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Ｉ Ｑ
Ｆ − １ 。１誦４パｊｊ ＠K)dak。 妃 ｀ 町 政 一 戸 ’ 2007 TM:Kodak ’. bla＆ ｡ 。︱ 一 り ○ ○ り Ｈ ｇ ・ Ｘ Ｑ こ ｉ ︲ ︲ＳＵＭＭＡＲＹ
The demand fbr constructing ofurban tullnels had incrcased in ol･de】-tosupporHhe vigorous economic activlties since the latter half of 1960｀swhenthe.lapancse economy entered into the high gmwt】l period. This needssoonincrcased rapidly｡
Many of the large citiesin Japan are located on a llolocene plain wllich is not a good ground fbr constructing an urban tunnel. The surface ground ill urban arcas is，fbr exalnple，generally son and week. Urbanareas，n!Orcover，has been populalcd at a high conccntration. Under these conditjons，the shicld tunneling nlelhnd.orjginally developedas aspecial tunnel construction technique under a riverbed，seabed，ctc.，】las been used more and nlore as a urban tunnel constructioll nlethod becausc it hardly causes ground deformatlon such as suhsidence which may causc structural damagc at tllc ground surface.Collsequently， the infrastructures were ovcrcrowded in thc underground with the depth of shallow to middle in urhan areas. Tunnels that will he constnlcted m l】lefiJture，therefore，tend to be built in dccp dept】lwhere hard deposit such as Pleistoccne and Tertiary period deposlts are predominant｡
The construction technique of the shield tunnelinghas been improvcd in ordcr lo respond thesenewrequirements in recent years. The had environmental conditjons thal is pecu】iar in the deep ground such as the high water pressure have heell overcome.
Sevcral tunnels has been constructed at the depth of more than 50m｡
Compared with the remarkable improvement of the construclion tcchnique， the design procedure was hardly progressed. The design method used in the Kakunouzan tunncl by Nagoya City Hlgh-Speed Railway Burcau in 1960 and thc SyakuJii River tunnel hy Tokyo City Sewage Bureau in 1962，has been used without m4]o｢ modlfication.Design speciflcations fbr underground tunnels wlth shallow to middle dept11s such as Guide of Shield Tunneling Method established in 1969 and Standard Segment fbr Shield Tunnel Lining establlshed in 】973 based on the design method of these tunnels，has been used in the shield tunnel with deep depth. These deslgn methods will be rderred as convcntional design method hercaner｡
AIl the soil that surround the tunne】】iningis considered to work as a 】oadin these design methods. A vertical earth pressure is calculated based on the limit equilibrium theory proposed by Ter7aghi. Ahorlzonta】earlh pressure is evaluated fiom the vertical earth pressure by multip】ying the lateral pressure coemcient. ln addition to this horizontal earth pressure， an Winkler's type spring is used in order to consider the interactjon between the ground and the tunrlel】ining，Measured earth pressure on the tunnel lining is，however，shown to be smaller thall these calculations in the hard deposit.This observatjon strongly indicates a possjbjllty of the rationa】design method which is required because tunnels construction uses huge construction cost in order to resist the high earlh pressure｡
Th】spaper is planned to respond lhese requirements and proposes a new design method by evaluating the earlh pressure precisely by consjdering the interactive hehavior between the shield tunnel lining and surroundjng ground. A general outllne of five chaptcrs composing this paper is as fo】lows:
１−２ 研究の概要および本論文の構成
≒ 明衣研究は∩･,Iか作の高い地盤申に構築されるシールドトンネル覆T.の合珊的な
設,判去を栓,吋したものであり，地雌と留llとのll口,JI頌］をfリ11的に取り扱うこと
のできろ荷･n系 構造T･デルおよび相万作川モデル（以ド，荷唄系 構肪・桂万
作川モデルと呼ぶ）を構築することに研究の主眼がある．
本,ふえは５ぐ･ﾌで構成されており，その概要は以ﾄ’のとおりである．
第
１
章は序､沿である．本章では従火からのシールドトンネルの設計法の変遷を
振り返ることにより、わが国におけるシールドトンネルの現行の設､汁法が嶋築さ
れた経緯を明らかにし、その土で本研究の位置づけと目的を述べている
．
第２章は地盤と一階Ｔ.との相互作用の考え方を弾性理論に基づいて評価したも
のｰで･あり，ljr,Iか￨池の高い地盤を
二
次元弾性体と仮定し，この地豺申にシールドト
ンネルが構築される場合を検討している.
jﾐｰj≒二次元弾性理論に基づく地盤と覆工との相互作用は，地盤と檀工との剛
性比や菊咀条件によって定まる応.力とトンネル覆￣Tこの半径方向の変形に従属し
で定まる応力とに分けて考えることができることを明らかにし，次に．これらの
応.ﾉJの特性を￨ﾘ]確にした．すなわち，現行のシールドトンネル覆
T
Eの曲げ剛性お
ｔぴ軸剛性は洪稲地盤や第.
j
りI!の固結した地盤に代表される自.ヽy性の高い地盤
の￨剛性と比べて相'11に大きく，地盤と覆Ｔとの剛･￨俘比や荷重条件によって定まる
応ﾉ｣は無削できること，およびトンネル覆Tでの半径方向の変形に従属して定まる
｣心ﾉJは地盤の変形係数，ポアソン比および覆
T
Eの外半径を与,えることで簡便に算
ぷ'ごきることを￨りjらかにした．
さらに，トンネル閔丁が士水圧の荷･眠を受けて変形する際に，地盤が受像的な
吊必｣を小-J'現今と市価的な挙動を示す場合のそれぞれの力学的特性は基本的に
S‘11.なるとお'えられることから．ご･1次元弾性珊論のみに基づいてトンネル覆Ｔの半
;¥万￨･‘IJの変剱:こ従属して定まる応力を求めるのは合理的でないことを説明した．
最後にll記の検,付結果を踏まえて．欧り･￨ヽ1諸国で用いられている
二
次元弾性理論
こ｣,いjくトンネル覆土の設,汁法の矛盾点を明確にし．￨欣州諸国の考え方をわが国
４ 一 一 吊１昂 庁 ｙ 包 1 ｣ 冊の[いけずの高い地盤において適川するのにけ疑問かおることを指愉した
第３章は穆図IUざ験にJ,いういて地盤と覆Ｔとの相九作用を,IHIli
L たものである．
まず，豊浦標準砂を川いて模型地盤を作成Ｌ，この膜剛地豺の外俳｣から水平一万
向に荷重を載荷した引唸荷したりすることにより，弾性的な挙ljを示士範囲にお
ける砂地盤の受像時や半価時の変形係数およびポアソン比などの力学的特性を
把握した．その結果から，模型地盤が受像的な挙動を示す場合には地盤を線形な
受像地盤ばねで，また主像的な挙動を示す垢今には線形な半価地盤ばねでそれぞ
れモデル化できることを述べた．
次に，この模型地盤中にトンネル模型を埋設した載荷実験を行い，受像時や,主
働時の地盤ばねのばね定数の評価方法の妥ij吐を栓照するとともに，これらの地
盤ばねを用いた全員地盤ばねモデルによる計･算を行りて，実験で得られたトンネ
ル模型の挙動がよく説明できることを示した．また，模型実験とII剥儡な条件ドに
おいて試設計計算を行い,全周地盤ばねモデルによる計算法がとくに市価地盤ば
ねの作用によりトンネル周辺の地盤内応力の再配分を表現でき，結果として覆TIT
に生じる最大曲げモーメントや最大軸力が軽減されて，覆工設計の合理化を図る
ことができる有用な断・力算定法であることを示した．
さらに、二次元弾性FEMを用いて模型地盤中の応力状態を解析し、トンネル
模搦の変形に伴う地盤内応力の変化を把握することで､本･I論文で述べている地盤
と覆工との相互作用の考え方の妥当性に考察を加えた．
第４章は洪積分質ll地盤および洪楠粘性七地盤牛に構築された実際のシール
ドトンネルにおける計測結果を基に,第２章および第３章で述べた地盤と覆土と
の相勺ﾐ作用の評価方法の妥当性を検照したものである．
洪積砂質上地雌牛に構築されたシールドトンネルの現場計測結果とその感度
解析結果とを比較した結果，現行の規準に示される荷車系を川いて，構造モデル
としてはりーばね系のモデルを採用すれば，トンネル挙動を概ね説明できること
を確認した．その際に相互作刑を評価するモデルとして，受働地盤ばねのみを考
慮する部分地盤ばねモデルと全周地盤ばねモデルのどちらのモデルを用いても
はぼ同程度にトンネル挙動を説明できるニとがわかった．また，受働地盤ばね定
５a巾yl 1 叩 ￨
数ｊ｣地盤の変形係数から推定することが‥J能であり，↑j
.
借地盤ばね定数は第３章
で得られた知見を基に受働地盤ばね定数の半分程度としても覆1ﾐ設計の実用11
に一一mj鴉がないことを確,認した．
昌昭精悍ll他薦中に構築されたシールドトンネルの場合にも基本的に洪積砂
胃目地雅の｣記りとlii]L結果が得られた．しかし，トンネルの深度が大きくなり水
圧が巾.越才る↓ﾐうな場合には，全訳地盤ばねモデル中の半価地盤ばねによる伸張
力が有効目玉以ﾄ.に作用し．水圧の 哨11までをも低減してしまうことが確認され
た．ニのため，全丿削也盤ぱねモデルの適用にあたってはこのことに￨･分注意する
必
･
￡があることを指摘した.
=さらに，全訳地盤ばねモデルにおいて，地盤の牢価的な特性を評価した圭働地
盤ばねと受借的な特性を評価した受借地盤ばねのばね定数を同値とした場合に
は
，
覆￨でに生じる最大1111げモーメントが小さく計算され危険側の設計結果となる
=引疵悍があり，Ｊレ
=
F借地盤ばねを考慮しない部分地盤ばねモデルの場合には，
｣‘4入
￨
‖￨げモーメン
i
ヽが大きく計.□され安全側の設計結果となる反面，地盤が良好
であるならば一.創なi設計結果となる可能性があることを明らかにした．
第５章は祐治を述べたものであり、第２章:から第４章で得られたす要な研究成
以を要約して述べるとともに、自立性の高い地盤におけるシールドエ事用セグメ
レトの汗即的か設丿法を提案している．
６１−３ 既往の研究
弟１章序 諭本節では欧州諸国を中心とする諸外国およびわが国におけるシールドトンネ
ルの設計施工の変遷を顧み､従来の覆工設計における断面力算定法の考え方につ
いて考察する．また、現行のシールドトンネルの設計法の課題を明らかにする．
1-3-1 シールドトンネルの設計法の変遷
(1)諸外国におけるシールドトンネルの設計施工の変遷
1818年にBrunel,K.がシールドエ法を提唱し46)，1860年代に英国をはじめとす
る欧州各国を中心にシールドエ法が実用化された.1870年代にはアメリカで，
1890年代には旧西ドイツで，また1930年代には旧ソ連で次々と実用化され施工
実績も増加した47).表-１．１は国内外のシールドトンネルの設計施工の変遷を整
理したものである.
1960年代までの設計法がどのようなものであったのか，また荷重の評価がど
のようになされたのかについては明らかにできないが，1981年に国際トンネル
協会(lnternationa1 Tunncling Asoeiation)がトンネル構造モデルに関する調査を行
い,荷重の評価およびトンネル構造モデルの評価などに関する各国の基本的な考
え方を報告書としてまとめており 48)，欧州諸国では現在もこれに従う考え方を
用いているようである．
この報告書によると，欧州諸国は主に1975年にMuirWood,A.M.が提唱した二
次元弾性地盤中の剛性一様円環の理論解法の考え方に基づいた断面力算定法
3尚ふを採川している．この方法は地盤と覆工との相互作用を解析的に考慮して
おり，簡便にかつ直接的に覆工応力が求まるという利点がある．トンネルに作用
する荷重は地盤を無限二次元弾性体と仮定し，その外側から作用させている．鉛
直荷重は全土被り土圧を基本とし，水圧ともあわせて等分布荷重で与えている．
また水平土圧と水圧は鉛直土圧と水圧の合応力に側圧係数を乗じるとともに，深
さ方向の土圧と水圧が静水圧分布を呈するものと仮定してトンネル中心位置に
おける値を求め，これを等分布荷重として与えている．
さらにこの方法は，1979年にEinstein,H.and
Schwaltz,W.によって覆工の曲げ剛
性のみならず軸剛性をも考慮した解析解として拡張されたふ．その後，1980年
フ剛個ｅ︰︷︰綱︲↑｀偽ｅ命怜八工一命−ヽい ﹁ Ｔ榔 “ l l l : S I . ︲ 1 1 . 1 1 . 1 1 。 − ￥ ‘ ︲ ｌ ︲ ︲ ［ ’ ’ 1 1 1 1 1 . ︲ a ＆ . E ･ ･ I ∼ ！● J i ‘ j ︲ . S − ｒ 、 ！ l g l l I ︲ J ︲ 1 1 j . j ｊ ・ Ｉ Ｉ 一 ｉ Ｊ ｊ ｌ ｌ ’ ︳ 1 _ : Z r . ● ｇＦこ ・ ｉ t･ ｉ−−ＩＩ ＩＩ ｊ’∼・ Ｓ＆１ｌｓ“ 、 ｒ − ｊ Ｕ ・ − ！ Ｑ が こ 卜 り Ｉ ● − 目 刺 ぱ 一 ｀ ｓ ・ ‘ 一 − ・ − 一 一 − ・ 吸 一 ・ ● J s j h ｡ ⋮ l i ︲ l a i ' ︲ s ︲ l j l ︳ I L ︲ 7 s l l il111︳.一’ ● 團 ↑ ’ − ﹄ ﹃ ・ − Ｉ ｄ ｊ ％ 一 ￥ 、 ｕ ’ ｔ ｒ ｊ 目 ｎ ｒ ｌ ｔ ｙ ’ ︲ ’ 一 ぐ ’ ● ︲︲１１ ﹄！︲・ 一りｇ︲‘、 奉 − ｊｒｒｌ−ＩＪ− ﹃ 一 ・ ｀〃−０−Ｉ S M I S . . ︲ i l ‘ 1 . 1 1 . : ' l l l ︲ l i ‘ l g 一 ﹁ ︲ 1 ︲ ︲ l l S ︵ . . ︲ S I ︶ ︲ 一 一 ︲ 。 s i l ｡ . i ' i 。 Q I ＼ ● ● 働 ｇ ・ − 一 ｔ 一 “ ｡ 7 c i ‘ ｡ 5 ｢ ● １ ７ ｉ こ ト ｎ ？ １ １ μ ｌ ｊ ｎ ！ ｋ ｔ ま ﹃ ； ４ ︲ １ １ ︲ ｇ ｉ ｉ １ ﹃ ｒ ｎ ｔ ９ 一 Ｆ Ｉ こ Ｉ Ｉ 一 ' ︲ . j j ︲ 1 4 1 ｡ j l M Ｉ ” 一 5 i 。 z ' t ︲ 6 ＆ ％ 5 ＠ 一 ｒ ‘ ・ ｉ 秘 ﹃ ’ 一 ｉ 。 ︱ ‘ ︲ ‘ り Ｉ Ｉ ’ ︲ ・ ︲ 9 i . ｡ 1 ’ 5 。 . i ’ ﹄ 4 4 1 a ︲ ‘ . Q 1 一 一 1 ゛ 百に章序 ‘ 一 ・ ？ Ｆ ︲ ！ ｌ Ｅ 陣 紅 ！ ‘ ﹄ 一 一 轡 一 Ｆ ． ’ ’ ︲ Ｑ ‘ ー ト Ｕ ︲ ″ ト ９ ・ 自 ︰ ｕ 一 ● １ １ １ ｒ ・ ９ ‘ ｋ ’ ︱ ‘ り 、 ﹃ ’ ｓ ・ ・ Ｑ Ｉ Ｊ 一 ・ ﹃ ｆ ’ ︲ ’ ’ ’ ︲ 拳 ｉ ｘ ｌ ︱ Ｈ ・ ・ − 、 べ Ｎ Ｉ μ ’ ご 、 Ｉ ｅ ｔ 巾 卜 一 竹 ｓ ’ ー ー ー ︲ ’ ． ぼ ’ 摯 ニ か 。 ' ‘ ‘ “ ︲ ！ ' Ｍ ｉ ｉ ｓ ｉ 。 １ ' ｊ ｉ ｓ ￥ ａ ｆ " 一 一 一 a ︲ ｡ ︲ i ! s R j s ︲ j ‘ 1 1 s ｡ ' ‘ ︱ ' ︲ 1 ｣ ' ＆ 1 。 1 1 一 1 1 1 1 1 4 1 1 1 一 ・ − Ｉ Ｆ ［ ・ ・ ‘ 一 一 ’ 一 一 ・ ． l s L I . 1 1 1 1 . ' ￨ ︲ M . s i ︲ Q 1 1 1 s 4 、 。 ’ 一 ・ ・ ″ ｀ 一 − − 止 ｒ ぞ Ｉ 。 匯 ︲ ぞ ・ ｊ Ｓ 。 一 ’ ヽ ’ ‘ ・ ﹄ ￥ １ ゛ 一 一 ロ ー ４ 一 ｆ − ﹄ ミ Ｌ Ｆ ｇ ｔ ︲ ． レ 叫 μ り Ｉ ｊ ． 、 − 、 に ト １ １ ｔ ｃ ︳ 。 ９ ． １ １ １ ' １ _ ６ ｅ Ｊ ４ ' Ｆ ｊ Ｇ Ｑ ． ｆ ｆ ︲ ｌ ａ ' ｒ Ｓ ’ ︲ Ｓ 一 − 一 一 ！ Ｉ ヤ ９ 。 ‘ ト Ｓ ぼ り ・ ﹂ ︲ ニ ー 一 愉 ｜ ぼ ‘ Ｍ ｔ ６ “ “ ﹂ ９ １ Ｓ ￢ 1 1 I . 1 ' a l 皿 り 心 １ Ｆ 一 ’ 一 ‘ ・ ︱ ﹃ ’ ︲ ｆ じ ’ ● 一 ‘ ｇ ｔ ’ ヽ 、 。 ｊ ・ ｊ Ｊ ｙ ・ ・ ２ 一 S 4 J v 3 ｡ r g W I g 1 1 1 j ’ S ! I Z g : 1 & . ︲ ￨ . 4 = ﹂ 1 1 1 j s s a g ︲ i i i ﹃ ‘ ’ 一 一 、 ︱ よ ’ ｆ ・ ぷ ’ ヽ ｅ ‘ ｋ ｓ ｒ ｓ ' ２ １ ９ Ｅ Ｉ Ｕ ｓ 一 ． ら Ｑ Ｒ ね ・ ‘ ﹃ し ’ ５ ’ １ ︲ Ｊ & & Ｊ Ｗ ＼ ｉ ． ７ １ １ ｚ Ｕ ! Ｑ ! ｒ ｌ ｉ ｉ ' ９ ９ ｡ ' 。 。 ６ ｡ ＠ “ ' ︲ ∼ ︲ ︲ ︲ ｌ ｉ ︲ ︲ １ １ １ １ Ｓ Ｓ ｑ ａ ｌ ｊ Ｓ Ｉ ｌ − ﹃ ｒ ｊ ︱ ″ 馬 ド ー ー 喇 ｇ ド ー ・ 忙 − 一 Ｉ Ｉ ’ ｒ こ 一 、 ！ ｌ ｐ 。 ￡ 二 ’ ｙ − ｉ − − − − １ １ ？ ４ Ｆ ・ − ” 一 j l l l l j g l ｡ 1 ︲ 。 1 ︲ i . ' 。 ｊ ’ ｊ Ｊ ’ ︲ ・ ｌ ｊ ｌ 。 ｌ ｐ 一 が Ｅ μ Ｈ ‘ 、 一 一 、 ’ ｃ ’ 一 一 同 一 ｉ 一 一 亡 − ｒ Ｊ ト ｕ ． ｔ 、 一 、 ； ｊ 一 一 j l i . l . ‘ s S 1 7 S 1 1 1 9 1 ｡ j ’ ︲ ︲ . i 一 ｊ ゛ ︱ ・ 同 一 ｉ ． 一 − ﹄ ｌ ｌ ｒ 桐 一 こ 。 ‘ 一 一 一 一 ！ ｡ 6 ｡ 1 1 ¥ ﹂ ‘ 、 ︲ 、 − ︵ ’ Ｃ ︶ ’ Ｉ Ｆ ‘ ｌ ｒ ｊ ｒ ﹃ 一 一 ｆ Ｅ ． 一 一 ‘ ・ 日 田 ａ ゝ ψ 。 ● ％−■︱ＩＩＩ ￨'︲Ｍ４︲ １'ｉ j.J lf 4 1 ‘ s 1 1 1 U i ︲ 1 . ‘ o ﹄ ’ ︱ 壮 一 一 ｉ ４ ｡ １ ｋ ￥ ｓ ｉ ' １ ＆ １ １ ９ ' ｔ ‘ 。 ｅ 1 l a l . L I S Ｉ ・ Ｊ き ’ り ’ 回 ’ ｒ Ｕ ｊ ７ 一 ’ ニ ’ ● − − − ︱ ％ s ’ 1 g s ’ h t t p : ／ ／ w w w . Ｕ ｉ ’ Ｓ ’ 一 ’ ︲ ． ｌ ｌ ｌ ｌ ｉ Ｓ ｉ ｡ ￨ ; ａ ︲ ｌ ｉ ’ Ｚ 二 Ｉ Ｉ 一 一 ． Ｉ 一 ‘ ’ ぷ 、 k J s ' X r Q ‘ 1 1 3 3 e 。 ・ 一 ｒ Ｄ ’ １ ９ ２ １ ａ Ｉ こ べ ‘ ふ ’ 。 一 Ｉ ５︲‘ ‘ ．．ぷぶここ、ぐブ牡 賢 峠塙ド ｊ ｉ． ． ？ｙニｙ’Ｆこ．︲万一； ミ ﹃．リ ・ ｒ ひ い Ｉ ’ 一 ﹄ ﹄ 一 1 1 ' i l ︲ ︲ ︲ L l j & l l 3 ' C I Z ︲ ‘ ︲ 1 3 1 ' ︲ i l l 1 S i ︲ L 1 1 1 1 ︲ ︲ ︲ i : l a S ' ｡ . Ｊ １ ‘ ' ｓ “ ! １ １ ' ｇ ！ Ｕ Ｊ " １ ９ ｙ ｔ ｉ Ｏ ＆ ︲ ａ Ｔ ｌ ｉ ︲ Ｇ ａ 一 １ ？ き 一 一 ｇ ｌ ” ﹃ ・ ・ Ｐ ｎ ［ ］ ｈ 一 ・ む Ｉ む Ｉ ｌ ’ ﹄ 一 Ｑ Ｊ ４ ｇ ｔ ㎏ 政 巳 ︲ ﹃ ‘ 。 一 卜 ｉ ’ ︲ き Ｉ ‘ ７ 奎 ？ ︲ Ｑ ｌ ｎ ’ ｉ ︲ こ ７ ど ‘ 、 一 一 一 ； ぶ 、 ︲ ４ ９ １ １ Ｅ ｉ ４ １ ｎ ｊ ｊ ４ １ ︲ ｌ ｌ Ｓ ｉ ｉ ﹄ 匪 ・ ︲ ｎ ｀ ヽ 一 2 4 1 ｡ 1 1 j 。 Ｘ Ｔ Ｑ ４ １ １ ｓ ｌ 、 ’ ［ ﹃ ︲ を コ ｐ ・ ｔ ｓ 泌 ・ 如 ｅ コ ｙ 。 ヽ 一 一 昏 ’ ぼ Ｉ ｔ ｒ Ｌ Ｓ Ｓ ｆ ︲ Ｚ ｙ 一 ・ 、 ‘ ａ ｔ ． ’ ア ト ・ 。 ’ ‘ 一 ・ . l a ｡ i ︲ S ︲ j ︲ 4 . 1 1 j 一 ・ ・ ’ ‘ ﹄ ・ 個 別 Ｉ ﹁ 一 回 ． ｆ 一 一 む Ｉ ｒ ・ ‘ 一 一 ｔ 一 Ｍ ︲ ｊ 、 印 Ｉ Ｊ ｀ Ｍ − 一 ・ ド 壱 ｔ ‘ ｉ 。 一 、 ・ 匹 ∩． 吊｜ ｢ ｣ l i ･
￨叫ドイツのDuddcck.H.が¨￨ﾝ砂トンネル指針¨とＬてシールドトンネルの設
を発表した･ＪＩ．二の指針中に示される￨祈面ノバいむ法はMuir
Wood,A.M,や
Einstcin.H.and Schwa11z,H,の考え方を」,Qにしたものであり，
させる,良計荷.肌を簡便化L.，その荷ITICをトンネル構造（剛哲
グメント継手の剛性低下を考慮した円環）に作用させて覆Ｔ
トンネル ？ ︲ Ｉ [￨ 優作川ａ円環
、
またはセ
？ Ｉ ｜じろ断面力を
■ １ ｜算する方法である(,詳細は
2-2-2
参照)
．
またニの断㈲力算定法は覆
l
lに作川させ
る設,什荷重の算定と，地盤と雁
￨‘
.との相圧作川を考慮した￨剔111i力の算定とを分け
て取り扱う点ではわが国の断面力算定法とlidじである
．
近年の
[
伏升
￨
諸国における
設計法は前述した
Muir
Wood
,
A.M.
の方法や
Du
d
d
c
ck
,
H.
の方法が基となりでおり
￨
目西ドイツ
，
オ
ー
スト
リ
ア，ベルギー
，
フランスなどでは
，
設計定数である地盤
のポアソン比や弾性係数
，
または地盤反力係数のり
,
え方を簡便化してこれらの.方
法を地いているようである(詳細は
表-2.1
参照)
．
一
方
，
アメリカでは
1944
年に
Bu11,A.
によって地盤と覆
l
lとの相仔作Jl
j
を･考慮
した断面力算定の考え方が提案されている゛1が
，
その実用については不11
｣
であ
る
．
その後
，
軟弱地盤中のトンネル施工であった
Ba
y
AI･caRa
i
l
T
unnel
(
BART:1969
年
)
の設計に際して
，T
e
r2aghi,K.
や
Pcck,R
.
B
.の考え方
，
すなわち緩み土圧をJT
]
い
て鉛直荷重を評価するとともに覆工に一定の曲げ変形が生じるような荷重を作
用させる考え方が導入されている=1ol
.
表-１．２
は欧
州
諸国を中心とした各国およびわが国で用いられている代表的な
荷重系一構造
・
相互作用モデルの考え方を示したものである
．
９ ８玉１ 1 ] 叩 表-12シールドトンネル覆工の断面力算定に用いられている代表的な荷重系一構造・相互作用モデル ‘I≒FゾンMぐいぃ:いいいうル 紅￨ツいD.ﾉ)片ﾝ･万 水ヽに偕重内れズハ 帽帽乍剛力考夕右
備 ち
ナ李｢十 哨槃反力士 土地一反力 水 ホ li rt 加万９たは水｢t 慣用計算法゛I ヤ￨づいＵづ￨- 七た にTcr六qh泳一万緩み j.汗ｎレチ水腫．底 .I,い八し万々昂∩言に .いヘノ川一価F快階Ｔ いレ｢こノドドバこ釣 り詐うにうハげ侑． 鉛直荷肌に側万 円ll係数λを乗じ こ水ヽﾄﾞ背中.を求め る．ただし、「中の 水力取扱い万を考 がし粘性￨で力現今 と砂質tツ）場合と に分けこλを評価． スツリングラインJパ ド45の範囲に｛俑形分 布白水ヽﾄﾞ地盤脱力を考 慮.地盤反力は地盤脱力係 数ｋに水平方向変位量を 乗じて求める． λとｋは没計 の安ヤを片白 レＮ折から求め る． 上水ａ ７ ふ､・ ・が 土 土 水．‘ ’水 ぼ 圧 ｢I ｀Z Sヽ 娯？ 圧縮ばね 反力また「ま水圧 竹伸張ばね ｀回転ばね はり-ばね系モデル計算法 ￨力ご円2刈１り ﾄﾞ」 レ 同 上 部分地盤ばねモデルで よwinkler白仮定に址づ く地盤ばねで地盤反力を 評価.全固地盤ばねモデル では、Winklel･の仮定に法 づく地盤ばねに加えて,地 盤の士働的挙動を評価す る地盤ばね(伸張型の地盤 はね)を片言． 地盤ばねの取 扱い万力違いに より、部分地盤ば ねモデルと全固 地盤けねモデル とがある． 土水汗 土 土 水 水 F+ 汗 土水圧 連続体支持 M1IIIWいod､A､Mの方法以りいい ljlbtcm､IIの方法（j り､札的ドヤf-肢り ￨几とかに 鉛内所胆に側力 I汗ﾄﾞ係数λを乗じ ご氷浙荷屯を求め る．ただし，土水圧 は詐水圧分布では なく、トンネル中心 付置における水平 萌屯を求めて等分 ｲ↑ポリRで評価． 無限二次元弾性地盤の 理論解から覆.Lに生じる 断血刀を求める討目互作用 は地質の変形係数Ｅにi、 に依存しこれを用いて地 盤反力係数ｋを定義する と,以下の式で表される. k=3E/RO＋リ(5-61･) こ二ご,Ｒはづ紅の外半径、 べと他姓のホアソン比 MuirWood､Λ.M の万法では,暗ｊ をモデル化した はりの曲げ剛性 のみ考慮. Einstein､H､の方 法では,はりの曲 げ剛性および軸 肘注を考慮． 土水圧 十 土 水’ ゛水 〔I 旺 土水圧 地盤ぱね ’ヒンジ苓 ￨）uddcよＨ､の方法ぃｏ石弓） ﾄﾞ］ i. ￨,じ乍的に￨ゴこと 同様．ただし,坂本 的に八壮0.5、バよ １３として:トンネル に作用する｀ﾄ径方 向所収を求める． 全同地盤ばねモデルと 同様に地盤ばねにより相 /,ﾐ作用を評価.地盤ばね定 数はE/Rまたは0.5E/R. 士被りがトン ネル外経の２倍 以ドの場今はト ンネルクラウン の左右4ダの範 囲の地盤ばねは 考慮しない． 1 0 痢ドj 庁 論(
2
)
わが国におけるシールドトンネルの設計施工の変遷
目本において初めてシールド工法が採川された工
･
I
I
は1
1
9
1
9印に施
ﾄﾞ.
を開始し
た羽越北線折渡燧道であり
，1
926年に丹那19道
，1
936年に関門
￨
燧道
(
鉄道)と続
いている．このうち
，
折渡￨燧迦とJヽHISI鴎道は
，
地丿七が大きく途中で施
￨
ﾐを断念し
ている
．
このため，日本においてシールド工法によりてトンネルが完成したのは
￨剥門￨燧道(鉄道)が初めてとなる
.1
93
6
年に関ll'｣燧道
(
恣丿制
，19
57年に帝都高速
度交通営団永田町ll道もシール
ド
エ法を採川しているが
，
これはルーフシールド･
と呼ばれ，￨J
j
形のシールド
ト
ンネルの構築とは異なり，いわゆる先受け
l
lとして
シールドエ法を採用
し
たものである
．
また，これまでの施
工
巾准
I』
では膨張性地￨
￨
￨
や海底下とい，た特殊条件下でシールドエ法が採川されていた
．
その後
，1960
年に名古屋山高速度鉄道の覚王山
￨
鴎道
，196
2年に東京都ﾄ･水迦
局の石神井川下幹線燧道，1963年に羽田モノレールトンネルと次々とシールド
エ法が採用された.
1960
年代に川いられたシールド
l
l法がわが国の都内トンネ
ルの
ｰ
般工法として定着した始まりである
．
さらに
19
67年の浦和Iljの流域ド水
道を皮切りに泥水式シールドエ法と呼ばれる密閉型のシー-ルドが開発され，現在
では土圧式シールドとならんで主流の施工法となっている
．
このことは
，
トンネ
ルに作川する荷重を評価する土では重要なことであり
，
いわゆる密閉型シールド
が開発されたことにより，トンネルの切羽が安定し，切羽到達･油の地山の乱れを
極力減少させることが可能になった
．
その後，日本においては
，
海外に類を見ない速度でシールドT[法に改良が加え
られたり，新技術が開発され
，1999
年までに4
]
･!
1
量のT
I
で事がなされている
．
わ
が匯
￨
のシールドトンネルエ事の変遷の概略は日本土木誌.￣'I
I
に紹介されている
I
．
こニでは，前述したシールドトンネルの施工状況および設計法とその背玖となっ
た研究についてその概要を述べる．
①
羽越北繍折渡隨道：
設計施
r
ﾐの概要は田中豊によって｜羽越北線折渡隨道川
し
ー
るど設･,汁概要｜゛として発表されている
．
ニの論説報告によると，それまで
の支保'TIを施す山岳
ト
ンネル工法では導坑内の路盤隆起が大きいことからシー
ルド
l
l法の採用にぞったとしている．シールドトンネルの外径を定めるにあた，
ては
．
諸外￨玉￨等の外様が20フィ
ー
ト以上の施Ｔ分
￣
I
』
を参考としている．その例を
挙げると
. S
I.
Clai
r
C
an
ada088
9
)，
W
a
t
e
r】o
o
an
d
C
it
y
L
on
d
o
n
(1893)，Ce
ntr
a
】
ｸ ぢ １ , z 弼
Londt
l
削
]
89削.Easl R
l
ver
.
P
.
R.R
,
1
1
903
-
1909).Nort
h
R
I
,･c
l
･
,P,R.
R.(
1
903
-
1909)，
R
ot
]1
･l
ilh
c
L
o
lld
o
11
1
1
904)である．
ﾄンネルの本体構i;なとなろ函
I
Tに作川させる,硲
,
什
外力に着目すると
，
哺
￨
で設計
￨
･
.
の外力を
I
I
J
I.接定めたもの
で
はなく，シールド機の盾構(外剋)の設
計
に用いる外
力を仮定しそれをﾄンネル覆
￨
･.の構造計算に追川したようである．
仮定L.た外力について本文を引川すると，･
'
しーるどノ受ク可キ外圧ノ強度ハ
咄
,
没j
.
いレ匿深長一大11
｣
枝11｢l｣及秋田建,没事務所長ハ田技師卜協議ノ上最大平均外圧
力強庁ヲ毎ヽ
I
OJ‘ Iりり=.I紅け仮定シ之二依リ
テ
設
計
上次ノ如キ外圧カヲ
=
巧フルコト，
為ンクリ｜のとおりである．
図一1
3および
図一１
．
４
はその概要を示したもの
で
あ
週，ﾄンネルの土1ヽ･んヅ･】または斜め方向からの等分布荷重としている．なお,前
のように,洋組な柚討がなされたが，実際の施Ｔは地圧が大きく同工法によりト
ンネルの完成には至っていない
．
｛IIl l ･FよIH･￨･一方91 1=.嘲ｅ鈴Ililllj｝ぬ･・ＩＳ扱介 ｇ創ぶ四-￨･･.度の力IljJl l 4 毎111宮沢Ξ噸の剛力を受けfi四十五疸方1r･1よ
μ-3嘔 ZフーヨZZI･j･ （11）1.1H･;llll□..Irりj･Illr-’咽g］３ildll j』4j･i･（芯la白 ρ- ． 乙 ″ ふ −Ｊ町バ -６毎尽力吸−噸孚の陪力を受くる場合
図一13 折渡瞳道の設計荷重
● ● d ● ･ ● ・ ・ ･ ' ‥ ● ｀ ･ l ･ . 一 一 ￨ ● ･ I − . ･ I - ･ ･ ￣ − ・ J . . ･ ≒ ･ ･ ･ ”７ Ｚ･ ‘八︰い≒・’： . . − ’ ･ ゛ ￣ 吸 良 弘 ’ ぺ = − I ,･ I I : ￨ ¶ l d ･ 1 ･ lfバ げ I H②丹那瞳道東口水抜坑：設計陥「.の概要は」｀」一部￨燧応白に,お／帽こ述べられてい
る，それまで，温泉金玉の地盤では徊ilil」時が容易であ，3でも時田」の経過とともに
地盤が膨張し支保工だけでは耐えられなくなっていた.よらである．ニのため，悪
貿な地盤を突破する一手↓没としてシールド工法を採用するにjいりと．シールド形
式.は開放型の圧気式を採jlJLており，掘進II’IT後に鉄製セゲメントの支保により地
盤を安定させることを試みた．しかしながら，湧水の圧力が大きか･ったこと，岩
前哨硬なる上破砕帯が多かったことによりシールドエ法でﾄンネルの完成には
至･〕ていない．暖￨で（セグメント）の選定にあたっては，木材，鉄筋混凝￨:，混凝
土塊，鋳鉄，軟鋼を検討Ｌているが，鋳鉄セグメントを採用L,たようである（図
一１．５参照）．
セグメントの設計外力は折渡陰逃の場合と同様にシールド機のJIη梱に作川す
る外力として定めており，外力の算定にあたっては覆T.の￨いRおよび玉J･llを考慮
Ｌている．その結果，土圧は毎平方吋30封度としている．
漑 漏Ｓ サげ七戈囮 ｜ ・ :1!- i1-1 ･ 1 滴 ひ ｜言･I
Fﾑﾗ
:ﾎ
1 “ s ︲ 1 1 a r “ Ｆ − ・ リ 伺 ら Ｉ ﹃ ︲ ︲ ﹄ ． ら ・ ︲ Ｈ ・ コ ﹄ 一 回 Ｅ ﹃ ’ ﹃ Ｅ 一 ‘ 一 一 − … ･ ’ ￣ ￣ ￣ ･ ￣ ･ d ’ ･･ヽ ’･i ￣ ￣ ￣ ･ ･F,￣ ￣ ゛ 7 ，!･ ･ ll･ ･I･ （･･ X l j _ J . j . μi゛「如 が泊 ｜ ●‥幽 やTt･ １ ｒ ￣ ｆ や ざ 夙 測巾 １１回ぶコな ﾀ ﾞ ￣ ･ ' I ' 5 7 ; ¶ ￣ ￣ ・ ･ Ｌｒ■ ＩＩＩＩＩＩＩＩ φＩＨ−ＩＭ Ｉ−−︸−−−−μト‘ Ｌ４︲ａ︲ｅ ︲ａ︲︲︲ｌ ｉ４︲４ Ｊｌｔ 一 I − l● I I . I J I ｓ ａ ． ｓ ｡ 1 1 f江口
｜ケ押
_ｔ＿ _ ＿ こ ｉ − １ １ ●￨･.j--●･1_ j宋高尚沁‰ I“‘｣‘ ｀19ぷ 洲1●111 .勣i j､、･M、9、 Lし ｙご, l Ｓ 申 j f 1 ■ｌｌｌ﹄ ㎜･Jj● ・‥ jいごｸﾞl １ ｔｌｔｌ ｊ一ド一−−︱一−−ｌｌ−ｌｒ７ レ フ ニ ’ 付土斤仁 sii ⊇ 怖鋼玉舵 !,｀･5・j7 1;jl l･!･・ ・ l 盾哨・jll拠所Ｉｺ:咆･liントこ2;;￨一同 12図一1
,
5 丹那険道に用いたセグメントの概要
１ ３ Ｓ 、 ﹃ ” Ｉ 似 ｘ − ぞ ？ 、 ４ １ ｈ a ｡ ･ ･i : ･ ‘’ S j − 乙 − i l U こ . I ･ j l ･ I ･ ￨ ￨ ･ . ･ ･ ’ I I ” 「 n r : : ￢ 1 1 ゛ I E ゛ T n 7 n l i m ■ ㎜ ■ ･ ･ ㎜ ■ ■ ■ ･ ■ ･ ･ . . ‥ I - ￨ ･ 、 . _ g 、 ･ . ･ j ＿ ＝ j . l ● S ● ’ − M :j･;X ･..●'-』.･ -.･ I .････ .-･j ･. j j '； へ堡なk2｡｣=!g==こ ･･ 一一rZ･･'･'‘"一一図一1.4 折渡瞳道の応力計算結果
･ Ｕ - ヾ Ｘ 朗 ･ 「
③関門瞳
道
(鉄道)：々計施￨'.の概･副剥茄1門￨海道.･I｣に述べられてしヽる
．
前述の
どおり，
￨
抽Ｔ海道(鉄i引におけるシールド
1
ﾐ法の松川が，わが国において初の成
JJ ･￨りｼﾞIIである．ンールド
￨
.法は門‥-
｣
方海底館の延長約726mで適用された
．
シ
ー
ルドITSの松川にあたっては折渡随感や丹那
￨
喘道における失政例を踏まえて
，
鉄
必宵の斯Ｗのｲj･識名･にｋる会議や関門燧道研究会を組織Ｌて昭れ
11
2年∼昭和
1
6
仔
.
にかけて相当に楠,?,￨がなされている
．
さらに，丁度この頃米国クインスミッド
タウン
,
宙恣
で
シールド
1
:法が採用されていたことから，技術者を派遣して技術の
餅錯;こ努めた．その結一哭．わがIE
I
の技術向llを目指し，国産のシールド機および
ヒゲメントを川いることとした
.
iごグメントの選定にあた，ては
，
諸外国で実績のある，．木材，コンクリート，
構造川鋼および鋳鉄などを検討し，結果として鋳鉄を採用した
．
また鉄材節約の
ため 一部に鉄筋コンクリート(中子刑)を採用している(
図一1
，
6
,
図一１
．
７
参照)
，
tフグメン
i
ヽの,没計は大JI
リ
-j11]雄の考え力
･J5
61
゛1
に従っている
．
この考え方は
水中ドに構築され水丿玉によ･，て支持されるトンネルの応力計算方法であり，剛性
一様佃材の解析解をり･えたものである．設計に用いる外.力の算定にあたっては水
ぱ
.
および￨'いnの影響，トンネルト.方の￨:被りの影響,圧縮空気による内圧の影響，
1
9道内活薩jRの影響を考虚している
．図
一
１
．
８
は大井上前雄の考え方による応力
,旧か鮎沢の例を小したものである．
１ d･ .岬d･･ ヤ 唇 嘩 ψ ￨ へ ・･ し ｰ ｜ 1 . 1 1 、 f i ］ （ . ） 1 j U - 一 一 、 − 皿 ] ４ ・ Ｚ Ｉ ● ￨ ・ ■ ・ 1 ･ ● 噌 」｀;･ロ.｀｝6･ ・ ・ − ｜･ 』 ￨ ￨ 閲 1 ・ Ｓ ｜ ● ● 姻 ● 個 Ｉ ． ． ● 一 一 一 一 慟 ・ I ･ l j l j . 一 種 l d l ● ● I ● ● ･ ･ ● ● . ● ● ︲︲ ＪＩ．１１１ａ - 一 一 ● ● ！ ● タ 一 一 -一戸 ･ ｎ ぶ l i l ● ｜図一1.7 関門雛道〔鉄道〕に用いたRC中子形セグメントの概要
西 Ｉ 一 一い芦
Ｑ Ｏ ｒＶで､
｡
w-･･igk x .ご!! / V一座力 s･SIあ申●軸I太平長1●』 −一一 ㎜−−一腎？I･−■-･回｜・ Ｗ。錘憂￨゛●ＵコJlj−ﾄ●偏-22jloj!3-22t995 W｡･菱晶1゛II･治●ｕｉ(･ｌ健一MilU 11μ
永原 ｈ｛ｓＪ ｸﾞ♂ 0 7 4 6 30945 ？ １ ０ 邑 5 １ ３１１ ３ Ｒ ２ ３ ? ? ９ - ゝ 2 0 3 6J ¶.1 F 七 刊晋一 ↓犬昔昔
＿ ひ ま で １ ＿ ２ ５ ６ ６ ２ 7 0747 3414a ７ Ｓ ５ ０ ６ 隻 ９ ! 4 儡 角 ０ ? ６ ０ Ｓ Ｓ 555a4 ２ ６ ５ 邑 １ ３ ６ を 3 7 ２ ７ ０ ６ ９ ０ ６ ０ ３ ６ ６ ９ ａ ？4220 り 13 3693S ２ ４ ３ ７ ７ ． ３ ７ ０ ５ ６ ２ ４ ４ ５ ７ ｉｌ 加 積 g t l J Ｇ田白金 水 平 長 W 1 ● J 反 力 ｙ ａｊ Q ･ Q V l t ］ 0 3 7 3 6a21’0736 1111 1237 ｊ 植 0 2 0 S S − 菰･摺
1 9 S 4 一 一 O j 5 3 1637 0 2 a s 0 5 1 3 １ ３ ３ ４ OQ97 0 1 7 S ９ ９ ６ 0 3 7 7 QS29 Ｑ Ｓ ２ ９ O j 0 7 OagS ０ ８ Ｓ ５ 0 5 4 0 口 ｅ Ｓ 目 Ｓ 自 匯 目 0 7 2 1 16 0 j 1 6 9 ま Q353 a777 7ﾌﾞ 0 3 0 0 a 6 6 Q ０ ６ ５ ｎ Ｑ Ｍ ４ Ｑ ６ ６ C693 ｉ 巣渦 りc蛸ｒ一
ぎ 1 陶 ぬ 脚 Ｆ内 − 一 一士
¶ o i L ¶ さ 0 6 5 0 . Q 八 J 4 n i −− １ Ｑ Ｈ １ 3 7 0 １ ０ １ Ｓ 3 Q DF Ｉ Ｃ １ ４ IU １性工 １０ ｌ ａ Ｄ ７ 3 2 2 １ ０ ０ １ １ ． ４ １ Ｓ Ｒ・ Ｉ Ｑ Ｉ ･Ｉ Ｑ Ｑ ７ Ｓ １ ０ ４ ３ ３ １ ０ ２ Ｓ S20 27● ｌ ａ Ｓ Ｉ g 3 幻ｊ ０ ４ １き １ １ １ Ｑ１・ 5 4 S − １ ａ ９ ２ 4 S Q ｊ Ｑ ４ １ １ Ｑ い ４ ０ ５ ３ １ ０ 図一1.8 関門隨道〔鉄道〕の応力計算結果の例 １ ５図一1,6 関門瞳道【鉄道】に用いた鋳鉄セグメントの概要
吊 ･ ㈲
④名古屋市高速度鉄道覚王山陰道-9:ニれまでの･シールド￨.法は，膨張性地山
や海底ドなと･の極めて.希な特殊条件ドで川いられてきたが.ILIﾐ11｣燧道は都市部
において円同のシールド･
lj去を採川したわが国初の工事である．同工･今における
ンー-ルド￨:法は名I‘1'屋･li,催速度鉄道第３期工事の池ド∼束山間約2jkmのうち，
池ドリ jﾓ￨』 駅問約卯OmおりのＸ㈹で採用されたバ州区開け邦夫計画街路下y
･
.こ.児なり入
部
分か私
有
地
であって
．
戦前か
ら
の
住
宅
，
その他の建物が密集し
.
4ﾐたﾄ
ン
ネルト
.
の
地r
に
tレ
キ
混じりの
砂質
ロ
ー
ムおよび粘十
で
，ll
被りは
9m
͡
ヽ一
18m
で
あ
ｰ)
た(
図一１
．
９
参照
)
．
そこ
で
，
ニれ
ら
の地上
.
の建物に及ぼす支障の程度
を出火得る
￨
限り價少に￨
l
lめるため
，
学識経験者
の慎重
なる審
議
を経てシールド
I
T
法を川い
て
単線鉄道トンネル２本を併設することにした
．
当時の技術を創り上げ
ろ
に
あたり弼□
,
=した状況
の
一端は
，山
本弘によっても紹介されている
･
“
1
.
その
J
I
;を紹
介
すると
．
関門￨ａ恚(鉄道)の建設に従事された加納倹ニが都市部に適し
たト
ン
ネル
￨.
法とＬ
てシ
ー
ル
ド￨
万
法
に=着目
し，鉄道に限ら
ず‥
ﾄﾞ水道などの中小口
径･ヽの展開を図
っ
たよう
で
あ
る
．
また即
】
さ
から
建設
費
の縮減を念
頭に
おい
て
，
鉄
筋
･
コンクり
ー
ト製や鋼製のセグメントの
開
発にも取り組ん
で
いたようである
．
現
f
fl√
lti
jl]
計算法として定着している断面力算定法の考え方や
一
次覆Ｔであるセグ
メントの製作
，
精度
，，
･
,ll
l質等の管理筆法は
，
この頃にまとめられたものが原形と
な９
て
いるｔ
うで
ある
．
ヒゲメンiヽに
作
川や
る
荷重
のう
ち
鉛直
荷重
は
T
e
r
z
aghi,K
.
の
式を
参
考
に
して
，
ト
ンネﾙ
11‘I
ト
のトの換算ゆるみ高さとし
T
て
求
めて
いる
(
図一1.10
参照)
．
また水
平
荷
･
Rは鉛1
1
い
I.
FRにt1
1｣
方
j
:圧
係
数を乗じて
求
めている
．
ただし
，
ｉ時は士水分離や士
次
一
体という
￨
ﾝ?的な
￨:
質の分けはなく，十圧に対して俄
I』
方￨
_
:圧係数を乗じるＬ
ぺ公一のろ
え
Jyが用いられていたよう
で
ある
．
また覚I
F
[l
]隨退の覆工設
計
では
，
｣
4回
￨
り)･111□
￨｣
計
□法
で
川い
て
いる荷
電の
うち
三
角形分布の地盤反力は考慮してい
ない．リム当時からシールド施工時の荷'眠にっいても重視しており，ジャッキ
匝ﾉJの影響にっいては試験等を行い検討がなされている．以上の設計の結果，建
々費の縮減も削i:して，セグメントとしては鉄筋コンクリート製の中子形セグメ
ントが採用されている(写真-11参照)．
１６ W・一一･ 硝１や い’ 1 1 F 「 一一3土質柱状図（箭所は図一1に記す） 名石厦7j高速度玖漫 {第JM工−用バt貰図尚/ 一喝色j 名告１市高遠支吠運 G4t）図一1
.
9 覚王山陰道の土質状況
図一1.10 覚王山瞳道の設計荷重 ・ ■ ・ ｜ ’ ･_ぐ_J･Qご
写真-11 覚王山陰道に用いた中子形セグメント
１７弟 ' 1 1 円
⑤
東
京都
下水道
局石神井
川
下幹紬碧
道
'
：
本
￨
．
忙よｨ
りI
㈲￨り
￨
￨
ド
，
谷媒
川
，
+ﾚj
'
-排水区の汚水を小台処理場に導流する石神井川下幹線の‥剖であり
．
北王子
】
∼
３ ド
｣￨
砿
543m
に
内
坏
1
800mm
のド水道を築造したものである
．
この
￨
)(間では
￨
.
被りが
８
ヽ･
１
０
ｍ．
地.表面ド8
m
の地ド水位のもとで隨退を拍H
l
j
l)
しなければなら
ず
，
L
｡かも｣包ﾄ
.
の建物
，
交通に及ぼす影響等を極
力
少なくするため
，
圧気併
川
の
シ
･‥
ル
ド
･
￨
.
法を採川
し
ている
．
また
．
同工事は小断面のシ
ー
ル
ド
としてはわが国
て哺μJての,誠=なであり
，
シ
ー
ルドの長さは外抒に対
Ｌ
て
1.7
倍もあり
，
かつ
４
箇
げ才)
￨￨
￨
油いjS
(R
==
1
40mj
を含むものであ，た
．
地質の構成は粘
土
層
，
砂襖屈
，
軽一石
lﾄﾞ冷であり知加であった
．
次総
州･.
であるセグメントは外圧を防ぐ支保Ｔとして
，
また二次覆工コンクリ
ー
ﾄμ,
｣
:
さ
200mm
)
の外仙
｣｣
の阜枠と
し
ての役目を考慮
し
てコルゲー
ト
の
鍬
製
セ
グ
メン
ト{
桁高
1
00mm}
と
L
.ている(
写真
-
１
．
２
=参照)
．
セグメントの設計にあ
た
って
は
，
しゲメン
ト
のl
jい
R
，
ト公示:
.
水LIﾐ
，
それらの鉛直方向反力を考慮して
い
る
．
鉛
I
I'O
j･いRは
Ter7ag
hi
,K
.
の式を適用して換算緩み高さから算出
し
ている[
図
一1 11
参
り
旧
．
また
，
但
I]
方からの土荷電として地盤反力は考慮
し
ていない
．
ま
た
，
当
時から施
T.
時荷･唄も検討しており
，
コルゲ
ート
の鋼製セグメン
ト
を
用
いた坦々の=
i
込め材の充填性についても検討を加えてい
る(
図一1
，
12
参照
)
．
写真-12 石神井下幹線に用いた鋼製セグメント
18 ゛ ゛ ￨ ｜ 辿-Ps 120 rニU{yl ￣ 1 − ･ ･ ･ ■ ･ ︲︲”.y;jlﾒ砿Ｘ １ １ ｊ − Ｉ ← ︱ − 丁￣ぐ で / f S 4 夏 扁 ｀ 八 ら財
１ ９ 1 1 囲(ｺ･げ‘-ﾄ択)
昌之
− 一 一 − 一 一 一 一 一 一 一 一（９３−３）瓦畑奪紐函
図一1.11 石神井下幹線燧道の荷重算定と断面力算定モデル
(同 艇)
図一112 裏込め注入材の充填性能の検討
⑥=羽田モノレールトンネル
￨ I F i r 一ルド･ ￨.法は羽田∼浜松町間の羽田空港消 心路卜．ト被り約8111のところに邨,没L.た延長409nlのトンネルＴ乍に採用され た ブメ ｊ ︲いＦｉメいい剔こ杜らかいL1､I冷温L.り砂質シルトjSでありか．一次覆￨万であるセ
ニは、11μ￨リ〕鋼製tこグ.メントの原･肖となる軽量スチールセグメントが採
拍=されて･いる〔図一￨．１３参照〕.
lj」レp:にお圖る咄一白没計の考丿方は寵･一白』」燧送の考戈力を基本としており，現
fl=の･￨II団」計算法で川いている荷jRのうち，こ.μ］刑分布の地盤反力を初めて考慮し
/こ点に特徴がある（図一１ １４参照）．ニの設,汁によって現在の･11用計算法がほぼ完
成した.二とになる．
（２次撹工）＝り
ｸ ' う . ･ 7 L , r , 一 一 し 八形セグノント 361592 -一郎 jJ;;1F7Ly kjし ﾚ: 200×80x ↓ ｡5 11'巽齢 ･lglｼj:Ljjﾎﾟ゛｀! ｄ -一一･一一･｡ -￨。FL-Z.6CSS507 コルゲートブレート 図一1,13 羽田モノレールトンネルに用いたセグメントの概要 １ ｉ -図一1,14 羽田モノレールトンネルの断面力の算定モデル 20 レ;j･ ljf: C I 即ぺ冷
(
3)わが国におけるシールドトンネルの規準類の変遷
わが
･
玉
￨
のシ
ー
ルドトンネルの
､
役計施工に￨涸する削めての規叩は
1
9
69
乍に出
￨
]定
されたｒシ
ー
ルド
1
1
法指針JI
'I
である
．
ニの指針は河底ドや海底ドなどの極めて
感貿な地盤で採川されてきたシール
ド
臼去を
、
都心
部
の軟弱地盤をにこ対象とし
たインフラ整備のための 一般的なトンネル構築法として位fII
‘
トづけ
、
覚.
臼11
11道や
羽田モノレールトンネルなどの幾つかの
設計
施工侭
￨｣
を基に㈲
』
定された．鉛
l
l11
､1
呼
￨
ﾓ
は全土被り
土
圧
、
または
Tcrzaghi､K.
の緩み
国
王
を採川し
、
また水平
￨
消
ﾐ
は施
旧
作
をも考慮して鉛直
￨:
圧に静止
土
圧係数を乗じる程度とする考え方を基本
と
し
て
いた〔抵抗
上圧
を考慮する場合には鉛
直
￨
こ圧に主働
土
圧係数を乗じる〕
．
また指針
の適用にあたっては、必要があれば実験やその他の研究を行
っ
た土
で
、
適切な修
l]
1を加えて活月
]
を
￨
ﾇ
￨
ることとしていた
．
シールドトンネルの覆
￨
.設
計
に川いる荷
重の取扱い方について主に
着
目すると
、19
7
3
年に
;
￨･
i
l
』
定された｢トンネル'レ旧
￨
｣
標準セグメント
｣
5
:
I
から水の取扱い方の相違により上水
一
体(粘性
目
や
￨･.
永分離
(砂質士)とに土を分類し
、
それぞれの地盤に対応して鉛直
1
:圧と水ヅ土圧
の
比と
なる側方
F
I圧係数λと地盤反力係萄けとの関係が具体的に示された．
Ｎ
慎との関
係でλと
ｉ
の値を明確に関係
づ
けたのは1
9
77年に游
』
定された
｜シ
ー
ル
ドト
ン
ネ
ルの設･計施工
指
針(案)｣6'である
．
その後
、
λと
１
の値の組合せに若干の改良が
力￨
]
えられるが
、
適用土質に応じて実際のトンネルに作用する荷重
、
すなわち
-
1
1圧
や水圧を計測し
、
これらのデータを基に地盤の性質や施工法の特徴を考慮Ｌて適
切な荷電の評価を行ったか否かは明確にされていない(
表-1
､
3
∼
表-15､図一115
参照)
．
ニのことはとくに重要なことでり
、1960
年代からの高度成長時代に
伴
い
都
II
'i帥のシールドエ事量が増加したが、トンネルの安全性を･iR視するあまり、地
盤条件や施工条件などに応じて定まる
設計
荷重の考え方や断
i
削ﾉ
｣
算
定
法
の考え
方を固定化させた
．
表-1
､
6
は現行のシ
ー
ルドトンネル覆工の設
計
規準翻にお
け
る荷
重
の考
え
方の
例を示したもの
で
ある6
o)
.
これらの規準をみると
、
疸工設
計
における荷重の
評
価
は
そのほとんどが同じ
で
ある
．
また前述したよ
う
にわが国の設
計
法における萄
飛の
評
価は固定化された概念が定着しているニとがわかる
．
'方
、
都市湖の申浅深度地盤においては、ライフラインとなる地ド構
造
物が
次々と構築され
、
このよ
う
な地盤中
では
地
下
構造物が轜鮪し、対象とするシール
21副iy｣侈 諭 丿川亨げ、言 トトンネルが他の構几物と交差したドバ則役するなど、厄後施工となる陽介が多い． ニび)Ｌう/こ帽ｲﾔにけ、半 のトンネル施1ブ)陽合とけ異なり、将来のトンネルの 表-13 トンネルエ事用標準セグメント(1973年制定版より抜粋) ド｣円匹見の変化をち想定して奈則の安全性を確保する必要があるのも氷実でも 表３−ｌ ｊ左右の組臼ぜ る． 粘性上の場介 砂貧土の場合 P/ レ ４ べIE.ﾚ゛ﾊ｀ ，I Lヽ｀Lヽら，1 /n辺し r.LHjﾒむ渠,'1/ｱﾍﾞか1く｀4行者 U水､ﾔｔＺＩ zxi ｰjヽｷ訟｢/ JA 1 ．りＪＩ」 ￨‘'Jvﾉ/ /kl l/ ｜/yvﾉ11又ﾛ￨ﾊ冗りμ只vﾉ乙心丿竺こぶ日ふ八.．ＪＣ、･’ １lうζ1ふnlj 士側びづド汗￨ソ)Iぺい注解や八反心地盤においてシールドトンネルの挙動をト分 ｜ に調ぐレ Ｌり 理的な設汗￨法を旅立していくことが まれる．
ゲ
０ 0.25 0.5 1，0犬
１．０ 2.0 4,0 8.0｜
0.6 ／／ ／／／
○ ○ ０４ ／ ／ ／ ／ ／ ○ ○ 0.7 ○ ○ ○ ○ 0.5 ○ ○ ○ ○ 0､8 ○ ○ ○ ○ 0.6 ○ ○ ○ｏＩ
Ｉ
0.9 ○ ○／
／
0.7 ○ Ｏ／
／
Ｉ
｜
表-14 シールドトンネルの 十施工指針(案)(1977年制定版より抜粋)
｜
解説表18側力1づF係数リ)
｜
１ の 種類 Ｎ値による目安｜
｜まリニ砂質十 ０邨ヽ･ｏ、箔 Ｎ’ン15 かたlい粘ﾔ目 Ｎｙｓ 甲位の粘性I･ ４’、Ｎ ／’ ｘ ゆるい砂質j. ０５ヽ０６ Ｎ・．Ｉ乃 やおらかい粘り1. 0 55∼0冊 ２ここＮ･’ １ 非常にやｂらかい粘性ト 0 65∼0 75 Ｎ．’２ 一一一一 ｜ こ り‘･￨や｀勺●｢: ト ： ．： ト ＼yl｡71j:,1' ， ！ y l j 愧に ｊ‘ ｔ ｉ ‥， 几 張 犬 ‥ ， レ Ｔ ，， ｜ ： ｃ ｌｙ ｌ ｡ △ _ご∠上 l l゛¨ ¨ ¨ ¨ ゛'¨ ¨。∴‰｡，表-15 ４ １ Ｆ トンネル標準示方書(シールド編)(1996年制定版より抜粋) 解説表2.2側方土圧係数（λ）および地盤反力係数（ん） 第丿章 率 岫 ズ 白 ザ サ デ ５ 籾 所 以 聴 慟 死 恥 殖
げ
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ＯＪ妁○○認ＯＪ田 ，練 りＱ バ 佃垢 ４石 竹 昧． 哭価 い石 工Ｊ 司IF. 細lj二 諸AJM 縦゛りい 巴蓉刄 ぞ峰伺 匈訓Ｊ 原沢石 ＯＯ弩 ご 4J 田 左 こ 貰 ○ り叙斧 −瓶ら 屁覗刑 習咄慄 と?など） な奪回 匯ﾄG4 呼応． 矢･砂刎 分邸々 萄佃丿 八屁旺 こ似U ，92J 、 ゼ印リり 固．壮｛ ぞＪ噸佃 垣AJ涸ご 割Ｑ瑕石 ＯＪだ弩 々 誉 八 λ そ ｜ .X 訳͡ Σ匹こ 瓢rヽ 巳二ひ、3 ゛Iご X7 原 石 部 分 器 叙I 球 唄 吸漂
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ゾ
一乙 .へ ｙ 尽 よ」 五才 ツ ヘ 翻 居 残 柵 ﾄﾞｰ 柵 ｍ 卯 鈴 昶 胴 .、.、り 晟敢郷 痢ＩＪ一 弟矢jQ゛ やり祀 、− 口 々（ド ペペ賎士丿 卯貧少溜 心り徊細 部少弐引 ・邨ぴ９ ｇ碩・少 巾･佇朔 ＪＪ゛眠 崖匈＆ お垢脊丿 細19 4J 心9 AJ剥 弟祠頒練 丿如丿螢刊弟刊徊 ○○ 刊 祠 り1 ｀り1ご 匈 ｅ ＱＱ姫 如 咆 蚕卵胴 脚 箭 曹枕詞 Ｎ ／ 心 ／． Ｑ 八 細入惣 竺 こ 牡昌 之・お 叫ふJ蜂 ヘツ．仙９ ヱ 岨 ルﾝバ ．必ど柵だ４石， い密約丿巴シ寄り 刊．婉Ｓｊ胴Ｃデ 泌廓必匹必楓叫匈 敲嘩惣徊忿忿陥困 ○り○忠○○李胴 回り憲丿 函 4□加州杓 か 琲佃，ふ 邨 貼割付 斜 忿丿刹如鴫 Ｊｆ 佃極収奪如 ｊ９ 細か収り叙 ヤＪ 声門贈 岫 ﾄﾞ州匹潮.･ 葺い･ま 回 皿ぬ回 ド 悶匹云 固出み耀細り調湿 剥刊Ｈに紅ｙｌ? ｊ 抑だ謝聡収佃塙Ｊ 苓域。4J出島Ｚ叫 ○○怒り剥い○縦ｬﾚ
言
言
田
き刻銘二Ｚ叫 岩床辰再々i康 隆い刄２云如 冊丿咄講綬￥ ４屁喘恚刄4ﾛ 肘≒峠づ 峠牡彭に 牡聯牡 いづ弓回 詣匹回蓉 にごJ懸 心四JS匠悩 !j一ｅ．振胴佃 峠ぷびμ ○ﾕa:柵Jりい価Ｊ -ヽ一 rりＭ 回 J_工 言 妬知 μ 斬新 に ＨＨ 言 言 総 路 匝 − 珊 珊 ］ 一 々͡ バ ー２ 練｀゛ 絢 IE 料 暫 光 芒 汽 部 外 柵 円 刊 −＿り 崖差心 収ＩＪ 必冊べ・ 弓引葡回 心ﾊﾉ な恢恢心Ｕ ゼベり引 々貧柵七 心り徊四 郎柵価匈 ・詞ソＨ 硲昴一り 四づデ ＪＪや鳶 旋ぶｉＳ 奈垢を 脊／Ｏｊ 匈Q ゛J4J 頒引頒弓 心如々涙 胴哭弓忿 仁○ 掬 隠拓 ‰ ご→ぞ ヤ ･咽 Ｑ ｡茸 Ｓ 囲 ⑤ 輛端り 卯4りﾉ 赳悩 づ汀針で ｰ逞4JgJ jQ い 佃．り．松公 布怒９胴い佃 田とj私考Ｊｙ 祠4則ぐH仙Ｊ 旺唯一−石朔 ぞ二ly怒ｉ巨 い行刑こ2ぞと2 乙妬お如憾叙 町り哩寄宿き 如叙固り叙Ｒ 叙吸胴約哩ぽ き哭刻Iﾝ固喘 團ぐ忿隻胴習 胴昭ツ鳶淵． 東端JJ石倉怒 啓珊々Ｒ．Ｚ ＯＯ」が聡○言
い坦端り一 ←四匹 匹いJ 四竹 祠 と坦刑叙 瑕１ぷ 尨邸老佃 徊−− 鋭９ ｢・．･町嬰い 享で岩石Ｊ坦 Ｊ そ￡旺ＱＨ回MJJ 呼訓頒やい晋いＪ ぺ裂．．^ｊＱ地区 ･パツリョ゛Jョ石JJ ’日妁嵩噸習り 七言U 四回にゴｌ 漸喘ｊり怒,へＪｔ 霊習丿柵μｘ百十U 芸に詐にｉ ｏ鋭利こ2回ｏゼＥ ﾉﾍﾟs〃へ に忿 ！！ −− 底辺 ＳＳ 回匝 こらへ Ｓ嗜曹 ！．．こ ｀-‘・必 １１ 辰己ご 遡棒蜘 也痢択 HrllE 2-懲粉 々腎愈 ｊ昔昔 ,Xここ付
託
忌 伺 こ ぞ 悟 ぎ ／ ザ 出 − 砲 祠回
答
巴 頒 侃 Lだ 一 回 一 個 ９ 粉 だ こj lぷ − Ｊ ︲︲=｡ｚ。︲ｅ︲ｚ‘｡ｒｕ｡４ｓ７ｔ'４︲ｊｇｙｌ４９ａｗ︲ｌｌｒｌｒ￥／'ｌ ｊ ｌｆ︲／５(ｉ)ｇａ９４ｊＳｆ２ＪＩ}ｇ(４ ９ ４︲ｉ 25 上水の扱い Ｌ水分離 ll水 体 地盤 Ｅの種類 非常によく締まった砂質七 締まった砂質十、 緩い砂貧土 固結した粘性土 硬い粘性上 中位の粘性土 一 中位の粘性土 軟らかい粘性土 非常に軟らかい粘性土山川川一
詞月
上士 0.45 0.55 1＜
1.観菊章ll 4(MN/m3) ､50∼0.60 -､35∼0.45 0,45∼0.55 0.45∼0,55 0.55∼0.65 0.65∼0.75 0.70∼0.85 ｉ 30∼50 10∼30 0∼10 30∼50 10∼30 5∼10 5∼10 0∼5 0 . ￥ 値による目安 -30≦jV 15≦Ⅳ<30 Ⅳく15 25≦y 8≦Ⅳく25 4≦yく８ ４≦ｙく８ ２≦ｙ<４ ｙく２けこ]。
白水分離の場合） 解説図2.1慣用計算法および修正慣用計算法における記号使用の一例 24吊ごぐ･ よｔ蝉ぐ↓片偏に怯つく地孵丿覆｜ケノ付目坪件贈］カ評価 第yンy ’次元弾性評論に怯づく地盤と防に≒りtい∩いい尚汁づ￨￨↑￨ Ｐ ｐ
