杏吧原创

杏吧原创（本社：东京都港区、社长：野村俊明）は、このたび、シールドチャンバーの“可视化”を目指した泥土圧シールド掘进実験を実施しました。

都市地下空间のトンネル建设に欠かせないシールド工法は、近年は泥水式と泥土圧式が主流ですが、切羽（掘削している地山の面）の状态を、目视で确认できません。
シールド工法による工事の约４分の３を占める泥土圧シールドでは、掘削した土砂をチャンバー（※1）で塑性流动化（泥土化）させ、さらにシールドの推进力で圧力を発生させることで、土圧や地下水圧とのバランスを适正に保つようにします。しかし、チャンバー内部の状态を直接确认できないため、掘削した土砂の塑性流动化をどのように确认するかが课题となっていました。
そこで当社は、确认方法の一つとして、土砂がチャンバーの隔壁（バルクヘッド）やカッターなどと接する力（せん断力（※2））を测定するせん断力计を新たに开発し（（図1参照）。特许出愿中）、泥土圧シールド机に装着の上（図2参照）、模擬地盤を掘進する実験を当社技术研究所（茨城県つくば市）で行いました（図3参照）。

泥土圧シールドでは、掘削地盘の土圧の大きさや土砂の性状、硬软により、カッター回転の抵抗力が异なります。具体的には、砂质土や砂砾の场合は内部摩擦角に代表される土粒子のかみ合わせ効果など、また、粘性土の场合は粘着性などが抵抗の大小を左右します。当社は、これらの抵抗の测定値が、掘削土砂の性状を判断する指标となり得ることに着目しました。そして、カッターやバルクヘッド、撹拌装置などに配置した土圧计とせん断力计により、チャンバー内で発生する圧力やせん断力を検知し、その大小や変动によりチャンバー内の土砂の性状を评価する方法を考案しました。

実际のシールド机による掘进実験では、対象土质（砂质土、粘性土）、添加材、チャンバー内での撹拌方法、カッター回転速度、掘进速度などのパラメータにより、実験を行いました。実験の结果、塑性流动化が适正な场合はせん断力の测定値やその変动が小さくなり、せん断力の大小でチャンバー内掘削土の塑性流动性の良否や土质の変化を判断できることが実証されました（図4参照）。

当社は今后、実际のシールド工事において、上记の方法によりチャンバー内を可视化し、大深度や高水圧などの厳しい条件下でも、安全かつ安定して工事を进めるための管理手法を确立してまいります。そして、塑性流动をシミュレーションする粒状体解析（※3）（図5参照）により、新たなチャンバーの最适设计、土砂を塑性流动化させる添加材の开発、さらにはカッタートルク（※4）の低减（シールドマシンの所要电力の低减）などへ応用していく予定です。