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公開番号2025009166
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023111981
出願日2023-07-07
発明の名称既設シールドトンネルの補強構造および既設シールドトンネルの補強方法
出願人日本製鉄株式会社,東京都公立大学法人
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類E21D 11/08 20060101AFI20250110BHJP(地中もしくは岩石の削孔;採鉱)
要約【課題】トンネル断面のうち発生断面力が厳しくなる部位を効率的に補強することで、大規模地震時に既設シールドトンネルのコンクリートがトンネル内に落下することを低コストで抑制できる既設シールドトンネルの補強構造および既設シールドトンネルの補強方法を提供する。
【解決手段】セグメント10によって構築された円形断面の既設シールドトンネル1に設けられ、トンネル内面に露出するコンクリートCの一部を被覆することにより補強する既設シールドトンネル1の補強構造であって、トンネル周方向X1でトンネル天頂部P0から30°～60°及び-30°～-60°のうち少なくとも一方の第1補強範囲D1において、少なくともトンネル内面10aの一部を覆う被覆補強部材11を備えた。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
セグメントによって構築された円形断面の既設シールドトンネルに設けられ、トンネル内面に露出するコンクリートの一部を被覆することにより補強する既設シールドトンネルの補強構造であって、
トンネル周方向でトンネル天頂部から３０°～６０°及び－３０°～－６０°のうち少なくとも一方の第１補強範囲において、少なくともトンネル内面の一部を覆う被覆補強部材を備えた既設シールドトンネルの補強構造。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
トンネルのセグメントが千鳥組であって、トンネル周方向の前記第１補強範囲にセグメント端部同士を連結する第１セグメント継手が配置され、
前記被覆補強部材は、少なくともトンネル周方向に前記第１セグメント継手を含む範囲と、前記第１セグメント継手を含む範囲に対してトンネル軸方向に隣接するリングのセグメント本体に連設する範囲と、に設けられている、請求項１に記載の既設シールドトンネルの補強構造。
【請求項３】
トンネルのセグメントが千鳥組であって、トンネル周方向の前記第１補強範囲にセグメント端部同士を連結する第１セグメント継手が配置され、
前記被覆補強部材は、前記第１補強範囲に配置される前記第１セグメント継手に対してトンネル軸方向に隣接するリングのみのセグメント本体に設けられている、請求項１に記載の既設シールドトンネルの補強構造。
【請求項４】
セグメントによって構築された円形断面の既設シールドトンネルに設けられ、トンネル内面に露出するコンクリートの一部を被覆することにより補強する既設シールドトンネルの補強構造であって、
トンネル周方向でトンネル天頂部から１２０°～１５０°及び－１２０°～－１５０°のうち少なくとも一方の第２補強範囲において、少なくともトンネル内面の一部を覆う被覆補強部材を備えた既設シールドトンネルの補強構造。
【請求項５】
トンネルのセグメントが千鳥組であって、トンネル周方向の前記第２補強範囲にセグメント端部同士を連結する第２セグメント継手が配置され、
前記被覆補強部材は、少なくともトンネル周方向に前記第２セグメント継手を含む範囲と、前記第２セグメント継手を含む範囲に対してトンネル軸方向に隣接するリングのセグメント本体に連設する範囲と、に設けられている、請求項４に記載の既設シールドトンネルの補強構造。
【請求項６】
トンネルのセグメントが千鳥組であって、トンネル周方向の前記第２補強範囲にセグメント端部同士を連結する第２セグメント継手が配置され、
前記被覆補強部材は、前記第２補強範囲に配置される前記第２セグメント継手に対してトンネル軸方向に隣接するリングのみのセグメント本体に設けられている、請求項４に記載の既設シールドトンネルの補強構造。
【請求項７】
前記被覆補強部材におけるトンネル周方向に延びる補強長は、セグメント桁高さ以上、トンネル周方向の角度で３０°以下の範囲である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の既設シールドトンネルの補強構造。
【請求項８】
前記被覆補強部材の前記補強長は、前記セグメント桁高さの２倍以上４倍以下である、請求項７に記載の既設シールドトンネルの補強構造。
【請求項９】
前記被覆補強部材の内周面は、前記トンネル内面と面一で設けられている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の既設シールドトンネルの補強構造。
【請求項１０】
前記被覆補強部材は、複数のセグメントリングに跨って配置される、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の既設シールドトンネルの補強構造。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設シールドトンネルの補強構造および既設シールドトンネルの補強方法に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、トンネルの内面にコンクリートが露出している略円形断面のシールドトンネルでは、大規模地震が発生したときにセグメント内面のコンクリートに亀裂や破損が生じ、コンクリートが剥落するおそれがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
具体的に地震発生時にトンネル断面には断面方向のせん断力が作用し、斜めの楕円形になるように変形する。このとき、トンネルの斜め上および斜め下には軸圧縮力に加えて地震力によって大きな負の曲げモーメントが発生する。負（正）の曲げモーメントは、トンネル内面側が圧縮（引張）、トンネル外面側が引張（圧縮）となる。ＲＣセグメントや５面鋼殻タイプの合成セグメントなどのセグメントで構築されたシールドトンネルにおいては、トンネル内面にコンクリートが露出しているため、地震荷重の増加に伴い、まずこの部位において負の曲げモーメントとトンネル周方向の軸圧縮力が卓越してトンネル内空側のコンクリートの圧縮が卓越する。一方、これとは対角のトンネルの斜め上・斜め下は軸圧縮力と地震力による正の曲げモーメントが作用し、この部分のコンクリートにひび割れが発生するものの、上記負の曲げモーメントの作用部が最も厳しい条件となる。なお、地震荷重は繰り返し載荷となるため、トンネル左右の斜め上、斜め下には、正曲げ・負曲げが繰り返し作用する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
実開平７－２３０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の内面にコンクリートが露出する既設シールドトンネルでは、以下のような問題があった。
上述したように、既設シールドトンネルに大きな地震力が作用した際、トンネル横断方向には軸力と曲げモーメントが作用する。ＲＣセグメントや合成セグメントの場合、コンクリートがトンネル内面に露出しているが、コンクリートは変形性能が乏しいため、地震力によりコンクリートが破壊（圧縮破壊（以下、圧壊）や割裂破壊）し、コンクリートがトンネル内に落下するおそれがあり、避けねばならない事象となっている。発明者らは検討の結果、とくに、地震による繰り返し荷重によりトンネル左右の斜め上、斜め下（トンネルを断面の天頂部から斜め±４５°付近および±１３５°付近）はコンクリートが圧壊や割裂ひび割れによって破壊しやすく、特に斜め上はコンクリートが大規模にトンネル内に落下するおそれがあることを見出した。
【０００６】
また、高強度材料からなるセグメントを使用することで、耐震性を向上させることは可能であるが、高価であるという問題があるうえ、セグメントのコンクリートの落下を確実に抑止することはできないことから、その点で改善の余地があった。
【０００７】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、トンネル断面のうち発生断面力が厳しくなる部位を効率的に補強することで、大規模地震時に既設シールドトンネルのコンクリートが大規模にトンネル内に落下することを低コストで抑制できる既設シールドトンネルの補強構造および既設シールドトンネルの補強方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係る既設シールドトンネルの補強構造の態様１は、セグメントによって構築された円形断面の既設シールドトンネルに設けられ、トンネル内面に露出するコンクリートの一部を被覆することにより補強する既設シールドトンネルの補強構造であって、トンネル周方向でトンネル天頂部から３０°～６０°及び－３０°～－６０°のうち少なくとも一方の第１補強範囲において、少なくともトンネル内面の一部を覆う被覆補強部材を備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明では、既設シールドトンネルに大規模地震が作用した際に、トンネル横断にはトンネル周方向に軸力と曲げモーメントが作用し、軸力と曲げモーメントが卓越するトンネルの斜め上方を含む第１補強範囲となるトンネル内面を被覆するように例えば鋼板、ＦＲＰ板、炭素繊維シート、樹脂モルタル、及び繊維補強コンクリート等の被覆補強部材が設けられる。したがって、被覆補強部材によって強度が向上したり、変形性能が高められたりするため、第１補強範囲におけるコンクリートの圧壊や割裂破壊を抑止することができる。また、万一、コンクリートに圧壊や割裂破壊が生じても、被覆補強部材によって支持されているため、第１補強範囲のセグメントのコンクリートが大規模にトンネル内空側に落下することを抑制できる。
【００１０】
また、本発明では、トンネル周方向でトンネル天頂部から３０°～６０°及び－３０°～－６０°のうち少なくとも一方の第１補強範囲の少なくともトンネル内面の一部に被覆補強部材を設ける構成となり、トンネル周方向の全周にわたって補強するものではないことから、材料コストを抑制することができる。
このように本発明では、既設シールドトンネルのコンクリートの落下を防止することで、コストを抑えて耐震補強を図ることができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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