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都市インフラ

R-SWING®工法

非開削矩形アンダーパス工事に特化した泥土圧式掘削機

この工法は周辺環境への影響を最小限に留めながら、都市部の立体交差などのトンネルを非開削で構築するものです。

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

図版:R-SWINGマシン全景(ルーフ張出し状況)

R-SWINGマシン全景(ルーフ張出し状況)

キーワード

アンダーパス、非開削工法、泥土圧式掘削機
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R-SWINGマシンの適用条件と基本構造

適用地盤条件と寸法

アンダーパス工事は比較的深度の浅い場所が多いため、以下のように適用地盤条件を設定しました。

  • 適用地盤:N値20程度の粘性土・砂層
  • 土被り:5~10m程度
  • 地下水:0.1MPa程度

また、寸法は、地下連絡通路から2車線道路トンネルでの適用を考えて以下になります。

  • 形状:偏平矩形(四角形)
  • 幅:最小4.6~最大9.2m
  • 高さ:最小3.6~最大9.0m

R-SWINGマシンの基本構造

左図は基本型のR-SWINGマシンの図です。前後に1.5m伸縮する高さ0.9mのルーフマシンを上部に、下部に基本高さ2.7mの本体マシンを配置しています。掘削はワイパーのように左右に振れる揺動カッター方式を採用し、揺動する際に後方に掛かる反力を打ち消すためにルーフマシン、本体マシンともに幅2.3mのマシンを左右2基配置しています。また、ルーフマシン、本体マシン後方には姿勢制御を目的とした中折れ機構を装備した函体受座があります。

ルーフマシン、本体マシンとも必要に応じ上下左右に結合することが出来る構造になっており、右図のような大断面にも適用可能となっています。

図版:R-SWINGユニット

R-SWINGユニット

図版:R-SWINGユニット拡幅例

R-SWINGユニット拡幅例

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特長・メリットココがポイント

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。

図版:各ユニットのボルト締結

各ユニットのボルト締結

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。

図版:高さ微調整方法

高さ微調整方法

地盤変状抑制と前方探査機構

先行掘進のために設けられたルーフマシンが直上の地盤沈下および隆起抑制に寄与するだけでなく、埋設物などの探査機能としても活用でき、より安全に掘進することが可能となります。

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セグメントにも適用でき、あらゆる現場状況にも対応が可能です。

図版:推進・シールド工法の適用イメージ

推進・シールド工法の適用イメージ

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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。

図版:地上発進・地上到達イメージ

地上発進・地上到達イメージ

適用実績

図版:新御茶ノ水駅連絡出入口

新御茶ノ水駅連絡出入口

場所:東京都千代田区

発注者:三井住友海上火災保険

監理者:東京地下鉄(請願工事)

トンネル諸元:
トンネル外寸 幅4.85m×高さ3.6m
掘削距離L26.5m
掘削土層細砂礫混じり砂層

学会論文発表実績

  • 「R-SWING工法による短形断面トンネルの施工実績」,第71回都市施工体験発表会,2012年
  • 「短形アンダーパス『R-SWING工法』の施工実績」,土木学会第67回年次学術講演会,2012年

トンネル分岐・合流部の合理的施工技術
「太径曲線パイプルーフ工法」

併設する2本のシールドトンネルを接続して大空間を構築

都市の過密化や都市再生の進展にともない、道路トンネルを地下に整備する必要性が高まり、また、大深度地下利用法の施行により地下トンネルは従来よりもさらに深くなる傾向にあります。

それらの建設に際しては、道路直下を利用し、地上交通あるいは地下埋設物への影響が少ないシールド工法が有効です。

地上へ繋げるランプトンネルのうち特に本線トンネルとの接合部の施工には、一般的に開削工法が用いられますが、地上交通に影響が少ない非開削工法の開発が強く望まれてきました。

太径曲線パイプルーフ工法は、併設する本線トンネルとランプトンネルの間を、大口径の鋼製曲線パイプルーフでつなぐことで土圧・水圧に抵抗させ、不要な既設セグメントを解体し、その内部に大空間を非開削で構築する工法です。

第10回国土技術開発賞 最優秀賞 国土交通省 2007年

日経BP技術賞・建設部門賞 日経BP社 2008年
平成26年度土木学会賞 技術開発賞

図版:太径曲線パイプルーフイメージ

太径曲線パイプルーフイメージ

キーワード

シールドトンネル、パイプルーフ工法、非開削、都市高速道路、推進工法、非常駐車帯、ランプトンネル、
部分拡幅、分岐・合流、凍結工法
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施工ステップ

図版:太径曲線パイプルーフ工法 施工手順

太径曲線パイプルーフ工法 施工手順

  1. Step1シールド工法にて、本線トンネルおよびランプトンネルを構築します。
  2. Step2ランプトンネル坑内から、推進工法により太径曲線パイプルーフを下向きに施工します。
  3. Step3その後段取りを変更し、同様に推進工法で上向き太径曲線パイプルーフを施工します。
  4. Step4上下太径曲線パイプルーフを併合(接合)させ、本線・ランプトンネルと一体化します。
  5. Step5また、隣り合う太径曲線パイプルーフ間は凍結工法・薬液注入により止水を行い、拡幅時の支保構造を非開削にて内部掘削を行います。
  6. Step6その後、不要な既設セグメントを解体し、ランプ分合流拡幅部の構築を施工します。

特長・メリットココがポイント

構造体として高い信頼性

  • 鋼製の太径曲線パイプルーフで土圧・水圧を支持するので、構造体としての信頼性が高くなります。
  • 太径曲線パイプルーフ管には円形あるいは矩形の鋼管を用い、任意の半径・断面寸法に対応でき、かつ曲率半径も自由に選定可能です。

図版:パイプルーフの本体構造利用イメージ

パイプルーフの本体構造利用イメージ

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凍結工法のリスクを低減

  • 凍結範囲が小さく、凍上、凍着切れなどの凍結工法のリスクと考えられる要因の低減を図ることができます。
  • 太径曲線パイプルーフ管の間の地盤凍結は、鋼管内に任意に配置した凍結管により止水に必要な最小限の厚さの凍土を確実に造成することが可能です。

図版:凍結工法イメージ

凍結工法イメージ

完全な非開削施工

  • 太径曲線パイプルーフで土圧・水圧を支持し、凍土で完全止水することにより、非開削施工が可能です。
  • 太径曲線パイプルーフは、施工済みのシールドトンネル、山岳トンネルから円形あるいは矩形の掘進機で覆工を直接切削発進・到達することが可能です。

適用実績

図版:首都高速道路中央環状線新宿線富ヶ谷出入口

首都高速道路中央環状線
新宿線富ヶ谷出入口

場所:東京都渋谷区

竣工年:2009年9月

発注者:首都高速道路

規模:曲線パイプルーフ工
(φ812.8㎜ L=19.2m×76本)
延1,459.2m

学会論文発表実績

  • 「太径曲線パイプルーフ工法による非開削大断面地下空間構築工法(その1)、(その2)、(その3)」,土木学会第59回年次学術講演会,2004年9月
  • 「太径曲線パイプルーフ工法の開発と実用化」,土木学会・土木建設技術シンポジュウム2006,2006年7月

合流シールド「D-Shapeシールド工法®

D形と円形のシールドトンネルを接続して合流部を構築

都市の過密化や都市再生の進展にともない、道路トンネルを地下に整備する必要性が高まり、また、大深度地下利用法の施行により地下トンネルは従来よりもさらに深くなる傾向にあります。

それらの建設に際しては、道路直下を利用し、地上交通あるいは地下埋設物への影響が少ないシールド工法が有効です。

D-Shapeシールド工法とは、本線シールドとランプシールドの合流部においてD形の本線シールドトンネルを構築した後に円形ランプシールドを本線に近接して施工し、トンネル間を凍結工法などで改良した後に接合部地盤を掘削して切拡げ、トンネル覆工を組立てて閉合し、最終的に大断面タマゴ形トンネルを構築するものです。

図版:道路トンネルランプ構築イメージ

道路トンネルランプ構築イメージ

図版:D-Shapeシールド工法 施工イメージ

D-Shapeシールド工法 施工イメージ

キーワード

合流シールド、ランプ、凍結土、曲線ボーリング
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施工ステップ

図版:施工ステップ

施工ステップ

Step1 本線シールド施工

D形の本線シールドトンネルを構築します。D形トンネル施工時の拡大テールボイドには特殊充填材(裏込め注入材相当)を充填します。

Step2 ランプシールド施工

上記で充填した特殊充填材を切削しながら、本線トンネルに近接して円形ランプシールドトンネルを施工します。

Step3 曲線ボーリング施工

2本のトンネルをボーリング工でつなぎます。これは接合部地盤掘削時の止水と山留めを目的とした鉛直支保工になるとともに、凍土造成の準備となります。

Step4 凍土造成

曲線ボーリングを介して凍土を造成します。近接しているため、局部的な凍土造成となり、工期的に大きなメリットとなります。

Step5 接合部セグメント撤去、掘削

接合範囲にあるセグメントを撤去し、未掘削部を追加掘削します。

Step6 接合部(下部)タマゴ形トンネル覆工組立

円形ランプシールドの架設セグメントの上に、2本のトンネルを接続するセグメントを新たに組立てます。

Step7 タマゴ形トンネル覆工組立

上部までセグメントを組立て、タマゴ形トンネルは完成します。分岐・合流部のトンネルとしては、応力上で合理的な形となります。

Step8 背面充填・内部支保工・内部セグメント撤去

地盤反力を確保して利用するために、タマゴ形トンネルの背面充填を行います。その後、残置している支保工とセグメントを撤去します。

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Step9 内部躯体構築

局部凍結した凍土を解凍し、用途に応じた内部構築を行い、完成します。

特長・メリットココがポイント

完全な非開削施工

D-Shapeシールド工法を採用することにより、断面形状の変化に伴うシールド機の入れ替えや中間立坑が不要となり、完全な非開削での施工が可能です。

図版:D型シールドイメージ

D型シールドイメージ

施工安全性が高く、占用幅が小さい

円形トンネル同士を接続する工法と比較した場合、D-Shapeシールド工法は接合部の切拡げ範囲が21%と小さく、補助工法の規模が小さくて済むため、施工の安全性が高まります。また、占用幅が79%と小さく、建築限界に対する不要スペースも小さいため合理的です。

図版:分岐・合流部の覆工断面比較

分岐・合流部の覆工断面比較

学会論文発表実績

  • 「道路トンネルにおけるシールド技術体系と最新技術」,建設の施工企画,2005年2月
  • 「D-Shapeシールド工法の開発(その1)─工法概要」,土木学会第61回年次学術講演会,2006年9月
  • 「D-Shapeシールド工法の開発(その4)─大深度地下分岐合流部の非開削地中拡幅工法による周辺地盤への影響比較」,土木学会第61回年次学術講演会,2007年9月

交差点立体化「SEB®工法」

上下同時作業による急速交差点立体化工法

都市部における慢性的な交通渋滞を解消するため、交差点の立体化が急がれています。しかし従来の工法では、工事による二次渋滞の発生が大きな問題となっており、そのため、工事中の交通規制を最小限とし、短期間で工事を終了できる新しい立体交差工法「SEB工法」を開発しました。

SEB工法は、自己昇降システム(Self Elevating System)を用いた、立体交差急速化施工の新工法です。

図版:SEB工法 施工イメージ

SEB工法 施工イメージ

キーワード

高架橋、立体交差、急速施工、自己昇降システム、上下部同時施工、渋滞解消
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施工ステップ

図版:施工ステップ

  1. Step1交差点両側の側径間ブロック桁を道路上の作業帯内で組み立て、自己昇降システムを用いてジャッキアップします。これにより桁下と桁上に作業用のスペースが確保できます。
  2. Step2桁下にできた広い空間を利用して、橋梁基礎と橋脚を構築します。同時に桁上では分割搬入した中央径間桁を組み立てます。作業はすべて作業帯の中で行うことができ、交通規制は必要最小限に抑えられます。
  3. Step3中央径間桁をジャッキ搭載多軸台車にて、引き出し架設します。この時には交差点の通行止めが必要です。
  4. Step4その後、ジャッキダウンを行い、一連の橋梁が完成します。
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特長・メリットココがポイント

橋梁上・下部工の同時施工により
工期を大幅縮減

自己昇降システムによりジャッキアップした側径間桁上で中央径間桁を組み立て、同時に桁下で橋梁基礎と橋脚を構築するため、大幅に工期を短縮できます。

図版:SEB工法実証実験

SEB工法実証実験
本実験により橋桁本体の自己昇降システムに対する適用性を確認しました

交通規制が最小限
特に交差路の通行止めは最小

交差道路の通行止めは、中央径間桁を引き出し架設する夜間1回程度です。また、立体化する道路の作業帯は、2車線分の広さで済むので、道路の交通規制は最小限に抑えることができます。交差路の通行止めが最小限となるため、鉄道立体交差工事にも適用可能です。

図版:鉄道立体交差 完成イメージ

鉄道立体交差 完成イメージ

様々な地盤で施工が可能

作業空間が広いので、基礎工法の選択の幅が広がります。地盤条件に合わせて直接基礎、杭基礎など様々な基礎形式を採用することが可能となります。

学会論文発表実績

  • 「SEB工法による立体交差事業の急速化施工」,土木学会,第57回年次学術講演会,2002年9月
  • 「SEB-ANP工法による狭隘な作業帯における立体交差事業の急速化施工」,土木学会,第58回年次学術講演会,2003年9月
  • 「自己昇降システムを用いた立体交差事業の急速化施工」,建設機械7月号,2003年7月
  • 「上下同時作業による急速交差点立体化工法 ─SEB(Self Elevating Bridge)工法」,土木施工,2004年5月

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