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進化する交通インフラ

東京の新たな大動脈を日本最大のシールドでつなぐ

進化する交通インフラ

進化する交通インフラ東京の新たな大動脈を
日本最大のシールドでつなぐ

大泉ジャンクション付近

首都圏の交通渋滞解消や地域経済発展のため、急ピッチで建設が進む「東京外かく環状道路(外環道)」。その完成に向け、注目を集めているのが大泉ジャンクションと東名ジャンクション(仮称)を結ぶ、延長16.2kmにもおよぶ大深度地下トンネルです。南行きと北行きのそれぞれ2本のトンネルのうち、シミズは、大泉ジャンクション側から南行トンネルを掘進する「本線トンネル(南行)大泉南工事」を担当しています。

首都圏3環状の早期完成を目指す

都心方向に集中する交通の分散や、東名、中央、関越など各高速道路を相互接続する役割を担い、首都圏3環状の最後の環となる、東京外かく環状道路(外環道)。その都内区間をつなぐ本トンネルの延長16.2kmのうち、当社は北側から約7kmの区間を担当し、井の頭通りとの交差点付近で南側からのトンネルと地中で接合させます。
トンネルを掘るのは、地上から深さ40m超の大深度地下※1。早期の完成を現実のものとするには、かつてない大きさのシールドトンネルを高速で施工する必要があるのです。

首都圏3環状

1 土地所有者が利用しないような深い地下空間のこと。都市機能の強化など公共的な目的での空間利用に関して新たな選択肢となっている。

出典:東京外かく環状道路工事シールドトンネル工事パンフレット
出典:東京外かく環状道路工事シールドトンネル工事パンフレット

大深度地下を掘り進める外径16.1mの巨大シールドマシン

本プロジェクトに向けて投入したのが、日本最大の大きさを誇るシールドマシンです。
その外径は、一般的なオフィスビルの4階分に相当する16.1m。当社が過去に「東京湾横断道路(アクアライン)」の工事で使用した外径14.14mを上回る超巨大サイズです。このマシンを用いて最大1日約30mの速さで施工するという、前例の無い作業が求められています。

外径16.1mの日本最大のシールドマシン
外径16.1mの日本最大のシールドマシン

ベルトコンベヤによる土砂搬送で環境負荷を低減

シールドマシンで掘削された土砂は、発進基地から約6km離れた仮置場所まで、高速道路上に配置されたベルトコンベヤで搬出。
発進基地付近の工事用車両を大幅に削減し、交通渋滞など周辺環境に与える影響を低減できる計画となっています。

設置するベルトコンベヤ
設置するベルトコンベヤ 側面と上面には防護パネルを設置

難易度の高い技術課題をクリア

本線トンネルの大部分は、大深度地下に構築されます。ところが、一部区間では土被り(どかぶり)※2が5mしかない場所も。そのため、極めて高精度な掘進管理や、周辺地盤の沈下防止など万全な対策が求められ、長距離掘進に耐え得るカッタービットの最適配置を検証しながら掘削を進めていきます。また、CIM※3や情報化施工にも積極的に取り組み、品質・安全管理体制の確保や生産性の向上に努めています。

2 地中に構築される構造物の上端から地表面までの厚さ、または地表面からの深さ。

3 Construction Information Modeling 最新のICT技術を活用して建設生産システムの計画、設計、施工、管理の各段階で情報を共有し、効率的で質の高い建設生産システムを構築することを目指す概念・理念

シールドマシンの位置・姿勢計測
シールドマシンの位置・姿勢計測:
トータルステーション3台を用いて同時計測を行い、即時にシールドマシンの位置計測を行う
クリアランス管理
クリアランス管理:
余掘りとシールドマシン外面のクリアランスをコピーカッターの軌跡により把握、シールドマシン内面とセグメントのクリアランスをテールクリアランス計で把握、各クリアランスを三次元的に視覚化し総合管理を行う

シールド掘進開始に向けて

現在は、立坑掘削ならびにシールドマシンを組み立てるための準備工事を進めています(大泉立坑工事も当社JV施工)。
立坑掘削が終わると、発進基地に巨大なクレーンやシールドマシンが進むための反力を受け持つ構造物を造ります。その後、シールドマシンを製作した工場から約200台の大型トレーラーで部品を搬入し、現地で組立て、トンネルの掘進開始となります。

シールド技術の節目は東京湾アクアライン

シミズが手がけたシールド工事の歴史を語る上で欠かせないのが、20世紀最後の国家プロジェクトとうたわれた「東京湾横断道路(アクアライン)」です。シールド外径が14.14mと超大口径、かつ1工区当りの施工距離が2.8kmで、当時としては世界最大級のシールド工事でした。
当社工区のトンネル底部は、なんと海面下約50m。高い水圧がかかる中、非常に軟弱な粘土性の地盤を掘進する難工事でしたが、「セグメント※4組み立ての完全自動化」や、「セグメント供給力の向上」を図ることで、他工区を上回る高速施工を実現。加えて、「掘進総合管理システム」や「自動測量システム」などの先端技術を導入することにより、万全な品質・安全管理体制を築き、プロジェクトを成功へと導きました。

4 トンネルの壁になるブロック。

東京湾アクアライン
施工中のトンネル全景

施工中のトンネル全景

東京湾横断道路工事で使用したシールドマシン
東京湾横断道路工事で使用したシールドマシン
セグメント組み立ての完全自動化
セグメント組み立ての完全自動化
セグメントの自動搬送
セグメントの自動搬送
海ほたる
海ほたるパーキングエリア

多くの難工事で培った技術が今に生きている

「東京湾横断道路(アクアライン)」工事を機に、シミズのシールド技術は飛躍的に向上。
高度な技術力が求められる工事の新規受注にもつながりました。2001年度にトンネル掘進工事が完成、2014年4月に供用開始した「今井川地下調節池」の建設では、最大土被りが85mに達する大深度・高水圧下での難工事を成し遂げました。近年では、近接する上下併設道路トンネルを急曲線施工で建設した「首都高速中央環状新宿線大橋トンネル」や、鉄道営業線直下の土被りが極めて浅い地中を掘進し、近接する上下線4本の鉄道トンネルを構築した「調布駅付近連続立体交差」など、多くの難工事を克服してきました。
現在施工中のシールド工事でも、「首都高速横浜環状北線馬場出入口」(本線部分は2017年3月に開業)の4つのランプの施工では、最小土被り1.30m、曲線半径50mの急曲線および縦断勾配マイナス7.6%の難工事を克服し、業界内外の評価を着実に高めています。
これらの難工事で 培った技術が、今まさに東京外かく環状道路(外環道)の大深度地下トンネルに生かされているのです。

今井川トンネル式地下調節池
今井川地下調節池
首都高速中央環状新宿線大橋トンネル
首都高速中央環状新宿線大橋トンネル
首都高速横浜環状北線馬場出入口
首都高速横浜環状北線馬場出入口
調布駅付近連続立体交差
調布駅付近連続立体交差

都市部のインフラ整備にイノベーションを

今後さらなる増加が予想される、大規模かつ過酷な条件下でのシールド工事。
その際、求められるのは、目に見えない部分を「可視化」するためのモニタリング技術です。
長距離、大深度のシールド掘進を安全かつ確実に行うためには、シールドマシンの消耗度や、
深度が深くなるにつれ硬質化する地盤の掘削状況などを常時モニタリングし、見える化する必要があります。
シミズは国内最大のシールドトンネルとなる外環道本線トンネル(南行)大泉南工事の施工を通じて、
シールド掘進のモニタリング技術を確立し、シールド施工技術の新たなステージを切り拓いていきます。

今後さらなる増加が予想される、大規模かつ過酷な条件下でのシールド工事。
その際、求められるのは、目に見えない部分を「可視化」するためのモニタリング技術です。
長距離、大深度のシールド掘進を安全かつ確実に行うためには、シールドマシンの疲労度や、深度が深くなるにつれ硬質化する地盤の掘削状況などを常時モニタリングし、見える化する必要があります。
シミズは国内最大のシールドトンネルとなる外環道本線トンネル(南行)大泉南工事の施工を通じて、シールド掘進のモニタリング技術を確立し、シールド施工技術の新たなステージを切り拓いていきます。

首都高速中央環状新宿線大橋トンネル

Column

シールド工法とは?

前面に複数の歯(カッタービット)がついたシールドマシン(円筒状の掘削機)で地中を掘り進め、その後方で、掘削壁面にあらかじめ工場生産したセグメント(ブロック)を組み立て、トンネルを構築する技術のこと。この工法を用いて構築するトンネルを、シールドトンネルと呼びます。

  • シールドで地中を掘り進める
    カッターを回転させて、シールドマシンで地中を掘り進める
  • 掘り出した土をスクリューコンベアとベルトコンベアに載せ、トンネル外に運び出す
    掘り出した土をスクリューコンベアとベルトコンベアに載せ、トンネル外に運び出す
  • あらかじめ工場で生産したセグメントを組み立ててトンネルの壁をつくる
    あらかじめ工場で生産したセグメントを組み立ててトンネルの壁をつくる