技報

第 1 号(2003 年)

スーパーミクロ工法の開発
本社 中村憲司
本社 笹間和也
本社 高橋弘樹
概要：平成８年に小口径で長距離曲線推進施工が可能な「ミクロ工法」を開発し，１６千ｍを超える施工実績を積み重ね，社会のニーズである小口径推進の長距離曲線化に応えてきた．しかしながら，社会情勢は［工費縮減］という流れとなり，より経済的な技術を求められるようになった．そこで再び，より汎用性・経済性を求めた「スーパーミクロ工法」を平成１４年に共同開発した．
キーワード：スーパーミクロ工法，小口径推進，長距離推進，曲線推進（カーブ推進），泥水推進，ジャイロ，測量ロボット，自動化測量，高精度，スーパーミクロ工法用推進管
１．スーパーミクロ工法の概要（１）開発経緯
前述したとおり，社会情勢は［工費縮減］の流れから，施工単価のより経済的な工法が必要とされてきた．ミクロ工法は二工程式であるため，一工程式に比べると少々割高である．その為，ミクロ工法を一工程式にすることで，施工単価を大幅に引き下げられるのは明らかであった．そこで，ミクロ工法を一工程式にバージョンアップしたものがスーパーミクロ工法である．このために，測量を行う方位センサーを小型化し，推進管内に投入する開発を進めた．それと同時に，長距離推進に必要なヒューム管から滑材を注入できる推進管の開発にも着手した．以上より，ミクロ工法の技術をベースに，より安い施工単価を第一目標に開発を進め，ここにスーパーミクロ工法が誕生した．

図−１ システム概要―――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――――
中村 憲司
笹間 和也
高橋 弘樹
技術本部
技術本部
技術本部
土木技術第二部
土木技術第二部
土木技術第二部-1-

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第 1 号(2003 年)（２）工法概要
本工法は，呼び径４００，５００，６００の小口径管を対象にした泥水方式一工程式の推進工法
で，長距離（３００ｍ）・急曲線（６０ｍ）を高精度に施工可能とした工法である．この工法は，工法用掘進機，強制管，後続管，測量ロボット等の開発により曲線施工を可能とし，ポンプ筒および滑材注入管の開発により長距離施工を可能としている．
また，掘進機のオーバーカット量を最小限に抑えることにより，従来の長距離曲線推進工法と比較して，地盤の沈下量は小さなものになっている．
（３）施工手順
施工は以下の手順により，管路を構築する．
①掘進機を発進立坑に投入し，推進する．
②‑1 曲線造成用のジャッキ，滑材注入装置を装備した強制管を掘進機に接続し，推進する．
②‑2 流体輸送を補助する中継ポンプを装備したポンプ筒を強制管に接続し，推進する．
②‑3 測量ロボットを牽引走行させる装置等を装備した後続管１および後続管２をポンプ筒に接続し，推進する．
①発 進③‑1 地上にて，測量ロボットの走行管，送排泥
到達立坑
発進立坑
掘進機管をユニット化したインナーユニットを推進管内に挿入し，順次接続して到達立坑②後続管２まで推進まで推進する．
ポンプ筒
後続管１・２③‑2 掘進時の方向制御
は，測量ロボット等に強制管よる自動測量システ
ムの測量結果を操作
盤の画面で確認しな③推進管推進
推進管
後続管２
がら，掘進機・強制管接続ｱﾀﾞﾌﾟﾀｰに装備した方向制ｲﾝﾅｰﾕﾆｯﾄ
御・修正ジャッキを遠押輪隔操作する方法で制御を行う．
④到達後，掘進機から後続管までは到達立坑④掘進機および後続管到達搬出
到達立坑
発進立坑から回収する．
⑤推進管内部に挿入しているインナーユニ
ットは発進立坑から引き抜き，推進を完了する．
⑤インナーユニット引き抜き
到達立坑

発進立坑 ｲﾝﾅｰﾕﾆｯﾄ

図−２ 施工手順-2-

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第 1 号(2003 年)（４）施工機械・機器a)掘進機
掘進機には，標準型掘進機，礫対応型掘進機，岩盤対応型掘進機の３種類があり，掘進機タイプを選択することによって広範囲の土質に対応している．掘進機から後続管に至るまで新規開発を実施したため，構造が簡単で，操作・取扱い・メンテナンスが容易である．
標準型機は，機械前面のスポーク型カッタで地山を掘削し，コーンロータの偏心回転運動により，外側コーンとコーンロータから構成されるクラッシャで，掘進機外径の 1/3 もの大礫を連続的に破壊しながら，効率的なスラリー搬送ができる掘進機である．また本機は，ヘッド，ミドル，テールの３体からなり，２箇所の屈曲部を有する．その屈曲部には，それぞれ方向修正用ジャッキおよび曲線造成用ジャッキを装備し，急曲線（60ｍR）でも正確な運転操作ができる．
礫対応型掘進機については，軟岩，転石，玉石を含む地盤およびこれらの土質に砂質土，粘性土を含む互層地盤の場合に使用される．また，岩盤対応型掘進機は礫対応型掘進機で対応が難しい岩や転石，玉石混じり砂礫地盤の場合に使用される．面盤にはローラーカッタおよびディスクカッタを装着したカッタヘッドを切羽に圧着させ，同心円の切込みを描きながら回転することで，岩盤を圧砕する構造となっている．

写真−１ 標準型掘進機

図−３ 標準型掘進機構造図
表−１ 掘進機仕様

掘進機種別

標 準 型

礫対応型・岩盤対応型型 式

S400S500

S600

S400S

S500S

S600S

外径(mm)

546660780

556670800

長さ(mm)

2,253

2,790

2,780

3,450

3,450

3,520

重量(t)

1.4

2.4

3.5

2.3

3.4

5.3

動 力

400V/440V
3.7kw‑1 台

400V/440V
5.5kw‑1 台

400V/440V
7.5kw‑1 台

400V/440V
7.5kw‑1 台

400V/440V
11.0kw‑1 台

400V/440V
18.5kw‑1 台b)強制管
強制管は，掘進機の次に接続して推力を伝達する機械である．本機は高強度の鋼製で，屈曲部の上下がピン構造となっており，しかも 107kN の曲線造成ジャッキを装備することにより，掘進機と共に屈曲角を正確に維持することが可能である．
また，強制管には滑材注入装置が装備されており，管外周から滑材を注入する．これにより，周辺地山に均等に滑材を注入させることが可能となり，推進管と土との摩擦抵抗を低減させることができた．

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写真−２ 強制管第 1 号(2003 年)

図−４ 強制管構造図c)ポンプ筒
ポンプ筒は，長距離推進時に掘進機・強制管の次に接続して推力を伝達する機械である．本機は高強度の鋼製で，屈曲部の上下がピン構造となっており，曲線推進のスムーズな追従を可能としている．また，新規に開発した排泥の流体輸送を補助する管内設置型小型ポンプを装備しており，長距離推進を可能とした．排泥パイプラインには，長距離推進時に対応（ポンプ筒に接続）するための電磁弁を使用している．排泥のための補助としてポンプ筒が必要となるのは推進距離が概ね 100〜150m 以上の場合である．

写真−３ ポンプ筒
図−５ ポンプ筒構造図
表−２ 標準型ポンプ筒仕様（予定）呼び径(mm)
口 径(mm)
周波数(Hz)
回転数(r.p.m)
揚 程 (ｍ)
揚水量(l/min)
動力ポンプ筒総重量(ｔ)4005050
1,450500
6560
1,740

23300
400V/440V-11kw
0.8501,45060
1,740

23600
400V/440V-15kw
1.2d)後続管
後続管は，強制管（長距離推進時はポンプ筒）の次に接続して推力を伝達する機械である．本機は高強度の鋼製で，屈曲部の上下がピン構造となっており，ポンプ筒と同様に曲線推進のスムーズな追従を可能としている．また，後続管には，後続管１及び後続管２の２種類がある．後続管１には掘進機等の機械関係および測量データなどを中央制御へ送るための電装品を装備している．後続管２には測量ロボットを牽引走行させるフロントワインダー，及び測量ロボットを停止させ正確に計測するためのステーションを装備している． 写真−４ 後続管２-4-600
8050
1,45060
1,740

23800
400V/440V-22kw
1.7ステーション

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第 1 号(2003 年)

図−６ 後続管１図−７ 後続管２表−３ 強制管・後続管仕様（予定）型式

Ｓ４００Ｓ５００Ｓ６００

推進管外径 (mm)526

640760外径 (mm)

536

650

770

長さ (mm)

2,000

2,000

2,000

重量 (kg/本)

816（622）

1,224（938）

1,754（1,336）

油圧ジャッキ

107kN-2 本（−）

130kN-2 本（−）

154kN-2 本（−）

排泥管径 (mm)

50A

80A

80A

送泥管径 (mm)

50A

80A

80A

滑材注入管径 (mm)

25A

25A

25A

排水管径 (mm)

25A

25A

25A

屈曲角度 (°)

Max＝2.7

Max＝2.7

Max＝2.7※ （ ）は後続管を示す。
e)測量ロボット
測量ロボットは，掘進中の施工線形，掘進機先端の位置計測を人力に変わって行うための装置であり，インナーユニットの走行管内をフロントワインダのワイヤーまたはリアワインダのケーブルにより最速で 6km/h のスピードで牽引走行する．発進立坑で計測した初期方位および初期座標と，坑内を走行することによって取得した距離および角度変化のデータを逐次演算することにより，掘進機先端の位置と近似施工線形を求めることができる．また，測量ロボットは方位計にファイバージャイロを使用しており，高精度の測量が可能である．しかも小型の方位計を開発したことによって，測量ロボットも小型化となり一工程での計測を可能とした．
表−４ 測量ロボット仕様
形 式
重 量
寸 法
構 成 品

写真―５ 測量ロボット-5-

ワインダー牽引式
13kg
90(w)×95.6(H)×915(L)(mm)
・方位計
・ﾛｰﾀﾘｰｴﾝｺｰﾀﾞ
・ﾎﾞｰﾄﾞｺﾝﾋﾟｭｰﾀ・測距用ﾌﾟﾘｽﾞﾑ
・台車ｼｬｰｼ・視準ﾐﾗｰ・磁気ｾﾝｻ・DCDC ｺﾝﾊﾞ-ﾀ・連結器

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写真−６ フロントワインダ

第 1 号(2003 年)

写真−７ リアワインダf)インナーユニット
インナーユニットは，推進管内に設置する２インチ（50mm），または３インチ(80mm)の送泥・排泥管，電気ケーブルトレイ，測量ロボットの走行管をユニット化し，挿入接続することによって施工性の向上を図っている．また，このユニットによって，正確な測量を可能としている．ユニットには滑材注入ホース，排水ホース等も付加している．
写真−８ インナーユニットg)スーパーミクロ工法用管
スーパーミクロ工法により小口径長距離曲線推進を施工するため，新たに開発した推進管(Ｓ型)であり，標準管および滑材吐出管の大きく２種類で構成されている．
管継手は 60ｍＲにおいても十分な止水性を確保するために，伸縮可撓性に優れた継手構造を採用している．
なお，推進距離・地山状態によって掘進機先端から任意の間隔（砂質土の場合概ね75m）で３箇所にスーパーミクロ工法用吐出管を設置し，滑材を追加注入することが可能である．そのため，工法用管と土との摩擦抵抗を低減させることができた．
工法用管種は滑材を送るためのシング
ル・ダブル・トリプル管があり，滑材吐出用のシングル吐出管・ダブル吐出管，トリプル吐出管がある．

滑材吐出滑材吐出管

滑材注入管
写真−９ スーパーミクロ工法用管（トリプル管）

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第 1 号(2003 年)

図−８ スーパーミクロ工法用推進管（Ｓ型）（φ４００）

図−９ 継ぎ手部詳細図
表−５ スーパーミクロ工法用推進管（Ｓ型）一覧表
推進機種

Ｓ４００

Ｓ５００

Ｓ６００

呼 び 径

400

500

600

管外径Ｂc(mm)

526

640

760

管内径Ｄ(mm)

400

500

600

管 厚ｔ(mm)

637080有効外径Ｄ１(mm)503617731

カラー受口深さＬC2(mm)100

100110耐 荷 力Ｆr２(kN)

Ⅰ類(Ｍ５)

950

1,334

1,780

Ⅱ類(Ｍ７)

1,278

1,796

2,396

外圧強さ(kN/ｍ)

ひび割れ荷重

39.3

44.2

46.1

破 壊 荷 重58.966.7

69.7

参考質量Ｗ(kg)

管長 L=2.43ｍ

5487491,030

ダブル吐出管
シングル吐出管

トリプル吐出管

強制管から

シングル管

ダブル管

図−１０ スーパーミクロ工法用推進管配置図

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トリプル管

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第 1 号(2003 年)h)制御システム
スーパーミクロ工法では，掘進作業および立坑部で行う測量ロボットの初期方位および初期座標の計測作業以外は制御システムで行う．制御システムは，掘進機・ポンプ筒・強制管の操作盤，測量ロボットの制御・結果表示用操作盤で構成されている．測量ロボットと水位計から得られた測量結果を表示用操作盤で確認しながら掘進機，強制管，ポンプ筒を操作盤で操作する．また，インターネットによる中央集中管理システムを採用することにより，リアルタイムに施工データを収集し異常予測システムで分析を行うことにより安全な施工を実現している．
制御システム（通常は地上のユニットハウスに設置）

中央集中管理システム

掘進機・強制管ポンプ筒操作盤

中央制御部

掘進機操作
強制管・ポンプ筒操作

測量ロボット計測命令
結果表示・出力

インターネット

リアルタイム管理
施工データの収集・分析
異常予測システム操作盤〜掘進機までは有線
発 進 立 坑方向修正ジャッキ

水位計

曲線造成ジャッキ

傾斜計

トータルステーション

測量ロボット

水位計
ランチャー
掘進機

強制管

ポンプ筒

後続管１，２推進管
初期方位計測
走 行 部

掘 進 部

立 坑 部

図−１１ 制御システムおよび施工機械の関連図（５）測量のしくみa)概要
本システムは，平面計測と縦断計測の二部構成となっている．
平面計測は、推進管一本推進完了ごと（本測量），また推進中はリアルタイム（リアルタイム測量）に掘進機および強制管の位置姿勢を自動計測するシステムである．計測方法は，立坑部，走行部，掘進部の各計測部からそれぞれ得られたデータを地上の中央制御部にて集積・演算処理を行い，結果を表示，出力するように構成されている．また縦断計測は，掘進中，リアルタイムに掘進機の位置姿勢を自動計測するシステムである．計測は水位計と掘進部からそれぞれ得られたデータを，平面計測と同様に地上の中央制御部で演算処
立坑部理を行い，結果を表示・出力する．
基準点ﾘｱﾜｲﾝﾀﾞｰb)立坑部
測量ロボットの初期方位角および位置を測定する．測量ロボットは，掘進が完了した後に，ランチャー（立坑部における測量ロボッ走行管ト格納庫）を走行管に接合することでセットできるようになっている．ランチャー接合後に，トータルステーションにより測量ロボットに取り付けた視準ミラー，ランチャーに取り付けた測距用プリズムを視準し，トータルステーションの十字線が視準ミラーに写ったﾄｰﾀﾙｽﾃｰｼｮﾝ
ﾗﾝﾁｬｰ
十字線と正対したときの基準点からの角度とトータルステーションから測距プリズムまでの距離を計測する．図−１２ 立坑部計測概要側面図

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第 1 号(2003 年)c)走行部
立坑部停止位置から掘進部停ﾗﾝﾁｬｰ
測量ﾛﾎﾞｯﾄ止位置までの相対位置を測定する．
高精度方位計を搭載した測量ロボットをインナーユニットの走行管内に走行させる．立坑部と掘進部との間を６km/h（最速）で自動走行させ，方位角とﾄｰﾀﾙｽﾃｰｼｮﾝ距離の変化量を連続検出した走行の軌跡を計測する．
図−１３ 立坑部計測概要平面図d)掘進部
掘進機の位置および方向は，以下に示す計測結果を演算処理して求める．
①測量ロボットの方位角・座標および水位計の計測②ジャッキストローク計の計測e)水位計
立坑内に設置した水位計と掘進機の水頭差を差圧計で検出し，高低差を計測する．
基準点

掘進機

水位計

ポンプ筒

傾斜計
掘進部

強制管

後続管

測量ロボット

水位計

ﾌﾛﾝﾄﾜｲﾝﾀﾞｰ

推進管

ﾗﾝﾁｬｰ

走行部

ﾘｱﾜｲﾝﾀﾞｰ

立坑部

図−１４ 水位計計測概要図
３．ミクロ工法とスーパーミクロ工法の概要（１）性能比較
従来のミクロ工法とスーパーミクロ工法の性能をレーダ図に施工単価（安）まとめたところ以下の通りとなる．
技術（高）中間立坑数（少）施工単価については，スーパ
ーミクロ工法はミクロ工法に比べて３割程度経済的である．測ミクロ量や推進システムに関しての技
スーパミクロ術は他工法に比べてもかなり高水準と思われる．１スパン当た
日進量（大）
施工距離（長）りの最大推進延長や曲率半径はミクロ工法に比べてやや見劣り
曲率半径（短）するが他工法と比較した場合は多分に勝っていると思われる．
日進量に関しては一工程分早くなっている．
図−１５ 性能比較レーダ図

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第 1 号(2003 年)（２）システム比較
表−６ システム比較一覧表
内容

方式
呼 び 径
可能推進延長最初曲線半径
最大土被り
測 量 方 法
今後の展開
掘 進 機

強 制 管

ポンプ筒

後 続 管

測 量
ﾛﾎﾞｯﾄ

修正ｼﾞｬｯｷ力(前・中)
掘進機外径(ｵｰﾊﾞｶｯﾄ径)
最大分割長
滑材の吐出口
修正ｼﾞｬｯｷ力
最大分割長
ポンプ揚程(kw)
修正ジャッキ
最大分割長
修正ジャッキ最大分割長
動力(走行速度)
ジャイロセンサ(通信)
概略寸法
鏡寸法

スーパーミクロ工法

ミクロ工法

泥水方式１工程式
φ400･500･600
３００ｍ
６０R
制限無し
自動計測システム
一般の市場をターゲット

泥水方式２工程式
φ２５０〜５００
４００ｍ
３０R
制限無し
自動計測システム
施工条件の厳しい市場をﾀｰｹﾞｯﾄ120kN・155kN
φ546mm(10mm)

120kN・120kN
φ560mm(10mm)

1,000mm
強制管930mm
ポンプ筒

107kN
1,000mm
23m(11kw)−53kN
1,400mm
19m(9kw)
搭載

1,000mm−1,048mm搭載

1,000mm1,400mm
自走式(2km/h)
ﾘﾝｸﾞﾚｰｻﾞｼﾞｬｲﾛ(無線ﾓﾃﾞﾑ)
142×173×1,986mm□80mm

ﾜｲﾝﾀﾞによる牽引式(6km/h)

ﾌｧｲﾊﾞｰｼﾞｬｲﾛ(有線)90×95.6×915mm□40mm

ス−パ−ミクロ工法
推進管断面ｹｰﾌﾞﾙﾄﾚｲ

測量ロボット522R

両工法の断面を使用してシステムの違いを以下に示す．
ミクロ工法は，曲線誘ミクロ工法
導機に送排泥管が固定自在型誘導機断面されて設置しているが， 測量ロボット
スーパーミクロ工法はインナーユニットに装54002187備され，移動や取り外し1が簡単にできる構造と130なっている．測量方法は， ５０Ａ送泥管
５０Ａ排泥管ミクロ工法は計測ロボットが自走することで実施するが，スーパーミクロ工法ではワインダによる牽引で測量ロボットを走行させ測量す
る．
03R

03R

400 526

５０Ａ送泥管

５０Ａ排泥管

滑材ホース

排水ホース

図―１６ システム比較図- 10 -

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４．実証実験
（１）実験概要
スーパーミクロ工法の掘削実証実験を平成１４年６月初旬から実施し，６月１１日に無事完了することができた．実証実験の概要を以下に示す．
工 事 名：スーパーミクロ工法
実証実験工事
実験場所：株式会社青木建設
技術研究所(茨城県つくば市)
呼び径 ：400mm
推進延長：100m
曲率半径：60m
土質：粘性土地下水位：無し
縦断勾配：3.0‰
土 被 り：2.2〜2.5m

第 1 号(2003 年)

平 面 図

L3=20ｍ

L=１００ｍ
R=60ｍ
到達立坑（5.0×3.0ｍ）

L2=60ｍ

φ400㎜ﾋｭｰﾑ管L1=20ｍ

57.2958°

発進立坑（5.355×3.0ｍ）

縦 断 図

到達立坑（5.0×3.0ｍ）

発進立坑（5.355×3.0ｍ

土被りD=2.2〜2.5ｍ程度

φ400㎜ﾋｭｰﾑ管
L3=20ｍ3‰勾配

L2=60ｍ
L=１００ｍ

L1=20ｍ

図―１７ 実証実験平面・縦断図（２）計測結果

図−１８ 計測結果- 11 -

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第 1 号(2003 年)

上のグラフは、水平方向のずれを表示したもので，データは掘進機先端の軌跡を表示したものである．Ｘ軸は平面線形の中心線を示すもので，０が発進立坑の坑口で軸に表示されている数字は発進坑口よりの距離である．実際の線形は曲線が含まれているが，グラフはあくまでも設計中心線の位置に対してずれが分かるようにしている．掘進中は，最大２５ｍｍのずれがあったが，到達位置におけるずれは１３ｍｍであった．下のグラフは，鉛直方向のずれを表示したもので，データは掘進機先端の軌跡を表示したものである．実際の管路は到達に向けて上り３ﾊﾟｰﾐﾘの勾配であるが，グラフは設計値に対してずれが分かるようにしている．掘進中は最大１７ｍｍのずれがあったが，到達位置におけるずれは３ｍｍであった．以上の実験により，スーパーミクロ工法はミクロ工法に劣ることのない高精度の測量技術，自動化測量による省力化と時間短縮，及び安全性が実証された．

写真−１０ 実証実験状況（推進管掘進状況）

写真−１１ 実証実験状況（測量状況）

写真−１２実証実験状況（測量ﾛﾎﾞｯﾄとﾗﾝﾁｬｰ） 写真−１３実証実験状況（管路構築完了 R=60m）
５．スーパーミクロ工法の特徴
スーパーミクロ工法の特徴をまとめると以下のようになる．
①泥水方式一工程式の採用②最大３００ｍの長距離推進が可能③曲率半径Ｒ＝６０ｍまでの急曲線施工が可能④呼び径φ４００・５００・６００に対応⑤広範囲な土質に対応⑥曲線造成のための地盤改良はほとんど不要⑦スーパーミクロ工法用推進管を使用した中間滑材注入による推進延長の長距離化
謝辞
最後に，今後も開発及び改良を進め，経済性・施工性・信頼性を高めるべく努力して参りますので，関係各位におかれましては従来と変わらぬご理解とご指導，ご鞭撻を切にお願いいたします．
なお，スーパーミクロ工法は，自動測量研究会（ゼネコン１０社，メーカー１社）で共同研究及び開発したものです．

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