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：3～10ｍ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。

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。

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。

施工ステップ

• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。
• 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

• 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。
• 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。
• 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。
• 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。

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。

ケーソン工法では躯体構築時の鉄筋組立作業に時間を要することに加え、高所作業も多く、生産性向上及び安全性向上が求められていました。また、土砂を掘削する順序や地盤の軟らかさにより、沈下する際にわずかながら躯体に傾斜が生じることから^※、既設躯体の傾いた鉄筋にユニット化した鉄筋を正確に継ぎ足すことが難しく、躯体構築における鉄筋組立作業は、躯体上で行うことが一般的でした。

そこで、予め地上で地組みし大型ユニット化した鉄筋を、新たに開発した吊り治具とトラバーサ（移動の際に鉄筋ユニットの形状を保持する装置）を使用して鉄筋を揚重することで、ケーソンの傾斜に合わせて正確に鉄筋を継ぎ足すことが可能な「大型ユニット鉄筋先組工法」を開発しました。

※ケーソンに傾斜が生じた際は、次サイクルの沈設でケーソンの姿勢制御を行います。

特許出願中

本工法の概要

本工法は、現場で地組みし大型ユニット化した鉄筋を、ケーソンの傾斜に合わせて揚重することで、既設躯体へ一括して正確に鉄筋を継ぎ足すものです。本工法の概要は以下のとおりです。

1．鉄筋組立架台とトラバーサにより、任意形状で大型ユニット鉄筋を組立
鉄筋を、ケーソンの躯体形状に合わせて制作した鉄筋組立架台上で配筋・ユニット化した後、トラバーサを使用してユニットの形状を保持します。

2．部材の姿勢制御を可能とする吊り治具を用いた揚重
大型ユニット鉄筋を揚重する際、油圧式の吊り治具を地上から遠隔操作して油圧ジャッキを伸縮させることで、大型ユニット鉄筋の傾斜をケーソンの傾斜に合うよう調整、姿勢を制御した状態で継ぎ足し箇所へ移動します。

複数の作業が同時に行われる躯体上での鉄筋組立作業が、現場内の地上ヤードで施工できるようになるため、工程短縮が可能となるほか、足場上での高所作業が無くなり、安全性も大幅に向上します。

躯体上の鉄筋組立作業が減少することによる安全性の向上

• 鉄筋組立作業を現場内の地上ヤードで施工できるため、躯体上の高所作業を減らすことができ、安全性が向上します。

システム構成

本システムは、主たる計測をLiDAR（レーザースキャナー）で行い、影となる箇所は刃口近傍に設置したネットワークカメラによる画像認識技術で補完する構成となっています。LiDARは、天井レールを走行する掘削機械の干渉を考慮し、高さ20cmの耐環境型の小型スキャナー（三菱電機エンジニアリング製）を、ネットワークカメラは、設置機器数を低減するために超広角カメラを使用しています。LiDARにより取得した点群情報を3D境界検出解析、ネットワークカメラにより取得した画像から境界を検出する画像認識処理を行い、ケーソン函内における刃口と土砂の境界を全長にわたり、より高精度で算出します。

リアルタイム・定量的な掘削状況・堀残し幅の把握

計測から画像処理・表示までを10分程度で更新させることで、これまでカメラに頼っていたケーソン内の掘削状況を定量的に把握し、掘削管理の精度向上が図れます。さらに、沈下データと組み合わせ分析することで沈下管理をより適切に行えます。