シールドトンネルへの性能照査型設計法の 適用に関する研究
On the Application of the Performance−Based Design to Shield Tunnels
２００５年２月
吉 本 正 浩
目 次
第 １ 章 序 論
1.1 本 研 究 の 背 景 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ (1) 電 力 設 備 と し て の シ ー ル ド ト ン ネ ル ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ (2) 本 研 究 の 背 景 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ４ 1.2 本 研 究 の 目 的 と 検 討 課 題 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ７ (1) 性 能 照 査 型 の 設 計 体 系 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ７ (2) 異 常 時 の 荷 重 の 考 え 方 と 設 定 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ７ (3) 限 界 値 の 算 定 方 法 と 部 分 安 全 係 数 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ７ (4) 構 造 解 析 手 法 の 高 精 度 化 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ８ (5) 施 工 時 荷 重 の 照 査 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ８ (6) 耐 久 性 の 照 査 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ８ (7) シ ー ル ド 工 事 の 各 種 検 査 基 準 と の 整 合 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ８ 1.3 本 論 文 の 構 成 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ９ 1.4 本 研 究 の 対 象 と 範 囲 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ０
第 ２ 章 設 計 法 の 体 系
2.1 は じ め に ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ３ 2.2 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 荷 重 条 件 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ４ 2.3 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 要 求 性 能 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ６ 2.4 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 目 標 性 能 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ７ 2.5 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 性 能 マ ト リ ッ ク ス ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ９ 2.6 性 能 照 査 の 基 本 書 式 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ２ １ 2.7 ま と め ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ２ １
第 ３ 章 異 常 時 の 荷 重 の 考 え 方 と 設 定 方 法
3.1 は じ め に ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ２ ３ 3.2 東 電 管 内 の ト ン ネ ル で 地 盤 沈 下 に よ る 曲 げ が 進 行 し た 事 例 ・ ・ ・ ・ ・ ２ ５ (1) Ｍ 洞 道 の 変 形 が 設 計 時 点 で 想 定 で き な か っ た 要 因 ・ ・ ・ ・ ・ ２ ５ (2) 本 研 究 で の Ｍ 洞 道 の 変 形 現 象 に 対 す る フ ォ ロ ー ・ ・ ・ ・ ・ ２ ６ (3) Ｍ 洞 道 の 変 形 現 象 に 対 す る ま と め ・ ・ ・ ・ ・ ２ ６ 3.3 側 方 土 圧 （ ま た は 側 圧 ） の ば ら つ き に 関 す る 検 討 ・ ・ ・ ・ ・ ２ ８ (1) 砂 質 土 の 場 合 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ２ ８ (2) 粘 性 土 の 場 合 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ２ ９ (3) 側 方 土 圧 （ ま た は 側 圧 ） の ば ら つ き に 関 す る ま と め ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ２ ９ 3.4 ま と め ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ３ １
第 ４ 章 限 界 値 の 算 定 方 法 と 安 全 係 数
4.1 は じ め に ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ３ ５ 4.2 本 体 部 お よ び 継 手 部 の 曲 げ に 対 す る 部 材 係 数 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ３ ８ (1) セ グ メ ン ト 本 体 部 の 部 材 係 数 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ３ ８ (2) セ グ メ ン ト 継 手 部 の 部 材 係 数 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ３ ９ 4.3 継 手 部 が コ ン ク リ ー ト で せ ん 断 破 壊 す る 場 合 の 耐 力 算 定 式 と 部 材 係 数 ４ ０ 4.4 目 違 い ， 目 開 き の 限 界 値 と 止 水 設 計 と の 整 合 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ４ ２ (1) 常 時 の 考 え 方 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ４ ２ (2) 異 常 時 の 考 え 方 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ４ ２
第 ５ 章 構 造 解 析 手 法 の 高 精 度 化
5.1 は じ め に ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ４ ５ 5.2 セ グ メ ン ト 継 手 の 曲 げ 剛 性 モ デ ル ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ４ ７ (1) 離 間 後 の 回 転 ば ね 定 数 の 算 定 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ４ ８ (2) 軸 力 が 回 転 ば ね 定 数 に 及 ぼ す 影 響 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ５ ２ (3) 軸 力 が 離 間 に 及 ぼ す 影 響 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ５ ４ (4) 本 節 の ま と め ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ５ ５ 5.3 リ ン グ 継 手 の せ ん 断 剛 性 モ デ ル ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ５ ７ (1) 滑 り 荷 重 の 算 定 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ５ ９ (2) せ ん 断 ば ね 定 数 の 算 定 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ６ １ 5.4 セ グ メ ン ト 本 体 の 曲 げ 剛 性 モ デ ル ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ６ ２ 5.5 は り − ば ね モ デ ル 計 算 法 の 算 定 精 度 の 検 証 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ６ ３
第 ６ 章 施 工 時 荷 重 の 照 査 方 法
6.1 は じ め に ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ６ ７ 6.2 既 往 工 事 の 施 工 中 に 生 じ た 損 傷 の 分 析 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ６ ８ (1) ひ び 割 れ 発 生 傾 向 と 施 工 時 荷 重 状 態 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ７ ０ (2) ま と め ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ７ ０ 6.3 ジ ャ ッ キ 推 力 に 対 す る 各 施 工 時 状 態 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ７ ２ (1) 施 工 時 の ジ ャ ッ キ 推 力 の 大 き さ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ７ ２ (2) ジ ャ ッ キ 推 力 に 対 す る 載 荷 試 験 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ７ ３ (3) リ ン グ 間 目 開 き で の ジ ャ ッ キ 推 力 載 荷 試 験 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ７ ７ 6.4 テ ー ル シ ー ル 圧 に よ る 施 工 時 状 態 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ８ ４ (1) テ ー ル シ ー ル 圧 の 現 場 計 測 実 績 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ８ ４ (2) テ ー ル シ ー ル 圧 に よ る 施 工 時 状 態 の 検 討 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ８ ６ (3) ま と め ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ９ ２
第 ７ 章 耐 久 性 の 照 査 方 法
7.1 は じ め に ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ９ ５ 7.2 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 全 体 的 な 劣 化 の 傾 向 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ９ ６ 7.3 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 内 空 側 の 劣 化 要 因 分 析 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ９ ９ (1) 詳 細 劣 化 調 査 の 概 要 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ９ ９ (2) 調 査 結 果 お よ び 考 察 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ０ ２ 7.4 耐 久 性 を 保 証 す る 構 造 細 目 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ １ １ (1) 配 筋 の 構 造 細 目 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ １ １ (2) か ぶ り の 構 造 細 目 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ １ １ 7.5 ひ び 割 れ 幅 の 照 査 に 関 す る 提 案 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ １ ８ (1) ひ び 割 れ 幅 の 限 界 値 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ １ ８ (2) ひ び 割 れ 幅 の 算 定 式 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ １ ９ (3) 許 容 応 力 度 法 と の 比 較 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ２ １
第 ８ 章 シ ー ル ド 工 事 の 各 種 検 査 基 準 と の 整 合
8.1 本 設 計 法 に よ り 変 更 さ れ る 検 査 項 目 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ２ ３ 8.2 各 検 査 項 目 の 変 更 点 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ２ ４ (1) 製 品 試 験 の 合 格 基 準 の 変 更 点 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ２ ４ (2) ジ ャ ッ キ 推 力 試 験 の 変 更 点 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ２ ４ (3) 締 付 け ト ル ク の 管 理 の 注 意 点 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ２ ５
第 ９ 章 結 論
9.1 本 研 究 の 結 論
(1) 性 能 照 査 型 の 設 計 体 系 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ２ ９ (2) 異 常 時 の 荷 重 の 考 え 方 と 設 定 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ２ ９ (3) 限 界 値 の 算 定 方 法 と 部 分 安 全 係 数 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ２ ９ (4) 構 造 解 析 手 法 の 高 精 度 化 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ２ ９ (5) 施 工 時 荷 重 の 照 査 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ３ ０ (6) 耐 久 性 の 照 査 方 法 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ３ １ (7) シ ー ル ド 工 事 の 各 種 検 査 基 準 と の 整 合 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ３ １ 9.2 お わ り に ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ３ ２ 謝 辞 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ １ ３ ４
巻 末 資 料
論 文 概 要 （ 和 文 ） ・ ・ ・ ・ ・ ・ 論 文 概 要 （ 和 文 ） − １ 論 文 概 要 （ 英 文 ） ・ ・ ・ ・ ・ ・ 論 文 概 要 （ 英 文 ） − １ 研 究 業 績 ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ ・ 業 績 − １
１
第 １ 章 序 論
1.1 本 研 究 の 背 景
(1) 電 力 設 備 と し て の シ ー ル ド ト ン ネ ル
首 都 圏 遠 隔 地 の 発 電 所 か ら 供 給 さ れ る 電 力 は ， 主 に 架 空 送 電 線 路(架 空 線)に よ り 首 都 圏 周 辺 の 変 電 所 ま で 送 電 さ れ る ． そ し て ， そ こ か ら 首 都 圏 内 へ は 主 に 地 中 送 電 線 路(地 中 線)に よ り 送 電 さ れ て い る ． こ れ ら の 電 力 設 備 は ， エ ネ ル ギ ー 需 要 の 伸 び に あ わ せ て 昭 和 30 年 代 よ り 計 画 的 に 建 設 さ れ ， 現 在 で は 首 都 圏 を は じ め と す る 大 都 市 域 の 地 下 部 に 多 く 整 備 さ れ ， 生 活 ， 文 化 ， 経 済 活 動 を 支 え て い る ．
東 京 電 力 ( 株 ) の 2 万 Ｖ 以 上 の 回 線 延 長 の 年 度 別 推 移 を 地 中 線 と 架 空 線 に 分 け て表 1‑ 1 お よ び図 1‑2 に 示 す ．な お ，回 線 延 長 と は 送 電 線 路 の 回 線 別 の 亘 長 を 合 計 し た も の で あ る 1 )． 特 に 都 内 （ 23 区 ） の 地 中 線 化 の 割 合 を み る と ， 昭 和 40 年 代 初 頭 に 約 5 割 ，昭 和 50 年 代 初 頭 に 約 8 割 と わ か る ．そ し て ，現 在 で は 都 区 内 の 送 電 線 の 約 9 割 が 地 中 線 に よ る も の で あ る ．
そ し て ， こ の 地 中 線 の 送 電 用 ケ ー ブ ル を 収 容 す る 設 備 は ， シ ー ル ド ト ン ネ ル お よ び 立 坑 等 か ら 成 っ て お り ， こ れ ら も 首 都 圏 の エ ネ ル ギ ー 安 定 供 給 を 担 う 重 要 な 電 力 設 備 で あ る ．
図 1‑1 架 空 線 と 地 中 線
架空線：遠隔地の発電所〜
首都圏周辺の変電所
地中線：首都圏内
送電用ケーブル
変電所 変電所 変電所
架空線 架空線 架空線
地中線 地中線
２
表 1‑1 送 電 線 路 の 回 線 延 長 の 年 度 別 推 移
全 社 都 区 内 （ ２ ３ 区 ） 年 度 末 地 中 線
（ ｋ ｍ ）
架 空 線
（ ｋ ｍ ）
地 中 化 率
（ ％ ）
地 中 線
（ ｋ ｍ ）
架 空 線
（ ｋ ｍ ）
地 中 化 率
（ ％ ） 昭 和 40 2,830 15,379 15.5 2,195 2,301 48.8
45 3,764 18,393 17.0 2,704 2,331 53.7 50 4,833 20,636 19.0 3,296 785 80.8 55 5,967 22,964 20.6 3,783 741 83.6 60 6,548 24,841 20.9 4,018 695 85.3 平 成 2 7,548 26,126 22.4 4,335 644 87.1
7 8,820 27,706 24.1 4,949 616 88.9 12 10,933 28,847 27.5 6,373 619 91.1 13 10,992 28,687 27.7 6,413 619 91.2
図 1‑2 送 電 線 路 の 回 線 延 長 の 年 度 別 推 移
（ａ）全 社
（ｂ）都区内（２３区）
0 10,000 20,000 30,000 40,000
昭和40 45 50 55 60 平成 2 7 12 13
年度末
回線延長（ｋｍ）
0.0 5.0 10.0 15.0 20.0 25.0 30.0
地中化率（％）
地中線（ｋｍ）
架空線（ｋｍ）
地中化率（％）
0 2,000 4,000 6,000 8,000 10,000
昭和40 45 50 55 60 平成 2 7 12 13
年度末
回線延長（ｋｍ）
0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0
地中化率（％）
地中線（ｋｍ）
架空線（ｋｍ）
地中化率（％）
３
シ ー ル ド ト ン ネ ル 工 法 は フ ラ ン ス 人 Brunel が 提 唱 し ，1800 年 代 後 半 に か け て 英 国 を 始 め と す る 欧 州 で 実 用 化 さ れ た ． ま た ，我 が 国 で の シ ー ル ド ト ン ネ ル の 採 用 は 19 36 年 の 関 門 隧 道 が 最 初 で あ る が ， 本 格 的 に 都 市 部 ト ン ネ ル に 円 形 シ ー ル ド ト ン ネ ル が 用 い ら れ 始 め た の は 1960 年 代 の 名 古 屋 市 地 下 鉄 の 覚 王 山 隧 道 (1961)や 東 京 都 下 水 道 局 の 石 神 井 川 隧 道 (1962)で あ っ た 2 )．
一 方 ， 地 中 線 は 昭 和 30 年 代 よ り 高 度 経 済 成 長 を 迎 え た 都 区 内 へ の 電 力 安 定 供 給 の た め に 必 要 で あ っ た ．し た が っ て ，東 京 電 力 ( 株 )は 地 下 鉄 や 下 水 道 と 並 ん で ，我 が 国 で は 早 期 よ り 積 極 的 に シ ー ル ド ト ン ネ ル の 建 設 を し て き た 企 業 者 で あ る ．東 京 電 力（ 株 ）に お け る シ ー ル ド ト ン ネ ル の 累 積 建 設 量 と シ ー ル ド 工 事 の 技 術 変 遷 と の 関 係 を表 1‑2 に 示 す ． 1963 年 の 城 北 線 管 路 工 事 で の 全 面 開 放 手 掘 り 式 シ ー ル ド 工 事 を 始 め に ， 現 在 ま で に 約 60 件 名 の シ ー ル ド 工 事 が 行 わ れ て い る ．表 1‑ 2 を み て わ か る よ う に ，シ ー ル ド 工 事 の 技 術 の 変 遷 と は ，安 全 性 と 経 済 性 を 追 求 し た 施 工 技 術 に 関 す る 新 工 法 の 開 発 で あ っ た ．
一 方 ， 我 が 国 の シ ー ル ド ト ン ネ ル の 設 計 施 工 に 関 す る 基 準 は 19 69 年 に 制 定 さ れ た 「 シ ー ル ド 工 法 指 針 （ 土 木 学 会 ）」3 )が 始 め で あ る ． そ し て ， こ の 基 準 は シ ー ル ド 工 事 の 施 工 技 術 の 発 展 に 伴 い お よ そ 10 年 毎 に 改 訂 さ れ ，1996 年 の
「 ト ン ネ ル 標 準 示 方 書 [ シ ー ル ド 工 法 編 ] ・ 同 解 説 （ 土 木 学 会 ）」4 )に 至 っ て い る ．し か し ，施 工 技 術 と は 対 照 的 に 設 計 法 は 制 定 当 時 よ り 現 在 ま で 許 容 応 力 度 法 で あ っ た ．
表 1‑2 東 京 電 力 （ 株 ） に お け る シ ー ル ド ト ン ネ ル の 累 積 建 設 量 と 技 術 変 遷
（km）
800 600 400 200
シー ル ド 工 事 の 技 術 変 遷
西暦
1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 累
積 建 設 量
1960年〜2000年の間の総工事亘長（含む共同溝）：約８００ｋｍ
●1963 全面開放型 手掘り式シールド
●1970 全面開放型 機械掘り式シールド
●1970 部分開放型 ブラインドシールド
●1978 密閉型泥水式シールド
●1979 密閉型土圧式シールド
●1984 拡大シールド工法
●1986 急曲線シールド工法
●1988 地中接合工法
●1989 場所打ちライニング工法
●1990 急勾配シールド工法
●1996 高流動 等五分割セグメント
●1995 内径7.4m 当社最大断面シールド
●1990 情報化施工の採
●1994 海外製セグメン
４ (2) 本 研 究 の 背 景
構 造 物 の 設 計 と は 供 用 期 間 中 に 構 造 物 に 想 定 さ れ る 変 化 を 予 測 し ，そ の 変 化 に 対 し て 適 正 な 対 処 を 施 し て 構 造 物 の 安 全 性 や 使 用 性 を 保 証 す る 行 為 で あ る と 考 え ら れ る ．本 研 究 が 対 象 に す る シ ー ル ド ト ン ネ ル に 想 定 さ れ る 様 々 な 変 化 に は ト ン ネ ル の 変 形 ，ひ び 割 れ ，継 手 の 目 開 き と 目 違 い ，材 料 の ク リ ー プ ひ ず み 等 が あ る ．こ れ ら の 変 化 の 要 因 に は 荷 重 の 作 用 と 経 年 的 な 劣 化 が あ る ．シ ー ル ド ト ン ネ ル に 作 用 す る 主 な 荷 重 は 通 常 時 の 土 水 圧 で あ る ．そ し て ，こ れ 以 外 の 短 期 的 な も の に 地 震 時 や 施 工 時 の 影 響 な ど が あ る ．ま た ，長 期 的 な も の に は 地 盤 沈 下 の 影 響 な ど も あ る ．ま た ，経 年 的 な 劣 化 に は コ ン ク リ ー ト の 中 性 化 や 塩 害 に 起 因 す る も の が あ る ．
近 年 の シ ー ル ド ト ン ネ ル の 設 計 に は ，施 工 時 や 地 震 時 の 損 傷 に 対 す る 安 全 性 の 保 証 や 供 用 期 間 中 の 維 持 管 理 費 用 の 削 減 と い っ た 新 た な 観 点 が 要 求 さ れ る ． こ れ ら の 要 求 に 対 し ，ト ン ネ ル が 合 格 す る こ と を 精 度 よ く 検 証 で き る 設 計 法 が あ れ ば ，経 済 的 か つ 信 頼 性 の 高 い 設 備 計 画 が 可 能 に な る ．そ し て ，電 力 設 備 の 建 設 で も 昨 今 の 電 力 自 由 化 の 動 き が あ り ，電 力 の 安 定 供 給 と 建 設 コ ス ト 縮 減 と の 両 立 が 要 求 さ れ て い る ．
性 能 照 査 型 の 設 計 と は ， 構 造 物 の 機 能 を 確 保 す る 種 々 の 性 能 を 明 記 し ， そ れ を 満 た す こ と を 照 査 す る 設 計 法 で あ る ． そ し て 国 内 の 土 木 構 造 物 の 設 計 基 準 は ， 従 来 の 仕 様 規 定 か ら 性 能 照 査 型 へ と 移 行 す る 方 向 性 に あ る 5 ) 6 )．表 1 ‑ 3 ( a ) ( b )は 近 年 に 性 能 照 査 型 と し て 制 定 さ れ た 設 計 基 準 類 の 一 覧 で あ る ．
表 1 ‑ 3 ( a ) 国 内 の 性 能 照 査 型 の 技 術 基 準 類 一 覧
年 度 制 定 機 関 技 術 基 準 の 名 称
2002 年 度 国 土 交 通 省 土 木 ・ 建 築 に か か る 設 計 の 基 本 2002 年 度 土 木 学 会 コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書 2002 年 度 土 木 学 会 複 合 構 造 物 の 性 能 照 査 指 針 （ 案 ）
表 1 ‑ 3 ( b ) 電 力 用 土 木 構 造 物 の 性 能 照 査 型 の 技 術 基 準 類 年 度 制 定 機 関 技 術 基 準 の 名 称
1999 年 度 土 木 学 会 Ｌ Ｎ Ｇ 地 下 タ ン ク 躯 体 の 構 造 性 能 照 査 指 針
2002 年 度 土 木 学 会 原 子 力 発 電 所 屋 外 重 要 土 木 構 造 物 の 耐 震 照 査 指 針
５
シ ー ル ド ト ン ネ ル の 設 計 に 性 能 照 査 型 の 設 計 法 を 導 入 す る 主 な 利 点 は ，構 造 合 理 化 と 設 計 の 信 頼 性 向 上 で あ る ．言 い 換 え れ ば ，必 要 最 小 限 の ト ン ネ ル 構 造 を 設 計 し た 上 で ，そ の ト ン ネ ル は 各 荷 重 条 件 に 対 し ど の 程 度 安 全 で あ る の か を 明 確 に で き る よ う に な る ．こ れ に つ い て 従 来 の 許 容 応 力 度 法 と 比 較 し て 説 明 す る ．図 1‑ 3 は こ の 概 念 の 説 明 図 で あ る ．図 1‑ 3 の 横 軸 が 荷 重 条 件 で あ り ，縦 軸 は 照 査 の 結 果 を イ メ ー ジ し た も の で あ る ．
ま ず ，許 容 応 力 度 法 に つ い て 説 明 す る ．許 容 応 力 度 法 で 扱 う 荷 重 は 主 に 常 時 と Ｌ １ 地 震 時 で あ っ た ．そ し て ，許 容 応 力 度 法 で は 安 全 率 に て 不 確 定 な 異 常 時 ， 施 工 時 お よ び Ｌ ２ 地 震 時 の 安 全 性 が 担 保 さ れ て い た と 考 え ら れ る ．し か し な が ら ，ト ン ネ ル が 各 荷 重 条 件 に 対 し ど の 程 度 安 全 で あ る の か は 明 確 に は な っ て い な か っ た ． な お ， Ｌ １ 地 震 と は 再 現 期 間 75 年 程 度 の 中 規 模 な 地 震 ， Ｌ ２ 地 震 と は 再 現 期 間 が 数 百 年 の 大 規 模 な 地 震 の こ と で あ る ．
一 方 ，性 能 照 査 型 の 設 計 法 は 各 々 の 荷 重 条 件 に 対 し て 最 低 限 に 必 要 な 限 界 状 態 を 定 め て 照 査 す る 設 計 法 で あ る の で ，ト ン ネ ル が 各 荷 重 条 件 に 対 し ど の 程 度 安 全 で あ る の か が 明 確 に 説 明 で き る ．そ し て ，こ の 設 計 法 の 導 入 効 果 は 許 容 応 力 度 法 と 比 較 す る と 図 1‑ 3 に 示 す よ う に ２ つ の パ タ ー ン に 場 合 分 け が で き る ． つ ま り ， パ タ ー ン １ の よ う に 許 容 応 力 度 法 の 設 計 結 果 に 対 し ， 常 時 ， 異 常 時 ， 施 工 時 お よ び 地 震 時 の 照 査 結 果 に 裕 度 が あ っ た 場 合 に は ，安 全 性 を 保 証 し た 上 で 構 造 合 理 化 が 可 能 に な り ，反 対 に パ タ ー ン ２ の よ う に 許 容 応 力 度 法 の 設 計 結 果 に 安 全 性 の 裕 度 が な か っ た 場 合 に は 根 拠 を 持 っ て 安 全 性 を 保 証 で き る よ う に な る ．
こ の よ う に ト ン ネ ル の 断 面 決 定 要 因 に な る 荷 重 条 件 が わ か る の が 性 能 照 査 型 の 設 計 法 の 特 長 で あ る ．こ れ に よ り ト ン ネ ル の 設 計 結 果 の 安 全 性 お よ び 経 済 性 が 根 拠 を 持 っ て 説 明 が で き る の で ， 設 計 の 信 頼 性 向 上 に な る と 考 え ら れ る ． 一 方 ， 設 計 の 結 果 に 対 し ト ン ネ ル 構 造 物 と し て の 重 要 度 と 経 済 性 を 考 慮 し て ， ス ペ ッ ク 変 更 な ど の 判 断 が 正 確 に 行 え る こ と に な り 構 造 合 理 化 の 根 拠 に も な る と 考 え ら れ る ．
こ う し た 背 景 よ り ，地 中 送 電 用 シ ー ル ド ト ン ネ ル へ 性 能 照 査 型 の 設 計 法 の 導 入 を 検 討 し た 7 )．
６
許 容 応 力 度 法 の 概 念
性 能 照 査 型 の 設 計 法 の 概 念
図 1‑3 性 能 照 査 型 の 設 計 法 の 導 入 背 景 （ 従 来 の 許 容 応 力 度 法 と の 比 較 ） 常
時
L 1 地 震 構造物の状態
構造物の荷重条件 L
2 地 震
異 常 時
施 工 時 従
来 設 計 法 の 安 全 な 状 態
↓最低レベル必要な限界状態
常 時
L 1 地 震 構造物の状態
構造物の荷重条件 L
2 地 震
異 常 時
施 工 時
Ｌ２地震時，異常時，施工時の 安全を確認し，従来比で構造物の合 理化が可能になる
Ｌ２地震時，異常時，施工時の 安全を確認し，構造物の信頼性を確 保する
従 来 設 計 法 の 安 全 な 状 態
↓最低レベル必要な限界状態
パターン１ パターン２
常 時
L 1 地 震 時
許容応力度法の安全率にて 安全性が担保されていた 構造物の状態
構造物の荷重条件 L
2 地 震 時
異 常 時
施 工 時
？ ？ ？ 安
全 な 状 態
↓ 許容応力度
荷重条件は，常時，L1地震時の２種類
その他の荷重条件の安全性は，許容応力度
の安全率に担保されていた
７ 1.2 本 研 究 の 目 的 と 検 討 課 題
本 研 究 は ，シ ー ル ド ト ン ネ ル へ の 性 能 照 査 型 の 設 計 法 の 実 用 化 を 目 的 と す る ． こ の た め に 必 要 な 諸 課 題 は 数 多 く あ る ．本 研 究 で は こ れ ら の 諸 課 題 を 整 理 し 次 の ( 1) 〜 (7 )の 項 目 に 分 け た ．こ れ ら は 本 研 究 の 小 目 的 に 相 当 す る ．そ し て ，そ れ ぞ れ の 目 的 を 達 成 す る こ と で ，本 研 究 の 最 終 目 的 で あ る 性 能 照 査 型 の 設 計 法 の 実 用 化 が 帰 納 的 に 達 成 さ れ る も の と 考 え た ．
(1) 性 能 照 査 型 の 設 計 体 系
性 能 照 査 型 の 設 計 に は 構 造 物 に 作 用 す る 荷 重 条 件 と こ れ に 対 応 す る ト ン ネ ル の 性 能 ，お よ び 性 能 照 査 の 基 本 書 式 が 必 要 で あ る ．こ れ ら は 性 能 照 査 型 の 設 計 体 系 の 根 幹 で あ り ， 設 計 法 の 実 用 化 の た め に は 不 可 欠 な も の で あ る ．
本 研 究 は 性 能 照 査 型 の 設 計 体 系 を 提 案 す る こ と を 目 的 と す る ．
(2) 異 常 時 の 荷 重 の 考 え 方 と 設 定 方 法
従 来 の 許 容 応 力 度 法 で 用 い ら れ て い た ト ン ネ ル 横 断 方 向 の 設 計 荷 重 は ，詳 細 な 地 盤 調 査 や 周 辺 調 査 を 実 施 し て 適 切 に 設 定 す る の が 大 前 提 で あ っ た ．こ の 常 時 荷 重 に 対 す る 既 往 の 計 測 事 例 で は ，実 際 よ り も や や 大 き い 値 で あ っ た 報 告 例 が 多 い ． つ ま り ， 常 時 荷 重 は や や 安 全 側 の 値 で あ る 地 点 が 多 い と 考 え ら れ る ． し か し な が ら ， ト ン ネ ル の 荷 重 に は 次 の よ う な 想 定 外 の 状 態 が 考 え ら れ る ．
① 地 盤 沈 下 に よ る ト ン ネ ル 横 断 方 向 の 曲 げ の 進 行
② 地 盤 調 査 デ ー タ の ば ら つ き に よ る 土 圧 の ば ら つ き
③ 水 位 の 想 定 外 の 減 に よ る 横 断 方 向 の 軸 力 の 減
こ の 異 常 な 荷 重 状 態 に 対 し て も 設 計 時 点 で ト ン ネ ル の 安 全 性 を 担 保 す る た め の 設 計 荷 重 が 必 要 で あ る ． 本 研 究 で は こ の 荷 重 を 異 常 時 荷 重 と 称 す る ．
本 研 究 は 設 計 耐 用 期 間 中 の ト ン ネ ル の 安 全 性 を 保 証 で き る 異 常 時 の 設 計 荷 重 の 考 え 方 を 提 案 す る こ と を 目 的 と す る ．
(3) 限 界 値 の 算 定 方 法 と 部 分 安 全 係 数
性 能 照 査 型 の 設 計 法 は 最 低 限 に 必 要 な 限 界 値 を 定 め て 照 査 す る も の で あ る ．こ の た め に は 限 界 値 の 算 定 方 法 や 安 全 係 数 が 必 要 で あ る ．し か し な が ら ，既 往 の 設 計 基 準 類 に 定 め の な い も の に 下 記 ① 〜 ③ が あ る．
① セ グ メ ン ト 本 体 部 お よ び 継 手 部 の 曲 げ に 対 す る 部 材 係 数
② 継 手 部 が コ ン ク リ ー ト で せ ん 断 破 壊 す る 場 合 の 耐 力 算 定 式 と 部 材 係 数
③ 目 違 い ， 目 開 き の 限 界 値 と 止 水 設 計 と の 整 合
本 研 究 は 上 記 の 限 界 値 の 算 定 方 法 や 安 全 係 数 を 定 め る こ と を 目 的 と す る ．
８ (4) 構 造 解 析 手 法 の 高 精 度 化
シ ー ル ド ト ン ネ ル は セ グ メ ン ト 本 体 部 と 継 手 部 か ら 構 成 さ れ る た め ，そ の 応 答 値 は 合 成 効 果 を 再 現 で き る 構 造 解 析 に て 算 定 す べ き で あ る ．一 方 ，構 造 解 析 に は 簡 便 性 も 要 求 さ れ る ．そ こ で「 は り − ば ね モ デ ル 計 算 法 」を 標 準 手 法 と し て 適 用 性 を 検 討 す る ．そ し て ，検 討 課 題 は ，大 き な 荷 重 条 件 で ト ン ネ ル の 内 空 変 位 ， 目 違 い お よ び 目 開 き と い っ た 変 形 量 を 精 度 よ く 算 定 す る こ と で あ る ．
本 研 究 は ，シ ー ル ド ト ン ネ ル 横 断 面 の 構 造 解 析 手 法 の 高 精 度 化 が 可 能 な 部 材 モ デ ル を 定 め る こ と を 目 的 と す る ．
(5) 施 工 時 荷 重 の 照 査 方 法
従 来 の 検 査 や 設 計 に 合 格 し た セ グ メ ン ト を 用 い て い れ ば 致 命 的 と な る 損 傷 を 受 け る こ と は 少 な か っ た ．こ の 理 由 は ，通 常 の 土 水 圧 に 対 し 許 容 応 力 度 法 で 設 計 し た セ グ メ ン ト の 構 造 は ，施 工 時 の 荷 重 に 対 し て 余 裕 が あ っ た た め と 推 測 さ れ る ．一 方 ，シ ー ル ド ト ン ネ ル に 限 界 状 態 設 計 法 を 適 用 す る 場 合 は ，通 常 の 土 水 圧 に 対 す る セ グ メ ン ト の 構 造 が ，許 容 応 力 度 法 の 設 計 結 果 と 異 な る 可 能 性 も あ る ．そ し て ，セ グ メ ン ト 厚 さ が 従 来 よ り も 薄 く な る 場 合 ，い ま ま で 問 題 に な ら な か っ た 施 工 時 の 荷 重 が セ グ メ ン ト に 損 傷 を 与 え る 可 能 性 が あ る ．
本 研 究 で は ，施 工 時 の 損 傷 に 対 し て セ グ メ ン ト の 品 質 を 保 証 す る 設 計 お よ び 施 工 の 考 え 方 に つ い て 提 案 す る こ と を 目 的 と す る ．
(6) 耐 久 性 の 照 査 方 法
シ ー ル ド ト ン ネ ル の 耐 久 性 の 設 計 と は ，設 計 耐 用 期 間 に お い て ト ン ネ ル に 経 年 劣 化 に よ る 機 能 低 下 が な い こ と を 保 証 す る 行 為 と 考 え ら れ る ．そ し て ，こ の 保 証 は 継 手 部 や セ グ メ ン ト 本 体 部 な ど 個 々 の 部 材 に 対 し て 行 う 必 要 が あ る ．こ の う ち Ｒ Ｃ セ グ メ ン ト 本 体 部 に は 鉄 筋 腐 食 の 抑 制 が 必 要 で あ る が ，か ぶ り お よ び ひ び 割 れ 制 御 方 法 等 ， 現 状 で は 整 理 で き て い な い 課 題 が あ る ．
本 研 究 は ，Ｒ Ｃ セ グ メ ン ト 本 体 部 の 耐 久 性 を 保 証 す る 設 計 方 法 を 定 め る こ と を 目 的 と す る ．
(7) シ ー ル ド 工 事 の 各 種 検 査 基 準 と の 整 合
現 状 の シ ー ル ド 工 事 の 検 査 に は ， 許 容 応 力 度 法 の 設 計 結 果 に 対 し 実 施 さ れ て い た 項 目 が あ る の で 新 し い 設 計 法 を 適 用 す る 場 合 ， 変 更 が 必 要 な 項 目 が あ る ．
本 研 究 は 性 能 照 査 型 の 設 計 法 を 実 際 の シ ー ル ド 工 事 へ 導 入 す る 場 合 に 各 種 検 査 基 準 と の 整 合 を 図 る こ と を 目 的 と す る ．
９ 1.3 本 論 文 の 構 成
本 論 文 は 全 ９ 章 で 構 成 さ れ て お り ， 構 成 お よ び 概 要 は 以 下 の と お り で あ る ． ま た ，図 1 ‑4 は 本 研 究 の 性 能 照 査 型 設 計 法 の 流 れ と 本 論 文 と の 関 係 を 整 理 し た も の で あ る ．
第 １ 章 は 序 論 で あ る ．1.1 で は 電 力 設 備 と し て の シ ー ル ド ト ン ネ ル の 目 的 を 示 し ， 性 能 照 査 型 設 計 法 の 導 入 に 至 る 背 景 な ど に つ い て 述 べ て い る ． 1 .2 で は 性 能 照 査 型 の 設 計 法 を 実 用 化 す る に あ た っ て の 課 題 を 整 理 し ，そ れ ら を 本 研 究 の 検 討 課 題 と し て 示 し て い る ． 1.3 は 本 論 文 の 構 成 を 示 し て い る ．
第 ２ 章 で は ，性 能 照 査 型 の 設 計 法 の 体 系 と し て 必 要 な 荷 重 条 件 ，ト ン ネ ル の 性 能 お よ び 設 計 書 式 に つ い て 論 じ て い る ．ま ず 2.2 に お い て ト ン ネ ル の 荷 重 条 件 を 区 分 し ， こ れ に 対 応 し た ト ン ネ ル の 性 能 設 定 の 考 え 方 を 2. 3〜 2.5 に 述 べ る ． 一 方 ， 2.6 に 設 計 書 式 と し て 部 分 安 全 係 数 を 用 い た 限 界 状 態 設 計 法 を 示 す 根 拠 を 述 べ る ．
第 ３ 章 は 異 常 時 の 荷 重 の 考 え 方 と 設 定 方 法 に つ い て 述 べ て い る ．異 常 時 の 荷 重 で は 側 方 土 圧 に 対 す る 荷 重 係 数 を 1.0 以 下 の 値 に し て ト ン ネ ル を 曲 げ 卓 越 な 状 態 に す る の が 安 全 で あ る と 考 え ，既 往 の ト ン ネ ル 変 形 事 例 や 都 内 土 質 調 査 デ ー タ の 統 計 値 を 根 拠 に ，側 方 土 圧（ あ る い は 側 圧 ）に 対 す る 荷 重 係 数 の 下 限 値 を 述 べ る ．
第 ４ 章 は 限 界 値 の 算 定 方 法 と 部 分 安 全 係 数 に つ い て 述 べ て い る ． ま ず 4.2 で は 本 体 部 お よ び 継 手 部 の 曲 げ に 対 す る 部 材 係 数 を 述 べ る ． 次 に 4 .3 で は 継 手 部 が コ ン ク リ ー ト で せ ん 断 破 壊 す る 場 合 の 耐 力 算 定 式 と 部 材 係 数 を 述 べ る ．そ し て ， 4.4で は 目 違 い ， 目 開 き の 限 界 値 と 止 水 設 計 と の 整 合 を 述 べ る ．
第 ５ 章 は 構 造 解 析 手 法 の 高 精 度 化 に つ い て 述 べ て い る ． ま ず 5.1 で は セ グ メ ン ト 継 手 の 曲 げ 剛 性 モ デ ル に つ い て 述 べ る ． 次 に 5.2 で は リ ン グ 継 手 の せ ん 断 剛 性 モ デ ル に つ い て 述 べ る ． そ し て 5 .3 で は セ グ メ ン ト 本 体 の 曲 げ 剛 性 モ デ ル に つ い て 述 べ る ． 最 後 に 5 .4 に て は り − ば ね モ デ ル 計 算 法 の 算 定 精 度 に つ い て 述 べ る ．
第 ６ 章 は 施 工 時 荷 重 の 照 査 方 法 に つ い て 述 べ て い る ．ま ず 6.1 で は シ ー ル ド 工 事 に お け る 施 工 時 荷 重 状 態 の 検 討 課 題 に つ い て 述 べ る ．こ れ を 受 け た 6. 2 で は 既 往 工 事 の 施 工 中 に 生 じ た セ グ メ ン ト の 損 傷 を 再 調 査 し ，既 往 の シ ー ル ド 工 事 よ り 得 ら れ た ひ び 割 れ の 実 績 よ り ，ジ ャ ッ キ 推 力 お よ び テ ー ル シ ー ル 圧 が 想 定 さ れ る 施 工 時 の 状 態 を 照 査 す べ き 荷 重 状 態 と し て 導 い て い る ．次 に 6.3 で は ジ ャ ッ キ 推 力 に 対 す る 各 施 工 時 状 態 に つ い て 試 験 結 果 を 根 拠 に し て ，セ グ メ ン ト 損 傷 を 保 証 す る 設 計 と 施 工 の 考 え 方 を 述 べ る ．そ し て 6.4 で は テ ー ル シ ー ル 圧 に よ る 施 工 時 状 態 に つ い て ，既 往 工 事 現 場 の 計 測 結 果 と 構 造 計 算 結 果 を 根 拠 に し て ， セ グ メ ン ト 損 傷 を 保 証 す る 設 計 の 考 え 方 を 述 べ る ．
１０
第 ７ 章 は 耐 久 性 の 照 査 方 法 に つ い て 述 べ て い る ． ま ず 7 .1 で は シ ー ル ド ト ン ネ ル に お け る 耐 久 性 の 照 査 に 関 す る 検 討 課 題 に つ い て 述 べ る ． 次 に 7.2 で は 地 中 送 電 用 途 の シ ー ル ド ト ン ネ ル の 全 体 的 な 劣 化 の 傾 向 に つ い て 述 べ ，こ れ を 受 け た 7 .3 で は シ ー ル ド ト ン ネ ル の 内 空 側 の 詳 細 劣 化 調 査 結 果 を 根 拠 に 劣 化 要 因 に つ い て 分 析 し ，か ぶ り と ひ び 割 れ と が ト ン ネ ル の 耐 久 性 を 保 証 す る 重 要 な 設 計 の 検 討 項 目 で あ る こ と を 導 い て い る ． そ し て ， 7.4 で は 耐 久 性 を 保 証 す る か ぶ り の 構 造 細 目 に つ い て 述 べ る ． 最 後 に 7.5 で は ひ び 割 れ 幅 の 照 査 に つ い て 設 計 法 と し て の 考 え を 述 べ る ．
第 ８ 章 は シ ー ル ド 工 事 の 各 種 検 査 基 準 と の 整 合 に つ い て 述 べ る ．ま ず 現 在 実 施 さ れ て い る 各 種 検 査 基 準 の 内 容 を 再 調 査 し ， 製 品 試 験 の 合 格 基 準 の 変 更 点 ， ジ ャ ッ キ 推 力 試 験 の 変 更 お よ び 締 付 け ト ル ク の 管 理 の 注 意 点 に つ い て 述 べ る ． 第 ９ 章 は 結 論 で あ り 本 研 究 で 得 ら れ た 知 見 を ま と め る ． そ し て 最 後 に 本 研 究 に 関 す る 筆 者 の 私 見 と 今 後 の 展 望 に つ い て 述 べ る ．
1.4 本 研 究 の 対 象 と 範 囲
本 研 究 が 対 象 に す る シ ー ル ド ト ン ネ ル は ，超 高 圧 の 送 電 用 ケ ー ブ ル を 収 容 す る 地 中 送 電 用 の ト ン ネ ル で あ り ，そ の 一 次 覆 工 に は Ｒ Ｃ セ グ メ ン ト を 用 い る 二 次 覆 工 省 略 型 の ト ン ネ ル で あ る ．こ の よ う に 対 象 を 限 定 す る 理 由 は ，第 ２ 章 に 示 す ト ン ネ ル の 性 能 は こ れ を 対 象 に 設 定 し て い る た め で あ る ．シ ー ル ド ト ン ネ ル の 用 途 は ，鉄 道 ，道 路 お よ び 電 力 等 の ラ イ フ ラ イ ン と 様 々 で あ り ，そ れ ぞ れ が 別 個 の 要 求 性 能 を 求 め ら れ る た め で あ る 8 )．
し た が っ て ，「 第 ４ 章 限 界 値 の 算 定 方 法 と 安 全 係 数 」，「 第 ５ 章 構 造 解 析 手 法 」 の 対 象 は 厚 さ が 150mm〜300mm程 度 の 平 板 型 Ｒ Ｃ セ グ メ ン ト か つ 継 手 形 式 は 鋼 製 ボ ッ ク ス で あ る ． こ れ は ， 本 検 討 が こ の 範 囲 で の 載 荷 試 験 や 工 事 実 績 に 基 づ い て い る た め で あ る ． ま た ，「 第 ６ 章 施 工 時 荷 重 の 照 査 方 法 」 は ， 平 板 型 Ｒ Ｃ セ グ メ ン ト を 用 い た中 小 規 模 の シ ー ル ド ト ン ネ ル を 対 象 に し て い る ． こ れ は本 検 討 が 内 径 3m〜7m 程 度 の シ ー ル ド ト ン ネ ル の 工 事 実 績 や 載 荷 試 験 に 基 づ い て い る た め で あ る ．そ し て ，「 第 ７ 章 耐 久 性 の 照 査 方 法 」の 対 象 は ，二 次 覆 工 省 略 型 の 地 中 送 電 用 の シ ー ル ド ト ン ネ ル で あ る ．こ れ は 本 検 討 が ，こ の 対 象 構 造 物 の 維 持 管 理 記 録 お よ び 劣 化 調 査 に 基 づ い て い る か ら で あ る ．
１１
図 1‑4 性 能 照 査 型 の 設 計 の 流 れ と 本 論 文 と の 関 係 Ｎ Ｇ
Ｏ Ｋ
Ｓ Ｔ Ａ Ｒ Ｔ
用 途 の 設 定
（ 第 １ 章 ）
荷 重 条 件 の 設 定
(第 ２ 章 ， 第 ３ 章) 構 造 諸 元 の 仮 定
荷 重 条 件 毎 の 性 能 の 設 定
（ 第 ２ 章 ）
限 界 状 態 の 設 定
（ 第 ４ 章 ）
限 界 値 の 算 定
（ 第 ４ 章 ）
荷 重 条 件 毎 の 構 造 解 析
（ 第 ５ 章 ）
応 答 値 の 算 定
（ 第 ５ 章 ）
照 査 安 全 係 数 の 設 定
（ 第 ４ 章 ）
Ｅ Ｎ Ｄ
各 論
・ 施 工 時 荷 重 の 照 査
（ 第 ６ 章 ）
・ 耐 久 性 の 照 査
（ 第 ７ 章 ）
１２
【 参 考 文 献 】
1) 東 京 電 力 （ 株 ）： 数 表 で み る 東 京 電 力 平 成 14 年 度 ， 2002.10 2) (社 )土 木 学 会 ： 日 本 土 木 史 ,1974.4.
3) (社 )土 木 学 会 ： シ ー ル ド 工 法 指 針 （ 昭 和 44 年 制 定 ） ,1969.11.
4) (社 )土 木 学 会 ： ト ン ネ ル 標 準 示 方 書 [シ ー ル ド 工 法 編 ]・ 同 解 説 ,1996.5.
5) 公 共 工 事 コ ス ト 縮 減 対 策 関 係 閣 僚 会 議 ： 公 共 工 事 コ ス ト 縮 減 対 策 に 関 す る 新 行 動 指 針 , 2000.9.
6) 国 土 交 通 省 ： 土 木 ・ 建 築 に か か る 設 計 の 基 本 ,2002.10.
7) 吉 本 正 浩 , 阿 南 健 一 , 大 塚 正 博 , 小 泉 淳：地 中 送 電 用 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 性 能 規 定 と 限 界 状 態 設 計 法 に よ る 照 査 ， 土 木 学 会 論 文 集 No.764/Ⅲ ‑67,2004.6.
8) ( 社 ) 日 本 ト ン ネ ル 技 術 協 会 ： シ ー ル ド ト ン ネ ル を 対 象 と し た 性 能 照 査 型 設 計 法 の ガ イ ド ラ イ ン , pp.1‑16,2003.6.
１３
第 ２ 章 設 計 法 の 体 系
2.1 は じ め に
性 能 照 査 型 の 設 計 法 と は 構 造 物 の 機 能 を 確 保 す る 種 々 の 性 能 を 明 記 し ， そ れ を 満 た す こ と を 照 査 す る 設 計 法 で あ る 1 )． こ の性 能 照 査 型 の 設 計 体 系 に は 構 造 物 に 作 用 す る 荷 重 条 件 と こ れ に 対 応 す る ト ン ネ ル の 性 能 が 必 要 で あ る ．そ し て ， 性 能 を 照 査 す る た め の 設 計 書 式 が 必 要 で あ る ．第 ２ 章 で は 性 能 照 査 型 の 設 計 法 の 体 系 と し て 必 要 な 荷 重 条 件 ，ト ン ネ ル の 性 能 お よ び 設 計 書 式 に つ い て 論 じ る こ と と す る ．
本 研 究 の 設 計 法 の 流 れ を図 2‑1 に 示 す ．性 能 照 査 型 の 設 計 に お い て 荷 重 条 件 お よ び 性 能 の 設 定 は 最 も 上 流 側 に あ り ，一 方 ，設 計 書 式 を 用 い た 性 能 照 査 は 最 も 下 流 側 に あ る こ と が わ か る ．そ し て ，こ れ ら は 性 能 照 査 型 の 設 計 法 の 根 幹 で あ り ， こ れ ら を 整 理 す る こ と で 本 研 究 の 設 計 法 の 体 系 に な る と 考 え る 2 )．
図 2‑1 設 計 フ ロ ー 荷 重 条 件 と
性 能 の 設 定
性 能 の 照 査 Ｓ Ｔ Ａ Ｒ Ｔ
用 途 の 設 定 荷 重 条 件 の 設 定 構 造 諸 元 の 仮 定
荷 重 条 件 毎 の 性 能 の 設 定
限 界 状 態 の 設 定
限 界 値 の 算 定
荷 重 条 件 毎 の 構 造 解 析
応 答 値 の 算 定
照 査
Ｅ Ｎ Ｄ
Ｎ Ｇ
Ｏ Ｋ 安 全 係 数 の 設 定
１４ 2.2 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 荷 重 条 件
性 能 照 査 型 の 場 合 ，構 造 物 の 性 能 は 荷 重 条 件 で 区 分 し て 規 定 し た 方 が 明 確 に な る ．し た が っ て ，ま ず 荷 重 条 件 を 定 義 す る ．表 2‑1 は シ ー ル ド ト ン ネ ル の 性 能 を 区 分 す る ５ 種 類 の 荷 重 条 件 の 定 義 で あ る ．こ れ ら の 荷 重 の 算 定 は ，土 木 学 会 等 の 基 準 類 の 考 え 方 に 従 う 3 ) 4 )．
な お ，異 常 時 の 荷 重 は「 作 用 す る 確 率 は 低 い が 発 生 す れ ば 長 期 的 に 作 用 す る 荷 重 」と し て 新 た に 定 義 し て い る ．こ れ は 発 生 確 率 が 低 い 点 で 常 時 荷 重 と は 異 な り ，長 期 的 な 点 で 地 震 の 影 響 と も 異 な る ．シ ー ル ド ト ン ネ ル で は ，設 計 時 に 予 期 で き な い 地 下 水 位 の 変 動 等 に よ り ，ト ン ネ ル に 変 形 が 生 じ る 場 合 が 希 に あ り ，こ の よ う な 荷 重 状 態 が 異 常 時 荷 重 で あ る ．設 計 荷 重 と し て は ，荷 重 係 数 で 常 時 よ り も 曲 げ 卓 越 な 荷 重 状 態 を 想 定 す る こ と に な る ．こ の 具 体 的 な 考 え 方 を 本 論 文 で は 「 第 ３ 章 異 常 時 の 荷 重 の 考 え 方 と 設 定 方 法 」 に 詳 述 し て い る ． ま た ，詳 細 な 施 工 時 荷 重 を 定 め た 基 準 類 は な い の で ，こ れ は 施 工 条 件 に 応 じ て 検 討 す る 必 要 が あ る 5 )． こ の 具 体 的 な 考 え 方 を 本 論 文 で は 「 第 ６ 章 施 工 時 荷 重 の 照 査 方 法 」 に 詳 述 し て い る ．
こ こ で ， 常 時 と 異 常 時 に つ い て ， 文 献 4) に 規 定 さ れ る 限 界 状 態 設 計 法 と の 対 応 を 考 え る ．常 時 の 性 能 と は 常 時 の 荷 重 に 対 し て「 使 用 限 界 状 態 」に 至 ら な い 性 能 で あ り ，異 常 時 の 性 能 と は 異 常 時 の 荷 重 に 対 し て「 終 局 限 界 状 態 」に 至 ら な い 性 能 で あ る ．こ れ に よ り ，本 研 究 で 提 案 す る 設 計 法 と 一 般 的 な 限 界 状 態 設 計 法 を 活 用 す る 内 容 と の 関 係 が 明 確 に な る ．
表 2‑1 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 性 能 を 区 分 す る 荷 重 条 件 の 定 義 地 震 時
常 時 異 常 時 施 工 時 Ｌ １
地 震 動
Ｌ ２ 地 震 動
荷 重 条 件
完成後に長 期的 に作用する 荷重 状態
作用する確率は 低いが，発生すれ ば長期的に作用 する荷重状態
施 工 時 に ，短 期 的 ま た は 一 時 的 に 作 用 す る 荷 重 状 態
具 体 例
土 圧 ， 水 圧 ， 自 重 ， 上 載 荷 重 ，地 盤 反 力 ， 内 部 荷 重 な ど
地 盤 沈 下 ， 地 下 水 位 変 動 等 の 土 水 圧 の 変 化 に よ る 荷 重
ジ ャ ッ キ 推 力 ，テ ー ル ブ ラ シ 圧 ，裏 込 め 注 入 圧 な ど
供用期間中※ に１〜２回程 度遭遇すると 考えられる大 きさの地震動
供 用 期 間 中※ に発生する 確 率は低いが そ の地点に起 こ り得る大規 模 な地震動
※ 供 用 期 間 は 100 年 程 度 を 想 定 し て い る
１５
常 時 の 荷 重 異 常 時 の 荷 重
施 工 時 の 荷 重 Ｌ １ 地 震 時
Ｌ ２ 地 震 時 図 2‑2 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 荷 重 状 態 の 説 明 図 鉛直方向の土水圧
鉛直方向の反力 水
平 方 向 の 土 水 圧
水 平 方 向 の 土 水 圧
地下水位
水 平 方 向 の 土 圧
水 平 方 向 の 土 圧 鉛直方向の土圧
鉛直方向の反力
水圧減少による 軸力の減少により 曲げが卓越する
地下水位 低下
異常に地下水位が低下した場合の例
マシンテールの圧力 シールドトンネル シールドマシン
ジャッキの推力
シールドトンネル施工中の荷重の例
Ｌ１地震時の 地盤変形は小さい
トンネル 上下間の 相対変位 の大小により トンネルへの 影響が異なる
基盤内は検討が省略できる
Ｌ２地震時の 地盤変形は大きい
トンネル 上下間の 相対変位 の大小により トンネルへの 影響が異なる
基盤内は検討が省略できる
１６ 2.3 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 要 求 性 能
要 求 性 能 と は 事 業 者 ま た は 発 注 者 が 求 め る ト ン ネ ル の 具 体 的 な 性 能 で あ る ． 文 献 6) に は ， 鉄 道 ， 道 路 お よ び ラ イ フ ラ イ ン 等 の 様 々 な 用 途 の ト ン ネ ル に 求 め ら れ る 性 能 を 設 定 す る 場 合 の 考 え 方 が 示 さ れ て い る ．表 2‑2 は 文 献 6) を 参 考 に 設 定 し た 地 中 送 電 用 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 要 求 性 能 で あ る ．こ れ ら の 要 求 性 能 は ，ト ン ネ ル に 送 電 設 備 が 収 容 さ れ る こ と を 考 慮 し ，安 全 性 ，使 用 性 ，環 境 性 お よ び 修 繕 性 に つ い て 下 記 に 留 意 し て い る ．
安 全 性：ト ン ネ ル 内 外 の 人 や ト ン ネ ル 周 辺 構 造 物 の 安 全 な 状 態 に 及 ぼ す 影 響 使 用 性 ： 収 容 す る 送 電 設 備 の 使 用 状 態 に 及 ぼ す 影 響
環 境 性 ： ト ン ネ ル の 周 辺 環 境 に 及 ぼ す 影 響
修 繕 性 ： 修 繕 を 行 う 際 の ト ン ネ ル の 機 能 へ の 影 響
表 2‑2 地 中 送 電 用 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 要 求 性 能 地 震 時 荷
重 性 能
常 時 異 常 時 施 工 時 Ｌ １
地 震 動
Ｌ ２ 地 震 動
収 容 設 備 の 安 全 確 保 安
全
性 人 身 お よ び 周 辺
構 造 物 の 安 全 確 保
人 身 の 安 全 確 保 お よ び 周 辺 構 造 物 の 機 能 に 長 期 的 な 制 約 を 与 え な い
使 用 性
使 用 性 の 確 保
使 用 性 へ の 支 障 は 早 期 に 回 復 可 能
常 時 お よ び 施 工 時 の 使 用 性
の 確 保
使 用 性 の 確 保
使 用 性 へ の 支 障 は 回 復 可 能 環
境 性
自 然 お よ び 社 会 環 境 の 確 保
自 然 お よ び 社 会 環 境 に 重 大 な 影 響 を 与 え な い 修
繕 性
修 繕 不 要 な 状 態 の 確 保
１７ 2.4 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 目 標 性 能
目 標 性 能 と は 要 求 性 能 を 満 足 す る た め に 必 要 と な る 躯 体 の 工 学 的 な 性 能 で あ る ． な お ， こ こ で の 躯 体 と は Ｒ Ｃ セ グ メ ン ト の 本 体 部 お よ び 継 手 部 で あ る ．
荷 重 が 作 用 す る こ と に よ り 躯 体 に 予 想 さ れ る 主 な 変 化 は ， 変 形 ， ひ び 割 れ ， 継 手 の 目 開 き と 目 違 い ，材 料 の ひ ず み 等 で あ り ，さ ら に 経 年 劣 化 に よ る 変 化 も あ る ．こ れ ら の 変 化 に 対 応 す る た め に ，目 標 性 能 を 耐 荷 性 能 ，変 形 性 能 ，止 水 性 能 お よ び 耐 久 性 能 に 分 類 す る ．こ の 目 標 性 能 を 設 定 す る に あ た っ て の 着 目 点 は 次 の と お り で あ る ． な お ， こ こ で 用 い て い る 補 修 ， 補 強 の 定 義 は 文 献 7 ) に 従 っ て い る ．
耐 荷 性 能 ： 躯 体 の 変 化 に 対 す る 補 修 ， 補 強 の 要 否 7 ) 変 形 性 能 ： 躯 体 の 変 化 が 送 電 機 能 へ 及 ぼ す 影 響
止 水 性 能 ： 漏 水 が ト ン ネ ル の 使 用 性 や 周 辺 環 境 に 及 ぼ す 影 響
耐 久 性 能 ： 経 年 劣 化 に よ る 躯 体 の 変 化 が 耐 荷 ，変 形 ，止 水 性 能 へ 及 ぼ す 影 響
表 2‑3 は 地 中 送 電 用 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 躯 体 の 目 標 性 能 で あ る ．表 2‑2 に 示 し た 要 求 性 能 を 目 標 性 能 へ 展 開 す る 場 合 の 考 え 方 を図 2‑3(a)〜 (d)に 示 す ．
表 2‑3 地 中 送 電 用 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 躯 体 の 目 標 性 能 地 震 時 荷
重 性 能
常 時 異 常 時 施 工 時 Ｌ １
地 震 動
Ｌ ２ 地 震 動 耐
荷 性 能
補 修 を 要 す る 損 傷 が 生 じ な い
補 強 を 要 す る 損 傷 が 生 じ な い
補 修 を 要 す る 損 傷 が 生 じ な い
ト ン ネ ル が 崩 壊 し な い
変 形 性 能
ト ン ネ ル の 機 能 お よ び 地 上 や 周 辺 構 造 物 に 影 響 す る 変 形 が 生 じ な い
補 強 を 要 す る 変 形 が 生 じ な い
常 時 に 影 響 を 残 す 変 形 が 生 じ な い
周 辺 環 境 に 重 大 な 影 響 を 与 え る 変 形 が 生 じ な い ． 地 震 後 に 変 形 が 進 行 し な い 止
水 性 能
ト ン ネ ル の 機 能 お よ び 周 辺 環 境 に 影 響 す る 漏 水 が 生 じ な い
周 辺 環 境 に 重 大 な 影 響 を 及 ぼ す 漏 水 が 生 じ な い
常 時 に 影 響 を 残 す 漏 水 が 生 じ な い
周 辺 環 境 に 重 大 な 影 響 を 及 ぼ す 漏 水 が 生 じ な い 耐
久 性 能
設 計 耐 用 期 間 中 に 鋼 材 の 腐 食 が 生 じ な い
※ 常 時 以 外 の 耐 久 性 能 の 低 下 は ， 補 修 を 行 う こ と で 回 復 を 図 る ．
１８
要 求 性 能 躯 体 の 目 標 性 能
安 全 性
○ 崩 落 ， 変 形 に よ り 地 上 の 人 身 設 備 等 を 損 傷 さ せ な い
○ 躯 体 の 健 全 性
の 維 持 耐 荷 性 能
使 用 性 ○ 変 形 や 漏 水 な ど で 送 電
機 能 を 妨 げ な い ○ 内 空 の 維 持 変 形 性 能
環 境 性
○ 変 形 や 漏 水 な ど 地 盤 沈 下 や 地 下 水 位 の 低 下 を 生 じ な い
○ 止 水 性 の 維 持 止 水 性 能
修 繕 性 ○ 修 繕 に よ り 送 電 機 能 を 妨 げ な い
○ 躯 体 の 耐 久 性
の 維 持 耐 久 性 能
図 2‑3(a) 要 求 性 能 か ら 躯 体 の 目 標 性 能 へ の 展 開 （ 常 時 ）
要 求 性 能 躯 体 の 目 標 性 能
安 全 性
○ 崩 落 ， 変 形 に よ り 地 上 の 人 身 設 備 等 を 損 傷 さ せ な い
○ 躯 体 の 健 全 性
の 維 持 耐 荷 性 能
使 用 性 ○ 変 形 や 漏 水 な ど で 送 電
機 能 を 妨 げ な い ○ 内 空 の 維 持 変 形 性 能
環 境 性
○ 変 形 や 漏 水 な ど 地 盤 沈 下 や 地 下 水 位 の 低 下 を 生 じ な い
○ 止 水 性 の 維 持 止 水 性 能 図 2‑3(b) 要 求 性 能 か ら 躯 体 の 目 標 性 能 へ の 展 開 （ 施 工 時 ， Ｌ １ 地 震 時 ）
要 求 性 能 躯 体 の 目 標 性 能
安 全 性
○ 崩 落 ， 変 形 に よ り 地 上 の 人 身 設 備 等 を 損 傷 さ せ な い
○ 躯 体 の 健 全 性
の 確 保 耐 荷 性 能
使 用 性 ○ 変 形 や 漏 水 な ど で 送 電
機 能 が 低 下 し な い ○ 内 空 の 確 保 変 形 性 能
環 境 性
○ 変 形 や 漏 水 な ど 地 盤 沈 下 や 地 下 水 位 の 低 下 を 生 じ な い
○ 止 水 性 の 確 保 止 水 性 能
図 2‑3(c) 要 求 性 能 か ら 躯 体 の 目 標 性 能 へ の 展 開 （ 異 常 時 ）
１９
要 求 性 能 躯 体 の 目 標 性 能
安 全 性
○ 崩 落 ， 変 形 に よ り 地 上 の 人 身 設 備 等 を 損 傷 さ せ な い
○ 躯 体 の 復 元 性
の 確 保 耐 荷 性 能
使 用 性
○ 変 形 や 漏 水 な ど で 送 電 機 能 が 長 期 間 低 下 し な い
○ 内 空 の 復 元 性
の 確 保 変 形 性 能
環 境 性
○ 変 形 や 漏 水 な ど で 地 盤 沈 下 や 地 下 水 位 の 低 下 が 長 期 間 生 じ な い
○ 止 水 性 の 復 元
性 の 確 保 止 水 性 能
図 2‑3(d) 要 求 性 能 か ら 躯 体 の 目 標 性 能 へ の 展 開 （ Ｌ ２ 地 震 時 ）
2.5 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 性 能 マ ト リ ッ ク ス
性 能 照 査 型 の 設 計 法 に 必 要 な 性 能 の 明 示 は ，橋 梁 構 造 物 の 耐 震 性 能 照 査 等 に 用 い ら れ る 性能マトリックスを用いるのが一般的である．先の 2 .5 節 に 荷 重 条 件 に 対 応 し た 目 標 性 能 を 示 し た が ，こ れ は 文 章 的 な 表 現 で あ り 工 学 的 な 性 能 を 明 示 し た 方 が さ ら に わ か り や す く な る ． し た が っ て ， 本研究の設計法では，トンネルの目 標性能を部材の損 傷 の 許 容 レ ベ ル に て 代 用 し ，こ れ と 荷 重 条 件 と の 関 係 を 性 能 マ ト リ ッ ク ス と し て 明 確 か つ 簡 潔 に 表 現 す る こ と に し た ．表 2‑4 に 地 中 送 電 用 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 性 能 マ ト リ ッ ク ス を 示 す ．損 傷 の 許 容 レ ベ ル の 定 義 は 次 の よ う に 定 め た ．
損傷レベル１：機能が健全な状態．補修を要しないか，軽微な補修で済む程度の損傷 損傷レベル２：機能を維持し継続使用できる状態．補修を要しても補強は要しない損傷 損傷レベル３：構造体として崩壊しない状態．補強により再使用が可能な損傷
こ の 目 標 性 能 の 代 用 特 性 と し て 用 い た 損 傷 の 許 容 レ ベ ル は ，従 来 か ら ト ン ネ ル の 耐 震 設 計 に 対 し て 使 用 さ れ て い た 用 語 で あ る が ，部 材 の 損 傷 に 対 す る 補 修 と 補 強 の 概 念 を 常 時 ，施 工 時 ，異 常 時 お よ び 地 震 時 の 全 て の 荷 重 条 件 に あ て は め る こ と に し た 8 ) 9 )．図 2‑4は，耐荷・変形性能において，表の性能マトリックスに示し た荷重条件と部 材 損 傷 の 許 容 レ ベ ル と の 関 係 を 表 現 し た 概 念 図 で あ る ．
２０
表 2‑4 シールドトンネルの躯体の性能マトリックス 荷重条件
損傷の
許容レベル 常時 施工時 異常時 L1 地震時 L2 地震時
損傷レベル１ ○ ○ ○
損傷レベル２ ○
損傷レベル３ ○
曲 げ モ ー メ ン ト − 曲 率 関 係
せ ん 断 力 − せ ん 断 変 形 関 係
図 2‑4 耐 荷 ・ 変 形 性 能 に お け る 各 荷 重 条 件 と 損 傷 の 許 容 レ ベ ル と の 関 係 φy φu φn 曲 率 φ 損 傷
レ ベ ル １
損 傷 レ ベ ル ２
損 傷 レ ベ ル ３ 最 大 耐 力
Ｍu 降 伏 耐 力
Ｍy(Ｍn） Ｌ １ 地 震 時 施 工 時 常 時
異 常 時 Ｌ ２ 地 震 時
せ ん 断 変 形 δＶ 損 傷
レ ベ ル １ 損 傷 レ ベ ル ２ 損 傷 レ ベ ル ３
せ ん 断 耐 力 Ｖu ｺﾝｸﾘｰﾄの せ ん 断 耐 力
Ｖc d
0.7Ｖc d Ｌ １ 地 震 時 施 工 時 常 時
Ｌ ２ 地 震 時 異 常 時
２１ 2.6 性 能 照 査 の 基 本 書 式
海 外 の 土 木 建 築 構 造 物 の 設 計 で は E C( Eurocodes )等 に 代 表 さ れ る 性 能 規 定 型 の 設 計 基 準 類 が 整 備 さ れ て い る 1 0 )． 特 に EC7 は 地 盤 構 造 物 の 設 計 に 関 す る 設 計 基 準 で あ る が ， シ ー ル ド ト ン ネ ル に 関 す る 明 確 な 記 述 は な い ． こ の 理 由 は ， 地 盤 が 荷 重 に 抵 抗 す る 地 盤 構 造 物 と 地 盤 自 体 が 荷 重 作 用 に な る シ ー ル ド ト ン ネ ル と の 違 い と 考 え ら れ る ．こ の 観 点 よ り 性 能 照 査 の 基 本 書 式 を 考 え る と ，EC7 の 地 盤 構 造 物 の 設 計 書 式 は 地 盤 強 度 法 あ る い は 抵 抗 係 数 法 で 表 さ れ る が ，シ ー ル ド ト ン ネ ル に 対 し て は 一 般 的 な コ ン ク リ ー ト 部 材 の 書 式 が 望 ま し い 1 1 )． し た が っ て ， 本 設 計 法 の 性 能 照 査 の 基 本 書 式 は式 (2‑1)を 基 本 と す る ．
1.0
／Ｒ Ｓ
γi⋅ d d ≤ (2‑1)
こ こ に ， Ｓd： 照 査 用 応 答 値 ， Ｓd=γａＳ ， Ｓ ： 応 答 値 ， Ｒd： 照 査 用 限 界 値 ， Ｒd＝ Ｒ ／ γb， Ｒ ： 限 界 値 ， γi： 構 造 物 係 数 ， γａ： 構 造 解 析 係 数 ， γb： 部 材 係 数 で あ る ．
こ の 書 式 の 基 本 的 な 特 徴 は ， 限 界 状 態 設 計 法 と 部 分 安 全 係 数 の 採 用 に あ る ． こ の 利 点 を 次 に 示 す ．
・ 荷 重 ，材 料 ，部 材 お よ び 構 造 解 析 等 の 不 確 定 要 因 を 別 々 に 取 扱 う こ と が 可 能
・ 各 性 能 に 対 す る 安 全 度 を 明 確 に 説 明 が 可 能
・ 各 種 の 不 確 定 要 因 に 対 す る 設 計 者 の 技 術 的 判 断 を 反 映 す る こ と が 可 能
・ 新 し い 知 見 に 対 す る 設 計 の 部 分 的 な 改 良 が 可 能
・ 国 際 的 な 設 計 基 準 と の 整 合 性 が よ い
本 設 計 法 で は ，表 2 ‑4 に て 荷 重 条 件 ご と に 性 能 マ ト リ ッ ク ス を 定 め て い る の で ，式 (2‑1)を 用 い た 性 能 の 照 査 は表 2‑4 の 項 目 毎 に 行 う こ と に な る ．
2.7 ま と め
第 ２ 章 で は 本 研 究 に お い て 提 案 す る 設 計 法 の 体 系 と し て 必 要 な 荷 重 条 件 ，ト ン ネ ル の 性 能 お よ び 設 計 書 式 に つ い て 論 じ た ．そ し て ，こ れ ら を 体 系 的 に 整 理 す る こ と で 性 能 照 査 型 の 設 計 体 系 を 形 成 す る こ と が で き た ．
こ の 設 計 法 の 実 用 化 に は 第 １ 章 に 示 し た よ う な 様 々 な 課 題 が あ る ．本 論 文 の 第 ３ 章 〜 第 ８ 章 に て こ れ ら の 課 題 を 検 討 し て い る ．そ し て ，そ の 検 討 結 果 を 本 章 の 設 計 体 系 に 組 み 込 む こ と で 実 用 的 な 設 計 法 に な る も の と 考 え ら れ る ．
２２
【 参 考 文 献 】
1) 国 土 交 通 省 ： 土 木 ・ 建 築 に か か る 設 計 の 基 本 ,2002.10.
2) 吉 本 正 浩 ， 阿 南 健 一 ， 大 塚 正 博 ， 小 泉 淳 ： 地 中 送 電 用 シ ー ル ド ト ン ネ ル の 性 能 規 定 と 限 界 状 態 設 計 法 に よ る 照 査 ， 土 木 学 会 論 文 集 No.764/ Ⅲ ‑67 ， 2004.6.
3) (社 )土 木 学 会 ： ト ン ネ ル 標 準 示 方 書 , シ ー ル ド 工 法 編 , pp. 93‑96, 1996.5.
4) (社 ) 土 木 学 会 ： ト ン ネ ル へ の 限 界 状 態 設 計 法 の 適 用 ， ト ン ネ ル ラ イ ブ ラ リ ー ， 第 11号 ， pp. 1‑2, 2001.5.
5) 吉 本 正 浩 ， 阿 南 健 一 ， 大 塚 正 博 ： シ ー ル ド ト ン ネ ル の 施 工 時 荷 重 の 照 査 方 法 ， 土 木 学 会 論 文 集 No.756/Ⅵ ‑62， 2004.3.
6) (社 ) 日 本 ト ン ネ ル 技 術 協 会 ： シ ー ル ド ト ン ネ ル を 対 象 と し た 性 能 照 査 型 設 計 法 の ガ イ ド ラ イ ン , pp. 1‑16, 2003.6.
7) (社 ) 土 木 学 会 ： コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書 [2001年 制 定 ] 維 持 管 理 編 , pp. 4, 2001.1.
8) (社 ) 土 木 学 会 ： 開 削 ト ン ネ ル の 耐 震 設 計 ， ト ン ネ ル ラ イ ブ ラ リ ー ， 第 9 号 ， pp. 126‑130, 2001.5.
9) 吉 本 正 浩 ： 地 中 送 電 用 立 坑 な ら び に 開 削 ト ン ネ ル の 性 能 照 査 型 設 計 法 ， 電 力 土 木 ， № 303， pp. 12‑21,2003.1.
10) 本 城 勇 介 他 ： 限 界 状 態 設 計 法 に よ る 基 礎 構 造 物 ﾓﾃﾞ ﾙ設 計 ｺｰﾄﾞの 提 案 ( 海 外 調 査 報 告 書 ),pp.1‑42,1999.3.
11) 山 海 堂 ： 性 能 設 計 時 代 の 橋 梁 下 部 構 造 の 設 計 ・ 施 工 概 論 編 , pp. 68‑84, 2002.11.
