JP7426964B2 - How to design a transverse cross section of a tunnel box - Google Patents
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Description
本発明は、トンネル函体の横断方向断面の設計方法に関する。 The present invention relates to a method for designing a transverse cross section of a tunnel box.
推進工法やシールド工法では、複数の推進函体同士をリング継手(一方の推進函体の端部に他方の推進函体の端部を差し込む形態や、ボルト接合等される形態)を介して接続することにより、あるいは、複数のシールド函体同士をリング継手(ボルト接合等される形態)を介して接続することにより、地中に推進函体群やシールド函体群等のトンネル函体群を施工する。以下、本明細書では、推進函体とシールド函体をまとめてトンネル函体と称し、推進函体群とシールド函体群をまとめてトンネル函体群と称する。
トンネル函体群の縦断線形には、直線線形の他、円形や複数の曲率を有する曲線線形、直線と曲線が混在した線形等、様々な縦断線形が存在するが、縦断線形の中に少なくとも曲線区間(曲線線形)を備えたトンネル函体群においては、隣接するトンネル函体からジャッキ推力が作用し、このジャッキ推力に起因して当該トンネル函体には地盤反力が作用する。
上記する曲線区間を備えたトンネル函体群に関し、従来のトンネル函体の横断方向断面の設計においては、ジャッキ推力のうち、曲線区間の円弧の法線方向分力と釣り合う等分布荷重を地盤反力として、トンネル函体の横断方向の梁モデルを構成する底盤を模擬した梁に一様に載荷することにより、ジャッキ推力に起因する地盤反力が作用した際の断面力を算定する方法が適用されている。しかしながら、このように一様な等分布荷重を地盤反力として梁モデルに作用する方法では、トンネル函体のリング継手面において実際にジャッキ推力が作用する位置に当該ジャッキ推力が載荷されていないことから、精度の高い断面力が算定されているとは言い難い。
In the propulsion method and the shield method, multiple propulsion boxes are connected via ring joints (the end of one propulsion box is inserted into the end of the other propulsion box, or the end of the other propulsion box is connected by bolts, etc.). Alternatively, by connecting multiple shield boxes to each other via ring joints (bolted joints, etc.), tunnel boxes such as propulsion boxes and shield boxes can be built underground. Construction. Hereinafter, in this specification, the propulsion box and the shield box will be collectively referred to as a tunnel box, and the propulsion box group and the shield box group will be collectively referred to as a tunnel box group.
There are various vertical alignments of tunnel box groups, such as straight lines, circular lines, curved lines with multiple curvatures, and mixed straight and curved lines. In a tunnel box group having a section (curvilinear shape), a jack thrust acts from an adjacent tunnel box, and a ground reaction force acts on the tunnel box due to this jack thrust.
Regarding the above-mentioned tunnel box group with the curved section, in the design of the transverse cross section of the conventional tunnel box, a uniformly distributed load that balances the normal component of the arc of the curved section of the jack thrust is applied to the ground reaction. A method of calculating the cross-sectional force when the ground reaction force caused by the jack thrust is applied is applied by uniformly loading a beam that simulates the bottom plate that makes up the cross-direction beam model of the tunnel box. has been done. However, with this method of applying a uniformly distributed load to the beam model as a ground reaction force, the jack thrust is not applied to the position where the jack thrust actually acts on the ring joint surface of the tunnel box. Therefore, it is difficult to say that the cross-sectional force has been calculated with high accuracy.
ここで、特許文献1には、シールド工法や推進工法において軟弱地盤中にトンネルを構築する際に、トンネルの急曲線箇所に反力壁を設置するか否かを判断する、反力壁設置の要否判断方法が提案されている。具体的には、急曲線箇所を模擬した構造解析により算定されたトンネル覆工の地盤反力と原地盤の強度との比較により、反力壁の設置の要否を判断する方法であり、地盤反力が原地盤強度よりも大きいと判断された際に、地盤反力を低減させるために、トンネルの軸方向剛性を高めて反力壁の設置を不要にする要否判断方法である。
Here, in
特許文献1に記載の反力壁設置の要否判断方法によれば、実状に対応した反力壁設置の要否判断方法を提供できるとしている。しかしながら、上記するように、少なくとも曲線区間を有するトンネル函体群を構成するトンネル函体の横断方向の設計において、トンネル函体のリング継手面において実際にジャッキ推力が作用する位置に当該ジャッキ推力が載荷されていないことに依拠して、精度の高い断面力が算定されないといった課題を解消するものではない。
According to the method for determining the necessity of installing a reaction wall described in
本発明は、少なくとも曲線区間を有するトンネル函体群を構成するトンネル函体の横断方向の設計において、精度の高い断面力の算定を実現できる、トンネル函体の横断方向断面の設計方法を提供することを目的としている。 The present invention provides a method for designing a transverse section of a tunnel box, which can realize highly accurate calculation of section force in the transverse direction design of a tunnel box constituting a group of tunnel boxes having at least a curved section. The purpose is to
前記目的を達成すべく、本発明によるトンネル函体の横断方向断面の設計方法の一態様は、
推進装置もしくは掘進機の有する推進ジャッキによるジャッキ推力を受けながら、複数のトンネル函体により形成されて少なくとも曲線区間を有する、トンネル函体群の縦断方向に直交する、トンネル函体の横断方向断面の設計方法であって、
前記曲線区間における前記ジャッキ推力の法線方向成分である、第一法線方向荷重、もしくは、前記曲線区間における前記ジャッキ推力の反力として地盤から法線方向に受ける地盤反力である、第二法線方向荷重、の少なくとも一方を算定する、A工程と、
前記トンネル函体の横断方向断面の梁モデルを作成し、該横断方向断面の梁モデルに対して地盤バネを取り付けて横断方向梁モデルとする、B工程と、
前記横断方向梁モデルに対して、前記第一法線方向荷重もしくは前記第二法線方向荷重を載荷することにより、前記ジャッキ推力に起因する第一断面力を算定する、C工程と、を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, one aspect of the method for designing a cross section of a tunnel box according to the present invention is as follows:
While receiving the jack thrust from the propulsion jack of the propulsion device or the excavator, the transverse cross section of the tunnel box, which is formed by a plurality of tunnel boxes and has at least a curved section, is perpendicular to the longitudinal direction of the tunnel box group. A design method,
A first normal load, which is a normal component of the jack thrust in the curve section, or a second ground reaction force, which is a ground reaction force received from the ground in the normal direction as a reaction force to the jack thrust in the curve section. A step of calculating at least one of the normal direction load;
Step B of creating a beam model of the cross section of the tunnel box, and attaching a ground spring to the beam model of the cross section to create a cross section beam model;
C step of calculating a first cross-sectional force caused by the jack thrust by applying the first normal direction load or the second normal direction load to the transverse beam model. It is characterized by
本態様によれば、曲線区間におけるジャッキ推力の法線方向成分である、第一法線方向荷重、もしくは、曲線区間におけるジャッキ推力の反力として地盤から法線方向に受ける地盤反力である、第二法線方向荷重、の少なくとも一方を算定し、横断方向梁モデルに対して第一法線方向荷重もしくは第二法線方向荷重を載荷することによって、ジャッキ推力に起因する第一断面力を算定することにより、トンネル函体のリング継手面に作用するジャッキ推力に起因する法線方向荷重を適切に反映することができ、精度の高い断面力の算定が可能になる。本明細書では、横断方向梁モデルに載荷する第一法線方向荷重と第二法線方向荷重をまとめて、法線方向荷重と称する。
ここで、C工程において横断方向梁モデルに対する法線方向荷重の載荷方法は、リング継手位置に対して集中荷重として載荷する方法や、横断方向梁モデルの全周に対して分布荷重として載荷する方法等が挙げられる。
According to this aspect, the first normal load is the normal component of the jack thrust in the curve section, or the ground reaction force received from the ground in the normal direction as a reaction force of the jack thrust in the curve section. By calculating at least one of the second normal direction load and applying the first normal direction load or the second normal direction load to the transverse beam model, the first cross-sectional force caused by the jack thrust is calculated. By calculating, it is possible to appropriately reflect the normal load caused by the jack thrust acting on the ring joint surface of the tunnel box, and it is possible to calculate the cross-sectional force with high accuracy. In this specification, the first normal direction load and the second normal direction load applied to the transverse beam model are collectively referred to as a normal direction load.
Here, in step C, the method of applying the normal load to the transverse beam model is to apply it as a concentrated load to the ring joint position, or to apply it as a distributed load around the entire circumference of the transverse beam model. etc.
また、本発明によるトンネル函体の横断方向断面の設計方法の他の態様において、
前記第一法線方向荷重の算定方法は、
前記掘進機のカッタヘッドに作用する先端抵抗力と、前記トンネル函体群の周面が受ける周面抵抗力とを加えることにより必要ジャッキ推力を算定し、前記曲線区間が鉛直面内にある場合は、前記トンネル函体群と前記掘進機の自重抵抗力をさらに加えることにより必要ジャッキ推力を算定し、
前記必要ジャッキ推力に基づいて、前記トンネル函体群を構成する各トンネル函体に作用する前記ジャッキ推力を算定し、
前記ジャッキ推力と、前記トンネル函体の縦断方向の折れ角とにより、前記第一法線方向荷重を算定することを特徴とする。
Further, in another aspect of the method for designing a cross section of a tunnel box according to the present invention,
The method for calculating the first normal direction load is as follows:
The required jack thrust is calculated by adding the tip resistance force acting on the cutter head of the tunneling machine and the circumferential surface resistance force applied to the circumferential surface of the tunnel box group, and when the curved section is within the vertical plane. calculates the necessary jack thrust by further adding the dead weight resistance of the tunnel box group and the excavator,
Calculating the jack thrust acting on each tunnel box constituting the tunnel box group based on the required jack thrust,
The first normal direction load is calculated based on the jack thrust and the bending angle of the tunnel box in the longitudinal direction.
本態様によれば、トンネル函体群を推進させるのに必要な必要ジャッキ推力(総ジャッキ推力)の算定に続いて、トンネル函体群を構成する各トンネル函体に作用するジャッキ推力を算定し、ジャッキ推力とトンネル函体の縦断方向の折れ角とに基づいて第一法線方向荷重を算定することにより、トンネル函体に作用する法線方向荷重を効率的に算定することができる。
ここで、第一法線方向荷重の算定方法として、先端抵抗力と周面抵抗力とを加える方法は、例えば、「下水道推進工法の指針と解説-2010年版-日本下水道協会」等の指針に記載される推力算定式に基づくものであり、鉛直面内における曲線区間の場合において、トンネル函体群と掘進機の自重抵抗力をさらに加える内容は、この指針に記載の推力算定式を修正したものである。先端抵抗力と周面抵抗力と、必要に応じて自重抵抗力とを加算して求められる必要ジャッキ推力に対して、例えば所定の安全率を乗じて必要ジャッキ推力を割り増し、割り増し後の必要ジャッキ推力に基づいて各トンネル函体に作用するジャッキ推力を算定してもよい。
According to this aspect, after calculating the required jack thrust (total jack thrust) necessary to propel the tunnel box group, the jack thrust acting on each tunnel box constituting the tunnel box group is calculated. By calculating the first normal load based on the jack thrust and the bending angle in the longitudinal direction of the tunnel box, it is possible to efficiently calculate the normal load acting on the tunnel box.
Here, as a method of calculating the first normal direction load, the method of adding the tip resistance force and the peripheral surface resistance force is based on the guidelines such as "Guidelines and explanations of sewerage propulsion method - 2010 edition - Japan Sewage Works Association", etc. This is based on the thrust calculation formula described in this guideline, and in the case of curved sections in the vertical plane, the addition of the self-weight resistance of the tunnel box group and the excavation machine is a modification of the thrust calculation formula described in this guideline. It is something. The required jack thrust, which is obtained by adding the tip resistance force, peripheral surface resistance force, and self-weight resistance force as necessary, is multiplied by a predetermined safety factor, for example, to increase the required jack thrust force, and the required jack thrust after the addition is calculated. The jack thrust acting on each tunnel box may be calculated based on the thrust.
また、本発明によるトンネル函体の横断方向断面の設計方法の他の態様において、
前記第二法線方向荷重の算定方法は、
コンピュータにおいて、前記トンネル函体群を、等価剛性を有する曲線含有梁モデル、もしくは、隣接する前記トンネル函体の梁モデルを回転バネにて連結してなる曲線含有梁モデルを作成し、該曲線含有梁モデルに対して地盤バネを取り付けて縦断方向梁モデルとし、
前記縦断方向梁モデルに対して前記ジャッキ推力を載荷し、該縦断方向梁モデルに生じる地盤反力である前記第二法線方向荷重を算定することを特徴とする。
Further, in another aspect of the method for designing a cross section of a tunnel box according to the present invention,
The method for calculating the second normal direction load is as follows:
In a computer, a curve-containing beam model having equivalent stiffness or a curve-containing beam model formed by connecting beam models of adjacent tunnel boxes with a rotation spring is created for the tunnel box group, and the curve-containing A ground spring is attached to the beam model to create a longitudinal beam model.
The method is characterized in that the jack thrust is applied to the longitudinal beam model, and the second normal load, which is a ground reaction force generated on the longitudinal beam model, is calculated.
本態様によれば、曲線含有梁モデルと地盤バネとにより形成される縦断方向梁モデルに対してジャッキ推力を載荷して、地盤反力である第二法線方向荷重を算定することにより、トンネル函体に作用する法線方向荷重を高い精度で算定することができる。
ここで、トンネル函体群は、曲線区間が単円形の縦断線形を有する場合において、施工段階ごとに、例えばトンネル函体1リング(1R)が10基推進された10R段階での縦断方向梁モデル、20R推進された20R段階での縦断方向梁モデル、全周推進された円形の縦断方向梁モデル等、様々な施工段階での縦断方向梁モデルが作成され、都度、トンネル函体の縦断方向の断面力が算定される。ここで、トンネル函体群を構成する各トンネル函体は、場所ごとに算定される断面力が相違することになるが、設計段階では、最も厳しい断面力に基づいてトンネル函体の仕様が決定される。
また、ジャッキ推力は、推進工法における元押し装置の元押しジャッキによるジャッキ推力や、元押しジャッキに加えて中押し装置の中押しジャッキによるジャッキ推力、推進工法とシールド工法の双方における掘進機の備える推進ジャッキによるジャッキ推力等が挙げられる。例えば、推進ジャッキを備えた掘進機を利用する推進工法においては、縦断方向梁モデルにおける一端(発進立坑位置)に元押しジャッキによるジャッキ推力が載荷され、縦断方向梁モデルの他端(掘進機位置)に掘進機の備える推進ジャッキによるジャッキ推力が載荷され、トンネル函体群の中に中押し装置が介在する場合はその位置に中押しジャッキによるジャッキ推力が載荷される。
さらに、地盤バネは、トンネル函体ごとに取り付けられる形態や、10Rごとに取り付けられる形態等、地盤バネの取り付け形態も様々である。さらに、場所ごと(土層ごと)に、地盤性状が地盤バネに適切に反映されるのが望ましく、土層ごとのN値や地盤の内部摩擦角、付着力(粘性)等が評価されて地盤バネが設定されるのがよい。
According to this aspect, a jack thrust is applied to a longitudinal beam model formed by a curve-containing beam model and a ground spring, and the second normal direction load, which is a ground reaction force, is calculated. The normal load acting on the box can be calculated with high accuracy.
Here, in the case where the curved section has a single circular longitudinal alignment, the tunnel box group is a longitudinal beam model at each construction stage, for example, at the 10R stage in which 10
In addition, the jack thrust includes the jack thrust by the main push jack of the main push device in the propulsion method, the jack thrust by the middle push jack of the intermediate push device in addition to the main push jack, and the jack thrust by the propulsion jack equipped on the excavator in both the propulsion method and the shield method. Examples include jack thrust due to For example, in a propulsion method that uses an excavator equipped with a propulsion jack, the jack thrust from the main push jack is loaded on one end of the longitudinal beam model (starting shaft position), and the jack thrust from the main push jack is loaded on the other end of the longitudinal beam model (excavator position). ) is loaded with jack thrust by the propulsion jack provided in the excavator, and if an intermediate push device is present in the tunnel box group, the jack thrust by the intermediate push jack is loaded at that position.
Furthermore, there are various mounting forms for the ground spring, such as a form in which the ground spring is attached to each tunnel box, and a form in which it is attached to each 10R. Furthermore, it is desirable that the soil properties be appropriately reflected in the soil springs for each location (each soil layer), and the N value, internal friction angle of the soil, adhesion force (viscosity), etc. for each soil layer are evaluated and the soil It is better to have a spring set.
また、本発明によるトンネル函体の横断方向断面の設計方法の他の態様において、
前記C工程では、
前記A工程にて算定された前記第一法線方向荷重もしくは前記第二法線方向荷重を、前記横断方向断面であるリング継手面に設けられているリング継手の数で除すことにより、リング継手当たりの集中荷重を求めて各リング継手位置に載荷する、
もしくは、前記A工程にて算定された前記第一法線方向荷重もしくは前記第二法線方向荷重を、前記横断方向断面であるリング継手面の周長で除すことにより分布荷重を算定し、該リング継手面に該分布荷重を載荷する、ことを特徴とする。
Further, in another aspect of the method for designing a cross section of a tunnel box according to the present invention,
In the step C,
By dividing the first normal load or the second normal load calculated in step A by the number of ring joints provided on the ring joint surface that is the transverse cross section, Find the concentrated load per joint and apply it to each ring joint position.
Alternatively, a distributed load is calculated by dividing the first normal direction load or the second normal direction load calculated in step A by the circumference of the ring joint surface that is the transverse cross section, The method is characterized in that the distributed load is applied to the ring joint surface.
本態様によれば、リング継手面におけるリング継手の配設態様に応じて、法線方向荷重に基づく集中荷重もしくは分布荷重のうちの好適な荷重を横断方向梁モデルに載荷することにより、トンネル函体のリング継手面におけるジャッキ推力の作用位置を適切に反映することができ、精度の高い断面力の算定が可能になる。
例えば、リング継手面において、複数のリング継手位置が比較的不均等な場合には、リング継手当たりの集中荷重を横断方向梁モデルにおける各リング継手位置に載荷するのがよい。各リング継手位置に対して、リング継手当たりの法線方向荷重(集中荷重)を載荷することにより、各リング継手位置からジャッキ推力が作用する実現象を可及的忠実に再現することができ、より一層精度の高い断面力の算定が可能になる。
一方、リング継手面において、複数のリング継手位置が比較的均等な場合には、分布荷重を横断方向梁モデルの全周(全域)に載荷するのがよい。
According to this aspect, by loading a suitable load of a concentrated load based on a normal direction load or a distributed load on a transverse direction beam model according to the arrangement of the ring joint on the ring joint surface, the tunnel box is The position of action of the jack thrust on the ring joint surface of the body can be appropriately reflected, making it possible to calculate the cross-sectional force with high accuracy.
For example, if a plurality of ring joint positions are relatively uneven on the ring joint surface, it is preferable to apply a concentrated load per ring joint to each ring joint position in the transverse beam model. By applying a normal load (concentrated load) per ring joint to each ring joint position, the actual phenomenon in which jack thrust acts from each ring joint position can be reproduced as faithfully as possible. It becomes possible to calculate the cross-sectional force with even higher accuracy.
On the other hand, when a plurality of ring joint positions are relatively uniform on the ring joint surface, it is preferable to apply a distributed load to the entire circumference (entire area) of the transverse beam model.
また、本発明によるトンネル函体の横断方向断面の設計方法の他の態様において、
前記C工程において前記第二法線方向荷重を使用する場合、該C工程では、算定された複数の地盤反力のうち、最大地盤反力を抽出して使用することを特徴とする。
Further, in another aspect of the method for designing a cross section of a tunnel box according to the present invention,
When the second normal direction load is used in the C step, the C step is characterized in that the maximum ground reaction force is extracted and used from among the plurality of calculated ground reaction forces.
本態様によれば、C工程において第二法線方向荷重を使用する場合に関し、算定された複数の地盤反力のうち、最大地盤反力を抽出して横断方向梁モデルに載荷することにより、最も安全側の設計に基づいてトンネル函体の横断方向断面を設計することができる。 According to this aspect, when using the second normal direction load in the C process, by extracting the maximum ground reaction force from among the plurality of calculated ground reaction forces and loading it on the transverse direction beam model, The transverse section of the tunnel box can be designed based on the safest design.
また、本発明によるトンネル函体の横断方向断面の設計方法の他の態様は、
前記横断方向断面の梁モデルに対して土圧もしくは土水圧を載荷することにより、該土圧もしくは土水圧に起因する第二断面力を算定する、D工程と、
前記C工程と前記D工程で算定された前記第一断面力と前記第二断面力を重ね合わせて重ね合わせ断面力を算定し、該重ね合わせ断面力に基づいて前記横断方向断面の断面力照査を行う、E工程と、をさらに有することを特徴とする。
Further, another aspect of the method for designing a cross section of a tunnel box according to the present invention is as follows:
A step D of calculating a second cross-sectional force caused by the earth pressure or earth water pressure by applying earth pressure or earth water pressure to the beam model of the transverse cross section;
Calculate a superimposed cross-sectional force by superimposing the first cross-sectional force and the second cross-sectional force calculated in the C step and the D step, and check the cross-sectional force of the transverse cross section based on the superimposed cross-sectional force. The method is characterized by further comprising a step E of performing.
本態様によれば、横断方向梁モデルに対してジャッキ推力に起因する法線方向荷重が作用した際の第一断面力を算定し、横断方向断面の梁モデル(横断方向梁モデルから地盤バネを取り外した梁モデル)に対して土圧もしくは土水圧が作用した際の第二断面力を算定し、双方の断面力を重ね合わせた重ね合わせ断面力に基づいて横断方向断面の断面力照査を行うことにより、より一層精度の高い断面力の算定が可能になる。尚、C工程とD工程を同時に実施すること、言い換えれば、横断方向梁モデルに対して、ジャッキ推力に起因する法線方向荷重と、土圧もしくは土水圧とを同時に載荷して断面力を算定してもよく、この算定方法も本態様に含まれるものとする。 According to this aspect, the first cross-sectional force is calculated when a normal load due to the jack thrust acts on the transverse beam model, and the ground spring is calculated from the beam model of the transverse cross section (the ground spring is Calculate the second section force when earth pressure or earth water pressure acts on the removed beam model), and check the section force of the transverse section based on the superimposed section force obtained by superimposing both section forces. This makes it possible to calculate the cross-sectional force with even higher accuracy. In addition, process C and process D should be performed simultaneously, in other words, the cross-sectional force should be calculated by simultaneously applying the normal load caused by the jack thrust and the earth pressure or earth water pressure to the transverse beam model. This calculation method is also included in this aspect.
本発明のトンネル函体の横断方向断面の設計方法によれば、少なくとも曲線区間を有するトンネル函体群を構成するトンネル函体の横断方向の設計において、精度の高い断面力の算定を実現できる。 According to the method for designing a cross section of a tunnel box according to the present invention, it is possible to calculate a cross-sectional force with high accuracy in designing a cross section of a tunnel box constituting a group of tunnel boxes having at least a curved section.
以下、実施形態に係るトンネル函体の横断方向断面の設計方法について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。 Hereinafter, a method for designing a transverse cross section of a tunnel box according to an embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. Note that in this specification and the drawings, substantially the same constituent elements may be given the same reference numerals to omit redundant explanation.
[実施形態に係るトンネル函体の横断方向断面の設計方法]
図1乃至図9を参照して、実施形態に係るトンネル函体の横断方向断面の設計方法の一例について説明する。ここで、図1は、実施形態に係るトンネル函体の横断方向断面の設計方法の一例を示すフローチャートである。また、図2は、推進工法により、鉛直面内において単円の縦断線形を有するトンネル函体群を推進させている状態を示す模式図であり、図3は、曲線区間において、掘進機が余掘り部を造成し、余掘り部に滑材を充填しながら、トンネル函体群を推進させている状態を示す模式図である。また、図4は、第一法線方向荷重の算定方法を説明する模式図であり、図5は、第二法線方向荷重の算定方法を説明する模式図であって、縦断方向梁モデルの一例を説明する図である。また、図6は、推進の過程において一つのトンネル函体に作用する外力を説明する模式図であり、図7は、トンネル函体の横断方向断面の一例を示す正面図である。さらに、図8は、横断方向梁モデルの一例を示すとともに、リング継手面の各リング継手位置において、ジャッキ推力による法線方向荷重を載荷している状態を説明する模式図であり、図9は、横断方向断面の梁モデルの一例を示すとともに、土水圧を載荷している状態を説明する模式図である。
[Design method of transverse cross section of tunnel box according to embodiment]
An example of a method for designing a transverse cross section of a tunnel box according to an embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 9. Here, FIG. 1 is a flowchart illustrating an example of a method for designing a transverse cross section of a tunnel box according to an embodiment. Furthermore, Fig. 2 is a schematic diagram showing a state in which a group of tunnel boxes having a single-circle longitudinal alignment is propelled in a vertical plane by the propulsion method, and Fig. 3 shows a state in which an excavator is used in a curved section. It is a schematic diagram which shows the state which a tunnel box group is propelled while creating the excavation part and filling the remaining excavation part with lubricating material. Further, FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the method for calculating the first normal direction load, and FIG. 5 is a schematic diagram illustrating the method for calculating the second normal direction load, in which It is a figure explaining an example. Further, FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an external force acting on one tunnel box during the propulsion process, and FIG. 7 is a front view showing an example of a transverse cross section of the tunnel box. Furthermore, FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of a transverse beam model and illustrating a state in which a normal load due to jack thrust is applied at each ring joint position on the ring joint surface, and FIG. , is a schematic diagram showing an example of a beam model in a cross section in the transverse direction and explaining a state in which soil water pressure is applied.
図示例のトンネル函体の横断方向断面の設計方法では、設計対象のトンネル函体群の縦断線形が鉛直面内における単円であって、全区間が曲線区間であるが、設計対象のトンネル函体を構成するトンネル函体群の縦断線形は、図示例以外にも、鉛直面内もしくは水平面内において複数の曲率を有する縦断線形や、曲線区間と直線区間が混在する縦断線形等、様々な縦断線形のトンネル函体群が設計対象となり得る。 In the illustrated example of the method for designing a cross section of a tunnel box, the vertical alignment of the tunnel box group to be designed is a single circle in the vertical plane, and the entire section is a curved section. In addition to the illustrated example, the vertical alignment of the tunnel box group that makes up the tunnel body can be of various types, such as a vertical alignment with multiple curvatures in the vertical or horizontal plane, or a vertical alignment with a mixture of curved sections and straight sections. A group of linear tunnel boxes can be a design target.
図1に示すように、実施形態に係るトンネル函体の横断方向の設計方法は、A工程乃至E工程を有する。 As shown in FIG. 1, the method for designing a tunnel box in the transverse direction according to the embodiment includes steps A to E.
A工程は、主として、入力条件の設定を行う工程と、第一法線方向荷重、もしくは第二法線方向荷重を算定する工程とを備えている。第一法線方向荷重とは、曲線区間におけるジャッキ推力の法線方向成分のことであり、第二法線方向荷重とは、曲線区間におけるジャッキ推力の反力として地盤から法線方向に受ける地盤反力のことである。いずれの法線方向荷重も、トンネル函体に作用するジャッキ推力の法線方向成分に起因する荷重であることから、法線方向荷重としている。 The A process mainly includes a process of setting input conditions and a process of calculating a first normal direction load or a second normal direction load. The first normal load is the normal component of the jack thrust in the curved section, and the second normal load is the normal component of the ground that is received from the ground in the normal direction as a reaction force to the jack thrust in the curved section. It is a reaction force. Both normal loads are loads resulting from the normal component of the jack thrust acting on the tunnel box, so they are referred to as normal loads.
以下で詳説するように、第一法線方向荷重の算定方法は、公知の指針に記載の推力算定式を使用したり、この推力算定式を修正した修正推力算定式を使用し、さらに、曲線区間における各トンネル函体の縦断方向の折れ角に基づいて、第一法線方向荷重を算定する。一方、第二法線方向荷重の算定方法は、縦断方向梁モデル(解析モデル)をコンピュータ内で作成し、梁モデルに対してジャッキ推力を載荷する解析を実行することにより、第二法線方向荷重(地盤反力)を算定する。 As explained in detail below, the method for calculating the first normal direction load is to use the thrust calculation formula described in the publicly known guidelines, use a modified thrust calculation formula that is a modified version of this thrust calculation formula, and also use a curve The first normal load is calculated based on the bending angle of each tunnel box in the longitudinal direction in the section. On the other hand, the method for calculating the load in the second normal direction is to create a longitudinal beam model (analytical model) in a computer and perform an analysis to load the jack thrust on the beam model. Calculate the load (ground reaction force).
一方、B工程は、横断方向梁モデル(解析モデル)を作成する工程を備えている。C工程は、作成された横断方向梁モデルを用いて、第一法線方向荷重もしくは第二法線方向荷重に基づく第一断面力を算定する横断方向第一解析を実施する工程を備えており、D工程は、横断方向梁モデルから地盤バネを取り外した梁モデルを用いて、土水圧に基づく第二断面力を算定する横断方向第二解析を実施する工程を備えている。 On the other hand, the B process includes a process of creating a transverse beam model (analytical model). Step C includes a step of performing a first analysis in the transverse direction to calculate the first section force based on the first normal direction load or the second normal direction load using the created transverse direction beam model. , D process includes a step of performing a second transverse analysis to calculate a second section force based on soil water pressure using a beam model obtained by removing the ground spring from the transverse beam model.
最後に、E工程は、第一断面力と第二断面力を重ね合わせた断面力に基づいて応力度照査を実施する工程を備えている。 Finally, step E includes a step of performing stress level verification based on the cross-sectional force obtained by superimposing the first cross-sectional force and the second cross-sectional force.
A工程における入力条件の設定においては、トンネル函体の仕様を設定し、トンネル函体群の縦断線形(単円の場合はその径、複数の曲率を有する場合は各曲率とその線形等)を設定し、トンネル函体群が通過する土層をモデル化する。土層のモデル化においては、地盤調査結果に基づいて、土層ごとに、その性状(砂質層、粘土層、礫質層等)、N値や地盤の単位体積重量、内部摩擦角、付着力等の物性を設定する。 In setting the input conditions in step A, set the specifications of the tunnel box, and determine the vertical alignment of the tunnel box group (in the case of a single circle, its diameter, and in the case of multiple curvatures, each curvature and its alignment, etc.). Set up and model the soil layer that the tunnel box group passes through. When modeling soil layers, we calculate the properties of each soil layer (sandy layer, clay layer, gravel layer, etc.), N value, unit volume weight of the ground, internal friction angle, and Set physical properties such as adhesion force.
図2に示す例は、鉛直面内において、半径rの単円の縦断線形を有するトンネル函体群20(円周トンネル)を推進工法にて施工する例である。図2に示すように、地中Gにおいて施工済みの本線トンネルHT(例えば本線シールドトンネル)と、その側方にあるランプトンネルRT(例えばランプシールドトンネル)とを地中で接続して拡幅するに当たり、ランプトンネルRTを利用してその下方に鉛直に延設する立坑Tを施工する。尚、この立坑は、鉛直方向でなく、斜め下方に延設する形態であってもよい。 The example shown in FIG. 2 is an example in which a tunnel box group 20 (circumferential tunnel) having a single-circular vertical line shape with a radius r is constructed using the propulsion method in a vertical plane. As shown in Figure 2, when connecting and widening the main line tunnel HT (e.g. main line shield tunnel) that has already been constructed underground in underground G with the lamp tunnel RT (e.g. lamp shield tunnel) located on the side thereof, , a vertical shaft T will be constructed using the ramp tunnel RT and extending vertically below it. Note that this vertical shaft may extend diagonally downward instead of vertically.
所定深度まで造成された立坑Tの下方に発進架台Rを設置し、発進架台Rに元押しジャッキを備えた元押し装置30を設置する。ランプトンネルRTから掘進機10とトンネル函体21を随時吊り下ろし、掘進機10を地中に掘進させ、その後方に複数のトンネル函体21を順次配設し、元押しジャッキ30によるジャッキ推力により、掘進機10と複数のトンネル函体21によって形成されるトンネル函体群20を推進させる。
A starting pedestal R is installed below the shaft T built to a predetermined depth, and a starting
図示例の掘進機10は、前胴11と後胴12を備え、双方の間に不図示の推進ジャッキ(掘進機自身の推進の他にも、掘進機の方向制御を行うジャッキ)を備えている。掘進機10の正面視形状は、例えば横長の矩形であり、その前面には、例えば複数のカッタヘッド13が配設されている。各カッタヘッド13には、その側方からコピーカッタが出入り自在に内蔵されており、余掘り部の造成の際には、各カッタヘッド13からコピーカッタが外側へ張り出し、カッタヘッド13の回転に応じて回転するコピーカッタにより、余掘り部の造成が行われる。この際、コピーカッタの張り出し長の調整により、余掘り部の大きさを所望に調整できる。
The illustrated example of the
上記するように、正面視矩形の掘進機10の後方に連接するトンネル函体21は、図7に示すように、掘進機10と同様の正面視形状を有した鋼殻により構成されている。
As described above, the
図2に戻り、掘進機10のカッタヘッド13には、前方から切羽圧Sが作用する。また、図示例のように鉛直面内での推進であることから、掘進機10には自重の軸方向分力W1が作用し、各トンネル函体21には自重の軸方向分力W2が作用する。
Returning to FIG. 2, face pressure S acts on the
推進されるトンネル函体群20には、周囲の地盤Gとの間の周面抵抗力F1が作用し、さらには、曲線施工に伴う地盤反力Qに起因した摩擦抵抗力F2が作用する。ここで、立坑Tにおける元押しジャッキ30から作用するジャッキ推力P1により、前方の掘進機10とトンネル函体群20が推進されることから、トンネル函体群20の前方にいくにつれて、作用するジャッキ推力P2,P3,P4は徐々に小さくなる。曲線施工に伴う地盤反力Qは、このジャッキ推力Pに起因する反力であることから、図2に示すように、元押しジャッキ30の近傍で最大の地盤反力となり、掘進機10に向かって徐々に小さくなる傾向を有している。
A peripheral surface resistance force F1 with respect to the surrounding ground G acts on the
このように、図示例の鉛直面内における曲線線形に沿う推進工法では、掘進機10に作用する切羽圧S,掘進機10に作用する自重の軸方向分力W1、各トンネル函体21に作用する自重の軸方向分力W2、周囲の地盤Gとの間の周面抵抗力F1、及び曲線施工に伴う地盤反力Qに起因した摩擦抵抗力F2の合計値以上のジャッキ推力Pにより、掘進機10とトンネル函体群20の推進が実現される。尚、例えば水平面内における施工では、掘進機10に作用する自重の軸方向分力W1と、各トンネル函体21に作用する自重の軸方向分力W2は、元押しジャッキ30のジャッキ推力の算定に際して不要になる。
In this way, in the propulsion method that follows the curved line in the vertical plane in the illustrated example, the face pressure S acting on the
仮に、元押しジャッキ30のジャッキ推力が不足する場合においては、トンネル函体群20の間に、単数もしくは複数の中押しジャッキが配設されて不足分のジャッキ推力が補填されることになる。
If the jack thrust of the
元押しジャッキ30のジャッキ推力や、元押しジャッキ30と必要に応じて設けられる中押しジャッキのジャッキ推力の設定に当たり、必要ジャッキ推力は、トンネル函体群20の推進の過程で随時変化することから、トンネル函体群20が10基(10R)までの段階、20Rまでの段階、掘進機10が立坑Tに到達する最終段階等、各段階に応じた必要ジャッキ推力が設定される。
When setting the jack thrust of the
図3に示すように、カッタヘッド13(ここでは、説明を容易にするために、一つのカッタヘッド13のみを有する形態として図示している)の側方からコピーカッタ14が張り出し、カッタヘッド13が回転しながら掘進機10が計画縦断線形L1に沿って掘進方向に掘進する過程で、掘進機10と後続のトンネル函体群20の側方には、所定幅t1の余掘り部25が造成され、掘進機10から余掘り部25に対して滑材28が充填される。正面視矩形の掘進機10の周囲には、幅t1の矩形枠状の余掘り部25が造成されることになる。余掘り部25の幅t1は、図示例では、単円の半径r等に応じて設定する。
As shown in FIG. 3, the
図3は、計画縦断線形L1に沿って掘進機10が掘進し、トンネル函体群20が推進されている状態を示しており、単円の径方向の内側には余掘り部25の内側ラインL2があり、径方向外側には余掘り部25の外側ラインL3がある。すなわち、図3は、掘進機10が蛇行していない状態を示している。また、幅t1が、入力条件における設計余掘り量となる。
FIG. 3 shows a state in which the
ここで、A工程における第一法線方向荷重の算定方法について説明する。「下水道推進工法の指針と解説-2010年版-日本下水道協会」(以下、下水道指針とする)に記載される推力算定式に基づけば、必要ジャッキ推力は以下の式(X)により表すことができる。 Here, a method for calculating the first normal direction load in step A will be explained. Based on the thrust force calculation formula described in "Guidelines and Explanations of Sewer Propulsion Methods - 2010 Edition - Japan Sewage Works Association" (hereinafter referred to as the "Sewerage Guidelines"), the required jack thrust can be expressed by the following formula (X) .
また、図示例のように鉛直面内における推進施工においては、掘進機10とトンネル函体群20の自重抵抗力を考慮する必要があることから、この場合の必要ジャッキ推力は、上式(X)を修正した以下の式(Y)により表すことができる。
In addition, in propulsion construction in a vertical plane as shown in the example, it is necessary to take into account the self-weight resistance of the
さらに、図示例のように曲線区間を備えた推進施工において、必要ジャッキ推力は以下の式(Z)により表すことができる。尚、式(Z)は下水道指針に記載された、水平面内における曲線区間を備えた推進施工時の必要ジャッキ推力算定式であることから、より詳細には、上式(Y)の自重抵抗力を加算(考慮)する必要があるが、ここでは下水道指針に記載の式を紹介する。 Furthermore, in propulsion construction with a curved section as shown in the illustrated example, the required jack thrust can be expressed by the following equation (Z). In addition, since formula (Z) is the formula for calculating the required jack thrust during propulsion construction with a curved section in the horizontal plane, as stated in the sewerage guidelines, in more detail, the self-weight resistance force of the above formula (Y) It is necessary to add (take into consideration), but here we will introduce the formula described in the sewerage guidelines.
図4に示すように、必要ジャッキ推力から各トンネル函体に作用するジャッキ推力を算定し(例えば、F1)、このジャッキ推力の法線方向分力T1をF1×sinαにて算定することにより、トンネル函体に作用する第一法線方向荷重を求めることができる。 As shown in FIG. 4, by calculating the jack thrust acting on each tunnel box from the required jack thrust (for example, F1), and calculating the normal component force T1 of this jack thrust by F1 × sin α, The first normal load acting on the tunnel box can be determined.
次に、A工程における第二法線方向荷重の算定方法について説明する。図5に示すように、コンピュータにおいて、トンネル函体群20を、等価剛性を有する曲線含有梁モデルBM1にモデル化する。このモデル化に際しては、図示を省略するが、隣接するトンネル函体21の梁モデルを回転バネにて連結してなる曲線含有梁モデルを作成してもよい。
Next, a method for calculating the second normal direction load in step A will be explained. As shown in FIG. 5, the
曲線含有梁モデルBM1に対して、地盤バネJM1を取り付けることにより、縦断方向梁モデルM1を作成する。地盤バネJM1は、曲線含有梁モデルBM1における各トンネル函体位置にそれぞれ取り付けてもよいし、例えば10Rごとに取り付けてもよい。 A longitudinal beam model M1 is created by attaching a ground spring JM1 to the curve-containing beam model BM1. The ground spring JM1 may be attached to each tunnel box position in the curve-containing beam model BM1, or may be attached at every 10R, for example.
地盤バネJM1は、半径rの円周トンネルの法線方向の法線方向地盤バネJMaと、接線方向の接線方向地盤バネJMbとを有し、双方の地盤バネを例えばコネクタ要素で模擬する。また、図示を省略するが、元押しジャッキからのジャッキ推力Pが載荷される曲線含有梁モデルBM1の一端BM1'(もしくはその近傍)と、立坑に到達した曲線含有梁モデルBM1の他端BM1"(もしくはその近傍)にはそれぞれ、拘束バネを取り付ける。 The ground spring JM1 has a normal ground spring JMa in the normal direction of the circumferential tunnel with a radius r, and a tangential ground spring JMb in the tangential direction, and both ground springs are simulated by, for example, a connector element. Also, although not shown, one end BM1' (or its vicinity) of the curved beam model BM1 to which the jack thrust P from the main jack is loaded, and the other end BM1' of the curved beam model BM1 that has reached the shaft. Attach a restraining spring to each (or its vicinity).
コンピュータ内において、施工段階ごとに、曲線含有梁モデルBM1を作成し、曲線含有梁モデルBM1の複数位置に、法線方向地盤バネJMaと接線方向地盤バネJMbを有する地盤バネJM1を取り付けることにより、縦断方向梁モデルM1(解析モデル)を作成する。 In the computer, a curve-containing beam model BM1 is created for each construction stage, and ground springs JM1 having a normal direction ground spring JMa and a tangential direction ground spring JMb are attached to multiple positions of the curve-containing beam model BM1. A longitudinal beam model M1 (analytical model) is created.
図5に示すように、縦断方向梁モデルM1に対して、元押しジャッキ30等の推進ジャッキによるジャッキ推力を設定して載荷する縦断方向解析を実施することにより、トンネル函体群20を構成する各トンネル函体21の縦断方向の断面力と、トンネル函体群20の縦断方向における地盤反力Qを算定する。この断面力には、曲げモーメントやせん断力、軸力(縦断方向の圧縮力や引張力)が含まれる。全区間が曲線区間である図示例のモデルにおいては、図5に示すように、算定された地盤反力Qは縦断方向に徐々に変化する。
As shown in FIG. 5, the
例えば元押しジャッキ30のジャッキ推力は、初期の段階では、図2を参照して説明したように、掘進機10とトンネル函体群20を推進可能なジャッキ推力を過程して縦断方向解析を実行し、縦断方向の断面力に含まれる軸力のうち、先頭に位置する掘進機10の位置の軸力が切羽圧S相当以上の圧縮力であれば、設定しているジャッキ推力が大きいと判断し、切羽圧S相当の圧縮力となるまで、ジャッキ推力を変化させながら縦断方向解析を繰り返し、必要ジャッキ推力を設定する。
For example, in the initial stage, as explained with reference to FIG. 2, the jack thrust of the
一方、縦断方向解析の結果、掘進機10の位置の軸力が切羽圧S相当の圧縮力より小さいようであれば、設定しているジャッキ推力が不足していると判断し、ジャッキ推力を増加させて縦断方向解析を実施し、軸力が切羽圧S相当の圧縮力となる段階まで、上記する縦断方向解析の繰り返しによって必要ジャッキ推力を設定する。
On the other hand, if the longitudinal analysis results show that the axial force at the position of the
縦断方向解析により、トンネル函体群に作用する地盤反力Qを算定し、算定された地盤反力Qの中で、最大の地盤反力Qmaxを特定し、この地盤反力Qmaxを第二法線方向荷重とするのがよい。 By longitudinal analysis, calculate the ground reaction force Q acting on the tunnel box group, identify the maximum ground reaction force Qmax among the calculated ground reaction forces Q, and calculate this ground reaction force Qmax using the second method. It is preferable to use a linear load.
ここで、図6に示すように、トンネル函体群20を構成する一つのトンネル函体21n(掘進機10側からn番目のトンネル函体)に着目して、軸方向(縦断方向)の力の釣り合いと、軸直角方向の力の釣り合いが成立する。
Here, as shown in FIG. 6, focusing on one
軸方向の力の釣り合いは、(隣接鋼殻に伝達する荷重Pn)=(隣接鋼殻から伝達される荷重(ジャッキ推力)の軸方向分力Pn-1v)-(周面抵抗力F1n)-(地盤反力による摩擦抵抗力F2n)-(鋼殻自重の軸方向成分W2v)となる。 The balance of forces in the axial direction is (Load transmitted to adjacent steel shells Pn) = (Axial component of load (jack thrust) transmitted from adjacent steel shells Pn-1v) - (Surface resistance force F1n) - (Frictional resistance force F2n due to ground reaction force) - (axial component W2v of steel shell weight).
一方、軸直角方向の力の釣り合いは、(地盤反力Q(外側への変形を抑制))=(隣接鋼殻から伝達される荷重(ジャッキ推力)の軸直角方向分力Pn-1h)となる。 On the other hand, the balance of forces in the direction perpendicular to the axis is (ground reaction force Q (suppressing outward deformation)) = (component force in the direction perpendicular to the axis Pn - 1h of the load transmitted from the adjacent steel shell (jack thrust)) Become.
以上、入力条件の設定と、第一法線方向荷重の算定もしくは第二法線方向荷重の算定がA工程となる。 As described above, setting the input conditions and calculating the first normal direction load or the second normal direction load become the A process.
次に、横断方向梁モデル(解析モデル)の作成を行う。本例では、図7に示す横断方向断面の形状が横長矩形のトンネル函体21のモデル化を行う。ここで、図7は、トンネル函体21の正面視形状であってリング継手面22を示しており、内部にある二つの隔壁にて剛性が付与されており、横断方向断面の線形に沿って複数のリング継手23を備えている。このリング継手23は、例えばリング継ぎボルト等により構成され、隣接する他方のトンネル函体との間で、複数のリング継手23を介してジャッキ推力が伝達される。
Next, a transverse beam model (analytical model) is created. In this example, a
図7に示す横断方向断面の形状を有するトンネル函体21は、図8に示す横断方向梁モデルM2としてモデル化される。ここで、横断方向梁モデルM2は、トンネル函体21の横断方向断面の線形に沿う横断方向断面の梁モデルBM2に対して、地盤バネJM2を取り付けることにより作成される。尚、図示例の地盤バネJM2は、直バネのみを備えているが、地盤バネJM2が直バネとこれに直交するせん断バネの双方を備えていてもよい(以上、B工程)。
The
次に、横断方向梁モデルM2に対して法線方向荷重(第一法線方向荷重もしくは第二法線方向荷重)を載荷する、横断方向第一解析を実施する。この横断方向第一解析では、A工程における縦断方向の解析において算定され、特定(抽出)されている最大の地盤反力Qmax(第二法線方向荷重)や、算定された必要ジャッキ推力に基づくトンネル函体に作用するジャッキ推力と折れ角とにより求められる第一法線方向荷重を、横断方向梁モデルM2に載荷する。 Next, a first transverse analysis is performed in which a normal load (a first normal load or a second normal load) is applied to the transverse beam model M2. This first analysis in the transverse direction is based on the maximum ground reaction force Qmax (second normal direction load) calculated and identified (extracted) in the longitudinal analysis in process A, and the calculated required jack thrust. A first normal load determined by the jack thrust acting on the tunnel box and the bending angle is applied to the transverse beam model M2.
図8は、横断方向梁モデルM2を示すとともに、リング継手面に設定されている各リング継手位置(梁モデルにおけるドット位置)に、地盤反力である第二法線方向荷重から逆算したジャッキ推力の法線方向分力を載荷している状態を示している。 Figure 8 shows the transverse beam model M2, and also shows the jack thrust calculated from the second normal load, which is the ground reaction force, at each ring joint position (dot position in the beam model) set on the ring joint surface. This shows a state in which a normal component force of .
すなわち、最大の地盤反力Qmaxを、横断方向断面であるリング継手面に設けられているリング継手23の数で除すことによって、リング継手当たりのジャッキ推力の法線方向分力である集中荷重vを求め、各リング継手位置に対して、リング継手当たりのジャッキ推力の法線方向分力である集中荷重vを載荷する。 That is, by dividing the maximum ground reaction force Qmax by the number of ring joints 23 provided on the ring joint surface that is the transverse cross section, the concentrated load, which is the normal component of the jack thrust per ring joint, can be calculated. v is determined, and a concentrated load v, which is the normal component of the jack thrust per ring joint, is applied to each ring joint position.
尚、その他、法線方向荷重を図7に示すリング継手面の周長で除すことによって(等)分布荷重を算定し、リング継手面の全域に分布荷重を載荷する方法であってもよい。特に、図示例の各リング継手位置は比較的均等に配置されていることから、分布荷重を求めてリング継手面の全域に載荷する方法でも精度の高い解析結果が得られる。 Alternatively, the distributed load may be calculated by dividing the normal load by the circumference of the ring joint surface shown in FIG. 7, and the distributed load may be applied to the entire ring joint surface. . In particular, since the ring joint positions in the illustrated example are relatively evenly arranged, highly accurate analysis results can be obtained even with a method in which a distributed load is determined and the load is applied to the entire ring joint surface.
このように、縦断方向の解析において算定さている法線方向荷重をリング継手23の数で除してリング継手当たりのジャッキ推力の法線方向分力である集中荷重vを求め、各リング継手位置に載荷することにより、各リング継手位置に実際にジャッキ推力が作用している状態を可及的忠実に模擬することができ、精度の高い横断方向断面における断面力(第一断面力)の算定が可能になる。また、第二法線方向荷重として最大の地盤反力Qmaxを用いることにより、安全側の設計を実現できる。
In this way, the normal load calculated in the longitudinal direction analysis is divided by the number of
横断方向第一解析により、地盤バネJM2には、図8に示すように側壁や隔壁の下で反力が増加する、実際に生じ得る地盤反力がアウトプットされることになる(以上、C工程)。 Through the first analysis in the transverse direction, the ground reaction force that can actually occur is output to the ground spring JM2, which increases the reaction force under the side walls and bulkheads as shown in Figure 8 (hereinafter referred to as C process).
次に、図9に示すように、横断方向断面の梁モデルBM2のみからなる(地盤バネJM2を備えていない)横断方向梁モデルM2'に対して土水圧を載荷する、横断方向第二解析を実施する。この横断方向第二解析では、横断方向梁モデルM2'に対して、天井鉛直土水圧U1,底盤鉛直土水圧U3と、左右の土水圧U2を載荷することにより、横断方向断面における断面力(第二断面力)を算定する(以上、D工程)。 Next, as shown in Fig. 9, a second transversal analysis is performed in which soil water pressure is applied to the transverse beam model M2', which consists of only the beam model BM2 in the transverse cross section (without the ground spring JM2). implement. In this second transverse analysis, the cross-sectional force in the transverse cross section (the 2 section force) (hereinafter, step D).
次に、C工程において算定された第一断面力とD工程において算定された第二断面力を重ね合わせて重ね合わせ断面力を算定し、この重ね合わせ断面力を用いて、横断方向断面の断面力照査(応力度照査)を実施する(以上、E工程)。尚、C工程とD工程を同時に実施してもよい。具体的には、横断方向断面の梁モデルBM2において、各リング継手位置に対して、リング継手当たりのジャッキ推力の法線方向分力である集中荷重vを載荷し、同時に、天井鉛直土水圧U1や底盤鉛直土水圧U3、左右の土水圧U2を載荷して断面力を算定してもよい。 Next, superimpose the first section force calculated in step C and the second section force calculated in step D to calculate the superimposed section force, and use this superimposed section force to A force check (stress degree check) is carried out (the above is Step E). Note that the C step and the D step may be performed simultaneously. Specifically, in the beam model BM2 of the transverse cross section, a concentrated load v, which is the normal component of the jack thrust per ring joint, is applied to each ring joint position, and at the same time, the ceiling vertical earth water pressure U1 is The cross-sectional force may be calculated by loading the bottom plate vertical earth water pressure U3 and the left and right earth water pressures U2.
応力度照査により、当初設定していたトンネル函体の仕様(強度、耐力)や、地耐力、必要ジャッキ推力を特定し、トンネル函体が耐力不足である、地盤が地耐力不足である等の場合は、入力条件の設定に戻り、トンネル函体の仕様変更(トンネル函体の横断方向断面の変更を含む)、縦断線形の見直しや地耐力向上のための地盤改良の検討等を行い、縦断方向梁モデルや横断方向梁モデル等の解析モデルの再作成と縦断方向解析や、横断方向第一解析、横断方向第二解析等の再実施を行い、再度の応力度照査を行って、トンネル函体と地盤双方の耐力が満足する仕様を決定し、施工計画が作成される。 By checking the stress level, we identified the specifications (strength, bearing capacity) of the tunnel box originally set, the bearing capacity of the ground, and the necessary jack thrust, and determined whether the tunnel box did not have enough bearing capacity or the ground did not have enough bearing capacity. If so, return to the input condition settings, change the specifications of the tunnel box (including changing the cross section of the tunnel box), review the vertical alignment, consider soil improvement to improve soil bearing capacity, etc. We re-created the analytical models such as the directional beam model and the transverse beam model, re-performed the longitudinal analysis, the first analysis in the transverse direction, the second analysis in the transverse direction, etc., and checked the stress level again. Specifications that satisfy the bearing capacity of both the structure and the ground are determined, and a construction plan is created.
図示するトンネル函体の横断方向断面の設計方法によれば、少なくとも曲線区間を有するトンネル函体群20を構成するトンネル函体21の横断方向の設計において、トンネル函体21のリング継手面22におけるジャッキ推力の作用位置が適切に反映されて各作用位置にジャッキ推力が載荷されることにより、精度の高い断面力の算定が可能になり、合理的なトンネル函体の横断方向断面の設計を実現できる。
According to the illustrated cross-sectional design method of a tunnel box, in the cross-sectional design of the
尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。 It should be noted that other embodiments may be adopted in which other components are combined with the configurations listed in the above embodiments, and the present invention is not limited to the configurations shown here. In this regard, changes can be made without departing from the spirit of the present invention, and can be appropriately determined depending on the application form.
10:掘進機
11:前胴
12:後胴
13:カッタヘッド
20:トンネル函体群
21:トンネル函体
22:リング継手面
23:リング継手
25:余掘り部
28:滑材
30:元押し装置(元押しジャッキ)
G:地盤(地中)
P:ジャッキ推力
S:切羽圧(先端抵抗力)
W1:掘進機自重の軸方向分力
W2:トンネル函体群重量の軸方向分力
F1:周面摩擦力
F2:曲線区間における地盤反力による摩擦抵抗力
Q:地盤反力
Qmax:最大地盤反力
v:リング継手当たり地盤反力
U1:天井鉛直土水圧
U2:土水圧
U3:底盤鉛直土水圧
M1:縦断方向梁モデル
M2、M2':横断方向梁モデル
BM1:曲線含有梁モデル
BM2:横断方向断面の梁モデル
JM1,JM2:地盤バネ
JMa:法線方向地盤バネ
JMb:接線方向地盤バネ
10: Excavation machine 11: Front shell 12: Rear shell 13: Cutter head 20: Tunnel box group 21: Tunnel box 22: Ring joint surface 23: Ring joint 25: Excavation section 28: Sliding material 30: Main push device (Original push jack)
G: Ground (underground)
P: Jack thrust S: Face pressure (tip resistance force)
W1: Axial component force of the excavator's own weight W2: Axial component force of the weight of the tunnel box group F1: Frictional force on the circumferential surface F2: Frictional resistance force due to ground reaction force in the curve section Q: Ground reaction force Qmax: Maximum ground reaction force Force v: Ground reaction force per ring joint U1: Ceiling vertical soil water pressure U2: Earth water pressure U3: Bottom vertical soil water pressure M1: Vertical beam model M2, M2': Transverse beam model BM1: Curved beam model BM2: Transverse direction Cross-sectional beam model JM1, JM2: Ground spring JMa: Normal ground spring JMb: Tangential ground spring
Claims (6)
前記曲線区間における前記ジャッキ推力の法線方向成分である、第一法線方向荷重、もしくは、前記曲線区間における前記ジャッキ推力の反力として地盤から法線方向に受ける地盤反力である、第二法線方向荷重、の少なくとも一方を算定する、A工程と、
前記トンネル函体の横断方向断面の梁モデルを作成し、該横断方向断面の梁モデルに対して地盤バネを取り付けて横断方向梁モデルとする、B工程と、
前記横断方向梁モデルに対して、前記第一法線方向荷重もしくは前記第二法線方向荷重を載荷することにより、前記ジャッキ推力に起因する第一断面力を算定する、C工程と、を有することを特徴とする、トンネル函体の横断方向断面の設計方法。 While receiving the jack thrust from the propulsion jack of the propulsion device or the excavator, the transverse cross section of the tunnel box, which is formed by a plurality of tunnel boxes and has at least a curved section, is perpendicular to the longitudinal direction of the tunnel box group. A design method,
A first normal load, which is a normal component of the jack thrust in the curve section, or a second ground reaction force, which is a ground reaction force received from the ground in the normal direction as a reaction force to the jack thrust in the curve section. A step of calculating at least one of the normal direction load;
Step B of creating a beam model of the cross section of the tunnel box, and attaching a ground spring to the beam model of the cross section to create a cross section beam model;
C step of calculating a first cross-sectional force caused by the jack thrust by applying the first normal direction load or the second normal direction load to the transverse beam model. A method for designing a transverse cross section of a tunnel box, characterized by:
前記掘進機のカッタヘッドに作用する先端抵抗力と、前記トンネル函体群の周面が受ける周面抵抗力とを加えることにより必要ジャッキ推力を算定し、前記曲線区間が鉛直面内にある場合は、前記トンネル函体群と前記掘進機の自重抵抗力をさらに加えることにより必要ジャッキ推力を算定し、
前記必要ジャッキ推力に基づいて、前記トンネル函体群を構成する各トンネル函体に作用する前記ジャッキ推力を算定し、
前記ジャッキ推力と、前記トンネル函体の縦断方向の折れ角とにより、前記第一法線方向荷重を算定することを特徴とする、請求項1に記載のトンネル函体の横断方向断面の設計方法。 The method for calculating the first normal direction load is as follows:
The required jack thrust is calculated by adding the tip resistance force acting on the cutter head of the tunneling machine and the circumferential surface resistance force applied to the circumferential surface of the tunnel box group, and when the curved section is within the vertical plane. calculates the necessary jack thrust by further adding the dead weight resistance of the tunnel box group and the excavator,
Calculating the jack thrust acting on each tunnel box constituting the tunnel box group based on the required jack thrust,
2. The method for designing a transverse cross section of a tunnel box according to claim 1, wherein the first normal load is calculated based on the jack thrust and the bending angle in the longitudinal direction of the tunnel box. .
コンピュータにおいて、前記トンネル函体群を、等価剛性を有する曲線含有梁モデル、もしくは、隣接する前記トンネル函体の梁モデルを回転バネにて連結してなる曲線含有梁モデルを作成し、該曲線含有梁モデルに対して地盤バネを取り付けて縦断方向梁モデルとし、
前記縦断方向梁モデルに対して前記ジャッキ推力を載荷し、該縦断方向梁モデルに生じる地盤反力である前記第二法線方向荷重を算定することを特徴とする、請求項1に記載のトンネル函体の横断方向断面の設計方法。 The method for calculating the second normal direction load is as follows:
In a computer, a curve-containing beam model having equivalent stiffness or a curve-containing beam model formed by connecting beam models of adjacent tunnel boxes with a rotation spring is created for the tunnel box group, and the curve-containing A ground spring is attached to the beam model to create a longitudinal beam model.
The tunnel according to claim 1, wherein the jack thrust is applied to the longitudinal beam model, and the second normal load, which is a ground reaction force generated on the longitudinal beam model, is calculated. How to design the transverse section of a box.
前記A工程にて算定された前記第一法線方向荷重もしくは前記第二法線方向荷重を、前記横断方向断面であるリング継手面に設けられているリング継手の数で除すことにより、リング継手当たりの集中荷重を求めて各リング継手位置に載荷する、
もしくは、前記A工程にて算定された前記第一法線方向荷重もしくは前記第二法線方向荷重を、前記横断方向断面であるリング継手面の周長で除すことにより分布荷重を算定し、該リング継手面に該分布荷重を載荷する、ことを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のトンネル函体の横断方向断面の設計方法。 In the step C,
By dividing the first normal load or the second normal load calculated in step A by the number of ring joints provided on the ring joint surface that is the transverse cross section, Find the concentrated load per joint and apply it to each ring joint position.
Alternatively, a distributed load is calculated by dividing the first normal direction load or the second normal direction load calculated in step A by the circumference of the ring joint surface that is the transverse cross section, 4. The method for designing a transverse cross section of a tunnel box according to claim 1, wherein the distributed load is applied to the ring joint surface.
前記C工程と前記D工程で算定された前記第一断面力と前記第二断面力を重ね合わせて重ね合わせ断面力を算定し、該重ね合わせ断面力に基づいて前記横断方向断面の断面力照査を行う、E工程と、をさらに有することを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のトンネル函体の横断方向断面の設計方法。 A step D of calculating a second cross-sectional force caused by the earth pressure or earth water pressure by applying earth pressure or earth water pressure to the beam model of the transverse cross section;
Calculate a superimposed cross-sectional force by superimposing the first cross-sectional force and the second cross-sectional force calculated in the C step and the D step, and check the cross-sectional force of the transverse cross section based on the superimposed cross-sectional force. 6. The method for designing a transverse cross section of a tunnel box according to claim 1, further comprising a step E of performing the following steps.
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| JP2003035089A (en) | 2001-07-24 | 2003-02-07 | Tokyo Electric Power Co Inc:The | Performance verification type design method for propulsion pipe |
| JP2005350900A (en) | 2004-06-09 | 2005-12-22 | Nakagawa Hyuumukan Kogyo Kk | Design method of cushioning material in curve jacking of jacking pipe |
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