シールドのセグメントとは？掘削外径より小さい理由とテール後の変形対策

セグメントとは何か

セグメントは、シールド工法で掘り進めたトンネルの内側に、リング状に組み立てて壁（覆工）をつくる部材です。トンネルの断面を分割したブロックだと考えると分かりやすくなります。

組み立てる場所は、シールド機のテール部の中です。シールド機は前から順に3つの部分に分かれています。

• フード部……トンネルを掘削する切削機械を備えている。
• ガーダー部……シールドを推進させるジャッキを備えている。
• テール部……覆工作業ができる機構を備えている（ここでセグメントを組む）。

密閉型シールドでは、フード部とガーダー部が隔壁で仕切られています。切羽の土や泥水を受け止めるためです。テール部の中では、エレクタという機械で1リングずつセグメントを組み立てます。

なぜセグメントの外径は掘削外径より小さいのか

セグメントの外径は、シールドの掘削外径よりも小さくなります。これは設計の失敗ではなく、必然です。

セグメントはシールド機のテール部の中で組み立てられます。組み立てる場所が機械の内側にある以上、できあがるリングは機械の外径より小さくなります。そしてシールドが前進すると、テールを抜けたセグメントの外周にすき間が残ります。これがテールボイドです。

すき間をそのままにすると、周りの地盤がそこへ落ち込みます。地盤が緩んで沈下します。だからシールド推進後、この空隙にモルタル等を注入します（裏込め注入）。

ここで問われるのが時期です。注入は掘進と同時か直後に速やかに行います。「地盤の安定後に行う」は誤りです。地盤が安定するのを待っていたら、その間に沈下が起きてしまいます。順序が逆で、沈下する前に埋めるのが目的です。

セグメントの種類

過去問では「覆工に用いるセグメントの種類は、コンクリート製や鋼製のものがある」という形で、正しい肢として出ます。

組立と、テールを離れたあとの管理

セグメントの組立は、所定の内空を確保するため正確かつ堅固に施工し、目開きや目違い等の防止について精度の高い管理を行います。

• 目開き……セグメント同士のつなぎ目が開いてしまうこと。
• 目違い……つなぎ目で面がずれて、段差ができること。

どちらもトンネルの断面が狂うだけでなく、そこから水が入ります。だから継手ボルトを定められたトルクで十分に締め付けます。トンネル断面の確保、止水効果の向上、地盤沈下の減少が目的です。

組立はエレクタを使い、下部から左右に交互に進め、最後に天端のキーセグメント（Kセグメント）を挿入してリングを閉じます。

そして見落としやすいのがテールを離れたあとです。テールを離れたセグメントは、土水圧等の外圧により変形しやすくなります。機械の中にある間は守られていますが、出た瞬間から地盤の圧力を直接受けます。裏込め注入がある程度硬化するまでの間、形状保持装置を用いることが有効です。

施工管理での確認ポイント

• 裏込め注入の時期を確認する：掘進と同時か直後か。地盤の安定を待っていないか。
• 注入の管理値を確認する：注入量や注入圧は試行を重ね、注入効果や他への影響を確認のうえ決定する。一定の区間ごとに効果を確認し、結果を施工に反映させる。
• 目開き・目違いを測る：組立後にリングの内空と継手部を確認する。
• 継手ボルトのトルクを確認する：定められたトルクで締まっているか。締め忘れ・緩みがないか。
• 形状保持装置の使用を判断する：テールを離れた区間で、裏込め注入が硬化するまでの変形をどう抑えるか。
• 運搬時のつり位置を確認する：鉄筋コンクリートセグメントは完成後・推進時の荷重で配筋されている。運搬では別の荷重がかかる。

過去問でどう問われたか

セグメントは、シールド工法の設問の中で1級・2級ともに問われます。引っかけは3型です。

• ① 裏込め注入の時期……「地盤の安定後に行う」「周辺地山が安定してから行わなければならない」。
• ② シールド機の部位とジャッキ……推進ジャッキをフード部やテール部にあるとする。
• ③ 隔壁の位置……密閉型シールドの隔壁を「ガーダー部とテール部の間」とする。

7年分を見ると、裏込め注入の時期と、ジャッキがどの部位にあるかで大半が切れます。セグメントの種類そのものは、正しい肢として出ることのほうが多いところです。

理解度チェック

まとめ

• セグメントは、シールドトンネルの内側にリング状に組み立てて覆工をつくる部材。テール部の中でエレクタを使って組む。
• 外径は掘削外径より小さいため外周に空隙ができる。モルタル等を注入して地盤の緩みと沈下を防ぐ。注入は掘進後すぐ。「地盤の安定後」は誤り。
• 種類は鋼製（均一・軽量・施工性がよい）、鉄筋コンクリート（運搬時のつり位置を検討）、合成（鋼殻＋コンクリート、高耐力・高剛性、高さを低減）。
• 組立は目開き・目違いを防ぎ、継手ボルトを定められたトルクで締める。下部から左右へ、最後に天端のキーセグメント。
• テールを離れたセグメントは外圧で変形しやすい。裏込め注入が硬化するまで形状保持装置が有効。
• シールド機はフード部＝切削機械／ガーダー部＝推進ジャッキ／テール部＝覆工。密閉型の隔壁はフード部とガーダー部の間。

掘進方式の違いはシールド工法、地盤改良は軟弱地盤対策工法で確認できます。