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垣内　祐輝

施工時荷重によるセグメントの数値解析

杉本　光隆

近年，都市の地下空間では，構造物の輻輳化や施工可能空間の狭隘化により，シールドトンネルの大深度化や急曲線化が進んでいる．これらにより，施工時にセグメントに作用する荷重は以前よりも増大する傾向にある．しかし，その中で施工時にセグメントに作用する荷重については，定量的な検討を含め未解明な点が多く，設計段階では十分な検討がなされていないのが現状である．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機の制御に対応することが困難であった．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，シールド機動力学モデルの確立が必要である．
既往の研究では，シールドマシン部を解析に組み込むことでテール作用力とジャッキ推力によるセグメントへの影響を一度に解析できる統合モデルを開発し，急曲線部を掘進中のシールドが，セグメントに与える施工時荷重の解明を目的として，以下の研究を行った．①杉本らが開発したシールド機動力学モデルを用いてシールド挙動をシミュレーションすることにより施工時荷重を推定する．②推定した施工時荷重を用いて，シールドトンネルの3次元FEM解析を行い，セグメントの変位を求め，現場で計測されたセグメント変位と比較する．③上記を基に急曲線部において，シールド施工時荷重がセグメントへ与える影響について検討を行う．その結果，解析によりセグメントの曲線外側への剛体変位を概ね表現できたが，セグメントの縦長の変形を十分に表現できなかった．これは，静的解析によりセグメントの変位，変形を求めているためと考えられる．計測値を表現するには，掘進時の逐次解析が必要と考えられる．
そこで本研究では，裏込め材に注目し，裏込め材の硬化過程を考慮に入れて，2Stepの逐次解析を行った．その結果，Step1よりStep2で変位が増加し，逐次解析で変位が累積できることがわかった．
また，セグメントの曲線外側への剛体変位，セグメントの変形を概ね表現できた．今後は逐次解析の段階を増やし，裏込め材の硬化過程を考慮することにより，時系列のセグメントの変位・変形を解析する予定である．

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