JP2005256348A - トンネルの覆工方法、トンネル覆工用袋体及びそのトンネルの覆工構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易にトンネルを覆工でき、且つ、トンネルの内面に沿って配置された支保としてのトンネル支持体がトンネルの長手方向にずれるのを防止してトンネルの内壁を安定的に支持することが可能なトンネルの覆工技術を提供する。
【解決手段】 所定の長さを有する帯状の袋体１０をトンネルＴの内面に沿って配置するとともに、袋体１０内に加圧流体を注入して袋体１０をトンネルＴの内面に密着させ、次に、袋体１０の内圧を維持しつつ、加圧流体を袋体１０から排出するとともに袋体１０内に流動性固化材１１を注入し、袋体１０内の流動性固化材１１を固化させることにより、流動性固化材１１が注入された袋体１０がトンネルＴの内面に確実に密着し、トンネルＴが安定的に支持される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄道、道路あるいは水路等の各種用途に用いられるトンネルの内面を覆工する技術に関する。

従来より、鉄道、道路あるいは水路等の各種用途に用いられるトンネルの内面を覆工する方法として、地山やトンネルの口径等に応じた種々の方法が提案されている。即ち、地山が軟弱である場合には、強度の高い鋼製セグメント等をトンネル内部で組み立ててトンネルの内面を覆工することが多い。一方、ＴＢＭ（トンネル掘削機）により掘削され比較的小径の山岳トンネル等においては、地山が強固であることから、鋼製セグメントのような強度の高い部材は不要であることが多い。このような場合には、例えば、図２５に示すように、ＴＢＭ１００により掘削されたトンネルＴ内において複数の鋼製リング１０２を間隔を隔てて組み立てて、鋼製リング１０２と地山との間に矢板１０３を差し込んでトンネルＴの内面を覆工することが広く行われている。

また、支保工無しでは少々強度不足であるが、図２５のような鋼製リング１０２及び矢板１０３からなる構造ほどの高い強度が不要である場合には、透水性を有するホース又はチューブをトンネル内面に沿ってリング状あるいはスパイラル状に配置し、チューブ等にモルタル等の流動性を有する固化材を注入した後に、この固化材を固化させてトンネル内壁を支持する、簡易なトンネルの覆工方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。さらに、トンネル内に透水性の袋体を配置するとともに鋼製の内型枠等により袋体を支持した状態で、この袋体内にコンクリート等を注入して覆工体を形成して、トンネルの内面を覆工する方法も提案されている（例えば、特許文献３，４参照）。

特開２００２−３８８９０号公報 特開昭５９−２２８５９７号公報 特許第２７８４５１１号公報 特許第２７８４５１２号公報

前記特許文献１，２に記載されたトンネルの覆工方法において使用されるチューブやホースは、一般的に、ある程度の保形性を有する。そのため、このようなチューブ等に固化材を注入したときのチューブ等の断面形状の変化は小さく、その断面形状が略円形状に保持されることになるため、固化材注入後のチューブ等とトンネル内面との接触面積は小さくなる。従って、チューブ等とトンネル内面との密着性が悪く、地山の変形等に起因してチューブ等がトンネルの長手方向にずれることがある。また、特に地山が強固な場合などに、チューブ数を少なくするために間隔を大きく空けてチューブ等を配置している場合には、一旦、チューブ等がトンネル長手方向にずれてしまうと、複数のチューブ等が将棋倒しのように一度に倒れてしまう虞があり、トンネルの内壁を安定的に支持することが困難である。

前記特許文献３，４に記載されたトンネルの覆工方法においては、コンクリート等が袋詰された覆工体をトンネル内面に沿わせて支持するための堅固な型枠等が必要になり、このような型枠等の組み立て及び解体に工数がかかるため、施工性が悪い。

本発明の目的は、簡易にトンネルを覆工でき、さらに、トンネルの内面に沿って配置された支保としてのトンネル支持体がトンネルの長手方向にずれるのを防止してトンネルの内壁を安定的に支持することが可能なトンネルの覆工技術を提供することである。

課題を解決するための手段及び発明の効果

第１の発明のトンネルの覆工方法は、所定の長さを有する帯状の袋体をトンネル内面に沿って配置するとともに、前記袋体内に加圧流体を注入して袋体をトンネル内面に密着させる第１工程と、前記袋体の内圧を維持しつつ、前記加圧流体を袋体から排出するとともに袋体内に流動性固化材を注入する第２工程と、前記袋体内の流動性固化材を固化させる第３工程とを有することを特徴とするものである。

このトンネル覆工方法においては、まず、第１工程において、所定の長さを有する帯状の袋体をトンネルの内面に沿ってトンネルの周方向に略平行に配置する。袋体は、織物等の保形性を有さない材質で構成され、袋体に作用する内圧及び外圧により断面形状が自由に変化するものが好ましい。ここで、トンネル内での袋体の設置例としては、この袋体の長さをトンネル内面の周方向長さと略等しくして袋体をリング状に配置したり、前記周方向長さよりも長くしてスパイラル状に配置したり、さらには、前記周方向長さよりもやや短くして円弧状に配置したりすることができる。即ち、地山とトンネル口径等の条件により、必要とされる強度に応じて、袋体の長さ、あるいは、複数の袋体の設置間隔等を適宜設定することができる。さらに、この袋体内にエアや圧力水等の加圧流体を注入することにより、袋体をトンネル径方向に膨張させて自立性を持たせることにより、袋体をトンネル内面に密着させる。

次に、第２工程において、袋体内の内圧を維持しつつ、加圧流体を袋体から排出するとともに袋体内に流動性固化材を注入する。そのため、袋体がトンネル内面に密着した状態を維持しながら、袋体内に流動性固化材を注入することができる。流動性固化材としては、例えば、セメントミルク、モルタルあるいはコンクリート等のセメント系の固化材や、熱硬化性樹脂等の合成樹脂系の固化材など、種々の固化材を使用できる。ここで、帯状の袋体に流動性固化材が注入された状態では、袋体は、その厚さ方向に対して幅方向に長い形状となってトンネル内面に密着している。そして、最後に、第３工程において、袋体がトンネル内面に密着した状態で袋体内部の流動性固化材を固化させる。

このように、帯状の袋体をトンネル内面に沿って配置し、この袋体に流動性固化材を注入させて固化させることにより、トンネル内面を簡易に覆工することができる。また、袋体内に加圧流体を注入してその内圧を維持することにより、袋体がある程度の自立性を備えてトンネル内面に密着した状態を維持しながら、袋体内に流動性固化材を注入することができるため、鋼製の支保工等の堅固な構造の支持体により袋体を支持する必要はなく、型枠等の組み立て及び解体にかかる工数を削減して施工性を向上させることができる。さらに、袋体は幅広の帯状であり、トンネル長手方向に並んだ複数の帯状の袋体に流動性固化材を注入したときに、袋体は、厚さ方向に対して幅方向に長い形状となるため、袋体とトンネル内面との接触面積が大きくなって袋体がトンネル内面に確実に密着し、流動性固化材が注入された複数の袋体によりトンネル内壁が安定的に支持される。また、各袋体がトンネル長手方向にずれにくくなる。従って、間隔を大きくして複数の袋体を設置した場合でも、袋体がトンネル長手方向にずれたり倒壊しにくくなる。

第２の発明のトンネルの覆工方法は、所定の長さを有する帯状の袋体内に可撓性を有する形状保持材を配設して、前記袋体をトンネル内面に沿って配置する第１工程と、前記袋体内に流動性固化材を注入しつつ袋体をトンネル内面に密着させる第２工程と、前記袋体内の流動性固化材を固化させる第３工程とを有することを特徴とするものである。

このトンネルの覆工方法においては、まず、第１工程において、帯状の袋体内に可撓性を有する形状保持材を配設した状態で袋体をトンネル内面に沿って配置する。次に、第２工程において、袋体内に流動性固化材を注入して、袋体をトンネル径方向に膨張させて袋体をトンネル内面に密着させる。そして、最後に、第３工程において、袋体がトンネル内面に密着した状態で袋体内部の流動性固化材を固化させる。従って、堅固な型枠等を用いることなく、簡易な形状保持材により袋体をトンネル内面に沿って支持した状態で袋体内に流動性固化材を注入することができ、型枠等の組み立て及び解体にかかる工数を削減して施工性を向上させることができる。尚、この形状保持材としては、袋体内に流動性固化材が注入されたときに、その重量により容易に潰れたり座屈したりしないように、トンネルの径方向にある程度の剛性を備えているものが好ましい。

第３の発明のトンネルの覆工方法は、所定の長さを有する帯状の袋体であって、その背面部と内面部とが袋体の長さ方向に接合されることにより前記長さ方向に平行に形成された複数の仕切部とこれら複数の仕切部により仕切られて前記長さ方向に延びる複数の固化材注入部とを有する袋体を、トンネル内面に沿って配置する第１工程と、前記複数の固化材注入部の内部に流動性固化材を注入しつつ、袋体の前記背面部をトンネル内面に密着させる第２工程と、前記固化材注入部内の流動性固化材を固化させる第３工程とを有することを特徴とするものである。

このトンネルの覆工方法においては、固化材注入部において注入され硬化した流動性固化材が拘束されることになり、袋体に曲げ荷重が作用したときでも、内部で硬化した流動性固化材の変形を極力抑えることができるため、袋体とその内部の固化材とで構成されたトンネル支持体の耐力が高まる。さらに、従来のリング状のチューブ等（例えば、特許文献２参照）においてはチューブ等を１つずつトンネル内に搬入する必要があるのに対して、このような複数の固化材注入部を有する袋体では、一度に複数の固化材注入部をトンネル内に配置することができるため、搬入作業が容易になる。

第４の発明のトンネルの覆工方法は、前記第３の発明において、前記袋体は、袋体の幅方向に延び前記複数の固化材注入部に夫々連通する連通部を有することを特徴とするものである。従って、連通部を介して全ての固化材注入部に一度に固化材を充填することが可能になり、注入作業を効率よく行うことができる。また、この連通部は、トンネル長手方向に略平行な、袋体の幅方向に延びている。従って、連通部に注入された流動性固化材が固化した状態では、連通部により複数のリング状の固化材注入部がトンネル長手方向に支持された構成となる。そのため、地山が変形したときでも、複数のリング状の固化材注入部がトンネル長手方向に将棋倒しのように変形してしまうのを防止できる。さらに、固化材注入部が密着していない部分の地山の荷重を、連通部を介して各固化材注入部に分散して作用させることができる。

第５の発明のトンネルの覆工方法は、前記第１〜第４の何れかの発明において、流動性固化材が注入された袋体が、その長さ方向に垂直な断面形状が幅方向に扁平な状態でトンネル内面に密着することを特徴とするものである。このように、流動性固化材が注入された袋体が幅方向に扁平な状態でトンネル内面に密着するため、この袋体によりトンネル内壁が安定的に支持される。

第６の発明のトンネルの覆工方法は、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記袋体の長さはトンネル内面の周方向長さと略等しく、前記第１工程において、袋体がトンネル内面に沿ってリング状に配置されることを特徴とするものである。従って、トンネル長手方向に並んだリング状の袋体によりトンネル内壁を確実に支持することができる。

第７の発明のトンネルの覆工方法は、前記第６の発明において、トンネル内で袋体の両端部を接合して又は突き合わせて袋体をリング状に形成することを特徴とするものである。掘削中のトンネル内部には、ＴＢＭの動力供給ケーブル等、種々のケーブル類や装置が存在することも多いが、これらのケーブル類はトンネル内面に沿う袋体の内側に配置されなければならない。そこで、袋体をトンネル内に搬入してから、トンネル内部で袋体の両端部を接合し、又は、突き合わせるようにすれば、ケーブル等を袋体の内側に配置してから袋体をリング状に形成してトンネル内面に沿わせることが容易になる。

第８の発明のトンネルの覆工方法は、前記第１〜第５の何れかの発明において、前記袋体の長さはトンネル内面の周方向長さよりも長く、前記第１工程において、袋体がトンネル内面に沿ってスパイラル状に配置されることを特徴とするものである。従って、スパイラル状に配置された袋体によりトンネル内壁を確実に支持できるようになる。

第９の発明のトンネルの覆工方法は、前記第１〜第８の何れかの発明において、前記袋体は、継ぎ目のない筒状の織物であることを特徴とするものである。従って、袋体の引張強度が高くなり、袋体への流動性固化材の注入時に袋体が破断して固化材が流出するのを防止できる。また、引張強度の高い織物により内部の固化材の表面が強化されるため、袋体とその内部の固化材で構成される強度の高いトンネル支持体によりトンネル内壁を確実に支持することができる。さらには、袋体を保形性を有さない織物とすることにより、袋体内に流動性固化材を注入してトンネル内面に密着させたときに袋体が幅方向に広がりやすくなるため、袋体とトンネル内面との接触面積を大きくすることができる。

第１０の発明のトンネルの覆工方法は、前記第１〜第９の何れかの発明において、前記袋体の長さ方向の糸量が、幅方向の糸量の１／２以上であることを特徴とするものである。従来からトンネルの覆工に用いられている、モルタル等の流動性固化材が注入されるチューブやホースにおいては、固化材注入時の耐圧性を確保するために、チューブ等の径方向の引張強度が長さ方向に対して２：１となっていることが多い。しかし、本発明においては、袋体の長さ方向の糸量が幅方向の糸量の１／２以上とすることで、袋体の長さ方向の引張強度が高まり、袋体とその内部の固化材で構成されるトンネル支持体の強度をさらに増大させることができる。

第１１の発明のトンネルの覆工方法は、前記第１〜第１０の何れかの発明において、袋体は、トンネル内面に密着する背面部の長さ方向の伸度が、トンネル内面に密着しない内面部の長さ方向の伸度よりも高いことを特徴とするものである。例えば、袋体をトンネルの内面に沿ってリング状に配置した場合には、本来は、内面部の周長はπ×Ｄとなり、一方、背面部の周長はπ×（Ｄ＋２ｄ）となるが（Ｄ：袋体の内径、ｄ：袋体の厚さ、実施形態中の図１５参照）、実際の袋体の背面部と内面部の長さ方向の寸法が同じであると、袋体の内面部に折れ曲がり（キンク）が生じてしまう（実施形態中の図１６参照）。しかし、背面部の長さ方向の伸度を内面部よりも高くし、袋体がトンネル内に配置された際の内面部の周長基準で袋体の寸法を設定することにより、袋体内に流動性固化材を注入したときに背面部が内面部よりも伸びるため、内面部にキンクが生じるのを防止することができる。

第１２の発明のトンネルの覆工方法は、前記第１〜第１１の何れかの発明において、前記第１工程において、前記袋体を、内部に流体が充填された支持バッグの外面部に装着して、袋体と支持バッグをトンネル内に搬入して支持バッグにより袋体を内側から支持させ、前記第２工程において、袋体内に流動性固化材を注入して袋体をトンネル内面に密着させることを特徴とするものである。

第１工程において、支持バッグに袋体を装着して、袋体と支持バッグを一度にトンネル内へ搬入できるため、搬入作業が容易である。また、第２工程において、支持バッグにより袋体を内側から支持した状態で、袋体内に流動性固化材を注入するため、流動性固化材が固化するまでの間、支持バッグにより袋体がトンネル内面に密着した状態を保持することができる。さらに、支持バッグにより袋体の内面部が押圧されるため、袋体内に流動性固化材を注入したときに、袋体の内面部が内側に膨らんでしまうのを防止できる。

第１３の発明のトンネル覆工用袋体は、所定の長さを有しトンネル内面に沿って配置される帯状の袋体であって、その内部に流動性固化材が注入されたときに、その長さ方向に垂直な断面形状が幅方向に扁平な状態でトンネル内面に密着してトンネル内壁を支持することを特徴とするものである。このように、袋体内に流動性固化材が注入されたときには、袋体の断面形状が幅方向に扁平な形状となるため、袋体がトンネル内面に確実に密着する。

第１４の発明のトンネル覆工用袋体は、前記第１３の発明において、前記トンネル内面に密着する背面部の長さ方向の伸度が、トンネル内面に密着しない内面部の長さ方向の伸度よりも高いことを特徴とするものである。この袋体を用いてトンネルを覆工したときの作用及び効果は、前記第１１の発明と同様であるため、その説明を省略する。

第１５の発明のトンネル覆工用袋体は、前記第１３又は第１４の発明において、長さ方向の糸量が、幅方向の糸量の１／２以上であることを特徴とするものである。この袋体を用いてトンネルを覆工したときの作用及び効果は、前記第１０の発明と同様であるため、その説明を省略する。

第１６の発明のトンネル覆工用袋体は、前記第１３〜第１５の何れかの発明において、前記トンネルの内面に密着する背面部と密着しない内面部とが袋体の長さ方向に接合されることにより前記長さ方向に平行に形成された複数の仕切部と、これら複数の仕切部により仕切られて前記長さ方向に延び且つ内部に前記流動性固化材が注入される複数の固化材注入部とを有することを特徴とするものである。この袋体を用いてトンネルを覆工したときの作用及び効果は、前記第３の発明と同様であるため、その説明を省略する。

第１７の発明のトンネル覆工用袋体は、前記第１６の発明において、その幅方向に延び前記複数の固化材注入部に夫々連通する連通部を有することを特徴とするものである。この袋体を用いてトンネルを覆工したときの作用及び効果は、前記第４の発明と同様であるため、その説明を省略する。

第１８の発明のトンネルの覆工構造は、夫々所定の長さを有しトンネル内面に沿って配置され且つトンネル長手方向に並べて設置された複数の帯状の袋体と、これら複数の袋体に注入された流動性固化材とを有し、前記複数の袋体は、長さ方向に垂直な断面形状が袋体の幅方向に扁平な状態でトンネル内面に密着していることを特徴とするものである。このトンネルの覆工構造においては、流動性固化材が注入されて幅方向に広がった複数の帯状の袋体がトンネル内面に密着しているため、流動性固化材が注入された複数の袋体によりトンネル内壁が確実に支持される。また、複数の袋体とトンネル内面との接触面積が大きいため、袋体がトンネル長手方向にずれたり倒れたりしにくくなる。

本発明の第１実施形態について説明する。この第１実施形態は、ＴＢＭにより掘削される比較的小径（例えば、口径約２０００ｍｍ）の下水用のトンネルを覆工する場合に本発明を適用したものである。図１に示すように、先端部のカッターヘッド１０１を回転させながらＴＢＭ１００を前進させて地山を所定距離掘削した後、掘削されたトンネルＴの内面を覆工していく。

このトンネルＴの覆工工程においては、図１に示すように、トンネルＴの内面の周方向長さと略等しい長さを有する幅広の帯状の袋体１０をトンネルＴの内面に沿ってリング状に配置するとともに、袋体内に加圧エア（加圧流体）を注入して袋体をトンネル内面に密着させ（第１工程）、袋体１０の内圧を維持しつつ、加圧エアを袋体から排出するとともに袋体１０内に流動性固化材１１を注入し（第２工程）、袋体１０内の流動性固化材１１を固化させる（第３工程）。そして、以上の第１〜第３工程を繰り返して、流動性固化材１１が注入された袋体１０（トンネル支持体２０）をトンネルＴの長手方向に複数並べて配置することにより、トンネルＴの内面を覆工する。

図２に示すように、袋体１０は、袋体１０の長さ方向（図２のａ方向）に延びるポリエステル繊維の経糸１５及び幅方向（図２のｂ方向）に延びる同じくポリエステル繊維の緯糸１６で織られた、透水性を有する筒状（例えば、直径約７００ｍｍ）の織物であり、緯糸１６がスパイラル状に連続して織り込まれている。尚、この袋体１０は保形性を有さず、内圧及び外圧を加えることによりその形状を自由に変化させることが可能である。

ところで、モルタル等の流動性固化材が注入されるチューブやホースにおいては、固化材注入時の耐圧性を確保するために、チューブ等の径方向の引張強度が長さ方向の引張強度に対して２：１となっていることが多い。しかし、この第１実施形態においては、袋体１０に流動性固化材１１が注入されて構成されたトンネル支持体２０が、トンネルＴの内壁から作用する荷重に十分耐えられるようにするために、経糸１５の糸密度（袋体１０の長さ方向の糸量）を緯糸１６の糸密度（幅方向の糸量）の１／２以上として、袋体１０の長さ方向の引張強度を高めている。このような袋体１０の具体例を挙げると、経糸１５及び緯糸１６の太さを１０００ｄ／３本、経糸１５の糸密度を３０本／インチ、緯糸１６の糸密度を１５本／インチ、織組織を平織りとして、袋体１０を環状織機で織られた継ぎ目のない筒状の織物とすることができる。また、図４に示すように、袋体１０には、その内部に後述の流動性固化材１１を注入するための固化材注入口１８と、次述の気密性バッグ１７に加圧エアを注入し、また、気密性バッグ１７から加圧エアを排出する為のエア注入・排出口１９が互いに離隔した位置に設けられている。尚、これら固化材注入口１８及びエア注入・排出口１９の数は１つずつであってもよいし、あるいは、２以上の複数であってもよい。

図３及び図４（ａ），（ｂ）に示すように、帯状の袋体１０内には、袋体１０をトンネル内に配置する前に、その両端が閉塞された状態の気密性バッグ１７が配設される。この気密性バッグ１７にはエア注入・排出口１９が接続されており、このエア注入・排出口１９から気密性バッグ１７内に加圧エアが注入されたときには、気密性バッグ１７が袋体１０内で膨張して、袋体１０も膨らむようになっている。

そして、図５に示すように、気密性バッグ１７を内部に含む１又は複数の袋体１０を、円筒状の支持バッグ１２の外周部に装着して、袋体１０と支持バッグ１２をトンネルＴ内に搬送する。この支持バッグ１２は、内部に加圧エアが充填されたときに径方向に膨張して袋体１０を内側から支持する。尚、後述のように、袋体１０内の気密性バッグ１７に加圧エアが注入されたときに、袋体１０がトンネルＴの内面に密着するように、袋体１０の長さは、支持バッグ１２の外周部の周方向長さよりも長くなっている。そのため、支持バッグ１２を袋体１０に装着した状態では、袋体１０の余尺分がだぶつくために作業性が悪くなる。そこで、図５に示すように、支持バッグ１２の外周部には、袋体１０を支持バッグ１２に着脱可能に装着する面ファスナー等の装着部１３と、この装着部１３に装着された袋体１０の余尺分を吸収するとともに、袋体１０内の気密性バッグ１７に加圧エアが注入されて袋体１０が膨らんだときにはその膨張量に追従して周方向に伸びる、ゴムバンド等で構成された伸縮部１４が設けられている。これら装着部１３と伸縮部１４の組数は特に限られないが、支持バッグ１２の長手方向に複数組設けることが好ましい。

前述のような袋体１０のだぶつきを防止する方法としては、流動性固化材１１を袋体１０内に注入する前に、支持バッグ１２と袋体１０との間に平板状に膨張するエアバッグを挿入し、流動性固化材１１を袋体１０内に注入するのに合わせてエアバッグ内のエアを排出するようにしてもよい。

次に、トンネルＴ内において周方向に沿って配置された袋体１０の両端部を縫製等により接合して袋体１０をリング状に形成する。トンネルＴの内部には、ＴＢＭ１００の動力供給ケーブル等、種々のケーブル類や装置が存在することも多いが、これらのケーブル類は袋体１０の内側に配置する必要がある。そこで、袋体１０をトンネルＴ内に搬入してからトンネルＴの内部で袋体１０の両端部を接合するようにすれば、ケーブル等を袋体１０の内側に配置してから袋体１０をリング状に形成することが容易になる。ここで、図６に示すように、袋体１０は、トンネルＴ内に搬入する前に両端部が予め閉塞されているものでもよいが、図７に示すように、搬入する前の状態では両端が開放されており、トンネルＴ内において両端部を接合したときに袋体１０の内部がリング状に連通した空間（流動性固化材１１の注入空間）となるものでもよい。この場合には、袋体１０内に注入された後述の流動性固化材１１がリング状に連なった状態で固化するため、より強度が高まる。

以上の説明では、袋体１０をトンネルＴ内へ搬入してから両端部を接合してリング状に形成しているが、もちろん、袋体１０の両端部を予め接合してからリング状の袋体１０をトンネルＴ内へ搬入するようにしてもよい。また、その両端部が予め閉塞されている袋体１０を用いる場合には、その両端を接合せずに突き合わせるだけでもよい。また、袋体１０を先にトンネルＴの内面に沿ってリング状に配置してから、支持バッグ１２を袋体１０の内側に設置してもよい。

そして、図８に示すように、袋体１０を支持バッグ１２により内側から支持しつつ、袋体１０をトンネルＴの内面に沿って配置し、さらに、袋体１０内の気密性バッグ１７にエア注入・排出口１９から加圧エアを注入する（第１工程）。すると、加圧エアにより気密性バッグ１７が膨張し、それに伴って袋体１０も膨らんで、袋体１０にある程度の自立性が備わりトンネルＴの内面に密着する。

次に、図９に示すように、袋体１０の内圧を維持しつつ、エア注入・排出口１９から気密性バッグ１７内の加圧エアを排出するとともに、袋体１０の内部に固化材注入口１８から流動性固化材１１を注入する（第２工程）。エア注入・排出口１９に接続されたエアホースに設けられた図示しないバルブにより、気密性バッグ１７内の加圧エアを少しずつ排出して、気密性バッグ（袋体１０）内の圧力をほぼ一定に保ちながら、袋体１０内に流動性固化材１１を気密性バッグ１７内の圧力と同等かやや高めの圧力で注入する。ここで、固化材注入口１８及びエア注入・排出口１９は、袋体１０の互いに離隔した位置に設けられているため、袋体１０内に流動性固化材１１を固化材注入口１８から注入しつつ、気密性バッグ１７内の加圧エアをエア注入・排出口１９からスムーズに排出することが可能となる。そして、袋体１０内に流動性固化材１１を注入していくにつれ、袋体１０内の気密性バッグ１７は、流動性固化材１１の圧力により押し潰された状態となる。尚、流動性固化材１１としては、例えば、セメントミルク、モルタルあるいはコンクリート等のセメント系の固化材１１を使用できる。

ここで、袋体１０は筒状の織物であり且つ保形性を有しないため、流動性固化材１１を注入しつつ支持バッグ１２を膨張させた状態では、図１０、図１１に示すように、袋体１０の長さ方向に垂直な断面形状は、幅方向に扁平な形状（例えば、袋体１０の厚さ６５ｍｍに対して幅約７００ｍｍの略矩形断面形状）となる。そのため、袋体１０がトンネルＴの内面に密着したときの袋体１０とトンネルＴの内面との接触面積が大きく、袋体１０がトンネルＴの内面に確実に密着する。尚、袋体１０は透水性を有するので、流動性固化材１１が注入されたときには、袋体１０内の流動性固化材１１がトンネルＴの内面と支持バッグ１２との間で圧縮されて、流動性固化材１１中の水分が袋体１０から外へ排出される。

その後、流動性固化材１１が固化した後に、支持バッグ１２内のエアを排出して支持バッグ１２を取り外す。このようにして、トンネルＴの内面に沿って配置され且つトンネルＴの長手方向に並べて設置された複数の帯状の袋体１０と、これら複数の袋体１０に注入された流動性固化材１１とを有し、複数の袋体１０が、長さ方向に垂直な断面形状が袋体１０の幅方向に扁平な状態でトンネルＴ内面に密着したトンネルＴの覆工構造が完成する。

次に、袋体１０に流動性固化材１１が注入されて構成されたリング状のトンネル支持体２０の強度について検討した。図１２に示すように、このトンネル支持体２０に対して径方向外側から曲げ荷重Ｆが作用すると、袋体１０の背面部１０ａにおいては圧縮荷重Ｆ１が作用し、袋体１０の内面部１０ｂには引張荷重Ｆ２が作用する。このときの、曲げ荷重パターンを図１３に示す。この図１３において、（ａ）は、経糸１５の糸量が緯糸１６の糸量の倍（経糸１５の糸密度３０本／インチ、緯糸１６の糸密度１５本／インチ）の袋体にモルタルを充填固化した供試体、（ｂ）は、糸量比が逆（経糸１５の糸密度１５本／インチ、緯糸１６の糸密度３０本／インチ）の袋体にモルタルを充填固化した供試体、（ｃ）は、コンクリート単体、の各ケースでの曲げ荷重パターンを示す。経糸１５の糸量が緯糸１６の糸量の倍である袋体１０を用いた供試体においては、袋体１０の長さ方向（リング周方向）の引張強度が高くなるため、曲げ耐力（ａ）は、コンクリート単体強度レベル（コンクリート単体（ｃ）の破断時の荷重）を大きく上回っている。一方、経糸１５の糸量と緯糸１６の糸量比を逆にした場合の供試体の曲げ耐力（ｂ）は、コンクリート単体強度レベルをわずかに上回るに過ぎず、補強効果はあまりないことがわかる。

以上説明した第１実施形態においては、帯状の袋体１０をトンネルＴの内面に沿ってリング状にしてトンネルＴの長手方向に並べ、袋体１０内に流動性固化材１１を注入して固化させることにより、トンネルＴの内面を簡易に覆工できる。ここで、袋体１０内に流動性固化材１１を注入したときには、袋体１０は、その長さ方向に垂直な断面形状が幅方向に扁平な形状となってトンネルＴの内面に密着するため、固化材１１が注入された複数の袋体１０によりトンネルＴの内壁が確実に支持される。また、各袋体１０がトンネルＴの長手方向にずれたり、倒れたりしにくくなる。

袋体１０内に気密性バッグ１７を配設し、袋体１０をトンネルＴの内面に沿って配置するとともに気密性バッグ１７内に加圧エアを注入するため、袋体１０にある程度の自立性が備わってトンネルＴの内面に密着するので、簡易な構造の支持バッグ１２だけで袋体１０を支持することができる。即ち、鋼製の支保工のような堅固な構造の支持体が不要であり、支持体の組み立て・解体が容易となり施工性が向上する。

袋体１０をトンネルＴ内に搬入してから、袋体１０の両端部を接合してリング状に形成するようにすれば、トンネルＴ内に配設された種々のケーブルや装置等を袋体１０の内側に配置してから袋体１０をリング状に形成することが容易である。

袋体１０が継ぎ目のない筒状の織物であり、さらに、袋体１０の経糸１５の糸量が緯糸１６の糸量の１／２以上となっているため、袋体１０の長さ方向の引張強度が高くなる。即ち、袋体１０と流動性固化材１１で構成されるトンネル支持体２０の曲げ荷重に対する強度が高くなる。

尚、前述した第１実施形態では、気密性バッグ１７内に圧力流体として加圧エアを注入しているが、圧力流体は流動性固化材１１よりも比重が小さいものであればよく、圧力流体として他の種類の気体、あるいは、水などの液体を用いることもできる。

また、袋体１０内に可撓性を有する形状保持材を配設して、袋体１０がある程度の自立性を備えた状態で、袋体１０をトンネルＴの内面に沿って配置するようにしてもよい。この形状保持材としては、例えば、図１４に示すように、高密度ポリエチレン等の合成樹脂製の断面矩形状の長尺材２１を使用できる。この長尺材２１の外側部分（トンネルＴの内面側の部分）には、平面部２１ａが形成されているため、袋体１０をトンネルＴの内面に沿った状態に保持しやすくなる。さらに、図１５に示すように、外側部分に平面部２２ａが形成され且つ内側に開放した断面形状を有する長尺材２２を使用してもよい。さらには、断面は矩形状に限るものではなく、例えば、図１６に示すように、外側部分に平面部２３ａが形成され且つ内側に開放した多角形の断面形状を有する長尺材２３を使用することもできる。尚、このような形状保持材を用いた場合には、袋体１０が自立性を備えている状態となるため、袋体１０内に気密性バッグ１７を配設して加圧エアを気密性バッグ１７内に注入する工程を省略してもよい。

袋体１０をトンネルＴ内で支持する支持体としては、前記第１実施形態の支持バッグ１２の他、合成樹脂製のリング状の型枠など、簡易な構造のものを使用できる。この支持体は、袋体１０内の気密性バッグ１７内に加圧エアを注入する前に袋体１０をトンネルＴの内面に沿って支持するとともに、袋体１０内に注入された流動性固化材１１が固化するまでの間に流動性固化材１１の自重等による変形を防止することが可能な程度の構造であればよく、堅固な構造を有する必要はない。

次に、本発明の第２実施形態について説明する。この第２実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、袋体をトンネルの内面に沿ってリング状に配置してから、その内部に流動性固化材を注入して固化させることによりトンネルの内面を覆工する点は同じであるが、袋体の構造が第１実施形態の袋体と異なる。その異なる点を中心に以下説明する。

袋体３０は、袋体３０の長さ方向に延びるポリエステル繊維の経糸及び幅方向に延びる同じくポリエステル繊維の緯糸で織られた、透水性を有する筒状（例えば、直径約７００ｍｍ）の織物であり、緯糸がスパイラル状に連続して織り込まれている。経糸及び緯糸は、例えば、太さが１０００ｄ／３本、経糸の糸密度を３０本／インチ、緯糸の糸密度を１５本／インチである。尚、この袋体３０の織組織は平織りであり、袋体３０は、環状織機で織られた継ぎ目のない筒状の織物である。

そして、図１７に示すように、この袋体３０は、その長さ方向（図１７のリング状に形成された袋体３０ではその周方向）に平行に形成された複数の仕切部３１と、これら複数の仕切部３１により仕切られて前記長さ方向に延びる複数の固化材注入部３２とを有する。

仕切部３１は、背面部と内面部とが縫製等により袋体３０の長さ方向に接合されて形成されており、その両側の固化材注入部３２が互いに連通しないように仕切る役割を果たしている。固化材注入部３２は、中空状で且つ袋体３０の長手方向に延びており、袋体３０がトンネルＴの内面に沿って配置された状態では、固化材注入部３２はリング状に形成される。そして、図１８に示すように、固化材注入部３２の内部には、流動性固化材１１が注入される。そのため、固化材注入部３２により流動性固化材１１が拘束されて、袋体３０に地山から圧縮荷重が作用したときの固化材１１の変形を極力抑えることができるため、その支保としての耐力が高まる。また、従来のリング状のチューブ等においてはチューブ等を１つずつトンネルＴ内に搬入する必要があるのに対して、このような複数の固化材注入部３２を有する袋体３０では、一度に複数の固化材注入部３２をトンネル内に配置することができるため、搬入作業が容易になる。

尚、図１９（ａ）に示すように、流動性固化材１１が注入された袋体３０にトンネルＴの内壁から曲げ荷重Ｆが作用すると、袋体３０の背面部においては圧縮荷重Ｆ１が作用し、袋体３０の内面部には引張荷重Ｆ２が作用する。しかし、図１９（ｂ）に示すように、袋体３０の長さ方向に垂直な断面において、仕切部３１は、径方向外側から作用する曲げ荷重Ｆに対して中立面３４の近傍で接合されており、その接合部３３に大きな荷重が作用しないようになっているため、接合部３３における背面部と内面部の接合が破断してしまうのが防止されている。

次に、本発明の第３実施形態について説明する。この第３実施形態は、前述の第２実施形態に対して、袋体３０の断面形状を変更したものである。図１８に示す前記第２実施形態の袋体３０においては、仕切部３１が固化材注入部３２の両側の中央部付近に連結された形状であるため、固化材注入部３２内に流動性固化材１１を注入した状態では、仕切部３１がトンネルＴの内面から離れて（例えば、離隔距離が約３０ｍｍ）、仕切部３１とトンネルＴの内面との間に空隙が生じ、袋体３０がトンネルＴの内面に対して部分的にしか密着しないようになってしまう。

そこで、この第３実施形態の袋体においては、図２０に示すように、袋体４０の長さ方向に垂直な断面において、背面部と内面部の接合箇所を変更することにより、固化材注入部４２が内側（トンネルＴの内面と反対側）へ突出状に形成されている。従って、固化材注入部４２に流動性固化材１１が注入されたときには、袋体４０の仕切部４１もトンネルＴの内面に密着することになり、袋体４０がトンネルＴの内面に全面的に密着することになる。

次に、第４実施形態について説明する。図２１に示すように、この第４実施形態の袋体５０は、仕切部５１と、袋体５０の幅方向に延び複数の固化材注入部５２に夫々連通する複数（例えば３つ）の連通部５３を有する。連通部５３は、袋体５０をリング状に形成した状態における周方向に略等間隔の位置に形成されている。連通部５３の内径は、固化材注入部５２の内径と同程度（例えば、内径６５ｍｍ）である。但し、袋体５０のサイズや注入される流動性固化材の種類等の種々の条件に応じて、適宜、固化材注入部５２よりも大径、あるいは小径とすることもできる。

この連通部５３のトンネルＴの長手方向の端部には、流動性固化材１１を注入する為のホース状の注入口５４が設けられている。そして、この注入口５４から、流動性固化材１１を連通部５３及び複数の固化材注入部５２に一度に注入することができる。従って、複数の固化材注入部５２の各々に流動性固化材１１を注入する必要がなく、固化材１１の注入作業を効率よく行うことができる。尚、ホース状の注入口５４は小口径の筒状織物や内面が樹脂被膜された筒状織物等で形成されており、安価であるため、そのまま使い捨てにすることができる。

そして、連通部５３に注入された流動性固化材１１が固化した状態では、連通部５３により複数のリング状の固化材注入部５２がトンネルＴの長手方向に支持された構成となる。従って、地山が変形したときでも、複数のリング状の固化材注入部５２がトンネルＴの長手方向に将棋倒しのように変形してしまうのを防止できる。さらに、固化材注入部５２が密着していない部分の地山の荷重を、連通部５３を介して複数の固化材注入部５２に分散して作用させることができる。尚、連通部５３の数は特に限定されないが、地山の荷重を複数の固化材注入部に確実に伝達するために複数設けられていることが好ましい。

次に、前述の第１〜第４実施形態に対して種々の部分的な変更を加えた変更形態について説明する。
１］袋体１０をトンネルＴの内面に沿ってリング状に配置した場合には、図２２に示すように、本来は、内面部１０ｂの周長はπ×Ｄとなり、一方、背面部１０ａの周長はπ×（Ｄ＋２ｄ）となるが（Ｄ：リング状の袋体の内径、ｄ：袋体の厚さ）、実際の袋体１０の背面部と内面部の長さ方向の寸法が同じであると、背面部１０ａの周長をトンネルＴの内周長に合わせた場合、図２３に示すように、袋体１０の内面部に折れ曲がり（キンク６０）が生じ、このキンク６０が生じた部分において強度が部分的に低下してしまう。

そこで、背面部１０ａの長さ方向の伸度を内面部１０ｂの長さ方向の伸度よりも高くしてもよい。具体例を示すと、トンネルＴの内径を２１３０ｍｍ、リング状の袋体の内径Ｄを２０００ｍｍ、袋体の厚さｄを６５ｍｍとし、トンネルＴの内面に密着する背面部１０ａの経糸としては伸度の大きなナイロン繊維からなるものを使用し、内面側の経糸としては伸度の低いポリエステル繊維からなるものを使用する。一般的に、ポリエステル繊維の伸度が１７％であるのに対し、ナイロン繊維の伸度は２５％前後であるため、袋体１０をトンネルＴ内に配置したときに背面部１０ａが伸びるので、リング状の袋体１０の内外径差１．０７倍に十分追従できる。このように、背面部１０ａの長さ方向の伸度を内面部１０ｂよりも高くすることにより、内面部１０ｂにキンク６０が生じるのを防止することができる。

２］前述の各実施形態においては、トンネルＴ内において、トンネルＴの周方向長さと略等しい長さの袋体１０をリング状に配置したが（図１参照）、図２４に示すように、ＴＢＭ１００で掘削されたトンネルＴの周方向長さよりも長い袋体７０をトンネルＴの内面に沿ってスパイラル状に配置してもよい。あるいは、トンネルＴの周方向長さよりも短い袋体をトンネルＴの内面に沿って円弧状に配置してもよい。

３］流動性固化材としては、モルタル等のセメント系固化材の他にも、熱硬化性樹脂液等、種々のものを使用できる。熱硬化性樹脂液を使用する場合には、袋体に熱硬化性樹脂液を注入したのちに、袋体に熱を加える又は常温で放置することにより熱硬化性樹脂液を硬化させる。

４］以上の説明においては、掘削された新設のトンネルの内面を覆工する場合に本発明を適用した例を述べたが、本発明はこのような形態に限定されるものではない。例えば、トンネルの口径やその用途は前述の実施形態のものに限られない。さらには、既設のトンネルの内面を補修する場合などにも本発明を適用することができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、その構成に適宜変更を加えることができる。

本発明の第１実施形態に係るトンネルの覆工構造の概略斜視図である。 袋体の部分拡大斜視図である。 袋体及び気密性バッグの部分拡大斜視図である。 袋体を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。 袋体が装着された状態の支持バッグの斜視図である。 リング状に形成された袋体の斜視図である。 両端部が連通している袋体の部分拡大断面図である。 気密性バッグ内への加圧エア注入時における袋体の断面図である。 流動性固化材注入時における袋体の断面図である。 袋体に流動性固化材が注入された状態でのトンネルの部分断面図である。 図１０のXI-XI線断面図である。 袋体の長さ方向に平行な断面における部分断面図である。 袋体に曲げ荷重を作用させたときの荷重パターンを示す図である。 袋体及び形状保持材としての長尺材の部分拡大斜視図である。 別の長尺材の部分拡大斜視図である。 さらに別の長尺材の部分拡大斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る袋体の斜視図である。 流動性固化材が注入された状態での袋体の断面図である。 袋体の部分断面図であり、（ａ）は袋体の長さ方向に平行な断面における断面図、（ｂ）は、袋体の長さ方向に垂直な断面における断面図である。 本発明の第３実施形態に係る袋体の図１８相当図である。 本発明の第４実施形態に係る袋体の図１７相当図である。 変更形態に係るキンクが生じていない袋体の側面図である。 キンクが生じた袋体の側面図である。 変更形態に係るトンネルの覆工構造の図１相当図である。 従来のトンネルの覆工構造の概略斜視図である。

符号の説明

Ｔ トンネル
１０ 袋体
１１ 流動性固化材
１２ 支持バッグ
２１，２２，２３ 長尺材
３０ 袋体
３１ 仕切部
３２ 固化材注入部
４０ 袋体
４１ 仕切部
４２ 固化材注入部
５０ 袋体
５１ 仕切部
５２ 固化材注入部
５３ 連通部
７０ 袋体

Claims (18)

1. 所定の長さを有する帯状の袋体をトンネル内面に沿って配置するとともに、前記袋体内に加圧流体を注入して袋体をトンネル内面に密着させる第１工程と、
   前記袋体の内圧を維持しつつ、前記加圧流体を袋体から排出するとともに袋体内に流動性固化材を注入する第２工程と、
   前記袋体内の流動性固化材を固化させる第３工程と、
   を有することを特徴とするトンネルの覆工方法。
2. 所定の長さを有する帯状の袋体内に可撓性を有する形状保持材を配設して、前記袋体をトンネル内面に沿って配置する第１工程と、
   前記袋体内に流動性固化材を注入しつつ袋体をトンネル内面に密着させる第２工程と、
   前記袋体内の流動性固化材を固化させる第３工程と、
   を有することを特徴とするトンネルの覆工方法。
3. 所定の長さを有する帯状の袋体であって、その背面部と内面部とが袋体の長さ方向に接合されることにより前記長さ方向に平行に形成された複数の仕切部とこれら複数の仕切部により仕切られて前記長さ方向に延びる複数の固化材注入部とを有する袋体を、トンネル内面に沿って配置する第１工程と、
   前記複数の固化材注入部の内部に流動性固化材を注入しつつ、袋体の前記背面部をトンネル内面に密着させる第２工程と、
   前記固化材注入部内の流動性固化材を固化させる第３工程と、
   を有することを特徴とするトンネルの覆工方法。
4. 前記袋体は、袋体の幅方向に延び前記複数の固化材注入部に夫々連通する連通部を有することを特徴とする請求項３に記載のトンネルの覆工方法。
5. 流動性固化材が注入された袋体が、その長さ方向に垂直な断面形状が幅方向に扁平な状態でトンネル内面に密着することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のトンネルの覆工方法。
6. 前記袋体の長さはトンネル内面の周方向長さと略等しく、前記第１工程において、袋体をトンネル内面に沿ってリング状に配置することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のトンネルの覆工方法。
7. 前記第１工程において、トンネル内で袋体の両端部を接合して又は突き合わせて袋体をリング状に形成することを特徴とする請求項６に記載のトンネルの覆工方法。
8. 前記袋体の長さはトンネル内面の周方向長さよりも長く、前記第１工程において、袋体をトンネル内面に沿ってスパイラル状に配置することを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のトンネルの覆工方法。
9. 前記袋体は、継ぎ目のない筒状の織物であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のトンネルの覆工方法。
10. 前記袋体の長さ方向の糸量が、幅方向の糸量の１／２以上であることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載のトンネルの覆工方法。
11. 前記袋体は、トンネル内面に密着する背面部の長さ方向の伸度が、トンネル内面に密着しない内面部の長さ方向の伸度よりも高いことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載のトンネルの覆工方法。
12. 前記第１工程において、前記袋体を、内部に流体が充填された支持バッグの外面部に装着して、袋体と支持バッグをトンネル内に搬入して支持バッグにより袋体を内側から支持させることを特徴とする請求項１〜１１の何れかに記載のトンネルの覆工方法。
13. 所定の長さを有しトンネル内面に沿って配置される帯状の袋体であって、
    その内部に流動性固化材が注入されたときに、その長さ方向に垂直な断面形状が幅方向に扁平な状態でトンネル内面に密着してトンネル内壁を支持することを特徴とするトンネル覆工用袋体。
14. 前記トンネル内面に密着する背面部の長さ方向の伸度が、トンネル内面に密着しない内面部の長さ方向の伸度よりも高いことを特徴とする請求項１３に記載のトンネル覆工用袋体。
15. 長さ方向の糸量が、幅方向の糸量の１／２以上であることを特徴とする請求項１３又は１４に記載のトンネル覆工用袋体。
16. 前記トンネルの内面に密着する背面部と密着しない内面部とが袋体の長さ方向に接合されることにより前記長さ方向に平行に形成された複数の仕切部と、これら複数の仕切部により仕切られて前記長さ方向に延び且つ内部に前記流動性固化材が注入される複数の固化材注入部とを有することを特徴とする請求項１３〜１５の何れかに記載のトンネル覆工用袋体。
17. その幅方向に延び前記複数の固化材注入部に夫々連通する連通部を有することを特徴とする請求項１６に記載のトンネル覆工用袋体。
18. 夫々所定の長さを有しトンネル内面に沿って配置され且つトンネル長手方向に並べて設置された複数の帯状の袋体と、これら複数の袋体に注入された流動性固化材とを有し、
    前記複数の袋体は、その長さ方向に垂直な断面形状が袋体の幅方向に扁平な状態でトンネル内面に密着していることを特徴とするトンネルの覆工構造。

Images