長大山岳 トンネルの施工技術の高度化に関する研究
北 沢 淳 史
要 旨
本研 究 は ,建 設事業 の計画・設計・施工・維持管理 の一連 の流れ の中で ,施 工 に係 わ る ことを扱 っ てい る。 とくに ,受 注者 として の現場施工 の技術 お よびマネ ジメ ン トについて ,そ の高度化 を図 る た めの研究 で ある。長大 山岳 トンネルの施工技術 は ,自 然環境 への影響 が少 ない工法 として国内外 に展 開 されてお り , この技術 の ソフ ト・ ハ ー ド面 で高度化 す る ことが望 まれてい る。 なお ,長 大 山 岳 トンネル は ,延 長 が通 常 の山岳 トンネル よ り大 きい (延 長 3,000m以 上 )の 線状構造物 で あ る。 ま た ,建 設 マ ネ ジメ ン トにお いて も受注 PM(プ ロジェク トマネ ジメ ン ト )の 顧 客満足 (CS)と とも に自体満足 (SS)一 工程確保 ,品 質確保 ,安 全確保 ,技 術 開発 ,技 術 蓄積 ,新 技術 導入 ほか ―につ いて ,そ の重要性 が ,指 摘 され てい る。 さ らに ,掘 削時 の施 工技術 に関す る研究 開発 の公表 は ,工
事記録 (工 事 誌 )や 社 内報 告書 な ど ,比 較 的 限定 的 な もので あった。 しか し性能設計 へ の移行 をぶ まえ ,技 術 者 の継続教育 ,高 等教育機 関 にお ける実務 面 の教育 の重視 な ど ,今 まで以上 に施工技術 に関す る成果 の公表 が重視 されてい る。
この論文 にお ける施工技術 の高度化 とは以下 の ように捉 えてい る。
(1)急 速施 工 な どに よる事業 コス ト縮減 の実現
,(2)他 分野 で開発 された先端技術 の活用
(3)測 量 にお け る省力化 な ど①
長大 山岳 トンネル は ,新 幹線 や高速道路 な どで 自然環境 への悪影響 の少 ない工法 として今後 も増 加 す る と思 わ れ る。 したが って ,長 大 山岳 トンネル の施工技術 に関す る研究 は ,今 後 とも必要性 が
ます ます高 まる と考 え られ る①
本 研 究 で は ,長 大 山岳 トンネ ル の施 工 技術 の高度化 として必 要 な受 注 PMの CSと SSの 各 項 目―工程確保 ,品 質確保 ,安 全確保 ,技 術 開発 ,技 術 蓄積 ,新 技術 導入 ―につ いて検討 を行 った こ れ らの項 目それぞれの考 え方 を提案 してい る。
第 1章 で は,本研究 の 目的 として (1)急 速施 工 な どに よる事業 コス ト縮減 の実現 ,(2)他 分野 で 開発 された先端技術 の活 用 ,(3)沢 」 量 にお け る省力化 な どを目指 した ことを述 べてい る。 また従来 の研究 と本書 の構成 について述 べて いる。
第 2章 で は ,山 岳 トンネル の標準 的施工 方法 の流れ を述 べ てい る。
第 3章 で は急速施工 な どによるコス ト低減 ,品 質 確保 への提案 を行 ってい る。
長大 山岳 トンネルで は ,い くつか の地質構造 や断層 な どを通過 す るた め ,施 工 中 に不 良地 山 に道 遇 す る場合 が多 い。 また ,詳 細 な設 計 が で きる まで の調査が コス ト面 や技術面 で難 しい。施工段階 で は ,す で に事業費 な どの大枠 が決 まってい るた め ,そ の対策工法 の コス トは計画時 の予想範 囲内 で最小限 に とどめ る必要が あ り ,事 業 全体 の ク リテ ィカルパ ス とな る場合 が多 く ,時 間 に よるコス
学位記番号 と学位 :乙 第 5号 ,博 士
(工学
)授与年月 日 :平 成 17年 6月
23日卜の減少 も重要 な課題 とな る。 この章 で は ,出 現 した不 良地 山 に対 して ,調 査 の追加 や ,崩 壊 や 出 水 に対 応 した補助工法 の開発 について述 べてい る。
湧水 に関す る不 良地 山の対策 には ,水 圧 を減 少 す る対 策 と地 山強度 を上 げ る対 策 が あ り ,同 時施 工 は難 しい。また坑 内か ら水圧 を減 ず る工法 は ,効 果 が発現 す る まで に時間 を要 す る場合が多 い。こ こで は ,長 大 山岳 トンネル の不 良地 山対 策 として ,急 速施 工 に伴 うコス トの節約や不 良地 山対策計 画 に有効 な地 山評 価 につ いて ,さ らに は ,不 確 定 な不 良地 山 に対 す る作 業 の安 全確保 な どにつ いて 述 べ てお り ,以 下 を新 た に提 案 して い る。
I)亀 裂 か らの湧水 に支配 され る長 大 山岳 トンネル の不 良地 山対 策 に切 羽進行 に影 響 しない地 上 か らの施工 も考慮すべ きで あ る こと。
■ )水 圧 を下 げなが ら地 山 を補 強 す る不 良地 山対 策 として ,水 抜 き工 と併 用 で不 均質 な地 山 を補 強 す る工 法 を開発 し ,コ ス トの節減 に繋 げてい る こと。
HI)不 確定 な地質評価 の元 で ,切 羽 作業 で の地 山評価 ,緊 急連絡 ,応 急対 策 と恒久対策 について 手順 をフロー化 し ,周 知徹 底 させ る こ とが ,安 全性 の向上 ,引 い て はコス トの低減 に繋が る こ と。
第 4章 で は ,新 しい技術 の導入 を図 る ことの必要性 を述 べてい る。前述 Plの よ うに受注 PM(プ
ロ ジェク トマネー ジメ ン ト)に おいて も新技術 導入 は ,CS(顧 客 満足 )お よび SS(自 体満 足 )に とっ て重要 な項 目で あ る① ここで は ,長 大 トンネル で発 生 した酸性 化 す るず り処理 に関 して ,(1)浸 出 水処 理 槽 に国内での使 用実績 が少 ない フローテ ィングカバ ー形式 を採用 した。 (2)光 フ ァイバ セ ン サ を用 い管理型捨場 の キ ャ ッピ ング シー トや覆上 の安 定性 を評 価 す る計 測 に用 い るた めの室 内実 験 。現地計測 を行 い ,以 下 の新 しい知 見 を得 てい る。
I)フ ローテ ィングカバ ーの適 用 によ り ,設 置 か ら撤 去 まで の ライ フサ イ クル コス トを考 慮 して
3割 程度 の コス トダ ウ ンが可能 で あ る こ と①
H)光 フ ァイバ セ ンサが ,敷 設 された返 水 シー トの連 続 的 なひず み測 定 に適 用 で き ,敷 設 された
ジオ ブ レメ ンの健全 ′ 性評価 に有効 で あ る こ と。
第 5章 で は ,不 均 質 な地 山 に対応 した地 山の評価 方法や測量 にお ける省力化 について提案 してい る。 山岳 トンネルの施工 で は ,地 山状況 が急変 した場合 や掘 削初期 には ,内 空 断面 の確保 や支保 の 補 強 の判 断 のた め に変位量 を予測 す る必 要 が あ る。 また ,施 工 で遭遇 す る不均質 な地 山 を評価 す る 方法 につ いて は ,簡 易 な方法 の開発 が望 まれ て い る。 こ こで は ,変 位 予測手 法 の確 度 をあげ る こ と を試 み ,更 に この手法 の不均質 な地 山安定評価 へ の適 用 も試 みてい る。 さ らに ,坑 日か らの片押 し 延長 が長 くな るた め精度確保 に多大 な労力 を費 や してい る長大 山岳 トンネルでの測量 に関 し ,統 計 的考 え方 を持 ち込 み ,測 量精度確保 に係 わ る省力化 を試 み ,以 下 の提 案 を して い る。
I)長 大 山岳 トンネル の計測 に関 し ,支 保構造 な どの重要 な指標 で ある変位予測手 法 に範 囲推定 を導入す る こ とで確度 を高 め る ことがで きる こと。
■ )同 様 に範 囲推定 が不均 質性 を考 慮 した支保 の評 価 に適 用 す る こ とが可能 で あ る こ と。
HI)長 大 山岳 トンネル の測 量 に関 しシステム化 した測 量 に よ り高精 度 を確保 した上 で省 力 化 が 可能 で あ る こと。
第 6章 で は ,本 研 究 の結論 として ,各 章 で述 べた ,長 大 山岳 トンネル に関 し ,受 注者 としての現 場施 工 の技術 お よびマネ ジメ ン トにつ いて ,受 注 PMの CSや SSと して高度化 を図 るた めの提 案
を ま とめてい る。
主指導教員 熊谷 浩二
A Study on the Sophistication of Long"Iountain′ runnel Construction Techn010gy
Atsusl KITAZAWA
Abstract
This study refers to the construction phase, one of a series of phases of construction projects from planning to design,construction and maintenance. The objective of the study is to reinforce site construction technology and management from a viewpoint of contractor Long mountain tunnel construction technologies have been employed in and out of 」 apan because they have little impact on the natural environment lt is hoped that both software and hardware、 vill be enhanced for the technologies Long mountain tunnels are linear structures with a length larger than that of ordinary mOuntain tunnels (the length of long mountain tunnels exceeds 3,000m). In project management as part of construction management, the irnportance not only of customer satisfaction but also Of self satisfaction of the contractor、 、
rithrespect to process control, quahty control, technology apphcation, technical development, technology accumulation and employment of ne、
v‐technologies has been pointed out The results of studies and development related to excavation techniques have been pubhcized only through lilnited media such as construction records(construction logs)and in― house reports ヽ Vith the shift to capacity design,emphasis has been placed on continued education of engineers and practical education in institutions of higher education, and the disclosure of results of construction technology development has been of greater interest
ln this paper,the enhancement of construction technology is assumed to contribute to the (1) Reduction Of project cost through quick construction or other lneans,
(ii) Use Of state―
of―the―art technology developed in other Fields than construction,and
(i五
) Saving of labor in measurement
Long― distance mountain tunnehng is expected to be adOpted in more apphcations such as on Shinkansen rail、 、 た ay lines and expressttπ ays as a construction method with little adverse impact on the natural environment The need for long一 distance mountain tunnehng technoト ogies is therefore expected to increase further̲
This study reviews and presents discussions on parameters of self satisfaction of the contractor such as process cOntrol,quahty control,technology application,technical develop―
ment,technology accumulation and employment of ne、 v technologies̲ Both customer satisfac―
tion and self satisfaction Of the contractor 、 、 rith project management are essential to the enhancement of long tunnel construction technology
Chapter l presents three objectives of this study:(1)reduction of project cost by quick
construction,(11)use of state―
of― the―art technologies developed in other flelds than construc―
tion,and (iii)saving of labor in ineasurement. Existing studies and the connguration of the paper are also described̲
Chapter 2 discusses a standard no、v of rnountain tunnel construction steps
Chapter 3 makes proposals for cost reduction and quahty assurance by quick construction.
Long mOuntain tunnels pass through various geological settings and faults,so weak soils are often encountered. Conducting geological surveys for detailed design is dilncult for economic and technical reasons. In the construction phase,the budget is in place including the project cost,so the cost of remedial rneasures should be■ linimized、vithin the budget developed in the planning phase. Thus,taking rneasures to control郡 〆 eak soils lnay frequently become a critical path̲ Reducing cost through quick construction is therefore considered ilnportant. This chapter describes additional surveys that are rnade for ttreak soils encountered and the develop‐
ment of auxiliary methods to control collapse or inrush of Ⅵ/ater into the tunnel
To control seepage in weak soils, either water pressure should be reduced or the soil strength should be increased. These measures cannot be implemented simultaneously̲
Reducing the ttrater pressure in the tunnel frequently takes much time before it becomes erective This chapter describes weak soil control rneasures in long rnountain tunnels such as cost reduction by quick construction,geological evaluation and securing of safety of work in unstable耶 〆 eak soils
The following points are suggested̲
(1) Stabilizing、 veak soils frolll the ground level while continuing the work at the cutting face should be considered in long mountain tunnels stibjected to seepage through cracks.
(五
) For strengthening ttreak soils while reducing the ttrater pressure, developing a con―
struction method for strengthening heterogeneous soils in combination、 、 ア ith dettratering contrib―
utes to cost reduction
(五
i) Where geological conditions are unkno、 添 π n,delining procedures and coHlrnunicating them to those concerned for soil evaluation,emergency reporting,and temporary and perma―
nent measures during the、 、 rork at the face increase safety and lower the cost
Chapter 4 pOints to the need to introduce newr technologies Adopting new technologies is irnportant to both customer satisfaction and self satisfaction of the contractor in project management̲ In this study,for treating the muck produced in long tunnels and is acidined,(i) floating― type covers are used for seepage ttrater treatment tanks although few have been practicaHy used in」 apan,and (五 )nber optic sensors are apphed for rneasurements to evaluate the safety of capping sheets or earth cover in controlled landnH. Laboratory and field tests of these measures produced the fonowing andingS
(i) Using nOating― type covers is likely to reduce cost by approxirnately 300/。 thrOughout the hfe cycle frona installation to removal
(11) Fiber optic sensors are apphcable to continuous strain measurement for the
v「
aterprooing geomembrane,and so they are effective for evaluating the soundness of geome■
1brane.
Chapter 5 makes proposals for saving labor in evaluation and rneasurement in heterogene‐
ous soil At the tilne of drastic change in geological condition or in the early stages of excavation during the construction of rnountain tunnels,displacement needs to be estimated to make decisions to secure the inner tunnel cross section and to reinforce the support system.
Developing a siinple method is required for evaluating heterogeneous soil that is encountered during excavation ln this study,attempts are made to increase the accuracy of displacement estimation and to apply displacement estimation to evaluate the stability of heterogeneous soil.
Long rnountain tunnels are excavated in one direction fro■ l a portal over a long length,so great erorts are required to ensure the accuracy of measurement pL Statistical approach is taken to solve this problem and attempts are made to save labor to ensure measurement accuracy.
The fonowing pOints are suggested
(i) As part of lneasurements for long mountain tunnels,the accuracy of estimation of displacement, an ilnportant indicator of support structure, can be increased by estirllating displacement in a designated area.
(Ii) Displacement in a designated area is apphcable to the evaluation of supports while considering the heterogeneity of soils
(i五
