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'''シールドトンネル'''は、'''シールド工法'''によって掘削された[[トンネル]]である。「シールド」と呼ばれる筒（ないし函）で切羽（きりは）後方のトンネル壁面を一時的に支え、切羽を掘削しながら逐次シールドを前進させるとともに、シールドの後方に壁面を構築する。

現代ではもっぱら、高度に機械化された[[シールドマシン]]を使い、壁面は分割されたブロック（「セグメント」）を組み上げて構築する。セグメントは[[工場]]で[[大量生産]]できるので、[[コスト]]面に優れる。

軟弱[[地盤]]でも掘り進むことができる、というのが最大の特徴で、[[水底トンネル]]の掘削に活躍した。[[土地]]利用の深度化に伴い、最近の[[地下鉄]]、[[道路]]（主に都市内）、[[共同溝]]、[[下水道]]、[[地下]][[水路]]、地下[[河川]]などのトンネル工事では、シールドトンネルが多く採用されている。

== 歴史 ==
シールド工法による最初の成功例となったトンネルは、[[マーク・イザムバード・ブルネル]]によって開発され、彼と[[トマス・コクラン]]によって1818年1月に[[特許]]が取得された。ブルネルと彼の息子（イザムバード・キングダム・ブルネル）は、[[テムズトンネル]]の掘削にそのシールド工法を採用し、1825年に掘削を開始した（ただし、開通は1843年まで待たなくてはならなかった）。ブルネルがシールド工法のアイデアを思いついたのは、[[造船所]]で働いているときに見た[[フナクイムシ]]（船食い虫）に起源があるといわれている。フナクイムシは水中の木質に穴を開けてそこに住むため、木造船の天敵であり研究対象となっていた。水中の木材に単に穴を開けただけでは、すぐに周囲の木材が膨張し穴が狭まってしまうが、フナクイムシは石灰質を壁面にすりつけて一種の「トンネル」を作っているのである。このブルネルのシールドは、[[ロンドン]]・ランバースの Maudslay, Sons & Field（[[排水]]用[[蒸気機関|スチーム]][[ポンプ]]も建造）により供給された。

1870年、ブルネルが考案したオリジナルのシールドの形状は、ロンドン中央を流れるテムズ川の下へのタワー地下道 (Tower Subway) の建設中に、[[ピーター・バーロウ (土木技術者)|ピーター・バーロウ]]により大幅に改善された。バーロウが行った最も決定的な技術革新は、ブルネルが考案した[[長方形]]断面のシールドを、[[円形]]断面とした点である。これにより一挙に、建設作業が単純になるばかりか、周囲の土砂の重量をうまく支持できるようになった。

バーロウタイプのシールドの形状は、1884年には、[[シティ・アンド・サウス・ロンドン鉄道]]（現在の[[ロンドン地下鉄]][[ノーザン線]]の一部区間）の建設に際し、[[ジェームズ・グレートヘッド]]によって大型化され改善された。今日に至るまで、たいていのシールドトンネルはグレートヘッドタイプのシールド工法に何らかの起源を持っている。

日本では、1917年に[[羽越本線]][[折渡トンネル]]の一部区間で単線シールドトンネルが初めて採用された。1936年には世界初の海底鉄道トンネルである[[関門鉄道トンネル]]でも採用され、1964年には[[大阪市営地下鉄中央線]]で、日本初の複線シールドトンネルが採用された。

==シールド工法==
シールドトンネルは現代では[[シールドマシン]]を使用して掘削され、その施工法はシールド工法と呼ばれる。一般的なシールド工法の手順は以下の通りである。

===シールドマシン===
{{see|シールドマシン}}

===設置===
シールドマシンを地下へ運び発進させるために[[トンネル#開鑿（開削）工法|開削工法]]によって[[立坑]]（縦穴）が掘削・構築され、坑内に発進設備が収められ、基地が作られる。シールドマシンは鉄鋼メーカーなどの工場で製作されるが、よほど小口径ではない限り、工事現場に搬入される前にいったん分割され、運搬される。工事現場の発進基地に運ばれたシールドマシンは、大型の[[クレーン]]によって立坑下に下ろされ、再度、組み立てられる。

この立坑は、トンネル完成後は鉄道では駅、道路では[[換気塔]]、[[下水道]]では人孔（[[マンホール]]）などに転用されることが多い。

シールドマシンは一般的には[[円筒形]]である。マシン本体の外周の甲殻は、マシン内部でトンネルが構築されるまでの間、地山からの土圧・[[地下水]]圧に耐える役割を果たす。

===掘削===
マシン先端の[[切羽]]に接する部分は[[カッターヘッド]]という回転する[[面板]]となっており、ここにおろし金のような細かい刃（[[カッタービット]]あるいはビットと呼ばれる）やローラーカッターが円周状・放射状に多く配置されている。ビットは常に地山と接し軟弱土 - 硬質土を、ローラーカッターは玉石、または岩盤を切削するという最も過酷な環境にあるため、[[超硬合金]]や焼結[[タングステン]][[炭化物|カーバイド]]などの強靭な素材が用いられる。また、カッターヘッドの形によってトンネルの形も変わってくる。その形は四角形から円を並べたものなど様々である。

シールドマシンの後部には[[ジャッキ]]が円周状に配置されており、このジャッキの推進力でマシン全体を前進させ、先端部を切羽の地盤に押し付けながらカッターヘッドを回転させて地山を掘削し前進する。また、シールドマシンの形によってトンネルの形も変わってくる。

泥土圧式シールドで土砂圧送方式によって土砂を搬出する場合、掘削された土砂（ズリ）は切羽で塑性流動化してパイプで地上まで輸送される。またズリ鋼車方式によって土砂を搬出する場合、シールドマシンのスクリューから[[ベルトコンベア]]で後方台車の後部まで土砂を輸送して鋼車に載せる。土砂を載せた鋼車はトロッコによって立坑下部まで移動し、鋼車部のみをクレーンによって立坑上部（地上部）吊り上げる。吊り上げられた鋼車内の土砂は地上ヤードまたは立坑内に設置されたピットや土砂処理施設で処理・脱水されてダンプトラックを用いて土捨て場や[[産業廃棄物]]処理場へ搬出される。

===セグメント組立===
マシン内部ではあらかじめ工場製作されたセグメント（円弧状のブロックで、鉄筋コンクリート製、鋼製、鋳鉄製など）を機械により組みあげ、トンネル本体がトンネル断面の1周分（1リング）ずつ構築される。

セグメントは工場からトレーラーで現場に搬入され、立坑から地下のシールドマシン内部までクレーンと[[トロッコ]]で運び込まれる。

セグメントが1リング分配置されると、その部分のトンネル本体は完成する。鉄道・道路トンネルでは、1リングは5 - 10個程度のセグメントで構成され、セグメントの幅（トンネル縦断方向の長さ）は0.3 - 1.8m程度である。これらはトンネルの径や形状、用途、使用するセグメント等によって異なる。

軌道敷設、道路床板設置、防水・防火などの目的のために、完成したトンネルのセグメント内側にさらにコンクリートなどを巻き立てる（二次覆工）場合がある。このためセグメントは一次覆工とも呼ばれる。

===前進===
セグメントが1リング分組みあがると、組みあがった部分（セグメントリング）にジャッキの[[反力]]をとってシールドマシンを前進させ、次の掘削・推進を行う。上記の2 - 3の工程を繰り返しながらトンネルを1リングごとに組み上げる。

===廃棄===
トンネル完成後のシールドマシンは、その場で解体して部品として回収するか、脇道を掘り地中に埋没・廃棄されることが多い。外殻をトンネルの構造物の一部として残す例もある（壁面を観察するとわかることがある）。

まれに、別のトンネルのために再利用されることもある。

再利用されない場合、保存や展示がされるケースもあり、[[京阪中之島線]]の[[中之島駅]]には、シールドマシンのカッター部分（一部）がモニュメントとしてトンネル終端に保存されている。[[海ほたるパーキングエリア]]には、東京湾海底トンネルの掘削につかわれた巨大なカッターを加工した巨大モニュメントがある。[[名古屋市交通局日進工場]]などには、シールドマシンが保存展示されている。

==種類==
*泥水加圧式シールドマシン
*泥土圧式シールドマシン（土圧バランス式、加泥式、土圧加水式など）

===圧気工法===
（圧気工法自体はシールドの工事に限られない）近年では技術の進歩により、シールド工事では切羽面のみに加圧する手法がとられるが、過去、特に切羽がむき出しの場合は坑内の気圧を上げる圧気工法がシールド工事で使われることも多かった。これは作業員の出入りに手間を要し、特に出る際に[[減圧症]]の危険があった。また、[[第1上野トンネル#御徒町トンネル|御徒町トンネル]]の陥没事故のように、浅い場所で土砂を吹き飛ばしてしまう事故もあった。他にもトンネル外に対して、土中の酸欠空気が近隣の地下室に吹き出す、圧力に耐えるようにするために土壌に注入する薬品による汚染、などの危険があったため解決に向けた努力が図られ、近年のシールド工事では圧気工法は使われなくなっている。

==セグメントの種類==
*鉄筋コンクリート (RC) セグメント（[[プレキャストコンクリート|プレキャストセグメント]]）
*鋼製セグメント(鋼材を製缶加工して製作)
*鋳鉄（[[ダクタイル鋳鉄|ダクタイル]]）セグメント
*合成セグメント(鋼製セグメントに鉄筋を配置しコンクリートを打設したもの)

==採用例==
===鉄道トンネル===
* [[羽越本線]][[折渡トンネル]]（現在の下り線トンネル。ただし、部分的のみ）
* [[丹那トンネル]]
* [[関門鉄道トンネル]] （世界最初の鉄道海底トンネルとして開業）
* [[横須賀線|横須賀]]・[[総武快速線]]東京トンネル
* [[JR東西線]]（JRの在来線規格で建設されたシールドトンネル）
* [[近鉄難波線]]
* [[阪神なんば線]]
* [[東急田園都市線]]（地下区間）
* [[横浜高速鉄道みなとみらい21線|みなとみらい21線]]
* [[首都圏新都市鉄道つくばエクスプレス|首都圏新都市鉄道つくばエクスプレス線]]
* [[埼玉高速鉄道線]]（トンネル下部を導水管として活用、[[荒川 (関東)|荒川]]から[[綾瀬川]]・[[芝川 (埼玉県)|芝川]]へ送水）
* [[大阪市営地下鉄長堀鶴見緑地線]]・[[大阪市営地下鉄今里筋線|今里筋線]]
* [[都営地下鉄大江戸線|都営大江戸線]]（小断面の鉄輪式リニアモーター地下鉄：単線シールド）
* [[英仏海峡トンネル]]の一部（大半は[[TBM工法]]）
* [[東京臨海高速鉄道りんかい線]]
* [[小田急電鉄]]
*[[京王電鉄]][[京王線]]（[[調布駅]]付近の地下区間）
* [[名古屋市営地下鉄]][[名古屋市営地下鉄名城線|名城線]]・[[名古屋市営地下鉄鶴舞線|鶴舞線]]・[[名古屋市営地下鉄桜通線|桜通線]]の一部・[[名古屋市営地下鉄上飯田線|上飯田線]]

===鉄道駅===
*[[東京地下鉄|東京地下鉄(東京メトロ)]]
**[[木場駅]]（[[東京メトロ東西線|東西線]]）
**[[新御茶ノ水駅]]･[[国会議事堂前駅]]（[[東京メトロ千代田線|千代田線]]）
**[[永田町駅]]（[[東京メトロ有楽町線|有楽町線]]、[[東京メトロ半蔵門線|半蔵門線]]、[[東京メトロ南北線|南北線]]）
**[[三越前駅]]・[[清澄白河駅]]（半蔵門線）
**[[白金台駅]]（南北線･都営三田線共有区間）
**[[雑司が谷駅]]・[[西早稲田駅]]（[[東京メトロ副都心線|副都心線]]）
*[[都営地下鉄]]
**[[高輪台駅]]（[[都営地下鉄浅草線|都営浅草線]]）
**[[新宿駅]]・[[飯田橋駅]]・[[六本木駅]]（[[都営地下鉄大江戸線|都営大江戸線]]）
**[[白金台駅]]（[[都営地下鉄三田線|都営三田線]]･東京メトロ南北線共有区間）
*[[大阪市営地下鉄]]
**[[阿倍野駅]]（[[大阪市営地下鉄谷町線|谷町線]]）
**[[大阪ビジネスパーク駅]]（[[大阪市営地下鉄長堀鶴見緑地線|長堀鶴見緑地線]]）（世界初の｢3連型マルチフェイスシールド機｣を使用）
*[[京阪京津線]]、[[京都市営地下鉄]]
**[[御陵駅]]
*[[東京臨海高速鉄道]]
**[[大井町駅]]（[[東京臨海高速鉄道りんかい線|りんかい線]]）
*[[小田急電鉄]]
**[[下北沢駅]]（複々線化工事中）
*[[京王電鉄]]
**[[布田駅]]

===道路トンネル===
*[[アクアトンネル|東京湾アクアトンネル]]（[[東京湾アクアライン]]）延長約 9.5 [[キロメートル|km]]。シールドマシン外径 14.14 [[メートル|m]] は当時世界最大。
*[[山手トンネル]]（[[首都高速中央環状線]]）新宿線部分延長約 10 km（トンネル部）・品川線部分は現在建設中。シールドマシン外径は最大で 13.23 m（西新宿シールド）。
*[[東京外環自動車道]] 東名JCT - 大泉 IC/JCT（事業中）
*[[阪奈トンネル]]（[[第二阪奈有料道路]]）
*[[稲荷山トンネル (京都府)|稲荷山トンネル]]（[[阪神高速8号京都線]]）の一部
*[[首都高速神奈川6号川崎線]]の一部
*[[国道1号]][[原宿 (横浜市)#原宿交差点|原宿トンネル]]（角形シールドマシンを使って、ハーモニカの穴のように掘削するハーモニカ工法を採用）
*[[秋田中央道路]]の一部

===水路===
*[[首都圏外郭放水路]] 延長約 6.3 km、内径約 10 m。[[埼玉県]][[春日部市]]の[[国道16号]]の地下約 50 m に建設され、[[江戸川]]、[[中川]]、[[大落古利根川]]等をつなぐ地下放水路。
*[[東京都道318号環状七号線#神田川・環状7号線地下調節池|神田川・環状七号線地下調節池]]（第1期1997年完成、第2期建設中）延長約 4.5 km、トンネル内径 12.5 m。環状七号線の地下約 40 - 50 m に建設される神田川の洪水調整池トンネル。シールドマシン外径 13.94 m（第1期）、13.44 m（第2期）。
*[[二ヶ領用水#渋川|渋川]]雨水貯留管 [[雨|雨水]]を一時貯留するための地下トンネル。[[1991年]]着工、泥水シールド、外径 12.340 m、[[大深度地下]] 43.5 m、掘進距離 1,950 m、貯水量 144,000[[立方メートル|m³]]。

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==関連項目==
*[[トンネルボーリングマシン]] (TBM)
*[[新オーストリアトンネル工法]] (NATM)
*[[倉敷海底トンネル事故]]

{{DEFAULTSORT:しいるととんねる}}
[[Category:トンネル]]
[[Category:土木工学]]

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 ===水路===
 *[[首都圏外郭放水路]] 延長約 6.3 km、内径約 10 m。[[埼玉県]][[春日部市]]の[[国道16号]]の地下約 50 m に建設され、[[江戸川]]、[[中川]]、[[大落古利根川]]等をつなぐ地下放水路。
 *[[東京都道318号環状七号線#神田川・環状7号線地下調節池|神田川・環状七号線地下調節池]]（第1期1997年完成、第2期建設中）  延長約 4.5 km、トンネル内径 12.5 m。環状七号線の地下約 40 - 50 m に建設される神田川の洪水調整池トンネル。シールドマシン外径 13.94 m（第1期）、13.44 m（第2期）。
 *[[二ヶ領用水#渋川|渋川]]雨水貯留管 [[雨|雨水]]を一時貯留するための地下トンネル。[[1991年]]着工、泥水シールド、外径 12.340 m、[[大深度地下]] 43.5 m、掘進距離 1,950 m、貯水量 144,000[[立方メートル|m&sup3;]]。
 ==関連項目==

シールドトンネル - 変更履歴

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