JP3863625B2 - モルタル複合型炭素繊維シートによるトンネル覆工補強工法 - Google Patents
モルタル複合型炭素繊維シートによるトンネル覆工補強工法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、山岳トンネル、地下鉄シールドトンネル、地下駅、地下通路等のトンネルの補強工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のようなトンネルにおいては、経年により覆工コンクリートが劣化し、覆工剥離やひび割れ等の損傷を起こすなどにより耐力が減少し、思わぬ災害を招くおそれが生じる。
【０００３】
そこで従来から覆工コンクリートが劣化した場合、これを補強する手段が採られている。従来の補強手段としては、
▲１▼ 覆工コンクリートの表面にコンクリートを打ち足して増厚させる方法。
▲２▼ 覆工コンクリートの表面に二次製品コンクリート（プレキャストＲＣ）を設置する方法。
が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに上記いずれの方法によるものであっても、トンネルの内側に２０〜３０ｃｍ厚のコンクリートの打設、あるいは二次製品コンクリートの設置がなされるため、トンネルの内空断面積が大幅に減少し、トンネルとしての有効断面が狭くなってしまうという問題点があるとともに、施工時に全面交通止めあるいは片側交通止めが必要となり、活線施工が著しく困難であるという問題点がある。
【０００５】
さらに施工のための支保工などの設備が大掛りとなり、施工に要する工期も長くかかるという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の点に鑑み、トンネルの内空断面の減少が極めて小さくてすみ、かつ活線施工が可能であるとともに短い工期での施工を可能とすることを課題としてなされたもので、その解決手段としては、トンネルの覆工表面に早強性セメントモルタルを塗布し、その上に炭素繊維シートを貼付け、炭素繊維シート上からボルトを覆工コンクリート層に打設して該炭素繊維シートを覆工に固定し、ボルトにより固定された炭素繊維シートの上にエポキシ系樹脂を含浸させて炭素繊維シートを固化させ、さらにその上から早強性セメントモルタルを塗布することにより早強性セメントモルタルと炭素繊維シートとを複合一体化させるようにしたものである。
【０００７】
このほかトンネルの覆工表面に、エポキシ系樹脂を塗布し、その上に炭素繊維シートを貼り付け、該炭素繊維シートにエポキシ系樹脂を含浸させることにより１層目の炭素繊維強化プラスチックシートを形成し、離型処理を施した板の上に早強性セメントモルタルを均一に流し、早強性セメントモルタルが固まる前に炭素繊維シートを当接させて貼付け、この炭素繊維シートにエポキシ系樹脂を含浸させて２層目の炭素繊維強化プラスチックシートを形成し、前記１層目の炭素繊維強化プラスチックシートの上に塗布されたエポキシ系樹脂を介して前記２層目の炭素繊維強化プラスチックシートを重ね、２層目の炭素繊維シートのエポキシ系樹脂が固まる前に前記複合板の上からボルトを覆工コンクリート層に打設して該炭素繊維強化プラスチックシートを覆工に固定し、前記２層目の炭素繊維シートの表面を早強性セメントモルタルで仕上げる工程を含むことを特徴とする、モルタル複合型炭素繊維シートによるトンネル覆工補強工法、さらには、上記各工法に加え、前記炭素繊維シートの施工後、トンネルの断面形状を有する所要幅の鋼材をそわせて固定するようにすることができる。この場合、前記シート固定用のボルトを上記鋼材を貫通させ、鋼材と共にボルトで覆工コンクリートに固定するようにしてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して説明する。
図１は地山１に構築されたトンネルの覆工コンクリート２の表面に本発明による覆工補強３を施す対象例を示し、図２は請求項１に記載の発明の一実施形態を示すもので、図１の覆工補強を施した状態を図１のＡ−Ａ断面として一部を拡大して示している。
【０００９】
上記覆工補強のための施工手順としては、まず覆工コンクリート２の表面の汚れを落とす下地処理を行ったのちプライマ（接着剤）４を塗布し、その上に早強性のセメントモルタル５の塗布を行い、このセメントモルタル５が固まる前にその上に炭素繊維シート６を貼布する。
【００１０】
この炭素繊維シート６の貼布後、ボルト７，７を建込み、その頭部７ａにより当該シート６を固定する。このボルト７は直径６ｍｍ，長さ４０ｍｍ程度のものを使用することが望ましく、また発錆を防ぐ意味でステンレススチール製とするのがよい。さらにこのボルト７の設置数は、１ｍ2 当り１本程度とされる。
【００１１】
上記のようにしてボルト７により固定された炭素繊維シート６の上にエポキシ樹脂等の樹脂８を含浸させて炭素繊維シート６を固化させ、さらにその上からモルタル９を塗着させて仕上げられる。
【００１２】
上記施工による最終厚は８ｍｍ未満で施工することができる。
【００１３】
このほか請求項２においては、離型処理を施した図示しない板の上に早強性セメントモルタルを均一に流し、早強性セメントモルタルが固まる前に炭素繊維シートを当接させて貼付け、この炭素繊維シートにエポキシ系樹脂を含浸させて得られた炭素繊維強化プラスチックシート１０と早強性セメントモルタルとを一体化することにより複合板を形成し、この複合板を図３のように覆工コンクリート２の表面にボルト７で固定するようにし、覆工コンクリート２の表面と複合板１０との間にグラウトセメントモルタル注入材１１を注入し、表面をモルタル９で仕上げることで補強施工する。
【００１５】
図５、図６は本発明の他の実施形態を示すもので、幅Ｌが１００〜１５０ｍｍ程度、板厚２〜３ｍｍ程度の鋼材によりトンネルの覆工コンクリート２の内周形状に整合するようアーチ状に形成された鋼材１２が用いられ、図２の例の場合を示すと、前述のように貼布された炭素繊維シート６の表面にこの鋼材１２を当接してこの鋼材１２の幅Ｌの範囲内にボルト７を建込み、次いで前記の実施形態と同様にエポキシ樹脂８，モルタル９を施工する。上記鋼材１２の設置間隔は２ｍを標準とする。しかしこの鋼材１２の寸法や設置間隔はトンネルの覆工コンクリート２の劣化状況等に応じて適宜選択される。なお上記鋼材１２は、ボルト７を打設したあとその上にそわせるようにしてもよい。
【００１６】
上記施工は、移動可能な簡易なリフトに乗っての作業ができ、支保工や型枠組み等の大掛りな設備は全く不要である。
【００１７】
上記の覆工補強工法による強度試験を図７に示すテストピース１３によって行ったところ、図８に示すような結果が得られた。すなわちコンクリート１４の下面に炭素繊維シート片１５を各態様により固定したテストピース１３の両端を支点１６，１６により支持し、上面中央に荷重Ｐを載荷した結果、図８に示すように無補強無筋コンクリートでは５ｔ未満の荷重によりスパン中央部の変位量が４ｍｍ程度で破壊に至り、無補強鉄筋コンクリートでは約５ｔ、炭素繊維シート片１５を接着したのみのものでは８ｔ未満、炭素繊維シート片１５をボルトで止めたものでは８ｔを超え、炭素繊維シート片１５とボルトと鋼材とを合わせたものでは１０ｔに至った。その結果、本発明による覆工補強工法を実施することにより、コンクリートの曲げ強度，せん断強度，じん性が著しく増大することが判明した。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば下記の効果を得ることができる。
（１）炭素繊維シートによる補強により、既設コンクリートと一体となり、曲げおよびせん断を同時に補強することができる。
（２）表面がセメントモルタル層で覆われるので、耐火性，耐酸性、および耐火性に優れた構造となる。
（３）ボルトあるいはボルトと鋼材とにより高い安全性が確保される。
（４）施工後の厚さが８ｍｍ程度の増加ですむので、トンネルの内空断面の減少をきわめて小さくすることができる。
（５）活線中での施工が可能であり、交通の妨げを少なくすることができる。
（６）施工のための設備が簡単であり、工期も著しく短くてすむ。
（７）施工後の仕上り面は既設コンクリートと同じ色調にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の施工例としてのトンネルを示す正面図。
【図２】本発明の請求項１にかかる補強方法の実施形態を示す図１のＡ−Ａ拡大断面による説明図。
【図３】本発明の請求項２にかかる補強方法の実施形態を示す図２相当図。
【図４】本発明の請求項３にかかる補強方法の実施形態を示す図２相当図。
【図５】鋼材を併用する場合（請求項４、５）の鋼材の斜視図。
【図６】鋼材を併用して補強した状態を示す図２相当図。
【図７】本発明による補強強度を試験するテストピースの説明図。
【図８】同、試験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 地山
２ 覆工コンクリート
３ 覆工補強
４ プライマ
５，９ セメントモルタル
６ 炭素繊維シート
７ ボルト
８ エポキシ樹脂
１０ 複合板
１２ 鋼材
１３ テストピース
１４ コンクリート片
１５ 炭素繊維シート片
１６ 支点
【発明の属する技術分野】
本発明は、山岳トンネル、地下鉄シールドトンネル、地下駅、地下通路等のトンネルの補強工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のようなトンネルにおいては、経年により覆工コンクリートが劣化し、覆工剥離やひび割れ等の損傷を起こすなどにより耐力が減少し、思わぬ災害を招くおそれが生じる。
【０００３】
そこで従来から覆工コンクリートが劣化した場合、これを補強する手段が採られている。従来の補強手段としては、
▲１▼ 覆工コンクリートの表面にコンクリートを打ち足して増厚させる方法。
▲２▼ 覆工コンクリートの表面に二次製品コンクリート（プレキャストＲＣ）を設置する方法。
が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに上記いずれの方法によるものであっても、トンネルの内側に２０〜３０ｃｍ厚のコンクリートの打設、あるいは二次製品コンクリートの設置がなされるため、トンネルの内空断面積が大幅に減少し、トンネルとしての有効断面が狭くなってしまうという問題点があるとともに、施工時に全面交通止めあるいは片側交通止めが必要となり、活線施工が著しく困難であるという問題点がある。
【０００５】
さらに施工のための支保工などの設備が大掛りとなり、施工に要する工期も長くかかるという問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の点に鑑み、トンネルの内空断面の減少が極めて小さくてすみ、かつ活線施工が可能であるとともに短い工期での施工を可能とすることを課題としてなされたもので、その解決手段としては、トンネルの覆工表面に早強性セメントモルタルを塗布し、その上に炭素繊維シートを貼付け、炭素繊維シート上からボルトを覆工コンクリート層に打設して該炭素繊維シートを覆工に固定し、ボルトにより固定された炭素繊維シートの上にエポキシ系樹脂を含浸させて炭素繊維シートを固化させ、さらにその上から早強性セメントモルタルを塗布することにより早強性セメントモルタルと炭素繊維シートとを複合一体化させるようにしたものである。
【０００７】
このほかトンネルの覆工表面に、エポキシ系樹脂を塗布し、その上に炭素繊維シートを貼り付け、該炭素繊維シートにエポキシ系樹脂を含浸させることにより１層目の炭素繊維強化プラスチックシートを形成し、離型処理を施した板の上に早強性セメントモルタルを均一に流し、早強性セメントモルタルが固まる前に炭素繊維シートを当接させて貼付け、この炭素繊維シートにエポキシ系樹脂を含浸させて２層目の炭素繊維強化プラスチックシートを形成し、前記１層目の炭素繊維強化プラスチックシートの上に塗布されたエポキシ系樹脂を介して前記２層目の炭素繊維強化プラスチックシートを重ね、２層目の炭素繊維シートのエポキシ系樹脂が固まる前に前記複合板の上からボルトを覆工コンクリート層に打設して該炭素繊維強化プラスチックシートを覆工に固定し、前記２層目の炭素繊維シートの表面を早強性セメントモルタルで仕上げる工程を含むことを特徴とする、モルタル複合型炭素繊維シートによるトンネル覆工補強工法、さらには、上記各工法に加え、前記炭素繊維シートの施工後、トンネルの断面形状を有する所要幅の鋼材をそわせて固定するようにすることができる。この場合、前記シート固定用のボルトを上記鋼材を貫通させ、鋼材と共にボルトで覆工コンクリートに固定するようにしてもよい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して説明する。
図１は地山１に構築されたトンネルの覆工コンクリート２の表面に本発明による覆工補強３を施す対象例を示し、図２は請求項１に記載の発明の一実施形態を示すもので、図１の覆工補強を施した状態を図１のＡ−Ａ断面として一部を拡大して示している。
【０００９】
上記覆工補強のための施工手順としては、まず覆工コンクリート２の表面の汚れを落とす下地処理を行ったのちプライマ（接着剤）４を塗布し、その上に早強性のセメントモルタル５の塗布を行い、このセメントモルタル５が固まる前にその上に炭素繊維シート６を貼布する。
【００１０】
この炭素繊維シート６の貼布後、ボルト７，７を建込み、その頭部７ａにより当該シート６を固定する。このボルト７は直径６ｍｍ，長さ４０ｍｍ程度のものを使用することが望ましく、また発錆を防ぐ意味でステンレススチール製とするのがよい。さらにこのボルト７の設置数は、１ｍ2 当り１本程度とされる。
【００１１】
上記のようにしてボルト７により固定された炭素繊維シート６の上にエポキシ樹脂等の樹脂８を含浸させて炭素繊維シート６を固化させ、さらにその上からモルタル９を塗着させて仕上げられる。
【００１２】
上記施工による最終厚は８ｍｍ未満で施工することができる。
【００１３】
このほか請求項２においては、離型処理を施した図示しない板の上に早強性セメントモルタルを均一に流し、早強性セメントモルタルが固まる前に炭素繊維シートを当接させて貼付け、この炭素繊維シートにエポキシ系樹脂を含浸させて得られた炭素繊維強化プラスチックシート１０と早強性セメントモルタルとを一体化することにより複合板を形成し、この複合板を図３のように覆工コンクリート２の表面にボルト７で固定するようにし、覆工コンクリート２の表面と複合板１０との間にグラウトセメントモルタル注入材１１を注入し、表面をモルタル９で仕上げることで補強施工する。
【００１５】
図５、図６は本発明の他の実施形態を示すもので、幅Ｌが１００〜１５０ｍｍ程度、板厚２〜３ｍｍ程度の鋼材によりトンネルの覆工コンクリート２の内周形状に整合するようアーチ状に形成された鋼材１２が用いられ、図２の例の場合を示すと、前述のように貼布された炭素繊維シート６の表面にこの鋼材１２を当接してこの鋼材１２の幅Ｌの範囲内にボルト７を建込み、次いで前記の実施形態と同様にエポキシ樹脂８，モルタル９を施工する。上記鋼材１２の設置間隔は２ｍを標準とする。しかしこの鋼材１２の寸法や設置間隔はトンネルの覆工コンクリート２の劣化状況等に応じて適宜選択される。なお上記鋼材１２は、ボルト７を打設したあとその上にそわせるようにしてもよい。
【００１６】
上記施工は、移動可能な簡易なリフトに乗っての作業ができ、支保工や型枠組み等の大掛りな設備は全く不要である。
【００１７】
上記の覆工補強工法による強度試験を図７に示すテストピース１３によって行ったところ、図８に示すような結果が得られた。すなわちコンクリート１４の下面に炭素繊維シート片１５を各態様により固定したテストピース１３の両端を支点１６，１６により支持し、上面中央に荷重Ｐを載荷した結果、図８に示すように無補強無筋コンクリートでは５ｔ未満の荷重によりスパン中央部の変位量が４ｍｍ程度で破壊に至り、無補強鉄筋コンクリートでは約５ｔ、炭素繊維シート片１５を接着したのみのものでは８ｔ未満、炭素繊維シート片１５をボルトで止めたものでは８ｔを超え、炭素繊維シート片１５とボルトと鋼材とを合わせたものでは１０ｔに至った。その結果、本発明による覆工補強工法を実施することにより、コンクリートの曲げ強度，せん断強度，じん性が著しく増大することが判明した。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば下記の効果を得ることができる。
（１）炭素繊維シートによる補強により、既設コンクリートと一体となり、曲げおよびせん断を同時に補強することができる。
（２）表面がセメントモルタル層で覆われるので、耐火性，耐酸性、および耐火性に優れた構造となる。
（３）ボルトあるいはボルトと鋼材とにより高い安全性が確保される。
（４）施工後の厚さが８ｍｍ程度の増加ですむので、トンネルの内空断面の減少をきわめて小さくすることができる。
（５）活線中での施工が可能であり、交通の妨げを少なくすることができる。
（６）施工のための設備が簡単であり、工期も著しく短くてすむ。
（７）施工後の仕上り面は既設コンクリートと同じ色調にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の施工例としてのトンネルを示す正面図。
【図２】本発明の請求項１にかかる補強方法の実施形態を示す図１のＡ−Ａ拡大断面による説明図。
【図３】本発明の請求項２にかかる補強方法の実施形態を示す図２相当図。
【図４】本発明の請求項３にかかる補強方法の実施形態を示す図２相当図。
【図５】鋼材を併用する場合（請求項４、５）の鋼材の斜視図。
【図６】鋼材を併用して補強した状態を示す図２相当図。
【図７】本発明による補強強度を試験するテストピースの説明図。
【図８】同、試験結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１ 地山
２ 覆工コンクリート
３ 覆工補強
４ プライマ
５，９ セメントモルタル
６ 炭素繊維シート
７ ボルト
８ エポキシ樹脂
１０ 複合板
１２ 鋼材
１３ テストピース
１４ コンクリート片
１５ 炭素繊維シート片
１６ 支点
Claims (4)
- トンネルの覆工表面に早強性セメントモルタルを塗布し、その上に炭素繊維シートを貼付け、
炭素繊維シート上からボルトを覆工コンクリート層に打設して該炭素繊維シートを覆工に固定し、
ボルトにより固定された炭素繊維シートの上にエポキシ系樹脂を含浸させて炭素繊維シートを固化させ、
さらにその上から早強性セメントモルタルを塗布することにより早強性セメントモルタルと炭素繊維シートとを複合一体化させる工程を含むことを特徴とする、
モルタル複合型炭素繊維シートによるトンネル覆工補強工法。 - 離型処理を施した板の上に早強性セメントモルタルを均一に流し、早強性セメントモルタルが固まる前に炭素繊維シートを当接させて貼付け、この炭素繊維シートにエポキシ系樹脂を含浸させて得られた炭素繊維強化プラスチックシートと早強性セメントモルタルとを一体化することにより複合板を形成し、
前記複合板の上からボルトを覆工コンクリート層に打設して該複合板を覆工に固定し、該複合板と前記覆工表面との隙間にグラウトセメントモルタルを注入し、
前記複合板の表面を早強性セメントモルタルで仕上げる工程を含むことを特徴とする、
モルタル複合型炭素繊維シートによるトンネル覆工補強工法。 - 前記炭素繊維シートの施工後、トンネルの断面形状を有する所要幅の鋼材をそわせて固定する工程を含む請求項１又は２に記載のモルタル複合型炭素繊維シートによるトンネル覆工補強工法。
- 前記ボルトを前記鋼材を貫通して覆工コンクリート層に打設する請求項３記載のモルタル複合型炭素繊維シートによるトンネル覆工補強工法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07205297A JP3863625B2 (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | モルタル複合型炭素繊維シートによるトンネル覆工補強工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07205297A JP3863625B2 (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | モルタル複合型炭素繊維シートによるトンネル覆工補強工法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10266794A JPH10266794A (ja) | 1998-10-06 |
| JP3863625B2 true JP3863625B2 (ja) | 2006-12-27 |
Family
ID=13478234
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07205297A Expired - Fee Related JP3863625B2 (ja) | 1997-03-25 | 1997-03-25 | モルタル複合型炭素繊維シートによるトンネル覆工補強工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3863625B2 (ja) |
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| CN106977876B (zh) * | 2017-03-21 | 2020-01-10 | 海安南京大学高新技术研究院 | 碳纤维毡-碳纤维布复合材料及其制备方法 |
| CN110566240A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-12-13 | 中铁四局集团第五工程有限公司 | 一种适用于近接扩挖隧道施工对既有隧道防护的施工方法 |
| CN113880514A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-01-04 | 辽宁工程技术大学 | 一种应用于隧道内的泡沫混凝土防撞墙 |
| CN115263360A (zh) * | 2022-06-21 | 2022-11-01 | 中铁上海工程局集团有限公司 | 基坑围护桩联络通道进洞支护系统及施工方法 |
| CN115635706B (zh) * | 2022-12-26 | 2023-02-28 | 天津爱思达新材料科技有限公司 | 一种碳纤维复合材料制件的加工方法 |
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1997
- 1997-03-25 JP JP07205297A patent/JP3863625B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH10266794A (ja) | 1998-10-06 |
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