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岡　亮介

地盤の初期変位を考慮したトンネル覆工設計法に関する研究

杉本　光隆

　トンネル覆工設計における解析的手法は、主として連続体モデルによる解析とはり－
ばねモデルによる解析の二つに大別される。連続体モデルは、複雑な地盤や構造物の形状の解析が可能であること、掘削に伴う地表面への影響の解析が可能であること、三次元の取り扱いが可能であることなどのメリットがある。一方、はり－ばねモデルによる解析は、地盤とトンネル覆工の相互作用を全周にわたり地盤ばねで表現し、覆工に作用する断面力を精度よく算定することができる。さらに近年、掘削面のトンネル内側への変位による主働側の土圧の評価、覆工を設置するまでの掘削面変位の評価、地山の自立の表現が可能な解析モデルが開発され、軟弱地盤から硬質地盤にわたり、従来の応力境界条件で解析した場合と比較し、覆工作用土水圧、覆工の変位・断面力を合理的に表現できことがわかっている。しかし、はり－ばねモデルでは、トンネル切羽の進行に伴う影響、地表面沈下の算定等ができないという欠点があり、これらの検討を行うには、他の設計方法を併用することが必要である。
　本研究では、既往のはり－ばねモデルを拡張し、トンネル周辺地盤を平面ひずみ要素でモデル化した変位境界を用いた連続体モデルを開発し、地盤反力係数と裏込め注入率についてパラメータスタディを行い、トンネル覆工の挙動とトンネル覆工に作用する土水圧の検討を行う。さらに、開発したモデルと地盤反力曲線を用いたはり－ばねモデルの解析結果を比較し、新たに開発した連続体モデルの妥当性を検証する。
　以上から、トンネル周辺地盤の挙動を表現することができ、かつ、はり－ばねモデルにより地盤と覆工の相互作用が表現可能な連続体モデルによるトンネル覆工設計法の構築に寄与することを目的とする。
本研究では、大深度地下での良好な地山におけるシールド掘削を想定して、地盤条件や覆工構造条件を設定した。また、地盤反力係数(50MN/m3、500MN/m3)と有効裏込注入率を(100%、96%)設定し、計4Caseの解析を行った。その結果、地盤反力曲線を用いたはり－ばねモデルと変位境界を用いた連続体モデルで変形のモードや、覆工に作用する土水圧のオーダーは同様の傾向を示し、本解析モデルの地盤と覆工との相互作用のモデルの妥当性が検証できた。

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