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新オーストリア工法（NATM）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、トンネル工事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いて、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、現代のトンネル掘削業界に革命をもたらしたと一般的に考えられています。多くの現代のトンネルでこの掘削技術が使用されています。
連続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、荷重を受けた岩盤の挙動の原理と、建設中の地下構造物のパフォーマンスの監視を統合します。NATM は、観測された地盤条件に基づいて最適化されたサポートを提供することで、「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、ライニングの収束と発散の観測と、一般的な岩盤条件のマッピングに基づく「監視しながら設計する」アプローチと言えます。これは、特定の掘削およびサポート技術のセットではありません。
NATM には 7 つの要素があります。
- 天然の岩盤の強度の活用 - トンネル支持の主要素として保存されている周囲の岩盤の固有の強度に依存します。主な支持は、岩盤が自らを支えられるようにすることを目的としています。
- 吹付けコンクリートの保護 – 緩みや過度の岩石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層の吹付けコンクリートを塗布することで実現します。
- 測定と監視 – 掘削の潜在的な変形を注意深く監視する必要があります。NATM には、高度な測定機器の設置が必要です。測定機器は、ライニング、地面、ボーリングホールに埋め込まれます。動きが観察された場合、必要な場合にのみ追加のサポートが設置され、プロジェクトの総コストが全体的に節約されます。
- 柔軟なサポート – 一次ライニングは薄く、最近の地層の状態を反映しています。受動的サポートではなく能動的サポートが使用され、トンネルは厚いコンクリートライニングではなく、ロックボルト、金網、スチールリブの柔軟な組み合わせによって強化されています。
- インバートの閉鎖 – 軟弱地盤では特に重要ですが、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、サポートや施工方法の変更は可能ですが、契約システムで変更が許可されている場合に限られます。
- 非常に硬いものから非常に柔らかいものまで、岩盤の分類によって、最低限必要な支持対策が決まり、不必要に強力な支持対策による経済的無駄が回避されます。支持システムの設計は、主要な岩盤クラスごとに存在します。これらは、トンネル補強のガイドラインとして機能します。
最適断面の計算に基づくと、薄い吹付けコンクリート保護のみが必要です。これは、掘削されたトンネル面のすぐ後ろに塗布され、自然な荷重支持リングを形成し、岩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、地質工学機器が設置されています。岩内の応力分布の監視が可能です。
この監視により、チームが亀裂やピット水などによる岩盤の地質力学的粘稠度の予期せぬ変化に遭遇した場合でも、この方法は非常に柔軟になります。補強は、厚い吹付けコンクリートではなく、鋼製リブまたは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によって行われます。
測定された岩石特性は、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またはQシステムを使用して支持要件を推定してきました。[4] 21世紀に入ってから、NATMは軟弱地盤の掘削や多孔質堆積物のトンネル建設に使用されています。NATMでは、建設の詳細を即座に調整できますが、そのような変更をサポートするには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での使用を目的として開発されました。アルプスでは、トンネルは一般に深いところで、高い現場応力状態で掘削されます。NATM の原理は現代のトンネル工事の基本であり、NATM は基本的に、遭遇する特定の土壌条件に特に対処します。都市のトンネルのほとんどは浅い深さで建設され、アルプスの元の NATM の場合のように現場応力の解放を制御する必要はありません。都市のプロジェクトでは沈下を最小限に抑えることに重点が置かれ、元の NATM とは異なる支持方法を使用する傾向があります。そのため、トンネル工事技術者が「NATM」をさまざまな意味で使用し、用語の混乱が生じています。
NATM の使用が広まるにつれて、新しい用語が生まれ、NATM の特定の側面に別の名前が付けられるようになりました。これは、米国で特に軟弱地盤の浅いトンネルでこのトンネル工法の使用が増えたことに一部起因しています。
この最新のトンネル工法には、他の呼び方もあります。浅いトンネルでは、連続掘削工法 (SEM) や吹付コンクリートライニング (SCL) がよく使用されます。日本では、中央分離壁 NATM または十字ダイヤフラム工法 (どちらも CDM と略記) や上半分垂直分割工法 (UHVS) という用語が使用されています。
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石や土壌層をリング状の支持構造全体に統合する方法。したがって、支持層自体がこの支持構造の一部となる」と定義しています。[5]
技術者の中には、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という言葉を使う人もいます。NATMという用語は、軟弱地盤トンネルに関して誤解を招く可能性があります。エミット・ブラウンが指摘したように、NATMは設計哲学と建設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、設置は地盤の変形を考慮してタイミングが調整されます。
- 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、また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 を建設方法として見ると、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、スパイリングなど）と組み合わせた吹付けコンクリートによって行われます。
- 恒久的なサポートは通常、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。
- トンネルの下部であるインバートを素早く閉鎖し、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年のヒースロー空港トンネル崩落事故はNATMの安全性に疑問を投げかけた。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。アビンドン、イギリス：Taylor & Francis。p. 288。ISBN 9780367209759。
- ^ Levent Özdemir (2006). North American Tunneling . アビンドン、イギリス: Taylor & Francis. p. 246. ISBN 0-415-40128-3。
- ^ Zhang、D.、Xiong F.、Zhang L.、2016
- ^ RMR と Q システム
- ^ アラン・ミュア・ウッド (2002)。『トンネル工事：設計による管理』アビンドン、イギリス：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。
- ^ Shani Wallis. 「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」特別版フォーカス：英国のケーススタディ。TunnelTalk。pp. 47–50。
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 回吹付コンクリート会議、ペンシルベニア州イーストン(米国)、1976 年 10 月 4 ～ 8 日。