ショートステップ工法による立坑掘削時の覆工および周辺岩盤の挙動
Study of the Behavior of the Concrete Lining and Rock Mass During Shaft Excavation Using the Short Step Method
研究の目的
現在,幌延深地層研究計画地下施設建設工事では,換気立坑と東立坑をショートステップ工法により施工中です。岩盤中における立坑の標準的な掘削工法である本工法は,掘削後すぐに覆工コンクリートを打設するため,一般的なNATMによるトンネル掘削とは異なり,覆工コンクリートが支保の役割をします。剛性の高い覆工コンクリートが地山の変形を抑制するため,立坑掘削時に計測される覆工応力や地中変位は,本工法に特有の挙動を示します。本研究では,ショートステップ工法による立坑掘削時の覆工コンクリートおよび周辺岩盤の挙動を把握し,将来の合理的な設計に資することを目的に,実施工をできるだけ忠実に反映した三次元逐次掘削解析を行いました。
技術の説明
換気立坑を対象として,左上図に示すような,実際の切羽の形状や,覆工の形状を忠実に表現した解析モデルを作成しました。地盤はMohr-Coulombの破壊規準に従う弾完全塑性体とし,二次元軸対称解析では難しかった初期地圧の異方性を考慮しています。また,覆工コンクリートはヤング率およびポアソン比の材齢変化を考慮しています。
主な結論
右上図に解析結果一例を示します。地中変位については,本工法に特有の立坑壁面近傍で圧縮側の地中変位が増加する傾向を定性的に再現できました。また,覆工下部の南北位置では,初期地圧の異方性や覆工の形状などに起因して,大きな応力が発生する可能性があることがわかりました。今後は,覆工下部においても応力分布やひずみ分布を計測し,本三次元解析により得られた覆工応力の分布が妥当であるか検証していきたいと考えています。
*2 東北支店 土木部
*3 (独)日本原子力研究開発機構
*4 東京電力(株) 研究当時:(独)日本原子力研究開発機構