(57)【要約】【課題】変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法、及びその装置とシステムの提供【解決手段】変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法、及びその装置とシステムである本発明は、シミュレーション模型が提供され、前記シミュレーション模型が三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含むステップと、複数の前記断面の変位量測量値に基づき、前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を獲得するステップと、壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得するステップとを含む。本発明を通じて、長期的観測下で裂け目の進行傾向が予測されることで有効な補強工程がシミュレートされ、またトンネルの健全性及び安全性が評価され、トンネルのメンテンナンスに関する実用的な助言が提供される。【選択図】図２
2019214930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法であり、
シミュレーション模型を提供し、前記シミュレーション模型が三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含むステップと、
複数の前記断面の変位量測量値に基づき、前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を獲得するステップと、
壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得するステップとを含むことを特徴とする、変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法。
【請求項２】
前記壁面が裏張り壁面であり、前記変位量が前記裏張り壁面の異なる時間での空間位置の変化であり、断面がトンネルにおける変位量測定のための測標の観測横断面であり、前記断面がトンネルの変形現象を測定するのに十分な数量の複数個の観測点を含み、前記トンネルユニットが二つのトンネル観測断面を境界とするトンネル範囲であり、前記断面の全観測点の異なる時間での空間位置の変化の集合が断面変位量であり、特定の断面の変化量が変位形態であり、変位形態が断面剛体運動及び断面変形となり、前記変位形態が既知の変位量及び壁面応力変化に対応しており、断面剛体運動が、全ての前記観測点が一致して等量移動を行う平行移動変位形態と、全ての前記観測点が断面の中心に対し一致して等量回転を行う回転変位形態を含み、断面変形変位形態が、断面観測点が前記断面中心に相対して拡大または縮小する均等な変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が楕円形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が三角形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が四辺形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が五辺形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が多辺形の変形変位形態の複数種の変位形態を含み、且つ三次元空間中のトンネル内において、通行方向が軸方向、重力方向が垂直方向、そして軸方向及び垂直方向と直交する方向が横方向となり、前記三次元空間における断面剛体運動が、軸方向の平行移動、横方向の平行移動、垂直方向の平行移動、軸方向に相対する回転、横方向軸に相対する回転、垂直軸に相対する回転を含むことを特徴とする、請求項１に記載の変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法。
【請求項３】
三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含むシミュレーション模型の提供が、
初期シミュレーション模型を構築し、且つ前記シミュレーション模型が三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含むステップと、
それぞれ剛体運動変位形態の断面変位量を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を得るステップと、
前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等でなければ、初期の前記シミュレーション模型を構築し、且つ前記シミュレーション模型が三次元トンネルユニットと、前記模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含み、均等であれば、それぞれ変形変位形態の断面変位量を前記シミュレーション模型の境界に加え、トンネルユニットの変形の応力変化を得るステップと、
前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等でなければ、初期の前記シミュレーション模型を構築し、且つ前記シミュレーション模型が三次元トンネルユニットと、前記模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含み、均等であれば、変位形態シミュレーションの結果に基づきシミュレーション模型を構築するステップとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法。
【請求項４】
複数の前記断面の変位量測量値に基づいて前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を得ることが、
複数の前記断面の変位の測量値を獲得するステップと、
複数の前記断面の変位の測量値の変位形態構成量を獲得するステップと、
第一組ステップと、
第二組ステップと、
前記第一組ステップ及び／または前記第二組ステップの後におけるステップとを含み、
前記第一組ステップが、
前記変位形態構成量に基づいて、断面剛体運動に属する変位形態の構成量を獲得するステップと、
トンネルユニットの境界とする前記断面剛体運動に基づいて、前記トンネルユニットの相対剛体運動構成量を獲得し、且つ前記構成量に基づいて前記相対剛体運動の種類を順序付けするステップと、
前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得するステップとからなり、
前記第二組ステップが、
前記変位形態構成量に基づいて、断面変形に属する変位形態の構成量を獲得するステップと、
トンネルユニットの境界とする断面変形に基づいて、前記トンネルユニットの変形構成量を獲得し、且つ前記構成量に基づいて変形形態を順序付けするステップと、
前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、トンネルユニット変形の応力変化を得るステップとからなり
前記第一組ステップ及び／または前記第二組ステップの後における前記ステップが、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得するステップにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等であれば、前記壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得し、均等でなければ、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得し、そして、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニット変形の応力変化を得るステップにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等であれば、前記壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得し、均等でなければ、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニット変形の応力変化を得るステップであることを特徴とする、請求項１に記載の変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法。
【請求項５】
前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得するステップにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かの判断、及び前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニット変形の応力変化を得るステップにおける判断の結果が均等というものである場合、前記壁面の応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得することが、
前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、前記トンネルユニットの境界の断面変位の測量値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの断面変位測量値によって引起された応力変化の総量を得るステップと、
前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等であれば以下のステップを実行し、均等でなければトンネルユニット裏張り応力の増量及び変位量の分析を獲得するステップと、
裏張り応力が強度を超過する位置と裏張り裂け目位置がマッチするか否かを判断し、マッチすればトンネルユニット裏張り応力の増量及び変位量の前記分析を獲得し、マッチしなければ以下のステップを実行するステップと、
分析の結果が裏張り応力が強度に近く且つ強度を超過しないものを獲得し、六種類の相対剛体運動の量値及び多種類の変形形態が対応する境界変位量、変形量入力順序を減少させ、裏張り応力が強度を超過する位置と裏張り裂け目位置がマッチした後、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、前記トンネルユニットの境界の断面変位の測量値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの断面変位測量値によって引起された応力変化の総量を得るステップとを含むことを特徴とする、請求項４に記載の変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法。
【請求項６】
変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置であり、
複数の断面の変位量を測量することで複数の前記断面の変位量測量値を獲得する測量ユニットと、
前記測量ユニットに接続され、且つ三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含むシミュレーション模型によって、複数の前記断面の変位量測量値に基づいて前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を得て、その後壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布を対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得するプロセッサユニットとを含むことを特徴とする、変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置。
【請求項７】
前記壁面が裏張り壁面であり、前記変位量が前記裏張り壁面の異なる時間での空間位置の変化であり、断面がトンネルにおける変位量測定のための測標の観測横断面であり、前記断面がトンネルの変形現象を測定するのに十分な数量の複数個の観測点を含み、前記トンネルユニットが二つのトンネル観測断面を境界とするトンネル範囲であり、前記断面の全観測点の異なる時間での空間位置の変化の集合が断面変位量であり、特定の断面の変化量が変位形態であり、変位形態が断面剛体運動及び断面変形となり、前記変位形態が既知の変位量及び壁面応力変化に対応しており、断面剛体運動が、全ての前記観測点が一致して等量移動を行う平行移動変位形態と、全ての前記観測点が断面の中心に対し一致して等量回転を行う回転変位形態を含み、断面変形変位形態が、断面観測点が前記断面中心に相対して拡大または縮小する均等な変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が楕円形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が三角形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が四辺形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が五辺形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が多辺形の変形変位形態の複数種の変位形態を含み、且つ三次元空間中のトンネル内において、通行方向が軸方向、重力方向が垂直方向、そして軸方向及び垂直方向と直交する方向が横方向となり、前記三次元空間における断面剛体運動が、軸方向の平行移動、横方向の平行移動、垂直方向の平行移動、軸方向に相対する回転、横方向軸に相対する回転、垂直軸に相対する回転を含むことを特徴とする、請求項６に記載の変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置。
【請求項８】
三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含むシミュレーション模型の構築が、初期シミュレーション模型を構築し、且つ前記シミュレーション模型が三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含むステップと、それぞれ剛体運動変位形態の断面変位量を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を得るステップと、前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等でなければ、初期の前記シミュレーション模型を構築し、且つ前記シミュレーション模型が三次元トンネルユニットと、前記模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含み、均等であれば、それぞれ変形変位形態の断面変位量を前記シミュレーション模型の境界に加え、トンネルユニットの変形の応力変化を得るステップと、前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等でなければ、初期の前記シミュレーション模型を構築し、且つ前記シミュレーション模型が三次元トンネルユニットと、前記模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含み、均等であれば、変位形態シミュレーションの結果に基づきシミュレーション模型を構築するステップとを含むことを特徴とする、請求項６に記載の変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置。
【請求項９】
複数の前記断面の変位量測量値に基づいて前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を得ることが、複数の前記断面の変位の測量値を獲得するステップと、複数の前記断面の変位の測量値の変位形態構成量を獲得するステップと、第一組ステップ及び／または第二組ステップと、前記第一組ステップ及び／または前記第二組ステップの後におけるステップとを含み、前記第一組ステップが、前記変位形態構成量に基づいて、断面剛体運動に属する変位形態の構成量を獲得するステップと、トンネルユニットの境界とする前記断面剛体運動に基づいて、前記トンネルユニットの相対剛体運動構成量を獲得し、且つ前記構成量に基づいて前記相対剛体運動の種類を順序付けするステップと、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得するステップとからなり、前記第二組ステップが、前記変位形態構成量に基づいて、断面変形に属する変位形態の構成量を獲得するステップと、トンネルユニットの境界とする断面変形に基づいて、前記トンネルユニットの変形構成量を獲得し、且つ前記構成量に基づいて変形形態を順序付けするステップと、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、トンネルユニット変形の応力変化を得るステップとからなり、前記第一組ステップ及び／または前記第二組ステップの後における前記ステップが、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得するステップにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等であれば、前記壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得し、均等でなければ、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得し、並びにこのステップの後のステップを再度実行し、そして、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニット変形の応力変化を得るステップにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等であれば、前記壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得し、均等でなければ、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニット変形の応力変化を獲得し、並びにこのステップの後のステップを再度実行するステップであることを特徴とする、請求項６に記載の変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置。
【請求項１０】
前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得するステップにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かの判断、及び前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニット変形の応力変化を得るステップにおける判断の結果が均等というものである場合、前記壁面の応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得することが、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、前記トンネルユニットの境界の断面変位の測量値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの断面変位測量値によって引起された応力変化の総量を得るステップと、前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等であれば以下のステップを実行し、均等でなければトンネルユニット裏張り応力の増量及び変位量の分析を獲得するステップと、裏張り応力が強度を超過する位置と裏張り裂け目位置がマッチするか否かを判断し、マッチすればトンネルユニット裏張り応力の増量及び変位量の前記分析を獲得し、マッチしなければ、分析の結果が裏張り応力が強度に近く且つ強度を超過しないものを獲得し、六種類の相対剛体運動の量値及び多種類の変形形態が対応する境界変位量、変形量入力順序を減少させ、裏張り応力が強度を超過する位置と裏張り裂け目位置がマッチした後、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、前記トンネルユニットの境界の断面変位の測量値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの断面変位測量値によって引起された応力変化の総量を得て、並びにこのステップの後のステップを再度実行するステップとを含むことを特徴とする、請求項９に記載の変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置。
【請求項１１】
変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システムであり、
複数の断面の変位量を測量することで複数の前記断面の変位量測量値を獲得する測量装置と、
前記測量装置に接続され、且つ三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含むシミュレーション模型によって、複数の前記断面の変位量測量値に基づいて前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を得て、その後壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布を対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得するプロセッサ装置とを含むことを特徴とする、変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システム。
【請求項１２】
前記壁面が裏張り壁面であり、前記変位量が前記裏張り壁面の異なる時間での空間位置の変化であり、断面がトンネルにおける変位量測定のための測標の観測横断面であり、前記断面がトンネルの変形現象を測定するのに十分な数量の複数個の観測点を含み、前記トンネルユニットが二つのトンネル観測断面を境界とするトンネル範囲であり、前記断面の全観測点の異なる時間での空間位置の変化の集合が断面変位量であり、特定の断面の変化量が変位形態であり、変位形態が断面剛体運動及び断面変形となり、前記変位形態が既知の変位量及び壁面応力変化に対応しており、断面剛体運動が、全ての前記観測点が一致して等量移動を行う平行移動変位形態と、全ての前記観測点が断面の中心に対し一致して等量回転を行う回転変位形態を含み、断面変形変位形態が、断面観測点が前記断面中心に相対して拡大または縮小する均等な変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が楕円形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が三角形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が四辺形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が五辺形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が多辺形の変形変位形態の複数種の変位形態を含み、且つ三次元空間中のトンネル内において、通行方向が軸方向、重力方向が垂直方向、そして軸方向及び垂直方向と直交する方向が横方向となり、前記三次元空間における断面剛体運動が、軸方向の平行移動、横方向の平行移動、垂直方向の平行移動、軸方向に相対する回転、横方向軸に相対する回転、垂直軸に相対する回転を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システム。
【請求項１３】
三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含むシミュレーション模型の構築が、初期シミュレーション模型を構築し、且つ前記シミュレーション模型が三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含むステップと、それぞれ剛体運動変位形態の断面変位量を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を得るステップと、前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等でなければ、初期の前記シミュレーション模型を構築し、且つ前記シミュレーション模型が三次元トンネルユニットと、前記模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含み、均等であれば、それぞれ変形変位形態の断面変位量を前記シミュレーション模型の境界に加え、トンネルユニットの変形の応力変化を得るステップと、前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等でなければ、初期の前記シミュレーション模型を構築し、且つ前記シミュレーション模型が三次元トンネルユニットと、前記模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含み、均等であれば、変位形態シミュレーションの結果に基づきシミュレーション模型を構築するステップとを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システム。
【請求項１４】
複数の前記断面の変位量測量値に基づいて前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を得ることが、複数の前記断面の変位の測量値を獲得するステップと、複数の前記断面の変位の測量値の変位形態構成量を獲得するステップと、第一組ステップ及び／または第二組ステップと、前記第一組ステップ及び／または前記第二組ステップの後におけるステップとを含み、前記第一組ステップが、前記変位形態構成量に基づいて、断面剛体運動に属する変位形態の構成量を獲得するステップと、トンネルユニットの境界とする前記断面剛体運動に基づいて、前記トンネルユニットの相対剛体運動構成量を獲得し、且つ前記構成量に基づいて前記相対剛体運動の種類を順序付けするステップと、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得するステップとからなり、前記第二組ステップが、前記変位形態構成量に基づいて、断面変形に属する変位形態の構成量を獲得するステップと、トンネルユニットの境界とする断面変形に基づいて、前記トンネルユニットの変形構成量を獲得し、且つ前記構成量に基づいて変形形態を順序付けするステップと、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、トンネルユニット変形の応力変化を得るステップとからなり、前記第一組ステップ及び／または前記第二組ステップの後における前記ステップが、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得するステップにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等であれば、前記壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得し、均等でなければ、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得し、並びにこのステップの後のステップを再度実行し、そして、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニット変形の応力変化を得るステップにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等であれば、前記壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得し、均等でなければ、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニット変形の応力変化を獲得し、並びにこのステップの後のステップを再度実行するステップであることを特徴とする、請求項１１に記載の変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システム。
【請求項１５】
前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得するステップにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かの判断、及び前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニット変形の応力変化を得るステップにおける判断の結果が均等というものである場合、前記壁面の応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得することが、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、前記トンネルユニットの境界の断面変位の測量値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの断面変位測量値によって引起された応力変化の総量を得るステップと、前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等であれば以下のステップを実行し、均等でなければトンネルユニット裏張り応力の増量及び変位量の分析を獲得するステップと、裏張り応力が強度を超過する位置と裏張り裂け目位置がマッチするか否かを判断し、マッチすればトンネルユニット裏張り応力の増量及び変位量の前記分析を獲得し、マッチしなければ、分析の結果が裏張り応力が強度に近く且つ強度を超過しないものを獲得し、六種類の相対剛体運動の量値及び多種類の変形形態が対応する境界変位量、変形量入力順序を減少させ、裏張り応力が強度を超過する位置と裏張り裂け目位置がマッチした後、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、前記トンネルユニットの境界の断面変位の測量値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの断面変位測量値によって引起された応力変化の総量を得て、並びにこのステップの後のステップを再度実行するステップとを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は土木工学における解析の方法及びその装置とシステムに関し、特に、変位量が引起すトンネル壁面の応力変化の解析に応用される。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの裏張りとは、トンネルの表面を煉瓦、石、コンクリート、鋼線、鋼筋、鋼繊維等の材料で構成した人工の構造である。近代におけるトンネルの製造とは、トンネル工事の際継続的にトンネルの変形に対し観測を行い、変形の傾向が安定するのを待って裏張り作業を行い、裏張りの美しさと作業時の防護効果を保つといったもので、理論上この際に過大な応力が加わることは無かった。しかし、台湾では三分の二程度のトンネルが開通後に裏張りの異常が見られており、中でも変形と裂け目は常見される。そのため近年の研究では裏張りの変位と裂け目が注目され、またこれらはトンネル構造の劣化の主因としての重要指標と見なされている。
【０００３】
周知のトンネルの変位を解析する方法とは、その多くが観測断面自身の変形行為に注目するものである。しかし近年における、トンネルの三次元絶対変位の観測データに関する解析の成果からわかることは、単一の観測断面上で確認される内向き圧縮または外向き突出といった二次元の変形行為のみならず、観測断面間にも三次元変形が存在する点である。従来、断面の変形は局部範囲内での裏張りの裂け目にしか影響しないと考えられていたが、現地では数メートル乃至数十メートルにわたって延伸する斜向き、縦向き等の型態の裂け目が観察され、これらは隣合う観測断面の相対変位によって引起されたものとなっている。
【０００４】
周知のトンネルの裏張り裂け目の型態のシミュレーションでは、二次元または三次元のトンネル数値模型が構築され、外力や変位条件を提供することでトンネルのひずみ及び応力分布を獲得している。この時連続体解析が用いられ、塑性の構成率によりトンネルの裏張りを描写し、塑性に進入する部分を裏張り材料の裂け目の発生と見なす方法が採られる。シミュレーション結果は、実地のトンネルに観測された地表陥没量、トンネル内空の変位と比較されることで、または屋内でのトンネルの縮尺模型試験で観測された応力−ひずみ曲線と比較されることで、数値模型の認証が行われるものとできる。言い換えれば、周知の技術の多くは、トンネル内の複数の点の応力−応力変化曲線を通じて、またはトンネル内やトンネル上方にある複数個所の位置の変位を通じて数値模型の正確さを確認し、トンネルの裂け目が発生した位置については数値模型中における塑性区域に進入したセルによって示されるというものであるが、シミュレーション結果と実際のトンネルの裂け目の型態との直接の対比が行われるといったことは稀である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主な目的は、変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法の提供であり、この方法はステップＳ１、ステップＳ２、ステップＳ３を含む。ステップＳ１ではシミュレーション模型が提供され、前記シミュレーション模型は三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含む。ステップＳ２では、複数の前記断面の変位量測量値に基づき、前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を獲得する。ステップＳ３では、壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得する。
【０００６】
本発明は変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法であり、そのうち、前記壁面は裏張り壁面であり、前記変位量は前記裏張り壁面の異なる時間での空間位置の変化であり、断面はトンネルにおける変位量測定のための測標の観測横断面であり、前記断面はトンネルの変形現象を測定するのに十分な数量の複数個の観測点を含み、前記トンネルユニットは二つのトンネル観測断面を境界とするトンネル範囲であり、前記断面の全観測点の異なる時間での空間位置の変化の集合は断面変位量であり、特定の断面の変化量は変位形態であり、変位形態は断面剛体運動及び断面変形となり、そして前記変位形態は既知の変位量及び壁面応力変化に対応している。断面剛体運動は、全ての前記観測点が一致して等量移動を行う平行移動変位形態と、全ての前記観測点が断面の中心に対し一致して等量回転を行う回転変位形態を含み、断面変形変位形態は、断面観測点が前記断面中心に相対して拡大または縮小する均等な変形変位形態、及び前記断面中心に相対する変形が楕円形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が三角形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が四辺形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が五辺形の変形変位形態、乃至は前記断面中心に相対する変形が多辺形の変形変位形態の複数種の変位形態を含む。且つ三次元空間中のトンネル内において、通行方向は軸方向、重力方向は垂直方向、そして軸方向及び垂直方向と直交する方向が横方向となり、前記三次元空間における断面剛体運動は、軸方向の平行移動、横方向の平行移動、垂直方向の平行移動、軸方向に相対する回転、横方向軸に相対する回転、垂直軸に相対する回転を含む。
【０００７】
本発明は変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法であり、ステップＳ１はステップＳ１０、ステップＳ１１、ステップＳ１２、ステップＳ１３、ステップＳ１４、ステップＳ１５を含む。ステップＳ１０では初期シミュレーション模型を構築し、且つ前記シミュレーション模型は三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含む。ステップＳ１１ではそれぞれ剛体運動変位形態の断面変位量を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を得る。ステップＳ１２では前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等でなければステップＳ１０に移行し、均等であればステップＳ１３を実行する。ステップＳ１３ではそれぞれ変形変位形態の断面変位量を前記シミュレーション模型の境界に加え、トンネルユニットの変形の応力変化を得る。ステップＳ１４では前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等でなければステップＳ１０に移行し、均等であればステップＳ１５を実行する。ステップＳ１５では変位形態シミュレーションの結果に基づきシミュレーション模型を構築する。
【０００８】
本発明は変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法であり、ステップＳ２は、ステップＳ２０、ステップＳ２１、第一組ステップであるステップＳ２２ａ、ステップＳ２３ａ、ステップＳ２４ａ、及び第二組ステップであるステップＳ２２ｂ、ステップＳ２３ｂ、ステップＳ２４ｂ、そして第一組ステップ及び／または第二組ステップの実行後におけるステップＳ２５を含む。ステップＳ２０では複数の前記断面の変位の測量値を獲得する。ステップＳ２１では複数の前記断面の変位の測量値の変位形態構成量を獲得する。ステップＳ２２ａでは前記変位形態構成量に基づいて、断面剛体運動に属する変位形態の構成量を獲得する。ステップＳ２３ａではトンネルユニットの境界とする前記断面剛体運動に基づいて、前記トンネルユニットの相対剛体運動構成量を獲得し、且つ前記構成量に基づいて前記相対剛体運動の種類を順序付けする。ステップＳ２４ａでは前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得する。ステップＳ２２ｂでは前記変位形態構成量に基づいて、断面変形に属する変位形態の構成量を獲得する。ステップＳ２３ｂではトンネルユニットの境界とする断面変形に基づいて、前記トンネルユニットの変形構成量を獲得し、且つ前記構成量に基づいて変形形態を順序付けする。ステップＳ２４ｂでは前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、トンネルユニット変形の応力変化を得る。ステップＳ２５では、ステップＳ２４ａにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等であればステップＳ３を実行し、均等でなければステップＳ２４ａを実行し、そして、ステップＳ２４ｂにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等であればステップＳ３を実行し、均等でなければステップＳ２４ｂを実行する。
【０００９】
本発明は変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析方法であり、ステップＳ３は、ステップＳ３０、ステップＳ３１、ステップＳ３２、ステップＳ３３、ステップＳ３４を含む。ステップＳ３０では前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、前記トンネルユニットの境界の断面変位の測量値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの断面変位測量値によって引起された応力変化の総量を得る。ステップＳ３１では前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断し、均等であればステップＳ３２を実行し、均等でなければステップＳ３４を実行する。ステップＳ３２では裏張り応力が強度を超過する位置と裏張り裂け目位置がマッチするか否かを判断し、マッチすればステップＳ３４を実行し、マッチしなければステップＳ３３を実行する。ステップＳ３３では分析の結果が裏張り応力が強度に近く且つ強度を超過しないものを獲得し、六種類の相対剛体運動の量値及び多種類の変形形態が対応する境界変位量、変形量入力順序を減少させ、裏張り応力が強度を超過する位置と裏張り裂け目位置がマッチした後、ステップＳ３０を実行する。ステップＳ３４ではトンネルユニットの裏張り応力の増加量及び変位量を分析した結果を獲得する。
【００１０】
本発明は更に、変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置を提供し、これは測量ユニット及びプロセッサユニットを含む。前記測量ユニットは複数の断面の変位量を測量することで複数の前記断面の変位量測量値を獲得し、前記プロセッサユニットは測量ユニットに接続される。前記プロセッサユニットは三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含むシミュレーション模型によって、複数の前記断面の変位量測量値に基づいて前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を得る。その後壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布を対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得する。
【００１１】
本発明は変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置であり、そのうち、前記壁面は裏張り壁面であり、前記変位量は前記裏張り壁面の異なる時間での空間位置の変化であり、断面はトンネルにおける変位量測定のための測標の観測横断面であり、前記断面はトンネルの変形現象を測定するのに十分な数量の複数個の観測点を含み、前記トンネルユニットは二つのトンネル観測断面を境界とするトンネル範囲であり、前記断面の全観測点の異なる時間での空間位置の変化の集合は断面変位量であり、特定の断面の変化量は変位形態であり、変位形態は断面剛体運動及び断面変形となり、そして前記変位形態は既知の変位量及び壁面応力変化に対応している。断面剛体運動は、全ての前記観測点が一致して等量移動を行う平行移動変位形態と、全ての前記観測点が断面の中心に対し一致して等量回転を行う回転変位形態を含み、断面変形変位形態は、断面観測点が前記断面中心に相対して拡大または縮小する均等な変形変位形態、及び前記断面中心に相対する変形が楕円形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が三角形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が四辺形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が五辺形の変形変位形態、乃至は前記断面中心に相対する変形が多辺形の変形変位形態の複数種の変位形態を含む。且つ三次元空間中のトンネル内において、通行方向は軸方向、重力方向は垂直方向、そして軸方向及び垂直方向と直交する方向が横方向となり、前記三次元空間における断面剛体運動は、軸方向の平行移動、横方向の平行移動、垂直方向の平行移動、軸方向に相対する回転、横方向軸に相対する回転、垂直軸に相対する回転を含む。
【００１２】
本発明は変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置であり、三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含む前記シミュレーション模型の構築は、前述のステップＳ１０乃至ステップＳ１５を含む。
【００１３】
本発明は変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置であり、複数の前記断面の変位量測量値に基づいて前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を得ることは、前述のステップＳ２０乃至ステップＳ２５を含む。
【００１４】
本発明は変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置であり、前述のステップＳ２４における判断結果が均等である場合、壁面の応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得することは、前述のステップＳ３０乃至ステップＳ３４を含む。
【００１５】
本発明は更に、変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システムを提供し、これは測量装置とプロセッサ装置を含む。前記測量装置は複数の断面の変位量を測量することで複数の前記断面の変位量測量値を獲得し、前記プロセッサ装置は測量装置に接続される。前記プロセッサ装置は三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含むシミュレーション模型によって、複数の前記断面の変位量測量値に基づいて前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を得る。その後壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布を対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得する。
【００１６】
本発明は変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システムであり、そのうち、前記壁面は裏張り壁面であり、前記変位量は前記裏張り壁面の異なる時間での空間位置の変化であり、断面はトンネルにおける変位量測定のための測標の観測横断面であり、前記断面はトンネルの変形現象を測定するのに十分な数量の複数個の観測点を含み、前記トンネルユニットは二つのトンネル観測断面を境界とするトンネル範囲であり、前記断面の全観測点の異なる時間での空間位置の変化の集合は断面変位量であり、特定の断面の変化量は変位形態であり、変位形態は断面剛体運動及び断面変形となり、そして前記変位形態は既知の変位量及び壁面応力変化に対応している。断面剛体運動は、全ての前記観測点が一致して等量移動を行う平行移動変位形態と、全ての前記観測点が断面の中心に対し一致して等量回転を行う回転変位形態を含み、断面変形変位形態は、断面観測点が前記断面中心に相対して拡大または縮小する均等な変形変位形態、及び前記断面中心に相対する変形が楕円形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が三角形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が四辺形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が五辺形の変形変位形態、乃至は前記断面中心に相対する変形が多辺形の変形変位形態の複数種の変位形態を含む。且つ三次元空間中のトンネル内において、通行方向は軸方向、重力方向は垂直方向、そして軸方向及び垂直方向と直交する方向が横方向となり、前記三次元空間における断面剛体運動は、軸方向の平行移動、横方向の平行移動、垂直方向の平行移動、軸方向に相対する回転、横方向軸に相対する回転、垂直軸に相対する回転を含む。
【００１７】
本発明は変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システムであり、三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含む前記シミュレーション模型の構築は、前述のステップＳ１０乃至ステップＳ１５を含む。
【００１８】
本発明は変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システムであり、複数の前記断面の変位量測量値に基づいて前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を得ることは、前述のステップＳ２０乃至ステップＳ２５を含む。
【００１９】
本発明は変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システムであり、前述のステップＳ２４における判断結果が均等である場合、壁面の応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得することは、前述のステップＳ３０乃至ステップＳ３４を含む。
【００２０】
上に記載した「発明の概要」は本発明の範囲を制限するものではなく、本発明の各種分析及び試験についての具体的な内容は、以下の「発明を実施するための形態」で詳述される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明における三次元座標の定義とトンネル空間との関係を示す図である。
【図２】本発明における変位量により壁面の応力変化を引起すシミュレーション方法の流れ図である。
【図３】任意のトンネル内の複数の断面の変位量及びトンネルユニットの相対変位を示す図である。
【図４】ステップＳ１が含む更なるステップの流れ図である。
【図５】トンネルユニットの前、後観測断面の構築図である。
【図６】六種類の剛体運動変位形態及び部分変形変位形態を含む、各種変位形態を示す図である。
【図７】シミュレーション模型における強制的変位の分布を示す図である。
【図８】ステップＳ２が含む更なるステップの流れ図である。
【図９】ステップＳ３が含む更なるステップの流れ図である。
【図１０Ａ】各種変位形態の測量変数により引起される裏張り裂け目の型態を例示する図である。
【図１０Ｂ】各種変位形態の測量変数により引起される裏張り裂け目の型態を例示する図である。
【図１１】トンネルユニットにおける前、後の観測断面の相対運動により引起される裏張り裂け目のシミュレーションと実際の結果を例示する図である。
【図１２】本発明における変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置のブロック図である。
【図１３】本発明における変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の技術内容、目的及び効果への理解に資するために、以下に付属の図面と合わせて具体的な実施例を述べる。
【００２３】
図１は本発明における三次元座標の定義とトンネル空間との関係を示す図である。
【００２４】
図２は本発明における変位量により壁面の応力変化を引起すシミュレーション方法の流れ図であり、ステップＳ１乃至ステップＳ３を含む。ステップＳ１ではシミュレーション模型が提供され、且つ前記シミュレーション模型は三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含む。特に、ステップＳ１では数値試験模型を構築並びに調整することができ、前記三次元模型はトンネルユニットとすることができ、且つ前記壁面はトンネルの裏張り壁面とすることができる。測量変数は断面変位量とすることができ、更に言えば各種変位形態の変位量とすることができる。図３は複数の異なる観測断面を獲得することでシミュレーション模型、断面変位量測量値等を構築する際の図である。
【００２５】
ステップＳ２では、複数の前記断面の変位量測量値に基づき、前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を獲得する。特に、ステップＳ２では前記複数の観測断面変位量の変位形態構成量を解算し、並びに前記複数の変位形態構成量に基づき、前記複数の観測断面の間にあるトンネルユニットの相対変位量を解算し、更に前記シミュレーション模型の境界に対し前記変位量測量値を加え、そして複数の前記相対変位量により生成される応力変化を得る。
【００２６】
ステップＳ３では、壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得する。特に、ステップＳ３では壁面応力変化が均等か否か、及びトンネルの実際の裂け目分布に基づいてシミュレーション模型を調整し、且つ裂け目分布とマッチする裏張り応力変化量を求めることができる。
【００２７】
図４はステップＳ１が含む更なるステップの流れ図である。図４が示すように、ステップＳ１はステップＳ１０乃至ステップＳ１５を含む。ステップＳ１０では初期シミュレーション模型を構築することができ、且つ前記シミュレーション模型は三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含む。特に、数値模型の構築／調整は少なくともトンネルの幾何学形状、構造及び観測断面の配置位置、セルのサイズ等が考慮されるべきである。測量変数及び変位形態は、例えば図５における、軸方向に相対する平行移動、横方向に相対する平行移動、垂直方向に相対する平行移動、軸方向に相対する回転、横方向軸に相対する回転、垂直軸に相対する回転、均等な変形変位形態、楕円の変形変位形態、三角の変形変位形態、四辺の変形変位形態、五辺の変形変位形態等がある。
【００２８】
ステップＳ１１では、それぞれ剛体運動変位形態の断面変位量を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を得ることができる。特に、模型の境界に対し変位形態の変位量を加える、即ち数値模型の境界の一端（遠端）を固定することが、もう一端（近端）にはシミュレーションの単位変位値を加えることができ、その後トンネル裏張りの変位の結果を読取ることができる。詳しく言えば、本発明では隣合う観測断面をトンネルユニットとし、その内の一端を固定端として強制的に変位をゼロとすることで、前記隣合う観測断面の相対変位を計算し、並びに二つの観測断面間の変位が線形分布を呈すると仮定する（図５及び図７を参照）。トンネルユニット前後の観測断面の相対運動を数値模型に入力することで裏張り裂け目をシミュレートし、そして多数の期間における変位及び裂け目観測を有することから、前記の観測結果を通じて再び数値模型を検査、修正するといったことが可能となり、並びに将来起こり得る変位及び裂け目の傾向に対する予測が可能となる（図１０Ａ及び図１０Ｂ、図１１を参照）。
【００２９】
ステップＳ１２では、前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断することができ、均等でなければステップＳ１０に移行し、均等であればステップＳ１３を実行する。特に数値模型に対して、トンネル壁面変位、及びトンネル壁面と周囲の岩の応力変化が均等であるか否かを検査することができる。
【００３０】
ステップＳ１３では、変形変位形態の変位値を前記シミュレーション模型の境界に加え、トンネルユニットの変形の応力変化を得ることができる。特に、数値模型の境界の遠端を必要とされる方法で固定し、且つ近端には例えば均等な圧縮、楕円、三角、四辺等の変形変位形態の変位量を加え、且つトンネル壁面変位及び応力変化の状況を読取ることができる。
【００３１】
ステップＳ１４では、前記変形形態とシミュレーション模型の境界に加える条件が合致するか否かを判断する。合致しないならステップＳ１０に移行し、合致するならステップＳ２を実行する。特に数値模型に対して、トンネル壁面変位、及びトンネル壁面と周囲の岩の応力変化が均等であるか否かを検査することができる。
【００３２】
図８はＳ２が含む更なるステップの流れ図である。図８が示すように、ステップＳ２はステップＳ２０乃至ステップＳ２１、ステップＳ２２ａ乃至ステップＳ２４ａ及びステップＳ２２ｂ乃至ステップＳ２４ｂを含む。ステップＳ２０では、複数の前記断面の変位の測量値を獲得し、更に言えば、高精度のトンネル変位観測技術に基づき複数の前記断面の変位の測量値を獲得することができる。特に、トンネル観測断面の三次元空間座標測量値によって前記トンネル断面の変位測量値を計算することができる。
【００３３】
ステップＳ２１では、複数の前記断面の変位の測量値の変位形態構成量を獲得し、更に言えば、前記断面の変位測量値に基づいて変位形態構成量を獲得することができる。特に、観測断面に観測された変位測量値によって、変位形態の構成量を計算することができる。
【００３４】
ステップＳ２２ａでは、前記変位形態構成量に基づいて、断面剛体運動に属する変位形態の構成量を獲得することができる。特に、断面変位測量値の変位形態構成における、軸方向の平行移動、横方向の平行移動、垂直方向の平行移動、軸方向に相対する回転、横方向に相対する回転、垂直軸に相対する回転等六種類の変位形態が対応する構成量の数値の大きさを獲得することができる。
【００３５】
ステップＳ２３ａでは、トンネルユニットの境界とする前記断面剛体運動に基づいて、前記トンネルユニットの相対剛体運動構成量を獲得し、且つ前記構成量に基づいて前記相対剛体運動の種類を順序付けする。更に言えば、トンネルユニットの境界の二つの断面の剛体運動変位形態構成量に基づいて、前記トンネルユニットの相対剛体運動形態構成量を獲得することができ、且つ前記構成量の大きさに基づいて前記相対剛体運動の種類を順序付けする。特に、そのうちの断面を基準とする剛体運動量値を獲得し、且つトンネルユニットの六つの相対剛体運動変位の値を大きさによって順序付けすることができる。
【００３６】
ステップＳ２４ａでは、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記相対剛体運動の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの相対剛体運動の応力変化を獲得することができる。更に言えば、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記トンネルユニットの相対剛体運動形態構成量が対応する変位値を前記シミュレーション模型の境界に加えることができる。特に、数値模型の変位をゼロ調整し、且つ数値模型の境界に対し相対剛体運動変位形態が対応する変位値を加えることができる。即ち剛体運動変位形態の構成量によって、断面変位測量値の最大構成量を占める剛体運動変位形態を始まりとし、順番に数値模型の境界に対し対応する変位値を加える。
【００３７】
またステップＳ２２ｂでは、前記変位形態構成量に基づいて、断面変形に属する変位形態の構成量を獲得することができる。特に、断面変位測量値の変位形態構成における、断面中心に相対して拡大または縮小する均等な変形変位形態、及び断面中心に相対する変形が楕円形の変位形態、断面中心に相対する変形が三角形の変位形態、断面中心に相対する変形が四辺形の変位形態、断面中心に相対する変形が五辺形の変位形態、乃至は断面中心に相対する変形が多辺形の変位形態の複数種の変位形態が対応する構成量の数値の大きさを獲得することができる。
【００３８】
ステップＳ２３ｂでは、トンネルユニットの境界とする断面変形に基づいて、前記トンネルユニットの変形構成量を獲得し、且つ前記構成量に基づいて変形形態を順序付けする。更に言えば、トンネルユニットの境界の二つの断面の変形変位形態構成量に基づいて、前記トンネルユニットの変形構成量を獲得することができ、且つ前記構成量の大きさに基づいて前記変形形態を順序付けする。特に、前記トンネルユニットの複数種の変位形態を大きさによって順序付けした成果を獲得することができる。
【００３９】
ステップＳ２４ｂでは、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ同時に前記変形形態の値を前記シミュレーション模型の境界に加え、トンネルユニット変形の応力変化を得ることができる。更に言えば、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、且つ前記トンネルユニットの変形形態構成量が対応する変位値を前記シミュレーション模型の境界に加えることができる。特に、数値模型の変位をゼロ調整し、且つ前記シミュレーション模型の境界と前記変形形態の構成量の大きさに基づき、前記シミュレーション模型の境界に対し前記変形形態に対応する変位値を加えることができる。構成量が最大の前記変形形態を始まりとし、且つ最小比率の前記変形形態に向かって順番に、前記変形形態に対応する変位量を前記シミュレーション模型の境界に対し加える。特に、境界と裏張り変形形態構成量に基づき、模型の境界に対し変形形態に対応する変位量を加え、実際比率が最大の変形形態を始まりとし、形態に対応する変位量を順に模型の境界に加える。
【００４０】
円形のトンネルを例とすれば、一回目の測量を行う際にはＡ、Ｂ二つの断面の各観測点の絶対座標を獲得する。断面はいずれも観測点の絶対座標を通じて断面の中心位置が計算されるものとなる。並びに二期目の測量で測定された観測値から一期目の値を引くか、または一期目の測量で測定された観測値から二期目の値を引き、更にＡ断面の観測値からＢ断面の値を引くか、またはＢ断面の観測値からＡ断面の値を引く。これにより、これら二回の測量期間におけるＡ断面の各観測点がＢ断面の各観測点に相対した変化の状況が獲得され、（????，????，????）ＡＢ，１２で示される。断面の変位は剛体運動と変形とに分離され、そのうち剛体運動は更に剛体平行移動運動と剛体回転運動の二種類に分離される。
【００４１】
詳しく言えば、分解変位の概念から派生した、軸方向単位の平行移動、横方向単位の平行移動、垂直方向の平行移動、軸方向に相対する回転、横方向軸に相対する回転、垂直軸に相対する回転等の六種類の剛体運動、更に均等な変形変位形態、楕円の変形変位形態、三辺の変形変位形態、四辺の変形変位形態、五辺の変形変位形態等の断面の中心に相対する複数種の多辺の変形であるが、これら複数種の変位型態に対してそれぞれ異なる境界条件が与えられ、それぞれが引起すトンネル壁面の応力変化及び裂け目の型態が探られることとなる。剛体平行移動の場合、囲み岩模型の前断面に対し均等に１単位長さの強制的変位が加えられる、即ち強制的に前断面を均等に軸方向（Ｙ軸）、横方向（Ｘ軸）、垂直方向（Ｚ軸）に移動させ、また側面は線形に漸次変位するが仮定され、前、後二つの断面間の変位が連続的に分布する（図７（ａ）は横方向の平行移動を例としている）。剛体回転の場合、前断面がそれぞれＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸を巻く形で回転し、また側面は線形に漸次変位することか仮定され、前、後二つの断面が連結される（図７（ｂ）はＺ軸を巻く回転を例としている）。変形の場合、前、後二つの断面に対し共に強制的変位を加え、また側面の変位は均等に分布し（図７（ｃ）は楕円の変形を例としている）、そして前断面に対し強制的変位を加え、また側面は線形に漸次変位すること仮定され、前、後二つの断面が連結される。境界条件は裏張り及び囲み岩の模型における前、後の断面上に設けられる。簡単に言えば、前記壁面は裏張り壁面であり、前記変位量は前記裏張り壁面の異なる時間での空間位置の変化であり、断面はトンネルにおける変位量測定のための測標の観測横断面であり、前記断面はトンネルの変形現象を測定するのに十分な数量の複数個の観測点を含み、前記トンネルユニットは二つのトンネル観測断面を境界とするトンネル範囲であり、前記断面の全観測点の異なる時間での空間位置の変化の集合は断面変位量であり、特定の断面の変化量は変位形態であり、変位形態は断面剛体運動及び断面変形となり、そして前記変位形態は既知の変位量及び壁面応力変化に対応している。断面剛体運動は、全ての前記観測点が一致して等量移動を行う平行移動変位形態と、全ての前記観測点が断面の中心に対し一致して等量回転を行う回転変位形態を含み、断面変形変位形態は、断面観測点が前記断面中心に相対して拡大または縮小する均等な変形変位形態、及び前記断面中心に相対する変形が楕円形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が三角形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が四辺形の変形変位形態、前記断面中心に相対する変形が五辺形の変形変位形態、乃至は前記断面中心に相対する変形が多辺形の変形変位形態の複数種の変位形態を含む。且つ三次元空間中のトンネル内において、通行方向は軸方向、重力方向は垂直方向、そして軸方向及び垂直方向と直交する方向が横方向となり、前記三次元空間における断面剛体運動は、軸方向の平行移動、横方向の平行移動、垂直方向の平行移動、軸方向に相対する回転、横方向軸に相対する回転、垂直軸に相対する回転を含む。
【００４２】
ステップＳ２５では、ステップＳ２４ａにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断することができ、均等であればステップＳ３を実行し、均等でなければステップＳ２４ａを実行し、そして、ステップＳ２４ｂにおける前記シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断することができ、均等であればステップＳ３を実行し、均等でなければステップＳ２４ｂを実行する。
【００４３】
ステップＳ３０では、前記シミュレーション模型の測量変数をゼロ調整し、前記トンネルユニットの境界の断面変位の測量値を前記シミュレーション模型の境界に加え、前記トンネルユニットの断面変位測量値によって引起された応力変化の総量を得る。特に、前記断面変位測量値が引起した壁面応力変化の量値を計算することができる。
【００４４】
ステップＳ３１では、前記初期シミュレーション模型の測量変数及び応力変化が均等か否かを判断することができ、均等であればステップＳ３２を実行し、均等でなければステップＳ３４を実行する。
【００４５】
前述のステップＳ３は異なる状況においてステップＳ３４に到達するものとできる。一つ目の状況として、ステップＳ３１の結果が均等でないというものである場合、トンネルユニットの裏張り応力の増加量及び変位量を分析した結果を獲得する。二つ目の状況として、ステップＳ３１の結果が均等であるというものであり、且つステップＳ３２の裏張り壁面応力が強度を超過する位置と裏張り裂け目位置がマッチした場合、トンネルユニットの裏張り応力の増加量及び変位量を分析した結果を獲得する。三つ目の状況として、ステップＳ３１の結果が均等であるというものであり、且つステップＳ３２の結果がマッチしないというものである場合、ステップＳ３３を実行することで、分析の結果が裏張り応力が強度に近く且つ強度を超過しないものを獲得し、六種類の相対剛体運動の量値及び多種類の変形形態が対応する境界変位量、変形量入力順序を減少させ、裏張り応力が強度を超過する位置と裏張り裂け目位置がマッチした後にステップＳ３０を実行する。更に言えば、応力が前記裏張り壁面強度を超過する、前記壁面材料の強度に接近する、または前記壁面材料の強度に等しい壁面の空間位置を獲得することができ、且つ相対する複数の前記測量変数及び前記変位形態に対応する断面変位量の値を減少させることで、減少させた変位形態断面変位量を前記シミュレーション模型の境界に加え、これを壁面応力が前記壁面材料の強度より小さくなるまで、または壁面応力が前記壁面材料の強度より大きくなる位置と裏張り裂け目位置がマッチするまで行う。特に、裏張り応力が前記壁面材料の強度に近く且つこの強度を超過しないという分析結果を獲得し、六つの相対単位変位分量及び変形形態が対応する境界変位量、変形量入力順序を減少させ、これを壁面応力が前記壁面材料の強度より小さくなるまで、または裏張り応力が前記壁面材料の強度を超過する位置と裏張り裂け目位置がマッチするまで行う。測量変数により引起される裏張り裂け目の型態の例は、図１０Ａ及び図１０Ｂに示される。トンネルユニットにおける前、後の観測断面の相対運動により引起される裏張り裂け目のシミュレーション例と実際例との比較結果は、図１１に示される。
【００４６】
図１２は、本発明における変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置のブロック図である。変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置１は、測量ユニット１０及びプロセッサユニット１１を含む。
【００４７】
前記測量ユニット１０は複数の断面の変位量を測量することで複数の前記断面の変位量測量値を得る。
【００４８】
前記プロセッサユニット１１は測量ユニット１０に接続され、且つ三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含む前記シミュレーション模型によって、複数の前記断面の変位量測量値に基づいて前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を得る。その後壁面応力変化と前記壁面の裂け目分布を対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得する。
【００４９】
プロセッサユニット１１は回路、ウェハ、ＣＰＵ、ＳＯＣ、マイクロプロセッサまたはそれらの組み合わせとすることができる。Ａ、Ｂ、Ｃまたはそれらの組み合わせとは、Ａ、Ｂ、Ｃの三者の内の少なくとも二者の組み合わせ、例えばＡ＋Ｂ、Ａ＋Ｃ、Ｂ＋Ｃ、Ａ＋Ｂ＋Ｃであることに注意されたい。
【００５０】
特に、三次元トンネルユニットと、模型の境界とする複数の異なる断面と、その測量変数及び変位形態とを含む前記シミュレーション模型の構築は、前述のステップＳ１０乃至ステップＳ１５を含むことができる。
【００５１】
複数の前記断面の変位量測量値に基づいて前記トンネルユニットの相対変位量及び前記変位形態の構成量を計算し、且つ前記壁面の応力変化の値を得ることは、前述のステップＳ２０乃至ステップＳ２５を含むことができ、その内ステップＳ２１の後において第一組ステップ（ステップＳ２２ａ乃至ステップＳ２４ａ）及び第二組ステップ（ステップＳ２２ｂ乃至ステップＳ２４ｂ）に分かれ、第一組ステップ及び／または第二組ステップを実行した後においてステップＳ２５を実行し、並びに判断結果に応じて再度ステップＳ２４ａ及び／またはステップＳ２４ｂ乃至ステップＳ２５を実行する。
【００５２】
前述のステップＳ２４における判断結果が均等である場合、壁面の応力変化と前記壁面の裂け目分布とを対比し、状況に応じて前記相対変位量の計算値を修正することで、前記裂け目分布とマッチする応力変化を獲得することは、前述のステップＳ３０乃至ステップＳ３４を含む。
【００５３】
注意をされたいのは、前記接続は電気的接続、量子結合（量子エンタングルメント）及び／または光配線等の、信号の伝達や指令が可能な接続方式とすることができる。変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置１のその他の詳細な内容は、既に詳述した通りであり、更なる説明を加えない。
【００５４】
図１３は、本発明における変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システムのブロック図である。変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システム２は、測量装置２０とプロセッサ装置２１を含む。測量装置２０とプロセッサ装置２１の少なくとも一部の機能は、それぞれ前述の測量ユニット１０及びプロセッサユニット１１に対応する。プロセッサ装置２１は回路、ウェハ、ＣＰＵ、ＳＯＣ、マイクロプロセッサまたはそれらの組み合わせとすることができ、またプロセッサ装置２１は処理及び／または保存機能を備えるサーバ、クラウドコンピューティング、スーパーコンピュータ、ホストコンピュータ等を含むことができ、且つプロセッサ装置２１は有線及び／または無線により測量装置２０に接続されることができる。
【００５５】
以上をまとめると、本発明によってトンネル劣化の二つの重要指標、即ち変位と裂け目との相互影響が整理され、引起される裏張りの応力、ひずみ分布及び裂け目型態が変位観測結果の入力により獲得され、実際の観測データが検査と修正を経ることで変位−裂け目メカニズムの数値模型が獲得される。よって本発明を通じて、長期的観測下で裂け目の進行傾向が予測されることで有効な補強工程がシミュレートされ、またトンネルの健全性及び安全性が評価され、トンネルのメンテンナンスに関する実用的な助言が提供されることとなる。
【００５６】
発明は当業者であれば諸般の修飾が可能であるが、いずれも後付の特許請求の範囲の保護範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析装置
１０ 測量ユニット
１１ プロセッサユニット
２ 変位量を通じてトンネルの裏張りの応力変化を求める解析システム
２０ 測量装置
２１ プロセッサ装置
Ｓ１ ステップ
Ｓ１０〜Ｓ１５ ステップ
Ｓ２ ステップ
Ｓ２０、Ｓ２１、Ｓ２２ａ〜Ｓ２４ａ、Ｓ２２ｂ〜Ｓ２４ｂ、Ｓ２５ ステップ
Ｓ３ ステップ
Ｓ３０〜Ｓ３４ ステップ
【図１】
2019214930.tif 000003
【図２】
2019214930.tif 000004
【図３】
2019214930.tif 000005
【図４】
2019214930.tif 000006
【図５】
2019214930.tif 000007
【図６】
2019214930.tif 000008
【図７】
2019214930.tif 000009
【図８】
2019214930.tif 000010
【図９】
2019214930.tif 000011
【図１０Ａ】
2019214930.tif 000012
【図１０Ｂ】
2019214930.tif 000013
【図１１】
2019214930.tif 000014
【図１２】
2019214930.tif 000015
【図１３】
2019214930.tif 000016