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シールドトンネル技術

大断面シールド

マシン外径14mの大断面シールドを世界に先駆けて実現

近年のシールドトンネルには、「大断面化」が求められています。
鹿島は、世界最大クラス直径14メートル級の大断面シールドを世界に先駆けて実現し、数多くの大断面シールド工事を施工、豊かな経験と実績を積み重ねています。
また、今後の更なる大断面化にも対応すべく開発を進めています。

東京湾横断道路  川崎トンネル川人北
現在の「東京湾アクアライン」

(1996年5月竣工)

2車線の自動車専用道路を川崎人工島(現在の「風の塔」)から発進して、マシン外径Φ14.14mの泥水式シールドにより東京湾の海底下に構築しました。1ピース約10tのセグメントを自動搬送・自動組立して効率的な施工を行いました。地中接合では、シールド機相対位置探査システムの採用により誤差4mmの地中接合を実施できました。

図版:東京湾横断道路

キーワード

シールド、大断面、道路トンネル、放水路トンネル、鉄道トンネル
改ページ

適用実績

図版:外郭放水路トンネル

外郭放水路トンネル

場所:埼玉県春日部市

竣工年:2004年3月

発注者:建設省関東地方建設局

規模:泥水式シールド
(マシン外径Φ12.04m)
地下約50mの大深度に地下水路を構築。第4工区では一次覆工のみで内水圧に対応する内面平滑型セグメント(DRCセグメント)を採用。

図版:高速度鉄道第6号線

高速度鉄道第6号線

場所:愛知県名古屋市

竣工年:1993年8月

発注者:名古屋市交通局

規模:土圧式シールド工法
マシン外径Φ10.48m

図版:中央環状新宿線トンネル(外回り)

中央環状新宿線トンネル
(外回り)

場所:東京都渋谷区~目黒区

竣工年:2004年3月

発注者:首都高速道路公団

規模:泥水式シールド工法
マシン外径Φ13.05m

学会論文発表実績

  • 「新型DRCセグメントの実用化と施工実績」,トンネルと地下,2002年6月

大深度シールド

超高水圧の条件下でも安全で高品質のシールドトンネルを構築

地上はもちろん、近年では地下でも浅深度部分での錯綜状態により、社会はより大深度でのインフラストラクチャーを要求するようになりました。
また、大深度法の制定によりその傾向はさらに強いものとなっています。
鹿島は水深70mを超す超高水圧の条件に対しても安全で高品質のシールドトンネルを構築できます。

扇島工場受入配管設備海上工区

事業者:東京ガス 発注者:日本鋼管 (1998年9月竣工)

海面から71m深さの地底からマシン外径Φ9.1mの海底シールドトンネルを掘進しました。
0.7MPaの高水圧下で漏水のないトンネルを施工しました。

図版:東京ガス扇島工場受入配管

キーワード

シールド、大深度、配管トンネル、下水道トンネル、岩盤シールド

適用実績

図版:熱海市南熱海幹線管渠

熱海市南熱海幹線管渠

場所:静岡県熱海市

竣工年:2003年3月

発注者:日本下水道事業団

規模:最大土被り209m、最大地下水圧0.7MPa、最大圧縮強度60MPaの凝灰角礫岩層を、マシン外径Φ2.72mの岩盤対応泥水式シールドマシンで施工。

学会論文発表実績

  • 「東京ガス扇島シールド中間立坑工事」,基礎工,1999年12月

非円形シールド

横二連・三連円形、矩形、楕円等のあらゆる形状に対応

通常の円形ではない断面形状を採用することで、より合理的なシールドトンネルが可能となる場合があります。例えば、掘削土量の削減や低土被り条件、駅等の扁平構造等に対して、横二連・三連円形、縦二連、矩形、楕円等のあらゆる形状に対して鹿島は対応できます。

大阪市 高速電気軌道第7号線
中央区城見一丁目~二丁目間
大阪ビジネスパーク停留場

(1996年3月竣工)

MF(Multi Face)シールド

横幅17m、高さ7.5mの地下駅を世界初の横三連泥水式MFシールドで施工し、2本の軌道部と島式プラットフォームを一気に構築しました。

図版:大阪ビジネスパーク停留場

キーワード

シールド、非円形シールド、矩形シールド、MFシールド、WAC工法、アポロカッター工法、地下鉄トンネル

適用実績

図版:川崎縦貫トンネル

川崎縦貫トンネル

場所:神奈川県川崎市

竣工年:2010年3月

発注者:首都高速道路公団

規模:MMST工法
複数の小口径シールド機でトンネルの外殻部だけを先行して構築し、残された内部の土砂を後から一括して掘削する地下大断面構築工法。幅27.9m、高さ24.1mの高速道路地下分岐合流部を非開削で構築。

図版:高速鉄道東西線建設

高速鉄道東西線建設

場所:京都府宇治市~京都市

竣工年:2003年12月

発注者:京都市交通局

規模:Wagging Cutter Shield工法
世界初の地下鉄複線矩形シールドトンネル。マシン外形10.24m×6.87mを揺動カッター(Wagging Cutter)方式でシールド掘進。

改ページ

図版:高速度鉄道第4号線

高速度鉄道第4号線

場所:愛知県名古屋市

竣工年:2002年10月

発注者:名古屋市交通局

規模:DOT(多重形土圧シールド)工法
泥土圧シールドの複数のカッターを同一平面に配置し、二連形や三連形のトンネルを築造。写真のマシンは幅11.12m×高さ6.52m。

図版:13号線神宮前工区

13号線神宮前工区

場所:東京都渋谷区

竣工年:2006年9月

発注者:東京地下鉄

規模:EX-MAC(Excavation Method of Ajustable Cutter)工法
シールドのカッターヘッドを回転運動させながら掘進し、複合円形断面の左右余堀部分は伸縮カッタースポークにより回転運動に同調して切削。マシン幅9.96m、高さ8.66m。

図版:東横線渋谷~代官山間地下化

東横線渋谷
~代官山間地下化

場所:東京都渋谷区

竣工年:2011年3月

発注者:東京急行電鉄

規模:アポロカッター(All Potential Rotary Cutter)工法
シールド掘進機の前面先端部の公転ドラム上に揺動フレームを介して回転式カッタヘッドを設置し、カッタヘッドが高速で回転しながら、公転ドラムによって公転を行うことで掘削。

学会論文発表実績

  • 「トンネル断面の多様化・大断面化への一歩 -3連型MFシールドによる地下鉄駅工事」,土木学会誌,2003年11月
  • 「搖動カッタで掘る地下鉄複線断面矩形シールドの計画と実績」,土木学会,土木建設技術シンポジウム2003,2003年7月
  • 「鉄道高架直下を2連矩形シールドで掘進」,トンネルと地下,2010年5月

長距離・高速シールド

シールドの長距離・高速化により工期短縮を実現

時代の大きなニーズとなっている「工事費の低減」及び「工期の短縮」を実現するため、鹿島ではシールドトンネルの長距離化と高速施工化に対応できる様々な技術を開発・実用化しています。

東京電力
東西連係ガス導管(富津)のうち土木

(2007年12月竣工)

建設時点で世界最長となる長距離(第1工区9,030m、全長18,060m)を高水圧(0.6MPa)下で施工するため、高耐久性シールドマシン(Φ3.62m)や後方設備に数多くのバックアップを用意し、セグメント組立同時掘進と高速掘進を併用できるシステムを採用しました。

新型セグメント(QBⅡセグメント)の適用により高速組立を実現するとともに、東京湾の中央において、改良型メカニカルドッキング(A-DKT)工法で、相手側マシンと数ミリの誤差で地中接合を完了しました。

図版:東西連係ガス導管

キーワード

シールド、長距離シールド、高速掘進、ビット交換システム、地中接合、QBⅡセグメント、ガス導管トンネル、
道路トンネル、共同溝
改ページ

適用実績

図版:伊勢湾横断ガスパイプライン

伊勢湾横断ガスパイプライン

場所:愛知県知多市~
三重県三重郡川越町

竣工年:2011年1月

発注者:中部電力、東邦ガス

規模:延長13,314m
ほぼ全線で0.4MPaを超える海底高水圧下のシールドを、知多側及び川越側の両発進立坑から掘進し、伊勢湾中央部の海底で地中接合。平均月進量644m(知多側)、701m(川越側)の高速掘進を達成。

図版:中央環状品川線トンネル(北行)

中央環状品川線トンネル
(北行)

場所:東京都品川区~目黒区

発注者:首都高速道路

規模:延長8,030m
ビット交換システム、シールドジャッキ圧力制御による半同時掘進システム等を駆使し、シールド外径Φ12.3mの大断面かつ最大土被り46mの大深度を、最大月進量708mの高速掘進で施工。

図版:19号春日井共同溝

19号春日井共同溝

場所:愛知県春日井市

竣工年:2008年3月

発注者:国土交通省中部地方整備局

規模:延長6,820m
玉石混じり砂礫地盤を一台の泥土圧式シールドマシン(Φ4.8m)で掘進するために、カッタービット交換システム、世界最小径でのセグメント自動組立、QBⅡセグメントを適用。

学会論文発表実績

  • 「長距離シールドにおける高速施工(富津工区)」,トンネルと地下,2006年7月
  • 「日本最長の泥土圧シールドの施工実績」建設の施工企画,,2006年7月
  • 「中央環状品川線シールドトンネル(北行)工事の設計概要」,土木技術,2010年1月

急曲線・急勾配シールド

過密化する都市地下空間の制約を多彩な技術により克服

年々過密化が進んでいる都市の地下空間において、急曲線・急勾配に対応できるシールド技術が不可欠となっており、これらの技術の高度化がますます強く求められています。

東京都下水道局 馬込幹線

(2001年3月竣工)

マシン外径Φ5.24mの土圧式シールド(Wagging Cutter Shield工法)によりR=8mの急曲線を掘進しました。

図版:馬込幹線

キーワード

シールド、急曲線、急勾配、下水道トンネル、電力管路トンネル

適用実績

図版:東京都勝島ポンプ所連絡管渠

東京都勝島ポンプ所連絡管渠

場所:東京都品川区

竣工年:2004年3月

発注者:日本下水道事業団

規模:急曲線R=30m
マシン外径Φ8.99mの泥水式シールドマシンにより、発進直後に首都高速高架橋の直下をR=30mの急曲線かつ橋脚との離隔1mの近接施工で通過。

図版:新宿一丁目付近管路

新宿一丁目付近管路

場所:東京都新宿区

竣工年:1994年11月

発注者:東京電力

規模:急勾配23%
23%の急勾配を施工。なお、30%の急勾配でも資機材搬送が可能なバッテリーロコを開発して、より急勾配のニーズにも対応可能。

分岐・親子シールド

都市ライフラインの断面変化や分岐ニーズに対応した技術

トンネル断面を途中で変化させたり、分岐させる要求は、上下水道、共同溝、電力・ガス導管等で多く見られます。
これを非開削で行える工法を鹿島は多く開発し適用しています。

東京都水道局 大井給水所(仮称)
品川区東大井一丁目地先間送・配水管
(1800~700mm)

(2006年6月竣工)

運河に面した地下36mの高水圧下で、地盤改良等の補助工なしで親機(Φ4.5m)のシャッターを開けて子機(Φ2.4m)が直角に発進します。
地上からの対策工なしで直角分岐が可能となりました。

図版:大井給水所

キーワード

シールド、分岐シールド、親子シールド、VASARA、上水道トンネル、下水道トンネル、共同溝
改ページ

適用実績

図版:新杉田共同溝

新杉田共同溝

場所:神奈川県横浜市

竣工年:2011年4月

発注者:国土交通省関東地方整備局

規模:VASARA(部分拡幅)シールド工法
RCセグメント区間内で、VASARA工法により左右に150mmずつ部分拡幅を行い、セグメントの変形、周辺地盤への影響がないことを確認。

図版:東大島幹線及び南大島幹線

東大島幹線及び南大島幹線

場所:東京都江東区

発注者:東京都下水道局

規模:親子Φ7.1m→Φ5.34m
子機内蔵型シールドマシン、特殊高圧噴射撹拌(DO-Jet)工法を採用するとともに、中折れ機構によりR=35m(親)及びR=25m(子)の急曲線を施工。

学会論文発表実績

  • 「各種新技術を駆使した大規模水道シールド工事」,トンネルと地下,2006年6月
  • 「『VASARAシールド工法』による非開削地中拡幅実績」,土木学会第63回年次学術講演会,2008年9月

地上発進・地上到達シールド

立坑工事や開削工事を大幅に縮減できるシールド技術の切り札

地上発進・地上到達シールドは、立坑や開削などに必要とされる施工ヤードを最小限におさえることができるほか、工期短縮、コストダウンが可能な一方、小土被り区間での姿勢制御や地盤変状抑制といった課題を検証・解決する必要がありました。
鹿島は今後も、都市部への大規模トンネル工事や地盤の悪い山岳トンネル工事などへ、地上発進・地上到達工法の適用を図っていく方針です。

鉄道建設・運輸施設整備支援機構
北海道新幹線、津軽蓬田トンネル

(2014年9月竣工予定)

大断面シールドマシンかつSENSとして国内初となる小土被りの地上到達を行いました。
今回の工事では、地表面の測定を20箇所以上に亘って常時計測し、地表面の隆起・沈下などの変位を高精度に制御して、無事に地上到達を成功させました。

図版:北海道新幹線津軽蓬田トンネル

キーワード

シールド、地上発進、地上到達、SENS、鉄道トンネル、道路トンネル

適用実績

図版:357号東京港トンネル

357号東京港トンネル

場所:東京都品川区

発注者:国土交通省関東地方整備局

規模:シールド発進工は、土被り3mの小土被り発進を採用しており、外径12.2mのシールドマシン後方(立坑反力側)の掘割躯体を先行して構築することで、後続台車を本掘進と同様に設置できるため、設備段取り替えが不要。

シールドトンネル技術 インデックス

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