推進工法（すいしんこうほう、Pipe jacking、pipe ramming）とは、管路等を構築する非開削工法の一種である。セミシールドという呼称が使用されることもある。
主に下水道管路の建設に用いられているが、現在ではアンダーパスや地下鉄道駅、道路トンネルの分岐合流部の構築、山岳工法の補助工法等にも使用されている。なお、本稿では関係性の強い一部のけん引工法についても扱う。 サムネイル|250x250ピクセル|推進工法垂直図
概要 推進用管の先頭に掘進を行う刃口や掘進機を取り付け、元押しジャッキ(またはハンマ等)の力により前方へ押し出して管路を敷設する工法である。非開削工法の一種。
工法概要 サムネイル|発進立坑と元押ユニットの例 類似するシールド工法では構築した管列は移動せず、掘進機構を前進させるための反力をこの抵抗により確保しているのに対し、推進工法では管列全体が移動し、反力は発進立坑内に構築した反力壁によって確保する。このため、推推進工法で施工すると摩擦力の影響が大きくなる、大口径、長距離推進工法における国内最長距離施工は1447.6m。などの掘進には、一般にシールド工法が有利となり、一方、シールド工法ではセグメントの組み立てが困難な径の小さい管路や、管周面摩擦力が小さく抑えられる比較的短距離の管路構築では、推進工法の利点が大きくなる。長距離推進等、必要推進力が大きくなる場合には中押し管を使用し、推進工法用管が移動する区間を分割する。
推進工法用管の規格 推進用管は、日本下水道協会規格(JSWAS)により標準規格が定められており、下水道推進工法用鉄筋コンクリート管がJSWAS A-2に、下水道小口径管推進工法用鉄筋コンクリート管がJSWAS A-2に、下水道推進工法用ガラス繊維鉄筋コンクリート管がJSWAS A-8に、下水道推進工法用ダクタイル鋳鉄管がJSWAS G-2に、下水道推進工法用レジンコンクリート管がJSWAS K-12に、下水道推進工法用陶管がJSWAS R-3に、それぞれ定められている。最も主要な鉄筋コンクリート管の管径を以下に示す。なお、規格の範囲外の形状、寸法等のものについても、管材料メーカーより発売されている。 + 下水道推進工法用鉄筋コンクリート管 呼び径 800 900 1000 1100 1200 1350 1500 1650 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 内径(mm) 800 900 1000 1100 1200 1350 1500 1650 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 + 下水道小口径管推進工法用鉄筋コンクリート管 呼び径 200 250 300 350 400 450 500 600 700 内径(mm) 200 250 300 350 400 450 500 600 700 なお、一般にトンネルの定義として仕上がり断面積2m^2以上というものが用いられており、呼び径800以上はこれに該当する。
分類方法の例 推進工法では、以下のような色々の要素により分類が行われる。
管径による分類 サムネイル|252x252ピクセル|推進中の管内 厚生労働省労働基準局長通達により作業員による管内作業を行わないよう努めることとなっている、呼び径800㎜未満の推進用管を用いるものを小口径管推進工法、道路交通法の規制により、一体での運搬が困難な呼び径3000㎜を超える推進管を用いるものを超大口径管推進工法として区別し、この中間にあたる範囲(呼び径800㎜～3000㎜)を大・中口径推進工法と呼称する。なお、呼び径とは一般に推進用管の内径の事を指す。
使用する管の種類による分類 鋼製管にて掘進後、内部に本管を敷設する方式を鋼製さや管推進工法として区別する。
ボックスカルバート等を使用する場合は、矩形推進工法として区別される。
小口径管推進工法には、使用する管の種類により、前面抵抗及び管外周面摩擦抵抗を推進用管に負担させる高耐荷力管推進工法と、前面抵抗は推進力伝達ロッドにて負担し、管外周面摩擦抵抗のみを推進用管に負担させる低耐荷力管推進工法の2種がある。このうち、低耐荷力管推進工法では、主に塩化ビニル管が使用される。
掘削工法による分類
大・中口径管推進工法および超大口径管推進工法における分類 掘削方法により、切羽の地山が露出した開放型推進工法(刃口式推進工法)と、機械化により切羽を密閉した密閉式推進工法に区分される。
開放型推進工法は、推進用管の先端に掘削を行うための金属製先導体(刃口)を取り付け、主に人力での掘削を行う方式である。切羽の地山が自立することが不可欠なため、自立性に欠ける地山では補助工法を必要とする。刃口を使用することから、刃口式推進工法とも呼ばれる。
密閉式推進工法は、地山の保持機構や掘削土砂の運搬方法により、以下のように分類されている。
泥水式 密閉式推進工法のうち最も早く日本へ導入された方式で、泥水式シールド工法の技術を応用したものである。1960年代に実用化された。現在でも泥濃式と並んで多く採用されている方式である。
地山の圧力(切羽土圧及び地下水圧)へは、泥水圧により対抗する。掘削土砂は泥水との混合により液性状態として取り込んで、泥水の循環により坑外へ流体輸送がなされる。運び出された泥水は分離処理が行われ、掘削土砂の回収が行われる。一方、土砂を分離した泥水は性状を調整した上で再び切羽へと送られる。泥水式ではこのような循環サイクルとなっており、泥水の流量を調整することで取り込み土量を制御している。
泥水式推進工法の利点として、掘削土砂が密閉された状態で搬出されるため、ガスの発生しやすい地域での工事や、高水圧下での掘進に適する点がある。また、分離処理を行うため、泥濃式や泥土圧式と比べて産業廃棄物の発生量も比較的少ない。一方で、発進立坑付近に必要な機材類の必要用地が大きい事や、装置の騒音が大きくなりやすいなどの欠点がある。また、液性の泥水により圧力保持を行うため、透水性の高い地盤を苦手とするほか、排土の輸送と切羽の安定を図るシステムが一体化しているため、排泥管の閉塞に注意する必要がある。
土圧式(泥土圧式)
密閉式推進工法としては泥水式に次いで、1970年代に実用化された方式である。
土圧式推進工法では掘削土砂そのものを利用し、土圧として地山の圧力に抵抗する。そのため、掘削地山に粘土等の細粒分が含まれている必要がある。土圧式推進工法に場所打ち杭の工法から概念を取り入れ、掘削土砂に添加剤を混合し、塑性流動性と止水性を与えるようにした方式が泥土圧式推進工法である。
掘削土砂はスクリュコンベアにて掘進機内に取り込まれ、地上へはトロバケットや圧送ポンプ、真空ポンプ等を利用して運搬する。取り込み土量はスクリュの回転数により調整する。
土圧式、泥土圧式推進工法は、地上設備の専有面積が比較的小さく済む利点がある。また、泥濃式と比べて切羽での材料分離が発生しずらいため、泥水式と並んで大口径での施工に用いられるほか、低土被りでの施工にも適する。一方で、掘進機内にスクリュコンベヤがあることから、急曲線施工はあまり得意としていない。
後述する泥濃式の普及により、現在では主に管径の大きい場合で使用されている。
泥濃式
1980年代に実用化された、最も後発の方式である。泥水式や土圧式と異なり、推進工法独自の方式であるため、シールド工法には用いられない。現在の推進工法では最も一般的な方式である。
掘削土砂と、注入口より吐出した高濃度泥水を攪拌混合し、この泥土圧にて地山圧力に対抗する。なお、後述の通り間欠排土を行うため、保持圧力の変動が比較的大きい。
切羽の性状は、泥土圧式が比較的塑性限界に近い塑性体、泥水式が液性限界を超えた液性体でコントロールしているのに対し、泥濃式ではその中間性状の範囲に幅広く設定されている。
掘削土砂は、掘進機前面と大気(掘進機内の圧力)の差圧によって機内へ取り込まれ、地上に設置した真空ポンプで吸引して搬出される。取り込み土量の調整はゴムバルブの開閉にて行うため、泥水式、土圧式と異なり間欠排土となる。
地上設備の専有面積が比較的小さく、加えて設備をトラックに搭載する車上プラント方式が適用可能であるため、省スペースでの施工に利点を持つ。また、比較的推進力が小さく、長距離推進や急曲線推進を得意とする。一方で、ゴムバルブを開いた際に切羽と坑内が連通状態となるため、高水圧下での掘進には向いていない。間欠排土のため、オペレータの技量による影響が大きいなどの特徴も持つ。
小口径管推進工法における分類 小口径管推進工法は高耐荷力管推進工法と低耐荷力管推進工法に分けられ、それぞれ以下に示す方式がある。また、一工程で推進用管を推進する一工程方式と、誘導管にて管列を構築後、これを案内として推進用管を推進する二工程方式とがある。
高耐荷力管推進工法における分類
圧入式(二工程方式) 圧入式は、先導体及び誘導管を圧入後、これを案内として拡大カッタヘッドおよび推進用管を推進する方式。二工程目の推進時は、誘導管内のスクリュコンベヤにより、到達立坑側へ排土を行う。
オーガ式(一工程方式) オーガ式は、先導体にオーガカッタヘッドおよびスクリュを装備し、回転による掘削を行いながら推進用管を推進する方式。排土は、スクリュコンベヤにより搬出される。
泥水式(一工程方式・二工程方式) 一工程方式は、大・中口径管推進工法における泥水式と同じく、掘削機構を持つ先導体の後方に推進用管を接続し、推進する方式。二工程方式は、泥水式の先導体及び推進用管と同一外径の誘導管を推進し、その後誘導管を押し出して推進用管に置き換える方式である。
泥土圧式(一工程方式) 大・中口径推進工法と同様であるが、掘削土砂の搬出方法はスクリュコンベア、圧送ポンプ、真空ポンプのいずれかを利用する。また、取り込み土量の調整には、ゴムバルブを併用する。
低耐荷力管推進工法における分類
圧入式(二工程方式) 圧入式は、先導体及び誘導管を圧入後、これを案内として拡大カッタヘッドおよび推進用管を推進する方式。二工程目の排土方式には、スクリュコンベヤを使用するものと、泥水排土を行うものがある。また、ダミー管を使用し、三工程で実施する場合がある。
オーガ式(一工程方式) オーガ式は、先導体にオーガカッタヘッドおよびスクリュを装備し、回転による掘削を行いながら推進用管を推進する方式。排土は、スクリュコンベヤにより搬出される。
泥水式(一工程方式) 大・中口径管推進工法における泥水式と同じく、掘削機構を持つ先導体の後方に推進用管を接続し、推進する方式。
泥土圧式(一工程方式) 大・中口径推進工法と同様であるが、掘削土砂の搬出方法にスクリュコンベアを用いる。
鋼製さや管推進工法における分類
圧入式 鋼管を、空気衝撃ハンマにて圧入する方式。
オーガ式 鋼管列の最前部に先導シューを溶接し、その内部でオーガビットを備えたスクリュを回転させることにより掘進を行う方式。
泥水式 鋼管列の先頭に泥水式の先導体を取り付け、推進を行う方式。
ボーリング式(一重ケーシング方式・二重ケーシング方式) 一重ケーシング方式は、鋼管の先端部に切削ビットを取り付け、鋼管を回転させながら掘進を行う方式。二重ケーシング方式は、非回転の鋼管内に切削ビットを取り付けたスクリュ付きケーシングを挿入、回転させて掘進を行う方式。
矩形推進工法における分類 機械掘削を行う場合には、矩形推進と矩形シールドの両方に対応可能な工法も存在する。 刃口式 大・中口径推進工法に同じ。
泥土圧式 大・中口径推進工法に同じ。掘進機のカッタには、主に回転運動によるものと、揺動運動によるものとがある。
泥濃式 大・中口径推進工法に同じ。
函体推進・けん引工法 アンダーパスなどの構築に用いられる。当初は工事桁等で上載荷重を仮受後、函体をけん引して設置するもので、後にパイプルーフが併用されるようになった。
現在では小型の矩形鋼管を外周部に圧入後、内部の地山ごと押し出し、本設構造物と置換する工法が普及しており、元押しジャッキによる方式(推進工法)とフロンテジャッキによる方式(けん引工法)がある。掘削方式には掘進機によるものと刃口によるものとがあり、両者を混用するケースも存在する。
改築推進工法における分類 既設管路を破壊しつつ、新たな管を敷設する工法。以下のように分類される。
静的破砕推進工法 既存管を油圧ジャッキにより内部から破砕する方式。元押しジャッキによる元押し式と、到達立坑から牽引する(牽引工法)牽引式があり、牽引式はロッド牽引方式と、チェーン牽引方式に分けられる。破砕殻は、周囲に残置される。
衝撃破砕推進工法 圧縮空気等を動力源とする掘進装置により既設管に衝撃を与え、破砕しながら新管を敷設する方式。破砕殻を残置するもの(空力式)と管内に取り込むもの(打撃式)がある。
切削破砕推進工法 掘進機を使用し、既設管や地山を回転切削しながら新管を敷設する方式。セメントミルク等で充填したのち、既設管の全部または一部を切削、破砕しながら新管を敷設する既設管充填方式と、既設管をガイドとして掘進する既設管ガイド式がある。
既設管充填方式には泥土圧式と泥水式があり、泥土圧式には排土方式により、スクリュ排土方式、圧送排土方式、吸引排土方式がある。既設管ガイド式にはオーガ方式と、鋼管を用いたオーガ鋼管方式とがある。
引抜推進工法 既設管よりも径の大きな鋼管またはケーシングを推進し、既設管を飲み込むようにして引き抜き、または切削して除去する方式。先端に切削ビットを取り付けた鋼管を回転させて既設管を取り込みながら推進し、完了後は既設管を除去して本管を挿入の上、鋼管との間をモルタル充填する一重ケーシング方式と、鋼管内に切削ビットを取り付けたスクリュ付きケーシングを挿入、回転して掘進を行うようにした二重ケーシング方式、径の大きなケーシングを利用して、既設管を取り込み除去後、本管を設置して鋼管を引き抜きながら充填を行う大口径ケーシング式がある。
その他(特殊推進工法)
取付管推進工法、直接発進・到達工法 既設の管路やマンホール等に接続する工法。既存構造物への到達においては、分割回収型ないしリターン回収型の掘進機を使用する。地表への直接到達が可能な工法も存在する。
鋼管パイプルーフ工法 山岳工法等の補助工法として、鋼管推進が用いられる場合がある。分割回収型ないしリターン回収型の掘進機を使用する。
エレメント推進・けん引工法 鋼管を本設構造物として利用する工法。主に矩形の鋼製エレメントを推進またはけん引工法にて多数組み合わせることにより、トンネルやアンダーパス等を構築する。掘進機の構造には種々のものがある。
シールド切替型推進工法 推進工法にて発進し、その後シールド工法に切り替える工法。
補助工法 地中を掘進する推進工法では、地山の条件により施工難易度が大きく左右される。また、安全な発進、到達のため、地山の自立性が確保できない場合には発進、到達部の改良が必要となる。軟弱地盤等の場合には近接構造物の防護が必要となることから、補助工法が用いられる。
主な補助工法
地盤改良工法 主な工法として、薬液注入工法、高圧噴射攪拌工法、機械攪拌工法がある。
薬液注入工法 凝固する性質を持つ薬液を地盤に注入し、止水性や強度の増大を図る工法。主な工法として二重管ストレーナ工法、二重管ダブルパッカ工法がある。使用する薬剤は、強度に優れる懸濁型と、浸透性に優れる溶液型に大分され、主に砂層には溶液型を、粘性土層には懸濁型が用いられる。
高圧噴射攪拌工法 高圧の流体によって地盤を切削破壊し、硬化剤と土を攪拌混合して地盤を改良する工法。主な方式として単管方式、二重管方式、三重管方式、多孔管方式がある。
機械攪拌工法 機械的な方法により地盤の土とセメント等の改良剤を攪拌混合して地盤を改良する。改良材の供給様式により、粉体を供給する粉体系と、液体を供給するスラリー系に分けられる。
地下水位低下工法 地下水をくみ上げ、周囲の地下水位を低下させる工法。集水の方式により、重力排水工法と強制排水工法とに分けられる。
重力排水工法 井戸鋼管内に流入した水をポンプにてくみ上げ、周囲の地下水位を低下させる工法。主なものとして釜場排水工法と、ディープウェル工法とがある。
強制排水工法 真空ポンプにより井戸鋼管の減圧を行い、強制的に周囲の水を集めて排水する工法。主なものとしてバキュームディープウェル工法、ウェルポイント工法、スーパーウェルポイント工法がある。
圧気工法 坑内に圧縮空気を送入して気圧を上げ、地下水圧に対抗する工法。周辺環境への影響や安全性の観点から、推進工法で使用されることはほとんどない。ただし、機内ビット交換を行う工法においては、稀に行われる場合がある。
凍結工法 地盤を冷却し地中の水を凍結させることにより、十分な遮水性と強度を持つ凍土壁を構築する工法。
主な工事対象箇所
立坑部
土留め不連続部：土留め壁等を施工できない部分がある場合など 支圧壁背面部：元押しジャッキに反力を与える支圧壁の背面部 土留め背面部：土留め壁等の背面 底盤部：立坑の底盤
路線部
発進、到達部：発進、到達坑口の周囲 鉄道、道路横断部：鉄道や道路下を推進する場合 河川横断部：河川下を推進する場合 建造物近接部：建造物に近接する場合 埋設物近接部：埋設物に近接する場合 路面下部、曲線施工部：路面下等を推進する場合や、曲線施工時に掘進する範囲。 その他：巨石破砕、掘進機点検保守、精度維持、ビット交換等の目的のため。
脚注
参考文献 日本推進技術協会 推進工法用設計積算要領 泥水式推進工法編 日本推進技術協会 推進工法用設計積算要領 土圧式推進工法編 日本推進技術協会 推進工法用設計積算要領 泥濃式推進工法編 日本推進技術協会 推進工法用設計積算要領 鋼製さや管推進工法編
関連項目 シールド工法 TBM工法
外部リンク 工法ナビ