西松建設技報

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まないせき
6 years ago
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Design and construction of the parallel tunnels adjoining the structure on the ground 亀谷英樹岡村 Hideki Kameya 尾沢 Takahiko Okamura 孝三梅田 Kouzou Ozawa 鈴木貴彦克史 Katsushi Umeda 健 Takeshi Suzuki 要約

1 Design and construction of the parallel tunnels adjoining the structure on the ground 亀谷英樹岡村 Hideki Kameya 尾沢 Takahiko Okamura 孝三梅田 Kouzou Ozawa 鈴木貴彦克史 Katsushi Umeda 健 Takeshi Suzuki 要約岸谷生麦トンネルは都市部の土砂地山に建設される I 期線 II 期線が近接した双設トンネルである土被りは最大でも約 13.5 ｍと全線にわたって小さく地表には中学校校舎等の構造物が近接する厳しい現場条件であったが先行トンネルの覆工コンクリートの一部に軽微な補強を施すことと後行トンネルに先受け工法等の補助工法と全断面掘削早期閉合による掘削工法を適用することによって先行トンネルや近接構造物に変状を発生させることなく安全かつ合理的にトンネル掘削を行った本稿は後行 II 期線トンネルの掘削による先行 I 期線トンネルおよび中学校校舎への影響解析と実施工での現場計測結果について報告するものである目次離隔を掘削幅の約 3 倍としている場合が多い 1 1 はじめにしかしながら市街地に建設される当該トンネルでは地形地質概要現場の諸条件より掘削を開始する起点側坑口から約 3 事前の数値解析 150 m 区間で両者の純離隔を m 程度しか確保で 4 トンネル掘削状況と計測結果きなかったさらに土被り約 13.5 m の地表部直上には 5 双設トンネルの変形形態の整理中学校校舎グラウンドおよび体育館が存在している中 6 まとめ学校校舎と体育館は杭基礎構造であり事前に他工事によりアンダーピニングによる受替杭の施工を行っており 1 はじめにトンネル掘削時には切羽に出現する既設杭を撤去しながら施工を行った受替え工事および I 期線トンネルの設都市計画道路岸谷生麦線は全長約 1,00m の横浜市計施工については文献にて既に報告済みである,3 道であり完成後は横浜環状北線の出入口としても利用本稿は II 期線トンネルの掘削による I 期線トンネルされる関連街路であるこのうち岸谷生麦線の国道 1 および中学校校舎等への影響解析と実施工での現場計測号側約 300m 区間は都市部山岳工法の双設トンネルで建結果について報告するものである設する計画である写真 1 図 1 参照双設トンネルのうち生麦行きトンネル以下 I 期線トンネルは他工事との関係から施工を先行し平成 19 年 8 月に覆工コンクリートの施工までが完了した一方後行の国道 1 号行きトンネル以下 II 期線トンネルは平成 3 年 10 月にトンネルが貫通し同年 1 月に覆工コンクリートの施工が完了した一般に併設する道路トンネルを山岳工法で構築する場合には過去の施工実績や数値解析の実績から中心土木設計部設計課関東土木支生麦トンネル出写真 1 1 トンネル起点側坑口部の全景

図 1 Ⅱ期線トンネルの地質縦断図表 1 代表 N値 B Lm1 Lmc Ss1 Sc 1 5 3 3 7 数値解析に用いた地山物性値単位体地山変粘着力内部積重量形係数ﾎﾟｱｿﾝ比 c 摩擦角 γ kn/ D MN/ ν kn/m φ deg m3 m 14 3.44 8 5 13 55.9 35 0 15 43.0 55 15 19 73.1 4 35 15 68.

2 図 1 Ⅱ期線トンネルの地質縦断図表 1 代表 N値 B Lm1 Lmc Ss1 Sc 数値解析に用いた地山物性値単位体地山変粘着力内部積重量形係数ﾎﾟｱｿﾝ比 c 摩擦角 γ kn/ D MN/ ν kn/m φ deg m3 m を行った 4 図坑口部のトンネル断面図 3 地形地質概要 ⑴ 解析条件解析コードと解析モデル地山の構成則は降伏条件を Mohr-Coulomb 則とした当該トンネルの掘削地山は標高約 40 m の洪積台地完全弾塑性モデルとした解析断面は土被りが最大でに位置する土砂地山であり上総層群 Km Ks を基中学校校舎手前の No.0 90 断面とした盤としてその上位を相模層群の下末吉層ロームと新規 ⑵ ロームが覆う地層層序である土質定数 I 期線トンネルの A 計測結果と地表面沈下の計測結果 II 期線トンネルの切羽に出現する地質は更新世の新を用いて逆解析した結果地山の変形係数は表 -1 の値と規ローム Lm1 と相模層群の凝灰質粘土 Lmc シルト質なったその他の物性値は地質調査結果等から固定値と細砂 Ss1 および砂質シルト Sc であるこのうち切羽して設定した上方に出現する Lm1 Lmc は比較的硬質であったトン ⑶ 5 支保部材と補助工法ネル肩部以深に出現する Ss1 は N 4 75 で比較的良 I 期線では鋼製支保工 H00@1 m SS400 と吹付けく締まった砂質土であるが強度のバラツキが大きい特 II 期線は同コンクリート t 5 cm σck 18 N/mm 徴を有していた Sc は下半以深に分布する硬質粘性土様に H150@1 m と吹付け t 0 cm をトンネル全周に施である工した数値解析では吹付けと鋼製支保工を合成梁としてモデル化したまた本工事ではシステムロックボ 3 事前の数値解析ルトを省略している I 期線の覆工インバート σck 30 N/mm t 60 cm 複鉄筋構造は梁部材としてモデ 3 1 解析概要ル化した長尺先受け工法等の補助工法の対象範囲の物 II 期線トンネル掘削前に I 期線トンネルと地上構造性値は参考文献 3,5 を参考にして設定したまた II 物への影響評価のために数値解析を実施した数値解析期線トンネルの掘削影響対策工として I 期線の II 期線はまず I 期線トンネル掘削時の計測データから逆解側の覆工脚部に増コンクリート σck 30 N/mm t 析により地山物性値を推定しその結果を用いて II 1.5 cm を考慮した期線トンネル掘削時の影響解析を行った ⑷ 全断面掘削早期閉合の掘削解放率本解析では有限差分法をベースとした FLAC3D を用 II 期線トンネルは全断面掘削早期閉合による掘削工いて二次元平面ひずみ問題微小変形問題として解析法を採用した二次元数値解析において当該掘削工法

3 ⑶ 地山の塑性領域と最大せん断ひずみ II 期線トンネル掘削完了後において両トンネルの周辺地山はアーチ周辺の約 1 m 範囲と両トンネル間のピラー部が塑性状態となった最大せん断ひずみの分布に関しても上述のピラー部にひずみが卓越する傾向を示しこの領域では櫻井ら 7 の限界ひずみをおおむね超過する結果となったこれらの地山状態は後述する計測結果において II 期線トンネルにピラー部からの側圧が卓越したことの原因になっていると考えられる 4 トンネル掘削状況と計測結果 4 1 II 期線トンネルの施工状況 II 期線トンネル掘削時の切羽は軽微な肌落ちが発生したものの切羽全体が不安定化することはなかったま図 3 た後述するように変形沈下量は微少であり I 期線切羽位置と応力解放率との関係トンネルの覆工コンクリートや地上構造物にひび割れ等の地山応力の解放過程や解放率に関する確立されたモデの変状は発生しなかったル化の手法は見当たらないそこで本業務では M. 4 Panet による式 1 の考え方を基にして図 3 に示す 6 I II 期線トンネルの A 計測結果ように上半と下半インバートに関する本の特性曲線 No.0 90 解析断面での A 計測結果は II 期線トンで応力解放をモデル化することとした例えば上半切ネルの天端沈下 N1:. mm 水平変位 N-N3: 3.0 mm 羽到達時図 3 中の A-A 断面では上半部で 30.0 I 期線の天端沈下 N1: 1.1 mm 水平変位 N-N3: 1.0 下半インバート部で 1.7 の掘削相当外力を解放する mm となった数値解析の結果と比較するとその差異こととしたは小さいものであり事前の数値解析は実現象を大局的に予測できたと評価できるなお下半とインバートの特性曲線を同一としたがこれはインバートの掘削深さが図 -3 の断面図のように浅図 4 5 に II 期線トンネルの測点と I II 期線トンいため下半掘削時にインバート部の地中応力も同時にネルの A 計測結果沈下量と内空変位の収束値との関解放されると考えたためである係を示すまた A 計測工の計測点の位置を図 -6 を示す Z 0 切羽後方 UR/URmax c0 c 1 e 1 e Z 0 切羽前方 UR/URmax c0 c 1 0 Z / 0.7r ここで UR/URmax 壁面変位率掘削解放率図 4 5 において No.0 90 付近までは内空変位 Z / 0.7r ① 沈下量は土被りと共に徐々に大きくなるがそれ以降土被りが一定になるとおおむね一定の値を示した II 期線 m r トンネル半径 5 m Z 切羽距離トンネルの沈下量は天端から下半脚部までおおむね c1 1 c0 c0 先行変位率 mm と同程度の沈下量を示しておりトンネルは全体的に沈下する傾向となったまた内空変位は 3 6 mm 3 3 ⑴ 数値解析の結果程度でほぼ一定値を示した I 期線トンネルでは多く I II 期線トンネルの変位量と地表面沈下量の計測断面で水平測線 N-N3 が約 mm の伸長となり II 期線トンネルの掘削前後における I II 期線トンネ横つぶれモードを示したこれらの計測区間では両トルの変形量と沈下量は数 mm 程度の微小な値であったンネルの純離隔が約 m 天端の高低差は約 1.0 また II 期線トンネル掘削による地表面沈下の増分量は 3.5 m II 期線の方が高いで変化しているものの A 計測 11 mm であり管理基準値 δ 30 mm を十分満足す結果に有意な傾向は確認できなかったなお No.1 00 る結果となったと No. 0 付近で変位量や地表面沈下量が若干大き ⑵ くなっていることは切羽に出現し撤去した既設杭が多 I II 期線トンネルの断面力図と断面力の照査かったことに起因していると考えられる I 期線トンネルの覆工コンクリートと II 期線トンネルまた II 期線トンネルの変形沈下量は仮インバーの支保工の断面力は顕著な偏圧とまでは言えないものの両トンネルの中間部の地山以降ピラー部と称すトによる早期閉合後において急速に収束傾向を示し閉側がやや大きい結果となったただし両者ともに長合後の変位沈下の増分量は 1 mm と微小なもので期許容応力度以下であり計算上のひび割れ幅は 0. mm あったことから早期閉合による変位抑制効果が有効に以下との結果になった発揮されたと評価できた 3

図 4 図 7 II 期線トンネル測点と沈下量との関係表地表面沈下比率と上半切羽距離との関係地表面沈下計測値による変形特性値の推定先行解放率 co 切羽前方のフィッティング 0.311 切羽後方のフィッティング 0.391 数値解析の設定値 0.300 収束係数 0.7r 7.068 3.408 3.500 相関係数 R 0.577 0.918 --- トンネル掘削半径を r 5.

Panet の式 6 図 5 II 期線トンネル測点と内空変位との関係ティングを試みた推定パラメータは先行解放率に相当する c0 と変位収束の挙動に関係する係数 0.

位の収束は切羽後方 D 程度と言われていることを考え図 6 4 3 ると早期閉合の効果によって変位収束性が向上して A 計測工の測点位置とトンネル位置関係いると評価できる地表面沈下の計測結果 4 4 各測点の地表面沈下 II 期線直上の計測値を前述し II 期線トンネルの B 計測結果た図 4 5 に示す同図より土被りが一定になる No.

4 図 4 図 7 II 期線トンネル測点と沈下量との関係表地表面沈下比率と上半切羽距離との関係地表面沈下計測値による変形特性値の推定先行解放率 co 切羽前方のフィッティング切羽後方のフィッティング数値解析の設定値収束係数 0.7r 相関係数 R トンネル掘削半径を r 5.0 m として計算した不均一性等によってバラツキが大きくなっていると考えられる一方切羽後方は全断面掘削による早期閉合の効果によって地山の安定性が向上し計測値のバラツキも小さくなっていると考えられる 1 でフィッ図 7 において前述した M.Panet の式 6 図 5 II 期線トンネル測点と内空変位との関係ティングを試みた推定パラメータは先行解放率に相当する c0 と変位収束の挙動に関係する係数 0.7r r トンネル半径 5 m のつとしたその結果を表 - に示す同表より切羽前方の相関係数がやや低いものの数値解析での設定値におおむね近い値となった当該現場では上半切羽後方 5 m でインバート閉合しているがこの近似曲線によると断面閉合後に発生する地表面沈下は全体の約 14 上半切羽 10 m 1D 通過後では全体の約 3 との結果になった一般に変位の収束は切羽後方 D 程度と言われていることを考え図ると早期閉合の効果によって変位収束性が向上して A 計測工の測点位置とトンネル位置関係いると評価できる地表面沈下の計測結果 4 4 各測点の地表面沈下 II 期線直上の計測値を前述し II 期線トンネルの B 計測結果た図 4 5 に示す同図より土被りが一定になる No.0 II 期線トンネルの B 計測工は No.0 90 校舎手前と 90 以降は地表面沈下が安定し II 期線直上の収束値 No.1 70 グラウンド下の断面で実施した両断面は mm となったこれらの値は数値解析結果におけるトンネルの純離隔はそれぞれ 3.0 m と 6.5 m トンネル天端の高低差はそれぞれ 0.6 m と.9 m II 期線の 11.0 mm よりもおおむね小さい値であった方が高いである II 期線トンネルの土被りは両断面と II 期線トンネル直上の地表面沈下比率と上半切羽距離もに約 13.5 m であるとの関係を図 -7 に示す同図は上半切羽の進行に対応した計測沈下量を各測点の収束値で正規化したものであ両断面の B 計測結果を図 8 13 に示す図中の計測り切羽前方は後方に比較してバラツキが大きいことが時期は下半掘削時インバート閉合時および変位収束分かるこれは先受け工法や鏡ボルトの施工時の影響時の 3 点としたこれは図 3 中の B-B C-C および鏡ボルトのラップ位置の影響および土質条件そのものの D-D にそれぞれ対応している 4

5 図 8 図 9 鋼製支保工の曲げモーメント No.0 90 図 11 図 1 吹付けと鋼製支保工の軸力の合計 No.0 90 図 10 ⑴ 鋼製支保工の曲げモーメント No.1 70 吹付けと鋼製支保工の軸力の合計 No.1 70 図 13 地中変位計測結果 No.0 90 地中変位計測結果 No の地中変位計においても掘削進行に伴って徐々に No.0 90 の B 計測結果図 8 の鋼製支保工の曲げモーメントは上半全体が天端測点 E1 破線部が地山側へ変位し縦方向へ伸弱い外曲げとなっており天端と左肩部は特に外曲げが長していることがわかる集中している一方前述した事前解析の結果では天 ⑵ 端に若干の内曲げが発生し肩部は外曲げを示していた No.1 70 の B 計測結果図 11 より断面閉合するまでは側方土圧を受けている傾向があるが閉合後は右肩方向に伸長する傾向があ計測結果と比較すると曲げモーメントの方向が逆転している箇所もあったがその差は 10 kn m/m 以下と小るこれは I 期線側である II 期線の左肩方向からの偏さかった吹付けコンクリートと鋼製支保工の軸力の合圧の影響であると考えられるこのため図 1 の軸力計を図 9 に示す天端左肩および左側壁の軸力は図では天端から右肩部にかけての軸力が大きくなって計測結果の方が解析結果よりも最大で約 50 も大きいいる図 13 の地中変位計でも天端 E1 と左右肩部 E 結果となった曲げモーメントの方向から考えるとピ E3 図中の破線部が地山側へ変位している結果となっラー部からの側方土圧により II 期線が縦長変形となった特に右肩部 E3 の地山側への変位が大きい傾向にて天端に外曲げと軸力が集中したと考えられる図ある 5

6 図 14 No ( 解析断面 ) での変形形態の推定.,. ho (Nst6 Nst7)/(B ) ( )/(9.7 14) 8.81 m () ho1 ho B1/B / m (3),ho1,ho:I II (m) Nst6,Nst7: 図 1 SL ( 593,603 kn/m) : ( 14 kn/m 3 ) B1,B:I II ( 13.9 m,9.7 m) 6. まとめ図 15 No での変形形態の推定 5. 双設トンネルの変形形態の整理,,.,., B,.,,., No.0 90,,,II ( 図 14 ). I II. II I,.,.,,.,No.0 90 No.1 70,, ( 図 15 ).,I II. 図 1 SL, II ho (),, I ho1 (3), -15,,,,.,.,I II ( ).,, II.,.,,,. 参考文献 1), : ( ),pp ,,003. ),,, :,,Vol. 35-No. 5, pp , ) :,, 17, pp , ) Cundall, P.A. and Board M.: A Microcomputer Program for Modeling Large-Strain Plasticity Programs, Proc. of the 6th International Conference on Numerical Methods in Geo-mechanics, ) : ( ), ) M.Panet: Time-dependent deformation in underground works,proceedings International Congress on Rock Mechanics 4th Vol. 3, pp , ), : NATM,,p. 35,

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西松建設技報 Development and application of a prediction and analysis system for tunnel deformation PAS-Def * Masayuki Yamashita *** Takuya Sugimoto *** Kaoru Maeda ** Izumi Takemura *** Kouji Yoshinaga PAS-Def DRISS