こうえいフォーラム第 16 号 / 2007.12

都市トンネル工法の新しい風 『SJ ライナートンネル工法の考案』
SJ LINER TUNNELING METHOD － A NEW TREND IN URBAN TUNNELING

学 *・藤野田家豊 **・杉山雅彦 ***Manabu TAYA, Yutaka FUJINO and Masahiko SUGIYAMAThe SJ liner tunneling method has been developed for improved environmental safety andto reduce the cost and time of urban tunnel construction. This method is most applicable inurban areas where the face of the tunnel is self-supporting. The SJ liner method combines thebest features of NATM and shield tunneling methods and incorporates new ideas relating to
the lining and excavation method. This report presents the background to development andconcept of this tunneling method..

Keywords ： Road tunnel, diluvium ground, urban NATM, shield method, rationalization,
SJ (straight joint) liner, environmental protection, cost reduction

ルの本体覆工やマシンの掘削方式に新しい発想や考え方を

1. 本工法の考案の背景
都市部における自立性地山に道路トンネルを構築する場
合、設計段階の工法選定としては、一般的に工事費が安く、特殊な断面変化への対応が容易に可能な NATM を選択す盛り込んでいる。本工法の技術的な特徴等を以下に示す。
• 適 用 地 山 ：自立性地山• 主 な 特 徴 ：周辺環境条件、地山条件に応じた掘削方式と SJ（Straight Joint：いも継ぎ）る場合が多い。その一方で、計画路線内の表層部に沖積低地があり住宅地等が点在するなど、地盤沈下や地下水低下の環境保全に対して制約が厳しい場合も多い。この場合、実工事では補助工法の増加等により、工事費の増加や施工工程の遅延を招いている事例（表－ 1）もある。
NATM の代替の施工法として、泥水式と泥土圧に代表される密閉型のシールド工法は、安全性の高い確実な施工ライナーの採用• 環 境 保 全 ：地盤沈下、地下水低下等の抑制• 覆工の製作 ：現地製作にも適用可能• コス

ト ：都市 NATM トンネルと同水準

表－ 1 ㇺᏒ
都市NATM 䈱Ⴧ㗵⸳⸘ᄌᦝ੐଀㩷の増額設計変更事例
⴫䋭㪈㩷
㪥㪘㪫㪤

法であり、地盤沈下や地下水低下の抑制など、周辺環境に優しい工法であるが、上述のような自立性地山へ適用するには工事費が高くなる。
これらの状況を踏まえ、都市部の自立性地山に道路トンネルを構築するには、周辺の環境条件ならびにトンネル条件、地盤条件等を勘案しつつ、環境保全、建設トータルコ
ストの縮減ならびに事業期間の短縮に資する合理的な施工法が最大のテーマと考え、SJ ライナートンネル工法を考案した。
本工法の検討に当たっては、2005 年 4 月に STM（ShieldTunnel Marketing）研究会を設立し、企画・設計（日本シビック担当）、ライナー（ジオスター担当）、マシン（三菱重工担当）を中心に、同研究会で検討を重ねてきた。本工法は、

2. SJ ライナ－トンネル工法
SJ ライナートンネル工法（図－ 1）の大きな 2 つの要素となる掘削マシン、SJ ライナー覆工のコンセプト等につNATM とシールド工法 1）の優れた面を取り入れ、トンネいて以下に示す。

*
日本シビックコンサルタント㈱ 事業統括本部** ジオスター㈱ セグメント事業部*** 三菱重工地中建機㈱ 設計部

2.1 掘削マシン

地下空間技術部

掘削マシン（図－ 2）は、長距離・高速施工への対応やコ85

都市トンネル工法の新しい風 『SJ ライナートンネル工法の考案』

図－ 1

SJ ライナートンネル工法による道路トンネル（3 車線）のイメージ࿑䋭㪊㩷䊚䉾䉪䉴䉺䉟䊒䋨㐿᡼ဳ䇮ኒ㐽ဳ䋩
図－3 ミックスタイプ（開放型、密閉型）



図－ 2

掘削マシン

スト縮減等を踏まえ、主に以下の点に着目し検討した。
•

多様な地山条件等に応じた合理的な掘削方式•

ライナー覆工の組立ての省力化・時間短縮•

坑内での効率的な掘削土砂搬出（1）掘削方式
写真－ 1

掘削方式は、周辺環境条件や地山条件等に応じて可変できるミックスタイプの採用を考えた。すなわち、施工時に排水が可能な施工区間では開放型を、沖積低地部の点在など地下水低下の抑制が求められる施工区間では密閉型をそれぞれ採用できるようにした。ここで、開放型による施工には、次のようなメリットがあり、コスト縮減ならびに施工性や施工時における覆工品質の向上が期待できる。
•掘削土処分費のコスト縮減および掘削土の有効利用の促進•

ジャッキ推力等の施工時荷重の低減•

施工スピードの増加

ミックスタイプは、施工中おいて開放型から密閉型、密閉型から開放型の円滑な切り替えが課題となる。たとえば、密閉型から開放型へ変更する場合、チャンバーを改造しバケットタイプで開放型とする方法等も考えられたが、マシ86

スクリュー排土実験

ンの改造に 1 週間程度の期間を要し施工性に劣る。このため、次のような創意・工夫を行った。
シールド形式に泥土圧タイプを採用し、掘削土の搬出はスクリューコンベアにより行う。
開放型と密閉型の切り替えは、図－ 3 に示すように、ワンタッチ操作で行う。開放型の場合、スクリューコンベアをチャンバーへ押し出すとともに、スクリューコンベアを水平方向にスイングさせることで、排土を行う。写真－ 1に示すスクリュー排土実験により、開放型での排土の性能を確認している。
掘削方式の変換にともなう施工手順の概要を、以下に示す（図－ 4）。
1）開放型から密閉型•

作泥材を添加しながら地山を掘削し、チャンバー内こうえいフォーラム第 16 号 / 2007.12を泥土で充満させる。
•

スクリューコンベアを引込む。

•

密閉型の状態で掘進する。

2）密閉型から開放型•

カッターを回しながら、チャンバー内の掘削土をスクリューから排出する。

•

スクリューコンベアを押し出す。

•

開放型の状態で掘進する。（チャンバー内の掘削土量：カッターの負荷を考慮し、1/3 程度ためる状態）

これらの変換時の地山の条件等を以下に示す。
•

切羽地山が自立すること（切羽地山圧の管理は切羽土圧計で管理、面板による切羽保持効果も期待）。

•地山には極力水のない状態。

ここで、ミックスタイプの施工は国内に実績はないが、スイスのグラウホルツトンネル 2）（φ 11.4m、延長約 5.5kmのシールドトンネル）など海外ではすでに採用されている。
㐿᡼ဳ䈎䉌ኒ㐽ဳ㩷（2）SJ ライナーの組立て装置

ኒ㐽ဳ䈎䉌㐿᡼ဳ㩷

図－ 4掘削方式の変更

SJ ライナーの組立てには、吸着の真空パッドによりライナーを把持するバキュームの把持方式（図－ 5）を採用する。ライナーの脱落防止の安全対策として、せん断力用支持ピンを配置する。この方式により、組立て時間の短縮、ๆ⌕⌀ⓨࡄ࠶࠼

把持金具の省略によるライナーのコスト縮減や長距離・高速施工への対応も可能となる。バキュームの把持方式は海ߖࠎᢿജ↪ᡰᜬࡇࡦ

外では一般的に採用されているが、これまで国内での採用は 1 事例である。

図－ 5

バキュームの把持方式

また、ライナーの組立て精度の向上ならびに組立て作業の省力化・時間短縮を目的として、ライナーの精位置決め制御までを行うサーボ型エレクタ（図－ 6）を採用する。
サーボ型エレクタによる組立てでは、図－ 7 に示す 6 方向の制御が可能となる。
①

姿勢制御（ヨーイング、ピッチング、ローリング）②

方向制御（旋回微調整、伸縮微調整）③

摺動方向制御ࠨ࡯ࡏဳࠛ࡟ࠢ࠲
図－ 6

サーボ型エレクタ࿑䋭㪎㩷
図－ 7 䉰䊷䊗ဳ䉣䊧䉪䉺䈮䉋䉎♖૏⟎᳿䉄೙ᓮ㩷
サーボ型エレクタによる精位置決め制御
87

都市トンネル工法の新しい風 『SJ ライナートンネル工法の考案』（3）形状保持装置②• SJ（Straight Joint：いも継ぎ）ライナー

次節 2.2 に記述するように、自立性地山への適用を想定している SJ ライナーは、いも継ぎであるため、組立て初期段階の変形量が大きくなる可能性がある。ライナーの組

ストレートジョイントライナー③

継手構造の簡素化④

高止水性のガスケット

立て時から裏込め注入完了までの間、真円を保持するための対応策として、図－ 8 に示す新たな形状保持装置を設置（1）SJ ライナーの特徴およびメリット
SJ ライナーの特徴およびメリットを、構造面、製作面する。

ならびに施工面について、以下に整理して示す。
1）構造面•

比較的自立性の高い地山を対象としているため、大きな地盤反力が期待できることから、ライナー本
体 の 発 生 曲 げ モ ー メ ン ト が 小 さ い（鉄 筋 量 小： 約60kg/m3）。

•

小さな継手剛性で対応可能である。

•鉄筋被りは、維持管理等を考慮し従来のセグメントに比べ多く設定する（鉄筋被り：50mm）。

2）製作面࿑䋭㪏㩷 ᒻ⁁଻ᜬⵝ⟎㩷
図－ 8 形状保持装置•

鉄筋量の低減ならびに表面仕上げの簡素化、継手構造の簡素化、出来形寸法の緩和、脱型強度の低減等
により、ライナー覆工費の大幅なコスト縮減が期待（4）坑内での掘削土の搬出
掘削土搬出の効率化や長距離・高速施工への対応等を考できる。
•製作管理が容易であり、現地製作にも適する（現地慮し、掘削土を写真－ 2 に示すベルトコンベアにより搬出製作：製造費および運搬費等の縮減、運搬にともなする。

う CO2 等の排出削減）。

写真－ 2

ベルトコンベアによる掘削土砂の搬出࿑䋭㪐㩷㪪㪡㩿㪪㫋㫉㪸㫀㪾㪿㫋㩷㪡㫆㫀㫅㫋䋺䈇䉅⛮䈑㪀㩷䊤䉟䊅䊷㩷
図－9 SJ（Straight Joint：いも継ぎ）ライナー

2.2 SJ ライナー
トンネルライニングのコンセプトを、『都市部における自立性地山に対する合理的な本体覆工』と、『高止水性を有した本体覆工』とし、主に以下に示す点を考慮して図－9 に示す SJ ライナーを検討した。
①円形の覆工形状• 円形の覆工形状は、馬蹄形や矩形等に比べ、覆工費などを含め工事コストが最も安価である。また、覆工の安定性も高い。
• 床下空間の有効利用も可能となる（床下空間利用：共同溝、避難通路等）。

88࿑䋭㪈㪇㩷 ᓥ᧪䈱䉶䉫䊜䊮䊃䋨ජ㠽⚵䋩㩷
図－ 10 従来のセグメント（千鳥組）

こうえいフォーラム第 16 号 / 2007.123）施工面•

ライナーのいも継ぎにより、各リングが独立形の構造となるため、従来のセグメント（千鳥組）に比べ（図－ 10）、ジャッキ推力等の施工時荷重に対してひびわれ・欠けが生じにくい。

•組立作業の省力化、組立時間の短縮が期待できる。

•3 車線のトンネルでは、ライナーを坑内にも一部ストックすることで、発進基地ヤードの縮小が可能となる。
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図－12 ガスケットの止水性能（2）SJ ライナーの構造
1）継ぎ手構造SJ ライナーの構造を図－ 11 に示す。SJ ライナーでは、次のような簡素化した継手構造としている。なお、ピース間継手に用いる斜めボルトは、組立用のみに用いる。
・ピース間継手： 突き合わせ＋斜めボルトの継手・リング間継手： 部分ほぞ（組立て用ガイド）＋挿入式のワンタッチ式継手2）ひびわれ・欠け防止対策
SJ ライナートンネルの品質の確保を目的に、施工時におけるライナーのひびわれ・欠け防止として、ライナーに

写真－ 3

止水試験用の試験体（ガスケット）以下の対策を行う。
・

リング接合面へのジャッキ推力伝達面（厚さ 2mmのコンクリート面）の設置

・継手間のすきま余裕代の設置

3）止水材（ガスケットによる高止水性）
ライナーの覆工構造に適し、かつ高水圧対応が可能な止水材として、図－ 12 に示す高止水性のガスケットを採用する。
また、ライナー覆工費のコスト縮減を目的に、ガスケット一体型ライナー（ライナーの製作段階でガスケットを設置）とする。
写真－ 4

いも継ぎの十字部を模擬した止水試験装置

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図－ 11

SJ ライナーの構造
89

都市トンネル工法の新しい風 『SJ ライナートンネル工法の考案』（3）いも継ぎ十字部の止水性の確認
SJ ライナーは、先に紹介したとおり、いも継ぎの覆工構造である。いも継ぎでは、4 ピースのライナーのコーナー部で十字に接合されるため、従来のセグメントに比較して、止水の弱点となる可能性がある。
このため、写真－ 3 に示すようなガスケットの試験体を 4ピース用い、いも継ぎの十字部を模擬した止水試験装置（写真－ 4）により、最大目開量 5mm、最大目違い量 5mm、最大水圧 2Mpa の条件で試験を実施し、十字部での止水性が確保できることを確認している。
2.3 SJ ライナーと従来セグメントの比較
図－ 13 の計算条件に示すような自立性の泥岩地山における 2 車線の道路トンネル（外径φ 12.1m、併設）を対象に、はり－バネモデルにより試設計を実施し、SJ ライナーと従来セグメントの鉄筋量の比較を行った。荷重条件は、鉛直土圧は全土圧とし、水圧荷重を見込んでいる。

㪪㪡 䊤䉟䊅䊷㩷

図－ 15

図－ 14

従来セグメントのピース間継手ᓥ᧪䉶䉫䊜䊮䊃㩷࿑䋭㪈㪌㩷 ⸘▚⚿ᨐ㩷

発生断面力、変位置（計算結果）

㪪㪡 䊤䉟䊅䊷䈫ᓥ᧪䉶䉫䊜䊮䊃䈫䈱Ყセ㩷
表－ ⴫䋭㪉㩷
2 SJ ライナーと従来セグメントの比較㗄㩷 ⋡㩷㽲㪪㪡 䊤䉟䊅䊷㩷䋨Ყ₸䋺㽲䋯㽳䋩㩷㽳ᓥ᧪䈱䉶䉫䊜䊮䊃㩷

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299.2

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計算条件

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SJ ライナーのピース間の継手は、図－ 11 に示した柔継手であり、計算上ピン構造と仮定している。一方、セグメントの継手は、SJ ライナーに比べ剛な継手（図－ 14）を想定している。

3） 土 木 学 会： コ ン ク リ ー ト 標 準 示 方 書【 構 造 性 能 照 査 編 】、
2002.
4） 土木学会：セグメント設計

トンネルライブラリー第 6 号、

1994.

図－ 15、表－ 2 に示す試設計の結果を以下に整理して示す。
•両覆工構造の軸力の結果にはさほど相違が見られな
いが、SJ ライナーの発生曲げモーメントは従来セグメントの 20 ～ 35% と小さい。

•SJ ラ イ ナ ー の 最 大 変 位 量 は、 い も 継 ぎ の 影 響 により、従来セグメントの変位量（20mm）を上回る30mm となるが、許容変形量（60 ～ 80mm）以下であり問題ない。

•SJ ライナーの鉄筋量は、55kg/m3 と、従来セグメントの鉄筋量（130kg/m3）比べ大幅に少ない。

3. 今後の取り組み
今後の取り組みとして、SJ ライナートンネル工法の実プロジェクトへの適用に向けて、現在自立性地山に計画されている道路トンネルを対象に試設計を行いながら、以下に示す項目を対象に、設計・製作・施工マニュアルの作成を考えている。
1）設計関連•設計用土圧、および地盤ばね定数の設定方法•

併設トンネルの影響検討の方法•

止水材の設計•掘削方式（開放型、密閉型）の適用範囲の検討方法•

コスト縮減に向けた取組み

2）製作関連•ライナーの製作方法、品質管理方法等

•

マシン製作

3）施工関連•ライナーの組立て方法•

掘削方式（開放型、密閉型）変更の施工法•

開放型施工時の併設影響抑制対策

4. おわりに
日本シビックコンサルタント㈱考案の、環境保全や建設トータルコストで都市 NATM に優れた SJ ライナートンネル工法が、『都市トンネル工法の新しい風』となって吹くことを工法開発メンバー一同願っている次第である。
参考文献
1） 土木学会：都市 NATM とシールド工法の境界領域－設計法の現状と課題－、1996.
2） 日経 BP：最新シールドトンネル－ハイテク技術が地下を掘る－、1994.

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