第７章 結 論

第７章 結論

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第７章

結 論

第７章 結論

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本 研 究 は ， 軟 弱 な 粘 性 土 地 盤 に 構 築 さ れ た シ ー ル ド ト ン ネ ル を 対 象 と し て ， 地 震 動 が ト ン ネ ル 横 断 方 向 に 作 用 す る 場 合 の シ ー ル ド ト ン ネ ル の 模 型 振 動 実 験 を 行 い ， そ の 結 果 に 考 察 を 加 え る と と も に ， 地 盤 の 挙 動 ， ト ン ネ ル と 地 盤 と の 相 互 作 用 等 に つ い て 検 討 を 行 っ た も の で あ る ． ま た ， 耐 震 解 析 を 行 う 上 で 有 望 と 思 わ れ る ２ つ の 手 法 ， す な わ ち は り － ば ね モ デ ル を 用 い た 応 答 変 位 法 に よ る 解 析 お よ び ２ 次 元 FEM に よ る 動 的 な 解 析 を 取 り 上 げ ， そ れ ら が 振 動 実 験 の 結 果 を 説 明 で き る か 否 か を 検 討 し て ， シ ー ル ド ト ン ネ ル 横 断 方 向 の 地 震 時 挙 動 の 定 量 的 な 評 価 方 法 に つ い て 検 討 を 行 っ た ．

本 研 究 の 特 徴 は ，

① 実 物 の 複 線 鉄 道 用 の ト ン ネ ル を 相 似 則 を 用 い て モ デ ル 化 し ， シ ー ル ド ト ン ネ ル の 特 徴 で あ る 数 多 く の 継 手 を 考 慮 し た 模 型 を 用 い て い る こ と ，

② セ グ メ ン ト の み で 構 成 さ れ る ト ン ネ ル と ， こ れ に 二 次 覆 工 を 考 慮 し た ト ン ネ ル 模 型 を 用 い て い る こ と ，

③ 覆 工 構 造 の 特 徴 を 考 慮 し た シ ー ル ド ト ン ネ ル 横 断 方 向 の 構 造 解 析 モ デ ル を 用 い て い る こ と ，

に あ る ．

本 研 究 で 得 ら れ た 主 な 結 論 を ま と め れ ば 以 下 の と お り で あ る ．

① 本 実 験 で 用 い た セ グ メ ン ト の み で 構 成 さ れ る ト ン ネ ル を 千 鳥 組 に し た 模 型 に 発 生 す る ひ ず み お よ び ， 二 次 覆 工 を 考 慮 し た 場 合 の 千 鳥 組 の 模 型 に 発 生 す る ひ ず み は ， そ れ ら を い も 継 ぎ に し た 場 合 よ り も 大 き く な る ．

こ れ ら の 現 象 は ， 千 鳥 組 に よ る 添 接 効 果 に よ る も の で あ る と 考 え ら れ ， 振 動 実 験 に 用 い た 模 型 は シ ー ル ド ト ン ネ ル 横 断 方 向 の 耐 震 性 を 考 え る 上 で 重 要 な ト ン ネ ル の 構 造 特 性 を よ く 表 現 で き て い る と 思 わ れ る ．

② 本 実 験 で 用 い た 二 次 覆 工 を 有 す る ト ン ネ ル に 発 生 す る ひ ず み は ， セ グ メ ン ト の み の ト ン ネ ル の そ れ よ り も 小 さ く な る ．

こ の こ と か ら ， 振 動 実 験 に 用 い た 二 次 覆 工 を 有 す る 模 型 は ， 一 次 覆 工 と 二 次 覆 工 と の 力 の や り と り を 十 分 に 表 現 で き て い る と 思 わ れ る ．

③ ２ 次 元 動 的 FEM に よ る 解 析 法 は ，セ グ メ ン ト の み の ト ン ネ ル を い も 継 ぎ に し た 場 合 を よ く 説 明 で き る ． そ の 一 方 で ， 修 正 慣 用 計 算 法 の 考 え 方 に 準 拠 し た

第７章 結論

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方 法 を 用 い モ デ ル 化 し た ２ 次 元 動 的 FEM に よ る 解 析 は ，千 鳥 組 に し た リ ン グ に 発 生 す る 断 面 力 の 定 量 的 な 評 価 が 困 難 で あ る ． 二 次 覆 工 を 考 慮 し た ト ン ネ ル に つ い て も ， ト ン ネ ル を い も 継 ぎ に し た 場 合 は よ く 説 明 で き る が ， 千 鳥 組 に し た 場 合 に は 発 生 す る 断 面 力 の 定 量 的 な 評 価 が 困 難 で あ る ．

し た が っ て ，２ 次 元 の FEM に よ っ て ，千 鳥 組 に よ る 添 接 効 果 な ど の ３ 次 元 的 な 効 果 を 精 度 よ く 表 現 す る た め に は ，そ の モ デ ル 化 に 関 す る 再 検 討 が 必 要 と な る ．

④ 本 実 験 で 想 定 し た ト ン ネ ル の 剛 性 の 範 囲 に お い て は ， は り － ば ね モ デ ル を 用 い た 応 答 変 位 法 に よ る 解 析 に は ， 作 用 さ せ る 地 震 力 と し て 地 盤 変 位 と 周 面 せ ん 断 力 と を 用 い る 方 法 が 合 理 的 で あ る ． ま た ， ト ン ネ ル に 発 生 す る 慣 性 力 が 解 析 結 果 に 与 え る 影 響 は 小 さ い ．

こ の 結 果 か ら ， 従 来 は 明 確 で な か っ た ト ン ネ ル 横 断 方 向 の 耐 震 解 析 を 行 う 際 に 作 用 さ せ る 地 震 力 を 明 確 に 示 し た ．

⑤ は り － ば ね モ デ ル を 用 い た 応 答 変 位 法 に よ る 解 析 法 を 用 い た 場 合 に は ， 地 盤 の 地 震 時 挙 動 を 精 度 よ く 把 握 で き れ ば ， セ グ メ ン ト の み の ト ン ネ ル を い も 継 ぎ に し た 場 合 も 千 鳥 組 に し た 場 合 も ， 実 験 結 果 を よ く 説 明 で き る ． 二 次 覆 工 を 考 慮 し た ト ン ネ ル に つ い て も ， い も 継 ぎ に し た 場 合 も 千 鳥 組 に し た 場 合 も ， 実 験 結 果 を よ く 説 明 で き る ．

⑥ 本 実 験 で 想 定 し た ト ン ネ ル の 剛 性 の 範 囲 に お い て は ， ト ン ネ ル に 二 次 覆 工 を 考 慮 す る こ と で ， ト ン ネ ル 全 体 に 発 生 す る 曲 げ モ ー メ ン ト を 低 減 で き る ．

シ ー ル ド ト ン ネ ル の 供 用 期 間 全 体 に わ た る 耐 久 性 や 異 常 時 の 対 応 な ど に つ い て も 併 せ て 考 え る と ，シ ー ル ド ト ン ネ ル に は 二 次 覆 工 を 考 慮 す る こ と が 望 ま し い ．た だ し ，ト ン ネ ル 横 断 方 向 の 軸 引 張 力 が 大 き く な る た め ，注 意 が 必 要 で あ る ．

我 が 国 で は シ ー ル ド ト ン ネ ル の ほ と ん ど す べ て が 千 鳥 組 さ れ て お り ， 下 水 道 を 中 心 と し た 多 く の シ ー ル ド ト ン ネ ル は 二 次 覆 工 を 有 し て い る ． 本 研 究 で 用 い た ト ン ネ ル の 模 型 は ， 実 際 の シ ー ル ド ト ン ネ ル が 地 震 を 受 け た 場 合 の 挙 動 を 概 ね 表 現 し て い る も の と 思 わ れ る ． ま た ， 解 析 に 用 い た 各 種 の 定 数 は ， 実 際 の ト ン ネ ル の 場 合 に も そ の 構 造 諸 元 や 地 盤 の 条 件 か ら 求 め る こ と が で き ， 本 研 究 に お い て 提 案

第７章 結論

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し た 構 造 モ デ ル を 用 い る こ と に よ り ， セ グ メ ン ト 本 体 の 断 面 力 の み な ら ず ， 継 手 部 分 の 断 面 力 の 算 出 も で き る ． さ ら に ， 提 案 す る 構 造 モ デ ル は 構 造 部 材 の 非 線 形 性 な ど を 取 り 込 む こ と が で き ， 大 規 模 地 震 動 を 対 象 と し た 場 合 に つ い て も 一 定 の 精 度 で 解 析 を 行 う こ と が で き る と 考 え ら れ る ．

こ れ ら の こ と か ら ， 本 論 文 で 提 案 し た は り － ば ね モ デ ル を 用 い た 応 答 変 位 法 は ， 実 際 の シ ー ル ド ト ン ネ ル の 耐 震 解 析 に 際 し て 定 量 的 な 評 価 を 与 え る 有 用 な 方 法 で あ る と 思 わ れ る ．

地 盤 ば ね の ば ね 定 数 に つ い て は ， そ れ が 断 面 力 や 変 位 の 計 算 結 果 に 与 え る 影 響 が 大 き い こ と か ら ， は り － ば ね モ デ ル を 用 い た 応 答 変 位 法 を シ ー ル ド ト ン ネ ル 横 断 方 向 の 耐 震 解 析 の 実 務 に 適 用 す る た め に は ， と く に そ の ば ね 定 数 の 適 切 な 評 価 方 法 を 確 立 す る 必 要 が あ り ， 今 後 の 課 題 と 考 え て い る ． ま た ， ト ン ネ ル と 立 坑 と の 接 合 部 付 近 の 検 討 に 際 し て ， 応 答 変 位 法 の 適 用 が 可 能 で あ る か 否 か に つ い て も 今 後 の 検 討 課 題 で あ る と 思 わ れ る ．

シ ー ル ド ト ン ネ ル の 横 断 方 向 の 合 理 的 な 設 計 を 行 う た め に は ， 構 造 物 の 実 際 の 挙 動 を 精 度 よ く 把 握 す る こ と が 重 要 で あ る ． 厳 密 な モ デ ル 化 を 行 っ て 解 析 を 行 え ば ， 簡 易 な 解 析 よ り も ， よ り 実 際 の 挙 動 に 近 い 挙 動 を 捉 え る こ と が で き る ． し か し な が ら ， 耐 震 解 析 の 実 務 に お い て 厳 密 な 解 析 を 行 う 場 合 ， 地 盤 の 地 震 時 応 答 ， ト ン ネ ル を 構 成 す る セ グ メ ン ト や 継 手 な ど の 構 造 部 材 ， 構 造 部 材 の 材 料 特 性 ， さ ら に は ト ン ネ ル と 地 盤 と の 動 的 な 相 互 作 用 な ど 多 く の 項 目 に つ い て 非 線 形 性 を 考 慮 す る こ と と な る ほ か ， こ れ ら の 入 力 デ ー タ の 精 度 に つ い て も ， そ の 整 合 性 や 妥 当 性 の 評 価 が 必 要 と な る ． こ の た め ， 合 理 的 な 設 計 を 行 う た め に は ， 一 概 に 厳 密 な 解 析 手 法 を 用 い れ ば よ い と い う わ け で は な く ， 手 法 の 選 択 に あ た っ て は ， 対 象 構 造 物 の 規 模 や ， 解 析 に 要 す る 費 用 対 効 果 な ど を 十 分 に 考 慮 し て 行 う の が よ い と 思 わ れ る ．