受託解析・コンサルティング
山岳／シールド／開削〜各種共同溝まで、トンネルの設計、解析に関する様々なソリューションを展開しています。また、トンネル施工に伴う立坑・山留めや、地下鉄駅舎・地下駐車場等の地中構造物の設計、解析もこのカテゴリで扱っています。
堀削に伴う挙動、安定問題、対策工、地下水等周辺環境への影響、耐震問題等、お客様の設計／解析課題に対してヒアリング・コンサルティングを行い、問題解決への最適なソリューションをご提案いたします。
解析に必要な各種物性値の設定、パラメータスタディーもお客様のニーズに合わせて対応いたしますので、解析が初めてのお客様にも安心です。作業実施時にも状況に合わせてお客様と密接な打合せ、報告を行い、予想される解析結果からの方向修正やアプローチ変更にも柔軟に対処可能です。
また解析に関する社内教育にお役立ていただけるプライベートセミナー開催も行っています。お客様の問題に最適のレクチャーをお届けいたします。
最先端のツールを用いた高度な解析技術で、すべてをお任せいただけるアウトソーシングソリューションサービスです。
設計アウトソーシング
トンネル及び地下構造物の設計業務です。一概にトンネルといっても開削トンネル、山岳トンネル、シールドトンネルなどの各工種で設計方法は様々ですが、豊富な経験と高度な解析技術を使用した、合理的な設計資料を提供いたします。
- <必要性>
- トンネルのような線状構造物の設計は、構造や地盤物性値に大幅な違いがない限り、工学的判断の元に一定区間の代表断面における二次元解析を実施して行うのが一般的です。しかし短い区間で構造や地盤物性値が急変する場合は、奥行き方向の諸元がすべて一定という二次元解析の条件を満足できなくなります。そのような場合、従来では構造や荷重に着目した解析区間を設定し、それらの二次元解析の組み合わせで対処していますが、問題点も存在します。一つの例としては、二次元解析を用いる場合短い奥行き区間に大きな荷重が作用する断面、およびその近傍領域の断面力値は、奥行き方向を含めた三次元効果が考慮できないため、部材毎の値が特定できない"わからない領域"になります。設計において危険となる値は採用できないため、二次元設計を基本とする以上は"わからない領域"についてはその区間の最大値を用いることになります。しかしこの方法は安全ですが、必ず過剰設計となる部分が存在します。三次元を用いた設計は、この"わからない領域"の評価を明確に数値化できるのがポイントです。
- <経済性>
- すべての部材で発生断面力・応力が一意的に求まるので、合理的な設計が可能となります。特に開削トンネルでは適切な配筋の実施により、鉄筋量の削減につながります。経済性のみならず、極端な太径鉄筋の多用が解消される結果となれば、施工安全性の向上も期待できます。ただしすべての部材の値が得られても、部材毎の値をそのまま配筋に反映することは現実的ではありません。三次元解析の結果を設計に用いるためには工学的な判断も必要となります。
- <安全性>
- 一般に三次元解析値は構造物の三次元効果のため、多くの場合二次元解析値より小さくなります。そのために経済設計の可能性が高まるのですが、断面毎に分割した二次元解析の組み合わせと全体モデルを一度に解く三次元解析では力の伝達状態が異なり、局所的な部位で三次元解析値が大きくなる場合があります。特に応力集中が予想される部材で発生の可能性が高まります。二次元設計は部材をすべて過剰に評価するとは限らず過小に評価する場合も存在します。また三次元設計は二次元設計では不可能な奥行き方向の断面力からの照査も可能です。このように安全性に着目した場合でも、三次元設計は有効に機能します。
ＣＴＣ地下構造物三次元設計ソリューション概要
１）解析対象に応じた最適な三次元解析アプローチを提案します。
解析対象に応じて、FEMモデリング、解析手法、結果の評価、設計への反映までをトータルにお任せいただけるソリューションです。
様々な地下構造物に対して、三次元設計を適用できます。
構造物交差部・分岐部・接合部、開口・ストラットなどの不連続部、荷重・地盤物性値急変部などでは、コスト縮減、安全性向上の両面から三次元設計実施の価値が高いと考えられます。
２）設計手法の違いによる対比を行います。
- 開削トンネル
- 本体構造物構築用の基となる仮設構造物の設計では、山留め壁、切梁および腹起しの仕様を決定します。
躯体の設計では、常時設計終了後、耐震設計を実施し、全体の配筋を決定します。作用する荷重がほぼ推定できるので、トンネルの中では設計の比重が最も大きい構造です。
- 山岳トンネル
- 地山等級およびFEM解析結果を基にしたロックボルト、吹き付けコンクリートなどの支保パターンの決定、情報化施工を用いた設計へのフィードバックを行います。
破砕帯や膨張性地山の出現などで作用する荷重が大きく変動する場合があり、トンネルの中では解析の比重が最も大きい構造です。
- シールドトンネル
- 供用目的、必要内空断面、土質、シールド機の仕様、線形条件からセグメントの構造形式、分割数、材質、継ぎ手構造などを決定し、その後慣用計算法またははりばねモデルを用いて、幅、桁高、などの構造設計を行います。
作用する荷重はほぼ推定できますが、設計よりも施工と一体となった工法検討の比重が高くなります。 都市部での施工が主体となるため、シールド施工時に周辺構造物に発生する変状を推定する影響解析の必要性が高いことも特徴です。
応力変形解析
山岳トンネルでは施工性、安全性の面から内空変位が重要視されます。内空変位は掘削部近傍地山の力学特性に左右されるため、地山の非線形性も着目されることが多い項目です。土被りが小さい場合や坑口部では地表面に代表される変位や斜面安定も問題になる場合があります。山岳地帯の岩盤構成は複雑に入り組んでいることが多く、掘削による切羽の挙動は完全に把握できないのが実情です。そのため解析による変形や地山状態の予測は、施工上重要な位置付けになることがあります。
シールドトンネルは掘削周面がシールド機やセグメントで完全に支保されているので、都市部に多く構築されることもあって切羽の安定問題よりも地表面沈下や周辺構造物へ与える影響が関心事となります。また立坑との取り付け部の挙動や立坑自体の検討が実施される場合も多くあります。掘削周辺地山の変形は山岳トンネルと比べて相対的に小さくなる傾向にはありますが、都市部では変位の許容量が小さく設定されることが多く、解析時にも厳密な結果が求められます。
開削トンネルは仮設工により山留めを行い、躯体構築空間を確保してから本体築造を開始します。そのため施工時の不確定要因は比較的少なく、解析検討よりも設計に重点が置かれますが、山留め掘削時の地山の変位が検討される場合があります。
耐震解析
山岳トンネルは耐震検討上の基盤層と見なせる岩盤中に構築されることが多いため、同検討が行われることは希少でした。しかし最近ではある程度案弱な地盤での施工例も増加しています。そのため今後は山岳トンネルの耐震解析も増加する傾向になると予想されます。シールドトンネル、開削トンネルは沖積層に築造される場合が多いため耐震検討の対象となります。
シールドトンネルはセグメント相互を継ぎ手部で締結している構造なので、セグメント継ぎ手を回転ばねで表現する横断方向の検討、リング継ぎ手部とセグメント部を直列ばねで表現する軸方向の検討が行われます。手法は構造の規模や土質、地域特性に応じて応答変位法や動的解析法が用いられます。
開削トンネルは隅角部を有するため、設計荷重値によっては隅角部で過大な断面力が発生する場合があり、多くの場合耐震検討は必須となります。
浸透流解析
シールドトンネルでは施工の主流が密閉式であり、坑内への漏水は基本的にあり得ないため実施されることは多くはありません。山岳トンネルでは切羽で浸出水がないことが施工の条件となるので、地下水位低下を目的としたディープウェルの設置や水抜きボーリングの検討が行われます。また水抜きをしたときに周辺の沢や湧水、井戸の水位、流量変化を検討する場合もあります。開削トンネルでも掘削時に実施する地下水低下による周辺への影響が検討されます。近年では環境問題の観点から道路や鉄道を地下構造とする場合が多くなりつつあります。そのためトンネル形式を問わず、広域的な地下水の挙動を把握するために、トンネル計画区間周辺の大規模三次元浸透流解析が行われる事例が増加しています。
システム開発・カスタマイズ
ＣＴＣのこれまで培ってきたシステム構築やソフトウエア開発の実績を通して、お客様の様々な要望に対しまして、種々の技術及び技術者をコーディネートして最適なプロポーザルを行い、ご要望に満足するシステムやソフトウエアを提供致します。
開発方法も、一からの開発だけでなく、ＣＴＣの豊富なパッケージソフトウェアをもとにカスタマイズしていく方法、マルチクライアントで開発コストを抑える方法等、トータルのコストパフォーマンス／開発効率を考慮したソリューションをお届けします。
特にＣＴＣ自社開発ソルバーをベースに使用したカスタマイズ方法は、計算効率や精度を追求したパーツ（プログラムライブラリ）を豊富に所有しており、それらを使用した高度なシステム開発を短期間に行うことができます。
システム開発の具体例としては、以下のものが挙げられます。
構成則
地盤の非線形を数値解析するためには地盤の応力とひずみの関係をモデル化する必要があります。しかしながら、地盤の非線形性は複雑であり現在までさまざまな構成則が提案されてきています。それらの構成則をＣＴＣの所有する解析ソフトウェアへの組み込みを行います。
地盤だけではなく、構造物をモデル化するために必要な構造要素（梁、棒、バネなど）の非線形特性に改良を加え、オリジナルな構成モデルの開発を行います。
地盤や構造要素の非線形性に関して、各種のご要望に応じ開発をいたします。トンネルの解析では不可欠な地盤の弾塑性、圧密、粘弾性などの構成則、ジョイントやノンテンションなどの力学特性をＣＴＣの所有する解析ソフトウェアへ組み込むことが可能です。山岳トンネルを対象とした堅い岩盤からシールドトンネルや開削トンネルを対象とした軟らかい地盤までを幅広くサポートいたします。
解析機能
トンネルの解析では掘削や支保などの施工条件が重要になります。施工ステップに関する新機能をＣＴＣの所有する解析コードへ組み込むことが可能です。荷重値や物性値、拘束条件の自動発生などにも対応し、特定業務における作業効率の向上に寄与します。また地下構造物の設計に有効な荷重やばね要素の機能追加も可能です。
ソフトウェア販売・技術サポート
ＣＴＣでは、数々のトンネル・地下構造物の解析業務の経験から技術フィードバックを行った地盤・構造物系の応力変形解析、耐震解析等の多くの機能を有するソフトウェアを開発、販売しております。そうした自社開発ソフトウェア以外にも、地盤・岩盤に適用するソフトウェアを開発してきたITASCA社との強力なパートナーを組み、ITASCA社で開発された優れたソフトウェアを販売・技術サポートを行っています。
サポートに関してはそれぞれのソフトウェアで専任スタッフが常駐し、お客様のご質問にお答えします。 ＣＴＣ製品のユーザー様専用エリアである「お客様広場」では、ソフトウェア修正版／バージョンアップ版のダウンロード、ＦＡＱ、使用テクニック等、充実したコンテンツを展開しております。
最先端の技術で信頼と実績のあるＣＴＣソフトウェアラインアップを、是非ともお客様の業務にお役立てください。
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