ショートステップ工法による立坑掘削に伴う支保部材の力学挙動に関する研究

A Study on mechanical behaviour of support elements induced by shaft sinking

津坂 仁和; 稲垣 大介; 羽出山 吉裕*; 小池 真史*; 島田 智浩*; 井尻 裕二*

Tsusaka, Kimikazu; Inagaki, Daisuke; Hatsuyama, Yoshihiro*; Koike, Masashi*; Shimada, Tomohiro*; Ijiri, Yuji*

幌延深地層研究所にて新第三紀堆積岩に施工中の東立坑(仕上がり内径6.5m)の深度約220mを対象として、ショートステップ工法における覆工コンクリートと鋼製リング支保工の応力の変化や分布,発達機構を、現場計測と数値解析によって分析した。現場計測では、支保部材の初期地圧の水平面内の主応力方向の縦断面内に複数個の計器を設置し、応力計測を行った。数値解析では、立坑の施工手順を詳細に再現した三次元逐次掘削解析を実施した。その結果、覆工コンクリート内には、初期地圧の異方性と切羽の三次元的な仮支保効果の程度の差によって、10MPa以上の円周方向応力の差が生じることや、覆工コンクリートは、水平面内にて最小主応力方向を長軸とする楕円形で、上側が拡がり下側がすぼむ、すり鉢状の変形モードを呈すことを明らかにした。

Japan Atomic Energy Agency has excavating three deep shafts through soft sedimentary rock at Horonobe Underground Research Laboratory. In this paper, the author discussed change in stress and the stress distribution in a concrete lining and steel arch sets induced by the 6.5 m diameter shaft sinking. They conducted not only field measurements of stress in support elements at around 220 m in depth but also three-dimensional numerical analysis which models the shaft excavation procedure such as timing of installation of support elements and setting and removal of a concrete form. As a result, it was clarified that more than 10 MPa difference in circumferential stress occurred in a 2 m high and 400 mm thick concrete lining due to anisotropy of initial stress and three-dimensional effect of an excavation face. It was also found that a concrete lining gradually deformed from an original cylindrical form to an "oval salad bowl" form with the long axis pallarel to the direction of the minimum horizontal principal stress after a concrete form was removed.