トンネルライブラリー第19号  シールドトンネルの耐震検討

目次

1. シールドトンネルの耐震性にかかわる基礎的知見		
 1.1 シールドトンネルの特徴		
 1.2 シールドトンネルの地震時挙動の特徴		
  1.2.1 既往の地震被害からの知見		
  1.2.2 既往の地震観測からの知見		
  1.2.3 既往の振動実験からの知見		
  1.2.4 耐震検討で考慮すべき地震の影響		
 1.3 耐震検討で想定する地震動		

2. シールドトンネルの耐震検討概説		
 2.1 耐震性能の考え方		
  2.1.1 基本的な考え方		
  2.1.2 レベル1 (L1)地震動に対する要求性能の考え方		
  2.1.3 レベル2 (L2)地震動に対する要求性能の考え方		
 2.2 要求性能と照査内容		
  2.2.1 シールドトンネル特有の要求性能		
  2.2.2 レベル1(L1)地震動に対する要求性能と照査内容		
  2.2.3 レベル2 (L2)地震動に対する要求性能と照査内容		
 2.3 周辺地盤の安定性の評価		
  2.3.1 基本的な考え方		
  2.3.2 周辺地盤の安定性評価検討		
 2.4 耐震解析手法		
  2.4.1 実用化を図るための仮定とモデル化		
  2.4.2 解析手法の種類		
 2.5 設計地震動		
  2.5.1 設計地震動の与え方		
  2.5.2 設計応答スペクトル		
  2.5.3 地震動の時刻歴波形		
  2.5.4 模擬地震波形		
  2.5.5 トンネル縦断方向の設計地震動と課題		
 2.6 構造モデル		
  2.6.1 シールドトンネル構造の力学的特徴		
  2.6.2 横断方向の構造モデル		
  2.6.3 縦断方向の構造モデル		
 2.7 地盤と構造物の相互作用
  2.7.1 基本的な考え方		
  2.7.2 地盤ばねを用いる方法		
  2.7.3 連成系モデルを用いる方法		
 2.8 耐震設計の手順		
  2.8.1 地盤挙動による耐震検討		
  2.8.2 構造解析による耐震検討		
 2.9 耐震性能向上のための対策		
  2.9.1 基本的な考え方		
  2.9.2 トンネル横断方向の耐震構造計画		
  2.9.3 トンネル縦断方向の耐震構造計画		

3. 地震時の地盤挙動の評価			
 3.1 耐震検討で必要とする地盤情報の評価		
  3.1.1 地盤調査計画の基本方針		
  3.1.2 事業進捗段階に応じた地盤調査		
  3.1.3 地盤調査・試験方法		
  3.1.4 耐震検討に必要な地盤の物性値と換算式		
 3.2 地盤応答解析の基本事項		
  3.2.1 基盤面と表層地盤のモデル化		
  3.2.2 トンネル軸方向の地盤ひずみのモデル化		
 3.3 地盤の地震応答解析手法の種類		
  3.3.1 地盤の地震応答解析の基礎的知識		
  3.3.2 全応力1次元地震応答解析法		
  3.3.3 有効応力1次元地震応答解析法		
  3.3.4 全応力2次元地震応答解析法		
  3.3.5 有効応力2次元地震応答解析法		
 3.4 特殊地盤条件下の地盤挙動の扱い		
  3.4.1 液状化地盤		
  3.4.2 地盤急変部の扱い		
  3.4.3 大深度シールド		

4. セグメントリングのモデル化			
 4.1 横断方向		
  4.1.1 基本的な考え方		
  4.1.2 セグメント本体		
  4.1.3 継手部		
  4.1.4 二次覆工		
 4.2 縦断方向		
  4.2.1 セグメント本体		
  4.2.2 継手部		
  4.2.3 二次覆工		
 4.3 最近のセグメント構造のモデル化にあたっての留意点		
  4.3.1 高剛性継手		
  4.3.2 ピン接合継手		
  4.3.3 突合わせ継手		

5. シールドトンネルの地震時挙動の解析手法			
 5.1 解析モデルと解析手法		
  5.1.1 モデル化の重要性		
  5.1.2 地震時挙動の解析の実際		
 5.2 横断方向耐震検討		
  5.2.1 基本的な考え方		
  5.2.2 トンネルと周辺地盤の相互作用のモデル化		
  5.2.3 横断方向の耐震解析手法		
 5.3 縦断方向の耐震検討		
  5.3.1 基本的な考え方		
  5.3.2 トンネル軸に沿う変位分布(位相差)モデル		
  5.3.3 トンネルと周辺地盤のモデル化		
  5.3.4 縦断方向耐震解析手法		
 5.4 トンネル線形および構造変化部の耐震検討		
  5.4.1 基本的な考え方		
  5.4.2 構造変化部のモデル化における留意点		
  5.4.3 構造検討手法		

6. 照査方法			
 6.1 照査項目と限界値		
 6.2 弾性範囲における照査方法		
  6.2.1 耐荷性能に対する照査方法		
  6.2.2 変形性能に対する照査方法		
 6.3 弾性範囲を超えた領域での照査方法		
  6.3.1 耐荷性能に対する照査方法		
  6.3.2 変形性能に対する照査方法		

7. 耐震性能の向上に効果がある構造細目			
 7.1 継手構造		
 7.2 可撓セグメント		
 7.3 特殊可撓構造		
  7.3.1 せん断変形を生じさせない可撓セグメント		
  7.3.2 シールド鋼殻残置部の可撓構造		
 7.4 免震構造		
 7.5 止水性能		
  7.5.1 シール材		
  7.5.2 Ω型止水ゴム		
  7.5.3 地震後の漏水対策		

資料	

資料−1 計算例1 : 1次元地盤モデルの地震応答解析			

1. 試算した各種解析手法および解析条件			
 1.1 地盤の応答解析手法		
 1.2 地盤条件(1次元表層地盤モデル) 		
 1.3 入力地震動		
  1.3.1 レベル1地震動		
  1.3.2 レベル2地震動		
 1.4 解析ケース		
  1.4.1 レイリー減衰について		
  1.4.2 修正R-Oモデルについて3)		
  1.4.3 FLIPの解析パラメータ		
  1.4.4 LIQCAの解析パラメータ		

2. 解析手法の違いによる解析結果の比較			
 2.1 各種解析手法の比較		
  2.1.1 レベル1地震動による地震応答解析結果		
  2.1.2 レベル2地震動による地震応答解析結果		
 2.2 二層系地盤モデルに対する解析手法の適用性		
  2.2.1 せん断一次モードを基本とした多層系地盤の応答変位計算式		
 2.3 地震動を入力する深度の影響		
 2.4 基盤層の有無による影響		

資料−2 計算例2 : シールドトンネル横断方向の耐震検討			

1. レベル1地震動に対する検討			
 1.1 概要		
 1.2 検討条件		
  1.2.1 構造条件		
  1.2.2 使用材料		
  1.2.3 地盤条件		
  1.2.4 荷重条件		
 1.3 解析手法の違いによる解析結果の比較		
  1.3.1 はり−ばねモデルによる応答変位法		
  1.3.2 平均剛性一様リングによる応答変位法		
  1.3.3  2次元動的FEM解析
  1.3.4  2次元静的FEM解析		
  1.3.5 剛性一様円環はりモデルを用いた解析解		
 1.4 地震時断面力の算出結果		
 1.5 耐震性能照査		
  1.5.1 要求性能の設定と照査方法		
  1.5.2 応力度の照査		
 1.6 計算方法の違いによる特徴		

2. レベル2地震動に対する検討		
 2.1 概要		
 2.2 検討条件		
 2.3 計算方法		
 2.4 地震時における断面力の算出結果		
 2.5 耐震性能照査		
  2.5.1 耐震性能の設定と照査方法		
  2.5.2 終局耐力照査		
  2.5.3 止水性照査		
 2.6 計算方法の違いによる特徴		

3. はり−ばねモデルを組み入れた3次元動的FEM解析			
 3.1 概要		
 3.2 計算条件		
 3.3 計算方法		
  3.3.1 解析プログラム		
  3.3.2 解析モデル		
 3.4 計算結果		
 3.5 解析手法の適用性		

資料−3 計算例3 : シールドトンネル縦断方向の耐震検討	 		

1. 概要			

2. 検討条件			
 2.1 構造条件		
 2.2 使用材料		
 2.3 検討ケース		
 2.4 地盤条件		
 2.5 入力地震動		

3. 地盤の地震応答解析			
 3.1 ばね質点系モデル		
 3.2  2次元有限要素法(FEM)モデル		
  3.2.1 解析概要		
  3.2.2 トンネル軸方向の地盤変位		

4. シールドトンネルの応答解析			
 4.1 構造解析モデル		
  4.1.1 トンネルはり要素の等価剛性		
  4.1.2 地盤とトンネルとを結ぶ地盤ばね定数の算定		
 4.2 解析結果		
  4.2.1 シールドトンネル縦断方向の地震時応答について		
  4.2.2  基盤面における入力位相差の影響について		
  4.2.3 解析手法の違いによる影響について		
 4.3 応答変位法(狭義)による解析		
  4.3.1 解析方法		
  4.3.2 解析結果		

資料−4 セグメント継手回転ばね定数の算出方法			

1. 継手の変形挙動			
 1.1 継手の種類と変形の特徴		
 1.2 継手の変形挙動のモデル化		

2. コンクリート平板形セグメント(1本ボルト)の回転ばね定数の算定モデル			
 2.1 継手部の引張ばね定数の算定方法		
 2.2 継手部の力の釣り合いによる回転中心の算定法		
 2.3 回転ばね定数の算定法		

3. コンクリート平板形セグメント(1本ボルト)の回転ばね定数の算定例			
 3.1 継手部のばね定数の算出		
 3.2 継手部の釣り合いによる回転中心の算出		
 3.3 回転ばね定数の算出		

資料−5 用語の解説	 		

資料−6 参考文献(各章の参考文献の再掲)