TBMの掘削抵抗を利用した岩盤分類(平谷トンネル)


2.掘削抵抗と岩盤強度

TBMの掘削抵抗と岩盤強度との関係の詳細については,福井・大久保(1997)を参照されたいが,ここで簡単に述べることにする.

ディスクカッタを用いた掘削試験の結果は数多く報告されている.実験方法としては,カッタを岩石に押しつけて,岩石あるいはカッタを移動させる.岩石の種類,カッタ間隔(隣接溝の間隔)および切り込み深さ(カッタの押し込み量)などを変化させて,その時の背分力(カッタの押し込み力)および主分力(カッタ移動方向の力)を調べている.その結果をまとめると次のようになる.

1)背分力は岩盤強度(岩盤の一軸圧縮強度)Qに比例する

2)背分力は切り込み深さpの0.5〜1乗に比例する

3)主分力と背分力の比は切り込み深さの0.5乗に比例する

本研究では福井・大久保(1997)にならい,背分力は切り込み深さに比例するとする.TBMでは,カッタの背分力の合計が推力となる.また,カッタの回転半径に主分力をかけたものの合計がトルクとなる.よって,TBMでの推力FN,トルクTRは以下の式となる.

FN = c1 Q p (1)

TR = c2 Q p^1.5(2)

式(1),(2)を岩盤強度で表現すると,以下のようになる.

Q = FN/(c1 p)(3)

Q = TR/(c2 p^1.5)(4)

式(1),(2)においてc1,c2を決定しておけば,掘削時の推力,トルクおよび切り込み深さから,岩盤強度を推定することができる.なお,c1,c2はTBMの諸元(掘削径,カッタ径,カッタ間隔など)による変数であり,同一のTBMで掘削した際には定数となる.c1,c2とTBMの諸元との関係については,福井ら(2000)を参照されたい.