地下鉄や地下通路工事では、横方向に一定の広がりをもった空間を効率的に掘削するために、矩形断面のシールドトンネルのニーズがあります。また、都市部における大深度法の適用に伴い、硬質な地盤の掘削に対応できるシールド掘進機のニーズも増加する傾向にあります。これらのニーズに応えるために、アポロカッター工法^※を開発するに至りました。

※アポロカッター工法／APORO-CUTTER工法
（All［あらゆる］　Potential［可能性を秘めた］ Rotary［回転式］ Cutter［カッター］）

特許登録済及び特許出願中

円形・矩形・馬蹄形などの自由断面を掘削

• 矩形をはじめとする任意の断面を掘削することができ、非円形・円形どちらにも適用可能です。
• カッター機構は高性能なカッター位置制御機構を持っており、精度の高い掘削断面を確保します。

硬質地盤や地中障害物切削に威力を発揮

• 従来の大断面シールドに比べて、カッター部分が小さく、高速で回転するため、硬質な地盤においても良好な切削性を発揮し、掘進速度の向上が見込めます。これにより、土丹・改良土等硬質な地盤と松杭等の地中障害物切削への高い適用性を持っています。

カッター機構部のリユースが可能

• カッターヘッド、揺動フレーム、公転ドラムからなるカッター機構部は、断面形状が異なるトンネルの掘削装置への転用が可能になるため、転用によるコスト縮減や環境負荷の低減が可能です。
• ベアリング機構が従来のものより小さいために、新規に製作する場合でも納期が短く、工期短縮が期待できます。

掘削機上部に可動式の屋根（ルーフ）を持つユニークな機構で、そのルーフが地山を先行掘削することにより地盤沈下の防止や、不測の埋設物などの先進探査を行いながら掘削します。掘削するスポーク状のカッターがワイパーのように揺動する方式を採用し、矩形で掘削を行います。

アンダーパス工事に特化して、簡素化したマシン仕様・性能にしたことと、1現場のみならず複数現場への転用を考慮した構造としたことでマシンコストを大幅に削減することが可能です。

平成29年度日本建設機械施工大賞　大賞部門優秀賞
平成28年度建設施工と建設機械シンポジウム　優秀論文賞
第17回国土技術開発賞　入賞
特許登録済及び特許出願中
商標登録　5336635

マシンのユニット化

マシンは1つのユニットの幅を2.3ｍとして、トラックでの運搬を考慮したサイズとなっています。

全てのユニット間をボルトでの結合としたことで、溶接作業が発生せず作業環境に優しい上に組立・解体作業期間の短縮に寄与しています。

また、ユニット内の揺動カッターなどの可動する部位もボルトやピン締結にして取り外せる構造としたことで使用後のメンテナンスが容易になりました。

汎用性の高さ

一般的に矩形トンネルの場合、その用途によっては似たような大きさにはなるものの、現場ごとに微妙に幅・高さが異なります。推進機やシールド機は殆ど単品生産になっているという問題を解消するためR-SWINGマシンでは、基本型マシンにスペーサーなどを挟み込むことで寸法調整を容易にできる機構としました。基本型マシンの汎用性を高めたことで、転用可能となりマシン費の大幅削減効果が見込めます。

工法・セグメントの適応性

マシン前方はそのままで、後方の函体受座を変更することで推進工法からシールド工法への対応ができます。また、鋼製セグメント、RCセグメント、合成セグメントにも適用でき、あらゆる現場状況にも対応が可能です。

地上発進・地上到達技術の組合せ

今まで蓄積した鹿島の地上発進や低土被りでのシールド掘進実績をR-SWING工法にも応用することで、地上発進および地上到達が可能となり、現場のニーズに応じて立坑建造に要する工期・費用を大幅に低減することができます。

津軽蓬田トンネルは、北海道新幹線新青森・新函館（仮称）間の青森県東津軽郡蓬田村から外ヶ浜町に至る延長6,190mシールド外径11.3m の大断面トンネルです。本トンネルの地質は、未固結な砂を主体としており、土砂崩壊や流砂による切羽の不安定化が予想されました。そのため、安全性、施工性および経済性に優れたSENS（シールドを用いた場所打ち支保システム）による機械化施工が採用されました。

津軽蓬田トンネルは、2009 年11 月から掘進を開始しました。1ヶ月の掘進速度は最大367.5ｍを記録し、6,000ｍ以上の長大トンネルを35 ヶ月というスピードで到達しました。そして、SENS では日本初となる地上発進・地上到達を成功させました。

特許出願中

国内初となる大断面シールドマシンの地上発進・地上到達

同トンネル工事では、大断面シールドマシンとして国内初となる小土被り（5m、掘削外径比0.4D）の地上発進・地上到達を行いました。

地上発進・地上到達工法は、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です。

含水未固結地山での高速掘進

NATMでは、掘削面が解放されているため、含水未固結地山では安定して掘削ができません。SENSでは、シールドマシンで掘削面を安定させて機械掘削できるため、高速での掘進が可能となります。このため、NATMに比べ、2倍以上の掘進速度で掘削が可能です。

• 1ヶ月間の最大の掘進速度367.5ｍ
• 平均掘進速度190ｍ/月

一般のシールド工法では、掘進作業とセグメント組立作業は、並行作業とすることができず、サイクルタイム短縮の障害になります。そこで鹿島では、掘進専用のジャッキとセグメント組立専用のジャッキの2種類のジャッキを装備することで、掘進とセグメント組立を同時に行うことができる、「ダブルジャッキ式同時掘進工法」を開発し、シールド工法における工期短縮、コスト縮減を実現しました。

本工法では、シールド機本体の内部に前後にスライドする内胴を装備し、内胴から前方に伸びる掘進ジャッキと後方に伸びるセグメント組立用のジャッキを同一円周上に交互に装備し、内胴を反力に掘進を行いながら、内胴の後方でセグメント組立を行うことができます。

二重構造方式

シールド機は外胴と内胴との二重構造であり、主要構造がシールド本体内部にあるため、複雑な止水構造がなく、一般のシールドと同様に内胴部の環境を良好に保つことができます。

• 不具合発生時においても内胴部を構成する部品交換が可能で、長距離施工も高い信頼性があります。

二種類の専用ジャッキを装備

• 二種類の専用ジャッキを装備しているため、掘削作業とセグメント組立作業を同時に行うことにより高速施工が可能です。
• 掘進ジャッキの全数を使用するので、ジャッキに供給する油圧は、全て同じ圧力で供給します。これにより、掘進ジャッキの偏芯モーメントを低減できます。

作業エリアが分離独立

• 内胴前方の掘進ジャッキ装備部を掘進エリア、内胴後方の組立ジャッキ装備部を組立エリアとに分離独立しています。通常内胴はセグメントに対して静止しており、組立作業は一般のシールドと同様に作業ができ、安全性が確保できます。
• セグメント組立は組立ジャッキの複雑な動作パターン選択を自動化したことと、多様な内胴の盛替えパターンを網羅したことで、掘削時間とセグメント組立時間の変化に対応できます。

シールド機地中接合の従来工法として、到達立坑を設け、立坑内で接続する方法と接合地点で地上から地盤改良を行い接合する方法がありますが、地上部の制約や海底下で立坑築造や地盤改良が施工できない場合があります。また、シールド機内から地盤改良は施工スペースや改良範囲に問題があり、立坑や地盤改良が不要なシールド機の地中接合方法の確立が必要になります。

今回のA-DKT地中接合方法は、これらの課題をクリアした立坑や地盤改良が不要なシールド機の機械式地中接合工法です。更に、両シールドが貫入側と受入側の機能を有した構造となっており、両シールドの進捗により地中接合位置も変更可能です。また、貫入側外板に取付けてあるチューブシールを膨らませて止水性を確保します。

接合地点に到達した先着シールド（受入側）のカッタ面版を後退させて、そこに後着シールドを（貫入側）を前進させて、カッタ面版を貫入させることにより、二つのトンネルを接合する方法です。

受入側シールドの内側に取付けてあるチューブシールを膨らませて止水し、土砂と地下水の流入を防止する。さらに止水をより確実にするため、シール部のわずかな間隙に止水剤を注入してから、人力で面版を取り壊して接合します。この方法により、大掛かりな地盤改良をせずに地中接合することができます。