(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】2024-03-19
(45)【発行日】2024-03-28
(54)【発明の名称】既設トンネルの排水機能付き補強構造
(51)【国際特許分類】
E21D 11/10 20060101AFI20240321BHJP
E21D 11/00 20060101ALI20240321BHJP
E21D 11/38 20060101ALI20240321BHJP
【ＦＩ】
E21D11/10 C
E21D11/00 Z
E21D11/38 Z
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2021046671
(22)【出願日】2021-03-19
(65)【公開番号】P2022145315
(43)【公開日】2022-10-04
【審査請求日】2023-06-26
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 ・土木施工 第６１巻第７号・通巻７６３号 （令和２年６月２２日 株式会社オフィス・スペース発行） ・令和２年度土木学会全国大会第７５回年次学術講演会［講演概要集］ＤＶＤ－ＲＯＭ版（令和２年８月１日 公益社団法人土木学会発行）
(73)【特許権者】
【識別番号】000140292
【氏名又は名称】株式会社奥村組
(74)【代理人】
【識別番号】110002170
【氏名又は名称】弁理士法人翔和国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小出 昌克
(72)【発明者】
【氏名】福田 勝也
(72)【発明者】
【氏名】森 淳
(72)【発明者】
【氏名】楢崎 雄一
(72)【発明者】
【氏名】大野 誠
【審査官】彦田 克文
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２１－０９２０２９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０２５９９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－２３５４９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－０４７９００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－２５６８００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０８－２９６３９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１３８８９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１５９１８１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２００５／００９５０６６（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｄ １１／１０
Ｅ２１Ｄ １１／００
Ｅ２１Ｄ １１／３８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セグメントによりトンネル覆工体が形成された既設トンネルにおいて、前記トンネル覆工体の内面に補強用の覆工体を形成する際に設けられて、前記セグメントの前後間の接合部からの滲出水を排出可能とする既設トンネルの排水機能付き補強構造であって、トンネルの延長方向に所定の間隔をおいて取り付けられ、内側にパネル取付け面部を備えると共に外側に固定面部を備える複数の支保体と、前後に隣接する一対の前記支保体の前記パネル取付け面部に跨るようにして、前記支保体に支持されて周方向に連設して取り付けられた複数のパネル部材と、該パネル部材と前記トンネル覆工体との間の空間に充填されて、前記支保体と前記パネル部材と前記トンネル覆工体とを一体化させる硬化性材料とを含んで構成され、
前記支保体は、前記固定面部が、前記トンネル覆工体を構成する前記セグメントの前後間の接合部を覆うように配置されると共に、前記固定面部と前記トンネル覆工体との間に離間部を保持した状態で、前記トンネル覆工体の内周面に沿って固定されており、
前記離間部において周方向に延設する前記接合部を挟んだ両側に、一対の線状遮水部材が、前記固定面部及び前記トンネル覆工体の双方に密着させた状態で、前記支保体の上端部から下端部に至るまで周方向に連続して取り付けられており、
取り付けられた一対の前記線状遮水部材の間の部分を排水路として、滲出水を下方に導水できるようになっていると共に、前記排水路の下端部が前記既設トンネルの内部空間と連通していて、導水された滲出水を排出できるようになっている既設トンネルの排水機能付き補強構造。
【請求項2】
前記トンネル覆工体の内側面に、台座プレート部材が、前記トンネル覆工体の内側面との間に隙間を保持した状態で取り付けられており、該台座プレート部材に前記固定面部が固定されることで、前記支保体が、前記固定面部と前記トンネル覆工体との間に離間部を保持した状態で、前記トンネル覆工体の内周面に沿って固定されている請求項１記載の既設トンネルの排水機能付き補強構造。
【請求項3】
前記線状遮水部材が、遮水パッカーからなる請求項１又は２記載の既設トンネルの排水機能付き補強構造。
【請求項4】
前記線状遮水部材の前記排水路とは反対側の側面部に沿って、止水用接着剤が塗着されている請求項１～３のいずれか１項記載の既設トンネルの排水機能付き補強構造。
【請求項5】
前記支保体が、Ｉ形鋼又はＨ形鋼からなり、内側フランジが前記パネル取付け面部となっており、外側フランジが前記固定面部となっている請求項１～４のいずれか１項記載の既設トンネルの排水機能付き補強構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、既設トンネルの排水機能付き補強構造に関し、特にセグメントによりトンネル覆工体が形成された既設トンネルにおいて、セグメントの前後間の接合部からの滲出水を排出可能とする既設トンネルの排水機能付き補強構造に関する。
【背景技術】
【0002】
既設のトンネルが老朽化すると、トンネルの内壁面を覆うセグメントやコンクリート等によるトンネル覆工体に、例えば周囲の地盤の圧密沈下や、海に近い地域では塩害等の影響によって、ひび割れや腐食等による損傷個所が生じる場合がある。
【0003】
このような既設のトンネルの覆工体に、ひび割れや腐食等による損傷個所が生じた場合の補修方法として、損傷個所が生じたトンネルの覆工体の内面に、支保工材（支保材）やコンクリート（硬化性材料）等を用いて、新たに補強用の覆工体を形成することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００１－２７１５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
一方、老朽化した既設のトンネルが、例えばシールド工法によって、複数のセグメントをトンネルの周方向及び前後方向（軸方向）に組み付けることで、トンネルの内面を覆うトンネル覆工体を形成するものである場合、特にセグメントの前後間の接合部から、滲出水が滲出することが考えられることから、このような滲出水を、トンネル覆工体の内面に形成された補強用の覆工体から、スムーズに排出できるようにする技術の開発が望まれている。
【0006】
本発明は、セグメントによるトンネル覆工体の内面に形成された補強用の覆工体から、特にセグメントの前後間の接合部を介して滲出する滲出水を、簡易な構成によってスムーズに排出させることのできる既設トンネルの排水機能付き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】
【0007】
本発明は、セグメントによりトンネル覆工体が形成された既設トンネルにおいて、前記トンネル覆工体の内面に補強用の覆工体を形成する際に設けられて、前記セグメントの前後間の接合部からの滲出水を排出可能とする既設トンネルの排水機能付き補強構造であって、トンネルの延長方向に所定の間隔をおいて取り付けられ、内側にパネル取付け面部を備えると共に外側に固定面部を備える複数の支保体と、前後に隣接する一対の前記支保体の前記パネル取付け面部に跨るようにして、前記支保体に支持されて周方向に連設して取り付けられた複数のパネル部材と、該パネル部材と前記トンネル覆工体との間の空間に充填されて、前記支保体と前記パネル部材と前記トンネル覆工体とを一体化させる硬化性材料とを含んで構成され、前記支保体は、前記固定面部が、前記トンネル覆工体を構成する前記セグメントの前後間の接合部を覆うように配置されると共に、前記固定面部と前記トンネル覆工体との間に離間部を保持した状態で、前記トンネル覆工体の内周面に沿って固定されており、前記離間部において周方向に延設する前記接合部を挟んだ両側に、一対の線状遮水部材が、前記固定面部及び前記トンネル覆工体の双方に密着させた状態で、前記支保体の上端部から下端部に至るまで周方向に連続して取り付けられており、取り付けられた一対の前記線状遮水部材の間の部分を排水路として、滲出水を下方に導水できるようになっていると共に、前記排水路の下端部が前記既設トンネルの内部空間と連通していて、導水された滲出水を排出できるようになっている既設トンネルの排水機能付き補強構造を提供することにより、上記目的を達成したものである。
【0008】
そして、本発明の既設トンネルの排水機能付き補強構造は、前記トンネル覆工体の内側面に、台座プレート部材が、前記トンネル覆工体の内側面との間に隙間を保持した状態で取り付けられており、該台座プレート部材に前記固定面部が固定されることで、前記支保体が、前記固定面部と前記トンネル覆工体との間に離間部を保持した状態で、前記トンネル覆工体の内周面に沿って固定されていることが好ましい。
【0009】
また、本発明の既設トンネルの排水機能付き補強構造は、前記線状遮水部材が、遮水パッカーからなっていることが好ましい。
【0010】
さらに、本発明の既設トンネルの排水機能付き補強構造は、前記線状遮水部材の前記排水路とは反対側の側面部に沿って、止水用接着剤が塗着されていることが好ましい。
【0011】
さらにまた、本発明の既設トンネルの排水機能付き補強構造は、前記支保体が、Ｉ形鋼又はＨ形鋼からなり、内側フランジが前記パネル取付け面部となっており、外側フランジが前記固定面部となっていることが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明の既設トンネルの排水機能付き補強構造によれば、セグメントによるトンネル覆工体の内面に形成された補強用の覆工体から、特にセグメントの前後間の接合部を介して滲出する滲出水を、簡易な構成によってスムーズに排出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】本発明の好ましい一実施形態に係る既設トンネルの排水機能付き補強構造によって補強される既設のトンネル覆工体を例示する、シールドトンネルの略示横断面図である。
【図4】挟み込みプレート片を説明する、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図5】複数の支保ピースを連結して形成される支保体の略示側面図である。
【図6】支保体のパネル取付け面に固着されたナット部材を説明する、（ａ）は支保体の断面図、（ｂ）は支保体の部分内面図である。
【図7】（ａ）はパネル部材の正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は（ｂ）のＤ－Ｄに沿った断面図、（ｄ）は（ｃ）のＥ部拡大図である。
【図8】複数のパネル部材を既設のトンネル覆工体の内周面に沿って周方向に連設して取り付けた状態を説明する、パネル部材の展開配置図である。
【図9】一対の支保体のパネル取付け面に跨るようにして、複数のパネル部材を取り付ける状況を説明する、（ａ）は部分略示内面図、（ｂ）は（ａ）のＦ－Ｆに沿った略示縦断面図、（ｃ）は（ａ）のＧ－Ｇに沿った部分略示横断面図である。
【図10】本発明の好ましい一実施形態に係る既設トンネルの排水機能付き補強構造を説明する、図２のＨ－Ｈに沿った、押付け固定部材が取り付けられると共に硬化性材料が充填されて固化した状態の部分縦断面図である。
【図11】本発明の好ましい一実施形態に係る既設トンネルの排水機能付き補強構造の要部を説明する部分縦断面図及びＩ部拡大図である。
【図12】他の実施形態に係る既設トンネルの排水機能付き補強構造の要部を説明する拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の好ましい一実施形態に係る既設トンネルの排水機能付き補強構造１０は、図１に示すように、既設トンネル５０として、例えば円形状の断面形状を備えるシールドトンネルの内壁面５１を覆う、好ましくは鉄筋コンクリート製セグメントや合成セグメントによるトンネル覆工体５５を、硬化性材料１４(図１０参照)として、好ましくは無収縮モルタル等のセメント系の硬化性材料を用いて、効率良く補強して行くための構造として採用されたものである。すなわち、本実施形態では、シールドトンネル５０は、例えば地下鉄用の鉄道トンネルとして供用されており、供用の開始から相当の期間が経過していることで、老朽化によって、ひび割れや腐食等による損傷個所が生じていることから、本実施形態の既設トンネルの排水機能付き補強構造１０を採用することで、損傷個所が生じたトンネル覆工体５５を、補強用の覆工体５８（図１０参照）によって補強するようになっている。また、本実施形態の既設トンネルの排水機能付き補強構造１０は、セグメント５９によるトンネル覆工体５５の内面に形成された補強用の覆工体５８から、特にセグメント５９の前後間の接合部６０（図１０参照）を介して滲出する滲出水を、簡易な構成によってスムーズに排出きるようにする機能を備えている。
【0015】
そして、本実施形態の既設トンネルの排水機能付き補強構造１０は、セグメント５９によりトンネル覆工体５５が形成された既設トンネルとして、例えば円形の断面形状を備える鉄道トンネルを構成するシールドトンネル５０において、トンネル覆工体５５の内面に補強用の覆工体５８を形成する際に設けられて、特にセグメント５９の前後間の接合部６０からの滲出水を排出可能とする排水機能付きの補強構造であって、トンネルの延長方向Ｘ（図１０参照）に所定の間隔をおいて取り付けられ、内側にパネル取付け面部１１ａを備えると共に外側に固定面部１１ｂを備える複数の支保体１１と、前後に隣接する一対の支保体１１のパネル取付け面部１１ａに跨るようにして（図９（ａ）～（ｃ）参照）、支保体１１に支持されて周方向に連設して取り付けられた複数のパネル部材１３と、これらのパネル部材１３とトンネル覆工体５５との間の空間５６（図２参照）に充填されて、支保体１１とパネル部材１３とトンネル覆工体５５とを一体化させる硬化性材料１４（図１０参照）とを含んで構成されている。図１０及び図１１に示すように、支保体１１は、固定面部１１ｂが、トンネル覆工体５５を構成するセグメント５９の前後間の接合部６０を覆うように配置されると共に、固定面部１１ｂとトンネル覆工体５５との間に離間部６１（図２、図３（ａ）参照）を保持した状態で、トンネル覆工体５５の内周面に沿って固定されている。離間部６１において周方向に延設するセグメント５９の前後間の接合部６０を挟んだ両側に、一対の線状遮水部材６２が、固定面部１１ｂ及びトンネル覆工体５５の双方に密着させた状態で（図１１参照）、支保体１１の上端部から下端部に至るまで周方向に連続して取り付けられている（図１，図２参照）。取り付けられた一対の線状遮水部材６２の間の部分を排水路６３として、滲出水を下方に導水できるようになっていると共に、排水路６３の下端部がシールドトンネル５０の内部空間と連通していて、導水された滲出水を排出できるようになっている。
【0016】
また、本実施形態では、図３（ａ）～（ｃ）に示すように、支保体１１は、Ｉ形鋼又はＨ形鋼からなり、内側フランジがパネル取付け面部１１ａとなっており、外側フランジが固定面部１１ｂとなっている。
【0017】
さらに、本実施形態では、図２及び図３（ａ）、（ｂ）に示すように、トンネル覆工体５５の内側に、台座プレート部材１２が、トンネル覆工体５５の内面との間に隙間を保持した状態で取り付けられており、この台座プレート部材１２に固定面部１１ｂが固定されることで、支保体１１が、固定面部１１ｂとトンネル覆工体５５との間に離間部６１を保持した状態で、トンネル覆工体５５の内周面に沿って固定されている。
【0018】
本実施形態では、シールドトンネル５０の内壁面５１（図１，図２参照）を覆うトンネル覆工体５５は、セグメント５９として、好ましくは鉄筋コンクリート製セグメントや合成セグメントによる覆工体となっており、シールドトンネル５０が例えば円形状の断面形状の内壁面５１を有していることで、少なくとも上部が湾曲する断面形状となった内周面を備えている。セグメント５９によるトンネル覆工体５５の内面における、コンクリートの露出した部分に、所定の深さでアンカー孔を削孔し、削孔したアンカー孔に好ましくはアンカーボルトの基部を埋設固定することによって、台座プレート部材１２の面板部１２ｄを所定の高さ位置に支持固定するための雄ネジボルト部材１２ａ（図３（ａ）、（ｂ）参照）を、これらのアンカーボルトの突出部分によって、所定の位置に精度良く容易に取り付けることができるようになっている。
【0019】
また、本実施形態では、支保体１１は、好ましくは亜鉛メッキされたＩ形鋼又はＨ形鋼（本実施形態では、Ｈ１５０×７５のＩ形鋼）からなり、内側フランジによってパネル取付け面１１ａが形成されている。例えばＩ形鋼による支保体１１は、図５にも示すように、好ましくは予め工場等において、底部のインバートコンクリート部５７（図１参照）よりも上方の、トンネル５０の側壁部から上部に至るまでの既設のトンネル覆工体５５の内周面に沿った形状を、適宜分割した形状に加工された、複数の支保ピース１１’として現場に搬入される。支保体１１は、ボルト部材等を用いた公知の方法により、端面同士を互いに連結することで一体化される複数の支保ピース１１’によって形成されて、トンネル５０の側壁部から上部に至るまでの内壁面５１に沿って、周方向に延設させて容易に設置することができる。例えばＩ形鋼による支保体１１は、トンネル５０の延長方向Ｘに例えば９００ｍｍ程度の所定の中心間ピッチで、複数体設置される。
【0020】
さらに、本実施形態では、支保体１１のパネル取付け面１１ａとなる内側フランジの内側面には、周方向に好ましくは後述するパネル部材１３の連設方向Ｙ（図９（ａ）参照）の幅と同様の間隔をおいて、図５及び図６（ａ）、（ｂ）に示すように、後述する押付け固定部材２０を支保体１１に締着させるためのナット部材２１が、好ましくは横幅方向の中央部分に溶接等によって固着されている。
【0021】
そして、本実施形態では、Ｉ形鋼による支保体１１は、既設のトンネル覆工体５５の内面において、好ましくはトンネルの延長方向Ｘおよび周方向に所定の間隔をおいて配置・固定された、面板部１２ｄを有する複数の台座プレート部材１２（図３（ａ）～（ｃ）参照）を介することによって、トンネル５０の延長方向Ｘに所定の間隔をおいて、周方向に延設して精度良く安定した状態で取り付けられることになる。
【0022】
台座プレート部材１２を構成する面板部１２ｄは、好ましくは亜鉛メッキされた９ｍｍ程度の厚さの鋼製プレートからなり、例えば一辺が２５０～２８０ｍｍ程度の大きさの、矩形又は正方形の平面形状を備えるように形成されている。面板部１２ｄには、上述のアンカーボルトの突出部分による雄ネジボルト部材１２ａの位置に対応させて、４箇所の角部分の内側に、外側締着孔１２ｃが４箇所に配置されて各々開口形成されている。４箇所の外側締着孔１２ｃの内側には、例えば縦６０ｍｍ程度、横１０５ｍｍ程度の大きさの仮想の矩形の角部に配置されて、内側締着孔１２ｅが４箇所に配置されて各々開口形成されている。
【0023】
開口形成された４箇所の外側締着孔１２ｃに、上述のアンカーボルトによる雄ネジボルト部材１２ａを挿通し、各々の雄ネジボルト部材１２ａに螺着した一対のナット部材１２ｂにより当該面板部１２ｄを挟み込んだ状態で、これらのナット部材１２ｂを外側締着孔１２ｃの周囲に締着することによって、台座プレート部材１２を構成する面板部１２ｄを、既設のトンネル覆工体５５の内面からの高さを適宜調整可能にすると共に、傾きを適宜調整可能にした状態で、既設のトンネル覆工体５５から離間させた所定の位置に、精度良く固定することが可能になる。なお、面板部１２ｄが固定される所定の位置は、雄ネジボルト部材１２ａが埋設される位置よりも優先されることから、雄ネジボルト部材１２ａが所定の位置からずれて固定されている場合には、設置現場において、外側締着孔１２ｃを広げたり開け直したりすることによって、位置のずれた雄ネジボルト部材１２ａの雄ネジ部分を挿通させて、面板部１２ｄが所定の位置に精度良く取り付けられるようにすることができる。
【0024】
また、各々の面板部１２ｄに開口形成された４箇所の内側締着孔１２ｅには、面板部１２ｄと、上述の挟み込みプレート片１５の挟み込み本体部１５ａとの間に、支保体１１の固定面部１１ｂとなる外側フランジを挟み込んだ状態で、合致した当該内側締着孔１２ｅ及び挟み込みプレート片１５の締着孔１５ｂ（図４（ａ）、（ｂ）参照）に挿通されるボルトナット部材１６が、締着されるようになっている。これによって、台座プレート部材１２の面板部１２ｄにおける、支保体１１の固定面部１１ｂが接する位置を調整した状態で、支保体１１を、既設のトンネル覆工体５５の内面形状に沿って容易に固定して、予め所定の位置に精度良く取り付けられた台座プレート部材１２に、安定して支持させることができるようになっている。
【0025】
本実施形態では、既設のトンネル覆工体５５の内周面に沿って支保体１１を設置する作業に先立って、トンネルの延長方向Ｘおよび周方向に所定の間隔をおいて所定の位置に予め精度良く配置・固定された、上述の面板部１２ｄを有する台座プレート部材１２を利用することによって、好ましくは短時間での作業を繰り返しながら、好ましくはＩ形鋼やＨ形鋼からなる支保体１１を、既設のトンネル覆工体５５の内面に沿って、周方向に精度良くスムーズに取り付けることが可能になる。また、これらの台座プレート部材１２を利用することによって、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、支保体１１を、隣接するセグメント５９の前後間の接合部６０を覆うように固定面部１１ｂを配置すると共に、固定面部１１ｂとトンネル覆工体５５との間に離間部６１を保持させた状態で、トンネル覆工体５５の内周面に沿って、スムーズに固定することが可能になる。
【0026】
そして、本実施形態では、上述のようにして、隣接するセグメント５９の前後間の接合部６０を覆うように配置されると共に、トンネル覆工体５５との間に離間部６１を保持した状態で周方向に延設して固定された、支保体１１の固定面部１１ｂと、トンネル覆工体５５の内面との間の当該離間部６１には、図１０及び図１１にも示すように、一対の線状遮水部材６２が、固定面部１１ｂ及びトンネル覆工体５５の双方に密着させた状態で、支保体１１の上端部から下端部に至るまで周方向に連続して（図１、図２参照）、接合部６０を挟んだ両側に取り付けられるようになっている。これによって取り付けられた一対の線状遮水部材６２の間の部分を、排水路６３として機能させることができるようになっている。
【0027】
また、本実施形態では、好ましくは取り付けられた各々の線状遮水部材６２における、排水路６３とは反対側の側面部に沿って、止水用接着剤６４が塗着されている。
【0028】
ここで、本実施形態では、線状遮水部材６２として、軽量で、遮水性、耐薬品性、可とう性等に優れた遮水材料が好適に用いられる。その具体例としては、建設工事用のバックアップ材（バッカー材）として市販されている、ゴム製や表面をコーティングした発泡ポリエチレン製のものを好ましく用いることができる。好ましくは線状遮水部材６２は、例えば支保体１１の固定面部１１ｂとトンネル覆工体５５の内面との間の離間部６１の間隔幅よりも、大きな厚さを有する矩形の断面形状を備えるものを、好ましくは圧縮させた状態で離間部６１に押し込むことによって、固定面部１１ｂ及びトンネル覆工体５５の双方に密着させた状態で、接合部６０を挟んだ両側に、支保体１１の上端部から下端部に至るまで周方向に連続させて、容易に取り付けることができる。また、好ましくは線状遮水部材６２は、支保体１１を固定する台座プレート部材１２の部分においても、弾性変形させつつ台座プレート部材１２の面板部１２ｄと既設のトンネル覆工体５５の内面との間の離間した間隔部分をくぐらせることによって、接合部６０を挟んだ両側に、周方向に連続させて容易に取り付けるこことが可能になる。
【0029】
また、本実施形態では、各々の線状遮水部材６２の側面部に沿って塗着される止水用接着剤６４として、エポキシ樹脂製のものを好ましく用いることができる。各々の線状遮水部材６２の排水路６３とは反対側の側面部に沿って、止水用接着剤６４が塗着されていることにより、線状遮水部材６２による遮水性を向上させて、よりスムーズに、形成された排水路６３を介して滲出水を下方に導水することが可能になる。
【0030】
さらに、本実施形態では、取り付けられた一対の線状遮水部材６２の間の部分に形成された排水路６３には、好ましくは当該排水路６３の下端部に連通させて接続配管（図示せず）を取り付けることができるので、例えば連通した接続配管を、シールドトンネル５０の内部に形成したインバートコンクリート部５７の両側の排水溝５７ａ（図１参照）まで延設させることで、導水された滲出水を、シールドトンネル５０の内部空間に容易に排出することが可能になる。
【0031】
本実施形態では、各隣接する一対の支保体１１のパネル取付け面１１ａに、跨るようにして取り付けられる複数のパネル部材１３は、各々、図７（ａ）～（ｄ）に示すように、例えば２０ｍｍ程度の厚さを有する、好ましくは繊維補強コンクリート製のパネル部材となっている。パネル部材１３は、各隣接する一対の支保体１１のパネル取付け面１１ａに跨る大きさとして、支保体１１のトンネル５０の延長方向Ｘの中心間ピッチよりも若干小さい、８７０ｍｍ程度の延長方向Ｘの横幅を備えると共に、４７０ｍｍ程度の、周方向である連設方向Ｙの縦幅を備える、矩形状の平面形状を有している。
【0032】
また、パネル部材１３は、既設のトンネル覆工体５５の内周面と対向して配置される背面側が、凹凸面１３ａとなっており、この凹凸面１３ａは、例えば均等に分散して配置された多数の陥没穴１３ｂによって形成されている。本実施形態では、陥没穴１３ｂは、六角形や円形の陥没穴となっている。パネル部材１３の背面側が凹凸面１３ａとなっていることにより、後に注入充填される無収縮モルタル１４との付着面積を広くして、パネル部材１３の背面に無収縮モルタル１４をより強固に付着させることが可能になる。また、凹凸面１３ａが均等に分散して配置された多数の六角形や円形の陥没穴１３ｂによって形成されていることにより、鋭角部をなくすことで、陥没穴１３ｂ内での無収縮モルタル１４の未充填箇所が生じないようにして、無収縮モルタル１４をパネル部材１３の背面により強固に一体化させることが可能になる。
【0033】
さらに、本実施形態では、好ましくは既設のトンネル覆工体５５の内周面と対向して配置される背面側には、アンカー筋１３ｅ（図９（ｂ）、図１０参照）を取り付けるための、ナット部材１３ｃが埋設固定されている。ナット部材１３ｃは、Ｍ１０程度の大きさの、フランジ付きナットとなっている。ナット部材１３ｃは、フランジ部を繊維補強コンクリート中に埋設すると共に、雌ネジ孔を背面側に開口させて状態で、分散配置されて４箇所に固定されている。各々のナット部材１３ｃには、Ｌ字状に折れ曲がった形状の例えばＤ１０程度の太さのアンカー筋１３ｅを、パネル部材１３と、既設のトンネル覆工体５５の内周面との間の空間５６に突出させて、着脱可能に取り付けることができる。
【0034】
複数のパネル部材１３は、例えば後述する押付け固定部材２０を用いて、支保体１１に支持させて、図１及び図８に示すように、トンネル５０のインバートコンクリート部５７よりも上方の側壁部から上部に至るまでのトンネル５０の内周面に沿って、周方向に連設して配置されることになる。連設して配置される複数のパネル部材１３の中央部のパネルである、トンネル５０の天端部に配置されるパネル部材１３’には、硬化性材料として好ましくは無収縮モルタルを空間５６に供給して充填するための、φ６０程度の大きさのモルタル供給孔１３ｄが開口形成されている。モルタル供給孔１３ｄは、例えばソケット部材を用いて、開閉可能に閉塞しておくことができる。
【0035】
本実施形態では、パネル部材１３は、好ましくは繊維補強コンクリートを用いて、平坦な矩形状の平面形状を備えるように形成されている。パネル部材１３は、トンネル５０の湾曲断面形状部分の湾曲形状に沿った、湾曲形状を備えるように形成することもできる。パネル部材１３を、トンネル５０の湾曲断面形状部分の湾曲形状に沿った湾曲形状を備えるように形成することにより、地山側からの外力に対して、より強固なアーチアクション効果を発揮させることが可能になる。
【0036】
そして、本実施形態の既設トンネルの補強構造１０では、図９（ａ）～（ｃ）に示すように、トンネル５０の延長方向Ｘに所定の中心間ピッチで、湾曲断面形状部分を有するトンネル５０の内壁面５１に沿って複数設置されたＩ形鋼による支保体１１の、各隣接する一対の支保体１１のパネル取付け面１１ａに跨るようにして、上述のパネル部材１３を、複数、周方向に連設して取り付けると共に、図１０に示すように、取り付けられたパネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の空間５６に、硬化性材料として、好ましくは無収縮モルタル１４を充填して硬化させることにより、補強用の覆工体５８を形成する。
【0037】
本実施形態では、パネル部材１３は、図９（ａ）～（ｃ）に示すように、当該パネル部材１３を支保体１１のパネル取付け面１１ａに押付けた状態で固定するための、押付け固定部材２０を用いて、周方向に連設して支保体１１に支持させた状態で各々取り付けられる。押付け固定部材２０は、例えば１辺が６０ｍｍ程度の大きさの矩形断面を有する角パイプからなり、各隣接する一対の支保体１１のパネル取付け面１１ａの外側辺部の間の間隔よりも僅か長い、１１００ｍｍ程度の長さを備えている。押付け固定部材２０は、周方向に連設して配置された各々のパネル部材１３における、連設方向Ｙの縦幅の中央部分において、トンネルの延長方向Ｘに延設させると共に、隣接する一対の支保体１１の各々と垂直に交差させるようにして取り付けられる。
【0038】
押付け固定部材２０は、支保体１１のパネル取付け面１１ａに固着されたナット部材２１に螺着される、例えばリブ座金や締着ナットを備える固定ボルト部材２２を当該ナット部材２１に締め着けることにより、リブ座金との間に挟み込むようにして両側の端部を支保体１１に締着することで、連設するパネル部材１３を、支保体１１に押付けた状態で各々強固に固定しておくことができる。本実施形態では、隣接する一対の支保体１１に跨るようにして設置される、周方向に連設する各々の段のパネル部材１３について、トンネルの延長方向Ｘに隣接する各一対のパネル部材１３を各々押え付ける押付け固定部材２０を、パネル部材１３の縦幅方向の中央部分において上下にずらして配置することにより、これらの隣接するパネル部材１３の中央部に配置される支保体１１に、これらの隣接するパネル部材１３を各々押え付ける一対の押付け固定部材２０の端部を、一本の固定ボルト部材２２によって、リブ座金を介して同時に締着できるようになっている。これらの押付け固定部材２０、ナット部材２１、固定ボルト部材２２によってパネル部材１３を支保することができるので、１日の作業終了後に、これらの部材の内側にパネル部材１３を取付けるための部材が存在しなくなって、例えば車両限界を侵すことになるのを、確実に回避することが可能になる。
【0039】
押付け固定部材２０及び固定ボルト部材２２を用いて、支保体１１のパネル取付け面１１ａにパネル部材１３を、複数、周方向に連設して取り付けることによって、各隣接する一対の支保体１１により挟まれる部分には、取り付けられたパネル部材１３と、既存のトンネル覆工体５５の内周面との間に、硬化性材料として好ましくは無収縮モルタル１４が充填される空間５６が形成される。パネル部材１３の背面側に、アンカー筋１３ｅを取り付けておくことで、これらのアンカー筋１３ｅを硬化性材料１４が充填される空間５６に突出させておくことができる。アンカー筋１３ｅによって、パネル部材１３と、空間５６に充填される無収縮モルタル１４との一体性を高めることができる。パネル部材１３と無収縮モルタル１４との一体性を効果的に高める観点、及び上下のパネル部材１３、１３間で干渉しないようする観点から、Ｌ字状に折れ曲がった形状のアンカー筋１３ｅは、折れ曲がり方向が、トンネルの延長方向Ｘに沿うように配置することが好ましい（図９（ｂ）参照）。
【0040】
また、硬化性材料１４が充填される空間５６には、好ましくはパネル部材１３を支保体１１のパネル取付け面１１ａに取り付けるのに先立って、内部に鉄筋（図示せず）を配設しておくこともできる。硬化性材料１４が充填される空間５６の内部に鉄筋が配設されていることにより、形成される補強用の覆工体５８の強度を効果的に高めることができる。
【0041】
さらに、本実施形態では、図１に示すように、湾曲断面形状部分を有する既存のトンネル覆工体５５の下部から硬化性材料１４が充填される空間５６に突出して、硬化性材料１４に埋設される下部アンカー部材１９が取り付けられていることが好ましい。下部アンカー部材１９は、例えばＤ１９程度の太さの鉄筋棒からなり、硬化性材料１４とトンネル覆工体５５との界面のせん断耐力向上と両者の付着力向上による一体化を目的として、アンカー筋１３ｅと同様に、Ｌ字状に折れ曲がった形状を備えている。下部アンカー部材１９は、上記にように、好ましくは鉄筋コンクリート製セグメント又は合成セグメントによる既設のトンネル覆工体５５のコンクリート部分に基部を埋設して固定された、アンカーボルトによるものとなっており、好ましくは折れ曲がり方向をトンネル５０の周方向に沿わせた状態で、両側の側壁部の各々３箇所に固定される。既存のトンネル覆工体５５の下部から硬化性材料１４が充填される空間５６に突出して、下部アンカー部材１９が設けられていることにより、補強用の覆工体５８の自重を含めた大きな荷重が作用する、補強用の覆工体５８の下部と既存のトンネル覆工体５５との界面を、効果的に補強し、且つ両者の連成構造を形成して強固な覆工体とすることが可能になる。
【0042】
本実施形態の既設トンネルの補強構造１０によれば、上述のようにして形成された、各隣接する一対の支保体１１によって挟まれる部分における、周方向に連設して配置されたパネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の、１又は２以上の各空間５６に、硬化性材料として好ましくは無収縮モルタル１４を各々充填することにより、湾曲断面形状部分を有する既存のトンネル覆工体５５の内周面を覆う補強用の覆工体５８を形成することができる。
【0043】
すなわち、周方向に連設して配置された複数のパネル部材１３のうちの、トンネル５０の上部の天端部に配置されるパネル部材１３’には、硬化性材料１４を空間５６に供給するためのモルタル供給孔１３ｄが形成されているので（図１参照）、例えばこれらのモルタル供給孔１３ｄにモルタルの供給配管（図示せず）を接続して、無収縮モルタル１４を供給することにより、パネル部材１３と既存のトンネル覆工体５５との間の空間５６に、無収縮モルタル１４を各々充填することができる。充填した無収縮モルタル１４が硬化してパネル部材１３と一体化した時点で、パネル部材１３を支保体１１に締着固定していた、固定ボルト部材２２や押付け固定部材２０を取り外すことにより、支保体１１、複数のパネル部材１３、及び硬化した無収縮モルタル１４が一体となった、既存のトンネル覆工体５５の内周面を覆う補強用の覆工体５８が容易に形成されることになる。
【0044】
そして、上述の構成を備える本実施形態の既設トンネルの排水機能付き補強構造１０によれば、セグメント５９によるトンネル覆工体５５の内面に形成された補強用の覆工体５８から、特にセグメント５９の前後間の接合部６０を介して滲出する滲出水を、簡易な構成によってスムーズに排出させることが可能になる。
【0045】
すなわち、本実施形態によれば、離間部６１において周方向に延設するセグメント５９の前後間の接合部６０を挟んだ両側に、一対の線状遮水部材６２が、支保体１１の固定面部１１ｂ及びトンネル覆工体５５の双方に密着させた状態で、支保体１１の上端部から下端部に至るまで周方向に連続して取り付けられており、取り付けられた一対の線状遮水部材６２の間の部分を排水路６３として、滲出水を下方に導水できるようになっていると共に、排水路６３の下端部がシールドトンネル５０の内部空間と連通していて、導水された滲出水を排出できるようになっているので、このような簡易な構成によって、特にセグメント５９の前後間の接合部６０を介して滲出する滲出水を、補強用の覆工体５８からスムーズに排出させることが可能になる。
【0046】
なお、本発明は上記の実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、支保体の固定面部とトンネル覆工体との間に離間部を保持した状態で支保体を固定するための台座プレート部材を、トンネル覆工体の内側面に取り付けておく必要は必ずしも無く、例えば図１１に示すように、支保体１１’がＨ形鋼である場合には、セグメント５９によるトンネル覆工体５５の内面から突出させて埋設したアンカーボルト６５に螺着した一対のナット部材６６の間に、固定面部１１ｂ’を挟み込むだけの、より簡易な方法によって、固定面部１１ｂ’とトンネル覆工体５５との間に離間部６１を保持した状態で、支保体１１’を固定するようにすることもできる。
【0047】
また、トンネル覆工体が補強される既設トンネルは、シールドトンネル以外の、山岳トンネルや、その他の種々のトンネルであっても良い。補強されるトンネル覆工体は、少なくとも上部が湾曲する断面形状となった内周面を備えている必要は必ずしも無く、例えばセグメントをトンネルの軸方向に連設させて組立ててゆくものであれば、矩形状の断面形状を備えるトンネル覆工体であっても良い。支保体は、Ｉ形鋼やＨ形鋼である必要は必ずしも無く、内側にパネル取付け面を設けることが可能な、溝形鋼や山形鋼等のその他の種々の鋼製部材であっても良い。パネル部材は、繊維補強コンクリート製の部材である必要は必ずしも無く、合成樹脂製や鋼製、鋳鉄製等のその他の材料からなるものであっても良い。パネル部材とトンネルの内壁面との間の空間に充填される硬化性材料は、無収縮モルタルの他、通常のモルタル、コンクリート、セメントミルク等のセメント系硬化材料やセメント系以外の硬化性材料であっても良い。
【符号の説明】
【0048】
１０ 排水機能付き補強構造
１１ 支保体（Ｉ形鋼）
１１’ 支保ピース
１１ａ パネル取付け面（内側フランジ）
１１ｂ 固定面部（外側フランジ）
１２ 台座プレート部材
１２ｄ 面板部
１３ パネル部材
１４ 無収縮モルタル（硬化性材料）
１５ 挟み込みプレート片
５０ シールドトンネル（既存トンネル）
５１ 内壁面
５５ トンネル覆工体
５６ 空間
５７ インバートコンクリート部
５８ 補強用の覆工体
５９ セグメント
６０ 接合部
６１ 離間部
６２ 線状遮水部材（パツカー材）
６３ 排水路
６４ 止水用接着剤
Ｘ トンネルの延長方向
Ｙ パネル部材の連設方向
１１ 支保体（Ｉ形鋼）
１１’ 支保ピース
１１ａ パネル取付け面（内側フランジ）
１１ｂ 固定面部（外側フランジ）
１２ 台座プレート部材
１２ｄ 面板部
１３ パネル部材
１４ 無収縮モルタル（硬化性材料）
１５ 挟み込みプレート片
５０ シールドトンネル（既存トンネル）
５１ 内壁面
５５ トンネル覆工体
５６ 空間
５７ インバートコンクリート部
５８ 補強用の覆工体
５９ セグメント
６０ 接合部
６１ 離間部
６２ 線状遮水部材（パツカー材）
６３ 排水路
６４ 止水用接着剤
Ｘ トンネルの延長方向
Ｙ パネル部材の連設方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】