三次元複合線形におけるシールド機の理論的制御手法の開発

2012 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24560563
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Nagaoka University of Technology
• Principal Investigator: 杉本 光隆 長岡技術科学大学, 工学部, 教授 (50196755)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 豊田 浩史 長岡技術科学大学, 工学部, 准教授 (90272864) ; 玉井 達毅 長岡技術科学大学, 工学部, 助教 (30633911)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 大深度地下 / 地盤工学 / 機械力学・制御 / シミュレーション工学 / シールド工法

Research Abstract

都市部におけるライフライン整備には，地表面を占有することなく地下構造物を地中に直接構築できるシールド工法が標準工法として採用されてきている．シールド工法は，シールド機の先端を回転させて地盤を掘削するとともに，シールド機内でプレキャスト部材であるセグメントを組立て，トンネルを構築する工法である．トンネル覆工であるセグメントはシールド機内後部で組み立てられることから，シールドトンネルを計画線形に沿って構築するためには，シールド機の位置と向きを適切に制御する必要がある．しかし，これまでのシールド機制御方法は，制御を二次元平面内に限定していること，シールド機の力学的釣り合い条件を考慮していないことから，三次元複合線形でシールド機を理論的に制御することはできなかった．そこで，本研究では，三次元複合線形でのシールド機の理論的制御手法を開発することを目的として，本年度は，3D空間でのシールド機制御条件計算法に関する以下の研究を行った．
1.コピーカッター使用条件・中折れ角度の計算法の開発：事前検討によると，シールド機の形状（前胴長さ，後胴長さ，中折れ中心～エレクター間距離）によって，コピーカッター使用条件・中折れ角度（以下，制御項目と呼ぶ）の制約条件が異なることが明らかになっている．このため，シールド機をその形状により3タイプに分類し，三次元解析幾何学を用いて，三次元空間での制御項目の制約条件，トンネル計画線形，シールド機外周面，トンネル掘削面を記述し，これらを解くことにより，三次元複合線形を取り扱える制御項目の計算法を開発した．
2.パラメータスタディの実施・評価：①シールド機形状　上記3タイプ；②トンネル線形　平面線形，縦断曲線；③トンネル線形組合せ　平面線形のみ，縦断曲線のみ，三次元複合線形　をパラメータとして，パラメータスタディを実施し，得られた結果の合理性を検討した．

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

「研究実績の概要」で示したように，当初の研究計画に沿って，おおむね順調に研究は進展していると考える．

Strategy for Future Research Activity

三次元複合線形でのシールド機の理論的制御手法を開発することを目的として，本年度の研究に引き続き，次年度は，力学的釣合い条件を考慮したシールド機制御手法に関する以下の研究を行う．
1.力学的釣合い条件を考慮したシールド機制御手法の開発：平成24年度に開発した3次元空間でのシールド機制御条件の計算法を用いて，コピーカッター使用条件と中折れ角度の初期値を想定するとともに，これまで開発してきたシールド機の力学的釣り合い条件を考慮できる，シールド機動力学モデルを基に，ある一定区間でのトンネル計画線形とシールド機軌跡の偏差の２乗が最小となることを条件とする，シールド機制御方法を開発する．
2.入力物性値の設定：実際の地盤条件を考慮に入れて，数値実験に用いる入力物性値を設定する．
3.パラメータスタディの実施・評価：さらに，パラメータスタディを実施し，同手法の妥当性を検討し，力学的釣合い条件を考慮したシールド機制御手法を検証する．

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

次年度使用額は，研究支援者人件費の本年度3月分である．