[0001]本発明は、既設のトンネルの経年劣化に対するトンネルのリニューアル方法及びリニューアル構造に関する。
[0002]特許文献１は、トンネルのリニューアル方法を開示している。これは、既設のトンネルの覆工を取り壊して、新たな覆工を構築する方法であり、具体的には、既設の覆工を取り壊した後に、トンネルの内面形状より新たに構築する覆工の厚み分だけ小さい移動フレームを設置し、移動フレームとトンネルの地山との間に、パネルを設置し、前記パネルと地山との間に充填材を充填する。
[0003]特開２００２－０６１４９５号公報
[0004]しかしながら、供用中の道路・鉄道などのトンネルのリニューアル工事は、連続して作業を行うことができず、例えば夜間などの短時間にしか作業を行うことができない。例えば、道路では、夜間の限られた時間の間、通行止めにして、行うしかなく、あるいは、鉄道では、終電から始発までの限られた時間内（例えば深夜１時～４時）に、行うしかない。従って、作業の準備から撤収までを含む短時間の作業（１日のうちの限られた時間内での作業）を繰り返して、工事を進める必要がある。
[0005]上記の点から考えると、特許文献１のような、既設のトンネルの覆工を取り壊して、新たな覆工を構築する方法は、供用中の道路・鉄道などのトンネルのリニューアル工事には向かない。既設のトンネルの覆工を一部取り壊した状態で作業を終了して供用に資するわけにはいかないし、取り壊しと同時に新たな覆工を構築するのは短時間では困難だからである。
[0006]本発明は、このような実状に鑑み、例えば、作業の準備から撤収まで短時間の作業時間を想定して、短時間に工事を進めることができ、供用中の道路・鉄道などのトンネルのリニューアル工事に適した、トンネルのリニューアル方法及び構造を提供することを課題とする。
[0007]本発明に係るトンネルのリニューアル方法は、トンネル内壁の既設の覆工体と、道床と、 トンネル内で前記道床の下方にあるインバートコンクリートと、 を備えるトンネルを対象とし、 前記道床の幅方向の両端であって前記既設の覆工体との境界部を 前記インバートコンクリートが露出するまで 掘削して 、ト ンネル軸方向に延在する凹溝を形成する凹溝形成工程と、 前記既設の覆工体の内側にて複数のセグメントピースをアーチ状に組み立てて新設の覆工体を１アーチずつ構築する工程であって、アーチ状に組み立てられる複数のセグメントピースのうち、左右両側の最下方のセグメントピースの下端部を前記凹溝内に位置させて 前記インバートコンクリートに 固定することを含むセグメント組立工程と、 前記最下方のセグメントピースの下端部と前記凹溝との隙間を埋め戻す間詰工程と、 を含む。
[0008]本発明に係るトンネルのリニューアル構造は、トンネル内壁の既設の覆工体と、道床と、 トンネル内で前記道床の下方にあるインバートコンクリートと、 を備えるトンネルを対象とし、 前記道床の幅方向の両端であって前記既設の覆工体との境界部に形成されてトンネル軸方向に延在する凹溝と、 前記既設の覆工体の内側にて複数のセグメントピースがアーチ状に組み立てられて構築される新設の覆工体と、 を含んで構成され、 前記アーチ状に組み立てられる複数のセグメントピースのうち、左右両側の最下方のセグメントピースの下端部は、前記凹溝内に位置 し、かつ、前記インバートコンクリートに 固定され、 前記最下方のセグメントピースの下端部と前記凹溝との隙間には、充填材が充填されている。
[0009]本発明によれば、既設の覆工体の内側にて複数のセグメントピースをアーチ状に組み立てて新設の覆工体を構築することにより、短時間の作業に分割して、工事を進めることができる。従って、供用中の道路・鉄道などのトンネルのリニューアル工事に適するものとなる。 また、アーチ状に組み立てられた新設の覆工体は、その脚部（最下方のセグメントピースの下端部）を道床の幅方向の両端であって既設の覆工体との境界部に形成した凹溝内に支持することで、確実に新設の覆工体を支持することが可能となる。
[0010]本発明の一実施形態として示すリニューアル前のトンネルの断面図 凹溝形成工程～道床土留工程でのトンネルの断面図 導水処理工程でのトンネルの断面図 セグメント組立工程でのトンネルの断面図 裏込工程でのトンネルの断面図 間詰工程でのトンネルの断面図（リニューアル後のトンネルの断面図） 道床土留工程での要部詳細図 導水処理工程での要部詳細図 セグメント組立工程での要部詳細図
[0011]以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。 本実施形態でのトンネルのリニューアル工事は、供用中の道路・鉄道などのトンネルのリニューアル工事であり、この場合、トンネルのリニューアル作業を実施する作業時間と、作業を中断してリニューアル中のトンネルを供用に資する供用時間とが、ほぼ一定の時間割合で、繰り返される。しかも、作業時間は供用時間に比して圧倒的に短い。
[0012]例えば道路用トンネルの場合、一般に深夜のみ通行止めにして、その時間帯を作業時間にあて、鉄道用トンネルの場合は、終電から始発までの時間帯（例えば深夜１時～４時）を作業時間にあて、いずれの場合も１日の残りの時間が供用時間となる。
[0013]従って、このようなトンネルのリニューアル工事は、各工程での作業を、作業の準備から撤収までを含む１作業時間内の作業に分割し、１作業時間内の作業を日々繰り返して、工事を進めることになる。
[0014]図面に基づいて、鉄道用トンネルのリニューアル工事の例で、本発明の一実施形態を詳細に説明する。 図１は本発明の一実施形態として示すリニューアル工事前の鉄道用トンネルの断面図である。
[0015]既設のトンネル１は、トンネル内壁の既設の覆工体２と、トンネル内の底部に水平面を形成する底盤（インバート）３と、トンネル内の底盤３上に設けられる走行路を含む道床４とを備えている。
[0016]既設の覆工体２は、本実施形態では、例えば９個のセグメントピースがリング状に組み立てられ、各リングがトンネル軸方向に連結されることで、構築されている。
[0017]底盤３は、本実施形態では、インバートコンクリート（場所打ちコンクリート又はプレキャストコンクリート）により造成されている。但し、埋め戻し土（トンネル掘削土）により造成されていてもよい。
[0018]道床４は、本実施形態では、鉄道用トンネルであるので、バラストを敷き詰めて構築されている。そして、バラスト上に、枕木５が設置され、枕木５上に軌道として一対のレール６が敷設されている。この例の鉄道は複線であり、道床４による走行路は、一対のレール６からなる軌道を２組を有している。道路用トンネルの場合は、道床として、コンクリート製の底版が設けられ、その上に走行用の路床（路面）が形成されていてもよい。
[0019]尚、底盤３の上面は幅方向両端部から中央部へ向かってわずかながら下向きに傾斜しており、底盤３の上面の幅方向中央部を凹ませて、道床４との間に、トンネル軸方向に延在する中央排水溝７を形成してある。また、図３に示されているように、底盤３と道床４との間には、トンネル軸方向に適宜の間隔で、横断排水管８が設置されている。横断排水管８は、塩ビ管（ＶＰ管）からなり、底盤３の上面の幅方向両端部から中央排水溝７へ導水する。
[0020]次に、図１に示した既設の鉄道用トンネルのリニューアル工事について説明する。 図２～図６はリニューアル工事中の工程別のトンネルの断面図であり、以下、これらの図に従って、工程別に説明する。
[0021]〔凹溝形成工程～道床土留工程〕 図２に示すように、道床４の幅方向の両端であって既設の覆工体２との境界部のバラストを底盤３が露出するまで掘削して、トンネル軸方向に延在する凹溝１１を形成する（凹溝形成工程）。
[0022]同じく図２に示すように、凹溝形成工程と並行して、あるいは当該工程後に、凹溝１１内に道床４に対する土留め（道床土留）１２を施工する（道床土留工程）。
[0023]道床土留１２については、図７の要部拡大断面図に具体例を示すように、残された道床４の側部の全面に、木板（板材）１２ａをあてがい、トンネル軸方向に所定の間隔で、木板１２ａを倒れ止めするように、木板１２ａと既設の覆工体２との間にバタ角（切梁）１２ｂを設置し、バタ角１２ｂはキャンバー（木製のクサビ）１２ｃにより固定する。 道床土留１２を施工した後は、軌道側のバラストを突き固め、軌道整備を行う。
[0024]尚、１作業時間で見ると、１作業時間内に、トンネル軸方向に所定の長さの凹溝１１を形成し、同じ１作業時間内に、凹溝１１を形成した全ての箇所への道床土留１２の施工を終えるようにする。１作業時間内に道床土留１２の施工を完了することで、供用中の道路・鉄道のリニューアル工事に適して工事を進めることができる。
[0025]〔導水処理工程（縦樋設置工程）〕 図３に示すように、漏水対策として、現状において既設の覆工体２から発生している漏水を確実に処理すべく、既設の覆工体２の内周側の漏水箇所から、漏水を案内して、道床４の底部の既設の中央排水溝７へ導水する導水路として、縦樋１３を設置する（導水処理工程）。
[0026]導水処理工程での縦樋１３の設置には、足場台車１０１を用い、足場台車１０１は軌道上を走行させる。
[0027]また、導水処理工程は、後述するセグメント組立工程に先立って行い、縦樋１３は、既設の覆工体２と、後に構築される新設の覆工体１５（図４参照）との間の空間に位置させる。
[0028]縦樋１３から中央排水溝７への導水路については、図８の要部拡大断面図に示されるように構成される。凹溝１１の底部に、トンネル軸方向に延在する縦断排水管（ＶＰ管）１４を設置し、縦樋１３の下端部を縦断排水管１４に接続する。そして、縦断排水管１４から既存の横断排水管８に接続する。これにより、漏水箇所からの漏水を縦樋１３により確実に導水し、縦断排水管１４及び横断排水管８を介して、中央排水溝７へ導水することができる。
[0029]〔セグメント組立工程〕 図４に示すように、既設の覆工体２の内側にて複数（本例では７個）のセグメントピースＳ１～Ｓ７をアーチ状に組み立てて新設の覆工体１５を１アーチずつ構築する（セグメント組立工程）。
[0030]尚、ここでいう「アーチ状」とは、底部がつながっていないことを意味し、門形に限らず、本実施形態のような円弧状を含む。 また、複数のセグメントピースをリング状に組み立てる場合、その組立体を「１リング」と呼んでおり、これに準じて、アーチ状に組み立てる場合も現場では「１リング」と呼んでいる。従って、アーチ状に組み立てる場合の組立体を「１リング」と表記することも可能であるが、本明細書では正確を期して「１アーチ」と表記する。
[0031]セグメント組立工程では、図４に示されているように、２台のエレクタ（セグメント組立台車）１０２Ａ、１０２Ｂを用いる。道床４上の走行路が２組の軌道を有していることから、２台のエレクタを用い、各エレクタは各軌道上を走行させる。また、図示しないが、セグメントピースを運搬してエレクタに供給する運搬台車を用いる。エレクタは、基本的に円周方向に動作し、可動範囲が限定されることから、鉄道設備を損傷するリスクが少ない。
[0032]組立に用いるセグメントピースＳ１～Ｓ７は、トンネル周方向に円弧状をなすプレキャストＲＣセグメントであり、その幅（トンネル軸方向の長さ）は例えば１ｍである。 セグメントピースＳ１～Ｓ７はまた、トンネル周方向の端面にピース間継手を有し、また、トンネル軸方向の端面にアーチ間継手（リング間継手）を有している。従って、セグメントピースをワンタッチでトンネル周方向に隣り合うセグメントピースに組み付けることができ、同様にワンタッチでトンネル軸方向に隣り合うセグメントピースと連結することができる。
[0033]セグメントピースの組立順は、図中のＳ１～Ｓ７の順で、左横下、右横下、左横上、右横上、左上、右上、上中央の順となる。
[0034]セグメント組立工程では、図４に示されているように、アーチ状に組み立てられるセグメントピースＳ１～Ｓ７のうち、左右両側の最下方（左横下、右横下）のセグメントピースＳ１、Ｓ２の下端部を前記凹溝１１内に位置させて固定する。
[0035]具体的には、図９の要部拡大断面図に示すように、最下方のセグメントピースＳ１、Ｓ２の下端部を支持金物１６により支持し、支持金物１６の脚部をアンカー１７で、凹溝１１の底部、すなわち底盤（インバートコンクリート）３の上面に固定する。そして、支持金物１６を囲む型枠１８を設けて、型枠１８内（型枠１８と既設の覆工体２との間）に無収縮モルタル１９を充填する。
[0036]また、セグメントを組み立てる部位の道床土留１２については、セグメントの組立に先立って、バタ角１２ｂを取外し、セグメントの組立後に、木板１２ａと新設の覆工体１５との間に、これらの間隔に対応した長さのバタ角１２ｂ’を取付ける。
[0037]ここにおいて、新設の覆工体１５は、既設の覆工体２との間に空隙を有し、既設の覆工体２とは剛結されていない。また、既設の覆工体２の内周面に防水シートは設置しない。 その代わりに、漏水対策として、組立に用いるセグメントピースＳ１～Ｓ７の外周面（背面）に予め工場で防水シートを貼り付けてある。また、セグメントピース間の目地（セグメントピースの外周面及び内周面を除く４つの端面を一巡するシール溝）に水膨張性のシール材を配置してある。このようにして、既設の覆工体２からの漏水を確実に導水することで高い止水性を長期にわたって確保する。
[0038]セグメント組立工程は、新設の覆工体１５を１アーチ単位で組み立てることになるので、新設の覆工体１５の構築途中での作業の中断（線路閉鎖解除）が容易となる。
[0039]〔裏込工程〕 図５に示すように、セグメント組立工程の後に、既設の覆工体２と新設の覆工体１５との間に裏込充填材２０を注入・充填する（裏込工程）
[0040]裏込工程では、足場台車１０１と裏込プラント１０３とを用いる。裏込充填材２０としては、地山強度以上のモルタルを用い、新設の覆工体１５のセグメントピースに予め設けられている注入孔からホースで圧力注入し、充填する。未充填のおそれがあるクラウン部については、エア抜きパイプを設置し、そこから裏込充填材が吐出することで、充填を確認する。
[0041]〔間詰工程（埋め戻し工程）〕 図６に示すように、道床土留１２を撤去し、あるいは道床土留１２を残置したまま、最下方のセグメントピースＳ１、Ｓ２の下端部と凹溝１１との隙間をバラストで埋め戻す。言い換えれば、前記隙間に充填材（埋め戻し用のバラスト）２１を充填する。尚、セグメント組立工程において、セグメントを組み立てる部位の道床土留１２については、セグメントの組立に先立って、バタ角１２ｂを取外し、セグメントの組立後に、木板１２ａと新設の覆工体１５との間に、これらの間隔に対応した長さのバタ角１２ｂ’を取付けると説明したが、セグメント組立工程のセグメントの組立後に、前記隙間に充填材（埋め戻し用のバラスト）２１を充填してもよい。
[0042]以上により、リニューアル工事が終了し、図１の既設のトンネル（リニューアル前のトンネル）１が図６のリニューアル後のトンネル１’に生まれ変わる。
[0043]次に、上記リニューアル工事の各工程を、１作業時間内、すなわち、１日のうちの限られた時間（例えば深夜１時～４時）内において、どのように進めるかについて、説明する。
[0044]先ずセグメント組立工程について説明する。 セグメント組立工程は、１作業時間（例えば１８０分）で、新設の覆工体を１アーチ分構築するように実施する。７個のセグメントピースの組立に約７０分かかり、セグメントピース組立前に、エレクタ（セグメント組立台車）移動、セグメント運搬台車移動、セグメント荷卸しなどの準備作業があり、また、セグメントピース組立後に、組立固め、更にエレクタ移動、運搬台車移動などの撤去作業があることから、これが妥当である。
[0045]従って、セグメントピースの幅（トンネル軸方向の長さ）が１ｍの場合、１アーチ（１ｍ）／１日のペースで、新設の覆工体を構築することになる。 但し、１作業時間をより長く確保できる場合などは、１作業時間で、新設の覆工体を複数アーチ分構築するように実施してもよい。
[0046]これに対し、セグメント組立工程前の、凹溝形成工程～道床土留工程、及び、導水処理工程については、次のように実施する。
[0047]凹溝形成工程～道床土留工程は、１作業時間で、すなわち１日のうちの限られた時間内で、新設の覆工体を１作業時間で構築するアーチ分のトンネル軸方向の長さ（例えば１ｍ）より長い長さ（例えば８ｍ）の凹溝を形成し、かつその凹溝に道床土留を施工するように実施する。このように、より長い距離を一括して工事することで、工期の短縮が可能となる。
[0048]導水処理工程についても同様で、１作業時間で、すなわち１日のうちの限られた時間内で、新設の覆工体を１作業時間で構築するアーチ分のトンネル軸方向の長さ（例えば１ｍ）より長い距離範囲に、導水処理を施すように実施する。但し、これは漏水箇所の数に依存する。
[0049]また、セグメント組立工程後の、裏込工程、及び、間詰工程についても同様で、次のように実施する。
[0050]裏込工程は、１作業時間で、すなわち１日のうちの限られた時間内で、新設の覆工体を１作業時間で構築するアーチ分のトンネル軸方向の長さ（例えば１ｍ）より長い距離範囲に、裏込注入を施すように実施する。
[0051]間詰工程についても同様で、１作業時間で、すなわち１日のうちの限られた時間内で、新設の覆工体を１作業時間で構築するアーチ分のトンネル軸方向の長さ（例えば１ｍ）より長い距離範囲に、間詰（埋め戻し）を施すように実施する。
[0052]また、上記の各工程をトンネル内でトンネル軸方向の場所を変えて時間的にオーバーラップさせることも可能である。しかし、同じトンネル内では作業が錯綜し、限られた時間内での作業に支障を来すおそれがあり、オーバーラップさせることは好ましくないと考える。
[0053]本実施形態によれば、セグメント組立工程は、１作業時間で、新設の覆工体１５を１～複数アーチ分構築するように、好ましくは１アーチ分構築するように、実施することにより、限られた時間内で確実に作業を終了して、供用に資することができるという効果が得られる。
[0054]また、本実施形態によれば、凹溝形成工程は、１作業時間で、新設の覆工体１５を１作業時間で構築するアーチ分のトンネル軸方向の長さより長い長さの凹溝１１を形成するように実施することにより、工期の短縮を図ることができる。
[0055]また、本実施形態によれば、凹溝形成工程と並行して、あるいは当該工程後に、凹溝１１内に道床４に対する土留めを施工する道床土留工程を更に含むことにより、供用中の道床４の安全を担保する一方、凹溝１１の一括形成を可能ならしめることができる。
[0056]また、本実施形態によれば、セグメント組立工程では、最下方のセグメントピースＳ１、Ｓ２の下端部は、トンネル内で道床４の下方にあって道床４を支持する底盤３に支持させることにより、新設の覆工体１５の支持を確実なものとすることができる。
[0057]また、本実施形態によれば、セグメント組立工程に先立って、既設の覆工体２と後に構築される新設の覆工体１５との間の空間に位置させて、既設の覆工体２の内周側の漏水箇所から、漏水を案内して道床４の底部の既設の排水溝７へ導水する導水路（縦樋１３）を設置する導水処理工程を更に含むことにより、既設の覆工体２の漏水箇所に対し導水処理を施して、新設の覆工体１５の止水性を高めることができる。
[0058]また、本実施形態によれば、セグメント組立工程の後に、既設の覆工体２と新設の覆工体１５との間に裏込充填材２０を注入する裏込工程を更に含むことにより、既設の覆工体２と新設の覆工体１５とを一体化することができる。
[0059]尚、図示の実施形態はあくまで本発明を概略的に例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。 尚、出願当初の請求項は以下の通りであった。 ［請求項１］ トンネル内壁の既設の覆工体と、道床と、を備えるトンネルのリニューアル方法であって、 前記道床の幅方向の両端であって前記既設の覆工体との境界部を掘削してトンネル軸方向に延在する凹溝を形成する凹溝形成工程と、 前記既設の覆工体の内側にて複数のセグメントピースをアーチ状に組み立てて新設の覆工体を１アーチずつ構築する工程であって、アーチ状に組み立てられる複数のセグメントピースのうち、左右両側の最下方のセグメントピースの下端部を前記凹溝内に位置させて固定することを含むセグメント組立工程と、 前記最下方のセグメントピースの下端部と前記凹溝との隙間を埋め戻す間詰工程と、 を含むことを特徴とする、トンネルのリニューアル方法。 ［請求項２］ トンネルのリニューアル作業を実施する作業時間と、作業を中断してリニューアル中のトンネルを供用に資する供用時間とが繰り返される場合に、 前記セグメント組立工程は、１作業時間で、前記新設の覆工体を１～複数アーチ分構築するように実施することを特徴とする、請求項１記載のトンネルのリニューアル方法。 ［請求項３］ 前記凹溝形成工程は、１作業時間で、前記新設の覆工体を１作業時間で構築するアーチ分のトンネル軸方向の長さより長い長さの前記凹溝を形成するように実施することを特徴とする、請求項２記載のトンネルのリニューアル方法。 ［請求項４］ 前記凹溝形成工程と並行して、あるいは当該工程後に、前記凹溝内に前記道床に対する土留めを施工する道床土留工程を更に含むことを特徴とする、請求項１～請求項３のいずれか１つに記載のトンネルのリニューアル方法。 ［請求項５］ 前記セグメント組立工程では、前記最下方のセグメントピースの下端部は、トンネル内で前記道床の下方にある底盤に支持させることを特徴とする、請求項１～請求項４のいずれか１つに記載のトンネルのリニューアル方法。 ［請求項６］ 前記セグメント組立工程に先立って、前記既設の覆工体と後に構築される新設の覆工体との間の空間に位置させて、前記既設の覆工体の内周側の漏水箇所から、漏水を案内して前記道床の底部の既設の排水溝へ導水する導水路を設置する導水処理工程を更に含むことを特徴とする、請求項１～請求項５のいずれか１つに記載のトンネルのリニューアル方法。 ［請求項７］ 前記セグメント組立工程の後に、前記既設の覆工体と前記新設の覆工体との間に裏込充填材を注入する裏込工程を更に含むことを特徴とする、請求項１～請求項６のいずれか１つに記載のトンネルのリニューアル方法。 ［請求項８］ トンネル内壁の既設の覆工体と、道床と、を備えるトンネルのリニューアル構造であって、 前記道床の幅方向の両端であって前記既設の覆工体との境界部に形成されてトンネル軸方向に延在する凹溝と、 前記既設の覆工体の内側にて複数のセグメントピースがアーチ状に組み立てられて構築される新設の覆工体と、 を含んで構成され、 前記アーチ状に組み立てられる複数のセグメントピースのうち、左右両側の最下方のセグメントピースの下端部は、前記凹溝内に位置固定され、 前記最下方のセグメントピースの下端部と前記凹溝との隙間には、充填材が充填されていることを特徴とする、トンネルのリニューアル構造。
[0060]１ 既設のトンネル（リニューアル前のトンネル） １’リニューアル後のトンネル ２ 既設の覆工体 ３ 底盤（インバートコンクリート） ４ 道床（バラスト） ５ 枕木 ６ レール ７ 中央排水溝 ８ 横断排水管 １１ 凹溝 １２ 道床土留 １２ａ 木板 １２ｂ バタ角 １２ｃ キャンバー １３ 縦樋 １４ 縦断排水管 １５ 新設の覆工体（セグメントピースＳ１～Ｓ７） １６ 支持金物 １７ アンカー １８ 型枠 １９ 無収縮モルタル ２０ 裏込充填材 ２１ 充填材（埋め戻し用のバラスト） １０１ 足場台車 １０２ エレクタ １０３ 裏込プラント
