浅い土被りでの SENS 覆工挙動の解析
地盤工学研究室 NGUYEN DUC TAM
指導教員
1 はじめに杉本光隆，玉井達毅

切羽側にシフトすることで，トンネル掘進を表現した．

SENS で施工されたトンネルでは，未固結な一次覆一次覆工が固体区間では，一次覆工と内型枠が一体と工コンクリート（以下，一次覆工）中の内型枠がシーなって土水圧に抵抗する．そこで，一次覆工と内型枠ルド機から離れるに従って浮き上がる現象が確認されを合成梁として剛性を増加させることにより，脱型リている．これは，内型枠が未固結な一次覆工による浮ングでは剛性を低下させることにより，一次覆工の硬力によって，上方に剛体変位したためと考えられる 1)．

化と内型枠の脱型をそれぞれ表現した．

さらに，一次覆工は内型枠が浮き上がった状態で硬化

3 パラメータスタディした後に，地山からの有効土圧を受ける．この有効土3.1 解析ケース

圧は，内型枠挙動や地山状況によって変化すると考え地盤ばね特性とジャッキ推力が内型枠・一次覆工にられる．したがって，一次覆工や内型枠を設計するた与える影響を解明するため，表-1 に示すパラメータス

めに必要な作用土水圧を推定するため，三次元的かつタディを実施した．ここで，初期変位 uinit は，初期トン逐次的に変化する地盤，一次覆工，内型枠の相互作用

ネル掘削面から一次覆工硬化時の掘削面までの距離でを表現できる解析モデルが必要である．

ある（主働：＋，受動：－）．解析対象は，津軽蓬田ト

そこで本研究では，内型枠および一次覆工の挙動メカニズムを解明し，トンネルの健全な覆工を構築するンネルで実施した浅い土被り区間での計測断面（土被り約 11m）とした．

ことを目的として，SENS の荷重条件と施工過程を考慮した三次元解析モデルを開発し，SENS で施工した北海道新幹線津軽蓬田トンネルの計測データを用いて同手法の妥当性を検証した．
2 解析モデル2.1 解析モデル概要

図-1 解析モデル

本研究の三次元解析モデルの概要を図 1 に示す．本解

内型枠のみ

一次覆工のみ内型枠+一次覆工

析モデルでは，周辺地盤を覆工周面に配置した法線方
向地盤ばね，内型枠と一次覆工を一体としたシェル要
素，内型枠のリング間継手を軸方向ばねとせん断ばね，

Step i21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 987654321

Step i+1

22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 987654321

ピース間継手を回転ばねで表現した．また，シールド

図-2 逐次解析概要

マシンテール部と覆工の競りをテールシールばね，内表-1 解析ケース

型枠と一次覆工との周面摩擦をジョイント要素によってモデル化した．
内型枠に作用させる荷重は，先端のシェルへジャッキ力，コンクリート液体区間でコンクリート打設圧，固体区間で土水圧である．地盤ばねの性状には，周辺地盤が比較的硬質な地山であることから，切羽前方変位やトンネル掘削面と覆工の相対変位による土圧変化を評価できる地盤反力曲線 2)を適用した．
2.2 逐次解析

ケース※1ケース※2地盤反力係数 u init ：初期変位(mm)MN/m311021150312413514100615716817150918※1 ジャッキ力 937kN/本※2 ジャッキ力 468kN/本-5-20-5-20-5-20

3.2 定常状態の確認

図 2 は逐次解析概要である．施工ステップ毎に新たな図-3 に各ステップの覆工の天端の鉛直変位（k =内型枠を先端に追加し，荷重と全周ばねを 1 リング分150MN/m3，uinit = -5mm，ジャッキ推力 = 937kN/本）を示す．この図より，最終ステップ付近まで計算を実施す

12ると，定常状態が得られており，本モデルの逐次解析ス8Un(mm)テップが妥当であることがわかる．そこで，今後の解析結果は，最終ステップ（30Step）で評価することとした．
3.3 内型枠・一次覆工挙動解明

step=00
step=08
step=16
step=24

step=02
step=10
step=18
step=26

step=04
step=12
step=20
step=28

step=06
step=14
step=22
step=3040-40

図-4に内型枠の計測曲げモーメントを示す．同図よ

1020

30

40

50

Distance(m)り，液体区間のテール脱出1R後で，下端と左側での値

図-3 各ステップの覆工天端における変位量が著しく大きくなり，固体区間でもその影響が残ってテール脱出 1R 後

テール脱出 6R 後

テール脱出 12R 後いることがわかる．これは，組立施工の影響であって，1889R曲げモーメント（kN-m/m)

本モデルで表現できないことから，軸力に着目することとした．
図-5に，k = 150MN/m3，uinit = -5mm，ジャッキ推力 =937kN/本を基本ケースとし，パラメータが変位と軸力に与える影響を示す.この図より，以下のことがわかる．

6500500324543240276

1896R540-50096 276234144-50096234186a) 初期変位（受働側）が大きくなると，天端より下端

6144186

図-4 内型枠の曲げモーメント計測結果の土圧の増加が大きくなるため，上方へ剛体変位する．
さらに，受働側への初期変位のため，軸力は増加する．
b) 地盤反力係数が大きくなると，地盤が硬くなり，変位はほぼ同じとなる．また，受働側への初期変位のため，地盤が硬くなると，軸力は増加する．
c) ジャッキ推力の大小に関わらず，剛体変位と軸力はほぼ同じである．これは，初期変位が受働側であるため，地盤反力が卓越したためと考えられる．
3.4 計測値との比較
図-6 にテール脱出 12R 後でのパラメータと軸力の関係を示す．パラメータスタディより，剛体変位およ図-5 変位・軸力分布

び軸力の計測値と解析値が一致するのは k = 150MN/m3，

5000

uinit = -5mm，ジャッキ推力 = 937kN/本であった．図-74000

軸力（k=50）軸力（k=150）

平均軸力（kN/m）にトンネル右側の軸力の経時変化を示す．この図より，解析値が計測値の傾向を再現できることを確認した．
4 まとめ

計測（1896R)
2000
1000
0-1005初期変位（mm）

6000

2.5E+07

軸力(kN/m)

4000

2.0E+072000

解析値
計測値1896R

1.5E+07
1.0E+07
5.0E+06

等価軸剛性00.0E+002）岡崎麻里，杉本光隆，Aphichat Sramoom：地盤反力曲線を用いた骨組み構造解析によるトンネル覆工の解
析法，土木学会論文集 C, No1/V-67, pp.61-77, 2011.

15

3.5E+07

計測値1889R

会論文集 F1, Vol.70, No.3, I-17-I-28, 2014.

10

3.0E+071）玉井達毅，阿部広明，杉本光隆，田中淳寛，水原勝
三次元逐次解析手法による内型枠挙動の解明，土木学-2

図-6 パラメータと軸力の関係(テール脱出 12R 後）

5 参考文献
由：シールドを用いた場所打ち支保システムの時系列-5

図-7 軸力の経時変化

等価軸剛性(kN)

動を合理的に表現できることを確認した．

計測（1889R)

3000

SENSの施工過程を考慮した三次元逐次解析手法を開発した．本解析手法により、一次覆工・内型枠の挙軸力（k=100）