ノド研究では， トンネル切羽の安定性を評価 す る た め の必従的な検
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として， 施 工 デ ー タ の 分 析 ， 実 験 的 検 討 お よ び 解 析 的 検討を行っ た。この‑‑述 の 検討は，従 来 特 殊 な 地 山 条 件 のーっとされた土砂地[[/のうち， 主に砂質上 を 対象とする 地 山 分 類 法 を 設 定 す る こ と を 日的としたものである。そしてその研究成果か り 砂 質 土 の 地 山 分 類基準 お よ び 上 砂 地 山 の 分 類手順 を 提 案 し た。本 論 は 木章を合 め8章で 構 成 し ， 各章の 検 討 ， 考 察 結 果 は 以 下 の よ う に 要 約 さ れ る。
第 1市 で は ， 緒言として本研究の主旨および本論の借成を示 した。
第 2章で は ， 本 論 で 研 究 対 象 と す る土砂 地 山 で の 山岳 工法の適用に関する社 会 的 ， 技 術 的 要請を 概 説 し ， こ れ に 対 す る 鉄 道 ト ン ネ ル の 現 状 と 問 題 を 整 理 し た。こ れ ら の 整 理 項 目 に 基 づ き 本 研 究 の 目的 を ， 士 砂 地 山 に 分 類 さ れ る 地 山 条 件 の う ち ， 未 解 決 の 問 題 で あ る 砂 質 土 地 山 を主な対象として， N A T Mのため の 地 山 分 類 基 準 を 設 定 す る こ と と し た。
第 3章では，土 砂 地 山 で の 設 計 ・ 施工で最も重要 な 問 題 で あ る 切 羽 の 自立性 の評価 に 関 す る 既 往 の 研 究 成 果 を 整 理 し た。そ の 結 果 ， 砂質 土地山の特徴は，
自立し た 状 態 か ら 流 出 や 崩 壊 に 至 る 状 態 変 化 が 急 激 で あ る こ と が あ げ ら れ た。 また，既往の評価 法 は ， ① 応 力 解 放 で 生 じ る 力学的な不安定化の評価， ②地山 の強度の評価 ， ③ 開 削 時 の 強 度 低 下 の 評 価 ， に 区 分 さ れ る。
次 に ， 鉄 道 ト ン ネ ル の土砂 地 山 で の 施 工 実 績 デ ー タ を 収 集 し ， 切 羽 の 状 態 区 分の明確な箇所で の デ ー タ を 用 い た 判 別 分 析 と主成 分 分 析 に よ る 多 変量解析を 行った。そ の 結 果 ， 切 羽 の 状 態 変 化 に 強 く 影 響 す る の は 切 羽 湧 水量等の地ドノ
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条 件 と ， 粒 度 分布や密度等の砂の物性値に 2分 さ れ る 変 数 併 問 の 相 互 関 係 で あ ることがわかった。こ の 相 互 関 係 は ， 切 羽 の 安 定 性 の 程 度 は ， 地 山 の 初 期 状 態 を 形 成 す る 抵 抗 性 要 因 と ト ン ネ ル 掘 削 に よ り 発 生 す る 切 羽 周 辺 地 山 の 不 安 定 化 の 促 進 性 要 因 の バ ラ ン ス に よ り 決 ま り ， そ の評価は 2つ の 要 因 群 の 妥当な組み 合 せ で 検討す る 必 要 が あ る こ と を 示 し た。
第 4章で は ， 切 羽 の 安 定 性 の 変 化 に 伴 う 現 象 の モ デ ル 化 を 検討 し，その結果 から切羽の不安定化要因のうち， トンネル掘削直後に最大の外力として作用す る 地 下 水 の 浸 透 力 を モ デ ル 化 し た 水 平一一次 元浸透 崩 壊 実 験 を 行 う こ と と し た。 基本となるモデノレ実験では， 実験 試 料 に 不 撹 乱 試 料 お よ び 粒 度 ， 密 度 を 調 整 した試料を用い，各 試 料 の 土 質 条 件 と と も に 限 界 動 水 勾 配 ， 流量を測定した。 そ の 結 果 ， 不 撹 乱 試 料 の 限 界 動 水 勾 配 は 従 来 か ら 自 立 性 の 評 価 指 標 と さ れ る 粒 度 分 布 や 密 度 と 高 い 相 関 性 を 持 つ こ と ， 調 整 試 料 の 限 界 動 水 勾 配 は 相 対 密 度 と 浸 透 崩 壊 特 性 曲 線 と し て 回 帰 さ れ る 指 数 関 数 と 線 形 の 関 係 に あ る こ と を 確 認 し た。この実験 で 得 ら れ た 限 界 動 水 勾 配 に は ， 同 じ 細 粒 分 含 有 率 で は 不 撹 乱 試 料 の 限 界 動 水 勾 配 が 浸 透 崩 壊 特 性 曲 線 よ り 安 全 側 と な る 関 係 が あ る。また，相対
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密度はN値 や 弾 性 係 数 等 の 地 盤 強 度 と 密 接 な 関 係 を 持 つ 物 性 航 で あ る。さらに，
流 量 の 計 測 結 果 か ら ぶ め ら れ る 透 水 係 数 は 実 験 中 に 変 化 し ， そ の 変 化 の 形 態 か ら 砂 質 土 中 で の 透 水 性 に 関 わ る 状 態 変 化 が 推 察 さ れ ， そ の
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く分と限界勤水勾配 に一定の関係があることを確認した。このモデル実験の妥当性は，武蔵野南線生田トンネルのイミ撹乱のボーリング 試 料 ， 信 濃 川 水 路 ト ン ネ ル の 地 表 で 採 取 し た 地 山 試 料 で 検 証 さ れ た。また こ れ ら の ト ン ネ ル の 施 工 実 績 と の 対 比 か ら ， 不 撹 乱 試 料 の 実 験 結 果 は 切 羽 の 流 出 条件と一致する強度，透ノ1<'1)生を示し，撹乱状態の地山試料から得られる浸透崩 壊特性巾線は切羽の流山発生の有無や補助工法の実績を定性的ながら￨天分し得
ることがわかった。
さ ら に ， 機 質 上 で は 礁 の か み 合 せ 効 果 の 出 現 が 推 定 さ れ る 際 分 含 有 率 以
1 :
で‑ 限 界 動 水 勾 配 の 増 加 を 検 証 し た 。 こ れ ら の 抗 乱 試 料 で の 実 験 結 果 を も と に 求 め た 各 試 料 の 浸 透 崩 壊 特 性 曲 線 を 砂 質 土 と 火 山 性 堆 積 物 な ど に 区 分 し ， こ れ ら の 結 果 の 与 察 か ら 今 後 の 評 価 の た め の 目 安 と な る 2種類の基準曲線を示した。以 上 の 結 果 は 浸 透 崩 接 実 験 の 有 効 性 を 示 す と 結 論 し ， 試 験 法 と し て の 適 用 条 件とともに{沙質土の切羽自立性評価試験法として提案した。
第 5辛 で は ， 切 羽 の 状 態 変 化 と 地 下 水 ， 地 盤 物 性 ， 層 構 造 の 影 響 を 3次元的 に モ デ ル 化 し た 上 槽 実 験 に よ り 検 討 し た 。 モ デ ル 地 盤 の 粒 度 分 布 と 相 対 密 度 の う ち ， 崩 壊 形 態 や 空 洞 の 形 成 へ の 関 与 は 相 対 密 度 の 方 が 高 い 傾 向 を 示 し ， 第 4 章のをえ透崩壊特性に見られる傾向と共通する結果を示した。また，層状構造は 崩 壊 の 発 生 に 強 く 影 響 し ， 特 に 崩 壊 過 程 の 進 行 に よ り 弱 部 に 集 中 す る こ と が 確 認された。
各モデル地盤の崩壊の考察から，相対密度と切羽近傍の圧力水頭勾配には，
浸 透 崩 壊 特 性 曲 線 と 同 様 の 線 形 関 係 が あ る こ と を 確 認 し た 。 ま た ， 各 地 盤 材 料 の相対密度と透水係数の関係や， Darcy則 に 基 づ く 地 盤 中 の 物 性 変 化 の 検 証 結 果 か ら ， 切 羽 の 崩 壊 過 程 に は 動 水 勾 配 の 増 加 に 依 存 す る 材 料 と 流 速 の 増 加 に よ
り 浸 食 的 に 進 行 す る 材 料 が あ る こ と を 催 認 し た 。 こ れ は 実 験 中 の 観 察 結 果 と 致する。さらにこの検証により，切羽近傍で、透水係数や相対密度が大きく変化
し，この変化が崩壊の発生に強く関与していることが明らかとなった。
第 6章では， 3次 元 大 変 形 有 限 差 分 法 を 適 用 し ， 地 下 水 一 応 力 の 連 性 解 析 を 試 み た 。 は じ め に 2種 類 の 均 質 地 盤
(CASE ‑ 1
，4)
を対象として，実験中 の圧)]水頭分布を再現することにより切羽近傍の状態変化の再現性を検討した。その結果，
CASE‑1
では実験で観察された流出の発生時の圧力水頭分ィ乍で，回 転 を 伴 う 切 羽 面 の 変 位 ， 引 張 り 応 力 の 発 生 ， 見 か け 負 の 間 隙 水 圧 領 域 の 発 生 を特徴とする切羽面の大変形が発生する結果を得た。 一方，
CASE‑4
は崩接 発生の特徴により，切羽に顕著な変形は再現されなかった。次に，一般的な砂質土の地盤物性値を相対密度との関係から去に弾性係数，
内 部 摩 擦 角 等 の 組 み 合 せ で 設 定 し ， さ ら に 初 期 圧 力 水 頭 を 変 え た パ ラ メ ー タ 解
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析と考察を行った。その結果，切羽面の変位量は弾性係数は小さいほど，初期 圧力水頭が高いほど大きい。特に，初期圧力水頭がl高し1ほど切羽近傍での間隙 水圧の変化は大き く，その結果大きな動水勾配を形成することが切羽の変形に 強く関与すると考察される。
また，弾性係数は切羽の変形挙動に基づき E二320MPa以上が比較的変位旦 の小さい安定な砂質土地盤と考察され，これは相対密度 Dr二80%に相当する。
さらに，初期圧力水頭は E=320MPa以上の地盤でトンネル中心+15m，それよ り弾性係数の小さい地盤ではトンネル中心十10mで不安定化，ないし切羽の崩 壊が発生する可能性がある等，切羽の安定性を評価する境界値を得ることがで
きた。
第 7章では，これらの検討結果に基づき，鉄道トンネルに適用する NATM のための地山分類基準を，砂質地山を対象として提案した。その分類指標と し て，細粒分含有率Fc二 10%を 1N ‑1 Lの境界値，相対密度 Dr=80%を 1L以上 一特 Lの境界値とした。さらに，切羽中心から 10m未満の水頭条件を分類区分 法の適用条件とした。
次に，複合地盤としての特徴を考慮、して，粘性土の分類法， 71<文地質構造，
ボーリングコアの状態，際分含有率の効果，等の検討事項を加えた土砂地山の 地山等級分類を行うための手順を提案した。なお，提案した地山分類の適用に 関して，浸透崩壊試験は地山分類から問題の発生が懸念される場合の詳細評価 法と位置づけた。
第 8章(本章〉では，本論を構成する各章の検討，考察結果を要約した。
これらの成果の一部は既に日本鉄道建設公団の NATM設計施工指針(1996) の地山分類基準に組み入れられ，今後の鉄道トンネル建設に適用されることに より，実用性の検証とデータの蓄積が期待される。さらに，本論で提案した地 山分類法に関する試験法や分類基準が今後の土砂地山に構築されるトンネルの 計画や施工管理を進めるうえでの一助となれば幸いである。
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謝 辞
本論文を作成するにあたり，多くの方々に御指導や御支援をいただきました。 特に，九州大学工学部環境システム工学研究センタ一江崎背郎教授には本論の 研究段階から取りまとめ，審査に至る一連の過程で終始懇切なる御指導をいた だきました。また，九州大学工学部善功企教授，角知憲教授には取 りまとめお よび審査にあたり，員・重な御指導，御助言を賜りました。さらに，長崎 大 学 [ 学部時宇
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十助教授には研究全般にわたり御助言いただくとともに，特に数値解 析に関する御指導をいただきました。ここに深甚なる感謝の意を表します。本論に取りまとめた一連の 研 究 内 容 は ， 平 成 元 年 よ り は ね 鉄 道 総 合 技 術 研 究所において故古川悪也氏，大島洋志博士(現国際航業 (抹))および河田博 之博士(現鉄道総研監事〉の御指導のもとで， 自身のわずかな現場経験と乏し い知識から手探りで始めたものです。この間に各氏からいただいた示唆に宮ん だ御助言が，論文中の実験法の考案や分類基準の設定を行ううえでの大きな従
となったことをここに感謝する次第です。
論文の取りまとめを行う段階では，野口達雄環境防災技術開発推進部長ほか 多くの上司の方‑々に激励をいただきました。また，研究を進めるに当たっては 同部環境地質グループの多くの方々のご協力をいただくとともに議論をしてい ただきました。特に，太田岳洋博士には本研究の主な成果である実験，数値解 析作業を共同研究者として進めていただき，また榎本秀明氏，中島英明氏(現 九 州 旅 客 鉄 道 ( 株) )には地下水に関わる数値解析や議論をお願いしました。
さらに，現場調査や実験の一部は秋山保行氏(現東日本旅客鉄道(株)) ，山 崎慎介氏(現九州旅客鉄道(妹))ほか多くの方々に御協力いただきました。
本研究の内容は， 日本国有鉄道の時代に始る現在の東日本旅客鉄道(株〉イロ 濃川水力発電所の導水路トンネルの建設工事に携わった
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擦の，調査・計画およ び現場経験をその原点としています。当時の旧信濃川工事事務所の林博氏(現 西松建設(株)) ，増本治夫氏(現ジェイアール東日本商業開発(株)) ，鬼 頭誠博士(現 (株〉長大)，川名英二氏(現東日本旅客鉄道(株) )ほか多く の御高配をいただいだ先世各位，直接現場で御指導下さった杉山武氏ほか工事 区関係各位，各企業体関係各位，コンサルタント各位には本研究で解決すべき 問題点を実学として御指導いただきました。また，本研究では実際のトンネルの施工状況を最も重要なデータとしました した。特に日本鉄道建設公団の関係各位には，多くの試料採取や現地調査にお いて多忙な作業工程の合間に快く現場調査をさせていただく等，多大な御配慮、
と御協力をいただきました。
これらの方々をはじめ，ここに挙げきれない多くの関係各位に厚く御礼中し 上げ，謝意を表します。
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