高難度な施工条件下でのシールド工事における技術的対応事例
Technical Correspondence Case in Shield Tunnelingunder the High-Difficulty Construction Condition
了一*1

安井

植島

Ryoichi Yasui

Ikuya Ueshima

赳志*1

金岡

生八*1

樋口

Takeshi Kanaoka

昌典*2

Masanori Higuchi

越智

創*1

Hajime Ochi

桶川

宏司＊2

Koji Okegawa

要旨
横浜市内でほぼ同時期に取り組んだ 2 件のシールドトンネルは、それぞれ特徴のある施工条件に対して、様々な課題を克服しながら工事を行った。西八朔シールド工事では、土かぶりが 1D 未満と小さく、掘削断面の上半は軟弱粘性土
で下半が泥岩の Mixed Face 地盤（切羽に硬質地山と軟質地山が混在する地盤）において、地表面沈下防止と硬質地盤乗上げ防止に取り組んだ。一方の相沢川シールド工事では、蛇行する河川直下を併走しながら最小曲線半径 20m の S 字曲線を含む 44 箇所の曲線を有する多曲線線形において、線形精度の確保と日進量確保を目的として、曲線掘進管理やシールド設備の工夫に取り組んだ。これら 2 件の施工事例について報告する。
キーワード：Mixed Face 地盤、小土被り、急曲線施工、多曲線施工

１．はじめに

２．西八朔シールド工事

今回報告する 2 件のシールド工事は、いずれも横浜市環2.1

境創造局から発注された雨水浸水対策を目的とした工事である（図 1）。

工事概要

西八朔シールド工事の縦断線形は、恩田川への自然流下の排水勾配を確保するために土被りが非常に小さくなって
おり、最小土被りはシールド掘削外径φ2.69m を下回る

都筑処理区西八朔小山雨水幹線下水道整備工事

2.4m となった。

仮称：西八朔シールド工事

また、交通量の多い片側 1 車線の県道部において、R=20mと R=15m の 2 箇所の急曲線が計画されていた。表 1 に工事概要を、図 2 に路線平面図をそれぞれ示す。

西部処理区相沢第二雨水幹線下水道整備工事

仮称：相沢川シールド工事

表１

西八朔シールド工事概要

工 事 名 都筑処理区西八朔小山雨水幹線下水道整備工事

図１

発 注 者 横浜市環境創造局下水道管路部管路整備課

工事位置図

施 工 者 鴻池組・長野工務店 建設共同企業体

都筑処理区西八朔小山雨水幹線下水道工事(以下、西八朔
シールド工事)は、西八朔地区約 46ha の区域を計画降雨（お工

期 2016年9月20日 ～ 2018年7月13日

工 事 場 所 横浜市緑区小山町642番～西八朔町16番
・泥土圧式シールド工（仕上り内径φ2,200mm）
掘削外径：φ2,690mm、施工延長：489.8m
・発進立坑工おむね 50 ㎜/hr）に対応させるための雨水整備事業の一環
で、西八朔地区から恩田川へ向けた雨水排水管路を泥土圧式シールド工法で築造するものである。

工事 内容

また、西部処理区相沢第二雨水幹線下水道築造工事（以鋼矢板土留め工： □9.2m×10.8m×H6.5m
・到達立坑工深礎工法（円形ライナープレート）φ3.5m×H12.9m
・既設水路撤去迂回復旧：一式・付帯工（舗装撤去復旧）：一式

下、相沢川シールド工事）は、既設の相沢雨水幹線の排水能力不足により瀬谷区相沢地区と瀬谷地区において、浸水被害が発生していることから、被害の軽減を図るためのバ
イパス管として、相沢川の直下に雨水貯留管を泥土圧式シ2.2

ールド工法で増築するものである。
*1

東京本店 土木部*2

シールド掘進における技術的課題

シールド掘進の対象土質は、発進直後から最初の R=20m

技術本部 土木技術部― 39 ―

鴻池組技術研究報告2019

急曲線付近までは、下半が N 値 50 以上の上総層群鶴川層の層の境界がある場合、切削抵抗の小さい軟弱地盤の方へシ

泥岩(土丹)、上半は N 値 3 程度の軟弱な砂混じり粘土であールド機が偏る傾向がある。さらに、土被りが小さい場合、り、硬質地山と軟弱地山が混在する典型的な Mixed Face

シールド機に作用する上方からの土圧も小さいことから、地盤である（図 3）。

シールド機の姿勢制御に不利となる場合が多い。本工事でこのような地盤構成では、シールド掘進管理や姿勢制御

は、これらの課題を克服するため、以下のような対応策をが難しく、地表面の沈下やシールド機の硬質地盤（泥岩層）

実施した。

への乗上げ対策が課

2.3.1
緑区
西八朔町

題となった。また、カッタービットの工夫による硬質地盤切削

通常のティースビットは切削幅が広く、硬質な泥岩では土被りが 2.4m と小切り込み深さが浅くなるため掘進速度が低下して掘進に時さいため、地表面に間がかかり、上半軟弱土の取込み過多が発生する。そこで、影響を与えない切羽

掘進速度を確保するため、ビットの切削幅が狭く、切り込
緑区
小山町

た。

み深さが充分に確保できる薄型先行ビットをスポーク中央

8ｍ
9.
48
L=

安定対策も求められ部に追加配置した。薄型先行ビットによって泥岩に切り込セグメントは、一み溝やひび割れを発生させ、ティースビットで掻き取る二

般部では二次覆工省段階の切削を目的としたビット配置とした。一方、泥岩層

略型の RC セグメンへの乗上げ対策として、最外周のシェルビット（外周先行

トが、急曲線部およビット）をスポーク部の薄型先行ビットより高く設置し、び流入部には鋼製セシールド機の最外周ビット部が最初に掘削断面下半の泥岩

グメントが採用され層に切込みを入れることにより、シールド機先端の浮き上ていた。鋼製セグメがり防止を図った（図 4、写真 1）。

農業用水路□1000ｘ1000

ント部の二次覆工を

先行ビット

RC セ グメン トの 内
面に合わせるためには、覆 工厚さ が 47

薄型先行ビット

ゲージビット
92 発進
00 立
ｘ 坑
10
80

カッタリングティースビット

0㎜と薄くなり、現場
打ちコンクリート打

外周先行ビット恩田
川設による充填方法が課題となった。
市道
県道

西八朔シールド路線平面図

図4

市道
シールド掘進方向

軟弱粘性土層既設

水フィッシュテール

カッタービット配置図

先行ビット

発進立坑

到達立坑

市道

図2

先行ビット
（前方伸縮コピーカッター）

ティースビット路

泥岩

薄型先行ビット
ゲージビット砂岩

図3

フィッシュテール

泥岩

写真 1

西八朔シールド土質縦断図
2.3.2

2.3

Mixed Face 地盤での小土被り部の掘進

薄型先行ビット

前方伸縮コピーカッターによる最外周切削

急曲線部では外周先行ビットの高さを上げすぎると曲線

シールド工法において、一般的に上半が軟弱土で下半が外側も先行して掘削することになり、シールド機中折れ状

硬質土の場合、硬質土の掘削に時間を要し、上半の軟弱土

態時の曲線掘進性能が低下することが懸念された。そこでの取込み過多が発生しやすいため、地表面沈下が発生する

主に直線部での最外周の先行切削能力を強化するために、場合が多い。

前方伸縮コピーカッターを搭載した。最外周のシェルビッ

また、密閉型シールド機で切羽地山に硬軟差が大きい地

トによる泥岩切り込み量が不足した場合にもコピーカッタ― 40 ―

高難度な施工条件下でのシールド工事における技術的対応事例

ーを伸長して切り込み量を確保

トラバース測量に加え、ジャイロトランシットを用いた真外周先行ビットできる機構とした(写真 2)。

北測量を実施し、坑内基準線のチェックを実施した。

従来のコピーカッターは、スRC セグメントの場合、急曲線の前後で偏荷重によりクラポーク軸と平行に内蔵した油圧ックが入りやすい。そこで、原設計では曲線部分のみ鋼製
前方伸縮コピー

シリンダーをカッター半径方向セグメントとしていたが、曲線の前後 1 後胴分に幅 300 ㎜に伸縮させ、曲線施工に必要なの鋼製セグメントを追加し、RC セグメントにかかる偏荷重

余掘りを行うものである。今回を低減させることにした。さらに、急曲線掘進時の片押しの前方伸縮コピーカッターは、時に内側のリング間継手間に目開きが発生し漏水すること

カッターヘッドを支持する外周があるため、カーブ内側のリング間ボルト数を、通常の 2アーム内にある油圧シリンダー倍の数量とした。
外周先行ビット

を水平方向に内装し、掘進方向に伸縮させるものとした。

写真 2

この前方伸縮コピーカッタ

前方伸縮コピーカッター

外周先行ビットと2.5

小土被り部の切羽安定対策と排土方法の変更

シールド機からズリ鋼車までの排土搬送は、2 箇所の急ーは、シリンダーの位置と曲線部の対応とスクリューゲート付近での噴発などによる可動ビット部分の位置関係を補正するために、やや外側斜

土砂の取込み防止のため、通常採用されるベルトコンベアめに搭載しているが(図 5)、可動ビットの先端は、掘削外方式からノンタックホースによる圧送方式に変更した。

径よりオーバーカットしないような範囲で動作させるようスクリューコンベア（以下、SC）内径はφ300 ㎜であっにしている。また前方伸縮コピーカッターは通常のコピー

たが、ノンタックホースは後方設備の制約からφ200 ㎜とカッターと併用稼動できる仕様とした。

なり、SC 排土口に接続レジューサーを設けてノンタックホ

以上の機能で、泥岩の切削能力を高めることで Mixedースと接続した（写真 3）。このように排土口径を縮小した

Face 地盤での乗上げ防止対策を図り、その結果、地表面へため、接続レジューサー部分では粘性土が圧縮され、そのの影響を最小限とすることができた。

圧力が切羽の地盤に伝達されて地表面が隆起傾向になった。

コピーカッター

特に、発進直後は度重なるレジューサー内閉塞が発生し、カッターモータ 中折れジャッキ エレクタ旋回モータ

カッタ- 面盤

スクリュー
・モータ

泥材の変更を行った。掘削地盤が粘性土であることから分エレクタ

散剤系の加泥材を使用していたが、掘削土の流動性の向上

チャンバー土圧計とレジューサー部での摩擦抵抗を低減させるため、増粘剤

前方伸縮
コピーカッター

ゲートジャッキ
シールドジャッキ

図52.4

地表面が最大 32 ㎜隆起した。閉塞を防止する対策として加スクリューコンベア

西八朔シールド機（前方伸縮コピーカッター）

曲線施工時の線形精度確保

急曲線部の線形精度確保のため、機械的な面では施工精度対策として、シールド機の必要中折れ角度 11.9 度に対し装備角度を 12.6 度とし、必要余掘り量 100 ㎜に対し 150

写真 3

ノンタックホース接続状況㎜まで余掘り可能なコピーカッターを装備した。また、コ

加泥材追加注入配管

ピーカッターで切削した余掘り部の掘削土砂を鋼殻外側に残すと、シールド機が曲線部の外側に膨らむ原因となるた

接続レジューサー

め、カッター外周リングのコピー周辺に切り欠きを設け、切削された余掘り土砂をスムーズにチャンバー内に取り込める構造とした。
施工管理の面では、測量の頻度を片番で 2 回に増やした
ほか、曲線掘進時の推進力により引照点が動く可能性が考えられるため、毎回後方の固定点から確認を行い、線形精度を確保した。さらに、トータルステーションによる坑内― 41 ―

エアー吐出配管

写真 4

接続レジューサー閉塞防止対策

鴻池組技術研究報告

2019

系の加泥材に変更した。さらに、接続レジューサーに直接加泥材を添加できるルートを増設するとともに、エアー配管も追加した（写真 4）。
47 ㎜

初期掘進時の地表面の変状と切羽土圧を検討した結果、シールド掘進管理において、切羽土圧を「静止土圧＋予備
圧 0.01MPa」に設定し、裏込め注入量は発生ボイド量に対して 130％で掘進することで地表面の隆起・沈下の発生を最も小さくすることができた。表 2 に、当初計画の掘進管

写真 5

RC セグメントと鋼製セグメントの接続部

理値ならびに初期掘進中のトライアル施工に基づいて修正した掘進管理値を示す。

鋼製セグメント
特殊充填材
鋼製セグメント

鋼製リング

特殊充填材

表2

PE 嵌合部材

掘進管理値

掘進管理項目当初計画

修正計画

切羽管理土圧

土被り荷重＋予備圧0.01MPa（最小土被り部；70kPa）

静止土圧＋予備圧0.01MPa（最小土被り部；40kPa）

加泥材

サラリ（分散剤系）
3kg/m３

クリーンSP-AⅡ（増粘剤系）
5kg/ｍ３

加泥材添加量

掘削土量の20％

掘削土量の20％

裏込め注入圧

100kPａ100kPａ

裏込め注入量

100%

130%

ゲルタイム

20秒以内

20秒以内

圧縮強度

σ２８＝2Ｎ/㎜２以上

σ２８ ＝2Ｎ/㎜２以上

排土量

掘削土量＋加泥材添加量

掘削土量＋加泥材添加量

鋼製リング
PE 表面部材
47 ㎜

ＰＥ嵌合部材ＰＥ表面部材図6

パルテム・フローリング二次覆工模式図

小土被りのため切羽圧力が非常に小さく、SC による排土とジャッキスピードの制御により切羽圧力を保持することが困難であった。そのため、慎重な掘進管理を余儀なくされ、排土流量の不足が生じ、ノンタックホースの閉塞が頻発した。対策として、搬送抵抗を少なくするためにノンタックホースを短くし、ズリ鋼車台数を 4 台から 2 台に削減
して 1 リング 2 往復で排土運搬作業を行うこととした。

写真 6

二次覆工施工前(左)とパルテム二次覆工施工後(右)本工事では、チャンバー内に固定翼を装備しなかった。
これは、固定翼を取り付けることにより大割れした泥岩層を採用した。

の岩塊が、カッタースポークの背面に取り付けた攪拌翼とパルテム・フローリング工法は、鋼製リングに高密度ポ干渉し、カッターが回らなくなる現象を回避するためであリエチレン製の嵌合部材・表面部材を組み付け、背面を特った。しかし、ホース圧送方式を採用するのであれば、チ

殊高流動モルタルで充填する技術である。本工事の場合は、ャンバー内で切削土砂の攪拌効率を向上させるため固定翼

外力は鋼製セグメントで受け持つため、二次覆工の強度負は必要であったと考える。また、掘削土の流動性について担の必要が無く、最小 47 ㎜の巻き厚で施工が可能となったはテーブル試験等により十分な検討を行う必要があった。

（写真 6）。なお、高密度ポリエチレンの表面部材は、耐摩
耗性・耐薬品性についても塩ビ管やコンクリートより優れ

2.6

鋼製セグメントの二次覆工ている。

一般部では二次覆工省略型の RC セグメントが（t=175mm）

二次覆工にパルテム・フローリング工法を採用したのは、が採用されていたため、急曲線部の鋼製セグメント（t=128

残置したシールド機鋼殻内への適用事例に続く 2 例目であ㎜）の二次覆工が最小 47 ㎜と薄くなっていた（写真 5）。

った。急曲線部の鋼製セグメントの二次覆工方法としてはこの薄い巻き厚では、通常のコンクリートでは充填不具合

初めての採用であり、類似工法としてコンクリートを吹きが発生する可能性があった。また、粗骨材のないモルタル

付ける TDR ショットライニングシステムがあるが、将来的充填では、コンクリートに比べて耐久性に劣るため、長期なクラックや漏水の発生の可能性を考慮すると、耐久性や間の品質確保が問題となった。そのため、二次覆工を管更施工性に優れたパルテム・フローリング工法の今後の採用

生技術のひとつであるパルテム・フローリング工法(図 6)増加が期待される。

― 42 ―

高難度な施工条件下でのシールド工事における技術的対応事例

３．相沢川シールド工事

3.2

長距離掘進と多曲線掘進の対策

本工事のシールドは、N 値 50 以上の玉石混じり砂礫層を
3.1

工事概要

1.7 ㎞掘進する（図 7）。全線にわたって相沢雨水幹線の直相沢雨水幹線は、写真 7 に示すように、現況の水路断面下を掘進するため、地上からのビット交換作業が困難な状が小さく、排水能力が不足していることから、瀬谷区相沢

況であった。そのため、ビットに埋め込む超硬チップの長地区・瀬谷地区では溢水や浸水被害が頻繁に発生していた。

さを 30 ㎜から 50 ㎜にし、シールド機のカッタービットの耐久性向上を図った（図 8）。また、油圧式の摩耗検知ビットを 2 箇所設置し、シールド掘進中のビット摩耗状況を確認できるようにした（写真 8）。
カッタービット・E３を抗折力に優れるE5に変更
・高さを30㎜から50㎜に変更

幅2.5～3.2ｍ

先行ビット
超硬チップ（E5)
高さを30㎜から50㎜に変更

深さ1.3～2.0ｍ
カッター回転方向

相沢雨水幹線現況

カッタースポーク

50㎜

50㎜

50㎜

写真 7

カッター側面を肉盛り
溶接（HF）により補強○は摩耗検知ビット

さらに、水路の両側には住居が密集しており、水路床掘
削や水路拡幅工事の施工が困難な状況である。そのため、

図8

カッタービットの配置

写真 8

カッター面盤排水能力を超過する雨水を取水し、下流の準用河川相沢川まで流下させるバイパス管路が、相沢雨水幹線の直下にシ

一方、多曲線掘進はシールド機のテールブラシへの負担

ールド工法により計画された。表 3 に工事概要を示す。

が大きく、テールブラシの摩耗によりシールドテールから地下水が噴出するトラブルが発生した。そのため、地下水

表3の坑内湧出を防止するため、テールシーラーを充填しなが相沢川シールド工事概要

ら掘進を行った。

工 事 名 西部処理区相沢第二雨水幹線下水道整備工事

また、砂礫層では想定外の最大直径 40cm の玉石に遭遇し、

発 注 者 横浜市環境創造局下水道管路部管路整備課

カッターヘッド外周面が 10cm 程度、異常摩耗した。

施 工 者 鴻池組・森組・壺山建設 建設共同企業体
工

これらのトラブルは、中間立坑通過時に 1 段目のテール

期 2016年5月16日 ～ 2018年6月29日（1期工事）

工 事 場 所 横浜市瀬谷区相沢四丁目～南台二丁目

ブラシ長を 20 ㎜延長し全数交換するとともに、カッター外・泥土圧式シールド工（セグメント内径φ2,500mm）
掘削外径：φ3,390mm、施工延長：1,732m
・発進立坑工地下連続壁工（TRD）：□9.4m×6.5m×H23.4m
工事 内容
・中間立坑工深礎工法（円形ライナープレート）φ4.5m× H23.4m
・地盤改良工：一式・付帯工：一式

周面の欠損部を鋼材で溶接補修することで、残りの掘進

図7（530m）を完了した。
3.3

連続する急曲線部のセグメントの工夫

シールド工事の平面線形は、相沢雨水幹線の線形に沿って計画され、図 9 に示すように曲線施工区間（最小曲線半

相沢川シールド路線縦断図― 43 ―

鴻池組技術研究報告2019

径 20m から最大曲線半径 200m）が 44 箇所あり、全延長の(3) 急曲線部のセグメントは、主桁の厚さを 14 ㎜から 16

30％が曲線掘進である。シールド機には曲線半径 15m まで㎜に増やし、一般部セグメントの約 2.4 倍の高剛性化対応可能な中折れ・余掘り装置を装備し、シールド機の曲を図った（表 4）。

線施工能力を向上させた。
№2 中間立坑

表49.
8IA=17°48′11″
R =20.000
TL= 3.133
CL= 6.215
SL= 0.244

IP.2

11
.1

IP.12

7.

IP.7
IA=51° 3′33″
R =20.000
TL= 9.552
CL=17.823
SL= 2.164

IP.5

3

13

16.2

IP.30
IA=6° 1′19″
R =100.000
TL= 5.260
CL= 10.510
SL= 0.138

IP.26

1
10.

8.4

93.1

10.6
38.1

65.6

IP.29
IP.28
IP.27
IA=19°59′30″
R =20.000
TL= 3.525
CL= 6.978
SL= 0.308

IA=16° 2′53″
R =30.000
TL= 4.229
CL= 8.403
SL= 0.297

IA=30°16′24″
R =20.000
TL= 5.410
CL=10.567
SL= 0.719

11.3

IA=6°18′25″
R =60.000
TL= 3.306
CL= 6.605
SL= 0.091

IA=17°14′ 4″
R =60.000
TL= 9.093
CL=18.048
SL= 0.685

30.0

6.6 11.7 9.5 8.6

13.

18.0

18.0

27.5

11.4

4

6.2

IP.31

19

9.1

.6
65

5.6

：R=20m

IP.24

.2

IP.22
IA=6° 7′17″
R =50.000
TL= 2.674
CL= 5.342
SL= 0.071

IP.20

IA=12°33′28″
R =30.000
TL= 3.301
CL= 6.575
SL= 0.181：R=30m：R=40m

IA=11°46′31″
R =30.000
TL= 3.094
CL= 6.166
SL= 0.159

IA=3°14′49″
R =200.000
TL= 5.669
CL= 11.334
SL= 0.080：R=50m：R=60m：R=100～200m

IP.32

IA=19°27′40″
R =50.000
TL= 8.574
CL=16.983
IP.33
SL= 0.730
IA=42°24′23″
R =30.000
10.5
TL=11.638
25.6
CL=22.204
5.8
SL= 2.178
32.
5
18.7
17.
0 22.2
9.3

IA=11° 2′ 1″
R =30.000
TL= 2.898
CL= 5.777
SL= 0.140

14

18.2

6.6
.2
18

.1

7.0

IP.14

IA=10°14′25″
R =40.000
TL= 3.584
CL= 7.149
SL= 0.160

IP.1

7.0

7.1 15.5

IP.13

IA=32°38′57″
R =20.000
TL= 5.858
CL=11.397
SL= 0.840

4
3. 7.7

6.8
16.3

IA=27°38′ 4″
R =40.000
TL= 7.378
CL=19.293
SL= 1.192

IA=9°51′ 7″
R =20.000
TL= 1.724
CL= 3.439
SL= 0.074

IA=46°42′57″
R =20.000
TL= 8.637
CL=16.307
SL= 1.785

.7

IP.10
IA=51°23′ 6″
R =30.000
TL=14.433
CL=26.905
SL= 3.291

CL=19.226
SL= 1.609

IA=21°46′29″
R =30.000
TL= 5.770
CL=11.401
SL= 0.550

IP.35
IA=28°39′24″
R =20.000
TL= 5.109
CL=10.003
SL= 0.642
6.3

10.0 6.7 8.1

22.2

IP.37
IA=10°15′21″
R =20.000
TL= 1.795
CL= 3.580
SL= 0.080
34.6

IP.39
IA= 9°41′10″
R =30.000
TL= 2.542
CL= 5.072
SL= 0.107

3.6

41.4
3.

8

29

.0

5.1 8.2 3.

IP.34
IA=53°29′55″
R =20.000
TL=10.081
CL=18.675
SL= 2.397

4
58

IP.36
IA=23°14′33″
R =20.000
TL= 4.113
CL= 8.113
SL= 0.419

IP.41

IP.38
IA=7°10′33″
R =30.000
TL= 1.881
CL= 3.757
SL= 0.059

IA=14°51′39″
R =50.000
IP.42
TL= 6.521
CL=12.969
IA=11°15′13″
SL= 0.423
R =50.000
TL= 4.926
CL= 9.821
SL= 0.242

.6

13.0

IP.44

34.6
9.8

55.9

29.3

IP.40
IA=6°29′14″
R =30.000
TL= 1.700
CL= 3.397
SL= 0.048

進立坑

.2

.8

IP.17

IP.25
IA=10°37′37″
R =30.000
TL= 2.790
CL= 5.564
SL= 0.130

IP.23
IP.19
IA=11° 3′58″
R =50.000
IA=13°25′20″
TL= 4.844
R =30.000
CL= 9.657
TL= 3.530
IP.21
SL= 0.234
CL= 7.028
IA=36°43′ 8″
SL= 0.207
R =30.000
7
9.
IP.18
TL= 9.956

121
.0

IP.43

IA=10°59′49″
R =200.000
TL= 19.252
CL= 38.386
SL= 0.924

38.4

IA=16°46′46″
R =100.000
TL= 14.748
CL= 29.286
SL= 1.082

急曲線部セグメント補強対策一覧
R=20,30
R=40,45,50,60
曲線半径（ｍ）
当初設計 変更仕様 当初設計 変更仕様
セグメント外径（ｍｍ） 3,250
3,200
3,250
3,250
セグメント幅（ｍｍ）
300
300
500
500
主桁高さ（ｍｍ）
125
10 0
125
125
主桁厚さ（ｍｍ）
14
16
14
16
M20（4.6） M 2 0 （ 8 . 8 ） M20（4.6） M2 0 （ 8 . 8 ）リング継手ボルトn=26本 n=39 本 n=26本 n=39本※赤字は、変更箇所

№1 発

15

2
6.

13
.5
18

.3
19

4.4 11
.4
1.5

地中到達

.4
24
28.5

IP.15

掘

向

3

17.8

25.8

0
22.

IA=9° 4′49″
R =60.000
TL= 4.764
CL= 9.509
SL= 0.189.2

IP.4
IA=5°37′23″
R =100.000
TL= 4.911
CL= 9.814
SL= 0.121

IP.16
IP.11
IA=13° 6′46″
R =60.000
TL= 6.896
CL=13.732
SL= 0.395

方

5.

IP.3
IA=17°57′34″
R =60.000
TL= 9.481
CL=18.807
SL= 0.745

IA=17°35′47″
R =40.000
TL= 6.191
IP.9
CL=12.285
IA=30°33′34″
SL= 0.476
R =20.000
TL= 5.464
CL=10.667
SL= 0.733
7.
7
12
11.
6
.3
10.7 22.4
26.
9

15

IP.8
IP.6
IA=21° 1′54″
R =60.000
TL=11.138
CL=22.024
SL= 1.025

進

108.9
103.71

掘進方
向図9

相沢川シールド路線平面図

一般的に、急曲線部のセグメントは、組み立てたセグメ
ントのカーブ内側に大きな引張り力が作用する。さらに、シールド機のテールとセグメントとの干渉や曲線掘進に伴写真 9い発生する地盤反力が、セグメントの側面に作用する。そ急曲線部のボルト締結状況のため、図 10 に示す手順で曲線部セグメントの構造検討を行った。

(4) 曲線区間に挟まれた直線区間では、シールド機の中折れ状態の後胴を直線に戻し、次の曲線に合わせて前胴の中折れを開始させることになる。そのため、シールド機のテールでの干渉や曲線掘進による偏圧の作用でセグメントの変形や損傷が懸念された。そのため、曲線区間に挟まれた直線区間の延長がシールド機長に相当する 6m 以下の場合、設計セグメント幅 1,200 ㎜を
300 ㎜に変更するとともに、縮径セグメントを採用することとした（図 11）。
IP．35
IA = 28-39-09
R= 20.000
TL= 5.108
CL= 10.002
SL= 0.642

示す。

IP33

(1) 曲線部は、セグメント内側のリング継手のボルト本数
図 11を 2 倍に増やし（写真 9）、普通ボルト（強度区分 4.6）

適用区間

EC 36

駐車場

BC36

IP35

EC35

E C3
IP．34
IA = 53-29-45
R= 20.000
TL= 10.080
CL=18.674
SL= 2.397

5

4

IP36
B C3

33
BC33

EC

本工事で実施した具体的なセグメント補強対策を以下に

適用
区間

IP34

間

34

曲線部セグメント検討フロー

区
適用

BC

図 10

IP．33
IA= 42-24-19
R= 30.000
TL= 11.638
CL= 22.203
SL= 2.178

IP．36
IA= 23-14-21
R= 20.000
TL= 4.113
CL= 8.112
SL= 0.418

直線区間への縮幅・縮径セグメントの適用を高力ボルト（強度区分 8.8）に変更し締結力を増大した（表 4）。

(5) 曲線部の入口部や出口部についても、シールド機を(2) 曲線半径 20m と 30m に採用した幅 300 ㎜のセグメント

徐々に中折れさせたり直線に戻したりするため、曲線は、シールド機後端部でのシールドテールとセグメン

区間と同様の偏圧がかかる事が予想された。このため、トの競りを防止するため、セグメント外径を 50 ㎜縮径

セグメントが変形や破損しないように曲線区間のセグした（表 4）。

メントを適用し、幅 1,200mm の一般部セグメント 1 リ― 44 ―

高難度な施工条件下でのシールド工事における技術的対応事例

発進直後の半径 200m 通過後、100m、50m、30m、20m と徐々た（図 12）。

に曲線半径が小さくなったことで、姿勢管理値と実際の掘

掘

進
方

向

ング分を幅 300mm の縮径セグメント 4 リングに変更し

IP21

曲
IP.20

区間
曲線

S

W

図 12

3.4

583

IA =11-46-33
R = 30
TL = 3.094
CL = 6.166
SL = 0.159

区
線間

縮径セグメント適用部（曲線入口部）

図 13セグメントシール貼付方法

縮径セグメント適用部（曲線出口）

目違い3mm

シール材
断面積：43.75㎜２

曲線始終端の縮径セグメントの適用

目開き2㎜

区間
曲線

橋
原
ヶ
沢
相

IP19

IA =13-25-16
R = 30
TL = 3.530
CL = 7.027
SL = 0.207

IA =36-43-10
R = 30
TL = 9.956
CL =19.226
SL = 1.609

シール溝
断面積：44.0㎜２

図 14セグメントの止水性向上

セグメントシールとシール溝

鋼製セグメントでは、シール溝を設けずに継手面の片側にセグメントシールを貼るのが一般的であるが、シールドの土被りが 16～27m で、透水性の良い砂礫層と豊富な地下水が存在していたため、セグメントの止水性確保が課題となった。そのため、シームレスタイプの水膨張性シール材の全周貼りを適用した（図 13、写真 10）。さらに、鋼製セグメントの主桁および継手板にシール溝を設けた（図 14）。
シール材がシール溝に封入され、自封作用による接面圧力

写真 10① シールド機面盤がＢＣ点に到達の向上を図ることにより止水性を確保した（表 5）。

目開き量
施工時
共用時

3.5

(㎜)
2.0
2.0

内側、外側ともにコピーカッターによる余掘り開始。
①⇒②の掘進中に中折れジャッキにより前胴を徐々に曲線半径に
前胴
後胴
合わせる。
BC
2850
3030

セグメントシール止水性能検討結果
設計水圧
PW
(MＰａ）
0.3
0.2

必要接面圧
シール材推定圧縮力
止水性
ｒ×Pｗ（目違い量3㎜における目開き2㎜時） の照査
(MＰａ）
(MＰａ）
0.5×0.3＝0.15
0.7
OK
0.5×0.2＝0.10
0.7
OKｒ：ガスケット係数（ｒ＝0.5）

EC
4955

② セグメント組立て位置がＢＣ点に到達
内側の余掘りは継続（外側の余掘りは停止）
シールド機の中折れ状態を保持したまま、曲線掘進を行う。

曲線部の掘進管理

前胴2850

外側余掘り（90㎜）

連続する急曲線の線形管理として、全線にわたってセグEC

メントを 1 リング毎にシールド機の姿勢管理値（内側・外

BC

後胴
3030

9.8°

表5

セグメントシール全周貼り（一般部用と急曲線部）

内側余掘り（90㎜）

側の余掘り量、前胴方位度、後胴方位角、中折れ角度、ジ③ シールド機面盤ががＥＣ点に到達

ャイロ方位等）を設定した。
セグメントを線形通りに構築するためには、セグメント

外側のコピーカッターによる余掘りを再開。（内側の余掘りは継続）③⇒④の掘進中に中折れジャッキにより前胴を徐々に直線に戻す。

を組み立てるシールド機後胴部の位置を精度良くトンネル

EC

°
9.8

線形に合わせる必要がある。一方、シールド機の切羽先端とセグメント組立位置は約 5m 離れている。そのため曲線施工区間では、セグメント組立て位置にシールド機後胴部を通過させることができるようにセグメント 1 リング毎にシ

胴
前 0
5
28

後胴
0
303

BC

内側余掘り（90㎜）④ セグメント組立て位置がＥＣ点に到達
内側、外側の余掘りを終了
シールド機が直線掘進状態を確認し、曲線掘進完了。

ミュレーションを行い、シールド機の中折れ角度や必要余EC

外側余掘り（90㎜）

掘り量、前胴後胴の方位角を設定した。

BC

さらに、机上でのシミュレーション結果と掘進後の出来内側余掘り（90㎜）形とを比較し、シールド機の中折れ角度と余掘り量の修正を行い、次の曲線に反映させて曲線掘進精度を向上させた。

― 45 ―

図 15

曲線部におけるシールド機の方向制御

鴻池組技術研究報告2019

進線形（出来形）の比較結果を次の曲線の姿勢管理値に反また、通常の単ベルコン使用では SC 下のテール部空間が映しやすく、高精度な曲線掘進の管理手法を確立できた。

狭く、シールド機のテール内測量に使用するシールドスタ

図 15 にシールド機の曲線部の掘進管理の概要を示す。

ッフも短くなり測量精度が低下する。そこで、耐圧ホース
を SC に直付けにし、スクリュー下部の空間を広く確保した。

3.6

連続する曲線部の施工性向上対策

そのため、直進部と同じ長いシールドスタッフが使用可能

一般的に、泥土圧式シールド工法の急曲線施工箇所では、となり、測量精度の低下を防止できた（図 17）。なお、急シールドベルコンを曲線に合わせて屈曲させることが困難

曲線部の測量は 1 リング（30cm）掘進するごとに実施し、であるため、後続台車を曲線部の手前に仮置きし、1 台のシールド機の姿勢や方向制御に反映させた。また、ジャイ

短い単ベルコンと 1 台のズリ鋼車で数回の往復を繰り返し

ロトランシットによる真北測量を 4 回実施し、シールド基ながら排土している。段取り替えが不要となるノンタック

準線の確認を行った。

ホースの適用も検討したが、礫地盤では摩擦抵抗が大きくなり、リボンスクリューの圧力では長いノンタックホース

ベルコンを使用した場合

耐圧ホースを使用した場合内で土砂が詰まって排土ができない可能性が考えられた。
そのため、曲線施工区間毎の段取り替えを無くし、日進量の向上を目的として SC 後方に 12B（φ300 ㎜）の耐圧ホ
耐圧ホース

シールドベルコンース（3.5m）を取り付け、ホースの先端をスライドできるようにして曲線ベルコンと接続させた（図 16）。また、曲機内測量スペース線ベルコンには土砂横溢れ防止用のゴム壁を取り付けた

機内測量スペース
シールドスタッフ

シールドスタッフ

作業空間が狭いため、測量に時間を要し、測量範囲も限定され誤差が蓄積しやすい。

（写真 11）。
これらの対策により、曲線半径 30m 以下の急曲線区間（25箇所）での段取り替えが無くなり、工程を 125 日短縮でき

図 17

作業空間が広く、作業効率の向上と機内測量精度が向上。

坑内測量方法た。さらに、急曲線部では 4.8m/日の日進量となり、標準
日進量 3.1m/日に対して 1.5 倍以上の進捗が確保できた。

従来のﾍﾞﾙｺﾝを使用した排土方法（緩曲線または直線部）
曲線に合わせた屈曲が困難
シールドベルコン

掘削土の積込み

曲線ベルコンｾｸﾞﾒﾝﾄ台車

3m ｽﾞﾘ鋼車ｘ5台
３4tﾊﾞｯﾃﾘｰﾛｺ

急曲線部における単ベルコンを使用した排土方法
シールドベルコン・曲線ベルコンは、直線部に置き去りにする。

単ベルコン①
3m ｽﾞﾘ鋼車×1台 4tﾊﾞｯﾃﾘｰﾛｺ
３

②

写真 12

４.まとめ

今回採用した耐圧ホースによる排土圧送方法
耐圧ホース（φ300、3.5m）

曲線半径 20m の S 字曲線

残土搬出後、セグメントを搬入

曲線ベルコン

掘削土の積込み

西八朔シールドでは、カッタービットの工夫などによりｾｸﾞﾒﾝﾄ台車

図 16
耐圧ホース
（φ300、3.5ｍ）

3m ｽﾞﾘ鋼車ｘ5台

トンネル線形を基準値内に収めることができ、Mixed Face

4tﾊﾞｯﾃﾘｰﾛｺ

曲線部における排土方法

地盤を掘進する課題を克服できた。

土砂横溢れ防止用のゴム壁

相沢川シールドは、直上の河川境界が官民境界となっており、線形精度の確保が最重要課題であったが、1,200m 掘
進した中間立坑への到達精度は、上下 0 ㎜、右に 30 ㎜と高精度であった。
2 件のシールド工事は、当社のシールド工事実績の中でも特異な施工条件を克服した施工事例であり、今後の同様

写真 11

耐圧ホースによる排土な工事の参考になれば幸いである。

― 46 ―