JP2020066843A - Tunnel deformation prediction method and deformation prediction system - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、トンネルの変形予測方法及び、変形予測システムに関するものである。 The present disclosure relates to a tunnel deformation prediction method and a deformation prediction system.
山岳トンネル等の施工においては、トンネルの掘進に伴い軟弱地山帯に進入する等、地山状況に変化が生じた場合には、支保工パターンの変更や補助工法の適用等が必要となる。地山の変化に応じた適切な支保工パターンを選定するには、切羽前方を含めたトンネル周囲の地山状況を適宜に把握して、トンネルの将来の変形を予測することが望まれる。 In the construction of mountain tunnels, it is necessary to change the support work pattern and apply auxiliary construction methods when the ground condition changes, such as when entering the soft ground belt as the tunnel is dug. In order to select an appropriate support pattern according to changes in the ground, it is desirable to properly understand the ground conditions around the tunnel including the front of the face and predict future deformation of the tunnel.
例えば、特許文献1には、トンネル坑内に設置された測距及び測角が可能なトータルステーションにより、掘削後の切羽面を対象としてトンネル延長方向の変位計測を行い、事前に保有しているトンネル延長方向の変位速度と最終変位量との相関データに基づき、トンネルの最終変位量を予測する技術が開示されている。
For example, in
ところで、トンネルの将来の変形を高精度に予測するには、トンネルの周辺地山の経時的な変化を支配する時間依存係数(パラメータ)を考慮する必要がある。上記特許文献1記載の技術では、トンネルの変位計測を支保工が構築された状態で行っているため、支保工によって変形が抑制された変位量を計測することになる。このため、パラメータを高精度に設定し、それによってトンネルの変形を高精度に予測するには、支保工の影響を取り除く必要があり、そのための解析に労力を要すると共に、予測精度を十分に担保できない可能性がある。
By the way, in order to predict the future deformation of the tunnel with high accuracy, it is necessary to consider the time-dependent coefficient (parameter) that controls the temporal change of the ground around the tunnel. In the technique described in
本開示の技術は、トンネルの将来の変形を効果的に予測することを目的とする。 The techniques of this disclosure aim to effectively predict future deformations of tunnels.
本開示の方法は、トンネルの切羽、側壁、底盤の少なくとも一つ以上から地山に向けてボーリング孔を削孔すると共に、削孔した前記ボーリング孔に孔径変位計測装置を挿入配置して、前記ボーリング孔の孔径変位の計測を開始する削孔計測工程と、計測により得られた前記ボーリング孔の孔径変位の時系列変化と、解析により得られる前記ボーリング孔の孔径変位の時系列変化とを比較して、クリープ解析に用いるパラメータを設定するパラメータ設定工程と、前記トンネルの周辺地山及び覆工構造体を複数の要素に分割した解析モデルに対して、設定された前記パラメータを用いてクリープ解析を行う解析工程と、を含むことを特徴とする。 The method of the present disclosure includes drilling a boring hole from at least one of a face of a tunnel, a side wall, and a bottom plate toward a natural ground, and inserting and arranging a hole diameter displacement measuring device in the boring hole that has been drilled. Compare the drilling measurement process that starts measuring the hole diameter displacement of the boring hole, the time series change of the hole diameter displacement of the boring hole obtained by the measurement, and the time series change of the hole diameter displacement of the boring hole obtained by analysis Then, the parameter setting step of setting the parameters used for the creep analysis, and the creep analysis using the set parameters for the analysis model in which the ground around the tunnel and the lining structure are divided into a plurality of elements And an analysis step for performing.
また、前記削孔計測工程では、前記ボーリング孔の削孔後、遅くとも1時間以内に孔径変位の計測を開始することが好ましい。また、前記削孔計測工程では、前記ボーリング孔を前記トンネルの直径よりも深く削孔すると共に、前記孔径変位計測装置を前記ボーリング孔内の前記トンネルから前記直径以上離れた所定の計測位置まで挿入配置して孔径変位を計測することが好ましい。 Further, in the drilling measurement step, it is preferable to start measuring the hole diameter displacement within one hour at the latest after drilling the boring hole. Further, in the drilling measurement step, the boring hole is drilled deeper than the diameter of the tunnel, and the hole diameter displacement measuring device is inserted from the tunnel in the boring hole to a predetermined measurement position separated by the diameter or more. It is preferable to arrange and measure the hole diameter displacement.
また、前記パラメータ設定工程では、前記パラメータとして、少なくとも、歪み速度を支配する第1クリープパラメータ及び、クリープ破壊時間を支配する第2クリープパラメータを設定することが好ましい。 In the parameter setting step, it is preferable that at least a first creep parameter that controls the strain rate and a second creep parameter that controls the creep rupture time are set as the parameters.
本開示のシステムは、トンネルの切羽、側壁、底盤の少なくとも一つ以上から周辺地山に向けて削孔したボーリング孔に挿入配置されて、該ボーリング孔の孔径変位を計測する孔径変位計測装置と、前記ボーリング孔の孔径変位解析値を演算すると共に、前記孔径変位計測装置により得られた孔径変位計測値の時系列変化と、解析により得られる前記孔径変位解析値の時系列変化とを比較して設定されるパラメータを用いて、前記トンネルの周辺地山及び覆工構造体を複数の要素に分割した解析モデルに対してクリープ解析を実行する解析装置と、を備えることを特徴とする。 A system of the present disclosure is a hole diameter displacement measuring device that is inserted and arranged in a boring hole drilled from at least one or more of a face face, a side wall, and a bottom plate of a tunnel toward a surrounding ground, and measures a hole diameter displacement of the boring hole. , Calculating the hole diameter displacement analysis value of the boring hole, and comparing the time series change of the hole diameter displacement measurement value obtained by the hole diameter displacement measuring device and the time series change of the hole diameter displacement analysis value obtained by analysis. And an analysis device that performs creep analysis on an analysis model in which the surrounding ground of the tunnel and the lining structure are divided into a plurality of elements using the parameters set as described above.
また、前記孔径変位計測装置は、前記ボーリング孔に挿入される長尺状の本体部と、前記本体部の長手方向の一端側及び他端側の少なくとも一方に設けられて前記本体部を前記ボーリング孔内に支持する支持部と、前記本体部に設けられて孔径変位を計測する計測部と、を備え、前記計測部は、前記本体部から張り出して前記ボーリング孔の内壁に弾接する板状の弾性変形部材と、孔径変化に追従した前記弾性変形部材の変形に基づいて孔径変位量を検出する検出部と、を有することが好ましい。 Further, the hole diameter displacement measuring device is provided on at least one of an elongated main body part to be inserted into the boring hole and one end side and the other end side in the longitudinal direction of the main body part so that the main body part is bored. A support portion supported in the hole; and a measurement portion provided in the main body portion for measuring the hole diameter displacement, the measurement portion protruding from the main body portion and elastically contacting the inner wall of the boring hole. It is preferable to have an elastically deformable member and a detection unit for detecting the hole diameter displacement amount based on the deformation of the elastically deformable member that follows the change in the hole diameter.
本開示の技術によれば、トンネルの将来の変形を効果的に予測することができる。 According to the technique of the present disclosure, future deformation of a tunnel can be effectively predicted.
以下、添付図面に基づいて、本実施形態に係るトンネルの変形予測方法及び、変形予測システムについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, a tunnel deformation prediction method and a deformation prediction system according to the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. The same parts are designated by the same reference numerals and have the same names and functions. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
[全体構成]
図1は、本実施形態に係るトンネルの変形予測システム1を示す模式的な全体構成図である。
[overall structure]
FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram showing a tunnel
図1に示すように、変形予測システム1は、トンネルの切羽や側壁、底盤から地山に削孔したボーリング孔の孔径変位を計測する孔径変位計測装置2と、計測した孔径変位に基づいてトンネルの将来の変形を予測するクリープ解析等の各種処理を行う情報処理装置100とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 1, the
孔径変位計測装置2は、長尺状の本体部10と、本体部10の先端側に設けられた第1孔内支持部20Aと、本体部10の基端側に設けられた第2孔内支持部20Bと、本体部10の各孔内支持部20A,20Bの間に設けられた計測部30とを備えている。また、本体部10の基端部には、挿入棒70(図5参照)を接続固定するための接続用アダプタ71が設けられている。
The hole diameter
[本体部]
本体部10は、例えば、アルミニウム等で形成された断面略L字状の計4枚のアングル材11A〜11Dを矩形状に配置すると共に、これらアングル材11A〜11Dを長手方向(図中Z方向)に平行に設けることにより構成されている。
[Main body]
The
具体的には、図2に示すように、各アングル材11A〜11Dは、所定の間隔をおいて互いにL字が反対側に向くように対向配置されている。すなわち、各アングル材11A〜11Dの対向側面によって4方向に開放する略十字状(+字状)の空間12が区画形成されている。各アングル材11A〜11Dは、その対向側面に架け渡された複数のブラケット15A〜15Dに、不図示のボルトナット等を締結することにより互いに連結固定されている。本体部10の断面寸法Dは、ボーリング孔とのクリアランスを十分に確保できる約4cm程度とされており、本体部10をボーリング孔内に容易に挿入できるようになっている。また、各アングル材11A〜11Dの長手方向の長さは、約91cmとされており、本体部10の接続用アダプタ71(図1参照)を含めた長手方向の全体長さは、約1m程度とされている。なお、本体部10の寸法は、これらの数値に限定されるものではなく、計測対象となるボーリング孔の孔径や深さ等に応じて適宜に設定することができる。
Specifically, as shown in FIG. 2, the
なお、以下の説明では、一対のアングル材11A,11Bの対向空間X1を第1スリット、一対のアングル材11C,11Dの対向空間X2を第2スリット、一対のアングル材11B,11Cの対向空間Y1を第3スリット、一対のアングル材11A,11Dの対向空間Y2を第4スリットと称する。また、第1スリットX1及び第2スリットX2が開放する方向をX方向、第3スリットY1及び第4スリットY2が開放する方向をY方向と称する。
In the following description, the facing space X1 of the pair of
[孔内支持部]
次に、第1孔内支持部20A及び、第2孔内支持部20Bの詳細構造について説明する。これら第1及び第2孔内支持部20A,20Bは、略同一構造で構成されるため、以下では、先端側の第1孔内支持部20Aを説明し、基端側の第2孔内支持部20Bについては説明を省略する。
[Hole support part]
Next, detailed structures of the first
図3は、第1孔内支持部20Aを示す模式的な斜視図である。第1孔内支持部20Aは、第1支持用リング部材21と、第2支持用リング部材22と、第1ブラケット23と、第2ブラケット24と、第3ブラケット25と、第4ブラケット26とを備えて構成されている。
FIG. 3 is a schematic perspective view showing the first in-
各ブラケット23〜26は、本体部10の長手方向Zに互いに所定の間隔をおいて対向配置されている。これらブラケット23〜26は、本体部10の各アングル材11A〜11Dに不図示のボルトナット等を締結することにより固定さている。
The
第1及び第2支持用リング部材21,22は、弾性変形可能な鋼製の薄板リング部材であって、互いに径方向が直交するように配置されている。これら第1及び第2支持用リング部材21,22のリング幅は、好ましくは約1cm程度とされている。
The first and second supporting
第1支持用リング部材21は、第1スリットX1及び第2スリットX2に挿入配置されている。より詳しくは、第1支持用リング部材21は、本体部10の長手方向Zの対角2箇所を第2ブラケット24及び第4ブラケット26に不図示のボルトナット等で締結固定されており、各スリットX1,X2から突出する部位が本体部10からX方向外側に半円弧状に湾曲して張り出すように設けられている。
The first supporting
第2支持用リング部材22は、第3スリットY1及び第4スリットY2に挿入配置されている。より詳しくは、第2支持用リング部材22は、本体部10の長手方向Zの対角2箇所を、第1ブラケット23及び第3ブラケット25に不図示のボルトナット等で締結固定されており、各スリットY1,Y2から突出する部位が本体部10からY方向外側に半円弧状に湾曲して張り出すように設けられている。
The second supporting
以上のように構成された第1孔内支持部20Aによれば、本体部10をボーリング孔内の所定位置に挿入配置すると、第1及び第2支持用リング部材21,22がボーリング孔の内壁に弾接して径方向内側に変形することにより、本体部10をボーリング孔の略中心位置に確実に保持できるようになっている。また、本体部10をボーリング孔に挿入、又は、ボーリング孔から回収する際には、第1及び第2支持用リング部材21,22がボーリング孔の内壁に摺接しながら弾性変形することにより、本体部10をボーリング孔内で円滑に移動できるようになっている。
According to the first in-
[計測部]
次に、図4に基づいて、計測部30の詳細について説明する。図4(A)は、計測部30をY方向に切り欠いて示す模式的な縦断面図であり、図4(B)は、計測部30をX方向に切り欠いて示す模式的な横断面図である。計測部30は、ボーリング孔の主としてX方向の孔径変位を計測する第1計測部40と、ボーリング孔の主としてY方向の孔径変位を計測する第2計測部50とを備えている。
[Measuring section]
Next, details of the measuring
[第1計測部]
図4(A)に示すように、第1計測部40は、第1計測用リング部材41と、第1スライダー部材42と、第1検出部43とを備えて構成されている。
[First measuring section]
As shown in FIG. 4 (A), the
第1計測用リング部材41は、弾性変形可能な鋼製の薄板を本体部10の基端側に開放する略C字状に湾曲させることにより形成されている。第1計測用リング部材41のリング幅は、好ましくは約1cm程度とされている。
The first
第1計測用リング部材41は、第1スリットX1及び第2スリットX2に挿入配置されている。より詳しくは、第1計測用リング部材41は、その開放側端部41Aを本体部10に固設された第1固定ブラケット48に不図示のボルトナット等で締結固定されており、各スリットX1,X2から突出する部位が本体部10からX方向外側に略半円弧状に張り出すように設けられている。
The first
さらに、第1計測用リング部材41は、開放側端部41Aとは反対側の湾曲端部41Bを第1スライダー部材42に弾接又は、不図示のボルトナット等で締結固定されている。第1スライダー部材42は、ガイドレールとして機能する各アングル材11A〜11Dの対向空間内に長手方向Zに沿ってスライド移動自在に保持されている。
Further, the first
すなわち、第1計測用リング部材41の本体部10から張り出した部位が、ボーリング孔の孔径縮小に伴い径方向内側に追従変形すると、第1計測用リング部材41の全体が第1固定ブラケット48を支点に本体部10の長手方向Zに伸長することにより、第1スライダー部材42を図中Z1方向にスライド移動させるように構成されている。
That is, when the portion of the first
第1検出部43は、弾性変形可能な第1起歪体44と、第1起歪体44に貼り付けられた第1歪みゲージ45とを備えている。第1起歪体44は、例えば、銅等の金属で形成された帯板部材であって、一端側を第1スライダー部材42に固定されると共に、他端側を第2固定ブラケット58に固定されて、これら第1スライダー部材42と第2固定ブラケット58との間に湾曲状態で設けられている。
The
第1検出部43は、第1計測用リング部材41の変形により第1スライダー部材42が図中Z1方向にスライド移動すると、これに伴い第1起歪体44が湾曲変形することにより、第1起歪体44に生じた歪みを第1歪みゲージ45の抵抗値又は電圧値の変化として検出するように構成されている。第1歪みゲージ45の抵抗値又は電圧値の変化量は、不図示のリード線を介して接続された情報処理装置100(図1参照)に送信される。
When the
[第2計測部]
図4(B)に示すように、第2計測部50は、第2計測用リング部材51と、第2スライダー部材52と、第2検出部53とを備えて構成されている。
[Second measuring section]
As shown in FIG. 4B, the
第2計測用リング部材51は、弾性変形可能な鋼製の薄板を本体部10の先端側に開放する略C字状に湾曲させることにより形成されている。第2計測用リング部材51のリング幅は、好ましくは約1cm程度とされている。
The second
第2計測用リング部材51は、第3スリットY1及び第4スリットY2に挿入配置されている。より詳しくは、第2計測用リング部材51は、その開放側端部51Aを本体部10に固設された第2固定ブラケット58に不図示のボルトナット等で締結固定されており、各スリットY1,Y2から突出する部位が本体部10からY方向外側に略半円弧状に張り出すように設けられている。
The second
さらに、第2計測用リング部材51は、開放側端部51Aとは反対側の湾曲端部51Bを第2スライダー部材52に弾接支持又は、不図示のボルトナット等で締結固定されている。第2スライダー部材52は、ガイドレールとして機能する各アングル材11A〜11Dの対向空間内に長手方向Zに沿ってスライド移動自在に保持されている。
Further, the second
すなわち、第2計測用リング部材51の本体部10から張り出した部位が、ボーリング孔の孔径縮小に伴い径方向内側に追従変形すると、第2計測用リング部材51の全体が第2固定ブラケット58を支点に本体部10の長手方向Zに伸長することにより、第2スライダー部材52を図中Z2方向にスライド移動させるように構成されている。
That is, when the portion of the second
第2検出部53は、弾性変形可能な第2起歪体54と、第2起歪体54に貼り付けられた第2歪みゲージ55とを備えている。第2起歪体54は、例えば、銅等の金属で形成された帯板部材であって、一端側を第2スライダー部材52に固定されると共に、他端側を第1固定ブラケット48に固定されて、これら第2スライダー部材52と第1固定ブラケット48との間に湾曲状態で設けられている。
The
第2検出部53は、第2計測用リング部材51の変形により第2スライダー部材52が図中Z2方向にスライド移動すると、これに伴い第2起歪体54が湾曲変形することにより、第2起歪体54に生じた歪みを第2歪みゲージ55の抵抗値又は電圧値の変化として検出するように構成されている。第2歪みゲージ55の抵抗値又は電圧値の変化量は、不図示のリード線を介して接続された情報処理装置100(図1参照)に送信される。
When the
[情報処理装置]
図1に戻り、情報処理装置100は、例えば、パーソナルコンピュータ等の演算を行う処理装置であり、CPU(Central Processing Unit)101と、RAM(Random Access Memory)等により構成された主記憶装置102と、ハードディスク等により構成された補助記憶装置103とを備えている。補助記憶装置103には、後述するクリープ解析を実現するための解析プログラム等が格納されている。クリープ解析等の各種処理は、CPU101が補助記憶装置103に格納されているプログラムを主記憶装置102に読み込んで実行することにより実現される。
[Information processing equipment]
Returning to FIG. 1, the
入力装置180は、例えば、情報処理装置100に接続されたキーボードやマウス等を含み、情報処理装置100に種々の情報や指示等を入力する。表示装置190は、例えば、情報処理装置100に接続されたディスプレイであって、情報処理装置100から供給される画像データに基づいて、各種画像を表示させる。また、表示装置190は、解析を行うための各種条件を入力する画面、解析モデル、解析結果等を表示させる。
The
[計測方法]
次に、図5,6に基づいて、本実施形態に係る孔径変位計測装置2を用いたボーリング孔300の孔径変位の計測手順について説明する。なお、図中において、符号Tはトンネル、符号Gは地山、符号200は切羽、符号210は鋼製支保工、符号220は吹付けコンクリートをそれぞれ模式的に示している。
[Measurement method]
Next, a procedure for measuring the hole diameter displacement of the
図5(A)に示すように、ドリルジャンボ等のドリル装置400を用いて、切羽200から前方に向けてボーリング孔300を削孔する(第1ステップ)。図示例において、ボーリング孔300は、略水平方向に削孔されているが、鉛直方向或いは斜め前方に向けて削孔してもよい。また、ボーリング孔300は、トンネルTの側壁や底盤から径方向に向けて削孔してもよい。
As shown in FIG. 5A, the
本実施形態において、ボーリング孔300は、本体部10をトンネルTの応力解放や覆工構造体(鋼製支保工210、吹付けコンクリート220等)の力学的影響を大きく受けない地山Gに設置できるよう、好ましくは、トンネルTの直径よりも長い深さ(例えば、約20m)で削孔される。
In the present embodiment, the
ボーリング孔300を削孔したならば、図5(B)に示すように、作業者は、挿入棒70を把持して押し入れることにより、本体部10をボーリング孔300内に速やかに挿入する(第2ステップ)。この際、本体部10は、ボーリング孔300の内壁に摺接する支持用リング部材21,22によって安定的に支持されながら、ボーリング孔300内を円滑に移動する。すなわち、本体部10を、ボーリング孔300の内壁凹凸やボーリング孔300内に残存する小石等に阻害されることなく、所望の計測位置まで短時間且つ容易に挿入することができる。
After boring the
図6(A)に示すように、本体部10をボーリング孔300内の所定の計測位置(図示例では、切羽200からトンネルTの直径以上離れた先端部)まで挿入したならば、孔径変位の計測を即座に開始する(第3ステップ)。本実施形態では、本体部10を挿入する第2ステップを短時間で行えるため、ボーリング孔300の削孔完了から計測開始までの所要時間が確実に短縮されるようになり、削孔直後から変化するボーリング孔300の孔径変位を初期段階から効果的に計測することが可能になる。また、本体部10を切羽200からトンネルTの直径以上離れたボーリング孔300の先端部まで挿入して計測を行うことで、覆工構造体等の力学的影響を含まない孔径変位を効果的に測定することが可能になる。
As shown in FIG. 6 (A), if the
孔径変位の計測開始から所定の時間が経過した後、ボーリング孔300の孔径変位の計測を終了したならば、図6(B)に示すように、作業者は、挿入棒70を把持して引き抜くことにより、本体部10をボーリング孔300から回収する(第4ステップ)。この際、本体部10は、支持用リング部材21,22によって安定的に支持されながら、ボーリング孔300内を円滑に移動する。すなわち、本体部10を、ボーリング孔300の内壁凹凸やボーリング孔300内に残存する小石等に阻害されることなく、確実に回収することができる。
When the measurement of the hole diameter displacement of the
以上詳述した本実施形態の孔径変位計測装置2によれば、長尺状の本体部10に、複数本のリング部材21,22,41,51、スライダー部材42,52、起歪体44,54及び、歪みゲージ45,55を設ける簡素な構成としたことにより、装置のコストを効果的に抑えることが可能となり、さらには、装置全体の小型化を図ることもできる。
According to the hole diameter
また、本体部10をアルミニウム製のアングル材11A〜11Dで構成すると共に、各リング部材21,22,41,51を鋼製の薄板で形成することにより、装置全体の軽量化を図ることが可能となり、挿入時及び回収時の作業性を確実に向上することができる。
Further, the
また、ボーリング孔の内壁に弾接する支持用リング部材21,22を本体部10から直交する4方向に半円弧状に張り出すように設けたことにより、計測時には本体部10がボーリング孔の略中心位置に効果的に保持されるようになり、孔径変位の計測精度を向上することができる。
Further, since the supporting
[トンネルの変形予測]
図7は、本実施形態に係る情報処理装置100及び関連する周辺構成を示す機能ブロック図である。情報処理装置100は、制御部110と、孔径変位計測値演算部120と、孔径変位解析部130と、パラメータ設定部140と、クリープ解析部150と、出力部160とを一部の機能要素として有する。
[Prediction of tunnel deformation]
FIG. 7 is a functional block diagram showing the
制御部110は、情報処理装置100の全体の動作を制御する。また、制御部110は、入力装置180を介してオペレータが入力する各種要求を受け付ける。また、制御部110は、受け付けた要求に従い、孔径変位計測値演算部120、孔径変位解析部130、パラメータ設定部140、クリープ解析部150及び、出力部160を制御して、オペレータからの要求に応じた各種処理を行う。
The
孔径変位計測値演算部120は、孔径変位計測装置2から入力される歪みゲージ45,55の抵抗値又は電圧値の変化量に基づいて、ボーリング孔の孔径変位計測値Δdmをリアルタイムで演算する。孔径変位計測値Δdmは、例えば、歪みゲージ45,55の抵抗値又は電圧値の変化量を入力値として含む公知の演算式、或は、これらの関係を予め実験等により規定したマップ等を参照することによりに求めればよい。孔径変位計測値演算部120により演算される孔径変位計測値Δdmは、出力部160に送信される。
The hole diameter displacement measurement
孔径変位解析部130は、ボーリング孔をモデル化した有限差分法又は有限要素法等を用いてボーリング孔の孔径変位解析値Δdaを演算する。具体的には、孔径変位解析部130は、後述するクリープ解析を行うために必要な各種パラメータ及び、時間を含む以下の数式(1)に従って孔径変位解析値Δdaを演算する。
The hole diameter
但し、E:ヤング率
v:ポアソン比
A:主に歪み速度を支配する第1クリープパラメータ
B:主にクリープ破壊時間を支配する第2クリープパラメータ
q:主に応力に対するクリープ挙動の感度を支配する第3クリープパラメータ
φ:破壊前の第1内部摩擦角
φτ:破壊後の第2内部摩擦角
cr:破壊後の粘着力
T:時間
However, E: Young's modulus v: Poisson's ratio A: First creep parameter that mainly controls the strain rate B: Second creep parameter that mainly controls the creep rupture time q: Mainly controls the sensitivity of creep behavior to stress Third creep parameter φ: First internal friction angle before fracture φτ: Second internal friction angle after fracture cr: Adhesive force after fracture T: Time
これら各種パラメータは、オペレータの操作に応じて入力装置180から入力される値を制御部110が受け付けることにより設定される。ヤング率E、ポアソン比v、第1内部摩擦角φ、第2内部摩擦角φτ及び、粘着力crは、トンネル周囲の地山の種類等に応じた既知の値等に基づいて設定される。また、第3クリープパラメータqは、一軸圧縮試験等から得られている経験的な値(例えば、0.006)で設定される。また、第1クリープパラメータA及び、第2クリープパラメータBは、オペレータが任意の値を適宜に調整するパラメータスタディにより設定される。孔径変位解析部130により演算される孔径変位解析値Δdaは、出力部160に送信される。
These various parameters are set by the
出力部160は、孔径変位計測値演算部120から取得した孔径変位計測値Δdm及び、孔径変位解析部130から取得した孔径変位解析値Δdaを時系列グラフ画像に生成して表示装置190に送信する。
The
図8は、表示装置190に表示される時系列グラフ画像の一例を示す模式図である。時系列グラフ画像は、横軸に経過時間T、縦軸に孔径変位計測値Δdm及び、孔径変位解析値Δdaの時系列変化を示す孔径変位Δdが設定されている。オペレータは、時系列グラフ画像を参照しながら入力装置180を操作してクリープパラメータA,Bを任意の値に調整し、孔径変位解析値Δdaの時系列変化曲線を孔径変位計測値Δdmの時系列変化曲線にカーブフィッティングさせることにより、各種パラメータの最適値を求めるパラメータスタディを行う。パラメータスタディにより得られた各種パラメータの最適値は、パラメータ設定部140によってメモリ(図1に示す主記憶装置102又は補助記憶装置103)に格納される。
FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a time-series graph image displayed on the
クリープ解析部150は、メモリに格納された各種パラメータの最適値を用いて有限差分法又は有限要素法等によるクリープ解析を行う。具体的には、クリープ解析部150は、トンネルの周辺地山及び覆工構造体を複数の要素に分割した解析モデルに対してクリープ解析を行うことにより、各要素のせん断歪み(及び、又は応力)を算出する。クリープ解析部150による解析結果は出力部160に送信され、出力部160にて解析結果画像に生成されて表示装置190に送信される。
The
図9は、解析結果画像の一例を模式的に示す図であって、(A)は20年後の最大せん断歪みの分布を示し、(B)は30年後に破損する要素を示している。図9(A)に示す一例では、20年後にトンネルの底盤隅角部付近の地山のクリープが進み、当該底盤隅角部付近のせん断歪みが増大する解析結果が得られた(図中の色彩が濃い領域参照)。また、図9(B)に示す一例では、30年後に底盤隅角部付近の底盤コンクリートの端部が破損する解析結果が得られた(図中実線の要素参照)。このように、有限差分法又は有限要素法を用いたクリープ解析により、トンネルの将来的な変形を予測することで、地山の状態に応じた支保工パターンの設計変更や補助工法の選定に役立てることが可能になる。 FIG. 9 is a diagram schematically showing an example of the analysis result image, (A) shows the distribution of the maximum shear strain after 20 years, and (B) shows the elements that break after 30 years. In the example shown in FIG. 9A, an analysis result was obtained in which, after 20 years, the creep of the ground near the corner of the bottom of the tunnel progressed, and the shear strain near the corner of the bottom increased. Refer to the dark areas). In addition, in the example shown in FIG. 9B, an analysis result was obtained in which the end of the bottom concrete near the corner of the bottom 30 was damaged after 30 years (see the solid line element in the figure). In this way, by predicting the future deformation of the tunnel by creep analysis using the finite difference method or the finite element method, it is useful for design modification of the support work pattern and selection of auxiliary construction method according to the state of the ground. It will be possible.
次に、図10のフローに基づいて、本実施形態に係るトンネルの変形予測方法の手順について説明する。 Next, the procedure of the tunnel deformation prediction method according to the present embodiment will be described based on the flow of FIG. 10.
第1工程S1では、図5(A)に基づいて説明したように、ドリル装置400を用いてトンネルTの切羽、側壁、底盤の少なくとも一つ以上から地山Gにボーリング孔300を削孔する。この際、孔径変位計測装置2の本体部10をトンネルTの応力解放や覆工構造体210,220の力学的影響を大きく受けない地山Gに挿入設置できるように、ボーリング孔300の深さはトンネルTの直径よりも長く削孔する。この第1工程S1は、本発明の削孔計測工程の前半に相当する。
In the first step S1, as described with reference to FIG. 5A, the
第2工程S2では、図5(B)及び、図6(A)に基づいて説明したように、ボーリング孔300に孔径変位計測装置2の本体部10を速やかに挿入すると共に、孔径変位の計測を即座に開始する。孔径変位計測装置2の本体部10は、ボーリング孔300に容易且つ短時間で挿入できるように構成されているため、削孔直後から変化するボーリング孔300の孔径変位を初期段階から計測することができる。この第2工程S2は、本発明の削孔計測工程の後半に相当する。本実施形態において、第1工程S1の終了後、第2工程S2を開始するまでのインターバルは短いほど好ましく、例えば15〜20分程度を目安とし、長くても1時間以内とされる。すなわち、ボーリング孔100の削孔後、遅くとも1時間以内に孔径変位の計測を開始する。
In the second step S2, as described with reference to FIGS. 5B and 6A, the
第3工程S3では、計測により得られた孔径変位計測値Δdmと、解析により得られる孔径変位解析値Δdaとを比較し、クリープパラメータA,Bを任意の値に適宜に調整しながら、孔径変位解析値Δdaの時系列変化曲線を孔径変位計測値Δdmの時系列変化曲線にカーブフィッティングさせることにより、各種パラメータの最適値を設定するパラメータスタディを行う。この第3工程S3は、本発明のパラメータ設定工程に相当する。 In the third step S3, the hole diameter displacement measured value Δdm obtained by the measurement is compared with the hole diameter displacement analysis value Δda obtained by the analysis, and the hole diameter displacement is adjusted while appropriately adjusting the creep parameters A and B to arbitrary values. By performing curve fitting of the time-series change curve of the analysis value Δda to the time-series change curve of the hole diameter displacement measurement value Δdm, a parameter study for setting optimum values of various parameters is performed. The third step S3 corresponds to the parameter setting step of the present invention.
第4工程S4では、トンネルTの周辺地山G及び覆工構造体210,220を複数の要素に分割した解析モデルに対して、第3工程S3にて設定した各種パラメータを用いて有限差分法又は有限要素法によるクリープ解析を行うことにより、各要素のせん断歪み(又は応力)を算出し、トンネルの変形予測を終了する。この第4工程S4は、本発明の解析工程に相当する。
In the fourth step S4, the finite difference method is applied to the analytical model obtained by dividing the ground G around the tunnel T and the lining
以上詳述した本実施形態によれば、ボーリング孔300をトンネルTの直径よりも深く削孔して孔径変位計測装置2の本体部10を挿入設置することにより、トンネルTの応力解放や覆工構造体210,220の力学的影響を含まない孔径変位を効果的に計測できるように構成されている。これにより、覆工構造体210,220の力学的影響を取り除く等の労力が不要となり、解析作業の省力化を図りつつ、トンネルTの変形を効率的に予測することができる。
According to the present embodiment described in detail above, by drilling the
また、孔径変位計測装置2の本体部10は、ボーリング孔300に容易且つ短時間に挿入できるように構成されている。これにより、削孔直後から変化するボーリング孔300の孔径変位を初期段階から計測することが可能となり、クリープ解析の精度を効果的に向上しつつ、トンネルTの将来の変形も高精度に予測することができる。
Further, the
[その他]
なお、本開示は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜に変形して実施することが可能である。
[Other]
It should be noted that the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and may be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present disclosure.
例えば、上記実施形態は、山岳トンネルの施工に適用されるものとして説明したが、既設トンネルに変状異常等が生じた場合には、当該異常箇所の解析に適用することもできる。 For example, the above embodiment has been described as being applied to the construction of a mountain tunnel, but when a deformation abnormality or the like occurs in an existing tunnel, it can also be applied to analysis of the abnormal portion.
また、孔径変位計測装置2は、複数の本体部10を長手方向に連結してボーリング孔に挿入することにより、孔径変位を多点同時に計測できるように構成してもよい。また、計測用リング部材41,51の本数は、図示例の2本に限定されず、3本以上とすることにより、孔径変位の計測方向をさらに追加するように構成してもよい。
Further, the hole diameter
また、孔径変位を検出する構成は、起歪体44,54及び、歪みゲージ45,55に限定されず、計測用リング部材41,51の径方向内側への変形量、或は、スライダー部材42,52のスライド移動量を直接的に検出可能なセンサ類を用いて構成してもよい。
Further, the configuration for detecting the displacement of the hole diameter is not limited to the
1 変形予測システム
2 孔径変位計測装置
10 本体部
11A〜11D アングル材
20A 第1孔内支持部
20B 第2孔内支持部
21 第1支持用リング部材
22 第2支持用リング部材
30 計測部
40 第1計測部
41 第1計測用リング部材
42 第1スライダー部材
43 第1検出部
44 第1起歪体
45 第1歪みゲージ
50 第2計測部
51 第2計測用リング部材
52 第2スライダー部材
53 第2検出部
54 第2起歪体
55 第2歪みゲージ
100 情報処理装置
110 制御部
120 孔径変位計測値演算部
130 孔径変位解析部
140 パラメータ設定部
150 クリープ解析部
160 出力部
180 入力装置
190 表示装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
計測により得られた前記ボーリング孔の孔径変位の時系列変化と、解析により得られる前記ボーリング孔の孔径変位の時系列変化とを比較して、クリープ解析に用いるパラメータを設定するパラメータ設定工程と、
前記トンネルの周辺地山及び覆工構造体を複数の要素に分割した解析モデルに対して、設定された前記パラメータを用いてクリープ解析を行う解析工程と、を含む
ことを特徴とするトンネルの変形予測方法。 While drilling a boring hole from at least one of the face of the tunnel, the side wall, and the bottom plate toward the natural ground, and inserting and arranging the hole diameter displacement measuring device into the drilled hole, the hole diameter displacement of the boring hole is measured. Drilling measurement process to start measurement,
A time-series change in hole diameter displacement of the boring hole obtained by measurement, and a time-series change in hole diameter displacement of the boring hole obtained by analysis are compared, and a parameter setting step of setting parameters used for creep analysis,
A deformation step of the tunnel, comprising: an analysis step of performing creep analysis using the set parameters for an analysis model in which the ground around the tunnel and the lining structure are divided into a plurality of elements. Prediction method.
請求項1に記載のトンネルの変形予測方法。 The tunnel deformation predicting method according to claim 1, wherein in the drilling measurement step, measurement of the hole diameter displacement is started within one hour at the latest after drilling the boring hole.
請求項1又は2に記載のトンネルの変形予測方法。 In the drilling measurement step, the drilling hole is drilled deeper than the diameter of the tunnel, and the hole diameter displacement measuring device is inserted and arranged to a predetermined measurement position separated from the tunnel in the drilling hole by the diameter or more. The method for predicting deformation of a tunnel according to claim 1 or 2, wherein the hole diameter displacement is measured.
請求項1から3の何れか一項に記載のトンネルの変形予測方法。 The tunnel according to claim 1, wherein in the parameter setting step, at least a first creep parameter that governs a strain rate and a second creep parameter that governs a creep rupture time are set as the parameters. Deformation prediction method.
前記ボーリング孔の孔径変位解析値を演算すると共に、前記孔径変位計測装置により得られた孔径変位計測値の時系列変化と、解析により得られる前記孔径変位解析値の時系列変化とを比較して設定されるパラメータを用いて、前記トンネルの周辺地山及び覆工構造体を複数の要素に分割した解析モデルに対してクリープ解析を実行する解析装置と、を備える
ことを特徴とするトンネルの変形予測システム。 A hole diameter displacement measuring device that is inserted and arranged in a boring hole drilled from at least one of the face of the tunnel, the side wall, and the bottom plate toward the surrounding ground, and measures the hole diameter displacement of the boring hole,
The hole diameter displacement analysis value of the boring hole is calculated, and the time series change of the hole diameter displacement measurement value obtained by the hole diameter displacement measuring device and the time series change of the hole diameter displacement analysis value obtained by analysis are compared. An analysis device for executing creep analysis on an analysis model in which the ground around the tunnel and the lining structure are divided into a plurality of elements by using the set parameters, and the deformation of the tunnel. Prediction system.
前記ボーリング孔に挿入される長尺状の本体部と、
前記本体部の長手方向の一端側及び他端側の少なくとも一方に設けられて前記本体部を前記ボーリング孔内に支持する支持部と、
前記本体部に設けられて孔径変位を計測する計測部と、を備え、
前記計測部は、
前記本体部から張り出して前記ボーリング孔の内壁に弾接する板状の弾性変形部材と、孔径変化に追従した前記弾性変形部材の変形に基づいて孔径変位量を検出する検出部と、を有する
請求項5に記載のトンネルの変形予測システム。 The hole diameter displacement measuring device,
An elongated body portion to be inserted into the boring hole,
A support portion which is provided on at least one of one end side and the other end side in the longitudinal direction of the main body portion and supports the main body portion in the boring hole;
A measuring unit provided in the main body unit for measuring the hole diameter displacement,
The measuring unit is
A plate-shaped elastically deformable member that projects from the main body portion and elastically contacts the inner wall of the boring hole, and a detection unit that detects a hole diameter displacement amount based on deformation of the elastically deformable member that follows a change in hole diameter. 5. The tunnel deformation prediction system according to item 5.
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