氏名 徐 世雄
シールド機動力学モデルによる施工条件がシールドトンネルの施工時荷重に与える影響評価
指導教官 杉本 光隆
シールドの制御，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，施工時荷重等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のが現状である．
さらに近年のシールドトンネルは都市の過密化，コスト縮減等の影響を受け，大断面化，大深度化，急曲線化が進んでいる．それに伴いシールドトンネル施工時に，セグメントのひび割れや欠けなどの不具合が顕在化してきており，施工時の荷重を検討することが重要となってきている．
これまでの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挙動を再現可能であることが確認されてきた．これらの検証に用いた現場計測データは，軟弱な沖積層や堅固な洪積層およびその互層地盤を掘進したものであり，シールド機動力学モデルは多様な掘進条件下にあるシールドの挙動を合理的に表現できるという点では，既に完成の域にあるといえる．
そこで本研究では，セグメント長さ, 曲線半径の変化, 前胴と後胴の長さの変化などのシールド機動力学モデルによる施工条件がシールドトンネルの施工時荷重に与える影響に着目をした．本研究では，日本堤現場を参考に，理想データを作った．
数値実験では，まず，幾何学的に中折れ角と余掘り量，範囲を求めた．次に，ジャッキ推力Ｆ3r , ジャッキ推力によるｐ軸回りのモーメントM3p , ジャッキ推力によるq軸回りのモーメントM3q をゼロにし，力とモーメントのつり合いからＦ3r , M3p , M3qを求めた．次に，得られたＦ3r , M3p , M3q を施工時荷重の入力値として，施工時荷重による影響が顕在化している急曲線部において，シールド挙動のシミュレーションを行った.
本研究により，以下の結論を得た．
1）幾何学的に求めた制御条件（中折れ角，余掘り量）は，力学的釣り合いを考慮していないため，シールドが周期的に水平面内で蛇行（シフト，回転）し，テールクリアランスも同じ周期で変動する．
2）施工条件の変化がシールド機の施工時荷重に与える影響を評価した．
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