新しいタイプのトンネル掘削機
中国は、2つの異なる掘削方法を1つのプラットフォームに融合させたトンネル掘削機を発表した。開発者らによる公開によると、この機械は「翔龍（シャンロン）」または「ラッキードラゴン」と名付けられ、世界初のボーリング・アンド・ブラスティングマシン（BBM）である。従来のトンネル掘削システムに発破を仕掛ける機能を組み合わせており、作業を停止することなく変化する地盤条件に適応できる。
この機械は、中国鉄道科学工業集団（CRSIC）が清華大学と共同で開発した。直径は14.76フィート（4.5メートル）で、世界最大の多機能トンネル掘削機とされている。その登場は、地下建設における根本的な課題、すなわち緩い土壌と硬い岩盤が交互に現れる地盤を効率的に掘削する方法に対処するものである。
2つの伝統的なアプローチ
トンネル掘削機は一般に2つのカテゴリーに分けられ、それぞれ特定の地質条件に適している。
軟弱地盤用TBM
軟弱地盤用トンネル掘削機は、切削工具を備えた大型の回転シールドを使用する。これらの機械は、土壌、粘土、砂、砂利、および含水層を含む地盤を掘削するように設計されている。回転シールドは、地盤を切削すると同時にトンネル切羽を支え、スクリューコンベアで土砂を排出する際の崩落を防ぐ。さらに不安定な地盤を安定させるために、オペレーターはベントナイトスラリーを加圧して切羽に注入することができる。これにより、軟弱で移動しやすい環境でも安全に掘削を進めることができる。
硬岩用TBM
硬岩用TBMはまったく異なる。花崗岩、玄武岩、砂岩などの巨大で完全な岩盤用に作られている。シールドの代わりに、これらの機械は岩壁を掴んで固定する。重作業用カッターが固体の岩盤をゆっくりと体系的に粉砕する。この方法は均一な岩盤では信頼性が高いが、軟弱地盤用の掘削よりも大幅に遅く、機械の固定に十分なグリップが得られない土壌では作動できない。
3番目のカテゴリーとして、主に軟弱な地盤であるが、所々に巨礫が存在する地盤向けのハイブリッド機が存在する。情報源が指摘するように、このハイブリッド機は妥協案であり、専用機に比べて効率は低下するが、掘削を継続できる。
ボーリング・アンド・ブラスティングマシンの紹介
翔龍BBMは、これらの方法の間のギャップを埋める。その特徴は、中央に中空のポイントを持つ特別に設計されたカッターヘッドである。この設計が、二重機能の鍵となるようだ。また、カッターヘッドは機械に対してわずかに後退する機能を持つ。この後退により、作業員が爆薬を設置するためのスペースが生まれると考えられる。
実際には、この機械は従来のTBMのように軟弱地盤で作動し、回転カッターヘッドで土壌や破片を切削する。トンネル切羽が固体の岩盤に変わると、カッターヘッドが後退し、爆薬を設置できるようになる。発破で岩盤を破砕した後、機械はずりを除去して掘削を再開する。この組み合わせにより、1台の機械で混合地質に対応でき、専用機器を導入するために停止する必要がない。
トンネルプロジェクトにとっての重要性
山岳地帯や都市部のトンネルプロジェクトでは、多様な地質に遭遇することが多い。トンネルが土壌、風化岩、新鮮な岩盤を数百メートル以内で通過することもある。従来は、性能が限られたハイブリッド機を使用するか、複数の工法を使用する必要があり、コストとスケジュールのリスクが増大した。
BBMのコンセプトは、可能な解決策を提供する。掘削サイクルに発破を統合することで、翔龍は多様な地形にわたって進捗を維持できる。これは、複雑な地質を通る数千キロメートルのトンネルを必要とする中国の広範な鉄道・道路網において特に価値があるだろう。
この機械は、機械技術と発破技術を融合して性能を最適化するという、工学におけるより広いトレンドも反映している。制御発破は鉱業や建設で長い間使用されてきたが、トンネル掘削機に直接組み合わせるのは新しいアプローチである。
今後の展望
翔龍は、その巨大なカッターヘッドとシールドシステムを示す多数の画像とともに、お披露目式で展示された。開発者はまだ詳細な性能指標を発表していないが、このような機械の製造に成功したことは、コンセプトが実現可能であることを証明している。
世界初のBBMとして、翔龍は先例となる可能性がある。実地条件で良好な性能を発揮すれば、特に軟弱地盤と硬岩が交互に現れる地盤を掘削するプロジェクトで、同様の機械が他の場所でも開発されるかもしれない。発破機能の統合は、複雑な機械の近くで爆薬を設置するには慎重な調整が必要となるため、安全性と精度に関する疑問も提起する。それでも、速度と柔軟性における潜在的な利点は大きい。
中国のトンネル掘削技術への取り組みは、インフラを近代化するためのより広範な努力の一部である。清華大学と提携することで、CRSICは学術研究を実用的な重機に取り入れている。その結果、中国だけでなく世界中の将来のトンネルプロジェクトで主力となる可能性のある機械が誕生した。
翔龍という名前は、それが請け負うプロジェクトに幸運をもたらすという期待を示唆している。その幸運が実現するかどうかは、予測不可能な地下世界にどれだけうまく対応できるかにかかっている。しかし、このようなハイブリッド機の創造自体が、トンネル技術のマイルストーンであり、最も困難な岩盤・土壌条件に取り組む技術者に新しいツールを提供するものである。
この記事はNew Atlasの報道に基づいています。元の記事を読む。
Originally published on newatlas.com
