超音波ソナーでシールド切羽を可視化 音速解析で土質をリアルタイム判定：製品動向

鉄建建設は、超音波ソナーを活用し、シールドマシンのチャンバー内で取得した音速データを解析することで、土質と性状をリアルタイム判定する切羽可視化技術を開発した。

[BUILT]

　鉄建建設は2026年2月26日、超音波ソナーでシールドマシンのチャンバー内で取得した泥土の音速データを解析し、土質と性状をリアルタイムに判定する新たな「シールドマシン切羽切羽可視化システム」を開発したと発表した。

超音波ソナー取付け状況　出典：鉄建建設プレスリリース

計測概要（模式図）（左）、超音波ソナー取付け位置（右）　 出典：鉄建建設プレスリリース

　2020年に発生したシールドトンネル工事で発生した地表面に影響を及ぼした事象を受け、国土交通省は、「シールドトンネル工事の安全・安心な施工に関するガイドライン」を策定。施工管理の高度化と切羽の安定性確認の徹底が求められている。

　一方、チャンバー内の掘削土砂は隔壁によって目視できず、シールドマシンの作動状況やスクリューコンベヤーの排土状況などから判断するなど、技術者の経験に大きく依存していた。

　鉄建建設は2024年度に、超音波ソナーを用いて塑性流動性を定量評価するシステムを開発／実用化した。今回の開発は、その機能を高度化し、より有効な情報取得を可能にすることを目的に実施した。

　新システムでは、シールドマシン隔壁に設置した超音波ソナーからチャンバー内部に超音波を照射し、カッタースポーク（面板）に反射して戻る反射波の到達時間を計測することで、チャンバー内の泥土性状を音速として数値化する。音速データを掘進中に自動で連続計測することで、切羽状態をリアルタイムに把握できる。

　開発では、粒度や添加材配合量が既知の複数種類の試料を用い、チャンバーを模擬した環境で繰り返し音速を計測した。その結果、粗粒土（砂／礫）と細粒土（シルト）で音速が明確に異なることや添加材投入量の増加に伴い音速が低下することなど、土質特性と音速との相関を確認。取得したデータを専用プログラムで自動解析することで、掘進中の土質区分や添加材投入量の変化をリアルタイム判定できるようにした。

インジケーター表示状況（中央制御室）　出典：鉄建建設プレスリリース

計測／解析結果表示状況　出典：鉄建建設プレスリリース

試験用土質材料の粒度分布（左）、音速解析による土質／性状判定結果（右）　出典：鉄建建設プレスリリース

　シールドトンネル工事は近年、長距離化が進み、地質変化への迅速な対応の重要性が高まっている。鉄建建設は今後、地質変化が大きいと想定される路線への新システム導入を進め、変動する土質／性状の変化にリアルタイムで対応することで、シールド工事の安全性向上に貢献する。

　また、開発済みのシールド周辺地山のリアルタイム監視システムなどと連携させ、工事全体の生産性と安全性の向上を図る。音速以外の計測データにも着目し、チャンバー内可視化のさらなる精度向上を目指す。