(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
土留め壁の内部を掘削する際に、前記土留め壁の変位，曲げモーメント，せん断力などの挙動を実測し、得られた実測挙動値に基づいて、以後の挙動を予測推定する土留め掘削時の挙動予測方法において、
前記実測挙動値と当初設計値とに所定以上の異同があった場合に、
前記当初設計値を演算する際に設定した、土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γなどの地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓを中心値とするメンバーシップ関数を、地盤の深度方向に沿って存在する土質層毎にそれぞれ設定し、
前記地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓを前記メンバーシップ関数上で増減させる変化量δを設定し、
前記変化量δを複数回増減させた際の計算挙動値をそれぞれ求め、
前記計算挙動値と前記実測挙動値とが概略一致した時の前記地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓを確定値とすることを特徴とする土留め掘削時の挙動予測方法。
【請求項２】
前記メンバーシップ関数を二等辺三角関数にすることを特徴とする請求項１記載の土留め掘削時の挙動予測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土留め掘削時の挙動予測方法に関し、特に、ファジー理論を利用した挙動予測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
共同溝，立坑および構造物基礎などの地下構造物を構築する場合に行われる掘削工事では、掘削過程の進行に伴う、掘削面の崩落防止や、地盤沈下などによる周辺への影響を最小にし、安全に工事を進める必要性から、通常、土留め工事が実施される。
【０００３】
このような工事における各掘削過程では、掘削による地盤の不均衡を土留め壁，切梁，掘削面以深の周辺地盤に分担させて、工事が進められる。ところが、地盤は、その物性値にバラツキが多い不確定なものであり、設計時に物性値に十分配慮をしていても、実際の挙動と異なることがある。
【０００４】
このような挙動の異同は、大深度の開削工事などで顕著に現われるため、この種の工事においては、現場計測を行い、得られた現場計測値に基づいて、不確定な地盤の物性値（未知数）を逆解析により推定し、この推定値から地盤の挙動を予測し、施工管理，安全管理に役立てる手法が行われている。
【０００５】
このような逆解析の手法には、例えば、試行錯誤的手法や最適化手法（直接定式化法，逆定式化法，カルマンフィルター法など）があり、最適化手法は、数学的処理を用いて、施工時の次段階以降の入力定数の変化を予測するのに手間がかかるので、試行錯誤的手法が良く用いられている。
【０００６】
しかしながら、このような試行錯誤的な逆解析手法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、試行錯誤的な逆解析手法では、地盤の未知数を推定する際には、実務経験，担当者の勘および経験に基づくノウハウなどの要素が支配的になるため、推定値に個人差がでて、推定値がバラツクという問題があった。
【０００８】
また、複数の未知数を推定するために、時間がかかるだけでなく、実際の挙動と容易に適合しないなどの問題があった。さらに、限られた実測値の結果から、不確定な土質を対象として、施工区域の全体について、正確な地盤の物性値を算出するのは、非常に難しい作業となっていた。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、推定値にバラツキがなく、短時間に実測値に適合した正確な推定が行える土留め掘削時の挙動予測方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、土留め壁の内部を掘削する際に、前記土留め壁の変位，曲げモーメント，せん断力などの挙動を実測し、得られた実測挙動値に基づいて、以後の挙動を予測推定する土留め掘削時の挙動予測方法において、前記実測挙動値と当初設計値とに所定以上の異同があった場合に、前記当初設計値を演算する際に設定した、土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γなどの地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓを中心値とするメンバーシップ関数を、地盤の深度方向に沿って存在する土質層毎にそれぞれ設定し、前記地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓを前記メンバーシップ関数上で増減させる変化量δを設定し、前記変化量δを複数回増減させた際の計算挙動値をそれぞれ求め、前記計算挙動値と前記実測挙動値とが概略一致した時の前記地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓを確定値とするようにした。
このように構成した土留め掘削時の挙動予測方法によれば、当初設計値を演算する際に設定した、土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γなどの地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓを中心値とするメンバーシップ関数を、地盤の深度方向に沿って存在する土質層毎にそれぞれ設定するので、当初設計値は、実際の地盤物性値とそれほど大きな相違がなく、計算挙動値を実測挙動値に早期に収束させることができる。この場合、メンバーシップ関数は、二等辺三角関数に設定することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１から図７は、本発明にかかる土留め掘削時の挙動予測方法の一実施例を示している。
【００１２】
図１は、土留め掘削時における施工管理の全体的な流を示している。土留め掘削時の施工管理では、同図に示すように、まず、ある掘削（施工）ステップにおいて、土留め壁の変位，曲げモーメント，せん断力などの挙動が実測される（スイテップｓ１）。
【００１３】
次に、得られた実測挙動値Ａと設計値との比較が行われる（ステップｓ２，ｓ３）。この場合、実測挙動値Ａと設計値とは、一般的にはあまり一致していない。ステップｓ３で、実測挙動値Ａと設計値とが概ね一致している場合には、施工が継続される。
【００１４】
一方、ステップｓ３で、実測挙動値Ａと設計値とが概ね一致していないと判断された場合（両者間に所定以上の異同が認められた場合）には、ステップｓ４で、本実施例の挙動予測方法が実行される。この挙動予測方法の詳細は、図２以下に示している。
【００１５】
ステップｓ４の挙動予測方法で、土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γなどの地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓが、確定すると（ステップｓ５）、次に、次期掘削（施工）ステップにおける土留めの変形予測（順解析）が行われる（ステップｓ６）。
【００１６】
そして、この解析によって得られた変形予測から、土留め壁に発生する応力度照査を行い（ステップｓ７）、ステップｓ８で、土留め壁の安全性が確保できると判断された場合には、施工が継続される。
【００１７】
一方、ステップｓ８で、土留め壁の安全性が確保できないと判断された場合には、対策工を実施して（ステップｓ９）、施工が継続されることになる。
【００１８】
ステップｓ４で実行される挙動予測方法の詳細な手順を図２に示している。同図に示した手順がスタートすると、まず、ステップｓ４０で、未知数である土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γなどの地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓに対して、それぞれファジー理論に基づくメンバーシップ関数が設定される。
【００１９】
このメンバーシップ関数は、地盤の深度方向に沿って存在する土質層毎に設定される。図３に、設定されるメンバーシップ関数の一例を示している。同図に示したメンバーシップ関数は、当初設計値を演算する際に設定した、土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γなどの地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓを中心値とする二等辺三角形の関数となっている。
【００２０】
この二等辺三角形の関数は、設計値に対する確からしさ（あいまいさ）が、半分まで低下した位置で最小および最大になっている。なお、この最大および最小値は、例えば、地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φなどでは、絶対的にそれ以上ないしはそれ以下の値にならないことがあるので、これらの絶対的な値を最大ないしは最小値にすることもできる。
【００２１】
また、メンバーシップ関数の形状は、図３に示したものに限られることはなく、例えば、正規分布関数などであってもよい。
【００２２】
続く、ステップｓ４１では、地盤物性値（土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γ）および切梁バネ係数ｋｓを、前述したメンバーシップ関数上で増減させる変化量δの設定が行われる。
【００２３】
この場合の変化量δは、例えば、設計値の確からしさに対して、０．１ないしは０．０５といった数値に設定される。次に、ステップｓ４２で、計算挙動値Ｂの演算の繰り返し回数ｎの設定が行われる。
【００２４】
続くステップｓ４３では、当初設計値を演算する際に設定した地盤物性値（土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γ）および切梁バネ係数ｋｓに基づいて、土層毎に、計算挙動値Ｂ0が求められる。
【００２５】
ステップＳ４４では、ステップｓ１で実測されている実測挙動値Ａと、計算挙動値Ｂ0の比較が、各層毎に行われる。ステップｓ４４で実測挙動値Ａが計算挙動値Ｂ0よりも大きいと判断された場合には、ステップｓ４５で、計算挙動値Ｂ0が大きくなるように、未知数（土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γなどの地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓ）をメンバーシップ関数上で変化量δだけ増加ないしは減少させる。
【００２６】
一方、ステップｓ４４で実測挙動値Ａが計算挙動値Ｂ0よりも小さいと判断された場合には、ステップｓ４６で、計算挙動値Ｂ0が小さくなるように、未知数（土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γなどの地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓ）をメンバーシップ関数上で変化量δだけ減少ないしは増加させる。
【００２７】
次のステップｓ４７では、ステップｓ４５，４６で変化量δだけ増減させた未知数（土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γなどの地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓ）の演算が行われる。
【００２８】
ステップｓ４８では、求められた未知数に基づいて計算挙動値Ｂ1が演算される。続くステップｓ４９では、計算挙動値Ｂが設定された繰り返し回数ｎだけ行われたか否かが判断され、ｎ回行われていない場合には、ステップｓ４４に戻るとともに、ｎ回実行された場合には、ステップｓ５０に移行する。
【００２９】
ステップｓ５０では、実測挙動値Ａとｎ回繰り返し演算された計算挙動値Ｂnとの比較が各層毎に行われ、これらが概ね一致している場合には、続くステップｓ５１で未知数（土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γなどの地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓ）を確定して手順が終了する。
【００３０】
ステップｓ５０で、実測挙動値Ａと計算挙動値Ｂnとが概ね一致していないと判断された場合には、ステップｓ４１に戻り、新たに変化量δおよび繰り返し回数を設定して、処理手順が続行される。
【００３１】
図４から図７は、上記手順により得られた計算挙動値を実測値とともに表示した演算結果である。図４に示したグラフが繰り返し計算回数ｎが１、すなわち、当初設計値に基づく場合であり、同図から判るように、土留め壁の変形が、計算挙動値と実測挙動値でかなりずれている。
【００３２】
なお、図４ないしは図７において、変形のグラフ中で○で示したものが実測挙動値であり、同図中に実線で示したものが計算挙動値である。図５に示したグラフは、繰り返し計算回数ｎが２、図６に示したグラフは、繰り返し計算回数ｎが５、図６に示したグラフは、繰り返し計算回数ｎが１０の場合である。
【００３３】
図５に示した繰り返し計算回数ｎが２では、計算挙動値と実測挙動値との一致の度合いが十分ではないが、図６に示したように、繰り返し回数ｎが５になると、土留め壁の変形に関する計算挙動値と実測挙動値とが、良く一致していることが判る。
【００３４】
計算挙動値と実測挙動値との一致の度合いは、繰り返し回数ｎが１０となっても、これが５の場合と殆ど変わらず、繰り返し回数ｎが５回程度で、未知数が収束することが判る。
【００３５】
さて、以上のように構成した土留め掘削時の挙動予測方法によれば、当初設計値を演算する際に設定した、土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γなどの地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓを中心値とするメンバーシップ関数をそれぞれ設定するので、当初設計値は、実際の地盤物性値とそれほど大きな相違がなく、数回程度の繰り返し演算回数で、計算挙動値を実測挙動値に早期に収束させることができる。
【００３６】
この場合、未知数（土圧Ｐ，地盤の反力係数ｋｅ，地盤の粘着力Ｃ，地盤の摩擦角φ，地盤の体積重量γなどの地盤物性値および切梁バネ係数ｋｓ）の確定は、担当者の勘や経験に支配されることがなく、的確な未知数を短時間にかつ正確に確定することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかる土留め掘削時の挙動予測方法によれば、不明確な地盤未知数を的確かつ迅速に確定することができるので、解析結果を土留め掘削の施工管理，安全管理に容易に反映させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる挙動予測方法が適用される土留め掘削における施工管理の全体的な流を示すフローチャート図である。
【図２】本発明にかかる挙動予測方法の手順の一例を示すフローチャート図である。
【図３】図２示した挙動予測方法で設定するメンバーシップ関数の一例を示す説明図である。
【図４】図２示した挙動予測方法の繰り返し演算回数１回目で得られた結果のグラフである。
【図５】図２示した挙動予測方法の繰り返し演算回数２回目で得られた結果のグラフである。
【図６】図２示した挙動予測方法の繰り返し演算回数５回目で得られた結果のグラフである。
【図７】図２示した挙動予測方法の繰り返し演算回数１０回目で得られた結果のグラフである。
【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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