JPH07197785A - トンネル内空変位の予測方法 - Google Patents
トンネル内空変位の予測方法Info
- Publication number
- JPH07197785A JPH07197785A JP35240993A JP35240993A JPH07197785A JP H07197785 A JPH07197785 A JP H07197785A JP 35240993 A JP35240993 A JP 35240993A JP 35240993 A JP35240993 A JP 35240993A JP H07197785 A JPH07197785 A JP H07197785A
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- Japan
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- displacement
- curve
- tunnel
- amount
- excavation
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 計画段階から定量的な変位管理レベルを設定
し、初期掘削段階で最終変位の予想を行う。 【構成】 所定の管理最大変位量から変位管理レベルI
〜IVを段階的に設定し、各変位管理レベルに対応する最
終変位量を計測開始後の経時日数とトンネル内空変位量
とをパラメータとした円弧曲線の一部で近似して算定
し、トンネル掘削時の内空変位の管理曲線Ｌ１〜Ｌ３を
設定する。さらに掘削開始直後時に得られた初期変位速
度をもとに円弧曲線により変位予想曲線を求め、最終変
位量を予測する。
し、初期掘削段階で最終変位の予想を行う。 【構成】 所定の管理最大変位量から変位管理レベルI
〜IVを段階的に設定し、各変位管理レベルに対応する最
終変位量を計測開始後の経時日数とトンネル内空変位量
とをパラメータとした円弧曲線の一部で近似して算定
し、トンネル掘削時の内空変位の管理曲線Ｌ１〜Ｌ３を
設定する。さらに掘削開始直後時に得られた初期変位速
度をもとに円弧曲線により変位予想曲線を求め、最終変
位量を予測する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はトンネル内空変位の予測
方法に係り、特に掘削開始に際し、変位管理レベルを設
定するとともに、初期段階での変位速度をもとに、以後
のトンネル内空変位の経時変化を簡易な仮想曲線により
予測するようにしたトンネル内空変位の予測方法に関す
る。
方法に係り、特に掘削開始に際し、変位管理レベルを設
定するとともに、初期段階での変位速度をもとに、以後
のトンネル内空変位の経時変化を簡易な仮想曲線により
予測するようにしたトンネル内空変位の予測方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、山岳トンネルの標準工法として普
及してきたＮＡＴＭは、掘削過程で得られた種々の計測
結果に基づいて支保工、地山の安定性を確認し、その計
測データを対策工の検討にフィードバックさせ、効率の
良い施工を行えるという特徴を有している。この計測デ
ータのうち、特に計測断面の内空変位と天端沈下量とは
掘削地山の性状と掘削の進行に伴う周辺地山の応力再配
分を加味したトンネルの挙動を総合的に判断することの
できる重要な計測項目であり、蓄積された計測データを
もとにトンネル掘削時の地山安定性が判定される。また
実施工においては、地山の最終変位量がどの程度に収束
するかを計測で得られた変位曲線の経時変化をもとに早
期に精度良く推定することが、補強工等の要否を的確に
判断し、適切な支保パターンで対応していくために重要
になってくる。そこで、この要請に応えて計測データを
もとにトンネルの最終的な変位を予測するための予測手
法が種々提案されてきている。
及してきたＮＡＴＭは、掘削過程で得られた種々の計測
結果に基づいて支保工、地山の安定性を確認し、その計
測データを対策工の検討にフィードバックさせ、効率の
良い施工を行えるという特徴を有している。この計測デ
ータのうち、特に計測断面の内空変位と天端沈下量とは
掘削地山の性状と掘削の進行に伴う周辺地山の応力再配
分を加味したトンネルの挙動を総合的に判断することの
できる重要な計測項目であり、蓄積された計測データを
もとにトンネル掘削時の地山安定性が判定される。また
実施工においては、地山の最終変位量がどの程度に収束
するかを計測で得られた変位曲線の経時変化をもとに早
期に精度良く推定することが、補強工等の要否を的確に
判断し、適切な支保パターンで対応していくために重要
になってくる。そこで、この要請に応えて計測データを
もとにトンネルの最終的な変位を予測するための予測手
法が種々提案されてきている。
【０００３】たとえば掘削進行中の地山変位の最終収束
値と収束に至る時間を推定する簡便法として二倍時間法
が知られている（近藤達敏：「ＮＡＴＭ工法によるトン
ネル掘削における変位予測」応用地質調査事務所年報 N
o.1, p.234, 1979 参照）。この二倍時間法では、任意
の切羽距離Ｌiにおける変位の実測値をＵiとし、またＬ
k＝２Ｌiにおける実測値をＵkとしたとき、これらの関
係が一般式（式１）によって表せると仮定し、この両者
の値を利用して最終変位収束値Ａ（式２）と任意の切羽
距離Ｌにおける変位Ｕを求めるようになっている。
値と収束に至る時間を推定する簡便法として二倍時間法
が知られている（近藤達敏：「ＮＡＴＭ工法によるトン
ネル掘削における変位予測」応用地質調査事務所年報 N
o.1, p.234, 1979 参照）。この二倍時間法では、任意
の切羽距離Ｌiにおける変位の実測値をＵiとし、またＬ
k＝２Ｌiにおける実測値をＵkとしたとき、これらの関
係が一般式（式１）によって表せると仮定し、この両者
の値を利用して最終変位収束値Ａ（式２）と任意の切羽
距離Ｌにおける変位Ｕを求めるようになっている。
【数１】
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前述の二倍
時間法やその他の統計的手法では掘削初期段階において
変位量の予測に必要な切羽距離の所定の変位値を得るこ
とはできない。このため初期段階では前述の予測手法を
適用することができないという問題がある。また、従来
計画段階においては所定の定量的な管理目標データを設
定しておくことができない上、また掘削当初は蓄積され
た計測データも少ないので、初期段階で生じた変位デー
タがその地点以後の掘削に活かされていなかった。さら
に前述の二倍時間法では計測時の切羽距離を正確に２倍
ごとに設定することがきわめて困難であるためラグラン
ジェの補間公式等によりデータ補間を行わなければなら
ず計算が煩雑である。そのため現場で簡易的な計算方法
により予測する方法の開発が望まれていた。
時間法やその他の統計的手法では掘削初期段階において
変位量の予測に必要な切羽距離の所定の変位値を得るこ
とはできない。このため初期段階では前述の予測手法を
適用することができないという問題がある。また、従来
計画段階においては所定の定量的な管理目標データを設
定しておくことができない上、また掘削当初は蓄積され
た計測データも少ないので、初期段階で生じた変位デー
タがその地点以後の掘削に活かされていなかった。さら
に前述の二倍時間法では計測時の切羽距離を正確に２倍
ごとに設定することがきわめて困難であるためラグラン
ジェの補間公式等によりデータ補間を行わなければなら
ず計算が煩雑である。そのため現場で簡易的な計算方法
により予測する方法の開発が望まれていた。
【０００５】そこで、本発明の目的は前述した従来の技
術が有する問題点を解消し、簡易な仮想曲線を設定する
ことにより計画段階で定量的な変位管理レベル値を決定
するとともに、トンネルの掘削開始直後に得られた初期
内空変位速度から最終変位量を早期に予測できるように
したトンネル内空変位の予測方法を提供することにあ
る。
術が有する問題点を解消し、簡易な仮想曲線を設定する
ことにより計画段階で定量的な変位管理レベル値を決定
するとともに、トンネルの掘削開始直後に得られた初期
内空変位速度から最終変位量を早期に予測できるように
したトンネル内空変位の予測方法を提供することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は所定の管理最大変位量から変位管理レベル
を段階的に設定し、該変位管理レベルに対応する最終変
位量を計測開始後の経時期間とトンネル内空変位量とを
パラメータとした関数曲線により算定してトンネル掘削
時の内空変位の管理曲線を設定するとともに、掘削開始
直後時に得られた初期変位速度をもとに前記関数曲線に
より変位予想曲線を求め、最終変位量を予測するように
したことを特徴とするものである。
に、本発明は所定の管理最大変位量から変位管理レベル
を段階的に設定し、該変位管理レベルに対応する最終変
位量を計測開始後の経時期間とトンネル内空変位量とを
パラメータとした関数曲線により算定してトンネル掘削
時の内空変位の管理曲線を設定するとともに、掘削開始
直後時に得られた初期変位速度をもとに前記関数曲線に
より変位予想曲線を求め、最終変位量を予測するように
したことを特徴とするものである。
【０００７】前記関数曲線は少なくとも１次変位円弧曲
線と２次変位円弧曲線とからなるように設定することが
好ましい。このとき前記１次円弧曲線は変位量軸と経時
日数軸を軸とする直交座標系上で、１次変位収束日数あ
るいは間隔日数経過後の１次変位収束点に相当する経時
日数値の直線上に円弧中心点を有し、原点と１次変位収
束点とを通過し、前記２次円弧曲線は前記１次変位収束
点と前記最終変位量を得る２次変位収束点とを通過し、
該２次変位収束点に相当する経時日数値の直線上に円弧
中心点を有するように設定することが好ましい。
線と２次変位円弧曲線とからなるように設定することが
好ましい。このとき前記１次円弧曲線は変位量軸と経時
日数軸を軸とする直交座標系上で、１次変位収束日数あ
るいは間隔日数経過後の１次変位収束点に相当する経時
日数値の直線上に円弧中心点を有し、原点と１次変位収
束点とを通過し、前記２次円弧曲線は前記１次変位収束
点と前記最終変位量を得る２次変位収束点とを通過し、
該２次変位収束点に相当する経時日数値の直線上に円弧
中心点を有するように設定することが好ましい。
【０００８】
【作用】本発明によれば、所定の管理最大変位量から変
位管理レベルを段階的に設定し、該変位管理レベルに対
応する最終変位量を計測開始後の経時期間とトンネル内
空変位量とをパラメータとした関数曲線により算定して
トンネル掘削時の内空変位の管理曲線を設定するととも
に、掘削開始直後時に得られた初期変位速度をもとに前
記関数曲線により変位予想曲線を求め、最終変位量を予
測するようにしたので、計画段階で定量的な管理レベル
を設定することができるとともに、掘削初期段階におい
て最終変位量を予測でき、その値に応じて適切な対策工
を迅速に実施できる。前記関数曲線は少なくとも１次変
位円弧曲線と２次変位円弧曲線とからなるように設定し
たので、簡易な計算手法により変位予測を行うことがで
きる。
位管理レベルを段階的に設定し、該変位管理レベルに対
応する最終変位量を計測開始後の経時期間とトンネル内
空変位量とをパラメータとした関数曲線により算定して
トンネル掘削時の内空変位の管理曲線を設定するととも
に、掘削開始直後時に得られた初期変位速度をもとに前
記関数曲線により変位予想曲線を求め、最終変位量を予
測するようにしたので、計画段階で定量的な管理レベル
を設定することができるとともに、掘削初期段階におい
て最終変位量を予測でき、その値に応じて適切な対策工
を迅速に実施できる。前記関数曲線は少なくとも１次変
位円弧曲線と２次変位円弧曲線とからなるように設定し
たので、簡易な計算手法により変位予測を行うことがで
きる。
【０００９】
【実施例】以下本発明によるトンネル内空変位の予測方
法の一実施例を添付図面を参照して説明する。本発明に
よるトンネル内空変位の予測方法は、計画段階に定量的
な管理レベルを設定する「管理レベル設定段階」と、掘
削開始直後に得られた内空変位の初期変位速度を利用し
て最終変位量を推定し、この値と前記管理レベルとの対
比を行って所定の対応策を決定する「変位予測段階」と
から構成されている。以下、管理レベル設定段階と変位
予測段階とに分けて各段階での作業手順を説明する。
法の一実施例を添付図面を参照して説明する。本発明に
よるトンネル内空変位の予測方法は、計画段階に定量的
な管理レベルを設定する「管理レベル設定段階」と、掘
削開始直後に得られた内空変位の初期変位速度を利用し
て最終変位量を推定し、この値と前記管理レベルとの対
比を行って所定の対応策を決定する「変位予測段階」と
から構成されている。以下、管理レベル設定段階と変位
予測段階とに分けて各段階での作業手順を説明する。
【００１０】１．管理レベル設定段階 管理レベル設定作業は計画段階において実施される。以
下、図１の作業フローチャートを参照してその手順につ
いて説明する。まず、所定の解析手法により最終変位量
を設定する（ステップ１００）。本実施例では桜井春輔
氏（神戸大学教授）の提案した「限界ひずみ理論」を用
いて最大変位量を算定している。この限界ひずみ理論を
用いた方法の他、有限要素法の地盤変位解析結果や地盤
調査結果に基づく統計的手法等も使用することができ
る。
下、図１の作業フローチャートを参照してその手順につ
いて説明する。まず、所定の解析手法により最終変位量
を設定する（ステップ１００）。本実施例では桜井春輔
氏（神戸大学教授）の提案した「限界ひずみ理論」を用
いて最大変位量を算定している。この限界ひずみ理論を
用いた方法の他、有限要素法の地盤変位解析結果や地盤
調査結果に基づく統計的手法等も使用することができ
る。
【００１１】この限界ひずみ理論は採取した試料の一軸
圧縮強度とその試料の極限ひずみとの相関関係図（図示
せず：前記論文に掲載）を利用して対象地盤の最大変位
量を求めるもので、対象となるトンネル半径ａに対する
半径方向変位量Ｖを以下の（式３）により直接算出する
ことができる。 Ｖ＝ε0・ａ …（式３） このとき本実施例において、適用する対象地盤の一軸圧
縮強度がσC＝５０kg/cm2であるとすると、前記相関関
係図より極限ひずみε0はε0＝０．０１９となり、トン
ネル半径ａ＝５５０cmのトンネルの場合、同式より半径
方向変位量Ｖは Ｖ＝０．０１９×５５０＝１０．５（ｃｍ） となる。ここで実際のトンネル切羽における掘削直後の
応力解放により計測開始までに生じる先行変位率δ0を
考慮して以下のように管理最大変位量Ｘ0maxを設定する
ことが望ましい。 Ｘ0max＝Ｖ・（１−δ0） …（式４） 通常の地山の場合、δ0＝０．３程度が好ましい。した
がって、本実施例では一例としてＸ0max＝７．０ｃｍに
設定して以下の管理曲線および管理レベルの設定作業を
説明する。
圧縮強度とその試料の極限ひずみとの相関関係図（図示
せず：前記論文に掲載）を利用して対象地盤の最大変位
量を求めるもので、対象となるトンネル半径ａに対する
半径方向変位量Ｖを以下の（式３）により直接算出する
ことができる。 Ｖ＝ε0・ａ …（式３） このとき本実施例において、適用する対象地盤の一軸圧
縮強度がσC＝５０kg/cm2であるとすると、前記相関関
係図より極限ひずみε0はε0＝０．０１９となり、トン
ネル半径ａ＝５５０cmのトンネルの場合、同式より半径
方向変位量Ｖは Ｖ＝０．０１９×５５０＝１０．５（ｃｍ） となる。ここで実際のトンネル切羽における掘削直後の
応力解放により計測開始までに生じる先行変位率δ0を
考慮して以下のように管理最大変位量Ｘ0maxを設定する
ことが望ましい。 Ｘ0max＝Ｖ・（１−δ0） …（式４） 通常の地山の場合、δ0＝０．３程度が好ましい。した
がって、本実施例では一例としてＸ0max＝７．０ｃｍに
設定して以下の管理曲線および管理レベルの設定作業を
説明する。
【００１２】ここで、管理最大変位量Ｘ0maxをもとに各
管理レベルの範囲を以下の表１に示したように設定す
る。ここで示した各管理レベルは従来のトンネル施工デ
ータを参考して設定することが好ましい。
管理レベルの範囲を以下の表１に示したように設定す
る。ここで示した各管理レベルは従来のトンネル施工デ
ータを参考して設定することが好ましい。
【表１】 また、併せて各管理レベルに対応した計測体制及び対策
工を選定するための対策工選定フローチャート（図２参
照）も作成することが好ましい。この対策工選定フロー
チャートでは予想最終変位量が属する各管理レベルに応
じて検討及び対応すべき対策工が掲げられている。その
内容については後述する。
工を選定するための対策工選定フローチャート（図２参
照）も作成することが好ましい。この対策工選定フロー
チャートでは予想最終変位量が属する各管理レベルに応
じて検討及び対応すべき対策工が掲げられている。その
内容については後述する。
【００１３】次に、図３に示した各管理レベルを区分け
する各管理曲線を設定する。まず上半掘削時に生じる一
次変位が収束するまでの収束日数を設定する（ステップ
１１０）。この一次変位の収束日数とは上半を掘削して
設けられた計測断面での計測開始から変位が収束するま
での日数を言い、過去の施工実績から設定することも可
能であるが、本実施例では初期値として１０（日）とす
る。さらに計測可能な全体変位量（Ｘmax）に対する一
次変位量（Ｘ1）の比率αを設定する（ステップ１２
０）。従って全体変位量（Ｘmax）と一次変位量（Ｘ1）
との関係を（式５）で示すことができる。 Ｘmax＝α・Ｘ1 …（式５）
する各管理曲線を設定する。まず上半掘削時に生じる一
次変位が収束するまでの収束日数を設定する（ステップ
１１０）。この一次変位の収束日数とは上半を掘削して
設けられた計測断面での計測開始から変位が収束するま
での日数を言い、過去の施工実績から設定することも可
能であるが、本実施例では初期値として１０（日）とす
る。さらに計測可能な全体変位量（Ｘmax）に対する一
次変位量（Ｘ1）の比率αを設定する（ステップ１２
０）。従って全体変位量（Ｘmax）と一次変位量（Ｘ1）
との関係を（式５）で示すことができる。 Ｘmax＝α・Ｘ1 …（式５）
【００１４】ここでＸ軸を経時日数（日）とし、Ｙ軸を
変位量（ｍｍ）とした直交座標系において、原点（０，
０）と一次変位収束点（１０，Ｘ1）を通り、Ｘ＝１０
を中央縦距とする半径Ｒの単曲線を仮想変位半径とする
円弧の一部を変位曲線として設定する（ステップ１３
０）。この仮想半径Ｒの算出は以下の（式６）を変形し
て（式７）により求めるのが簡便である。 （Ｘ−１０）2＋｛Ｙ−（Ｒ−Ｘ1）｝2＝Ｒ2 …（式６） ここで（式６）は原点を通過するので、Ｘ＝０，Ｙ＝０とにより Ｒ＝（１０2＋Ｘ1 2）／（２×Ｘ1） …（式７） さらに以後の掘削に対応するために一次変位が収束した
時点（Ｘ＝１０日）から下半掘削の影響による二次変位
発生開始までの間隔日数Ａを設定する（ステップ１４
０）。この間、一次変位量はその値を保持され、この間
隔日数Ａ間、Ｙ＝Ｘ1なる直線部が形成される。この間
隔日数Ａの設定に際し、二次変位は図４に示したように
下半切羽が計測断面に対して接近距離０．５Ｄ（Ｄ：ト
ンネル直径）となる位置に到達した時に開始すると仮定
する。
変位量（ｍｍ）とした直交座標系において、原点（０，
０）と一次変位収束点（１０，Ｘ1）を通り、Ｘ＝１０
を中央縦距とする半径Ｒの単曲線を仮想変位半径とする
円弧の一部を変位曲線として設定する（ステップ１３
０）。この仮想半径Ｒの算出は以下の（式６）を変形し
て（式７）により求めるのが簡便である。 （Ｘ−１０）2＋｛Ｙ−（Ｒ−Ｘ1）｝2＝Ｒ2 …（式６） ここで（式６）は原点を通過するので、Ｘ＝０，Ｙ＝０とにより Ｒ＝（１０2＋Ｘ1 2）／（２×Ｘ1） …（式７） さらに以後の掘削に対応するために一次変位が収束した
時点（Ｘ＝１０日）から下半掘削の影響による二次変位
発生開始までの間隔日数Ａを設定する（ステップ１４
０）。この間、一次変位量はその値を保持され、この間
隔日数Ａ間、Ｙ＝Ｘ1なる直線部が形成される。この間
隔日数Ａの設定に際し、二次変位は図４に示したように
下半切羽が計測断面に対して接近距離０．５Ｄ（Ｄ：ト
ンネル直径）となる位置に到達した時に開始すると仮定
する。
【００１５】本実施例では下半掘削に伴って生じる二次
変位も変位開始から１０日間で収束すると仮定し、Ｘ＝
（１０＋Ａ＋１０）なる直線上に円弧中心点を有して二
次変位開始日での変位点（１０＋Ａ，Ｘ1）を通り、前
記仮想変位半径Ｒとする二次変位管理曲線を設定する
（ステップ１５０）。このとき前記表１に示した管理レ
ベルに基づく各変位管理曲線を設定し、実測値が属する
管理レベル値により所定の対策工等を行えるようになっ
ている（図２参照）。
変位も変位開始から１０日間で収束すると仮定し、Ｘ＝
（１０＋Ａ＋１０）なる直線上に円弧中心点を有して二
次変位開始日での変位点（１０＋Ａ，Ｘ1）を通り、前
記仮想変位半径Ｒとする二次変位管理曲線を設定する
（ステップ１５０）。このとき前記表１に示した管理レ
ベルに基づく各変位管理曲線を設定し、実測値が属する
管理レベル値により所定の対策工等を行えるようになっ
ている（図２参照）。
【００１６】２．変位予測段階 前記変位管理曲線を設定して求めた定量的な管理レベル
値を踏まえてトンネル掘削を開始する。掘削初期段階に
おける計測データの収集に際し、以後の変位予測のため
に初期変位速度Ｖ0を計測する。ここで掘削初期段階と
は坑口から１００ｍ程度掘進する間を指し、この間では
計測データが蓄積されていないので、設定すべき各定数
は地盤原位置試験等の結果や類似した地質のトンネル施
工実績から設定することが好ましい。
値を踏まえてトンネル掘削を開始する。掘削初期段階に
おける計測データの収集に際し、以後の変位予測のため
に初期変位速度Ｖ0を計測する。ここで掘削初期段階と
は坑口から１００ｍ程度掘進する間を指し、この間では
計測データが蓄積されていないので、設定すべき各定数
は地盤原位置試験等の結果や類似した地質のトンネル施
工実績から設定することが好ましい。
【００１７】また、掘削が進行していくに連れて計測断
面も所定距離ごとに設置されていくので、蓄積された計
測データをもとに一次変位の収束時期や最終変位に対す
る一次変位量の割合等を当初の設定値から現場の地盤状
況により合った値とすることができる。
面も所定距離ごとに設置されていくので、蓄積された計
測データをもとに一次変位の収束時期や最終変位に対す
る一次変位量の割合等を当初の設定値から現場の地盤状
況により合った値とすることができる。
【００１８】ここで、実際の計測が開始された段階で得
られた初期変位速度Ｖ0をもとに全体変位量Ｘmaxを予測
する方法を図５を参照して説明する。なお、計測は掘削
に引き続いて施工される吹付コンクリート等の一次支保
工完了直後から開始されるが、このとき最初に計測され
る初期値と１日経過後の計測値との差を初期変位速度Ｖ
0（ｍｍ／日）として定義し、この初期変位速度Ｖ0を利
用して最終変位量としての全体変位量Ｘmaxを予測する
ことができる。
られた初期変位速度Ｖ0をもとに全体変位量Ｘmaxを予測
する方法を図５を参照して説明する。なお、計測は掘削
に引き続いて施工される吹付コンクリート等の一次支保
工完了直後から開始されるが、このとき最初に計測され
る初期値と１日経過後の計測値との差を初期変位速度Ｖ
0（ｍｍ／日）として定義し、この初期変位速度Ｖ0を利
用して最終変位量としての全体変位量Ｘmaxを予測する
ことができる。
【００１９】初期変位速度Ｖ0は及び仮想変位半径Ｒは
以上の定義より下式で求めることができる（ステップ２
００、２１０）。 Ｖ0＝√（Ｒ2−９2）−√（Ｒ2−１０2） …（式８） Ｒ＝√（Ｖ0 2＋３６２Ｖ0 2＋３６１）／（２×Ｖ0） …（式９） さらに（式９）から一次変位量Ｘ1を求めると（式１０）のようになる（ステ ップ２２０）。 Ｘ1＝Ｒ−√（Ｒ2−１０2） （ｃｍ） …（式１０） この一次変位量Ｘ1から最終変位量たる全体変位量Ｘmax
を推定する（ステップ２３０）。このとき全体変位量Ｘ
maxはを推定するために下式のように前記比率（α）を
採用することができる。この比率（α）は初期において
はα＝２に設定されているが、掘削が進行して計測デー
タが蓄積されてきたら、各計測断面で得られた変位状況
に合った比率を使用することが好ましい。 Ｘmax＝α・Ｘ1 …（式１１） このとき得られた全体変位量Ｘmaxを前記変位管理曲線
にプロットすることにより予想される最終変位に対する
適正な支保パターンの検討を加えることができる。
以上の定義より下式で求めることができる（ステップ２
００、２１０）。 Ｖ0＝√（Ｒ2−９2）−√（Ｒ2−１０2） …（式８） Ｒ＝√（Ｖ0 2＋３６２Ｖ0 2＋３６１）／（２×Ｖ0） …（式９） さらに（式９）から一次変位量Ｘ1を求めると（式１０）のようになる（ステ ップ２２０）。 Ｘ1＝Ｒ−√（Ｒ2−１０2） （ｃｍ） …（式１０） この一次変位量Ｘ1から最終変位量たる全体変位量Ｘmax
を推定する（ステップ２３０）。このとき全体変位量Ｘ
maxはを推定するために下式のように前記比率（α）を
採用することができる。この比率（α）は初期において
はα＝２に設定されているが、掘削が進行して計測デー
タが蓄積されてきたら、各計測断面で得られた変位状況
に合った比率を使用することが好ましい。 Ｘmax＝α・Ｘ1 …（式１１） このとき得られた全体変位量Ｘmaxを前記変位管理曲線
にプロットすることにより予想される最終変位に対する
適正な支保パターンの検討を加えることができる。
【００２０】ここで、図６により初期変位速度Ｖ0が求
められた時の全体変位量Ｘmaxの予測方法について、具
体的な数値を当てはめた変位曲線を用いて説明する。初
期変位速度Ｖ0としてＶ0＝９mm／日が得られたとき、変
位仮想半径Ｒは以下の式で求めることができる。 Ｒ＝√（０．９4＋３６２＋０．９2＋３６１）／（２×
０．９）＝１４．２（ｃｍ） また、一次変位量（Ｘ1）及び全体変位量（Ｘmax）は同
様に Ｘ1＝１４．２−√（１４．２2−１０2） ＝４．１（ｃｍ）＝４１（ｍｍ） Ｘmax＝α・Ｘ1 ＝２×４１＝８２（ｍｍ） となる。このとき図３に示した管理レベルにこの全体変
位量Ｘmaxをプロットすると、管理レベルＩＶに達す
る。図２に示した対策工選定フローチャートに基づき、
該当する管理レベルに達した予想変位量に対応した対策
工を早急に実施しなければならないことが早期に判明す
る。
められた時の全体変位量Ｘmaxの予測方法について、具
体的な数値を当てはめた変位曲線を用いて説明する。初
期変位速度Ｖ0としてＶ0＝９mm／日が得られたとき、変
位仮想半径Ｒは以下の式で求めることができる。 Ｒ＝√（０．９4＋３６２＋０．９2＋３６１）／（２×
０．９）＝１４．２（ｃｍ） また、一次変位量（Ｘ1）及び全体変位量（Ｘmax）は同
様に Ｘ1＝１４．２−√（１４．２2−１０2） ＝４．１（ｃｍ）＝４１（ｍｍ） Ｘmax＝α・Ｘ1 ＝２×４１＝８２（ｍｍ） となる。このとき図３に示した管理レベルにこの全体変
位量Ｘmaxをプロットすると、管理レベルＩＶに達す
る。図２に示した対策工選定フローチャートに基づき、
該当する管理レベルに達した予想変位量に対応した対策
工を早急に実施しなければならないことが早期に判明す
る。
【００２１】ここで本実施例で設定した対策工選定フロ
ーチャートの内容について図２及び図３を参照して説明
する。図３に示したように管理最大変位量Ｘ0maxにより
設定された各管理レベルＩ〜ＩＶは３本の管理曲線Ｌ１
〜Ｌ３により区画されており、この管理レベルＩ〜ＩＶ
に対応した施工、計測管理体制及び対策工が図２のフロ
ーチャートに示されている。
ーチャートの内容について図２及び図３を参照して説明
する。図３に示したように管理最大変位量Ｘ0maxにより
設定された各管理レベルＩ〜ＩＶは３本の管理曲線Ｌ１
〜Ｌ３により区画されており、この管理レベルＩ〜ＩＶ
に対応した施工、計測管理体制及び対策工が図２のフロ
ーチャートに示されている。
【００２２】以下、図２に示した対策工選定フローチャ
ートについて簡単に説明する。発生変位がレベルＩ内の
場合には通常の支保パターン及び施工サイクルで工事を
行っていけば良い（ステップ３００）。変位がレベルII
の場合には吹付コンクリートや支保鋼の支保部材の状態
を観察し、ひび割れ等の発生や支保鋼に変形が生じるよ
うな異常があるかを確認する（ステップ３１０）。異常
が発見された場合には観察や計測の頻度を増やしたりし
て変形の進行が過度に進行していないかを逐次把握する
（ステップ３２０）。一方、特に異常がない場合には通
常の施工体制に戻しても良い。
ートについて簡単に説明する。発生変位がレベルＩ内の
場合には通常の支保パターン及び施工サイクルで工事を
行っていけば良い（ステップ３００）。変位がレベルII
の場合には吹付コンクリートや支保鋼の支保部材の状態
を観察し、ひび割れ等の発生や支保鋼に変形が生じるよ
うな異常があるかを確認する（ステップ３１０）。異常
が発見された場合には観察や計測の頻度を増やしたりし
て変形の進行が過度に進行していないかを逐次把握する
（ステップ３２０）。一方、特に異常がない場合には通
常の施工体制に戻しても良い。
【００２３】レベルIIIの場合にはステップ３２０レベ
ルの観察と計測とを実施し、その変形等の収束判定を行
う（ステップ３３０）。変形が収束の傾向にある場合に
はレベルIIの観察、計測体制に戻して良く、変形が収束
しないような場合にはレベルIVに相当する措置として現
在掘削が進められている切羽での掘削を中止し、上半閉
合や切羽吹付コンクリート施工等の第１段階補強工を施
工する（ステップ３４０）。その結果変形が収束するよ
うならレベルIIの観察、計測体制に戻して良い。一方、
第１段階補強工を施工しても変形が収束しない場合には
第２段階補強工を施工する（ステップ３５０）。さらに
第２段階補強工によっても変形が収束しない場合には早
急に全面補強工を行う必要がある（ステップ３６０）。
このように掘削初期の段階で変形予測とそれに対する適
切な対策工を設定することができる。
ルの観察と計測とを実施し、その変形等の収束判定を行
う（ステップ３３０）。変形が収束の傾向にある場合に
はレベルIIの観察、計測体制に戻して良く、変形が収束
しないような場合にはレベルIVに相当する措置として現
在掘削が進められている切羽での掘削を中止し、上半閉
合や切羽吹付コンクリート施工等の第１段階補強工を施
工する（ステップ３４０）。その結果変形が収束するよ
うならレベルIIの観察、計測体制に戻して良い。一方、
第１段階補強工を施工しても変形が収束しない場合には
第２段階補強工を施工する（ステップ３５０）。さらに
第２段階補強工によっても変形が収束しない場合には早
急に全面補強工を行う必要がある（ステップ３６０）。
このように掘削初期の段階で変形予測とそれに対する適
切な対策工を設定することができる。
【００２４】以上の管理曲線の設定及び初期変位速度Ｖ
0を得た後の最終変位量（Ｘmax）の推定はパーソナルコ
ンピュータ等を用いて簡単に処理できるので、地山状況
の急激な変化等に対しても迅速にその変化を予測するこ
とができる。また、初期変位速度Ｖ0を得た後に２日経
過後、３日経過後の変位量も実績値としてとらえ、Ｎ日
後の変位量を推定ことも可能である。
0を得た後の最終変位量（Ｘmax）の推定はパーソナルコ
ンピュータ等を用いて簡単に処理できるので、地山状況
の急激な変化等に対しても迅速にその変化を予測するこ
とができる。また、初期変位速度Ｖ0を得た後に２日経
過後、３日経過後の変位量も実績値としてとらえ、Ｎ日
後の変位量を推定ことも可能である。
【００２５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば計画段階において簡易な算定式を使用して定量
的な管理レベル値を容易に設定でき、その管理レベル値
をもとに初期段階における施工状態を定量的に把握で
き、これにより掘削当初に得られた計測データから精度
良く最終変形量を予測でき、その予測結果を早い段階で
以後の施工にフィードバックすることができるという効
果を奏する。
によれば計画段階において簡易な算定式を使用して定量
的な管理レベル値を容易に設定でき、その管理レベル値
をもとに初期段階における施工状態を定量的に把握で
き、これにより掘削当初に得られた計測データから精度
良く最終変形量を予測でき、その予測結果を早い段階で
以後の施工にフィードバックすることができるという効
果を奏する。
【図１】本発明によるトンネル内空変位の予測方法の一
実施例での管理曲線の設定手順を示した作業フローチャ
ート。
実施例での管理曲線の設定手順を示した作業フローチャ
ート。
【図２】本発明のトンネル内空変位の予測方法で使用さ
れた管理レベルごとの対策工選定手順の一例を示したフ
ローチャート。
れた管理レベルごとの対策工選定手順の一例を示したフ
ローチャート。
【図３】変位管理曲線及び設定管理レベルの一例を示し
た変位曲線図。
た変位曲線図。
【図４】トンネル掘削における下半掘削時の２次変位開
始時期を模式的に示したトンネル断面図。
始時期を模式的に示したトンネル断面図。
【図５】初期変位速度Ｖ0が求められた時の最終変位量
Ｘmaxを推定する作業手順を示したフローチャート。
Ｘmaxを推定する作業手順を示したフローチャート。
【図６】図５に示した作業手順により最終変位量Ｘmax
を求めた際の予想変位曲線の一例を示した変位曲線図。
を求めた際の予想変位曲線の一例を示した変位曲線図。
Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ 管理曲線 Ａ 間隔日数 Ｒ 仮想変位半径 Ｘ0max 管理最大変位量 Ｘ1 １次変位量 Ｘmax 全体変位量（全体変位量）
Claims (4)
- 【請求項１】所定の管理最大変位量から変位管理レベル
を段階的に設定し、該変位管理レベルに対応する最終変
位量を計測開始後の経時期間とトンネル内空変位量とを
パラメータとした関数曲線により算定してトンネル掘削
時の内空変位の管理曲線を設定するとともに、掘削開始
直後時に得られた初期変位速度をもとに前記関数曲線に
より変位予想曲線を求め、最終変位量を予測するように
したことを特徴とするトンネル内空変位の予測方法。 - 【請求項２】前記関数曲線は少なくとも１次変位円弧曲
線と２次変位円弧曲線とからなることを特徴とする請求
項１記載のトンネル内空変位の予測方法。 - 【請求項３】前記１次円弧曲線は変位量軸と経時日数軸
を軸とする直交座標系上で、１次変位収束日数に相当す
る経時日数値の直線上に円弧中心点を有し、原点と１次
変位収束点とを通過することを特徴とする請求項１記載
のトンネル内空変位の予測方法。 - 【請求項４】前記２次円弧曲線は前記１次変位収束点あ
るいは間隔日数経過後の１次変位収束点と前記最終変位
量を得る２次変位収束点とを通過し、該２次変位収束点
に相当する経時日数値の直線上に円弧中心点を有するこ
とを特徴とする請求項１記載のトンネル内空変位の予測
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35240993A JP3308371B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | トンネル内空変位の予測方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35240993A JP3308371B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | トンネル内空変位の予測方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07197785A true JPH07197785A (ja) | 1995-08-01 |
| JP3308371B2 JP3308371B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=18423880
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35240993A Expired - Fee Related JP3308371B2 (ja) | 1993-12-29 | 1993-12-29 | トンネル内空変位の予測方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3308371B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008298433A (ja) * | 2007-05-29 | 2008-12-11 | Enzan Kobo:Kk | トンネル最終変位量の予測方法 |
| JP2012112111A (ja) * | 2010-11-22 | 2012-06-14 | Shimizu Corp | 安定性評価方法および安定性評価装置 |
| JP2020200648A (ja) * | 2019-06-10 | 2020-12-17 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 変状トンネル対策工の効果予測プログラムとその効果予測方法及び変状トンネル対策工の効果予測装置 |
| CN113377017A (zh) * | 2021-07-19 | 2021-09-10 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | 土压平衡盾构机及其推进速度预测方法、装置、介质 |
| JP2021188994A (ja) * | 2020-05-28 | 2021-12-13 | 戸田建設株式会社 | トンネルの最終変位量の予測方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011163017A (ja) * | 2010-02-10 | 2011-08-25 | Kajima Corp | トンネル健全度判定装置、トンネル健全度判定セット、トンネル健全度判定方法 |
-
1993
- 1993-12-29 JP JP35240993A patent/JP3308371B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN113377017A (zh) * | 2021-07-19 | 2021-09-10 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | 土压平衡盾构机及其推进速度预测方法、装置、介质 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3308371B2 (ja) | 2002-07-29 |
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