技報第 29 号

2018

開削トンネルランプ部における非開削工法の採用
阪神高速道路(株)建設・更新事業本部
堺建設部大和川線建設事務所 大嶋昇
阪神高速道路(株)建設・更新事業本部
堺建設部大和川線建設事務所 河野 康史
阪神高速技研(株)事業部監理課 松川 直史………………………………………………………………………………
要旨

本工事は，大阪府堺市の住宅密集地において建設中の大阪府道高速大和川線のうち，高速道路本線のトンネル約 350m と常磐西出入路それぞれ約 500m を開削工法で構築する工事である．そのうち，出路躯体構築は近隣住民の環境負担軽減策として開削工法から非開削工法へ変更した．非開削工法のうち，本線からの分岐部では地中切り開き工法を，出路単設部では矩形断面の泥土圧式シールド工法として矩形シールド（アポロカッター）工法をそれぞれ採用している．施工にあたっては，地表面への影響，既設トンネル函体への影響などの技術的な課題に対して様々な対策を講じ無事工事を完了した．
キーワード:非開削工法，地中切り開き・拡幅，メッセル工法，BH 工法，矩形シールド工法

はじめに磐黒土線，以下：市道）を長期間車両通行止めにする必要がある等，周囲に及ぼす影響が大きいこ

大阪府道高速大和川線は，大阪府，堺市，阪神とから施工法を再検討した．その結果，本線から高速道路㈱（以下：当社）の三者が共同して事業の分岐部は地中切り開き工法で路下施工による躯を行う延長約 10km の路線であり，その大部分は体拡幅を行い，出路単設部についてはシールド工地下構造となっている．大阪府道高速大和川線の法による非開削工法をそれぞれ採用した（図-1）．

うち，当社が堺市から委託を受けて施工中の常磐工区開削トンネル工事は，高速道路本線のトンネ

１．地中切り開き工事概要 1)

ル約 350m と常磐西出入路それぞれ約 500m を構築する工事である．

1-1 地中切り開き工法の選定

当工区は，工区両端に本線施工のシールドマシ

地中切り開き区間の断面を図-2 に示す．開削ンが転回する立坑，また，両立坑間にランプ分合工法で本線からのランプ分岐部を施工する場合，流部（常磐西出入口（仮称））を有するため，開図中の 2 次土留めの位置に土留壁を構築する必要削トンネル構造を採用している．

があるが，その施工には，市道を車両通行止めに本線からの分岐部及び出路単設部を開削トンネする必要があり，近隣住民の車両出入りに制約がル構造で構築する場合，沿道民家の生活道路（常発生する．そのため，本工事では，施工中は市道- 101 -

図-1 地中切り開き及びシールド区間（常磐西出路非開削工法区間）平面図
1-2 施工手順
施工手順は，図-3 に示すように導坑掘削に先（市道）立ち導坑防護工（薬液注入工，高圧噴射攪拌工，凍結工）を行い，本線部躯体構築で設置した１次土留めの一部を切り開いてメッセル工法により市道直下を導坑掘削する．導坑内から薬液注入工に導坑より止水壁を施工し，BH 工法によって２次土留めを打設する．その後，地中拡幅区間の１次土留薬液注入めを大断面に切り開き，分岐部の掘削・躯体増設を行い，本線躯体の仮柱を撤去し本線躯体と接続するものである．
次項に導坑施工に先立つ導坑防護工，掘進，その後の２次土留めの造成，拡幅掘削・躯体増設における技術課題と対応策について述べる．

止水壁

1-3 導坑防護工
導坑の上部範囲は，洪水災害後に復旧された埋図-2 地中切り開き区間断面図

土層で,粗い礫質土が多く混入していた．また,近を最低限 1 車確保したうえで，１次土留めを施工

傍の地下水位を継続計測したところ,季節変動がした後，地中の本線部掘削範囲から土留壁の一部見られ，導坑防護工対象範囲付近を推移していた．

及びその背面地山を切り開いて，外側に掘削範囲

このような地盤条件の中，導坑掘進時は，切羽すを拡幅し，躯体構築を施工する手順で，構造成立

べり破壊抑止や天井部の抜け落ち防止のため，粘性，構造安定性，過去の実績等について，表-1

着力 C=80kN/㎡以上の強度と止水性が必要であっで構造形式の比較検討を行った．

た（図-4）．
このため，現地地盤による試験施工を行ったが，検討の結果，A 案は凍結規模が大きく周辺への影響が懸念されること，C 案は長尺パイプルーフ

薬液注入では強度発現が不十分で，必要な粘着力の実績はあるが地盤改良範囲が広くなり用地制約が確保できないことから，導坑防護工上部範囲は上問題があること，D 案は大規模かつ用地制約内検討の結果，凍結工法とした．なお，上部防護範で行う場合の安定性の検証に時間を要すること等

囲以外は止水機能が確保されれば十分であることから，すでに構造形式として当社でも実績もあり， から薬液注入工法を採用している．なお，用地のコストと工期にも優れている B 案の「メッセル導制約上，地盤改良工事は，ヤード内からの斜打ち坑+ BH 杭土留め工法」を選定した．

や水平打ちを併用し実施した．結果，地表面の沈下等の影響もなく施工できた.

- 102 -

表-1 地中切り開き部構造形式の選定

（市道）

（市道）

（市道）

（市道）

（市道）

（市道）

（市道）

（市道）

（市道）

（市道）

図-3 地中切り開き工法施工手順（導坑一般部）- 103 -

図-4 導坑掘進部縦断図
写真-1 凍結管の設置状況
1-4 導坑掘進（メッセル工法）
導坑はメッセル工法により図-5 に示すように進入部から一般部へ途中直角に方向を変えて掘進する．最初に 1 次土留めを切り開いて進入部を構築し，その後直角に右折し，1 次土留めと平行に BH 杭施工用の一般部を構築する．前述のとおり，導坑の天井部は凍結工法で高強度の凍土を造成する（写真-1）．進入部は掘進時の開放断面が大きいため，全断面にわたって高圧噴射攪拌工
写真-2 導坑支保工の建込み状況（JETCRETE）が造成されており，その改良体内を掘進した．一般部は薬液注入工による改良体内を1-5 ２次土留めの造成（BH 杭）掘進した．
本工事での導坑の構造的な特徴は 2 つある．1

導坑内での杭打ちは地下水位以下での施工とな

つ目は，進入部を掘進した後，その導坑内から直るため，孔壁防護を兼用した止水壁の造成を先行角に方向を変えて再発進したこと，2 つ目は，再した．また，杭打ちは導坑内の狭隘な空間（高さ発進後の一部区間で，1 次土留めのラインに合わ3.4m，幅 3.0m）でも，施工可能なＢＨ工法（大せて導坑の断面形状が変化していることである．

口径ボーリング工法）を採用し，削孔径 750mm，施工上の工夫としては，狭隘な箇所での支保工の削孔長 24.5m の孔内に小割したＨ鋼杭（H428×建込みを容易とするため，鋼材を把持できるアタ407×20×35mm）を建込み，800mm 間隔の柱列式ッチメントを取り付けたハンドリングマシンを使土留め壁を造成した（写真-3）．削孔径と杭間隔用し，メッセル導坑工事は 6 ヵ月の工事期間をの関係等から一定の施工精度が求められていたが，要した（写真-2）．

削孔中ならびに H 鋼杭建込み中に鉛直度を都度確

高圧噴射攪拌工

高圧噴射攪拌工

図-5 導坑防護工及び導坑平面図- 104 -

認した慎重な施工を実施し，許容鉛直精度

1-7 拡幅掘削・躯体構築
先行構築した本線部躯体と 2 次土留めとの間（1/100）以内に抑えた施工ができ，止水性の高を掘削する．その際に 1 次土留め壁は，掘削にい 2 次土留め壁を造成することが出来た．

合せて切断・撤去し，鉛直方向の重量（路面覆工，拡幅上部の地山）を支持するために約 700mm ピッチの土留壁芯材を 4m ごとに 2 本ずつ残置した．
この残置土留め杭は，鉛直荷重だけでなく，1 段階目の掘削・躯体構築により側圧（土圧・水圧）や施工時の盛替えの影響を受けているため，施工履歴を考慮した設計検討や施工期間中の地表面沈下の計測管理において，十分に影響を把握した上で施工を行い，地表面へほとんど影響なく拡幅掘

写真-3 BH工法削孔(左)と芯材建て込み(右)削中の安定性を保つことが出来た．
拡幅掘削完了後，ランプ拡幅部の躯体構築を進め，躯体構築完了後，当初の本線部躯体で構築し1-6 １次・２次土留め杭の接合
切り開き区間の拡幅掘削箇所の上部には地山がた仮柱を撤去し，地中切り開き部の施工を完了し残っており，その地山を支えるために，拡幅掘削た．なお，仮柱撤去に際しては，仮柱切断時に発前に 1 次・2 次土留め壁を接合するルーフ材を生する頂版への衝撃を排除することなどを目的と設置した（図-6）．施工空間を十分に確保できるして，写真-4 に示すように仮受けベント構台を1 次土留め壁の掘削側から，背面の導坑へ向けて設置し実施した．

水平削孔し，その内部にルーフ材となる鋼管（外仮柱形φ318.5mm，肉厚 17.4 ㎜，STK400 又は STK490）

仮受けベントを設置する方法を採用した．それにより，導坑と１次土留め壁の間の地山を掘削することなくルーフ材設置が可能となり，実施工では，安全かつ効率的に施工することが出来た．なお，水平削孔にあたっては，狭隘な空間での施工となり通常のパイプルーフ工法の削孔機が使用できないためコアボーリング機で削孔を行った．

写真-4 仮柱撤去状況（本線函体から切り開き部を望む）
２．矩形シールド工事概要 2)
2-1 矩形シールド工法の採用
シールドトンネルは事業認可幅の制約から円形に比べ最小限の掘削幅で構築できる矩形断面構造を採用することとした（図-7）．
矩形シールドのトンネル線形は，延長 225m，
図-6 １・２次土留め杭の接合構造（ルーフ材）

発進立坑から 8%の下り勾配で，土被りは発進部- 105 -

で 1.5m，到達部で 17m である．セグメントと土2-2 施工上の課題
掘進範囲の土質条件は，図-10 に示すように地留め壁（芯材）との離隔は 500mm を標準に計画し表面付近 2～5m の埋土層以深に洪積地盤の砂礫土た．トンネル平面図と縦断図を図-8 に示す．
シールド掘進時の本線開削部の土留め壁芯材と層（N 値 50 以上）と粘性土層（粘着力 c=20～の離隔は最小 250mm で約 150m に渡る近接併走掘30kN/m2）が互層で構成される硬質地盤である．

進となる．トンネル覆工は，図-9 に示すように

そこで，矩形断面の泥土圧式シールド工法で地盤

矩形シールドトンネルとしては比較的断面が大き改良体を含め硬質地盤掘進に実績のあるアポロカ

く，用地条件をはじめとする制約から覆工厚を極ッター工法を採用した．アポロカッター工法は，力小さくする必要があったことから，六面鋼殻合小径のカッターヘッドによる自転と公転を組み合成セグメントを採用した．

わせた掘削機構で矩形を含む多様な断面形状に対応でき，硬質地盤掘削にも優れている（写真-5）．
なお，道路トンネルを単体のシールド機で矩形断面を掘削するのは国内で始めてとなる．矩形シー
ルド施工では，以下の課題への対応が必要であった．

図-7 矩形シールド工法への変更概要

図-10 シールド掘進区間土層縦断図

図-8 矩形シールドトンネル平面・縦断図
8,160
6,500

（アポロカッター工法）

425
1,200425

425

2,500
路肩

750
3,250
ランプ車線 路肩

(1) 小土被り発進
発進時はシールドマシン後端が地表面に近く，マシン先端部での土被りは 1.5m であった．事前

4,700

7,700

550

写真-5 矩形シールド掘進機の FEM 解析では発進直後の土被り 4m 地点でシールド直上の沈下 21mm が想定され，確実な沈下抑400

1.500%

ＣＬ止対策が要求された．
(2) 本線開削土留め壁との近接併走掘進図-9 矩形シールド断面図

本線開削部の土留め壁併走区間では，慎重な線- 106 -

形管理と同時に土留め壁の変位や出水といった影し，シールド掘進データと照合しながら施工する

響抑止に配慮した切羽土圧と裏込め注入圧の管理こととした．

が要求された．
2-4 掘進実績
2-3 課題解決への取組み(1) 小土被り発進の評価(1) 沈下抑止対策

図-11 にシールド中心上の地表面沈下測量結果

初期掘進は近隣民家にも接近しており，以下にを示す．発進後のシールド機長分が発進立坑のエあげる条件から沈下抑止対策と地盤崩壊防止対策

ントランス内に入るまでは沈下抑止特殊充填材を施した．

（ボイドキーパー）充填と裏込め注入ができなか①小土被りであることったため，その区間を含めカッターによる余掘り②矩形断面で上部が平坦であること量に相当する沈下が工事敷地内で最大 40mm 発生対策として，押え盛土と表層改良，及び影響遮した（シールド機通過時直上と後続沈下による）．

断壁（ソイルモルタル壁）を配置し，水平傾斜計

これに対し，充填開始後は直上沈下量が 5～10mmを利用した地表面沈下の自動計測を押え盛土造成に抑制できた．なお，官民境界での沈下量は 1mm時に設置した．また，シールドマシン前胴からは以下であった．

掘進中に沈下抑止特殊充填材（ボイドキーパー）(2) 本線開削土留め壁との近接併走掘進の評価を使用した．裏込め注入もシールドマシンからの掘進時は地表面沈下抑制と同時に，土留め壁に掘進同時裏込め注入方式を採用した．

過剰な影響を与えないよう切羽土圧管理値を極力(2)低く設定した．

掘進深度に応じた切羽土圧管理値の設定と姿勢制御

当初は静止土水圧（+予備圧）で設定したが，本線開削土留め壁と約 150m に渡り小離隔（シ発進時の沈下管理実績から主働土圧（+予備圧）

ールド掘削外径と芯材間最小 250mm）で掘進する相当まで抑えた設定に変更し全区間の掘進を無事ため，マシンの方向制御と姿勢制御が重要であり， 終えた．
カッター余掘り制御によるローリング修正対策も計測点のうち立坑から約 120m の No.6 でのシー施すこととした．掘進時の切羽土圧管理では，掘ルド通過前後の土留め計測結果を図-12 に示す．

進に伴い深度が連続的に増えることから，掘進

シールド通過前後で軸力がやや減少傾向にあった

10m ごとに切羽土圧管理値を地下水位も勘案しなが，土留め壁変位はほとんど変化なく影響を抑えがら段階的に設定した．土留め壁への影響把握のられた．

ために，土留め計測断面（区間中 4 断面）を設定

図-11 発進時の地表面沈下計測結果（初期掘進区間：シールド中心上）- 107 -矩形シールド

軸力 [ｋN]

土留め変位 [ｍｍ]40 30 20 10 0 ‐10-45%
733 10-28%

2655

-19%

2078

2500 1500 500 ‐500

10713

5393 52,567

1,842
2,01200

1,6240※-173‐50※-148‐5‐10‐10※躯体構築時に盛替え‐15‐15
シールド
通過前

‐20

シールド
通過後

‐20‐25‐25‐30‐30‐35‐35

写真-6 矩形シールド施工状況

シールド通過前

変位計測対象の土留め

シールド通過後図-12 掘進前後の土留め計測結

地中切り開き工法によるランプ拡幅部での躯体増設及び矩形シールド工法による小土被り発進と土(3)施工状況

留め壁との近接掘進は，狭隘な都市環境下で求め

写真-6 に本線掘進時の坑内状況を示す．上記課られる非開削工法で貴重な施工実績と期待され，題の対策等を実施することで周辺への影響をほとん

同種工事への参考になれば幸いである．

ど与えることなく施工を完了することができた．
参考文献

おわりに制約された狭隘な施工空間で地中切り開き工法，

1) 渡辺ら：常磐西出路の地中切り開き工法の施工報告，
阪神高速道路第 48 回技術研究発表会論文集，2016.
2) 真鍋ら：矩形シールド工法による小土被発進，既設土留め壁近接併走掘進の実績，土木学会第 27 回トンネル工学研究発表会，2017.

矩形シールド工法を採用し施工を無事完了した．

CHANGING THE CONSTRUCTION METHOD FOR AN EXPRESSWAY EXIT RAMP FROMCUT AND COVER TO UNDERGROUND EXCAVATION AND RECTANGULAR SHIELDTUNNELING
Noboru OSHIMA, Yasushi KONO and Naofumi MATSUKAWA
In the Hanshin Expressway Yamatogawa Route Tokiwa Section Cut and Cover Tunnel project, a coupleof ramps and junctions connecting to an underground expressway are under construction. The
construction method was changed for the exit ramp from the cut and cover method to the undergroundexcavation and rectangular shield tunneling in order to eliminate the nuisance to neighbors. This paper
summarizes the construction of the tunnels.

大嶋 昇

阪神高速道路株式会社
建設・更新事業本部
堺建設部大和川線建設事務所
Noboru Oshima

河野 康史

阪神高速道路株式会社
建設・更新事業本部
堺建設部大和川線建設事務所
Yasushi Kono

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松川 直史

阪神高速技研株式会社
事業部 監理課
Naofumi Matsukawa