地下回転掘削における土砂の流動特性及び掘削抵抗

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10750167
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 阿部 雅二朗 長岡技術科学大学, 工学部, 助教授 (60212552)
• Keywords: 動的解析 / 地下回転掘削 / スケールモデル実験 / かくはん抵抗 / 掘削抵抗 / 土砂流動特性 / 個別要素法 / 三次元

Research Abstract

本研究は,地下回転掘削において,シールド掘進機により掘削される土砂の流動特性及び掘削抵抗を理論的かつ実験的に明らかにすることを目的としている.
理論解析は,大深度地下における圧力状態と機体内部への土砂の流入・流出特性を考慮するために,個別要素法に基づく従来の二次元解析を三次元解析に拡張した.三次元理論解析結果を実機施工結果及びスケールモデル実験結果と比較検討し,理論解析方法の妥当性を確認した.また,チャンバ内への土砂の流入・流出を考慮しない二次元及び三次元の理論解析結果との比較も行い,各理論解析の適用範囲について検討した.実機施工時に得られた物性値を有する砂質土地盤に対する理論解析を行い,次の主な結論を得た.
(1) カッタヘッドよりチャンバ内に流入する土砂は,チャンバ前部であるカッタヘッド背面では中間ビーム及びかくはん翼との連れ回りを生じ,チャンバ後部である隔壁側のチャンバ内壁周辺では滞留する傾向が強い.
(2) カッタヘッド開口部及びチャンバ内の土砂流動状況と全掘削抵抗を十分な精度で予測するためには土砂の流入・流出を考慮した三次元解析モデルを用いる必要がある.土砂の流入・流出を考慮しない二次元及び三次元解析モデルについて,前者はチャンバ中間領域の土砂流動状況,後者はチャンバ内の土砂流動状況と中間ビーム及びかくはん翼に作用する掘削抵抗の推測には適している.
さらに,実験解析のために,地下回転掘削時の土圧状態を再現するためのプログラム加圧装置を設計した.また,チャンバ内に取り込まれる土砂の排出装置の基本設計を行った.
平成11年度では実験装置の製作を完了させ,実験解析を行う.地山土圧に相当する圧力をプログラム加圧装置により制御し,かくはん抵抗等の各種掘削抵抗を測定する.流動特性は高速デジタルビデオカメラで撮影し,画像データを平成10年度に購入したソフトウェアを利用して定量的に解析する.実験結果を個別要素法による理論解析結果及び実機施工結果と合わせて総合的に考察する.