耐震技術

維持管理時代における通信基盤設備の研究開発

通信専用橋被災推定技術

地震災害から通信サービスを守る耐震技術

NTTアクセスサービスシステム研究所では通信ネットワークを大規模地震から守るため，基盤設備の耐震技術および耐震性評価技術の精度向上に関する研究開発を続けています．本稿では，重要設備の耐震対策として2013年度に導入した特殊専用橋の耐震対策技術，および現在開発中の地下管路設備の耐震性評価技術の高度化に向けた取り組みについて紹介します．

さかき

か つ み ※わかたけ

ま さ と榊克実

若竹 雅人

た な か

こ う じ

い と う

あきら/田中 宏司/伊藤陽

NTTアクセスサービスシステム研究所

る大地震に対しても高い耐震効果を発

現在は，膨大な旧仕様設備に対して，揮してきました．しかし，これら耐震これらの耐震補強技術を効果的に適用

設備の適用は管路の新設時に限定さするための耐震性評価技術の開発に取2011年の東日本大震災では，通信れ，改良を加える前に建設された管路り組んでいます．これまでの耐震評価

基盤設備も地震や津波により甚大な被の更改までは行われていないのが現状

技術は図 1 に示すような，既往地震に害を受けました．今後も，南海トラフです．

よる被災事例の統計分析により，震度ネットワークの信頼性を支える耐震技術

巨大地震や首都直下地震など，大規模

このため，私たちは道路を掘削する

階 ・ 液状化有無 ・ 管種 ・ 建設年度の関な被害想定が政府から発表されておことなくケーブルを収容したままで，係から広域の被災数をマクロ評価する

り，地震に対する設備の安全性への要

旧仕様管路の耐震補強が実施できる技手法（例えば，液状化が発生する震度求は一層高まっています．

術の開発に取り組みました．
その結果，6 強の地震動に曝される1985年以前

NTTアクセスサービスシステム研

PIT（Pipe Insertion Type） 新 管 路に建設された鋼管の被災率はA%であ

究所では，これまで大地震発生の都度方式などの自立型ライニング技術による）を採用し，近い将来に発生が予測実施してきた設備被害の分析結果に基り，地震動や地盤変状に対してケーブされる大規模地震の被害想定の作成なづき，設備の改良を行ってきました．

ル被害を軽減する効果があることを確どに活用してきました（2）．しかし，本

特に，阪神 ・ 淡路大震災以降，レベル認しました（1）．

手法では膨大な旧仕様設備のどこから

2 地震動が土木学会で定義されたことから，とう道や専用橋といった重要設備については，新たな基準により耐耐震評価ランク

震性能評価，および耐震対策を実施し

A：早急な対策要ています．本稿では，2013年度に導B：計画的対策要

入した特殊専用橋の耐震対策技術につ

C：要注意設備
D：対策不要

いて紹介します．
また，地下管路設備については，これまで地盤の液状化に対する耐震対策を重要視して管路の継手部にフレキシブル性を持たせるなどの改良を加えてきたため，東日本大震災をはじめとす
図1
※

16

現，NTTインフラネット

NTT技術ジャーナル 2014.8

現状の耐震評価技術

特 集

耐震対策を実施するかを判定するためいった特殊専用橋は一般的な橋梁とはかにし，橋の長さや管路の条数など，の，ルートの個体評価への活用には推構造が大きく異なるため，地震時にど簡単なデータで地震により発生する慣定精度に課題がありました．そこで私のような挙動を示すか不明確でした．

性力と橋の鋼材の耐力を比較できるたちは，図 ₂ に示すように地震に対す

これまでの地震においては落橋のようチャートを作製しました．また，特殊る設備個々の弱点個所を抽出する技術な事故は発生していませんが，専用橋専用橋の一種である片持ち梁橋についに現在取り組んでいます．
具体的には，は河川を渡るため重要ケーブルが集中ては条数に関係なく，長さのみで被災

金属管路の劣化による強度低下，平面する設備であり，落橋などによる第三可能性の有無を判定できることが分か

曲線や縦断勾配，防護コンクリートな者被害も想定されることから，ネットりました．

ど設備形態や地盤種別などの埋設環境ワークの信頼性や安全性の観点から重（2） 液状化に対する評価の影響といったさまざまな要素を定量要な施設です．そのため大地震時の被強固な橋台を持たない特殊専用橋は的に評価する技術により，高精度な被災メカニズムを既設設備の振動特性調

周辺地盤が液状化すると倒壊のおそれ災予測を可能とする技術を目指してい査や構造解析により明らかにし，どのがあるため，液状化の危険性が高いエ

ます．

ような条件で被災が発生するかについ

リアに設置されている特殊専用橋は要（3）て検討を進めてきました ．

特殊専用橋の耐震性評価技術対策設備としました．また，橋台部が地震時の被災要因は，地震の振動に液状化するかの評価は，自治体や研究

NTTは標準の通信専用橋に加え，よって発生する慣性力と，橋梁を支え機関が公開している調査データを用い特殊な構造を持った専用橋も保有してる地盤の液状化による橋台や橋梁本体て液状化エリアを判定するフローを構います．これらは旧規格にのっとったの倒壊の 2 種類です．これらの影響を築しました．これまで，液状化の判定

もの，もしくは現場の創意工夫によっそれぞれ，簡易に入手できるデータかは近隣のボーリングデータの収集が必て独自に設計されたものであり，特殊ら把握できる技術を構築しました．耐要なため調査に時間を要していました

専用橋と呼ばれ，大きく分けると 2 種

震性評価のフローを図 ₄ に示します．

が，液状化履歴図，PL（Potential of類あります（図 ₃ ）．

（1） 地震の振動に対する評価

Liquefaction：液状化指数）値が記さ

現在標準とされている専用橋は耐震

実際の特殊専用橋の調査と，解析をれた液状化マップ，微地形図などの公性能の評価がなされていますが，こう行うことで特殊専用橋の揺れ方を明ら

開データが整備されたことから，これ課題・真に対策を要する設備の絞り込みができ，経済的な設備マネジメントが可能
・これまで対象外としていた，低震度領域における劣化設備等の診断が可能

・個体の被災程度が分からない・データベースが限定的
・出力は過去の事例に基づく被災率

効果

液状化
震度 6 強a：曲線

非液状化
震度 6 強b：劣化

同震度度でも…

d：近接構造物
液状化
震度 6 弱被災率＝

e：地盤不連続c：設備不連続（防護コンクリート）

非液状化
震度 6 弱a＋b＋c＋d＋e
a＋d＋eb

被災ロット数
調査ロット数

影響率
影響率
影響率

50％
30％
10％（劣化度に応じて）統一的な被災予測から優先順位の付与・設備個別の評価へ

図2

高精度な被災推定技術（イメージ）

NTT技術ジャーナル 2014.817維持管理時代における通信基盤設備の研究開発

らの公開データを効果的に活用するフローに従って液状化判定することで，当該エリアの液状化危険度を判断する

管路の多くが建設後30年以上経過しすることを可能にしました．ている状況であり，金属管路が腐食す

耐震性評価技術の高度化ることによって健全な状態と比較して（1） 地下管路の劣化を考慮

強度が低下している可能性がありま

以上の 2 つの視点から，被災発生のこれまで地下管路の地震時の被災をす．被災が発生する個所をより正確に危険性が高い特殊専用橋を簡易に抽出推定する際には，健全な状態の管路を把握するためには，性能がどの程度低し，真に対策を取るべき対象を明確化想定してきました．しかし，実際には下しているのか，またそういった管路ことが可能になります．

がどこに存在するのかということを把握する必要があります．このため，全鋼管結束橋：管路どうしを平鋼で結合した専用橋

国の工事から撤去された管路を収集し，図 5 のような性能を確認する試験を実施して，どの程度の劣化が発生しているのかを把握しました．
性能試験の結果，埋設されていた管路の性能の平均値は，新品状態と比較して，およそ 9 割程度の性能を示している，つまり強度が平均 1 割程度低減していることが分かりました．しかし

片持ち梁橋：管路を支える桁が一部分断されている専用橋

個体ごとのばらつきが大きく，新品状態と変わらない性能を保持していた管路も多くありました．さらに詳細に観察を行った結果，一部例外はありますが図 6 に示すように内面に腐食が強く発生していると性能が低下する傾向がみられました．現在はまだ定性的な
図3確認を行った段階ではありますが，今特殊専用橋種類

後より基礎的な実験と現場調査を行う（1） 地震の振動に対する評価（2） 液状化に対する評価

動

震地スタート動

震地

長さと管路の本数などで対策要否を判定

液状化可能性：高OK

発生する力・液状化履歴図
・液状化マップ
・微地形図

要対策NGNG
要対策

図4

NTT技術ジャーナル 2014.8

液状化可能性：低専用橋

専用橋の長さ

18OK

公版資料

耐震性評価フロー

耐震性能あり特 集

ことで，どのような環境下でどのくら大きな被災率を示すことが分かりまし曲布設），防護コンクリート施工の 3

いの期間埋設されていれば，どの程度た．次に被害の受けやすさの定量化を種のモデルを作成し，数値解析を行い弱くなるかを明らかにし，管路個々の目的として，曲線布設，縦断布設（屈ました．線形変化のない直線管路に対性能低下を予測する技術として確立していきます．
（2） 地下管路の布設線形を考慮
NTTの地下管路は道路線形に合わせた布設や，ほかの地下埋設物を回避管体部するために縦横に線形を変化させて布設される場合があります．このような線形変化点は地震時に外力が集中して弱点部となる可能性があります．また

治具

継手部

鋼棒

地表面から浅い位置に管路が埋設される場合は社外工事から管路と収容ケーブルを保護するために，管路の周囲にコンクリートを打設する防護コンク

床に固定↓

リート施工（2003年以降は管路防護台という廃光ファイバのリサイクル品

図5により防護されています）がなされる性能試験の様子（引張試験）場合があり，このような個所は管路の特性が不連続となり，地震時に外力が内面腐食：弱集中し，弱点部となる可能性があります．
NTTの従来の耐震検討ではこのような線形変化を考慮していなかったた研究所ではこのような線形変化と地震時における被害の受けやすさについて検討しています．
はじめに東日本大震災における被災事例の布設線形について調査を行いました．検討対象を地下区間と限定して100
性能割合

め，NTTアクセスサービスシステム（％）

内面腐食：強908070

腐食なし

サンプル 1いるため，橋梁添架管路等の地上部に

図6

サンプル 2

サンプル 3

サンプル 4内面腐食と性能低下例

露出する区間を除き，今回検討の対象とする金属管に限定して集計した結果を表に示します．

表

調査の結果，スパン内に防護コンクリート施工がなされている設備は集計
対象全体の被災率の約2.8倍，曲率半径100 m以下の曲線布設されている設
備の被災率は約1.3倍であり, 相対的に全体布設形態による被災率の分析結果
点検スパン数

被災スパン数

被災率

1064

82

7.7%

曲線布設

61（推定）

69.8%

縦断布設

不明

56

不明

防護コンクリート有布設100（推定）2222%

NTT技術ジャーナル 2014.819維持管理時代における通信基盤設備の研究開発

する解析結果と比較することにより，被害を推定するための切り口として，かの相関関係があるかを調べるために地下管路の布設形態が耐震性に与える埋設地盤環境の影響について述べまG I S（ G e o g r a p h i c I n f o r m a t i o n

影響を定量評価しました．その結果をす．2011年 3 月11日に発生した東日

System：地理情報システム）を利用

図 7 に示します．曲線布設の場合は直本大震災においても液状化現象によるして分析しました．分析においては，線管路と比較して最大で3.5倍程度のNTTの地下管路設備の被災が発生し建設年度等の設備の属性や作用された外力が，縦断布設では直線管路と比較ました．NTTアクセスサービスシス

地震動の強さ，埋設地盤条件に着目して最大 4 倍程度の外力が作用する

テム研究所では地震時における地下管して各区分の被害率を計算しました．

可能性があること，防護コンクリート路の被災と埋設地盤環境の影響を定量被害率を計算した結果を図 8 に示しが存在する場合は存在しない場合と比化するために，地盤データと設備デーます．

較して約1.1倍の外力が作用することタを用いた分析を行いました．

強震地域に埋設されていた被害率のが分かりました．非常に簡易的な解析分析に用いた地盤データは震度や高いグループについて，特にPGVがであるため，より詳細なモデル設定とPGV（Peak Ground Velocity： 最 大

90 cm/s以上の地震動に作用されたグ

数値解析が必要ではありますが，特定

地表面速度），地形区分（埋立地等）

ループは被害率が 3 %程度となっておの布設形態が地震時における地下管路の複数のデータを用いました．

り，ほかのグループと比較して大きなの弱点部になり得ることを示しまし

分析対象となる設備データは被害が値となっています．これらのグループ

た．今後はより詳細なモデル作成とそ確認できた数100スパンのデータと被の中身をもう少し細かくみていくと，のモデルに対する解析を実施する予定

害を受けていない約 2 万スパンの設

該当のグループの被災設備は微地形区です．

備データを用いました．

分が一般的に軟弱とされている後背湿（3） 地下管路の埋設地盤環境を考慮

これらの地盤データと設備データに地に埋設されている設備が多く，管種

ここでは地下管路の地震時における対して地盤種別と被災有無の間に何らも現行規格が導入される以前の設備が平面曲線

不連続点（防護コンクリートを想定）

縦断勾配
θRθ

平面曲線・縦断勾配結果（直管との比較）

5（kN）

150

：曲率半径 1 m

4.5

不連続点結果（不連続点際・直管との比較）

：勾配管路

4120

：曲率半径2.5 m：曲率半径10 m

発生軸力

応答倍率

3.5
32.529060

1.530

10.50sinθ
00.2

0.4

0.60.81※縦軸は直線管路と比較した場合において，どの程度の大きさの外力が管路に作用するのかを示している．

図720NTT技術ジャーナル 2014.8

0

不連続点あり

不連続点なし※不連続点ありの場合はなしの場合に比べて，発生する軸力（応力）が約1.1倍となることが分かった．

解析モデルと解析結果

特 集（10− 2 ）（10− 2 ）

3.5

3.5

3.0

3.0

被害率

2.0

被害率

低震地域の被害率の高いグループ

2.5

強震地域の被害率の高いグループ

1.5
1.0

2.5
2.0
1.5

強震地域の被害率の低いグループ

1.0
0.5

0.0

（1（0,10）
0,20）（20,30）（30,40）（40,50）（50,60）（60,70）（70,80）（80,90）（90,100）（100,110（1）10,120（1）20,130（1）30,140（1）40,150（1）50,160（1）
60,170）（cm/s）（a）PGV0.0（cm/s 2 ）（（1 0,1000）（2 0,2000）（3 0,3000）（4 0,4000）（5 0,5000）（6 0,6000）（7 0,7000）（8 0,800（9 00,90 ）（1 00,10 0）00（1 00,11 0）
10（1 00,12 0）
200 00）（1 ,1330（1 00,14 0）40（1 00,15 0）
500 00）（1 ,1660（1 00,17 0）
70（1 00,18 0）
800 00）（1 ,1990（2 00,20 0）00（2 00,21 0）
100 00）（2 ,2220（2 00,23 0）30（2 00,24 0）
400 00）,2500）

0.5（b）PGA※白抜きプロットは母数が全体の0.5%未満の統計的に十分な数を満たさないデータを示す．

図8

分析により得られた地下管路の被害率多いことが分かりました．つまり，軟化地域における旧規格管路の被害率が弱地盤中の旧規格設備は被害率が高く高くなるということを示しています．

なることが分析により明らかになりま

ここで紹介した埋設地盤環境に関すした．

る 3 つの傾向は，従来の定性的な地震また強震地域に埋設されていても被時に被害を受けやすい地下管路の条件害率が低かったグループが存在していと同じですが，設備データと埋設環境ることも分かりました．
これらのグルーを定量的に重ね合わせた結果は地震時

プはPGA（Peak Ground Acceleration：における被災予測の高度化にとって重2最大地表面加速度）が1400 cm/s 付近の強震地域に埋設されていましたが，被害率が0.5％程度であり，ほかのグ要な結果と考えています．

今後の展開ループと比較して低い被害率を示しま

基盤設備整備を実施するトリガは，した．該当グループの管種を確認する

耐震対策のほかにも設備の老朽化，容と現行規格管がそのグループに多く存量不足，中継ケーブルルート重複解消，在していることが分かりました．この社外工事との共同施工による経済化，結果は現行規格の耐震性能が旧規格管支障移転などさまざまです．これらのより優れていることを示す結果と考え要因を重ね合わせて効果的な対策を実ています．

施する必要があります．
本技術により，一方でPGVが30 cm/s程度の低震地耐震上の弱点個所を絞り込むことで重域において被害率が 1 ％程度である，要ルートの信頼性向上に寄与していきほかの強震動にさらされたグループのたいと考えています．

被害率と同等の値を示すグループが確■参考文献

認できました．このグループの特徴的な属性を調べてみると，埋立地に埋設されている旧規格管路が多く存在していることが分かりました．つまり液状NTT技術ジャーナル，Vol.21，No.8，pp.75-78，2009.
（3） 伊藤 ・ 石田 ・ 瀬川 ・ 栗林 ・ 鈴木：“特殊な構造をもった通信専用橋の耐震性評価に関する研究,” 土木学会論文集A1（構造 ・ 地震工学），
Vol.70，No.4，pp.701-709，2014.

（1） 山崎 ・ 瀬川 ・ 奥津 ・ 石田 ・ 稲村 ・ 田中：“ケーブル収容管補修技術（3000心タイプ）による既設設備の耐震性向上,” NTT技術ジャーナ
ル，Vol.23，No.11，pp.42-46，2011．
（2） 山 崎 ・ 瀬 川 ・ 田 中 ・ 岡 澤 ・ 石 田 ・ 岸 本：“通信 設 備 の 地 震 時 機 能 性 評 価 技 術 の 開 発，”（後列左から）伊藤陽/ 若竹 雅人（前列左から）榊克実/ 田中 宏司

大地震に対する世間の関心は高まるばかりです．地震に強い通信ネットワークを縁の下から支えるために，基盤設備の耐震技術の向上に取り組んでいきます．

◆問い合わせ先NTTアクセスサービスシステム研究所
シビルシステムプロジェクト
管路系グループ
TEL 029-868-6220
FAX 029-868-6259
E-mail tanaka.koji lab.ntt.co.jp

NTT技術ジャーナル 2014.821