発明技術開発の概要

（1）泥水式シールド工法

　泥水式は、「カッターチャンバー内に所定の圧力に加圧された泥水で切羽の安定を図るとともに、掘削土をカッターチャンバー内の泥水に取り込み攪拌し、泥水を循環させることにより掘削土の流体輸送を行うもの」⁴である。1960年代からフランス、英国、ドイツ、日本で研究が進められ、日本においても優れた技術が開発され⁵、1970年代に入ると次々とこの工法による工事が施工された。この工法では切羽安定のためにシールドの機構とは別のシステムで工事対象の地山に土圧と水圧が均衡するよう隔壁内の水圧を若干地下水の自然水圧より高くして崩落を防ぐ方式が採られている。カッターで掘削された土砂は泥水に混入されて後方の処理プラントまで流体輸送され処理される。滞水砂層や滞水砂れき層など従来の水量の比較的多い崩落の危険性の高い地盤等に適した工法であり、作業者は密閉型のシールド内で大気圧下での作業に従事することができ、かつてしばしば生じた酸欠などの問題も克服された。

　泥水式工法は日本では1967年埼玉の流域下水道工事等で最初に実施され、1970、年京葉線森ヶ崎において大断面泥水式として実施された⁶。21世紀に入ってからもアクアラインや神田川の地下調整池トンネルなどはこの方式によって掘削されている。

（2）土圧式工法

　土圧式工法はわが国が独自に開発した工法である。シールド工法技術協会による分類では、現在この工法は更に泥土加圧シールド工法、気泡シールド工法、ケミカルプラグシールド工法に細分類されるが⁷、同協会の資料によれば2006年から2015年度までのシールド機種別の工事件数は泥土加圧式が75.4％、泥水式が22.7％を占めて現在のシールド工法の主流となっている⁸。

　土圧式工法は「掘削土を塑性流動化（泥土化）し、それに所定の圧力を加え、切羽の安定を図るもので、地山を切削する掘削機構、掘削度を攪拌して塑性流動化させる混練機構、掘削土を排出する排土機構、さらに掘削土の圧力を一定に保持する制御機構などを備えたシールド工法」⁹である

　土圧式工法では、泥水式工法がシールドの前面における隔壁内に圧力をかける媒体として使用したのが泥水なのに対して，掘削した土砂そのものを使用している。掘削された土砂の一部を再び隔壁内に戻すことから、泥水式と異なりシールドと一体のシステムにおいて掘削、推進、排土の機能を持たせている。泥水式では泥水の回収、循環は別の装置によって実施されるシステムとなっていた。この結果、土圧式では流体を輸送する設備や泥水と土砂の分離装置等が不要となって地上の立坑設備などは泥水式に比べて縮小できる。

　日本における最初の土圧式シールド工法は1974年、東京の下水道水元幹線工事で行われた¹⁰。

（3）現代のシールド工法

　1990年代半ばからは大断面化、長距離化そして大深度化といった工事の要請が強まる中で、シールド工法も新たな展開を遂げつつある。大都市の地上の狭あい化に伴い地下空間の利用を最大限活用すべく地下空間も大開発が行われるようになった。それに伴い、マシンは巨大化し、シールド外径10ｍを超えるものが2008年時点には1500件を超えるまでになった¹¹。カッターなどの品質、システムなどの改良とともに施工上の管理技術も進化しつつあるが、地下空間掘削土の排出などをいかに合理的に行うかなどの新たな課題も生じてきた。大深度化や複雑な地下空間の掘削には従来の単なる円形ではなく、楕円や矩形あるいは重複円形等の非円形のシールドが開発されるようになった。