建設生産システムの高度化 特集

令和元年度 i-Construction 大賞
工事・業務部門 国土交通大臣賞 受賞

ツインヘッダを用いた施工性および出来形精度向上の取り組みとよくらぐみ

株式会社豊蔵組
H29・30 能越道長沢道路その 7 工事

1.

監理技術者

はじめに

株式会社豊蔵組は，石川県金沢市にある昭和よし だ吉田

2.
⑴

てる き照紀

工事の概要

工事内容

27 年創業の総合建設業の会社で，社員数は 90 名

能越自動車道「輪島道路」は，のと里山空港です。完成工事費の比率は，建築工事が 7 割，土IC か ら 輪 島 IC（ 仮 称 ） を 結 ぶ 延 長 11.5 km の木工事が 3 割です。土木工事としては官公庁発注

自動車専用道路で，本工事は，輪島道路の三井町工事が 9 割を占めており，半分が国土交通省発注

長沢地区で施工延長 420 m の工事であった（図工事です。

− 1）。

弊社の ICT 技術等に関する取り組みは，トー・土砂掘削：23,600 m3

タルステーション（TS）の出来形管理から始まり，・軟岩掘削：19,450 m3

本格的には国土交通省により 2016 年度から始まっ

・路体盛土：22,600 m3

た“ i-Construction ” の 導 入 と 同 時 に， 社 内 に・法面整形：4,630 m3

ICT 専門チームを発足させスタートしました。

・自走式土質改良工：22,300 m3

ICT 専門チームは若手社員が中心となり，社・植生工（植生マット）：2,420 m2

内ですべての ICT 施工を行う内製化を基本とし・アンカー工（L=8.58 〜 12.08 m）：28 本て，ICT 技術の習得や研究開発を進めてきまし・排水構造物：679 m

た。 こ の 取 り 組 み に よ り， 令 和 元 年 度
i-Construction 大賞【国土交通大臣賞】を受賞することができました。

⑵

ICT 活用の経緯
国土交通省は，今後加速する労働人口減少に対

今回，対象現場となった「H29・30 能越道長沢応するため“i-Construction”の下，ICT 技術を道路その 7 工事」での取り組みを紹介いたします。

全面的に活用し，建設現場の生産性向上を進めている。この ICT 技術のうち，ICT 建設機械のマシンコントロール技術は飛躍的に向上しており，この技術を応用して新しい施工方法を造り出す時代となってきている。
建設マネジメント技術

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での整形は，バケットについた爪で法面をひっかき，削り落としながら行う。このため，施工性が非常に悪いことや，法面に爪痕が残り，特に縦方向の凹凸が大きくなる。本工事の法面保護には植生マットによる保護を計画しており，この施工では凹凸が大きいと地山と密着させるために，多くのアンカーピンを打ち込む必要が生じることから，施工性が悪い。
②

水路掘削
通常，水路掘削は，大型ブレーカで岩盤をほぐしながらバケットにより掘削している。この作業は，ブレーカのほぐし残しが多くなりやすく，何度も同じ作業を繰り返す必要があることから作業効率が悪い。また，大型ブレーカは，矢がストロークする際の打撃による掘削であることから，衝図− 1

現場位置図

マシンコントロール技術は，重機の掘削バケッ
ト等の形状を設定し，GNSS 等で得られた重機本撃が大きいことや深掘りになりやすいことから，岩盤に亀裂が入り将来水路からの漏水が発生した
場合，法肩が崩落する懸念があった。

体の位置情報を基にバケット先端等の位置を制御する技術で，3 次元設計データと組み合わせることにより，設計面に合わせてセミオートでバケッ

これらのことから，軟岩・中硬岩の施工改善をすることが課題であった。

トが動かせ，作業ができる。
このマシンコントロール技術により，これまで⑷技術的解決策

熟練オペレータにしかできなかった出来形精度をツインヘッダは円筒形の本体に複数のビットが確保する作業が，未熟練者でも比較的容易にでき付いて，その本体が油圧により縦回転し，回転打るようになった。また，バケットの形状を自由に撃で掘削整形する構造である。

設定できることから，アタッチメントの工夫で応

これまでツインヘッダは先端が円筒形であるた

用範囲が広がり，今後，土工事の効率化，省力め，オペレータから見ると施工面（掘削面）とツ化・省人力化が期待できる。

インヘッダ先端（アプローチ面）の距離がわかり

本工事では，更なる ICT 施工の活用事例として，マシンコントロールバックホウ（以下，「MCにくいことから，仕上げを伴う掘削作業に対し実績が少なかった。

バックホウ」という）にトンネル工事で多く利用

しかし，マシンコントロール技術と組み合わせされているツインヘッダを搭載し，軟岩・中硬岩たツインヘッダは，オペレータによる先端位置のの法面整形および水路掘削の検証を実施した。

把握が必要なくなり，施工精度や施工性の向上が期待できる。また，複数のビットで回転して掘削

⑶

現状と課題

①

法面整形整形するため，凹凸や衝撃が小さくなる。
施工能力が大きいブレーカを，マシンコントロ

通常，軟岩・中硬岩の法面整形は，大型ブレーール技術で制御し施工性を向上させたいところでカで荒掘削した後，MC バックホウの岩掘削バケあったが，先端がストロークして打撃掘削するブットにより整形を行っている。岩掘削用バケット

レーカの構造は，先端の位置情報を制御するマシ40

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ンコントロール技術には不向きであった。反し⑵

バケット形状設定て，ツインヘッダは回転掘削であることから，先MC バックホウを精度および効率よく稼働させ端位置が制御しやすく，マシンコントロール技術るため，アタッチメントの形状設定は重要であには理想的であった。

る。形状設定により，設計面（掘削面）にアプローチできるアタッチメントの面や向きが決まり，3.

精度向上への取り組み施工精度に影響が出ることや，デイリーキャリブ
レーション（施工日ごとの直接測量等による位置確認作業）のしやすさにより施工性に影響が出る。

⑴

機械設定

通常のバケットは先端の爪先が基準位置となりMC バックホウ（コマツ PC200i）にツインヘ把握しやすいが，円筒形のツインヘッダは形状設ッダ（山積 0.5 m3 級）を搭載して検証を行った（写定が難しく，A 〜 C の 3 パターンを設定し試し

真− 1）。MC バ ッ ク ホ ウ が 山 積 0.8 m3 級 に 対た。その結果，C パターンが掘削面にアプローチし，アタッチメントとして取り付けたツインヘッできる面が広いことや，デイリーキャリブレーシ

ダの規格を山積 0.5 m 級とした理由は，MC バッ

ョンが容易であることから一番適しているとの意

クホウはマシンコントロール機能で自動制御して見が多かった。

3いることから，作動油を通常バックホウより多く利用している。このため，ツインヘッダに作動油①

A パターン：単純な形状で設定（図− 2）が多く使われると，MC バックホウのマシンコントロール機能が不安定になことが懸念されたからである（写真− 2）。

B/C/D/E

刃先
正面から

A

側面から

PC200i バケット形状表示

写真− 1

MC バックホウ（コマツ PC200i‑10）

モニタ画像注）青いラインはアプローチできる面

写真− 2

ツインヘッダ山積 0.5 m3 級

図− 2

検証 A パターン

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A/B/C/D/E

・専用治具によるキャリブレーションとなる。
・施工面にアプローチできる面が制限され，高所や低所の施工が困難。
②

刃先

B パターン：仮想点で設定（図− 3）〈留意点〉
・仮想点であることから，キャリブレーションが煩雑となる。

正面から側面からPC200i バケット形状表示

オフ
セット・仮想点であることから，形状設定時の誤差が大きい。
・掘削面にアプローチできる範囲が広い。

モニタ画像注）青いラインはアプローチできる面

E

図− 4⑶
D

刃先
A
正面から

側面から

B

C

PC200i バケット形状表示

検証 C パターン

検証内容
検証は，出来形精度，施工性および環境評価の3 項目について行った。
岩掘削バケット（従来技術）とツインヘッダ（検証技術）のベースマシンとなる MC バックホウ
は「コマツ PC200i」で統一し，アタッチメントの違いによる比較検証を行った。
法面整形は施工条件を統一させるため，事前にモニタ画像

法面仕上り面より 20 cm 手前まで暫定掘削を行
注）青いラインはアプローチできる面

図− 3

③

検証 B パターン

い，残りの 20 cm で従来技術と検証技術を比較した。また，水路掘削は，掘削深さ 30 cm，掘削幅 60 cm に対して行った（写真− 3 〜 6）。

C パターン：回転軸の中心を基準に設定（図− 4）〈留意点〉
・回転軸の中心でキャリブレーションができ，作業が容易。
・掘削面にアプローチできる範囲が広い。
・施工にはオフセット機能を使用する必要がある。
・モニタ表示とアプローチ形状が異なることから，違和感を感じる。
写真− 3

42

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法面掘削状況

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建設生産システムの高度化 特集

表− 1
項目

検証結果一覧

細目

平均値
出来形精度 最大値
最小値
法面整形
法面の不陸 平均値

写真− 4

従来技術 検証技術

大型ブレーカ

-51 mm -42 mm
82 mm
21 mm
-125 mm -110 mm

―
―
―

40 mm

10 mm

―

施工性

平均値

7 m2/h21 m2/h

―

水路掘削

施工性

平均値

10 m/h30 m/h

―

環境影響

騒音平均値

91.0 ㏈

81.6 ㏈ 104.4 ㏈

法面掘削状況

従来工法

ツインヘッダ工法

写真− 7
写真− 5

水路掘削状況

写真− 6

法面整形完了4.
⑴

TLS による計測

写真− 8

不陸の計測（従来技術）

写真− 9

不陸の計測（検証技術）

検証結果（表− 1）

出来形精度
地上型レーザスキャナー（TLS）により高密度計測を実施し，点群データをヒートマップにより評価した。その結果，検証技術は非常に良好な出来形精度であった。最小値が大きくなった理由
は，岩盤の肌落ちによりえぐれた局部的な個所を計測値として評価してしまった結果で，全体的には非常に高い精度であった（写真− 7）。

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写真− 10騒音測定

法面の不陸（波を打った状態）は，直接凹凸をクホウが大きく揺れ，不陸が発生した。しかし，スケールにより計測した。その結果，検証技術のMC バックホウのオフセット機能で 5 〜 10 cm ご

法面の不陸はほとんどなく良好であった（写真−とに削り取りを行うと，揺れが収まり施工精度が8，9）。

飛躍的に向上した。
ツインヘッダによる軟岩・中硬岩の法面整形

⑵

施 工 性

は，検証項目すべてにおいて従来技術より優れて

法面整形の従来技術は 1 時間当り 7 m2 程度におり有効であると考えられる。しかし，ツインヘ対し，検証技術は 1 時間当り 21 m と，3 倍の施ッダビットの摩耗が激しく，ビットの費用や機械工速度であった。の賃料が高価であることから，導入するには工期

2

水路掘削の従来技術は 1 時間当り 10 m に対し，検証技術は 30 m と，こちらも 3 倍の施工速度であった。

が厳しい現場や大規模な法面整形の現場等，費用対効果を詳細に検討する必要がある。
今後，ツインヘッダによる施工が大型ブレーカ

オペレータの感想として，通常岩盤の掘削作業の施工のように汎用性が高くなり，市場に機械台は腕や肩に不必要な力が入ってしまい，肩こりな数が多くなれば，価格は低下すると考えられる。

どの疲れやストレスがある。しかし，検証技術で従来からあるツインヘッダが，これほど魅力的は全く疲れが感じられず，むしろ気持ちよく掘削でワクワクする工法であると感じたのは，マシンできたと好評であった。

コントロール等の ICT 技術の進歩であると感じた。

⑶

環境評価

今回，当初は法面整形のみの検証を計画してい環境評価は，掘削面個所から 2 m 離れたとこた。しかし，法面整形の検証を進めていく途中にろでの騒音を計測した（写真− 10）。従来技術は水路掘削でも応用できそうだとの意見があり，急バケットの衝撃音が不規則に発生することから，遽，水路掘削の 3 次元設計データを作成し追加検騒音値以上に不快な感じがある。しかし，検証技証を実施した。このような柔軟な対応ができたの

術は騒音値も低いことや騒音が一定であることかも，内製化を軸に進めてきた若手技術者によるら，不快な感じは少なかった。振動についても，ICT 専門チームの力であると思う。

検証技術の方が小さいと感じた。今思うと，振動今後，若手技術者等の担い手確保にはワクワクについて計測しておくべきであったと反省していする魅力ある“i-Construction”が必要である。

る。

“ i ”はイノベーションであり，多くの可能性を感じている。

5.

おわりに

今回の i-Construction 大賞【国土交通大臣賞】
受賞に対し，ご指導・ご協力をいただきました関

ツインヘッダでの検証初期は，暫定掘削分の厚さ 20 cm を一気に削り取ろうとしたため，バッ44

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係各位の皆様に対し，この場をお借りしまして厚く御礼申し上げます。

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