全地連「技術フォーラム 2024」新潟【9【CO08】

トンネル施工データを用いた三次元地盤モデルの作成～Ⅱ期線トンネル設計への活用～
株式会社アサノ大成基礎エンジニアリング〇白井杏実，小瀬川奉久

株式会社オリエンタルコンサルタンツ

濵田拳太郎，片山武，本多玲奈

国土交通省九州地方整備局北九州国道事務所

松坂千寛，上田倫大，長野大史

1. はじめに
近年、交通量の増加によりトンネル内の安全性が懸念されるようになり、供用を停止した既設の廃線トンネルの再活用が、全国で計画されている。本論文の対象トンネルについても、交通混雑の緩和、安全性の向上を図る目的で、現在は使用されていない隣接する既設トンネルを改修し、4 車線化することが計画されている。しかし、このような古いトンネルの利活用において、改築設計の図-1 三次元地盤モデル活用フローために必要なデータが古い、あるいは存在しないと言った問題も発生している。
本論文では、現在供用されているトンネル（Ⅰ期線）施工時の切羽観察記録を用いて三次元地盤モデルを作成(2) 切羽観察記録によるⅠ期線縦断図の修正
既往Ⅰ期線地質縦断図は、ボーリング等の地質調査結し、隣接した老朽化により現在は廃線となっている旧ト果からⅠ期線施工前に作成された想定地層断面図であンネルをⅡ期線として利活用する改築設計に用いた事例

り、施工時に確認された地質と異なる部分が存在する。

について述べる。具体的には、Ⅰ期線の既往地質調査やこの既往Ⅰ期線地質縦断図を、Ⅰ期線トンネル部の施工

Ⅰ期線施工時の切羽観察記録からトンネル部の地質、地時に確認された地質情報である切羽観察記録をもとに修山分類を整理し、作成された三次元地盤モデルから、改正した。施工前に作成された既往地質縦断図とトンネル築設計のためにⅡ期線位置の地質縦断図を作成、新たに施工時の切羽観察記録は、地質・地山分類の評価区分が支保パターンを設定した。

一致していなかったため、まず既往Ⅰ期線地質縦断図と三次元地盤モデルの作成には Autodesk 社の Civil 3D
及び GEORAMA for Civil3D を使用した。

Ⅰ期線施工時の切羽観察記録の地質・地山分類の対比について検討した。表 1 に、地質と地山分類の対比表を示す。表 1 をもとにⅠ期線縦断図の地層分布と支保パター

2. 地形地質概要
対象となるトンネルの周辺の地形は北北西～南南東方ンを修正するとともに、後に作成するⅡ期線縦断図の支保パターンを設定した。

向に延びる細尾根を成し、トンネルはこの尾根筋を西南西～東北東方向に貫通している。尾根筋は標高300～400m で、尾根の両斜面は平均傾斜35～45°と比較的急峻であり、山麓へ下るほど緩やかになる。
基盤岩は古生代石炭紀～中生代三畳紀に変成作用を受けて生成したとされる三郡変成岩類と、中生代白亜紀に三郡変成岩中に貫入したとされる花崗岩類から構成され

表-1 凡例対比表
既往地質調査
地山分類
地質区分
地質記号
崖錐堆積物
Dt
―
DⅡ
強風化花崗岩
Grw1
DⅠ
風化花崗岩
Grw2
CⅡ
CⅠ花崗岩
GrB
強風化片岩

BSchw1る。三郡変成岩類は花崗岩類の貫入接触により一部接触変成作用を受けホルンフェルス化している。尾根の西側

風化片岩

BSchw2

片岩

Bsch

アプライト

Apに三郡変成岩類が分布し、東側に花崗岩類が分布しており、その境界は複雑に入り組んでいる。

DⅡ
DⅠ
CⅡ
CⅠ
B
DⅠ
CⅡ
CⅠ

地質記号
―
Grm1
Grm2
Grw1
Grw2
Gr
BSchw1
BSchw2―
BSchw3
BSchw4
BSch
Apw2
Apw3
Apw4

切羽観察
地質区分
―
強風化花崗岩風化花崗岩
弱風化花崗岩
花崗岩
強風化片岩
風化片岩
弱風化片岩
片岩
強風化アプライト
風化アプライト弱風化アプライト

3. 三次元地盤モデルの活用(1) 三次元地盤モデル活用フロー
図-1 に三次元地盤モデル活用フローを示す。

(3) 地層境界の設定
本検討は、Ⅱ期線となる廃線トンネルを利活用するための改築設計が目的であるため、特にトンネル部の地質分布を精度よく表現することが重要であった。そのた

全地連「技術フォーラム 2024」新潟
め、Ⅰ期線トンネル部に切羽写真を三次元的に配置し、報が申し送られることはあっても、整理されたⅡ期線施切羽写真上の地層境界を利用して地層境界線を設定し工に生かされた事例は少ないと考えられる。その要因とた。トンネル範囲外は、既往地質平面図や地形を参考にして、切羽のデータを地質的に解釈し、Ⅱ期線に展開す地層境界線を設定した。図-2 に切羽写真上に設定したる手段・手法が確立していなかったことが挙げられる。

地層境界線の例を示す。

大規模な岩盤地下掘削などでは、亀裂の三次元的な分布を推定しグラウトを行う等の取り組みも行われている：地層境界線が、DX 技術の発展と共に、トンネルといった線状構造物でも少ない労力で的確にモデル構築を行っていくことが可能となると考えられる。地質のみでなく、湧水の情強風化花崗岩(DⅠ)

報をモデルに組み込むこともできる。
弱風化花崗岩(CⅠ)

また、ダム等においても三次元モデルを活用すること
で地質・亀裂分布の連続性の評価の誤り等を防止するこ

図-2 切羽写真に設定した地層境界線の例
風化区分は地形を参考にし、アプライト(細粒花花崗とができると考える。
５. 今後の課題と展望岩の一種)や熱水変質脈といった脈状の構造は切羽で確

今後の課題としては、切羽観察記録上の地質評価の正認された走向傾斜を参考にモデル化した。図-3 に作成

確さやバラつきが挙げられる。切羽観察を行う技術者がしたモデル（ソリッドモデル）を示す。

地質の専門技術者であるとは限らないため、地質や岩級区分の評価をそのまま利用できるとは限らない。岩級区分等の評価が不十分な場合は、切羽写真を見直し、地質情報を評価し直す必要がある。
また、切羽観察記録は 1 回の掘削深度の違いにより間隔が定まっておらず、今回の場合、切羽観察の間隔が 1～20m と一様ではなかった。幅が広すぎると地質情報が図-3 作成したソリッドモデル
図-4 に、Ⅱ期線縦断位置で切り取った地層境界サーフ
ェスと、その地層境界を用いて作成したⅡ期線縦断図を示す。作成されたⅡ期縦断図を用い、Ⅱ期線の支保パターンを設定した。

粗になる一方、幅が狭すぎても地層境界の急な変化をモデルとして再現できない。ミクロとマクロの視点を持って地層をモデル化し、三次元的に表現する能力が必要である。
一般にトンネル計画に伴う地盤調査では、ボーリング調査や弾性波探査等の物理探査が行われるが、ボーリングは線（一次元）の情報であり、物理探査は間接的な調査である。一方、今回使用した切羽情報は、大断面で地質状況を直接確認できるものであるので、ボーリング等と比較し得られる情報量が格段に多い。今回対象としているⅠ期線とⅡ期線トンネルの外周間の離隔は約 30m と近接している。Ⅱ期線の地層を推定する上でⅠ期線の施工データは活用すべきであり、施工データを用いて作成された三次元地盤モデルは有効であると考える。

図-4 Ⅱ期線縦断位置で切り取った地層境界サーフェス(上)今回紹介した事例は設計時に三次元地盤モデルを活用と地層境界サーフェスから作成したⅡ期線縦断図(下)した例であったが、その他トンネル供用後の維持管理に活用できる可能性もあると考える。例えば、破砕帯や湧水の情報を三次元モデルに残しておくと、供用後に変状４. 本検討の成果が発生した位置の地質等情報を即時に引き出すことが可

現在供用されているトンネル（Ⅰ期線）施工時の切羽能となる。今後、設計や施工・維持管理の各ステップで観察記録を地質的に解釈し、それを用いて三次元地盤モ三次元モデルの活用方法を開発していくためには、作成デルを作成することにより、追加調査を行うことなく、されたモデルがどのような推定を含むのかを記録し、後隣接した廃線トンネルをⅡ期線として利活用するための工程に伝達する手法を確立することが重要である。

改築設計、支保パターンの検討を行うことができた。これまで、Ⅰ期線の施工データとして、崩壊や湧水など情