SENS 工法によるトンネル周辺地盤挙動の解析
地盤工学研究室 岡野 良
指導教員 杉本光隆
1. はじめに重は，先端のシェルへジャッキ力，コンクリートSENS によって掘削されたトンネルでは，未固液体区間でコンクリート打設圧，固体区間で水圧結な一次覆工コンクリート中の内型枠がシールである．本研究では，新たにシールド機をモデルド機から離れるに従って浮き上がる現象が確認化し，切羽に切羽圧を作用させ，SENS 周辺地盤されている．これは，内型枠が未固結な一次覆工挙動をより正確に表現した(図-1 の赤丸参照)．

コンクリートによる浮力によって，上方に剛体変2.2 逐次解析位したためと考えられる．さらに，一次覆工は内SENS 特有の施工過程を表現するために，以下型枠が浮き上がった状態で打設圧力を受けながの特徴を有する逐次解析を実施した(図-2 参照)．

ら硬化した後に，地山からの有効土圧を受ける．

1) 解析ステップ毎にトンネル先端へ内型枠を追この有効土圧は，内型枠挙動や地山状況によって加し，荷重やばね，マシンを前方にシフトさせる変化すると考えられることから，一次覆工や内型ことでトンネルの掘進を表現する．

枠を設計する上で，基本的である作用土圧を推定

2) コンクリート未固結区間では内型枠と地盤へするためには，三次元的かつ逐次的に変化する地コンクリート打設圧を作用させ，コンクリート固盤，一次覆工コンクリートと内型枠の相互作用を結区間では水圧を作用させる．

表現できる解析モデルが必要である．

3) 一次覆工が硬化したリングでは，内型枠と一次既往の研究では，トンネル覆工の解析手法とし覆工の合成梁として剛性を増加させ，内型枠脱型て，はり－ばねモデルを用いて，SENS の施工過後は剛性を低下させる．

程を考慮した三次元逐次解析手法を開発し，実ト

3. パラメータスタディ

ンネルの現場計測データを用いて同手法の妥当

3.1 解析ケース性を確認している 1)．さらに，そのはり－ばねモ

本解析モデルを用いて，同定が困難な初期変位，デルを拡張し，地盤を要素化した連続体モデルが静止土圧係数，弾性係数を変数とした解析を行っ開発された 2)．畑下らは，このモデルにより，トた(表-1)．ここで，初期変位δinit は，初期掘削面ンネル周辺の地盤挙動解析を行い，現場計測値とから覆工外周面までの距離である(主働側：－)．

比較し，地盤の水平変位挙動が一致しなかった 3)．

解析対象断面は，西谷トンネルで地盤変位が発生

そこで本研究では，改めて同手法の妥当性を検しやすい土被り 6.1m の小土被り区間とした．

討することを目的として，畑下らの研究と同じ現場を対象に，新たに改良を加えた三次元連続体モ

シェル要素（内型枠+一次覆工）

ピース間継手ばね
リング間継手ばね

界面要素

切羽圧(切羽ジャッキ力側))

テールばね

2.1 解析モデル概要
本解析モデルの概要図を図-1 に示す．内型枠と一次覆工を一体としたシェル要素，内型枠のリン

トン
ネル
坑口側(

2. 解析モデル

切羽側)挙動を解析した．

(デルによって SENS 覆工挙動，トンネル周辺地盤マシン部

コンクリート打設圧

土水圧

液体区間

固体区間

図-1 解析モデルの概要図

グ間継手を軸方向ばねとせん断ばね，内型枠間継手を回転ばねで表現した．さらに，掘削面と覆工を界面要素で連結した．覆工に直接作用させる荷図-2 逐次解析概要

表-1 解析ケース

3.2 地盤変位挙動解析

δ init ：初期変位

ここでは，地盤変位挙動について述べる．図-3，

Case No.

図-4，図-5 に，地盤条件が地盤変位挙動に与える(主働側：－)(mm)
0-5-10※1234-5567-108910-5111213-101415※
1 上総層群粘性土の弾性係数影響を示す．これらの図より以下のことがわかる．
1) 主働側への初期変位が大きくなると，有効土圧の減少が大きくなるため，トンネル上部の地盤反力が小さくなり，隆起傾向は小さくなる．また，初期掘削面と覆工の間の隙間により，トンネル内側への水平方向地盤変位は大きくなる．
2) 静止土圧係数が小さくなると，水平有効土圧が小さくなるため，トンネル内側への水平方向地盤(MN/m )140

10.750.5
10.750.51401407014028070140280

11

切羽通過後

計測値

Case1

Case2

テール通過後脱型後計測値

0Case3

土被り6.1m

102

1

切羽通過後変位は小さくなり，トンネル外側への水平方向地E ：弾性係数 1K h0 ：静止土圧係数

50盤変位もみられる．

-5-5-103) 弾性係数が大きくなると，主働側の初期変位に0510-10

テール通過後10-1550

深度[m]変化量[mm]よる有効土圧の減少が大きくなるため，隆起傾向，-5-5

トンネル内側への水平方向地盤変位は小さくな-10る．

10-10-50510Case2
Case3

トンネル10.5m-10Case1-20-25

脱型後-30503.3 計測値との比較-5-35-10-10-5

パラメータスタディ(図-3，図-4，図-5)より，

05
トンネル中心からの位置[m]10-4015地表面の鉛直変位(+：隆起)

015-15015-150-15

水平変位[mm]
トンネル右側部の水平変位(+：トンネル内側)

計測値と整合する解析条件は，初期変位

図-3 初期変位の影響δinit=-10mm ， 静 止 土 圧 係 数 Kh0=1 ， 弾 性 係 数
切羽通過後

10切羽通過後計測値

Case7

Case8

テール通過後脱型後計測値

0

Case9

土被り6.1m

E=140MN/m2(表-1 における Case3)となった．

504. まとめ-5-5-10

本研究では，新たに改良を加えた三次元連続体

0510-10テール通過後
10-155

深度[m]変化量[mm]モデルを用いて解析を実施し，計測値と比較した．

-50-5Case8
Case9

トンネル10.5m-10

Case7-20-10

その結果，本解析手法により，内型枠・覆工挙動，-10-50510-25脱型後
10地盤変位挙動を合理的に表現できることを確認-30

50-5した．

-35-10-10-5【参考文献】

05
トンネル中心からの位置[m]10-4015

地表面の鉛直変位(+：隆起)

0-15

150-15150-15

水平変位[mm]
トンネル右側部の水平変位(+：トンネル内側)

1） 玉井達毅他：シールドを用いた場所打ち支保図-4 静止土圧係数の影響システムの時系列三次元逐次解析手法による
切羽通過後

切羽通過後

計測値

Case10

Case11テール通過後脱型後計測値0Case12

土被り6.1m20内型枠挙動の解明，土木学会論文集 F1, Vol.70,

100-5-10No.3, I-17 - I-28, 2014.

-102） 中田早紀，杉本光隆：SENS 工法によって構築術科学大学大学院修士論文，2017.

0510-10テール通過後
20-15100深度[m]

変化量[mm]

されたトンネル周辺の地盤変位解析，長岡技-5

トンネル10.5m-20-10-20-20-10-50510-25脱型後203） 畑下創紀，杉本光隆：連続体モデルによるSENS 覆工挙動の解析，長岡技術科学大学大学
院修士論文，2018.

-30

100-35-10-20-10-505
トンネル中心からの位置[m]

地表面の鉛直変位(+：隆起)

10-40
150-15150-1515

水平変位[mm]

トンネル右側部の水平変位(+：トンネル内側)

図-5 弾性係数の影響

0-15

Case10
Case11
Case12