JPH11211518A - トンネル緩み域の評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】現場において短時間にかつ精度よく掘削地山の
緩み域の深さを評価する。 【解決手段】本発明に係るトンネル緩み域の評価方法に
おいては、まず、掘削径Ｄでトンネル掘削を行う際、該
トンネルの内空変位を所定の計測位置にて継続的に計測
しながら、その収束状況を監視する（ステップ１０
１）。次に、内空変位が収束したと判断されるときの計
測位置における切羽からの距離をｄとする（１０２）。
一方、三次元弾塑性解析を行うことによって、トンネル
掘削径にその両側の緩み域を加えた全体径とその断面位
置から切羽までの距離との関係を予め導いておく（ステ
ップ１０３）。次に、三次元弾塑性解析で得られた係数
αを用いた式、すなわち全体径Ｄ´＝ｄ／αに上述の距
離ｄを代入して、現場計測位置における全体径Ｄ´を算
出する（１０４）。次に、算出された全体径Ｄ´及び掘
削径Ｄから緩み域の深さＷｐをＷｐ＝（Ｄ´−Ｄ）／２
として算出する（１０５）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルを掘削す
る際に該掘削に伴う緩み域を評価する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネルを設計する際には、弾性波探査
やボーリングデータ等によって地山の性状をある程度事
前に把握し、かかる初期的なデータを用いて掘削方法や
支保パターンが概略設計されるが、複雑な地層構造を長
距離にわたって貫くトンネルの場合には、最初に決定さ
れた掘削方法や支保パターンのままで施工を行うことが
できることは少なく、実際には、掘削中に計測された岩
盤性状データに基づいて当初の掘削方法や支保パターン
を随時設計変更していくのが一般的である。

【０００３】ここで、トンネルの設計施工においては、
地山の挙動を把握することが重要であり、かかる地山の
挙動を精度よく把握すれば、トンネルの安定性を確保す
るとともに合理的な掘削方法や支保パターンを決定する
ことが可能となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、掘削地山の内
面には非弾性域であるいわゆる緩み域が発生しており、
かかる緩み域の深さを精度よく計測することができれ
ば、ロックボルトや吹付けコンクリートといった支保工
を合理的に設計することができる。

【０００５】しかしながら、緩み域の深さを把握するに
は、ロックボルトの軸力や地中変位などの計測を行う必
要があり、かかる計測機器を設置するごとに施工を中断
せねばならず、トンネルの施工工期を遅延させる原因と
なるとともに、計測された軸力や地中変位から緩み域の
深さを把握するには、逆解析、すなわち計測された軸力
や地中変位を発生せしめるような地山の応力状態を知る
ための解析を行わねばならず、その解析に多大な時間を
要するという問題を生じていた。

【０００６】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、現場においても短時間にかつ精度よく掘削地
山内面に生じている緩み域の深さを評価することが可能
なトンネル緩み域の評価方法を提供することを目的とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るトンネル緩み域の評価方法は請求項１
に記載したように、掘削径Ｄで掘削を行う際の内空変位
を所定の計測位置にて継続的に計測しつつその収束状況
を監視し、前記内空変位が収束したと判断されるときの
前記計測位置における切羽からの距離をｄとし、トンネ
ル掘削径にその両側の緩み域を加えた全体径とその断面
位置から切羽までの距離との関係であって三次元弾塑性
解析の解析結果から予め導かれたものを用いて前記掘削
径Ｄにその両側の緩み域を加えた全体径Ｄ´を算出し、
算出された全体径Ｄ´及び前記掘削径Ｄから前記緩み域
の深さＷｐを算出するものである。

【０００８】また、本発明に係るトンネル緩み域の評価
方法は、前記関係を、トンネル掘削径にその両側の緩み
域を加えた全体径がその断面位置から切羽までの距離を
２で除した値に等しいとするものである。

【０００９】本発明に係るトンネル緩み域の評価方法に
おいては、掘削径Ｄでトンネル掘削を行う際、該トンネ
ルの内空変位を所定の計測位置にて継続的に計測しなが
ら、その収束状況を監視する。

【００１０】トンネルの内空変位、すなわちトンネル内
径の変化を計測するにあたっては、スチールテープなど
をトンネル空間に張って計測したり、２測点に貼り付け
た反射ターゲットを光波測距儀で視準してそれら２測点
間の距離を計測したりといった方法が考えられる。

【００１１】トンネルの内空変位が収束したかどうか
は、例えばトンネルの掘進距離に対する内空変位の変化
量が所定の値以下に収まったかどうかで判断することが
できる。

【００１２】次に、内空変位が収束したと判断されると
きの計測位置における切羽からの距離をｄとする。

【００１３】一方、三次元弾塑性解析を行うことによっ
て、トンネル掘削径にその両側の緩み域を加えた全体径
とその断面位置から切羽までの距離との関係を予め導い
ておく。そして、かかる関係に上述の距離ｄを適用する
ことで掘削径Ｄにその両側の緩み域を加えた全体径Ｄ´
を算出する。

【００１４】次に、算出された全体径Ｄ´及び掘削径Ｄ
から緩み域の深さＷｐを算出する。

【００１５】このようにすると、現場で内空変位を計測
監視するだけで緩み域の深さＷｐを即座に評価すること
が可能となる。

【００１６】ここで、上述の関係を、トンネル掘削径に
その両側の緩み域を加えた全体径がその断面位置から切
羽までの距離を２で除した値に等しいとするならば、全
体径を簡単にかつ十分な精度で算出することが可能とな
る。

【００１７】なお、本発明が適用される掘削形態として
は、全断面を均等に掘削していく場合はもちろん、トン
ネル断面を例えば上半切羽、下半切羽、インバートとい
うように分割し、それらを上方領域から順に先行して掘
削していくような場合（いわゆるベンチカット工法）も
当然に含まれる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るトンネル緩み
域の評価方法の実施の形態について、添付図面を参照し
て説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等に
ついては同一の符号を付してその説明を省略する。

【００１９】図１は、本実施形態に係るトンネルの緩み
域の評価方法の手順を示したフローチャートを示したも
のである。同図でわかるように、本実施形態に係るトン
ネル緩み域の評価方法においては、まず、図２(a)に示
すような掘削径Ｄでトンネル掘削を行う際、該トンネル
の内空変位を所定の計測位置にて継続的に計測しなが
ら、その収束状況を監視する（ステップ１０１）。

【００２０】トンネルの内空変位、すなわちトンネル内
径の変化は、切羽から離れるにつれて図２(b)に示すよ
うに大きくなるが、やがて一定の値に収束するので、そ
の収束状況を監視すればよい。トンネルの内空変位が収
束したかどうかは、例えば図２(a)に示した掘削方向へ
の掘進距離に対する内空変位の変化量が所定の値以下に
収まったかどうかで判断することができる。

【００２１】トンネルの内空変位を計測するにあたって
は、スチールテープなどをトンネル空間に張って計測し
たり、２測点に貼り付けた反射ターゲットを光波測距儀
で視準してそれら２測点間の距離を計測したりといった
方法が考えられる。

【００２２】次に、内空変位が収束したと判断されると
きの計測位置における切羽からの距離を図２(b)に示す
ようにｄとする（ステップ１０２）。

【００２３】一方、三次元弾塑性解析を行うことによっ
て、トンネル掘削径にその両側の塑性域、言い換えれば
緩み域を加えた全体径とその断面位置から切羽までの距
離との関係を予め導いておく（ステップ１０３）。

【００２４】図３は、かかる三次元解析を行うために作
成した三次元解析モデルを示した斜視図、図４は、その
三次元解析モデルの中で内空変位が収束したと判断され
る位置での断面図であり、これらの図中、塗りつぶされ
た部分は、解析結果である緩み域を示す。

【００２５】本出願人がこれらの解析を多数行った結
果、内空変位が収束したと判断される断面位置におい
て、該断面位置から切羽までの距離を、トンネル掘削径
にその両側の緩み域を加えた全体径で除した値（以下、
係数αと呼ぶ）は、一定値で表すことが可能であって、
これを特に２と定めることが妥当であることが判明し
た。

【００２６】次に、かかる係数αと上述した距離ｄを 全体径Ｄ´＝ｄ／α に代入して現場計測位置における全体径Ｄ´を算出する
（ステップ１０４）。

【００２７】次に、算出された全体径Ｄ´及び掘削径Ｄ
から緩み域の深さＷｐを Ｗｐ＝（Ｄ´−Ｄ）／２ として算出する（ステップ１０５）。

【００２８】以上説明したように、本実施形態に係るト
ンネルの緩み域の評価方法によれば、現場で内空変位を
計測監視するだけで緩み域の深さＷｐを即座に評価する
ことが可能となり、従来のように、ロックボルトの軸力
や地中変位などの計測を行うための計測機器を設置した
り、それらの設置のために施工を中断したり、計測され
た軸力や地中変位から緩み域の深さを把握すべく、膨大
な時間をかけて逆解析を行ったりする必要がなくなる。

【００２９】そのため、評価された緩み域の深さＷｐを
現場での掘削方法や支保パターンあるいは施工管理に迅
速にフィードバックし、トンネル掘削における安全性や
効率の向上を図ることが可能となる。すなわち、現場に
おいてほぼリアルタイムに評価された緩み域の深さＷｐ
を用いて、吹付けコンクリートの厚みやロックボルトの
長さあるいはピッチを変更したり、鋼製支保工の断面変
更などを行ったりすることにより、そのときの地盤性状
に最適な形でトンネル掘削を行うことができる。

【００３０】また、本実施形態によれば、三次元弾塑性
解析を行った結果、トンネル掘削径にその両側の緩み域
を加えた全体径とその断面位置から切羽までの距離との
間に、 全体径＝断面位置から切羽までの距離／２ なる関係があるものとして計測位置における全体径Ｄ´
を算出するようにしたので、全体径Ｄ´ひいては緩み域
Ｗｐを簡単にかつ十分な精度で算出することが可能とな
る。

【００３１】本実施形態では、上述した通り、トンネル
掘削径にその両側の緩み域を加えた全体径は、その断面
位置から切羽までの距離を２で除した値に等しいものと
することができることを説明したが、これは一例であっ
て係数αが必ずしも２に限定されるという意味ではな
く、岩盤性状、トンネル掘削径等を入力データとして三
次元弾塑性解析を予め行うことによって最適な係数αを
トンネルごとに算出し、該係数αをそのトンネル施工現
場に適用するようにすれば、任意のトンネルにおいて緩
み域Ｗｐを十分な精度で算出することができることは言
うまでもない。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１に係る本発
明のトンネル緩み域の評価方法によれば、現場で内空変
位を計測監視するだけで緩み域の深さを即座に評価する
ことが可能となる。そのため、評価された緩み域の深さ
を現場での施工方法や施工管理に迅速に反映させること
が可能となり、トンネル掘削における安全性や効率の向
上を図ることができる。

【００３３】また、請求項２に係る本発明のトンネル緩
み域の評価方法によれば、全体径ひいては緩み域を簡単
にかつ十分な精度で算出することが可能となるという効
果も奏する。

【００３４】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係るトンネル緩み域の評価方法の
手順を示したフローチャート。

【図２】本実施形態に係るトンネル緩み域の評価方法に
おける緩み域について説明した図であり、(a)はトンネ
ルと緩み域との位置関係を示した水平断面図、(b)は緩
み域の収束状況を示した概略図、(c)は(a)のＡ―Ａ線に
沿う鉛直断面図。

【図３】三次元弾塑性解析を行う際の解析モデルとその
解析結果を示した全体斜視図。

【図４】三次元弾塑性解析を行う際の解析モデルとその
解析結果を示した断面図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天野 悟 東京都千代田区神田司町２丁目３番地 株 式会社大林組東京本社内 (72)発明者 畑 浩二 東京都清瀬市下清戸４丁目640 株式会社 大林組技術研究所内 (72)発明者 木梨 秀雄 東京都清瀬市下清戸４丁目640 株式会社 大林組技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削径Ｄで掘削を行う際の内空変位を所
   定の計測位置にて継続的に計測しつつその収束状況を監
   視し、前記内空変位が収束したと判断されるときの前記
   計測位置における切羽からの距離をｄとし、トンネル掘
   削径にその両側の緩み域を加えた全体径とその断面位置
   から切羽までの距離との関係であって三次元弾塑性解析
   の解析結果から予め導かれたものを用いて前記掘削径Ｄ
   にその両側の緩み域を加えた全体径Ｄ´を算出し、算出
   された全体径Ｄ´及び前記掘削径Ｄから前記緩み域の深
   さＷｐを算出することを特徴とするトンネル緩み域の評
   価方法。
2. 【請求項２】 前記関係を、トンネル掘削径にその両側
   の緩み域を加えた全体径がその断面位置から切羽までの
   距離を２で除した値に等しいとする請求項１記載のトン
   ネル緩み域の評価方法。