シールドマシン

シールドマシンの概要

シールドマシン（Shield Machine）は、地中に横に掘削するための専用機器で、特にトンネル工事において欠かせない存在です。道路や鉄道、上下水道など、多岐にわたる用途で利用されます。日本では主にシールド工法として知られていますが、海外ではトンネルボーリングマシン（TBM）の一種とされています。

施工方法

シールドマシンの基本的な働きは、地中の土壌を削りながら同時にトンネルの壁を構築することです。この機械は、円筒形をしており、な建設するトンネルの種類や場面に応じてカスタム製造されます。設置後は多くの場合、工事が終わるとそのまま脇に埋め込まれたり、解体されたりしますが、中には記念として展示されたり、再利用されるケースもあります。

マシンの先端にはカッターヘッドと呼ばれる回転する面板が設けられ、ここには細かい刃（カッタービット）が配置されています。この刃を用いることで、シールドマシンは1日に約10メートルの掘削を行うことができ、騒音を抑えた状態で24時間稼働することも可能です。これは、カッタービットが非常に硬い素材で作られており、高速で回転することなどが要因です。また、外殻部分は土圧や水圧に耐える構造になっており、トンネルの安定性を確保します。

シールドマシンの主な種類

シールドマシンは、いくつかのタイプに分かれています。以下でその主要な種類を紹介します。

開放型シールド

初期のジャケットトンネルに利用された開放型シールドは、破壊防止のために圧気工法が必要でしたが、今日では密閉型シールドの進展により採用数は減少しています。

手掘り式シールド

かつては作業員が手で掘削する手掘り式が使われており、生産性は低かったものの、思い出のある工法でした。初の有名な事例としては、1917年の羽越本線トンネルがあります。

半機械掘り式シールド

半機械掘り式では、一部自動化が進められ、切羽に機械掘削機が組み込まれています。この方法は、1960年代後半から利用され始めました。

機械掘り式シールド

機械掘りが完全に自動化されたのが大阪市水道局のプロジェクトで採用され、現在では多くの都市鉄道工事に欠かせない存在となっています。

ブラインドシールド

この方法は軟弱地盤に適用され、前面を密閉して地質状況に応じた開口部で土砂を取り込む手法です。

密閉型シールド

今日主流の密閉型シールドは、1960年代から採用されており、切羽の直後に隔壁を設けることで作業環境の安全性が向上しています。これには泥水式と土圧式があります。

自動化の進展

最近では、シールドマシンの運営を自動化する技術も進行しています。例えば、大林組の「OGENTS/DRIVE」や、清水建設の「シミズ・シールドAI」などが開発され、機械の効率化と安全性がより高まっています。

日本におけるシールドマシンの歴史

日本においては、シールド施工の採用は1917年から始まり、各国の技術が取り入れられ時代と共に発展しています。様々な地盤や地質条件に対して柔軟に対応できる技術革新は、今後のインフラ整備にも重要な影響を及ぼすでしょう。異なる条件下でのシールド工法の変遷や、各地の案件における技術、数々のメーカーが手掛けてきたシールドマシンの数々、これら全てが今後も進化し続けることが期待されます。

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