地下鉄や地下通路工事では、横方向に一定の広がりをもった空間を効率的に掘削するために、矩形断面のシールドトンネルのニーズがあります。都市部における大深度法の適用に伴い、硬質な地盤の掘削に対応できるシールド掘進機のニーズも増加する傾向にあります。これらのニーズに応えるために、アポロカッター工法*を開発するに至りました。ページアポロカッター工法の概要アポロカッター工法は、多様な断面を掘削でき、硬質地盤において優れた切削性を発揮する新しい発想のシールド掘進機です。掘削機構は、密閉型シールド掘進機先端部のカッターヘッド、揺動フレーム、公転ドラムの3点で構成されます。カッターヘッドが回転(自転)しながら揺動フレームと公転ドラムにより公転します。揺動フレームを動かすことによって、カッターヘッドの公転半径を変えることが可能となり、任意の断面を掘削できます。通常のシールド掘進機がカッターヘッドの1軸回転機構であるのに対して、本工法は3軸の回転を制御して全断面を掘削します。小径のカッターを使用するため高速回転(自転)することが可能であり、硬質地盤に対しても高い適用性を持っています。動画を再生するには、videoタグをサポートしたブラウザが必要です。矩形をはじめとする任意の断面を掘削することができ、非円形・円形どちらにも適用可能です。カッター機構は高性能なカッター位置制御機構を持っており、精度の高い掘削断面を確保します。従来の大断面シールドに比べて、カッター部分が小さく、高速で回転するため、硬質な地盤においても良好な切削性を発揮し、掘進速度の向上が見込めます。カッター機構部のリユースが可能カッターヘッド、揺動フレーム、公転ドラムからなるカッター機構部は、断面形状が異なるトンネルの掘削装置への転用が可能になるため、転用によるコスト縮減や環境負荷の低減が可能です。ベアリング機構が従来のものより小さいために、新規に製作する場合でも納期が短く、工期短縮が期待できます。非開削矩形アンダーパス工事に特化した泥土圧式掘削機この工法は周辺環境への影響を最小限に留めながら、都市部の立体交差などのトンネルを非開削で構築するものです。掘削機上部に可動式の屋根(ルーフ)を持つユニークな機構で、そのルーフが地山を先行掘削することにより地盤沈下の防止や、不測の埋設物などの先進探査を行いながら掘削します。掘削するスポーク状のカッターがワイパーのように揺動する方式を採用し、矩形で掘削を行います。アンダーパス工事に特化して、簡素化したマシン仕様・性能にしたことと、1現場のみならず複数現場への転用を考慮した構造としたことでマシンコストを大幅に削減することが可能です。寸法アンダーパス工事は比較的深度の浅い場所が多いため、以下のように適用地盤条件を設定しました。地下水:0.1MPa程度また、寸法は、地下連絡通路から2車線道路トンネルでの適用を考えて以下になります。左図は基本型のR-SWINGマシンの図です。前後に1.5m伸縮する高さ0.9mのルーフマシンを上部に、下部に基本高さ2.7mの本体マシンを配置しています。掘削はワイパーのように左右に振れる揺動カッター方式を採用し、揺動する際に後方に掛かる反力を打ち消すためにルーフマシン、本体マシンともに幅2.3mのマシンを左右2基配置しています。ルーフマシン、本体マシン後方には姿勢制御を目的とした中折れ機構を装備した函体受座があります。ルーフマシン、本体マシンとも必要に応じ上下左右に結合することが出来る構造になっており、右図のような大断面にも適用可能となっています。改ページ特長・メリットマシンのユニット化マシンは1つのユニットの幅を2.3mとして、トラックでの運搬を考慮したサイズとなっています。短縮に寄与しています。ユニット内の揺動カッターなどの可動する部位もボルトやピン締結にして取り外せる構造としたことで使用後のメンテナンスが容易になりました。汎用性の高さ一般的に矩形トンネルの場合、その用途によっては似たような大きさにはなるものの、現場ごとに微妙に幅・高さが異なります。推進機やシールド機は殆ど単品生産になっているという問題を解消するためR-SWINGマシンでは、基本型マシンにスペーサーなどを挟み込むことで寸法調整を容易にできる機構としました。基本型マシンの汎用性を高めたことで、転用可能となりマシン費の大幅削減効果が見込めます。ために設けられたルーフマシンが直上の地盤沈下および隆起抑制に寄与するだけでなく、埋設物などの探査機能としても活用でき、より安全に掘進することが可能となります。工法・セグメントの適応性マシン前方はそのままで、後方の函体受座を変更することで推進工法からシールド工法への対応ができます。鋼製セグメント、RCセグメント、合成セグメントにも適用でき、あらゆる現場状況にも対応が可能です。本トンネルの地質は、未固結な砂を主体としており、土砂崩壊や流砂による切羽の不安定化が予想されました。そのため、安全性、施工性および経済性に優れたSENS(シールドを用いた場所打ち支保システム)による機械化施工が採用されました。月から掘進を開始しました。ヶ月というスピードで到達しました。経済性を併せ持った工法です。密閉型のシールドマシンにより切羽の安定性を図りながら掘進を進め、並行してマシンのテール部で一次覆工となる場所打ちコンクリートを打設、一次支保材として地山を保持しながらトンネルを構築します。同様に、漏水処理工と二次覆工を施工してトンネルを完成させます。シールド工法と比較して、セグメントが不要となるためコストを低減することができますが、場所打ちコンクリートにて一次覆工を行うため、高度な施工管理が要求されます。工期的にはNATMの倍以上のスピードで施工することができます。立坑や開削などに必要とされる施工ヤードを最小限におさえることができるほか、工期短縮、コストダウンが可能です。高速掘進NATMでは、掘削面が解放されているため、含水未固結地山では安定して掘削ができません。SENSでは、シールドマシンで掘削面を安定させて機械掘削できるため、高速での掘進が可能となります。このため、NATMに比べ、2倍以上の掘進速度で掘削が可能です。改ページコスト縮減シールド工法と比較して、セグメントが不要となるためコストを縮減できます。NATMでは掘削面を安定させる補助工法が必要となるため、ほぼ同程度のコストとなります。一般のシールド工法では、掘進作業とセグメント組立作業は、並行作業とすることができず、サイクルタイム短縮の障害になります。そこで鹿島では、掘進専用のジャッキとセグメント組立専用のジャッキの2種類のジャッキを装備することで、掘進とセグメント組立を同時に行うことができる、「ダブルジャッキ式同時掘進工法」を開発し、シールド工法における工期短縮、コスト縮減を実現しました。本工法では、シールド機本体の内部に前後にスライドする内胴を装備し、内胴から前方に伸びる掘進ジャッキと後方に伸びるセグメント組立用のジャッキを同一円周上に交互に装備し、内胴を反力に掘進を行いながら、内胴の後方でセグメント組立を行うことができます。本工法の施工手順は、掘削時間とセグメント組立時間の組合せおよび内胴の盛替え時期により多様に変化します。ここでは、掘削作業とセグメント組立作業が、同時に終了する場合の基本的な施工手順概要図を示します。1.掘進ジャッキを縮め、組立ジャッキを伸ばすことで内胴をスライド範囲前端に位置させます。2.掘削は、掘進ジャッキを全数使用しシールドを前に押出し、カッターディスクを回転させ地山を切削して前進させます。セグメント組立は、組立ジャッキを伸縮させ内胴に支持されたエレクタを使用して行います。3.次リングセグメントの組立スペースを確保するため、掘進ジャッキを縮め組立ジャッキを伸ばし内胴を前に盛替えます。この時、切羽圧力低下やシールド機のバッキングを防止するため、掘進ジャッキと組立ジャッキの伸縮を同期します。改ページ特長・メリット二重構造方式シールド機は外胴と内胴との二重構造であり、主要構造がシールド本体内部にあるため、複雑な止水構造がなく、一般のシールドと同様に内胴部の環境を良好に保つことができます。不具合発生時においても内胴部を構成する部品交換が可能で、長距離施工も高い信頼性があります。二種類の専用ジャッキを装備しているため、掘削作業とセグメント組立作業を同時に行うことにより高速施工が可能です。掘進ジャッキの全数を使用するので、ジャッキに供給する油圧は、全て同じ圧力で供給します。これにより、掘進ジャッキの偏芯モーメントを低減できます。内胴前方の掘進ジャッキ装備部を掘進エリア、内胴後方の組立ジャッキ装備部を組立エリアとに分離独立しています。通常内胴はセグメントに対して静止しており、組立作業は一般のシールドと同様に作業ができ、安全性が確保できます。セグメント組立は組立ジャッキの複雑な動作パターン選択を自動化したことと、多様な内胴の盛替えパターンを網羅したことで、掘削時間とセグメント組立時間の変化に対応できます。シールド機地中接合の従来工法として、到達立坑を設け、立坑内で接続する方法と接合地点で地上から地盤改良を行い接合する方法がありますが、地上部の制約や海底下で立坑築造や地盤改良が施工できない場合があります。シールド機内から地盤改良は施工スペースや改良範囲に問題があり、立坑や地盤改良が不要なシールド機の地中接合方法の確立が必要になります。両シールドが貫入側と受入側の機能を有した構造となっており、両シールドの進捗により地中接合位置も変更可能です。到達した先着シールド(受入側)のカッタ面版を後退させて、そこに後着シールドを(貫入側)を前進させて、カッタ面版を貫入させることにより、二つのトンネルを接合する方法です。受入側シールドの内側に取付けてあるチューブシールを膨らませて止水し、土砂と地下水の流入を防止する。止水をより確実にするため、シール部のわずかな間隙に止水剤を注入してから、人力で面版を取り壊して接合します。この方法により、大掛かりな地盤改良をせずに地中接合することができます。チューブシールは受入側シールドのフード内面に内蔵されており、掘進中は土砂に接触することがないため、チューブシールの破損の恐れが無く止水性に優れます。地盤改良や立坑築造に比べ、工事費は安価になります。