特集

岩盤掘削の施工事例から学ぶ

解 説

岩盤掘進に挑む
ＣＭＴ工法の特徴と施工事例
た な か

1

も

と

き

お か む ら

み

ち

お

田中 基紀

岡村 道夫

ＣＭＴ工法協会
会長

ＣＭＴ工法協会
広報部長

はじめに推進工事は、大口径化、長距離化、急曲線施工等の高い技術力が要求され、改築推進工法や既設構造物への直接到達工法も実績をあげている。約 40 年前

考え方、岩盤推進施工事例などを紹介する。

2

岩盤掘削の概要

2.1

岩盤と岩石

の推進業界は過酷な環境下における手掘り推進から機岩盤に関する問題が、土砂地盤以上に難解なのは、械推進への変換期であり、岩盤推進には課題が多く掘土砂地盤に比べて岩盤の地質年代は比較できないほど進機の開発が進展しない状況だった。以来、CMT 工に古く、理解するために必要な知識が非常に広範囲に法協会はさまざまな課題に対する研究開発に取り組み岩わたるためである。

盤掘進機を開発した。

日本列島の岩盤の特徴は固結度は高いが大小さまざ

しかし、推進路線の岩盤はすべて均質なものではなく、

まな割れ目が多く、異方性も顕著で力学的にも複雑なもの

それを構成する物質とその集合状態、さらに諸作用やが多い。また岩石が複雑に変形変質して存在している。

運動によってさまざまな不連続面や割れ目を持ち特異な岩石と岩盤の最大の違いは、強度を表す値が不均一構造を形造っている。破砕帯や断層、地下水、風化度

で部位によって大きく異なることである。これは岩盤の多合等を検証する必要がある。一方、掘進機の性能は路

くには不連続面や亀裂が含まれるのに起因する。岩盤

線下の岩石のうち、最も力学的強度を有するものに対応

は不連続面・割れ目と岩石の複合材料であり、健全なしなければならないが、ボーリング調査箇所等が少ない

岩盤の力学特性は、岩石試験により詳しく知ることができことが多くデータから最大値を予測してのぞまなければなるが、不連続面の力学特性を知るための計測技術は未らない。また、近年では岩盤推進においても、長距離、だ不十分な点が多い。地質学的な不連続面とは層理・急曲線のニーズが増している。岩盤全体と構成岩石の節理・断層・破砕帯・亀裂・ひび割れ等である。

特徴を確実に検証して計画・設計・積算しなければならない。
本稿では、岩盤の据え方、判定方法および岩盤対
応複合掘進機のカッタヘッド、本体性能、ローラビットの

岩石は、生成過程により、火成岩、堆積岩、変成岩の3 つに大別される。
（1）火成岩マグマの上昇かん入、それに引き続く冷却固結という月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 2019

1

特

集

岩盤掘削の施工事例から学ぶ

過程でできた岩石の総称。花崗岩、班レイ岩、流紋岩、安山岩、玄武岩等。
（2）堆積岩主に礫・砂・泥・生物の遺骸で構成される。また、なる。
岩石の力学的特性を考える場合は、3 つの応力を考える。
圧 縮 応 力：岩石の体積を縮ませるように作用する

火山活動に関連して生成される火山性堆積岩がある。

力

中・古生代の堆積岩が硬岩と呼ばれ、第三期が軟岩とせん断応力：岩石の内部に生じる、平行方向にすべいわれている。礫岩、砂岩、泥岩、頁岩、石灰岩、チャーらせるように作用する力
引 張 応 力：岩石に割れ目や裂け目を作るように作用ト等。
（3）変成岩する力

既存の岩石が、地下深部で強い加熱、圧縮、変形

一般的にボーリングコアによる一軸圧縮強度試験、圧などの諸作用を受けた結果、鉱物組織や配列状態が裂引張試験が行われ、超音波試験やRQD が評価の指変化したもの。熱変成岩、広域変成岩、動力変成岩、標とされる（表−1 〜 4）。

片岩、片麻岩、ホモンフェルス等。
2.2

調査・試験

表−1 ボーリング方法と調査内容

岩盤の判定の指標は、岩質、地下水の影響、不連方法

続面の状態・間隙、ボーリングコアの状態、RQD、弾

ボーリング位置

岩線傾斜と方向性波速度等が挙げられる。

ボーリング深さ

岩線傾斜と方向、基盤判定（1）広域調査

調査内容の選定

岩石名、一軸圧縮強度、圧裂引張強度、超音波速度、RQD

調査内容

数 km の範囲で基盤構造、基盤岩名称、構造線、
褶曲基盤の形を推定するために等高線の入った地形図

表−2 ボーリングの目的と調査内容をもとに検証する。
（2）局地調査
地形、河川と山の相対的位置関係、天然の池、河川の玉石、露頭の岩質・傾斜、節理の方向の観察が重要になる。岩山の谷には巨礫がある場合が多く、天然の池が散在しているところは断層があることが多いといわれている。

目的

調査内容

岩盤推進区間の決定

岩線調査、半岩半土区間調査、風化帯の厚さ先端抵抗の算定

一軸圧縮強度、圧裂引張強度、RQD

推進抵抗の算定

一軸圧縮強度、圧裂引張強度、RQD

支圧壁の耐荷力の算定

風化度、RQD

切羽防護の検討

断層、破岩帯、半岩半土区間、RQD

掘進速度の算定

一軸圧縮強度、圧裂引張強度、RQD、節理方向（3）岩石の物理的・力学的特性試験
および弾性波速度の測定
物理的特性としては、比重・空隙率・吸水率がある。
岩石の単位体積重量は、およそ1.4〜2.9 程度の範囲に分布するが、固結度の低いものほど小さな値を示すことになり、堆積岩では地質年代が新しいものほど値が小さい。したがって、単位体積重量が小さいと強度が低くなる傾向を示す。固体粒子成分（鉱物）の比重は、2.6〜 3.4の範囲にあり、単位体積重量ほどの変化はない。
単位体積重量の変化は、岩石の間隙の多少が大きく関係する。間隙率は新鮮な火成岩で0.5 〜 1%、堆積岩
で3 〜 20%で地質時代の新しいものほど間隙率は大きく

2

月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 2019

表−3 ボーリング等調査内容
一軸圧縮強度
2〜30MN/m2

切削・圧壊方式による日進量の算定

圧裂引張強度
5〜26MN/m2

圧壊方式による日進量の算定

RQD
0〜100%

圧壊方式による日進量の算定と支圧壁算定

超音波速度試験
3〜6km/sec

岩の硬さ、RQDもあわせて判定

弾性波速度試験
2〜6km/sec

100m 単位の岩盤の硬さの判定

表−4

岩石種類別比重表

火成岩

表−6

堆積岩

変成岩

岩種

比重

岩種

比重

岩種

比重

圧縮強度・圧裂引張強度・超音波伝播速度一例（堆積岩）

岩種

圧縮強度

引張強度

超音波速度

MN/m2

MN/m2

km/sec花崗岩

2.5〜2.8

砂岩

1.2〜2.7

片麻岩

2.5〜2.9

砂岩

223

17.3

5.5

斑レイ岩

2.8〜3.2頁岩

2.5〜2.7

結晶片岩

2.6〜3.0

泥岩

26.3

2

2.3

安山岩

2.2〜2.9

石灰岩

2.5〜2.7

大理石

2.5〜2.9

角礫凝灰岩

181

17.9

4

玄武岩

2.7〜3.2

礫岩

2.1〜2.7

頁岩

224

11.3

5

流紋岩

2.5〜2.7

凝灰岩

1.8〜2.6【RQD】【一軸圧縮強度試験】

ボーリングによって採取したコア1m 当りに含まれる

整形された供試体の軸方向にのみ圧縮力を加えて行

10cm 以上のコアの積算値が占める割合を百分率で表う試験。岩石が硬くなると弾性も大きくなることが多いが、し、ボーリングコアの破断状態を数量化したもの。岩盤

硬くなる過程で潜在的な割れ目が増加するために一軸

中の割れ目や軟化、変質の程度をコアの状況から間接

圧縮強度のバラツキが大きくなる。また、加圧方向と不的に評価する指標。ボーリング設備と技術の良否に影

連続面の方向（直角・水平・傾斜）により計測値がバ響されることがある（表−7）。

ラツキ、前記の順に強度は小さくなる。

表−7【圧裂引張試験】
岩石供試体を上下に圧縮し左右に離れようとする引分類版号
A

張応力を計測する。その異方性の構造方向と引張り力

90〜100Bの作用方向の関係が引張強度に著しいバラツキをもたら

CH

75〜90

す。一軸引張強度とほぼ等しい。

CM

50〜75

CL

25〜50

D

0〜25

圧縮強度σcと引張強度σtとの比 Br＝σc/σtを脆性度として、岩石の「もろさ」の尺度に使われる。岩石の一軸圧縮強度（MN/m2）

RQD（%）

500 以上500 以下破壊現象は潜在するクラックからはじまって次々とそれが伝搬しクラックが拡大し破断が起こる。脆性破壊とは引張破壊によって生ずるクラック拡大の破壊現象をいう。
【超音波試験】【弾性波速度試験】
弾性波探査は、ボーリング調査を補完し地山全体の地山性状を簡便に評価する指標として重要視されるが、岩石中を伝播する超音波速度を測定することにより、探査から得られる弾性波速度分布図の評価において岩石の弾性波性質を知る試験方法である。岩石が硬くは、岩石・岩盤の不連続面の状態・含水比・一軸圧

良質になるほど伝播速度は速くなる。しかし、同じ一軸

縮強度・拘束圧などの正しい評価を得られなければ誤圧縮強度を示す岩石でも、内部構造の違いが伝播速差が生じる（表−8）。

度に差異を生ずる。一般的に、変成岩・火成岩・堆積岩の順で伝搬速度が速い（表−5 〜 6）。

表−8

地山の地質と弾性波速度（km/sec）

火成岩
表−5

圧縮強度・圧裂引張強度・超音波伝播速度一例（火成岩）
圧縮強度

引張強度

超音波速度

MN/m2

MN/m2

km/sec

花崗岩

164

11

4.8

岩種

安山岩

250

19.5

5.6

玄武岩

95

5.4

3.6

流紋岩

124

3.7

3.1

堆積岩

変成岩

岩種

速度

岩種

速度

岩種

速度

花崗岩

3〜5

砂岩

2〜5.5

片麻岩

3〜6

斑レイ岩

3〜6

珪質頁岩

2.5〜3.5

石英片岩

3〜6.5

安山岩

2.8〜4.5

石灰岩

3〜6

蛇紋岩

1.5〜4

玄武岩

2.5〜5

凝灰角礫岩

2.2〜3.5

流紋岩

2〜4

珪岩

3〜6

月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 20193

岩盤掘削の施工事例から学ぶ

特

集

3

岩盤掘進機の概要【平成 5 年（1993）】
現在型の掘進機を開発（写真−3）

CMT 複合掘進機の開発コンセプトは①切羽の確保ができること②ビット交換ができることだった。1 号機は開放型であったが、2 号機より密閉型とし隔壁に切羽点検
用バルクヘッド扉を設けた。また、外周駆動を採用し掘進機中央部に空間を設け、作業スペースを確保してビッ
ト交換を可能にした。この構造が複合掘進機の最大の特徴で現在に引き継がれ、長距離推進・玉石砂礫・障害物撤去工法に発展した。
岩盤推進は、常にビットの耐久性が取り上げられるが、
写真−3

カッタヘッドの摩耗対策・強度・トルク・回転速度・開口

現在のローラビット型掘進機

率、掘進機本体およびベアリング強度、押付力の制御・管理方法・安全装置が重要なファクターにあげられる。

3.1 カッタヘッド

岩盤が硬いほど強くビット（掘進機）を押し付けなけれ（1）カッタヘッド

ば破砕できない。

複合掘進機は、ローラビットによる圧壊方式を採用し【昭和 56 年（1981）】ているのでビットを切羽に強く押し付けるために、ローラ

呼び径 1350 開放型セミシールド1 号機（切削型）を開発（写真−1）

ビットの取付強度が必要になる。センタツーコンを除きロー
ラビットはすべて両端で軸を支持するので取付台座（特殊鋼）の固定が重要になる。取付強度を優先して面板仕様になっている。ただし、岩砕は、ローラの後面からもチャンバに取り込まれ、また、緩み土圧抑制材の効果も相乗して摩耗の進行度合いは少ない。カッタヘッドの摩耗対策として、面板・外板共に超鋼チップを埋め込
み、チップの間は硬化肉盛溶接を碁盤目状に厚さ3 〜

写真−1

開放型セミシールド掘進機の1 号機【平成 4 年（1992）】
呼び径 800ローラビット装着型機を開発（写真−2）4mmで行っている。
（2）カッタトルク
掘削必要回転トルクは、ビット形式によって異なるが、・ビットの切削抵抗 ─ 切込み深さ
・岩石の強度 ─ 圧縮引張強度、RQD 等・押付力・岩砕のかき上げ抵抗
・摩擦抵抗 ─ 前方、側面、ベアリング、シール等
等によって決定する。
中口径の掘進機に搭載される原動機にはおのずから
大きさに制限があり、中央の空間を確保するために小形化された特殊モータを開発した。カッタトルクは、トルク係数によって評価される。

写真−2 ローラビット型掘進機の第１号機

4

月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 2019

悪ければ、ローラビットのチップ・母材・カッタヘッドの摩α＝T/D3

耗につながり、また、岩砕岩粉がテールボイドに残留す

α：トルク係数

ると推進抵抗が増大し推進管にひび割れを起こす原因

T：装備トルク（KN/m）となる。

D：掘進機外径（m）

複合掘進機は、ローラビット取付強度を優先するために面板仕様になっているが、固定スリットの他に脱着可トルク係数は、掘進機外径や土質によって異なるが、能な開口を設けている。半岩半土部対応など開口率を土圧式 α＝10〜25 程度調整できる機構になっている。岩盤に節理や割れ目が泥水式 α＝8〜20 程度ある場合に岩盤が大割れすることがあるが、機内にφとされている。岩盤掘進には、上記以上のα値が望150mm 程度の岩塊を処理できるクラッシャフィーダを標まれる。α値だけで掘削能力を評価できないが、複合準装備している。

掘進機はα＝25 以上を標準仕様としているので巨礫地

3.2 カッタビット

盤等にも対応可能である（表−9）。
表−9

開発当初は、切削方式（スリットカッタ）でスタートしたが、必要回転トルク、ビット形状、チップの硬さ等を模

複合掘進機掘削諸元索する中で、切削試験機を製作して様々な岩石に対しカッタ用原動機
呼び径

電動機

回転数

トルク

トルク係数 外周速度

mm

kW×台

rpm

kN・m

α値

m/min

800

7.5×4

4.9

50

50.0

15.39

900

7.5×4

4.4

58

41.3

15.48

1000

11×4

4.6

80

42.0

17.92

1100

11×4

4.3

86

35.0

18.24

1200

11×4

3.9

92

29.0

18.01

1350

11×4

3.5

108

24.5

18.03

1500

11×6

3.1

183

30.4

17.72

1650

11×6

2.9

194

24.6

18.13

1800

11×10

3.1

300

29.8

21.04

2000

11×10

2.7

335

24.5

20.27

て掘削効率を上げる実験を繰り返し、必要回転トルク・ビット形状を試作した（写真−4）。

（3）回転速度
カッタ回転速度は、カッタヘッドの最外周速度を基準に設定される。一般的には、V＝15 〜 25m/min の範囲で設定される。

写真−4

ローラビットを使用した石油井掘削ボーリングマシンのよ
うに岩盤掘削は高速回転が有効であるが、カッタトルク

切削試験機

（1）種類

は回転数に反比例するので回転数は制限される。また、複合掘進機は、一軸圧縮強度 20MN/m2 以下を切掘進機（呼び径 800 〜 2000）のローリングにも注意が

削方式（スリットカッタ）、それ以上をローラビットによる圧必要になりV＝15〜20m/minとしている。

壊方式を採用している（表−10 〜 12）。

（4）開口率

岩強度が増せば、掘削機構は切削方式から効率にま

開口率は、カッタ開口面積をカッタヘッド総面積で除しさる圧壊方式に移行し、中口径ではカッタヘッドの低速たものである。基本的に岩盤推進は切羽の防護を必要

回転にあわせたローラビットによる低速回転型の静的集としないので開口率を大きくとる。岩砕岩粉の回収率が中荷重による圧壊方式となる。圧壊方式は、静的集中荷

月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 20195

特

岩盤掘削の施工事例から学ぶ

集

表−10

押付力（kN/m2）

岩強度（MN/m2）

ビット

カッタ全体

スクレーパカッタ 圧縮 10 以下

60〜180120〜350

20〜60

70〜200

掘削機構
切削方式

掘削方式とビット形式

ビット形式

圧壊方式

スリットカッタ

圧縮 30 以下

ディスクカッタ

引張 15 以下 400〜900 550〜1,200

ローラカッタ

引張 30 以下 150〜300

300〜600

表−11 ローラカッタ仕様
呼び径 1000
ゲージカッタ

図−1

列数

列数

チップ径

チップ径

2 列×2

3 列×2

φ25mm

φ20mm

パス

切削ビット

両サイド4パス 中2パス

軌跡中心距離20mm

フェースローラ

4 列×4＋補助

─

φ20mm

─

パス

1パス

軌跡中心距離20mm

呼び径 1800
ゲージカッタ

列数

列数

チップ径

チップ径

4 列×3

5 列×3

φ25mm

φ25mm

パス

両サイド6パス 中3パス

軌跡中心距離25mm

フェースローラ

4 列×8

─

φ25mm

─

図−2 ロ－ラビット

チップは、抗折力が比較的高く耐衝撃性に優れる「E5

パス

1パス

種」が用いられる（表−13、14）。圧壊された切羽面は、軌跡中心距離25mm

凹凸面であり「E3 種」以上を選定すると衝撃により割れ・折れによるチップの破損が生じる。

表−12

掘進速度

（mm/min）

一軸圧縮強度（MN/m2）呼び径

50未満50〜100未満

100〜150未満

150〜200
未満

1000

14.9

11.8

7.6

5.0

1500

11.6

9.2

5.7

3.1

1800

10.8

7.9

5.0

2.8

表−13

超硬チップ 硬さと抗折力 JIS M 3916

分類記号 （硬さ）ロックウェルAスケール

抗折力 kgf/mm2（MN/m2）

E1

90 以上

120 以上（1177）

E2

89 以上

140 以上（1373）

E3

88 以上

160 以上（1569）

E4

87 以上

170 以上（1667）

E5

86 以上

200 以上（1961）

重によって岩盤表面に圧縮強度の約 10 分の 1と小さい
引張強度によりひび割れ破断を起こさせ破砕していく方表−14式である。各チップにより岩を圧壊し、その周辺も徐々に

岩質区分 （硬さ）ロックウェルAスケール

割裂破砕が進行し切羽全体が破砕される（図−1、2）。
（2）材質
切削ビット・ローラビットのチップ材質は、鉱山工具用
超鋼焼結合金（JIS M 3916）が一般的に採用される。

6

月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 2019

岩質別 HRAと一軸圧縮強度
一軸圧縮強度 kgf/mm2（MN/m2）

軟岩

63 以下

500 以下（49 以下）

中硬岩

63〜77

500〜1200（49〜117）

硬岩

77〜85

1200〜1700 （117〜166）

最硬岩

85 以上

1700 以上（166 以上）

チップを圧入固定する母材の材質も重要で母材の摩表−15岩盤におけるローラビット（A）標準交換延長（参考値）

耗進行が速ければ、歯槽膿漏のような状態になりチップが抜け落ちるので、母材の材質には特殊鋼（SNCM 等）が用いられる。

岩盤強度（MN/m2）上段圧縮／下段引張
RQD

（3）摩耗
ビットの摩耗に伴い掘削抵抗は増し掘進速度が低下するだけでなく、外周ビットの摩耗によって断面の仕上り寸法に重大な誤差が発生し、推進抵抗が著しく増加し推進管の破損につながる。
摩耗量の予測算定式の一例としては、下記で算定される。

N：カッタ回転速度（rpm）
L：掘進距離（km）

50〜100 100〜150 150〜200
未満
未満
未満

4.0 未満

4.0 未満

4.0〜8.0未満

8.0〜13.0未満

センタローラ

660

550

420

290

550

380

290

200

ゲージカッタ

440

320

220

125

センタローラ

600

500

380

260

500

340

250

170

20〜40%
フェースローラ未満
ゲージカッタ

400

260

160

65

センタローラ

540

450

340

230

40％以上 フェースローラ

450

300

220

140

ゲージカッタ

360

200

120

45

表−16

岩盤におけるローラビット（B）標準交換延長（参考値）
岩盤強度（MN/m2）上段圧縮／下段引張入：摺動距離（km）
D：掘進機外径（m）

50 未満

20％未満 フェースローラδ（最外周摩耗量）＝K・入＝K・D・N・L/V
K：摩耗係数（mm/km）

ローラ
種別

RQD

ローラ
種別

50 未満

50〜100 100〜150 150〜200
未満
未満
未満

4.0 未満

4.0 未満

4.0〜8.0未満

8.0〜13.0未満

センタローラ

770

640

490

340

20％未満 フェースローラ

690

480

360

250

ゲージカッタ

590

430

290

170

センタローラ
20〜40%
フェースローラ未満
ゲージカッタ

700

580

440

300

630

430

310

210

540

350

210

120

ボーリングコアサンプルが対象岩盤の最大値である保証

センタローラ

630

520

390

270

もない。岩石は、粒子構造的にも不均質であり、チップ

40％以上 フェースローラ

570

380

270

180

ゲージカッタ

480

270

160

70

V：掘進速度（m/min）
しかし、岩盤掘削において、この摩耗係数の決定が難しい。基盤岩の岩種・生成年代・造岩鉱物・岩強度・RQDなどを検証して決定しなければならない。また、があたる岩石表面は圧壊された凹凸面なのでチップの岩石接触面は部分的で偏心荷重になりやすく、位置・
面積・方向が毎回変わりチップの摩耗や損傷を増加させる原因となる。

（4）ビット交換
開発コンセプトの「ビット交換」は、
切削型・ローラビッ

切削条数を増やすと、切込み深さが少なくなりビットへ

ト型において、切削ビットやローラカッタの台座の固定方の負荷が軽減されたり、ビット周囲の岩砕の流れと取り法やビットの取付方法は長年改良を加えた結果、現在込みをよくすることが摩耗に対する有効な対策になることのほぼ完成形となった。工場では簡単に脱着できてもカッは知られているが、限られた中口径機においてはすべて

タヘッド・タレット・本体胴がつながった状態の狭隘な空を網羅することは難しい。

間での取り換え作業は困難を極めた歴史がある。油圧CMT 工法協会では、積算参考値として標準交換延長を岩盤の圧縮・引張強度により決めている。標準交機器を使用しての交換作業は大幅に時間の短縮化が図られた（写真−5）。

換延長とは、耐用延長ではなく推進能率低下の要因と岩盤推進では、切羽に地下水が出ないと思われる方なる限界推定延長と据えている。さらに、RQD40%にが多いが、岩盤には破砕帯や割れ目が多々ある。湧水

ついては最大コア長により低減率を定めている（表−はどこでもあると考えなければならない。水圧はあるが水15、16）。

量は少ないので強制排水することは可能であるが、管月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 2019

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特

集

岩盤掘削の施工事例から学ぶ

周に注入した抑制材や滑材が流れてしまうので、坑内圧気をかけてビット交換をすることが望ましい。

切羽が安定する。
③地盤条件
a. 粒径が小さいほど圧気効果は大きく、大きくなると効果は減少する。
b. 透水係数が小さいほど（K＝10-3cm/s）効果的である。
c. 土被り・地下水位・粒度構成・透水係数等により
圧気圧・空気消費量が大きく異なる。
④ CMT 圧気システム
a. 給気ブロアは1.6×4.0mのユニット型である。
b. ユニット内各機器に防振対策を施し、ユニット内側

写真−5

機内の点検扉は二重の防音対策により低振動・低騒音を実現した。

（5）圧気設備
地下水位下での「切羽の点検」「ビット交換」 はCMT 圧気システムを使用する。㈱推研の前進である推進研究所時代に開発実用化された圧気システムのc. コンプレッサを使用せずに、無給油式ルーツ型ブロアを採用して清浄な空気を供給する。
d. ブロアーユニットとロックユニットを搬入設置すると迅速に圧気作業にかかれる（写真−6、7）。

改良を重ね設計採用されている。圧気といえば平成 2 年（1990）に東京で大噴発事故があり一般的に知るところとなったが、すでに事故原因は解明されている。圧気工法は、開放型刃口式推進全盛の初期のころから圧気
推進として採用されていたが、密閉型機械推進工法の開発が進み圧気工法の採用が少なくなった。CMT 工法では、自社開発の圧気システムを利用して呼び径 800
から「切羽の点検」「ビット交換」を実現し、岩盤推進だけでなく長距離推進等や障害物撤去に活用している。
①圧気工法の特徴
a. 地下水を排水することなく、地下水面下において

写真−6 ブロア－ユニット

切羽の安定を図る。
b. 周辺に地盤沈下を起さず、近接する構造物や道路に影響を与えない。
c. 土圧、水圧による土砂の崩壊や流入を防ぐ効果が理論的に把握できる。
d. 設備が比較的簡単である。
②圧気の効果a. 圧気圧により切羽からの湧水を阻止し、切羽の崩壊を防止する。
b. 圧気圧自体が山留め作用になり切羽が安定する。
c. 圧気で地山が脱水され、土固有の強度を取戻し

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月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 2019

写真−7 ロックユニット

⑤安全対策推進延長：L＝186m

周辺・地盤の事前調査を十分行い、施工計画を立

鋼管敷設工：φ1,800mm（SP）て、高圧室内作業主任者（労働安全衛生法に基づく

敷設延長：L＝213m

国家資格）のもとに指揮・命令系統を確立し、作業内

土 被 り：H＝8.49〜8.93m

容などを全作業員に周知徹底させる。

土

質：風化石英斑岩（一軸圧縮強度 50MN/
m2 未満）〜頁岩（一軸圧縮強度 128

CMT 圧気工法の能力は圧気圧 0.08MPa 以下であMN/m2）るので、（安衛法第 88）建設工事計画届（圧気工法）
は施工を開始する14日前までに、所轄労働基準監督所

線

長に届ける。圧気圧 0.08MPa 以上の圧気が必要な場

補助工法：圧気工法（ビット交換用）

合は、薬液注入等により止水・山留めを行い圧気は補
助とする。

形：直線

（2）工事の特異性と事前検討
本工事は、漏水事故等による非常時にも木屋川工業

ビット交換・障害物撤去等、圧気下の作業においてト

用水道の安定供給が可能となるように水路の二条化を

ラブル・事故等は皆無の実績を誇り、安全な工法である進める事業で、山口県内の二級河川である木屋川を直と自負するところである。

線で横断する岩盤推進工事である。推進位置の地盤

3.3 まとめ

構成は、発進立坑から68.5mまでは岩盤の一軸圧縮強以上のように、岩盤推進は対象路線の岩盤の状態、度が 50MN/m2 未満の風化石英斑岩で、68.5m から到

岩石の力学的特性、掘進機のトルク性能、ベアリング

達立坑までの 117.5m が一軸圧縮強度 128.7MN/m2と強度、カッタヘッドの強度、ローラビットの強度・対磨耗

硬質の頁岩となっていた。

耐久性等を総合的に判断して計画しなければならない。

本 工 事においては、 頁 岩の一 軸 圧 縮 強 度 最 大

CMT 工法は点検扉を有することで、地山状況の確認

128.7MN/m2、RQD40% 以上（最大コア長 50〜75cm

やビット交換が随時に対応できることで不確かな岩盤推未満）などに対応するために、掘進機の掘削機構は圧進に適応している。

壊方式のローラビットを採用した。CMT 工法協会の掘進機は、呼び径 800 からすべての機種に機内からのビッ

4

岩盤推進施工事例

本稿では、近年施工した大口径管の岩盤推進施工

ト交換が可能な点検扉が装備されており、耐用延長ではなく推進効率低下の要因となる限界推進延長（標準
交換延長）でビットの交換を行う方法が採用されている。

事例を2 件紹介する。

本工事の岩盤条件をもとに、事前に詳細な検討が行わ

4.1

れ、ゲージカッタのみの1 回交換が計画された。

施工事例 -1（1）工事概要

また、大口径管の岩盤推進であることから、岩盤の工 事 名：木屋川工業用水道二条化事業送水管布

切削粉が推進管の外周に回り込まないように、発進当設（木屋川横断管）工事

初から塑性流動体である緩み土圧抑制材を充填注入す

発 注 者：山口県企業局西部利水事務所
請 負 者：洋林・関門港湾建設特定建設工事共同企業体
施工場所：山口県下関市菊川町大字上保木字中野から同市菊川町大字上大野字羽室までの間るフローティングシステムを採用した。
さらに、本工事においては、切羽面から湧水があることから、圧気システム（ロックユニット、ブロアユニット）を併用してビット交換を行う方法を採用した。
（3） 施工結果
本推進工事は、計画段階から岩盤強度に対応できる

施工方法：大中口径管岩盤推進工法（CMT 工法）

掘進機の最適な選定と、緩み土圧抑制材によるフロー

推進管呼び径：2000（HP）

ティングシステムなどの採用により、その課題を解決してト

月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 2019

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特

集

岩盤掘削の施工事例から学ぶ

図−3

図−4

推進路線平面図

推進路線縦断縦面図

ラブルもなく予定した計画工期内で無事岩盤推進を完成した（写真 8 〜 11）。

10

岩盤推進で到達できた（写真−12、13）。
また、初期発進時からテールボイドに連続注入した

ローラビットは、当初計画のとおり頁岩内切削中に推緩み土圧抑制材により、岩盤の切削粉などが推進管外進効率が低下してきたことから、掘進機内の点検扉から周に回り込むことも少なく、最終推進力も計画推進力に

各種ビットの摩耗状況を目視で確認し、消耗が著しかっ沿った値で推移し、推進工事を完了した（写真−14、た外周のゲージカッタの交換を行い、以後も効率のよい

15）。

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写真−8 ＣＭＴ掘進機据付

写真−9

写真−10

写真−12 ゲージカッタ交換状況

初期発進状況

写真−13

切羽部頁岩状況搬出された風化石英斑岩

写真−14

推進施工状況

写真−15

掘進機到達状況

写真−11

排出された頁岩片

月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 2019

11

特

5.2

集

岩盤掘削の施工事例から学ぶ

施工事例 -2

敷設延長：L＝119m
土 被 り：国道下土被りH＝19.4m（1）工事概要
工 事 名：厚東川工業用水道改良事業送水管布設

軌道下土被りH＝18.0m（厚東川横断管）工事

河床下土被りH＝9.3m

発 注 者：山口県企業局厚東川工業用水道事務所

土

質：花崗岩（一軸圧縮強度 207MN/m2）

請 負 者：広成建設・大栄建設特定建設工事共同

線

形：直線

補助工法：圧気工法

企業体
施工場所：宇部市大字吉見字地主平から同市大字
車地字添附までの間（2）工事の特異性と事前検討
本工事は、建築後 60 年以上を経過し、老朽化の著

施工方法：大中口径管岩盤推進工法（CMT 工法）

しい厚東川水路橋に代わる新たな送水管を整備する

推進管呼び径：2000（HP）

ための事業で、山口県宇部市内を流れる二級河川で推進延長：L＝116m

ある厚東川、JR 山陽本線および国道 2 号線下を直線

鋼管敷設工：φ1,800mm（SP）

で横断する岩盤推進工事である。推進位置の地盤構

発進立坑

到達立坑

12

月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 2019

図−5

推進路線平面図

図−6

推進路線縦断面図

成は広 島 型 花 崗 岩で、 一 軸 圧 縮 強 度は、 発 進 立
2

坑 〜 60.0mまで は 37.8MN/m 、60.0 〜 80.4mまで は2

2

173.4MN/m 、80.4 〜 101.8m ま で は 207.7MN/m 、2を併用してビット交換を行う方法を採用した。
（3）施工結果
本推進工事は、計画段階から岩盤強度に対応できる

101.8 〜 127.0mまでは179.8MN/m となっている（写真

掘進機の選定・効率のよいビット交換と、緩み土圧抑制−16）。

材によるフローティングシステムの採用によって、その課題を解決してトラブルもなく非酷暑期間内で無事推進施工を完成させた（写真−17、18）。

写真−16

立坑部掘削岩片（花崗岩）

本工事においては、花崗岩の一軸圧縮強度最大

写真−17 ＣＭＴ掘進機据付

2207.7MN/m に対応するために、CMT 掘進機の掘削機構は、前記した木屋川工事同様に圧壊方式のローラ
ビットを採用した。CMT 工法協会の掘進機は、呼び径
800 からすべての機種に機内からのビット交換が可能な点検扉が装備されており、耐用延長ではなく推進効率低下の要因となる限界推進延長（標準交換延長）でビットの交換を行う方法が採用される。本工事の岩盤条件をもとに、事前に詳細な検討が行われ、ゲージカッタのみの1 回交換が計画された。
また、本工事では「施工時期の制限」として、JR

写真−18

推進施工状況

山陽新幹線またはJR 山陽本線の軌道等の鉄道施設に影響を及ぼす恐れのある工種（立坑工（発進立坑）、

ローラビットは、当初計画のとおり発進から80m 経過し

管きょ工（推進））は、非酷暑期（10月1日〜4月30日）

た付近から推進効率が低下してきたため、いったん推に施工することと、特記仕様書に定められていた。ちな

進を停止して掘進機内の点検扉から各種ビットの摩耗状

みに酷暑期とは、5月1日〜9月30日を指す。

況を目視で確認して、消耗が著しかったゲージカッタの

さらに、前記した木屋川工事と同様に、大口径管の岩盤推進工事であることから岩盤の切削粉が推進管の交換を行い、以後も効率のよい岩盤推進を行って到達させた。

外周に回り込まないように、発進当初から塑性流動体でまた、初期発進時からテールボイドに連続注入した緩ある緩み土圧抑制材を充填注入するフローティングシス

み土圧抑制材により、岩盤の切削粉などが推進管外周テムを採用した。

に回り込むことも少なく、最終推進力も計画推進力にほぼ

そして、本工事においても、切羽面からの湧水がある

同じ値で推移し、推進工事を完了した（写真 19 〜 22）。

ことから、圧気システム（ロックユニット、ブロアユニット）

月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 2019

13

特

集

岩盤掘削の施工事例から学ぶ

6

おわりに

CMT 工法は、昭和 56 年（1981）に推進分野において未だ岩盤に対して全断面掘削方式がない時代に、開放型セミシールドの CMT 岩盤掘進機を開発し、兵庫県三田市において日本住宅都市整備公団（現（独）都市再生機構）ご発注の第 1 号工事として、呼び径
1350、推進延長 218m の 2スパンを無事完成させた。
写真−19 ロックマスター設置状況

以来約 40 年間、本工法は岩盤・巨礫推進工事の研究開発に取り組み、平成 30 年（2018）4月末現在までに岩盤推進延長は、80,231mに達している。
当工法協会は、永年にわたって培ってきた知識・経験を活かし、今後も要望される厳しい条件下での岩盤推進に対して挑戦していきたいと考えている。さらに、困難な岩盤推進に挑戦した施工事例の情報についても積極的に提供していくとともに、発注者や施工者の皆様
からのご指導をいただきながら、岩盤掘進機メーカとしてさらなる開発改善に努め、推進工法の発展に微力なが

写真−20摩耗したゲージカッタ

ら貢献していきたいと考えている。
執筆者紹介
田中

基紀 （たなか もとき）

㈱推研代表取締役社長
岡村

道夫 （おかむら みちお）

㈱推研営業部長【参考文献】
1）「特別寄稿
写真−21 ゲージカッタの交換作業状況

30 年

岩盤に挑む

岩盤・巨礫に挑み続けて岩盤・巨礫推進の基本的考え方と対処方法 - 本

間良治先生の講演論文より-」 野田彰、月刊推進技術
Vol.24 No.5（2010 年 5月号）
2）「超高強度安山岩転石との遭遇」木山英郎
3）「わかりやすい岩石と岩盤の知識」三木幸蔵
4）「岩の調査と試験」土質工学会
5）「試験資料」土木試験所
6）CMT 工法カタログ
7）「CMT 工法平成 30 年度技術・積算資料」
写真−22

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月刊推進技術 Vol. 33 No. 2 2019

掘進機到達状況