Three-dimensional numerical analysis of time-dependent behavior of tunnels constructed by conventional method and NATM

現在，日本の山岳トンネルの建設は主にNATMが用いられているが，在来工法が用いられたトンネルも数多く存在している。NATMは掘削部分にコンクリートを吹き付けて迅速に硬化させ，岩盤とコンクリートとを固定するロックボルトを岩盤奥深くまで打ち込み，地山自体の保持力（アーチ効果）を利用してトンネルを保持する工法である。よって，土圧に対してトンネル覆工のみで地下空間を支える在来工法よりも，支保の変形や沈下量が小さいとされている。しかし，両者の力学的な状態の違いはあまり解明されておらず，建設中や供用後の長期的な挙動の違いは不明である。そこで，本研究では，在来工法とNATMで建設された同一の形状・寸法を有するトンネルの３次元モデルを製作し，コンプライアンス可変型構成方程式を用いて非線形粘弾性解析を行い，トンネル周辺の岩盤中の劣化ゾーンの大きさ・形状，内空変位の経時変化，支保工の軸力の分布とその経時変化を比較した。その結果，時間依存性の強い岩盤では，建設中は矢板工法でより損傷が進行し，内空変位の値も大きくなった。しかし，供用後にNATMで損傷が進行して内空変位の値が大きくなり，両者で10年後の損傷に違いはあまり見られなかった。2020年度資源・素材関係学協会合同秋季大会（仙台）. 2020年9月8日～10日. オンライン開催, 宮城県