オーストリアの新しいトンネル工法
NATM（オーストリア新工法）は、逐次掘削工法（SEM）や吹付コンクリートライニング工法[ 1 ]（SCL）としても知られ、トンネル掘削の進行中に遭遇する岩石の種類に基づいてさまざまな壁面補強技術を最適化するために高度なモニタリングを採用した現代のトンネル設計および建設方法です。この技術は、1957年から1965年にかけてオーストリアで行われたラディスラウス・フォン・ラブチェヴィッツ、レオポルド・ミュラー、フランツ・パッハーの研究に基づき、1960年代に初めて注目を集めました。NATMという名前は、トンネル全体を補強するのではなく、周囲の岩盤の固有の地質学的強度を可能な限り利用してトンネルを安定させるという経済的な利点があり、以前の方法と区別することを意図していました。[ 2 ]
NATM/SEMは、現代のトンネル建設業界に革命をもたらしたと広く考えられています。多くの現代のトンネルでこの掘削技術が採用されています。
シーケンシャル掘削法はカルスト地形でも非常に費用対効果が高い。[ 3 ]
原則
NATMは、荷重下における岩盤の挙動と、建設中の地下構造物の性能モニタリングの原理を統合したものです。NATMは、観測された地盤条件に基づいて最適な支持構造を提供するため、「設計しながら進める」アプローチと呼ばれることがよくあります。より正確には、「設計しながら進める」アプローチと表現できます。これは、ライニングにおける収束と発散の観測と、岩盤の支配的な状態をマッピングすることに基づいています。NATMは、特定の掘削技術と支持技術の集合体ではありません。
NATM には 7 つの要素があります。
- 地盤強度の活用 - トンネル支保工の主要構成要素として、周囲の岩盤の固有の強度を活用します。一次支保工は、岩盤が自らを支えられるように設計されます。
- 吹付コンクリートによる保護 – 緩みや過度の岩盤変形を最小限に抑える必要があります。これは、切羽前進直後に薄い吹付コンクリートを塗布することで実現します。
- 計測と監視 – 掘削による潜在的な変形を注意深く監視する必要があります。NATMでは、高度な計測機器の設置が必要です。計測機器は、ライニング、地盤、ボーリング孔に埋め込まれます。変位が観測された場合、必要な場合にのみ追加の支保工が設置され、結果としてプロジェクト全体のコストが削減されます。
- 柔軟な支持 – 一次覆工は薄く、最近の地層状況を反映しています。受動的な支持ではなく能動的な支持を採用し、厚いコンクリート覆工ではなく、ロックボルト、金網、鋼製リブの柔軟な組み合わせによってトンネルを強化しています。
- インバートの閉鎖 – 軟弱地盤では特に、荷重支持リングを形成するインバート（トンネルの底部）を素早く閉鎖することが重要であり、トンネルを囲む岩盤の固有の強度を活用できるという利点があります。
- 契約上の取り決め – NATM は測定の監視に基づいているため、サポートと建設方法の変更は可能ですが、契約システムで許可されている場合に限られます。
- 岩盤の区分は、非常に硬いものから非常に軟らかいものまで様々であり、これにより最低限必要な支持対策が決定され、不必要に強い支持対策による経済的損失を回避できます。支持システムの設計は、主要な岩盤区分ごとに用意されています。これらはトンネル補強のガイドラインとなります。
最適断面計算に基づき、薄い吹付コンクリートによる保護工のみが必要となります。吹付コンクリートは、掘削されたトンネル切羽のすぐ後ろに施工され、自然な耐荷リングを形成し、岩盤の変形を最小限に抑えます。掘削後の変形を測定するために、地盤工学機器が設置されています。岩盤内の応力分布のモニタリングも可能です。
このモニタリングにより、例えば亀裂や坑水などによる岩盤の地質力学的性質の予期せぬ変化が発生した場合でも、この工法は非常に柔軟に機能します。補強は、厚い吹付コンクリートではなく、鋼製リブやラグボルトと組み合わせることができるワイヤーコンクリートで行われます。
測定された岩盤特性は、トンネル補強のための適切なツールを示唆しており、従来はRMRシステムやQシステムを用いて支持要件を推定してきました。[ 4 ] 21世紀に入ってからは、NATMは軟弱地盤の掘削や多孔質堆積物のトンネル建設に利用されています。NATMは施工内容の即時調整を可能にしますが、そのような変更に対応するための柔軟な契約システムが必要です。
異体名
NATMはもともとアルプス地方での使用を目的として開発されました。アルプス地方では、トンネルは一般的に大深度で、かつ高い原位置応力条件下で掘削されます。NATMの原理は現代のトンネル工事の基礎であり、NATMは基本的に、遭遇する特定の土質条件に特化して対処することを伴います。都市部のトンネルのほとんどは浅い深度で建設されるため、アルプス地方における初期のNATMのように、原位置応力の解放を制御する必要はありません。都市部のプロジェクトでは沈下を最小限に抑えることがより重視されるため、初期のNATMとは異なる支持工法が採用される傾向があります。そのため、トンネル技術者が「NATM」を異なる意味で使用し、用語の混乱が生じています。
NATMの用途が広がるにつれ、新たな用語が生まれ、その特定の側面には別名が用いられるようになりました。これは、米国、特に軟弱地盤の浅いトンネルにおいて、このトンネル工法の利用が増加したことが一因です。
この近代的なトンネル工法には、他の名称も用いられます。浅いトンネルでは、シーケンシャル掘削工法（SEM）や吹付コンクリートライニング工法（SCL）がよく用いられます。日本では、中央分離壁NATM工法または横断地中壁工法（いずれもCDMと略記）、あるいは上半縦割り工法（UHVS）という用語が用いられます。
オーストリア技術者建築家協会はNATMを「トンネルの周囲の岩盤や土層をリング状の支持構造に統合する工法。したがって、支持構造自体もこの支持構造の一部となる」と定義している。 [ 5 ]
開削トンネルの初期地盤支持に吹付コンクリートを提案する際に、NATMという用語を使用する技術者もいます。しかし、軟弱地盤トンネルにおいてNATMという用語は誤解を招く可能性があります。エミット・ブラウンが指摘しているように、NATMは設計理念と施工方法の両方を指すことがあります。[ 6 ]
主な特徴
NATM 設計哲学の主な特徴は次のとおりです。
- トンネル周辺の地盤の強度を意図的に最大限に活用します。
- 地盤の変形を制御可能にすることで、地盤強度の強化が実現します。
- 初期の一次支持は、地盤条件に適した荷重-変形特性を持つように設置され、設置時期は地盤の変形を考慮して決定されます。
- 計測機器は、初期サポート システムの変形を監視するため、および初期サポート設計と掘削の順序を変更する基礎を形成するために設置されます。
NATM を建設工法として見ると、主な特徴は次のとおりです。
- トンネルは順次掘削され、支持されます。掘削の順序は、遭遇する特定の岩盤条件に効率的に対処するために変更できます。
- 初期の地盤支持は、繊維または溶接金網補強材、鋼製アーチ（通常は格子桁）、場合によっては地盤補強材（ソイルネイル、スピリングなど）と組み合わせたショットクリートによって行われます。
- 恒久的な支持は、通常、防水膜の上に配置された現場打ちコンクリートライニングです。
- インバート、つまりトンネルの底部を素早く閉鎖して、トンネルセクションの上部に自然に形成された岩石または土壌の弧を利用した構造リングを作成します。
安全性
1994年のヒースロー・エクスプレス・トンネル崩落事故は、NATMの安全性に疑問を投げかけました。しかし、その後の裁判では、崩落の原因はNATMではなく、施工不良と施工管理の欠陥であるとされました。[ 7 ]
参照
参考文献
- ^ Alun Thomas (2019). 『吹付コンクリートライニングトンネル 第2版』イギリス、アビンドン：Taylor & Francis. p. 288. ISBN 9780367209759。
- ^ Levent Özdemir (2006). North American Tunneling . Abingdon, UK: Taylor & Francis. p. 246. ISBN 0-415-40128-3。
- ^ Zhang、D.、Xiong F.、Zhang L.、2016
- ^ “RMRとQシステム” . 2021年8月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。2021年8月27日閲覧。
- ^アラン・ミュア・ウッド (2002). 『トンネル工事：設計によるマネジメント』 イギリス、アビンドン：テイラー＆フランシス、p. 328. ISBN 978-0-419-23200-1。
- ^ Victor Romero (2002). 「軟弱地盤におけるNATM：用語の矛盾？」 Jacobs & Associates .
- ^シャニ・ウォリス「ヒースロー空港の失敗はNATM（乱用？）の誤解を浮き彫りにする」特集：英国のケーススタディ。TunnelTalk。47 ～ 50ページ。
さらに読む
- ヨハン・ゴルサー、「新オーストリア式トンネル工法（NATM）、理論的背景と実用的経験」。第2回ショットクリート会議、ペンシルベニア州イーストン（米国）、1976年10月4日～8日。
外部リンク
