奥村組技術研究年報 No.49

2023 年 9 月

アンカー孔の自動削孔装置の開発－その２

下水道施設補強工事への適用－

Developing an Automated Drilling Hole Device for Anchors- Part 2 : Application to Sewerage Facilities 川澄悠馬 ＊要

三澤孝史 ＊ ＊山口治＊＊＊

川口竜巨 ＊ ＊ ＊旨

補強 工事 にお ける 、あ と施 工せ ん断 補強 工法 や壁 等の 増設 工法 では、「せ ん断 補強 筋」 や既 設と新設コンクリートの一体性を高める「あと施工アンカー筋」の挿入孔の削孔が行われる。削岩機や電動ハンマードリル等の人力で繰り返し行われる挿入孔の削孔では、作業の省力化や効率化、作業環境の改善が求められている。そこで今回、自動で削孔作業を行うアンカー自動削孔装置を 2 種類開発し、同一現場において適用した。その結果、省力化、ならびに作業環境の改善に繋がった。
キーワード：リニューアル工事、補強工事、削孔作業、省力化、自動化

１． まえがき

削孔深さ、削孔数に従って自動削孔する。削孔計画は装置の移動ごとに PC で作成して装置に伝送する。また、既設コンクリート構造物の補強工事において行われる、自動削孔後に自動生成される削孔結果（削孔時間、移動

あと施工せん断補強工法や壁等の増設工法では、「せん量、削孔深さなど）は制御盤内に保存され、PC へ無線断補強筋」や既設と新設コンクリートの一体性を高めるで伝送することができる。自動削孔装置の削孔機器は、「あと施工アンカー筋」の挿入孔の削孔が人力により行故障時の対応が容易な市販のものを用いており、小径用われる。削孔作業は通常、削岩機や電動ハンマードリル

自動削孔装置では電動ハンマードリル、大径用自動削孔等を用いて行われるが、削孔本数が多く、繰り返しの振装置では空圧削岩機を用いている。自動削孔装置では、動作業になり、肉体的な負担が大きい。また、削孔作業

これらの削孔機器を削孔位置に自動で移動し、所定の深で発生する粉塵により、作業環境が悪化し、健康面や作さまで削孔する。この作業を、計画した削孔数が完了す業性に悪影響を及ぼしており、これらの改善が求められるまで自動的に繰り返す。ている。そこで今回、削孔作業の自動化および粉塵の飛2.2 自動削孔装置の仕様散防止機能を備えたアンカー自動削孔装置（以下、自動ａ．小径用自動削孔装置削孔装置）を 2 種類開発した 1) ~ 3) 。1 つは、壁状のコン自動削孔装置の仕様を表－２に示す。小径用自動削孔

クリート構造物において、せん断補強筋を対象とする大装置は、1 回目の現場適用 4) の際に、内空幅が狭かった径用自動削孔装置（最大削孔径φ40mm 程度）ともう一ため、装置本体と制御盤の一体構造から制御盤等を分割

つは、あと施工アンカー筋を対象とする小径用自動削孔し、機器台車に搭載して装置本体に連結した。外寸が壁装置（最大削孔径φ25mm 程度）である。

平行方向 1,918mm×壁直交方向（削孔方向）1,865mm×上

これらの装置を下水道施設の耐震補強工事へ適用した。

下方向 （昇降方向）2,626mm である。壁平行方向へ自小径用自動削孔装置に関しては、今回で 2 回目の現場適動移動するためにラックギヤ付きの走行レールを敷設し用である。ている。レール長は 1.5m であり、施工延長に合わせて敷設する。レールが敷設できない場所では、手押しによ２．自動削孔装置るキャスタでの移動が可能である。施工可能高さは設置

2.1 自動削孔装置の概要

は最大 300mm まで適用可能である。また、粉塵の飛散位置（床面等）から 750mm～2,250mm 程度、削孔深さ自動削孔装置の外観を図－１、構成を表－１に示す。

防止機構は、ビット内部が空洞のホロードリルビットと2 種類の自動削孔装置は、削孔計画で指定する削孔位置、
 ＊ 技術本部技術研究所土木研究グループ＊＊＊

集塵機である。

技術本部技術研究所- 35 -＊＊＊

東日本支社リニューアル工事部

奥村組技術研究年報 No.49(a)小径用自動削孔装置

2023 年 9 月(b)大径用自動削孔装置
図－１ 自動削孔装置の外観

表－１ 自動削孔装置の構成要素

表－２ 自動削孔装置の仕様
小径用自動削孔装置 大径用自動削孔装置

小径用自動削孔装置 大径用自動削孔装置
最大削孔径

φ25mm程度

φ40mm程度・集塵カバー、エアシリンダ・集塵機

外寸

W：1,918 ×
D：1,865 (ビットなし)×
H：2,626mm

W：1,742 ×
D：2,215 ×
H：2,593mm

PLC

PLC

質量690kg

980kg

壁平行方向

走行レール、電動モータ

・走行レール、電動モータ
・スライドテーブル・走行レール：L = 1.5m × n本

・スライドテーブル：500mm・走行レール：L = 3.0m × n本

上下方向

昇降機

昇降機

1500mm※ (750～2,250mm)

1750mm※(450～2,200mm)

壁直交方向（削孔方向）

スライドテーブル

フィード機構壁平行移 方向動可能 上下方向
範 （昇降方向）
囲 壁直交

300mm

1,200mm

削孔機器

電動ハンマードリル

空圧削岩機

粉塵飛散防止機構

・ホロードリルビット(ヒルティ社製)
・集塵機

制御盤方向
（削孔方向）※設置位置（床面等）からの高さ- 36 -奥村組技術研究年報 No.49

2023 年 9 月

ｂ．大径用自動削孔装置

START

大径用自動削孔装置は、外寸が壁平行方向 1,742mm×壁直交方向 2,215mm×上下方向 2,593mm である。壁平行方向の移動は、小径用自動削孔装置と同様に敷設した長削孔機器が削孔位置へ移動

さ 3.0m の専用のレール上を走行する。また、装置本体

削孔機器前進(打撃・回転なし)
壁までの距離を検出に備えたスライドテーブルにより削岩機は壁平行方向に500mm 移動できる。施工可能高さは、設置位置（床面等）から 450mm～2,200mm 程度である。削孔深さは最削孔機器、初期位置に戻る大 1,200mm まで適用可能である。小径用と比べて反力粉塵飛散防止機構、稼働が大きいため、想定する削孔時の最大反力 3kN を確保するために、真空圧によりコンクリート表面に吸着するバ

削孔機器稼働、前進キュームパッドを上部に 2 台装備している。パッドは 1台当たり2kN 以上を確保でき、必要に応じて使用する。

No

一方、粉塵の飛散防止機構は、削孔箇所を覆う集塵カ削孔機器の前進速度≧設定速度

バーと同カバーを施工面へ押し付けるエアシリンダ、および集塵機で構成される。

Yes

2.3 自動削孔装置の動作フロー

No

事前準備として、自動削孔装置の削孔機器を任意の削削孔深さ≧計画の設定深さ孔開始位置に昇降・移動させ、その点を制御の原点とする。自動削孔を行うには、制御の原点ごとに、各削孔のYes原点位置からの 2 軸（壁平行方向、上下方向）の移動量、削孔深さを指定した削孔計画を自動削孔開始前に作成し削孔機器後退、稼働停止
粉塵飛散防止機構、稼働停止ておく必要がある。その後、自動削孔装置は削孔計画に従って、図－２に示す手順で動作する。対象とするエリ計画で設定したすべての孔の削孔が終了

アの計画した削孔がすべて終了したら、自動削孔装置本No体を次のエリアに移動させ、同じ手順で自動削孔させる。
Yes

また、削孔速度が設定値以下となった場合は、鉄筋等のEND障害物に接触したものと自動判定し、削孔を中止して削孔計画の次の孔の削孔を行うように制御している。削孔を中止した孔については、計画した削孔の終了後に、目

図－２ 自動削孔の動作フロー視により鉄筋接触状況を確認し、現場の管理基準に沿って、鉄筋に接触した孔の近傍に、自動削孔装置により再て削孔径φ20mm、設計削孔深さ 112mm 以上の削孔に、削孔を行う。

大径用は、あと施工せん断補強筋（D16）の挿入孔とし

なお、大径用自動削孔装置において、バキュームパッて削孔径φ34mm、設計削孔深さ 662mm±9.5mm に適用ドで反力を取る必要がある場合は、削孔エリアに移動しした。小径用の削孔深さの設定値は現場管理値に合わせた後にバキュームパッドを壁表面へ吸着させ、自動削孔て 128mm とし、大径用の設定値は削孔が深くなる傾向を開始する。

がみられたため、662mm から 653mm へと段階的に 2 度調整しながら適用した。あと施工せん断補強筋および、あと施工アンカー筋用の削孔は、どちらも 250mm 間隔

３．適用現場の施工条件の千鳥配置であり、適用した削孔数は、小径用が約 200
自動削孔装置の適用対象は、図－３に示す下水道処理孔、大径用が約 170 孔である。自動削孔装置を適用した施設の放流渠の耐震補強工事である。延長約 20m の壁

放流渠内面は、あらかじめウォータージェットによる目面において、側壁の片面に、あと施工アンカー筋の挿入荒らしを実施済みであり、粗骨材が露出していた。

孔を、対面の側壁に、せん断補強筋の挿入孔を施工した。

装置本体を移動させるためのレールを写真－１に示す。

自動削孔装置の放流渠内への搬入については、搬入口

走行レールは、各自動削孔装置で異なり、小径用は走行が装置の外形よりも小さいため、装置本体を小径用は 3を補助するカムフォロアとアングル、および装置の走行分割、大径用は 6 分割して施工場所へ搬入し、放流渠内駆動力を伝えるラックギヤから構成され、アングルに部で組み立てた。

ラックギヤが取り付けられている。大径用は 2 本のアングルと、アングル間の離隔を所定の間隔にするための鋼

小径用は、あと施工アンカー筋（D16）の挿入孔とし- 37 -

奥村組技術研究年報 No.49(a)小径用自動削孔装置適用状況

2023 年 9 月(b)大径用自動削孔装置適用状況
図－３ 適用対象構造物材で構成される。なお、レールの運搬、組み立て等の作業性を考慮し、アングル同士、およびアングルと離隔を確保する鋼材は、嵌合式の接続部材により容易に接合、取り外しができる構造としている。これらのレールは、自動削孔装置による施工後に、撤去可能なスクリューアンカーで床へ固定した。小径用では、長さ 1.5m×14 セットのレールを削孔位置に事前に設置して施工し、大径用では、長さ 3m×3 セットのレールを削孔位置に応じて移設して施工した。ただし、2 種類の自動削孔装置の稼働エリアが重複していたため、小径用の施工が完了した
後に、レールを撤去してから、大径用のレールを設置し施工を行った。
小径用では、装置に設置したギヤ付きエンコーダを(a)小径用自動削孔装置 (b)大径用自動削孔装置
写真－１ 自動削孔装置の走行レールレールのラックギヤに沿って走行させることにより、走行量を算出する。また、エンコーダの誤差の累積を考慮し、適用時には、小径用の場合は、高さ方向 3 孔×壁平行方向 4 列で削孔計画を作成し、削孔計画ごとの削孔数を 12 孔、累積移動量を 1m 以下とするように設定した。
一方、大径用の場合は、削孔の際に本体は走行しないので、スライドテーブルの壁平行方向の最大移動量である500mm に収まるように、高さ方向 2～3 孔×壁平行方向2 列で計画し、削孔計画ごとの削孔数を 5 孔、累積移動量を 250mm として設定した。
４．適用結果4.1 適用状況
自動削孔装置の現場適用状況を写真－２に示す。小径用、大径用自動削孔装置とも、計画した通りに自動削孔(a)小径用自動削孔装置(b)大径用自動削孔装置
写真－２ 自動削孔装置の現場適用状況することができた。自動削孔中に、事前に把握できな- 38 -

奥村組技術研究年報 No.49

かった鉄筋と接触した場合は、削孔を中断して次の削孔2023 年 9 月

表－３ 削孔深さの計測値
表－３ 削孔深さの計測値

位置へ自動で移動しており、鉄筋接触時の動作処理が適切に行われていることを確認できた。また、削孔で発生小径用自動削孔装置

大径用自動削孔装置する粉塵については、ホロードリルビットおよび集塵カ

設計値

112mm以上

662mm±9.5mm

バーと集塵機による吸引により削孔中の粉塵の飛散がみ

128mm

653～662mm

大径用におけるバキュームパッドは、目荒らしした壁設定値(現場管理値)
計測値(平均)128.6mm668.5mm

面で問題なく動作することを確認した。ただし、今回は標準偏差

1.9mm

2.4mm

サンプル数

187孔

144孔

られず、作業環境の改善が図られた。

バキュームパッドを適用しなくとも反力が得られることを確認できたため、使用せずに削孔を行った。
4.2 削孔深さ表－４ 削孔位置の設定値に対する計測値の差

表－３に、削孔深さの計測値を示す。削孔深さはスケールにより計測した。削孔深さの計測値の平均は小径用では 128.6mm となり、すべての孔で設計値 112mm 以上を満足した。小径用の計測値（平均）を見ると、ほぼ

小径用自動削孔装置

大径用自動削孔装置

上下方向

壁平行方向

上下方向

壁平行方向

設定した削孔深さで削孔できていることがわかる。大径

設計値

250mm

250mm

250mm

250mm

用では設定値 653～662mm に対して、計測値の平均は設定値

250mm

250mm

250mm

250mm

計測値の差
(絶対平均)

10.3mm

11.9mm

3.1mm

6.7mm

サンプル数

138孔

138孔

77孔

81孔

668.5mm であった。大径用の計測値は、全体的に設定した削孔深さよりも深くなる傾向を示した。これは、深さを計測する距離計のキャリブレーションを、より精度良く調整することで改善できると考える。また、計測値の表－５ 自動削孔装置の削孔速度(壁直交方向の移動)標準偏差は小さく、適切な設定値を、現場での計測値を基に設定することにより設計値内に収めることができた。
4.3 削孔位置
表－４に、削孔位置の設定値に対する計測値の差の絶平均値対平均を示す。削孔位置をトータルステーションで計測

小径用自動削孔装置

大径用自動削孔装置

削孔時間(s)

削孔速度(mm/s)

削孔時間(s)

削孔速度(mm/s)

25.5

5.1

166.44.1

し、自動削孔装置に入力した上下方向および壁平行方向の設定値に対する計測値の差を求めた。小径用の上下方
向 は 、 絶 対 平 均 10.3mm 、 壁 平 行 方 向 は 絶 対 平 均
11.9mm 、大径用の上下方向は、絶対平均 3.1mm、壁平行方向は絶対平均 6.7mm であり、どちらの自動削孔装置も削孔ビット径未満であり、良好な位置精度であったと考える。誤差の発生要因の一つとしては、事前に削孔面に行った目荒らしにより、削孔ビットが滑る現象を確認しており、その影響があったと考える。特に、大径用に比べ小径で剛性が小さい削孔ビットを用いる小径用自動削孔装置では、比較的影響が大きかった可能性がある。
図－４ 累積削孔数と削孔速度の関係

4.4 削孔速度表－５に、自動削孔装置の削孔速度を示す。小径用では、削孔位置の移動を含まない 1 孔当たりの削孔時間がが向上した。あと施工せん断補強筋の挿入孔の削孔作業

削孔深さ 128mm の時、平均 25.5s であり、平均削孔速度については、一般的な削岩機による人力施工の場合が最が 5.1mm/s となる。大径用では、削孔深さ 662mm の時、大で約 50 孔/台日に対し、大径用による施工の場合が平均 166.4s かかり、平均の削孔速度は 4.1mm/s であっ施工歩掛から 62 孔/台日となり、大径用でも、あと施工た。あと施工アンカー筋の挿入孔の削孔作業については、せん断補強筋の挿入孔削孔作業の施工効率が向上した。

今回の現場と削孔径・削孔長が同じ電動ハンマードリル

累積削孔数と削孔速度の関係を図－４に示す。自動削による他現場における人力施工の場合の実績が 180 孔/孔装置において、削孔本数が蓄積されることで削孔ビッ人日 3)であったのに対し、本適用での小径用による施工

トの摩耗により削孔速度が低下し、削孔効率も低下するの場合では 施工歩掛から 247 孔/台日となり、施工効率傾向がみられた。特に削孔長が長い大径用自動削孔装置- 39 -

奥村組技術研究年報 No.49

2023 年 9 月

では、累計約 33m（50 孔程度）削孔した段階で削孔速【参考文献】

度が約 25%低下している。これは、対象構造物のコンク

1) 有川 健、三澤孝史、西山宏一、石井敏之、「既設コリートの性状などにより異なると思われるが、自動削孔ンクリート構造物のあと施工せん断補強に伴う削孔装置における削孔ビットの最適な交換時期について、今作業に適用する自動削孔装置の開発」、令和 2 年度建後検討が必要である。

設施工と建設機械シンポジウム論文集・梗概集、
pp.149-154、2020.122) 川澄悠馬、三澤孝史、西山宏一、有川５．まとめ

健、山口治、石井敏之、栗本雅裕、「小径のアンカー孔を対象
削孔作業を自動で行う 2 種類の自動削孔装置（小径用とする自動削孔装置の開発」、土木学会・土木建設技術発表会 2020、2021.2

自動削孔装置、大径用自動削孔装置）を開発した。これ

3) 三澤孝史、川澄悠馬、西山宏一、有川らの装置を実施工に適用した主な結果を以下に示す。

健、山口治、石井敏之、「アンカー孔の自動削孔装置の開発」、

ⅰ．鉄筋接触時に、削孔の速度低下を検知して自動で奥村組技術研究年報 No.47、pp.67-72、2021.9削孔を中断することを確認した
ⅱ．小径用自動削孔装置の削孔深さ精度は設定値

4) 田島鉄朗、三澤孝史、加藤清孝、川澄悠馬、「小径の128mm に対して計測値が平均 128.6mm、標準偏アンカー孔を対象とする自動削孔装置の実施工への差 1.9mm であり、高い精度で削孔できた適用」、令和 4 年度土木学会全国大会第 77 回年次学術講演会、Ⅵ-665、2022.9

ⅲ．大径用自動削孔装置の削孔深さ精度は設定値653mm ～ 662mm に 対 し て 、 計 測 値 が 平 均
668.5mm、標準偏差 2.4mm と設定値よりも深くなる傾向がみられたが、適切な設定値とすることにより設計値内に施工することができた
ⅳ．移動精度は、どちらの自動削孔装置も設定値との差が絶対平均 10mm 程度であり、高い精度で移動できていることを確認した
ⅴ．小径用および大径用自動削孔装置の適用により、ともに人力施工に比べ、施工効率の向上が図られた
ⅵ．削孔速度は、削孔本数が多くなるほど削孔ビットの摩耗により低下し、大径用自動削孔装置の場合、削孔延長が約 33m で約 25%の低下がみられた
ⅶ．作業環境については、粉塵の飛散防止機構により、削孔中の粉塵の飛散がみられず、改善が図られた
今後も自動削孔装置の現場適用を積極的に行うとともに、さらなる作業の省力化、効率化を図るべく、ブラッシュアップをしていきたい。

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