シールド工法は、地盤条件・トンネル断面・施工延長・周辺環境によって適切な工法が異なります。本記事では、現在主流となっているシールド工法の種類と、それぞれの特徴・選定のポイントを解説します。
目次
- シールド工法とは
- 密閉型シールドの2大工法
- 泥土圧シールド工法の特徴
- 泥水式シールド工法の特徴
- 特殊断面シールド工法
- 工法選定の判断基準
シールド工法とは
シールド工法は、シールドマシンと呼ばれる掘削機を地中で推進させながら、その後方でセグメント（トンネル覆工部材）を組み立ててトンネルを構築する工法です。地表を掘り返す開削工法と異なり、地上の交通や既存構造物への影響を最小限に抑えられることが最大の特長です。
日本のシールド技術は世界最高水準とされ、軟弱地盤や高水圧下でも安全な施工が可能です。都市部の上下水道・地下鉄・道路トンネル・共同溝など、社会インフラ整備に欠かせない技術となっています。
密閉型シールドの2大工法
現在の都市部シールド工事では、切羽（掘削面）を密閉して地山の崩壊を防ぐ「密閉型シールド」が主流です。密閉型は切羽の安定方式によって、大きく泥土圧シールドと泥水式シールドの2種類に分かれます。
泥土圧シールド
掘削土に添加材を混ぜて塑性流動化させ、その土圧で切羽を安定させる方式。設備がコンパクトで、立坑スペースが限られる都市部の中小断面工事に適しています。
泥水式シールド
加圧した泥水を切羽に循環させて安定を保つ方式。高水圧・砂礫層に強く、大断面・長距離施工に適しています。ただし泥水処理設備に広いヤードが必要です。
泥土圧シールド工法の特徴
| 適した地盤 | 粘性土・シルト・細砂を主体とする軟弱地盤 |
| 切羽安定方法 | 掘削土砂に添加材（気泡・粘土鉱物など）を注入して塑性流動化させ、チャンバー内の土圧で切羽を保持 |
| 排土方法 | スクリューコンベアで排出後、ベルトコンベアまたは土運車で地上へ搬出 |
| メリット | ・立坑ヤードが小さくて済む ・設備が比較的シンプル ・排水処理設備が不要 |
| 留意点 | ・玉石・礫層ではスクリュー閉塞のリスク ・高水圧下では噴発対策が必要 |
泥水式シールド工法の特徴
| 適した地盤 | 砂礫層・玉石混じり地盤・高透水性地盤 |
| 切羽安定方法 | ベントナイト系泥水を加圧循環させ、泥水圧と泥膜の形成により切羽を安定 |
| 排土方法 | 排泥管による流体輸送。地上の泥水処理プラントで土砂と泥水を分離 |
| メリット | ・高水圧下でも安定施工が可能 ・長距離・大断面に対応 ・切羽の管理精度が高い |
| 留意点 | ・泥水処理設備に広いヤードが必要 ・設備コストが高い |
特殊断面シールド工法
近年は、円形以外の断面を掘削できる特殊シールドも実用化されています。用地制約の厳しい都市部では、これらの工法が有効な選択肢となります。
矩形シールド工法
断面を四角形に掘削する工法。円形断面に比べて空間の利用効率が高く、地下歩道・地下駐車場・共同溝などに採用されます。多軸カッターや揺動カッターにより矩形断面を実現します。
コンパクトシールド工法
小口径・小規模立坑に対応した工法。狭隘な用地でも施工可能で、既設管路の更新工事や小口径下水道管の敷設に適しています。立坑の縮小により、周辺環境への影響も軽減できます。
多円形シールド工法
複数の円形を重ねた断面を一度に掘削する工法。地下鉄駅部やランプ部など、断面が変化する箇所に用いられます。
工法選定の判断基準
シールド工法の選定は、以下の要素を総合的に検討して決定されます。
① 地盤条件
土質構成・N値・透水係数・地下水位を確認。砂礫層が厚い場合は泥水式が有利です。
② トンネル断面・延長
大断面・長距離は泥水式、中小断面・短距離は泥土圧が選ばれる傾向にあります。
③ 立坑用地の制約
泥水処理プラントの設置スペースが確保できない場合、泥土圧が現実的な選択となります。
④ 周辺環境への影響
近接構造物・地表沈下の許容値・騒音振動規制などを踏まえた検討が必要です。
弊社のシールド工事対応
美東建設は昭和55年の創業以来、泥土圧シールド・矩形シールド・コンパクトシールドをはじめ、多様な工法の現場施工に携わってまいりました。地盤条件や現場制約に応じた確実な施工管理により、元請けゼネコン各社様からご信頼をいただいております。
シールド工事のご相談・お見積りはお気軽にどうぞ