シールド工事における地中障害物の対応事例
中日本建設コンサルタント㈱会員 ○山田 昌幸

名古屋市上下水道局建設部工務課 会員

鳥山 真二

1. はじめに
汐田雨水連絡幹線は、平成 12 年 9 月 11 日～12 日にかけての東海豪雨に対する緊急雨水整備計画の一環であり、東海豪雨被害に対する緊急雨水整備計画として設計される雨水流入幹線である。この雨水流入幹線は汐田方向と鶴田方向に分岐し、各々のポンプ所へ接続する計画である。設計の途中、汐田方向の計画路線に既設雨水流入 BOX の木杭が残置していることが分かり、その対応についての検討を紹介する。
＜工事概要＞
１）路線延長288.5 ｍ（汐田）東海道新幹線横断及び松杭切削
371.1 ｍ（鶴田）低土かぶり Hmin = 2.55ｍ、Hmax = 3.76ｍ
659.6 ｍ（2 スパン施工合計）

２）シールド機種

泥土圧式シールド

３）ｼｰﾙﾄﾞﾏｼﾝ外径φ2490mm（参考値）
2 次覆工レスＲＣセグメント 急曲線 最小 9Ｒ４）仕上り内径φ2000mm（一次覆工のみ：標準φ1650mm 相当）

５）ルート概要

雨水連絡幹線の平面線形を以下のように計画した。
（図-1 参照）
縮尺：1：2500

木杭撤去区間図-1

計画路線平面Take measures to seald construction: Masayuki Yamada(nakanihon consultant), Shinnji Toriyama (nagoya city)

2. 現場条件及び施工条件（現場条件）
本路線については JR 東海道新幹線横での施工であり、既設雨水 BOX1950×2100 の直下を掘進することとなるが、BOX の下部には松杭（末口φ150mm×4 本@50cm）が残置されており総本数では合計 645 本の杭を切断しながらの施工となる。
（図-2、4 参照）（施工条件）
流入幹線の能力アップの方法として、以下の2 工法が考えられる。
① 既設 BOX を撤去し、断面を拡幅する方法② 既設 BOX とは他に流入幹線を布設する方法
以下の施行条件より、

図-2 横断面図② 既設 BOX とは他に流入幹線を布設する方法を選択した。
・ポンプ所は稼働中の施設であり工事期間中においても機能低下しない工事とする必要があること。
・ＪＲに隣接する長い区間（約 100ｍ）の施工であること。
BOX 下部のシールド施工時の状況を断面図として示した。
（図-3 参照）

既設雨水ＢＯＸ
Ｊ3 合流人孔新設シールド

図-3BOX 部 縦横断図

汐田ポンプ所

図-4 接続人孔 断面図

3. 土質条件
工事地点は、名古屋市の南東部にあたり、天白川及び扇川の左岸、大高川の右岸に属する。名古屋市域の地形を大別すると、西から東へ沖積平野，台地，丘陵地と三種の地形に分けられる。このうち、工事地は有松丘陵の北西側にあり、天白川および扇川と大高川に挟まれたところに形成された沖積低地に属している。
地質的には、名古屋市東部丘陵地帯の主体を構成している第三紀鮮新世に属する矢田川累層を基盤としており、その上位には第四紀更新世後期の低位段丘堆積層である鳥居松礫相当層、第四紀完新世の南陽層を確認している。
汐田側、鶴田側ともに N 値 10～20 程度の中位な砂層を通過する。

4. 汐田側線形計画における問題点
汐田側線計画における問題点を以下に列挙する。
・汐田方向において、既設雨水ＢＯＸとの上下の離隔が 90cm 程度となり、2490mm（マシン外径：1.0×Ｄ）の離隔が確保できない。
・BOX 下部に木杭（末口 150ｍｍ、L=4.0ｍ、500 ピッチ、645 本）があり、すべてを切断することとなる。
・シールドの掘進に伴い、既設雨水ＢＯＸの支持力の低下による不等沈下が発生する恐れがある。
・100ｍ程度の距離をＪＲ東海道新幹線と並走することとなり、近接施工に伴う問題が懸念される。
5．対応策
対応策には、以下の 2 工法を比較検討した。
（表-1 参照）
表-1
検討案

2 工法の比較表

CASE-1：DoJET シールド工法

CASE-2：シールド工法＋地盤改良（JEP 工法）

概要

前面に設置した微細な前面を地盤改良工法で

概要図

ノズルから超高圧な研固結させることにより磨剤入りの水を噴射す

安定させ、地中障害物ることにより、地中障とともに切削し、シー害物を切削し、シールルド内に取り込み除去

ド内に取り込み除去す

0O200

O2する。

000る。

利点

問題点

工期

・本工法の利点は、発進部と到達部のみ立坑を ・本工法もシールド工法であり、基本的には左築造することであり、その区間は地上への影響 記同様に、立坑部以外に地上への影響は全くなが全くないことである。
いことや、即時裏込注入ができることで掘進に・シールド機前面の改良もシールド機内から施 よる地上への影響もない。
工が可能である。
・セメント系の完全置換改良を行うことで、既設 BOX の支持体となり、残置杭がセグメントに点荷重として作用することは無い。
・新幹線横での施工であり実積がない本工法は ・松杭部の改良の際、木杭の影となる箇所が未信頼性で問題がある。
改良となる可能性があり、注入圧や量に関して・松杭切断は超高圧水圧で切断するため、シー 十分な施工管理が必要である。
ルド機前面の地盤は乱された地盤となり、既設BOX 基礎である砕石基礎に水みちができる可能性が非常に高く、地上もしくは既設 BOX 側部等への噴発した場合には、BOX や JR への影響は避けられない。
・松杭切断後は地盤が緩んだ状態であるので、残置杭がセグメントへ点荷重として作用する。
約 11 ヶ月

約 8 ヶ月CASE-1：DoJET シールド工法
CASE-2：シールド工法＋地盤改良工法（JEP 工法）
前頁の比較表に示すように、以下の 2 点が大きな問題点となり DoJET 工法の採用を控えた。
DoJET 工法では松杭切断は、超高圧ジェット水で切断するため、シールド機前面の地盤は乱された地盤となり、既設 BOX 基礎である砕石基礎に水みちができる可能性が非常に高く、地上もしくは既設 BOX 側部等への噴発した場合には、BOX や JR への影響は避けられない。
松杭切断後は地盤が緩んだ状態であるので、残置杭がセグメントへ点荷重として作用し、セグメントの増強を必要とする。
6. 既設 BOX の支持力
シールド掘進による既設 BOX への影響は以下の 2 ケースを検討し安全性を確認した。
① 改良体の地盤支持力の検討
JEP 工法は支持力不足の場合にも用いられる地盤改良工法であり、改良後は支持力が大きく増加し、改良体のみで既設 BOX を支持可能であると結論づけた。また、既設木杭の影となり未改良となる部分については、改良率を低減して評価した。
（図-5 における黒い部分）
実際の現場施工では、高圧噴射による回り込みがあり、未改良部分は右図より少ない結果であった。
② シールド前面が開放された場合の検討
基本的に本計画では密閉式のシールド機で施工するため、前面が開放されることは無いが、不測の事態を想定して、シールド機前面が開放された場合を考えた。この場合 JEP のせん断抵抗力が上部既設BOX の鉛直荷重を上回り、安全であることを確認した。
図-5

地盤改良平面図

7. まとめ（今後の課題）
今までは、シールド工事で地中障害物が出現した場合、従来は切羽の地盤改良後、機外に作業員が出て人力により切削・撤去するため、安全性・経済性に問題が多かった。
シールド工法＋地盤改良工法（JEP 工法）では、松杭を周辺地盤とともに強固な改良体とすることにより、シールドで掘進可能と判断し、採用した。
また、比較の対象とした DoJET 工法も山岳トンネルや近接構造物が少なく、また、重要構造物がない場所においては有効であると感じた。今後、実績を増やしていくことに期待したい。
今後、以下の特徴を持つシールド機の開発の進展が望まれる。
① 地中障害物を撤去するために作業員が切羽に出ることなく、安全かつ確実に切削・撤去できる工法。
② 地盤改良を必要としない、または、シールド機内から地盤改良が可能な工法。
③ 他の障害物（Ｈ形鋼）に対応し、切羽を安定した状態で掘進することが可能な工法。