投稿／推進工法による世界記録への挑戦

投稿
推進工法による世界記録への挑戦

佐々木理務

中日本建設コンサルタント㈱水工技術本部第 3 部

1. はじめに
最近の下水道管渠は、特に大都市においては大口径管や長距離施工が当然のように計画されている。
その理由としては、大雨による浸水被害の軽減策として大口径（φ 3 . 0 〜 10 . 0 m 程）の雨水貯留管が計画されることや、過密する都市部では道路部に立坑を建設することが困難なため、必然的に長距離工法が選択されるなどが挙げられる。
今回の設計路線は、豊橋市の中島処理場に至る汚水幹線（梅田第 1 汚水幹線）の上流区間の、市

写真− 1

一般全景

街地の東端に位置し、宿場町の面影を残す旧東海道沿いに計画された。その街道には現在でも二川本陣資料館や旅籠が立ち並び、歴史と文化の香りを感じさせる地域となっている。設計に際しては、古い町並みや文化施設、地域住民の日常生活に与える影響を最小限に抑えるとともに、経済的な施工法を選択することが絶対条件であった。このような条件下で様々な検討を行った結果、表題に示す「推進工法による世界記録への挑戦」が誕生した。以下に、その記録への挑戦に至る経緯及び検討内容を記す。
月刊推進技術 Vol. 22 No. 7 2008

写真− 2

̶1̶

新橋

投稿／推進工法による世界記録への挑戦

図− 1

計画平面図（①当初計画、②再計画、③最終計画）

2. 計画の概要

工は、市街地のため、1 日 8 時間という制約を受

２. １から施工に際して、時間的なの制約を受けると、けた。1 スパンで 1000 m を越す施工は、周辺環境基本諸元

必要管径：φ 250 〜 600 mm

不利となることから、1 日 16 時間の施工が可能な（下水道設計の流下能力）用地の確保を検討した。再度の調査により、上流

路線条件：道路幅員（4 . 5 〜 5 . 0 m）
、部の空き地が使用できることを確認するが、推進古い町並みで空地は少ない

延長は大幅に増加し、1450 mの超長距離となった。

（旧東海道）（写真− 1）

一般的には、1450 m の施工延長であればシー支障物件：新橋（橋長 9 . 0 m）基礎杭（写真− 2）ルド工法の採用となるが、ここでは様々な検討の土質条件：切羽部は N 値 50 以上の砂礫層

結果、最終的には超長距離推進工法（CMT 工法）（最大礫径φ 150 〜 200 mm）

を採用することとなった。

：管上部は N 値 20 〜 30 前後の砂礫層とやや緩くなる。
２. ２

しかし、採用に際しては計算上で求められる結論だけでは不安な要素も多く、発注に至るまでに計画の経緯解決すべき諸課題も残された。

本設計は、平成 15 年度に基本設計を行い、小口径管〜大中口径管推進までを組み合わせた何3. トンネル工法の検討ケースかの検討を実施した。その時点では、経済性を優先するならば必要口径による小口径推進工

３. １

工法の比較法にて施工することが最善であるとの結論を得①確実性、②安全性、③施工性、④リスクの最た。しかし、旧東海道の古い町並みを有する当該小、⑤経済性を考え、都市トンネル工法より、長路線では、道路上に何箇所もの立坑を設置するこ距離推進・シールド・ミニシールド工法の 3 工法とは、地域住民の同意を得ることが難しい状況ににて再検討を行った。その結果を表− 1 に示す。

あった。

３. ２工法の選定

そこで、実施設計に着手するに際し基本設計の各工法の比較の結果、施工距離ではミニシール見直しを行い、シールド工法も含めた長距離工法

ド工法が最適であるが、橋梁の基礎杭の処理がでの検討を行った。

きなく確実性に欠ける。確実性ではシールド工法

当 初 の 計 画 で は、2 ス パ ン 施 工 で、750 mとなるが、経済性・施工日数等を総合的に判断し（φ 1000 mm）を上流に、442 m（φ 800 mm）をて、推進工法での超長距離化を最優先工法として下流に推進し、中間に両到達を計画した。しか検討を行う事になった。ただし、施工延長や杭処し、下流側の発進基地の借地ができなくなり、1

理については主な施工法である各推進工法の何れスパンで 1192 m（φ 1000 mm）の推進計画の変にも長短があり、以下に超長距離化に向けて検討更となる。再発進立坑基地である駐車場からの施を行った。

̶2̶

月刊推進技術 Vol. 22 No. 7 2008

投稿／推進工法による世界記録への挑戦
表− 1項

目

各工法の比較

日進量（φ・mm）（φ・mm）
施工延長
杭処理（ｍ / 日）シールド工法
1200
1930
○
○
4.5

ミニシールド工法
1000 ( 機械式 )
1334
○
×5.6

長距離推進工法
1000（中押し）
1240
△
△
8.0

掘進日数

（日・箇月）

322・11

256・9

180・6

（ｍ 3）
（億円）

4233
約9.3
△

2022
約5.9×

1747
約3.8
○

施工の最小径
掘進機外径
問題点

掘削排土量
掘進費・経費抜き
総合判断【滑材の効果】滑材は 1 液型、混合型、固結型がある。滑材

4. 超長距離推進工法の検討
４. １の有効性としては、実推進力の 40 〜 60 % 程度の低 減 が 可 能 で あ る。（ 本 誌 1992 年 11 月 号 Vol. 6

課題の抽出

これまで前例がない程の超長距離でも設計上はNo. 11「特集 / 推進工法に用いる滑材の効果とデー可能と判断できたが、1000 m 以上の推進距離は、タ」参照）現在の公的な長距離推進式もそれを活

国内でも過去の実績は少なく、本計画を進めるに用したと考えられる。

当り、発注者と協議の結果、各推進協会やメーカ、【縁切り層の構築】

超長距離推進に経験のある自治体へのヒアリング

オーバカッタを行い、余掘り分のテールボイドの実施も行い、検討すべき課題の抽出を行った。に滑材を強制充填させ、上載荷重の影響の減少

検討課題は以下に示すとおりである。と、地山の摩擦および側土圧を遮断する縁切り層の構築が必要である。

①管と地山の摩擦抵抗推進工法は、発進部より管を押し出すため、管超長距離推進には、縁切り層と推進管との間にと地山の周辺摩擦抵抗が管の軸強度を上回る位置

泥水、または二次滑材が入り込み、推進管が浮くが施工限界点となる状態にする浮き管推進が重要であり、周辺摩擦抵②推進力抗力が著しく低下する。

1450 m の超長距離推進が可能か滑材の中で確実に、縁切り層を構築できる滑材は固結型である。ただし、固結型滑材の欠点は、③排泥の可能距離
掘削土の排泥可能な距離も施工延長の対象とな施工中の補充が困難であり、施工完了後の裏込注る。

入もでき難い事と、永年の保持は不可能で、やが④地盤沈下と切羽の安定て消失し、その結果、空洞化が生ずる。その固結⑤支障物の対応とビット交換型滑材の発展したものに、アルティクレイ、管周⑥滑材の劣化と裏込注入の確実性混合型、土圧緩み抑制材があるが、アルティクレ

４. ２

イと管周混合型は永年の保持と裏込め注入は不明

施工法の検討推進工法は、次の 3 工法、泥水工法・泥土圧工確と考えられた。自然粘土を使用した土圧緩み抑法・泥濃工法より選定を行った。主な検討項目を

制材は、永年の保持と裏込め注入も可能であり、次に示す。

通常、滑材は推進管の移動摩耗と地中拡散で減少（1）管と地山の摩擦力の低減と滑材効果するが、この土圧緩み抑制材は、その補充も可能

管と地山の摩擦力は、一般に、地山の内部摩擦角μ′と粘着力 C′が、全推進長の周辺摩擦抵抗とであった。
（2）推進力の計算して作用する。管と地山の摩擦力の低減には滑材の働きがある。
月刊推進技術 Vol. 22 No. 7 2008

長距離推進には、元押しジャッキだけでは限界があるため、中押しジャッキの検討が必要となる。

̶3̶

投稿／推進工法による世界記録への挑戦

近接家屋への影響であった。

【中押しジャッキ使用による計算】
中押しジャッキの装着は、管内径φ 1000 mm 以

【砂礫土に対する切羽の対応】上が必要で、4 段まで使用可能である。採用でき切羽の崩壊を泥水や高濃度泥水だけで抑え切る

る工法は、泥水式と泥土圧式で泥濃式は一般にことは困難であり、当然、掘進機の面板による切採用されていない。長距離推進式より、管周辺摩羽の安定を加味する必要性もあり、また砂礫土で擦抵抗は、τ a ＝ 2 . 0 〜 3 . 0 と記載される中から、は切羽の撹乱による崩落も想定された。土質柱状

一般的には中間値のτ a ＝ 2 . 5 を使用する事が多図によると、切羽部分の N 値は高いが、その上部いが、礫率が 60 % と高いため、安全を考慮し、は緩くなる傾向にある。N 値が低い土質は緩みやτ a ＝ 2 . 69 を用い（CMT 工法技術資料より）。中すく、一端緩めば過剰取り込みの原因となり、地押 し 4 段（1 段 当 た り 30 t × 10 本 ＝ 300 t × 4 段 ）盤沈下につながる。従って、切羽の安定性を重視を使用、元押し 600 t、総推進力 1800 t で計算をし、撹乱しにくい平滑な面板構造を採用した。

行った。その結果でも、約 1480 m 迄の施工が可（5）支障物の対応とビット交換能となった。

路線上に立坑が築造できないことから、支障物は機内からの処理が可能で、かつビット交換時期の（3）排泥方式と中継ポンプの使用
機構的に泥水式と泥土圧式に排泥用の中継ポンプが可能であるが、泥濃式は真空排土のため、中確認・交換も機内からできる機種が必要であった。
（6）滑材の劣化と裏込注入継ポンプが一般に使用できず、排泥距離は 500 〜

滑材の劣化による不等沈下の防止には、裏込注600 m が限度であり、特殊な中継ポンプを採用し入が確実に行える工法の選択が必要となった。使ても 1000 m 以上の推進は難しい。

用した土圧緩み抑制材は、裏込め注入の確実性も【中継ポンプの計算】

高く、置換できなかった材料は裏込注入圧で加圧

通常は、吸引式で計算を行う。従って、キャビ密粘土となり永久に残存する。それが、当推進区テーションで中継ポンプの配置が決まり、設計延間には最良の滑材と判断した理由である。

長より必要台数は 8 台以上になった。ポンプの押４. ３

し出す揚程能力として配置を考え、計算を行うと15 kw が 5 台で可能になる。

施工法の決定泥水工法、泥土圧工法、泥濃工法の 3 工法を表− 2 にまとめる。

また、1450 m で管路勾配は 1 . 8‰の下りにある以上の検討結果、泥水工法が、最適と判断さため、2 . 6 m の水位負荷が作用するが、それも中れた。泥水工法の中でアルテミット、スーパー継ポンプの設置で対応可能となった。

エル、ユニコーンロング工法等があるが、障害（4）地盤沈下と切羽の安定物の撤去と切削ビットの交換が可能で、摩耗の切羽のカッタ構造はスポーク型と面板型が一般著しい、ローラビットも機内より交換が可能な、的である。最も懸念されたのが、地盤沈下によるCMT 工法を採用した。

表− 2項目支持方式
長距離推進式
滑材
切羽機構
排泥方式
ビット交換 ※
杭処理 ※
総合判断

施工可能工法の比較

泥水工法
周辺・センタ○○面板型○
圧送ポンプ○
○
一部に可○
○

泥土圧工法
センタ
△
△
スポーク型△
圧送ポンプ○
×××

泥濃工法
センタ
○
△
スポーク型△
真空ポンプ△×××※は機内処理を条件とする

̶4̶

月刊推進技術 Vol. 22 No. 7 2008

投稿／推進工法による世界記録への挑戦

5. 設計の検討と対策

うに上下に配置され、内側の局所接点をなくし、（1）2 管押しと作業効率り、管体に作用する全推進力は 2 倍になり、その座屈破壊を防ぐ。但し、支圧面は 1 / 2 断面とな発進基地に余裕があったので、立坑を通常の負荷推進力に可能な推進管が必要となる。

7 . 2 m から 10 . 8 m に変更し、推進管を 2 本連結させる施工を、ある事例を参考に、設計に取り入れ曲線部の管耐荷力による推進延長は表 - 5 に示すとおりである。

た。その結果、推進効率が向上し、経済性も高く推進延長＝（管耐荷力δ ca −初期抵抗 F 0）なった。用地に余裕があれば、今後、この方法の÷周辺抵抗τ a・Bc・π

適用性を考慮すべきであろう。また、16 時間施※ F 0 ＝ 499 KN工により、2 倍の施工効率となり、コストの低減にもつながった（表− 3、4）。
表− 3

表− 4

し、全断面と半断面の関係は次のようになった。
中押しジャッキ間の推進延長は、中押しジャッ

1 管押しと 2 管押しの比較

項 目
日進量（16 時間施工）（ｍ / 日）1 ｍ当たり、施工費（万円 / ｍ）

1 管押し
11 . 3
9.6キの最大推進力で延長を決定する。3000 KN を上

2 管押し12 . 58.6

回る管耐力は 90 N/mm 2 だけになり、1266 m の区間に 90 N/mm 2 管（JSWAS A- 8 下水道推進工法
用ガラス繊維鉄筋コンクリート管、以下、SSP 管）

8 時間と 16 時間の比較

項 目
日進量（ｍ / 日）
1 m 当たり施工費（万円 /m）

8 時間施工6.3
14 . 0曲線施工による施工は、半断面に推進力が作用の採用を計画する。

16 時間施工
12 . 5
8.6（3）マニュキアの使用
管体に滑材や泥水の水分が吸水されることで、※日進量は推進工のみ、関連工種や不稼動率も除外

泥水が固体化し管体に張り付くと言われる。推進（2）曲線推進の管の配置計画と管種の使用計画

延長が 500 〜 600 m を越すと推進力が急激に増加

曲 線 に 対 す る、 推 進 管 の 許 容 耐 荷 力：R ＝する場合はその付着作用が原因と考える。その対500 m の管の目開き S 1 は 6 mm であり、曲線クッ応はマニュキアで行った。500 m 以上には耐久性

ションが無ければ局所の点加圧となり管が座屈すに富むシリコン系を、500 m 以下にはエポキシ系る。カーブ推進によるクッション材は図− 2 のよを使用した。

図− 2表− 5管 種
50 N/mm 2（500 kg/cm 2）
最先端スパンに可能
70 N/mm 2（700 kg/cm 2）
2 スパン目以降に使用
90 N/mm 2（900 kg/cm 2）
上記から元押し区間迄

月刊推進技術 Vol. 22 No. 7 2008

曲線用クッション材

管種と管耐荷力について

管耐荷力 KN
全断面 3766 . 1
半断面 1883 . 1
全断面 5069 . 7
半断面 2534 . 9
全断面 6518 . 2
半断面 3259 . 1

管耐荷力（半断面）と布設本数（1883 . 1 − 499）/ 11 . 216 = 123 . 40 m 区間まで使用可能。
それ以降は 70 N/mm 2 管、以上が必要となる
70 N/mm 2 の管耐荷力（2534 . 9 − 499）÷ 11 . 216 = 181 . 5 m 区間までが必要となる
残り延長、1447 . 6 m − 181 . 5 m= 1266 . 1 m
残りの延長の管種は、90 N/mm 2 を使用する事になる̶5̶

投稿／推進工法による世界記録への挑戦が生ずるかは予測もできなかった。未知数に達し（4）始動掘進時の滑材の影響
16 時間施工は、昼夜連続作業となり、実動作た 1200 m 前後に、予想外であった排泥ポンプの業 8 時間＋休憩 1 時間＋交代 3 時間の 2 交替の繰り故障が、次々に生じた。主に砂礫土の長時間稼動返しとなる。推進停止が長くなるほど、滑材の有による、ポンプケーシングと排泥管の摩耗によっ効性も低下し、停止からの稼動を始動掘進（初期て泥水を管内に吹き飛ばした。1420 m を越え、掘進）と言い、推進力負荷も大きくなり、昼夜管残り 20 m の距離で、機内ポンプ筒の排泥ポンプ（16 時間）施工が望ましいと判断した。

が同様に停止した。設計時点で切削ビットの交換

表− 6は見込んであったが、同時にポンプの摩耗損傷に始動掘進（初期掘進）による推力の負荷

推進停止時間
3 日以上
24 時間（1 日）以上
8 時間程度
4 時間以下対策を考慮すべきであった。

抵抗値
60％以上の推力の割増
30％〜 50％以上の推力の割増
10 〜 20％程度の推力の割増
0 〜 0 . 5％程度の推力の割増

7. 施工延長と今後の課題
地域の影響や市民の安全性を含め、工事支障を【環境への配慮】優先させたことが、1447 . 6 m の記録的な延長に排泥産廃と CO 2 の抑制に留意した。排泥の再循環と再利用で、低資源化とバキューム車の走行なった。従って、あくまでも結果として長距離の記録が付随したに過ぎないと考えている。

台数を減少させ、渋滞の緩和による、CO 2 の抑制到達するまでは、不安も有ったが、到達するとを考慮した。確実にリサイクル機構を持つ工法もやはり推進工法は施工性が良く、経済性に優れる泥水方式であった。

事が実感できた。今後は、以下のような事を期待する。

6. 今回の経験から感じたこと（1）縁切り層を形成する滑材（1）施工への対応

せずに硬化し、その層と推進管の僅かな間に、さ注入後に即座に裏込め材に変わり、永久に劣化CMT 工法の予想以上の切削能力と切羽の安定らに二次滑材の注入が可能なシステムなら、推進性、土圧緩み抑制材による、浮き管推進の確実力は大きく低減できると考える。

性。それに加えて SSP 管の信頼性が無ければ、こ（2）カーブ推進による半断面推進の施工は不可能であったと考える。

曲線用のパッキンを用いた、半断面推進は、推（2）施工管径への配慮と施工延長進管に厳しい軸方向推進力が作用する。ある管

施工管径は中押し可能なφ 1000 mm で設計を材メーカによる圧縮試験結果でも管の許容耐力は行ったが、机上設計の予測以上に、現場施工は厳半減していたことを認識している。したがって、しいと感じられた。推進工法の形式は、各施工法パッキンの開発もさることながら、推進管の両端で異なるが、測量・掘進機の点検・巨礫の取り出部を強力な鉄筋で補強するか、金属プレートを埋し等から、管内作業を人間が行う事が多く、長距め込んで、軸力を分散させる対策等も望まれる。

離施工は厳しい面が多い。500 m を越える場合は提案はされているが製品への動向は現在のところあらゆる条件予測を設計時に考察する必要性を感見られない。但し、約 2 倍の軸強度を持つ SSP 管じた。

を使用する事は、安全で望ましいと実感してい（3）距離が示す不安る。この管がもっと多用され、安価になる事を望以前は、400 m を越えると、マシンの熱で光波が曲がり、換気設備として冷却装置を加えた。今みたい。
（3）レジン管に対し回は、電力の低下に合わせて、どの様なトラブル
̶6̶

点加圧が生じた場合には、コンクリート管は局
月刊推進技術 Vol. 22 No. 7 2008

投稿／推進工法による世界記録への挑戦

部座屈ですむが、高強度のレジン管はガラスのよ（7）設計基準

うに、亀裂が走り、その部位だけのクラックでは設計者が参考にする設計指針や歩掛り等におい収まらない可能性が高い。その点を今後の課題とても、割愛が多くなった。以前のように多段中押考える。

しの公的積算資料も復活して欲しいと考える。ま（4）掘進機の切羽構造た実情に見合った有効滑材や余掘り量の適正化の地山を撹乱しない事が地盤沈下に最適である。

定義等も含め、実施工に見合った積算基準が示さ

今回は面板形を採用したが、切削効率の良いス

れれば、より的確な設計が可能であり、施工に反ポーク形式に、泥土圧式のようにリングカッタの映されると思われる。以上は、㈳日本下水道協会

使用を試みる等、地山を乱さずに切削可能な、切に要望を切にお願いしたいと考える。

羽構造の開発研究を望みたい。

最後に、豊橋市の下水道担当職員の方々に至りまして、設計をよく理解して頂き、良き判断を頂（5）管内測量
曲線を含めた推進施工の測量は狭い管内では非いた事が、この施工に結びついたと固く信じてい常に困難を極める。トランシットが 30 台以上もる。また、施工担当の鉄建建設㈱、推進担当の㈱

連続測距する困難を考えれば、ジャイロの検討を姫野組、掘進機と設備を製作した㈱推研の高度などのように設計に反映させるかも課題である。

技術力と技能に加え、栗本コンクリート工業㈱と（6）増径した管路の有効利用

日本ゼニスパイプ㈱の高強度・高精度の SSP 管

小口径管を増径した管渠の余裕率を管内貯留のが有ってこそ、ここに超ロングスパンの推進が無利用や中継ポンプの運転効率に反映させる等、有事に完了したことに深く感謝し、敬意を表す次第効活用を勘案した下水管渠計画を期待する。

である。

月刊推進技術 Vol. 22 No. 7 2008

̶7̶