VI-070 超長距離・高速掘進シールドにおけるビット摩耗特性について関西電力（株）中央送変電建設事務所　田中一雄，正会員大道武治，正会員○深海仁司鹿島・三井・青木・清水・戸田共同企業体　正会員山本享，正会員坪内範和大成・佐藤・間・大豊・フジタ共同企業体　正会員脇田雅之，小倉嵩敬１．はじめに関西電力（株）では大阪市内の電力需要増加対策として、５０万ボルト地中送電線用洞道の建設を進めている。その内、ＪＲ新大阪駅近傍の三国立坑と大阪北部に位置する万国博記念公園内の万博立坑を結ぶ区間（約 11.5km）において、第２工区が５．０㎞、第３工区が６．５㎞の超長距離を泥水加圧式シールドにより高速で掘進し、地中接合させた。超長距離掘進における重要な課題はカッタビットの耐久性確保であり、今回の工事では高硬度超硬チップ（E3 材相当）を採用している。本報では、そのカッタビットの摩耗特性について中間報告する。２．工事概要とビット概要工事概要を表－１、シールドルート土質縦断図を図－１、ビット概要を表－２に示す。表－１　工事概要表－２　ビット概要（第２工区）項　目個　数備　考メインビット(E3材相当） 98 高さ65mm、幅100mm ゲージカッタ（E3材相当) 12 最外周部のカッタビット予備ビット（E3材相当） 36 高さ65mm、幅100mm 先行ビット（E5材相当） 141 高さ90mm、幅80mm 許容摩耗量 15mm 学園豊崎間管路新設工事第２工区第３工区 φ5,750 φ5,750 5,000 5,000 5,037 6,457 Ｒ＝６０Ｒ＝６０下り4.9、上り3.538 下り4.622、上り1.315 ５０ｍ４５ｍ工事名シールド外径(mm) 仕上がり内径（mm）シールド延長（ｍ）最小曲率半径（ｍ）最大縦断勾配（％）最大土被り（ｍ）シールド通過土層沖積砂質土・粘性土洪積砂質土・粘性土・砂礫洪積砂質土・粘性土最大地下水圧（MPa）発進時期到達時期 0.5 Ｈ１０．８Ｈ１２．９局所的に滞水（不飽和）Ｈ１０．４Ｈ１２．９（第３工区）項　目メインビット(E3材相当）トリムビット（E3材相当) 予備ビット（E3材相当）先行ビット（E3材相当）許容摩耗量地中接合点標　高 O.P (ｍ) + 60.0 線部新幹接合山陽工区１ + 20.0 ３工区２工区立坑構想分岐道 T洞道路国大橋架橋立坑 NT 地下東三八条坂高分岐十榎江坂道路 Dc-17 高速名神 Ds-16 Dg-1 - 60.0 Dc-20 (Fc-D2) Dc-2(Ma-11) Dc-3(Ma-11) Ds-3 Dg-2 第１工区 Dc-6 (Ma-9) Dc-8 (Ma-7) 舎) 駅千里 (南里線千阪急 Dc-16 (Fc-A) 万博立坑ルレーモノ坑阪大橋岐立津雲丘分里線千里急千阪第4工区 Dc-15 (Ma-0) Ds-20 Ds-17 Ds-21 Dc-22 (Fc-F) Dc-10 (Ma-5) Ds-9 Dc-11 (Ma-4) ) Dc-18 (Fc-C) Ds-18 As-1 Ac-1 - 20.0 備　考高さ100mm、幅150mm 最外周部のカッタビット高さ100mm、幅150mm 高さ120mm 30mm Ds-15 Ds-19 + 0.0 - 40.0 舎駅坑橋山台岐立橋橋高架高架台分行(桃架谷山急高新田桃阪砂小春日下北大三国立坑 + 40.0 個　数 52 12 42 81 Dc-20 (Fc-D2) Dc-19 (Fc-D1) Dc-17 (Fc-B) Dc-16 (Fc-A) Ds-16 推定地下水位線 Dc-15 (Ma-0) 第３工区（6.5km）第２工区（5.0km） 11.5km ３．ビットの摩耗 (1)ビット摩耗量の予測（計画時）凡例　Ac：沖積粘性土、As：沖積砂質土、Dc：洪積粘性土、Ds：洪積砂質土、Dg：洪積砂礫土図－１　シールドルート土質縦断図摩耗量の予測については、シールド通過地盤を過酷比率法により区分し、土質毎の E3 材摩耗係数（過去の施工実績から求めた E5 材摩耗係数に耐摩耗比を乗じた係数）に計画摺動距離を乗じて算出している。ここで摺動距離とは、面板の回転によりビットが周回した距離をいう。今回採用した摩耗予測式を次式に示す。予測摩耗量＝Σ（土質毎の E3 材摩耗係数×各土質の摺動距離）上記式によりビット最外周部の摩耗量を予測すると、第２工区では 4000m 手前で許容摩耗量 15mm に達し、第３工区では 6000m 付近で許容摩耗量 30mm に達するため、両工区とも中～外周部にビット交換システム（予備ビット）を装備した。また、ビット交換システムの使用時期を判断するため、第２工区では超音波式検知ビット２個、キーワード：泥水加圧式シールド、超長距離、洪積地盤、ビット摩耗連絡先（530-6691　大阪市北区中之島６丁目２番２７号　TEL　06-6446-9786　FAX　06-6446-9888） -140- 土木学会第56回年次学術講演会（平成13年10月） VI-070 光ファイバー式検知ビット２組、第３工区では超音波式検知ビット４個、油圧式検知ビット３組を装備し、掘進途中おける摩耗量を把握した。（第２工区）超音波検知SB-0（取付半径2.600m）最外周の予測 (2)施工中におけるビット摩耗量（検知ビットデータ）超音波検知SB-1（取付半径1.690m）最外周換算（ＳＢ－０値より）摩耗量(mm) 20 第２工区、第３工区の超音波式摩耗検知ビットによる摩耗量結果を図－２に示す。第２工区は摩耗予測線内の摩耗量である。第３工許容摩耗量 15mm 15 10 5 0 区の摩耗量は摩耗予測線に比べ約２倍で推移し、内周側（MK02）、 0 1000 2000 3000 掘進距離(m) 外周側（MK01）共に摩耗が同等で推移している。 4000 5000 4304ｍより予備ビット全パス使用（第３工区） (3)ビットの実摩耗量（実績）超音波検知MK01(取付半径2.625m) 最外周の予測線（半径2.805m）超音波式検知ビットの実摩耗量は、ほぼ検知データと同じであっ 35 摺動距離の関係をパス別に整理したグラフを図－３に示す。第２工許容摩耗量 30mm 30 摩耗量(mm) た。メインビット摩耗量（ゲージカッタ、トリムビットも含む）と超音波検知MK02(取付半径1.780m) 最外周換算（MK０1より） 40 25 20 15 区では、予備ビット作動範囲のメインビット摺動距離値が予備ビッ 10 ト使用後も検知ビットの摩耗が収束していないため掘進完了時の値 0 5 0 1000 を採用した。グラフの結果では、多パスによる効果が認められず、 2000 3000 4000 掘進距離(m) 5000 6000 7000 4633ｍより予備ビット２パス使用、5638ｍより全パス使用また、バラツキがある。摩耗係数については、内周部（１．７パス図－２　超音波式検知ビットの摩耗量）の相関性が弱く、中外周部（３パス）では 1.8×10-3mm/km であった。第３工区のメインビット摺動距（第２工区）離値は、予備ビット使用後は検知グラフの結果では、パス別による（第３工区）６パス 60 50 50 40 40 摩耗量(mm) 予備ビット作動前の値を採用した。３パス 30 ３パス 20 差異が認められ、多パスによる摩 y = 0.0134x r = 0.9349 y = 0.0107x r = 0.7194 20 ３パス 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 0 500 1000 1500 2000 摺動距離(km) 2500 摺動距離(km) 3000 3500 4000 （第３工区）図－３　メインビットの摩耗量る。また、バラツキも少なく、摩（第３工区）（第２工区）右側 40 13.4×10-3mm/km、中外周（３パス 30 30 摩耗量(mm) 40 摩耗量(mm) 右側左側耗係数は内周側（１．５パス）で 20 y = 0.0118x ｒ = 0.216 10 左側 20 y = 0.0197x ｒ = 0.5498 10 関係を右側・左側ビット別に整理したグラフを図－４に示す。第２工区線形 (３パス) 30 0 耗低減効果（約 20％）が現れてい予備ビットの摩耗量と摺動距離の６パス 10 0 ）では 10.7×10 mm/km であった。３パス y = 0.0018x r = 0.4368 10 -3 １．５パス１．５パス摩耗量(mm) ビットの摩耗が収束しているため１．７パス 60 y = 0.0084x ｒ = 0.3197 0 0 100 200 300 400 500 摺動距離(km) は、バラツキがあり摩耗係数の相関 600 700 800 900 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 摺動距離(km) 図－４　予備ビットの摩耗量性が弱い。第３工区も、あまり相関性は強くないが、右側ビットで摩耗係数は 19.7×10-3mm/km であった。４．考察今回報告以外に、先行ビット等の摩耗分析も整理しているところであり、現在、地盤・掘進データ等を踏まえ総合的な分析を行っているが、現段階においてのビット摩耗について、以下のことが考察できる。 ① 第２工区と第３工区の摩耗進行速度が大きく違っているため、不飽和・飽和地盤による相違、ビットの寸法と個数による相違が左右していると考えられる。 ② 第３工区の摩耗量は、過去の施工実績等より求めた予測摩耗量と約２倍違っていることより、何らかの地盤特性等の違いが影響しているものと考えられる。５．おわりに今回のシールド工事により、過去の施工実績から求めた摩耗特性と相違しているところが認められ重要視する必要がある。また、分析途中の結果ではあるが今後の長距離掘進シールドの一助となれば幸いである。 -141- 土木学会第56回年次学術講演会（平成13年10月）