藤井良大

推進工法の推力算定に関する研究

杉本光隆


　推進工法における推力は、先導体先端部の地山への貫入あるいは掘削による抵抗と外周面が地山と接触する際の摩擦や付着力、管の自重による管と土との摩擦の和に見合う力で、推進諸抵抗値の総和となる。推進工法は管を地中に押込んで管路を形成するため、これらの推進諸抵抗の中で推進力に最も影響を与える要因は、管と地山との摩擦抵抗であると考えられる。推進工法では、先導体による掘削は管外形よりも大きくする。これによりできる管と地山との隙間を余掘りという。地山に管を圧入するという推進工法の機構上、この余掘りが推進力へ与える影響は非常に大きいと考えられる。しかし、推進力算定の従来モデルでは、地盤とトンネルとの間の隙間と無関係に推進力が定まるため、摩擦抵抗と付着力に大きな影響を与えると考えられる余掘りを考慮することができない。その代わりに、土圧としては緩み土圧を用い、推進力低減係数βを土質別に与えている。

　そこで、本研究では既往の研究において開発した余掘りを考慮できる全周地盤ばねモデルを用いて解析モデルを開発し、解析結果を力学的に検証することで、提案する推力算定モデルの妥当性を検証する。

　推進工法は既成管を坑口からのジャッキの推進力により管を地中に圧入して管渠を布設する工法であるため、曲線部の推進管は初期の状態で曲げモーメントが発生していなければならない。この状態を表現するために、解析モデルでは曲線部分の推進管を後続管の延長線上に設定し、掘削領域が計画線形となるように地盤ばね外側に強制変位を与えた。推進管が地盤ばねに支えられているため、地盤ばね外側に強制変位を与えることにより地盤ばねと推進管の力のバランスにより推進管が曲がる。この手法により曲線部の推進管を1管ずつ設定していくこととした。

　本研究で提案する解析モデルは、�@最終状態での作用荷重の地盤変位依存性の有無、�A周辺地盤による作用荷重の分担の有無を統一的に表現できるモデルである。さらに、本研究で提案する解析モデルは以下の特徴を有する。�@余掘りの影響を評価できる。�A管と地盤の間にインターフェイス要素を用いることにより、動的な周面摩擦を考慮できる。

　仮想の現場を設定して解析モデルの検証を行った結果、地盤反力分布、管に働く応力が合理的に表現できることが明らかとなった。これにより本解析モデルが推進工法の推進管の受ける地盤反力、周面摩擦力および応力状態を表現できることを確認した。また、曲線部での地盤反力分布は、従来用いられている分布長1/4Lよりも長くなり3/8Lとなることを明らかとした。