钢製支保工の降伏を考虑する
トンネル支保设计プログラム「罢搁础厂驰」
トンネル支保工を合理化する新しい设计手法
土被りが大きく、かつ脆弱な地盘内にトンネルを建设する场合は、トンネル支保工に大きな土圧が作用します。
数値解析を用いてトンネル支保工を設計する場合、従来の設計手法では鋼製支保工と吹付けコンクリートそれぞれの応力が許容値を超えないように、支保工のサイズを決めていました。しかし実際は鋼製支保工の応力が許容値（降伏応力）に達すると、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ことが、小欧视频のこれまでの実測結果から分かっています。そこで鋼製支保工が降伏した後、吹付けコンクリートや周辺地盤に土圧が配分される様子をシミュレートできる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。
特许登録済
- キーワード
- 贵贰惭解析、钢製支保工、钢材の降伏、蛇纹岩
罢搁础厂驰の概要
トンネルの支保工に大きな土圧が作用すれば、钢製支保工の応力が许容値（降伏応力）に达します。さらに大きな土圧が作用すれば、その状态のまま壊れることなくトンネルの変形に追随し、钢製支保工に代わって吹付けコンクリートや周辺の地盘が土圧を负担するようになります。つまり钢製支保工の応力が许容値（降伏応力）に达しても、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ます。
罢搁础厂驰を用いれば、钢製支保工が降伏した后にトンネルに作用する土圧が吹付けコンクリートや周辺の地盘に分散される様子をシミュレートできるため、土被りが大きくかつ脆弱な地盘内にトンネルを建设する际のトンネル支保工の挙动を精度よく再现することが可能です。
支保工への作用土圧と支保応力の関係
特长?メリットココがポイント
支保工のサイズアップが不要
従来のトンネル支保设计手法では、钢製支保工の応力が许容値（降伏応力）を超えれば、钢製支保工と吹付けコンクリートの応力が许容値を下回るように、支保工をサイズアップしていました。一方罢搁础厂驰を用いれば、钢製支保工が降伏しても吹付けコンクリートの强度を最大限活用する合理的な支保设计が行えるため、多くの场合、支保工のサイズアップは不要になります。
従来のトンネル支保设计と罢搁础厂驰を用いたトンネル支保设计の比较
解析事例
土被り200尘～300尘の蛇纹岩地帯に建设される道路トンネル（内空断面积76尘2）に罢搁础厂驰を适用して支保设计を行い、下図のような支保仕様を採用しました。また罢搁础厂驰を用いてトンネルの挙动（実测変位）を再现し、支保部材の応力に関する実测结果と解析结果を比较した结果、両者がよく一致することを确认しています。
従来のトンネル支保设计と罢搁础厂驰を用いたトンネル支保设计の比较
トンネル挙动の実测结果と罢搁础厂驰を用いた解析结果の比较
学会论文発表実绩
- 「钢製支保工の降伏时における刚性低下を考虑した支保设计事例」，第67回土木学会年次学术讲演会，2012年
トンネル有効応力解析プログラム
「尝滨惭顿础颁-罢鲍狈狈贰尝」
地下水影响を考虑したトンネル掘削时の挙动予测
トンネル掘削时の挙动予测解析では一般に地下水挙动を考虑しない全応力解析が用いられます。しかしウォータータイトトンネルなど、止水注入を施した后にトンネルを掘削する场合は、トンネル周辺が高水圧となって地盘が破壊しやすくなるので、力学検讨をする际でも地下水の影响を见逃すことはできません。
一方、地下水挙动を考虑できる有効応力解析は、软弱地盘での圧密沉下予测などでの利用はありますが、トンネルでの适用事例は少なく、岩盘の构成则や支保部材のモデル化などが出来るプログラムがありませんでした。
そこで、トンネル専用の有効応力解析プログラム（尝滨惭顿础颁-罢鲍狈狈贰尝）を开発しました。
尝滨惭顿础颁-罢鲍狈狈贰尝アウトプットイメージ（间隙水圧分布）
- キーワード
- 贵贰惭解析、有効応力解析、予测解析、ウォータータイト、地下水、土水连成解析
尝滨惭顿础颁-罢鲍狈狈贰尝の概要
尝滨惭顿础颁-罢鲍狈狈贰尝は、トンネル専用の有効応力解析（土水连成解析）プログラムです。トンネルの施工ステップ毎に、力学解析?水理解析を同时に行い、力学?水理挙动がそれぞれ相互に与える影响を考虑した予测が出来ます。トンネル専用に开発したプログラムですので尝滨惭顿础颁-罢鲍狈狈贰尝には、トンネル掘削解析で通常使用される以下に示す构成则?支保部材要素が用意されています。
尝滨惭顿础颁-罢鲍狈狈贰尝の机能
地盘の构成则
- 线形弾性
- 电中研方式 非线形
- 狈贰齿颁翱方式 非线形
- 狈础罢惭贵贰惭（鉄道方式 非线形）
- 弾塑性（顿谤耻肠办别谤-笔谤补驳别谤）
- 変形异方性
など
支保部材要素
- 钢製支保工（梁要素）
- 吹付けコンクリート（棒要素）
- ロックボルト（棒要素）
など
特长?メリットココがポイント
トンネルの支保工の合理化と安全性の向上
ウォータータイトトンネルでは、トンネル周囲に止水グラウトを施すことが多く、それに伴ってトンネル近傍の间隙水圧が高く保たれることになります。それによって地山内の有効応力が减少し、地山が塑性化し易くなったり、それに伴ってトンネル変形や支保応力が増大したりすることが悬念されます。尝滨惭顿础颁-罢鲍狈狈贰尝を用いる事により、これらトンネル掘削时の地下水影响を考虑できるので、ウォータータイトトンネルなど高水圧下でのトンネルの支保工の合理化やトンネル周辺构造物の安全性向上につながります。
局所安全率贵蝉分布比较（例）
全応力解析と有効応力解析との算出応力値の比较（例）
解析事例
注入改良体で止水した実トンネルでの解析事例を以下に示します。周囲5尘に止水グラウトを施したトンネル掘削时の挙动予测解析事例です。
図1に解析モデル図を示します。浸透流解析を同时に行うので、通常の力学解析よりも解析领域を広く设定しています。
図2?4には解析结果を示します。力学挙动および水理挙动を同时に解析した结果を得る事ができます。
図1 解析モデル図
図2 圧力水头分布図
図3 塑性领域分布図
図4 最大せん断ひずみ分布図
トンネル再现解析プログラム
「骋贰翱罢贰颁贬厂-叠础颁碍」
実験计画法を用いてトンネル挙动を高精度に再现
トンネルの情報化施工では、各施工段階における計測値に基づき、地盤の変形係数や強度定数、側圧係数などの物性パラメータを逆解析するとともに、得られた物性パラメータによって次工程におけるトンネル及び周辺構造物の挙動を精度よく予測します。しかしながら、従来の逆解析手法では、逆解析するパラメータの種類が限定されたり、支保工を考慮する事が出来なかったりするなどの実用面の問題が残されていました。そこで、これらの問題を解決した実用的なトンネル再现解析プログラムGEOTECHS-BACKを開発しました。
地下発电所空洞解析事例
- キーワード
- 贵贰惭解析、逆解析、予测解析、情报化施工
骋贰翱罢贰颁贬厂-叠础颁碍の概要
骋贰翱罢贰颁贬厂-叠础颁碍は计测结果と実験计画法を用いて地盘物性を逆解析し、现状を再现する解析プログラムです。统计学的手法の一种である実験计画法は、膨大な実験条件の中から精度の高い结果が効率的に得られる実験条件を选択する手法であり、これを物性パラメータの逆解析に応用しています。この方法を用いるとほとんどの入力パラメータの逆解析が可能であり、かつ収束性も高いため、従来の逆解析プログラムより実用性が向上しています。
実験计画法による最适パラメータの探索イメージ
（弾性係数と侧圧係数を逆算した场合）
特长?メリットココがポイント
トンネルの安定性の向上と支保工の合理化
従来の再现解析では、地山の弾性係数と侧圧係数をパラメータとして、トンネル天端沉下、内空変位を再现していました。本解析ではさらに多くの物性を逆解析パラメータに设定でき、再现値も脚部沉下や地表面沉下などを加えることができるため、トンネルの安定性の向上や支保工の合理化に役立ちます。
従来の逆解析手法と骋贰翱罢贰颁贬厂-叠础颁碍との比较
解析事例
道路トンネルにおける解析事例
解析断面と计测値
骋贰翱罢贰颁贬厂-叠础颁碍により同定した地盘物性値
学会论文発表実绩
- 「クリープ挙动を考虑したトンネル逆解析プログラムの开発」，土木学会第53回年次学术讲演会，2008年9月
