JP6730883B2 - Design method of flexible support - Google Patents
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Description
本発明は、トンネル内空の安定化に寄与する可縮支保工の設計方法に関する。 The present invention relates to a method for designing a contractible support structure that contributes to stabilization of the air inside a tunnel.
NATM等の山岳トンネル工法では、掘削により露出した地山面に吹き付けられた吹付けコンクリートや、地山面に沿って組み立てられた鋼製支保工等のトンネル支保工により安全性を確保している。
大土被りのトンネルでは、トンネル周辺の地山の変形量が増大することでトンネル支保工に対して大きな応力が発生する場合がある。断層破砕帯や膨張性地山を掘進することにより形成されたトンネル等でも同様である。
大きな応力が発生することが予想されるトンネルでは、トンネル支保工の剛性や強度を増加させる場合がある。鋼製支保工のサイズアップ、吹付けコンクリートの増強、吹付け厚の増加等によりトンネル支保工の剛性や強度を増加させると、材料費および施工の手間が増加するとともに、トンネルの断面寸法にも影響がおよぶ。
In mountain tunnel construction methods such as NATM, safety is ensured by spraying concrete sprayed on the ground surface exposed by excavation and tunnel support such as steel support construction assembled along the ground surface. ..
In a large overburden tunnel, a large amount of deformation of the ground around the tunnel may cause a large stress on the tunnel support work. The same applies to tunnels formed by excavating fault fracture zones and expansive rocks.
In a tunnel where large stress is expected to occur, the rigidity and strength of the tunnel support work may be increased. Increasing the rigidity and strength of the tunnel support by increasing the size of steel support, increasing the amount of shotcrete, and increasing the thickness of the spray increases the material cost and the labor required for construction, and also increases the cross-sectional dimension of the tunnel. Affects.
そのため、特許文献1には、トンネル支保工(支保部材)の一部に形成された隙間に、体積比1.0%近い鋼繊維と中空粒子とを含有する繊維補強セメント系材料からなる可縮部材を介設した可縮支保工を採用し、地山の変形をこの可縮部材により吸収するトンネルの安定化方法が開示されている。可縮部材は、吹付けコンクリート等の支保部材に変状を与えない程度の剛性を有し、かつ、一定の荷重強度を維持しながら変形するため、可縮中においてもトンネルの内圧を維持することを可能としている。 Therefore, in Patent Document 1, a shrinkable member made of a fiber-reinforced cement-based material containing steel fibers and hollow particles having a volume ratio of nearly 1.0% is provided in a gap formed in a part of a tunnel support work (support member). Disclosed is a method of stabilizing a tunnel which employs a contractible support provided with a member and absorbs the deformation of the ground by the contractible member. The shrinkable member has rigidity that does not give deformation to the supporting member such as shotcrete, and it deforms while maintaining a constant load strength, so the internal pressure of the tunnel is maintained even during shrinking. It is possible.
可縮支保工の設計手法は確立されておらず、可縮部材の数や配置等は、設計者の経験や主観により設定される。そのため、設計者の熟練度等により、支保構造に差が生じるおそれがあった。
本発明は、地山状況に応じて定量的に可縮支保工の設計をすることを可能とした可縮支保工の設計方法を提案することを課題とする。
The design method of the contractible support work has not been established, and the number and arrangement of the contractible members are set by the experience and subjectivity of the designer. Therefore, there is a possibility that the support structure may differ depending on the skill level of the designer.
An object of the present invention is to propose a method of designing a retractable support that enables quantitative design of the retractable support according to the natural situation.
前記課題を解決するために、第一の発明は、可縮部材のスペック(最大変形量や降伏強度等)が与えられている場合に可縮部材の最適な数量およびレイアウトを設計する可縮支保工の設計方法である。一方、第二の発明は、地山条件に応じた可縮部材のスペック、数量およびレイアウトを設計する可縮支保工の設計方法である。可縮支保工とは、アーチ状またはリング状に形成された吹付けコンクリートを備える支保部材と、前記吹付けコンクリートを区切るように配設された可縮部材とを備えるトンネル支保工である。前記可縮部材は、柱状の本体部と前記本体部に周設された補強体とを備えていて、前記本体部の圧縮時の側方への変形を前記補強体により抑制することで前記本体部の降伏後における当該可縮部材の応力の急激な低下を抑制する。
第一の発明は、地山条件に応じて、可縮支保工に作用する荷重の反力(支保工内圧)とトンネル壁面変位量(地山のトンネル半径方向の変位量)との関係を表わす地山特性曲線を求める作業と、前記地山特性曲線により可縮部材の降伏圧に応じたトンネル壁面変位量であるトンネル変形量を算出する作業と、前記可縮部材が降伏するまでの前記可縮支保工の変形量である弾性分変形量と前記可縮部材が降伏した後の前記可縮支保工の変形量である塑性分変形量を足し合わせることにより可縮変形量を算出する作業と、前記可縮変形量に応じて前記可縮部材の数量およびレイアウトを設定する作業とを備えている。
In order to solve the above-mentioned problems, a first invention is a contractible support for designing an optimum number and layout of the contractible members when the specifications (maximum deformation amount, yield strength, etc.) of the contractible members are given. This is the engineering design method. On the other hand, a second aspect of the present invention is a design method for shrinkable support work, which designs specifications, quantities, and layouts of shrinkable members according to natural conditions. The shrinkable support work is a tunnel support work provided with a support member having an arched or ring-shaped sprayed concrete and a shrinkable member arranged so as to divide the sprayed concrete . The collapsible member includes a columnar main body portion and a reinforcement body that is provided around the main body portion, and the main body is restrained from lateral deformation during compression of the main body portion by the reinforcement body. Suppress a sudden decrease in stress of the compressible member after yielding of the portion.
The first aspect of the present invention represents the relationship between the reaction force of the load acting on the compressible support (supporting internal pressure) and the amount of displacement of the tunnel wall surface (the amount of displacement of the natural rock in the radial direction of the tunnel), depending on the natural conditions. The work of obtaining the rock mass characteristic curve, the work of calculating the tunnel deformation amount which is the tunnel wall surface displacement amount according to the yield pressure of the compressible member by the rock mass characteristic curve, and the operation until the compressible member yields. The work of calculating the amount of shrinkable deformation by adding the amount of elastic deformation that is the amount of deformation of the shrunken support and the amount of plastic deformation that is the amount of deformation of the compressible support after the contractible member yields. , The work of setting the number and layout of the shrinkable members according to the shrinkable deformation amount.
第一の発明の可縮支保工の設計方法によれば、可縮部材のレイアウトを地山状況に応じて設定することができるため、定量的に可縮支保工を設計することができる。すなわち、本発明によれば、地山特性曲線を利用してトンネルに作用する応力に応じた可縮支保工を形成するため、可縮部材の性能を最大限に生かした経済的な設計を可能としている。
なお、「地山特性曲線」とは、可縮支保工に作用する荷重の反力(支保工内圧)とトンネル壁面変位量(地山のトンネル半径方向の変位量)との関係を表わす曲線であって、例えば、Fenner−Pacher型曲線、Salenconの理論解または岡式弾塑性の理論解により算出する。また、地山特性曲線には直線を含むものとする。また、地山特性曲線は、必ずしもグラフ化(図化)する必要はない。
According to the design method of the shrinkable support of the first aspect of the present invention, the layout of the shrinkable members can be set according to the ground condition, so that the shrinkable support can be designed quantitatively. That is, according to the present invention, since the contractible support is formed according to the stress acting on the tunnel by utilizing the natural characteristic curve, it is possible to economically design by making the most of the performance of the contractible member. I am trying.
Note that the "natural rock characteristic curve" is a curve that represents the relationship between the reaction force of the load acting on the contractible support (supporting internal pressure) and the amount of tunnel wall displacement (the amount of displacement of the natural rock in the radial direction of the tunnel). Therefore, it is calculated by, for example, a Fenner-Pacher type curve, a Salencon theoretical solution, or an Oka-type elastoplastic theoretical solution. The natural characteristic curve includes a straight line. Further, the natural characteristic curve does not necessarily have to be graphed (mapped).
第二の発明は、地山条件に応じて、可縮支保工に作用する荷重の反力(支保工内圧)とトンネル壁面変位量(地山のトンネル半径方向の変位量)との関係を表わす地山特性曲線を求める作業と、前記可縮支保工の最大変形量を仮定する作業と、前記地山特性曲線により前記最大変形量に応じた支保工内圧である最小降伏圧を算出する作業と、前記地山特性曲線と支保部材の剛性との関係により前記可縮支保工の最大降伏圧を算出する作業と、前記最小降伏圧から前記最大降伏圧までの範囲内に収まるように前記可縮支保工の降伏圧を設定し、前記降伏圧に達するまでの前記可縮支保工の変形量である弾性分変形量と前記降伏圧に達した後の前記可縮支保工の変形量である塑性分変形量を足し合わせることにより可縮変形量を算出する作業と、前記可縮変形量に応じて、可縮部材の数量およびレイアウトを設定する作業とを備えていることを特徴としている。 The second invention represents the relationship between the reaction force of the load acting on the compressible support (support internal pressure) and the displacement of the tunnel wall surface (displacement in the radial direction of the tunnel), depending on the natural conditions. A work for obtaining a rock mass characteristic curve, a work for assuming a maximum deformation amount of the compressible support, and a work for calculating a minimum yield pressure, which is an inner pressure of the support work according to the maximum deformation amount, by the rock mass characteristic curve. The work of calculating the maximum yield pressure of the compressible support work based on the relationship between the natural characteristic curve and the rigidity of the supporting member, and the contraction so that the maximum yield pressure falls within the range from the minimum yield pressure to the maximum yield pressure. The yield pressure of the supporting work is set, and the elastic deformation amount which is the deformation amount of the contractible supporting work until reaching the yield pressure and the plasticity which is the deformation amount of the contractible supporting work after reaching the yield pressure. It is characterized in that it comprises a work for calculating the shrinkable deformation amount by adding up the partial deformation amounts, and a work for setting the number and layout of the shrinkable members according to the shrinkable deformation amount.
第二の発明の可縮支保工の設計方法によれば、地山特性曲線を利用して可縮部材のスペック、数量およびレイアウトを設定するため、FEM解析等の数値計算が不要で、経済的かつ簡便に地山状況に応じた可縮支保工を設計することができる。すなわち、本発明によれば、可縮部材の仕様(降伏強度と変形性能)を地山状況に応じて設定すること(地山状況に応じた可縮部材を選定すること)ができ、ひいては、地山状況に最も適した可縮支保工を構築することができる。 According to the design method of the shrinkable support work of the second invention, the specifications, the quantity and the layout of the shrinkable members are set by utilizing the characteristic curve of the ground, so that the numerical calculation such as the FEM analysis is not required, which is economical. In addition, it is possible to easily design the contractible support work according to the natural condition. That is, according to the present invention, it is possible to set the specifications of the compressible member (yield strength and deformation performance) according to the natural condition (select the compressible member according to the natural condition), and It is possible to construct a contractible support work most suitable for the natural condition.
本発明の可縮支保工の設計方法によれば、地山状況に応じた定量的な可縮支保工の設計を行うことが可能となる。 According to the method for designing the contractible support work of the present invention, it is possible to quantitatively design the contractible support work according to the natural condition.
<第一の実施形態>
第一の実施形態では、図1(a)に示すように、NATMにより構築するトンネル1に設置される可縮支保工の設計方法について説明する。
本実施形態の可縮支保工2は、吹付けコンクリート31、鋼製支保工32およびロックボルト33等からなる支保部材3(図1(b)参照)と、可縮部材4とを備えている。本実施形態の吹付けコンクリート31および鋼製支保工32は、アーチ状(馬蹄形状)に形成されている。なお、吹付けコンクリート31および鋼製支保工32の形状は限定されるものではなく、リング状であってもよい。
<First embodiment>
In the first embodiment, as shown in FIG. 1( a ), a method of designing a contractible support installed in a tunnel 1 constructed by NATM will be described.
The shrinkable support 2 of the present embodiment includes a support member 3 (see FIG. 1B) including a shotcrete 31, a steel support 32, a lock bolt 33, and the like, and a
支保部材3は、地山の掘削により露出した地山に対して吹付けコンクリート31を吹き付けるとともに、鋼製支保工32の建込およびロックボルト33の打設を行うことにより形成する。吹付けコンクリート31の吹付け厚は限定されるものではなく、地山状況等に応じて適宜決定する。また、吹付けコンクリート31は、一次吹付けと二次吹付けに分ける等、複数の層に分けて施工してもよい。鋼製支保工32は、前回の施工サイクルで建て込まれた鋼製支保工32から所定の間隔をあけて建て込む。ロックボルト33の打設は、トンネル1の周囲の地山に対してロックボルト孔を穿孔し、このロックボルト孔にモルタルを注入するとともにロックボルト33を挿入することにより行う。 The support member 3 is formed by spraying the sprayed concrete 31 on the ground exposed by the excavation of the ground, installing the steel support 32 and driving the lock bolt 33. The spraying thickness of the sprayed concrete 31 is not limited, and is appropriately determined depending on the ground condition and the like. The shotcrete 31 may be divided into a plurality of layers, for example, divided into a primary shot and a secondary shot. The steel support 32 is installed at a predetermined interval from the steel support 32 built in the previous construction cycle. The rock bolt 33 is placed by drilling a rock bolt hole in the ground around the tunnel 1, injecting mortar into the rock bolt hole, and inserting the lock bolt 33.
可縮部材4は、図1(a)に示すようにアーチ状に形成された吹付けコンクリート31を区切るように配設されている。可縮支保工2内における可縮部材4の設置箇所は、限定されるものではない。本実施形態では、予め所定の位置に可縮部材4を配置した状態で地山Gに対して吹付けコンクリート31を吹き付けることで、可縮部材4を配置する。なお、可縮部材4の吹付けコンクリート31への設置方法は限定されるものではなく、例えば、吹付けコンクリート31の施工後に可縮部材4を設置するための凹部を形成してもよい。または、吹付けコンクリート31の施工時に、箱抜き等により予め吹付けコンクリート31にトンネル軸方向に沿った間隙を形成しておき、この間隙に可縮部材4を配設してもよい。また、吹付けコンクリート31を2層に分けて施工する場合には、一次吹付けの施工後に、二次吹付けを横断するように可縮部材4を配置してから、二次吹付けの施工を行ってもよい。
The
図2に示すように、本実施形態では、可縮部材4として、四角柱状に形成された本体部41と、本体部41に周設された補強体42とを備えたものを使用する。なお、可縮部材4の構成は限定されるものではなく、例えば、無数の気泡を有した繊維補強コンクリートの硬化体や、多層構造になる鋼管が座屈しながら変形する部材等であってもよい。
本体部41は、セメントと、多孔質材と、水とを含んだモルタルの硬化体により形成されている。モルタルの配合は、本体部41の圧縮強度が吹付けコンクリート21の圧縮強度よりも低くなる配合とする。なお、本体部41は、モルタルに限定されるものではなく、例えば、コンクリートであってもよい。また、本体部41の形状は、四角柱状に限定されるものではなく、例えば、円柱状であってもよい。
As shown in FIG. 2, in the present embodiment, as the
The
本実施形態では、補強体42として、繊維シート(いわゆる土木シート)を本体部41に巻き付けている。補強体42は、本体部41の外周囲を拘束し、本体部41の圧縮時に生じる側方への変形を抑制する。すなわち、可縮部材4は、補強体42が本体部41に周設されていることで、三軸状態となり、本体部41の降伏後も可縮部材4の応力が急激に低下することがなく、トンネル壁面変位を吸収することを可能としている。なお、補強体42は、本体部41の圧縮時の側方への変形を抑制することが可能であれば、繊維シートに限定されるものではない。
In this embodiment, a fiber sheet (so-called civil engineering sheet) is wound around the
次に、可縮部材4の数量およびレイアウトの設計方法について説明する。本実施形態の可縮支保工の設計方法は、図3に示すように、トンネル形状設定作業S10、地山条件設定作業S11、地山特性曲線設定作業S12、先行変位量設定作業S13、トンネル変形量算出作業S14、可縮変形量算出作業S15およびレイアウト設定作業S16を備えている。なお、本実施形態では、変形量および降伏圧Pyが既知の可縮部材4を使用する。ここで、可縮部材4の降伏圧Pyとは、可縮部材4の降伏強度σyに対応するトンネル半径方向の応力であって、Py=σy×t/Rで表わすことができる。なお、降伏強度σyは、可縮部材4の一軸圧縮強度であって、可縮部材4をトンネル壁面に設置した場合、トンネル周方向の応力が当該降伏強度σyを超えると可縮部材は降伏する。また、tは支保部材(吹付けコンクリート)の厚さ、Rはトンネルの掘削半径である。
Next, a method of designing the quantity and layout of the
トンネル形状設定作業S10では、トンネル掘削半径を設定する。トンネル掘削半径は、設計内空半径に、覆工コンクリート厚、支保部材厚および変形余裕量を加えた値とする。変形余裕量は、地山特性やトンネルの断面形状等に応じて、適宜設定する。なお、トンネル掘削半径の設定方法は限定されるものではない。
地山条件設定作業S11は、土被りや地山等級等に応じて地山物性値を設定する作業である。地山物性値は、地山の単位体積重量、変形係数、粘着力、内部摩擦角、ポアソン比などであり、既往のデータ、地質調査結果、地表踏査結果、物理探査結果等に基づいて設定する。
In the tunnel shape setting operation S10, the tunnel excavation radius is set. The tunnel excavation radius is the value obtained by adding the lining concrete thickness, supporting member thickness, and deformation allowance to the design inner radius. The amount of deformation allowance is set as appropriate according to the natural characteristics, the sectional shape of the tunnel, and the like. The method for setting the tunnel excavation radius is not limited.
The ground condition setting work S11 is a work for setting the ground physical property value according to the soil cover, the ground classification, and the like. Ground physical property values are unit volume weight of ground, deformation coefficient, adhesive force, internal friction angle, Poisson's ratio, etc., and are set based on existing data, geological survey results, ground survey results, physical survey results, etc. ..
地山特性曲線設定作業S12では、可縮支保工2に作用する荷重の反力(支保工内圧)とトンネル壁面変位量(地山のトンネル半径方向の変位量)との関係を表わす地山特性曲線を求める。地山特性曲線は、土被りや地山物性値等の地山条件に応じて設定する。本実施形態では、図4に示すように、地山特性曲線(Fenner−Pacher型曲線)L1を作成する。なお、地山特性曲線は、Fenner−Pacher型曲線に限定されるものではなく、例えば、Salenconの理論解や岡式弾塑性の理論解を採用してもよい。 In the ground characteristic curve setting operation S12, the ground characteristics representing the relationship between the reaction force of the load acting on the compressible support 2 (support internal pressure) and the amount of tunnel wall displacement (the amount of displacement of the ground in the radial direction of the tunnel). Find the curve. The rock mass characteristic curve is set according to rock mass conditions such as soil cover and rock physical property values. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, a ground characteristic curve (Fenner-Pacher type curve) L 1 is created. The natural characteristic curve is not limited to the Fenner-Pacher type curve, and for example, the Salencon theoretical solution or the Oka-type elasto-plastic theoretical solution may be adopted.
先行変位量設定作業S13では、可縮支保工2を設置するまでにトンネル壁面に生じる変位量(先行変位量δ1)を仮定する。先行変位量δ1は、地山物性値や土被り等の地山条件に基づいて、既往事例や数値解析等により仮定する。
トンネル変形量算出作業S14では、トンネル壁面の変形量をδyとして仮定する。トンネル変形量δyを可縮部材4の降伏圧Pyに応じたトンネル壁面変位量(ひずみ)と仮定すれば、地山特性曲線において、可縮部材4の降伏圧Pyを支保工内圧とした場合のトンネル壁面変位量(点Aのトンネル壁面変位量)はトンネル変形量δyと等しい。
In the preceding displacement amount setting operation S13, a displacement amount (preceding displacement amount δ 1 ) that occurs on the tunnel wall surface before the contractible support 2 is installed is assumed. The preceding displacement amount δ 1 is assumed by a past case, numerical analysis, or the like, based on rock mass physical property values, rock cover conditions, and other rock mass conditions.
In the tunnel deformation amount calculation work S14, the deformation amount of the tunnel wall surface is assumed to be δ y . Assuming that the amount of deformation of the tunnel δ y is the amount of displacement (strain) of the tunnel wall surface corresponding to the yield pressure P y of the
可縮変形量算出作業S15では、可縮支保工2の変形量(可縮変形量)を算出する。
まず、可縮支保工2の変形量の弾性分(以下、「弾性分変形量δ2」という)を算出する。弾性分変形量δ2は、可縮部材4の降伏圧Pyが作用した際の可縮支保工2の変形量である。すなわち、弾性分変形量δ2は、可縮部材4が降伏するまでの可縮支保工2に発生するトンネル半径方向の変形量である。
次に、降伏後の可縮部材4によって吸収するトンネル壁面変位量である変形量の塑性分(以下、「塑性分変形量δ3」という)を算出する。塑性分変形量δ3は、トンネル変形量δyから先行変位量δ1および弾性分変形量δ2を減じた値である。
そして、弾性分変形量δ2と塑性分変形量δ3を足し合わせて可縮変形量δ2+δ3を算出する。
In the contractible deformation amount calculation work S15, the deformation amount of the contractible support work 2 (compressible deformation amount) is calculated.
First, the elastic component of the deformation amount of the retractable support 2 (hereinafter referred to as “elastic component deformation amount δ 2 ”) is calculated. The elastic component deformation amount δ 2 is the deformation amount of the compressible support 2 when the yield pressure P y of the
Next, the plastic component of the deformation amount (hereinafter referred to as “plastic component deformation amount δ 3 ”) which is the tunnel wall surface displacement amount absorbed by the
Then, the elastic deformation amount δ 2 and the plastic deformation amount δ 3 are added together to calculate the contractible deformation amount δ 2 +δ 3 .
レイアウト設定作業S16では、可縮部材4の数量およびレイアウトを設定する。
まず、可縮変形量δ2+δ3に応じて、断面当たりの可縮部材4の数量を設定する。すなわち、可縮変形量δ2+δ3から、可縮部材4の1個当たりの変形量δ0を除することで、可縮部材4の数量(トンネル周方向の数量)を設定する。このとき、可縮部材4の数量に応じた変形量(1個当たりの変形量δ0×可縮部材4の数量)が可縮変形量δ2+δ3を上回るように、可縮部材4の数量を決定する。例えば、可縮部材4の1個当たりの変形量δ0が0.3で、可縮変形量δ2+δ3=1の場合は、可縮部材4の数量は4個(>1/0.3)にすればよい。ただし、変形量δ0は、トンネル半径方向の変形量であり、可縮部材4の周方向の変形量δ’0(一軸圧縮試験時の軸方向の変形量に相当する)は、δ’0=2π×δ0で表すことができる。
可縮部材4の数量が決定したら、可縮部材4のレイアウトを設定する。例えば、可縮部材4の数量が8個の場合は、トンネル断面の左右に4個ずつ配置すればよい(図1(a)参照)。また、可縮部材4の数量が4個の場合は、トンネル断面の左右に2個ずつ配置すればよい。なお、可縮部材4のレイアウトは限定されるものではなく、例えば、トンネル周方向に対して、複数の可縮部材4を連続して配置してもよい。
In the layout setting work S16, the number and layout of the
First, the number of the
When the number of the
本実施形態の可縮支保工の設計方法によれば、変形量および降伏圧が与えられている可縮部材4を、地山状況に応じて配置することができるため、定量的に可縮支保工2を設計することができる。地山特性曲線を利用してトンネル1に作用する応力に応じた可縮支保工2を形成するため、可縮部材4の性能を最大限に生かすことが可能となり、ひいては、経済的な設計が可能となる。
吹付けコンクリート31よりも低強度の可縮部材4を使用しているため、外力によるトンネル支保工の変形を可縮部材4に集中させることができる。そのため、支保部材3に変状を与える過度な応力が生じることがなく、トンネル1の支保工(あるいは覆工)としての安全性を維持することができる。
According to the design method of the contractible support of the present embodiment, the
Since the
<第二の実施形態>
第二の実施形態では、第一の実施形態と同様に、NATMにより構築するトンネル1に設置される可縮支保工の設計方法について説明する。
本実施形態の可縮支保工2は、図1(a)および(b)に示すように、吹付けコンクリート31、鋼製支保工32およびロックボルト33等からなる支保部材3と、可縮部材4とを備えている。
なお、支保部材3および可縮部材4の詳細は、第一の実施形態で示したものと同様なため、詳細な説明は省略する。
<Second embodiment>
In the second embodiment, as in the first embodiment, a method of designing a retractable support installed in the tunnel 1 constructed by NATM will be described.
As shown in FIGS. 1(a) and 1(b), the shrinkable support 2 of the present embodiment includes a support member 3 made up of shotcrete 31, steel support 32 and lock bolts 33, and a compressible member. 4 and.
The details of the support member 3 and the
次に、可縮部材4の数量およびレイアウトの設計方法について説明する。本実施形態の可縮支保工の設計方法は、図5に示すように、トンネル形状設定作業S20、地山条件設定作業S21、地山特性曲線設定作業S22、先行変位量設定作業S23、最大変形量算出作業S24、最小降伏圧算出作業S25、最大降伏圧算出作業S26、降伏圧設定作業S27、可縮変形量算出作業S28およびレイアウト設定作業S29を備えている。本実施形態では、降伏強度(降伏圧)が異なる、複数種の可縮部材4の中から最適の降伏強度(降伏圧)を有した可縮部材4を選定して、配設する場合について説明する。なお、可縮部材4は、地山条件に応じた降伏強度(降伏圧)となるように製造してもよい。ここで、可縮部材4の降伏圧Pyとは、可縮部材4の降伏強度σyに対応するトンネル半径方向の応力であって、Py=σy×t/Rで表わすことができる。なお、降伏強度σyは、可縮部材4の一軸圧縮強度であって、可縮部材4をトンネル壁面に設置した場合、トンネル周方向の応力が当該降伏強度σyを超えると可縮部材は降伏する。また、tは支保部材(吹付けコンクリート)の厚さ、Rはトンネルの半径である。
トンネル形状設定作業S20、地山条件設定作業S21、地山特性曲線設定作業S22および先行変位量設定作業S23の詳細は、第一の実施形態で示したトンネル形状設定作業S10、地山条件設定作業S11、地山特性曲線設定作業S12および先行変位量設定作業S13と同様なため、詳細な説明は省略する。
Next, a method of designing the quantity and layout of the
The details of the tunnel shape setting work S20, the rock condition setting work S21, the rock characteristic curve setting work S22, and the preceding displacement amount setting work S23 are described in detail in the tunnel shape setting work S10 and the rock condition setting work described in the first embodiment. Since it is the same as S11, the natural characteristic curve setting work S12, and the preceding displacement amount setting work S13, detailed description thereof will be omitted.
最大変形量算出作業S24では、可縮支保工2の最大変形量δmax(トンネル壁面変位量の許容値)を仮定する(図6参照)。最大変形量δmaxは、地山特性やトンネル断面形状等に応じて推定する。
最小降伏圧算出作業S25では、可縮部材4の最小降伏圧Pminを算出する。最小降伏圧Pminは、最大変形量δmaxに応じた支保工内圧である。すなわち、図6に示すように、最大変形量δmax(点A)に対応する支保工内圧を地山特性曲線(地山特性曲線)から求め、これを可縮部材4の最小降伏圧Pminとする。
In the maximum deformation amount calculation operation S24, the maximum deformation amount δ max (allowable value of tunnel wall displacement amount) of the retractable support 2 is assumed (see FIG. 6 ). The maximum deformation amount δ max is estimated according to the natural characteristics, the tunnel cross-sectional shape, and the like.
In the minimum yield pressure calculation work S25, the minimum yield pressure P min of the
最大降伏圧算出作業S26では、可縮支保工2の最大降伏圧Pmaxを算出する。最大降伏圧Pmaxは、可縮支保工2の降伏圧が地山特性に対して過大になることがないように、可縮部材の弾性的挙動を示す直線L2と地山特性曲線L1との交点Bにおける支保工内圧とする。本実施形態では、トンネル壁面変位量が先行変位量δ1になったときに支保部材3を設置したと仮定している。すなわち、(δ1,0)を基点として延びる直線L2と地山特性曲線L1との交点Bを求め、この交点Bに対応する支保工内圧を最大降伏圧Pmaxとする。 In the maximum yield pressure calculation work S26, the maximum yield pressure P max of the contractible support work 2 is calculated. The maximum yield pressure P max is the straight line L 2 indicating the elastic behavior of the compressible member and the natural characteristic curve L 1 so that the yield pressure of the contractible support 2 does not become excessive with respect to the natural characteristics. The internal pressure of the supporting work at the intersection B with In this embodiment, it is assumed that the support member 3 is installed when the tunnel wall surface displacement amount reaches the preceding displacement amount δ 1 . That is, the intersection point B of the straight line L 2 extending from (δ 1 , 0) as the base point and the natural characteristic curve L 1 is obtained, and the supporting work internal pressure corresponding to this intersection point B is set as the maximum yield pressure P max .
降伏圧設定作業S27では、可縮部材4の降伏強度σyに対応する降伏圧Pyを設定する。
降伏圧Pyは、支保部材の降伏圧Psy以下で、かつ、最小降伏圧Pmin以上となるように設定する。支保部材の降伏圧Psyは、最大降伏圧Pmaxから最小降伏圧Pminの範囲内に収まるように設定する。本実施形態では、降伏圧Pyが異なる複数の可縮部材4,4,…の中から、支保部材の降伏圧Psyから最小降伏圧Pminの範囲内に収まる降伏圧Pyを有する可縮部材4を選定する。
In the yield pressure setting operation S27, the yield pressure P y corresponding to the yield strength σ y of the
The yield pressure P y is set to be equal to or lower than the yield pressure P sy of the support member and equal to or higher than the minimum yield pressure P min . The yield pressure Psy of the support member is set so as to fall within the range of the maximum yield pressure Pmax to the minimum yield pressure Pmin . In the present embodiment, a yield pressure P y that falls within the range of the yield pressure P sy of the support member to the minimum yield pressure P min among the plurality of
可縮変形量算出作業S28では、可縮支保工2の可縮変形量を算出する。
まず、降伏圧Pyに対応する可縮支保工の弾性分の変形量である弾性分変形量δ2を算出する。弾性分変形量δ2は、可縮部材4が降伏するまでの可縮支保工2の変形量である。続いて、降伏圧Pyに対応するトンネル壁面変位量であるトンネル変形量δ4を地山特性曲線(地山特性曲線L1)により算出する(点C)。そして、可縮支保工2によって吸収するトンネル壁面変位量である可縮支保工の塑性分変形量δ3を算出する。塑性分変形量δ3は、トンネル変形量δ4から先行変位量δ1および弾性分変形量δ2を減じた値である。塑性分変形量δ3が決定したら、弾性分変形量δ2と塑性分変形量δ3とを足し合わせて可縮変形量を算出する。
In the shrinkable deformation amount calculation work S28, the shrinkable deformation amount of the shrinkable support work 2 is calculated.
First, the elastic component deformation amount δ 2 which is the elastic component deformation amount of the contractible support corresponding to the yield pressure P y is calculated. The elastic deformation amount δ 2 is the deformation amount of the contractible support 2 until the
レイアウト設定作業S29では、数量およびレイアウトを設定する。
まず、降伏強度σy(降伏圧Py)が異なる複数種の可縮部材4の中からPmin≦Py<Psyを満たす最適の降伏強度(降伏圧)を有していると思われる可縮部材4を選定する。次に、可縮変形量(弾性分変形量δ2+塑性変形量δ3)から、可縮部材4の1個当たりの変形量δ0を除することで可縮部材4の数量を算出する。このとき、可縮部材4の数量に応じた変形量(1個当たりの変形量δ0×数量)が、可縮変形量δ2+δ3を上回るように、可縮部材4の数量を決定する。例えば、可縮部材4の1個当たりの変形量δ0が0.3で、可縮変形量δ2+δ3=1の場合は、可縮部材4の数量は4個(>1/0.3)にすればよい。ただし、変形量δ0は、トンネル半径方向の変形量であり、可縮部材4の周方向の変形量δ’0(一軸圧縮試験時の軸方向の変形量に相当する)は、δ’0=2π×δ0で表すことができる。
可縮部材4の数量が決定したら、可縮部材4のレイアウトを設定する。例えば、可縮部材4の数量が8個の場合は、トンネル断面の左右に4個ずつ配置すればよい(図1(a)参照)。また、可縮部材4の数量が4個の場合は、トンネル断面の左右に2個ずつ配置すればよい。
In the layout setting work S29, the quantity and the layout are set.
First, it is considered that the material has an optimum yield strength (yield pressure) satisfying P min ≤P y <P sy from among the plurality of types of
When the number of the
なお、可縮部材4の降伏強度σyは、支保部材3(吹付けコンクリート31)の設計基準強度(σ’ck)よりも低い値とする(Fs×σy≦σ’ck:Fs=安全率)。
ここで、可縮部材4の数量は、経済性および施工性を考慮して設定する。すなわち、可縮部材4の数が多く、不経済かつ施工に手間がかかる場合等には、降伏圧Pyが異なる他の可縮部材により再度数量及びレイアウトを検討する。可縮部材4として降伏圧Py(降伏強度σy)が大きいものを使用する場合には、可縮部材4の数量を少なくすることができる。可縮部材4の数量が少ない場合には、施工時の手間を省略することができるが、可縮部材4の強度を高めることで可縮部材4が高価になるおそれがある。一方、可縮部材4として降伏圧Py(降伏強度σy)が小さいものを使用する場合には、可縮部材4の数量を多くする必要がある。可縮部材4の強度を低くすることで、可縮部材4の製造コストを下げることができるが、多数配置することによって、施工に手間がかかる。したがって、可縮部材4のスペック、数量およびレイアウトは、施工性および経済性を考慮して最適な組み合わせを決定する必要がある。
The yield strength σ y of the
Here, the number of the
本実施形態の可縮支保工の設計方法によれば、地山特性曲線を利用して、可縮部材4のスペック、数量およびレイアウトを設定するため、FEM等の数値計算を必要とせず、より経済的で、かつ、地山状況に応じた可縮支保工2の設計が容易かつ迅速にできる。すなわち、可縮部材4の降伏強度と変形性能を地山状況に応じて設定すること(地山状況に応じた可縮部材4を選定すること)ができ、ひいては、施工性に優れ、かつ、地山状況に最も適した可縮支保工2を構築することができる。
According to the design method of the contractible support work of the present embodiment, the specifications, the quantity and the layout of the
以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
可縮部材の構成は、前記各実施形態で示した本体部と補強体とを備えるものに限定されない。例えば、鋼繊維と中空粒子とを含有する繊維補強セメント系材料からなるものであってもよい。
また、可縮部材は、予め工場等で製造したものを使用してもよいし、現場にて製造してもよい。
トンネルの支保構造は、地山状況(地山等級)に応じて適宜決定すればよい。
さらに、本発明の可縮支保工の設計方法が採用可能なトンネルの施工方法はNATMに限定されるものではなく、例えば、在来工法、TBMまたはシールド工法に適用してもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the respective constituent elements described above can be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention.
The structure of the collapsible member is not limited to the one including the main body and the reinforcing body shown in each of the embodiments. For example, it may be made of a fiber-reinforced cementitious material containing steel fibers and hollow particles.
The contractible member may be manufactured in advance in a factory or the like, or may be manufactured on site.
The support structure of the tunnel may be appropriately determined according to the ground condition (ground classification).
Furthermore, the tunnel construction method that can be adopted by the design method of the flexible support of the present invention is not limited to NATM, and may be applied to, for example, a conventional construction method, a TBM or a shield construction method.
1 トンネル
2 可縮支保工
3 支保部材
4 可縮部材
1 tunnel 2 shrinkable support 3
Claims (2)
前記可縮部材は、柱状の本体部と前記本体部に周設された補強体とを備えていて、前記本体部の圧縮時の側方への変形を前記補強体により抑制することで前記本体部の降伏後における当該可縮部材の応力の急激な低下を抑制し、
地山条件に応じて、前記可縮支保工に作用する荷重の反力とトンネル壁面変位量との関係を表わす地山特性曲線を求める作業と、
前記地山特性曲線により前記可縮部材の降伏圧に応じたトンネル壁面変位量であるトンネル変形量を算出する作業と、
前記可縮部材が降伏するまでの前記可縮支保工の変形量である弾性分変形量と前記可縮部材が降伏した後の前記可縮支保工の変形量である塑性分変形量を足し合わせることにより可縮変形量を算出する作業と、
前記可縮変形量に応じて、前記可縮部材の数量およびレイアウトを設定する作業と、を備えていることを特徴とする、可縮支保工の設計方法。 A supporting member comprising a sprayed concrete formed in an arch shape or a ring shape, and a collapsible member arranged so as to divide the sprayed concrete, and a method of designing a shrinkable support work, comprising:
The collapsible member includes a columnar main body portion and a reinforcement body that is provided around the main body portion, and the main body is restrained from lateral deformation during compression of the main body portion by the reinforcement body. Suppresses a sudden decrease in the stress of the compressible member after yielding of the part,
Depending on the ground conditions, work to obtain a rock characteristic curve that represents the relationship between the reaction force of the load acting on the compressible support and the tunnel wall displacement,
A work of calculating a tunnel deformation amount which is a tunnel wall surface displacement amount according to the yield pressure of the compressible member by the natural characteristic curve,
The elastic component deformation amount, which is the deformation amount of the contractible support until the contractible member yields, and the plastic component deformation amount, which is the deformation amount of the contractible support after the contractible member yields, are added. Work to calculate the amount of contractible deformation by
A method of designing a shrinkable support, comprising: setting the number and layout of the shrinkable members according to the shrinkable deformation amount.
前記可縮部材は、柱状の本体部と前記本体部に周設された補強体とを備えていて、前記本体部の圧縮時の側方への変形を前記補強体により抑制することで前記本体部の降伏後における当該可縮部材の応力の急激な低下を抑制し、
地山条件に応じて、前記可縮支保工に作用する荷重の反力とトンネル壁面変位量との関係を表わす地山特性曲線を求める作業と、
前記可縮支保工の最大変形量を仮定する作業と、
前記地山特性曲線により前記最大変形量に応じた支保工内圧である最小降伏圧を算出する作業と、
前記地山特性曲線と前記支保部材の剛性との関係により前記可縮支保工の最大降伏圧を算出する作業と、
前記最小降伏圧から前記最大降伏圧までの範囲内に収まるように前記可縮支保工の降伏圧を設定する作業と、
前記降伏圧に達するまでの前記可縮支保工の変形量である弾性分変形量と前記降伏圧に達した後の前記可縮支保工の変形量である塑性分変形量を足し合わせることにより可縮変形量を算出する作業と、
前記可縮変形量に応じて、前記可縮部材の数量およびレイアウトを設定する作業と、を備えていることを特徴とする、可縮支保工の設計方法。 A supporting member comprising a sprayed concrete formed in an arch shape or a ring shape, and a collapsible member arranged so as to divide the sprayed concrete, and a method of designing a shrinkable support work, comprising:
The collapsible member includes a columnar main body portion and a reinforcement body that is provided around the main body portion, and the main body is restrained from lateral deformation during compression of the main body portion by the reinforcement body. Suppresses a sudden decrease in the stress of the compressible member after yielding of the part,
Depending on the ground conditions, work to obtain a rock characteristic curve that represents the relationship between the reaction force of the load acting on the compressible support and the tunnel wall displacement,
Work assuming a maximum amount of deformation of the retractable support,
Work to calculate the minimum yield pressure, which is the internal pressure of the supporting work according to the maximum deformation amount, based on the natural characteristic curve,
A work for calculating the maximum yield pressure of the contractible support work based on the relationship between the natural characteristic curve and the rigidity of the support member;
Work to set the yield pressure of the contractible support work so that it falls within the range from the minimum yield pressure to the maximum yield pressure,
It is possible by adding the elastic deformation amount which is the deformation amount of the contractible support until reaching the yield pressure and the plastic component deformation amount which is the deformation amount of the contractible support after reaching the yield pressure. Work to calculate the amount of shrinkage deformation,
A method of designing a shrinkable support, comprising: setting the number and layout of the shrinkable members according to the shrinkable deformation amount.
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