JP2017075459A - Tunnel reinforcement structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トンネル補強構造に関する。 The present invention relates to a tunnel reinforcing structure.
近年、地下空間の有効活用により、既設地下構造物に近接して新設地下構造物を施工する場合がある。既設トンネルに隣接して他の地下構造物を構築すると、既設トンネルへの外力作用状況が変化する場合がある。
また、トンネルの施工後に地下水位の低下や地殻変動等が生じると、トンネルへの外力の作用状況が変化する場合もある。
外力の作用状況が変化すると、トンネル覆工の作用応力状態が変化し、トンネル覆工に変形が生じるおそれがある。
また、老朽化に起因するトンネル覆工の変形も懸念されている。
In recent years, a new underground structure may be constructed in the vicinity of an existing underground structure due to effective use of the underground space. If another underground structure is constructed adjacent to the existing tunnel, the external force acting on the existing tunnel may change.
In addition, when the groundwater level drops or crustal deformation occurs after construction of the tunnel, the action of external force on the tunnel may change.
When the action state of the external force changes, the action stress state of the tunnel lining changes, and the tunnel lining may be deformed.
There is also concern about the deformation of the tunnel lining due to aging.
トンネル覆工に変形が生じた既設トンネルの補強方法としては、トンネル覆工の内面に、増し厚コンクリートを打設する方法や鋼板を貼着する方法等が採用されている。
また、本出願人は、特許文献1に示すように、断面コ字状の鋼材を開口面がトンネル覆工側になるように配置するとともに、この鋼材とトンネル覆工とにより形成された空間にゴムチューブを配置しておき、このゴムチューブ内に充填固化材を加圧注入する方法を開発した。
ところが、前記従来の補強方法は、トンネル覆工の内面を全体的に補強するものであるため、インバートを有するトンネルには適用が難しかった。
As a method for reinforcing an existing tunnel in which deformation has occurred in the tunnel lining, a method of placing a thicker concrete or a method of attaching a steel plate to the inner surface of the tunnel lining is employed.
In addition, as shown in
However, since the conventional reinforcing method reinforces the entire inner surface of the tunnel lining, it has been difficult to apply to a tunnel having an invert.
一方、トンネル覆工を部分的に補強する補強方法として、トンネル覆工の表面に炭素繊維シートを貼着する方法や、トンネル覆工の変形に抵抗させるための支柱や梁等の支保材を既設トンネル内に設置する方法が採用される場合がある。
ところが、炭素繊維シートによる補強構造は、コンクリートの剥落防止としての効果は得られるものの、トンネル覆工の補強効果は小さい。
また、トンネル内へ支柱や梁等の支保材を設置すると、支保材がトンネル内空を横断するため、道路トンネルや鉄道トンネル等には採用することができない。
On the other hand, as a reinforcing method to partially reinforce the tunnel lining, a method of sticking a carbon fiber sheet on the surface of the tunnel lining and supporting materials such as columns and beams to resist the deformation of the tunnel lining are already installed. A method of installing in a tunnel may be adopted.
However, although the reinforcing structure using the carbon fiber sheet is effective in preventing the concrete from peeling off, the reinforcing effect of the tunnel lining is small.
In addition, when supporting materials such as columns and beams are installed in the tunnel, the supporting material crosses the tunnel interior, so that it cannot be used for road tunnels and railway tunnels.
このような観点から、本発明は、トンネルの形状等に限定されることなく、効果的にトンネル覆工の耐久性を向上させることを可能とした、トンネル補強構造を提案することを課題とする。 From such a viewpoint, an object of the present invention is to propose a tunnel reinforcement structure that can effectively improve the durability of tunnel lining without being limited to the shape of the tunnel. .
前記課題を解決するために、本発明は、トンネル覆工の内面に沿って設けられたアーチ状鋼材と、前記アーチ状鋼材と前記トンネル覆工との間に形成された空間に充填された充填固化材と、前記アーチ状鋼材の一方の端部から他方の端部に至る弦材とを備えるトンネル補強構造であって、前記アーチ状鋼材は、前記トンネル覆工の周方向に対して部分的に設けられているとともに、両端部が前記トンネル覆工に接合されていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the present invention provides an arch steel material provided along the inner surface of a tunnel lining, and a filling filled in a space formed between the arch steel material and the tunnel lining. A tunnel reinforcement structure comprising a solidified material and a chord material extending from one end of the arched steel to the other end, wherein the arched steel is partially in the circumferential direction of the tunnel lining And both ends are joined to the tunnel lining.
かかるトンネル補強構造によれば、アーチ状鋼材と充填固化材により外向き(地山方向)に荷重を作用させることで、トンネル覆工に対して内向き(内空方向)に作用する外力に抵抗することができる。
また、トンネル覆工を部分的に補強することで、トンネル内空への影響を最小限に抑えることができる。
また、充填固化材の注入時の反力を弦材で受けることができるため、所望の補強効果を得ることができる。さらに、弦材を使用することで、アーチ状鋼材の大断面化により耐力を確保する場合に比べてトンネル補強構造の軽量化を図ることができる。
According to such a tunnel reinforcement structure, by applying a load outward (ground mountain direction) by the arched steel material and the filling solidified material, it resists external force acting inward (inward direction) against the tunnel lining. can do.
In addition, by partially reinforcing the tunnel lining, it is possible to minimize the influence on the tunnel interior.
Moreover, since the reaction force at the time of injection | pouring of a filling solidification material can be received with a chord material, a desired reinforcement effect can be acquired. Furthermore, by using a chord material, it is possible to reduce the weight of the tunnel reinforcement structure as compared to the case where the proof strength is ensured by increasing the cross section of the arched steel material.
前記アーチ状鋼材の端部は、前記トンネル覆工に剛接合されていてもよいし、ピン支承、スライド支承またはピンスライド支承を介してトンネル覆工に接合されていてもよい。
また、充填固化材は、前記アーチ状鋼材と前記トンネル覆工との間に形成された空間に配設されたチューブ材に加圧注入してもよい。
さらに、前記アーチ状鋼材は、トンネル上部に設けてもよいし、トンネル側部に設けてもよい。
The end portion of the arched steel material may be rigidly joined to the tunnel lining, or may be joined to the tunnel lining via a pin bearing, a slide bearing or a pin slide bearing.
Further, the filling and solidifying material may be pressurized and injected into a tube material disposed in a space formed between the arched steel material and the tunnel lining.
Furthermore, the arched steel material may be provided on the upper part of the tunnel or on the side of the tunnel.
本発明のトンネル補強構造によれば、トンネルの形状等に限定されることなく、効果的にトンネル覆工の耐久性を向上させることが可能となる。 According to the tunnel reinforcing structure of the present invention, the durability of the tunnel lining can be effectively improved without being limited to the shape of the tunnel.
本発明の実施形態では、図1に示すように、既設のトンネル1を補強するためにトンネル1の覆工(トンネル覆工)11の内面に設けられたトンネル補強構造2について説明する。
本実施形態のトンネル補強構造2は、図1に示すように、断面円形のトンネル1の頂部(上部)に設けられており、アーチ状鋼材3と、充填固化材4(図2参照)と、弦材5とを備えている。
In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 1, a
As shown in FIG. 1, the
アーチ状鋼材3は、覆工11の内面に沿って設けられた鋼材である。
本実施形態のアーチ状鋼材3は、覆工11の周方向に対して、トンネル1の頂点から左右に中心角が25°(計50°)の範囲に設けられている。また、アーチ状鋼材3は、両端部において覆工11に接合されている。なお、アーチ状鋼材3を設置する範囲(アーチ状鋼材3の長さ)は限定されるものではない。
本実施形態のアーチ状鋼材3は、図2および図3に示すように、一対の主桁31,31と受圧板32と、取付板33とにより構成されている。
The
The
As shown in FIGS. 2 and 3, the
主桁31は、覆工11の内面形状に沿う弧状に形成された鋼板であって、覆工11の内面に当接した状態で、トンネル周方向に沿って配設されている。図2に示すように、一対の主桁31,31は、トンネル1の軸方向に間隔をあけて平行に設けられている。なお、主桁31同士の間隔や主桁31の板厚、高さおよび長さ等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
図3(a)に示すように、主桁31の端部には、弦材5を固定するための固定部31aが形成されている。本実施形態の固定部31aは、主桁31の端部の面積を広げることで形成されている。なお、固定部31aの構成は限定されるものではない。
The
As shown in FIG. 3A, a
受圧板32は、一対の主桁31,31に横架された鋼板であって、両端が主桁31,31に固定(溶接されている)。受圧板32は、図2に示すように、主桁31の覆工11側の端面から隙間を開けた位置に固定されている。したがって、アーチ状鋼材3を覆工11の内面に設置した際に、覆工11と受圧板32との間に隙間が形成される。なお、本実施形態では、受圧板32を、主桁31の中間よりも覆工11側に固定しているが、受圧板32の取り付け箇所は限定されるものではなく、例えば、主桁31の中間に固定してもよい。また、受圧板32の板厚や幅等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
The
取付板33は、図3(a)に示すように、アーチ状鋼材3の端部に設けられた鋼板である。取付板33は、主桁31,31および受圧板32の端面に一体に固定されているとともに、取付部材6に接合されている。なお、取付板33は、主桁31,31および受圧板32により形成された矩形状の空間に配設してもよい。なお、取付板33は、必要に応じて配設すればよく、例えば、主桁31または受圧板32を取付部材6に直接取り付ける場合には省略してもよい。
また、アーチ状鋼材3の構成は限定されるものではなく、例えば、H形鋼や溝形鋼等の所定の断面形状を有した鋼材により構成してもよい。
The
Moreover, the structure of the arch-
アーチ状鋼材3は、図1に示すように、取付部材6を介して覆工11に接合されている。
取付部材6は、アーチ状鋼材3の両端部にそれぞれ設けられている。
本実施形態の取付部材6は、図3(a)および(b)に示すように、アンカー61と、ベース部材62と、摺動部材63と、回転部材64と、ピン65とを備えている。なお、取付部材6の構成は、アーチ状鋼材3の端部を覆工11に接合可能であれば限定されるものではない。
As shown in FIG. 1, the arch-
The
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
アンカー61は、ベース部材62の内空側の面に係止されているとともに、覆工11に埋め込まれている。本実施形態では、ベース部材62の四隅にそれぞれアンカー61が配設されている。アンカー61は、ベース部材62に挿通された状態で覆工11に埋め込まれているとともに、覆工11から突出した部分に螺合されたナット61aによってベース部材62に係止されている。
なお、アンカー61を構成する材料や、アンカー61の数および配置は限定されるものではない。また、アンカー61のベース部材62への固定方法も限定されない。
The
In addition, the material which comprises the
ベース部材62は、アンカー61を介して覆工11の表面に固定された鋼板である。図3(b)に示すように、ベース部材62には、断面T字状の溝62aが形成されている。
溝62aは、覆工11側の幅広部分と、幅広部分よりも小さい幅でトンネル内空側に開口している開口部分とを備えている。溝62aは、トンネル周方向に沿って形成されており、摺動部材63のレールとして機能する。
なお、ベース部材62を構成する材料や、ベース部材62の形状等は限定されるものではない。
The
The
In addition, the material which comprises the
摺動部材63は、ベース部材62の内空側に配設された鋼製部材であって、溝62aに沿って移動可能に配設されている。図3(b)に示すように、摺動部材63は、本体部63aと、突起63bとを備えている。
本体部63aは、図3(a)に示すように、回転部材64の回転を妨げることがないように、トンネル軸方向から望む外形がアーチ状を呈している。また、本体部63aの中央部にはピン65を挿通するための貫通孔63cが形成されている。
突起63bは、本体部63aの地山側の面に突設されており、幅広部分と幅広部分よりも小さい幅の幅狭部分とにより断面T字状を呈している。
突起63bの幅広部分は、溝62aの断面積も小さい断面積を有しているとともに、溝62bの開口部分よりも大きな幅を有している。
また、突起63bの幅狭部分は、開口部分よりも小さな幅を有しているとともに、開口部分よりも大きな高さ(トンネル内外方向の長さ)を有している。
突起63bはベース部材62の溝62b内に挿入されている。突起63bと溝62aとの間には、摩擦低減材が介設されていて、突起63bが溝62a内を移動可能に設けられている。
このように、摺動部材63は、ベース部材62に対して摺動可能に設けられているとともに、突起63bの幅広部分により溝62aからの抜け出し(ベース部材62からの落下)が防止されている。
The sliding
As shown in FIG. 3A, the main body 63a has an arched outer shape desired from the tunnel axis direction so as not to prevent the rotation of the rotating
The
The wide part of the
Further, the narrow portion of the
The
As described above, the sliding
回転部材64は、図3(a)および(b)に示すように、取付板64aと、一対の脚板64b,64bとにより門型に形成されている。
取付板64aは、図3(a)に示すように、アーチ状鋼材3の取付板33に、重ね合わせた状態でボルト接合されている。取付板33のアーチ状鋼材3と反対側の面には、一対の脚板64bが固定されている。
一対の脚板64bは、摺動部材63の本体部63aを挟んで対向している。脚板64bには、本体部63aの貫通孔63cに対応して、貫通孔64cが形成されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the rotating
As shown in FIG. 3A, the mounting
The pair of
ピン65は、円柱状を呈しており、摺動部材63の貫通孔63cと回転部材64の貫通孔64c,64cとを貫通している。
回転部材64は、ピン65を中心に、摺動部材63に対して回転する。
すなわち、本実施形態の取付部材6は、摺動部材63がベース部材62の溝62aに沿ってトンネル周方向にスライドするとともに、回転部材64がトンネル軸と平行な軸を中心に回転する、ピンスライド支承を構成している。
The
The rotating
That is, the mounting
なお、取付部材6を構成する各部材の形状や部材同士の連結方法等は限定されない。
例えば、摺動部材63は、必ずしもベース部材62の溝62aに沿ってトンネル周方向にスライドする必要はなく、図4(a)および(b)に示すように、ベース部材62に固定されていてもよい。このとき、摺動部材63の貫通孔63cが長穴であれば、回転部材64が貫通孔63cに沿ってトンネル周方向にスライドするとともに、トンネル軸と平行な軸を中心に回転するピンスライド支承となる。
In addition, the shape of each member which comprises the
For example, the sliding
充填固化材4は、図2に示すように、アーチ状鋼材2と覆工11との間に形成された空間に充填されている。本実施形態では、一対の主桁31,31、受圧板32および覆工11により形成された矩形状の空間に配設されたチューブ41内に、充填固化材4が加圧注入されている。
充填固化材4を構成する材料は限定されるものではないが、本実施形態ではセメントミルクを使用する。
また、チューブ41を構成する材料は、充填固化材4を加圧注入することで圧縮応力を蓄える材料であれば、限定されるものではないが、本実施形態ではゴムチューブを使用する。
また、チューブ41に代えて、外縁がアーチ状鋼材2に固定されたゴム板に充填固化材4を加圧注入してもよい。また、アーチ状鋼材2と覆工11との間に形成された空間に充填固化材4を注入した際に、充填固化材4が漏出するおそれがない場合には、チューブ41等は省略してもよい。
As shown in FIG. 2, the filled solidified
Although the material which comprises the filling
Moreover, the material which comprises the
Further, instead of the
弦材5は、アーチ状鋼材3の一方の端部から他方の端部に至る鋼材である。
弦材5の両端は、アーチ状鋼材3の端部に固定されている。弦材5をアーチ状鋼材3に固定する方法は限定されるものではないが、本実施形態では、図3(a)に示すように、ボルトにより主桁31の固定部31aに固定する。
本実施形態では、弦材5をH形鋼により構成するが、弦材5を構成する材料は限定されるものではなく、例えば溝形鋼やL形鋼等を使用してもよい。
The
Both ends of the
In the present embodiment, the
本実施形態のトンネル補強構造2によれば、アーチ状鋼材3と充填固化材4により外向き(地山方向)に荷重を作用させることで、覆工11に対して内向き(内空方向)に作用する外力に対して抵抗することができる。
図5(a)に示すように、老朽化の進行または外荷重の変化によりトンネル頂部において内側引張の曲げモーメントM0が大きくなると、トンネル1に縦方向につぶれが生じる。
一方、トンネル補強構造2によれば、図5(b)に示すように、トンネル頂部で外側引張の曲げモーメントM1を発生させることができるので、トンネル頂部の曲げモーメントを軽減させることができる。
According to the
As shown in FIG. 5 (a), when the bending moment M 0 of the inner tension increases in the tunnel top by progression or outside load change aging, collapse
On the other hand, according to the
また、トンネル補強構造2によれば、トンネル覆工が部分的に補強されるので、トンネル内空への影響を最小限に抑えることができる。特に、トンネル頂部にトンネル補強構造2を設置した場合には、道路トンネルや鉄道トンネルの建築限界の外側にトンネル補強構造2が配設されるため、トンネルの使用に支障をきたすことがない。
また、弦材5に充填固化材4の加圧注入時の反力を弦材5で受けることができるため、所望の補強効果を得ることができる。すなわち、充填固化材4を加圧注入することによってアーチ状鋼材の端部に作用する内向きの力に対しては、弦材5が対向する。
また、弦材5を使用することで、アーチ状鋼材3の大断面化により耐力を確保する場合に比べてトンネル補強構造の軽量化を図ることができる。
アーチ状鋼材3の覆工11への接合構造としてピンスライド支承を採用しているため、充填固化材4を加圧注入する際にアーチ状鋼材3と覆工11との接合部の負担を軽減させることができる。
充填固化材4をチューブ41に加圧注入することで、充填固化材の漏出を防止し、覆工11に確実に圧力を作用させることができる。
また、充填固化材4をチューブ41に加圧注入すると、充填固化材4の圧力によって直ちに効果が得られるため、既設のトンネル1の補強効果を早期に得ることができる。
Moreover, according to the
Moreover, since the reaction force at the time of the pressure injection of the filling solidified
In addition, by using the
Since the pin slide support is adopted as the joining structure of the
By injecting the filled solidified
Further, when the filled solidified
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。
前記実施形態では、断面円形のトンネル1について説明したが、トンネル1の断面形状は限定されるものではなく、例えば馬蹄形であってもよい。
また、前記実施形態では、トンネル補強構造2をトンネル1の頂部に設置する場合について説明したが、トンネル補強構造2の設置個所は限定されるものではなく、例えば、トンネルの側壁に設置してもよい。
前記実施形態では、アーチ状鋼材の端部を、ピンスライド支承を介して覆工11に接合する場合について説明したが、アーチ状鋼材の端部の接合構造は限定されるものではない。例えば、アーチ状鋼材の端部を剛結合した場合(図6(a)参照)、ピン支承を介して接合した場合(図6(b)参照)、または、スライド支承を介して接合した場合(図6(c)参照)であっても、外側引張の曲げモーメントを発生させることによりトンネル頂部の曲げモーメントを軽減させることができる。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the above-described constituent elements can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
In the embodiment, the
In the embodiment, the case where the
In the above embodiment, the case where the end portion of the arched steel material is joined to the lining 11 via the pin slide support has been described, but the joining structure of the end portion of the arched steel material is not limited. For example, when the ends of the arched steel material are rigidly connected (see FIG. 6 (a)), when joined via a pin support (see FIG. 6 (b)), or when joined via a slide support ( Even in FIG. 6C, the bending moment at the top of the tunnel can be reduced by generating the bending moment of the outer tension.
1 トンネル
11 覆工(トンネル覆工)
2 トンネル補強構造
3 アーチ状鋼材
4 充填固化材
41 チューブ
5 弦材
6 取付部材(ピンスライド支承)
61 アンカー
62 ベース部材
63 摺動部材
64 回転部材
65 ピン
1
2
61
Claims (5)
前記アーチ状鋼材と前記トンネル覆工との間に形成された空間に充填された充填固化材と、
前記アーチ状鋼材の一方の端部から他方の端部に至る弦材と、を備えるトンネル補強構造であって、
前記アーチ状鋼材は、前記トンネル覆工の周方向に対して部分的に設けられているとともに、両端部が前記トンネル覆工に接合されていることを特徴とするトンネル補強構造。 Arched steel provided along the inner surface of the tunnel lining,
Filled solidified material filled in a space formed between the arched steel material and the tunnel lining,
A chord material extending from one end of the arched steel to the other end, and a tunnel reinforcing structure comprising:
The said arch-shaped steel material is provided partially with respect to the circumferential direction of the said tunnel lining, and both ends are joined to the said tunnel lining, The tunnel reinforcement structure characterized by the above-mentioned.
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