芳野　弘基

3次元連続体モデルによるSENS周辺地盤の挙動解析

杉本　光隆

　本研究の対象とするシールドを用いた場所打ち支保システム（以下，SENS）は，山岳工法とシールド工法の境界領域である洪積層や新第三紀層の地盤にトンネルを構築するトンネル技術で，既存のトンネル施工技術であるシールド工法，場所打ちコンクリートライニング工法（ECL），山岳工法から，こうした地盤に適した要素技術を組合せて考案されたものである．
　SENSの施工では，地盤と内型枠の間に一次覆工コンクリートを加圧充填しながら，連続的に覆工体を構築する．そのため，はじめに打設される一次覆工コンクリートは未固結で，内型枠は一次覆工コンクリートによる浮力を連続的に受け，上方へ剛体変位する傾向が見られる．その後，時間の経過とともに，一次覆工コンクリートは硬化し，地盤からの土水圧が作用するようになるが，この土水圧は，内型枠の三次元的な挙動により，初期作用土水圧から有効土圧が減少したり，地山の状況によっては地盤が自立し有効土圧が0となることも考えられる．したがって，一次覆工や内型枠を設計する上で，常に考慮しなければならない基本的荷重である作用土水圧を推定するためには，三次元的かつ逐次的に変化する内型枠の挙動に応じた，地盤，一次覆工，内型枠の相互作用を表現できる解析モデルが必要である．既往の研究では，SENSにおける内型枠および一次覆工の挙動を解明することを目的として，SENSの荷重条件と施工過程を考慮し，一次覆工と内型枠をはり-ばねモデルで，地盤を地盤ばねで表現した三次元解析モデル（はり-ばねモデル）を開発し，実トンネルの現場計測データを用いて同手法の妥当性を検証した．岡野・中田らは，内型枠と一次覆工の挙動だけでなく，トンネル周辺の地盤挙動を解明することを目的に，掘削に伴う地表面への影響を検討するため，地盤を連続体で要素化した三次元連続体モデルを開発し，地盤変位が発生しやすい小土被り区間を解析断面とし，地表面変位解析を行い，現場計測値と比較することで同手法の妥当性を検討した．
　本研究では，適用事例を増やすことにより，提案する解析手法の汎用性を確認することを目的として，SENSでの5例目の施工例である北海道新幹線羊蹄トンネルを対象として，SENS覆工挙動を連続体モデルによって事後解析を行い，施工管理の基礎となる知見を得た．