JP2022174912A - Design method for transversal cross section of tunnel box body - Google Patents

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Abstract

To provide a design method for a transversal cross section of a tunnel box body forming a tunnel box body group having at least a curved segment, capable of realizing calculation of sectional force with high accuracy.SOLUTION: Provided is a design method for a transversal cross section of a tunnel box body forming a tunnel box body group 20 having at least a curved segment. The method has: a step A for calculating any one of a first normal directional load being a normal directional component of jack thrust in the curved segment, or a second normal directional load being ground reaction received in the normal direction from the ground as reaction of the jack thrust in the curved segment; a step B for forming a transversal beam model M2 of a tunnel box body 21; and a step C for calculating a first sectional force caused by the jack thrust by loading the first normal directional load or the second normal directional load to the transversal beam model M2.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

本発明は、トンネル函体の横断方向断面の設計方法に関する。 The present invention relates to a method for designing a transverse section of a tunnel box.

推進工法やシールド工法では、複数の推進函体同士をリング継手(一方の推進函体の端部に他方の推進函体の端部を差し込む形態や、ボルト接合等される形態)を介して接続することにより、あるいは、複数のシールド函体同士をリング継手(ボルト接合等される形態)を介して接続することにより、地中に推進函体群やシールド函体群等のトンネル函体群を施工する。以下、本明細書では、推進函体とシールド函体をまとめてトンネル函体と称し、推進函体群とシールド函体群をまとめてトンネル函体群と称する。
トンネル函体群の縦断線形には、直線線形の他、円形や複数の曲率を有する曲線線形、直線と曲線が混在した線形等、様々な縦断線形が存在するが、縦断線形の中に少なくとも曲線区間(曲線線形)を備えたトンネル函体群においては、隣接するトンネル函体からジャッキ推力が作用し、このジャッキ推力に起因して当該トンネル函体には地盤反力が作用する。
上記する曲線区間を備えたトンネル函体群に関し、従来のトンネル函体の横断方向断面の設計においては、ジャッキ推力のうち、曲線区間の円弧の法線方向分力と釣り合う等分布荷重を地盤反力として、トンネル函体の横断方向の梁モデルを構成する底盤を模擬した梁に一様に載荷することにより、ジャッキ推力に起因する地盤反力が作用した際の断面力を算定する方法が適用されている。しかしながら、このように一様な等分布荷重を地盤反力として梁モデルに作用する方法では、トンネル函体のリング継手面において実際にジャッキ推力が作用する位置に当該ジャッキ推力が載荷されていないことから、精度の高い断面力が算定されているとは言い難い。
In the jacking method and the shield method, a plurality of jacking boxes are connected via a ring joint (a form in which the end of one jacking box is inserted into the end of the other jacking box, or a form that is bolted, etc.). or by connecting a plurality of shield boxes to each other via ring joints (bolt joints, etc.), tunnel box groups such as propulsion box groups and shield box groups can be placed underground. to construct. Hereinafter, in this specification, the promotion box and the shield box are collectively referred to as the tunnel box, and the promotion box group and the shield box group are collectively referred to as the tunnel box group.
There are various vertical alignments in the tunnel box group, such as straight alignments, circular alignments, curved alignments with multiple curvatures, and alignments that mix straight lines and curves. In a tunnel box group having a section (curved line), a jack thrust acts from an adjacent tunnel box, and a ground reaction force acts on the tunnel box due to this jack thrust.
Regarding the tunnel box group including the above-mentioned curved section, in the design of the transverse cross section of the conventional tunnel box, among the jack thrust, the ground reaction load that balances the normal direction component force of the arc of the curved section is applied. As for the force, a method of calculating the cross-sectional force when the ground reaction force caused by the jack thrust acts by uniformly loading the beam that simulates the bottom slab that constitutes the beam model of the tunnel box in the transverse direction is applied. It is However, in the method in which a uniform, uniformly distributed load acts on the beam model as a ground reaction force, the jack thrust is not loaded at the position where the jack thrust actually acts on the ring joint surface of the tunnel box. Therefore, it is difficult to say that the cross-sectional force is calculated with high accuracy.

ここで、特許文献1には、シールド工法や推進工法において軟弱地盤中にトンネルを構築する際に、トンネルの急曲線箇所に反力壁を設置するか否かを判断する、反力壁設置の要否判断方法が提案されている。具体的には、急曲線箇所を模擬した構造解析により算定されたトンネル覆工の地盤反力と原地盤の強度との比較により、反力壁の設置の要否を判断する方法であり、地盤反力が原地盤強度よりも大きいと判断された際に、地盤反力を低減させるために、トンネルの軸方向剛性を高めて反力壁の設置を不要にする要否判断方法である。 Here, in Patent Document 1, when constructing a tunnel in soft ground in the shield construction method or the jacking method, it is determined whether or not to install a reaction wall at a sharply curved portion of the tunnel. Necessity determination methods have been proposed. Specifically, it is a method to judge whether or not to install a reaction wall by comparing the ground reaction force of the tunnel lining calculated by structural analysis simulating a sharp curve with the strength of the original ground. This is a method for judging the necessity of increasing the axial rigidity of a tunnel to eliminate the need to install a reaction wall in order to reduce the ground reaction force when it is judged that the reaction force is greater than the original ground strength.

特開2002-194989号公報JP-A-2002-194989

特許文献1に記載の反力壁設置の要否判断方法によれば、実状に対応した反力壁設置の要否判断方法を提供できるとしている。しかしながら、上記するように、少なくとも曲線区間を有するトンネル函体群を構成するトンネル函体の横断方向の設計において、トンネル函体のリング継手面において実際にジャッキ推力が作用する位置に当該ジャッキ推力が載荷されていないことに依拠して、精度の高い断面力が算定されないといった課題を解消するものではない。 According to the method for determining whether or not to install a reaction wall described in Patent Document 1, it is possible to provide a method for determining whether or not to install a reaction wall corresponding to the actual situation. However, as described above, in the design of the transverse direction of the tunnel box constituting the tunnel box group having at least curved sections, the jack thrust is applied at the position where the jack thrust actually acts on the ring joint surface of the tunnel box. It does not solve the problem that a highly accurate cross-sectional force cannot be calculated based on the fact that no load is applied.

本発明は、少なくとも曲線区間を有するトンネル函体群を構成するトンネル函体の横断方向の設計において、精度の高い断面力の算定を実現できる、トンネル函体の横断方向断面の設計方法を提供することを目的としている。 The present invention provides a method for designing a cross section of a tunnel box in the transverse direction, which can realize highly accurate calculation of cross-sectional force in the design of the transverse direction of a tunnel box constituting a tunnel box group having at least curved sections. It is intended to

前記目的を達成すべく、本発明によるトンネル函体の横断方向断面の設計方法の一態様は、
推進装置もしくは掘進機の有する推進ジャッキによるジャッキ推力を受けながら、複数のトンネル函体により形成されて少なくとも曲線区間を有する、トンネル函体群の縦断方向に直交する、トンネル函体の横断方向断面の設計方法であって、
前記曲線区間における前記ジャッキ推力の法線方向成分である、第一法線方向荷重、もしくは、前記曲線区間における前記ジャッキ推力の反力として地盤から法線方向に受ける地盤反力である、第二法線方向荷重、の少なくとも一方を算定する、A工程と、
前記トンネル函体の横断方向断面の梁モデルを作成し、該横断方向断面の梁モデルに対して地盤バネを取り付けて横断方向梁モデルとする、B工程と、
前記横断方向梁モデルに対して、前記第一法線方向荷重もしくは前記第二法線方向荷重を載荷することにより、前記ジャッキ推力に起因する第一断面力を算定する、C工程と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, one aspect of the method for designing a transverse cross section of a tunnel box according to the present invention is to:
A cross section of a tunnel box formed by a plurality of tunnel boxes and having at least a curved section perpendicular to the longitudinal direction of the tunnel box group while receiving the jack thrust from the propulsion jack of the propulsion device or the excavator. A design method,
The first normal direction load, which is the normal direction component of the jack thrust in the curved section, or the ground reaction force received from the ground in the normal direction as the reaction force of the jack thrust in the curved section, the second A step of calculating at least one of the normal load;
B step of creating a beam model of the transverse cross section of the tunnel box, and attaching a ground spring to the beam model of the transverse cross section to obtain a transverse beam model;
C step of calculating a first cross-sectional force caused by the jack thrust by applying the first normal load or the second normal load to the transverse beam model. It is characterized by

本態様によれば、曲線区間におけるジャッキ推力の法線方向成分である、第一法線方向荷重、もしくは、曲線区間におけるジャッキ推力の反力として地盤から法線方向に受ける地盤反力である、第二法線方向荷重、の少なくとも一方を算定し、横断方向梁モデルに対して第一法線方向荷重もしくは第二法線方向荷重を載荷することによって、ジャッキ推力に起因する第一断面力を算定することにより、トンネル函体のリング継手面に作用するジャッキ推力に起因する法線方向荷重を適切に反映することができ、精度の高い断面力の算定が可能になる。本明細書では、横断方向梁モデルに載荷する第一法線方向荷重と第二法線方向荷重をまとめて、法線方向荷重と称する。
ここで、C工程において横断方向梁モデルに対する法線方向荷重の載荷方法は、リング継手位置に対して集中荷重として載荷する方法や、横断方向梁モデルの全周に対して分布荷重として載荷する方法等が挙げられる。
According to this aspect, the first normal direction load, which is the normal direction component of the jack thrust in the curved section, or the ground reaction force received from the ground in the normal direction as the reaction force of the jack thrust in the curved section, Calculating at least one of the second normal direction load, and applying the first normal direction load or the second normal direction load to the transverse beam model, the first section force caused by the jack thrust is calculated. By calculating, it is possible to appropriately reflect the normal direction load caused by the jack thrust acting on the ring joint surface of the tunnel box, and it is possible to calculate the cross-sectional force with high accuracy. In this specification, the first normal load and the second normal load applied to the transverse beam model are collectively referred to as normal load.
Here, the method of loading the normal direction load on the transverse beam model in the C process is a method of applying a concentrated load to the ring joint position or a method of applying a distributed load to the entire circumference of the transverse beam model. etc.

また、本発明によるトンネル函体の横断方向断面の設計方法の他の態様において、
前記第一法線方向荷重の算定方法は、
前記掘進機のカッタヘッドに作用する先端抵抗力と、前記トンネル函体群の周面が受ける周面抵抗力とを加えることにより必要ジャッキ推力を算定し、前記曲線区間が鉛直面内にある場合は、前記トンネル函体群と前記掘進機の自重抵抗力をさらに加えることにより必要ジャッキ推力を算定し、
前記必要ジャッキ推力に基づいて、前記トンネル函体群を構成する各トンネル函体に作用する前記ジャッキ推力を算定し、
前記ジャッキ推力と、前記トンネル函体の縦断方向の折れ角とにより、前記第一法線方向荷重を算定することを特徴とする。
In another aspect of the method for designing the transverse cross section of the tunnel box according to the present invention,
The method for calculating the first normal direction load is
When the necessary jack thrust is calculated by adding the tip resistance acting on the cutter head of the excavator and the peripheral surface resistance force received by the peripheral surface of the tunnel box group, and the curved section is in the vertical plane calculates the required jack thrust by further adding the dead weight resistance of the tunnel box group and the excavator,
calculating the jack thrust acting on each tunnel box constituting the tunnel box group based on the required jack thrust;
The first normal direction load is calculated from the jack thrust and the bending angle of the tunnel box in the vertical direction.

本態様によれば、トンネル函体群を推進させるのに必要な必要ジャッキ推力(総ジャッキ推力)の算定に続いて、トンネル函体群を構成する各トンネル函体に作用するジャッキ推力を算定し、ジャッキ推力とトンネル函体の縦断方向の折れ角とに基づいて第一法線方向荷重を算定することにより、トンネル函体に作用する法線方向荷重を効率的に算定することができる。
ここで、第一法線方向荷重の算定方法として、先端抵抗力と周面抵抗力とを加える方法は、例えば、「下水道推進工法の指針と解説-2010年版-日本下水道協会」等の指針に記載される推力算定式に基づくものであり、鉛直面内における曲線区間の場合において、トンネル函体群と掘進機の自重抵抗力をさらに加える内容は、この指針に記載の推力算定式を修正したものである。先端抵抗力と周面抵抗力と、必要に応じて自重抵抗力とを加算して求められる必要ジャッキ推力に対して、例えば所定の安全率を乗じて必要ジャッキ推力を割り増し、割り増し後の必要ジャッキ推力に基づいて各トンネル函体に作用するジャッキ推力を算定してもよい。
According to this aspect, following the calculation of the required jack thrust (total jack thrust) required to propel the tunnel box group, the jack thrust acting on each tunnel box constituting the tunnel box group is calculated. By calculating the first normal direction load based on the jack thrust force and the bending angle of the tunnel box in the longitudinal direction, the normal direction load acting on the tunnel box can be efficiently calculated.
Here, as a method of calculating the first normal direction load, the method of adding the tip resistance force and the peripheral surface resistance force is, for example, in the guidelines such as "Guidelines and explanations of the sewerage promotion method - 2010 edition - Japan Sewage Works Association" It is based on the thrust calculation formula described in this guideline, and in the case of curved sections in the vertical plane, the addition of the self-weight resistance of the tunnel box group and the excavator is a modification of the thrust calculation formula described in this guideline. It is. For the required jack thrust obtained by adding the tip resistance, the peripheral surface resistance, and, if necessary, the self-weight resistance, the required jack thrust is multiplied by, for example, a predetermined safety factor to increase the required jack thrust, and the required jack after the addition You may calculate the jack thrust which acts on each tunnel box based on a thrust.

また、本発明によるトンネル函体の横断方向断面の設計方法の他の態様において、
前記第二法線方向荷重の算定方法は、
コンピュータにおいて、前記トンネル函体群を、等価剛性を有する曲線含有梁モデル、もしくは、隣接する前記トンネル函体の梁モデルを回転バネにて連結してなる曲線含有梁モデルを作成し、該曲線含有梁モデルに対して地盤バネを取り付けて縦断方向梁モデルとし、
前記縦断方向梁モデルに対して前記ジャッキ推力を載荷し、該縦断方向梁モデルに生じる地盤反力である前記第二法線方向荷重を算定することを特徴とする。
In another aspect of the method for designing the transverse cross section of the tunnel box according to the present invention,
The method for calculating the second normal direction load is
In a computer, a curve-containing beam model having equivalent rigidity or a curve-containing beam model formed by connecting the beam models of the adjacent tunnel boxes with a rotating spring is created for the tunnel box group, and the curve-containing beam model is created. A ground spring is attached to the beam model to make it a longitudinal direction beam model,
The jack thrust force is applied to the longitudinal beam model, and the second normal direction load, which is ground reaction force generated in the longitudinal beam model, is calculated.

本態様によれば、曲線含有梁モデルと地盤バネとにより形成される縦断方向梁モデルに対してジャッキ推力を載荷して、地盤反力である第二法線方向荷重を算定することにより、トンネル函体に作用する法線方向荷重を高い精度で算定することができる。
ここで、トンネル函体群は、曲線区間が単円形の縦断線形を有する場合において、施工段階ごとに、例えばトンネル函体1リング(1R)が10基推進された10R段階での縦断方向梁モデル、20R推進された20R段階での縦断方向梁モデル、全周推進された円形の縦断方向梁モデル等、様々な施工段階での縦断方向梁モデルが作成され、都度、トンネル函体の縦断方向の断面力が算定される。ここで、トンネル函体群を構成する各トンネル函体は、場所ごとに算定される断面力が相違することになるが、設計段階では、最も厳しい断面力に基づいてトンネル函体の仕様が決定される。
また、ジャッキ推力は、推進工法における元押し装置の元押しジャッキによるジャッキ推力や、元押しジャッキに加えて中押し装置の中押しジャッキによるジャッキ推力、推進工法とシールド工法の双方における掘進機の備える推進ジャッキによるジャッキ推力等が挙げられる。例えば、推進ジャッキを備えた掘進機を利用する推進工法においては、縦断方向梁モデルにおける一端(発進立坑位置)に元押しジャッキによるジャッキ推力が載荷され、縦断方向梁モデルの他端(掘進機位置)に掘進機の備える推進ジャッキによるジャッキ推力が載荷され、トンネル函体群の中に中押し装置が介在する場合はその位置に中押しジャッキによるジャッキ推力が載荷される。
さらに、地盤バネは、トンネル函体ごとに取り付けられる形態や、10Rごとに取り付けられる形態等、地盤バネの取り付け形態も様々である。さらに、場所ごと(土層ごと)に、地盤性状が地盤バネに適切に反映されるのが望ましく、土層ごとのN値や地盤の内部摩擦角、付着力(粘性)等が評価されて地盤バネが設定されるのがよい。
According to this aspect, the longitudinal direction beam model formed by the curve containing beam model and the ground spring is loaded with the jack thrust, and the second normal direction load, which is the ground reaction force, is calculated, thereby the tunnel The normal direction load acting on the box can be calculated with high accuracy.
Here, the tunnel box group is a longitudinal direction beam model at the 10R stage in which, for example, 10 tunnel box 1 rings (1R) are propelled at each construction stage when the curved section has a single circular vertical alignment. , longitudinal direction beam model at the 20R stage, circular longitudinal direction beam model that was propelled all around, etc., longitudinal direction beam models at various construction stages were created. Section forces are calculated. Here, each tunnel box that constitutes the tunnel box group has a different section force calculated for each location, but at the design stage, the specifications of the tunnel box are determined based on the most severe section force. be done.
In addition, the jack thrust is the jack thrust due to the main pushing jack of the main pushing device in the jacking method, the jack thrust due to the medium pushing jack of the main pushing device in addition to the main pushing jack, and the jack thrust provided by the excavator in both the jacking method and the shield method. The jack thrust due to For example, in a jacking method using an excavator equipped with a jack, the jack thrust is applied to one end (starting shaft position) of the longitudinal beam model, and the other end of the longitudinal beam model (excavator position) is loaded with the jack thrust. ) is loaded with the jack thrust by the propulsion jack provided in the excavator, and when the intermediate pushing device is interposed in the tunnel box group, the jack thrust by the intermediate pushing jack is loaded at that position.
Furthermore, ground springs are installed in various forms, such as a form in which the ground spring is installed in each tunnel box, a form in which the ground spring is installed in every 10R, and the like. Furthermore, it is desirable that the ground properties are appropriately reflected in the ground spring for each location (soil layer). A spring is preferably set.

また、本発明によるトンネル函体の横断方向断面の設計方法の他の態様において、
前記C工程では、
前記A工程にて算定された前記第一法線方向荷重もしくは前記第二法線方向荷重を、前記横断方向断面であるリング継手面に設けられているリング継手の数で除すことにより、リング継手当たりの集中荷重を求めて各リング継手位置に載荷する、
もしくは、前記A工程にて算定された前記第一法線方向荷重もしくは前記第二法線方向荷重を、前記横断方向断面であるリング継手面の周長で除すことにより分布荷重を算定し、該リング継手面に該分布荷重を載荷する、ことを特徴とする。
In another aspect of the method for designing the transverse cross section of the tunnel box according to the present invention,
In the C step,
Ring Find the concentrated load per joint and apply it to each ring joint position,
Alternatively, calculating the distributed load by dividing the first normal direction load or the second normal direction load calculated in the step A by the circumference of the ring joint surface, which is the cross section in the transverse direction, The distributed load is applied to the ring joint surface.

本態様によれば、リング継手面におけるリング継手の配設態様に応じて、法線方向荷重に基づく集中荷重もしくは分布荷重のうちの好適な荷重を横断方向梁モデルに載荷することにより、トンネル函体のリング継手面におけるジャッキ推力の作用位置を適切に反映することができ、精度の高い断面力の算定が可能になる。
例えば、リング継手面において、複数のリング継手位置が比較的不均等な場合には、リング継手当たりの集中荷重を横断方向梁モデルにおける各リング継手位置に載荷するのがよい。各リング継手位置に対して、リング継手当たりの法線方向荷重(集中荷重)を載荷することにより、各リング継手位置からジャッキ推力が作用する実現象を可及的忠実に再現することができ、より一層精度の高い断面力の算定が可能になる。
一方、リング継手面において、複数のリング継手位置が比較的均等な場合には、分布荷重を横断方向梁モデルの全周(全域)に載荷するのがよい。
According to this aspect, depending on the manner in which the ring joints are arranged on the ring joint surface, a suitable load, either a concentrated load or a distributed load based on the normal direction load, is applied to the transverse beam model, and the tunnel box is It is possible to appropriately reflect the acting position of the jack thrust on the ring joint surface of the body, and it is possible to calculate the cross-sectional force with high accuracy.
For example, if the ring joint locations are relatively uneven in the ring joint plane, a concentrated load per ring joint may be applied to each ring joint location in the transverse beam model. By applying a normal load (concentrated load) per ring joint position to each ring joint position, it is possible to reproduce as faithfully as possible the actual phenomenon of the jack thrust acting from each ring joint position. It is possible to calculate the cross-sectional force with even higher accuracy.
On the other hand, when a plurality of ring joint positions are relatively even on the ring joint surface, it is preferable to apply the distributed load to the entire circumference (entire area) of the transverse beam model.

また、本発明によるトンネル函体の横断方向断面の設計方法の他の態様において、
前記C工程において前記第二法線方向荷重を使用する場合、該C工程では、算定された複数の地盤反力のうち、最大地盤反力を抽出して使用することを特徴とする。
In another aspect of the method for designing the transverse cross section of the tunnel box according to the present invention,
When the second normal direction load is used in the step C, the step C is characterized by extracting and using the maximum ground reaction force among the plurality of calculated ground reaction forces.

本態様によれば、C工程において第二法線方向荷重を使用する場合に関し、算定された複数の地盤反力のうち、最大地盤反力を抽出して横断方向梁モデルに載荷することにより、最も安全側の設計に基づいてトンネル函体の横断方向断面を設計することができる。 According to this aspect, in the case of using the second normal direction load in the C process, by extracting the maximum ground reaction force among the calculated multiple ground reaction forces and loading it on the transverse beam model, The transverse section of the tunnel box can be designed based on the safest design.

また、本発明によるトンネル函体の横断方向断面の設計方法の他の態様は、
前記横断方向断面の梁モデルに対して土圧もしくは土水圧を載荷することにより、該土圧もしくは土水圧に起因する第二断面力を算定する、D工程と、
前記C工程と前記D工程で算定された前記第一断面力と前記第二断面力を重ね合わせて重ね合わせ断面力を算定し、該重ね合わせ断面力に基づいて前記横断方向断面の断面力照査を行う、E工程と、をさらに有することを特徴とする。
Another aspect of the method for designing the transverse cross section of a tunnel box according to the present invention is
D step of calculating a second cross-sectional force caused by earth pressure or earth and water pressure by applying earth pressure or earth and water pressure to the beam model of the cross section in the transverse direction;
Calculate the superimposed cross-sectional force by superimposing the first cross-sectional force and the second cross-sectional force calculated in the C step and the D step, and check the cross-sectional force in the transverse direction based on the superimposed cross-sectional force and an E step of performing the above.

本態様によれば、横断方向梁モデルに対してジャッキ推力に起因する法線方向荷重が作用した際の第一断面力を算定し、横断方向断面の梁モデル(横断方向梁モデルから地盤バネを取り外した梁モデル)に対して土圧もしくは土水圧が作用した際の第二断面力を算定し、双方の断面力を重ね合わせた重ね合わせ断面力に基づいて横断方向断面の断面力照査を行うことにより、より一層精度の高い断面力の算定が可能になる。尚、C工程とD工程を同時に実施すること、言い換えれば、横断方向梁モデルに対して、ジャッキ推力に起因する法線方向荷重と、土圧もしくは土水圧とを同時に載荷して断面力を算定してもよく、この算定方法も本態様に含まれるものとする。 According to this aspect, the first cross-sectional force is calculated when the normal direction load caused by the jack thrust is applied to the transverse beam model, and the beam model of the transverse cross section (the ground spring is Calculate the second cross-sectional force when earth pressure or earth-water pressure acts on the removed beam model), and check the cross-sectional force in the transverse direction based on the superimposed cross-sectional force obtained by superimposing both cross-sectional forces. Therefore, it is possible to calculate the cross-sectional force with higher accuracy. It should be noted that C process and D process are carried out at the same time, in other words, the cross-sectional force is calculated by simultaneously applying the normal direction load caused by the jack thrust and the earth pressure or earth water pressure to the transverse beam model. This calculation method is also included in this aspect.

本発明のトンネル函体の横断方向断面の設計方法によれば、少なくとも曲線区間を有するトンネル函体群を構成するトンネル函体の横断方向の設計において、精度の高い断面力の算定を実現できる。 According to the method for designing the cross section of a tunnel box according to the present invention, it is possible to calculate the cross-sectional force with high accuracy in the design of the cross direction of tunnel boxes that constitute a group of tunnel boxes having at least curved sections.

実施形態に係るトンネル函体の横断方向断面の設計方法の一例を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an example of a design method of a cross section of a tunnel box concerning an embodiment. 推進工法により、鉛直面内において単円の縦断線形を有するトンネル函体群を推進させている状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which is propelling the tunnel box group which has a vertical line of a single circle in a vertical plane by a jacking method. 曲線区間において、掘進機が余掘り部を造成し、余掘り部に滑材を充填しながら、トンネル函体群を推進させている状態を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which a tunneling machine creates an overcut portion in a curved section, and the tunnel box group is propelled while filling the overcut portion with a lubricant. 第一法線方向荷重の算定方法を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the calculation method of a 1st normal direction load. 第二法線方向荷重の算定方法を説明する模式図であって、縦断方向梁モデルの一例を説明する図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a method of calculating a second normal direction load, and is a diagram for explaining an example of a longitudinal direction beam model. 推進の過程において一つのトンネル函体に作用する外力を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the external force which acts on one tunnel box in the process of propulsion. トンネル函体の横断方向断面の一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of the transverse direction cross section of a tunnel box. 横断方向梁モデルの一例を示すとともに、リング継手面の各リング継手位置において、ジャッキ推力による法線方向荷重を載荷している状態を説明する模式図である。While showing an example of a transverse direction beam model, it is a schematic diagram explaining the state which loads the normal direction load by a jack thrust in each ring joint position of a ring joint surface. 横断方向断面の梁モデルの一例を示すとともに、土水圧を載荷している状態を説明する模式図である。While showing an example of the beam model of the cross section in the transverse direction, it is a schematic diagram explaining the state which loads the earth and water pressure.

以下、実施形態に係るトンネル函体の横断方向断面の設計方法について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。 Hereinafter, a method for designing a transverse cross section of a tunnel box according to an embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, substantially the same constituent elements may be given the same reference numerals to omit redundant description.

[実施形態に係るトンネル函体の横断方向断面の設計方法]
図1乃至図9を参照して、実施形態に係るトンネル函体の横断方向断面の設計方法の一例について説明する。ここで、図1は、実施形態に係るトンネル函体の横断方向断面の設計方法の一例を示すフローチャートである。また、図2は、推進工法により、鉛直面内において単円の縦断線形を有するトンネル函体群を推進させている状態を示す模式図であり、図3は、曲線区間において、掘進機が余掘り部を造成し、余掘り部に滑材を充填しながら、トンネル函体群を推進させている状態を示す模式図である。また、図4は、第一法線方向荷重の算定方法を説明する模式図であり、図5は、第二法線方向荷重の算定方法を説明する模式図であって、縦断方向梁モデルの一例を説明する図である。また、図6は、推進の過程において一つのトンネル函体に作用する外力を説明する模式図であり、図7は、トンネル函体の横断方向断面の一例を示す正面図である。さらに、図8は、横断方向梁モデルの一例を示すとともに、リング継手面の各リング継手位置において、ジャッキ推力による法線方向荷重を載荷している状態を説明する模式図であり、図9は、横断方向断面の梁モデルの一例を示すとともに、土水圧を載荷している状態を説明する模式図である。
[Method for designing transverse cross section of tunnel box according to embodiment]
An example of a method for designing a transverse section of a tunnel box according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9. FIG. Here, FIG. 1 is a flowchart which shows an example of the design method of the transverse direction cross section of the tunnel box which concerns on embodiment. Fig. 2 is a schematic diagram showing a state in which a group of tunnel boxes having a single circular vertical alignment in the vertical plane is propelled by the jacking method. FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which a group of tunnel bodies is propelled while creating an excavated portion and filling the overdrilled portion with a lubricant. Further, FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the calculation method of the first normal direction load, and FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the calculation method of the second normal direction load. It is a figure explaining an example. Moreover, FIG. 6 is a schematic diagram explaining the external force which acts on one tunnel box in the process of propulsion, and FIG. 7 is a front view which shows an example of the cross-section of a tunnel box. Furthermore, FIG. 8 shows an example of a transverse beam model, and is a schematic diagram illustrating a state in which a normal direction load due to jack thrust is applied at each ring joint position on the ring joint surface, and FIG. FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a cross-sectional beam model in the transverse direction and explaining a state in which earth and water pressure is applied;

図示例のトンネル函体の横断方向断面の設計方法では、設計対象のトンネル函体群の縦断線形が鉛直面内における単円であって、全区間が曲線区間であるが、設計対象のトンネル函体を構成するトンネル函体群の縦断線形は、図示例以外にも、鉛直面内もしくは水平面内において複数の曲率を有する縦断線形や、曲線区間と直線区間が混在する縦断線形等、様々な縦断線形のトンネル函体群が設計対象となり得る。 In the method of designing the cross section of the tunnel box in the illustrated example, the longitudinal alignment of the tunnel box group to be designed is a single circle in the vertical plane, and the entire section is a curved section. In addition to the illustrated example, the vertical alignment of the tunnel box group that constitutes the body has various vertical alignments, such as vertical alignments with multiple curvatures in the vertical or horizontal plane, vertical alignments in which curved sections and straight sections are mixed. A group of linear tunnel bodies can be designed.

図1に示すように、実施形態に係るトンネル函体の横断方向の設計方法は、A工程乃至E工程を有する。 As shown in FIG. 1, the method for designing the tunnel box in the transverse direction according to the embodiment has A process to E process.

A工程は、主として、入力条件の設定を行う工程と、第一法線方向荷重、もしくは第二法線方向荷重を算定する工程とを備えている。第一法線方向荷重とは、曲線区間におけるジャッキ推力の法線方向成分のことであり、第二法線方向荷重とは、曲線区間におけるジャッキ推力の反力として地盤から法線方向に受ける地盤反力のことである。いずれの法線方向荷重も、トンネル函体に作用するジャッキ推力の法線方向成分に起因する荷重であることから、法線方向荷重としている。 The A process mainly includes a process of setting input conditions and a process of calculating the first normal direction load or the second normal direction load. The first normal direction load is the normal direction component of the jack thrust in the curved section, and the second normal direction load is the reaction force of the jack thrust in the curved section from the ground in the normal direction. It's about reaction force. Both normal direction loads are loads due to the normal direction component of the jack thrust acting on the tunnel box, so they are defined as normal direction loads.

以下で詳説するように、第一法線方向荷重の算定方法は、公知の指針に記載の推力算定式を使用したり、この推力算定式を修正した修正推力算定式を使用し、さらに、曲線区間における各トンネル函体の縦断方向の折れ角に基づいて、第一法線方向荷重を算定する。一方、第二法線方向荷重の算定方法は、縦断方向梁モデル(解析モデル)をコンピュータ内で作成し、梁モデルに対してジャッキ推力を載荷する解析を実行することにより、第二法線方向荷重(地盤反力)を算定する。 As will be explained in detail below, the method for calculating the first normal direction load uses a thrust calculation formula described in a known guideline or a modified thrust calculation formula that is a modification of this thrust calculation formula. Based on the vertical bending angle of each tunnel box in the section, the first normal direction load is calculated. On the other hand, the method of calculating the load in the second normal direction is to create a longitudinal direction beam model (analysis model) in a computer, and perform an analysis in which the jack thrust is applied to the beam model. Calculate the load (soil reaction force).

一方、B工程は、横断方向梁モデル(解析モデル)を作成する工程を備えている。C工程は、作成された横断方向梁モデルを用いて、第一法線方向荷重もしくは第二法線方向荷重に基づく第一断面力を算定する横断方向第一解析を実施する工程を備えており、D工程は、横断方向梁モデルから地盤バネを取り外した梁モデルを用いて、土水圧に基づく第二断面力を算定する横断方向第二解析を実施する工程を備えている。 On the other hand, the B process comprises a process of creating a transverse beam model (analysis model). Process C includes a step of performing a first transverse direction analysis using the created transverse beam model to calculate a first section force based on a first normal load or a second normal load. , D includes a step of performing a transverse second analysis for calculating a second sectional force based on earth and water pressure, using a beam model from which ground springs are removed from the transverse beam model.

最後に、E工程は、第一断面力と第二断面力を重ね合わせた断面力に基づいて応力度照査を実施する工程を備えている。 Finally, step E comprises a step of performing a stress degree check based on the cross-sectional force obtained by superimposing the first cross-sectional force and the second cross-sectional force.

A工程における入力条件の設定においては、トンネル函体の仕様を設定し、トンネル函体群の縦断線形(単円の場合はその径、複数の曲率を有する場合は各曲率とその線形等)を設定し、トンネル函体群が通過する土層をモデル化する。土層のモデル化においては、地盤調査結果に基づいて、土層ごとに、その性状(砂質層、粘土層、礫質層等)、N値や地盤の単位体積重量、内部摩擦角、付着力等の物性を設定する。 In setting the input conditions in the A process, the specifications of the tunnel box are set, and the longitudinal alignment of the tunnel box group (in the case of a single circle, its diameter, and if it has multiple curvatures, each curvature and its alignment, etc.) Model the soil layer through which the tunnel box group passes. In the modeling of soil layers, based on the ground survey results, the properties (sandy layer, clay layer, gravel layer, etc.), N value, unit weight of the ground, internal friction angle, and Set physical properties such as adhesion force.

図2に示す例は、鉛直面内において、半径rの単円の縦断線形を有するトンネル函体群20(円周トンネル)を推進工法にて施工する例である。図2に示すように、地中Gにおいて施工済みの本線トンネルHT(例えば本線シールドトンネル)と、その側方にあるランプトンネルRT(例えばランプシールドトンネル)とを地中で接続して拡幅するに当たり、ランプトンネルRTを利用してその下方に鉛直に延設する立坑Tを施工する。尚、この立坑は、鉛直方向でなく、斜め下方に延設する形態であってもよい。 The example shown in FIG. 2 is an example of constructing a tunnel box group 20 (circumferential tunnel) having a single circular longitudinal line with a radius r in the vertical plane by the jacking method. As shown in FIG. 2, when the main tunnel HT (for example, the main shield tunnel) that has already been constructed in the underground G and the ramp tunnel RT (for example, the ramp shield tunnel) on the side thereof are connected underground and widened. , using the ramp tunnel RT, construct a shaft T extending vertically below it. Note that the vertical shaft may extend obliquely downward instead of vertically.

所定深度まで造成された立坑Tの下方に発進架台Rを設置し、発進架台Rに元押しジャッキを備えた元押し装置30を設置する。ランプトンネルRTから掘進機10とトンネル函体21を随時吊り下ろし、掘進機10を地中に掘進させ、その後方に複数のトンネル函体21を順次配設し、元押しジャッキ30によるジャッキ推力により、掘進機10と複数のトンネル函体21によって形成されるトンネル函体群20を推進させる。 A starting pedestal R is installed below a pit T formed to a predetermined depth, and a starting pedestal device 30 equipped with a priming jack is installed on the starting pedestal R. An excavator 10 and a tunnel box 21 are suspended from the ramp tunnel RT at any time, the excavator 10 is excavated into the ground, and a plurality of tunnel boxes 21 are sequentially arranged behind it, and jack thrust by a main pushing jack 30 is used. , a tunnel box group 20 formed by the excavator 10 and a plurality of tunnel boxes 21 are propelled.

図示例の掘進機10は、前胴11と後胴12を備え、双方の間に不図示の推進ジャッキ(掘進機自身の推進の他にも、掘進機の方向制御を行うジャッキ)を備えている。掘進機10の正面視形状は、例えば横長の矩形であり、その前面には、例えば複数のカッタヘッド13が配設されている。各カッタヘッド13には、その側方からコピーカッタが出入り自在に内蔵されており、余掘り部の造成の際には、各カッタヘッド13からコピーカッタが外側へ張り出し、カッタヘッド13の回転に応じて回転するコピーカッタにより、余掘り部の造成が行われる。この際、コピーカッタの張り出し長の調整により、余掘り部の大きさを所望に調整できる。 The excavator 10 of the illustrated example includes a front body 11 and a rear body 12, and a not-shown propulsion jack (a jack for controlling the direction of the excavator in addition to propelling the excavator itself) between the two. there is The shape of the excavator 10 when viewed from the front is, for example, a horizontally long rectangle, and a plurality of cutter heads 13, for example, are arranged on the front surface thereof. Each cutter head 13 has a built-in copy cutter that can be freely moved in and out from the side thereof. A copy cutter that rotates accordingly creates the overcut portion. At this time, the size of the overcut portion can be adjusted as desired by adjusting the overhang length of the copy cutter.

上記するように、正面視矩形の掘進機10の後方に連接するトンネル函体21は、図7に示すように、掘進機10と同様の正面視形状を有した鋼殻により構成されている。 As described above, the tunnel box 21 connected to the rear of the excavator 10, which is rectangular in front view, is composed of a steel shell having the same shape as the excavator 10 in front view, as shown in FIG.

図2に戻り、掘進機10のカッタヘッド13には、前方から切羽圧Sが作用する。また、図示例のように鉛直面内での推進であることから、掘進機10には自重の軸方向分力W1が作用し、各トンネル函体21には自重の軸方向分力W2が作用する。 Returning to FIG. 2, the face pressure S acts on the cutter head 13 of the excavator 10 from the front. In addition, as shown in the figure, since the vehicle is propelled in a vertical plane, an axial component force W1 of its own weight acts on the excavator 10, and an axial component force W2 of its own weight acts on each tunnel box 21. do.

推進されるトンネル函体群20には、周囲の地盤Gとの間の周面抵抗力F1が作用し、さらには、曲線施工に伴う地盤反力Qに起因した摩擦抵抗力F2が作用する。ここで、立坑Tにおける元押しジャッキ30から作用するジャッキ推力P1により、前方の掘進機10とトンネル函体群20が推進されることから、トンネル函体群20の前方にいくにつれて、作用するジャッキ推力P2,P3,P4は徐々に小さくなる。曲線施工に伴う地盤反力Qは、このジャッキ推力Pに起因する反力であることから、図2に示すように、元押しジャッキ30の近傍で最大の地盤反力となり、掘進機10に向かって徐々に小さくなる傾向を有している。 The tunnel box group 20 to be propelled is subjected to a peripheral surface resistance force F1 with respect to the surrounding ground G, and further, a frictional resistance force F2 caused by the ground reaction force Q associated with curved construction. Here, since the excavator 10 and the tunnel box group 20 in front are propelled by the jack thrust P1 acting from the main pushing jack 30 in the vertical shaft T, the jack that acts as it goes forward of the tunnel box group 20 Thrusts P2, P3, and P4 gradually decrease. Since the ground reaction force Q associated with curved construction is a reaction force resulting from this jack thrust P, as shown in FIG. It has a tendency to gradually decrease over time.

このように、図示例の鉛直面内における曲線線形に沿う推進工法では、掘進機10に作用する切羽圧S,掘進機10に作用する自重の軸方向分力W1、各トンネル函体21に作用する自重の軸方向分力W2、周囲の地盤Gとの間の周面抵抗力F1、及び曲線施工に伴う地盤反力Qに起因した摩擦抵抗力F2の合計値以上のジャッキ推力Pにより、掘進機10とトンネル函体群20の推進が実現される。尚、例えば水平面内における施工では、掘進機10に作用する自重の軸方向分力W1と、各トンネル函体21に作用する自重の軸方向分力W2は、元押しジャッキ30のジャッキ推力の算定に際して不要になる。 As described above, in the jacking method along the curved line in the vertical plane of the illustrated example, the face pressure S acting on the excavator 10, the axial component force W1 of its own weight acting on the excavator 10, and the respective tunnel bodies 21 Axial component force W2 of its own weight, peripheral surface resistance force F1 between itself and the surrounding ground G, and frictional resistance force F2 caused by ground reaction force Q due to curved construction work. Propulsion of the machine 10 and the tunnel box group 20 is realized. For example, in construction in a horizontal plane, the axial component force W1 of its own weight acting on the excavator 10 and the axial component force W2 of its own weight acting on each tunnel box 21 are used to calculate the jack thrust of the main pushing jack 30. becomes unnecessary when

仮に、元押しジャッキ30のジャッキ推力が不足する場合においては、トンネル函体群20の間に、単数もしくは複数の中押しジャッキが配設されて不足分のジャッキ推力が補填されることになる。 If the jack thrust of the primary pushing jack 30 is insufficient, one or more intermediate pushing jacks are arranged between the tunnel box groups 20 to compensate for the insufficient jack thrust.

元押しジャッキ30のジャッキ推力や、元押しジャッキ30と必要に応じて設けられる中押しジャッキのジャッキ推力の設定に当たり、必要ジャッキ推力は、トンネル函体群20の推進の過程で随時変化することから、トンネル函体群20が10基(10R)までの段階、20Rまでの段階、掘進機10が立坑Tに到達する最終段階等、各段階に応じた必要ジャッキ推力が設定される。 In setting the jack thrust of the main push jack 30 and the jack thrust of the main push jack 30 and the intermediate push jack provided as necessary, the required jack thrust changes from time to time in the process of propelling the tunnel box group 20, The required jack thrust is set according to each stage, such as the stage up to 10 (10R) tunnel box groups 20, the stage up to 20R, the final stage when the excavator 10 reaches the shaft T, and the like.

図3に示すように、カッタヘッド13(ここでは、説明を容易にするために、一つのカッタヘッド13のみを有する形態として図示している)の側方からコピーカッタ14が張り出し、カッタヘッド13が回転しながら掘進機10が計画縦断線形L1に沿って掘進方向に掘進する過程で、掘進機10と後続のトンネル函体群20の側方には、所定幅t1の余掘り部25が造成され、掘進機10から余掘り部25に対して滑材28が充填される。正面視矩形の掘進機10の周囲には、幅t1の矩形枠状の余掘り部25が造成されることになる。余掘り部25の幅t1は、図示例では、単円の半径r等に応じて設定する。 As shown in FIG. 3, a copy cutter 14 protrudes from the side of a cutter head 13 (here, for ease of explanation, a form having only one cutter head 13 is shown). While the excavator 10 excavates in the excavation direction along the planned vertical alignment L1 while rotating, an overcut portion 25 having a predetermined width t1 is created on the side of the excavator 10 and the following tunnel box group 20. Then, the overcut portion 25 is filled with the lubricant 28 from the excavator 10 . A rectangular frame-shaped overcut portion 25 having a width t1 is formed around the excavator 10 which is rectangular in front view. In the illustrated example, the width t1 of the overcut portion 25 is set according to the radius r of the single circle.

図3は、計画縦断線形L1に沿って掘進機10が掘進し、トンネル函体群20が推進されている状態を示しており、単円の径方向の内側には余掘り部25の内側ラインL2があり、径方向外側には余掘り部25の外側ラインL3がある。すなわち、図3は、掘進機10が蛇行していない状態を示している。また、幅t1が、入力条件における設計余掘り量となる。 FIG. 3 shows a state in which the excavator 10 is excavating along the planned vertical line L1, and the tunnel box group 20 is being propelled. There is L2, and there is an outer line L3 of the overcut portion 25 on the radially outer side. That is, FIG. 3 shows a state in which the excavator 10 is not meandering. Also, the width t1 is the designed overcut amount under the input conditions.

ここで、A工程における第一法線方向荷重の算定方法について説明する。「下水道推進工法の指針と解説-2010年版-日本下水道協会」(以下、下水道指針とする)に記載される推力算定式に基づけば、必要ジャッキ推力は以下の式(X)により表すことができる。 Here, a method for calculating the first normal direction load in the A process will be described. Based on the thrust calculation formula described in "Guidelines and explanations for sewerage jacking methods - 2010 edition - Japan Sewage Works Association" (hereinafter referred to as sewerage guidelines), the required jack thrust can be expressed by the following formula (X). .

Figure 2022174912000002
Figure 2022174912000002

また、図示例のように鉛直面内における推進施工においては、掘進機10とトンネル函体群20の自重抵抗力を考慮する必要があることから、この場合の必要ジャッキ推力は、上式(X)を修正した以下の式(Y)により表すことができる。 In addition, as in the illustrated example, in the promotion work in the vertical plane, it is necessary to consider the self-weight resistance of the excavator 10 and the tunnel box group 20, so the required jack thrust in this case is given by the above formula (X ) can be represented by the following formula (Y), which is a modified version of

Figure 2022174912000003
Figure 2022174912000003

さらに、図示例のように曲線区間を備えた推進施工において、必要ジャッキ推力は以下の式(Z)により表すことができる。尚、式(Z)は下水道指針に記載された、水平面内における曲線区間を備えた推進施工時の必要ジャッキ推力算定式であることから、より詳細には、上式(Y)の自重抵抗力を加算(考慮)する必要があるが、ここでは下水道指針に記載の式を紹介する。 Furthermore, in jacking construction with a curved section as in the illustrated example, the required jack thrust can be expressed by the following equation (Z). In addition, since the formula (Z) is a required jack thrust calculation formula at the time of propulsion construction with a curved section in the horizontal plane, described in the sewage guidelines, more specifically, the dead weight resistance of the above formula (Y) should be added (considered), but here we introduce the formula described in the Sewerage Guideline.

Figure 2022174912000004
Figure 2022174912000004

図4に示すように、必要ジャッキ推力から各トンネル函体に作用するジャッキ推力を算定し(例えば、F1)、このジャッキ推力の法線方向分力T1をF1×sinαにて算定することにより、トンネル函体に作用する第一法線方向荷重を求めることができる。 As shown in FIG. 4, the jack thrust acting on each tunnel box is calculated from the required jack thrust (for example, F1), and the normal direction component force T1 of this jack thrust is calculated by F1×sinα. The first normal direction load acting on the tunnel body can be obtained.

次に、A工程における第二法線方向荷重の算定方法について説明する。図5に示すように、コンピュータにおいて、トンネル函体群20を、等価剛性を有する曲線含有梁モデルBM1にモデル化する。このモデル化に際しては、図示を省略するが、隣接するトンネル函体21の梁モデルを回転バネにて連結してなる曲線含有梁モデルを作成してもよい。 Next, a method for calculating the second normal direction load in the A process will be described. As shown in FIG. 5, in a computer, the tunnel box group 20 is modeled as a curve containing beam model BM1 having equivalent stiffness. In this modeling, although illustration is omitted, a curve containing beam model may be created by connecting beam models of the adjacent tunnel box 21 with a rotating spring.

曲線含有梁モデルBM1に対して、地盤バネJM1を取り付けることにより、縦断方向梁モデルM1を作成する。地盤バネJM1は、曲線含有梁モデルBM1における各トンネル函体位置にそれぞれ取り付けてもよいし、例えば10Rごとに取り付けてもよい。 A longitudinal direction beam model M1 is created by attaching ground springs JM1 to the curve containing beam model BM1. The ground spring JM1 may be attached to each tunnel box position in the curve containing beam model BM1, or may be attached, for example, every 10R.

地盤バネJM1は、半径rの円周トンネルの法線方向の法線方向地盤バネJMaと、接線方向の接線方向地盤バネJMbとを有し、双方の地盤バネを例えばコネクタ要素で模擬する。また、図示を省略するが、元押しジャッキからのジャッキ推力Pが載荷される曲線含有梁モデルBM1の一端BM1'(もしくはその近傍)と、立坑に到達した曲線含有梁モデルBM1の他端BM1"(もしくはその近傍)にはそれぞれ、拘束バネを取り付ける。 The ground spring JM1 comprises a normal ground spring JMa in the direction normal to the circumferential tunnel of radius r and a tangential ground spring JMb in the tangential direction, both ground springs being simulated, for example, by connector elements. Also, although illustration is omitted, one end BM1′ (or its vicinity) of the curve-containing beam model BM1 to which the jack thrust P from the main pushing jack is loaded, and the other end BM1″ of the curve-containing beam model BM1 that has reached the shaft. (or in the vicinity thereof) are each fitted with a restraining spring.

コンピュータ内において、施工段階ごとに、曲線含有梁モデルBM1を作成し、曲線含有梁モデルBM1の複数位置に、法線方向地盤バネJMaと接線方向地盤バネJMbを有する地盤バネJM1を取り付けることにより、縦断方向梁モデルM1(解析モデル)を作成する。 In the computer, a curve containing beam model BM1 is created for each construction stage, and ground springs JM1 having normal direction ground springs JMa and tangential direction ground springs JMb are attached to multiple positions of the curve containing beam model BM1, Create a longitudinal beam model M1 (analysis model).

図5に示すように、縦断方向梁モデルM1に対して、元押しジャッキ30等の推進ジャッキによるジャッキ推力を設定して載荷する縦断方向解析を実施することにより、トンネル函体群20を構成する各トンネル函体21の縦断方向の断面力と、トンネル函体群20の縦断方向における地盤反力Qを算定する。この断面力には、曲げモーメントやせん断力、軸力(縦断方向の圧縮力や引張力)が含まれる。全区間が曲線区間である図示例のモデルにおいては、図5に示すように、算定された地盤反力Qは縦断方向に徐々に変化する。 As shown in FIG. 5, the tunnel box group 20 is configured by performing a longitudinal direction analysis of setting the jack thrust by the propulsion jack such as the main pushing jack 30 and loading the longitudinal direction beam model M1. The sectional force in the longitudinal direction of each tunnel box 21 and the ground reaction force Q in the longitudinal direction of the tunnel box group 20 are calculated. This sectional force includes bending moment, shear force, and axial force (compressive force and tensile force in the longitudinal direction). In the illustrated model in which all sections are curved sections, as shown in FIG. 5, the calculated ground reaction force Q gradually changes in the longitudinal direction.

例えば元押しジャッキ30のジャッキ推力は、初期の段階では、図2を参照して説明したように、掘進機10とトンネル函体群20を推進可能なジャッキ推力を過程して縦断方向解析を実行し、縦断方向の断面力に含まれる軸力のうち、先頭に位置する掘進機10の位置の軸力が切羽圧S相当以上の圧縮力であれば、設定しているジャッキ推力が大きいと判断し、切羽圧S相当の圧縮力となるまで、ジャッキ推力を変化させながら縦断方向解析を繰り返し、必要ジャッキ推力を設定する。 For example, the jack thrust of the main pushing jack 30, as described with reference to FIG. Then, if the axial force at the position of the excavator 10 located at the forefront among the axial forces included in the cross-sectional force in the longitudinal direction is a compressive force equal to or greater than the face pressure S, it is determined that the set jack thrust is large. Then, the longitudinal direction analysis is repeated while changing the jack thrust until the compressive force corresponding to the face pressure S is reached, and the required jack thrust is set.

一方、縦断方向解析の結果、掘進機10の位置の軸力が切羽圧S相当の圧縮力より小さいようであれば、設定しているジャッキ推力が不足していると判断し、ジャッキ推力を増加させて縦断方向解析を実施し、軸力が切羽圧S相当の圧縮力となる段階まで、上記する縦断方向解析の繰り返しによって必要ジャッキ推力を設定する。 On the other hand, if the longitudinal direction analysis shows that the axial force at the position of the excavator 10 is smaller than the compressive force corresponding to the face pressure S, it is determined that the set jack thrust is insufficient, and the jack thrust is increased. The required jack thrust is set by repeating the above-described longitudinal analysis until the axial force becomes the compressive force corresponding to the face pressure S.

縦断方向解析により、トンネル函体群に作用する地盤反力Qを算定し、算定された地盤反力Qの中で、最大の地盤反力Qmaxを特定し、この地盤反力Qmaxを第二法線方向荷重とするのがよい。 Calculate the ground reaction force Q acting on the tunnel box group by longitudinal direction analysis, identify the maximum ground reaction force Qmax among the calculated ground reaction forces Q, and apply this ground reaction force Qmax to the second method A linear load is preferred.

ここで、図6に示すように、トンネル函体群20を構成する一つのトンネル函体21n(掘進機10側からn番目のトンネル函体)に着目して、軸方向(縦断方向)の力の釣り合いと、軸直角方向の力の釣り合いが成立する。 Here, as shown in FIG. 6, focusing on one tunnel box 21n (the n-th tunnel box from the excavator 10 side) constituting the tunnel box group 20, the force in the axial direction (longitudinal direction) and the balance of forces in the direction perpendicular to the axis are established.

軸方向の力の釣り合いは、(隣接鋼殻に伝達する荷重Pn)=(隣接鋼殻から伝達される荷重(ジャッキ推力)の軸方向分力Pn-1v)-(周面抵抗力F1n)-(地盤反力による摩擦抵抗力F2n)-(鋼殻自重の軸方向成分W2v)となる。 The balance of forces in the axial direction is (load Pn transmitted to the adjacent steel shell) = (axial component force Pn-1v of the load (jack thrust) transmitted from the adjacent steel shell) - (peripheral resistance force F1n) - (Friction resistance force F2n due to ground reaction force)-(Axial component W2v of steel shell own weight).

一方、軸直角方向の力の釣り合いは、(地盤反力Q(外側への変形を抑制))=(隣接鋼殻から伝達される荷重(ジャッキ推力)の軸直角方向分力Pn-1h)となる。 On the other hand, the balance of force in the direction perpendicular to the axis is (ground reaction force Q (suppresses deformation to the outside)) = (component of the load (jack thrust) transmitted from the adjacent steel shell in the direction perpendicular to the axis Pn-1h). Become.

以上、入力条件の設定と、第一法線方向荷重の算定もしくは第二法線方向荷重の算定がA工程となる。 As described above, the setting of the input conditions and the calculation of the first normal direction load or the calculation of the second normal direction load are the A process.

次に、横断方向梁モデル(解析モデル)の作成を行う。本例では、図7に示す横断方向断面の形状が横長矩形のトンネル函体21のモデル化を行う。ここで、図7は、トンネル函体21の正面視形状であってリング継手面22を示しており、内部にある二つの隔壁にて剛性が付与されており、横断方向断面の線形に沿って複数のリング継手23を備えている。このリング継手23は、例えばリング継ぎボルト等により構成され、隣接する他方のトンネル函体との間で、複数のリング継手23を介してジャッキ推力が伝達される。 Next, create a transverse beam model (analysis model). In this example, a model of the tunnel box 21 shown in FIG. 7 whose cross section in the transverse direction has a laterally long rectangular shape is modeled. Here, FIG. 7 shows the front view shape of the tunnel box 21 and shows the ring joint surface 22, which is stiffened by two internal partition walls, and along the linear cross section in the transverse direction. A plurality of ring joints 23 are provided. This ring joint 23 is composed of, for example, a ring joint bolt or the like, and the jack thrust is transmitted to the other adjacent tunnel box via a plurality of ring joints 23 .

図7に示す横断方向断面の形状を有するトンネル函体21は、図8に示す横断方向梁モデルM2としてモデル化される。ここで、横断方向梁モデルM2は、トンネル函体21の横断方向断面の線形に沿う横断方向断面の梁モデルBM2に対して、地盤バネJM2を取り付けることにより作成される。尚、図示例の地盤バネJM2は、直バネのみを備えているが、地盤バネJM2が直バネとこれに直交するせん断バネの双方を備えていてもよい(以上、B工程)。 The tunnel box 21 having the transverse cross-sectional shape shown in FIG. 7 is modeled as a transverse beam model M2 shown in FIG. Here, the transverse beam model M2 is created by attaching ground springs JM2 to the transverse cross section beam model BM2 along the line of the transverse cross section of the tunnel box 21 . The ground spring JM2 in the illustrated example includes only a straight spring, but the ground spring JM2 may include both a straight spring and a shear spring orthogonal thereto (the above is step B).

次に、横断方向梁モデルM2に対して法線方向荷重(第一法線方向荷重もしくは第二法線方向荷重)を載荷する、横断方向第一解析を実施する。この横断方向第一解析では、A工程における縦断方向の解析において算定され、特定(抽出)されている最大の地盤反力Qmax(第二法線方向荷重)や、算定された必要ジャッキ推力に基づくトンネル函体に作用するジャッキ推力と折れ角とにより求められる第一法線方向荷重を、横断方向梁モデルM2に載荷する。 Next, a first transverse direction analysis is performed in which a normal direction load (first normal direction load or second normal direction load) is applied to the transverse direction beam model M2. In this first transverse direction analysis, based on the maximum ground reaction force Qmax (second normal direction load) that is calculated and specified (extracted) in the analysis of the longitudinal direction in the A process, and the calculated required jack thrust A first normal direction load obtained from the jack thrust acting on the tunnel box and the bending angle is applied to the transverse beam model M2.

図8は、横断方向梁モデルM2を示すとともに、リング継手面に設定されている各リング継手位置(梁モデルにおけるドット位置)に、地盤反力である第二法線方向荷重から逆算したジャッキ推力の法線方向分力を載荷している状態を示している。 FIG. 8 shows the transverse direction beam model M2, and at each ring joint position (dot position in the beam model) set on the ring joint surface, the jack thrust calculated from the second normal direction load, which is the ground reaction force It shows a state in which a force component in the normal direction is applied.

すなわち、最大の地盤反力Qmaxを、横断方向断面であるリング継手面に設けられているリング継手23の数で除すことによって、リング継手当たりのジャッキ推力の法線方向分力である集中荷重vを求め、各リング継手位置に対して、リング継手当たりのジャッキ推力の法線方向分力である集中荷重vを載荷する。 That is, by dividing the maximum ground reaction force Qmax by the number of ring joints 23 provided on the ring joint surface, which is a cross section in the transverse direction, the concentrated load, which is the normal component force of the jack thrust per ring joint, v is obtained, and a concentrated load v, which is the component force in the normal direction of the jack thrust force per ring joint, is applied to each ring joint position.

尚、その他、法線方向荷重を図7に示すリング継手面の周長で除すことによって(等)分布荷重を算定し、リング継手面の全域に分布荷重を載荷する方法であってもよい。特に、図示例の各リング継手位置は比較的均等に配置されていることから、分布荷重を求めてリング継手面の全域に載荷する方法でも精度の高い解析結果が得られる。 In addition, a distributed load may be calculated by dividing the normal direction load by the circumference of the ring joint surface shown in FIG. 7, and the distributed load may be applied to the entire ring joint surface. . In particular, since the positions of the ring joints in the illustrated example are arranged relatively evenly, highly accurate analysis results can be obtained even by the method of determining the distributed load and applying it to the entire ring joint surface.

このように、縦断方向の解析において算定さている法線方向荷重をリング継手23の数で除してリング継手当たりのジャッキ推力の法線方向分力である集中荷重vを求め、各リング継手位置に載荷することにより、各リング継手位置に実際にジャッキ推力が作用している状態を可及的忠実に模擬することができ、精度の高い横断方向断面における断面力(第一断面力)の算定が可能になる。また、第二法線方向荷重として最大の地盤反力Qmaxを用いることにより、安全側の設計を実現できる。 In this way, the normal direction load calculated in the analysis in the longitudinal direction is divided by the number of ring joints 23 to obtain the concentrated load v, which is the normal direction component force of the jack thrust per ring joint, and the position of each ring joint. , it is possible to simulate the state in which the jack thrust is actually acting on each ring joint position as faithfully as possible, and calculate the cross-sectional force (first cross-sectional force) in the cross section with high accuracy. becomes possible. Also, by using the maximum ground reaction force Qmax as the second normal direction load, a design on the safe side can be realized.

横断方向第一解析により、地盤バネJM2には、図8に示すように側壁や隔壁の下で反力が増加する、実際に生じ得る地盤反力がアウトプットされることになる(以上、C工程)。 According to the first analysis in the transverse direction, the ground reaction force that can actually occur is output to the ground spring JM2, where the reaction force increases under the side walls and partition walls as shown in FIG. process).

次に、図9に示すように、横断方向断面の梁モデルBM2のみからなる(地盤バネJM2を備えていない)横断方向梁モデルM2'に対して土水圧を載荷する、横断方向第二解析を実施する。この横断方向第二解析では、横断方向梁モデルM2'に対して、天井鉛直土水圧U1,底盤鉛直土水圧U3と、左右の土水圧U2を載荷することにより、横断方向断面における断面力(第二断面力)を算定する(以上、D工程)。 Next, as shown in FIG. 9, a second analysis in the transverse direction is performed in which earth and water pressure is applied to the transverse beam model M2' consisting only of the beam model BM2 of the transverse cross section (without the ground spring JM2). implement. In this transverse direction second analysis, by loading the ceiling vertical earth and water pressure U1, the bottom floor vertical earth and water pressure U3, and the left and right earth and water pressure U2 on the transverse direction beam model M2', the sectional force in the transverse direction cross section (the second Two-section force) is calculated (above, D process).

次に、C工程において算定された第一断面力とD工程において算定された第二断面力を重ね合わせて重ね合わせ断面力を算定し、この重ね合わせ断面力を用いて、横断方向断面の断面力照査(応力度照査)を実施する(以上、E工程)。尚、C工程とD工程を同時に実施してもよい。具体的には、横断方向断面の梁モデルBM2において、各リング継手位置に対して、リング継手当たりのジャッキ推力の法線方向分力である集中荷重vを載荷し、同時に、天井鉛直土水圧U1や底盤鉛直土水圧U3、左右の土水圧U2を載荷して断面力を算定してもよい。 Next, the first section force calculated in the C process and the second section force calculated in the D process are superimposed to calculate the superimposed section force, and using this superimposed section force, the section of the cross section in the transverse direction A force check (stress check) is carried out (above, step E). In addition, you may implement C process and D process simultaneously. Specifically, in the beam model BM2 of the cross section in the transverse direction, a concentrated load v, which is the normal direction component force of the jack thrust per ring joint, is applied to each ring joint position. , the bottom base vertical soil water pressure U3, and the left and right soil water pressure U2 may be loaded to calculate the cross-sectional force.

応力度照査により、当初設定していたトンネル函体の仕様(強度、耐力)や、地耐力、必要ジャッキ推力を特定し、トンネル函体が耐力不足である、地盤が地耐力不足である等の場合は、入力条件の設定に戻り、トンネル函体の仕様変更(トンネル函体の横断方向断面の変更を含む)、縦断線形の見直しや地耐力向上のための地盤改良の検討等を行い、縦断方向梁モデルや横断方向梁モデル等の解析モデルの再作成と縦断方向解析や、横断方向第一解析、横断方向第二解析等の再実施を行い、再度の応力度照査を行って、トンネル函体と地盤双方の耐力が満足する仕様を決定し、施工計画が作成される。 By checking the stress level, we identified the initially set tunnel box specifications (strength, yield strength), ground bearing capacity, and required jack thrust, and determined that the tunnel box had insufficient bearing capacity and that the ground had insufficient bearing capacity. If so, return to the setting of the input conditions, change the specifications of the tunnel box (including changing the cross section of the tunnel box in the transverse direction), review the vertical alignment, and consider ground improvement to improve soil bearing capacity. Re-create analysis models such as directional beam models and transverse beam models, perform longitudinal direction analysis, transverse direction first analysis, transverse direction second analysis, etc., re-check the stress level, A construction plan is created after determining the specifications that satisfy the bearing strength of both the body and the ground.

図示するトンネル函体の横断方向断面の設計方法によれば、少なくとも曲線区間を有するトンネル函体群20を構成するトンネル函体21の横断方向の設計において、トンネル函体21のリング継手面22におけるジャッキ推力の作用位置が適切に反映されて各作用位置にジャッキ推力が載荷されることにより、精度の高い断面力の算定が可能になり、合理的なトンネル函体の横断方向断面の設計を実現できる。 According to the illustrated method for designing the cross section of the tunnel box, in the design of the transverse direction of the tunnel box 21 constituting the tunnel box group 20 having at least a curved section, the ring joint surface 22 of the tunnel box 21 Appropriately reflecting the working position of the jack thrust and applying the jack thrust to each working position enables highly accurate calculation of cross-sectional force, realizing a rational cross-sectional design of the tunnel box. can.

尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。 It should be noted that other embodiments may be possible in which other components are combined with the configurations described in the above embodiments, and the present invention is not limited to the configurations shown here. Regarding this point, it is possible to change without departing from the gist of the present invention, and it can be determined appropriately according to the application form.

10:掘進機
11:前胴
12:後胴
13:カッタヘッド
20:トンネル函体群
21:トンネル函体
22:リング継手面
23:リング継手
25:余掘り部
28:滑材
30:元押し装置(元押しジャッキ)
G:地盤(地中)
P:ジャッキ推力
S:切羽圧(先端抵抗力)
W1:掘進機自重の軸方向分力
W2:トンネル函体群重量の軸方向分力
F1:周面摩擦力
F2:曲線区間における地盤反力による摩擦抵抗力
Q:地盤反力
Qmax:最大地盤反力
v:リング継手当たり地盤反力
U1:天井鉛直土水圧
U2:土水圧
U3:底盤鉛直土水圧
M1:縦断方向梁モデル
M2、M2':横断方向梁モデル
BM1:曲線含有梁モデル
BM2:横断方向断面の梁モデル
JM1,JM2:地盤バネ
JMa:法線方向地盤バネ
JMb:接線方向地盤バネ
10: Excavator 11: Front body 12: Rear body 13: Cutter head 20: Tunnel box group 21: Tunnel box 22: Ring joint surface 23: Ring joint 25: Overcut part 28: Lubricant 30: Base pushing device (Original push jack)
G: Ground (underground)
P: Jack thrust S: Face pressure (tip resistance)
W1: Axial force component of the weight of the excavator itself W2: Axial force component of the weight of the tunnel box group F1: Surface friction force F2: Frictional resistance force due to ground reaction force in curved sections Q: Ground reaction force Qmax: Maximum ground reaction force Force v: Ground reaction force per ring joint U1: Ceiling vertical earth water pressure U2: Earth water pressure U3: Bottom floor vertical earth water pressure M1: Beam model in longitudinal direction M2, M2': Beam model in transverse direction BM1: Beam model containing curve BM2: In transverse direction Beam model of cross section JM1, JM2: ground spring JMa: ground spring in normal direction JMb: ground spring in tangential direction

Claims (6)

推進装置もしくは掘進機の有する推進ジャッキによるジャッキ推力を受けながら、複数のトンネル函体により形成されて少なくとも曲線区間を有する、トンネル函体群の縦断方向に直交する、トンネル函体の横断方向断面の設計方法であって、
前記曲線区間における前記ジャッキ推力の法線方向成分である、第一法線方向荷重、もしくは、前記曲線区間における前記ジャッキ推力の反力として地盤から法線方向に受ける地盤反力である、第二法線方向荷重、の少なくとも一方を算定する、A工程と、
前記トンネル函体の横断方向断面の梁モデルを作成し、該横断方向断面の梁モデルに対して地盤バネを取り付けて横断方向梁モデルとする、B工程と、
前記横断方向梁モデルに対して、前記第一法線方向荷重もしくは前記第二法線方向荷重を載荷することにより、前記ジャッキ推力に起因する第一断面力を算定する、C工程と、を有することを特徴とする、トンネル函体の横断方向断面の設計方法。
A cross section of a tunnel box formed by a plurality of tunnel boxes and having at least a curved section perpendicular to the longitudinal direction of the tunnel box group while receiving the jack thrust from the propulsion jack of the propulsion device or the excavator. A design method,
The first normal direction load, which is the normal direction component of the jack thrust in the curved section, or the ground reaction force received from the ground in the normal direction as the reaction force of the jack thrust in the curved section, the second A step of calculating at least one of the normal load;
B step of creating a beam model of the transverse cross section of the tunnel box, and attaching a ground spring to the beam model of the transverse cross section to obtain a transverse beam model;
C step of calculating a first cross-sectional force caused by the jack thrust by applying the first normal load or the second normal load to the transverse beam model. A method for designing a transverse section of a tunnel box, characterized by:
前記第一法線方向荷重の算定方法は、
前記掘進機のカッタヘッドに作用する先端抵抗力と、前記トンネル函体群の周面が受ける周面抵抗力とを加えることにより必要ジャッキ推力を算定し、前記曲線区間が鉛直面内にある場合は、前記トンネル函体群と前記掘進機の自重抵抗力をさらに加えることにより必要ジャッキ推力を算定し、
前記必要ジャッキ推力に基づいて、前記トンネル函体群を構成する各トンネル函体に作用する前記ジャッキ推力を算定し、
前記ジャッキ推力と、前記トンネル函体の縦断方向の折れ角とにより、前記第一法線方向荷重を算定することを特徴とする、請求項1に記載のトンネル函体の横断方向断面の設計方法。
The method for calculating the first normal direction load is
When the necessary jack thrust is calculated by adding the tip resistance acting on the cutter head of the excavator and the peripheral surface resistance force received by the peripheral surface of the tunnel box group, and the curved section is in the vertical plane calculates the required jack thrust by further adding the dead weight resistance of the tunnel box group and the excavator,
calculating the jack thrust acting on each tunnel box constituting the tunnel box group based on the required jack thrust;
2. The method for designing a transverse section of a tunnel box according to claim 1, wherein the first normal direction load is calculated from the jack thrust and the bending angle of the tunnel box in the longitudinal direction. .
前記第二法線方向荷重の算定方法は、
コンピュータにおいて、前記トンネル函体群を、等価剛性を有する曲線含有梁モデル、もしくは、隣接する前記トンネル函体の梁モデルを回転バネにて連結してなる曲線含有梁モデルを作成し、該曲線含有梁モデルに対して地盤バネを取り付けて縦断方向梁モデルとし、
前記縦断方向梁モデルに対して前記ジャッキ推力を載荷し、該縦断方向梁モデルに生じる地盤反力である前記第二法線方向荷重を算定することを特徴とする、請求項1に記載のトンネル函体の横断方向断面の設計方法。
The method for calculating the second normal direction load is
In a computer, a curve-containing beam model having equivalent rigidity or a curve-containing beam model formed by connecting the beam models of the adjacent tunnel boxes with a rotating spring is created for the tunnel box group, and the curve-containing beam model is created. A ground spring is attached to the beam model to make it a longitudinal direction beam model,
2. The tunnel according to claim 1, wherein said longitudinal beam model is loaded with said jack thrust, and said second normal direction load, which is a ground reaction force generated in said longitudinal beam model, is calculated. How to design the transverse section of the box.
前記C工程では、
前記A工程にて算定された前記第一法線方向荷重もしくは前記第二法線方向荷重を、前記横断方向断面であるリング継手面に設けられているリング継手の数で除すことにより、リング継手当たりの集中荷重を求めて各リング継手位置に載荷する、
もしくは、前記A工程にて算定された前記第一法線方向荷重もしくは前記第二法線方向荷重を、前記横断方向断面であるリング継手面の周長で除すことにより分布荷重を算定し、該リング継手面に該分布荷重を載荷する、ことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトンネル函体の横断方向断面の設計方法。
In the C step,
Ring Find the concentrated load per joint and apply it to each ring joint position,
Alternatively, calculating the distributed load by dividing the first normal direction load or the second normal direction load calculated in the step A by the circumference of the ring joint surface, which is the cross section in the transverse direction, 4. The method for designing a transverse cross section of a tunnel box according to any one of claims 1 to 3, wherein the distributed load is applied to the ring joint surface.
前記C工程において前記第二法線方向荷重を使用する場合、該C工程では、算定された複数の地盤反力のうち、最大地盤反力を抽出して使用することを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のトンネル函体の横断方向断面の設計方法。 When the second normal direction load is used in the step C, the step C extracts and uses the maximum ground reaction force among the plurality of calculated ground reaction forces. 5. A method for designing a transverse cross section of a tunnel box according to any one of 1 to 4. 前記横断方向断面の梁モデルに対して土圧もしくは土水圧を載荷することにより、該土圧もしくは土水圧に起因する第二断面力を算定する、D工程と、
前記C工程と前記D工程で算定された前記第一断面力と前記第二断面力を重ね合わせて重ね合わせ断面力を算定し、該重ね合わせ断面力に基づいて前記横断方向断面の断面力照査を行う、E工程と、をさらに有することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のトンネル函体の横断方向断面の設計方法。
D step of calculating a second cross-sectional force caused by earth pressure or earth and water pressure by applying earth pressure or earth and water pressure to the beam model of the cross section in the transverse direction;
Calculate the superimposed cross-sectional force by superimposing the first cross-sectional force and the second cross-sectional force calculated in the C step and the D step, and check the cross-sectional force in the transverse direction based on the superimposed cross-sectional force 6. The method for designing a transverse cross section of a tunnel body according to any one of claims 1 to 5, further comprising a step E of performing
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