山口　貴幸

トンネル横断方向傾斜地盤を考慮したDPLEXシールド機挙動予測

指導教官　杉本　光隆


　現在、シールドマシンの制御・操作は自動掘進システムにより行われている。しかし、シールド掘削に関連する地盤物性値やシールドマシンに作用する外力、およびその挙動については未解明な点が多く、これらのシステムはいくつかの経験的な関係を基にし、理論的な背景を持たない。したがって、従来の自動掘進システムでは、複雑な地層や異形断面シールドの制御に対応することが困難である。これらの問題点を解決するためには、シールドマシンの作用力が力学的釣り合い条件を満たすよう、シールドマシンの挙動・掘進条件を考慮できるシールドマシンの動力学モデルの確立が必要である。また、DPLEX(偏心多軸)シールド機は、通常とは異なる掘削機構を持ち、任意断面の掘削、長距離掘進が可能、などの利点があり、採用例も増えつつある。一方、カッタ回転に伴ってシールド機体が揺動し、その大きさによっては切羽安定性の低下やセグメントの損傷を引き起こすことが懸念されている。

　これまでに、シールド機動力学モデルを用いて、円形シールド機・中折れシールド機の挙動予測を行い、同モデルの妥当性を検証している。しかし、同モデルでは、カッタフェイスによる掘削機構が通常のものと異なるDPLEXシールド機の挙動を表現することはできない。さらに、トンネル横断方向傾斜地盤はシールド機の挙動に影響を与えるが、同モデルでは考慮することはできない。

　こうした状況を踏まえ、本研究では、DPLEXシールド機の挙動予測を目的として、既存のシールド機動力学モデルを拡張し、カッタフェイスによる地盤掘削機構が従来のシールド機と異なるDPLEXシールド機の挙動モデルを開発するとともに、同モデルを用いたDPLEXシールド機挙動の予測値と実測値を比較・検討することで、その妥当性を検証する。さらに、地盤構造については、3次元地盤構造データを用いることにより、今まで考慮できなかったトンネル横断方向傾斜地盤を取り扱えるようにする。

　本研究により以下の結論を得た。
�@既存のシールド機動力学モデルの拡張によって、新たにDPLEXシールド機作用力モデルを開発した。これによって、実際のDPLEXシールド機の挙動を表現できることを確認した。
�Aトンネル横断方向傾斜地盤を取り扱えるようにした。これによって、トンネル横断方向傾斜地盤によるシールド機挙動への影響を考慮できるようになった。