フジタ技術研究報告第 52 号 2016 年

荒瀬ダム撤去技術報告

概

宮 地 利 宗＊１

野間達也

*2

本 多*2

相 良誠

*3

茂要

荒瀬ダムは、1954 年に熊本県が築堤した発電専用の重力式コンクリートダムであるが、その役目を終え 2012 年より撤去工事を行なうこととなった。撤去工事としては、まずダム本体上流側の水位を低下させるために、上流面の岩盤をオールケーシング工法による水中掘削、また堤体にＦＯＮドリル工法を使用して矩形のトンネルを割岩掘削した。さらに、ダム本体の解体には、経済性の向上を目指して発破解体を有効利用し、門柱の倒壊発破工法を開発するとともに、澪筋部の発破解体時には、発破振動を制御するために種々の雷管を使用し、環境に配慮したダム撤去工事を実現した。

Report on the Arase Dam Removal Project

Abstract
The Arase Dam, which is a concrete gravity dam for electric power generation, was built in 1954 by
Kumamoto Prefecture. Its electric power generation function has since finished, and for this reason,
the Arase Dam Removal Project was started in 2012.
This paper describes the following three points of the removal project.
i) First, facilities for dropping the water level of the dam were built using the all-casing method on
the upstream face by underwater excavation and using the FON drilling method on the dam body tocreate a rectangular tunnel by rock-breaking and excavation.
ii) When removing the route of the dam, in order to manage the blasting vibrations, the dam removal
project adopted controlled blasting using various types of detonators in consideration of thesurrounding environment.
iii) When removing the gate piers, the “toppling blast method” was established in the aim of
improving economic efficiency by effectively utilizing blasting demolition.

キーワード： ダム撤去、FON ドリル工法、オールケ－シング、解体発破＊１ 九州支店＊２ 建設本部 土木エンジニアリングセンター＊３ 東京支店－27－フジタ技術研究報告 第 52 号

§１．はじめに荒瀬ダムは、1954 年(S29) 球磨川河口から 19.9ｋｍ地点の熊本県八代市坂本町に築造された発電専用の可動堰付き重力式越流型コンクリートダム(堤高 25.0m、堤頂長 210.8m、堤体積 47,167m3)である。
しかし、水利権が失効したことからその役目を終え2012 年より撤去工事を行なうこととなった。
荒瀬ダム本体等撤去工事は、ダム建設以前の河川に復元することを目指し、越流部の門柱 9 基を含めダム放流工本体のコンクリート約 27､000m3 を撤去するものであ

H4m×W5mる。

図 2 水位低下設備縦断図

工事概要を図 1 に示す。撤去工事は、まず貯留しているダム上流側の水位を低下させる必要があり、堤体内下部に調所に岩盤が残っている可能性があったため、ボーリン水位低下装置を設置した。このとき、堤体上流側の水中岩グ査を実施し、その存在を確認した。施工条件として非盤掘削にオールケーシング工法を適用、また堤体の穴あけ洪水期中に水位低下設備の設置を完了する必要があっ(矩形のトンネル)にＦＯＮドリル工法 1)を用いてダムコンクリた。図 2 に水位低下設備の縦断図を示す。

ートを割岩掘削した。つぎに、ダム本体を解体するが、経済ここで、水中の岩盤を早期に確実な施工を行なう必要性の向上を目指して発破解体を有効利用し、門柱の倒壊があったため、全周回転掘削工法により岩盤掘削を計画

発破工法を開発するとともに、澪筋部の発破解体時には、した。

直近に位置する国道・県道・JR 鉄道・民家への発破振動・

2.2 施工方法
施工するにあたり効率よく岩盤掘削を進めるため、ケーシ騒音を制御するために種々の雷管を使用し、環境に配慮しング径をφ1,800mm とした。施工ヤードとして、上流側に盛たダム撤去工事を実現した。

土を行い、敷き鉄板を掘削箇所周囲に設置し、鉄板上に全

本稿では、ダム撤去のために導入・開発したこれら 3 つ周回転掘削機を搭載し掘削を行なった。施工フロー図を図の技術について報告する。

3 に、掘削平面配置図を図 4 に示す。

§２．オールケーシング工法

2.3 施工結果

2.1 水中岩盤掘削工事の経緯

面から玉石混じり礫が 9.6ｍ、硬岩 2.2ｍで構成されており、水位低下設備を設置するにあたり、上流側の設備設置箇

岩盤強度は 209MPa であることが判った。施工実績としてボーリング調査の結果により、掘削の土質区分は掘削上

図 1 撤去工事の概要－28－

荒瀬ダム撤去技術報告

FONドリル工法

掘自由面(連続孔）形成

汎用ドリルジャンボ

割岩孔削孔

汎用ドリルジャンボ

削工
程

図3一次破砕

油圧クサビ

二次破砕

ブレーカ

施工フロー図図 5 割岩工法施工手順
強度が圧縮強度の 1/8～1/20 程度であることを利用し、割岩孔の壁面に割岩機により力を与え、自由面に向けて引張応力を発生させることにより岩盤にき裂を発生させ破砕する工法であり、図 5 に施工手順を示す。この際、形成自由面
図 4 掘削平面配置図の連続性や汎用ドリルジャンボ使用の可否が重要な点となるため、FON ドリル工法を採用した。FON ドリル工法の特長
は、①汎用ドリルジャンボのドリフター先端にＳＡＢロッドと呼ばれるガイドとなるロッドを取り付ける機構のため、自由面形成において専用機は不要、②機械の大きさ、性能を問わず、どんな汎用機械においても施工が可能のため、大断面から小断面まであらゆる断面に対応可能、③ビットがＳＡＢロッドを打撃しながら連続孔を穿孔するため、形成される自由面の連続性に優れ、形成される自由面の幅も在来工法より広いため割岩時の施工性が高い、という点にある。
3.3 施工結果
写真 2 に自由面形成状況を、図 6 に最終的に採用した

写真 1 掘削状況（全景）
岩盤に到達してからの掘削時間は掛かるものの、稼動時間9 時間/日で日平均掘削量は 26.3m3/日（１本/日）であった。
掘削状況写真を写真 1 に示す。

穿孔パターンを示す。
岩盤掘削とコンクリート掘削において大きく異なった点
は、①非常に硬質な玉石状の粗骨材と、これと比較すると強度の低いセメントペーストの組み合わせだったため、穿孔時に粗骨材からペースト部へビットが逃げ、特に割岩§３．ＦＯＮドリル工法

孔穿孔時に穴曲りが発生した。これに対応するためリトラ
3.1 水位低下設備

ックビットを採用した。②岩盤と異なり掘削対象に大きな水位低下設備は、図 1 で示した位置に既存のダム堤体内に図 2 に示したような幅 5m 高さ 4m、長さ 17m の矩形断面トンネルを 2 基構築することから、既存堤体の構造に影響を与えない設計・施工が求められる。

亀裂がないこと、また硬質な岩盤と比較するとコンクリートはいわゆる「しわい」材料のため大型油圧くさびによる割岩時に硬質岩盤ほどの発生亀裂の進展が見られなかった。このため、コンクリートの圧縮強度は 25N/mm2 であっ

3.2 割岩工法によるコンクリート掘削たが、図 7 に示す割岩孔の配置は岩盤では 150～200

割岩工法とは、自由面を形成した後、岩石・岩盤の引張－29－フジタ技術研究報告 第 52 号

門柱 7 基写真 2 自由面形成状況
2500
2000

2200
4000 (削 孔 芯 ）2500
20001800

図 7 解体発破体対象

削孔芯）

図 6 採用した削孔パターン
MPa 程度の設計パターンとなった。これよりコンクリートを破砕対象とする場合の破砕設計は岩盤と異なることが明らかとなり、150kg 級のドリルジャンボ使用時におけるコンクリートに対する掘削歩掛かりが得られた。

§４．門柱および右岸澪筋部の解体発破
4.1 解体発破対象
これまでの解体発破の対象は、図 7 に示すように門柱

図 8 門柱部断面図

7 基と右岸澪筋部である。ここで、解体発破を実施した澪で下部へ掴み降ろす計画となっていた。しかし、油圧圧筋部中心より右岸側には約 80m の離隔で JR 肥薩線のレ砕機には、小割りしたコンクリート片を把持して下へ降ろ

ンガ積みトンネル、左岸側には約 160m の離隔で民家がす機能はなく、運転席からも視野に入らないこと等から施ある。また、最も民家に近接した門柱部 P2 と民家との離工は困難であり、工程的にも非洪水期の限られた施工期隔距離は 95m となっている。このため、JR トンネル近傍の間では処理不能と判断した。これより、P7・P8 を対象とし路線用擁壁において振動レベル、民家軒先において振た試験施工時は管理橋上部 10m については主としてワイ動および騒音レベルを測定し、管理基準値を設定して基ヤーソーを用いて撤去後、残りの 14m については図 8 に準値以下の発破となるように施工を進めた。設定した管「発破領域」と示した部分を 1 度の発破で破砕することに

理基準値は鉄道トンネルについての振動レベルは 89dB

より上部を倒壊させる「倒壊発破」を実施したところ良好な（振動速度に換算して 2kine）以下、民家に対しては振動結果が得られた。このため、P5 を除く残りの 4 基の門柱にレベル 75dB、騒音レベル 96dB としている。

ついては、工期短縮を図るために、上部を撤去することな門柱の解体は当初設計では上部から 1.5～2.0ｍずつ

く約 22m の高さを発破で倒壊させる「倒壊発破工法」によ

制御発破でひび割れを発生させて、油圧圧砕機（ニブラ）り解体することとなった。ここでは、右岸澪筋部の各種雷－30－

荒瀬ダム撤去技術報告

上流下流

むにつれダム本体の自重が軽くなり、これに伴いダム基盤の拘束力が小さくなったため振動が伝わりやすくなったと考

11.3m

②③

えられ、これ以降については対策が必要となった。

①④⑥3)⑤41.4m

新型電子雷管による解体発破

振動を低減するには、段当たりの斉発量を低減することが最も効果が高く、このため電子雷管が開発されてきた

図 9 澪筋部解体発破手順

が、最新の電子雷管は秒時差をその場で決定できる。また、筆者らは、トンネル現場において秒時差が 15ms でも

表 1 各雷管における振動レベル・騒音・低周波音
JRDSMS
電子振動
647667

騒音
989898振動627575

民家騒音
857979振動は収束することを確認している。これより、1 孔 1 段（段当たり 2.5kg、49 段）・秒時差 15ms で発破したところ、低周波音
116121111

振動レベルは JR 側 54dB、民家側 59dB と格段に低減された。
80管を使用した解体発破と、全長 22m にわたる門柱の倒壊最大斉発量 26.0kg、10段発破工法について示す。

62.4dB
604.2 種々の雷管を使用した澪筋部の解体発破dB

澪筋部の発破解体手順を図 9 に示す。

40

図に示すように、試験発破①で発破振動・騒音を確認
後、②～④で澪筋部中心部上部より順次盤を下げていき、20盤下げが終了した時点で下流側の最後の締め切りとなるX⑤、上流側の締め切りとなる⑥を解体した。なお、解体撤Y0去後はこの部分に川を転流した。

00.5

実際の施工では、以下に示す理由により②は DS 雷管、

1

1.5

2time (sec)

2.5

33.54

図 10 DS 雷管による計測結果（民家側）③は MS 雷管、④は秒時差をその場で設定できる新型電80子雷管を使用した。なお、雷管の種類にかかわらず、装74.7dB

薬孔はほぼ垂直方向に穿孔し、孔間隔は 2m の格子状と最大斉発量 24.4kg、10段60することを基本とした。表 1 に各雷管使用時の振動レベ1)dB

ル・騒音低周波音を示す。
DS 雷管による解体発破40X

図 9 の②で示した部分は、図 7 で示した澪筋部を左右にZ20分割して 2 回の発破で解体することを試みた。ここで採用した全装薬量は 228・302kg、発破段数は 10・14、最大斉発0量は 26kg、発破係数は 0.21・0.26kg/m3 であり、上流側よ0り 7 列のベンチ発破とした。しかし、DS 雷管では秒時差が11.5

2time (sec)

2.5

33.54

図 11 MS 雷管による計測結果（民家側）

250ms 以上あるため、発破により発生するガスが施工継ぎ80目等より逃げてしまい不利なこと、また 3 列目以降は自由面からの距離が離れることにより、発破により亀裂は入るもの

最大斉発量 2.5kg、49段58.7dB60の完全な分離は出来ないこと、などが分かった。
MS 雷管による解体発破dB2)

0.5

この結果および民家側の騒音が予測より低かったことを受40Xけ、図 9 の③の部分は MS 雷管を用い、2 列ずつのベンチ発破とした。採用した全装薬量は 211～222kg、発破段数

Z

20は 10、最大斉発量は 28kg、発破係数は 0.28～0.29kg/m30であり、これにより 2 列ずつ完全に解体することが可能とな0った。ただし解体が進むにつれて、特に民家側における振動レベルは大きくなる傾向が認められた。これは、解体が進－31－

0.5

11.5

2time (sec)

2.5

33.5

図 12 新型電子雷管による計測結果（民家側）

4

フジタ技術研究報告 第 52 号

ここで、全装薬量は 102～202kg、発破係数は 0.24～

8074.0dB

74.9dB

30.30kg/m としている。図 10～12 に民家側における各雷60管の振動レベル計測結果を示す。
dB

今回の結果より、旧設コンクリート構造物を発破により解体する場合には、①MS 雷管のように段間秒時差の短い電気雷管を使用する方が有利なこと、②自由面からの4020距離は一定以内とすること、③解体が進むにつれて発破X

倒壊発破Z振動が大きくなる場合があり、電子雷管の使用などにより00

段当り装薬量を少なくする必要があること、が分かった。
4.3 門柱部の倒壊発破工法

1234time (sec)5678

図 13 P2 倒壊発破時の計測結果（民家側）

前述したように、門柱の撤去については平成 26 年度に門柱上部 10m を切断した形状で倒壊発破を試験施工したところ良好な結果が得られたことより、工期短縮および工費縮減を目的として平成 27 年度に撤去した 5 基のうち4 基は上部を切断しないまま倒壊発破により撤去している。
上部を切断した P7、P8 の倒壊発破時には、発破振動・騒音、また倒壊時の門柱が地面に衝突する際に発生する振動については、管理基準値を下回る結果となったが、上部を切断しないで倒壊させると、門柱の自重は約

写真 3 P2 倒壊発破 発破の瞬間1,400t となり、また門柱の位置が民家に近づくため、何らかの対応をしないと地面との衝突時に発生する振動は管理基準値を超過する可能性が高い。これより、事前検討を実施した結果、600mm 以下に破砕したコンクリート殻を使用した盛土（厚さ 1ｍ）を倒壊範囲に施工後、さらにその上に 200mm 以下に破砕したコンクリート殻を H=1m×3 列、H=1.5m×1 列の盛土を施工することで、これらをクッション材とすることにより管理基準値は満足できると想定した。
最も民家に近接した P2 の倒壊発破時における民家で

写真 4 P2 倒壊発破 倒壊の瞬間計測した振動レベル測定結果を図 13 に示す。図に示されているように、発破時ならびに倒壊時ともに管理基準値

械設備への振動の影響、施工精度が求められ、水位変動以下の振動値を実現した。写真 3 に P2 の発破の瞬間を、によるダム挙動に追随した仮設備など課題を抱えている。

写真 4 に倒壊の瞬間を示す。

本工事で応用・開発した技術は、これまでの改修技術に対し、安全性、経済性、施工性の面からも十分に適用できるこ§５．おわりにとを確認できた。

ダムの本格的な撤去工事は、荒瀬ダムが本邦初の工事である。このため、いくつかの課題に直面することとなった。

参考文献
1)

本稿では、このうち代表的な工種について報告している。

野間他：硬岩の小断面避難連絡坑における割岩掘削,トンネル工学報告集第 15 巻,2005.

他にも、いくつかの撤去工法を実施、映像によるアーカイブズの収録や長期材齢コンクリートの調査なども実施し、資ひ と こ と料としている。

本報で示した各種技術を駆使することにより解体の 8 割は完了したが、まだ左岸澪筋部などが残っている。今後もこれらの技術を活用しながら無事故の竣工を目指します。

ダムは、重要構造物であり半永久的に運用するために設けられた施設であり、近年は運用の見直しや老朽化による改修工事が増加している。その多くは、ダムの運用を休止することなく貯水位を維持したまま工事を進めている。このため、上流側では水中作業、ダム本体では本体および機宮地 利宗－32－