前田和也
変位境界を用いた有限要素法によるシールドトンネル近接施工影響評価

　近年、都市部の地下では様々なインフラストラクチャーが輻輳しており、これらのほとんどはシールド工法によって建設されている。このような地下空間を建設するためのシールド工法は欠くことのできない存在となっている。一方、最近のシールド工法は施工管理技術が飛躍的に進歩し、周辺地盤に与える影響は減少してきている。しかし、地盤の変形が生ずる施工例が多いのが現状である。これらのことから、シールドトンネル掘削による既設構造物への近接施工影響評価が今後ますます重要になると考えられる。
シールドトンネル掘削に伴う周辺地盤への影響予測手法として、これまで、二次元平面ひずみ状態を仮定した有限要素解析が提案され、実問題に適用されてきた。この手法は、解析対象とする地盤に初期応力解析として自重を作用させた後、掘削による応力解放を応力境界として掘削面に導入し、地盤変位を求めるという手法である。（応力境界を用いた解析と呼ぶ）。しかし、この手法では、応力解放率や解析領域下方の範囲設定、弾性解析では地盤の弾性係数に解析結果が大きく依存するという問題がある。さらに、計画平面線形が曲線の場合やシールドの蛇行が著しい場合には、トンネル通過によって発生する地盤変位は非対称になる。トンネル全周にわたって一定な応力解放率を作用させると、解析結果はトンネル中心を軸として左右対称となり、このように非対称に生じる地盤変位を適切に表現することができない。
このような状況を踏まえ、本研究ではシールド機動力学モデルによって得られるシールド掘進中に生ずる掘削面の変位を基にした新たな地盤変位予測手法を提案する。（変位境界を用いた解析と呼ぶ）。この手法は、シールド掘進による変位を強制変位として掘削面に導入して解析するものである。利点は、�@正確な変位の把握により解析精度が向上する、�A施工の影響をダイレクトに評価できる、�B曲線施工時の左右非対称性を表現できる、�C応力解放率や弾性係数を操作する必要がない、�Dモデル領域の影響が少ない、等である。さらに、同手法による二次元・三次元有限要素解析結果と現場計測データを比較することにより、その妥当性・有効性を検証することを目的とする。
この結果、提案する手法は曲線部における非対称な地盤変位挙動をシミュレートできること、既存の解析手法より提案する解析手法の方が実際の地盤変位挙動をより高い精度でシミュレートできることが明らかとなった。