JP2018035553A - 可縮支保工の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地山状況に応じて定量的に可縮支保工の設計をすることを可能とした可縮支保工の設計方法を提案する。【解決手段】可縮部材４と支保部材３とを備える可縮支保工２の設計方法であって、地山条件に応じて可縮支保工２に作用する荷重の反力（支保工内圧）とトンネル壁面変位量との関係を表わす地山特性曲線を求める作業と、地山特性曲線により可縮部材４の降伏圧に応じたトンネル壁面変位量であるトンネル変形量を算出する作業と、可縮部材４が降伏するまでの変形量である弾性分変形量と前記可縮部材４が降伏した後の可縮支保工２の変形量である塑性分変形量を足し合わせることにより可縮変形量を算出する作業と、可縮変形量に応じて前記可縮部材４の数量およびレイアウトを設定する作業とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル内空の安定化に寄与する可縮支保工の設計方法に関する。

ＮＡＴＭ等の山岳トンネル工法では、掘削により露出した地山面に吹き付けられた吹付けコンクリートや、地山面に沿って組み立てられた鋼製支保工等のトンネル支保工により安全性を確保している。
大土被りのトンネルでは、トンネル周辺の地山の変形量が増大することでトンネル支保工に対して大きな応力が発生する場合がある。断層破砕帯や膨張性地山を掘進することにより形成されたトンネル等でも同様である。
大きな応力が発生することが予想されるトンネルでは、トンネル支保工の剛性や強度を増加させる場合がある。鋼製支保工のサイズアップ、吹付けコンクリートの増強、吹付け厚の増加等によりトンネル支保工の剛性や強度を増加させると、材料費および施工の手間が増加するとともに、トンネルの断面寸法にも影響がおよぶ。

そのため、特許文献１には、トンネル支保工（支保部材）の一部に形成された隙間に、体積比１．０％近い鋼繊維と中空粒子とを含有する繊維補強セメント系材料からなる可縮部材を介設した可縮支保工を採用し、地山の変形をこの可縮部材により吸収するトンネルの安定化方法が開示されている。可縮部材は、吹付けコンクリート等の支保部材に変状を与えない程度の剛性を有し、かつ、一定の荷重強度を維持しながら変形するため、可縮中においてもトンネルの内圧を維持することを可能としている。

特開２００５−２３２９５８号公報

可縮支保工の設計手法は確立されておらず、可縮部材の数や配置等は、設計者の経験や主観により設定される。そのため、設計者の熟練度等により、支保構造に差が生じるおそれがあった。
本発明は、地山状況に応じて定量的に可縮支保工の設計をすることを可能とした可縮支保工の設計方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、第一の発明は、可縮部材のスペック（最大変形量や降伏強度等）が与えられている場合に可縮部材の最適な数量およびレイアウトを設計する可縮支保工の設計方法である。一方、第二の発明は、地山条件に応じた可縮部材のスペック、数量およびレイアウトを設計する可縮支保工の設計方法である。可縮支保工とは、可縮部材と支保部材とを備えるトンネル支保工である。
第一の発明は、地山条件に応じて、可縮支保工に作用する荷重の反力（支保工内圧）とトンネル壁面変位量（地山のトンネル半径方向の変位量）との関係を表わす地山特性曲線を求める作業と、前記地山特性曲線により可縮部材の降伏圧に応じたトンネル壁面変位量であるトンネル変形量を算出する作業と、前記可縮部材が降伏するまでの前記可縮支保工の変形量である弾性分変形量と前記可縮部材が降伏した後の前記可縮支保工の変形量である塑性分変形量を足し合わせることにより可縮変形量を算出する作業と、前記可縮変形量に応じて前記可縮部材の数量およびレイアウトを設定する作業とを備えている。

第一の発明の可縮支保工の設計方法によれば、可縮部材のレイアウトを地山状況に応じて設定することができるため、定量的に可縮支保工を設計することができる。すなわち、本発明によれば、地山特性曲線を利用してトンネルに作用する応力に応じた可縮支保工を形成するため、可縮部材の性能を最大限に生かした経済的な設計を可能としている。
なお、「地山特性曲線」とは、可縮支保工に作用する荷重の反力（支保工内圧）とトンネル壁面変位量（地山のトンネル半径方向の変位量）との関係を表わす曲線であって、例えば、Ｆｅｎｎｅｒ−Ｐａｃｈｅｒ型曲線、Ｓａｌｅｎｃｏｎの理論解または岡式弾塑性の理論解により算出する。また、地山特性曲線には直線を含むものとする。また、地山特性曲線は、必ずしもグラフ化（図化）する必要はない。

第二の発明は、地山条件に応じて、可縮支保工に作用する荷重の反力（支保工内圧）とトンネル壁面変位量（地山のトンネル半径方向の変位量）との関係を表わす地山特性曲線を求める作業と、前記可縮支保工の最大変形量を仮定する作業と、前記地山特性曲線により前記最大変形量に応じた支保工内圧である最小降伏圧を算出する作業と、前記地山特性曲線と支保部材の剛性との関係により前記可縮支保工の最大降伏圧を算出する作業と、前記最小降伏圧から前記最大降伏圧までの範囲内に収まるように前記可縮支保工の降伏圧を設定し、前記降伏圧に達するまでの前記可縮支保工の変形量である弾性分変形量と前記降伏圧に達した後の前記可縮支保工の変形量である塑性分変形量を足し合わせることにより可縮変形量を算出する作業と、前記可縮変形量に応じて、可縮部材の数量およびレイアウトを設定する作業とを備えていることを特徴としている。

第二の発明の可縮支保工の設計方法によれば、地山特性曲線を利用して可縮部材のスペック、数量およびレイアウトを設定するため、ＦＥＭ解析等の数値計算が不要で、経済的かつ簡便に地山状況に応じた可縮支保工を設計することができる。すなわち、本発明によれば、可縮部材の仕様（降伏強度と変形性能）を地山状況に応じて設定すること（地山状況に応じた可縮部材を選定すること）ができ、ひいては、地山状況に最も適した可縮支保工を構築することができる。

本発明の可縮支保工の設計方法によれば、地山状況に応じた定量的な可縮支保工の設計を行うことが可能となる。

（ａ）は本発明の実施形態に係るトンネルを示す断面図、（ｂ）はトンネルの支保構造を示す縦断図である。 本発明の実施形態に係る可縮部材を示す斜視図である。 第一の実施形態に係る可縮支保工の設計方法を示すフローチャート図である。 第一の実施形態に係る地山特性曲線および可縮支保工の力学モデルを示すグラフである。 第二の実施形態に係る可縮支保工の設計方法を示すフローチャート図である。 第二の実施形態に係る地山特性曲線および可縮支保工の力学モデルを示すグラフである。

＜第一の実施形態＞
第一の実施形態では、図１（ａ）に示すように、ＮＡＴＭにより構築するトンネル１に設置される可縮支保工の設計方法について説明する。
本実施形態の可縮支保工２は、吹付けコンクリート３１、鋼製支保工３２およびロックボルト３３等からなる支保部材３（図１（ｂ）参照）と、可縮部材４とを備えている。本実施形態の吹付けコンクリート３１および鋼製支保工３２は、アーチ状（馬蹄形状）に形成されている。なお、吹付けコンクリート３１および鋼製支保工３２の形状は限定されるものではなく、リング状であってもよい。

支保部材３は、地山の掘削により露出した地山に対して吹付けコンクリート３１を吹き付けるとともに、鋼製支保工３２の建込およびロックボルト３３の打設を行うことにより形成する。吹付けコンクリート３１の吹付け厚は限定されるものではなく、地山状況等に応じて適宜決定する。また、吹付けコンクリート３１は、一次吹付けと二次吹付けに分ける等、複数の層に分けて施工してもよい。鋼製支保工３２は、前回の施工サイクルで建て込まれた鋼製支保工３２から所定の間隔をあけて建て込む。ロックボルト３３の打設は、トンネル１の周囲の地山に対してロックボルト孔を穿孔し、このロックボルト孔にモルタルを注入するとともにロックボルト３３を挿入することにより行う。

可縮部材４は、図１（ａ）に示すようにアーチ状に形成された吹付けコンクリート３１を区切るように配設されている。可縮支保工２内における可縮部材４の設置箇所は、限定されるものではない。本実施形態では、予め所定の位置に可縮部材４を配置した状態で地山Ｇに対して吹付けコンクリート３１を吹き付けることで、可縮部材４を配置する。なお、可縮部材４の吹付けコンクリート３１への設置方法は限定されるものではなく、例えば、吹付けコンクリート３１の施工後に可縮部材４を設置するための凹部を形成してもよい。または、吹付けコンクリート３１の施工時に、箱抜き等により予め吹付けコンクリート３１にトンネル軸方向に沿った間隙を形成しておき、この間隙に可縮部材４を配設してもよい。また、吹付けコンクリート３１を２層に分けて施工する場合には、一次吹付けの施工後に、二次吹付けを横断するように可縮部材４を配置してから、二次吹付けの施工を行ってもよい。

図２に示すように、本実施形態では、可縮部材４として、四角柱状に形成された本体部４１と、本体部４１に周設された補強体４２とを備えたものを使用する。なお、可縮部材４の構成は限定されるものではなく、例えば、無数の気泡を有した繊維補強コンクリートの硬化体や、多層構造になる鋼管が座屈しながら変形する部材等であってもよい。
本体部４１は、セメントと、多孔質材と、水とを含んだモルタルの硬化体により形成されている。モルタルの配合は、本体部４１の圧縮強度が吹付けコンクリート２１の圧縮強度よりも低くなる配合とする。なお、本体部４１は、モルタルに限定されるものではなく、例えば、コンクリートであってもよい。また、本体部４１の形状は、四角柱状に限定されるものではなく、例えば、円柱状であってもよい。

本実施形態では、補強体４２として、繊維シート（いわゆる土木シート）を本体部４１に巻き付けている。補強体４２は、本体部４１の外周囲を拘束し、本体部４１の圧縮時に生じる側方への変形を抑制する。すなわち、可縮部材４は、補強体４２が本体部４１に周設されていることで、三軸状態となり、本体部４１の降伏後も可縮部材４の応力が急激に低下することがなく、トンネル壁面変位を吸収することを可能としている。なお、補強体４２は、本体部４１の圧縮時の側方への変形を抑制することが可能であれば、繊維シートに限定されるものではない。

次に、可縮部材４の数量およびレイアウトの設計方法について説明する。本実施形態の可縮支保工の設計方法は、図３に示すように、トンネル形状設定作業Ｓ１０、地山条件設定作業Ｓ１１、地山特性曲線設定作業Ｓ１２、先行変位量設定作業Ｓ１３、トンネル変形量算出作業Ｓ１４、可縮変形量算出作業Ｓ１５およびレイアウト設定作業Ｓ１６を備えている。なお、本実施形態では、変形量および降伏圧Ｐ_ｙが既知の可縮部材４を使用する。ここで、可縮部材４の降伏圧Ｐ_ｙとは、可縮部材４の降伏強度σ_ｙに対応するトンネル半径方向の応力であって、Ｐ_ｙ＝σ_ｙ×ｔ／Ｒで表わすことができる。なお、降伏強度σ_ｙは、可縮部材４の一軸圧縮強度であって、可縮部材４をトンネル壁面に設置した場合、トンネル周方向の応力が当該降伏強度σ_ｙを超えると可縮部材は降伏する。また、ｔは支保部材（吹付けコンクリート）の厚さ、Ｒはトンネルの掘削半径である。

トンネル形状設定作業Ｓ１０では、トンネル掘削半径を設定する。トンネル掘削半径は、設計内空半径に、覆工コンクリート厚、支保部材厚および変形余裕量を加えた値とする。変形余裕量は、地山特性やトンネルの断面形状等に応じて、適宜設定する。なお、トンネル掘削半径の設定方法は限定されるものではない。
地山条件設定作業Ｓ１１は、土被りや地山等級等に応じて地山物性値を設定する作業である。地山物性値は、地山の単位体積重量、変形係数、粘着力、内部摩擦角、ポアソン比などであり、既往のデータ、地質調査結果、地表踏査結果、物理探査結果等に基づいて設定する。

地山特性曲線設定作業Ｓ１２では、可縮支保工２に作用する荷重の反力（支保工内圧）とトンネル壁面変位量（地山のトンネル半径方向の変位量）との関係を表わす地山特性曲線を求める。地山特性曲線は、土被りや地山物性値等の地山条件に応じて設定する。本実施形態では、図４に示すように、地山特性曲線（Ｆｅｎｎｅｒ−Ｐａｃｈｅｒ型曲線）Ｌ_１を作成する。なお、地山特性曲線は、Ｆｅｎｎｅｒ−Ｐａｃｈｅｒ型曲線に限定されるものではなく、例えば、Ｓａｌｅｎｃｏｎの理論解や岡式弾塑性の理論解を採用してもよい。

先行変位量設定作業Ｓ１３では、可縮支保工２を設置するまでにトンネル壁面に生じる変位量（先行変位量δ_１）を仮定する。先行変位量δ_１は、地山物性値や土被り等の地山条件に基づいて、既往事例や数値解析等により仮定する。
トンネル変形量算出作業Ｓ１４では、トンネル壁面の変形量をδ_ｙとして仮定する。トンネル変形量δ_ｙを可縮部材４の降伏圧Ｐ_ｙに応じたトンネル壁面変位量（ひずみ）と仮定すれば、地山特性曲線において、可縮部材４の降伏圧Ｐ_ｙを支保工内圧とした場合のトンネル壁面変位量（点Ａのトンネル壁面変位量）はトンネル変形量δ_ｙと等しい。

可縮変形量算出作業Ｓ１５では、可縮支保工２の変形量（可縮変形量）を算出する。
まず、可縮支保工２の変形量の弾性分（以下、「弾性分変形量δ_２」という）を算出する。弾性分変形量δ_２は、可縮部材４の降伏圧Ｐ_ｙが作用した際の可縮支保工２の変形量である。すなわち、弾性分変形量δ_２は、可縮部材４が降伏するまでの可縮支保工２に発生するトンネル半径方向の変形量である。
次に、降伏後の可縮部材４によって吸収するトンネル壁面変位量である変形量の塑性分（以下、「塑性分変形量δ_３」という）を算出する。塑性分変形量δ_３は、トンネル変形量δ_ｙから先行変位量δ_１および弾性分変形量δ_２を減じた値である。
そして、弾性分変形量δ_２と塑性分変形量δ_３を足し合わせて可縮変形量δ_２＋δ_３を算出する。

レイアウト設定作業Ｓ１６では、可縮部材４の数量およびレイアウトを設定する。
まず、可縮変形量δ_２＋δ_３に応じて、断面当たりの可縮部材４の数量を設定する。すなわち、可縮変形量δ_２＋δ_３から、可縮部材４の１個当たりの変形量δ_０を除することで、可縮部材４の数量（トンネル周方向の数量）を設定する。このとき、可縮部材４の数量に応じた変形量（１個当たりの変形量δ_０×可縮部材４の数量）が可縮変形量δ_２＋δ_３を上回るように、可縮部材４の数量を決定する。例えば、可縮部材４の１個当たりの変形量δ_０が０．３で、可縮変形量δ_２＋δ_３＝１の場合は、可縮部材４の数量は４個（＞１／０．３）にすればよい。ただし、変形量δ_０は、トンネル半径方向の変形量であり、可縮部材４の周方向の変形量δ’_０（一軸圧縮試験時の軸方向の変形量に相当する）は、δ’_０＝２π×δ_０で表すことができる。
可縮部材４の数量が決定したら、可縮部材４のレイアウトを設定する。例えば、可縮部材４の数量が８個の場合は、トンネル断面の左右に４個ずつ配置すればよい（図１(ａ)参照）。また、可縮部材４の数量が４個の場合は、トンネル断面の左右に２個ずつ配置すればよい。なお、可縮部材４のレイアウトは限定されるものではなく、例えば、トンネル周方向に対して、複数の可縮部材４を連続して配置してもよい。

本実施形態の可縮支保工の設計方法によれば、変形量および降伏圧が与えられている可縮部材４を、地山状況に応じて配置することができるため、定量的に可縮支保工２を設計することができる。地山特性曲線を利用してトンネル１に作用する応力に応じた可縮支保工２を形成するため、可縮部材４の性能を最大限に生かすことが可能となり、ひいては、経済的な設計が可能となる。
吹付けコンクリート３１よりも低強度の可縮部材４を使用しているため、外力によるトンネル支保工の変形を可縮部材４に集中させることができる。そのため、支保部材３に変状を与える過度な応力が生じることがなく、トンネル１の支保工（あるいは覆工）としての安全性を維持することができる。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態では、第一の実施形態と同様に、ＮＡＴＭにより構築するトンネル１に設置される可縮支保工の設計方法について説明する。
本実施形態の可縮支保工２は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、吹付けコンクリート３１、鋼製支保工３２およびロックボルト３３等からなる支保部材３と、可縮部材４とを備えている。
なお、支保部材３および可縮部材４の詳細は、第一の実施形態で示したものと同様なため、詳細な説明は省略する。

次に、可縮部材４の数量およびレイアウトの設計方法について説明する。本実施形態の可縮支保工の設計方法は、図５に示すように、トンネル形状設定作業Ｓ２０、地山条件設定作業Ｓ２１、地山特性曲線設定作業Ｓ２２、先行変位量設定作業Ｓ２３、最大変形量算出作業Ｓ２４、最小降伏圧算出作業Ｓ２５、最大降伏圧算出作業Ｓ２６、降伏圧設定作業Ｓ２７、可縮変形量算出作業Ｓ２８およびレイアウト設定作業Ｓ２９を備えている。本実施形態では、降伏強度（降伏圧）が異なる、複数種の可縮部材４の中から最適の降伏強度（降伏圧）を有した可縮部材４を選定して、配設する場合について説明する。なお、可縮部材４は、地山条件に応じた降伏強度（降伏圧）となるように製造してもよい。ここで、可縮部材４の降伏圧Ｐ_ｙとは、可縮部材４の降伏強度σ_ｙに対応するトンネル半径方向の応力であって、Ｐ_ｙ＝σ_ｙ×ｔ／Ｒで表わすことができる。なお、降伏強度σ_ｙは、可縮部材４の一軸圧縮強度であって、可縮部材４をトンネル壁面に設置した場合、トンネル周方向の応力が当該降伏強度σ_ｙを超えると可縮部材は降伏する。また、ｔは支保部材（吹付けコンクリート）の厚さ、Ｒはトンネルの半径である。
トンネル形状設定作業Ｓ２０、地山条件設定作業Ｓ２１、地山特性曲線設定作業Ｓ２２および先行変位量設定作業Ｓ２３の詳細は、第一の実施形態で示したトンネル形状設定作業Ｓ１０、地山条件設定作業Ｓ１１、地山特性曲線設定作業Ｓ１２および先行変位量設定作業Ｓ１３と同様なため、詳細な説明は省略する。

最大変形量算出作業Ｓ２４では、可縮支保工２の最大変形量δ_ｍａｘ（トンネル壁面変位量の許容値）を仮定する（図６参照）。最大変形量δ_ｍａｘは、地山特性やトンネル断面形状等に応じて推定する。
最小降伏圧算出作業Ｓ２５では、可縮部材４の最小降伏圧Ｐ_ｍｉｎを算出する。最小降伏圧Ｐ_ｍｉｎは、最大変形量δ_ｍａｘに応じた支保工内圧である。すなわち、図６に示すように、最大変形量δ_ｍａｘ（点Ａ）に対応する支保工内圧を地山特性曲線（地山特性曲線）から求め、これを可縮部材４の最小降伏圧Ｐ_ｍｉｎとする。

最大降伏圧算出作業Ｓ２６では、可縮支保工２の最大降伏圧Ｐ_ｍａｘを算出する。最大降伏圧Ｐ_ｍａｘは、可縮支保工２の降伏圧が地山特性に対して過大になることがないように、可縮部材の弾性的挙動を示す直線Ｌ_２と地山特性曲線Ｌ_１との交点Ｂにおける支保工内圧とする。本実施形態では、トンネル壁面変位量が先行変位量δ_１になったときに支保部材３を設置したと仮定している。すなわち、（δ_１，０）を基点として延びる直線Ｌ_２と地山特性曲線Ｌ_１との交点Ｂを求め、この交点Ｂに対応する支保工内圧を最大降伏圧Ｐ_ｍａｘとする。

降伏圧設定作業Ｓ２７では、可縮部材４の降伏強度σ_ｙに対応する降伏圧Ｐ_ｙを設定する。
降伏圧Ｐ_ｙは、支保部材の降伏圧Ｐ_ｓｙ以下で、かつ、最小降伏圧Ｐ_ｍｉｎ以上となるように設定する。支保部材の降伏圧Ｐ_ｓｙは、最大降伏圧Ｐ_ｍａｘから最小降伏圧Ｐ_ｍｉｎの範囲内に収まるように設定する。本実施形態では、降伏圧Ｐ_ｙが異なる複数の可縮部材４，４，…の中から、支保部材の降伏圧Ｐ_ｓｙから最小降伏圧Ｐ_ｍｉｎの範囲内に収まる降伏圧Ｐ_ｙを有する可縮部材４を選定する。

可縮変形量算出作業Ｓ２８では、可縮支保工２の可縮変形量を算出する。
まず、降伏圧Ｐ_ｙに対応する可縮支保工の弾性分の変形量である弾性分変形量δ_２を算出する。弾性分変形量δ_２は、可縮部材４が降伏するまでの可縮支保工２の変形量である。続いて、降伏圧Ｐ_ｙに対応するトンネル壁面変位量であるトンネル変形量δ_４を地山特性曲線（地山特性曲線Ｌ_１）により算出する（点Ｃ）。そして、可縮支保工２によって吸収するトンネル壁面変位量である可縮支保工の塑性分変形量δ_３を算出する。塑性分変形量δ_３は、トンネル変形量δ_４から先行変位量δ_１および弾性分変形量δ_２を減じた値である。塑性分変形量δ_３が決定したら、弾性分変形量δ_２と塑性分変形量δ_３とを足し合わせて可縮変形量を算出する。

レイアウト設定作業Ｓ２９では、数量およびレイアウトを設定する。
まず、降伏強度σ_ｙ（降伏圧Ｐ_ｙ）が異なる複数種の可縮部材４の中からＰ_ｍｉｎ≦Ｐ_ｙ＜Ｐ_ｓｙを満たす最適の降伏強度（降伏圧）を有していると思われる可縮部材４を選定する。次に、可縮変形量（弾性分変形量δ_２＋塑性変形量δ_３）から、可縮部材４の１個当たりの変形量δ_０を除することで可縮部材４の数量を算出する。このとき、可縮部材４の数量に応じた変形量（１個当たりの変形量δ_０×数量）が、可縮変形量δ_２＋δ_３を上回るように、可縮部材４の数量を決定する。例えば、可縮部材４の１個当たりの変形量δ_０が０．３で、可縮変形量δ_２＋δ_３＝１の場合は、可縮部材４の数量は４個（＞１／０．３）にすればよい。ただし、変形量δ_０は、トンネル半径方向の変形量であり、可縮部材４の周方向の変形量δ’_０（一軸圧縮試験時の軸方向の変形量に相当する）は、δ’_０＝２π×δ_０で表すことができる。
可縮部材４の数量が決定したら、可縮部材４のレイアウトを設定する。例えば、可縮部材４の数量が８個の場合は、トンネル断面の左右に４個ずつ配置すればよい（図１(ａ)参照）。また、可縮部材４の数量が４個の場合は、トンネル断面の左右に２個ずつ配置すればよい。

なお、可縮部材４の降伏強度σ_ｙは、支保部材３（吹付けコンクリート３１）の設計基準強度（σ’_ｃｋ）よりも低い値とする（Ｆ_ｓ×σ_ｙ≦σ’_ｃｋ：Ｆ_ｓ＝安全率）。
ここで、可縮部材４の数量は、経済性および施工性を考慮して設定する。すなわち、可縮部材４の数が多く、不経済かつ施工に手間がかかる場合等には、降伏圧Ｐ_ｙが異なる他の可縮部材により再度数量及びレイアウトを検討する。可縮部材４として降伏圧Ｐ_ｙ（降伏強度σ_ｙ）が大きいものを使用する場合には、可縮部材４の数量を少なくすることができる。可縮部材４の数量が少ない場合には、施工時の手間を省略することができるが、可縮部材４の強度を高めることで可縮部材４が高価になるおそれがある。一方、可縮部材４として降伏圧Ｐ_ｙ（降伏強度σ_ｙ）が小さいものを使用する場合には、可縮部材４の数量を多くする必要がある。可縮部材４の強度を低くすることで、可縮部材４の製造コストを下げることができるが、多数配置することによって、施工に手間がかかる。したがって、可縮部材４のスペック、数量およびレイアウトは、施工性および経済性を考慮して最適な組み合わせを決定する必要がある。

本実施形態の可縮支保工の設計方法によれば、地山特性曲線を利用して、可縮部材４のスペック、数量およびレイアウトを設定するため、ＦＥＭ等の数値計算を必要とせず、より経済的で、かつ、地山状況に応じた可縮支保工２の設計が容易かつ迅速にできる。すなわち、可縮部材４の降伏強度と変形性能を地山状況に応じて設定すること（地山状況に応じた可縮部材４を選定すること）ができ、ひいては、施工性に優れ、かつ、地山状況に最も適した可縮支保工２を構築することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
可縮部材の構成は、前記各実施形態で示した本体部と補強体とを備えるものに限定されない。例えば、鋼繊維と中空粒子とを含有する繊維補強セメント系材料からなるものであってもよい。
また、可縮部材は、予め工場等で製造したものを使用してもよいし、現場にて製造してもよい。
トンネルの支保構造は、地山状況（地山等級）に応じて適宜決定すればよい。
さらに、本発明の可縮支保工の設計方法が採用可能なトンネルの施工方法はＮＡＴＭに限定されるものではなく、例えば、在来工法、ＴＢＭまたはシールド工法に適用してもよい。

１ トンネル
２ 可縮支保工
３ 支保部材
４ 可縮部材

Claims (2)

1. 可縮部材と支保部材とを備える可縮支保工の設計方法であって、
   地山条件に応じて、前記可縮支保工に作用する荷重の反力とトンネル壁面変位量との関係を表わす地山特性曲線を求める作業と、
   前記地山特性曲線により前記可縮部材の降伏圧に応じたトンネル壁面変位量であるトンネル変形量を算出する作業と、
   前記可縮部材が降伏するまでの前記可縮支保工の変形量である弾性分変形量と前記可縮部材が降伏した後の前記可縮支保工の変形量である塑性分変形量を足し合わせることにより可縮変形量を算出する作業と、
   前記可縮変形量に応じて、前記可縮部材の数量およびレイアウトを設定する作業と、を備えていることを特徴とする、可縮支保工の設計方法。
2. 可縮部材と支保部材とを備える可縮支保工の設計方法であって、
   地山条件に応じて、前記可縮支保工に作用する荷重の反力とトンネル壁面変位量との関係を表わす地山特性曲線を求める作業と、
   前記可縮支保工の最大変形量を仮定する作業と、
   前記地山特性曲線により前記最大変形量に応じた支保工内圧である最小降伏圧を算出する作業と、
   前記地山特性曲線と前記支保部材の剛性との関係により前記可縮支保工の最大降伏圧を算出する作業と、
   前記最小降伏圧から前記最大降伏圧までの範囲内に収まるように前記可縮支保工の降伏圧を設定する作業と、
   前記降伏圧に達するまでの前記可縮支保工の変形量である弾性分変形量と前記降伏圧に達した後の前記可縮支保工の変形量である塑性分変形量を足し合わせることにより可縮変形量を算出する作業と、
   前記可縮変形量に応じて、前記可縮部材の数量およびレイアウトを設定する作業と、を備えていることを特徴とする、可縮支保工の設計方法。

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