レベル1 · 切梁のペースで掘る
掘削機は1日0.8 m掘れ、工程もそのペースを求めています。切梁班は1段に2日かかり、掘削がその0.5 m下に達してからしか始められないため、フルペースでは掘削面が支保より先に進みます。壁の背後の建物の所有者とは、12 mmの沈下限度で合意しています。40日以内に15 mの掘削底に到達し、建物の沈下を12 mm未満、壁のたわみを15 mm未満に保ってください。
- 建物の沈下が一度も12 mmを超えない
- 最終的な壁のたわみ ≤ 15 mm
- 深さ15 mに到達
建設:大深度掘削の監視 ライブモデル
あなたは、5段の切梁で支えられた深さ15 mの掘削の現場技術者で、壁の6 m後ろに建物があります。シミュレーションの1日ごとに、モデルはあなたの速度で掘削し、切梁班に次の段を設置させ、壁のうち支えのない部分の大きさに応じて壁をたわませ、その動きを建物の下の沈下の窪みに広げ、あなたが揚水する場所で地下水位を下げます。見えるのは現場に見えるもの、つまり計測誤差を含む傾斜計と沈下の読み値です。教育用シミュレーションのみ。数値は説明用で、技術的な設計の助言ではありません。
学べること
- 支えのない高さが壁の動きを決める理由:剛性はスパンの4乗で下がるため、掘りすぎた1 mは、時間どおりに掘った1 mよりはるかに高くつきます。
- 排水が掘削底の浮き上がりを防ぐ仕組みと、同じ水位低下が隣の建物の下の粘土を圧密させる理由。
- 観察施工法の実際:管理値、ばらつく読み値、必要になる前に計画しておく緊急対応。
シミュレーター
- 切梁設置済み
- 切梁を設置中
- 掘りすぎた掘削面
- 警戒レベル未満
- 警戒レベルに到達
- 対応レベルに到達
- 押さえ盛土
- 帯水層の圧力水頭
操作
1日あたりに取り除く深さ(m)。0にすると掘削機が止まります。
次の切梁が設置されるまで、その切梁レベルの0.5 m下で掘削を止めます。
各新設切梁に導入するジャッキ力を、設計荷重に対する割合で表します。今後設置する切梁に適用されます。
壁の足元に土を残すか置きます。開いた掘削面を支えますが(支えのない高さが−2 m)、その間は掘削できません。
掘削内の井戸からの揚水。底面の下の帯水層の圧力を下げ、その周辺でも下げます。
建物の近くに水を注入して、その下の地下水位を保ちます。揚水した水を再利用するもので、注入井は目詰まりするため、戻せるのは揚水量の最大55 %までです。排水の効果をいくらか打ち消す方向にも働きます。
指標
建物の沈下(読み値)
0.0mm
正常
壁のたわみ(傾斜計)
0.0mm
正常
建物の角変位
0.00‰
正常
底面浮き上がりの安全率
1.97
正常
| 建物の沈下(モデル) | 0.0 mm |
|---|---|
| 壁のたわみ(モデル) | 0.0 mm |
| 1日あたりの沈下変化 | 0.0 mm/d |
| 掘削深さ | 0.0 m |
| 支えのない高さ | 0.0 m |
| 最下段の切梁荷重 | 0 % |
| 設置済みの切梁段数 | 0 |
| 掘削の下の水位低下 | 0.0 m |
| 建物の下の水位低下 | 0.0 m |
| 圧密沈下 | 0.0 mm |
| 掘りすぎの日数 | 0 d |
| これまでの揚水量 | 0 10³ m³ |
| 実際に注入した復水量 | 0 m³/h |
推移
危機シナリオ
レベル2 · 隣の建物の下の排水
深さ22 mに被圧された砂の帯水層があります。約9 mより深くなると、底面の下に残る土ではもう水圧を抑えきれないため、掘削が深くなるにつれて帯水層から揚水しなければなりません。底面浮き上がりの安全率は常に1.2以上です。8日目に排水班が井戸を450 m³/hで開けます。隣の建物の下では、帯水層の上に粘土層があります。排水許可で認められているのは工事全体で28万 m³です。45日で15 mに到達し、建物の最終沈下を30 mm以内に収めてください。
- 底面浮き上がりの安全率が一度も1.2を下回らない
- 最終的な建物の沈下 ≤ 25 mm
- 総揚水量 ≤ 28万 m³(排水許可)
- 深さ15 mに到達
レベル3 · 鋼材が遅れている
施工会社はホールドポイントなしで1日0.7 mずつ休まず掘り進めており、切梁班はこれまで遅れずについてきています。15日目、掘削面がすでに4段目の切梁レベルにあるところで、その段の鋼材が1週間遅れます。切梁1~3は設置済みです。最下段の切梁を設計荷重以内に、壁のたわみを30 mm未満に保ちながら、30日目までに15 mに到達してください。
- 最下段の切梁荷重が一度も設計の100 %を超えない
- 最終的な壁のたわみ ≤ 30 mm
- 深さ15 mに到達
根拠:数字の背後にあるモデル
シミュレーターが使うすべての関係式を、出典とともに示します。前提と記された定数は例示的な校正値です。
- クロー&オルークのシステム剛性:壁の曲げ剛性を、支えのないスパンの4乗で割った値。
S = EI / (γw · h⁴), h = depth − lowest strut level (unsupported height)[3][5]- 掘るごとに、システム剛性が下がるほど大きくなる割合でたわみが加わります。プレロードはそれを減らし、ホールドポイントより深く開いた掘削面は時間とともに進行します。
Δδh = ΔH · ρ(S) · (1 − 0.8·preload); ρ(%) = clip(2.3 − 0.7·log10 S, 0.12, 1.6); creep 2.5 mm/d per m of h above 3.5 m (berm −2 m)[3][5][10]教育用の説明的な規模であり、実在のいかなる現場の値でもありません。- 壁の背後の地盤沈下:壁のたわみの約0.75倍で、0.75 Hまでは一定、2 Hでゼロまで減衰します(軟弱〜中位の粘土の包絡線)。
δv,max = 0.75·δh,max; δv(d) = δv,max for d ≤ 0.75H, × (2 − d/H)/1.25 to 0 at d = 2H[3][4]- 底面の下に残る土の重さが、帯水層から押し上げる被圧水の圧力を上回らなければなりません。
FS = γt·(z_aq − H) / (γw·(z_aq − z_wt − s_in)); required ≥ 1.2[10]- ティームの定常流:水位低下は井戸からの距離の対数に応じて小さくなります。復水井は逆の効果を加えます。
s(r) = Q/(2πT)·ln(R/r) − Q_r/(2πT)·ln(R/r_r) (steady radial flow, superposition; heads lag the steady state with τ = 1.5 d); Q_r ≤ 0.55·Q[9]教育用の説明的な規模であり、実在のいかなる現場の値でもありません。- テルツァーギの1次元圧密:下がった水圧は数日かけて粘土に拡散し、有効応力が増すにつれて粘土が圧縮します。
∂u/∂t = c_v ∂²u/∂z²; Δσ' = −Δu; settlement = Σ m_v·Δσ'·Δz (unloading: 0.1·m_v)[8]- 角変位:建物にわたる沈下量の差を建物の長さで割った値で、ビエルムの限界と比べます。
β = (s_near − s_far) / L; 1/500 = 2 ‰ (limit where cracking is not acceptable), 1/300 = 3.3 ‰ (first cracking)[6][7]- 最下段の切梁にかかるペックの見かけの土圧を、その分担高さにわたって求めます。開いた掘削面が深いほど、負担が増えます。
P = 0.3·γ·H · (half span above + h) · 5 m ≥ preload; shown as % of design load 2400 kN[2]教育用の説明的な規模であり、実在のいかなる現場の値でもありません。- 計器の読み値には計測誤差があります。単発の値ではなく傾向を読んでください。
reading = true value + N(0, σ); σ = 0.5 mm (settlement points), 1.0 mm (inclinometer)[1]教育用の説明的な規模であり、実在のいかなる現場の値でもありません。- モデルが使う定数
final depth 15 m · struts at 1, 4, 7, 10, 13 m, 5 m apart along the wall, crew starts 0.5 m below a level and needs 2 days · over-excavation allowance 4 m unsupported · wall 0.8 m concrete (EI = 1.28 GN·m²/m per m) · γ = 19 kN/m³ · building 12 m long, near edge 6 m behind the wall · water table 1 m · aquifer T = 300 m²/d, R = 400 m, excavation radius 12 m, recharge line 4 m behind the wall (effective radius 3 m) · clay 5 m above the aquifer, m_v = 0.2 /MPa, c_v = 0.15 m²/d · ground factors lognormal (σ 0.10 wall, 0.15 m_v, 0.20 c_v) · base unworkable below FS 1.05 · recharge capped at 55 % of the water pumped (supply from the discharge, well clogging)教育用の説明的な規模であり、実在のいかなる現場の値でもありません。
乱数:シード付きのmulberry32ジェネレーター。使用する分布は一様分布、指数分布(逆CDF法)、正規分布(Box–Muller法)、ポアソン分布(Knuth法)。シードは表示され、共有できます。
出典
- R. B. Peck — Advantages and limitations of the observational method in applied soil mechanics (Ninth Rankine Lecture) — Géotechnique 19(2), 171–187, 1969
- R. B. Peck — Deep excavations and tunneling in soft ground (apparent earth-pressure diagrams for braced cuts) — Proc. 7th ICSMFE, Mexico City, State-of-the-Art Volume, 225–290, 1969
- G. W. Clough, T. D. O'Rourke — Construction induced movements of in-situ walls (system stiffness EI/(γw·h⁴), settlement envelopes) — ASCE Geotechnical Special Publication 25, Design and Performance of Earth Retaining Structures, 439–470, 1990
- A. I. Mana, G. W. Clough — Prediction of movements for braced cuts in clay — Journal of the Geotechnical Engineering Division 107(GT6), ASCE, 1981
- A. Gens — Deep excavations: empirical methods for movements; procedures to reduce movements (early bracing, preloading, avoiding over-excavation) — NZ Geotechnical Society lecture notes, 2010
- L. Bjerrum — Allowable settlement of structures (angular distortion 1/500, 1/300, 1/150); summarised in NGI report "Skadegrenser" — Proc. European Conf. SMFE Wiesbaden, Vol. II, 135; NGI, 1963
- M. D. Boscardin, E. J. Cording — Building response to excavation-induced settlement — Journal of Geotechnical Engineering 115(1), 1–21, 1989
- Evolution of primary consolidation settlement with time — Terzaghi 1-D consolidation, Tv = c_v·t/H_dr², U–Tv relation (Fundamentals of Foundation Engineering, §4.8) — University of Newcastle (open textbook)
- Steady-state pumping: the Thiem equation s = Q/(2πT)·ln(R/r); superposition of wells — University at Buffalo, Aquifer hydraulics notes
- C.-Y. Ou — Deep Excavation: Theory and Practice (upheaval / uplift check against a confined aquifer, dewatering, strut preload) — Taylor & Francis, 2006
これを仕事にしている人
- 建設マネージャー — 掘削から引き渡しまで、建設プロジェクトを計画・監督します。 職業プロフィール(O*NET、米国労働省) 11-9021.00
教育用モデルです。運用上の判断には使用しないでください。実際の現場では、すべての定数を自社の設備とデータに合わせて校正します。