ドーナツTBM工法の導入効果
ドーナツTBM工法は,世界的に技術開発されていない新技術であり,全断面型TBMよりも機械的に
優位で,かつ,その最大の弱点である不良地山への対応も迅速・的確に実施できるという施工上の優位性
も兼ね備えている.ドーナツTBM工法が実用化されれば,国内のみならず海外にも幅広く活用することが
できるなど,山岳トンネル工法に大きな変革をもたらすものと期待される.
❐ 生産性の向上
✰ 省力化・ロボット化
➢産業用ロボットの導入等による機械化や自動化により,
坑夫などのトンネル熟練工の低減ができる.
➢標準的な地山の場合,NATM工法と比較して,工事期
間中の作業員を5割程度低減できると見込まれる.
➢カッタヘッドの内部空間からビット交換が容易にでき,前
面にも開口部から直ぐに出ることができる.
➢機材搬出入は,レール式を基本とすることで施工用の離
合場所を削減できる.
✰ 不良地山対策の簡単化
➢ドーナツTBM工法は,中心の開口部から事前に切羽情報が直接目視観察できることから,遅滞のな
い対策が実施できる.
➢対策についても開口部から,探査・水抜きボーリング,地盤改良などが容易に実施できる.
➢不良地山時は,一次支保工に現場PCによるRCライナ方式を採用する.掘進反力を地山でなくRCラ
イナにとることでほとんどの地山において掘進可能になり,補助工法を大場に小さくできる.
✰ 高速施工
➢連続的に地山の掘削を行うことができるため、標準的な地山においては、月進 500m以上の掘進速度
が可能で、NATM 工法に比べて約5倍の速度となる。
➢不良地山においても、中心開口部からの地盤改良が容易であるため、マシンを止めることなく掘進でき
ることから、100m程度の平均月進を確保できる。
❐ 開発の背景
我が国の山岳トンネルの施工方法は,1980 年代より
NATM 工法が導入され,現在では標準工法となってい
る.一方,TBM工法はそれより古く 1960 年代末頃より高
速施工技術として導入された.しかしながら,表-1 に示す
ように施工件数は 160 件と少なく,さらに大部分が小口径
断面のものである.
日本の地質は複雑であり,不良地山が断続的に出現
することが多く,たびたび掘進困難となり,高速施工の利
点が活かすことができないことが普及を妨げている理由で
ある.
平成23年度より(一財)先端建設技術センターは、
我が国の複雑な地質に対応するため、全断面型TB
Mの中心部に開口を設けた改良型のドーナツTBM工
法の施工検討会を組織し共同研究開発を進めてきて
いる(表-2).
平成27年度には,国土交通省の建設技術研究
開発助成を受けて,2ヶ年計画で産学官の推進体
制のもと「ドーナツ型TBMを活用とした新た
な山岳トンネル工法の開発」をテーマにその実
用化に向けて,掘削実験およびトンネ
ル全体の施工システムとしての機能な
どの検証が行われている(表-3).
ドーナツ型のTBMは,世界的にも
例がなく,特許は,海外を含めて8ヵ
国に出願しており,日本,米国,中
国,インドネシアで取得している(出
願中:ドイツ,ベトナム,インド,ブ
ラジル).
新しい山岳トンネル施工法
ドーナツTBM工法の概要
表-3 産学官テーマ推進委員会
表-1 TBM国内施工実績
表-2 DTBM工法施工検討会
職 名 分 類
委員長 学
委 員 学
委 員 学
委 員 官
委 員 官
委 員 産
委 員 産
安井 成豊
小山 幸則
所 属
東京都立大学名誉教授
新田 恭士 国土交通省総合政策局公共事業企画調整課 企画専門官
足立 紀尚
真下 英人
(一財)先端建設技術センター 常任参与兼企画部長
吉田 延雄
京都大学名誉教授
国土交通省国土技術政策総合研究所 道路構造物研究部長
氏 名
今田 徹
(一社)日本建設機械施工協会 施工技術総合研究所 研究第一部部長
元京都大学大学院教授
TBM:径別 施工箇所数 適 用
2.0~4.9m 128
5.0~6.9m 28
7.0m~ 4
計 160
TBM国内施工実績集計(1964~2010年)
φ7m以上発電所導水路 3 箇所
高速道路 1 箇所(飛騨T)
座長 小山幸則 元京都大学大学院教授
委員 ㈱大林組
委員 鹿島建設㈱
委員 株木建設㈱
委員 ㈱熊谷組
委員 清水建設㈱
委員 大成建設㈱
事務局 (一財)先端建設技術センター
一般財団法人 先端建設技術センター
ドーナツTBM工法施工検討会 〒112-0012 東京都文京区大塚2-15-6
TEL 03-3942-3993 URL http://www.actec.or.jp/
計 1人/方
DTBM運転管理 データ制御管理
0.1m3バックホウ運転 1人
機械設備保守 2人計 5人/方
2人/方
昼夜 15人×2方=30人 30人
坑外作業
坑外積込・雑作業
整備鍛冶工 2人/方
RCライナ補助
RCライナ運搬
レール入替・切羽雑作業 2人/方
一次支保工
一次支保工RCライナロボット
据付け運転3人/方
DTBM掘削
中央運転・制御室
2人
φ6mRCライナ方式作業員編制
全般
世話役
トンネル世話役 1人
トンネル延長 5kmに対する作業員数
ドーナツTBM : 15 人/方×2 方×22 日×15 ヵ月=9,900 人
NATM : 10 人/方×2 方×22 日×52 ヵ月=22,880 人
φ15m
図-1 不良地山対策工(コアボーリング、
水抜き孔、地盤改良孔) 図-2 DTBMを利用したNATM施工
ド ー ナ ツ T B M 工 法 施工システム(RCライナ方式)
表-4 全断面型に対するドーナツ型の掘削時間効率
総押付力(kN) 掘削時間(分)全断面型1.0に
対する開口率掘削時間効率(%)
ドーナツ型φ150
67.6 18.5 0.98(2%) 0.63(37%)
ドーナツ型φ498
66.2 16.4 0.75(25%) 0.56(44%)
全断面型④ 68.6 29.2 1.00
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
9.0
10.0
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
0 300 600 900 1200 1500 1800 2100
掘削時間(分)
掘削距離(cm)
105 15 20 25 300
10.0
9.0
8.0
7.0
6.0
5.0
4.0
3.0
2.0
1.0
0.0 35
ドーナツ型と全断面型の掘削時間の比較
29.2分18.5分16.5分
( 総押付力(70kN)同一の場合 )
ドーナツ型
φ498
ドーナツ型
φ150
全断面型④
ドーナツ型掘削完了 全断面型掘削完了 図-3 ドーナツ型と全断面型の掘削時間
全地質対応型TBM