態に係る補強方法では、先行トンネル覆工体２Ａ及び後行トンネル覆工体２Ｂのそれぞれにおいて、複数の主桁１１がトンネルの軸方向Ｄ２に並ぶように配置されると共に、各主桁１１がトンネルの周方向Ｄ３に延びるように配置されている。この補強方法では、スキンプレート１２が撤去され、主桁１１に支持部材２０が接続され、支持部材２０に補強部材３０が接続され、補強部材３０によって主桁１１が支持される。支持部材２０は主桁１１と補強部材３０との間に介在しており、外力が付与されたときに当該外力は補強部材３０から支持部材２０を介して主桁１１に伝達される。

【0056】

従って、支持部材２０を介して外力を直接主桁１１に伝達できるので、外力を主桁１１に適切に伝達してトンネルの変形を確実に抑えることができる。支持部材２０は、主桁１１に接続される接続部２１ｃと、接続部２１ｃに交差する方向に延びる連結部２２と、接続部２１ｃ及び連結部２２に固定される継手部２３とを備え、接続部２１ｃは主桁１１に溶接されると共に継手部２３は補強部材３０に接続される。従って、接続部２１ｃ、連結部２２及び継手部２３によって支持部材２０の強度を高めることができるので、外力を適切に主桁１１に伝達できると共にトンネルの変形をより確実に抑制することができる。

【0057】

支持部材２０を設置する工程では、支持部材２０に主桁１１が挿し込まれることによって主桁１１に支持部材２０が設置されてもよい。この場合、主桁１１に支持部材２０を挿し込むことによって支持部材２０の設置を行えるので、支持部材２０を容易に主桁１１に取り付けることができる。よって、トンネル施工の施工性を向上させることができる。

【0058】

本実施形態に係る補強方法は、補強部材３０を設置する工程の後に、コンクリートで補強部材３０を埋設する工程を備えてもよい。この場合、補強部材３０によって先行トンネル覆工体２Ａ及び後行トンネル覆工体２Ｂを補強した状態でコンクリートが埋設される。よって、トンネル構造を強固にできると共にコンクリートの埋設によってトンネル施工が完了する。すなわち、補強部材３０等の撤去を不要とすることができるので、トンネル施工の施工性を一層向上させることができる。

【0059】

（第２実施形態）
続いて、第２実施形態に係る補強構造５１及び補強方法について図４を参照しながら説明する。図４に示されるように、第２実施形態に係る補強構造５１は、一例として、鋼板コンクリート構造物６０に設けられる。鋼板コンクリート構造物６０は、例えば、先行トンネル７０の先行トンネル覆工体７１に配置された先行支持構造７２と、先行トンネル７０の後に施工された後行トンネル８０の後行トンネル覆工体８１に配置された後行支持構造８２と、先行トンネル覆工体７１及び後行トンネル覆工体８１に打設される躯体コンクリートとを備える。

【0060】

補強構造５１では、鋼板を埋設型枠として、先行支持構造７２と後行支持構造８２を巻き込んで埋設して躯体コンクリートが打設されて硬化することによって鋼板コンクリート構造物６０が構成される。先行支持構造７２は、先行トンネル覆工体７１及び後行トンネル覆工体８１が並設される方向である第１方向Ａ１に延びる複数の先行型鋼７３と、第１方向Ａ１に直交する第２方向Ａ２に延びる複数の支保工７４とを備える。後行支持構造８２は、例えば、複数の後行型鋼８３を備える。また、先行トンネル覆工体７１の支保工７４は、第２方向Ａ２に延在する支保工７４の連結部材である先行型鋼７３で接続、支持される。鋼板コンクリート構造物６０は、更に、先行トンネル覆工体７１の内部に配置される先行型鋼７３と、後行トンネル覆工体８１の内部に配置される後行型鋼８３とに架け渡され、接続する中間型鋼１１０を備える。

【0061】

図５は、先行トンネル７０と後行トンネル８０の境界付近を拡大した断面図である。図５に示されるように、後行トンネル覆工体８１は、シールド掘進機が先行トンネル７０の先行トンネル覆工体７１と、先行トンネル覆工体７１の内部に充填された充填材を切削しながら構築される。この切削と並行して裏込め材８５が注入され硬化した裏込め材８５が形成されている。後行トンネル覆工体８１は主桁８４とスキンプレート８６とを備える。スキンプレート８６の一部は撤去されている。補強構造５１は、後行トンネル覆工体８１の主桁８４に接続される支持部材９０と、支持部材９０に接続される補強部材１００とを備える。支持部材９０は、前述した支持部材２０と同様、接続部９１と、連結部９２と、継手部９３とを備える。

【0062】

接続部９１は主桁８４に溶接されており、連結部９２は接続部９１から接続部９１に交差する方向に延びている。継手部９３には接続部９１及び連結部９２が固定されており、継手部９３は補強部材１００に接続されている。補強部材１００は、後行トンネル覆工体８１の主桁８４を支持する突っ張り材であり、先行トンネル覆工体７１に配置された支保工７４から反力を受けて支持される。主桁８４の先行トンネル覆工体７１側には裏込め材８５が充填されており、支持部材９０は裏込め材８５をつぼ掘り（局所掘り）して少なくとも一部を撤去した状態で設置されている。裏込め材８５と支保工７４との間には、例えば、充填材８８が充填されている。充填材８８は、一例として、エアモルタルである。補強部材１００は、充填材８８をつぼ掘り（局所掘り）して少なくとも一部を撤去した状態で設置されている。

【0063】

次に、第２実施形態に係るトンネルの補強方法について説明する。図６に示されるように、まず、先行トンネル７０を施工する。先行トンネル７０の施工では、先行シールド掘進を行う。先行シールド掘進では、先行トンネル覆工体７１の鋼製セグメントピース７１ｂと切削可能セグメントピース７１ｃにより構築され、各セグメントピースとスキンプレートとの間に形成されるテールクリアランスに裏込め材８５が充填される。そして、先行トンネル覆工体７１を支持する先行支持構造７２を設置する（先行支持構造を設ける工程）。このとき、後行シールド掘進時の内部支保のためのコンクリートＣを打設して、切削予定エリアＲに充填材８８（エアモルタル）を打設する。なお、この充填材８８は、後行シールド掘進時における地山保持のために設けられる。

【0064】

以上のように先行トンネル７０を施工した後には、図７に示されるように、後行トンネル８０を施工する。後行トンネル８０の施工では後行シールド掘進を行い、先行トンネル覆工体７１の切削可能セグメントピース７１ｃと切削予定エリアＲの充填材８８（エアモルタル）を切削しながら掘進する。後行シールド掘進では主桁８４を含む鋼製セグメントが構築される。このとき、先行シールド掘進のときと同様、裏込め材８５が充填される。具体的には、裏込め材８５は、切削予定エリアＲの充填材８８（エアモルタル）と切削可能セグメントピース７１ｃの未切削部分と、後行トンネル８０の後行トンネル覆工体８１の間隙に充填される。

【0065】

主桁８４を含む後行トンネル８０の鋼製セグメントを構築した後には、図７及び図８に示されるように、まず、支保工７４に対向する切削予定エリアＲの充填材８８と裏込め材８５のつぼ掘り（局所掘り）を行い、また、スキンプレート８６の一部も撤去される（スキンプレートを撤去する工程）。その結果、支保工７４と主桁８４が対向する空間が形成される。このとき、先行トンネル覆工体７１の隔壁又は先行支持構造７２を露出させる。そして、スキンプレート８６が撤去された部分の主桁８４に支持部材９０を設置する（支持部材を設置する工程）。このとき、例えば、上下一対の支持部材９０のそれぞれに主桁８４を挿し込んで各主桁８４に各支持部材９０を取り付ける。次に、支持部材９０に補強部材１００の一端を接続する（補強部材の一端を接続する工程）。そして、先行トンネル７０内に設置された被支持部材である支保工７４に補強部材１００の他端を接続し、補強部材１００によって主桁８４を支持する（主桁を支持する工程）。先行トンネル覆工体７１の内部に配置された支保工７４、補強部材１００及び支持部材９０を介して主桁８４が支持されるので、後行トンネル覆工体８１の変形を防止できる。従って、主桁８４を支持した後に、残りの後行トンネル覆工体８１のスキンプレート８６、後行トンネル８０の裏込め材８５、先行トンネル覆工体７１の内部の充填材８８を撤去して、以降の作業空間を確保できる。すなわち、後行トンネル８０の掘進、後行トンネル覆工体８１構築後に、そのまま先行トンネル７０の充填材８８（エアモルタル）と後行トンネルの裏込め材８５を撤去して作業空間を確保しようとすると、後行トンネル覆工体８１の当該部分の主桁８４は支持力が不足して変形する恐れがあるが、第２実施形態においては、後行トンネル覆工体８１の変形を防止でき安全に作業空間を確保できる。

【0066】

そして、図９及び図１０に示されるように、後行トンネル覆工体８１の内部に後行支持構造８２を配置する（後行支持構造を配置する工程）。このとき配置される後行支持構造８２は、先行支持構造７２と同様、第１方向Ａ１に延びる複数の後行型鋼８３と、第２方向Ａ２に延びる複数の支保工８７とを備える。そして、中間型鋼１１０を、後行型鋼８３と先行型鋼７３の間に架け渡し配置して、後行型鋼８３と先行型鋼７３に接続する。中間型鋼１１０と後行型鋼８３は、第１方向Ａ１に沿って並ぶ一対の先行型鋼７３同士を互いに連結する継手鋼材である。このとき、例えば、第２方向Ａ２に並ぶ一対の後行型鋼８３が設置される。その後、一対の後行型鋼８３を互いに連結する複数のせん断鋼材及び配力鋼材を設置する。そして、後行シールド内へのエアモルタルの設置、並びに、先行トンネル覆工体７１の内部、及び後行トンネル覆工体８１の内部への躯体コンクリートの打設を行った後に補強構造５１が完成し、一連の工程が終了する。先行支持構造７２の第１方向Ａ１の両端に位置する支保工７４，７４は、先行トンネル７０の先行トンネル覆工体７１の両端に配置される後行トンネル８０の後行トンネル覆工体８１，８１の主桁８４，８４のそれぞれに設けられる支持部材９０と、支持部材９０に接続される補強部材１００を介して支持する。

【0067】

以上、第２実施形態に係る補強構造５１では、支持部材９０が主桁８４と補強部材１００との間に介在している。よって、外力が付与されたときに当該外力は補強部材１００から支持部材９０を介して主桁８４に伝達される。従って、支持部材９０を介して外力を直接主桁８４に伝達できるので、第１実施形態と同様、外力を主桁８４に適切に伝達して先行トンネル７０及び後行トンネル８０の変形を確実に抑えることができる。

【0068】

また、第２実施形態に係るトンネルの補強方法では、先行トンネル７０の後に施工される後行トンネル８０の後行トンネル覆工体８１の主桁８４に支持部材９０を接続し、支持部材９０には補強部材１００の一端が接続される。補強部材１００の他端は、先行トンネル７０内に設置された被支持部材（支保工７４）に接続される。従って、被支持部材、補強部材１００及び支持部材９０を介して外力が主桁８４に伝達されるので、外力を主桁８４に適切に伝達してトンネルの変形を確実に抑制することができる。

【0069】

図５に示されるように、支持部材９０は、前述と同様、主桁８４に接続される接続部９１、連結部９２及び継手部９３を有し、接続部９１が主桁８４に溶接されると共に継手部９３が補強部材１００に接続される。従って、接続部９１、連結部９２及び継手部９３によって外力を適切に主桁８４に伝達してトンネルの変形をより確実に抑制することができる。

【0070】

第２実施形態において、後行トンネル８０は、先行トンネル覆工体７１の一部を切削しながら構築されるものであって、切削された先行トンネル覆工体７１を支持する先行支持構造７２を設ける工程を備える。よって、先行トンネル覆工体７１の一部が切削されながら後行トンネル８０が構築され、切削された先行トンネル覆工体７１が先行支持構造７２によって支持される。従って、先行トンネル覆工体７１の切削された部分を先行支持構造７２によって支持することができる。

【0071】

以上、本開示に係る補強構造及び補強方法の種々の実施形態について説明した。しかしながら、本開示に係る補強構造及び補強方法は、種々の実施形態の一部同士の組み合わせであってもよい。すなわち、前述した第１実施形態の一部、及び第２実施形態の一部が組み合わされたものであってもよい。

【0072】

また、本開示に係る補強構造及び補強方法は、前述した種々の実施形態に対して更に変形することが可能である。すなわち、補強構造の各部の構成、形状、大きさ、数、材料及び配置態様、並びに補強方法の工程の内容及び順序は、特許請求の範囲に記載した要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0073】

１…補強構造、２…トンネル覆工体、２Ａ…先行トンネル覆工体、２Ｂ…後行トンネル覆工体、４…トンネル内部補強用支保工、４ｂ…第１支保工、４ｃ…第２支保工、４ｄ…支持部、４ｆ…棒状部、４ｇ…支持部、４ｈ…棒状部、１０…セグメント、１１…主桁、１１Ａ…中主桁、１１Ｂ…外主桁、１１ｂ…板状部、１２…スキンプレート、１３…縦リブ、２０…支持部材（被支持部材）、２１…接合部、２１ｂ…端面、２１ｃ…接続部、２２…連結部、２２ｂ…端面、２３…継手部、３０…補強部材、３１…切梁（中間部材）、３１ｂ…フランジ、３１ｃ…ウェブ、３２…ジャッキ、３３…腹起し、３３ｂ…フランジ、３３ｃ…ウェブ、３３ｄ…スティフナー、３３ｆ…第１面部、３３ｇ…第２面部、３４…接合板、５１…補強構造、６０…鋼板コンクリート構造物、７０…先行トンネル、７１…先行トンネル覆工体、７２…先行支持構造、７３…先行型鋼、７４…支保工、８０…後行トンネル、８１…後行トンネル覆工体、８２…後行支持構造、８３…後行型鋼、８４…主桁、８５…裏込め材、８６…スキンプレート、８７…支保工、８８…充填材、９０…支持部材、９１…接続部、９２…連結部、９３…継手部、１００…補強部材、１１０…中間型鋼、Ａ…対向領域、Ａ１…第１方向、Ａ２…第２方向、Ｂ…構造物、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…ボルトナット固定部材、Ｃ…コンクリート、Ｄ１…鉛直方向、Ｄ２…軸方向、Ｄ３…周方向、Ｄ４…対向方向、Ｒ…切削予定エリア、Ｓ…内周面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】