土木学会第62回年次学術講演会(平成19年9月)

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シールドマシンの設計に対する適応性と信頼性に関するリスク評価事例
地域 地盤 環境 研究所

正会員 ○橋本正，譽田孝宏

同済大学
大成建設
１．はじめに朱合華，馬険峰
正会員

亀村勝美

現在，中国上海で施工中である上海崇明長江横断道路工事は，中国沿岸高速道路網における長江横断部に相当し，世界的にも最大級の掘削径を有する大断面シールド工事である．計画にあたって，数多くのシールド工事に携わった複数の専門技術者によって，類似規模である東京湾横断道路やオランダのGroeneHart Tunnel等の事例を参考にしながら，長距離および高速施工に関する制約条件を検討した上で，シールドマ
シンに関するリスク評価を実施することにより，その適用性および信頼性を把握して，リスクを回避するための取り組みが検討された．ここでは，これらリスク評価事例について紹介する．
２．工事概要本工事は，シールド外径φ15430mm(セグメント外径φ15000mm)の単円併設シールドトンネル(トンネル離隔 14.4m，掘進延長 7.5km(図１参照))であり，線形勾配は 0.3%～3%，要求工期は 3 年以内であった．泥水式シールド工法の採用が予定されており，主たる掘進土層は，軟弱な沖積粘性土(c＝4～10kN/m2)，
最大土被り厚約 40m(最大水深約 23m)である．陸上部の換気搭からシールド発進することから，陸上および海上から発進･到達立坑へアクセスができることと，昼夜間施工が可能であることが条件として付加された．
発進･到達立坑

長江南港水域

U ターン
施工部＜シールドトンネル部＞

長江北港水域

長興島

橋梁部
崇明島

上海浦東

図１ 長江横断道路工事の平面図

３．長距離および高速施工に関する制約条件 長距離施工に伴ってシールドマシン仕様がアップした場合でも，一般的には長距離になるほど安価になる傾向にある．ただし，掘削土や資機材の搬出入距離が長くなることから，それに相当する設備と電気を多く消費することになる．類似事例を参考に今回の条件で経済的な掘進延長を試算したが，掘進延長 7.5km であればシールドマシン 1 台で施工することが可能と判断された．
また，高速施工に伴い，低減される費用(工程短縮に伴う労務費および損料など)と増加する費用(シールドマシン設備，掘削土処理，流体輸送設備等)があるが，類似事例を参考にコスト面から以下のような施工サイクルを想定して掘進速度を概算した．その結果，3 年以内の工期を満足する結果が得られた．
・掘進時間：セグメント幅 2.0m／掘進スピード 50mm/min＝40min

・セグメント組立時間およびその他時間：50min＋10min (掘進準備，送排泥安定時間等)→合計，1 リング当り 100min 必要．
→よって，1 日当り 4.5 リング/方×2 方×2.0m/リング＝18m，18m/日×19 日/月＝342ｍ/月．
→(最大掘進延長 7.5km－初期掘進 160m)／342ｍ/月＋初期掘進＆段取替 5 ヶ月＝26.5 ヶ月＜3 年
４．リスク評価方法 「リスク R 」は，対象とする事象の「発生確率 P 」と，その事象が発生した際の「損害の大きさ C 」で表現することができる．ここでは，客観的評価(同種のものにおける過去の実績データ)と主観的評価(複数の専門技術者の経験に基づく評価)に基づいて各々のランク分けを表１のようにおこない，表２に示すリスクマトリックスにしたがって，リスクの大きさを表３のように表現した．
キ－ワ－ド：リスク評価，大断面･長距離シールド工事，河川横断トンネル，沖積粘性土連

絡 先：財団法人 地域 地盤 環境 研究所

大阪府大阪市西区立売堀 4-3-2-375-

TEL：06-6539-2971

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表１

発生確率 P および損害の大きさ C のランク

ランク
12

発生確率 P の内容
ほとんど発生しない
希に発生する3

時々発生する

4

かなりの頻度で発生する

5

頻繁に or ほとんど間違いなく発生する

表２
PC
12
3
45

物理的損害
極小
小中(工期･工費に影響)
大(工期･工費に大きな影響)
極大(工事中止)

表３

リスク R の評価

12

3

45

R1R1R2R3R4R1R2R3R4R5R2R2R3R4R5R2R3R4R5R5R3R4R4R5R5リスク
R1R2

損害の大きさ C の内容
問題なし
問題なし

軽微

適切な事前対策と施工中の管理

重傷事故
人命損傷

工法の適用に当たっては制限を設けて集中的な管理適用すべきではない

リスクの大きさリスクの内容リスク保有：ほとんど無視しうるリスク．
軽微リスク：設計上の配慮，施工時の日常管理で対応可能．
中度リスク：設計上十分配慮し，施工においては綿密な管理計画を立てる．
重度リスク：設計条件を明確にした上で施工上の制限を設ける．
施工に当たっては，集中管理をおこなう．
極大リスク：一旦発生するとプロジェクトの存続に影響する．
工法採用は不可．

R3R4R5５．リスク評価結果

人的損害なしなし

上記に示した手法により，本工事を対象としたシ－ルドマシンの設計に関する 51 項目のリスク評価をおこなった．結果は R1：1 項目，R2：7 項目，R3：30 項目，R4：13 項目，R5：0 項目となった．リスクを回避するための対策案を講じれば，計画されているシールドマシンの適用性および信頼性は確保できると判断された．例として，R4 と判断されたリスク項目の評価結果とリスク回避用の対策案および対策案採用後のリスク再評価結果(R4 から R3 にリスク回避)を表４に示す．
表４ リスク評価結果一覧表(R4 から R3 に低減された例)
項目②リスク項目

マシン各部位の耐久性

テールでのスキンプレートの異常変形閉塞を想定して，取り出し口を設ける

2423

自動給脂装置を設置し，その管理を徹底する

24

1

4

トラブル発生時の補助工法の確実性に依存するため，適用性と施工管理手法について十分事前検討する

151415141514

坑内設備に切り替えて対応する

5323

事前の注入材設計時に十分な検討をおこない，試験施工を実施する

2414241443332414433324231514⑧

テールシール破損時や交換時の不適切な噴発防止による坑内水没や陥没①

設計時の荷重条件の設定や計算手法の不備，施工時の異常操作等による異常変形の発生

高速度で作動するエレクタによる作業員の事故
セグメント自動組立装置④の可能性の必要性能
地上設備から直接裏込め注入する場合，注入量②管理及びポンプ能力に問題が生じる
裏込め注入設備，⑥
不適切な注入材選定による材料分離，流動性の注入材性能，注入孔③ 喪失，容積減少，強度不足，水密性低下，配管内での硬化
総推力の余裕不足による方向制御等スムーズな①
掘進スピードの確保と掘進への影響⑨ ジャッキ能力，本数③ 不適切なジャッキ配置によるクラックの発生⑪ セグメントの搬送⑫

地盤改良のためのグラウト孔⑭ 防火設備６．おわりに再評価
PC

不適切なテールシールへの給脂による止水性能⑦及び耐久性能の低下

⑤

ローリング
⑩
ピッチング

事前評価
PC⑩ 異物(木片等)の混入による排泥管の閉塞③ シール性能チェック④対策案

不適切なシールド機の重心位置による方向制御①に影響を与えるピッチング，ローリングの発生
不適切な運搬方法によるセグメントのクラック①やカケの発生
障害物や異物等が切羽に出現した場合，除去の①
ための切羽と自立させるための補助工法① 作動油類への引火による坑内火災の発生

設計時チェックを厳重にした上，設計条件の限界を考慮した施工管理マニュアルを整備し，厳格に実施する
事前の安全対策と教育を徹底し，施工管理マ
ニュアルを整備し，厳格に実施するジャッキ推力については，設計時に十分な余裕を取る
設計時に十分検討をおこない，設計条件を考慮した施工管理を実施する
設計時のチェックを厳重におこなう
適切な搬送方法を計画し，搬送時の管理を徹底する
グラウト孔を事前に設置し，具体的な地盤改良工法について適用性と管理手法を事前検討する
事前の安全対策と教育を徹底し，施工管理マ
ニュアルを整備し，厳格に実施するが，万一発生した場合の延焼防止策が重要である

今回，中国の長江横断道路トンネルに対して大断面および長距離シールド工法を適用するにあたり，シールドマシンの能力や設備に関するリスク評価をおこなった事例を紹介した．現在考えられるマ
シン技術に関するリスク項目を洗い出し，各項目に対してリスク評価を実施することによって，対策案を含むマシン設計の方針が明確化でき，リスクアセスメントの有用性が示された．

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