TBM工法とシールド工法。
皆さんはどちらがどのような工法を指すかご存知ですか？または、どのような違いがあるか正確に説明できますか？
よく混同されるこの2つの工法について、その違いや適用範囲を解説します。
TBMとシールドの定義
TBMとは？
TBMとは、 「トンネル・ボーリング・マシン」の略で、トンネルを構築するマシンのことを言います。
「全断面トンネル掘進機 」とも呼ばれ、正にボーリングのようにトンネルを掘っていくマシンです。
また、このマシンでトンネルを掘る工法のことをTBM工法と言います。
岩盤のような強固な地盤を掘削するのが得意で、 山岳トンネル工法に分類されます。
NATMと比べると、 施工スピードはTBM工法の方が格段に速いという特徴があります。ただし、高価なマシンを用いるため、ある程度の長さを掘らなければ不経済ですね。
シールドとは？
シールドとは、地山の崩壊を押さえながらトンネルを掘削し、セグメントと呼ばれる外壁を構築することによりトンネルを構築するマシンのことを言います。
シールド工法は 都市トンネル工法に分類される工法です。
シールド工法については、以下の記事で詳しく触れています。
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TBMとシールド違い
両方とも同じように「マシン」を使って水平にトンネルを掘り進めていくのですが、どのような違いがあるのでしょうか？
「推進機構」と「切羽の安定」の2点に着目して説明していきましょう。
推進機構
TBMとシールドは、両方ともジャッキで反力がとれるものを押すことによりマシン本体を前に進め、掘削をしていきます。
TBMで多いのは 、「グリッパ」と呼ばれる突っ張り棒のような棒を地山に押し当て、それを反力にとってジャッキで押すことにより、マシンを前に進める方式です。
一方、シールドはトンネルの本体として組み立てた セグメントにジャッキを押し当て、セグメントと地山（裏込め注入材）の摩擦を反力にしてマシンを推進させています。
ただし、TBMの中には「シールド型TBM」と言って、掘削するだけでなくセグメントを組み立てる機能も付いているものもあるため、推進機構は両者の決定的な違いとは言えません。
なお、グリッパを反力にとって進むTBMを「オープン型」、シールドのような推進機構を持っているものを「シールド型」と呼んでいます。
切羽の安定
では次に、どのように切羽を安定させているかを考えていきます。
TBMは強固な岩盤を掘ることが前提となっているため、切羽に対してカッターを押し当てるくらいしか安定させる方策はありません。
しかし、シールドは軟弱地盤や互層も相手にするため、カッターと作業空間の間に隔壁が設けられ、 隔壁の切羽側に水圧や土圧をかけることにより、切羽の崩壊を防いでいます。
なお、切羽の崩壊を防ぐためにかける圧力を切羽圧、切羽圧のかかる隔壁に囲まれた空間をチャンバと言います。
そのため、 切羽の安定のための空間と作業空間を明確に区切る隔壁があるかどうかが、TBMとシールドを見分けるカギとなると言えるでしょう。
まとめ
TBMは 強固な岩盤を速く掘進するために使われるマシンであるため、一般的にはシールドと比べると切羽を安定させるための工夫を行っていません。
一方、シールドは 軟弱地盤にも適用されるため、切羽をいかに安定させるかが、トンネルの品質や施工の安全性に大きく関わってきます。
TBMとシールドは成り立ちが異なるため、具体的な形の違いとセットで頭に入れておくと役に立つでしょう。