関西国際空港人工島建設における情報化施工
鈴木慎也，南兼一郎
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11.

るまでの体系化した総合的な取組みが必要であった.こまえがきのため，空港島の埋立工事の実施にあたっては，沈下管理に対し情報化施工の手法を適用した.本稿は，この概関西国際空港は，大阪湾泉州沖約 5km の海上に，わが要について報告するものである.

国の航空ネットワークの新しい拠点として計画された.
空港島の埋立造成工事は，昭和 62年 l 月に護岸築造に着2.

手して以来約 5 年の期間を経て，平成 3 年 12 月に当初予

関西国際空港の計画概要

定どおり完了し，現在は平成 6 年夏頃の開港をめざして関西国際空港は現在の大阪国際空港における航空機騒滑走路，エプロン，旅客ターミナルピル等の空港施設の音問題を抜本的に解決するとともに，増大する関西圏の建設工事にとりかかっている.

航空輸送需要に対処するため，わが国の航空ネットワー

この埋立造成工事は，軟弱地盤が海底に堆積している

クの 2 大拠点のひとつとして計厨されたもので，環境保平均水深 18m とし、う大水深において，面積引 1 ha ，層厚全に十分配慮した騒音公害のない海上空港であり，また，33m ，埋立土量 1 億 8 ， 000万 m 3 もの大規模な埋立を 5 年

わが国で最初の 24時間運用の国際空港とし、う特色を有しという短期間で実施するという，土木史のエポックメイている.

全体構想は，面積約 1 ， 200ha でキングとなる大規模工事であった(表 1 ).

3 本の滑走路を有する構想、であるが，このうち現在建設中の第 1 ;期計画は，このような埋立工事を行なうにあたって土質工学的課

題としては，埋立地の沈下特性の解明(特にわが国初め

滑走路 1 本 (3 ， 500m) ，面積 511ha ，年間離着陸回数約ての洪積層の沈下特性の解明)，沈下特性をふまえた埋立16万四で，開港目標を平成 6 年夏頃としている.

地の沈下予測，幅稜する工事区域での沈下予測と埋立屡

第 1 期計画の施設配置計画は図 1 のとおりである.空歴等の施工情報の管理，沈下予測の埋立工事および空港港の建設については，空港島の造成(護岸・埋立)は昭施設工事への活用と沈下管理等があげられ，以上の技術

和62年 1 月着手し，平成 3 年末には完了した.現在，造課題に対処するため沈下特性の解明から工事の実施に至成された空港島の上で，空港諸施設の工事が進められて
L 、る.

すずき

しんや，みなみけんいちろう

3.

関西国際空港紛建設事務所

干 596 岸和田市大北町 9 ー253.
1 建設地点の自然条件
表 1名

空港島造成工事の概要

称場

わが国における主要な人工島の例

海の帰k距mか離ら所

埋立積

水深

建設期間

埋立土量

(m)

(年)

(百万m 3 )面(千m2 )

(km)

大阪南港

大阪

港

9, 370

3‑10

S33年 -55年

123神戸ポートアイランド

神戸港

0.2

4, 3601280

扇島

横浜・川崎港0.6

5, 15010141 年 -55年
146年 -50年

神戸六甲アイランド

神

0.
45, 80012

1146年~

120

152年~
155年 -57年

31160年~

29

11 臼年 -H6

1
78

戸港

苅国土捨場

苅田港沖

3.5

1, 5307.5

御坊火力発電所

和歌山県

0.2

350

4‑17

志布志湾石油備蓄基地

鹿児島県

0.
45

1, 960|大阪府 I

5.0

関西国際空港1993 年 2 月号

I九 1109I18.5© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

81(19)874,370m
給泊施設

5.
952NJ
連絡橋

図 1

空港施設配置計画(太線は平成 5 年 3 月末の計画高 (CDLm))

空港島の北端を通り，海岸線の直角方向の線上のボーレーン工法を主に採用し，面積 511ha に約 100万本の砂リング結果を用いた地質構造断面図を図 2 に示す.空港

杭を 2 年で打設した.空港島の周囲を囲む護岸は，不同

建設予定地の地質は，湾の中央部に向けて傾斜する単斜沈下に強く経済的な構造として，石を積み上げ上部にコ構造をなしており，表層の軟弱な沖積粘土層 (Ac) の層

ンクリートプロックを設置する形式の緩傾斜石積護岸

厚は，沖側の護岸部で約20m ，岸側で約 16m となっていを，その大部分に採用した.護岸工事は昭和62年 1 月末

る.この下には薄い砂磯層と粘土層が互層となった洪積に着工され，サンドドレーン工法等による地盤改良工事

層 (Ma: 海成粘土， Dtc ・ Doc: 非海成粘土)が数百m のが行なわれ，それに引き続き護岸本体の工事が実施され厚さで堆積している.

た.昭和 63年 12 月上旬には当初予定より 2 カ月早く概成

空港島の埋立層厚は平均で約 33m ，その荷重は約45tf/m2 にも達する.空港島の面積は 511ha と広大であり，(護岸が水面上に姿を現わし，空港島の外周を図った状態，この段階で埋立が本格化した)した.

護津近傍を除く空港島の内域では，洪積層の最深部にお空港島の闘いができると，埋立工事が本格化された.

いても応力が分散せず，ほぼ i 次元載荷状態になる.こ

埋立土砂は，大阪，和歌山，淡路島の土取場から土運船の埋立荷重によって生じる沈下，特に洪積層の沈下は，で空港島に運ばれ，土運船の喫水ぎりぎりの -3m まで従来の臨海部開発では経験したことがなく，その予測には底開式土運船で土砂を投入した(直投).ただし，海底対する，従来の土質工学の適用性を最終的には現地で確地盤の強度が上がるのを待ちながら埋めるため，直投①，認する必要があった.現在の予測によると，空港島全体②，③と 3 段階に分けている.さらに上の埋立は，ベルトの平均的な最終沈下量は.沖積粘土層，洪積粘土層ともに約 5m に達.0..〆.\~

別多2し，時間的なオーダーとしては，埋ホ.~立終了までに 4m ，その後 1 年で 4m ，開港までに 2m ，開港 50年後までに1. 5m程度である.

3.2

工事の概要

5

空港島の造成工事は，まず空港全斗

白ー 100域にわたる海底地盤の改良工事から日層一層層層じ一
主土土ま一

トι粘質磯一)

海非砂砂一応© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

図面
断層造構

地88 (20)‑200
図

沈下を早期に終了させる，サンドド削同一ぱ一一川

軟弱な沖積粘土層に直径 40cm の砂杭を打ち込み，埋立の重みによって粘土中の水が抜けやすくすることで

阿国囲網始められた.地盤改良工法としては軍事

オベレーションズ・リサーチ

ムに従って調査・計測・工事を進めた.

沈下管理の最終的な目標は，空港供用期間中において空港利用に支障をきたさない施設高，具体的には所要の勾配が確保され，開港後 50年間少なくとも既往最高潮位
CDL+3.2m を下まわらないような高さを確保するとともに，不同沈下に対し万全を期することである.
この目標達成のため，第 1 段階では，沈下計測結果をふまえて沈下予測精度の向上を図り，これにもとづいて管理目擦を満足する空港施設計画高(あるいは埋立地盤計画高)を設定した.前述のとおり，事前調査だけでは沈下予測に不確定要素が大きいため，海底地盤の土質特図 3

空港島の造成方法性を把握したうえで，空港島の中でも最も沈下が大きいコンベアーを備えた揚土船によって行なった(揚土①).と予想されるエリアに約 6ha の調査工区を造成し，沈下揚土船の限界 (+9.5m) 以上に揚土が必要な区域は，さに関する計測を集中的に実施した.その結果，当初の沈らにダンプカーなどを使用して所定の層厚の揚土②を行下予測よりも大きい速度で沈下が生じていることが確認ない，埋立を完了した(図 3 ).

されたため，実測沈下を再現できるように沈下予測手法

4. 空港島造成工事における沈下管理
空港島の造成は，r大水深 J r 軟弱地盤J という自然、条の見直しを行ない(図 5 )，この手法による沈下予測計算にもとづき，埋立地盤計画高および空港施設計画高を設定した(園 1 ).なお，この計画高は沈下によって時間的r(沈下が進行するなかでの)大規模急速に変化するが，空港施設の大部分が工事に入っている平施工J と L 、う点で，従来の臨海部埋立造成と一線を画し成 5 年 3 月末時点(基準日)における高さを設定していている.このため，調査，設計，施工の各段階においてる.

件下において，特に沈下を中心とした土質工学上の課題を克服していく

第 2 段階では，基準日において所定の埋立地盤計画高ある L 、は，空港施設計画高になるように，各施設の建設必要があった.

このため，情報化施工の手法，すなわち，事前の土質予定区域において沈下予測を行な L 、，施工から基準日ま調査にもとづく当初設計(あるいは予測)→本格的な工での沈て量の分だけ地盤が高くなるように沈下管理を行事に先行した調査工区における設計・施工法の確立(あなった.管理の精度としては，平均的に所定の地盤高がるいは沈下予測手法の確立)→本工事の実施，というト確保でさ，かつ，つづいて行なわれる空港施設工事におータルな沈下管理システムを構築し(図 4 )，このシステ

いて大きな切土・盛土が発生しない程度の精度を目標とした.

|工事 I

I

沈下管理|

￨沈下刊など 1

第 3 段階では，最終段階として空港諸施設を建設するにあたって，基準日に施設計画高となるように管理を行なう.地盤の沈下は，基本的には埋立荷重によって支配されるが，建物荷重と排土荷重のパランスが大きく崩れる場合などには，若干沈下に変化が生じる.このため，施設建設による沈下への影響の有無を判断し，必要に応じて沈下予測を修正する.また，各施設の基礎部の施工時から天端高計測を行ない，場合によ
図 41993 年 2 月号

沈下管理システム© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

り部材高き等を修正することで，施(2 1)闘設高の管理を行なっている.
揚土②5. 情報化施工に必要な情報とデータペース化
5.
1 情報化施工に必要な情報
2

空港工事の一連の流れの中で，絶えず実測値を予測にフィードパックデータベース化が不可欠であった.

14

噌

唱SA--}タベース化のプロセスについて示

10
つ白 qdA

以下には，各要素の情報の取得，デnkuQd

報を取得しそれらを処理するための・質 J r荷重 J r沈下変形j に関する情

沈下量 (m)するためには沈下に関する 3 要素，

すなわち，空港島全域にわたる「土aaz=dRU73す.

図 55.2

調査工区における沈下実測値と予測値

土質に関する情報

建設海域の沖積粘土層の土性は，多少のばらつきはあるものの，ほぽ均一な土質特性をもえると，ある地点における地中応力に影響する荷重は非っ地盤であると評価できる.また，層厚も沖側の護岸で常に複雑である.この荷重条件を正確に，かっ，迅速に20m ，岸側で 16m で，その聞は単斜構造をなしている.

把握するとともに，あわせて埋立の工程管理の基礎デー

このため，土質定数については，空港島内の沖積粘土層タとするため，埋立施工履歴データベースを構築・運用

は同ーの値を用い，この値は実測沈下にもとづいた逆解した.データは，埋立時期，位置，土量から構成され析により精度向上を図った.層厚については，深浅図，る.

音波探査結果，ボーリング結果等をもとに層厚図を作成

土量については，土運船に土砂を積み込む桟橋におい100m メッシュ毎に層厚を設定した.その閣の任意のて計測した.空港島埋立工事の最盛期には，約 600万 m 3点は，周囲の点からの補聞により求めるようにデータベ/月を越える土砂運搬体制が必要となり，これに就役すース化を図った.洪積層についても，沖合に向かつて地る土運船の便数は l 日 86 隻におよんだ.これらの土運船し，層が傾斜し，沈下の対象となる最下層の出現深度は，沖について隻毎に積載土量の検収を行なったが，この側の護岸でー 170m ，岸側で:-130m であり，空港島横断方検収には，従来の人力方式に変わって，光波式土量計測

向に粘土層，砂磯層の層厚が徐々に増加している.

方法を採用した.このシステムは，積出桟橋に設置され一方，土質特性については，個々の粘土層の各ボーリた光波式土量検収装置により，土運船に積み込まれた山ングの土質試験結果はばらつきが大きいが，サンプリン砂の形状を光波によって連続的に正確に測定するもの

グの乱れ等を勘案すると個々のボーリング点毎に異なるで，土砂量の最終計測結果は約 15 分後にアウトプットさ土質特性を設定するのは問題があるため，堆積過程がほれた.

ぼ同様であると考えられる，海岸線平行方向，すなわち，埋立位霞については，海上施工である直投までの施工

空港島縦断方向には同ーの土層モデルを設定することと段階の管理が問題である.直投用の底関式土運船は目標し，横断方向に 3 つの土層のモデル (A ， A', B) 化を投入地点まで，新たに導入した船位測定装置を使用して行なった.空港島の任意の点はこの 3 つのいずれかの土誘導した.この電波式位置出しシステムは，従来，外航層モデルを適用した.

船舶等が洋において自船の位置を確認する双曲線航法を

5.
3 荷重に関する情報

海洋土木工事に応用したもので，精度が工事区域全域に空港島の埋立荷重は最終的には 45tf/m2 に達するが，おいて約 1m と安定しており，設備費，運用費が既存の埋立工程は敷砂①，②，直投①，②，③，揚土①，②と方式に比べ安価である.一方，水上の工事である揚土作

鉛直方向に 7 段階，さらに，各工程の平面的な展開を考業については，揚土完了後数日間のうちに揚土区域，揚70(22)© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

オベレーショ γ ズ・リサーチ

平成 1 年 6 月 30 日

平成 l 年 12 月 31 日

図自埋立展開履歴図
ナノレコンピュータのデータベースに集約化される.この土高さが測量された.
これらのシステムによって取得された，埋立土砂の投データを処理し，埋立の工程管理がなされる(図 6 )と入土量，位置，日時に関するデータは，施工翌日にはフともに，図 7 に示すように載荷プロック毎に荷重データロッピーディスクの形で施工業者から報告され，パーソとして蓄積され，任意の点の地中応力の経時変化を計算することが可能となった.

5.
4 沈下に関する情報
沈下に関する情報は，沈下予測法の妥当性を確認していくための基本的な情報であるが，空港島造成工事のように大水深かっ，多数の作業船が幅模する条件下で沈下計測を機動的に継続して実施することは，多くの困難を伴う.調査工区では，沖積層と洪積層の沈下を分離して計測することを目的に，各種の沈下計が設置，計測されているが，一般工区においては，作業船に支障をきたすことが i汗されないため，約 30地点の沈下板によって全沈下量のみが計測されている.これら沈下板の計測は，埋立工事の開始から終了後も継続的にデータを取得している.

一方 q 埋立終了後の地盤高の計測は，
図 7

プロック化された埋立荷重データの概念図

1993 年 2 月号

100m メッシュ

毎に，空港施設高はさまざまな施設の基礎部が打ちあが© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

(23)71

った後に，それぞれレベル測量で実施されている.

参考文献

これらの膨大な沈下データは，時系列データとしてデータベース化され，土質情報，荷重情報をもとに解析さ[1]新井洋一，及川研，鈴木慎也，元野一生:関西

れた沈下計算値と定期的に比較検討されて，沈下予測の国際空港の建設における沈下管理システム，第 9 回建精度向上，壊立地盤高の管理，施設高の管理へと利用さ

設マネジメント問題に関する研究・討論講演集，土木れている.

学会，

6.

[2Jまとめ1991

及川研，小松明，鈴木慎也，山麻延文:関西国際空港の埋立に伴う洪積層の沈下，土質工学会第26

空港島の埋立造成工事では，平均水深 18m と L 、う大水深において，面積 5 l1 ha ，層厚 33m ，埋立量 1 億8 ，000万回研究発表会，1991 , 1201‑
1204.

[3] 鈴木慎也，新井洋一，及川研，元野一生:沈下m 8 もの大規模な埋立を 5 年とし、う短期間で実施すると進行中の空港施設施工基面設定法，土質工学会第27回

ともに ，研究発表会，

10m を越える沈下に対し適切な対応が必要であ1992 ,1701 ー 1704.

った.

このため，情報化施工の手法，すなわち事前の土質調査にもとづく当初設計(あるいは予測)→本格的な工事に先行した調査工区における設計・施工法の確立(あるいは沈下予測手法の確立)→本工事と L 、ぅ一連の流れの中で絶えず実測値をその後の予測・管理にフィードバックする総合的なアプローチを図った.

空港島造成工事および空港施設工事は，沈下が進行中という状況におけるかつてない大規模急速施工であるため，沈下管理を行ないながら工事を進めた.

空港島造成工事については，基準臼において埋立地盤計画高を確保できるよう地盤高の管理を行なった.空港
島を揚土①施工→沈下計測→(沈下予測をふまえた)揚土②層厚の決定→揚土②施工→沈下計測を行ないつつチェック，というフローで沈下管理を進めた.

空港施設工事についても，必要に応じて沈下予測を修-会員名簿刊行委員会からのお鰐びと訂正正しながら基準日において所定の空港施設計画高になるように，沈下予測計算にもとづき施工時にあらかじめ上げ越しておく方法をとった.また，荷重差によりやむを1992年版会員名簿を刊行いたしましたが， r所属機得ず不同沈下が予想される個所については，できるだけ関別会員名簿 j に誤りがありました.ここにお詫び

詳細に予測計算を行ない，所要の対策を講じている.
この一連の沈下管理を効率的に行なうため，沈下に関する 3 要素，すなわち，空港島全域にわたる「土質 j「荷重 j r沈下変形J に関する情報を取得し，それらを処理するためのデータベース化を図った.
以上のような技術的成果に支えられ，関西国際空港に申し上げますとともに，以下のとおりご訂正くださ{いますよう，お願い申し上げます.

所属様関別会員(2) 大学・短大・専門学校等

1 大阪大学榎原博之神谷和也真田英彦塩出省
吾新森修一鈴木幹田中正夫田畑吉雄田

おける空港島埋立造成工事は当初予定どおりに完成する

村担之中野秀男高代三郎朴嫡植ことができた.

大阪府立大学浅井勇夫石測久生市橋秀友太
田宏金川明弘岸光男河野通威高橋浩光
田中英夫寺岡義伸長野祐弘西村ミチコ

西山:徳幸室津義定

72(24)© 日本オペレーションズ・リサーチ学会. 無断複写・複製・転載を禁ず.

オベレーションズ・リサーチ