川崎裕士

シールド機テール部に作用する施工時荷重の検討

杉本光隆

現在，シールド機の制御・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機に作用する外力，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，シールド機の作用力が力学的釣り合い条件を満たすよう，シールド機の挙動・掘進条件を考慮できるシールド機の動力学モデルの確立が必要である。
これまで、現場実測データを用いた検証により、シールド機動力学モデルは、単胴型，中折れ型ともに実際のシールド機挙動を再現可能であることが確認されてきた。すなわち、単胴型については、泥水式，土圧式，偏心多軸泥土圧式など各種形式のシールド機挙動が再現可能であることを確認した。一方、中折れ型についても、急曲線を含む複雑な線形におけるシールド機の挙動を再現可能であることを示した。これらの検証に用いた現場実測データは、軟弱な沖積層や堅固な洪積層の単層地盤や、その互層地盤を掘進したデータであって、シールド機動力学モデルは、多様な掘進条件下にある実際のシールド機の挙動を合理的に表現できることから、既に完成の域にあるといえる。
急曲線の施工実績によると，テールクリアランスが減少し，テールグリースが圧縮を受けることによって，セグメントに損傷が起こって漏水事故に至ったという報告がある。こうした施工時荷重のセグメントへの影響を明らかにするためには，テール部に作用するセグメントからの作用力を正確に表現できるモデルを開発する必要がある。
そこで本研究では，シールド機とセグメントの相互作用がシールド機の挙動に与える影響のメカニズムを解明することを目的とし，グリースの流動抵抗およびワイヤーブラシの作用位置の移動による影響をより詳細に表現できるモデルを開発するとともに，これらがシールド機挙動に及ぼす影響を定性的に評価した。
本研究により以下の結論を得た。
1)グリースの流動抵抗および裏込めの回り込み固化によるワイヤーブラシのバネ値の増加をより詳細に表現できるモデルを開発した。
2)急曲線区間を掘進する泥水式中折れシールド機の現場実測データを用いたシールド機挙動シミュレーションを実施した。その結果，中折れシールド機動力学モデルによるシールド機挙動シミュレーション結果は，実際のシールド機掘進挙動によく一致した。これより，中折れシールド機動力学モデルの合理性を再確認した。
3)このモデルにより，拡径セグメントをシールド機テールが通過する際のシールドジャッキ推力変動を表現できることを確認した。
したがって，このモデルを用いれば，より実現象に近い状態でセグメントに作用する施工時荷重の評価することが可能となる。