鋼製支保工の降伏を考慮する
トンネル支保設計プログラム「TRASY」
トンネル支保工を合理化する新しい設計手法
土被りが大きく、かつ脆弱な地盤内にトンネルを建設する場合は、トンネル支保工に大きな土圧が作用します。
数値解析を用いてトンネル支保工を設計する場合、従来の設計手法では鋼製支保工と吹付けコンクリートそれぞれの応力が許容値を超えないように、支保工のサイズを決めていました。しかし実際は鋼製支保工の応力が許容値（降伏応力）に達すると、鋼製支保工に代わって吹付けコンクリートや周辺の地盤が土圧を負担することが、鹿島のこれまでの実測結果から分かっています。そこで鋼製支保工が降伏した後、吹付けコンクリートや周辺地盤に土圧が配分される様子をシミュレートできるFEMトンネル解析プログラム「トレーシー（TRASY；Tunneling Rational Analysis with Support Yielding model）」を開発しました。
特許登録済
- キーワード
- FEM解析、鋼製支保工、鋼材の降伏、蛇紋岩
TRASYの概要
トンネルの支保工に大きな土圧が作用すれば、鋼製支保工の応力が許容値（降伏応力）に達します。さらに大きな土圧が作用すれば、その状態のまま壊れることなくトンネルの変形に追随し、鋼製支保工に代わって吹付けコンクリートや周辺の地盤が土圧を負担するようになります。つまり鋼製支保工の応力が許容値（降伏応力）に達しても、吹付けコンクリートの応力に余裕がある限り、トンネルの安定性は保たれます。
TRASYを用いれば、鋼製支保工が降伏した後にトンネルに作用する土圧が吹付けコンクリートや周辺の地盤に分散される様子をシミュレートできるため、土被りが大きくかつ脆弱な地盤内にトンネルを建設する際のトンネル支保工の挙動を精度よく再現することが可能です。
支保工への作用土圧と支保応力の関係
特長・メリットココがポイント
支保工のサイズアップが不要
従来のトンネル支保設計手法では、鋼製支保工の応力が許容値（降伏応力）を超えれば、鋼製支保工と吹付けコンクリートの応力が許容値を下回るように、支保工をサイズアップしていました。一方TRASYを用いれば、鋼製支保工が降伏しても吹付けコンクリートの強度を最大限活用する合理的な支保設計が行えるため、多くの場合、支保工のサイズアップは不要になります。
従来のトンネル支保設計とTRASYを用いたトンネル支保設計の比較
解析事例
土被り200m～300mの蛇紋岩地帯に建設される道路トンネル（内空断面積76m2）にTRASYを適用して支保設計を行い、下図のような支保仕様を採用しました。またTRASYを用いてトンネルの挙動（実測変位）を再現し、支保部材の応力に関する実測結果と解析結果を比較した結果、両者がよく一致することを確認しています。
従来のトンネル支保設計とTRASYを用いたトンネル支保設計の比較
トンネル挙動の実測結果とTRASYを用いた解析結果の比較
学会論文発表実績
- 「鋼製支保工の降伏時における剛性低下を考慮した支保設計事例」，第67回土木学会年次学術講演会，2012年