1-1-3 大 径 礫 ・ 流 速 の 速 い 地 下 水 ・ 急 勾 配 に お け る
シ ー ル ド 施 工 に つ い て
～ 豊 島 区 目 白 三 丁 目 、 新 宿 区 下 落 合 二 丁 目 付 近 再 構 築 そ の 3 工 事 ～
第 一 基 幹 施 設 再 構 築 事 務 所 工 事 第 二 課 貞 本 健 志 1. は じ め に 本 工 事 は 、既 設 管 き ょ の 雨 水 排 除 能 力 の 増 強 を 図 る た め 、新 た な 管 き ょ 2400mm）を 泥 土 圧 シ ー ル ド 工 法 に よ っ て 施 工 す る も の で あ る 。 当 シ ー ル ド 工 事 の 通 過 地 層 は 、 上 層 か ら 洪 積 の 粘 性 土 、礫 、砂 質 土 と な っ て お り 、こ の う ち 礫 層 は 50 ㎜ ～ 250mm に 及 ぶ 大 径 礫 で 構 成 さ れ 、そ の 層 内 に は 被 圧 さ れ た 地 下 水 が 1.2cm/分 程 度 の 速 い 流 速 で 流 れ て い る こ と が 流 向 流 速 測 定 調 査 に よ り 確 認 さ れ た 。 さ ら に 、 本 工 事 で は 礫 層 を で き る だ け 避 け 、 粘 性 土 を 掘 削 す る 方 針 で 線 形 が 計 画 さ れ て い た が 、 急 激 に 地 形 及 び 地 層 構 造 が 変 化 す る 一 部 区 間 で は 、 礫 層 を 急 勾 配 （ 105.1‰ ） で 掘 進 す る 必 要 が あ っ た 。 こ う し た こ と か ら 、 本 工 事 で は ① 大 径 礫 へ の 対 策 、 ② 流 速 の 速 い 地 下 水 へ の 対 策 、 ③ 急 勾 配 施 工 へ の 対 策 を 講 じ て 施 工 を 行 っ た 。 今 回 、 そ の 内 容 に つ い て 報 告 す る 。 2. 工 事 概 要 2.1 工 事 目 的 Ｊ Ｒ 目 白 駅 付 近 は 過 去 に 浸 水 事 故 が 発 生 し て お り 、 早 急 な 対 策 が 必 要 と な っ て い た （ 写 真 2.1）。こ の た め 、 本 工 事 で は 豊 島 区 目 白 一 、三 丁 目 、高 田 三 丁 目 、新 宿 区 下 落 合 二 、 三 丁 目 付 近 の 既 設 管 き ょ の 雨 水 排 水 能 力 の 増 強 を 図 る こ と を 目 的 と し て 、 泥 土 圧 シ ー ル ド 工 法 に よ り 新 た な 管 き ょ 1,256m を 敷 設 し た 。工 事 区 間 は 図 2.1 の と お り 、Ｊ Ｒ 目 白 駅 付 近 の 発 進 立 坑（「 そ の 1 工 事 」で 施 工 済 み ）か ら 学 習 院 大 学 の 南 側 に 新 設 す る 到 達 立 坑 ま で で あ り 、 到 達 立 坑 に お い て 既 設 幹 線 に 接 続 し て い る 。 図 2.1 工 事 案 内 図 既 設 幹 線 写 真 2.1 過 去 の 浸 水 被 害 状 況 （ H24.8）〇
2 2.2 構 造 物 内 容 ・ 円 形 管 （ 泥 土 圧 シ ー ル ド 工 法 ） 一 次 覆 工 2400 ㎜ （ 194.40ｍ ） ・ 円 形 管 （ 泥 土 圧 シ ー ル ド 工 法 ） 一 次 覆 工 （ 二 次 覆 工 一 体 型 ） 2400 ㎜ 1061.55ｍ ・ 円 形 管 （ 泥 土 圧 シ ー ル ド 工 法 ） 二 次 覆 工 2400 ㎜ 194.40ｍ ・ 人 孔 1 箇 所 ・ 立 坑 1 箇 所 2.3 土 質 面 の 課 題 当 該 地 域 の 地 層 は 、 粘 性 土 、 礫 、 砂 質 土 か ら な る 。 本 工 事 着 手 前 の 準 備 段 階 に お い て 追 加 の 土 質 調 査 を 行 っ た 結 果 、 当 該 地 域 の 地 層 に 関 し て 以 下 の 二 つ の 問 題 が 浮 上 し た 。 2.3.1 大 径 礫 当 初 計 画 で は 、既 存 の ボ ー リ ン グ 調 査 結 果 か ら 、礫 の 最 大 径 を 70mm で あ る と 想 定 し て い た 。 そ こ で 、 シ ー ル ド マ シ ン は 想 定 さ れ た 礫 径 を 3 倍 し た 210mm を 取 り 込 め る よ う 計 画 し て い た 。し か し 、現 場 着 手 後 の 追 加 調 査 結 果 に よ り 、地 層 に は 大 径 礫 が 多 く 、最 大 径 は 250mm に 及 ぶ こ と が 判 明 し た （ 写 真 2.3～ 2.4）。 こ の 結 果 、当 初 計 画 の シ ー ル ド マ シ ン で は 、ス ク リ ュ ー コ ン ベ ア が 閉 塞 し て し ま う な ど 、 不 具 合 が 出 る 可 能 性 が あ る た め 、 マ シ ン の 設 計 を 見 直 す 必 要 が 生 じ た 。 2.3.2 流 速 の 速 い 地 下 水 今 回 、 ボ ー リ ン グ 孔 を 用 い た 熱 量 法 に よ っ て 、 地 下 水 の 流 向 流 速 測 定 を 行 っ た 。 そ の 結 果 、対 象 層 内 に は 被 圧 さ れ た 地 下 水 が 1.2cm/分 程 度 の 流 速 で 流 れ て い る こ と が 確 認 さ れ た 。 砂 礫 層 に お け る 通 常 の 地 下 水 が 1×10- 1～ 1×10- 2cm/分 1 )で あ る こ と を 考 え る と 、 非 常 に 流 速 が 速 い た め 、加 泥 材 が 流 出 す る な ど 、地 盤 に 影 響 を 及 ぼ す 恐 れ が あ っ た（ 写 真 2.5～ 2.6）。 写 真 2.2 シ ー ル ド マ シ ン 写 真 2.3 礫 サ ン プ ル 写 真 2.4 礫 サ ン プ ル （ 拡 大 図 ）
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3 3. シ ー ル ド 線 形 の 課 題 本 工 事 で は 礫 層 を で き る だ け 避 け 、 粘 性 土 内 を 掘 削 す る ル ー ト で 計 画 さ れ て い た 。 し か し 、急 激 に 地 形 及 び 地 層 構 造 が 変 化 す る 一 部 区 間 で は 、礫 層 を 急 勾 配（ 105.1‰ ）で 掘 進 す る 必 要 が あ り 、 安 全 性 や 工 期 面 で の 対 策 が 求 め ら れ た （ 図 3.1）。 4． シ ー ル ド マ シ ン の 変 更 及 び 安 全 対 策 前 述 の と お り 、 土 質 調 査 に よ っ て 明 ら か に な っ た 大 径 礫 、 流 速 の 速 い 地 下 水 及 び 急 勾 配 施 工 の 3 つ の 課 題 に 対 し て 、 以 下 に 示 す シ ー ル ド マ シ ン の 変 更 及 び 安 全 対 策 を 行 っ た 。 写 真 2.5 地 下 水 調 査 状 況 写 真 2.6 地 下 水 調 査 状 況 図 3.1 シ ー ル ド 線 形 及 び 土 質 断 面 図
4 4.1 大 径 礫 へ の 対 策 （ 1） カ ッ タ ー ビ ッ ト 大 径 礫 を 掘 削 す る こ と に よ っ て 、 カ ッ タ ー ビ ッ ト が 想 定 以 上 に 摩 耗 す る こ と や 欠 損 す る こ と が 考 え ら れ た 。 そ こ で 、 当 初 設 計 よ り も カ ッ タ ー ビ ッ ト を 24 箇 所 増 設 し 、 大 径 礫 に も 対 応 で き る よ う に 変 更 し た （ 写 真 4.1、 図 4.2）。 （2） ス ク リ ュ ー コ ン ベ ア 大 径 礫 を 取 り 込 む 際 、 ス ク リ ュ ー コ ン ベ ア が 停 止 し て 、 搬 送 作 業 が で き な く な る こ と が 考 え ら れ た 。そ こ で 、ス ク リ ュ ー コ ン ベ ア の 径 を 当 初 設 計 の 400mm か ら 450mm に 増 径 し て 、 大 径 礫 を 取 り 込 め る よ う に し た 。 ま た 、 一 般 に 掘 削 土 砂 に 大 径 礫 が 含 ま れ て い る 場 合 に は 、 軸 を 備 え て い な い 「 リ ボ ン 式 ス ク リ ュ ー コ ン ベ ア 」 を 使 用 す る が 、 こ れ は 止 水 性 に 劣 っ て い る 。 一 方 、「 軸 付 き ス ク リ ュ ー コ ン ベ ア 」は 止 水 性 に 優 れ て い る 。そ こ で 当 現 場 の ス ク リ ュ ー コ ン ベ ア は 、先 端 を 「 リ ボ ン 式 」、 後 端 を 「 軸 付 き 」 と す る こ と で 、 大 径 礫 の 排 出 と 止 水 性 の 両 方 を 満 足 で き る 構 造 と し た （ 図 4.3）。 （3） カ ッ タ ー 支 持 方 式 上 記 の ス ク リ ュ ー コ ン ベ ア 増 径 に よ っ て 、 シ ー ル ド マ シ ン 機 内 で の 作 業 ス ペ ー ス が 縮 小 さ れ て し ま う こ と が 懸 念 さ れ た 。そ こ で 、カ ッ タ ー の 支 持 方 式 を 当 初 計 画 の「 セ ン タ ー シ ャ フ ト タ イ プ 」 か ら「 外 周 支 持 タ イ プ 」 に 変 更 す る こ と で 、 作 業 ス ペ ー ス を 確 保 し た （ 図 4.3）。 写 真 4.1 シ ー ル ド マ シ ン （ 前 面 ） 図 4.2 シ ー ル ド マ シ ン （ 前 面 ）
5 4.2 流 速 の 速 い 地 下 水 へ の 対 策 （ 1） カ ッ タ ー 駆 動 モ ー タ ー 流 速 の 速 い 地 下 水 へ の 対 策 と し て 、 駆 動 能 力 の 高 い モ ー タ ー に 変 更 し 、 最 大 回 転 数 を 上 げ る こ と で 、 掘 削 性 能 を 向 上 さ せ た （ 図 4.3）。 （ 2） 加 泥 材 注 入 口 流 速 の 速 い 地 下 水 に よ っ て 、 加 泥 材 が 流 さ れ て し ま い 、 切 羽 の 安 定 が 保 て ず 周 辺 地 盤 や 家 屋 に 影 響 を 与 え る こ と が 考 え ら れ た 。そ こ で 、非 常 事 態 に 備 え て 、 マ シ ン 外 周 や ス ク リ ュ ー コ ン ベ ア 部 等 複 数 箇 所 か ら 加 泥 材 を 注 入 で き る 機 構 と し て 、加 泥 材 が 流 さ れ た 場 合 に 迅 速 に 追 加 注 入 で き る 加 泥 材 注 入 口 を 6 箇 所 増 設 し 、 計 8 箇 所 と し た （ 図 4.4）。 図 4.3 シ ー ル ド マ シ ン の 変 更 内 容 （ 側 面 ） 図 4.4 シ ー ル ド マ シ ン （ 前 面 ） 加 泥 材 注 入 口 の 増 設 外 周 支 持 タ イ プ に 変 更
6 4.3 急 勾 配 施 工 へ の 対 策 「 労 働 安 全 衛 生 規 則 第 202 条 」に は 、「 ト ン ネ ル 工 事 で 用 い ら れ る 軌 条 の 勾 配 は 、バ ッ テ リ ー 機 関 車 等 の 動 力 車 を 使 用 す る 場 合 は 50/1000（ 50‰ ）以 下 と す る こ と 」と さ れ て い る 。 当 現 場 で は 105.1‰ の 急 勾 配 で の 施 工 で あ る こ と か ら 、 セ グ メ ン ト 搬 送 等 に 使 用 さ れ る バ ッ テ リ ー 機 関 車 の 安 全 対 策 が 問 題 と な っ た 。 そ こ で 、 当 現 場 で は 機 関 車 に 「 ピ ン ラ ッ ク ＆ ピ ニ オ ン 方 式 サ ー ボ ロ コ 」 を 使 用 し た （ 写 真 4.2）。 こ れ は 従 来 の サ ー ボ ロ コ に ピ ニ オ ン ギ ア を 装 備 し た も の で あ る 。 平 坦 部 で は 通 常 の 車 輪 の 駆 動 力 、 急 勾 配 部 で は 軌 条 に 設 置 し た ピ ン ラ ッ ク に ピ ニ オ ン ギ ア が 噛 み 込 み 、 ピ ニ オ ン ギ ア の 駆 動 力 に よ っ て 牽 引 力 と す る 方 式 で あ り 、 ピ ン ラ ッ ク が 逸 走 防 止 の 歯 止 め の 役 割 も 兼 ね て い る （ 写 真 4.3）。 ま た 、 サ ー ボ ロ コ に 浮 上 防 止 機 構 も 装 着 し た 。 ピ ン ラ ッ ク 上 部 に フ ラ ン ジ が あ り 、 こ れ を 挟 み 込 む よ う に 、 上 部 に 押 え 付 け 用 ロ ー ラ ー 、 下 部 に 補 助 板 を 有 し 、 台 車 と ピ ン ラ ッ ク が 一 体 と な る こ と で 、 機 械 の 浮 上 や 転 落 を 防 止 す る こ と も 可 能 に な っ て い る （ 図 4.5）。 後 続 台 車 に つ い て も ブ レ ー キ 機 構 が な い た め 、 急 勾 配 対 策 を 講 じ る 必 要 が あ っ た 。 計 画 段 階 で は 、 専 属 監 視 員 を 配 置 し て 、 電 動 ウ イ ン チ に よ る 送 出 し 方 式 等 の 検 討 も し た が 、 ヒ ュ ー マ ン エ ラ ー に よ る 事 故 等 が 懸 念 さ れ た 。 そ こ で 安 全 を 確 実 な も の に す る た め 、 急 勾 配 手 前 で シ ー ル ド 機 と 後 続 台 車 を 切 離 し 、 後 続 台 車 を 置 き 去 り に し 、 ホ ー ス ・ 配 管 類 を 延 長 し て い く 初 期 掘 進 方 式 を 採 用 し た （ 写 真 4.4）。 写 真 4.2 サ ー ボ ロ コ の 稼 働 状 況 写 真 4.3 ピ ニ オ ン ギ ア 設 置 状 況 図 4.5 サ ー ボ ロ コ の 逸 走 防 止 及 び 浮 上 防 止 機 構 写 真 4.4 急 勾 配 手 前 に お い て 切 離 し た 後 続 台 車 、 ホ ー ス ・ 配 管 類 の 延 長 部 （ 初 期 掘 進 方 式 掘 削 ）
7 5. お わ り に 今 回 、 数 々 の 厳 し い 施 工 条 件 の 下 で 泥 土 圧 シ ー ル ド 工 法 に よ る 施 工 を 行 っ た 。 250mm を 最 大 径 と す る 礫 層 掘 進 対 策 と し て 、カ ッ タ ー ビ ッ ト を 24 箇 所 増 設 し 、ス ク リ ュ ー コ ン ベ ア も 増 径 す る と と も に 、 リ ボ ン 式 ス ク リ ュ ー と 軸 付 き ス ク リ ュ ー の 複 合 型 を 採 用 し て 大 径 礫 を 取 り 込 め る よ う に し た 。 ま た 、 流 速 の 速 い 地 下 水 対 策 と し て 、 カ ッ タ ー 駆 動 モ ー タ ー の 最 大 回 転 数 を 上 げ て 掘 削 能 力 を 向 上 さ せ 、 非 常 事 態 に 備 え て 加 泥 材 注 入 口 も 増 設 し た 。 さ ら に 、 105.1‰ の 下 り 急 勾 配 対 策 と し て 、「 ピ ン ラ ッ ク ＆ ピ ニ オ ン 方 式 サ ー ボ ロ コ 」 を 使 用 し て 、 逸 走 防 止 や 浮 上 ・ 転 落 防 止 を 図 っ た 。 こ れ ら の 対 策 に よ っ て 1,256m の 一 次 覆 工 を 完 了 し 、平 成 27 年 9 月 に 到 達 し た（ 写 真 5.1）。 今 回 の 事 例 が 今 後 の 類 似 工 事 に お い て 参 考 と な れ ば 幸 い で あ る 。 参 考 文 献 1) 一 般 社 団 法 人 全 国 地 質 調 査 業 協 会 連 合 会 ： 機 関 誌 「 地 質 と 調 査 」、 1990 年 写 真 5.1 シ ー ル ド マ シ ン 到 達 状 況 （ H27.9）
