(57)【要約】【課題】  施工に応じて予測される変形を３次元的に予測することができる、掘削土留め壁の情報化施工に用いる３次元的変形予測方法を提供する。【解決手段】  掘削土留め壁の情報化施工に用いる３次元的変形予測方法において、（ａ）３次元計測システムを用いて現掘削時点における土留め壁の変形挙動を評価し、（ｂ）土留め壁の延長方向に設定した複数の測線毎に、弾塑性法による逆解析を行い、各測線で現状の土留め壁の変位分布に最も適合するような変形を与える地盤ばねの逆解析を行い、（ｃ）各測線において上記（ｂ）で求められた地盤ばねを使い、以降の各次掘削段階での予測計算を実施し、（ｄ）全測線での予測計算結果を３次元計測システムへ戻し、各次掘削段階での土留め壁の変形挙動の３次元可視化を行うようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）３次元計測システムを用いて現掘削時点における土留め壁の変形挙動を評価し、
（ｂ）土留め壁の延長方向に設定した複数の測線毎に、弾塑性法による逆解析を行い、各測線で現状の土留め壁の変位分布に最も適合するような変形を与える地盤ばねの逆解析を行い、
（ｃ）各測線において上記（ｂ）で求められた地盤ばねを使い、以降の各次掘削段階での予測計算を実施し、
（ｄ）全測線での予測計算結果を３次元計測システムへ戻し、各次掘削段階での土留め壁の変形挙動の３次元可視化を行うことを特徴とする掘削土留め壁の情報化施工に用いる３次元的変形予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下トンネルやビルの建設工事のように、掘削過程を伴う工事の土留め壁の変位予測を行う、掘削土留め壁の情報化施工に用いる３次元的変形予測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地下トンネルやビルの地下フロアなどを構築する際には、図６に示すように、掘削工事が行われる。
その掘削工事を行うためには、まず、土留め壁の設計を行い、発生する変形や応力を照査するが、設計を行う際には工学的な割り切り等があるため、不確実な点が多い。また、都市部などでの施工においては、既設の建物や構造物に非常に近接した箇所での施工となる場面も多く、鉄道においては、土留め壁の変位に対する厳しい管理値が設けられている。
【０００３】
一方、近年、掘削工事では地盤のバラつきに起因する設計時の不確実性を補うことや、施工時の安全の確保あるいは工期・工費の短縮を目的として、情報化施工の実施場面が増えてきている。このような背景を受け、土留め壁の変形に関する計測データを３次元的に評価・可視化し、土留め壁の３次元挙動を適切かつリアルタイムに評価可能な３次元計測システムが開発されている。
【０００４】
本願発明者らは、既に土留壁の面全体にその変位を計測する高感度センサーとそれを補完する低感度センサーを組み合わせた３次元計測システムを提案している（下記特許文献１参照）。
また、土留め壁の変形挙動を評価する方法として、具体的には以下の２種類の方法が考えられる（下記特許文献２参照）。
【０００５】
図７は従来のトータルステーションによる土留め壁の計測方法を示す模式図である。
これは直接的に変位を計測する方法であり、土留め壁１０１のあらかじめ定めたターゲット１０２を遠隔計測器１０３によって測量する方法である。
しかしながら、この方法においては、離れた点からターゲット１０２を捉えることとなるため、現場の条件によってはデータの欠損が生じたり、地中深い部分においては施工前から計測を行うことが難しい。
【０００６】
図８は従来の傾斜計を変位へ換算する方法を示す説明図である。
これは変位ではなく、傾斜を計測する間接的方法であり、現状では最も広く用いられている。
この方法では、土留め壁の施工時に、土留め壁２０１内の鉛直方向に傾斜計２０２を多数設置し、この傾斜計２０２で得られた傾斜角θと傾斜計２０２の間隔を活用して、変位を求める方法である。なお、図８において、２０３は別の機器で計測した既知の変位を示している。
【０００７】
〔区間変位（ｍｍ）〕  Δｕ＝θ・Ｌ
〔累計変位（ｍｍ）〕  ｕ＝ΣΔｕ
ここで、ｕ：変位（ｍｍ），θ：傾斜角，Δｕ：区間変位（ｍｍ），Ｌ：区間距離である。
しかしながら、この方法では、傾斜計を同一ライン上に配置しなければならず、また、傾斜計２０２の設置の間隔が密でないと得られる得られる変位の誤差が大きくなる。
【０００８】
さらに、ひずみ計測などの方法も考えられるが、この計測値をそのまま土留め壁の変位として解釈するのは難しい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００９−２５１９６８号公報
【特許文献２】特開２０１１−０９４４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記したような問題、さらに掘削土留め壁の変位は地盤のバラつきや設計時の不確実性があるので、従来の計測法による計測では、結果が側線によって異なる傾向がある。そのため、より正確な情報化施工を行うためには土留め壁の３次元的な逆解析・予測解析を行う必要がある。しかしながら、現在、掘削土留め壁の設計では、１側線の逆解析・予測解析しか行えないといった課題がある。
【００１１】
本発明は、上記状況に鑑みて、逆解析・予測解析を連携させ、掘削土留め壁の３次元的な変位予測を行い、施工に応じて予測される土留め壁の変形挙動を３次元的に予測・可視化することができる、掘削土留め壁の情報化施工に用いる３次元的変形予測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕掘削土留め壁の情報化施工に用いる３次元的変形予測方法において、
（ａ）３次元計測システムを用いて現掘削時点における土留め壁の変形挙動を評価し、（ｂ）土留め壁の延長方向に設定した複数の測線毎に、弾塑性法による逆解析を行い、各測線で現状の土留め壁の変位分布に最も適合するような変形を与える地盤ばねの逆解析を行い、（ｃ）各測線において上記（ｂ）で求められた地盤ばねを使い、以降の各次掘削段階での予測計算を実施し、（ｄ）全測線での予測計算結果を３次元計測システムへ戻し、各次掘削段階での土留め壁の変形挙動の３次元可視化を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、次のような効果を奏することができる。
(１) 逆解析・予測解析方法と３次元計測システムを連携させることで、施工に応じた土留め壁の変形を３次元的に予測・可視化することができる。
(２) 掘削土留め壁の変形の予測値を３次元的に把握できることで、従来は一律にしか実施できなかった支保工等の部材変更を３次元的にコントロールすることができる。近年、情報化施工が注目されているが、このように、本システムを用いることで、施工時の安全の確保や場合によっては、支保工の削減による工期・工費の短縮を行うことができ、情報化施工のためのツールになる。
【００１４】
(３) 本システムの構築により、多数の側線の予測解析を自動で計算できるため、解析時間の短縮につながり、簡易的に施工中の掘削土留め壁の評価を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例を示す掘削土留め壁の３次元変位計測システムの模式図である。
【図２】本発明の実施例を示す掘削土留め壁の３次元変位計測システムの逆解析・予測解析方法の連携の模式図である。
【図３】本発明の実施例を示す土留め壁への計測機器の配置を示す概要図である。
【図４】本発明の実施例を示す土留め壁の予測解析結果と設計値、計測値を示す図である。
【図５】本発明の実施例を示す土留め壁の３次元計測システムを用いた予測解析結果（３次掘削終了時）を示す図である。
【図６】従来の掘削工事の状況を示す図面代用写真である。
【図７】従来のトータルステーションによる土留め壁の計測方法を示す模式図である。
【図８】従来の傾斜計を変位へ換算する方法を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の掘削土留め壁の情報化施工に用いる３次元的変形予測方法は、（ａ）３次元計測システムを用いて現掘削時点における土留め壁の変形挙動を評価し、（ｂ）土留め壁の延長方向に設定した複数の測線毎に、弾塑性法による逆解析を行い、各測線で現状の土留め壁の変位分布に最も適合するような変形を与える地盤ばねの逆解析を行い、（ｃ）各測線において上記（ｂ）で求められた地盤ばねを使い、以降の各次掘削段階での予測計算を実施し、（ｄ）全測線での予測計算結果を３次元計測システムへ戻し、各次掘削段階での土留め壁の変形挙動の３次元可視化を行う。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示す掘削土留め壁の３次元変位計測システムの模式図、図２はその逆解析・予測解析方法の連携の模式図である。
図１において、Ａは掘削土留め壁の３次元変位計測面、この３次元変位計測面には、幅方向（Ｍx ＋１）点、深さ方向（Ｍy ＋１）点の測線１〜３，…測線Ｍx-1 ，測線Ｍx ，測線Ｍx+1 を設定する。各測線には解析用の等間隔の節点（ターゲット）を設ける。これらの測線について、以下のように、多測線で逆解析・予測解析を実施して再度曲面を生成して、３次元的に可視化できるようにしている。
【００１８】
図２（ａ）において、●は実測値、実線は逆解析値、点線は予測値を示している。まず、３次元計測により土留め壁の実測を行い、得られた現状の実測値と整合するように地盤バネを逆解析する〔図２（ｂ）〕。次に、逆解析で得た地盤バネを使って、将来の変位の予測解析を行い〔図２（ｃ）〕、このようにして得られた変位の予測値を用いて、再度曲線を生成する。
【００１９】
このように、本発明では、掘削土留め壁の変位を３次元的に可視化できる３次元計測システムから抽出し、逆解析・予測解析を行う設計プログラムへ変位データを読み込めるシステムの構築を行った。また、逆解析・予測解析を行う設計プログラムにおいて、多数の側線の解析を行えるようにした。３次元計測システムと逆解析・予測解析手法の連携の手順は以下の通りである。
（１）３次元計測システムを用いて現掘削時点における土留め壁の変形挙動を評価する。
（２）土留め壁の延長方向に設定した測線〔計 (Ｍx ＋１) 測線〕ごとに、弾塑性法による逆解析を行い、各測線で現状の土留め壁の変位分布に最も適合するような変形を与える地盤ばねの逆解析を行う。
（３）各測線において（２）で求められた地盤ばねを使い、以降の各次掘削段階での変位予測計算を実施する。
（４）全測線での予測計算結果を３次元計測システムへ戻し、各次掘削段階での土留め壁の予測変形挙動の３次元可視化を行う。
【００２０】
以下、本発明の実施例について説明する。
図３は本発明の実施例を示す土留め壁への計測機器の配置を示す概要図であり、図３（ａ）は土留め壁への計測機器の配置図（東−西方向）、図３（ｂ）は土留め壁の深さ方向を示す図、図４はその予測解析結果と設計値、計測値を示す図、図５は本発明の３次元計測システムを用いた予測解析結果（３次掘削終了時）を示す図である。
【００２１】
図３において、□は傾斜計、●はＴＳターゲット等であり、各測線に等間隔で傾斜計を設ける。また、図４において、◆は計測値、▲は設計値、○は予測値〔ケース（１）〕、■は予測値〔ケース（２）〕であり、縦軸は深度（ｍ）、横軸は変位量（ｍｍ）を示している。図５において、図５（ａ）は計測（実測）で得られた土留め壁の挙動、図５（ｂ）は設計時の変位予測、図５（ｃ）は予測解析結果を用いた土留め壁の予測変形挙動を示している。
【００２２】
このように、本発明の掘削土留め壁の情報化施工に用いる３次元的変形予測方法を用いて土留め壁の変形挙動の予測を行った。すなわち、図４の◆および図５（ａ）に示されるように、３次元計測システムで土留め壁の変形挙動の計測を行い、逆解析・予測解析により、図４の○および■、ならびに図５（ｃ）に示されるように、土留め壁の変形挙動の予測を３次元的に行い、これを可視化することができた。図４の▲および図５（ｂ）と比較すると明らかなように、不確実な点が多い設計時の変位予測と大きく異なる変位予測を行うことができた。
【００２３】
本発明によれば、このように予測解析を３次元的に行い、可視化を行うことができる。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の掘削土留め壁の情報化施工に用いる３次元的変形予測方法は、施工に応じて予測される変形を３次元的に予測することができる掘削土留め壁の３次元的情報化施工方法として利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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