掘進しながら空洞の有無を連続測定できる装置を開発、大成建設：新工法

大成建設は、シールドマシンを掘進しながら地山の空洞状況を非接触で連続測定する「超音波式地山探査装置」を開発した。超音波式地山探査装置は適用することで、空洞の有無を確かめながら施工でき、空洞が検知された場合には充填材を即時注入し、掘削による地山変形を防げる。

[BUILT]

　大成建設は、シールドマシンを掘進しながら地山の空洞状況を非接触で連続測定する「超音波式地山探査装置」を開発したことを2022年3月22日に発表した。

電磁波レーダーの約2分の1のコストで実装

　都市部の地下にトンネルを建設する際に用いるシールド工法では、十分な安全性を確保するため、より高度な施工管理が要求される。そのため、施工時に複数のモニタリング情報を取得して総合的に評価するような仕組みを構築することが、工事関係者が施工状況や安全性を把握することにつながるだけでなく、工事区域周辺の作業員に安心感を与える上で重要となっている。

　そこで、大成建設は、掘削土量をリアルタイムに測れるモニタリング装置※1とは別に、非破壊検査や医療分野で活用されている超音波センサーを利用して、シールドマシン外殻から地山までの距離を連続測定し、マシン上方における空洞の有無をリアルタイムに把握する超音波式地山探査装置を開発した。

※1 掘削土量をリアルタイムに測れるモニタリング装置：ベルコンスキャナー、ドーリースキャナーなどのリアルタイム土量計測システムを示す

「超音波式地山探査装置」　出典：大成建設プレスリリース

地山探査装置による空洞確認時の施工手順　出典：大成建設プレスリリース

　超音波式地山探査装置は、シールドマシン外殻から空洞を探査する従来の貫入式探査装置のようにシリンダーを突出せずに、非接触で計測可能なことから、シールドマシンを停止させることなく掘進しながら連続して測れる。

従来技術の貫入型地山探査装置（左）と電磁波レーダー（右）　出典：大成建設プレスリリース

　さらに、非接触型の探査装置として、利用されている電磁波レーダーは、高価で大型なため、全てのシールドマシンに実装することは困難だったが、今回の装置はコンパクトで、電磁波レーダーの約2分の1のコストで実装に応じる。加えて、超音波センサーが故障した場合には、シールドマシン外殻にある測定孔を独自のスライド機構により閉塞することに対応するため、地山からの土砂流入を防止しながら、効率よく安全に交換できる｡

超音波センサーの交換手順　出典：大成建設プレスリリース

　また、大成建設では、超音波式地山探査装置のシールドマシンへの実装にあたり、室内実験により適用範囲および測定精度をチェックするとともに、実工事のシールドマシンに設置して性能を検証し、有効性を確認した。

　今後は、超音波式地山探査装置を積極的にシールド工事に導入し、掘進中に地山空洞の有無を総合的に判断して対処するとともに、他のモニタリング装置と併用することで、掘削土量による施工状況の把握を含めて地山変形防止に向けた管理技術として運用していく。