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助成・表彰・審査制度 / 国土技術開発賞

    • 第3回国土技術開発賞

最優秀賞(国土交通大臣表彰)

ハニカムセグメントを用いた同時施工法 (第3回国土技術開発賞 最優秀賞)

ミッション施工性の向上等により工期を短縮する
応募技術名称ハニカムセグメントを用いた同時施工法
副題六角形RCセグメントを用いたシールドトンネルの急速施工法
応募者名(株)奥村組
石川島播磨重工業(株)
石川島建材工業(株)
技術開発者(株)奥村組      荒川賢治
石川島播磨重工業(株) 藤井茂男
石川島建材工業(株)  染谷洋樹

技術の概要

1.技術開発の背景と目的

大都市圏の地中内を連絡する長距離のシールド施工では、トンネルを早期に供用させることや、建設コスト低減を狙いに、従来以上の急速施工法の開発が望まれている。通常のシールド施工では、シールド掘進とセグメント組立を順次繰り返す方法がとられている。従来以上の急速施工を実現するためには通常のシールド施工の固定化した概念を見直し、シールド機による掘削とセグメント組立を同時に行う同時施工法が可能となれば、作業サイクルが約半分に短縮され、従来の2倍以上の速度を可能とする効率的な急速施工法になり得ると考えた(図-1参照)。

通常のシールド施行と同時施行の施行サイクル比較
図-1 通常のシールド施行と同時施行の施行サイクル比較
※セグメント外形5.0m級、セグメント幅1.2mの場合

2.技術の内容

同時施工では、シールドを掘進しながらセグメント組立を行なうため、通常と異なりセグメントを安定して組立てることなどに課題がある。このため、我が国初の六角形セグメント(ハニカムセグメントと呼称)の開発を中心に課題解決を図り下記の機構や技術で同時施工法を構成した。

  1. ハニカムセグメントは、同時施工時に3辺が拘束され安定して組立てられ組立後、直ちにシールド推力を載荷可能。全ピース同一形状で、継手が楔状に連結するため軸力が大きいほど剛性が高く、ボルト本数が少ない継手構造であるため自動組立の機構が簡便となる(図-2,3参照)。
  2. 同時施工では、シールド掘進中にセグメント組立を行う輻輳作業となるため、人力に頼らずセグメントの供給も含めた自動組立装置を開発し、シールドジャッキパターン制御も自動化。
  3. 同時施工では、セグメント組立位置ごとにシールド機の姿勢が変化するため、セグメント組立位置ごとにシールド機中折装置を屈曲制御する中折れ制御方式を開発。また、セグメント組立装置がシールド掘進に伴い前方に移動するため、シールド掘進速度に同調して組立装置が後方に移動し、セグメント組立位置を正確に静止状態に保持する掘進同調機構を開発。
  • ハニカムセグメント
    図-2 ハニカムセグメントの組立概念
  • ハニカムセグメント
    図-3 ハニカムセグメントの同時施行に摘要した掘進同調機能付き半自動セグメント組立装置
  • ハニカムセグメント
    写真-1 ハニカムセグメントの組立状況
  • ハニカムセグメント
    写真-2 ハニカムセグメント(1ピース)

3.技術の効果

一般的なシールド施工では、150〜200m/月の施工速度であり長距離の施工ではトンネル完成までに多くの時間を要する。ハニカムセグメントを用いた同時施工法を部分適用した2件のシールド施工から、シールド掘進が日進20m以上、月進500m程度が可能となる結果を得た。

4.技術の適用範囲等

  1. セグメント供給から組立て、およびシールドジャッキ制御まで完全自動化した全自動同時施工方式では、トンネル径6.0m以上、延長2500m以上で十分な工期短縮とコスト低減が可能。
  2. セグメント供給から組立てを人力による遠隔制御とした半自動同時施工方式ではトンネル径3.5m以上、延長1500m以上で十分な工期短縮とコスト低減が可能。
  3. 適用実績 桑名地区洞道新設工事(第3工区) 他1件
ハニカムセグメント
図-4 ハニカムセグメントを用いた同時施行の適用範囲