特許 7502649 トンネルの製造方法および充填構造物

(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】2024-06-11

(45)【発行日】2024-06-19

(54)【発明の名称】トンネルの製造方法および充填構造物

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/00 20060101AFI20240612BHJP

【ＦＩ】

E21D11/00 A

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021038954

(22)【出願日】2021-03-11

(65)【公開番号】P2022138846

(43)【公開日】2022-09-26

【審査請求日】2023-06-30

(73)【特許権者】

【識別番号】508321823

【氏名又は名称】株式会社イノアック住環境

(74)【代理人】

【識別番号】110002424

【氏名又は名称】ケー・ティー・アンド・エス弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 大輔

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－３１７２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－１２１０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２５６５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－２２６８５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０２７８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１９９６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１８６５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－２６８８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０９６８１２３５（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネル内壁に形成された開口であって前記トンネル内壁と地盤との間に位置する空洞につながる前記開口を、板材で覆う手順と、
前記トンネル内壁または前記板材に設けた貫通孔を介して、前記空洞に充填材を充填する手順と、を含み、
前記板材は、外周面を有し、
前記開口は、内周面を有し、
前記開口を板材で覆う手順は、前記板材の前記外周面が前記開口の前記内周面に面するように、前記板材を前記開口内に配置することを含む、
トンネルの製造方法。

【請求項2】

トンネル内壁に形成された開口であって前記トンネル内壁と地盤との間に位置する空洞につながる前記開口を、板材で覆う手順と、
前記トンネル内壁または前記板材に設けた貫通孔を介して、前記空洞に充填材を充填する手順と、を含み、
前記板材は、前記開口の前記空洞側の開口面積よりも大きい面積を有し、前記開口を通過できる程度に弾性変形可能であり、前記開口を通じて前記空洞に搬入され、前記空洞内に配置することを含む、
トンネルの製造方法。

【請求項3】

トンネル内壁に形成された開口であって前記トンネル内壁と地盤との間に位置する空洞につながる前記開口を、板材で覆う手順と、
前記トンネル内壁または前記板材に設けた貫通孔を介して、前記空洞に充填材を充填する手順と、を含み、
前記板材は弾性を有し、
前記充填材に押圧されて前記板材が変形するまで前記充填材を充填する、
トンネルの製造方法。

【請求項4】

トンネル内壁に形成された開口であって前記トンネル内壁と地盤との間に位置する空洞につながる前記開口を、樹脂製の板材で覆う手順と、
前記トンネル内壁または前記板材に設けた貫通孔を介して、前記空洞に充填材を、前記板材に接触するように充填する手順と、を含む、
トンネルの製造方法。

【請求項5】

トンネル内壁に形成された開口であって前記トンネル内壁と地盤との間に位置する空洞につながる前記開口を、板材で覆う手順と、
前記トンネル内壁または前記板材に設けた貫通孔を介して、前記空洞に充填材を充填する手順と、を含み、
前記充填材は発泡ウレタンである、
トンネルの製造方法。

【請求項6】

前記充填材及び前記板材の両者が発泡ウレタン製である請求項１から５のいずれか１項に記載のトンネルの製造方法。

【請求項7】

トンネル内壁と地盤の間に位置する空洞に充填された充填構造物であって、
前記トンネル内壁に形成された開口であって、前記空洞につながる前記開口を覆う板材と、
前記空洞内に形成され、前記板材に接触する充填層と、
を備え、
前記板材は、外周面を有し、
前記開口は、内周面を有し、
前記板材の前記外周面が前記開口の前記内周面に面するように、前記板材を前記開口内に配置されている充填構造物。

【請求項8】

トンネル内壁と地盤の間に位置する空洞に充填された充填構造物であって、
前記トンネル内壁に形成された開口であって、前記空洞につながる前記開口を覆う板材と、
前記空洞内に形成され、前記板材に接触する充填層と、
を備え、
前記板材は、貫通孔を有しており、前記空洞内に配置されている、充填構造物。

【請求項9】

トンネル内壁と地盤の間に位置する空洞に充填された充填構造物であって、
前記トンネル内壁に形成された開口であって、前記空洞につながる前記開口を覆う板材と、
前記空洞内に形成され、前記板材に接触する充填層と、
を備え、
前記板材は弾性を有し、トンネル内空に向けて撓んでいる充填構造物。

【請求項10】

トンネル内壁と地盤の間に位置する空洞に充填された充填構造物であって、
前記トンネル内壁に形成された開口であって、前記空洞につながる前記開口を覆う樹脂製の板材と、
前記空洞内に形成され、前記板材に接触する充填層と、
を備える充填構造物。

【請求項11】

トンネル内壁と地盤の間に位置する空洞に充填された充填構造物であって、
前記トンネル内壁に形成された開口であって、前記空洞につながる前記開口を覆う板材と、
前記空洞内に形成され、前記板材に接触する発泡ウレタン製の充填層と、
を備える充填構造物。

【請求項12】

前記充填層及び前記板材の両者が発泡ウレタン製である請求項７から１１のいずれか１項に記載の充填構造物。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、トンネルの製造方法および充填構造物に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル覆工は、近年主流の吹付コンクリートによる支保構造と、それ以前に採用されていた矢板工法によるトンネル構造がある。矢板工法は、鋼アーチ支保工や矢板が支障となって、トンネル内壁（例えば、覆工コンクリート）とその背面の地盤（例えば、地山）との間に空洞を残すことがある。

【0003】

トンネル内壁は、地盤から圧力を受ける主働領域と、主働領域から内部応力を受けて地盤に向けて変形しようとする受動領域を含む。受動領域は、受動領域の背面に位置する地盤から反力を受けることにより受動領域の変位を抑えている。しかし、空洞が受動領域の背面に存在すると、受動領域が地盤から反力を受けることができず、トンネル内壁の構造的な耐荷力不足を招く。

【0004】

特許文献１および２は、トンネル内壁（例えば、矢板または覆工コンクリート）に貫通孔を形成し、貫通孔を通じてトンネル背面の空洞内に充填材（例えば、発泡ウレタン）を充填する工法を開示している。特許文献３は、セメント系の充填材を開示している。特許文献４は、発泡ウレタンと軽量骨材を含む充填材を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００７－１４６５２２号公報

【文献】特開２０１３－９１９８１号公報

【文献】特開２００５－１６３５２６号公報

【文献】特開２０１７－５３２０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

トンネル内壁を補強するために、トンネル背面の空洞が充填材で充填されることがある。このようなトンネル内壁は、比較的大きな開口を有することがある。この開口がトンネル背面の空洞につながっている場合、充填材は、開口を通じてトンネル背面の空洞からトンネルの内空に流出する可能性がある。

【0007】

本開示は、開口を通じた充填材の流出を防止するトンネルの製造方法および充填構造物を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一態様に係るトンネルの製造方法は、トンネル内壁に形成された開口であってトンネル内壁と地盤との間に位置する空洞につながる開口を、板材で覆う手順を含む。この方法は、さらに、トンネル内壁または板材に設けた貫通孔を介して、空洞に充填材を充填する手順を含む。

【0009】

本開示の別の態様に係る充填構造物は、トンネル内壁と地盤の間に位置する空洞に充填された充填構造物である。充填構造物は、トンネル内壁に形成された開口であって、空洞につながる開口を覆う板材を備える。充填構造物は、さらに、空洞内に形成され、板材に接触する充填層を備える。

【発明の効果】

【0010】

上記トンネルの製造方法は、充填材の開口を通じた流出を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の一実施形態に係る充填構造物を示す断面図。

【図2】本開示の一実施形態に係るトンネルの製造プロセスを示すフローチャート。

【図3】本開示の一実施形態に係る製造中のトンネルを示す断面図。

【図4】本開示の一実施形態に係る製造中のトンネルを示す断面図。

【図5】本開示の一実施形態に係る製造中のトンネルを示す断面図。

【図6】本開示の別の実施形態に係る製造中のトンネルを示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１に示すように、充填構造物１０は、トンネル内壁３０と地盤４２の間に位置する空洞４３内に充填されている。トンネル内壁３０は、例えば、コンクリート製である。トンネル内壁３０は、トンネル内空４１に面する内周面３１と、地盤４２に面する外周面３２を有する。

【0013】

トンネル内壁３０は、さらに、内周面３１から外周面３２まで延びる開口３３を有する。開口３３は、例えば、標識、照明、信号、換気装置のようなトンネル内設置物のトンネル内壁からの撤去により残存する開口である。あるいは、開口３３は、例えば、トンネル内壁３０からのコンクリート片の剥離により形成された開口である。開口３３は、これに限られないが、例えば、６００ｍｍ四方の正方形のサイズおよび形状を有する。

【0014】

トンネル内壁３０は、さらに、内周面３１から外周面３２まで延びる貫通孔３４を有する。貫通孔３４は、トンネル内空４１に設置された充填材送出ポンプから空洞４３に充填材を注入するための孔である。貫通孔３４は、これに限られないが、例えば、直径３２ｍｍの円形のサイズおよび形状を有する。貫通孔３４のサイズは、開口３３のサイズよりも小さくてもよい。

【0015】

充填構造物１０は、開口３３を覆う板材１１を備える。板材１１は、例えば、樹脂、木材、金属、セラミックス、炭素繊維、または、これらの複合材を含む。本実施形態では、板材１１は、発泡ウレタン製である。板材１１は、これに限られないが、例えば、３０ｍｍの厚みを有してもよい。板材１１は、紫外線保護層を含んでもよい。紫外線保護層は、繊維またはエポキシ樹脂製であってもよい。

【0016】

充填構造物１０は、さらに、空洞４３内に形成され、板材１１に接触する充填層１２を備える。充填層１２は、例えば、樹脂を含む。本実施形態では、充填層１２は、発泡ウレタン製である。発泡ウレタンは、これに限られないが、発泡により３０～５０倍（好ましくは、３６～４４倍）の体積膨張をする発泡ウレタンであってもよい。発泡ウレタンは、これに限られないが、約６５秒の硬化時間を有してもよい。

【0017】

上述の通り、本実施形態では、板材１１は、発泡ウレタン製である。発泡ウレタン製の板材１１は、次のような点で優位性を有する。例えば、発泡ウレタンは、軽量なので、板材１１がトンネル内壁３０に与える影響を最小限にできる。発泡ウレタンは、カッターナイフのような簡易な切断器具により容易に加工可能であるため、板材１１が現場で容易に整形され得る。発泡ウレタンは、充填層１２（発泡ウレタン）と同系素材であるため、板材１１が充填層１２に良好に接着し、これにより、板材１１の充填層１２からの剥離および落下の可能性を最小限にできる。

【0018】

図２は、トンネルの製造プロセスの一例を示す。以下の各ステップでの作業者は、共通してもよく、異なっていてもよい。

【0019】

作業者は、空洞４３につながる開口３３を板材１１で覆う（ステップＳ１）。例えば、図３に示すように、板材１１は、空洞４３内に位置し、トンネル内壁３０の外周面３２上に配置されてもよい。開口３３は、空洞４３側の開口面積３５を有する。板材１１は、開口面積３５よりも大きな面積１３を有する。例えば、開口３３が正方形の場合、板材１１は、開口３３の辺より長く開口３３の対角線よりも短い辺を有する正方形であってもよい。あるいは、板材１１は、開口３３を通過できる程度に弾性変形可能であってもよい。このような板材１１は、開口３３を通じてトンネル内空４１から空洞４３に搬入され得る。

【0020】

作業者は、次に、トンネル内壁３０に貫通孔３４を形成する（ステップＳ２）。ひとつの貫通孔３４は、空洞４３内の一定範囲（例えば、半径２ｍ）への充填材の注入に供される。図３に示すように、貫通孔３４は、間隔をあけて複数形成されてもよい。貫通孔３４は、板材１１に形成されてもよい。

【0021】

作業者は、次に、貫通孔３４を介して、空洞４３に充填材を充填する（ステップＳ３）。具体的には、作業者は、充填材送出ポンプにつながる注入ホース（またはパイプ）を貫通孔３４に接続する。作業者は、充填材送出ポンプを駆動して、貫通孔３４を介して空洞４３に充填材を充填する。

【0022】

図５に示すように、板材１１は、弾性を有し、空洞４３内で膨張した充填材に押圧されて変形してもよい。具体的には、板材１１は、トンネル内空４１に向けて撓んでもよい。作業者は、板材１１の変形を目視またはセンサにより検出して、空洞４３内に適切に充填材が充填されたと判断することができる。作業者は、板材１１の過剰に張り出した部分を、切断器具を利用して切除してもよい。

【0023】

作業者は、次に、貫通孔３４に接続された注入ホースを撤去して、充填材の注入作業を完了する。例えば、注入ホースは抜くことも出来るが、注入ホースが樹脂製である場合は、容易に切断することができる。

【0024】

図２のプロセスでは、開口３３が板材１１で覆われた後に貫通孔３４が形成される。これとは逆に、貫通孔３４が形成された後に開口３３が板材１１で覆われてもよい。また、上述のように、板材１１が貫通孔３４を有することがある。板材１１がトンネル内壁３０上に配置されてから貫通孔３４が板材１１に形成されてもよい。これとは逆に、貫通孔３４が板材１１に形成されてから、その板材１１がトンネル内壁３０上に配置されてもよい。

【0025】

図５に示すように、板材１１は、トンネル内壁３０の外周面３２上に配置されている。これに代えて、図６に示すように、板材１１は、開口３３内に配置されてもよい。例えば、板材１１は、外周面１４を有する。開口３３は、内周面３６を有する。板材１１の外周面１４が開口３３の内周面３６に面している。

【0026】

図６の例では、板材１１は、隙間なく、あるいは、わずかな隙間をあけて、開口３３内に配されている。充填材が空洞４３内に充填される工程では、板材１１は、トンネル内空４１内に設置された構造物によりサポートされてもよい。構造物は、充填材の押圧による板材１１の位置ずれを防止する。これに代えて、板材１１は、開口３３内に圧入されることにより、他の構造物無しに開口３３内に固定されていてもよい。例えば、板材１１は、弾性を有し、自然状態で開口３３よりも大きく、圧縮状態で開口３３内に配されてもよい。

【0027】

図６に示すように、板材１１は、見た目（意匠性）の向上のため、トンネル内壁３０の内周面３１に沿うように配置されてもよい。

【0028】

以上、本開示の一実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態および変形例は必要に応じて任意に組合せ可能である。

【符号の説明】

【0029】

１０ 充填構造物
１１ 板材
１２ 充填層
３０ トンネル内壁
３１ 内周面
３２ 外周面
３３ 開口
３４ 貫通孔
４１ トンネル内空
４２ 地盤
４３ 空洞

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】