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シールドトンネル技術

固有技術

工法実績

掘進技術

覆工技術

総合管理

固有技術

安全/環境対策

リレービット工法

補助工法なしでシールド機のカッタビットを
いつでも、どこでも、何回でも交換可能

リレービット工法は、補助工法なしで、しかも人が切羽に出ることなく、交換場所も限定されることなく、何回でもシールド機のカッタビットを交換できる工法です。

交換方法は、カッタディスクのスポーク内に人が入れる程度のスペースを設け、そこにシールド機内から作業者が入り、ビットを1個ずつ交換します。

交換するビットは、止水性を備えた回転式、またはゲート式のケースに収納されており、取り外したビットは目視で摩耗や損傷状態を確認することができます。

また、複合地盤の掘進や土留壁を直接切削する発進到達、あるいは地中障害物対策などの場合において、掘削対象等に合わせた最適なビット仕様への変更、交換が可能となり、近年のシールド工事に望まれる「長距離化」「大深度化」に向けて大きく寄与できる工法です。

図版:リレービット工法

エンジニアリング功労賞受賞(エンジニアリング振興協会)2005年7月

キーワード
リレービット、シールド機、カッタビット、複合地盤、ビット交換、長距離、大深度
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リレービット交換手順

図版:回転式

回転式

図版:ゲート式

ゲート式

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特長・メリットココがポイント

品質確保

  • 掘進中の土質変化に対して、最適なカッタビット仕様への変更ができ、掘進の効率化が図れます。
  • 土留壁を直接切削する発進到達や既設洞道セグメントへの直接到達など、掘削対象に応じたビットを採用できます。
  • ビット交換用の中間立坑や地盤改良が不要となり、近隣や周辺環境への影響の軽減が図れます。

図版:リレービット工法

経済性向上

  • 掘進延長の長距離化に対しても、ビット交換用の中間立坑や地盤改良等が不要であり、工期の短縮と工事費の縮減を図れます。
  • カッタビットの損耗状況の確認を随時、目視で確認できるため、交換用カッタビットの運用における効率化を図れます。

図版:中間立杭不要、地盤改良不要、地中接合不要

安全性向上

  • 作業者が切羽に出る必要がなく、機内から無気圧の環境で作業を行えるため、安全性が確保できます。

図版:ビット交換状況(カッタスポーク内)

ビット交換状況(カッタスポーク内)

適用実績

図版:11号線隅田川

11号線隅田川

場所:東京都中央区

竣工年:2002年1月

発注者:帝都高速度交通営団

規模:泥水シールド工法 シールド外径Φ9,900mm 延長1,258m

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:2004年3月

発注者:国土交通省中部地方整備局

規模:泥土圧シールド工法 シールド外径Φ4,800mm 延長6,820m

図版:龍門原発冷却放水路トンネル

龍門原発冷却放水路トンネル

場所:台湾台北縣

竣工年:2006年3月

発注者:台湾電力

規模:泥土圧シールド工法 シールド外径Φ8,300mm 延長1,250m

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:泥水シールド工法 シールド外径Φ13,050mm 延長2,660m

学会論文発表実績

  • 「シールド掘進機カッタビット交換技術の適用実績と今後の展開」,土木学会シンポジウム,2003年
  • 「シールド掘進機カッタビット交換技術の開発」,土木学会,第55回年次学術講演会,2000年
  • 「補助工法不要のカッタビット交換方法『リレービット工法』の施工実績報告」,土木学会,第56回年次学術講演会,2001年

シールド機テールシール
「ウレコンシール」

発泡ウレタンを使用した止水性・耐久性に優れたシールド機テールシール

ウレコンシールは、従来のワイヤーブラシ型テールシールに発泡ウレタンを充填し、一体化させて止水性、耐久性を大幅に向上させたシールド機テールシールです。

充填されたウレタンが一枚の幕構造となることから、テールシールの遮水性能の向上と、セグメント面との摺動による耐摩耗性が向上されます。また、リング構造となったウレタン自身の伸縮力も作用することによって、セグメント面への押付力が更に強化されます。

これらの機能により、長距離、高水圧下および急曲線を伴うシールド工事において大きな効果を期待できます。

また、ウレコンシールの製作は、組立が完了したシールド機に、発泡ウレタンを充填して製作するため、メーカーや形式に制限を受けず、あらゆるシールド機への導入が可能です。

図版:ウレコンシールによるテール部の止水方法

ウレコンシールによるテール部の止水方法

キーワード
ウレコンシール、シールド機、テールシール、ワイヤーブラシ、発泡ウレタン、長距離、高水圧下、急曲線、止水性、耐久性、後施工
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従来のテールシールとの違い

従来のテールシールは、ワイヤーブラシと保護板のみで構成されており、ワイヤーブラシ内部およびワイヤーブラシと保護板の間にテールグリスを充填させることにより、その止水機能が発揮されます。

しかし、掘進中に生じるテールクリアランスの変化により、ワイヤーブラシ間に充填されたテールグリスが絞り出されて、その止水性能が低下する状況も生じます。

一旦、掘進を開始した後には、ワイヤーブラシ内部から逸失したテールグリスを当初の完全な状態に再充填することは非常に困難であり、また、逸失したテールグリスに代わり裏込材がワイヤーブラシ内部に侵入して固結する状態も生じます。

裏込材が固化したテールシールは、テールクリアランスの変化に対する追従性が著しく劣化するともに、テールブラシ自身が破損する危険も高くなります。

ウレコンシールは、ワイヤーブラシを弾性のある発泡ウレタンで一体化させた構造とすることによって、従来のテールシールの課題であったテールクリアランスの変化に対する止水性低下防止や裏込材侵入による破損リスクを回避でき、より高い止水性能と高耐久性、および曲線施工等における信頼性の向上を図っています。

図版:従来のテールシールとウレコンシール

従来のテールシールとウレコンシール

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特長・メリットココがポイント

遮水性能の向上

発泡ウレタンを充填し、ワイヤーブラシを一体化させることにより、テールシール自体の遮水性能の向上を図れます。

図版:ウレコンシールの取付状況

耐摩耗性、耐久性の向上

セグメントとの摺動に対する耐摩耗性、耐久性の向上を図れます。

図版:ウレコンシールの耐摩耗性、耐久性

押付力の強化

従来方式ではバネ板の押付力でセグメントへの追従性を確保していたものに対して、リング構造となったウレタン自身の伸縮力も作用することによって、セグメント面への押付力が更に強化されます。

図版:セグメントの反力比較図

セグメントの反力比較図

適用実績

図版:きらめき通り地下通路

きらめき通り地下通路

場所:福岡県福岡市

竣工年:1999年4月

発注者:岩田屋・NTT・九州不動産

規模:泥土圧工法 
シールド外径縦 4,980mm×横7,810mm 
延長119m

図版:東西連係ガス導管(富津)

東西連係ガス導管(富津)

場所:千葉県富津市

竣工年:2008年3月

発注者:東京電力

規模:泥水工法 
シールド外径Φ3,620mm 
延長9,030m

シールド機相対位置検知システム

磁気センシングとRIセンシング

シールド機の地中接合工において、両シールドの位置を確認するため、従来は地上からのチェックボーリングと測量を行っていたが、地上部の制約や海底下などでボーリング作業ができない場合があります。

そこで、シールド機内から両シールドの相対位置を確認するシステムをとして開発されたのが、「シールド機相対位置検知システム」です。

本システムは、先着シールド機から後着シールド機へ向かって水平ボーリングし、磁気センシング及びRIセンシングにより位置探査をするものです。

図版:シールド機相対位置検知システム概要図

シールド機相対位置検知システム概要図

キーワード
シールド機、水平ボーリング、磁気センシング、RIセンシング、相対位置探査、機械式地中接合、γ線感知装置
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シールド機相対位置検知の概要

磁気センシング

面盤に配置された磁石はカッターを回転させることにより、磁気センサーで検知される磁気には強弱が発生する。複数の棒磁石を面盤半径方向に対して角度を持って配置することにより、検出される磁気の波形パターンは磁気センサーの位置によって異なります。この原理を利用し、工場製作段階においてシールド機実機と磁気センサー位置に関する波形データを事前に収集し、実施工時において検出した波形データを比較することにより、シールド機同士の相対位置を判定します。

図版:磁気センシング原理概要図

磁気センシング原理概要図

RIセンシング

磁気センシングで得られた両シールドのおおよその相対位置関係を基に、先着シールド内の所定の場所から水平ボーリングを行い、後着シールド隔壁部にRI線源を当てます。後着シールド機内にてRI線源を検知し、両シールドの相対位置関係を確定します。

図版:RIセンシング概要図

RIセンシング概要図

特長・メリットココがポイント

相対位置関係の精度が向上

  • 機内作業のみでシールド機の位置を相対的に把握でき、地上からの作業を必要としません。
  • 繰返し行うことで相対位置関係の精度が向上します。
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適用実績

図版:東西連係ガス導管

東西連係ガス導管

場所:千葉県富津市

竣工年:2008年3月

発注者:東京電力

規模:シールド機外径Φ3,620mm 
(泥水加圧式シールド)総延長9,030m

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:シールド機外径Φ3,480mm 
(泥水加圧式シールド)延長13,314m

学会論文発表実績

  • 「シールド機地中接合のための高精度相対位置検知システムの開発」,土木学会論文集第6部門,1987年

SZパイル/SZセグメント

切削しやすくコストメリットのある新しい切削可能部材

シールドマシンの発進・到達では、土留め壁を人力で撤去後、地盤改良体を掘削する工法と、切削可能な部材を用いてカッタヘッドで土留め壁を直接掘削する工法の二つが主に用いられています。近年では、コストダウンや工期短縮のニーズから後者の工法が主流になりつつあります。

鹿島は、ガラス長繊維(直交配置もでき、荷重条件に合わせて積層を最適設計することにより、部材厚の低減が可能)とガラス短繊維を組み合わせ、熱硬化性樹脂(不飽和ポリエステル樹脂)を含浸することで(右図)任意の形状に製作でき、従来品よりも切削しやすくコストメリットのある新しい切削可能部材を開発しました。

図版:成型品構造仕様

成型品構造仕様

キーワード
ガラス繊維、FRP、シールド、発進到達、切削可能、土留め材料、セグメント

適用対象

  • シールド工事における発進・到達立坑の土留め芯材のうち、シールドマシンが通過する部分に設置して直接切削発進・到達させる工法に適用できます。

図版:発進・到達立坑に用いるSZパイル

発進・到達立坑に用いるSZパイル

  • シールドセグメントから発進・到達する曲線パイプルーフ工事において、スキンプレートの一部を切削可能部材とすることにより、掘進機を直接切削発進・到達させる工法に適用できます。

図版:曲線パイプルーフ工事に用いるSZセグメント

曲線パイプルーフ工事に用いるSZセグメント

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特長・メリットココがポイント

任意の形状に製作が可能

  • ガラス長繊維(直交配置もでき、荷重条件に合わせて積層を最適設計することにより、部材厚の低減が可能)とガラス短繊維を組み合わせ、熱硬化性樹脂(不飽和ポリエステル樹脂)を含浸することで、任意の形状に製作できます。

優れた切削性と施工性

  • 切削性が良好で切削くずが細かいため、掘進機の面盤や排泥管が閉塞しにくくなっています(写真1)。
  • 切削性が良好ですので、切削時の騒音・振動が微小です。
  • SMWの芯材として用いる場合、部材断面がH形であるため、ラップ削孔のオーガと芯材との接触・干渉がほとんど生じません(下図)。
  • 部材断面がH形鋼とほぼ同じですので、工事現場で簡単にボルト接合できます(写真2)。
  • 比重が約1.8t/m3であり、ソイルモルタル中で自沈するため、浮力対策が不要です。

図版:写真1 切削くず

写真1 切削くず

図版:ラップ削孔のオーガと芯材との干渉

ラップ削孔のオーガと芯材との干渉

図版:写真2 H形鋼との容易な接続

写真2 H形鋼との容易な接続

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適用実績

図版:信貴山幹線管渠

信貴山幹線管渠

場所:奈良県生駒郡

竣工年:2007年3月

発注者:奈良県流域下水道センター

規模:泥土圧シールド工法 
セグメント外径Φ2,000mm 
延長L1,344m

図版:中央環状新宿線富ヶ谷出入口トンネル

中央環状新宿線 富ヶ谷出入口トンネル

場所:東京都渋谷区

竣工年:2007年3月

発注者:首都高速道路公団

規模:曲線パイプルーフ工法 
延長1,459.2m(Φ812.8mm L19.2m×76本)

図版:26号堺共同溝

26号堺共同溝

場所:堺市堺区

竣工年:2009年12月

発注者:国土交通省近畿地方整備局大阪国道事務所

規模:泥土圧シールド工法 
セグメント外径Φ5,400mm 
延長L2,107m

図版:大和川線シールドトンネル

大和川線シールドトンネル

場所:堺市堺区~北区

発注者:阪神高速道路

規模:泥土圧シールド工法 
セグメント外径Φ12,230mm 
延長L4,082m

図版:芝浦水再生センター雨天時貯留池返水ポンプ室

芝浦水再生センター
雨天時貯留池返水ポンプ室

場所:東京都港区

竣工年:2012年10月

発注者:東京都下水道局

規模:地中連続壁13 
エレメントt1.3m 1,890m2

図版:宮田導水路1号サイホン

宮田導水路1号サイホン

場所:愛知県丹羽郡~江南市

発注者:農林水産省東海農政局

規模:泥土圧シールド工法 
セグメント外径Φ3,900mm 
延長L1,934m

学会論文発表実績

  • 「GFRP積層板を用いた切削可能壁体の開発」,土木学会年次学術講演会,Vol.59,2004年
  • 「任意方向の強度特性を有するGFRP積層板の開発 ─切削可能な中空断面平板部材への展開─」,土木学会年次学術講演会,Vol.60,2005年
  • 「GFRP製H形パイルのシールド直接切削発進への適用」,土木学会年次学術講演会,Vol.61,2006年

特殊充填材
「ボイドキーパー®

掘削余掘り部に充填して地山を安定させる技術

シールド工法や推進工法で地山を掘削する際には、余掘り部が発生します。円筒形の掘削機が曲線区間を施工する場合、曲線の内周側にはより大きな余掘り部が必要となります。余掘り部が大きくなると、地山の崩落による地表面沈下や地中埋設管への被害の懸念が増大し、円滑な施工に支障をきたす可能性があります。

また、近年、地下通路や道路のアンダーパスのように、低土被りで非円形、矩形シールドが採用される工事が増えています。このような条件の場合、余掘り部が崩壊して地表面沈下が発生しやすい状況にあります。

通常は、掘削機の後方で裏込材を注入することにより余掘り部を充填し地盤の安定を図ります。しかし、実際には掘削から裏込め注入までの間に地山が崩落し、地表面沈下などが発生する可能性があります。「ボイドキーパー」は、掘削直後に掘削機から充填注入して地山を保持し、しかも施工時には固結しないで掘削機の通過を妨げない特殊充填材です。

特許登録済

図版:急曲線部掘進時の「ボイドキーパー」充填イメージ

急曲線部掘進時の「ボイドキーパー」充填イメージ

図版:非円形シールドでの「ボイドキーパー」充填イメージ

非円形シールドでの「ボイドキーパー」充填イメージ

キーワード
シールド工法、推進工法、余掘り部、地山崩落、地表面沈下、地山保持
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特長・メリットココがポイント

地山安定性と施工性を両立

  • ボイドキーパーは、A液(主材)、B液(硬化促進剤)からなる2液タイプの材料です。両液をミキシングするとただちにゲル化し、掘削機通過時には地山を保持するだけの硬さとなります。この状態で、裏込め注入までの期間に発生する余掘り部への地山の崩落を防止します。

図版:ボイドキーパーのA液(主材)

ボイドキーパーのA液(主材)

図版:ゲル化したボイドキーパー

ゲル化したボイドキーパー

自硬性を有する充填材料

  • 掘削機通過後、数週間かけて地山強度程度に固化します。可塑性の粘土を充填する従来工法のように、後から裏込材で置換する必要がありません。

図版:混練りからの経過日数と強度の関係

混練りからの経過日数と強度の関係

図版:固化したボイドキーパー

固化したボイドキーパー

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適用実績

図版:常磐工区開削トンネル工事

常磐工区開削トンネル工事

場所:大阪府堺市

竣工年:2020年10月

発注者:阪神高速道路

規模:道路トンネル 延長225m 
内空幅7.36m×内空高さ6.9m 
低土被り地表面沈下抑止(ボイドキーパー使用量217m3

図版:大和川線シールドトンネル

大和川線シールドトンネル

場所:大阪府堺市

竣工年:2019年3月

発注者:阪神高速道路

規模:道路トンネル 延長4,082m 
仕上がり内径11,320mm(一般部) 
地表面沈下対策 再掘進開始時の胴締め対策(ボイドキーパー使用量3.8m3

図版:代々木上原駅~梅ケ丘駅間連続立体交差事業および複々線化事業

代々木上原駅~梅ケ丘駅間 
連続立体交差事業および複々線化事業

場所:東京都世田谷区

竣工年:2015年

発注者:小田急電鉄

規模:鉄道・軌道トンネル 延長41m 
内空幅10.575m×内空高さ8.084m 
函体推進時の摩擦低減 地表面沈下抑止(ボイドキーパー使用量:20m3

図版:福岡外環状道路と天神大牟田線との立体交差

福岡外環状道路と
天神大牟田線との立体交差

場所:福岡県福岡市

竣工年:2010年3月

発注者:西日本鉄道

規模:道路トンネル(鉄道アンダーパス) 
延長19m 内空幅33m×内空高さ6.7m 
函体推進時の摩擦低減 地表面沈下抑止(ボイドキーパー使用量:15m3

図版:9号京都西立体千代原トンネル

9号京都西立体千代原トンネル

場所:京都府京都市

竣工年:2010年3月

発注者:国土交通省近畿地方整備局

規模:道路トンネル 延長370m 
内空幅13.9m×内空高さ5.4m 
パイプルーフ工法の路面沈下抑止(パイプルーフ延長150m)(ボイドキーパー使用量:17m3

図版:西大阪延伸線

西大阪延伸線

場所:大阪府大阪市

竣工年:2009年9月

発注者:西大阪高速鉄道

規模:鉄道・軌道トンネル 延長1,152m 
仕上り内径6,200mm シールド近接施工時の併設トンネルへの影響抑止(ボイドキーパー使用量:66m3

図版:公共下水道山王北幹線

公共下水道山王北幹線

場所:秋田県秋田市

竣工年:2006年5月

発注者:秋田市

規模:下水道トンネル 延長915m 
仕上り内径2,400mm 急曲線部地表面沈下抑止
(ボイドキーパー使用量:9m3

図版:高速鉄道東西線

高速鉄道東西線

場所:京都府宇治市

竣工年:2003年12月

発注者:京都市交通局

規模:鉄道・軌道トンネル 延長760m 
仕上り内径9,200mm 矩形大断面地表面沈下抑止
(ボイドキーパー使用量:70m3

学会論文発表実績

  • 「矩形シールド工事における新しい沈下抑止特殊充填材の施工実績」,土木学会,第72回年次学術講演会,2017年
  • 「大断面泥土圧シールドの長期掘進停止対応(その1:地表面沈下対策、および胴締め対策)」,土木学会,第71回年次学術講演会,2016年
  • 「阪神なんば線併設シールドの近接施工 その2(施工実績)」,土木学会,第63回年次学術講演会,2008年
  • 「沈下抑止特殊充填材のパイプルーフ推進工法用滑材への適用実績」,土木学会,第62回年次学術講演会,2007年
  • 「シールド急曲線部施工における地表面沈下抑止のための余掘り部充填工」,地盤工学会,第41回地盤工学研究発表会,2006年

アワモル工法®

長距離ガスパイプライントンネルの中詰め材料及び施工技術

近年、天然ガスの安定供給体制を整えるべく、ガスパイプラインの延伸、ネットワークの構築が進められています。ガスパイプラインのトンネルとガス管の間には中詰め材としてエアモルタルなどが充填されますが、シールドトンネルの長距離化が進み、立坑なしで数kmに及ぶパイプラインの構築が増加する昨今、エアモルタル自体を圧送する従来の工法では、長距離圧送によって気泡の消失や材料分離が生じるなどの課題が出てきています。

そこで、長距離を安定して圧送し、確実にガス管の周囲を充てんする合理的な中詰め材料及び施工技術である「アワモル工法®」を開発し、これまでに約200,000m3を実施工に適用しました。

特許登録済

図版:ガスパイプライントンネル内でのアワモル充てん状況(東京ガス 中央幹線工事)

ガスパイプライントンネル内でのアワモル充てん状況
(東京ガス 中央幹線工事)

キーワード
アワモル工法、アワモル、エアモルタル、中詰用発泡モルタル、小口径シールド、長距離圧送、工期短縮、ガスパイプライン、パイプルーフ

図版:アワモル工法

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従来工法との比較

従来のエアモルタル工法は、地上プラントで製造したエアモルタルを打設位置までポンプ圧送することが主流でしたが、圧送によるエアモルタルの品質低下を防ぐには、圧送距離2~3km程度、空気量は50%以下までが限界でした。

しかし、ガスパイプラインに用いる中詰め材には、ガス管表面の塗膜温度上昇を抑制する硬化熱抑制とともに、万一ガス管からガスが漏洩しても検知可能な高い透気性を求められる場合が多く、長距離圧送とこれらの要求品質を両立させることは困難でした。

鹿島は、長距離圧送に伴う上記の課題を解決するために、地上からベースモルタルと気泡剤を別々に圧送し、打設位置で起泡剤を発泡させ、ベースモルタルと混合する方式を採用しました。また、空気量70%レベルでも材料分離がしにくい材料及び起泡混合を安定化させる施工設備の開発を同時に行うことで、「アワモル工法」を完成させました。

本工法によるこれまでの長距離圧送実績は最大6.7km(中部電力 伊勢湾横断ガスパイプライン工事)です。

図版:アワモル工法の概要図

アワモル工法の概要図

特長・メリットココがポイント

高い透気性

特殊な起泡剤を用いることで、従来のエアモルタルよりも高い透気性を付与することが可能となりました。

  • 連続気泡を構成することで、透気係数1.0×10-1cm/sec以上を確保し、漏えいしたガスをいち早く検知装置まで透過させることが可能です。
  • 材料分離抵抗性が高く、圧送や流し込みによる気泡の消失を抑制できます。

図版:連続気泡による高い透気性の付与

連続気泡による高い透気性の付与

硬化熱の検証

実施工に先立ち、温度解析によってトンネル内の温度を高い精度で予測できます。

  • 中詰め材料の硬化熱によるガス管の伸びやガス管塗覆装への悪影響が懸念される場合、事前にトンネル内の温度をシミュレーションできます。
  • 中詰め材料の配合を調整することで、硬化熱を抑えることも可能です。

図版:内径2mのシールドトンネルにおける温度解析例

内径2mのシールドトンネルにおける温度解析例

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適用実績

図版:中央幹線Ⅰ期シールド内配管

中央幹線Ⅰ期シールド内配管

場所:東京都江戸川区~埼玉県草加市

竣工年:2008年8月

企業者:東京ガス

発注者:日鉄パイプライン

規模:東京ガス中央幹線(ガスパイプライン)のトンネル中詰め トンネル総延長23.1km 
トンネル内径2,000mm 
アワモル打設量86,250m3 
アワモル最大圧送距離6.3km

図版:9号京都西立体千代原トンネル

9号京都西立体千代原トンネル

場所:京都府京都市

竣工年:2010年3月

発注者:国土交通省近畿地方整備局

規模:国道立体交差化工事のパイプルーフ鋼管中詰め パイプルーフ延長150m 
パイプルーフ計813~1,016mm 
アワモル打設量2,820m3

学会論文発表実績

  • 「エアモルタルによる最長6.3㎞のガス幹線シールド中詰め材料の開発と施工」,土木学会,トンネル工学報告集第18巻,2008年11月
  • 「長距離パイプルーフ鋼管中詰め工へ適用した特殊エアモルタル工法」,土木学会,第64回年次学術講演会,2009年9月
  • 「超長距離圧送を可能としたトンネル中詰用発泡モルタルの基本特性 ─アワモル工法の開発─」,鹿島技術研究所,年報第60号,2012年9月

セグメント自動搬送システム

地上から切羽までセグメントを自動で搬送

シールドトンネル工事では、近年更なる長距離化が進み、また、高速施工も進んでいます。そのため、鹿島では、セグメント自動搬送システムを開発、数多くの現場に導入しています。

これにより安定した搬送サイクルが確保できるだけでなく、安全性の向上、セグメント搬送の人員削減など大きな効果を上げています。

セグメントの自動組立システムと併せ、シールド工事の無人化・自動化に取り組んでいます。

特許登録済

図版:セグメント自動搬送システム

キーワード
自動搬送システム、バッテリロコ、タイヤ搬送、セグメントドーリー、セグメントセッタ、中央管理室
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特長・メリットココがポイント

立坑内への搬送から切羽まで全自動搬送

立坑部には大型資材リフトを設置し、全自動のセグメントドーリーにより地上セッタからセグメントリフトを経由し、坑口に設置されたセグメントセッタまでの搬送を自動化しています。タイヤ式自動搬送システムと併せて、立坑内へのセグメント投入から切羽までの全自動搬送が可能となっています。

図版:55tリフト(地上部)

55tリフト(地上部)

図版:セグメントドーリー

セグメントドーリー

図版:セグメントセッタ

セグメントセッタ

中央管理室で自動運行を集中管理

各台車の位置は、ステーションごとに設置されているIDタグを台車が読み取り、無線により中央管理室に転送され、中央管理室では、坑内のすべての台車の位置を把握、管理することができます。

図版:中央管理室

中央管理室

障害物センサなどで安全性を確保

台車の前後には障害物センサと障害物バンパを設置し、安全性を向上させています。また、坑口から1km付近に逸走防止装置を設置し、既定の速度を超えた場合に、搬送を停止できる安全機能を備えています。

タイヤ式とし、枕木設置を省略

中央環状品川線では、高速施工に対応するため、1リング分のセグメントを一括で高速運搬(時速10km)できるタイヤ式搬送台車を採用し、センター部のみに軌条を敷設するセンターレール方式にしました。これにより坑内への枕木設置を省略でき、工期、コストの短縮に寄与します。

図版:センターレール及びタイヤ式による搬送状況

センターレール及びタイヤ式による搬送状況

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適用実績

図版:東京電力 東西連携ガス導管新設工事(富津工区)うち土木工事

東京電力 東西連携ガス
導管新設工事(富津工区)うち土木工事

場所:千葉県富津市~東京湾

工期:2003年4月~2008年3月

発注者:東京電力

規模:シールド機外径3.62m 掘進延長9,030m

図版:中央環状線品川線シールドトンネル(北行)工事

中央環状線品川線
シールドトンネル(北行)工事

場所:東京都品川区~目黒区

工期:2007年2月~2013年2月

発注者:首都高速道路

規模:シールド機外径12.3m 掘進延長8,010m

学会論文発表実績

  • 「大断面長距離シールドにおける月進400m高速施工への挑戦」,第7回日中シールド技術交流会,2013年9月
  • 「泥土圧式シールド機による大断面、長距離シールド掘進 中央環状品川線」,第38回世界トンネル会議2012(タイ国 バンコック市),2012年5月
  • 「中央環状品川線 約8kmの長距離・高速施工」,土木技術,2009年12月号,2009年12月
  • 「大断面長距離シールドトンネルにおける高速施工の実績」,土木学会,第67回年次学術講演会,2012年9月
  • 「長距離・大断面泥土圧式シールドの立坑部におけるトンネル大型資材搬入リフトの適用」,建設機械,2012年12月号,2012年12月

KaCIM’S®(カシムズ)

CIMを活用してシールド工事の掘進管理を”見える化”する
掘進・組立シミュレーションおよび作業指示書作成システム

熟練オペレータや経験豊富な社員が不足する中、シールドトンネルが長大化し、これまで以上にシールド工事の安全・品質を確保したうえで生産性の向上が求められています。そうした中、高品質のトンネル(線形・内空・出来形品質を確保した高水密・高耐久の覆工)を構築するため、これまで熟練技術者の「暗黙知」によるところの大きかった掘進管理手法を見直す必要があります。

そこで、CIMを活用してシールド掘進・セグメント組立計画を3次元モデルで即時に可視化し、デジタル掘進組立指示書を作成するシールド工事の掘進・組立計画支援システム「KaCIM’S」を開発・実用化しました。

※KaCIM’S:Kajima Construction Information Modeling /Management Shield System

特許登録済

図版:KaCIM’S画面例

KaCIM’S画面例

図版:運用状況

運用状況

キーワード
シールド、CIM、線形管理、シミュレーション、生産性向上
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従来工法との比較

従来の線形管理手法は、先ずトンネル内の測量結果を方眼紙へ記録します。前日の測量結果からどのように推移したかを管理するため、ロール状の方眼紙を用い、現在の位置・前日からの推移状況から翌日の掘進計画を立案します。計画ができたら、指示書へ記載します。これらの作業は、すべて手作業の為に時間を要し、計画立案も経験者の「暗黙知」によるところが多いものでした。

KaCIM’Sでは、掘進計画から指示書作成を一つのシステムで行う事が可能です。指示書作成も、掘進方位などの必要情報を入力するだけで、掘進計画のシミュレーションが行われ、蛇行量やクリアランス、余掘り量を定量的かつ即座に3次元モデルで図化して将来予測の妥当性を確認することができます。従来手法ではできなかったリアルタイム図化・確認が行えるため、経験の浅い技術者でも、検討時間の短縮と計画精度の向上が図れます。

図版:3Dシミュレーションシステム画面

3Dシミュレーションシステム画面

図版:クリアランス表示例

クリアランス表示例

図版:余掘り軌跡表示例

余掘り軌跡表示例

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特長・メリットココがポイント

生産性向上

  • 従来の手作業による計算・図化に対し、自動演算・3次元モデル図化、および指示書作成までが1システムで可能なため、計画立案・指示書作成の大幅な効率化を達成(50%の時間短縮)
  • 掘進管理の「暗黙知」をデジタルデータとして記録・蓄積・分析することで、将来的なシールドマシン自動制御に貢献

図版:時間短縮効果(分)

時間短縮効果(分)

出来形品質の向上

  • 掘進・組立指示書の2次元・3次元でのシミュレーション結果の見える化により、計算ミスや入力ミスを容易に確認でき、ヒューマンエラーを防止
  • 計画と実績との差異をデジタルデータとして記録・蓄積・分析することで、掘進計画のPDCAサイクルによるフィードバックの迅速化

図版:品質向上効果

品質向上効果

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適用実績

図版:ガス導管

ガス導管

場所:茨城県東海村

竣工年:2020年10月

規模:掘進延長1,718m 
セグメント外径Φ2,200mm 掘削外径Φ2,360mm

図版:上北沢シールド工事

上北沢シールド工事

場所:東京都世田谷区

竣工年:2022年12月予定

発注者:東京都水道局

規模:泥水式シールド 
掘進延長1,863m 最小曲率R=35m 
セグメント外径Φ2,000mm 掘削外径Φ2,130mm

学会論文発表実績

  • 「シールド掘進管理の見える化と生産性向上への挑戦」,土木学会関東支部,2019年
  • 「CIMを活用した掘進シミュレーションシステムの実用」,土木学会全国大会,2019年
  • 「シールド工事の掘進管理を“見える化”するKaCIM’S を開発適用」,建設機械施工,2020年

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