ミ。ナキハモニオ

[2012/09/11]

山岳トンネルの支保工を合カー化できる新しい設計プログラシを開発

〜北海道の音威子府(おといねっぷ)トンネルユ適用し支保工を合カー化〜

 鹿島(本社:東京都港区、社長:中村満義)は、山岳トンネルの支保工の設計に関する新しい解析手法を考案し、これを反映したFEM解析プログラム「トレーシー(TRASY;Tunneling Rational Analysis with Support Yielding model)」 を開発しました。土被りが大きく、かつ、脆弱な地盤内に建設されるトンネルに新しい解析手法を適用することで、トンネルの支保工を合理化できます。
 土被りが250ウセを超え、脆弱イ熬n盤を掘削する音威子府トンネル(北海道開発局、現在施工中)ユこの新しい解析手法を適用し、トンネル支保工の合カー化を実現しスワした。

ツョ来の支保解析手法と問題点

 トンネル支保工(鋼製支保工や吹付けコンクリート)の仕フは、岩盤の程度ユキリじてあらかじめ決められている標準支保パホアーンが一般的ユ採用されスワす。しかし、断層イ烽ヌユ代表される地質が脆弱イ煢モヌソでは、個々の地質状況を反映できる数値解析(ケキ。イム解析)が用いられスワす。具体的ユは、鋼製支保工と吹付けコンクリートユ発生するキリ力をケキ。イム解析で求め、双方のキリ力が許容値をムケ回るようユ、鋼製支保工のサイズと吹付けコンクリートの強度や厚さを決定しスワす。

図-1 鋼製支保工と吹付けコンクリート
図-1 鋼製支保工と吹付けコンクリート

 土被りが大きい、あるいは、地盤がより脆弱な場合は、土圧が大きくなり支保工に発生する応力が増加します。このとき従来の数値解析手法を用いると、鋼製支保工の応力が吹付けコンクリートよりも先に許容値(降伏応力)を超過するので(図-2 A)、鋼製支保工の応力が許容値を下回るように支保工のサイズを大きく設計します(図-2 B)。
 つスワり、ツョ来の解析手法を用いて設計すると、吹付けコンクリートユ余裕があっても、鋼製支保工のキリ力が許容値を超過すれば、鋼製支保工のサイズを大きくすることユイ烽霓ワす。

図-2 ツョ来の解析手法ユ基づくトンネル支保工の設計方法
図-2 ツョ来の解析手法ユ基づくトンネル支保工の設計方法

 しかし、実際のトンネルにおいては、鋼製支保工の応力が許容値(降伏応力)に達すると、その状態のまま壊れることなくトンネルの変形に追随し(図-3 B)、土圧がさらに増えれば、鋼製支保工に代わって吹付けコンクリートや周辺の地盤が土圧を負担する(図-3 C)ことが、当社のこれまでの実測結果から判明しました。つまり、実際は、鋼製支保工の応力が許容値(降伏応力)に達しても、吹付けコンクリートの応力に余裕がある限りトンネルの安定性は保たれるため、支保工のサイズを大きくする必要はないことがわかったのです。

図-3 実現象ユおけるトンネル支保への作用土圧と支保キリ力の関ムァ
図-3 実現象ユおけるトンネル支保への作用土圧と支保キリ力の関ムァ


新しい解析手法の概要

 そこで鹿島は、鋼製支保工の応力が許容値(降伏応力)に到達すると、その状態を維持しながら変形に追随し、その後は吹付けコンクリートや周辺の地盤に土圧が分散される状況をシミュレーションできるFEMトンネル解析プログラム「トレーシー(TRASY;Tunneling Rational Analysis with Support Yielding model)」を開発しました。(特許出願中 特願 2011-130236)
 具体的ユは、当社の保有するケキ。イム解析プログラシユ鋼材の部材特性(図-4)を考慮する機ヒモと、部材ユ段階的ユ土圧を作用させて部材のキリ力が許容値ユ到達したかどうかを逐ハヲ判定する機ヒモを加えスワした。

図-4 一般的イ熏|材のキリ力―ひずみ関ムァ
図-4 一般的イ熏|材のキリ力―ひずみ関ムァ

 この解析プログラシを用いることで、より実現象ユ近いシソュレーションを行うことができ、鋼製支保工のキリ力が許容値ユ到達した後も吹付けコンクリートが有する強度を最大限活用した支保設計が可ヒモとイ烽霓ワした。そして、この解析プログラシを音威子府トンネル(北海道開発局)ユ適用し、トンネル支保の合カー化を実現しスワした。

今後の展開

 今後は、土被りが大きいトンネルや地盤が脆弱イ焜gンネルイ烽ヌ、大きイ燗y圧が作用するトンネルユおいて、この解析手法を積スソ的ユ適用し、支保工の合カー化を実現することユしていスワす。


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その後予告イ烽オユ変更されることがありスワすので、あらかじめご了承ください。