変位・荷重自動制御による大規模アンダーピニング情報化管理
鹿島建設株式会社 岩下 直樹
鹿島建設株式会社 板橋 信男
鹿島建設株式会社 山本 章貴
1.

はじめに相鉄・東急直通線（以下「ＳＴ線」と称す）は、相鉄・ＪＲ直通線羽沢横浜国大駅と東急東横線・目黒線日吉駅間に、延長約 10km の連絡線（図 1）を新設するものである（平成 34 年度下期開業予定）。これにより、横浜市西部地区及び神奈川県央部と東京都心部とを直結させ、鉄道の利便性向上、地域の活性化等への寄与が期待される。その内、新横浜駅（仮称）は、横浜市営地下鉄（ブルーライン）新横浜駅の直下をアンダーピニングによって仮受けして新駅を構築する工事である（図 2）。
地下鉄の列車走行安全性および躯体の健全性を確保するため、「変位・荷重自動制御システム」を用いて制御するとともに、CIM（建設３次元モデル：Construction InformationModeling）を用いてアンダーピニングの見える化を図ったので、ここに報告する。
施工手順
当初計画では、躯体周囲の土砂掘削が完了したら掘削は一旦止め、躯体底部に導坑を掘り、仮受け杭を設置する手順であった。しかし、本工事では、ST 線の早期開業に向けた工期短縮のため、地上からの土留め掘削と並行して、地下鉄躯体底部にアクセスする導坑を掘削し、仮受け杭設置を先行する手順を採用した（図 3）。

横浜国大

羽沢
横浜国大

図 1 路線図

JR 新横浜駅2.

市道環状２号線

市営地下鉄
新横浜駅

ＳＴ線
新横浜駅（仮称）

当該工事
施工延長 76.5ｍ

他工区工事

図 2 完成予想パース

【変更後】

【当初】

図 3 施工手順図（当初・変更後）

1

15■函体上部まで掘削した状態

14
3. 地下鉄躯体の計測管理計画：限界値
13：３次管理値
12
地下鉄躯体の計測管理値は、以下の２項目：２次管理値
1110：１次管理値
9について設定した。
87・変形により生じる応力値は、躯体の健全性を65確保する範囲に抑えること。
43・列車の走行安全性を確保するために必要な21許容範囲の変形に収めること。
0モード
モード-1-2
躯体の健全性に関しては、下床版の変形に-3-4着目して管理値を設定し、変位測定箇所は、各-5-6断面につき４測定とした。躯体の健全性に影響-7-8を与える変形は、変形の大きさではなく、局所的-9-10に生じる変位差の大きさである。そこで、解析的-11No.12 No.13 No.14 No.15 No.16-12No.17 No.18 No.19 No.20 No.21-13アプローチにより部材応力度（鉄筋応力度 295-14No.22 No.23 No.24-15N/mm2）が限界となる局所変位量を設定し、上-15-14-13-12-11-10-9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15上り線柱相対変位（mm）
記の４測点によって表現できる下床板の様々な
図 4 ノモグラム管理図
変形モードに合わせた相対変位をノモグラム（図 4）で表現して、現状の健全性をリアルタイムで確認でき、ジャッキ操作による躯体変位修正を可能とした。また、 「列車走行安全性」は横浜市交通局の軌道整備基準値をもとに、別途限界値を設定して管理することとした。
上り線柱相対変位（mm）

上り線柱＋下り線柱

下り線柱相対変位 （ｍｍ）

―4.

変位・荷重自動制御システムの導入 基本制御（定常制御）
監視体制
地下鉄躯体変位 仮受ジャッキ荷重
当工事のアンダーピニングは、営業中監視体制
監視体制の横浜市営地下鉄３号線の地下鉄駅躯
OK
地下鉄躯体変位量OK
仮受ジャッキ荷重
体（受替荷重：約 6,800ｔ）を 24 本の仮受＞Level1＞Level1
け杭頭部に設置された 24 台の受替工法
NG
NG用特殊油圧ジャッキ（以下、仮受ジャッキ）
変位≦収束値
基本制御始動（自動）基本制御始動（自動）
収束値に自動で荷重変更で直接支持している。地下鉄駅躯体直下
荷重を Level2 内にて自動増減
変位量＞収束値に新駅を建設するために、以下①～③の施工条件で、初めて「アンダーピニング変位・荷重自動制御方式」を採用し、管理① 地下鉄躯体変位量＞Level2② 仮受ジャッキ荷重＞Level2を行っている（図 5）。
NG ⇒ グループ制御への警報発令①仮受けと本体掘削が平行して行われ、グループ制御（非定常制御）
駅躯体に作用する荷重が大きく変化。
① 変位量≦収束値② 荷重≦収束値
１次グループ制御始動（手動）②地下鉄駅躯体健全性から導かれる許・１次支援ジャッキを手動選択① 変位量＞収束値
容変形角を小さくする、厳密な変位制② 荷重＞収束値① 変位量≦収束値
御が必要。
２⇒３⇒４次グループ制御始動（手動） ② 荷重≦収束値
・支援ジャッキを手動で追加選択③地下鉄運行に支障がないよう、変位発① 変位量＞Level 2
生時に迅速なジャッキ修正作業が必要。
② 荷重＞Level 2「アンダーピニング変位・荷重自動制御
STEP1：厳重な監視体制下で限界値まで仮受ジャッキ荷重操作方式」により、列車走行安全性の確保のSTEP2：別途対策工検討（ジャッキ容量大に変更等）
みならず、地下鉄躯体の健全性確保の基 準 値：初期に設定する基準となる値
Level１：基本制御が始動する値 ・・・・・（基準値±基準値×50% ）ために、より精度の高い「変位優先」によLevel２：基本制御における荷重変動範囲 ・・（基準値±基準値×70% ）る制御が可能となった。
グループ制御に移行する値
限 界 値：ジャッキ容量、躯体３次管理値・・（基準値±基準値×100%）
収 束 値：基本制御が停止する値 ・・・・・（基準値±基準値×20% ）図 5 変位・荷重自動制御システムフロー

2当工事で採用するアンダーピニング変位・荷重自動制御システムは、営業中の地下鉄躯体変位量（開水路式鉛直変位計計測値）を、事前に設定されている管理値の範囲内に維持する為に、以下の２つのジャッキ制御により管理を行う（表 1）。
表 1 基本制御とグループ制御
基本制御

グループ制御・地下鉄躯体変位および仮受ジャッキ荷重を、管理値内に保持する目的で単独の仮受ジャッキ荷重の増減を自動的に操作する。
・仮受期間中の日常的な定常制御。
・地下鉄躯体の変位が設定した管理値を超過した場合、複数の仮受ジャッキ荷重を操作することで荷重バランスを修正し、変位修正を行う制御。
・基本制御により地下鉄躯体の変位管理値以内に収めることができない場合に、人的に発動する制御で、非定常（線閉時間内作業）で行う制御。

地下鉄躯体変位制御を行う場合、基準値（初期に設定する基準となる値）に対して、仮受ジャッキ荷重は LEVEL２（基準値±基準値×70%）範囲内にて操作を行い、地下鉄躯体変位が収束値（基準値±基準値×20%）に収まるよう自動的に制御を行う。基本制御において単体の仮受ジャッキ操作でLEVEL１（基準値±基準値×50%）内に地下鉄躯体変位が維持できず、地下鉄躯体変位及び仮受ジャッキ荷重が LEVEL２まで進展した場合に、グループ制御に移行する。

5.

ＣＩＭによるアンダーピニングの見える化
アンダーピニング自動制御
システム導入当時は、集中制御室内に配備したジャッキ操作盤、自動制御 PC に仮受けジャッキの荷重とストロークに加え、別途地下鉄躯体に設置した変位計の計測値を取り込み、数値と制御管理の各状態を識別し、モニターに表示し監視した（図 6）。
しかし、このモニター画面では複数のジャッキ状態、構造物の変位状況を視覚的にとらえることができず、瞬時に仮受け状況を的確に把握できない。
そこで、CIM を用いて、アンダーピニングの見える化を図った。
表 2 に見える化のための計測データ仕様と取得頻度を示す。
以下に見える化の特徴を示す。
① 地下鉄躯体の鉛直変位を色分けしたコンターで表示② ジャッキストロークの大きさを色と矢印で表示③ ジャッキ荷重の大きさを色で表示④ １分毎にモデルの状態を更新し、リアルタイムで表示⑤ 開削及び導坑掘削エリアと時間情報をブロック表示

ジャッキ番号
荷重(％)
荷重(KN)
ｼﾞｬｯｷｽﾄﾛｰｸ(mm)躯体変位量(mm)

図 6 従来の監視モニター画面

表 2 各種計測データ取得頻度

・地下鉄躯体の鉛直変位をコンターで表示
3・ジャッキストロークの大きさを色と矢印で表示
・ジャッキ荷重の大きさを色で表示
・1分毎にモデル状態を更新しリアルタイムで表示

刻々と変化するジャッキストローク量や荷重、地下鉄躯体変状コンターを色と矢印で表示し、見える化を図った（図 7）。また、過去のデータを PC にストックし現在と過去の差分表示を行い、仮受け状況の推移傾向を、迅速かつ的確に把握できるようにして、ジャッキ操作を行う際の判断材料とした（図 8）。

躯体コンター

小差分表示:1W前

ジャッキストローク （色・矢印）
大ジャッキ荷重（色分け）

図 7 アンダーピニングの見える化

ｼﾞｬｯｷｽﾄﾛｰｸ矢印表示

差分表示:1W前
差分表示：1
週間前
ジャッキストローク（色・矢印）

6.

導坑間掘削の施工実績
ジャッキ 24 本で地下鉄仮受けが完了した
後、隣接する導坑と導坑との間の地山掘削を小実施した。この導坑間の掘削の際は、・地下鉄躯体にできるだけ偏荷重を与えない
15分前
6時間前
・仮受ジャッキへの荷重移行を急激に行わない
15分前
12時間前
1週間前
6時間前
ジャッキ荷重（色分け）
・導坑の崩壊、支保工の急な変形をさせない
大12時間前
図 8 過去データとの差分表示
・仮受中のジャッキに損傷を与えない
1週間前ことに注意を払い、ジャッキ荷重、ストローク、地下鉄躯体変位等の各種計測データを、24 時間体制で密に監視しながら施工を進めた。掘削の順番は、断面図（図 9）の上半部分について、導坑間掘削順
序平面図（図 10）のとおり、躯体の左右端部から交互に１～5 の順番に行った。上半掘削完了後、続いて下半掘削を実施した。
導坑間掘削前状況を写真 1 に、掘削状況を写真 2 に、掘削後の状況を写真 3 にそれぞれ示す。

上半掘削

羽沢
方日吉方下半掘削

図 10 導坑間掘削順序平面図

図 9 導坑間掘削順序断面図
地下鉄躯体

地下鉄躯体

地下鉄躯体

地山

導坑

導坑

写真 1 導坑間掘削前状況

仮受杭・ジャッキ

写真 2 導坑間掘削状況

4仮受杭・ジャッキ

写真 3 導坑間掘削後の状況

導坑間の掘削及びその後の変位修正時のジャッキ荷重経時変化図を図 11 に、地下鉄躯体変位経時変化図を図 12 に示す。仮受ジャッキへの荷重移行は徐々に行われ、地下鉄躯体の変位調整もバランス良く実施できている。

図 11 仮受けジャッキ荷重継時変化図

図 12 地下鉄躯体変位継時変化図

7.

ＣＩＭによる情報化管理の施工実績
上記 6.で示した導坑間掘削及び変位修正時のジャッキ荷重・ストローク、地下鉄躯体の変位の変動の様子を CIM で見える化し、それを活用して、制御・管理を行った。図 13 に示すとおり、導坑間掘削
前は、地下鉄躯体周囲の掘削によるリバウンドおよび、導坑掘削施工時に実施した薬液注入等の補助工法により若干、隆起傾向であったが、導坑間掘削すなわち仮受け完了までに、隆起傾向は徐々に改善され変位の大きい赤いエリアが小さくなっている。ジャッキ荷重は、特にエリア中央付近の仮受杭が赤い表示となり、ジャッキ荷重への荷重移行が行われたことが確認できる。さらにその後に実施した変位修正により、変位の大きい赤いエリアが無くなり、全体にフラットな状態に改善された。
導坑間掘削着手前
荷ジ
重ャ・ッ
スキ
トロー
ク

導坑間掘削上半終了

導坑間の掘削変位調整後（2017.09）

ジャッキ変位調整

変位調整後（2018.08）

ジャッキ変位調整

地下鉄躯
体変位
図 13 ＣＩＭによる情報化管理状況

8.

おわりにCIM を活用して見える化を図ることで、地下鉄躯体の変位やジャッキの制御状況が視覚的に確認でき、アンダーピニングの施工管理が安全・確実に実施できた。今後の同種工事で参考になれば幸いである。
【参考文献】
１） 山本章貴他：大規模アンダーピニング工の施工実績,平成 30 年度土木学会年次学術講演会, Ⅵ-1037，2018.08

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