JP3321697B2 - 複合パネルを用いるトンネル覆工工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複合パネルを用い
るトンネル覆工工法に関する。新設トンネルの二次覆工
工法、又は既設トンネルの補修工法に供することができ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、山岳の新設トンネルでは掘削直後
の地山崩壊を防止する目的で地山アンカー、コンクリー
ト吹付けによる一次覆工後にこれと協動する支保、及び
止水のため二次覆工が行われる。このうち、二次覆工は
通常、移動型枠を使用した場所打ちコンクリートで施工
されている。シールドトンネルでは、シールドマシンの
掘削推進に用いられる鋼製、鉄筋コンクリート製、鋳鉄
管のセグメントに裏込め注入を行い一次覆工とし、前記
と同様に二次覆工を行う場合が多い。また、既設トンネ
ルの補修は二次覆工のコンクリートをはつるか、そのま
まにしてトンネル内側に二次覆工の厚さに相当する空間
を設けて型枠を設置し、コンクリートを充填する方法で
行われている。

【０００３】これらの新設トンネルの二次覆工、既設ト
ンネルの補修は型枠を用いて場所打ちコンクリートで行
うため作業が煩雑で工期も長くなることから、最近は現
場組立式のプレキャスト版を用いる二次覆工の施工法、
或いは鋼板を用いる補修工法が提案されている。例え
ば、新設トンネルの場合につき具体例を挙げると、特公
平７−８８７５９号がある。特公平７−８８７５９号を
図１０により説明すると、一次覆工（セグメント２０）
の内方に工場製作のプレハブ版（プレキャスト版）２１
等の既製の分割体を組み立てて二次覆工を施工し、一次
覆工と二次覆工の周面間に間隙を確保し、この空間に止
水材２２を注入する覆工法を開示している。この方法に
よれば、二次覆工に用いているプレキャスト版は工場製
作のため品質が確保できるという利点がある。また、既
設トンネルの補修の場合につき具体例を挙げると、特公
平３−６８２００号がある。特公平３−６８２００号を
図１１により説明すると、老朽化した既設トンネルの内
周壁に沿って鋼板の内張材２３により内張りし、隙間に
グラウト材２４を注入するもので、既設トンネルの断面
積を殆ど減少させずにトンネル壁面の補修ができる利点
がある。

【０００４】しかしながら、上記の従来の技術における
前者の特公平７−８８７５９号の方法では、プレキャス
ト版の重量が重いため取付作業が困難になるとともに止
水材の充填性を良好にする必要から、この注入空間を広
くする必要があり、トンネル掘削径を小さくする効果が
十分発揮できない、という問題点があった。また、後者
の特公平３−６８２００号の方法では、小規模トンネル
に対しては有効な技術であるが、内張り材（覆工版に相
当）が平面的な鋼板であるため構造的に大きな曲げ剛性
が得にくく、大断面トンネルには適用され難く、また、
内張材の鋼板の内周面には防食のため塗装を施す必要が
ある、という問題点があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題点を解決し、二次覆工のパネル自身で止水性を確保
し、パネル厚さを薄くできるため現地への輸送、組立て
時の重量を大幅に軽減でき、さらにパネルの構造として
高い強度を発揮できる、複合パネルを用いるトンネル覆
工工法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の複合パネルを用いるトンネル覆工工法
は、トンネルの周方向に沿って一個、又は複数個の、鋼
板とコンクリートからなる複合パネルを用いるトンネル
覆工工法であって、該複合パネルの鋼板は該トンネルの
長手方向に波状に折曲げ、ずれ止め付きの屈曲鋼板と
し、該屈曲鋼板の内側はプレキャストコンクリートで形
成され、該屈曲鋼板の外側は前記の屈曲鋼板の現地組立
後に注入されたコンクリートにより形成することにより
構成される。

【０００７】本発明における複合パネルは、トンネルの
周方向に沿って一個、又は複数個のものとして形成され
る。ここで、複合パネルの個数は、後述する屈曲鋼板の
内側にコンクリートをプレキャストした段階での製品を
単位として数える。複合パネルが複数個の場合、例えば
２〜４個が好ましく、これらの複合パネルはトンネルの
周方向に沿って相互に結合し、一体的に組み立られた状
態とする。複合パネルの幅は、トンネル長手方向に一定
で、輸送、作業性の点から１ｍ〜３．５ｍの範囲が好ま
しい。ここで、トンネルとは、トンネルを新設する場合
と既設のトンネルを補修する場合の両者のトンネルを指
す。新設トンネルの場合、複合パネルがトンネルの内周
の壁体を構成することになり、既設トンネルの場合、既
設トンネルの形状と相似な形状を有するよう複合パネル
により既設トンネルを内張りする。既設トンネルは補修
のため一部をはつる場合がある。複合パネルの構造は、
鋼板とコンクリートからなる。ここで、鋼板はトンネル
の長手方向に波状に折曲げた形状とした屈曲鋼板を用い
る。また、コンクリートは、複合パネルの現地での組立
て後の状態を基準にして、屈曲鋼板の内側は工場等でプ
レキャストにより形成するコンクリート層とし、屈曲鋼
板の外側はトンネル内での屈曲鋼板の現地組立後にコン
クリートを注入するコンクリート層とする。複合パネル
はかかる複合構造により、トンネル周方向のパネル剛性
（ＥＩ_S ）とコンクリート部の剛性（ＥＩ_C ）の和（Ｅ
Ｉ_S ＋ＥＩ_C ）とし、パネル厚さの低減、軽量化を図っ
た。その結果、新設トンネルであれば、掘削断面積を減
少させ、既設トンネルであれば、現状の断面積を比較的
減少させずに補修が行える。また、複合パネルは、上述
したように屈曲鋼板の内側のみを工場にてコンクリート
をプレキャストするので、パネルのトンネル内への搬入
と、その組立ては、複合パネル完成時のほぼ半分の重量
により取扱いを行うことができ、作業負荷を軽減するこ
とができる。運搬時や架設時の重量制約がある場合で
も、パネルの分割数を減らすことができる。さらに、屈
曲鋼板の内側にプレキャストされたコンクリート版は、
外側のコンクリートの注入、打設時において、そのため
の型枠としての役割を兼用する。従って、外側のコンク
リートを注入、打設するに際し、別途にそのための型枠
の組立て、撤去を行う必要はなく、現場でのコンクリー
ト注入、打設のための型枠組立て、撤去の手間を大幅に
削減することができる。

【０００８】複合パネルの屈曲鋼板には、ずれ止めを固
定して設け、コンクリートとの一体化を図る。複合パネ
ルは、ずれ止め付きの屈曲鋼板を介在させた内側コンク
リートと外側コンクリートとによるサンドウィッチ構造
であり、コンクリート同士の打継ぎはないので、この点
での弱点はない。また、複合パネルを構成する屈曲鋼板
は、内外がコンクリートで被覆されているので、防食性
は十分確保され、またそれ自体止水体として機能する。

【０００９】屈曲鋼板の外側コンクリートは高流動コン
クリートを使用すれば、バイプレーターなしで高品質の
コンクリートを得ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面を参照
して説明する。図１において、新設のトンネルの形状に
相応させて掘削された地山２を覆って、すでに施工して
ある一次覆工３の内周に、二次覆工のために、本発明の
複合パネルを用いるトンネル覆工工法を実施した形態の
例を示す。図１において、複合パネル１は所定幅を有す
る４個のパネルであり、各複合パネル１ａ、１ｂ、１
ｃ、１ｄはトンネルの周方向に沿って相互に結合して設
置されている。複合パネル１は、鋼板とコンクリートと
の複合構造であり、その構造を図２により説明する。図
２は現地への搬入前に工場等で、屈曲鋼板４の内側にプ
レキャストによりコンクリート５ａを打設した段階を示
す。この段階での複合パネル１を現地に搬入し、組立て
し後、屈曲鋼板４の外側にコンクリート５ｂを注入、打
設し、複合パネル１全体の製作を完結する。図２におい
て、トンネルの周方向に複合パネル１を結合するボルト
孔６ａ、トンネルの長手方向に複合パネル１を結合する
ボルト孔６ｂを示す。また、複合パネル１の側面には止
水材７を備え、本例の複合パネル１は、複合パネル１の
現地組立て後に屈曲鋼板４の外側にコンクリートを注入
するコンクリート注入孔８を有する。

【００１１】図３は、屈曲鋼板の具体例を示す。屈曲鋼
板はトンネルの周方向において必要な剛性を発揮するよ
うに波ピッチＡ、波高Ｂ、板厚ｔを適宜定めて、鋼板を
トンネル長手方向に折り曲げる。図３（イ）、（ロ）、
（ハ）は鋼板を波状に折り曲げた形状を例示する。本発
明において、波状とはかかる形状、その類似形状を含め
た意味に使用する。屈曲鋼板として、そのために鋼板を
折り曲げて形成するか、或いは市販の床板、屋根、壁用
のデッキプレート、波板、折板から適宜選択して用いる
ことができる。図４は、屈曲鋼板４にずれ止め９を固定
した例を示す。図４（イ）はスタッドジベル９ａ、図４
（ロ）はフラットバー９ｂと溶接金網９ｃ、図４（ハ）
は屈曲鋼板４の内面の山部に立設した丸鋼９ｅに固定し
て配設した溶接金網９ｃと、屈曲鋼板４の外面の山部に
立設した丸鋼９ｅに固定して配設した格子状配鉄筋９ｄ
の例を示す。これらの屈曲鋼板４のずれ止め９は、屈曲
鋼板４と、コンクリート５ａ、５ｂとの一体化に寄与す
るだけでなく、強度部材として設計することができ、複
合パネル１を鋼板とコンクリートとの強固な合成構造と
して形成することができる。

【００１２】次に、本発明の複合パネルを用いる覆工工
法の施工手順の例を、図５〜図９の図面を参照して説明
する。 （１）図５は、本発明の複合パネルを用いる覆工工法の
実施に先行して完了している一次覆工３を示す。一次覆
工３は、吹付けコンクリート１０とアンカーボルト１１
とからなり、新設のトンネルの形状に相応させて掘削さ
れた地山２を覆って、地山２を内張りする。 （２）図６において、一次覆工が完了したトンネル内の
両側の側壁の下端部に、側壁部の複合パネル１ａ、１ｄ
を支持コンクリート１２により固定する。ここで、複合
パネル１ａ、１ｄはプレキャストによりコンクリートを
打設されている。本例では、複合パネル１ａ、１ｄを支
持するため地山２に対してアンカーボルト１１ａを使用
している。 （３）図７において、トンネル坑外にて、アーチ部を構
成する複合パネル１ｂと１ｃを接合して、パネル運搬・
設置用台車１３のアーチ台１４に搭載させ、パネル運搬
・設置用台車１３を軌道１５により走行させ、トンネル
坑内の設置位置に搬入する。この際、複合パネル１ｂ、
１ｃが、側壁部の複合パネル１ａ、１ｄと接触しないよ
う上下伸縮液圧ジャッキ１６により持ち上げた状態にし
て搬入する。 （４）図８において、複合パネル１ｂ、１ｃを、上下伸
縮用液圧ジャッキ１６により下降させ、また左右スライ
ド用液圧ジャッキ１７により位置調整して、側壁部の複
合パネル１ａ、１ｄと接合する位置に据え付ける。アー
チ部の複合パネル１ｂ、１ｃと側壁部の複合パネル１
ａ、１ｄ、またトンネルの長手方向に隣接するアーチ部
の複合パネル１ｂ、１ｃ同士をボルト孔６を介してボル
ト接合する。パネル運搬・設置用台車１３はアーチ台１
４を下降させ、アーチ部の複合パネル１ｂ、１ｃから離
脱させる。 （５）図９において、複合パネル１を全体として組立
て、設置し、一次覆工３と複合パネル１の屈曲鋼板４の
外側との間隙空間にコンクリート５ｂに注入、充填した
状態を示す。本例では、高流動コンクリートを使用す
る。高流動コンクリートとしては、例えば特開平６−２
０５７５２号等があり、市販のものを使用することがで
きる。屈曲鋼板４の内側プレキャストのコンクリート５
ａを打設した複合パネル１は、屈曲鋼板４の外側にコン
クリート５ｂに打設するための型枠の役割を果たす。こ
のコンクリート注入のためのコンクリート注入孔８、空
気抜き口１８を設けている。また、本例では、注入コン
クリートの重量を考慮し、複合パネル１の変形、損傷を
防止するため、アーチ部の複合パネル１ｂ、１ｃを地山
２に固定するアンカーボルト１１を設けている。複合パ
ネルの接合部、ロックボルト固定部、コンクリート注入
口１８等にモルタルを充填し、トンネル内面を平滑に仕
上げる。本例では、トンネルの壁面に沿って複合パネル
を用いるトンネル覆工工法について説明したが、トンネ
ルの壁面に加えて、複合パネルはトンネルの路面１９に
ついて用いてもよい。 （６）なお、既設トンネルの場合も、このように新設ト
ンネルの場合に準じて実施することができる。この場
合、複合パネル１を現地で組立て、設置して後、既設ト
ンネルと複合パネル１の屈曲鋼板４の外側との間隙空間
にコンクリート５ｂに注入、充填することになる。

【００１３】

【実施例】本発明につき、新設トンネルに実施した場合
を上述の図面により具体例を説明する。図１において、
二次覆工は、トンネル内の両側の支持コンクリート１２
の上面を基準として、二次覆工の外周の両端間の幅は１
８ｍ、外周の頂部の高さ９ｍである。複合パネル１の内
外のコンクリート５ａ、５ｂの表面間の厚さは２００ｍ
ｍ、コンクリート５ａ、５ｂ間中央に屈曲鋼板４を介在
させる。屈曲鋼板４は図３（イ）のタイプのものを使用
し、波ピッチＡ１３５ｍｍ、波高Ｂ５７．５ｍｍ、板厚
ｔ７ｍｍである。ずれ止めは、図４（イ）のタイプのも
のを使用した。かかる仕様により、工法を実施し、二次
覆工の厚さを約２／３に軽減し、軽量化により施工性を
向上させ、工期を大幅に短縮することができた。

【００１４】

【発明の効果】本発明の複合パネルを用いるトンネル覆
工工法によれば、屈曲鋼板とコンクリートの複合構造か
らなる複合パネルを用いるため、パネル厚さを薄くでき
る。その結果、トンネルに使用した場合に、その分トン
ネル掘削断面を小さくでき、掘削工事、及び掘削土処分
等において経済的で、工期短縮できる。トンネルの有効
空間を有利に確保することができる。また、複合パネル
は半プレキャストの状態でトンネル内に搬入、組立てす
るため軽量となり、取付け作業が容易であるばかりでな
く、現場での屈曲鋼板の外側へのコンクリート打設に際
し、型枠として機能する。そのため、別途に型枠を用意
し、設置する必要がない。複合パネルは、ずれ止め付き
の屈曲鋼板とコンクリートとの複合構造であるため、鋼
板とコンクリートとの一体的で強固な構造体として形成
することができる。更に、複合パネルを構成する屈曲鋼
板で確実な止水性が得られる。また、屈曲鋼板は内外の
コンクリートで覆われているため腐蝕の心配がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複合パネルを用いるトンネル覆工工法
により実施された二次覆工の例を示す図である。

【図２】本発明の複合パネルの例を示す図である。

【図３】本発明の複合パネルの構成要素である屈曲鋼板
の例を示す図である。

【図４】本発明の複合パネルの屈曲鋼板に、ずれ止めを
固定した例を示す図である。複合パネルの屈曲鋼板の内
側にプレキャストコンクリートを打設して内張りし、現
地への搬入前における複合パネルの状態を示す図であ
る。

【図５】図５〜図９は、本発明の複合パネルを用いるト
ンネル覆工工法の実施の手順の例を説明する図である。
図５は本発明の実施に先行して施工した一次覆工の例を
示す。

【図６】図６は側壁部の複合パネルを固定した例を示す

【図７】図７はアーチ部の複合パネルをトンネルの坑内
に搬入した状態を示す図である。

【図８】図８は側壁部の複合パネルとアーチ部の複合パ
ネルとを接合した状態を示す図である。

【図９】図９は複合パネルの組立てを完了し、二次覆工
を完成した状態を示す図である。

【図１０】従来の技術を説明する図である。

【図１１】別の従来の技術を説明する図である。

【符号の説明】

１ 複合パネル ２ 地山 ３ 一次覆工 ４ 屈曲鋼板 ５ コンクリート ６ ボルト孔 ７ 止水材 ８ コンクリート注入孔 ９ ずれ止め １０ 吹付けコンクリート １１ アンカーボルト １２ 支持コンクリート １３ パネル運搬・設置用台車 １４ アーチ台 １５ 軌道 １６ 上下伸縮用液圧ジャッキ １７ 左右スライド用ジャッキ １８ 空気抜き口 １９ 路面 ２０ 一次覆工（セグメント） ２１ プレハブ版（プレキャスト版） ２２ 止水材 ２３ 内張材 ２４ グラウト材

フロントページの続き (72)発明者 郡司 盛 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日 本製鐵株式会社内 (72)発明者 竹内 貴司 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日 本製鐵株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−248880（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−206752（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−176199（ＪＰ，Ｕ) 特公 平７−88759（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平３−68200（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭44−2905（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/04 E21D 11/10 E21D 11/20

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネルの周方向に沿って一個、又は複
   数個の、鋼板とコンクリートからなる複合パネルを用い
   るトンネル覆工工法であって、該複合パネルの鋼板は該
   トンネルの長手方向に波状に折曲げ、ずれ止め付きの屈
   曲鋼板とし、該屈曲鋼板の内側はプレキャストコンクリ
   ートで形成され、該屈曲鋼板の外側は前記の屈曲鋼板の
   現地組立後に注入されたコンクリートにより形成するこ
   とを特徴とする複合パネルを用いるトンネル覆工工法。
2. 【請求項２】 現地組立後に注入するコンクリートは高
   流動コンクリートを用いることを特徴とする請求項１記
   載の複合パネルを用いるトンネル覆工工法。
3. 【請求項３】 新設トンネルの二次覆工、又は既設トン
   ネルの補修のための請求項１、又は請求項２記載の複合
   パネルを用いるトンネル覆工工法。