トンネリング: シルバータウンのエンジニアが英国最大の TBM をどのように回転させたか

Oct 14, 2023

ロンドン東部のシルバータウン トンネル プロジェクトには、エンジニアリングおよび物流上のさまざまな課題に対する革新的なソリューションが含まれています。 これには、窒素スケートで 1,800 トンのトンネルボーリングマシンを回転させることが含まれます。

ロンドン交通局（TfL）のシルバータウン・トンネルは、タワー・ブリッジの東側のテムズ川の下に建設される30年以上ぶりの道路横断となる。

1.4kmのツインボア道路トンネルは、ニューハムのシルバータウンとグリニッジ半島を接続します。 2025 年春にこのトンネルが開通すると、川を渡る公共交通機関が改善され、さらに西​​側にある慢性的に渋滞しているブラックウォール トンネルへの負担が軽減されることが期待されています。

TfLは、2019年にフェロヴィアルの子会社であるシントラ、アブドン、インベシス、マッコーリー・キャピタル、SKエコプラントで構成されるリバーリンクス・コンソーシアムに対し、シルバータウン・トンネルの設計、建設、資金調達、運営および保守契約を締結した。

Bam Nuttall、Ferrovial Construction、SK Ecoplant のパートナーシップである Riverlinx Construction Joint Venture がトンネルの設計と建設を行っています。

Riverlinx チームは、英国でこれまでに使用された中で最大の直径のトンネルボーリングマシン (TBM) を使用しています。 TBM ジルは重さ 1,800 トン、長さ 82 メートル、直径 11.9 メートルです。 トンネル入口周辺の小さなセクションは開削トンネルで建設されます。

ジルはすでに最初の掘削を完了しており、ニューハムからグリニッジまで作業を行っています。

チームは両方のボアの構築に 1 つの TBM のみを使用しているため、大きな課題は、この巨大な機械をニューハムへの帰路に向けてどのように回転させるかということでした。

さらに複雑なことに、グリニッジのさまざまな土地所有権の制約により、この回転は立坑内の非常に狭いスペースで達成されなければなりませんでした。

Riverlinx はこの問題を創意工夫で克服し、グリニッジに「窒素スケート」と複雑な油圧ジャッキ システムを使用して TBM を地下チャンバー内で回転させるチャンバーを設計および建設しました。

グリニッジの回転室にあるTBM

ジルは 2022 年 9 月初めに川の北側から進水しました。TBM がニューハムから川の下を進むにつれて、グリニッジの部屋の建設が始まりました。 ここはTBMが突破され、シルバータウンの敷地に向かって1.1kmの旅のために再発射される場所でした。

ほとんどのツインボアトンネルは 2 つの TBM を使用するか、1 つの TBM を解体して 2 番目のドライブのために最初の発射点に戻します。

しかし、リバーリンクスの運営ディレクター、ボルハ・トラショラス氏は、2台のトンネル掘削機を使用するのは費用がかかりすぎ、1台のTBMを剥がして再構築するには最大5、6か月かかる可能性があると説明する。 これに加えて、道路や公共施設などの近隣の既存資産により、グリニッジ半島の敷地にさらに大きな部屋を建設することが不可能になりました。

「したがって、コストの観点とプログラムの観点から見て、機械を回転させることが最良の解決策でした」と Trashorras 氏は説明します。 「そしてそうすることで、私たちは可能な限り最も革新的な方法で、これまで英国で行われたことのない方法でそれを実行しました。」

その結果、スペインの企業 Ayesa は、TBM を 180 度回転させるのに十分なスペースを確保しながら、その地域の既存の公共施設を避ける楕円形のチャンバーを設計しました。 基礎スラブから地表までの深さは 18 メートル、頭壁から後壁までの長さは 40 メートル、幅は 39 メートルです。 このチャンバーには最終的に 2 つの開口部ができることになります。1 つは北の TBM トンネル用で、もう 1 つは南の開削トンネルセクションへのアクセスを提供します。

チャンバーの連続壁の建設には、合計 6,580 立方メートルのコンクリート、800 トンの鉄筋およびガラス繊維強化プラスチックを含む 23 枚のパネルの設置が含まれます。 昨年7月にバシー・ソレタンシュによって完成された。

トラショラス氏はさらにこう続けた。「立坑は透水性の地盤にあったため、上部帯水層と中間帯水層を脱水できるように表面脱水対策を講じる必要があり、第一に乾式掘削を行い、第二に水位を下げて掘削を可能にする必要がありました。回転室の底にベーススラブを構築します。

「地中連続壁が完成したら、地表から脱水井を設置しました。その後、積極的な脱水を開始し、その後掘削工事を開始しました。」

掘削作業はクラムシェル型掘削機で行われ、約 4 週間かかり、約 30,000 立方メートルの埋没物が除去されました。

チームは9月から1月にかけて基礎スラブとコンクリート頭壁（TBMが突破する鉄筋コンクリートの目）を完成させた。

窒素スケート上に置かれたクレードルによって保持されているトンネル掘削機

2月にTBMジルがグリニッジ回転室に侵入すると、チームはマシンを方向転換するという困難な課題に直面した。

Riverlinx のトンネルプロジェクトマネージャーである Ivor Thomas 氏は、これは機械を 4 つのセクションに分割する必要があり、最初は 1,400 トンのシールド、次に 3 つのバックアップ ガントリーであると説明しています。

シャフトに入る機械の前部を制御するために、チームはカッターヘッドの後ろのTBMの隔壁の下側に固定されたプラットフォームのような拘束システムを使用しました。 機械が前進しすぎると、拘束システムがあまりにも早く前進するのを防ぎました。

「我々はその後ろに直径12メートルの機械製造リングを持っているので、一度突破すれば、前方には拘束荷重がかかりません」とトーマスは説明する。 「つまり、この1,400トンのマシンでも、後ろのリングを押すと勝手に前に進む傾向があるのです。」

シールドがトンネルからきれいになると、隣接するガントリーから取り外されました。

しかし、TBM は川の下の平らなトンネルの底面から 4% の勾配で登るため、トンネルから出た後もまだ斜めになっていたため、チームは可能な限り水平にする必要がありました。

これには、まず大きな金属バンドを使用して、シールドがトンネルから出てくるときにシールドを捕らえました。 油圧ラムはこのバンドの真下に配置され、シールドの後部をジャッキアップするために使用され、シールドが水平になりました。

シールドが完全に水平になったときは、その下にゴム製スカートが付いた油圧式足の革新的なシステムである「窒素スケート」上の鋼製クレードルが配置されました。 窒素を各スケート靴のベースに注入し、ゴムスカートで密閉し、250bar に維持しました。

クレードルを移動する準備ができたら、油圧システムをオフにして、スケート靴を圧縮窒素のクッションの上に浮かべました。 建設中に回転室の床に設置された鋼板には、シールドが回転する際のスケート靴の動きを容易にするために油が塗られていました。

「窒素は一般的に入手できるので、窒素を使用します。窒素は不活性で毒性がなく、空気より軽く、圧縮性が高いのです」とトーマス氏は説明します。

同氏は、窒素スケートシステムは「スチールプレートとマシンの間の摩擦を解消するためのものであり、マシンを持ち上げるためのものではない」と付け加えた。

窒素スケートでマシンを回転させることはこれまでパリとシュトゥットガルトで2回行われたが、この技術がこのサイズのマシンで使用されるのは今回が初めてである。

「これまでも機械を空気で回転させたことはありましたが、このサイズの機械を圧縮空気で回転させるには、おそらく英国内のすべてのコンプレッサーを雇う必要があったでしょう。」とトーマス氏は述べています。

次にチームは、回転室の壁に固定された 25 トンの遠隔制御エア チェーン プルを使用してシールドを引き出し、反対方向を向くまで段階的に回転させました。 このプロセスには 1 日かかりました。 次に、TBM シールドの後ろに配置された比較的軽量のバックアップ ガントリーを使用して同じ作業が繰り返されました。

回転室内で反転した北向きのトンネル掘削機シールド

TBM の北行きに備えて、チームは「フライング ローンチ」システムと呼ばれる別の珍しい革新技術を使用しています。

「通常の打ち上げでは、フレームを突き出し、リングを築き、マシンを押し込みます」とトーマスは説明します。 「しかし、ここでの問題は、システムがピットの底をリングで埋め尽くしてしまうということです。

「したがって、私たちはトンネルの目の非常に近くに推進フレームを構築する飛行発射システムを使用しています。」

次に、鋼製圧力リング、テンション バー、油圧ジャッキを使用して、TBM シールドをトンネルの目に向かって前方に引っ張ります。

このシステムを使用することにより、ボーリングを開始するために一時的なトンネルが必要なくなります。 このシステムは必要なスペースが少ないため、制約のあるサイトにも最適です。

「アイデアは、1 つのガントリーで打ち上げてボーリングの準備をし、運転してから、他のガントリーを方向転換するというものです」とトーマス氏は説明します。

これは、最初のガントリーが TBM シールドに再取り付けされた後、チームがいわゆる「アンビリカル ローンチ」を開始したことを意味します。そこでは、マシンの前半分がドライブの最初の 70 メートルを掘削しました。 次に、2 番目と 3 番目のガントリーが機械に追加されました。 機械のすべての部品が再び取り付けられた後、TBMは「フルモード」になり、6月に正式に北に打ち上げられる予定です。

トーマス氏は、ローテーション作戦の成功は、ヘレンクネヒトがTBMと臨時工事を供給する「主要なサプライチェーンパートナーの結婚」のおかげだとしている。 Max Wild は TBM ローテーションに関与し、Mammoet は重量物運搬サービスを提供し、PHL Hydraulics は飛行打ち上げに使用される機器を提供しました。

この協力的なアプローチの結果、このプロジェクトは 3 つの建設記録を破りました。

「このサイズの機械が英国で使用されるのは初めてであり、このサイズの機械が窒素スケートを使用して回転するのは初めてであり、このサイズの機械が「フライング」を使用して打ち上げられるのは初めてですシステムを起動します」とトーマス氏は指摘します。

このリストに加えて、トンネルのスポイルは回転チャンバーから取り外すことができないため、トンネルのスポイルを除去するための複雑なシステムを考案する必要がありました。 代わりに、水はコンベアの最初の穴を通って戻され、川の北側に輸送され、そこではしけに積み込まれ、ロンドン東部の埋立地に運ばれます。

この夏、チームが再びトンネル掘削を開始すると、今度は地面の状態からさらに多くの課題に直面することになる。 実際、トンネルルートのテムズ川の下の地面は「カナリーワーフの東に行くほど難しい」とトーマス氏は言う。

川のこの地点でのトンネル掘削と掘削が特に困難なのは、混合面と高い含水量の地盤のためであり、英国の土木技術者アーネスト・ウィリアム・モイアが 1890 年代にテムズ川の下にオリジナルのブラックウォール トンネルを建設する際に非常に苦労した理由でもあります。トーマスはコメントする。

チームはまた、川の上やトンネルの線形の真上を通過するケーブルカーの杭を避けるなど、他の障害にも対処しなければなりません。

モイアのブラックウォール トンネル チームとは異なり、シルバータウンのエンジニアは、トンネル掘削作業をより簡単かつ安全にするための最新の技術革新を自由に利用できます。

たとえば、脱水の問題を克服するために、トンネルの最下部に排水装置を設置しました。

トーマス氏は次のように述べています。「トンネル内の低い点は、水が下に流れることを意味します。このため、私たちは排水溜めを形成するためにトンネルの中間セクションの底に 160 個のプレキャスト コンクリート ユニットを設置しています。それらはトンネルのライニングにボルトで固定され、その後、グラウトされた。」

排水ユニットは流出水を集め、トンネルからポンプで排出されます。

トーマス氏によると、チームは「プログラムの時間を盗む」ため、ローテーションが行われていた3月に最初のボアにプレキャストコンクリートユニットの設置を開始したという。 その後、トンネルは舗装レベルまで埋め戻され、TBMが6月に2番目の掘削をフルモードで開始する前に、最初の掘削孔内のすべての主要な土木工事が完了する予定です。

チームはまた、トンネル内の4つの横断通路で地盤凍結（トーマス氏が地盤処理オプションの「ロールスロイス」と呼ぶもの）を使用する予定だ。 この技術は、チームが横断通路を掘削できるようにするために、ランベス層の水で飽和した堆積物を凍結するために使用されます。

地面の凍結は両方の掘削が完了したときに実行され、チームがそれらの間に凍結パイプを敷設できるようになります。

もう一つの英国初の点は、チームが横断通路に支柱を立てるのではなく、代わりにすべての一時的な支柱を横断通路のライニングに組み込むことだ、とトーマスは付け加えた。

両端600メートルの進入路の切土・覆工トンネル工事も始まった。

切土部と覆工部の壁は割杭で構築されています。 グリニッジの開削区間の掘削工事は3月に始まり、今夏に完了する予定だ。

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