(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-02-27
(45)【発行日】2024-03-06
(54)【発明の名称】トンネル覆工構造およびトンネル施工方法
(51)【国際特許分類】
E21D 11/04 20060101AFI20240228BHJP
【ＦＩ】
E21D11/04 Z
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2020199293
(22)【出願日】2020-12-01
(65)【公開番号】P2022087385
(43)【公開日】2022-06-13
【審査請求日】2023-01-24
(73)【特許権者】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】植野 雄貴
(72)【発明者】
【氏名】大塚 勇
(72)【発明者】
【氏名】板垣 賢
【審査官】小林 謙仁
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－２１４８５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－３２１４５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－２１００９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０３１０３５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－０９０４８７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１４２０８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２２７２９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３２４１３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２２－０２１００３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｄ １１／０４
Ｅ２１Ｄ １１／０８
Ｅ２１Ｄ １１／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネル内面に沿って設けられたアーチ状のプレキャスト覆工と、前記プレキャスト覆工と前記トンネル内面との間に充填された充填材と、
充填材注入時の圧力による前記プレキャスト覆工の変形を抑制する形状保持材と、を備えるトンネル覆工構造であって、
前記形状保持材が、前記プレキャスト覆工の天端部において、前記プレキャスト覆工と前記トンネル内面との間に介設されたコンクリート製の柱状部材、または、内部に流体もしくはセメント系固化材が充填された袋体であり、
前記形状保持材の一端は鋼製支保工の内面に当接し、前記形状保持材の他端は前記プレキャスト覆工の外面に当接していることを特徴とする、トンネル覆工構造。
【請求項2】
前記プレキャスト覆工が、複数のプレキャストパネル同士を組み合わせることにより形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のトンネル覆工構造。
【請求項3】
前記充填材が高流動コンクリートであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のトンネル覆工構造。
【請求項4】
地山を掘削する掘削工程と、地山の掘削により露出した地山面を支保工により閉塞する支保工程と、
前記支保工の内面に沿ってアーチ状のプレキャスト覆工を設置する覆工部材設置工程と、
前記プレキャスト覆工と前記地山面との隙間に充填材を充填する充填工程と、を備えるトンネル施工方法であって、
前記支保工程では、鋼製支保工を建て込むとともに吹付コンクリートを吹き付け、
前記覆工部材設置工程では、充填材注入時の圧力による前記プレキャスト覆工の変形を抑制するコンクリート製の柱状部材からなる形状保持材を、一端を前記鋼製支保工の内面に当接させるとともに他端を前記プレキャスト覆工の外面に当接させた状態で配設することを特徴とする、トンネル施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネル覆工構造およびトンネル施工方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ＮＡＴＭ等の山岳トンネルの施工では、掘削により露出した地山面を、吹付コンクリート、鋼製支保工およびロックボルト等を組み合わせた支保工により閉塞した後、支保工の内空側に所定厚さの覆工コンクリートを打設するのが一般的である。覆工コンクリートは、トンネル坑内にスライドセントル（型枠）を組み立てる作業と、スライドセントルと支保工との間にコンクリートを打設する作業とを繰り返すことにより、トンネル延長に沿って連続的に施工する。
前記従来のトンネル施工方法では、大規模なスライドセントルの移動、組立、解体を繰り返す必要があるため、作業に手間がかかる。また、所定厚さのコンクリートをすべて現場で打設するため、コンクリートの打ち込みおよび養生に時間がかかる。
スライドセントルに代えてプレキャスト部材を捨て型枠として使用すれば、型枠（スライドセントル）の移動、解体を省略することができ、施工性の向上を図ることができる。また、現場打ちコンクリートの打設量を削減することによる工期短縮化も図ることができる。ここで、特許文献１には、トンネルの既設覆工の内面に沿ってプレキャストパネルを設置し、プレキャストパネルと既設覆工との隙間に充填材を充填する施工方法が開示されている。
プレキャストパネルの背面に充填される充填材は、プレキャストパネルの脚部から上昇し、プレキャストパネルの天端において閉合される。そのため、充填材の注入時のプレキャストパネルには、充填材による側圧が作用することより天端付近に過大な曲げモーメントが作用する。
前記従来のトンネル施工方法では、大規模なスライドセントルの移動、組立、解体を繰り返す必要があるため、作業に手間がかかる。また、所定厚さのコンクリートをすべて現場で打設するため、コンクリートの打ち込みおよび養生に時間がかかる。
スライドセントルに代えてプレキャスト部材を捨て型枠として使用すれば、型枠（スライドセントル）の移動、解体を省略することができ、施工性の向上を図ることができる。また、現場打ちコンクリートの打設量を削減することによる工期短縮化も図ることができる。ここで、特許文献１には、トンネルの既設覆工の内面に沿ってプレキャストパネルを設置し、プレキャストパネルと既設覆工との隙間に充填材を充填する施工方法が開示されている。
プレキャストパネルの背面に充填される充填材は、プレキャストパネルの脚部から上昇し、プレキャストパネルの天端において閉合される。そのため、充填材の注入時のプレキャストパネルには、充填材による側圧が作用することより天端付近に過大な曲げモーメントが作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００３－２２７２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明は、プレキャスト部材を用いることにより施工時の手間を削減するとともに、プレキャスト部材に発生する断面力の緩和を図ることが可能なトンネル覆工構造およびトンネル施工方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記課題を解決するための本発明のトンネル覆工構造は、トンネル内面に沿って設けられたアーチ状のプレキャスト覆工と、前記プレキャスト覆工と前記トンネル内面との間に充填された充填材と、充填材注入時の圧力による前記プレキャスト覆工の変形を抑制する形状保持材とを備えている。前記形状保持材は、前記プレキャスト覆工の天端部において、前記プレキャスト覆工と前記トンネル内面との間に介設されたコンクリート製の柱状部材、または、内部に流体もしくはセメント系固化材が充填された袋体である。また、前記形状保持材の一端は鋼製支保工の内面に当接し、前記形状保持材の他端は前記プレキャスト覆工の外面に当接している。
また、本発明のトンネル施工方法は、地山を掘削する掘削工程と、地山の掘削により露出した地山面を支保工により閉塞する支保工程と、前記支保工の内面に沿ってアーチ状のプレキャスト覆工を設置する覆工部材設置工程と、前記プレキャスト覆工と前記地山面との隙間に充填材を充填する充填工程とを備えており、前記支保工程では鋼製支保工を建て込むとともに吹付コンクリートを吹き付け、前記覆工部材設置工程では充填材注入時の圧力による前記プレキャスト覆工の変形を抑制するコンクリート製の柱状部材からなる形状保持材を、一端を前記鋼製支保工の内面に当接させるとともに他端を前記プレキャスト覆工の外面に当接させた状態で配設する。
かかるトンネル覆工構造およびトンネル施工方法によれば、プレキャスト覆工を用いているため、スライドセントルなどの型枠を使用する場合に比べて、型枠の組立、脱型、移動等に要する手間を削減し、施工性の向上を図ることができる。また、所定の品質が確保されたプレキャスト覆工と充填材（例えば現場打ちコンクリート）との複合構造にすることで、覆工の薄肉化を図ることができる。さらに、形状保持材を配設しているため、充填材による側圧が作用した場合でも、プレキャスト覆工の天端付近における上方向への変位が抑制され、その結果、プレキャスト覆工に発生する曲げモーメントを緩和できる。
また、本発明のトンネル施工方法は、地山を掘削する掘削工程と、地山の掘削により露出した地山面を支保工により閉塞する支保工程と、前記支保工の内面に沿ってアーチ状のプレキャスト覆工を設置する覆工部材設置工程と、前記プレキャスト覆工と前記地山面との隙間に充填材を充填する充填工程とを備えており、前記支保工程では鋼製支保工を建て込むとともに吹付コンクリートを吹き付け、前記覆工部材設置工程では充填材注入時の圧力による前記プレキャスト覆工の変形を抑制するコンクリート製の柱状部材からなる形状保持材を、一端を前記鋼製支保工の内面に当接させるとともに他端を前記プレキャスト覆工の外面に当接させた状態で配設する。
かかるトンネル覆工構造およびトンネル施工方法によれば、プレキャスト覆工を用いているため、スライドセントルなどの型枠を使用する場合に比べて、型枠の組立、脱型、移動等に要する手間を削減し、施工性の向上を図ることができる。また、所定の品質が確保されたプレキャスト覆工と充填材（例えば現場打ちコンクリート）との複合構造にすることで、覆工の薄肉化を図ることができる。さらに、形状保持材を配設しているため、充填材による側圧が作用した場合でも、プレキャスト覆工の天端付近における上方向への変位が抑制され、その結果、プレキャスト覆工に発生する曲げモーメントを緩和できる。
【0006】
なお、前記プレキャスト覆工は、複数のプレキャストパネル同士を組み合わせることにより形成するのが望ましい。施工スペースが限られたトンネル坑内において、取り扱いやすい形状および重量のプレキャストパネルを使用すれば、プレキャスト覆工の設置時の効率化を図ることができる。
また、形状保持材は、例えば、前記プレキャスト覆工の天端部において前記プレキャスト覆工と前記トンネル内面との間に介設された間詰部材を使用することができる。このような間詰部材には、コンクリート製のスペーサ、高さ調整可能なスペーサ、または、内部に流体もしくはセメント系固化材が充填された袋体を使用することができる。
また、より確実な充填性を確保する観点から、前記充填材には高流動コンクリートを使用するのが望ましい。
また、形状保持材は、例えば、前記プレキャスト覆工の天端部において前記プレキャスト覆工と前記トンネル内面との間に介設された間詰部材を使用することができる。このような間詰部材には、コンクリート製のスペーサ、高さ調整可能なスペーサ、または、内部に流体もしくはセメント系固化材が充填された袋体を使用することができる。
また、より確実な充填性を確保する観点から、前記充填材には高流動コンクリートを使用するのが望ましい。
【発明の効果】
【0007】
本発明のトンネル覆工構造およびトンネル施工方法によれば、プレキャスト部材を用いることにより施工時の手間を削減するとともに、プレキャスト部材に発生する断面力の緩和を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】第一実施形態のトンネル覆工構造の横断図である。
【図2】第一実施形態のトンネル覆工構造の縦断図である。
【図3】第一実施形態のトンネル施工方法のフローチャートである。
【図4】覆工部材設置工程の概要を示す斜視図である。
【図5】トンネル覆工構造の解析結果を示す図であって、（ａ）は実施例の変位図、（ｂ）は比較例の変位図である。
【図6】トンネル覆工構造の解析結果を示す図であって、（ａ）は実施例の曲げモーメント図、（ｂ）は比較例の曲げモーメント図である。
【図7】第二実施形態のトンネル覆工構造の横断図である。
【図8】第二実施形態のトンネル覆工構造の一部を示す部分拡大図である。
【図9】（ａ）および（ｂ）は他の形態に係る形状保持材を示す横断図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本実施形態では、ＮＡＴＭ等の山岳工法によりトンネルＴを施工する場合について説明する。山岳工法では、地山Ｇを掘削してトンネルＴの切羽Ｋ（トンネルＴの先端部）を前進させる作業と、トンネルＴの掘削により露出した地山Ｇを支保工２により閉塞する作業とを繰り返すことにより、所定延長のトンネルＴを形成する。また、地山Ｇの掘削に起因するトンネルＴの周辺地山の変形が収束したら、支保工２の内側（内空側）に覆工３を形成することで、トンネル覆工構造１を構築する。図１に本実施形態のトンネル覆工構造１の横断図、図２にトンネル覆工構造１の縦断図を示す。図１に示すように、本実施形態のトンネル覆工構造１は、断面アーチ状を呈していて、支保工２と覆工３とを備えている。
支保工２は、トンネルＴの掘削により露出した地山Ｇを早期に閉塞するものであって、図１および図２に示すように、地山Ｇに対して吹付けられた吹付コンクリート２１と、トンネル軸方向に対して所定の間隔により建て込まれた鋼製支保工２２と、地山Ｇに打設されたロックボルト２３により構成されている。なお、支保工２の支保構造は、地山等級に応じて設定するものとし、良好な地山Ｇの場合には鋼製支保工２２やロックボルト２３を省略してもよい。また、軟弱な地盤の場合は、ロックボルト２３に代えて、あるいはロックボルト２３と併用して、先受工法（例えば、フォアポーリングやパイプルーフ等）や地盤改良工法等の補助工法を採用する場合もある。
支保工２は、トンネルＴの掘削により露出した地山Ｇを早期に閉塞するものであって、図１および図２に示すように、地山Ｇに対して吹付けられた吹付コンクリート２１と、トンネル軸方向に対して所定の間隔により建て込まれた鋼製支保工２２と、地山Ｇに打設されたロックボルト２３により構成されている。なお、支保工２の支保構造は、地山等級に応じて設定するものとし、良好な地山Ｇの場合には鋼製支保工２２やロックボルト２３を省略してもよい。また、軟弱な地盤の場合は、ロックボルト２３に代えて、あるいはロックボルト２３と併用して、先受工法（例えば、フォアポーリングやパイプルーフ等）や地盤改良工法等の補助工法を採用する場合もある。
【0010】
本実施形態の覆工３は、支保工２の内面に沿って形成されており、図１および図２に示すように、プレキャスト覆工４と、間詰部材５（形状保持材）と、充填材（裏込め材）６とを備えている。
プレキャスト覆工４は、アーチ状を呈していて、支保工２（トンネルＴ）の内面に沿って隙間をあけて設けられている。
プレキャスト覆工４は、複数のプレキャストパネル４１同士を組み合わせることにより、アーチ状に形成されている。プレキャストパネル４１は、トンネル断面形状に応じて断面弧状を呈した鉄筋コンクリート製のパネル（セグメント）である。プレキャストパネル４１の端面には、ジョイントが設けられており、プレキャストパネル４１の端面同士を突き合せる際にジョイントを係合することにより、プレキャストパネル４１同士を連結する。本実施形態では、プレキャストパネル４１のトンネル周方向のジョイントとしてくさび継手を採用する。プレキャスト覆工４は、プレキャストパネル４１の継手部が回転バネとして機能することで、断面力を緩和する。また、本実施形態では、プレキャストパネル４１のトンネル軸方向のジョイントとしてピン挿入継手を採用する。ピン挿入継手は、一方のプレキャストパネル４１に埋め込んだ金具に、他方のプレキャストパネル４１に突設された金具を差し込むことで嵌合する。
プレキャスト覆工４は、アーチ状を呈していて、支保工２（トンネルＴ）の内面に沿って隙間をあけて設けられている。
プレキャスト覆工４は、複数のプレキャストパネル４１同士を組み合わせることにより、アーチ状に形成されている。プレキャストパネル４１は、トンネル断面形状に応じて断面弧状を呈した鉄筋コンクリート製のパネル（セグメント）である。プレキャストパネル４１の端面には、ジョイントが設けられており、プレキャストパネル４１の端面同士を突き合せる際にジョイントを係合することにより、プレキャストパネル４１同士を連結する。本実施形態では、プレキャストパネル４１のトンネル周方向のジョイントとしてくさび継手を採用する。プレキャスト覆工４は、プレキャストパネル４１の継手部が回転バネとして機能することで、断面力を緩和する。また、本実施形態では、プレキャストパネル４１のトンネル軸方向のジョイントとしてピン挿入継手を採用する。ピン挿入継手は、一方のプレキャストパネル４１に埋め込んだ金具に、他方のプレキャストパネル４１に突設された金具を差し込むことで嵌合する。
【0011】
間詰部材５は、充填材注入時の圧力によるプレキャスト覆工４の変形を抑制するための形状保持材であって、プレキャスト覆工４の天端部において、プレキャスト覆工４と支保工２（トンネル内面）との間に介設されている。間詰部材５は、図２に示すように、トンネル軸方向に所定の間隔をあけて、複数設けられている。本実施形態の間詰部材５は、コンクリート製のスペーサである。間詰部材５は、プレキャスト覆工４の天端部におけるプレキャスト覆工４と支保工２との隙間と同等の高さを有している。間詰部材５の形状は限定されるものではなく、例えば、四角柱状や円柱状とする。
【0012】
充填材６は、プレキャスト覆工４と支保工２（トンネルＴ）の内面との隙間に充填された固化材（本実施形態では高流動コンクリート）である。充填材６は、プレキャスト覆工４を形成した後、プレキャスト覆工４と支保工２との隙間にポンプ圧送により充填され、所定期間の養生を経て、覆工コンクリートとして必要な強度を発現する。なお、プレキャスト覆工４と支保工２との隙間には、必要に応じて鉄筋を配筋してもよい。
【0013】
以下、トンネル施工方法について説明する。図３に、本実施形態のトンネル施工方法のフローチャートを示す。本実施形態のトンネル施工方法は、掘削工程Ｓ１と、支保工程Ｓ２と、覆工部材設置工程Ｓ３と、充填工程Ｓ４とを備えている。
掘削工程Ｓ１では、地山Ｇを掘削して切羽Ｋを前進させる。地山Ｇの掘削方法は限定されるものではなく、機械掘削でもよいし、発破掘削でもよい。
掘削工程Ｓ１では、地山Ｇを掘削して切羽Ｋを前進させる。地山Ｇの掘削方法は限定されるものではなく、機械掘削でもよいし、発破掘削でもよい。
【0014】
支保工程Ｓ２では、地山Ｇの掘削により露出した地山面を支保工２により閉塞する。支保工程Ｓ２では、掘削により露出した地山Ｇに沿って鋼製支保工２２を建て込むとともに、吹付コンクリート２１を吹き付ける。吹付コンクリート２１を吹き付けたら、ロックボルト２３の打設を行う。なお、吹付コンクリート２１は、鋼製支保工２２の建て込みの前後に一次吹付けと二次吹付けとの２回に分けて吹付けてもよい。吹付コンクリート２１の吹付け厚さや、吹付コンクリート２１の配合等は、地山状況に応じて適宜変更することが可能である。同様に鋼製支保工２２およびロックボルト２３の仕様も地山状況（地山等級）に応じて決定する。
【0015】
覆工部材設置工程Ｓ３では、支保工２の内面に沿ってアーチ状のプレキャスト覆工４を設置する。プレキャスト覆工４は、複数のプレキャストパネル４１を組み合わせることにより形成する。図４は、プレキャスト覆工４の設置状況を示す図である。プレキャスト覆工４を組み立てる際には、図４に示すようにトンネル内空側から、支持マシンＭによりプレキャストパネル４１を支持する。本実施形態では、支持マシンＭとして、上下動可能なアームを有したいわゆるフォークリフトを使用する。支持マシンＭは、プレキャストパネル４１を支持するための支持架台Ｍ１を保持しており、支持架台Ｍ１により支持したプレキャストパネル４１（プレキャスト覆工４）を所定の位置に配設する。
覆工部材設置工程Ｓ３では、プレキャスト覆工４の天端部において、プレキャスト覆工４と支保工２との間に間詰部材５を介設する。間詰部材５は、プレキャスト覆工４の天端部を構成するプレキャストパネル４１に予め取り付けておくことで、所定の位置に配置してもよいし、プレキャスト覆工４を組み立てながら、プレキャスト覆工４と支保工２との隙間に介設させてもよい。
覆工部材設置工程Ｓ３では、プレキャスト覆工４の天端部において、プレキャスト覆工４と支保工２との間に間詰部材５を介設する。間詰部材５は、プレキャスト覆工４の天端部を構成するプレキャストパネル４１に予め取り付けておくことで、所定の位置に配置してもよいし、プレキャスト覆工４を組み立てながら、プレキャスト覆工４と支保工２との隙間に介設させてもよい。
【0016】
充填工程Ｓ４では、プレキャスト覆工４と支保工２との隙間に充填材６を充填する。充填材６は、高流動コンクリートをポンプ圧送することにより、プレキャスト覆工４と支保工２との隙間に注入する。また、充填材６を注入する際には、プレキャスト覆工４と支保工２の隙間の端面（プレキャスト覆工４の先端側）を妻板により塞いだ状態で行う。このとき、アーチ状に組み立てられたプレキャスト覆工４は自立している。
【0017】
本実施形態のトンネル覆工構造１およびトンネル施工方法によれば、プレキャスト覆工４を用いているため、スライドセントルなどの型枠を使用する場合に比べて、型枠の組立、脱型、移動等に要する手間を削減し、施工性の向上を図ることができる。
プレキャスト覆工４と充填材６との複合構造により、既往の覆工と同等以上の構造性能を確保できる。
また、プレキャスト製品であれば、場所打ちには適さないような高強度コンクリートを使用でき、さらには水中養生や蒸気養生を行うこともできるので、プレキャスト覆工４の品質を高め易い。そして、このような高品質のプレキャスト覆工４と充填材６（例えば現場打ちコンクリート）との複合構造にすることで、覆工の薄肉化を図ることができる。
さらに、プレキャスト覆工４の天端部に間詰部材５を配設しているため、充填材６による側圧が作用した場合でも、プレキャスト覆工４の天端付近における上方向への変位が抑制され、その結果、プレキャスト覆工４に発生する曲げモーメントを緩和できる。
また、複数のプレキャストパネル４１同士を組み合わせてプレキャスト覆工４を形成するすることで、施工スペースが限られたトンネル坑内において、プレキャスト覆工４の設置時の効率化を図ることができる。
また、充填材６に高流動コンクリートを使用しているため、充填性に優れている。
プレキャスト覆工４と充填材６との複合構造により、既往の覆工と同等以上の構造性能を確保できる。
また、プレキャスト製品であれば、場所打ちには適さないような高強度コンクリートを使用でき、さらには水中養生や蒸気養生を行うこともできるので、プレキャスト覆工４の品質を高め易い。そして、このような高品質のプレキャスト覆工４と充填材６（例えば現場打ちコンクリート）との複合構造にすることで、覆工の薄肉化を図ることができる。
さらに、プレキャスト覆工４の天端部に間詰部材５を配設しているため、充填材６による側圧が作用した場合でも、プレキャスト覆工４の天端付近における上方向への変位が抑制され、その結果、プレキャスト覆工４に発生する曲げモーメントを緩和できる。
また、複数のプレキャストパネル４１同士を組み合わせてプレキャスト覆工４を形成するすることで、施工スペースが限られたトンネル坑内において、プレキャスト覆工４の設置時の効率化を図ることができる。
また、充填材６に高流動コンクリートを使用しているため、充填性に優れている。
【0018】
以下、本実施形態のトンネル覆工構造１について実施した解析結果を示す。本解析では、本実施形態のトンネル覆工構造１（実施例）を施工する際の荷重（充填材６（高流動コンクリート）の注入に伴うコンクリート圧）により発生するプレキャスト覆工４の断面力（変位および曲げモーメント）を算出した。また、比較例として、間詰部材５を設置しなかった場合に発生するプレキャスト覆工４の断面力も算出した。図５（ａ）に解析により算出された実施例の変位量を示し、（ｂ）に比較例の変位量を示す。また、図６（ａ）に実施例の曲げモーメント図を示し、（ｂ）に比較例の曲げモーメント図を示す。
【0019】
図５（ｂ）に示すように、比較例では、コンクリート注入時の側圧により、プレキャスト覆工４の脚部において１５．０ｍｍ、天端部において１１．６ｍｍの大きな変位が生じる結果となった。一方、実施例では、図５（ａ）に示すように、プレキャスト覆工４の脚部では３．７ｍｍ、肩部では２．８ｍｍ、天端部では０ｍｍと、変位量を大幅に削減することができた。
また、図６（ｂ）に示すように、比較例では、脚部において６３．９ｋＮｍ、天端部において－３３．２ｋＮｍの曲げモーメントが生じたのに対し、実施例では、図６（ａ）に示すように、脚部で３９．８ｋＮｍ、肩部で－２０．０ｋＮｍであった。このように、曲げモーメントについても、脚部及びトンネル上半部において大幅に低減できる。
また、図６（ｂ）に示すように、比較例では、脚部において６３．９ｋＮｍ、天端部において－３３．２ｋＮｍの曲げモーメントが生じたのに対し、実施例では、図６（ａ）に示すように、脚部で３９．８ｋＮｍ、肩部で－２０．０ｋＮｍであった。このように、曲げモーメントについても、脚部及びトンネル上半部において大幅に低減できる。
【0020】
＜第二実施形態＞
第二実施形態では、第一実施形態と同様に、支保工２の内側（内空側）に覆工３を形成して、トンネル覆工構造１を構築することで、トンネルＴを施工する場合について説明する。図７に第二実施形態のトンネル覆工構造１を示す。図７に示すように、第二実施形態のトンネル覆工構造１は、形状保持材としてプレキャストパネル４１に取り付けれたスペーサ５１を使用する点で、間詰部材５をプレキャスト覆工４と支保工２との間に介設する引用文献１のトンネル覆工構造１と異なっている。支保工２の詳細は、第一実施形態の支保工２と同様なため、詳細な説明は省略する。
第二実施形態では、第一実施形態と同様に、支保工２の内側（内空側）に覆工３を形成して、トンネル覆工構造１を構築することで、トンネルＴを施工する場合について説明する。図７に第二実施形態のトンネル覆工構造１を示す。図７に示すように、第二実施形態のトンネル覆工構造１は、形状保持材としてプレキャストパネル４１に取り付けれたスペーサ５１を使用する点で、間詰部材５をプレキャスト覆工４と支保工２との間に介設する引用文献１のトンネル覆工構造１と異なっている。支保工２の詳細は、第一実施形態の支保工２と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0021】
第二実施形態の本実施形態の覆工３は、支保工２の内面に沿って形成されており、プレキャスト覆工４と、スペーサ５１（形状保持材）と、充填材（裏込め材）６とを備えている。なお、充填材６の詳細は、第一実施形態の充填材６と同様なため、詳細な説明は省略する。
プレキャスト覆工４は、アーチ状を呈していて、支保工２（トンネルＴ）の内面に沿って隙間をあけて設けられている。
プレキャスト覆工４は、複数のプレキャストパネル４１同士を組み合わせることにより、アーチ状に形成されている。図８（ａ）に示すように、プレキャストパネル４１には、内面にネジ加工（雌ネジ）が施されたボルト孔４２が形成されている。ボルト孔４２は、プレキャストパネル４１を貫通している。ボルト孔４２の内空側端部には、ボルト孔４２の内径よりも大きな内径の凹部４３が形成されている。図８（ｂ）に示すように、凹部４３には、プレキャスト覆工４の内空側から蓋材４４の取り付けが可能である。本実施形態では、各プレキャストパネル４１にボルト孔４２が１か所ずつ形成されているが、プレキャストパネル４１に形成されるボルト孔の数および配置は限定されるものではない。この他のプレキャストパネル４１（プレキャスト覆工４）の詳細は、第一実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
プレキャスト覆工４は、アーチ状を呈していて、支保工２（トンネルＴ）の内面に沿って隙間をあけて設けられている。
プレキャスト覆工４は、複数のプレキャストパネル４１同士を組み合わせることにより、アーチ状に形成されている。図８（ａ）に示すように、プレキャストパネル４１には、内面にネジ加工（雌ネジ）が施されたボルト孔４２が形成されている。ボルト孔４２は、プレキャストパネル４１を貫通している。ボルト孔４２の内空側端部には、ボルト孔４２の内径よりも大きな内径の凹部４３が形成されている。図８（ｂ）に示すように、凹部４３には、プレキャスト覆工４の内空側から蓋材４４の取り付けが可能である。本実施形態では、各プレキャストパネル４１にボルト孔４２が１か所ずつ形成されているが、プレキャストパネル４１に形成されるボルト孔の数および配置は限定されるものではない。この他のプレキャストパネル４１（プレキャスト覆工４）の詳細は、第一実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0022】
スペーサ５１は、充填材注入時の圧力によるプレキャスト覆工４の変形を抑制するための形状保持材であって、図８（ａ）に示すように、プレキャストパネル４１に形成されたボルト孔４２に基端部が螺着されている。スペーサ５１の先端には、スペーサ５１の断面よりも大きな形状の板材５２が固定されている。また、スペーサ５１の基端面には、締付治具を係合するための多角形断面の係合孔５３が開口している。スペーサ５１は、係合孔５３に締付治具５４を挿入した状態で、締付治具を回転させることにより、プレキャストパネル４１からの突出長を変化させて、板材５２を支保工２に当接させる。
本実施形態では、トンネル周方向に複数のスペーサ５１が設けられているが、スペーサ５１の数および配置は限定されるものではなく、例えば、プレキャスト覆工４の頂部のみや、肩部のみに配設されていてもよい。また、スペーサ５１は、必ずしも支保工２に当接させる必要はない。また、板材５２は、省略してもよい。
本実施形態では、トンネル周方向に複数のスペーサ５１が設けられているが、スペーサ５１の数および配置は限定されるものではなく、例えば、プレキャスト覆工４の頂部のみや、肩部のみに配設されていてもよい。また、スペーサ５１は、必ずしも支保工２に当接させる必要はない。また、板材５２は、省略してもよい。
【0023】
以下、第二実施形態のトンネル施工方法について説明する。本実施形態のトンネル施工方法は、第一実施形態と同様に、掘削工程Ｓ１と、支保工程Ｓ２と、覆工部材設置工程Ｓ３と、充填工程Ｓ４とを備えている。掘削工程Ｓ１、支保工程Ｓ２および充填工程Ｓ４の詳細は、第一実施形態と同様なため、詳細な説明は省略する。
覆工部材設置工程Ｓ３では、支保工２の内面に沿ってアーチ状のプレキャスト覆工４を設置する。プレキャスト覆工４は、複数のプレキャストパネル４１を組み合わせることにより形成する。覆工部材設置工程Ｓ３では、プレキャスト覆工４の形成に伴い、スペーサ５１の調整を行う。プレキャストパネル４１のボルト孔４２には、予めスペーサ５１が取り付けられている。プレキャストパネル４１を所定の位置に配設したら、内空側から締付治具５４を介してスペーサ５１の突出長を調節して、板材５２を支保工２に当接させる。プレキャスト覆工４は、周方向に複数配設されたスペーサ５１を支保工２に当接させることにより、充填材注入時の圧力に対して抵抗可能な反力を支保工２から確保した状態で組み立てられる。スペーサ５１の調節が完了したら締付治具５４を取り外して、凹部４３に蓋材４４を取り付ける。蓋材４４は、ボルト孔４２に螺合可能なネジ部４５と、凹部４３と同等の形状の蓋部４６とを有していて、ネジ部４５をボルト孔４２に螺着することで、蓋部４６によりボルト孔４２（凹部４３）を遮蔽する。このとき、必要に応じて蓋材４４と凹部４３との間に止水材を介設する。
この他の覆工部材設置工程Ｓ３の詳細は、第一実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
覆工部材設置工程Ｓ３では、支保工２の内面に沿ってアーチ状のプレキャスト覆工４を設置する。プレキャスト覆工４は、複数のプレキャストパネル４１を組み合わせることにより形成する。覆工部材設置工程Ｓ３では、プレキャスト覆工４の形成に伴い、スペーサ５１の調整を行う。プレキャストパネル４１のボルト孔４２には、予めスペーサ５１が取り付けられている。プレキャストパネル４１を所定の位置に配設したら、内空側から締付治具５４を介してスペーサ５１の突出長を調節して、板材５２を支保工２に当接させる。プレキャスト覆工４は、周方向に複数配設されたスペーサ５１を支保工２に当接させることにより、充填材注入時の圧力に対して抵抗可能な反力を支保工２から確保した状態で組み立てられる。スペーサ５１の調節が完了したら締付治具５４を取り外して、凹部４３に蓋材４４を取り付ける。蓋材４４は、ボルト孔４２に螺合可能なネジ部４５と、凹部４３と同等の形状の蓋部４６とを有していて、ネジ部４５をボルト孔４２に螺着することで、蓋部４６によりボルト孔４２（凹部４３）を遮蔽する。このとき、必要に応じて蓋材４４と凹部４３との間に止水材を介設する。
この他の覆工部材設置工程Ｓ３の詳細は、第一実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0024】
第二実施形態のトンネル覆工構造１およびトンネル施工方法によれば、プレキャストパネル４１からスペーサ５１が突設されているため、充填材６による側圧が作用した場合でも、プレキャスト覆工４の変位が抑制され、その結果、プレキャスト覆工４に発生する曲げモーメントを緩和できる。
ボルト孔４２は、蓋材４４により遮蔽するため、地下水の浸透が抑制されている。
この他の第二実施形態のトンネル覆工構造１の作用効果は第一実施形態のトンネル覆工構造１と同様なため、詳細な説明は省略する。
ボルト孔４２は、蓋材４４により遮蔽するため、地下水の浸透が抑制されている。
この他の第二実施形態のトンネル覆工構造１の作用効果は第一実施形態のトンネル覆工構造１と同様なため、詳細な説明は省略する。
【0025】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
第一実施形態では、間詰部材５としてコンクリート部材を使用する場合について説明したが、間詰部材５を構成する部材は限定されるものではなく、例えば、高さ調整可能なスペーサであってもよい。間詰部材５が高さ調整可能であれば、施工誤差などによるプレキャスト覆工４と支保工２との隙間の大きさの変化に追従することができる。また、間詰部材５は、内部に充填材６が充填された袋体であってもよい。かかる間詰部材５によれば、プレキャスト覆工４と支保工２との隙間の大きさの変化に追従できるとともに、間詰部材５の設置が容易である。すなわち、先端に袋体が設けられた注入管を隙間に挿入し、所定の位置に袋体を設置した後、袋体内にセメント系固化材（充填材６と同じ材料でもよい）を充填することで、間詰部材５を形成できる。袋体に水等の流体の充填するようにすれば、プレキャスト覆工４の背面の所定の高さまで充填材６が注入された段階で、袋体内から流体を排出し、袋体を撤去することもできる。
第一実施形態では、間詰部材５としてコンクリート部材を使用する場合について説明したが、間詰部材５を構成する部材は限定されるものではなく、例えば、高さ調整可能なスペーサであってもよい。間詰部材５が高さ調整可能であれば、施工誤差などによるプレキャスト覆工４と支保工２との隙間の大きさの変化に追従することができる。また、間詰部材５は、内部に充填材６が充填された袋体であってもよい。かかる間詰部材５によれば、プレキャスト覆工４と支保工２との隙間の大きさの変化に追従できるとともに、間詰部材５の設置が容易である。すなわち、先端に袋体が設けられた注入管を隙間に挿入し、所定の位置に袋体を設置した後、袋体内にセメント系固化材（充填材６と同じ材料でもよい）を充填することで、間詰部材５を形成できる。袋体に水等の流体の充填するようにすれば、プレキャスト覆工４の背面の所定の高さまで充填材６が注入された段階で、袋体内から流体を排出し、袋体を撤去することもできる。
【0026】
第二実施形態では、スペーサ５１の基端面に形成された多角形断面の係合孔５３に締付治具５４を係合させて、スペーサ５１の突出長を調整するものとしたが、係合孔５３は、内面にネジ加工が施された雌ネジであってもよい。この場合には係合孔５３に頭部を有した雄ボルトをプレキャストパネル４１の内空側からねじ込んでおき、雄ボルトを回転させることで、スペーサ５１の突出長を調整する。そして、充填材６の硬化後に、雄ボルトを係合孔５３から抜き出すことで、トンネル内空側の突出部分を無くす。こうすることで、専用の締付治具を要することなく汎用性の高い雄ボルトによりスペーサ５１を設置することができる。
【0027】
形状保持材は、前記各実施形態で示したもの（間詰部材５やスペーサ５１）に限定されるものではなく、例えば、図９（ａ）に示すように、プレキャスト覆工４の内面頂部に吊り下げられた錘５５であってもよい。また、錘５５は、図９（ｂ）に示すようにワイヤー５６等を介して、ブレキャスト覆工４の頂部に下向きの力を作用するように設けられた錘５５であってもよい。このように、プレキャスト覆工４の頂部に錘５５を設置すれば、充填材注入時の側圧によりプレキャスト覆工４の頂部に生じる鉛直変位を抑制できる。
【0028】
前記実施形態では、トンネル坑内でプレキャストパネル４１を組み立ててプレキャスト覆工４を形成するものとしたが、坑外で組み立てたプレキャスト覆工４をトンネル坑内に搬入してもよい。
覆工部材設置工程Ｓ３におけるプレキャスト覆工４を支持方法は、フォークリフトによるものに限定されるものではなく、例えば、その他の支持マシンＭを使用してもよいし、架台等を設置してもよい。
充填材６の注入は、プレキャスト覆工４に形成された注入孔から行ってもよいし、プレキャスト覆工４の端面に設けられた妻板に形成された注入口等から注入してもよい。
プレキャストパネル４１同士の継手構造は限定されるものではない。
覆工部材設置工程Ｓ３におけるプレキャスト覆工４を支持方法は、フォークリフトによるものに限定されるものではなく、例えば、その他の支持マシンＭを使用してもよいし、架台等を設置してもよい。
充填材６の注入は、プレキャスト覆工４に形成された注入孔から行ってもよいし、プレキャスト覆工４の端面に設けられた妻板に形成された注入口等から注入してもよい。
プレキャストパネル４１同士の継手構造は限定されるものではない。
【符号の説明】
【0029】
１ トンネル覆工構造
２ 支保工
３ 覆工
４ プレキャスト覆工
４１ プレキャストパネル
５ 間詰部材
６ 充填材
Ｇ 地山
Ｔ トンネル
２ 支保工
３ 覆工
４ プレキャスト覆工
４１ プレキャストパネル
５ 間詰部材
６ 充填材
Ｇ 地山
Ｔ トンネル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】