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トンネル設計法


山岳トンネルの地山区分と力学
2022.6.1
 【地山区分】トンネルの掘削対象地山の強度や変形特性(地山の挙動)を施工時の安定状況や計測工の結果をまとめて、トンネル支保構造設計(支保工組み合わせ)を取りまとめたもので、鉄道、道路、電力、水資源、農業用水などの事業者ごとに指針として取りまとめられ運用されている。
 【トンネルの力学】山岳トンネル工法はNATM工法が標準となってから、岩盤から土質地盤までの地山を対象としている。すなわち、軟岩から硬岩までの岩盤力学、土質地盤の土質力学、そして中間の間隙水圧を考慮したせん断強度をもつ地山の弱固結岩を対象とする力学がある。 

地圧の理論
2022.6.1
【地圧理論】日本では、土被りの浅い地山では、一般にTerzaghiの岩荷重の理論式や荷重区分表がトンネル支保設計や補助工法設計に用いられている。
1)Terzaghiのトンネルの天端にかかる土圧の理論式
  および岩荷重の区分表

 端緒はサイロの事故に対する安全確保のための荷重を検討する式として考えられ、Terzaghiがトンネルの土圧理論に適用させた。計算結果は全土被りより小さな荷重高さを与え、いわゆるグランドアーチ作用を表しているともいえる。日本では脆弱な地層が多いため、シールドトンネルから山岳工法トンネルまで幅広く活用されている。補助工法ではパイプルーフやAGF等の先受け工の土圧算定や鋼アーチ支保工の脚部拡幅等の設計に用いられている。式は地表面の上載荷重(等分布)qの影響も考慮できる。
 この式による土荷重は、地盤(地山)の内部摩擦角φと粘着力C及び単位体積重量で決定されるが、粘着力の設定によっては大きく値が変わるので留意が必要であり、C=0とすると荷重は最大値となる。



  ・Terzaghiトンネル土圧式と岩荷重表
  
  ・Terzaghiトンネル土圧式のモデルと誘導


3)補助工法に用いる切羽の押出し土圧の算定式

 切羽のすべり面を内部摩擦角φと関連付けた対数らせんで表し、土荷重はTerzaghiのトンネル土圧式を用いる。切羽を安定させる抗力Pを求め鏡ボルトの設計に用いる。天端でのすべり面の奥行・幅Bを変えて試算し、最大のPを求めるため、AGF等の先受け工の必要長さ、先受け工の必要性の検討にも使われている。

     

  ・Terzaghi-Peck-村山の式



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