トンネルに掛かる偏圧とは?

偏圧なんてマニアックすぎる?

日経コンストラクションで再始動した
「ドボク模型プレゼン講座Ⅱ」
2017.4.10号に第2回が掲載されました。

今回のテーマは

偏圧

です。

ドボク模型プレゼン講座2回

トンネルに掛かる力が
偏っているときに
どんな問題が起きやすいのか?

というのがテーマです。

山の斜面に正対して
トンネルを掘っていければいいけど

道路の線形によっては
斜めに入射するような格好で
掘らないといけないことがあります。

そんな場合の話です。

…え?マニアックすぎる??

でも、実験はオモシロイですよ!

それに、、

再始動したドボク模型プレゼン講座は
読者の方なら
DVDまで待たなくても

今すぐ実験動画を見ることができます。

前回のように
プロが作った映像とまではいかないですけど

(というか、今回もDVD化するかは、
まだ微妙なトコロなのですが…)

講師の藤井が
実際にプレゼンしてる様子が見れるので
参考にしてみては?

ドボク模型プレゼン講座の動画を見る

せっかくなので
前回の実験(トンネル切羽の崩れ方)も
見て下さいね。

前回の実験ってどんなのだっけ?という方はコチラをどうぞ。

【動画】トンネル工事の陥没防止の工夫

博多駅前で地下鉄工事の影響により陥没事故が起きてしまいました。

地下鉄工事に限らず土の中に穴を掘っていくトンネル工事は
危険がともなう仕事です。

切羽が崩れて事故にならないように、一般的にどんな工夫がされているのでしょうか?

ドボク模型実験で説明しました。

切羽の崩壊.png

博多駅前で地下鉄工事の影響により
陥没事故が起きてしまいました。

地下鉄工事に限らず
土に穴を掘っていく
トンネル工事は
危険がともなう仕事です。

一見、強くに見える山でも
崩れることがあります。

トンネルの一番先
(モグラだったら鼻の先)を
切羽といいます。

切羽が崩れて陥没事故が起きないように
一般的にはどんな工夫がされているのでしょうか?

ドボク模型実験で説明しました。
少し長い動画ですが(12分54秒)
ぜひ確認してみてください。

トンネル切羽が崩れないために
あらかじめ
周りを補強する仕組みの説明でした。

トンネルが崩れない仕組みについては
コチラの記事も合わせてどうぞ。

【動画】トンネルが崩れない秘密

【動画】続トンネルが崩れない秘密

【動画】パスタのアーチ実験:トンネルアーチをつくるのに必要な2つのこと(トンネル編その2)

パスタのアーチ実験を通じて、トンネルアーチをつくるのに必要な2つのことを見つけました。

時間が空いてしまいましたが、
前回のパスタトンネル実験のつづきです。
大きなトンネルアーチをつくる秘密を探っていきます。

今回はアーチの要石の少し横に重りを2つ置きました。
すると、トンネルがずいぶんと大きくなります。

重りを置いたことで “【動画】パスタのアーチ実験:トンネルアーチをつくるのに必要な2つのこと(トンネル編その2)”の続きを読む

【動画】続トンネルが崩れない秘密

山の中に橋を作るからトンネルは崩れない!

ガムテープを貼っただけで崩れなくなるなんて不思議ですよね。私も最初この実験(コチラ)を見たとき、とっても不思議でした。でもガムテープの間だってスカスカ。貼り方だって放射状じゃなくてもいいのでは?なんて考えてしまいます。

でも、放射状に貼るガムテープ(本物のトンネルでは鉄筋棒)には、ちゃんとタネも仕掛けもあるのです。では解説を見てみましょう。

ガムテープを貼った動かない部分と、動かない部分の周りのちょっと動きにくい部分が合わさって、レンガブロックみたいになる。レンガブロックがトンネルの周りをグルリと囲むと、橋みたいになる。山の中に橋がかかると、アーチ効果で重さに耐えられるようになる。だから、鉄筋棒を放射状に打つとトンネルは崩れない、のでした。

動画の中にもあったように、山の中に上手くアーチができるまでには、ちょっと変形する必要があります。逆に言うと、変形することで強くなるのです。

NATM工法って自然の力を上手く利用した方法ですね。

【動画】トンネルが崩れない秘密

トンネルが崩れない秘密を知っていますか?

小さい頃に砂場で山を作ってトンネルを掘ったことがある人も多いはず。そのとき上手く作ることができましたか?正直言って、私はなかなか上手く作れなかった。だから余計にですかね。砂山の反対側から掘った友達の手に孔の中で触れたとき、貫通した!って嬉しかったなぁ。

砂場よりも色んな地層で複雑な山の中。砂山よりも、当然ですが、掘るのは難しいです。では、なんでトンネルは崩れないのでしょう。子どもみたいな質問ですが、実はなかなか奥が深いです。では、トンネルが崩れない理由を模型実験で見てみましょう。

実験の中で最初に見た厚紙。あれが普段トンネルの中で目にするコンクリートの壁です。厚紙よりは強いでしょ!って思われるかもしれませんが、実際の山の重さに比べたら、やっぱりコンクリートの壁だけで支えることはできません。

放射状にガムテープを貼ったら、今度は崩れなくなりました。実際のトンネルでは、あんな風にガムテープを貼ることが出来ません。代わりに穴を開けて、中に鉄筋棒を入れて、その周りにセメントミルクという接着剤でくっつけます。これをNATM工法と呼んでいます。

鉄筋棒をトンネルの内側から見ることはできません。でも、コンクリートの壁の向こう側に、トンネルが崩れないための秘密の棒が隠れているのです。

鉄筋棒を入れると崩れなくなるのは分かった。でも、どうしてそれだけで崩れなくなったの?次回はそれについてもう一歩踏み込んで考えてみます。お楽しみに!

追記

2014.2.24発行の日経コンストラクションに掲載された実験です。

追記2

鉄筋棒を入れると崩れなくなる仕組みの解説ページを追加しました。(コチラ

【動画】礫の厚紙トンネル実験

容器の中身を礫にしたトンネル模型実験をしてみました。
型枠を抜いても、重りを載せても耐えられましたが、厚紙トンネルには変形が見られました。
最後は厚紙を抜いてみることにも挑戦しています。

厚紙が全体の重さを支えている訳ではないですが、
厚紙が支えられる小さな礫が外れると全体が崩れてしまいます。
小さな変化が全体に影響するようです。

【動画】円と三角と四角のトンネル模型実験

 

なんでトンネルは丸いんだろう?もしも丸くないトンネルがあったら?
ということで、△や□の形状のトンネルを作ってどうなるか試してみました。
分かったのは、やっぱり○が強いということでした。

【動画】トンネル形状の模型実験の練習風景

今回の動画は番外編としてトンネル形状を説明する模型実験の試作風景の様子です。
本当は、円形状の場合は壊れて欲しくなかったのですが…

他の模型実験も、こんな風に試行錯誤しながら作成しています。