トンネル掘削解析の高度化

吹付けコンクリートの剛性変化と支保-地山間の滑りを考慮した三次元逐次掘削解析

小池 真史^＊１・田口 敬介^＊２・大島 基義^＊３・青木 智幸^＊１・田村 武^＊４

Advanced Tunnel Excavation Analysis

Three-Dimensional Excavation Analysis, Taking into Consideration Shotcrete Hardening and Tunnel Support-Ground Slip

Masashi KOIKE^*1, Keisuke TAGUCHI^*2, Motoyoshi OSHIMA^*3, Tomoyuki AOKI^*1 and Takeshi TAMURA^*4

研究の目的

山岳トンネルの支保工の設計では，都市部などの特殊な地山条件，または掘削断面が特殊な形状となる場合等の類似事例が少ない場合に解析的手法が適用されます。したがって，数値解析によるトンネル掘削時の予測精度が向上すれば，合理的な支保パターンの設定や，周辺への悪影響を抑制するための適切な対策工法の選定に寄与できると考えられます。そこで，本研究では，数値解析によるトンネル支保応力の予測精度の向上を目的として，トンネル掘削解析の高度化に取組みました。

技術の説明

本研究で実施した三次元逐次掘削解析では，吹付けコンクリートの材齢による弾性係数の変化，および滑りや剥離といった支保と地山間の境界面における挙動を表現できます。吹付けコンクリートの弾性係数は，吹付け後の材齢に応じて逐次変化させます。また，吹付けコンクリートをモデル化したソリッド要素と，地山をモデル化したソリッド要素を分離し，その境界面にInterface要素を挿入します。Interface要素が，法線方向には，圧縮のみ抵抗し，引張には抵抗しないことで，支保と地山の剥離を再現し，せん断方向には，最大摩擦力以上には抵抗しないことで滑りを再現します。

主な結論

４連めがねトンネルという非常に特殊な構造を有する小路トンネルの施工で得られた計測結果を用いて，新たに実施した解析手法の適用性を検討しました。その結果，従来の一般的な解析手法よりも，めがねトンネルという複雑な施工過程における支保応力の変化を正確に再現することが可能となりました。