1041

究

研

研―微細砂地盤を対象とした地下鉄工事を例にして―
大阪市高速電気軌道( 株) 交通事業本部工務部工務課長

南 川 真 介大阪市高速電気軌道( 株) 交通事業本部工務部土木課係長

中 西平( 株) 地域地盤環境研究所技術統括室室長

譽 田 孝 宏1 は じ め に■
近年，都市部のシールド工事において，細粒分が少量で均等係数が小さく，小さい水頭差でも流動化しやすい細砂などの地盤(以下，「微細砂地盤」)でトラブルの発生するケースが増えている．
このような砂層は，杭基礎の支持地盤として安定しているよく締まった土層でありながら，シール
ド掘進に伴う応力変化によって周辺地盤が容易に崩壊し，場合によっては陥没事故に至ることがある．大阪地盤では，更新世(約 300 万～30 万年前)の堆積層である大阪層群砂層やその上部にある洪図-1 氾濫原地帯の模式図

3)

積砂層が微細砂地盤に相当し，この層をシールド1000

掘進した地下鉄工事においていくつかの重大なトラブルが生じ，掘進が困難になる事例が発生して
1),2)

．

後述するようにこのような砂層は，堆積地盤に立地する国内各地で見受けられることから，地下鉄工事を例にして，トラブルが発生しやすい砂層の特性と，シールド掘進時のトラブル事例やその100਴಑૴ச cm/sいる࿠୫ಕથ଒ੀ૴சA

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10
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1.0

対応について整理し，国内の類似地盤でシールド掘進する際の参考になるよう，留意事項を示す．

0.1
0.001

2 微細砂地盤の堆積特性■

འଅ

砂，礫，粘土などの河川による堆積物は，図-1，2 に示すように堆積時の表層地形に依存して河川
2 0 2 3 年(令和 5 年)12月

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0.01

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10

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図-2 堆積粒子の浸食，運搬，堆積の関係を現すユール
4)に加筆
ストロームダイアグラム― 41 ―

究流動化しやすい砂地盤をシールド掘進する際の諸問題と留意事項

1042

トンネルと地下

表-1 大阪平野の層序総括表

5)

境が決まる．例えば，図-2 の固有限界流速 A よりも上部の領域は，堆積していたものが運搬や浸食される領域であり，
図中の領域(a)は，水の流速が速くなることによって，砂粒子が粘土やシルト，礫よりも早く，最初に動き出す領域を示している．その後，流速が遅くなると，流動化していた砂粒子は運搬され，やがて堆積する．
大阪平野の場合，表-1 に示すよ
うに深い所で千数百 m の厚さを有する大阪層群と呼ばれる砂，礫，
粘土層が，
気温変動に伴う海退(氷河期)や海進(間氷期)により互層状にくり返して堆積している．このうち粘土層は，海底で堆積したものは海成粘土，河川により堆積したものは非海成粘土と呼ばれる．
一方，流れの緩い河口などで堆積する砂は，これらの粘土層の上下に見られる場合が多く，長周期の水流変化から浸食，運搬，堆積をくり返して形成され(図-2 参照)，
粒径がそろっていることが特徴的
である．

100
90

ৢૌସ୤௲ী૨‫ق‬%‫ك‬Research

流速などの諸条件によって堆積環၄ྫྷਸ஋ශ଍

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≼ P-31≼ P-33≼ P-35≼ P-37≼ P-39-1૥મ୞ಀั૾৲भ૭ચਙँॉ

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0.075 0.250 0.850 2
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রෛ ႗ෛ ಍᱁ র᱁႗᱁

図-3 流動化しやすい砂層の範囲を示した粒径加積曲線例

大阪層群砂層は，一般的にはよく締まった砂層

7)に加筆

で急激に粒度分布が立ち上がる特徴を有しており，であり，構造物基礎の支持力が期待できる層であ「とくに液状化の可能性あり」の範囲内に位置しる．しかし，トラブルを起こしやすい砂層は，細ている．よって，このような砂層は，応力変化に

粒分含有率 Fc≦10%，均等係数 Uc ≦ 5，透水係数 k

伴って流動化して崩壊しやすい土層，つまり微細≧ 1ʷ10 m/s のものが多く，限界動水勾配が icʹ1

砂地盤であることがわかる．

程度の地下水流によって容易に流動化する地盤で■3 微細砂地盤でのシールド工事におけるトラブルの概要-5あることが知られている

例えば 6)．

8)例として，地下鉄今里筋線(第 8 号線)鴫野シー
16)年 4 月～2005(平成 17)年 4 月施工)での粒度3-1 スクリューコンベヤからの噴発に伴う切羽地盤の崩壊試験結果と「液状化の可能性のある土の粒度分

均等係数が小さい砂地盤を泥土圧シールドで掘布 」を重ね合わせた粒径加積曲線を図-3 に示す．

進する際に掘削土の塑性流動性が悪い場合，カッ大阪層群砂層における粒度試験結果は，細砂区分

タチャンバ内に掘削土が充満および加圧されていルド(蒲生四丁目停留場～鴫野停留場，2004(平成7)― 42 ―

第54巻12号

流動化しやすい砂地盤をシールド掘進する際の諸問題と留意事項

1043

も，掘進を開始した直後が大きい値を示す．これは，動摩擦抵抗より静摩擦抵抗が大きいことに起ൾ਷ઠ因しており，シールドジャッキの計画装備推力は掘進開始時の推力を考慮する必要があることを示ྱ৅ҩ౮ଞল਷

唆している．

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図-4 排土時の噴発に伴うトラブル例

4 過去のトラブルとその対応事例■
4-1 京橋シールド の事例
9)

8)

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地下鉄長堀鶴見緑地線(第 7 号線)京橋シールド

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(京橋停留場～蒲生四丁目停留場，1987(昭和 62)
年 12 月～1989(平成元)年 3 月施工)の土質縦断図を図-6 に示す．
本工事は，シールド外径 5,430mm の単線並列トンネルであり，泥水式シールド工法を採用し，裏௓ৡ

込め注入は同時裏込め注入方式であった．
シールド掘進延長約 1,530m のうち，京橋停留場から発進後の区間中央部付近において，上部洪積砂質土層(DLs-3 層)を掘進した．この層は，細図-5 シールド掘進時における胴締め現象

砂～中砂を主体とする層厚 2 ～ 7 m の洪積砂層ても連続的な掘削土の排出ができないため，スク以上の非常によく締まった状態で透水性が良く，リューコンベヤを回転して排土しようとしてもス

細粒分含有率 Fc は 8 ～10％，均等係数 Uc は 9.3～

クリューコンベヤの入口でアーチアクションが働

26 である．また，トンネル深さでの水頭は 200

いて土砂に空隙が生じ，ここに地下水が浸入してkPa であった．

8)(一部に粘土層や砂礫層を挟む)であり，N 値が 50

排土口から流砂を伴って噴発することがある(図-後行シールドが DLs-3 層を掘進中に，推力や4 参照)．噴発が激しい場合，切羽前面の地盤が大カッタトルクが上昇し，掘進停止が発生した．コ

きな浸透圧を受けて流動化(文献 8)ではこれをピーカッタを用いた余掘りによって対応したが，「ボイリング」と称している)することによりノー縦断線形が下り勾配から上り勾配に変化する箇所

ズダウンが発生し，過度な場合にはテールの突きから推力が上昇し始めてシールド姿勢制御が困難

上げに伴ってセグメントが破損し，土砂が流入しになり，計画縦断線形になるまで上向きに上げらてトンネル直上地盤が陥没する場合もある．

れなくなった．

3-2 胴締め現象による掘進困難

カッタトルクの異常上昇がないことから，不具砂地盤をシールド掘進時にシールドの胴締め現合の原因は，シールドと周辺地盤(DLs-3 層)の間象などのトラブルがよく見られる．胴締め現象との周面摩擦が大きいことに起因して，推力が上昇

は，シールド掘進中の振動やせん断変形，高水圧したためと考えられた．実際に排泥された土砂をなどによってシールド周辺の砂粒子が再配列され分析すると，均等係数 Uc が 2 前後の細砂であっることにより，シールドと周辺地盤間の摩擦抵抗たことから，シールド掘進中の振動やせん断変形が上昇し，掘進困難となる現象である(図-5 参照)．

および高水圧などにより，砂粒子が再配列され，場合によって，反力となるセグメントの変形や破胴締め現象が発生したと推測された．

2 0 2 3 年(令和 5 年)12月― 43 ―究ঀ‫ش‬६ॲक़থ

研損が生じる場合がある．また，推力は掘進中より

಍ෛ

1044

Research

トンネルと地下図-6 京橋シールドの土質縦断図

9)

蛇行修正を行うため，シールドジャッキに加え沈下計を中心とした地盤変状計測(以下，「トライてシールド装備のけん引ジャッキ(30t)と増設し

アル計測」)を 2 断面で実施した結果，計測断面 1

たジャッキ(60tʷ2 本)によって，シールドの上向では，切羽圧 ʹ88kPa(緩み土圧相当)で掘進したき修正を実施した．その結果，対策後 22 リングでが，切羽前沈下や通過時沈下はほとんどなく，
テー

計画縦断線形に回復することができた．

ル通過時にトンネル直上 1 m 地点で約 3 mm の沈

4-2 上町シールド の事例

下が発生する程度であった．そこで計測断面 2 で10)

地下鉄長堀鶴見緑地線上町シールド(谷町六丁は，シールド掘進効率を考慮して，切羽圧 ʹ39目停留場～玉造停留場，1995(平成 7 )年 1 ～10 月

kPa(水圧相当)まで低下させて掘進したところ，施工)の平面図および土質縦断図を図-7 に示す．

切羽到達付近まで微小な沈下であったが，切羽通本工事は，単線並列トンネルであり，シールド

過後，約 1 リングの間にシールド直上 1 m 地点で

外径 5,440mm の泥土圧シールド工法を採用して約 50mm の沈下，テール通過後にさらに約 30mm

おり，裏込め注入は同時裏込め注入方式，掘削土程度の沈下が発生し，合計 80mm に達した．

砂の搬出はずりトロ方式であった．

シールド直上 3 m 地点および地表面での沈下量

掘進延長約 980m のうち，谷町六丁目停留場かは微小であったこと，計測断面での裏込め注入率

ら発進後，約 450m 区間はほぼ全断面が大阪層群

は 169% とやや過大であったこと，後行シールド

砂層(Os8 層)であった．本層は，細砂や粗砂を主通過時の沈下はほとんどなかったことを踏まえる

体とする層厚 8 ～10m の砂層であり，N 値は 60 以と，切羽付近において局部的な地山崩壊が発生し上を示す非常に締まった状態にあった．なお，細たと考えられる．

粒分含有率 Fc は 7 ～27％(平均 14%)，均等係数

トライアル計測の結果を踏まえ，その後の掘進

Uc は 6.2～117(平均 24.1)，地下水位はシールドク時の切羽圧は，周辺地盤への影響を極力抑える緩ラウン付近にあり，低水位であった．

み土圧相当の切羽圧(88kPa)と水圧相当の切羽圧シールドが発進して間もない箇所において層別(39kPa)の中間値(64kPa)に設定した．また，裏― 44 ―

第54巻12号

流動化しやすい砂地盤をシールド掘進する際の諸問題と留意事項

1045
研
究

図-7 上町シールドの平面図および土質縦断図

10)

込め注入率が 130～150% の場合には地盤変形がْ๶಍ෛ৉ೕ॑३‫ش‬ঝॻ໧ਤखञ੠भॺছঈঝহ୻ٓ
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抑制できていることを踏まえ，裏込め注入圧の管理だけではなく，裏込め注入率の変動も確認しながら掘進した結果，地盤沈下もなく掘進できた．

■
5

微細砂地盤を掘進する際の課題と対応ൾଅ௽૩षभৌૢ
ଐ஀ऩ໧చଅभ
Ꮌਙ૴৿৲

地下鉄長堀鶴見緑地線シールド工事で発生したトラブル事例を踏まえて，図-8 にその発生概要を整理した．
泥土圧シールド工法は，必要に応じて添加材を৉ೕ૗஄षभৌૢ
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図-8 微細砂地盤をシールド掘進した際のトラブル発
生概要

注入しながらカッタヘッドによって地山を掘削し，過去に砂層中を掘進する際によく見られたが，

塑性流動化(泥土化)した土砂をカッタチャンバ内

カッタトルクや推力が増加してそれらの上限値をに充満させて所定の圧力を加えることによって切超過した場合，掘進速度は上昇せず遅くなり，ス

羽の安定を図るとともに，同じく塑性流動化した

ムーズな裏込め注入ができなくなったり所定の掘土砂で充満したスクリューコンベヤを用いた排土

削線形の確保が難しくなったりする．よって泥土量管理によってシールドの掘進に見合う土量を連

圧シールドの場合，文献 12)の切羽安定管理フ

続排土する工法である ．よって，掘削に際してローにもとづいて，切羽圧と添加材の選定を見直は，切羽と隔壁間に充満した掘削土砂を切羽の安す方法が合理的である．ただし，微細砂地盤では，定に必要な状態に加圧し(塑性流動化の管理)，切

一般的な切羽安定管理フローでは解決しきれない羽圧(カッタチャンバ内の泥土圧)や排土量の計測問題があることを念頭において，「掘削土の塑性

を実施し(泥土圧の管理，排土量の管理)，スク

流動化」と「切羽圧(泥土圧)の管理」を重要課題

リューコンベヤの回転数や掘進速度を制御しながとして対処する必要がある．

11)

ら(掘進速度などの管理)，カッタトルク，推力な長堀鶴見緑地線のあとに建設した今里筋線シーどを把握して，適正な掘進管理を実施しなければルド工事では，大阪層群砂層やその上部の洪積砂ならない ．

層における過去の施工実績やトラブル事例を踏ま12)

2 0 2 3 年(令和 5 年)12月― 45 ―

1046

トンネルと地下Research

表-2 各シールド諸元と大阪層群砂層との位置関係
トンネル名工鴫野シールド城東シールド

＊1

＊2

法

＊3

泥土圧シールド工法

シールド外径シールド機長関目シールド

φ5,330mm

φ5,440mm

7,010mm(中折れ 1 段)

7,018mm

掘削土砂搬送7,350mm(中折れ 1 段)

密閉式土砂圧送方式

土質縦断図＊1 鴫野シールド：蒲生四丁目停留場～鴫野停留場，2004(平成16)年 4 月～2005(平成17)年 4 月施工．
＊2 城東シールド：鴫野停留場～緑橋停留場，2004(平成16)年 7 年～2005(平成17)年 7 月施工．
＊3 関目シールド：新森古市停留場～関目成育停留場～蒲生四丁目停留場，2003(平成15)年12月～2005(平成17)年 3 月施工．

え，各現場で発生した事象に対してそれぞれ対応

ントナイト系添加材を主体にした方が，ブリーした結果，大きなトラブルは発生しなかった．

ディングの発生(砂分の分離)が抑制され，より適

しぎ の

「城東
ここでは，表-2 に示す「鴫野シールド」

した状態となることが確認された．
ただし，ベントナイト系添加材は，掘削残土(おシールド」「関目シールド」における掘進事例について示す．

おむね産業廃棄物)の処理が困難になり，大きな5-1 掘削土の塑性流動化対策

プラント設備が必要になるなどの問題点がある．

対象とした 3 現場では，土砂圧送ポンプの圧力よって，掘進状況を監視しながら，ベントナイト

上昇のため圧送不能に陥るケースが見られた．こ系添加材だけではなく，他の添加材を追加配合す

れは，砂分が分離して排泥管内の隅角部によく締るなどの柔軟な対応が可能となる計画や施工が望固まった細砂が残留することによる排泥管内の閉まれる．そのためには，ボーリング調査によって塞が原因であった．

事前に掘進対象地盤の特性を把握するとともに，いずれのシールド工区においても，掘進当初は採取した土を用いた配合試験を実施し，適正な添多くの実績がある高分子系添加材のみを用いてい加材を選定することを推奨する．

たが，結果として掘削土の塑性流動化が不十分と5-2 切羽の安定確保

なり，排泥管内で閉塞を引き起こしている．そこ

文献 12)では，「切羽圧が不足すると，切羽でので，添加材を再検討した結果，大阪層群砂層の中

湧水や崩壊が生じる危険性が大きくなり，過大にでも，とくに Os8 層のような微細砂地盤では，ベなるとカッタトルクや推力の増大，掘進速度の低― 46 ―

第54巻12号

1047

流動化しやすい砂地盤をシールド掘進する際の諸問題と留意事項

研下，あるいは地表面の隆起などの弊害が懸念され
る．
」と記載されている．つまり，カッタトルクや究

推力の増大を避けるためには，切羽圧を下げる方法も有効な手段の一つとして考えられる．
切羽圧は，基本的に「土圧ʴ水圧ʴ変動圧」で構成され，まず，この中の「変動圧」を抑えることが効果的である．これには，前節で示したカッタチャンバ内において掘削土の塑性流動化を図る
ことが重要である．切羽圧の基本的な考え方は，以下のとおりに設定した．
・上限値：「静止土圧ʴ水圧ʴ変動圧」
・下限値：「主働土圧ʴ水圧ʴ変動圧」
地盤変形を抑制することを最優先に考えるのであれば，切羽圧を静止側圧相当(上記の上限値相当)にすることが理想的である．また，下限値に

図-9 砂の内部摩擦角φと N 値の関係

13)

主働土圧ではなく緩み土圧で設定することも考えられるが，ここでは，緩み土圧よりも大きい切羽

5-2-1 Os8 層の内部摩擦角の設定
Os8 層は微細砂地盤であることから，崩れやす

圧として主働土圧とした．
砂質地盤の場合，切羽圧を下限値に設定する

いことを考慮して ñ を小さく設定する場合がある．

ケースが多いが，微細砂地盤内を掘進する場合に一方，図-9 に砂の内部摩擦角 ñ と N 値の関係を示

はそれでもカッタトルクや推力が異常に上昇し，し て い る が，締 ま っ た 砂 ～ 密 な 砂 は お お よ そ

掘進困難になる場合がある．

ñʹ30～40°の範囲(図-9 の赤色破線領域)にある

そこで，今里筋線シールドの一部では，主働土と考えると，(2)式より KA ʹ0.33～0.22 が得られ

圧算定時において，地盤の強度パラメータを適切ることから，設定可能な主働土圧はある程度幅をかつ慎重に評価したうえで，主働土圧を設定して有していることがわかる．

シールド掘進した．

よって，切羽圧の変動を極力抑制し，切羽の安主働土圧は，一般的に(1)式に示す Rankine 土

定を図ることを条件に，よく締まった砂の内部摩圧より求めることが多く，土の内部摩擦角 ñ と粘擦角 ñ を適切に評価して切羽圧を低く見積もるこ

着力 c により算定できる．

とは，設定する切羽圧の低減に向けた一つの方策

pA = ç v′ KA – 2c ě &Ӻ

(1)であると言える．
5-2-2 Os8 層の粘着力の設定

ここで，
pA ：主働土圧(kPa)

洪積砂層や洪積砂礫層の場合，一般的によく締

ç v′ ：着目点での有効上載荷重(kPa)

まって固結していたり，細粒分を少量含んでいた

c ：土の粘着力(kPa)

りすると，少しだけ粘着力が期待できる場合があKA ：主働土圧係数

る．例えば，長堀鶴見緑地線の森ノ宮停留場の土

KA=tan (45°–ñ/2)
2

留め掘削構内から Os8 層の砂を凍結ブロックサ(2)(1)式に示す主働土圧の算定式を踏まえ，良好

ンプリングし，三軸圧縮試験(CD 条件)をした結な掘進を確保することを目的に切羽圧を再設定し果，粘着力 cʹ23kPa を確認している(同試料の細たが，そこで用いた内部摩擦角 ñ と粘着力 c の考

粒分含有率 Fcʹ17.8%)．

え方を以下に示す．
2 0 2 3 年(令和 5 年)12月

よって，切羽圧の変動を極力抑制し，切羽の安― 47 ―

Research

1048

トンネルと地下定を図ることを条件に，細粒分を少量含む砂の粘て，今里筋線シールド工事では，以下に示す対応

着力 c を(1)式の第 2 項で考慮することは，設定すにより胴締め現象の回避に努めた．

る切羽圧の低減に向けた一つの方策であると言え5-3-1 過度な余掘りの防止る．

一般的にシールドは，掘削外径がシールド外径以上を踏まえ，対象とした 3 現場において実施した切羽の安定を確保した例を表-3 に示す．

よりも 2 ～ 4 cm 程度大きく計画されるため，1 ～2 cm 程度余掘りされたような恰好になるが，テー何度も強調するが，切羽通過時までに周辺地山

ル部で裏込め注入されるまでこの余掘り部は放置を極力緩ませないことがもっとも重要であり，必されることになる．Os8 層のような地盤を切羽通

要以上に切羽圧を下げることは切羽の安定性を図

過までに緩ませてしまうと小崩落を誘発してしま

るうえでは大変危険である．また，胴締め現象がい，1 ～ 2 cm 程度のはずのスキンプレート周辺の発生した場合に過度な余掘りをすることは，か

余掘り部分に流動化した細砂が回りこみ，再び締

えって状況を悪くしてしまう危険性があることか

め固まって胴締め現象が発生する．よって，このら，これらの方策を検討する場合には十分な注意

ような地盤で掘進をする場合には，過度な余掘りが必要である．

にならないように掘削外径を計画することが重要

5-3 胴締め現象の防止である．

4 章で示したような砂層でのシールド掘進にお

5-3-2 外周充塡材の有効利用

いて，シールドが周辺地盤に締め付けられたこと

スキンプレート部と周辺地盤の摩擦を低減する

によって胴締め現象が発生していることを踏まえ対策として，シールド前胴周囲に装備した注入孔

表-3 大阪層群砂層(Os8 層)掘進時のトラブル例および切羽の安定確保例
シールド名

大阪層群砂層(Os8 層)掘進時の状況① Os8 層掘進時において推力やカッタトルクが上昇し，掘進速度が徐々に低下したことから，添加材の配合濃度を高めたが，土砂圧送ポンプ付近で掘削土が固まって残留し，閉塞気味となった．添加材濃度を高めたにもかかわらず，
塑性流動性は不十分であった．
② この際の切羽圧の管理値は，「主働土圧ʴ水圧ʴ変動圧(20kPa)」であった．掘進停止中の切羽圧保持を停止して切羽の均衡状態を確認したところ，変動圧程度を減じた土圧であったため，一時的に切羽圧を変動圧(20kPa)程度鴫
野
減じて「主働土圧ʴ水圧ʴ変動圧( 0 kPa)」に変更して掘進を再開したところ，閉塞気味の状態は免れた．なお，
シールド
この切羽圧の低下量は，主働土圧係数算定時における内部摩擦角φや粘着力 c の大きさに換算すると，当初「φ=35°，c = 0 kPa」の想定が，「φ=43.6°，c =20kPa」に変更する程度であった．
③ 切羽圧を若干下げて掘進した結果，カッタチャンバ内の土砂の塑性流動性が改善して安定した掘進管理が行えたことから，Os8 層用に添加材を変更することなく，適宜切羽圧を変更した．
④ この間の沈下量は，通過 1D 後(D：シールド掘削外径)における直上 1 m で 2 ～ 6 mm，地表面で約 2 mm 程度であり，安全に施工することができた．
① Os8 層が出現し始めたころからカッタトルクが上昇し，掘進困難な状況になり，最終的には排泥管の閉塞のため掘進不能になった．圧力が上昇したポンプの後方配管を解体したところ，圧縮・脱水された細砂によって排泥管が閉塞していた．
② この際の切羽圧の管理値は，「主働土圧ʴ水圧ʴ変動圧(10kPa)」であった．閉塞解除後，切羽圧は変更せずに添城
東加材を変更してカッタチャンバ内の塑性流動化を図って掘進を再開した．
シ ー ル ド ③ その結果，この間の沈下量は，通過 1D 後における直上 1 m で 5 ～ 7 mm，地表面で約 1 mm 程度であり，安全に施工することができた．
④ その後，Os8 層掘進区間において再度掘進が困難となったことから，管理する切羽圧の下限値を見直した．つまり，主働土圧係数算定時における内部摩擦角φや粘着力 c について，当初「φ=35°，c = 0 kPa」の想定を「φ=42°，c =20kPa」に変更した切羽圧を下限値とした土圧管理を適宜，採用した．その結果，安定して掘進することができた．
① Os8 層が主体となる付近から排土の流動性が徐々に低下し(シルトミキサーで目視監視)，カッタトルクが徐々に
上昇した．
関
目
② 添加材を変更することによって改善傾向も一時的に見られたが，突然，圧送ポンプの油圧が上限まで上昇し，圧送シールド
不可能となった．
③ 閉塞した土砂を取り出し，添加材の適合試験を実施し，適宜，添加材を変更した結果，安全に施工することができた．

― 48 ―

第54巻12号

1049

流動化しやすい砂地盤をシールド掘進する際の諸問題と留意事項

より充塡材(高粘性添加材)を外੃৘ੑ઺੊ଡ଼পਮਆ଍ ৏ষ৉ৣள౪ൡ൙଍ ਨষ

ド外径の差に起因するシールド

৺30m
6.8m

通過時における沈下を抑制する対策としても期待できる．鴫野
シールドでは，外周充塡材を掘削外径とシールド外径の差から

12.3m

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図-10 御堂筋線交差部付近の縦断面図算出した体積に対して 100% の注入率で積極的に注入した結果，胴締め現象が発生せず，総推力の低下効果があったと考えられる．

■
6

地下鉄営業線直下における大断面シールドの超近接施工時の対応例
14)

ここでは，過去の地下鉄シールド工事の実績を踏まえ，類似した洪積砂層内を大断面シールドで掘進する際の掘進管理計画を策定し，安全確実にトンネルを構築した事例について示す．

6-1 大和川線シールドの工事概要
大阪都市再生環状道路の一環となる都市計画道路大和川線のうち，地下鉄御堂筋線(以下，「御堂筋線」)との交差部において，営業線直下を近接して大断面泥土圧シールド(以下，「大和川線シールド」，2015(平成 27)年 1 ～ 3 月先行シールド施工，2016(平成 28)年 5 ～ 6 月後行シールド施工)が下

図-11 御堂筋線交差部付近の土質縦断図

越し U ターン施工する計画であり，影響する区間

6-2 大和川線シールド掘削対象土層の概要の施工を大阪市交通局((現)大阪市高速電気軌道

御堂筋線交差部付近の土質縦断図を図-11 に示(株))が，事業主体である堺市より受託した．そす．地表付近から洪積砂層と洪積粘土層が互層状の位置関係を図-10 に示す．

態に堆積しており，御堂筋線下端部と大和川線

本工事の特徴を以下に示す．

シールド上端部の間には，上部より洪積砂層(Ds5① 大断面(シールド外径 ñ12,540mm)かつ，併設する新設トンネル間の離隔が約 1.3～2.2m とい層)，洪積粘土層(Dc5 層)，洪積砂層(Ds6 層)が堆積している．
このうち，Ds5 層と Ds6 層は，N 値が 60 以上のう近接施工となる．
② 単線並列の地下鉄営業線トンネル(セグメン

よく締まった砂・砂礫層であるが，大和川線シー

ト外径 6,800mm)直下を，離隔約 2.2m(0.17D)でルドの上半に存在する Ds6 層は，均等係数が小さ

大和川線シールドが U ターンして下越し通過

く(最小 Uc ʹ8.2)，微細砂やシルトが薄く挟在し

する．

ている．

③ 御堂筋線の建設時(1987(昭和 62)年開業)とまた，透水係数は kʹ1ʷ10 ～10 m/s 程度で地今回も確認された微細砂地盤がシールド上半部

下水は豊富であり，過去には近傍で泥水式シールに存在する．

ド工事による逸泥により，地上まで影響が及んだ

2 0 2 3 年(令和 5 年)12月-4― 49 ―-5

究

この方法は，掘削外径とシール

研

周部分に充塡する方法がある．

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1050

シールド掘進による御堂筋線への影響を最小限に抑制する必要があるため，大断面切羽の安定，シールド通過時の沈下防止，同時裏込め注入の適慮した．なお，掘削土砂の搬出は連続ベルコンでপਮਆ଍ ਧষ଍
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あった．
6-3-1 切羽管理
御堂筋線との近接施工であったことから，切羽

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圧の管理値は下限値を「静止土圧ʴ水圧ʴ変動圧」

਷ాૄ຿ৣੑ ੦૆ਡに，上限値を土かぶり圧に設定した．なお，大断図-12 水盛式沈下計配置図

面トンネルであることからトンネル上下間の圧力差が 100kPa 以上あるため，チャンバ内に 10 か所ඹ ਨ୨ি৉ৣள౪ൡ൙଍ ঱ॉ଍

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正管理などを掘進管理計画時において重点的に考৉ৣள౪ൡ൙଍ ৣॉ଍01Შ
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6-3 シールド掘進管理計画

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Research

事例もある崩壊性の高い砂層である．

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トンネルと地下

6-4 計測管理と施工結果
御堂筋線トンネル内には水盛式沈下計を設置し，設置した土圧計を活用し，上部の土圧計を正，中央部の土圧計を副として切羽圧を管理した．

自動計測を行った(図-12 参照)．影響範囲におけ

6-3-2 シールド通過時の対策

る切羽圧と御堂筋線トンネルの鉛直変位量の推移

隣接工区の施工実績やトライアル計測における沈下量のうち，シールド通過時における沈下の割を図-13 に示す．
6-4-1 先行シールド

合が大きかった．また，推力は，掘進初期から装計測データを確認しながら切羽圧を細かく制御

備推力 144,000kN に対して 70～90％で推移し，一して掘進した結果，御堂筋線トンネルは隆起挙動

時は 100％近くに達するなど，胴締め現象が見らを示し，そのピークは下り線の計測 NO.8 と NO.9

れた．これらシールド通過時の沈下抑制と胴締め

で 2.1mm，上り線の計測 NO.9 で 1.7mm となった．

現象の対策(シールド周面摩擦の低減)のため，

上下線とも，鉛直変位量の大半は先行隆起が残留

シールド前胴の切羽から 3.0m と 4.5m に位置するしたものであり，顕著な通過時沈下やテールボイ

外周部に設置した注入孔を用いて，最大 8 か所か

ド沈下は見られなかったことから，シールド外周

らシールド外周部に対して充塡材(高粘性添加材)

充塡および裏込め注入の効果が発揮できたと考えを積極的に注入した．

られる．

6-3-3 同時裏込め注入管理

6-4-2 後行シールド

大断面シールドであるためテールボイドも 120

後行掘進では，さらに切羽圧をリアルタイムにmm と大きく，また，余掘りもあるため，確実に微調整しながら掘進した結果，御堂筋線トンネル

テールボイドを充塡し，セグメントと地山を早期の変位量は掘進するシールドにもっとも近い上りに固定する必要があった．よって裏込め注入材は，線の計測 NO.6 で 0.7mm の隆起，下り線の計測

早期に強度発現する 2 液型瞬結性のエアー入り

NO.5 と NO.6 で 0.7mm の隆起であり，先行と比較(A 液におけるエアー比率 15％)を使用した．事してもさらに小さく抑制できた．

前に実施した配合試験の結果，45 分養生での一軸

7 お わ り に■

圧縮強度は，加圧養生した場合，大気圧下で養生した場合の約 2 倍(0.3N/mm )となり，十分な強大阪層群砂層やその上部にある洪積砂層は，よ度が発現することを確認した．また，裏込め注入

く締まって堅固ではあるが，細粒分が少なく粒径

圧は「切羽圧ʴ(100～200kPa)」で管理した．

がそろった均等係数の小さい細砂層が部分的に挟2― 50 ―

第54巻12号

1051

流動化しやすい砂地盤をシールド掘進する際の諸問題と留意事項

研究図-13 大和川線シールド切羽圧と御堂筋線トンネルの鉛直変位量の推移

在していることが多い．このような微細砂地盤は，トラブルにならなかった．今後，大阪平野をはじ

シールド掘削時に緩ませるなどの応力変化によっ

め各地域において類似の地盤でシールド工事を行て流動化しやすく，崩壊性が高いという特徴を有うにあたっては，これらの知見を有効に活用されしている．

ることが望まれる．

このような微細砂地盤をシールド掘進した際に参以下のようなトラブル事例が発生した．
① カッタチャンバ内や土砂圧送管の閉塞に見られる排土障害．
② 砂層の流動化や小崩壊に伴う限定的な地盤変形．
③ 胴締め現象．
④ カッタビットやスクリューコンベヤの摩耗．
これらに対して，添加材の見直しや，理論的な裏付け範囲内における切羽圧の低減対策が効果的であった．また，大和川線シールドでの大阪層群
砂層の掘進においては，胴締め現象防止のためのシールド外周部への充塡材(高粘性添加材)の注入が有効であった．
これらの工事では，適切な対応をそれぞれ行った結果，幸い過去の事例に見られるような大きな
2 0 2 3 年(令和 5 年)12月

考

文

献

1) 地盤工学会関西支部：地下建設工事においてトラブルが発生しやすい地盤の特性とその対応技術に関する研究委員会報告書，2013．
2) 塩谷智弘・上新原公治：2．シールド工事におけるトラブル事例とその対応，地下建設工事においてトラブルが発生しやすい地盤の特性と対応技術，地盤工学会
誌，Vol.62，No.4，pp.54-61，2014.4．
3) 大矢雅彦編：防災と環境保全のための応用地理学，
古今書院，p.339，1994．
4) 廣木義久：ユールストロームダイアグラム，流水による砕屑物からなる地層の形成の理解，地学教育，
Vol.71，No.3，pp.97-107，2019.
5) 藤田和夫・笠間太郎：大阪北西部地域の地質，地域地
質研究報告( 5 万分の 1 図幅)，地質調査所，p.112，
1982．
6) 土木学会：トンネル標準示方書［山岳工法編］
・同解― 51 ―

Research

1052

トンネルと地下説，pp.40-54，2016．
7) 日本港湾協会：港湾の施設の技術上の基準・同解説，
pp.408-417，2018．
8) 橋本正・譽田孝宏：地下建設工事のトラブル，技術の伝承，現場の教訓から学ぶ，地盤工学会誌，Vol.60，
No.2，pp.63-70，2012.2．
9) 大阪市交通局蒲生建設事務所・熊谷・青木・鉄建建設
工事共同企業体：多層地盤における泥水加圧式シール
ド工事の施工と地中障害物撤去，高速電気軌道第 7 号
線京橋停留場一部および地下線路工事( 2 工区)他関連工事工事報告，1990．
10) 西松・清水・森本特定建設工事共同企業体：高速電気軌道第 7 号線地下線路工事(13 工区)シールド工事(土圧式シールド工法)工事記録，1995．
11) 小山幸則・加島豐・須賀武・高田正治・木村宏：土
圧式シールド工法 その理論と応用，鹿島出版会，
pp.1-28，2009．
12) 土木学会：トンネル標準示方書［シールド工法編］
・
同解説，pp.204-207，2016．
13) 地盤工学会：地盤調査法，pp.200-202，1995．
14) 南川真介・高科浩之：地下鉄営業線を超近接で下越しする大断面シールドトンネルの掘進管理，地下鉄御堂筋線近接に伴う大和川線シールドトンネル受託工
事，土木施工，Vol.61，No.4，pp.151-152，2020.4．

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第 ú 章 設計・施工編

第 ø 章 概説

ø．シールド工法の変遷と将来の技術開発の方向性
ù．わが国におけるシールド工法の歴史
ú．今後の技術開発の方向性

第ù章

ø．覆工
ù．立坑の設計と施工設備
ú．掘進と施工設備
û．近接施工と環境対策
ü．切羽の安定と地盤変状防止
ý．地盤変位の理論と実際

調査・計画編ø．シールド工法の調査技術
ù．断面および線形計画
ú．シールド機種の種類と選定
û．新しいシールド工法

付録

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