インフラは、洪水や地震などの自然の地盤工学的災害と、地下工事や掘削などの人為的な災害の両方によって、深刻な被害を受けることがよくあります。

土木技術者と災害リスク管理チームは、これらのリスクを防ぐ方法を広範囲に研究しており、これらの危険に伴う大規模な変形を回避するより効果的な方法を依然として模索しています。

コンピュータ支援シミュレーションの出現により、研究者は移動粒子シミュレーション (MPS) などの粒子ベースの手法を利用できるようになりました。これは、より大きな領域でも独立した変形解析を行うための貴重なツールです。この方法はここ数年で普及してきましたが、設計や建設作業中に地盤の挙動を予測する場合にはまだ適用されていません。

芝浦工業大学工学部の稲積真也教授率いる研究チームは、小規模模型の実験とMPSによるコンピュータ支援工学（CAE）解析を組み合わせることにより、土圧バランスに関するいくつかの謎を調査した。EPB) シールドトンネリング。

彼らの最近の研究は、出版されたでトンネルと地下空間技術2024 年 8 月 21 日。

EPBは掘削した泥を利用してトンネルを造成するために広く使用されている工法です土壌トンネルの切羽に支持を与えるため、フォーム、スラリー、その他の添加剤を使用して掘削材料を可塑化し、水を通さず、容易に輸送できるようにします。

研究チームは、一般的な技術であるにもかかわらず、掘削土とベントナイト溶液などの可塑化添加剤を混合することで調整された泥土の可塑性がトンネル室内の土圧にどのような影響を与えるかについてはあまり知られていないことを認識した。これらの要因を洞察することで、地盤の変形を回避できる可能性が大幅に高まるだけでなく、トンネル掘削プロセス中の効率的な堆積物管理も確保できます。

「都市中心部は地下インフラへの依存度が高まっています。そのため、土壌の可塑性を効率的に管理することで、不安定なトンネル運営による遅延や構造的損傷に伴うコストを削減しながら、都市インフラの回復力を向上できる予測ツールが必要でした。」と教授は述べています。と稲積氏は述べている。

同氏はまた、この研究に関連する研究所は国連の持続可能な開発目標と一致しているため、環境を改善する方法を模索するために、大量の発掘物質やベントナイトなどの化学添加物の使用から生じる環境負荷も調査していることを強調した。建設プロジェクトの持続可能性。

の実験装置シールド掘進機にツインペア土圧計を設置し、チャンバーを模擬した密閉式土槽と撹拌羽根モデルの下降・上昇ステージで構成しました。

このシステムは、移動粒子シミュレーション (MPS) に基づくコンピュータ支援解析システムによる計算と併せて、泥の撹拌によって引き起こされる塑性変化に応じた土圧の変化の測定など、トンネル掘削プロセスを正確にシミュレートすることができました。土壌。

研究者らは、土圧が、土壌の可塑性を分析し、トンネルの安定性や機械の動作に影響を与えるベーンせん断強度やスランプ値などの相関因子を分析するための信頼できる指標であることを発見しました。

MPS の支援を受け、チームが提案する CAE 解析システムは、実験データ、トンネル掘削中の泥土の可塑性と流動性を評価および可視化するのに適していることが確認されました。

さまざまな土壌条件における泥土の塑性状態を分析して、実際の現場条件における土圧の値を評価することは、時間も費用もかかります。小規模モデル実験は、この研究で実証された計算能力と組み合わせると、EPB シールドトンネル作業の最適化と堆積物管理戦略の改善にとって貴重な資産となる可能性があります。

この技術は、特に都市環境における地下土木工事の安全性と効率を大幅に向上させる革新的な戦略に新たな可能性をもたらします。

「この研究の結果は、周囲の地面への影響を少なくする制御された運用を可能にすることで、人口密集都市部の地下鉄システム、地下施設、道路の建設に直接影響を与える可能性があります。

「私たちはまた、私たちが提案した戦略が、トンネル掘削プロセスの環境への影響を最適化し、地震やその他の地盤工学的危険が発生しやすい地域の安全プロトコルを改善するために適用されることを願っています」と稲積教授は締めくくった。

詳細情報:土圧バランスシールドトンネル工事における泥土の塑性評価、トンネルと地下空間技術（2024年）。DOI: 10.1016/j.tust.2024.106044