1997 Fiscal Year Annual Research Report
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09651024
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高橋 弘 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90188045)
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| Keywords | 立坑シールド工法 / 掘削土砂 / 噴流 / 速度分布 / 粒子軌跡 / カッタースポ-ク |
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| Research Abstract |
目的:大深度における地下空間の建設あるいは鉄道などの大きな構造物を地中深くに造るためには,機械の搬入などのために大口径の立坑が必要とされている。従来は,地中に壁を造り,立坑の周囲を覆い,内部をパワーショベルなどで掘り下げる「連続地中壁構築工法」が採用されていた。しかし,この工法には長時間の工期と多大な建設コストが必要であるという問題点がある。本研究では新たな立坑掘削法として立坑シールド工法を提案し,その排泥機構について検討することを目的とする。
研究計画:1)カッタースポ-クを回転させず,1本のスポ-クを固定して噴流の広がり状態を把握する。2)流体の運動に追従するようなトレーサー粒子を混入させ,トレーサー粒子の挙動を追跡することにより,噴流の速度分布を計測し,流れ場を把握する。3)噴流中に想定される大きさの砕石を置き,その挙動を観察する。4)送水管の口径,流量,ビット間隔などを種々に変化させて,上述の1)〜3)の実験を行い,データを収集する。得られたデータを解析し,流れ場を理論的に求め,さらに運動方程式を基に掘削土砂の挙動を理論的に考察する。
結果:1)噴流の初期流速すなわち送水流量が増加すると噴流の広がりは小さくなることが確認された。またカッタースポ-クの傾斜角度が大きくなっても,同様に噴流の広がりは小さくなった。2)噴流の速度分布は送水管の中心軸に沿う部分の速度が大きく,中心軸から離れるに従って噴流の速度は減少する。3)粒子の移動軌跡はほぼ直線的であり,主として中心軸上の噴流によって運搬されることが確かめられた。また噴流の中心軸からずれた粒子は,噴流の速度が小さくなるため,その場に停止することが多い。4)噴流理論および河川流体力学を参考にして,エネルギー方程式より噴流の速度を理論的に考察し,さらに得られた噴流の流れ場を用いて粒子の運動方程式より掘削土砂の挙動を理論的に考察した。
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[Publications] 高橋 弘 他: "立坑シールド工法における掘削土砂の排出に関する研究" 土木学会論文集. (発表予定).
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[Publications] H.TAKAHASHI, et al.: "Automatic Discharge System of Excavated Soils in a Vertical Shield Machine" Proc.of 5rh Int.Conf.on Automation Technology. (発表予定).
