平成 22 年度

建設施工と建設機械シンポジウム
論文集・梗概集

平成 22 年 11 月 9 日〜10 日
東 京 ・機 械 振 興 会 館

主催：社団法人

日本建設機械化協会

後援：経済産業省
国土交通省
独立行政法人

土木研究所

社団法人

土木学会

社団法人

日本機械学会

社団法人

地盤工学会

社団法人

日本機械土工協会

一般社団法人日本測量機器工業会

論文審査規定概要
１． 審査方法
論文アブストラクト及び本論文の２段階で行い、アブストラクトについては全審査員が全編を審査し、論文については１編あたり３名の審査委員が審査を行う。
下記の審査基準に基づき、審査委員会が採択の判断を下した場合に採択される。
２． 審査基準
新規性、有用性、完成度、信頼度並びに本シンポジウムの主旨に合致するかどうかの視点で採否の判断を行う。
３． 審査委員名簿（委員五十音順・敬称略）
委員名
委 員 長

機関名

建山和由

立命館大学

所属・役職
理工学部 建築都市デザイン学科 教授
工学博士

副委員長

高橋

弘

東北大学

大学院環境科学研究科環境科学専攻
太陽地球システム・エネルギー学講座
地球環境開発環境分野 教授 工学博士

委

員

川本伸司

前田建設工業(株)土木事業本部 土木部 機械グループ
マネージャー委員

小薬賢一

西尾レントオール(株)測器部 情報化施工推進室

委

員

斉藤秀企

コマツ

開発本部 商品企画室 ﾌﾟﾛﾀﾞｸﾄ･ﾏﾈｰｼﾞｬｰ

委

員

白鳥昭浩

(社)日本建設機械化協会

技師長

委

員

高見俊光

サコス(株)

営業推進部 部長

委

員

竹之内博行

(社)日本建設機械化協会

施工技術総合研究所 技師長

委

員

田中利昌

日立建機㈱

建設システム事業部 技術部 部長

委

員

玉石修介

(社)日本機械土工協会

技術委員長

委

員

西脇徹郎

(社)日本建設機械化協会

標準部長

委

員

平岡茂樹

(株)トプコン

ﾎﾟｼﾞｼｮﾆﾝｸﾞﾋﾞｼﾞﾈｽﾕﾆｯﾄ ｱｼﾞｱ中東ﾏｰｹﾃｲﾝｸﾞ部
ｺﾝｽﾄﾗｸｼｮﾝｸﾞﾙｰﾌﾟ 課長

委

員

藤野健一

(独)土木研究所

技術推進本部 先端技術チーム 主席研究員

委

員

星野春夫

(株)竹中工務店

技術研究所 先端技術研究部新生産システム部門 主任研究員 工学博士

委

員

前原信之

(社)日本建設機械化協会

技術部長

委

員

溝口孝遠

コベルコ建機(株)顧問 工学博士

委

員

宮野泰彰

キャタピラージャパン(株) 市場開発部 マーケット営業支援課 課長

平成 22 年度「建設施工と建設機械シンポジウム」論文集・梗概集
目次
○印

Ⅰ

論文集

１．

「地中障害物混在地盤に対する複合相対撹拌工法の適用事例」
中央大学理工学部：齋藤邦夫

小野田ケミコ株式会社：鈴木孝一

エポコラム協会：○高倉
２．

功樹・・・

１

浩史・・・

５

「軟弱地盤上の盛土施工における効率的な動態観測手法の開発」
株式会社

３．

口述発表者

岩崎：○進藤康裕、木下大也、秋田谷「低粉じん吹付け機における施工実績」
株式会社フジタ：○橋詰

亮、野間

達也

リブコンエンジニアリング株式会社：門倉

智・・・

９

４． 「ラック＆ピニオン駆動モノレール式非円形断面シールドトンネル用セグメント組立装置の開発」

５．

株式会社大林組：○曽根

大輔、久田

英貴

三菱重工メカトロシステムズ株式会社：熊尾

義光、杉山

雅彦・・・

広志、野中

耕一

「護床ブロック移設アタッチメントの開発と施工」
玉石重機株式会社：○片岡

日立建機株式会社：友澤
６．

北陸地方整備局

北陸技術事務所：宮島

実、○小林

賢一、領木

紀夫、水谷

株式会社トライテック：梶原

２３

亮・・・

２７

雅也

泰樹、柴崎

秀一・・・

経、○近藤

省一

３３

「高粘着力地盤へのハイブリッド撹拌工法の適用と改良品質」
小野田ケミコ株式会社：鈴木孝一、西尾

中央大学理工学部：齋藤
10.

弘朗・・・

「ラインリーダの開発」
鹿島道路株式会社：○平藤

９．

２１「空港ターミナルビルにおける大規模屋根スライド工法」
鹿島建設株式会社：○和田

８．

茂治・・・

「無人・有人対応草刈機の開発」
国土交通省

７．

１５

邦夫・・・

３７

「
「エアロ・ブロック工法」の開発」
清水建設株式会社：○金丸

清人、原

忠・・・

４１

11.

「自由形状・大口径高圧噴射撹拌工法」
前田建設工業株式会社：○安井

12.

13.

利彰、手塚

広明、竹岡

正二・・・

４５

東急建設株式会社：椿

雅俊・・・

５１

「不法投棄現場における廃棄物層内の環境改善技術の開発」「低粉塵岩盤切削工法」
奥村組土木興業株式会社：○丸山

健一、野本

雅樹

株式会社流機エンジニアリング：西村
14.

尚久、○北岡一成

株式会社スターロイ：小田

登・・・

６１

健一、石松

豊・・・

６５

健一、石松

豊・・・

６９

徳孝・・・

７５

和也、椎名

肖一・・・

７９

大崎建設株式会社：○長田

有史・・・

８３

「車載型排出ガス計測装置による建設機械排出ガス評価について」
独立行政法人土木研究所：○杉谷

16.

康弘、藤野

「埋蔵文化財包蔵地における先端建設技術の活用について」
独立行政法人土木研究所：○藤野

17.

「ハイブリッド式大型ホイールローダの開発」
日立建機株式会社：○伊藤

18.

「超高層建設における大型タワークレーンの特殊装置について」
株式会社大林組：○矢田

19.

20.

「ダンプシート掛け作業の安全対策」「動的ロードセルの問題点」
東海大学大学院：○廣川
通信土木コンサルタント株式会社：木村

智仁、玉手

聡・・・

８９

聡、堀

智仁・・・

９３

大輔・・・

９７

「北海道における情報化施工に関する現状分析と今後の取り組みへの考察」
株式会社岩崎：○木下

24.

８５

「現場の地耐力確認を目的とした簡易試験法の実験的検討」
独立行政法人労働安全衛生総合研究所：○玉手

23.

博・・・

「敷鉄板の敷設方法と地盤支持力に関する実験的解析」
独立行政法人労働安全衛生総合研究所：○堀

22.

匠
修一

東海大学：近藤
21.

５５「多断型端面掘削方式を用いたモデル掘削機の応力制御実験」
呉工業高等専門学校：重松

15.

聡・・・

大也、進藤

康裕、熊谷

「エコ運転指導を支援するダンプトラックＩＣＴ運行管理システムに関する研究開発」
株式会社キック：○才原勝敏、西垣渡辺建設株式会社：渡邉重臣
伊三郎・・・１０１

25.

「情報化施工のレンタル対応と適応性」
株式会社トプコン：○竹内

26.

「遠隔操作重機によるプレキャストアーチカルバートの据付」
株式会社フジタ：○中村

27.

好典、三鬼

晃・・・１１１

吉雄、黒台

昌弘、辻

俊次・・・１１７

智弥、浜田耕史・・・１２３「３次元計測／出来形管理システムの開発と建築工事への適用」
株式会社大林組：○池田

29.

尚臣、野末

「精密施工法を応用した汚染土壌掘削管理システムの適用」
株式会社間組：○石原28.

幸弘・・・１０７

雄一、金子「設計データを搭載した３次元測量機器による出来形管理手法の導入について」
国土交通省国土技術政策総合研究所：○梶田洋規、北川

国土交通省関東地方整備局千葉国道事務所：遠藤
30.

順和重・・・１２９「情報化重機土工事の課題と整理」
社団法人日本機械土工協会：○技術委員会・・・１３３

31.

「情報化施工の工事価格と工事規模に関する一考察」
国土交通省国土技術政策総合研究所：宮武

一郎、坂本

俊英

社団法人日本建設機械化協会：○藤島32.

「GPS を活用した除雪機械運用支援システムの開発」
独立行政法人土木研究所寒地土木研究所：○岸33.

崇・・・１３７

寛人、佐々木憲弘、牧野正敏・・・１４１「クラックスケール内蔵光波測量機とデジタル写真画像によるひび割れ抽出ソフトを用いた構造物のひび割れ計測」
関西工事測量株式会社：○交久瀬

34.

健治・・・１５１

ポスターセッション要旨「コンクリート表層部の健全性評価システム「健コン診断ポータブル」」
佐藤工業株式会社：○歌川２．

重徳、宇田川

梗概集

Ⅱ−１
１．

和秀・・・１４７「自動ステアリングによるアスファルトフィニッシャの制御に関する検討」
前田道路株式会社：○菊地Ⅱ

磨衣子、中庭

紀之、北川

真也、鍋谷

雅司・・・１５５「硬質岩盤掘削機の開発のための応力制御実験」
呉工業高等専門学校：重松尚久、○河村倫太郎

株式会社スターロイ：小田３．

登・・・１５７「端面掘削方式を用いた硬質岩盤掘削機の開発に関する基礎的研究」
呉工業高等専門学校：重松尚久、○高垣夏輝

愛媛大学：室達朗・・・１５９４．

「モデルベース開発による制御ソフト開発の効率化と品質向上」
dSPACE Japan 株式会社：森田

５．

隆幸、石井

啓範、小俣

貴之・・・１６３

素之、○岩田好正・・・１６５「JENOBA 方式によるネットワーク型 RTK‑GPS 配信サービス」
株式会社ジェノバ：細谷

７．

大介・・・１６１「双腕型油圧ショベル」
日立建機株式会社：○江口

６．

康、○金田

「トータルステーションを用いた出来形管理」
ライカジオシステムズ株式会社：○遠藤

恒士

演算工房株式会社：白坂
８．

「埋設部根入れ深さ測定装置「ＮＳＴ−２」」
日進工業株式会社：○中村

Ⅱ−２
S1.

S2.

英俊・・・１６８

施工技術総合研究所研究第一部：鈴木健之・・・１６９施工技術総合研究所研究発表「環境対策工事におけるＩＣＴを活用したＣＭ」「橋梁伸縮装置の損傷原因に関する調査研究」

Ⅱ−３

昌伴・・・１８３

協会活動報告「ＪＣＭＡ製造業部会・機械部会の地球温暖化対策」
製造業部会・機械部会：斉藤K2.

祐士・・・１７９「真空環流式路面清掃車の粉塵巻き上がり防止技術の開発」
施工技術総合研究所研究第四部：佐野K1.

秀一・・・１７３「情報化施工に対応した監督業務支援ツールの開発」
施工技術総合研究所研究第三部：椎葉

S4.

真史

ＳＷＲ株式会社：山口

施工技術総合研究所研究第二部：小野S3.

紀彦・・・１６７

秀企・・・１８９「ＪＣＭＡ製造業部会活動報告」
製造業部会マテリアルハンドリングＷＧ：生田正治・・・１９３

Ⅱ−４

平成２０年度研究開発助成成果報告「道路建設における環境に優しい硬質岩盤剥離掘削技術の開発」
呉工業高等専門学校

Ⅱ−５

環境都市工学科

准教授

重松尚久・・・１９８

設営担当マネージャー

石澤賢二・・・２００

特別講演「南極での建設機械の利用と課題」
国立極地研究所

Ⅱ−６

南極観測センター

基調講演「羽田空港Ｄ滑走路建設工事における情報化施工の取り組みについて」
国土交通省関東地方整備局港湾空港部港湾物流企画室補佐

野口

孝俊（データなし）
・・・２０５

Ⅰ

論文集

１．地中障害物混在地盤に対する複合相対攪拌工法の適用事例
中央大学理工学部
小野田ケミコ株式会社
エポコラム協会

１．はじめに
近年，地盤改良工法に対する需要が拡大し，改良対象が砂・粘土等の軟弱地盤に限らず，障害物が混在する地盤への適用事例が増大している。
複合相対攪拌工法は，3 種類の攪拌翼を相対反転させて固化材スラリーと地盤土を攪拌混合し，所要の強度を発現させる深層混合処理工法の一種である。
従来の機種と較べ，高いトルク性能と特殊な翼形状により，コンクリートガラ・転石が混在する地盤に対しても多くの改良実績を有している。
本文では，複合相対攪拌工法の概要を紹介すると共に，旧建築物の基礎杭や圧密促進のため打設された鉛直ドレーン材が残置された地盤あるいは大量の転石が混在する地盤を対象にした施工事例について報告する。
２．複合相対攪拌工法の概要と特徴
複合相対攪拌工法の攪拌翼構造と回転方向を図‑1 に示す。同図より，攪拌翼は，台形状の外翼(A)3枚，中翼(B)・芯翼(C)各 2 枚と先端に装着された削孔ヘッド(D)により構成されている。
削孔ヘッド(D)と中翼(B)は右方向に正回転し，外翼(A)と水平版状の芯翼(C)がこれと逆回転して地
盤土をかき解しながら籠状の翼内に取り込み，各翼体の相反作用によってセメントスラリーを効率高く原土に練り込む１）。
同時に攪拌翼の回転作動により「共回り」，「連れ回り」現象が抑制できる特徴を有している 2）。
また，固化材スラリーの吐出位置が先端吐出口と中翼鉛直部の 2 箇所に設けられていることも，固化材の練り込みを効果的にし，安定した改良体
品質をもたらす要因となっている。
さらに，本工法の回転駆動装置は，低速回転ながら従来のそれと比較して 4〜5 倍もの掘削トルク性能を有している。
これと回転軸に装着されている攪拌翼の剛性の高さが，強力な削孔能力を発揮させ，N 値＝40〜
50 の砂礫層や玉石まじり層を削孔・攪拌することを可能にしている１）。

齋藤 邦夫
鈴木 孝一
○ 高倉 功樹

芯 翼(Ｃ)
正回転

外 翼(Ａ)

中 翼(Ｂ)

逆回転
翼中吐出口

先端吐出口

図‑1 複合相対攪拌翼

削孔ヘッド(Ｄ)模擬図

３．地中障害物混在地盤における改良施工事例
3.1 既設杭が残置された地盤の改良例(1)工事概要
本工事は建築物を解体後，同箇所に複合商業施
設を建設するものであり，その基礎として深層混合処理工法（改良径φ1.8m， ≒13ｍ）が計画された。改良対象地盤は GL‑1.3m までガラ主体の埋土，
その下層に軟弱な砂，シルトが互層し，GL‑8.5m
から N 値 5〜20 程度，層厚 3.8m の礫まじり砂層が続く。その下にシルト層が層厚 1.1m で狭在し，
GL‑13.4m 以深から N 値>20〜40 の礫まじり砂層に連なる。この地盤中に直径φ0.45m の PHC 杭，直径φ0.3m の PC 杭・RC 杭がおよそ 13m の長さで残置されていた。
(2)従来技術による施工方法
一般に，杭が残置された地盤で改良工事を行なう場合は，予め残置杭の頭出しを行い，オールケ
ーシング工法で障害となる杭を除去し，その後，深層混合処理工法によって改良体を造成する 3）。
このため，通常の施工に比べ，残置杭を除去する
前処理工程の時間と経費が必須となる 4）。
さらに，旧構造物基礎の杭配置が不明な場合，
上記に加えて杭配置の確認作業が必要になる。また，杭を除去した後も地盤改良中に未確認の杭に遭遇することは，しばしば経験するところである。
このような場合，1)改めて杭を除去するか，2)設‑ 1 ‑表‑1 施工仕様と残置杭位置
改良体Ａ

改良体Ｂ

改良体Ｃ

φ 1.8

φ 1.8

φ 1. 8

φ 0.30φ 0.30改良体Ａ の外周 部

残置 PHC 杭
φ0.45m

改良径(m)
残置杭(m)
施工長(m)

0. 05

形状

0.20

φ 0.45

0. 6 5

0.2 5

0.26

φ1.80

φ1.80

φ1.80

PHC杭；φ0.45 PHC杭；φ0.30
15.50

改良体Ｄ
φ 1. 8

0. 02

番号

13.02

φ1.80

RC杭；φ0.30

なし

12.90

15.50

空堀長(m)

1.45

1.45

1.45

1.45

改良長(m)

14.05

11.57

11.45

14.05

電流値（Ａ）
N値
0 10 20 30 40 50 0 100 200 300 400 500 600 700
0 0埋0

写真‑1 確認された残置杭と改良予定範囲

改良体B（PHC杭φ0.30m）

土

︵

2
2 2砂
計条件を満たす範囲で改良体位置の変更あるいは改良体C（RC杭φ0.30m）3)改良体を増打ちによって対処しなければならず，
シ
4 4ル
4
大幅な施工工程の変更が発生する。
ト(3)施工結果と改良品質
6
砂
6
6
深
改
改良体Ａ
本事例における複合相対攪拌工法による改良断 度 シ（ＰＨＣ杭φ0.45m）
深 良
ル
8
8
8
面と典型的な残置杭位置関係ならびに施工仕様を
ト
度 体
ｍ 礫
表‑1 に示す。表中の改良体 A は，残置された杭種
混
1010じ
ｍ10
と位置関係から最も厳しい施工条件である。写真り砂‑1 は，残置杭について頭出しを行ない，これと改
1212シ
12
ル
良範囲の相対的位置関係を示す。写真の中央ややト
14
右に残置杭の PC 鋼線が複数認められる。
1414
礫
混
図‑2 は，残置杭を含む 3 つの改良体 A〜C と残
改良体D
じ
16
1616り
（残置杭無）
置杭を含まない改良体 D の造成に伴う駆動モータ
砂の電流値を比較した結果である。
18 18
18
同図より，地盤上部が不均一なコンクリートガ
図‑2 電流値比較
ラ主体の埋土であるため，この影響により攪拌翼
破砕片
が完全に通過する GL‑3.0m 付近まで，残置杭の有無に関係なく，比較的大きな電流値変動が生じている。
GL‑4.0m 以深は軟弱な砂層，シルト層であるため，どの改良体も 200A 程度の電流値となる。礫混
じり砂層となる GL‑9.0m 以深から漸次 300A 程度まで増大し，所定の深度近傍では約 500A となった。
これより，上層部の電流値を除くと，残置杭の有無による差異は認められない。また，改良体 A〜Cの電流値比較からも，杭径・杭種の違いによる破砕抵抗に特段の違いはないと考えられ，本工法は残置杭が混在する地盤であっても，通常施工と同
写真‑2 出来形状況(改良体Ａ)等の施工性を保持していることが判明した。
入してもコアの欠損部がなく，破砕片と改良体が写真‑2 は改良体 A について改良体の天端まで掘一体化された良好なコアであると言える。
削し，出来形の確認を行ったものである。改良体
また，一軸圧縮強度試験の結果，コアの平均強全断面に亘り，大きさ 10〜50mm 程度の残置杭破
度は qu＝8,018kN/m2 となり，変動係数は Vd＝砕片が均一に分散していることがわかる。
18.45％となった。同一施工区域内の通常施工の改写真‑3 は，改良体 A についてオールコアボーリ
良体 D の変動係数は Vd＝19.85％となっており，ングを実施し，採取したコアの状況である。コア
いずれの変動係数も同程度でばらつきに大きな差の表面に残置杭の破砕片が散在している。
がないことが確認された。
コアの採取率としては 97％以上となり，非常にこの結果より，コアの一軸圧縮強度においても高い連続性を確保しており，残置杭の破砕片を混
︵

︶

︶

‑ 2 ‑

改良長
(m)

0m
2.
φ

3.0m

0
1
2
3
4

1.0m
1.0m

5
6
7
8
9

3.0m

図‑3 改良体とドレーン材配置

10
11
12
13
14

外翼(Ａ)
中翼(Ｂ)
破砕片
写真‑3 オールコアボーリング採取状況

残置 PHC 杭(φ0.45m)を破砕した改良体の品質は安定しており，通常施工における品質と同等であることが明らかとなった。
3.2 鉛直ドレーン材が残置された地盤の改良例(1)工事概要
鉛直ドレーン材が打設された地盤を道路用地として転用するのに伴い，同地盤を深層混合処理工法で改良することが計画された。図‑3 はドレーン
材と新たに計画した改良体の位置関係を示している。ドレーン材の間隔は 1.0m であり，改良体は中心間隔が 3.0m で，改良径φ2.0m であることから，最少で 2 本，最大で 6 本のドレーン材が改良体造成の妨げになることがわかる。
(2)従来技術による施工方法
通常の深層混合処理工法では，水平板状の攪拌
翼を一方向に回転させ，羽根切り作動を地盤に与えて原土と固化材を攪拌混合させる。その際，ドレーン材が残置された地盤では，ドレーン材が翼体に巻き付き，羽根切り作動の効率を低下させ，原土と固化材の攪拌混合を著しく阻害する。また，
一方向回転の機械攪拌工法では，巻付いたドレー
ン材と翼体とが一体化して「共回り」現象が生じる。結果として改良体の品質不良につながる。
(3)施工結果と改良品質
写真‑4 は，本工法による改良後，攪拌翼に巻き付いたドレーン材を示す。3 種類の攪拌翼が相対回転するため，ドレーン材を破断し翼体に多量に巻きつくことは認められなかった。そのため，「共回り」を未然に防ぐことができた。
また，ボーリングにより採取した計 27 個の試料について一軸圧縮試験を行い，改良体の品質を調

破断された
ドレーン材
破断された
ドレーン材

写真‑4 ドレーン材破断状況

査 し た 。 そ の 結 果 ， 現 場 平 均 改 良 強 さ qu ＝3,797kN/m2，変動係数 Vd＝21.9%が得られた。品
質を見極める目安となる変動係数 Vd＝25%に較べて若干小さく，ドレーン材が残置された地盤に対する本工法の改良品質の高さが確認できた。
3.3 転石が多量に混在する地盤の改良例(1)工事概要
道路拡幅用に補強土壁を構築し，これを安定させるために深層混合処理工法が計画された。地盤は，図‑4 に示すように施工基面から深さ 5m が崖
錐堆積層（玉石まじり粘土質砂礫層，N 値=10〜45），
その下に軟弱な火山灰質粘土，砂質シルト，砂礫，
粘土質砂，礫まじり砂が傾斜する花崗岩上に成層している。崖錘堆積層には，直径約 0.4〜0.5m もの
風化花崗岩の転石が多量に混在し，礫含有率は 60〜70%と推定された。また，地盤内の地下水位が施工基面から約 GL‑3m の位置にあり，且つ施工ヤ
ード幅が 12m しかなく，制約の大きな条件下での工事であった。

‑ 3 ‑崖錘堆積層厚

補強土壁を支える改良体の直径はφ1.6m で，ラップ施工させながら，支持層である花崗岩の傾斜
施工ヤード
12.0m
に沿って階段状に根入れさせた。平均長さ ＝6.7m
埋土であり，改良本数 N＝137 本である。
▽施工基面
Ｎ値(2)従来技術による施工方法
通常，転石が多量に存在する地盤では，バック▽ Ｗ Ｌ ‑3.04m
5.0m
玉石混じり
ホウによる全面開削工法か，またはオールケーシ
粘土質砂礫
ング工法による置き換えが行なわれる。しかし，火山灰質粘土前者の場合には，地下水位条件より土留め・止水壁等の仮設工事が必要になり，しかも狭隘な条件
砂質シルトがその施工の妨げになる。一方，後者は高いコス
砂礫
トを覚悟する必要がある。また，何れの工法を選転石多量混在層
粘土質砂
択しても，掘削により施工基面が乱され，処理機のトラフィカビリティを確保するため，別途表層
礫混じり砂
風化花崗岩
改良が必要となる。その他，改良体を 1 本 1 本打
0 . 81. 4 4 1. 4 4 1 . 4 40 . 8
設するごとにバックホウにより簡易的に転石除去
花崗岩
5. 9 2を行なう場合も考えられるが，前述の通り対象層
図‑4 標準断面図(単位；ｍ)厚と地下水位の条件から完全除去は困難である。
さらに，改良体配置がラップ施工であるため，転石除去作業によって隣接する改良体へ悪影響を及
外翼(A)
回転方向
ぼすことも考えられる。
(3)施工結果と改良品質
写真‑5 は，複合相対攪拌工法による転石混在層の貫入攪拌状況である。
本工法の高トルク型の回転駆動機と高剛性の外翼と中翼の相対回転作動によって，一部の転石を破砕しながら貫入攪拌が行なわれる。また，同写
中翼(B)真より転石を破砕する際の粉塵も見て取れる。写回転方向
真‑6 は，オールコアボーリングを実施し，採取したコアの一部である。白っぽく見える部分が転石であり，改良体の内部に一体化されていることが写真‑5 転石混在層攪拌状況わかる。改良品質として，現場平均改良強さは qu＝2,508kN/m2，変動係数は Vd＝24.2％となった。
転石混在層での施工においても，ばらつきは少な
く，改良品質が安定していることがわかる。
４．まとめ
本文では，低速回転・高トルク型の複合相対攪
拌工法を用いて，3 種類の異なる地中障害物混在地
盤を対象に攪拌改良を行い，その施工性と改良品
写真‑6 コア採取転石混入状況
質について精査した。その結果，
澤政夫・蓮香朋宏：複合相対撹拌翼を用いた深層混合処
１）本工法では，補助工法を何ら使用する事無理工法の改良原理と適用事例，材料，第59巻・第1号，
く，目的とする改良施工を達成することが出来た。
pp.32〜37, 2010.2２）本工法に拠る改良体の変動係数は 25％以下であり，特殊な地盤条件下であっても，安定した 3) 齋藤邦夫・鈴木孝一・原満生・高倉功樹：低速回転・高トルク型複合相対攪拌翼による深層混合処理工法の施改良品質を確保していることが確認された。
9.5

10.2

8.0

2.5

8.7

0 10 20 30 40 50

工性能について，平成20年度建設施工と建設機械シンポ

参考文献

ジウム，pp.147〜150, 2008.11

1) (財)先端建設技術センター：先端建設技術・技術審査証

4) 鈴木孝一・立石光一・原満生・高倉功樹：エポコラム‑Loto

明報告書「エポコラム工法（エポコラム‑Loto工法；大工法(大口径深層混合処理工法)の概要と適用事例，第7口径φ2,500地盤改良工法）」，pp.5〜11, 2006

回土質基礎に関する「新工法・新技術」技術報告会，北2) 鈴木孝一・齋藤邦夫・原満生・佐藤篤哉・高倉功樹・古‑ 4 ‑海道土木技術会，pp.1〜8, 2009.1

２．軟弱地盤上の盛土施工における効率的な動態観測手法の開発

株式会社 岩崎 企画調査部○進藤 康裕株式会社 岩崎 企画調査部
木下 大也
株式会社 岩崎 システム支援課 秋田谷 浩史

１．はじめに
軟弱地盤上において盛土を施工する際，安全に施工を進めるためには盛土や周辺地盤の挙動を迅
速かつ正確に把握することが重要となる。
そこで，盛土上に沈下板，周辺地盤に変位杭を設置し，それぞれの沈下量や変位量を観測する方法が一般的である。
しかし，施工範囲が広い場合は，観測点となる
沈下板や変位杭が 100 点を超えることもあり，レベルや光波測距儀，スチールテープ等による従来の観測方法では，観測に 2 人で約 1 日を要するな
ど，多大な労力が必要となる。
特に，北海道は泥炭性軟弱地盤が広く分布しており，動態観測の効率化が急務である。
そこで，自動追尾・自動視準機能を有した高精度トータルステーションを用いて 1 名で観測し，更に専用ソフトを開発することでデータ入力から帳票出力を含む作業全体の効率化を実現することができた。
本論では，この新手法について開発背景や効果
及び今後の展望を報告する。

北海道内の泥炭性軟弱地盤は，泥炭層の厚さは3.0m〜5.0m程度で，その下層は地域により異なるが，石狩地方などでは軟弱粘土層からなることが一般的で，その層厚も20.0mにも及ぶ地域も見受けられる。
この様な地域での道路建設に際しては，泥炭性
軟弱地盤特有の工学的特性から，盛土による基礎
地盤の滑り破壊や過大な沈下が発生しやすく，また周辺地盤の隆起，側方変位などが問題となることが多い（写真‑1）。1)２．泥炭性軟弱地盤と動態観測
2.1 泥炭性軟弱地盤と北海道の特性
泥炭とは，分解不十分な湿性植物の遺体が堆積してできたもので，有機物含有量，圧縮性は，極めて大きく，せん断強さは小さいなどの工学的特性を有する。
わが国では，その大部分が北海道に分布しており，また少ないながらも東北地方から九州にわたって散在している。
北海道には約2,000km2に及ぶ泥炭地が分布しているといわれており，北海道平野部面積の約6％に相当している（図‑1）。
この様な，泥炭が表層部に堆積し，その下層に軟弱粘土層を有し地下水位が高い地盤は，建設工事で問題となる場合が多く，これを一般に「泥炭性軟弱地盤」と呼ぶ。

‑ 5 ‑

図‑1 北海道の泥炭性軟弱地盤分布図

写真‑1 盛土に伴う側方変位被害

2.2 泥炭性軟弱地盤地での動態観測の目的
前述の様な，泥炭性軟弱地盤地の施工時は，一般的な施工管理項目はもとより，特に動態観測を中心とした管理が重要であり，施工上の位置付け
としては，下記の事項について，適切な判断を行うために，実施する。
①盛土の滑りによる破壊の危険性の有無を判断（施工速度のコントロール）②載荷盛土の取り除き時期の判断③残留沈下量の予測と対策（上越し量の設定）④盛土による周辺地域の沈下または隆起による第三者への被害の予知及び対策2)2.3 動態観測の概要及び重要性
この動態観測の主な項目は，以下の方法がある。
①沈下板観測による現地盤の沈下測定②周辺現地盤の水平，鉛直変位の測定
また観測頻度は，表‑1の頻度を原則とし，変状が生じ始めたことが予想される場合は適宜，発注者と協議する必要がある。
この様に軟弱地盤地における盛土の動態観測は観測により得られた安定管理データを基に盛土の破壊の危険性を判断し，盛土施工をコントロール
する，極めて重要な管理であるといえる。
また各種計測器を用いその情報を基に施工の判断をおこなう施工と計測情報が一体となった施工
方法を，一般的には情報化施工と呼び，古くからトンネルにおける変位計測データの施工への反映が実施されている。近年においてはICT技術（情報通信技術），特にGPS，TS等の測位技術と機械制御技術とを融合した情報化施工技術が普及しつつある。
図‑2に動態観測の情報化施工フローを示す。
2.4 従来の動態観測
この様に極めて重要な管理である動態観測は，一般には沈下板観測ではレベル，スタッフにより水準観測を行い，最低2名の人員を必要とした。
変位杭観測では，1測線ごとに設けられる不動杭と呼ばれる堅固な基準点に光波測距儀を据え付け
観測対象である変位杭に反射プリズムを設置，その点間距離を観測することで，沈下板観測と同様に最低2名の人員を必要とした。
しかも施工範囲が広範囲に及ぶ場合はこれに伴い，観測すべき測線が増加する。盛土の施工規模
によっては観測すべき沈下板，変位杭が100点を超える場合も数多く見受けられ，この様な観測規模の現場では2名で観測に半日以上，また観測データを用いた安定管理データの取り纏めにおいても半日程度を要し，これらを合わせると丸一日要するとのヒアリング結果も得ている。
この様に動態観測は極めて重要な管理ではある
ものの，作業所においては観測に要する負担が多大な管理であるともいえる。
（図‑3）に従来法の動態観測イメージを示す。
表‑1 動態観測の標準的な観測頻度
対策

盛土

終了後

1〜3

3か月

施工中

期間中

1か月

か月

以降

1回/日

1回/日

1回/週

1回/月

測定期間
沈下板

1回/

観測

2〜3日

変位杭

1回/

1回/日
観測

1回/日

工事期間
まで
終了後
−

−

2〜3日

1か月まで

図‑2 動態観測の情報化施工フロー

図‑3 従来の動態観測手法のイメージ図

３．トータルステーションを用いた動態観測
3.1 開発の経緯
道内では近年，道央都市圏の環状道路として，
新千歳空港を起点とし，小樽市へ至る全体延長約80kmの道央圏連絡道路が整備されつつあり，本路線には道内有数の軟弱地盤地域である石狩管内が含まれており，そこでは盛土の施工に伴い動態観測が日々実施されている。
上記背景を基に，動態観測の効率化を目的として2006年にトータルステーション（以下，TS）を用いた動態観測システムの開発をスタートした。
3.2 システム開発時の要求機能
本システム開発上の，留意点を以下に挙げる。
①特定測器メーカーへの依存を避ける為，日本
測量機器工業会規格であるSIMA形式ファイルをTSから出力し，今回開発する軟弱地盤対策工管理システムへ取込む（以下，管理システム）‑ 6 ‑②データ改変防止，大容量データ取扱い時の安定性及び処理速度を考慮し，データベース方式を採用③管理データとして紙での提出を想定し，表計算ソフトへ安定管理帳票を出力
また利用されるTSの要求機能を以下に挙げる。
①日本測量機器工業会の規格であるSIMA形式のファイル出力への対応②モータードライブを搭載し，自動視準，自動追尾機能，及び360ｰ全周プリズムによる，ワンマン観測機能への対応③動態観測において，従来法と同程度の観測精度を得る為，測角精度は水平，垂直とも5秒以上を有する
これら要件を満たした動態観測システムが2006年に完成し，現在まで道内外10数か所の現場で運用され，現場からの意見要望を反映した機能改善を実施しながら現在に至る。
また2008年1月には国土交通省が新技術の活用のため運用する，新技術情報提供システム（通称NETIS）への登録を完了している。
3.3 システムの概要
この動態観測システムは，観測時には2つの方法を想定しており，それぞれ以下の特徴を示す。
【固定プリズム方式】①予めプリズムを観測個所に常設②観測精度が高く，また観測スピードが速い③観測個所の分，プリズムが必要【360ｰ全周プリズム方式】①360ｰ全周プリズムを持ち，観測個所毎に整準②固定プリズムと比較し，観測個所を歩く工数が発生するが，相対的には低コスト
実際の現場においては求める精度，観測個所数，
人員，コストなどを勘案し観測方法を選定する必要がある。
また安定管理データは上記観測で得られたデー
タをSIMA形式でパソコン上の管理システムに取込み半自動的に安定管理データを取り纏めるものである。
2006年，開発当時の現場検証では沈下板50点，
変位杭50点の観測個所を1名で観測し，観測0.26日，
データ取り纏め0.13日の合計0.39日との結果を得ることが出来た，一方の従来法では2名観測で0.49
日，データ取り纏めで0.50日の合計0.99日とのヒア
リング結果を得ている。
本管理システムの画面イメージを図‑4に示す，
またTSを用いたワンマン観測のイメージを図‑5，
図‑6に示す。

図‑4 軟弱地盤対策工管理システム画面イメージ

図‑5 ワンマン観測（固定プリズム方式）

図‑6 ワンマン観測（360°全周プリズム方式）

3.4 2007年現場検証及び結果
前述の2006年現場検証では沈下板50点，変位杭50点を観測したことは既に述べた。また，このときの観測手法は固定プリズム方式であった。
よって本節では，2007年末に実施した360ｰ全周
プリズムを用いた場合の検証結果を紹介する。
検証概要を，表‑2に示すとおり沈下板9点,変位
杭36点を1名で観測し，観測データを管理システム
で取り纏めたときの，工数,コスト，精度を従来法と比較した。この結果を，以下に示す。
工数比較結果，表‑3からは変位杭観測工数の削減が確認されるが，TSの単価が高額である為，金
額的には大きな削減とはならなかった。一方，沈
下板観測は従来法での工数も小さく，ともに絶対値の小さな結果となった。
更に観測〜データ整理までのトータル工数に着目した場合は本技術では0.2日，従来技術では0.35
日となりトータル金額でも一定の削減効果が確認できる。
しかしながら，2006年現場検証で得られた削減
効果ほどには効果が得られていない。
これは観測個所数が少なく大きな低減効果が得づらい点，変位杭観測において視通を確保する為
TSの移動が複数回発生した点，360ｰプリズム方式‑ 7 ‑特有の観測個所への移動の工数が影響を与えたと推測される。
一方，従来法と比較した変位杭観測精度を図‑7に示す。その結果，新手法は従来法に対して，平均2mmほど短い値を示し，バラツキ（σ）も5mmほどと比較的良好な結果となった。
本検証では，TSに1秒機を選定し，その観測距離は200m弱であった。このことから5秒機以上の機種を用いた場合でも，その観測距離を100m以内とした場合，従来法と同程度の観測精度が得られることが期待できる。
また本検証から以下のことが考えられる。
①観測個所数が多いほど，工数削減効果が大き
く，特に変位杭観測での工数削減が期待できる②TSと観測個所の視通確保が重要であり，視通の確保ができない場合，大きな工数削減が期
待できない③1秒機を用いた場合，150m程の観測距離であれ
ば従来法と同等の精度が期待できる

この様な情報化施工技術は土木施工において少なからず存在する苦渋作業の低減や，危険源への曝露数の減少，作業効率の改善などが期待でき，土木業界に漂う閉塞感へのブレークスルーとなりえる技術と考えられる。
今後も，GPS，TSに代表される測位機器や各種計測機器と，これらのデータを活用するソフトウ
ェア開発などを通じ，土木施工の生産性向上に寄与できるような活動を継続したい。
表‑2 動態観測検証概要（360°プリズム方式）

表‑3 工数比較結果

４．本システムの効果と課題
本章では，前章ならびに実運用現場でのヒアリング結果を踏まえ，本システムの効果と課題を述べる。
【効果】①観測個所数が多いほど，観測，データ取り纏
めともに工数削減が期待でき，速やかな盛土の挙動把握に寄与する②観測データを用い半自動的に安定管理データを取り纏める為，ミス，モレを削減できる【課題】①視通の確保が困難な場合，工数削減が期待できない②360°全周プリズムによる観測時，プリズムのロストが発生する
課題②に関しては，観測者の操作方法に起因するもの，太陽光の影響など気象条件に起因するものなど様々であるが，TSの機能向上に伴い，改善されつつある。

図‑7 変位杭観測精度

参考文献
1) 独立行政法人

寒地土木研究所，泥炭性軟弱地盤対策

工マニュアル，pp1‑6，2002
５．おわりに
2) 独立行政法人 寒地土木研究所，泥炭性軟弱地盤対策
本論では，北海道の特性を踏まえた泥炭性軟弱
工マニュアル，pp159，2002
地盤における，動態観測の重要性や新しい動態観測技術の概要，その検証結果について報告した。
また，各種計測器を用い，その情報を基に施工法を判断する，計測情報が一体となった情報化施工が古くから実施されていることにもふれてきた。
近年では，ICT技術を活用した情報化施工がわが国でも普及しつつあり，本技術もICTを活用した情報化施工技術と位置付けることができると考える。

‑ 8 ‑３．低粉じん吹付け機における施工実績
エアレス吹付け機の低粉じん性と普及への改善点

株式会社フジタ○ 橋詰 亮株式会社フジタ
野間 達也
リブコンエンジニアリング㈱ 門倉 智

２．エアレス吹付け機概要
１．はじめに従来の吹付け方式では，圧縮空気の力によって，現在，トンネル工事の多くはＮＡＴＭにより施工されている。切羽では穿孔，発破，ずり出し， コンクリートを噴射し地山に吹付けている。これ
コソク，吹付けコンクリート，鋼製支保工建て込 に対しエアレス吹付けでは，コンクリートを打み，ロックボルト打設を繰り返すことでトンネル 撃・投射し，地山に吹付けるものである。
写真‑1 にエアレス吹付け機全景を示す。エアレを構築していく。吹付けコンクリートは，壁面にコンクリートを密着して設置する支保部材であり， ス吹付け機は，通常の吹付け機をベースとし，ロ
トンネル工事における作業の中でも，最も粉じん ボットアーム先端にはエアーノズルに代わり，イ
ンペラヘッドと呼ばれる回転装置が搭載されてお濃度が高くなることが分かっている。
粉じん濃度は，厚生労働省が平成 12 年に策定し り，吹付け機本体には，インペラ駆動油圧ユニッ
た「ずい道等建設工事における粉じん対策に関す ト，スラリー急結剤添加装置，急結剤圧送用コンるガイドライン」（以下ガイドライン）にて，粉じ プレッサーが搭載されている。また，急結剤はス
ラリー急結剤の他に，液体急結剤の使用も可能と
ん濃度目標レベル 3（mg/m3）が初めて示された。
従来の圧縮空気によって圧送する吹付け方式で なっている。
回転装置であるインペラヘッド（リブコンエン
は，この目標値をクリアすることが難しく，粉じんを低減する新たな吹付け技術が求められていた。 ジニアリング社製）の構造は，図‐1 に示す様に，・回転体のインペラ
当社ではこの対策として，圧縮空気に頼らず回・駆動油圧モータ
転装置を高速回転させることでコンクリートを打・インペラを覆うケーシング
撃・投射し地山に吹付けるエアレス吹付け機を開から構成されており，簡単に取外し可能となって発・導入した。
本稿では，エアレス吹付け機の施工結果と改善 いる。インペラには，コンクリートを投射するための４枚の羽根(インペラブレード)が取り付けら案を報告するものである。
れており，直径 300mm の 2 枚のインペラリング
が，ブレードを挟み込むように取付けられている。

コンクリートホッパー

インペラヘッド
急結剤添加装置

インペラ駆動油圧ユニット

写真−1 エアレス吹付け機（2 号機）全景‑ 9 ‑2.1 エアレス 1 号機

コンクリート
投射口

投入管
インペラ
ブレード

φ300
ケーシング
図‑1 インペラヘッドの構造

インペラを覆うケーシングには，コンクリート
投入管（φ65mm）と投射口（80mmﾗ104mm）が設けられており，インペラヘッドの総重量はケーシ
ング，駆動油圧モータを含め約 70kg である。
次に吹付け方法の概要であるが，コンクリート
はエアレス吹付け機後方のコンクリートホッパから投入され，配管・耐圧ホースを通り，インペラ
ヘッドまでポンプ圧送される。投入管からインペ
ラヘッド内に圧送されたコンクリートは，4 枚のブレードによって打撃・投射され，地山に吹付けられる。なお急結剤の添加方法としては，スラリー
急結剤の場合には，インペラヘッド手前の Y 字管にてコンクリートに混入され，液体急結剤の場合には，インペラヘッドから投射されたコンクリー
トに直接噴射し添加を行う。
また，インペラの回転数は，無負荷時においては 2800rpm ，コンクリート投射時には 2000〜
2600rpm もの高回転で駆動しており，時間当たり
12m3 の投射を可能としている。
当社ではこれまでに，エアレス吹付け機を 3 台運用しており，この 3 台の諸元を表‑1 に示す。

写真‐2 エアレス 1 号機

最初に製作されたエアレス 1 号機は，プツマイ
スターWKM‑1183imp をベースマシンとして製作された。1 号機の全景を写真‑2 に示す。本機では，急結剤は液体急結剤を使用しており，2006 年〜
2007 年まで運用を行った。
当機の問題点としては，①マニュピレーターを稼働させるシリンダージャ
ッキがインペラヘッドの重量に対し小さかった
ため，トンネル天端部での動作が遅い。
②インペラヘッドの作動角が狭く自由度が低い。
といった，施工性の課題が挙げられた。
2．2 エアレス２号機
上述した，エアレス 1 号機での問題を解決するために，
TCM 製 CSD90YK をベースマシンとした，
エアレス吹付け機 2 号機が製作された。インペラ
ヘッドの仕様は１号機と同じであるが，急結剤は新たにスラリー急結剤が採用された。当機ベース
マシンには，コンプレッサーが搭載されていない
ため，スラリー急結剤を圧送するためのコンプレ

表‑1 エアレス吹付け機比較表
1 号機
2 号機
ベースマシンメーカ

プツマイスター

3 号機

TCM

古河ロックドリル株式会社

型式

WKM‑1183imp

CSD90YKCJM2200E‑Ⅰ

コンクリート

型式

PM‑BST1003FFH

テックマン M2000V

CP1

ポンプ

吐出量

30m3/h30m3/h22m3/h

11ton

16ton

18ton

水平

11.2ｍ

13.2ｍ

12.4ｍ

垂直

11.5ｍ

10.0ｍ

9.6ｍ

液体急結剤

スラリー急結剤

スラリー急結剤

非搭載

搭載

2 台搭載（22kｗ，90kw）

・近畿自動車道（敦賀線）高浜トンネル東工事

・四国横断自動車道久礼坂トンネル工事

・主要地方道鳥取鹿野倉吉線道路改良工事

・東九州道（県境〜北川間）

総重量
作業範囲
急結剤
コンプレッサ

工事での実績

（三朝トンネル）
・平成１５−１７年度木岐トンネル工事
・第二東名高速道路 静岡第一トンネル‑ 10 ‑

古江トンネル南 新設工事

・東九州道（県境〜北川間）
古江トンネル南新設工事

ッサーを搭載している。2 号機は 2007 年〜2009 年の間運用され，当機でエアレス吹付け機の基本構成が完成し，現在のエアレス吹付け機の構成となった。
2.3 エアレス 3 号機
エアレス 3 号機は，2 号機ベースマシンの老朽化に伴い，2009 年に新たに製作された。エアレス 3号機の全景を写真‑3 に示す。エアレス 3 号機は，
古川ロックドリル製 CJM2200E‑Ⅰをベースマシンとし，ロボット部はジャンボのアームを流用している。急結剤は，2 号機と同様にスラリー急結剤を採用しており， ベースマシンには，22kW のコン
プレッサーと 90kW のコンプレッサーを搭載し併用している。

通常の吹付け機
マテリアルホース
コンクリートポンプ
配管
75kW コンプレッサ

水+エア

急結剤添加装置

３７kW コンプレッサ

エアドライヤ

エアレス２号機
コンクリートポンプ
ドッキングホース

配管

洗い用冶具

水+エア
コンプレッサエアドライヤ
急結剤添加装置

エアレス３号機

Y 字管
ドッキングホース

コンクリートポンプ
配管

写真‑3 エアレス３号機
水+エア

2 号機では 1 号機で問題となった，吹付けの自由度は解決されたが，吹付け開始前や，清掃時の手間が目立った。そこでベースマシンの変更に伴い 3号機では，これらの手間を通常の吹付け機と同等にすることを目指した。
図‑2 に通常の吹付け機，エアレス 2 号機，エアレス 3 号機の配管略図を示す。
吹付け開始前，エアレス 2 号機では，インペラ
ヘッドまでコンクリートポンプだけで圧送を行わなければならないため，先にセメントペーストやモルタルを圧送し，ホース・配管の内面の潤滑性を良くする必要がある。通常の吹付け機では，ポンプ圧送とエア圧送を併用しているため，閉塞の危険の高いホース内も，先送りモルタルが不要となっている。
また，施工中のトラブルで最も多かったのが，この最初のコンクリート圧送でホースや配管を閉塞させてしまうことであり，エアレス 2 号機まで
は配管を外し洗浄する必要があった。
そこでエアレス 3 号機では，図に示したように，
配管とドッキングホースの境に Y 字管を新たに設け，エアを補助的に送れるように変更した。これ
により，通常の吹付け機と同様に，ポンプ圧送とエア圧送を行うことができ，先送りモルタルが不要になり，配管・ホースを閉塞させる確率を大幅に減らすことが可能となった。

急結剤添加装置

90kw コンプレッサ

エアドライヤ22kW コンプレッサ

図‑2 配管略図

また，吹付け終了後の清掃に関しても，完全にエアが使えなかったエアレス１号機では，配管内にスポンジを投入して洗浄水をポンプ圧送する必要があり時間と労力を要した。エアレス 2 号機では，水+エアで清掃を行うことが出来たが，ホースと配管接続部を外す必要があり，洗い専用冶具を用いて，インペラヘッド側のホース，コンクリー
トポンプ側の配管を洗浄するため，清掃にはおよ
そ 30 分程掛かっていた。
新たに Y 字管を設けたエアレス 3 号機では，コンクリートポンプ側は配管を外し洗浄する必要があったが，インペラヘッドのあるドッキングホー
ス側は，吹付け終了後即座に洗浄を行うことが可能となった。また使用する水量を増やしたことで，インペラの清掃も以前と比べ，確実に行える様になった。また清掃に掛かる時間も通常の吹付け機と変わらない 10 分〜15 分にまで短縮することが可能となった。
なお，エア圧送を行うのは，吹付け開始時と洗浄時及び配管・ホースの閉塞時であり，吹付け中には，エア圧送を行わない。

‑ 11 ‑

３．粉じん濃度測定
吹付け時の粉じん濃度について，試験施工を行いエアレス吹付けとエア吹きとの比較を行った。
その結果を以下に示す。試験施工は，液体急結剤を使用した場合と，スラリー急結剤を使用した場
合のそれぞれを示す。
3.1 液体急結剤を使用した試験施工（１）試験概要
エアレス吹付け機の急結剤の添加方式は，液体
急結剤による方式であった。図‑3 に添加方式を示す。液体急結剤は投射口から投射されたコンクリ
ートに直接噴射ノズルによって添加される。

後方部で測定した。さらに労働省が策定した「ガイドライン」の中の測定方法（切羽より 50m 後方において 10 分以上の平均値）も実施した。
（２）試験結果
表‑3 及び図 4，5，6 に粉じん測定結果を示す。
吹付け方式が圧縮空気による方式の場合，粉じん
濃度はコンクリートの配合に関わらず，どの地点においてもほとんど変動していない。
一方，エアレス吹付けでは，粉じん濃度が著しく低減している。エアレス吹付けの粉じん濃度は，
エア吹付けと比較して切羽部では約 80%，50m 後方部では約 50%減少する結果となった。
表‑3 験施工結果

急結剤
噴射ノズル
吹付方式

ガイドライン

コンクリート切羽部

50m 後方部

配合

mg/m3

mg/m3

通常配合

14.4

3.4

3.4

新配合

13.5

3.1

2.6

新配合

2.9

1.6

1.4

による方法
mg/m3

従来方式

コンクリート

エアレス

16
14

10
8
6
4
2
0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

吹付け時間（分）従来方式（通常配合）

従来方式（新配合）

新方式（新配合）

図‑4 粉じん濃度測定結果（切羽）54

粉じん濃度（mg/m3）

液体タイプの急結剤を使用する場合には，ベースコンクリートの配合を変更する必要がある。液体急結剤の添加により実際の単位水量が増加する
ため，ベースコンクリートの水セメント比および単位水量を従来の粉体急結剤の配合に比べて小さくしなければならない。表‑2 に通常の吹付けコン
クリートの配合と，液体急結剤を使用した試験用のコンクリート新配合を示す。試験施工では，①通常のコンクリート配合をエア吹きで吹付ける。
②新配合のコンクリートをエア吹きで吹付ける。
③新配合のコンクリートをエアレス吹付け機で吹付ける。
以上の３種類を実施し，粉じん濃度を測定した。
粉じん濃度は，光散乱式デジタル粉じん計を用い，測定方法は「地下工事における粉じん測定の指針」に準じた。測定位置は，切羽及び，切羽より 50m

粉じん濃度（mg/m3）12

図‑3 液体急結剤添加方式

3

2

1

表‑2 吹付けコンクリート配合
0
0

配合
通常
配合
新配合

W/C

ｓ/a

単位量（kg/m3）

%

%

C

W

S

G

C×%

60.0

62.0

360.0

216.0

1147.0

721.0

0.0

45.0

60.0

430.0

194.0

1110.0

758.0

0.5

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

吹付け時間（分）混和剤
従来方式（通常配合）

従来方式（新配合）

新方式（新配合）

図‑5 粉じん濃度測定結果（50m 後方地点）‑ 12 ‑

110リー化するため，発生粉じん量を低減でき，飛散した場合にも浮遊時間が短く，早く沈降するメリットがある。スラリー急結剤の主成分は，セメント鉱物系の粉体急結剤と同じであるが，スラリー化に適した専用の急結剤を使用する必要がある。
またベースコンクリートには，練混ぜ時に急結助剤を添加する必要がある。急結剤は水溶性高分子からなる粉体の混和剤で，添加率は対セメント
0.02 質量％である。表‑3 に施工時に使用したコン
クリート配合を示す。

5

粉じん濃度（mg/m3）

4

3

2

1

0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

吹付け時間（分）従来方式（通常配合）

従来方式（新配合）

水タンク

新方式（新配合）P

図‑6 ガイドラインによる粉じん濃度測定結果
添加装置

スラリー化ノズルY 字管試験の結果，エアレス吹付けでは粉じん濃度が大幅に低減されることが明らかになった。また，
液体急結剤は弱酸性であるため，人体や環境にやさしく，液体急結剤を使用した吹付けコンクリー
トは長期強度や耐久性に優れるという特徴がある。
しかし課題として，液体急結剤を使用した場合，コンクリートインペラ
通常よりセメント量が増え，コンクリート材料費
図‑7 スラリーショットシステム概略図が増加する。急結剤の添加率が増加するといったデメリットがある。
表‑3 コンクリート配合
3.2 スラリー急結剤を使用した試験
エアレス吹付けにより発生する粉じん濃度は，
W/C ｓ/a
単位量（kg/m3）
高性能
急結助剤「ガイドライン」に示される目標値を達成するこ
%
%
C
W
S
G
減衰剤%
%
とができた。しかし液体急結剤を使用した添加方
60.0 62.0 360.0 216.0 1147.0 721.0
1.05
0.002
式では，急結剤がコンクリートと均一に攪拌されず，コンクリート強度に不均質さが生じる品質の問題や，粉体急結剤と比較して瞬結性に劣るため （２）試験状況に厚吹きが困難になるといった施工性の問題があ
図‑8 に施工時の機械配置とデジタル粉じん計った。
（LD−3K）の配置状況を示す。図に示されている
そこで，液体急結剤と粉じん発生量が同等であ ように，デジタル粉じん計は切羽より 10m 地点左るスラリー急結剤をエアレス吹付け機と組み合わ 側に１台，切羽より 50m 地点には左側と中央の 2せ，大断面である第二東名・静岡第一トンネルに 台を設置している。また，換気条件としては風管て施工を行った。
より送風量 3000m3／分，大型集塵機は 2000m3／（１）スラリー急結剤
分・1500m3／分各１台である。
スラリー急結剤を用いた吹付けは，急結剤をス （３）施工結果
ラリー化水により連続的にスラリー化し，コンク
図‑9 に切羽 10，50m 地点における発生粉じんのリートに添加する方式である。スラリー化には， 経時変化を示す。
スラリーショットシステムを用いて，適正な水急図に示されているように，切羽 50m 地点では部結剤比とする。
分的に突出しているものを除き，ほぼ 1.5mg／m3
図‑7 にスラリーショットシステムの概略図を示 以下となっていることが分かる。これは，エア＋す。急結剤は添加装置より，Y 字管の手前にある スラリー急結剤の場合では 3mg／m3 程度である
スラリー化ノズルまで，粉体にてエア搬送される。 のに比較すると，約半分の粉じん量となっている。
スラリー化ノズルにて水と混合させ，Y 字管にて また，切羽 10m 地点においても，ほぼ 2.5mg／m3
コンクリートに添加される。液体急結剤添加時と 以下であり，環境が改善されていることが分かる。
異なり，コンクリートに混合する直前で連続的にスラリー化して添加するため，投射時にはコンク
リートと，十分攪拌された状態となる。またスラ‑ 13 ‑

図‑8 機械配置図
A‑A'断面

2.5
2.0

表面

裏面
A
B

ｔ

10m
50m中央
50m左

3

粉じん濃度（mg/m ）

3.0

B'

A'

1.5
1.0
0.5

内面超硬
内面超硬

0.0
0:00

0:15

0:30

0:45

1:00

1:15

経時時間

図‑10 インペラリング

図‑9 発生粉じん経時変化

４．問題点および今後の課題
エアレス吹付けが，「ガイドライン」で示された
目標値 3.0（mg／m3）をクリアすることを，これまでの試験施工で証明した。またエアレス吹付け機も 3 号機となり，施工性も十分に改善されてきた。
しかし普及には，まだいくつかの問題がある。
（１）インペラの消耗
エアレス吹付けでは，インペラは 2800rpm もの
高回転でコンクリートを打撃・投射を行っている。
そのため，インペラヘッドは磨耗し交換が必要となる。特に消耗が激しいのが，インペラリングとインペラブレードである。図‐10 にインペラリン
グを示す。これらの部品の磨耗が多い部分には超硬部材が取付けられているが，打撃の衝撃により割れてしまうことも稀にある。
現在の交換頻度では，交換に手間かかり，コストも通常のエア吹きと比べ大きくなっている。
（２）施工能力
エアレス吹付け機における，施工能力の実績は
10m3〜12m3／h 程度であり，通常のエア吹きと比
べるとまだ劣っている。そのため 1 回の吹付け量の多い大断面での施工では，サイクルに大きく差がでると考えられる。
以上 2 つの問題点が上げられたが，その対策として，（１）の消耗品については，より磨耗に強い素材への変更が考えられる。しかし超硬部材の様に硬度が高い素材では打撃の衝撃で割れてしまう恐れがある。そのため，硬度と靭性のバランスを考えた素材選定を進めている。また材質変更に加え，母材へのコーティングも有効な手段であると考える。ただし母材と同様に，耐磨耗性に優れた高硬度皮膜では，衝撃により破壊される恐れがある。そこで高硬度膜と衝撃に強い高靭性膜を幾層にも重ね合わせたコーティングを部材に施すこと
で，衝撃と磨耗に強いインペラリングの製作を検討中である。
（２）の施工能力に関しては，回転数を上げる
ことが最も有効であるが，駆動モータが大きくなり
インペラヘッド自体の重量増大が問題となってくる。
そこで インペラヘッドの投射口やインペラブレー

ドの寸法・形状の変更することで投射効率を上げることが今後の課題である。
５．おわりにエアレス吹付け機の低粉じん性は，環境のみではなく視界の良さも確保され，これは施工性の向上にも反映している。また 3 号機になったことで，吹付け準備や清掃の時間を短縮することができた。
今後，エアレス吹付け機を普及するために，課題となる耐久性と経済性に優れた消耗部材の使用，投射能力の向上に取り組む予定である。

参考文献
1) 独立行政法人土木研究所：トンネル工事における吹付け
作業時の発生粉じん対策技術の手引き（案）， H17年
2) 野間達也，大下武志，堀内喜久雄，赤坂雄司，坂口武：‑ 14 ‑

粉じん低減を目的とした実大規模トンネルでの吹付け
実験， H17年

４．ラック＆ピニオン駆動モノレール式
非円形断面シールドトンネル用セグメント組立装置の開発
株式会社大林組○曽根 大輔株式会社大林組

久田 英貴

三菱重工メカトロシステムズ株式会社

熊尾義光

三菱重工メカトロシステムズ株式会社

杉山

雅彦

行える円形セグメントと異なり，レール上を組立
１．はじめに近年，近接する既設インフラや地下構造物への 装置が走行するとその位置によって走行レールの影響を極力少なくした上で，都市部にシールドト 曲率が変わる．そのため，複数の動作を組み合わ
ンネルを構築する需要が増している．限られた空 せて位置決めをする必要がある．第二に，上半の間にトンネルを構築するため，また，掘削土量低 セグメントを組立位置まで移動させる時には，既減のため，所要断面形状に近い矩形や楕円形のよ 設セグメントと排土設備との間を通過させる必要
うな非円形断面シールドトンネルへの要望が高ま がある．すなわち，セグメントの組立が進むにつっている．しかしながら，円形セグメントにくら れて，セグメントの走行通過可能空間が狭くなる．
べ桁高が大きくなり，コスト面で不利な矩形セグ そのため，単純な走行動作だけでは既設セグメン
メントは実施例が少なかった．今回，新たにセグ トを回避できない．これらの課題を解決しなけれ
メントの各辺にアーチ構造を付けることと分割部 ば，セグメント組立時間が増大し，最悪は組立不を隅部よりずらすことにより桁高を減らし，コス 可能となる．第三に，今後より多くの工事に適用トを抑えた複合アーチ断面セグメントを開発した． するために，排土設備空間を広くすることで，シさらなるコストダウンのために分割数を削減した ールド掘削機内に設置する排土設備選定の自由度
結果，弧長が長く質量が最大 9.4ｔとなった．その を広げることが必要となる．
これらの課題を解決するために，①セグメント
ため，実用化されている既存の矩形用セグメント組立装置では，その適用が困難となった．そこで を把持した状態で組立装置が円滑に作動可能であ
今回，掘削断面形状にほぼ相似な形状のモノレー ること．②所定の速度やストロークが確保されル上を走行するタイプの新型セグメント組立装置 様々な姿勢で制御できること．③セグメントを把を開発した．2 車線道路トンネルを想定し，実物大 持した際に，狭隘部を安全に走行通過できるようの矩形セグメントを用いた実証実験を行い，組立 な操作性が確保されていること．④周方向の走行
位置決めの精度確保ができることとした．第三の装置の有用性を確認した結果について報告する．
課題を解決するために⑤排土設備空間を最大化することとした．
２．セグメント組立装置の要求仕様
今回，2 車線道路トンネル用セグメントの組立を
ピンブッシュ
想定し，組立装置に求められる要求仕様を検討した．周方向に隣り合うピース間を繋ぐコッターとトンネル軸方向に隣り合うリング間を繋ぐピンブ
ッシュを挿入する締結方法を，セグメント組立作
業時間短縮と品質確保のために採用した．そのため，従来のボルトナットにより接合するセグメン
ト組立装置に求められるよりも，高精度の位置決めを行う必要がある．図‑1 にセグメント構造，図‑2 に継手構造を示す．また，矩形断面セグメント
コッターの特徴として，隅部ピースは L 字形状となる．この条件下で，所定位置に組み立てるにあたり，円形断面とは違う解決すべき課題を抽出した．第一
図‑1 矩形セグメント構造に，既設セグメントとの位置合わせを旋回動作で‑ 15 ‑

てるために半径方向に昇降させるとともに，トン
ネル軸方向に対し揺動させるものである．シール
ド機の排土設備との干渉を考慮し，また，全体の高さを抑えるために昇降を 2 段式とし，2 組の油圧ジャッキの伸縮によって昇降する機構とした．この 2 段の昇降機構の間にスイング機構を設け，2コッター本の油圧ジャッキにより±15°スイング可能とした．また，把持部は，セグメントをトンネル軸方
ピンブッシュ
向にスライドさせると共にセグメントを把持する
ブラケットを設け，把持したセグメントの姿勢を固定させるものである．スライドは 1 本の油圧ジ
ャッキにより移動可能とし，セグメントの把持は
図‑2 セグメント継手構造
把持部の把持ブラケットとセグメント吊り金具のピン穴へピンを挿入固定することにより連結する
３．非円形断面シールドトンネル用セグメント組 ようになっている．また，セグメント姿勢制御（ローリング，ピッチング）は把持ブラケット中心に立装置の設計方針① ラック＆ピニオン式の駆動部とすることによ 対角に配置した 4 本の油圧ジャッキを伸ばすこと
り，矩形断面や楕円形断面において，全姿勢で安 により行う．図‑3 から図‑6 にセグメント組立装置
全に走行可能とし，最大 10t のセグメントを扱う． 構成，組立動作，駆動部詳細および組立装置切断② T 字型モノレールをトンネルにほぼ相似な形 面を示す．
状で設置し，非円形断面のトンネルに適用させる．
５．既存技術との比較
これにより排土設備空間を最大化する．
③ 周方向の位置決めの精度確保ができる駆動部， 組立装置仕様の適切さを評価するにあたり，ラック＆ピニオン駆動モノレール式組立装置と矩形把持装置を設計する．
④ 安全性確保のため，別途，逸走・落下防止装 セグメントの組立で実績のあるリングギア・片アーム式組立装置を一例として，特徴比較を行った．
置を設ける．
前述の通り，セグメント周方向のピース間締結に４．ラック＆ピニオン駆動モノレール式セグメン コッターを，リング間締結にはピンブッシュを使用している．そのため，組立装置の操作性が旋回
ト組立装置の概要
ラック＆ピニオン駆動モノレール式非円形断面 位置決めの精度確保が必要条件である．また，今トンネルセグメント組立装置は，円形セグメント 後の本技術の水平展開を想定し，操作性，安全性，用のリングギア式組立装置とは異なり，シールド 適用範囲，装置の占有空間とシールド機内の排土
機リングガーター部内周にレールを設置し，その 設備空間，および装置の転用可能性を比較検討し，
レール上を走行する装置がセグメントを把持し， 表‑1 に両方式の特徴を挙げた．ラック＆ピニオン
所定の位置までハンドリングし，組み立てるもの 駆動モノレール式セグメント組立装置は，トンネ
ルにほぼ相似な形状の T 字型モノレールを設置し，である．
走行駆動部は，T 字断面形状のレールを上下か 1 台の組立装置によりセグメントの組立が行われらローラーで挟み込み支持し，レール内側に取り る．そのため，組立装置による走行，昇降の移動付けられたピンラックと噛み合うスプロケットを 軸がレール接線，法線方向に一致する．これによ回転駆動させることにより，走行するものである． り，セグメントの安定性が良い．
（図‑7）それに対また，セグメントを把持した時に反力を得るため し，リングギア・片アーム式組立装置は左右に 2に，ガイドローラーを T 字レールのフランジ両端 台設置する．この旋回リングにはそれぞれリンクとウェブの両側に装備する．4 個のローラーとスプ 機構によるアームを設置してある．セグメントのロケットはコの字形ボックスに取り付けられてお 位置決めにはリングを旋回させる．さらに，アーり，このボックスにはスプロケットに回転力を伝 ムの揺動により周方向への移動を行う．そのため，える減速機および油圧モーターも取り付けられ， セグメントを把持する機構は片持ちとなるため，また油圧力を発生させるパワーユニットも搭載し 安定性が劣る．
（図‑8）この傾向はセグメントが大ている．組立精度確保のため，駆動ピニオンのバ きくなるほど顕著となる．組立装置で対処できな
ックラッシュを±0.6°となるようにピニオンの設 い場合，セグメント設計を変更するなどの対処が計を行った．
必要となる．
昇降・スイング機構部は，セグメントを組み立‑ 16 ‑

逸走・落下防止装置
排土設備空間

走行レール

組立装置
図‑3 セグメント組立装置構成

スライド
スイング

昇降1

昇降2
サポート

サポート

図‑7 モノレール式による組立状況

図‑4 セグメント組立動作
排土設備空間ピンラック

ピニオン

支持ローラー

ガイドローラー
図‑5 駆動部詳細

ピニオン

支持ローラー

走行レール

ガイドローラー

図‑8 リングギア・片アーム式によるセグメント組立状況

図‑6 組立装置切断面‑ 17 ‑

表‑1 既存技術との比較
ラック＆ピニオン駆動

リングギア・片アーム式組立装置×2 台

モノレール式組立装置

シールド機の外形に相似な走行用モノレールを設け， 円形シールド機と同様の円形リング式セグメント組
油圧モーターで駆動する走行，昇降，スイング．スラ

立装置を 2 台左右に設け，装置全体を旋回する．スライド．サポートおよび把持装置から構成される．

イド装置，把持装置も円形シールド機と同様に装備す

組立装置

排土設備空間最大化のため昇降装置は 2 段式とし，2る．昇降機構は，リンク式のアームを揺動させて行う．

構造概要

つの昇降機構の間に把持装置を回転させるスイング

セグメント組立角度に対応するため把持部にスイン機構を装備する．

グ機構を装備する．

パワーユニットも本体に装備し，電源のみケーブルにより供給する．

操作性

走行，昇降の移動軸がセグメントの法線方向と一致す

旋回，アームの昇降移動軸がセグメントの法線方向とるため，位置決め操作は比較的容易である．

一致しないため，操作は複雑となり位置決めが困難と
なる．

安全性

セグメントを把持する機構がセグメントの法線方向

セグメントを把持する機構が片持ちとなるため，セグと一致するため，セグメントの安定性が良い．

メントの安定性が劣る．

走行装置の落下防止対策として，油圧ブレーキと油圧

旋回ブレーキ機構は，一般的な円形用と同様である．

ジャッキ式の 2 重対策を装備．

組立装置の落下防止機構を別途装備することが難し
い．

適用範囲

占有空間
特徴
設計自由度

レールを設置できる寸法に限り，断面形状に依らず適

縦と横の比が大きな形状には不向き．

用可能．

縦長な断面には適用が困難．

装置の占有空間は小さい．

装置の占有空間が大きい．

排土設備空間を中心部に大きく確保．

排土設備空間が小さく，左右に分離．

組立装置レールがシールド機リングガーター部内周シールド機内設備用の空間が左右に分割されるため，にあり，シールド機内設備（例えば，排土設備）とのシールド機内設備の設計自由度は少ない．

干渉が少ない．
レールは目的の形状に応じて製作する必要があるが， リングギアはシールド機の形状に左右されるため，ま転用

費用

走行組立装置は，断面形状によらず転用が可能であ

た，それに取り付くアーム式組立装置も転用できる許る．

容範囲が狭い．

組立装置本体の金額はリングギア・片アーム式と比較

構造は既存技術の応用であるため，1 台当たりの費用すると高い．

は低いが 2 台必要となる．

転用ができるため，LCC（ライフサイクルコスト）は一度の工事で処分されるため，LCC は高い．

低い．
セグメント
設計

組立装置がシールド機リングガーター部内周全ての組立装置は円周運動とアームの旋回運動のみである

範囲で可動できるため，セグメント設計の自由度が増ため，機械の力学的な制約がセグメント設計に影響を

す．

与える．

６．安全装置要求仕様だけではなく，セグメント組立装置が安全に作動可能なこと，さらに装置周辺の作業員に対する安全性の確保も重要となる．例えば，供給電力の停電時や油圧装置等の機械的な故
障で非常停止すること，特にセグメント組立装置が上昇中，または下降中において発生した場合，万一落下することが考えられる．そのような際に，‑ 18 ‑

油圧が供給されないとブレーキがかかる油圧ブ
レーキで対応している．さらに，安全性および信頼性の確保とセグメント組立装置の落下防止のために，逸走・落下防止装置をシールド機の左右 8 箇所に装備した．逸走・落下防止装置は周方向に所定間隔で設けており，組立装置本体の走行位置に応じて，自動的に出し入れされるシステムとなっており，組立装置下部に常に逸走・落下防止装置が突出するように制御されて
いる．
（図‑3）
逸走・落下防止装置は伸びた状態であると組立装置と干渉するので，組立装置の走行方向との関連で前方の逸走・落下防止装置が縮限でな
いと組立装置の走行不可とするインターロックを設定した．また，非円形断面セグメントを安全に組み立てるために，逸走・落下防止装置だけではなく，以下の安全対策を実施した．
① セグメント形状によって排土設備空間への干渉状態が異なるため，セグメント把持を行う前に操作盤でセグメントの選択を行うようにした．
② 組立装置の作業位置や姿勢によっては，機内設備と接触する場合がある．そのため，エンコーダーを用いて組立装置の位置とストローク計により姿勢を演算することで，誤操作による機械やセグメントへの破損を防ぐためのインターロックを設定した．
③ 組立装置操作を誤らないように高速での動作には同時に二つのボタンを押す必要がある
ようにインターロックを設定した．
①から③の対策により，オペレーターが不適切な動作を行うと強制的に低速操作しかできな
いようにした．また，インターロックが作動した時に，不適切な動作であることを認識できる
ように回転灯と警報音で知らせるようにした．
ただし，操作盤上には適切な動作へと導くためのコメントが表示されるようになっている．
７．実証実験
セグメント組立中の走行旋回時に，モノレー
ルやセグメント組立装置の可動部に破損が発生しないように十分な剛性，円滑な作動性がある
こと，組立時間を確認する必要がある．そこで，実機規模の試験装置を製作し，8 分の 3 断面に相当するセグメントの組立試験を実施した．走行
レールを組み込んだシールド機のテール部と既設セグメントを模した鋼製実証実験架台を製作した．この模擬テール内で組立実験を行った．
写真‑1 に実証実験架台を示す．
(1) 実験項目
・無負荷作動確認

・セグメント把持状態での負荷作動確認
・セグメント把持状態での複合作動確認
・セグメント組立性能の確認
・セグメント位置決め精度と組立性の確認
・セグメント継手の締結状況
・セグメントシールの組立性への影響
・安全装置作動確認
・排土設備（ベルトコンベア）との干渉確認(2) 実験方法
無負荷作動の確認を，走行，昇降，スイング，
スライドおよびサポートジャッキの作動時間を計測することで，設計理論値との比較をした．
矩形セグメントの組立性の確認として，8 つのピースに分割されるセグメントのうち，上部の 2 つを除く 6 つのピースに対して組立を行い，位置決
め精度確認をした．位置決めに必要な時間を計測
し，設計理論値と比較することで組立性の検証を行った．また，周方向ピース間には防水用シールを貼付け，セグメント組立装置が，シールをつぶすのに必要な押付力を備えているかを検証した．
さらに，インバート部および側部ピースを組み立てた後，頂部ピースが円滑に通過可能であることも合わせて検証した．
安全装置作動確認は，セグメント組立装置の走行方向および位置に従って，あらかじめ定めたイ
ンターロックが機能しているかを確認した．また，排土設備空間またはシールドジャッキスプレッダ
ーとの干渉を回避するように定めた昇降ジャッキとスイングジャッキのインターロックが適切であるかを確認した．
模擬的な排土設備として，ベルトコンベアフレームを実証実験架台の有効空間内に設置し，組立装置が走行する際のベルトコンベアフレームと組立装置とのクリアランスを確認した．
８．実験結果および考察
L 字型セグメント把持状況を写真‑2 に示す．このようにセグメント組立装置には，セグメント重心と把持位置が大きくずれた構造物を把持した状態での動作が求められている．
無負荷作動性能の確認により得られた設計理論
値と実測値との比較の代表値として，走行に要する時間を表‑2 に示す．セグメント組立作業の走行に要する時間は理論値と比較すると 10%以内で収まっている．図‑2 に示した周方向に隣り合うピー
ス間を繋ぐコッターとトンネル軸方向に隣り合う
リング間を繋ぐピンブッシュを挿入する際も，セグメントに損傷を与えることなく組み立てることができた．例えば，写真‑2 に示す L 字型セグメン
トの平均組立時間は表‑3 の通りであった．作業時
間は作業に対する熟練度が上がるに伴い短縮され，‑ 19 ‑

8 分の 3 相当断面のセグメント組立時間を 2 時間
から 40 分へと向上することができた．測定値から算出した矩形断面全体の組立時間は 85 分程度となった．
表‑2 設計理論値と実測値との比較
速度

測定

時間

(mm/sec)

スパン

(秒)

(mm)

理論値

実測値

高速

理論値
142

5300

37

42

中速

80

2000

25

24

低速

40

1000

25

24

写真‑3 セグメント組立状況

写真‑1 実証実験架台

写真‑2 L 字型セグメント把持状況
表‑3 L 字型セグメント平均組立時間
下降
把持

ピン挿入
サポート伸び

８．まとめ
掘削断面形状に合ったレールさえ製作すれば，比較的自由な断面に適用できる非円形断面用トン
ネルセグメント組立装置を開発した．2 車線道路ト
ンネルを想定し，実物大の矩形セグメントを用いた実証実験を実施した．組立装置の走行，昇降，スイング，スライド及びサポートジャッキの操作の安全性，信頼性，組立性を確認することができた．
ラック＆ピニオン駆動モノレール式非円形断面
シールドトンネル用セグメント組立装置を適用することにより，縦方向に長い矩形断面や楕円形断面に対しても，適用可能性が広がった．これにより，都市部の限定された空間に非円形断面シール
ドトンネル構築の可能性を広げることができる．
さらに，非円形断面シールドトンネルは円形断面と比較すると，必要空間に対して掘削断面を小さくすることができる．そのため，掘削残土の削減
や掘削工程の短縮など環境負荷の軽減に貢献できる．本セグメント組立装置本体は転用が可能であり，LCC（ライフサイクルコスト）を下げることも可能となった．
今後，実工事への採用とそのフィードバックを得ることで本組立装置の改善を図りたい．
最後に，本開発を進めるに当たって，多大な協力をいただいた三菱重工メカトロシステムズ株式会社および株式会社大林組の非円形断面施工設備
開発スタッフに謝意を表する．

140 秒

1)

上昇
走行

粗位置決め

280 秒

微調整

締結まで

560 秒

2)

‑ 20 ‑

参考文献
特願 2010‑4617 トンネル掘削機のセグメン
ト組立装置
特願 2010‑4625 トンネル掘削機のセグメン
ト組立装置

５．護床ブロック移設アタッチメントの開発と施工
玉石重機株式会社
玉石重機株式会社
日立建機株式会社

１．はじめに河川の頭首工(堰堤)の改修に伴い，その下流に設置された護床ブロックの再利用を目的とした移動が施工指定された。30 年以上前に敷設された護床ブロックを破損をさせず撤去･再利用するという施工であり，当初はクレーンで護床ブロックを吊り上げ，台車に積み込み運搬するよう計画されていた。しかしながら，吊り金具が腐食していることやブロックの劣化等の問題があった。安全性・施工性・経済性を考慮して検討した結果，護床ブロックを持ち上げるためのアタッチメントの開発に到った。ブロックを吊るのではなくすくい上げることにより破損を少なくでき，実際に良好な施工となったことを報告する。

○ 片岡 広志
野中 耕一
友澤 茂治

た。幸いにも，河床の支持地盤は砂地で支持力は良好である。

写真‑1

護床ブロック２．施工の概要
川上頭首工改修工事(佐賀県)において，既設の護 ３．アタッチメント(ブロックリフター)の開発
床ブロックを約 850 個撤去を行い，その内約 650
機能条件は，重量 W=3.8 tf 幅 w=2.0m 厚さ個を再利用する工事である。
t=0.9m の護床ブロックを掘り出し，持ち上げ台車
2.1 施工条件に積み込むことである。
① 30 年以上経過した吊り金具取り付け部分の 3.1 アタッチメント(ブロックリフター)
強度が不明である。
標準仕様を図‑1 のブロックを底面から支えるフ② 護床ブロックの吊り金具が腐食している。
ォーク状の爪を 3 本採用した。両サイドに『ずれ止め』を設け，外側のフォークと同様スライド可③ 護床ブロックの重量は W=3.8 tf である。
能とし，ブロックの大きさに対応できるようした。
④ 迂回水路は施すものの，湧水はある。
・規格強度 ： 4,000 kgf (1 本あたり)⑤ 河床の支持地盤は砂地で良好である。
・フォーク長： 1,600 mm⑥ 撤去した護床ブロックは可能な範囲で再利・フォーク幅： 250 mm
用する。
・フォーク厚： 100 mm
2.2 施工方法の検討
施工条件で述べたように，既設の護床ブロックの吊り金具取り付け部分の強度が不明であること。
1600
その護床ブロックに取り付けられてある吊り金具が腐食しており，クレーンによる吊り作業は安全上からも困難であること。また，護床ブロックは
写真‑1 のようにＸ字型のブロックの間は玉石･砕石で中詰されており，その中詰栗石の中から掘りおこす作業も発生する。
F=3.8tf
以上のことを考慮して，吊る作業からバックホウに装着したアタッチメントで持ち上げるという施工方法に変更し，アタッチメントの開発を行っ
図‑1 ブロックリフター側面図‑ 21 ‑

3.2 ベースマシーン(バックホウ)の選定
重量 W=3,8 tf を土砂の比重 1.8 で割れば 2.1m3となる。したがって，土砂に換算した山積 2.1m3級のバックホウ(45t)をベースマシーンとした。

写真‑2

掘り起こし作業

写真‑3

持ち上げ作業図‑2 ブロックリフター(バックホウ 45t)

４．ブロックリフターによる施工
図‑3 に当初計画とブロックリフターによる施工
フロー図を示す。
クレーンで吊り上げるには，中詰栗石を撤去し，ブロックを持ち上げ，玉掛けの準備をしなければならない。作業行程も多く，投入人員も必要となる。一方，ブロックリフターの施工ではブロックを掘り起こし・持ち上げ・台車に積み込んだ後，まとめて中詰栗石の撤去を行うことができる。
このことから施工性も上がり，安全に施工することができた。また再利用の個数も確保することができた。
ブロックリフター
による施工

当初計画
中詰栗石撤去ブロックリフターにブロック持ち上げ

よる掘り起こし・持ち上げ・台車に積込

ブロックへ玉掛けクレーンで吊り上げ
写真‑4

積込作業

台車に積込
中詰栗石撤去
既設ブロック運搬
既設ブロック仮置

５．まとめ
中詰栗石の撤去から玉掛け･吊り上げ･台車に積み込む作業をブロックリフターでは写真‑2,3,4のように一括でできる。吊り上げる方法から持ち上げる方法に変えたことで，作業行程も省略化・簡素化できたと同時に工程も短縮できた。

図‑3 作業フロー図‑ 22 ‑

６．無人・有人対応型草刈機の開発

国土交通省

北陸地方整備局

北陸技術事務所

宮島
小林

○

実
弘朗

１．はじめに
４．開発工程現在、堤防除草作業に使用している大型遠隔
平 成 17 年 度 か ら 平 成 21 年 度 ま で の 5 ヶ 年
操縦式草刈機（以下「現有機」という）は、急 の 開 発 工 程 を 表 ‑1 に 示 す 。
勾配法面における施工の機械化によるコスト縮試作機製作の他に、施工歩掛（案）、安全減及び遠隔操作による安全確保に多大に寄与し 施 工 マ ニ ュ ア ル （ 案 ） 、 製 作 仕 様 書 （ 案 ） をている。しかし、機械価格が高価なこと、また、 作 成 し た 。
作業速度が緩傾斜部ではハンドガイド式草刈機（以下「ハンドガイド」という）に比べ十分な
表‑1 開発工程優位性がないことなど課題があり、これらの改項 目
17年度 18年度 19年度 20年度 21年度
①実態調査
善を行うことで更なるコスト縮減が期待でき
②基本構想
る。
③概略設計
④詳細設計
本報告は、機械価格の低減と施工効率の向⑤試作機製作
上 に よ る 除 草 コ ス ト 縮 減 を 目 的 に 、市 販 の ハ⑥性能試験⑦現地性能確認試験
ン ド ガ イ ド に 遠 隔 操 縦 機 能 を 付 加 し 、現 場 条⑧試作機の改良件 に 応 じ て 遠 隔 （ 以下「無 人 」という） 及 び⑨飛石防止装置効果検証試験⑩現地性能確認試験（追加）
搭 乗 （ 以下「有 人 」という） 操 作 の 使 い 分 け⑪現地適応性試験（長期調査）
が 可 能 な 無 人・有 人 対 応 型 草 刈 機 を 開 発 し た⑫施工歩掛（案）の作成⑬安全施工ﾏﾆｭｱﾙ（案）の作成の で 、そ の 機 能 と 効 果 に つ い て 紹 介 す る も の⑭飛石防止装置のｵﾌﾟｼｮﾝ化検討である。
⑮不具合箇所対策検討⑯製作仕様書の作成

２．現状の課題と対策
現 有 機 は 、機械価格が草刈機＋集草装置で約12,000 千円と高価なため、地方自治体及 び 民間への普及が進まないほか、施工コストを押し上げる一因となっている。
また、緩傾斜部における作業速度は、現有機よりもハンドガイドが速く差がある。
そこで、市販のハンドガイド（集草機含み約6,000 千円）に遠隔操縦機能と安全対策機構を付加し、現場条件に最適な操作である無人及 び 有
人操作の使い分けが可能で機械価格が安価な草刈機を開発することとした。
３．開発目標(1)機 械 価 格
現 有 機 の 約 12,000 千 円 か ら 30％ 低 減 の 約
8,000 千 円 。
(2)作 業 能 力
現 有 機 の 0.32ｈ ／ 1,000 ㎡ か ら の 10％ 向 上の 0.29ｈ ／ 1,000 ㎡ 。

５．開発機の機能開発にあたり「現有機に対する不満」「必要・不要な装置」について河川管理者と請負者にアンケートを実施した。
改 善 要 望 と 改 善 方 針 を 表 ‑2 に 示 す 。
表 ‑2

改善要望と改善方針

改善要望
刈残し
解消
草
法面損傷
刈
の防止
機
車両の
本
小型化
体
飛石の
防止

要望理由
･制御の応答遅れ･刈幅が広く不陸に追従できない

送 防水仕様信機 転倒防止ﾌﾚｰﾑ撤去･湿気による誤動作が発生する･方向転換時に法面が荒れる･狭い所に入れず刈り残しが出る･飛石による事故が発生する･送信機の操作時に邪魔になる

改善方針･制御技術の変更･刈幅を狭くする･接地圧、重量の軽減･機械幅、刈幅を狭くする･飛石防止装置の強化･防水性能を高める･転倒警報装置の装備

６．開発機の製作
改 善 方 針 に 基 づ き 検 討 、開 発 、現 場 試 験 を
行 い 、開 発 機 に 新 た に 搭 載 し た 機 能 を 以 下 に示す。

‑ 23 ‑

6.1 ハ ン ド ガ イ ド 式 草 刈 機（ ベ ー ス マ シ ン ）ハ ン ド ガ イ ド で は 実 績 の 多 い 刈 幅 1.5ｍ 級
を ベ ー ス マ シ ン と し て 改造を施すこととした（写真‑1、写真‑2 参照）。
これにより刈幅を狭く、重量を軽くでき、接地 圧 は 9％ 低 減 さ れ る 。

無人操作
写真 ‑1

写真 ‑2

有人操作
操作方法

開発機外観

6.2 路 面 追 従 機 能 の 装 備
法面の不陸に自動追従させるため、作業装
置の油圧をフリーとするフローティング機
能 と 倣 い 装 置 を 採 用 し た （写真‑3 参照）。

2段目：ｺﾞﾑ板2枚千鳥配置

1段目：金属ﾁｪｰﾝ

写真 ‑4

飛石防止装置6.4 傾 斜 警 報 機 能 の 装 備
オペレータ転倒時の操作レバー誤操作などに よ る 草 刈 機 の 暴 走 を 防 止 す る た め 、送 信 機に 傾 斜 計 を 内 蔵 し 、送 信 機 の 異 常 な 傾 斜 角 度（ 前 60°後 30°左 右 45°以 上 を 3 秒 連 続 ）を検知すると草刈機が停止する。
また、有人操作及び無人操作における機械
転 倒 事 故 を 防 止 す る た め 、草 刈 機 本 体 に も 傾
斜 計 を 装 備 し 、危 険 な 角 度 （ 有 人 操 作 ： 左 右27°以 上 を 2 秒 連 続 、無 人 操 作：左 右 35°以
上 を 2 秒 連 続 ）を 検 知 す る と 警 報 を 発 す る（写真‑5 参照）。
6.5 振 動 警 報 機 能 の 装 備
作業装置のカバーに振動計を装備し、刈刃
欠 損 に よ る 異 常 振 動（ 約 2.6G［ 刈 刃 2 枚 が 外
れ た 状 態 に 相 当 ］以 上 の 振 動 を 4 秒 連 続 ） を
検 知 す る と 警 報 を 発 す る （写真‑5 参照）。

傾斜計

振動計
写真 ‑5

倣い装置

写真 ‑3

路面追従のイメージ

6.6 送 受 信 機 の 防 滴 防 塵 仕 様
送 受 信 機 は 、 防 塵 防 水 の 国 際 規 格（ International Protection） の IP65 仕 様 を 採
用 し た （写真‑6 参照）。
(1)防塵性
等級 6： 塵 埃 は 侵 入 し な い 。
(2)防水性
等級 5：あ ら ゆ る 方 向 か ら の ノ ズ ル に よ る
噴流水に対して保護する。
↑

←左・右→

前
進
・
後
進

緊急停止

↓

6.3 飛 石 防 止 装 置 の 装 備
開発機は、小形化に伴う能力低下を避けるた
め、草刈効率が優れているアップカット方式を採用した。
アップカット方式は、ダウンカット方式に
比 べ 飛 石 の 増 加 が 懸 念 さ れ る た め 、新 た な 飛
石 防 止 装 置 を 開 発 し た （写真‑4 参照）。
装置は、形状、材質、取付位置等を変えて試作、試験を行った結果、刈刃に一番近い 1
段目には金属チェーンを配置し、2 段目には合成ゴム板 2 枚をスリットが千鳥になるよう配置した。

傾斜計・振動計

ｷｰｽｲｯﾁｱｸｾﾙ･ｽﾛｯﾄﾙ

写真 ‑6‑ 24 ‑

送信機

７．飛石防止装置の効果開発した飛石防止装置の効果を定量的に把握するため、開発機、ハンドガイド及 び 現有機を使用し比較試験を実施した（写真‑7 参照）。

ハンドガイド式草刈機

開発機
大型遠隔操縦式草刈機

ゴム板１枚

１段目：チェーン
２段目：ゴム板２枚千鳥配置

金属チェーン

鋼製カバー

８．開発機の性能確認
北陸地整管内の堤防除草作業で試験施工
を 行 い 、収 集 し た デ ー タ を 解 析 し 、開 発 機 の
作 業 性 能（ 出 来 形 管 理 基 準 の 確 保 、最 大 除 草
法 面 勾 配 、 1,000 ㎡ 当 り 作 業 能 力 ） に つ い て評価した。
8.1 出 来 形 の 確 保開発機は、草刈効率が優れているアップカッ
ト 1 回刈による作業効率向上を目的としている た め 、1 回 刈 り で 刈 高 さ 10 ㎝（ 出 来 形 管 理基準）を満足するか確認を行った。
刈 高 の 計 測 結 果 を 図 ‑1 に 示 す 。（ グ ラ フ の
値 は 、最 高 、平 均 、最 低 の 刈 高 を 示 し て い る ）金属チェーン

20
平均

有人
刈高（cm）

試験に使用した 3 機種

無人

管理基準１０㎝

1512.2 12.4

13.5
11.0 11.5 10.0 10.0

10

9.5

9.3

法面

写真 ‑7

8.6

8.0

8.1

12.2

11.5
8.9

9.7
7.5

8.6

9.6

10.8 9.5

10.2

7.0

6.5
6.3

6.5

5.8

8.5

8.4

8.2

9.1
7.3

8.0

6.2

7.3

11.0 10.0

9.4
8.4

10.7
10.3
6.7

11.7

9.8

11.4

9.5

11.0 12.310.3

11.1 9.3

9.6

10.0 8.2

8.5

試験方法は、再生クラッシャラン（RC‑40）を使い整形した試験床（幅 200mm×長さ 1,500mm
×高さ 100mm）の上に作業装置をセットし、刈刃を回転して試験床を切削させ、草刈機（本体＋作業装置）より外（前後左右）へ飛散した質
図 ‑1 平均刈高の計測結果（法面）
量を計測した（写真‑8 参照）。
次に示す式(1)より「飛散率」を算出し比較し (1)有 人 操 作 時た。
平 均 値 で は 、 8／ 10 工 区 （ 80％ ） に お い て
結果は、表‑3 のとおりであり、開発した飛石 管 理 基 準 を 満 足 し た 。
防止装置の有効性が証明された。
(2)無 人 操 作 時
平 均 値 で は 、10／ 13 工 区（ 77％ ）に お い て管
理基準を満足した。
試験床（切削前）
試験床（切削後）
無 人 操 作 時 に お い て 、最 低 刈 高 も 管 理 基 準を 満 足 し な か っ た 工 区 は 、ス ス キ が 多 か っ た
再生ｸﾗｯｼｬﾗﾝ
た め 、そ の 切 株 の 上 を フ ロ ー テ ィ ン グ で 通 過（RC‑40）100
したため刈高が高くなった。
200
なお、1 回刈で出来形管理基準を満足しな
1500
か っ た 工 区 も 、複 数 回 刈 に よ り 基 準 値 を 満 足
写真 ‑8 飛石試験状況することを確認している。
8.3

7.7

7.0

5

6.3

8.4

7.8

5.7

7.7

6.7

7.7

6.3

4.4 6.2

6.0

草刈機より外に飛散した質量
刈刃が切削した質量
表 ‑3

飛散率

… (1)

草刈機外への飛散率

開発機
0.28%

ﾊﾝﾄﾞｶﾞｲﾄﾞ
17.60%

大型遠隔10.25%

2.関川

)

0/
14
)
0/
④ 15)
(1
0/
15
)
(1

③

1)

0/
14

(1

(1

①

3.阿賀野川

無

②

(9
/

)

1)

(9
/

④

31

2.関川

⑤

)

)

(8
/

24

31

(8
/

②

③

)

)

24

(7
/

⑥

)

23

(7
/

⑤

)

23

③

(7
/

)

23

(7
/

15

4.阿賀川

②

①

(7
/

)

)

(9
/

15

①

3 .阿賀野川

②

)

31

(9
/

24

)

人

4.阿賀川

人

8.2 最 大 除 草 法 面 勾 配
除 草 作 業 を 行 っ た 法 勾 配 範 囲 を 表 ‑4 に 示す。
無人操作時の最大除草法面勾配の目標値「 35.5°（1:1.4）以 上 」で の作業を実施し、適応可能であることを確認した。
表‑4

な お 、こ の 飛 石 防 止 装 置 は 、市 販 さ れ て いるハンドガイドにもオプションとして装備できるよう製作会社の協力を得て概略設計を実施した。

(8
/

(7
/

①

8)

8)

8)

有

1.阿賀野川

飛散率＝

23

⑦

(7
/

④

(7
/

(7
/

④

⑤

8)

(7
/

③

②

(7
/

8)

①

(7
/

0

試

試験実施の法面勾配範囲
無人（遠隔）操作

有人（搭乗）操作

現場性能確認試験(現場での性能確認）

35.5°〜 23.9°（1:1.4〜2.3）

33.2°〜23.1°（1:1.5〜2.3）

現場適応性試験(歩掛ﾃﾞｰﾀ収集など)

35.5°〜 23.1°（1:1.4〜2.0）

33.2°〜24.4°（1:1.6〜2.2）‑ 25 ‑

験法面 のみ法面 およ び平場 (刈残し処理 除く )刈残 し処 理含む
1,000ｍ2当たり作業能力 (h/1,000ｍ2)

0.8
0.70
0.66

0.66
0.59

0.6

0.56
0.52

0.51

0.50

0.46
0.43
0.42

0.41
0.37

0.4

0.32

0.31
0.25
0.23

0.37

0.38

0.47

目標値0.29h／1,000㎡

0.45

0.40

0.38
0.35

0.39 0.36
0.33

0.31

0.31

0.31

0.26
0.26

0.39

0.34

0.33

0.2

0.33

0.30 0.30
0.27
0.25

0.27
0.21

0.21
0.19

0.29
0.24
0.23
0.21

材料

労務

機械

9 4.9%‑ ３． ０％

価
格

80.0%
64.6%

61.6%

60.0%

円

40.0%
20.0%

28.0%

0.0%

7.4%

‑ ０． １％−２． ０％

現有機（大型遠隔操縦式）

図 ‑4

27.9%
5.4%
開発機（無人有人対応型）

施工単価の縮減率（暫定値）

１０．考察
開発機の製作は、草刈機本体の製作、遠隔操縦化への改造、送信機の製作と 3 社による分業となったため、機械価格は目標値を達成できなかったものと考える。
施工費の縮減率については、今後、より多くの現場において施工合理化調査を実施し、歩掛の精度を上げたうえで評価を行う必要
がある。

0.28

0.26
0.26

0.26 0.26 0.26 0.26
0.23
0.23

1 00 %
100.0%

︶

1.0

５％縮減

120.0%︵

8.3 作 業 能 力
積 算 の 条 件 を 合 わ せ る た め 、 降雨による履帯の横滑り、法面をバックで戻りながらのレーン切り替え、天端での方向転換の度に仮刃の回転を停止させるなどの異常値を除いて比較した。
作 業 能 力 の 計 測 結 果 を 図 ‑2 に 示 す 。
(1)有 人 操 作 時
作業能力は 0.24ｈ／1,000 ㎡（平均勾配 29.8°（約 1:1.7））となり、目標値 0.29ｈ ／ 1,000㎡ を 17％上回った。
(2)無 人 操 作 時
作業能力は 0.26ｈ／1,000 ㎡（平均勾配：31.1°（約 1:1.6））となり、目標値を 10％上回っ
た。

0.23

１１．まとめアップカット方式 の 市 販 機 を ベ ー ス と し て開 発 し た こ と に よ り 、目 標 を 概 ね 達 成 す る こ
図‑2 作業能力の計測結果とができた。
(1)機 械 価 格
９．施工単価草 刈 機 ＋ 集 草 装 置 の 価 格 は 、10,400 千円（税9.1 機械価格
抜き）。
開発機（本体＋集草機）の価格は 10,400 千円（現 有 機 か ら − 13％ の 低 減 ）（税抜き）となり、現有機の 12,000 千円（税抜 (2)作 業 能 力
1,000 ㎡ 作 業 能 力 は 、 0.26ｈ ／ 1,000 ㎡ 。
き）から−13％の低減となったが、目標の−30（ 現 有 機 か ら 19％ の 向 上 ）％低減を達成することが出来なかった（図‑3 参照）。
１２．あとがき
15,000
開発機の製作にあたり、制御方式を機械式か
１３％縮減 本体 集草装置
12,000ら電子式に変更したため、有 人 及 び 無 人 で の 操
1,800
10,400＋ ６％
価 10,000
作 性 を 両 立 さ せ る こ と が 難 し く 、現 場 性 能 確
1,900
格
− １７％
認試験を 2 ヶ年に渡り実施した。
千円
また、飛石防止装置の開発は、試作した 6
10,2005,000
8,500
パターンを工場における飛石試験で 3 パター
ン に 絞 り 込 み 、現 場 で 性 能 を 確 認 し て 決 定 す
0るなど、改良と試験に多くの時間を要した。
現有機（大型遠隔操縦式）
開発機（無人・有人対応型）
開発機は、平成 22 年度に北陸地整管内の河川
図 ‑3 価格の低減率
事務所に７台を配備するほか、当面、小型遠隔操縦式草刈機の更新機として漸次導入を計画し9.2 施工単価
現有機と開発機の 1,000 ㎡当たり施工単価（直 ている。
導入後は、無人・有人対応型草刈機の技術的接工事費、機械損料：業者持込み）の比較を図
フォローアップ、コスト縮減効果の検証や技術‑4 に示す。
暫定値ではあるが、労務、機械損料、諸雑費 紹介など、普 及 拡 大 に 努 め 、 堤 防 除 草 作 業 の（補助機械及び燃料）の合計額で現有機を 100 コ ス ト 縮 減 に 寄 与 し て い き た い 。
％とすると約−5％のコスト縮減が期待できる。
0.00

0.0

0.00

0.00

0.00

0.00

① (9/15 )② (9/ 15)

① ( 7/23)② (7/23)

0.00

0.00

0.00

0.00

0

① (7/8)② (7/8)③ (7/ 8)④ ( 7/8)⑤ (7/8)④ (7/2 3)

有人⑦ (7/ 24)

① (8/31)③ (7/2 3)

オペＡ

1.阿賀野川2.関川

3.阿賀野川4.阿賀川⑤ (7 /24)⑥ (7/24)② (8/31 )③ (8/ 31)④ (9/1)⑤ (9/1)① (10/ 14) ② (10 /14) ③ (10/15) ④ (10/1 5)

オペＢ

2.関川

3.阿賀野川

無

4.阿賀川

人

︵
︶

‑ 26 ‑

７．空港ターミナルビルにおける大規模屋根スライド工法
鹿島建設（株）東京建築支店
鹿島建設（株）東京建築支店
鹿島建設（株）機械部

１．はじめに本工事は「首都圏の空の玄関口」に相応しい「快適都市空港」の創出の基本方針のもとに，2010年10月に生まれ変わる東京国際空港国際線の旅客ター
ミナルビル建設プロジェクトである。
ターミナルビルを覆う大屋根は，柱スパン69m，トラス間スパン18mのトラス部材を10個連結した92m×162mの大架構立体鉄骨トラスで構成されており，この大屋根トラス鉄骨の建方工法が最重要課題となっていた。
本報では大屋根トラス鉄骨建方の工法として選定したスライド工法について報告する。
２．工法選定大屋根の架かる本館のほぼ中央には京浜急行電鉄の既設地下トンネルが縦断しており，大屋根鉄骨
建方についてはここに重機を設置することなく施工しなければならず，最適な工法を求めて諸工法の比較検討を進めた。（表‑1）
原案であるリフトアップ工法においては，地上1階
床躯体に置構台を設けて大型重機を配置することは可能であるが，屋根が架かるまで2，3階の躯体工事に着手できない上に，トンネルを避けて両側に重機を設置して作業環境を整えなければならない。
第2案は各トラスそれぞれにベントを設けた一方向からの建方である。この工法についてもリフトアップと○ 和田 賢一
領木 紀夫
水谷 亮

図‑1 完成予想パース

図‑2 基準断面

同様に躯体の残工事が多大に発生してしまう。さらに，次のスパンに建方を移行する際に各ヤードの盛替え工事の発生によりコスト，工期に影響が出てしまう。また，各スパンにベントを設けるためすべての箇所に躯体補強が必要となる。

表‑１ 大屋根建方工法比較表
案１ リフトアップ工法

案２ ベント工法

案３ スライド工法

ＧＬで中央部屋根鉄骨を 地組しリフトアップ

建方ブロックごとにベントを設置し順次鉄骨建方

妻側建方エリアで組み立てられた鉄骨を順次スライドで送り出す

使用クレ ーン：７５０ｔクローラ×２台、４５０ｔクローラ×２台

使用クレ ーン：５００ｔクローラ×１台、１８０ｔクローラ×１台

UPUP

使用クレ ーン：２００ｔクローラ×２台、３００ｔクローラ×２台‑ 27 ‑

第3案がスライド工法である。18mﾗ9スパンに架かるトラス受け柱を仮設の滑り材で支持し，一体化した
9mﾗ92mの立体トラス鉄骨を仮設油圧ジャッキにて18mごとにスライドさせて次のトラスと連結させていく工法である。前述の二案に比べて建物外部に重機を配置して施工できるため，本躯体に多大な残工事が発生しない利点があり，全体工程を考えて採用に至った。
３．大屋根鉄骨建方・スライド工法の概要
3.1.大屋根鉄骨トラス形状
トラス本体は上弦材2本と下弦材1本を組み合わせた上辺9m，高さが5.7mから1.8mのキール形のトラ
ス断面となっている。屋根トラスの長さは基準トラスで92m，最大で114m。トラスを支える柱は水下側B通りと水上側G通りの2点で支持され、径間69mである。
キール形のトラスが18mピッチに計10本配置され，およそ18,000㎡の屋根を形成している。（図‑3,4）基準トラス1本は約300tで，およそ290ピースの主材で構成されている。それぞれのトラスは4.5mの繋ぎ梁で連結され，連結部中央部に山形のトップライト
カーテンウォールが配置される。これら繋ぎ梁鉄骨
及び仕上げ材を含めた全体では1スパンおよそ550t，
屋根全体質量は約5,000tである。

3.2.スライド工法の計画概要
建物平面端部には建方用に500tと180tのクレーンを配置した。トラスは吊上げ能力並びに構造上問題のない箇所で7分割し，それぞれを決められた場所
で地組みを行う計画とした。地組ヤードには100tクレ
ーンを配置し，建方と地組みが同時進行する。
仮支柱であるベント柱の上に地組みされた鉄骨を揚重し，本締め溶接後にジャッキダウンを行い，92m
約300tの大スパン架構が完成する。
その後，ＰＣ鋼より線とジャッキを使用して，仮設レールの上をスライドさせ18mのスパンを移動させる。
隣のスパンへの鉄骨スライドが完了したら，次のス
パンの屋根トラス鉄骨を同様の要領で組み立て，この屋根トラス鉄骨をジャッキダウンした後に，先行しているトラスとトップライトの鉄骨でジョイントし，合わ
せてスライドを行う。(図‑5)
この作業を10日サイクルで繰り返す。3スパン目で屋根の木毛板の揚重，トップライトカーテンウォール
ユニット取り付けを行い，4スパン目以降でステンレス
屋根葺き作業をサイクルで行う計画とした。
サイクル工程を表‑2に示す。

ﾄﾗｽ建方

屋根工事

９２ｍ

オイルダンパ

屋根スライド６９ｍ
Ｂ

図‑3 基準トラス立面

G

図‑5 大屋根スライド概要断面図
表‑2 サイクル工程

G

地組

１日目

２日目

３日目

４日目

５日目

６日目

７日目

８日目

ﾄﾗｽ間

①ﾄﾗｽ

②ﾄﾗｽ

③ﾄﾗｽ

⑤ﾄﾗｽ

④ﾄﾗｽ

⑥ﾄﾗｽ

⑦ﾄﾗｽ

④，⑤

⑥，⑦

鉄骨建方 ①，②，③

本締め

114ｍ

９２ｍ

溶接・ＵＴ

塗装

ﾄﾗｽ間ﾂﾅｷﾞ ｼﾞｬｯｷﾀﾞｳﾝ

ﾄﾗｽ鉄骨本締め

ﾄﾗｽ間鉄骨

母屋鉄骨

９日目

ﾄﾗｽ間

ﾄｯﾌﾟﾗｲﾄ

ﾄﾗｽ間鉄骨本締め

ﾄﾗｽ鉄骨溶接・ＵＴ

ﾄﾗｽ間鉄骨溶接・ＵＴ

ﾄﾗｽ鉄骨塗装

ﾄﾗｽ間鉄骨塗装

Ｂ

１８ｍ×９スパン＝１６２ｍ
図‑4 屋根伏図

3.3.スライド工法実施の課題
スライド工法実施に当たっては多くの検討項目があったが，鉄骨形状並びに性能の特殊性から，特に以下の項目が重要検討項目として挙げられた。
ａ．特殊形状屋根における風の影響の把握
ｂ．不安定トラスの支持方法，オイルダンパの拘束‑ 28 ‑

１０日目

ｽﾗｲﾄﾞ

ｃ．ジャッキダウン・スライド時の屋根全体の変形管理
ｄ．単独トラススライド時の挙動と転倒の回避
ａの風の影響においては，屋根下地母屋鉄骨と屋根材に作用する風圧力，トラス支持柱脚部への影響
度及び外装工事着手前の内装天井工事の施工の可否を検証する必要があった。既存空港滑走路沿いでの工事のため万に一つの飛散，風散事故も防がなければならず，施工段階ごとの構造骨組み，外装材用風荷重，先行天井下地に作用する風荷重の検討を風洞実験により行った。（写真‑１）トラス間の山形トップライト鉄骨は，稜線が一定勾配となっており，足元は弓なりの屋根上弦材と取り合うため，建方精度の確保が難しい。たわみを考慮した稜線が水平になるような架台を設置し，建方作業の単純化と精度確保を図った。
4.2.建方7分割したトラス鉄骨は，最初にＢ通り上の柱付きトラスを建て,順次連結してＧ通り柱トラスを2日目までに建てる計画とした（写真‑3）。10日サイクル中の3日間でトラス本体の建方を完了し，5日目のジャッキダ
ウンまでに仕口の本締め溶接，ＵＴを完了させ，先行トラスと一部の梁鉄骨を連結する。
トラスはそれぞれベント架台にボルトにて緊結，仕口部の取合いは座標で建方精度を管理する。

Ｂ通り

Ｇ通り

写真−１ 風洞実験状況

実験の結果により，屋根施工状況ごとに屋根上下面に作用する風圧力に問題がないこと，柱脚のエレ
クションピースのディテール，有効な面のカーテンウ
ォール着手順序，天井仕上げ材の施工時期と天井に作用する風圧力の低減対策方法を検証した。
ｂ・ｃ・ｄの課題については，重点管理項目として構造検討を行い，後述のスライド設備に反映した。
４．スライド前工程
4.1.地組み
1本のキールトラスを7分割して，各々決められた
ヤード7ヶ所で地組みし，これらを3.5日間で建方する計画としている。トラスとトラス支持柱はそれぞれ別々に地組み，地組ヤードでジョイントしてから建方を行う。(写真‑2)

写真−3 ブロック建方4.3.ジャッキダウン
建方完了後のジャッキダウンにおいては，計画段階で鉄骨自重及び屋根仕上げ，天井仕上げの重量による各接点のたわみ量を解析により求め，製作ムクリを設けている。
ジャッキダウン時はトラス鉄骨を各ベント上で油圧ジャッキに受け替えて段階的に荷重を抜いていくが，
ジャッキダウン中のたわみ量や平面変形，上弦材のレベルの管理が重要であり，即時対応が必要となる。
そのため，総合司令室を設けてジャッキダウン作業中のトラスを自動追尾トータルステーションによる自動測量システムにて計測管理し，すべての作業員に指示が出せる体制を構築した。（図‑6）

写真−2 地組ヤード

図−6 ジャッキダウン計測管理概念図‑ 29 ‑

管理画面では，プリズム初期座標，解析によるたわみ限界値及びリアルタイムのプリズム平面位置，ト
ラスのたわみ，捩れ，水平移動，限界値までの余裕度を確認できる。トラスの挙動が1秒ごとに計測されるため，司令室から減圧のタイミングなどをリアルタイ
ムで指示ができる。
結果，解析たわみ量の100〜150㎜に対して60〜70％と，ほぼ予測どおりのたわみ率であった。
５．スライド設備
5.1.柱脚支持部
キール形トラス1本の支持点反力は水下側B通り
310tf(3,040kN)，水上側G通り240tf(2,352kN)となる。
1箇所を200tf(1,960kN)スライディングジャッキ2台で支持し，軌条梁と柱の隙間を10㎜空けて浮かしている。スライディングジャッキ下部にはテフロン板を仕込んでおり軌条梁上を滑る。（図‑7，写真‑4）

写真‑5 スライディングジャッキ

5.2.牽引装置，制御
最終スライドの質量がおよそ5,000tになるため，各支点をすべて牽引することで1支点当たりの牽引力を抑えるようにした。すべての柱脚部に2本のＰＣ鋼より線（φ28.6㎜）をセットし，36ｍ離れた2スパン先を反力として2台の50tf(490kN)センターホールジャッキの伸縮運動で押し出すように屋根をスライドさせる。
（図‑8，写真‑6）

ｾﾝﾀｰﾎｰﾙ
ｼﾞｬｯｷ

ｽﾗｲﾃﾞｨﾝｸﾞ
ｼﾞｬｯｷ

ｼﾞｬｯｷ

ｼﾞｬｯｷ

固定

くさびがＰＣ鋼より線にかみ込む
図‑7 スライディングジャッキ詳細図
くさびを反力として屋根を押し出すスライド
図‑8 スライド機構概念図

スライディングジャッキ
写真‑4 トラスの柱脚支持部
反力点

本設梁は柱取り合い部が拡幅補強の形状となっており，また，柱径も最大1,100㎜と大きいため，スライディングジャッキのガイドには柱を越えるときには干渉しないような，跳ね上げ機構を追加した。また，
このガイド跳ね上げ機構にはスラストずれの修正機能も持たせている。（写真‑5）‑ 30 ‑

写真‑6 ジャッキ反力点

固定それぞれのジャッキはストローク及び荷重状態を集中管理し，自動的に制御する。ジャッキストロークによる１回の移動量は180㎜，100ステップで1スパンのスライドとなる。全体移動量は各通りに設置したリニ
アエンコーダで計測する。Ｂ通りとＧ通りはそれぞれにかかっている荷重が違うため牽引反力も違ってくる。柱脚部の移動量に差が出ないよう20㎜の差を限界として制御できるようなシステムとし，総合司令室
内で管理した。（写真‑7,図‑9）
また，縦に連結したジャッキの荷重差は柱脚つなぎ材を圧縮し，座屈すると柱脚間隔保持ができなくなって屋根の崩壊につながる。そこで制御においては，左右の移動量同調制御に加えて，繋ぎ材座屈
荷重を考慮した荷重バランス管理も行った。

って，スライド開始から係留までは，オイルダンパ拘束，柱脚回転拘束，エレクションピース解放，スライド，
各柱脚微調整，エレクションピース固定，オイルダン
パ復旧，柱脚拘束解放という流れとなる。

写真‑8 トラス支持拘束材詳細
写真‑7 センターホールジャッキ，リニアエンコーダ
リニア
エンコーダ

全体移動量
（Ｇ通り）
ストローク

油圧ポンプ

油圧ポンプ

バルブユニット

バルブユニット

荷重

ジャッキ集中管理
自動制御盤

全体移動量
（Ｂ通り）

5.4.柱頭計画
本設柱はＣＦＴ構造であるため，最終スライドが完了し柱溶接を行った後にコンクリートを圧入する必要がある。柱最頂部のダイヤフラムには空気抜き穴と中央部に噴出し用の開口が必要だが，スライド時のジャッキの引っ掛りや開口によるダイヤフラムの強度低下が懸念された。そのため，開口を150㎜まで小さ
くし，同厚の鋼板で取外し可能な蓋をし，蓋の脱落と開口補強のため十字型のリブ補強を施した。開口蓋
は最終スライドで柱が正規の位置に来る直前に撤去
し，ＣＦＴ施工に支障ない状態とした。(写真‑9)バルブ制御信号

油圧ポンプ

油圧ポンプ

バルブユニット

バルブユニット図‑9 ジャッキ制御システム

5.3.スライド時のトラス支持拘束等構造仮設
トラス支持材取り合いはピン接合となっているため
スライド時に柱脚を解放すると構造的に成立せず，また，柱脚ブロック自体も転倒が生じ，静定状態とするため各部の拘束材が必要となった。さらに第１回目のスライドは単独トラスとなるためトラス本体の転倒が懸念され，転倒防止束材を配置して安全性を高めている。(写真‑8)
なお，地震対策として，各回のスライド終了時には本設のオイルダンパを機能させることとした。したが‑ 31 ‑

写真‑9 柱頭ＣＦＴ開口蓋

5.5.スライド位置・変形自動測量
ジャッキ制御システムでトラス柱脚部の荷重や移動量を管理することはできるが，屋根トラス全体の挙動は把握できない。屋根全体の過大な捩れや平行四辺形の変形が生じていなことを管理するため，自動追尾トータルステーションによる自動測量システムを採用した。先頭トラスと最後部トラスの上弦材にプリズムを設置し，スライド中の屋根をリアルタイムで管理している。（図‑10，写真‑10）

図‑10 スライド時計測管理概念図

ﾌﾟﾘｽﾞﾑ写真‑10 プリズム設置状況

監視画面を写真‑11に示す。画面右側には，プリズムを設置した座標の初期値，リアルタイム計測値，変化量，設計値との差などを表示している。画面左側上部は屋根の平面形状が大きく変形していない

写真‑11 スライド監視画面

ことをモデルで確認できるようにしている。スラスト方
向は，軌条梁とスライディングジャッキのセリの危険性があるため，自動計測と合わせスケールにて実物の柱脚部のズレ量管理も行った。画面左下部は鉛直方向の変位をモデル化して表示し，初期値に対する変位量を数値化している。特に，柱を乗り越える
際の鉛直方向の変位による過荷重の回避などに有効であった。
６．スライド工法適用の効果①品質
構造的な性能が最も要求され，鉄骨の建方精度が品質に大きく影響する部位であった。すべてのトラ
スを同じ場所で繰り返し作業としたことで作業員の習熟度が向上し，地組み段階での組立誤差はｱ2㎜以下まで精度を上げることができた。建方並びにスライ
ド工事においても同様に精度が高められ，設計要求
品質を十分満足する結果となった。
②工程
2009年4月30日から施工開始した大屋根鉄骨スラ
イド工事は同年8月11日に9回目の最終スライドを予定どおり完了，10本目のトラス建方も遅延なく目標を達成できた。外装ＡＣＷ，吹き抜け天井パネル工事など大屋根が終わらなければ始められない工種が多く，複雑な形状のスライド工事を予定どおり完遂できたことは，工程確保に大きく寄与した。
③コスト
仮設軌条梁鉄骨の追加や躯体補強，鉄骨補強，ベント仮設，牽引設備などに費用は掛かるが，他工法では，仮設の盛替えなどさらに仮設費が膨れ上がっていたと考えられる。繰り返し作業によって習熟度が上がり，工程が順調に進捗したことは，コストにも大きなアドバンテージになった。
④安全
大部分の鉄骨組立を地上の地組ヤードで行うこと
で，高所作業を大幅に低減した。また，建方エリアにおいても充分に計画された足場やステージ上で養生など盛替えることなく作業を進めることができた。
稼働中の空港敷地内での工事であり，風散・飛散防止も重要な管理項目であったが，スライド工法採用
により建方エリアを制限でき，安全に施工できた。
７．おわりにス ラ イ ド 工 法 に よ っ て 総 重 量 5,000t， 平 面 面 積
18,000㎡という非常に大規模かつ変形の大きな大屋根を，躯体に大きなダメを残すことなく短工期で施工することができた。今後は，今回の実績や工夫に加え，予想以上に時間を要した係留位置での微調整作業の効率化の課題を解決して，同種工事に水平展開していく所存である。

‑ 32 ‑

８．ラインリーダの開発
光学技術を応用した舗装用レベリングセンサ

鹿島道路株式会社
株式会社トライテック
株式会社トライテック

１．はじめに
現在、アスファルトフィニッシャのスクリードの自動制御方式として、ソニックセンサ等を用いてセンサワイヤ、構造物などの基準高さを倣う基
準値トレース方式、トータルステーションを用いた３次元数値制御方式（3D‑MC）などがある 1）。
これらの中から、個々の現場状況に応じた制御方式が採用されている。
橋梁やトンネル内などの構造物が施工端部まで迫っている現場においては、センサワイヤや構造物を使用した倣い制御が主となっている。しかし十分な作業スペースを確保できないような現場においては、センサワイヤなどを用いることができない場合も多々ある。そのような場合、路面に舗装厚さを記しておき、その数値を参照しながらオペレータが手動で厚さを管理する非効率的な手法もとられてきた 2）。そのような作業スペースに余裕の無い現場において、従来の方法よりも省力化
やコストの削減が期待できるラインリーダ（舗装用レべリングセンサ）を開発した（写真‑1）。
本文は、今回開発したラインリーダを、従来の制御方法と比較、検討するとともに、橋梁部での施工例を紹介し、その有効性について報告を行う
ものである。

○ 平藤 雅也
梶原 泰樹
柴崎 秀一

２．概要
2.1 背景前述のように、作業スペースに余裕の無い橋梁
や狭あい部では、センサワイヤや構造物を倣うシステムが用いられている。写真‑2 にソニックセン
サを用いた倣い制御の施工例を示す。ここでは高欄上に鋼材を並べ、その高さを基準としスクリードを制御している。このシステムを用いる上で注意しなければならないのは、センサワイヤなどが高さ制御の基準となるため、これらを正確な高さに調整して設置しなければならないことである。

ソニックセンサ

写真‑2 ソニックセンサを用いた倣い制御

写真‑1 ラインリーダ外観

写真‑3、4 に、作業スペースに余裕の無い高速道路の施工におけるセンサワイヤの設置例を示す。
写真‑3 は、木製の高さ調整用の土台を高欄上に等間隔に設置し、その上にセンサワイヤを張っている。この現場はカーブ部分の施工もあるため、ワイヤが狙ったカーブラインを通るように、写真のような形状の設置台を製作した。
写真‑4 は、ワイヤ固定用の脚を鋼材で製作し、構造物とボルト止めすることで固定している。固定位置を変えることによって、センサワイヤの高さ調整が行えるようになっている。

‑ 33 ‑

写真‑3 センサワイヤ設置台

写真‑5 ライン打ち作業

ラインリーダから出力されるラインの高さ情報
は、従来から使用されている汎用コントローラで目標高さとの離れとして計算され、その情報が電磁弁オン・オフの電流となり、フィニッシャ側のレベリングシリンダを制御する（図‑1）。したがってラインリーダを使用するために、アスファルト
フィニッシャ側に特別な改造を施す必要がなく、現在保有している機械（特殊な機械を除く）で使用することができる。

写真‑4 センサワイヤ固定用脚

コントローラ電磁弁

このように個々の現場状況に応じた設置方法を考え、それに合わせて鋼材や木材を加工し、かなりの数の設置台を製作しなければならない。更に施工前にこれらを設置し、施工後には撤去しなけ
ればならない。この設置作業だけで 6〜7 人が必要となり、かなりの手間と時間が掛かっている。

基準線

レベリングシリンダ

ラインリーダ

図‑1 施工イメージ

2.2 ラインリーダとはラインリーダは、高欄やトンネルの壁面などに ３．ラインリーダ概要
引かれたラインを光学センサで画像として取込み、 3.1 システム構成
ラインリーダは、以下のシステムから成り立っ
内部処理によりラインを検知することで、ラインている。
を基準として高さ制御を行う舗装用レベリングセ
・ 光学センサ ：壁面に引かれたラインを画像とンサである。
して取込む。
事前の準備作業として、現場で通常使用されて・ 距離センサ ：光学センサと壁面との距離を計
いるライン打ちの道具を用いて、壁面に決められ測する。
た高さでラインを引くだけである。2〜3 人で準備・ 処理基板 ：各センサから得られた情報からすることができ、さらにラインは自然に消えるた
ラインを認識し、ライン情報をめ撤去作業の必要もなく、かなりの省力化が期待
コントローラへ伝送する。
できる（写真‑5）。
・補器類：壁面を照らす照明や各種表示ラ
従来の倣い制御と比較すると、センサワイヤ設
ンプなど。
置台の検討・製作に苦慮することがなくなり、段取りの手間も大幅に省くことが期待できる。

‑ 34 ‑

3.2 作動原理
ラインリーダは、システムに組み込まれた光学センサが壁面をスキャンし、処理基板にて壁面に描かれたラインを検知する。これを進行方向にト
レースしていくことで、ライン高さを認識していくのである。
写真‑6 に処理基板による画像処理イメージを示す。点線矢印（写真中央）の位置をスキャンしたものが右側に示されている。このようにラインをピークとして検知する。

ラインを検知光学センサによるスキャンと同時に、距離セン
サが壁面と光学センサの距離を計測する。距離センサが計測した数値から補正値が算出される。これにより壁面とラインリーダの距離が変わる場合
でも、精度を確保して制御することが可能となる。
各センサから得られた情報を処理基板が演算し、ライン高さを求める。求められたライン高さをコ
ントローラへ伝送し離れを求め制御を行う。
3.4 応用
制御用コントローラとして東京計器株式会社製Hi Grade を使用する（写真‑8）。因って、アスファ
ルトフィニッシャだけではなく、Hi Grade を接続することのできる切削機などの高さ制御などにも使用することが可能である。

写真‑6 画像処理イメージ

3.3 制御フロー図‑2 に制御フローを示す。
写真‑8

スタート
壁面をスキャン
壁面との距離を計測

Hi Grade （制御用コントローラ）

４．施工現場の紹介
開発に当たり試作機を製作し、実際の現場に導入して、トラブル、使い勝手などの確認を半年に渡り実施した。写真‑9 は鹿児島県の橋梁で試作機を用いて施工を行った際のものである。壁面に目地がある場合や、壁面に直射日光が当たる場合でも、問題なく使用できることを確認した。

ライン高さ情報を取得
ライン高さ情報をコントローラへ伝送
コントローラが目標高さとの離れを計算
制御必要

制御不要

レベルシリンダの制御

図‑2 制御フロー写真‑9 試作機を用いた施工（鹿児島県）‑ 35 ‑

写真‑10 は沖縄県の高架橋で試作機を用いて施工を行った際のものである。ラインリーダ取付け
アームを横に伸ばしての施工となり振動の影響が懸念されたが、その影響はみられなかった。

写真‑12 実用モデルを使用した施工（愛知県）

写真‑10 試作機を用いた施工（沖縄県）

いずれの施工においても、ラインリーダの敷均し精度を評価するため、下がり量のチェックと出来形の管理を行った｡
制御に関しては、通常のセンサと同等の精度で施工できることを確認した。機械の振動による影響に関しても、問題ないことが確認できた。
段取り作業に関しては、センサワイヤ設置台などを準備する必要もなくなり、手間が大幅に減るなど良好な結果が得られた。
写真‑13 実用モデルを使用した施工（愛知県）
2010 年６月までに、試作機による評価を重ね、そこから得られたデータをもとに、2010 年７月に ５．今後の予定
今回実用モデルを４台製作したが、これらを積実用モデルが完成した。一回り小型化し、更に耐久性も向上している。使い勝手を考慮し、操作パ 極的に現場導入していき、施工実績を伸ばすと共
ネルやボタン、補器類も追加した。写真‑11 は試験 にアスファルトフィニッシャの他、切削機などの機(左)と実用モデル(右)とを比較したものである。 高さ制御にも応用していくことを検討している。
６．おわりにラインリーダは、壁面に描かれたラインを検知し制御することができる。これにより、施工できる現場が増えるだけではなく、従来の段取りと比較すると時間、手間を大幅に縮減することが可能となる。
なお本システムは、制御機器およびソフトウェ
ア開発会社であるトライテック社と共同で開発を行っている（特願 2009‑165472）。

参考文献
1) 福川光男：舗装技術者のための建設機械の知識, 舗装，

写真‑11 試験機と実用モデルの比較

Vol42 No.6, pp.42〜45, 2007

写真‑12,13 は愛知県の橋面舗装で実用モデルを使用して施工を行った際のものである。

2) 山口達也：光学技術を利用したレベリングセンサ, 舗装‑ 36 ‑

Vol45 No.7, pp3〜4, 2010

９．高粘着力地盤へのハイブリッド撹拌工法の適用と改良品質
小野田ケミコ株式会社

中央大学理工学部

鈴木 孝一
西尾
経
○近藤 省一齋藤 邦夫

本工法は，式（２）に基づき，噴射圧力を従来工法
１．はじめに
地盤改良は，都市近郊の再開発事業をはじめ既 の 1.5〜2 倍の p=30〜40MPa，同じく吐出量を 1.5
設構造物に近接した開削工事や既設構造物の耐震 〜3 倍の吐出量 q=150〜300 /分とし，超高圧大容対策工事等に幅広く適用されている。しかしなが 量化を図って，高粘着力粘性土地盤への適用と，ら，上述した工事では，改良体相互あるいは構造 より大口径の改良体造成を狙って開発した。写真
物と改良体を確実に密着，一体化させることなら −１に三点支持式杭打機をベースマシンとした
びに地盤変位を抑制することが，最も重要な施工 SDM‑Dy の二軸施工機を示す。本工法は，機械攪拌翼（標準翼径φ1.0m）の先端部から固化材スラ要件となる。
このような施工要件を満たす工法の一つとして， リーを超高圧で噴射し，改良体外周部を超高圧ジ機械攪拌と超高圧噴射攪拌を併用したハイブリッ ェットにより攪拌混合造成する。これにより，基ド攪拌混合処理工法（以下，SDM‑Dy 工法と略記 礎杭，山留め壁等との密着施工が可能であり，改する）が開発し，現場で多数の実績を有している。 良体相互のラップ施工による一体化が図れる等，
本稿では，SDM‑Dy 工法の適用拡大の要請から， 従来工法にはない優れた特長を備えている 2)。
深層部の高粘着性の粘性土層におけるその出来形
また，従来の機械攪拌工法に比べて，超高圧噴および改良品質についての調査結果を報告する。
射攪拌により，改良径 D=φ2.8m までの大口径改良体が造成できる。そのため，日当たり施工量は２．工法のメカニズム
機械攪拌工法の概ね 2〜3 倍となって，大幅な工期
2.1 工法概要
短縮が図れる。また，改良体造成径に対し，機械
SDM‑Dy 工法（Dynamic Super Deep Mixing Method）は固 攪拌翼径が小さいため，攪拌翼貫入による原地盤化材を超高圧で噴射させて地盤を切削，攪拌，混 を乱す割合が概ね 15％程度と少なく，通過域の強合して所要の改良体を地盤内に造成する。そのと 度低下は他工法に比べ著しく小さい。さらに，攪
きの超高圧噴射による地盤の破壊力は，次式に示 拌軸に装着したオーガースクリュ機構により，固す通りである 1)。
化材スラリー量に見合う量の排土を制御し，低変位施工をも同時に可能とした 3)。
F ≒ ･ｑ･ｖ= ･(A･ｖ)･ｖ = ･A･ｖ2

式（１）

ここに， F：高圧噴流の破壊力（N）：密度( ＝ ／g)（N･s2/m4）
q：ポンプ吐出流量（m3/s）q＝A･v
v：流速（m/s）
A：ノズル断面積（m2）また，流速（ｖ）は p に比例することから破壊力 F はF ≒ K･A･p ≒ K ･q･p式（２）ここに， p：噴射圧力（Pa）
K，K ： 係数

式（２）より超高圧ジェット破壊力は，噴射圧力 pとポンプ吐出流量 q に比例する。

‑ 37 ‑

写真‑１ SDM‑Dy 二軸式施工機の噴射状況

2.2 改良メカニズム
図−１は SDM‑Dy 工法の改良メカニズムの模式図である。機械攪拌翼先端部の噴射攪拌装置から地盤中に固化材スラリーを超高圧にして水平方向に噴射させ，回転しつつ引き上げる。これにより地盤は切削破壊すると同時に固化材スラリーと撹拌混合される。すなわち，切削混合攪拌された混
合土は，噴射攪拌装置の背面に瞬時に移動すると共に，機械攪拌翼による攪拌が付加され，均質性の高い大口径改良体が造成される 2) , 4)。

３．高粘着力地盤における出来形と改良品質
一般に地盤改良工法は， Ｎ≦4，qu ≦100kN/m2の軟弱地盤 5)で用いられることが多く，従来の高圧 噴 射 攪 拌 工 法 の 適 用 地 盤 は ， 概 ね su ≒qu/2=50kN/m2 以下であった。近年，都市部では地盤内空間の高度利用化から施工深度がより深くなり，従来の適用地盤を超えた高粘着力を有する地盤に対応することが求められている。
以下に述べる２つの事例は，高粘着力を有する
沖積粘性土地盤を対象に，本工法を適用して造成した改良体の出来形および改良品質について精査した結果である。
3.1 施工例１(地盤強度 su=120〜140kN/ｍ2)(1) 土質性状
施工位置の土質性状及び改良位置を図−２に示す。対象地盤中，GL‑2.0m〜‑2.7m の位置に Ac1 層（ su=35kN/m2 ） と GL‑6.5m 〜 ‑10.0m に Ac2 層（su=40kN/m2）および GL‑16.6m〜‑19.6m には Ac3層（su=120〜140kN/m2）がそれぞれ堆積している。
地盤性状は，湿潤密度 t=1.58〜1.69g/cm3，自然含
水比 wn=53〜69%である。

2.3 機械構成
本工法に用いる施工機械構成と仕様を表−１に示す。SDM‑Dy 処理機では三点支持式杭打機を用い，駆動装置は二軸式アースオーガで超高圧耐圧化が施されている。また，超高圧ポンプは，固化材スラリーを q=150〜300 /分もの大流量で安定して吐出させることが可能である。
施工管理装置は，噴射圧力，噴射流量，貫入・改良速度等の管理デ−タをプラントとＳＤＭ処理
機双方の各検出器でリアルタイムに監視し，総合管理装置に表示されると共に自動記録される。
図‑２ 土質性状と調査対象層表‑１ 施工機械構成機械

名

SDM ‑Dy 処理機

仕様

SDM 駆動装置、耐圧40M Pa

施工管理装置特殊オーガスクリュﾗ2軸
SDM ‑Dy オーガスクリュ ＳＤＭオーガヘッド標準φ1.0ｍﾗ2軸
軸間長1.4ｍ〜2.0ｍ
吐出圧力p=40M Pa
超高圧大容量ポンプ
吐出量q=150〜300㍑/分
スラリープラント3
処理能力20〜40ｍ /ｈ
セメントサイロ30ｔ

発動発電機

プラント用、超高圧ポンプ用、SDM 処理機用

バックホウ

0.8ｍ3、排出ガス対策型(2) 改良仕様
深度 GL‑2.0m〜‑19.6m の土層に最大改良径 D=
φ2.60m の改良体を造成する。施工仕様は圧力p=40MPa，吐出量 q=300 /分，改良時間 t=4 分/m
である。
(3) 出来形確認① Ac1 層（su=35kN/m2）
GL‑2.0m まで改良体を造成し，試掘により改良
体頭部を露出させて出来形を確認した。試掘状況
を写真−２に示す。

‑ 38 ‑

改良体頭部の改良径を測定した結果，改良径 D≒φ2.60m が確認できた。同時に，二軸大口径改良としても均質性の高い断面性状を確認することができた。
② Ac2 層（su=40kN/m2）
GL‑6.5m〜‑10.0m の Ac2 層に対し，改良体中心から放射状に 5cm 間隔で，二重管サンプラー(φ86mm)を用いて計 5 本の試料土採取を実施した。
その内，3 本からコア全長に渡り固結していることが確認された。なお，各サンプリング位置は挿入式傾斜計により補正し，改良径 D=φ2.54m を特定した。
③ Ac3 層（su=120〜140kN/m2）
GL‑16.6m〜‑19.6m の Ac3 層においては，Ac2 層と同様にコア採取を行い，その固結状況から，改
良体径を特定し，改良径 D=φ1.50m が確認された。
①〜③によって確認された改良径の検測結果と原地盤の粘着力の関係から，図−３が得られた。
確認された改良径により導かれた近似線は，設計改良径と同等の結果が得られることがわかった。

(4) 品質確認
調査対象層毎の改良土の一軸圧縮強さを表−２に示す。su=35kN/m2 の Ac1 層では quf =1,835kN/m2が確認できた。また，su=40kN/m2 の Ac2 層では，
quf =3,045kN/m2 で V=6.0% で あ っ た 。 su=120 〜
140kN/m2 の Ac3 層では quf =5,483kN/m2 で V=8.4%であった。いずれの土層も均質性の高い状況が確認できた。
表‑２ 一軸圧縮試験結果

調査
位置
A c1

A c2

軸間 2.0m
A c3

φ2.60m4.60m
写真‑２ 改良天端試掘状況（Ac1 層 su=35kN/ｍ2）

3.5
確認径

3.0

設計改良径(超過)

改良径 D（ｍ）

設計改良径(以下)

2.5

2.0

1.5

1.0
0

50

100

原地盤の粘着力 su（kN/m2）

150

一軸圧縮強さ 平均値 標準偏差 変動係数
q uf
q uf
σ n‑1
Ｖ
(kN/㎡)(kN/㎡) (kN/㎡)
(%)
1,560
1,835
‑‑‑‑
‑‑‑‑
2,110
3,070
3,180
2,710
3,045
184
6.0
3,040
3,240
3,030
5,030
5,280
5,880
461
8.4
5,483
6,190
5,430
5,090

3.2 施工例２(地盤強度 su=80〜120kN/ｍ2)(1) 土質性状
図−４は，別途 SDM‑Dy 工法を適用した原地盤の土質柱状図および土質性状である。主な改良対
象 土 層 で ある シ ル ト層は ， 湿 潤 密度 t=1.57〜
1.76g/cm3 ， 含 水 比 wn=52.0 〜 69.5% ， 粘 着 力 は
GL‑15m まで su≦50kN/m2 である。それ以深は，深度 方 向 に 大 き な 強 度 増 加 が 見 ら れ ， su=80 〜
120kN/m2 の高粘着力粘性土地盤である。
(2) 改良仕様
改良体の造成は，図‑４に示す深度 GL‑4.5m〜‑22.5m 中の 3 箇所の沖積粘性土層で実施した。すなわち，中間地中梁改良部 2 箇所と底盤改良部 1箇所の計 3 箇所を選定した。なお施工仕様は，前述した施工例１と同様である。
(3) 出来形確認
設計径 D=φ1.7m に対し，改良体の外周位置でオールコア採取を実施した。その結果，コア全長
で固結体が確認され，su=120kN/m2 の高粘着力地盤において，Ｄ=φ1.7m 以上の改良径が確認できた。
また，GL‑17.5m の su=80kN/m2 位置において，掘削時の改良径を調べた結果，D=φ1.90m〜1.95mが確認でき，平均改良径 D=φ1.93m であった。

図‑３ Ac 層の出来形検測結果‑ 39 ‑

(4) 品質確認
表‑３ 一軸圧縮試験結果
図−５は，改良径に対してオールコア採取を実平均値 標準偏差 変動係数
一軸圧縮強度q uf (kN/㎡)
q uf
σ n‑1
Ｖ
採取
施した位置を示す。採取位置は，改良体中心位置
位置
D/4地点
ﾗｯﾌﾟ部
から改良径 D の D/4 の位置 2 箇所（№1・№2）と№１№２№３ (kN/㎡) (kN/㎡)(%)
ラップ部 1 箇所（№3）の計 3 箇所であり，サンプ
2,571 2,397 4,323
上3,090 3,181 2,566
リング試料について一軸圧縮試験を実施した。表
層
650
22.3
2,921
2,779 2,112 3,273−３が各試料の一軸圧縮試験結果である。
2,688
平均
3,387
中間地中梁改良部の上層位置（su=35kN/m2）で5,204 4,182 5,384
中4,634 3,402 3,917
は，quf =2,921kN/m2，V=22.3%であった。中層位置
層
4,347
938
21.6
2
2
2,832 3,959 5,611（su=45kN/m ）では，quf =4,437kN/m ，V=21.6%と
4,036
平均
4,971
なった。また，底盤改良部の下層位置（su=80〜
6,058 4,578 3,307
下5,524 3,984 6,213
120kN/m2）では，quf =4,823kN/m2 の V=19.7%であ
層
4,823
952
19.7
4,576 4,753 4,411
った。深度と共に変動係数は増大するが，V=19.7%
4,912
平均
4,644
〜22.3%が確認され，機械攪拌工法の V=20%〜
40%6)と比較しても良好な結果が得られた。また， ４．まとめ
コアの連続性についても RQD 値 90%以上となり，
機械攪拌に高圧噴射攪拌方式を組み合わせたハ
固結部の連続性が高いことが認められた。
イブリッド攪拌混合処理工法である SDM‑Dy 工法
を，su＞100kN/m2 の高粘着力粘性土地盤を対象に適用した結果，以下のことが検証できた。
①噴射圧力 p=40MPa，吐出量 q=300 /分の改良仕様において，造成される改良径は，su=120〜
140kN/m2 の地盤ではφ1.50m，su=80〜120kN/m2の地盤ではφ1.7m 以上が確認できた。
②改良品質では、高粘着力地盤においても改良強度の変動係数は V=6%〜22%が確認され，一般的な機械攪拌工法の V=20%〜40%と比較しても良好な結果が得られた。
以上の結果より，吐出圧力・吐出流量を従来の 2〜3 倍に増加させることにより，高粘着力地盤に対しても安定した大口径改良体が造成可能である。
また，施工方法では，既設構造物との密着性，改良体相互のラップ施工や低変位施工等の特長を併せ持つことから経済性も高いと判断される。
参考文献
1) 小野田ケミコ㈱：ミニマックス工法技術・積算資料第 15
版，2009.12
2) 鈴木孝一・西尾経：機械排土式低変位高圧噴射攪拌工法

図‑４ 土質性状と調査対象層‐ＳＤＭ工法とＬＤis 工法の設計・施工，軟弱地盤の改良，総合土木研究所，pp.89〜96，1999．11

s =120kN/㎡の造成径

3) 鈴木孝一・西尾経・田中信哉・松岡大介・齋藤邦夫：SDM№2№3

圧噴射攪拌による地盤変位の抑制制御型工法の概要と施
φ1.70m

D/4=475

工法（高速低変位深層混合処理工法）−機械攪拌併用高φ1.00m(攪拌翼径)

D/4=475№1

工事例−，基礎工，Vol.37，NO.5，pp.88〜90，2009.5
4) 鈴木孝一・西尾経・松岡大介：高圧噴射攪拌による高速
低変位施工を実現した SDM 工法(高速低変位深層混合処
理工法)，建設の施工企画，No.698，pp.29〜34，2008．4

打設間隔 1500
オールコア採取位置（スリーブ内蔵二重管サンプラーφ86mm）5) 日本道路公団：道路土工指針，p.29，1986
6) 地盤工学会地盤改良効果の予測と実際編集委員会編：地盤改良効果の予測と実際，pp.215〜216，2000.2

図‑５ コア採取位置‑ 40 ‑

１０．「エアロ・ブロック工法」の開発
エアーバッグで地山を押さえてトンネル掘削

清水建設(株)土木技術本部 ○ 金丸 清人
清水建設(株)土木東京支店
原忠

１．はじめに都市部のトンネル築造は、円形の密閉型シールド機による施工が主流だが、シールド機は高価である。特にトンネル形状が矩形断面の場合、四隅まで掘削するために、カッタ機構が複雑となりコ
スト高となる。
今回開発した「エアロ・ブロック工法」は、自立地盤に矩形断面のトンネルを築造する場合のシールド機経済性を追求し、コストの安い開放型ではあるが開放型の弱点である切羽の安定性を、掘削時の開放面積を小さくし、新機構にて地山保持することで解決した。この工法は地山の安定効果が高い密閉型と低コストである開放型の中間に位置し、両者の長所を保有する新しい工法と言える。
図−１エアロ・ブロック工法のイメージ図
平成 19 年に松本市の主要医療機関である相澤病院増改築工事で、地下通路施工にこの工法が採用
2.1 シールド機の構造され、掘進の結果とその効果が確認されたので報シールド機の切羽部分は機械的に複数の小断面告する。
に分割し、各小断面には角形筒状の箱形装置を挿入する．箱形装置はジャッキで前後に摺動可能な
２．開発技術の概要
構造となっており、切羽側には「扉」と扉の地山
一般的なシールド機はカッタを装備し高価である。 側には「エアーバッグ」を装備している。
カッタ機構を使用しない開放型のシールド機は、掘進機の上部および側部上半には箱形装置と同コストは安いが切羽の地山変位量が大きく、密閉様に前後に摺動可能な「ムーバブルフード」を備型と比べ切羽の安定性に劣ることにより、地表面
え掘削時の先行先受けを行う．
沈下量も密閉型に比べ２〜３倍程度大きく現在はほとんど使用されていない。
「エアロ・ブロック工 2.2 掘削の手順
法」のシールド機は開放型であるが、以下の 2 点
図−２に掘削の手順を示す。掘削は、複数の箱により地山の安定を図り、掘進時の地表面沈下を形装置の内、１カ所の扉を開けて行う。掘削以外抑制している。(図‑1 参照)なお、適用地盤は自立 の箱形装置では、扉を閉めた状態でエアーバッグ
性地盤を想定しているが、地下水以下でも補助工を膨張させ、地盤に土水圧に対抗する圧力をかけ法(地盤改良等)を併用すれば施工可能である。
て切羽の変状を抑えている。掘削時は最初にムー掘削部分を機械的に複数の小断面に分割し、掘削のため開放する小断面以外の切羽をエアーバ
ッグで常時保持して掘削に必要な開放面積を小さくする
シールド機に装備したムーバブルフードで掘削部分の先行先受けを行う

バブルフードを押し出して先行先受けを行い、シールド機に備えたショベルで地盤を切削しながら箱形装置を押し出す。必要な押出長はセグメントの１リングが組立可能な長さ（１ｍ前後）である。
掘削終了後、扉を閉め、エアーバッグを膨張し切羽を抑える。
掘削終了後、未掘削部分の箱形装置の内、１ヶ所の扉を開け同様の掘削作業を行う。順に掘削・‑ 41 ‑

箱形装置押し出しを繰り返し、箱形装置全部の掘削が終了後、シールドジャッキを伸張しシールド
機胴体を前進させる。シールドジャッキ伸張後通常のシールド工法と同様にシールド機テール内でセグメントを組立て１リング分の掘進サイクルが
終了する。

到達立坑

PC−BOX カルバート
民

地

民

地

２４ｍ

公

道

発進立坑

図−３

図−２

掘削の手順

2.3 工法の特徴
以下にこの工法の特徴とメリットを挙げる。
先行先受けを行い、掘削開放面積を小さくする
ことにより地山の安定を図り、地表面沈下を抑制する
開放型シールド機のため残置杭などの地中障害物の対応が容易である
密閉型に必要な掘削土処理設備がないため、道路下での掘進の場合、常設作業帯が不要となる
密閉型矩形断面シールド機に比べ掘削機コスト
は、約 1/3 となる
掘削残土は普通土なので、掘削残土が泥土化する密閉型に比べ環境負荷が低減する

全体平面図

３．実証工事
松本市の相澤病院増改築工事で実証工事を行った。図−３に全体平面図を示す。
当工事は道路を挟んだ病院増改築部の地下連絡
通路築造工事で、内空は 3.5m×2.9m、延長は24.0m である。土被りは 3.0〜4.0m と浅いが、付近住民や一般交通への配慮から、開削工法では無く、矩形断面 PC−BOX カルバートを使用した全断面開放型の刃口推進工法による非開削工法が計画されていた。掘削の補助工法としては掘削部土質の礫と腐植土の互層に対する地盤改良および水位低下工法が予定されていた。
施工に関する原計画の詳細検討を行った結果、低土被り下で掘削断面が約 4×3.5m と大きく、全断面開放型による地山の安定性の低下が懸念された。さらに地表面沈下時の交通・埋設物等周辺環境への影響が大きいため、地山の安定効果の高い「エアロ・ブロック工法」を新たに選定した。
当工法の適用に当たって掘削機は、原計画の PC−BOX カルバートを使用した推進機とし、推進機の切羽部分は機械的に 4 分割した。当工事は掘削距離が短いため前後に摺動可能な箱形装置は省き、エアーバッグを装着した 4 枚の扉のヒンジは掘削機に固定した。写真−１にエアロ・ブロック工法
掘削機を示す。

‑ 42 ‑

写真−１

エアロ・ブロック工法掘削機

沈下最大値 3mm

2007/10/8
2007/10/9
2007/10/10
2007/10/11
2007/10/12
2007/10/13
2007/10/14
2007/10/15
2007/10/16
2007/10/17
2007/10/18
2007/10/19
2007/10/20
2007/10/21
2007/10/22
2007/10/23
2007/10/24
2007/10/25
2007/10/26
2007/10/27
2007/10/28
2007/10/29
2007/10/30
2007/10/31
2007/11/1
2007/11/2
2007/11/3
2007/11/4
2007/11/5
2007/11/6
2007/11/7
2007/11/8
2007/11/9
2007/11/10

1(山側)
2(川側)

日付

表‑１地上変位量
写真‑3 エアーバッグによる切羽保持状況‑ 43 ‑

掘削機中仕切り刃口

変位量(mm)

施工手順図

エアーバッグ

4
2
0
‑2
‑4
‑6
‑8
‑10
‑12
‑14
‑16
‑18
‑20

図−４

切 羽 地 山箱形装置を省いたためエアーバッグの膨らみ長を大きくして膨張時に扉から 60cm 先の掘削地山まで届くようにした。PC−BOX カルバートの長さが1.5m のため、掘進は 50cm 毎に３回に分けて行い、１リング分の掘進サイクルとした。掘削はムーバ
ブルフードを先行して押し出し、分割した各部分
毎にエアーピックハンマーで地盤を切削し、掘削
残土は人力でベルコンに積み込んだ。掘削終了後は扉を閉めエアーバッグを膨張し切羽の変状を抑えた。図−４に相澤病院における施工手順、写真−２にムーバブルフード下の掘削状況、写真−３にエアーバッグによる切羽保持状況を示す。
4 分割した全ての掘削部分の終了後に行う推進作業は４枚の扉を全て閉め、全部のエアーバッグを膨張した状態で行った。
推進機の前進によりエアーバッグが縮小しバッ
グ内の圧力が上昇するが、所定の圧力（設定圧力：
0.1MPa）以上になるとエアー抜き管のリリーフ弁が作動する構造としており、掘進中一定の圧力で切羽を維持することが可能とした。

50cm 毎の掘削・推進を 3 回繰り返し、推進ジャッキを縮小し PC−BOX カルバートを投入して１リング分の掘進サイクルが終了する。写真−４に掘削の状況、写真−5 に PC−BOX カルバート投入状況を示す。
施工は昼間のみ施工で平成 19 年 10 月 10 日に本格的な掘削を開始し同年 11 月 6 日に無事到達した。
写真−６に到達状況を示す。
推進の日進量は約１ｍであった。表−１に地上変位量を示すが、沈下最大値は 3mm であった。推進直上には下水マンホールなどがあったが、特に異常は発生しなかった。
４．おわりに「エアロ・ブロック工法」は矩形断面のトンネ
ル築造工法で、掘削機コストが安く(密閉型シール
ド機の約 1/3)掘削機に必要な設備がわずかなため、
道路下など狭隘な施工場所での距離の短い地下人
道築造においても適した工法である。
従来、開削工法で考えられていた浅いトンネル
築造においても、非開削施工の可能性が増えたと言える。今後はアンダーパス工事の他、地下駅や地下街などからビルへ接続する地下人道などにも積極的に本工法を提案していきたいと考えている。

写真‑4 掘削状況

写真‑5PC−BOX カルバート投入状況

写真‑6 到達状況‑ 44 ‑

１１．自由形状・大口径高圧噴射撹拌工法−マルチジェット工法−

前田建設工業㈱１．はじめにマ ル チ ジ ェ ッ ト 工 法 は 、高 圧 噴 射 撹 拌 工法の一種である。
高圧噴射撹拌工法は，小型のボーリング
マシンを用いて硬化材と圧縮空気を超高圧(30 〜 40Mpa)で 吐 出 し 、 地 盤 と 混 合 撹 拌 する地盤改良工法である。硬化材の吐出量や吐出圧力等によって，改良径の異なる各種の工法が実用化されている。
従 来 の 高 圧 噴 射 撹 拌 工 法 は 、回 転 方 式 での 改 良 体 造 成 が 主 流 で あ っ た 。マ ル チ ジ ェッ ト 工 法 は 、揺 動 方 式 に よ る 改 良 体 造 成 によ り 、扇 形 、壁 状 お よ び 格 子 状 な ど の 自 由
形 状 の 改 良 体 造 成 が 可 能 で あ る 。ま た 、専用モニターにツインノズルおよび高性能
整 流 装 置 を 装 備 し 、 ノ ズ ル 吐 出 量 ( /分 )や 引 上 時 間 (分 /m)を 調 節 す る こ と で 、改 良
半 径 1.0〜 4.0ｍ 程 度 ま で の 改 良 体 造 成 を実現した。
自 由 形 状 お よ び 大 口 径 改 良 に よ り 、従 来工法に比べて必要改良範囲を無駄なく施工することができ、それに伴う排泥量も30％ 程 度 減 少 す る た め 、低 コ ス ト で 環 境 に
やさしい工法である。
一方、地盤改良の必要性は、各種港湾施設を中心とした液状化対策、耐震補強および発電所施設の耐震信頼性向上という観点で高まっている。既存施設を対象とした地盤改良では，狭隘な箇所での施工や施設を供用しながらの施工を求められることが多く，小型の施工機械で施工可能な高圧噴射撹拌工法で計画・実施する事例が増加している。
マルチジェット工法は，このような背景を踏まえて，従来の高圧噴射撹拌工法に比してコストダウン，工期短縮，既設構造物への影響低減，本設構造物としての高い品○ 安井 利彰
手塚 広明
竹岡 正二

質確保等を目的として開発された自由形状・大口径改良が可能な高圧噴射撹拌工法である。
２．適用範囲従来の土留め欠損防護、土留め底盤改良
およびシールド発進・到達防護の仮設利用に加え、前述の既存施設の耐震補強、液状化対策などにも適用ニーズが高まってきてい る （ 図 ‑1 参 照 ）。
土留め欠損防護土留め底盤改良

シールド発進防護

土留め壁
改良部分

改良部分

改良部分

仮設利用例
岸壁の液状化対策・耐震

改良部分

開削トンネルの耐震

改良部分

配管基礎および建物の耐震

改良部分

改良部分

本設利用例
図 ‑1

マルチジェット工法の適用例

３．工法の概要
3.1 特 徴(1)自 由 形 状 改 良 (扇 形 ・ 格 子 状 ・ 壁 状 )注 入 用 の ロ ッ ド (専 用 多 孔 管 )を 揺 動 さ せながら改良体を造成することにより、従来工法で主流であった円形改良体のみだけでなく，扇形，格子状，壁状の改良が可能である。これにより、必要な改良範囲を無駄なく最適な配置で改良することが可能となる (写 真 ‑1,2,3,4)。

‑ 45 ‑

円形
揺
動

図 ‑2

壁状

扇形

揺
動

揺
動

格子状
揺
動

マルチジェット工法の改良体形状

写 真 ‑4

写 真 ‑1

壁 状 改 良 体 (砂 地 盤 )格 子 状 改 良 体 (粘 性 土 地 盤 )

従来工法
図 ‑3

写 真 ‑2半 円 状 改 良 体 (粘 性 土 地 盤 )マルチジェット工法
改良体の最適配置例(2)大 口 径 改 良
従 来 工 法 の 最 大 改 良 直 径 は φ 5.0 ｍ 程 度
であったが，本工法はツインノズルを用いた ジ ェ ッ ト 噴 流 等 の 工 夫 に よ り ， φ 8.0 ｍ（ 半 径 Ｒ ＝ 4.0ｍ ： 砂 質 土 ，関 東 ロ ー ム ，粘土質砂礫で確認済み）までの大口径改良が可 能 で あ る (写 真 ‑5、 6)。

半径4.0m(関東ローム)

造成中心

関東ローム
半径4.3m(粘土質砂礫)

写 真 ‑3

GL
‑

3.3
粘土質砂礫

扇 形 改 良 体 (砂 礫 地 盤 )写 真 ‑5‑ 46 ‑

大 口 径 改 良 体 (関 東 ロ ー ム 、 砂 礫 地 盤 )(2)施 工 手 順
マ ル チ ジ ェ ッ ト 工 法 の 施 工 は ， 図 ‑4 の 手順で実施する。

半径4.3m(砂質土)①ジェット削孔

②削孔完了

③造成

専用マシン

写 真 ‑6

削孔・造成が一連の作業で可能大 口 径 改 良 体 (砂 質 土 地 盤 )多孔管

自由形状・大口径改良により，必要な設
計改良範囲に対して無駄のない改良や施工本数の低減が可能となるため，コストダウ
ンや工期短縮を図ることができる。また，造成時に発生する排泥量も低減することができるため，コストダウン効果と併せて環境 負 荷 低 減 も 図 る こ と が で き る (図 ‑3)。
3.2 施 工 方 法(1)施 工 仕 様
マ ル チ ジ ェ ッ ト 工 法 の 施 工 仕 様 を 表 ‑1 に示 す 。 ま た 、 表 ‑2 に 示 す よ う に マ ル チ ジ ェット工法では適切な噴射仕様を採用することにより，任意の改良径を造成することが可能である。

造成モニター

図 ‑4

従来マシン
小型マシン

項目

仕様
超高圧硬化材液と圧縮空気使用ロッド

専用ロッド（多孔管４〜１０孔）

１噴射方向あたりノズル数

２〜４

2.50m

4.0ｍ

最大改良半径

標準値
圧縮空気
硬化材

2.00m

単位

吐出圧力

1.05

Mpa

吐出量

3〜15

吐出圧力

40

Nm3/minMpa

吐出量100〜600

/min

1.70m

1.30m

標 準 設 計 有 効 半 径 − 施 工 仕 様 1)

Ｎ値
砂質土

粘性土

N≦50

N≦3

50＜Ｎ≦1003＜Ｎ≦5

100＜Ｎ≦150 5＜Ｎ≦7

標準設計有効半径(m)

砂礫土

(注2)

4.00

3.50

3.00

2.50

2.00

1.75

1.50

1.00

3.60

3.15

2.70

2.25

1.80

1.55

1.35

0.90

3.20

2.80

2.40

2.00

1.60

1.40

1.20

0.80

2.80

2.45

2.10

1.75

1.40

1.25

1.05

0.70

噴射方向（方向）

11

1 1（注3) 1（注3)

2or1

2or1

2or1

噴射1方向あたりノズル数（個）

2

2

2

2

2

2

2

2

(注1)

(注1)

(注1)

190

190

95

95

50

(注1)

(注1)

(注1)

23.5

17.4

13.8

150＜Ｎ

施工順序図

3.3 施 工 設 備(1)削 孔 ・ 造 成 マ シ ン
基本的に，一般的な高圧噴射撹拌工法に用いるボーリングマシンと同じであるが，ロッドの回転に携わる油圧制御部分を改良
す る こ と に よ り 、 高 精 度 の 揺 動 運 転 （ 0.1
度単位での揺動角度設定可能）に対応できる。また、専用小型ボーリングマシンにより、狭隘部でクレーンを使用せずに施工す
る こ と が 可 能 で あ る （ 写 真 ‑7）。

施工仕様一覧

噴射方法

表 ‑2

改良体

専用計測器収納管

超高圧水

表 ‑1

④造成完了
揺動

7＜Ｎ

１ノズル吐出量（ /分）

小型マシン

20〜360度

揺動角度（度）
造成時間（360度換算）（分/ｍ）

従来マシン

23.5

14.8

注 1) 原 則 と し て 、事 前 確 認 試 験 実 施 。マ ル チ ジ ェ ッ ト
工法協会に相談のこと
注 2) 礫 質 土 の Ｎ ≦ 50 に つ い て は 砂 質 土 の 90 ％ 程 度 とす る 。Ｎ ＞ 50 に つ い て は 原 則 と し て 事 前 確 認 試 験

2.35m

2.00m

重量；2.9t

重量；2.1t実施。
注 3) 両 側 噴 射 を 適 用 す る 場 合 は 、マ ル チ ジ ェ ッ ト 工 法

写 真 ‑7

協会に相談のこと‑ 47 ‑

削孔・造成マシン(2)多 孔 管 ・ 先 端 モ ニ タ ー
4.1 施 工 管 理 お よ び 改 良 位 置
マルチジェット工法では，注入ロッドと削 孔・造 成 マ シ ン の 動 作 (揺 動 、STEP 高 さ
し て 多 孔 管 を 用 い て い る 。 多 孔 管 は ， 削 孔 等 )を 制 御 し て い る 専 用 管 理 装 置 に よ り 、施水、硬化材および圧縮空気を圧送するため 工中の状況（深度，流量，圧力など）につの孔や孔曲がり計測用の専用計測器を収納 いてもリアルタイムに管理しながら施工をす る た め の 孔 な ど ，多 数 の 孔 を 有 し て い る 。 行 う こ と が で き る (写 真 ‑10)。
多孔管の先端には硬化材を圧縮空気とともに超高圧で地盤に吐出するためのノズルを有した先端モニターを接続している。従
来工法では 1 噴射方向に１つずつのノズル（ シ ン グ ル ノ ズ ル ）を 有 し て い る が (両 側 噴
射 の 場 合 は 2 つ の ノ ズ ル )，マ ル チ ジ ェ ッ ト
工法では，1 噴射方向に２つずつのノズル
写 真 ‑10 専 用 管 理 装 置（ ツ イ ン ノ ズ ル ） ( 図 ‑5) を 有 し て い る 。 写
真 ‑8 は 両 側 噴 射 時 の 気 中 噴 射 状 況 で あ る 。
また，先端モニターの下端には，削孔用噴また，先端モニター直上部の多孔管内に
射 ノ ズ ル が 設 置 さ れ て お り ， 多 孔 管 建 て 込 内 蔵 し た 専 用 計 測 器（ 傾 斜 計 ＆ 磁 気 方 位 計 ）
み 時 に ジ ェ ッ ト 削 孔 が 可 能 で あ る ( 写 真 ‑9)。 に よ り ， 孔 曲 が り （ 施 工 位 置 ） を リ ア ル タ
こ れ に よ り ， 削 孔 か ら 造 成 が 一 連 で 施 工 イ ム で 計 測 す る こ と が 可 能 で あ る (図 ‑6)。
できることに加え，削孔時間の短縮が可能
である。

注入ロッド
多孔管

造成モニター

専用計測器

写 真 ‑8 気 中 噴 射 状 況

図 ‑5 ツ イ ン ノ ズ ル
先端モニター

図 ‑6

写 真 ‑9ジェット削孔状況

４．施工管理および品質管理
従来の高圧噴射攪拌工法では，仮設が主体であったが，本設として利用する場合には，より高度な品質確認がもとめられる。
そこで，本工法では，改良位置、施工状
況、改良体出来形および改良体強度について、以下のような品質管理を行うことが可能である。

専用計測器による孔曲がり計測

4.2 改 良 体 出 来 形
施工直後（硬化前）に，多孔管内に小型カメラを内蔵したビデオコーンを改良地盤内に挿入する。未固結改良体映像をモニターで直接視認することにより，改良径を確認することが可能である。また，ビデオコ
ー ン に も 専 用 計 測 器（ 傾 斜 計 ＆ 磁 気 方 位 計 ）を装着することにより，測定位置が明確になるため，精度の高い改良径の確認が可能と な る （ 図 ‑7）。

‑ 48 ‑

改良体に貫入モニター

カメラ部
フェノール吹付け
フェノール吹付け部

ビデオコーン φ75

平面図

平面図

断面図

断面図

従来工法

マルチジェット工

マルチジェット改良体

図 ‑9 ボ ッ ク ス カ ル バ ー ト 側 方 の 改 良

未改良（砂）(2)構 造 物 直 下 の 改 良
大口径改良が可能であるため，既設構造物をコアリングすることなく直下の改良が可 能 で あ る （ 図 ‑10）。

改良体（フェノール散布前）

改良体（フェノール散布後）

図 ‑7 ビ デ オ コ ー ン に よ る 改 良 径 確 認

平面図

4.3 改 良 強 度 ・ 剛 性
施工直後（硬化前）にコーン貫入機を用いて，サンプリング機能を有したコーンを挿入する。採取した改良体をモールドに詰
め て 養 生 し ，施 工 後 3 日 程 度 以 内 に 28 日 材
齢の改良体の強度・剛性を予測することが可 能 で あ る （ 図 ‑8）。
①所定の位置にセット→貫入開始②所定の深度に到達→ストップピンを解放③ロッドを貫入してサンプリング④サンプリング後、ロッド回収⑤モールドに詰めて、
促進養生
養生

①外管
②ｻﾝﾌﾟﾘﾝｸﾞﾁｭｰﾌﾞ③ｽﾄｯﾌﾟﾋﾟﾝ

削孔

平面図

断面図

断面図

従来工法

マルチジェット工

図 ‑1 0 ボ ッ ク ス カ ル バ ー ト 直 下 の 改 良(3)岸 壁 背 面 の 改 良
海側改良体を壁状改良とすることで，従来工法の円形改良と異なり，鋼矢板に向かって噴射する必要がなくなるため，海へのス ラ リ ー 漏 洩 リ ス ク が 低 減 で き る（ 図 ‑11）。

図 ‑8 改 良 強 度 の 早 期 確 認

５．周辺環境への影響(1)構 造 物 側 方 の 改 良
図 ‑9 に 示 す よ う に 、 構 造 物 に 向 け て 噴 射
せずに近接した改良が可能なため，構造物の変状や防水シートの破損に対してのリスクは回避できる。

従来工法

マルチジェット工

図 ‑1 1 岸 壁 背 面 の 改 良

５．施工実績
マルチジェット工法は、現在施工中を含
め て 、 14 現 場 で の 施 工 実 績 が あ る （ 表 ‑3）。

‑ 49 ‑

表 ‑3

マルチジェット工法施工実績一覧(H22.3 現 在 )工事件名
耐震液状化対策路盤改良工事（（本工事）：Ａセンター）岸壁対策工事（Ⅰ−５，６）

3

発注者

着工

竣工

施工数量(m )

Ａ社

H19.6

H20.1

改良目的

西日本高速道路株式会社

H19.7

H19.7

630 土留め壁補強

Ｂ社

H19.9

H20.1

1,447 岸壁耐震補強

Ｃ社

H19.10H20.3

3,543 岸壁耐震補強

大阪府

H20.1

H20.10

シールド発進・1,868 到達立坑地盤改良

Ｄ社

H20.9

H20.11

1,258 盛土耐震補強

Ｅ社

H20.12

H21.1

1,220 放水路護岸補強

横浜市

H21.1

H21.1

248 土留め壁止水

東京電力株式会社

H21.7

H21.8

178 土留め壁底盤改良および歯抜け防護3,373 岸壁耐震補強

阪和自動車道路 海南インターチェンジ工事
Ｆ工場地震（液状化）対策工事
Ｇ工場地震（液状化）対策工事
一般河川 寝屋川大日南調整池構築工事（取水施設工）盛土耐震補強工事
放水路旧護岸除却工事・除却関連改修工事
都市計画道路工事柏尾戸塚線道路本体築造工事
共同溝工事のうち分岐洞道工事
阪和自動車道路 海南インターチェンジ工事
西日本高速道路株式会社

H21.9

H21.10135 構造物沈下防止

名古屋高速道路公社

H21.10

H21.10371 土留め壁底盤改良および歯抜け防護

昭和電工株式会社

H21.7

H21.112,000 岸壁耐震補強

東京都

H22.3

H22.3

291 土留め壁歯抜け防護

県道高速名古屋新宝線きらく橋工区下部工事
第二海水取り入れ設備横護岸補強工事
新宿歩行者専用道第２号線Ⅱ期出入口設置工事

６．まとめ
マルチジェット工法の開発により、従来工法に比べて、低コストで周辺環境にやさしい高圧噴射撹拌工法の施工が可能となった。今後、より環境に配慮した工法を目指し、開発を続けていく。
参考文献
1) マ ル チ ジ ェ ッ ト 工 法− 技 術 /積 算 資 料

マルチジェット工法協会

平 成 22 年 7 月‑ 50 ‑

１２．不法投棄現場における廃棄物層内の環境改善技術の開発
鋼管ケーシング工法を用いた多目的井戸設置による環境対策事例

東急建設株式会社

１．はじめに廃棄物処分場や不法投棄現場における環境改善
技術のひとつとして廃棄物層内を積極的に好気的環境へ変換することが有効であることが知られている。その方法のひとつには廃棄物層内の浸出水排除や，有害ガス抜きを目的とした井戸を設置する方法がある。しかし従来工法であるボーリング工法による廃棄物層の削孔は困難でありコスト高でもあるため，長期間放置される処分場や不法投
棄現場は少なくない。
従来工法では施工が困難なこと，コスト高を解消するために，鋼管ケーシングを用いた井戸の設
置工法（以下，STREX 工法）の開発を実施してきた。
本稿では，STREX 工法によって多目的（通気・有害ガス抜等）な有孔管を無水・無排土，短時間，低コストで設置可能であることを確認するための研究開発を行い，さらに，実際の不法投棄現場において，多目的井戸を設置し，有害ガス（硫化水素ガス）発生時の防止対策について報告する。

○椿

雅俊

以下に示す。
2.1 施工機械
STREX 工法において使用する機械および削孔方法は，鋼管杭無排土回転埋設工法「EAZET 工法」
をベースとし，廃棄物処分場において適用可能となるよう鋼管材料，施工法について改良を行った。
ただし，削孔機械に対する新たな開発，機械の改造等は実施していない。写真−1 に使用機械，使用機械の仕様を表−1 に示す。

機械寸法

機械性能

2400〜2500

機械長（mm）

5200〜5600

走行時機械高（mm）

2800〜2900

施工時機械高（mm）

8700〜9500

機械重量（t）

13〜15

施工トルク（kN/m)

60〜100押込力（kN)

50以上

対応先端羽径（mm）

650以下
139.8
165.2

杭本体径（mm）

190.7
216.3
267.4
318.5

写真‑1

使用機械

m
m

︶

355.6

設
置
可
能
有
孔
管
径

︵

‑ 51 ‑

使用機械の仕様

114.3

施工可能杭種類

２．STREX 工法の概要
工法の特徴は，先端部分が着脱可能な鋼管ケー
シングを採用し，無水・無排土削孔を可能としている点である。工法の概要は，鋼管ケーシング内部に有孔管を装着または挿入し，所定の深度へ削孔し鋼管ケーシングを残置した後，鋼管ケーシン
グのみを回収し，目的に応じた井戸の設置を行う工法であり従来のボーリング工法と比較して低コ
スト，短時間での施工が可能である。また，無水・無排土削孔が可能であるため廃棄物を地上に排出することなく，周辺環境や作業環境を良好な状態に保持できる。STREX 工法を稼働中の最終処分場
や不法投棄現場において通気設備として利用すれば，埋立廃棄物の早期の安定化促進が期待でき，廃止までの維持管理期間の短縮が可能となる。このようなことから，環境汚染リスクの低減や，維持管理コストの削減が期待できる。
STREX 工法による多目的井戸の施工について

表‑1
機械幅（mm）

50〜75（肉厚塩ビ管）
50〜75（肉厚塩ビ管）
50〜100（肉厚塩ビ管）
50〜100（肉厚塩ビ管）
50〜125（肉厚塩ビ管）
50〜150（肉厚塩ビ管）
50〜250（肉厚塩ビ管）
50〜300（肉厚塩ビ管）

2.2 多目的井戸の施工順序
ＳＴＲＥＸ工法による多目的井戸設置の施工順
序を図−1 に示す。

図‑1

多目的井戸設置の施工順序(1) 「鋼管ケーシング吊り込み」：鋼管ケーシングに先端着脱材を取り付け，機械に吊り込む。鋼管
ケーシング内部には有孔管が配置され先端部材で固定されている。
(2) 「鋼管ケーシング削孔」：鋼管ケーシングを所
定の深度まで削孔する。①，②(3) 「鋼管ケーシング切離し」：先端部材を鋼管ケーシングから切離す。③(4) 「鋼管ケーシング回収」：鋼管ケーシングを引抜き，廃棄物層内に有孔管を残置する。鋼管ケー
シングを引抜きながら有孔管周辺を砂利等で充填し，地表面をモルタル等でキャッピングする。④2.3 先端部の着脱機構
先端着脱部材と鋼管ケーシングとの固定・切離し方法を図−2 に示す。

あり井戸設備の早期完成が可能である。
① 無排土削孔が可能であるため，作業環境が従来のボーリング工法よりも改善される。
② 無水削孔が可能である。
③ 従来のボーリング工法に比べ，短時間で削孔が可能。
３．技術開発の内容
3.1 鋼管ケーシング先端着脱部材の着脱機構の開発
先端部材の着脱機構は削孔中に鋼管内部に廃棄物が流入するといった不具合を解消する目的で，先端部材の着脱機構の開発を実施した。
3.2 埋立て廃棄物の性状に対応した鋼管ケーシ
ング先端部材の開発。
廃棄物の種類や埋立深度により先端部材の形状を変えたほうがよいことが予想されたため複数の先端部材の形状について実処分場の廃棄物地盤において施工性能の確認を行った。
４．技術開発の成果
4.1 鋼管ケーシング先端着脱部材の着脱機構の開発
技術開発当初，先端部材の着脱形状は先端部材に切欠きを設け，鋼管ケーシングの内側に突起物をつけたものであった。しかし，先端部材と鋼管
ケーシングの接続箇所から廃棄物，土砂等が鋼管
ケーシング内部に入り込み，そのため先端部材の着脱が困難になることがわかった。試験施工の結果より着脱機構の形状を再度検討した結果，鋼管
ケーシングに溝部分を設け，先端部材の方に突起物をつけた。また先端部材は土の流入を防ぐために二重管構造とした。この結果，先端部材の切離しを確実に行うことが可能となった。さらに廃棄物や土砂等の流入も見られなかった。
写真−2，写真−3 に先端部材の形状を示す。
表−2 に着脱機構の改良前と改良後の材料の形
状および問題点を示す。

図‑2 先端着脱部材の固定・切離し方法(1) 鋼管ケーシングが時計回り（正転）時は先端部材のロック機構により鋼管ケーシングと先端部材は固定されている。
（削孔時は常時この状態）(2) 鋼管ケーシングが反時計回り（逆転）に回転すると先端部材のロック機構が解除され鋼管ケー
シングと先端部材が分離される。
2.4 ＳＴＲＥＸ工法の特徴
ＳＴＲＥＸ工法の主な特徴は，以下のとおりで‑ 52 ‑

写真‑2

先端部材の形状（改良したもの）

(1) 一日当たり約 20ｍの削孔が可能（従来工法では 2〜4ｍ/日程度）(2) 削孔可能深度は約 40ｍまで可能。不法投棄現場への適用が可能。
(3) 施工コストは従来工法（ボーリング工法）に比べ約 65％。
研究開発の成果より廃棄物の埋立地盤における井戸設置工は，従来工法よりも優位性があることが確認され，実際の不法投棄現場での環境改善工事に採用された。

写真‑3

先端部材の形状（改良したもの）

表‑2

問題点

先端部材の着脱形状

改良前
削孔に伴い土（廃棄物）ケーシング内に入ってくる先端の切離に支障が生じる

改良後

ケーシングに突起を設けているケーシングに切欠きを設けている先端部材に切欠きを設けている

切欠き形状を変更
先端部材に突起を設けている二重管構造とし土の流入を防ぐ

鋼管ケーシング材

５．不法投棄現場における多目的井戸の設置
5.1 不法投棄現場概要
多目的井戸の施工箇所は埼玉県内の不法投棄現場であり，木くず，廃プラ，金属くず等の産業廃棄物が堆積し，堆積量は約 65,000m3，堆積高さは約 20m であった。この廃棄物の山が崩落の危険性があり，生活環境上の支障があると判断され，廃棄物の一部を外部へ撤去し，堆積高さを下げ，法面勾配を緩やか成形し崩落の危険性を低減させた。
さらに，廃棄物の山では，メタンガスや硫化水素ガスが発生していたため，ガス抜きや通気のための多目的井戸の設置が計画された。
写真−4 に不法投棄現場を示す。

先端部材

4.2 埋立て廃棄物の性状に対応した鋼管ケーシ
ング先端部材の開発
多目的井戸として使用する有孔管設置の対象と
写真‑4 不法投棄現場の状況
なる廃棄物の性状，種類等に対応する先端部材の形状について検討を行った。検討する項目は，廃 5.2 多目的井戸の設置
棄物層の固さ，ビニール片や金属片等の有無とし廃棄物の山の成型後，頂上部において STREX 工
た。実際に廃棄物処分場や不法投棄現場において 法によって多目的井戸を設置した。
施工を行う場合は，事前調査として，埋立廃棄物
この多目的井戸は，廃棄物層内のガス抜き用，の履歴調査，サウンディングによる地盤調査を実 硫化水素ガスの発生抑制対策のための薬液注入用，施することが望ましい。
廃棄物層の内部状況の調査用，として使用するた
上記検討項目より先端形状が槍型のものおよび めに設置した。多目的井戸は，廃棄物層内の温度羽根型のものを製作し，埋立物の異なる廃棄物地 上昇に対応可能な耐熱性塩ビパイプ（φ125mm）盤で試験を実施した。試験の結果より，先端部が とし，廃棄物層の全深度からの排気や注入が可能
槍型形状のものはおもにビニール片や金属片など となるようオールストレーナー加工を施した。多が多く埋設されている廃棄物層の削孔に対して有 目的井戸の施工深度は，8m および 16m であった。
効であった。また，羽根形状のものはおもに焼却 図−3 に多目的井戸の配置を示す。
灰などの固結した廃棄物層の削孔に有効であった。
技術開発の結果より，以下のことが確認できた。

‑ 53 ‑

図‑3 多目的井戸の配置（赤丸：8m，青丸：16m）

多目的井戸の施工状況を写真−5，写真−6，写真 7 に示す。

今回実施した不法投棄現場での多目的井戸の施工は，削孔深度の総延長が 240m に対して実質の施工日数は 11 日であった。これより約 22m/日の削孔が確認できた。また，施工中は無排土・無水削孔のため作業環境は極めて良好であった。
（通常
このような現場では，電気や水道の確保が難しい）
施工コストは従来工法であるボーリング工法に対して約 65%であった。
5.3 硫化水素ガスの発生抑制対策
設置した多目的井戸より 3.7%に希釈した塩化第二鉄溶液を廃棄物層内に注入し硫化水素ガスの発生抑制対策を実施した。多目的井戸において確認された硫化水素ガス濃度（300ppm）に対して，塩化第二鉄溶液を 100L 注入した。その結果，1時間以内に 62ppm まで低下することが確認された。また，最初の注入から 11 日目には 180ppmまで上昇していたため，再度塩化第二鉄溶液を100L 注入したところ 9ppm まで減少した。
以上より塩化第二鉄溶液を多目的井戸より注入することで高濃度の硫化水素ガスを抑制することが可能であることが確認された。
図−4 に硫化水素ガスの変化を示す。
1時間以内に激減

写真‑5

またH2Sが増加
1時間以内に激減

施工状況（1）11 日後

図‑4 硫化水素ガス濃度の変化

写真‑6

施工状況（2）

６．まとめ
廃棄物処分場や不法投棄現場において多目的井戸の設置は環境リスク低減のための改善対策として有効であることが実施工によって確認された。
特に不法投棄現場は無法地帯であるため今後の改善対策への着手が重要である。そのためにも低コ
ストで対応可能な対策技術が不可欠である。
本研究開発は，平成18年度，19年度「環境省次世代廃棄物処理技術基盤整備事業」において実施したものである。
参考文献
1) 磯部・椿他：不法投棄現場における場内井戸を用いた支障除去対策，第19回廃棄物学会研究発表会講演論文集
2008，pp.800〜802, 2008

写真‑7

井戸設置完了‑ 54 ‑

１３．低粉塵岩盤切削工法
低騒音、低振動、低粉塵岩盤切削機サーフィスマイナー

奥村組土木興業株式会社○丸山 健一〃野本 雅樹
株式会社流機エンジニアリング 西村 聡
１．はじめに岩盤掘削工事では発破工法が一般的であるが、騒音・振動・粉塵・飛石などの問題をかかえている。特に振動では岩盤に亀裂を誘発させ、崩落事
故につながることがあり、重要構造物、民家の周辺および急傾斜地帯などでは使用が制限される場
合が多い。
また、これに代わる大型ブレーカ工法、割岩機工法あるいは静的破砕剤工法などによる方法も使用する機械の組合せで騒音・振動が高く、さらに作業効率が悪く経済的な負担が大きいなどの問題がある。
岩盤切削機サーフィスマイナー（以下、サーフィスマイナーと記す）は、軟岩Ⅱから硬岩領域の岩盤を低騒音、低振動で岩盤をゆるめることなく、効率的に掘削するもので、掘削能力が大きいことなどから、他の工法に比べて経済的であると同時に、工期を短く設定できる点でも有利な工法である。
サーフィスマイナーは、開発当初から粉塵対策として掘削ドラム内での散水で対処してきたが、住宅密集地での施工時、粉塵に対する苦情が発生し、本格的な粉塵対策が要求された。
当稿では、サーフィスマイナーの概要と低粉塵化への取り組みを報告する。
２．サーフィスマイナーの概要
2.1 概要サーフィスマイナーは、胴体中央部に掘削用回転ドラム（直径 1,400mm）があり、その外周面に超硬チップを埋込んだビットが螺旋状に並んでいる。４履帯で走行しながらドラムを手前からすくい上げる方向（アップカット）に回転させ、自重を反力にして連続的に岩盤を掘削する。最大掘削
深さは 35cm である。
機種は 2500SM タイプ（掘削幅 2.5m）と 3500SM
タイプ（掘削幅 3.5m）の 2 機種ある。写真‑1、図‑1、表‑1、図‑2、‑3 にサーフィスマイナーの全景、掘削機構、仕様、寸法図、ビット形状図を示す。

写真‑1 サーフィスマイナーの全景

図‑1 サーフィスマイナーの掘削機構
表‑1 サーフィスマイナーの仕様
区分
寸法

重量

仕様

14,100

全幅
全高

〃
〃

3,710
4,090

5,300
6,410

作業時

kg

133,000

133,000

mm
〃

2,500
350

3,500
350

直径

〃

1,400

1,400

回転数
ビット本数

rpm
本

47
114

48
134

ｶﾐﾝｽﾞ QST30

ｶﾐﾝｽﾞ KTA38

エンジン‑ 55 ‑㍑

895kW/1,217ps/2,100rpm 895kW/1,217ps/2,100rpm
2,750
2,300

散水タンク

〃

作業速度
走行速度

m/min
km/h

0〜25
0〜3.9

登坂能力

度(%）

20（36）

最小回転半径
保有台数

３５００ＳＭ

12,920

定格出力
燃料タンク
走行性能

２５００ＳＭmm

切削ドラム 切削幅
最大切削深さ

機関

単位

全長

m
台

5,600

6,200
0〜25
0〜3.9
20（36）

154

152

注1)上記の掘削能力は、標準であるため、岩石の固結度（一軸圧縮強度等で確認）を参考に決定する。

２５００ＳＭ寸法図

正面図注2)硬岩については実績が少ないため、参考値である。
実際には、試験施工を行って決定する。

側面図
4090

注3)花崗岩、溶岩、玄武岩等の固結度の高い火成岩は、

掘削方向

3300

集塵機

GL

500

500
1200
ﾄﾞﾗﾑ幅 2500

1720(2) 環境への影響が小さい
30m 離れた地点における騒音値は 78dB 以下で、同様に振動値は 42dB 以下のため、岩盤をゆるめることがないので重要構造物や民家に対して近接施工ができる。また、ドラム部における散水（毎分50 ）で粉塵の飛散防止に努めている。
図‑4、‑5 に騒音値、振動値を示す。

2140

4095

3645
12920

3100
3710

３５００ＳＭ寸法図
正面図

側面図

6410

集塵機

6410

別途検討とする。

（特定建設作業における騒音規制値：敷地境界線上で85dB以下）

掘削方向
3470

110

大型ﾌﾞﾚｰｶ(1,300kg級)

3470

100

ｸﾛｰﾗﾄﾞﾘﾙ(150kg級)
岩盤切削機

500

2240

500

1650

3050

100 3500(ﾄﾞﾗﾑ幅) 100
120
120
3940
960
5300

5200

騒音（dB）

GL
4200

14100

90

規制値

80

70

60

図‑2 サーフィスマイナーの寸法図

110騒音源からの距離（ｍ）

100

図‑4 騒音値（特定建設作業における振動規制値：敷地境界線上で75dB以下）
100
90振動（dB）

80

規制値

70
大型ブレーカ(1,300kg級)

60
岩盤切削機
50
40
30
1

10
振動源からの距離（ｍ）

100

図‑5 振動値
図‑3 サーフィスマイナーの使用ビット

2.2 特長サーフィスマイナーの特長を以下に示す。
(1) 掘削能力が大きい
地山弾性波速度ＶP が 2.0〜4.0km/sec 程度での軟岩Ⅱから硬岩までの掘削が可能である。
表‑2 に掘削能力を示す。
表‑2 掘削能力
地山弾性波速度

掘削能力km/secm /日

中硬岩

2.0〜2.9200〜400（平均300）

硬岩（参考）

2.9〜4.2

80〜120（平均100）

岩盤等級

3

(3) 掘削ずりをそのまま路床材、透水材として使用できる
掘削ずりの最大粒径は、100〜150mm 以下となる
ため、2 次破砕を省略してそのまま路床材や擁壁の裏込め材として使用できる。また、シルト分である粒径 0.075mm 以下が 3〜15％の範囲であるため、透水材、フィルター材およびゾーニング材としても使用できる。さらにビットの本数や配置を工夫して最大粒径をコントロールすることも可能である。
写真‑2 に掘削ずりの状況を示す。

‑ 56 ‑

状況を示す。

写真‑2 掘削ずりの状況
写真‑4 掘削後の法面の状況(4) 掘削面の仕上がり精度と平坦性がよい
オペレータは、レーザーレベル計のデータを確認しながら掘削深さや縦断勾配をコントロールするため、仕上がり面の高さ精度は設計値の±3cm以下となる。また、掘削面は平坦であるため、現場の建設機械の安全性が向上する。
写真‑3 に掘削面の仕上げ状況を示す。

(6) １台の機械で掘削〜小割までの連続作業ができる
３．低粉塵化対策
サーフィスマイナーは、導入時からドラム内のビットの冷却、粉塵対策としてドラム内の散水を採用していた。しかし、住宅地の近接施工で大量の粉塵が発生し（写真‑5）、工事の継続が危ぶまれた。そこで、以下の対策を実施した。

写真‑3 掘削面の状況(5) 法面が階段状になる
機械の構造上、掘削幅が機械幅より狭くなるため、掘削後の法面は階段状になる。施工可能な法面の最急勾配は 5 分（1:0.5）である。
階段状の法面は岩盤緑化が必要な場合には、岩盤がゆるんでいないことや植生基盤が確保できていることから有利である。
図‑6、写真‑4 に階段状のり面の形成機構、法面

図‑6 階段状のり面の形成機構‑ 57 ‑

写真‑5 対策前の粉塵発生の状況

3.1 事前対策
事前対策として、サーフィスマイナーの掘削
ドラム周辺にゴムカバーを取りつけて開口部を閉塞し（図‑7、写真‑6）、散水ノズルを 11 本増加して（図‑8、写真‑7）、粉塵を抑えようと考えた。しかし、ゴムカバーが掘削した岩砕と接触して破損し、補修をしながら掘削を行ったが、粉塵の発生を抑えることが出来なかった。
さらに、散水ノズルを増加しているため、機械本体の水の消費が早くなり、通常 3 時間程度で給水を行うが、1 時間半で給水を行なわなけ
ればならず、作業効率も大幅に低下した。

ゴムカバー 取付図
7

散水ノズル 取付図8715 16 23 24

8

17 〜 22 （既製品）2

6 〜 13 （既製品）

15 〜 24
14

2 〜 4
25

1
（既製品）9

5

6

3

5

4

3
5

1

2
6

14

6

ドラム前方

1

ドラム左 前方

11

ドラム 直上21

ドラム後方

ドラム右側 エッジプロテクターとサイドプレートとの隙間（上部）

2

ドラム前方

12

ドラム 直上

22

ドラム後方

3

ドラム左側 エッジプロテクターの隙間

3

ドラム前方

13

ドラム 直上

23

ドラム後方

4

ドラム前方

14

ドラム右 中心

24

ドラム後方

5

ドラム右 前方

15

ドラム後方

25

ドラム右 後方

6

ドラム 直上

16

ドラム後方

7

1

15
16

ドラム右側 エッジプロテクター取外し時に使用

5

ドラム左側 エッジプロテクターとサイドプレートとの隙間（後方）6

ドラム右側 エッジプロテクターとサイドプレートとの隙間（後方）

6

17

7
8
9
10
11
12
13

18
19

7

ドラム後方 ドラムとスクレーパー（左側）隙間

20

8

ドラム後方 ドラムとスクレーパー（右側）隙間

21

9

ドラム後方 スクレーパーの間（既製品）

22

2

3

4

23
24

4

（エッジプロテクタ
ー取付後、取外し）

2（既製品）9
8

9

1

4
7

25

4

3

14

5

ドラム 直上

17

ドラム後方

8

ドラム 直上

18

ドラム後方

9

ドラム 直上

19

ドラム後方

10

ドラム 直上

20

ドラム後方

25

（エッジプロテクタ
ー取外し時、使用）

図‑7 開口の閉塞

図‑8 散水ノズルの増設

散水ノズル

ｴｯｼﾞﾌﾟﾛﾃｸﾀｰの隙間をｺﾞﾑで封鎖

写真‑6 開口部の閉塞

写真‑7 散水ノズルの増設

3.2 本対策
事前対策では十分に粉塵の抑制はできず、このままでは苦情により掘削作業が中断すると判断して、表‑3 に示す 3 つの対策を比較検討した。
(1) 対策 1：散水要員による直接水散布によって抑
制する方法
1) 概要
機械本体を改造せずに粉塵を抑制する方法として、ゴムカバーから漏れる粉塵に直接水を掛けて抑制できないかと考えた。散水要員として土工が 4 名、4ｔ散水車 3 台に 10t 散水車 1 台、運転手 2 名が張り付き、サーフィスマイナーの動きと並行して散水作業を行った。さらに、ブルドーザから発生する粉塵にも散水しなけ
ればならなく、散水ホースがヤード内に這わしてる状態になり、掘削作業全体の作業効率が大幅に低下する状況であった。
2) 結果
粉塵発生部に多量の散水を行ったが、逆に粉塵をまき散らす結果となり、粉塵を封じ込めることはできなかった（写真‑8）。
また、
ヤードは、

表‑3 工法比較表
対策名
対策概要
粉塵抑制の期待度
設備の大きさ取り付けの難易度
施工性
施工中のコスト
散水車、散水ホースの 細工の必要がなく、すぐ 現場内に散水要員がい 約420万円
対策1：散水要員による直 ゴムカバーから漏れて 多少は期待できる。
にできる。
るため、サーフィスマイ
準備ですむ。
接水散布によって抑制す いる粉塵に散水ホース
ナーの掘削率が低下す
設備規模：小を使って直接水をかける方法
る可能性がある。
る。
◎
◎
◎
△
◎
サーフィスマイナーに付 散水要員を減らせる。泡 約425万円
対策2：泡沫を粉塵発生 泡沫を散水ノズルを使 採石場での効果があり、 コンプレッサー、発電機、水タンク、ダストバス いている散水ノズルの穴 沫を散布するために水源に直接散布し粉塵の発 用して粉塵発生源に直 実績もある。
タの設備が必要である。 を利用でき、機械上部 の給水を頻繁に行う必生、飛散を抑制する方法 接散布し、飛散を抑制
からはみ出ることなく、比 要があるため、サーフィ
設備規模：中する。
（ダストバスタ）較的簡単に取り付けるこ スマイナーの掘削率が低下する可能性がある。
とができる。
◎○○△○
対策3：集塵機を用いて 粉塵を閉じこめ、外に漏 トンネルの中で効果があ 集塵機本体、軸流ファ 取り付ける物が大きく、 散水要員を減らせる。掘 約450万円
ン、吐出サイレンサー、 設備機械がサーフィス 削中の給水がなく、サー粉塵を吸引して抑制する れるまでに集塵機で吸 る。掘削機械でトレン
チャーに採用した実績 発電機の設備が必要で マイナーからはみ出して フィスマイナーの掘削率
引し、抑制する。
方法があるが、抑制効果は あり、かなり大掛かりに しまう。また、隙間の閉 が向上する。
塞に細工、加工時間が100%ではなかった。機械 なる。
かなりかかる。
の隙間を閉塞するのが 設備規模：大
難しい。
◎
△
△
◎
△

‑ 58 ‑

水浸しになり、掘削ずりも泥状になるため、
掘削ずりの受入れ工区から苦情が発生した。

図‑9 ダストバスタの機構図

写真‑8 対策 1 の状況(2) 泡沫を粉塵発生源に直接散布し粉塵の発生、飛散を抑制する方法（ダストバスタ）1) 概要
ダストバスタは、図‑9 に示すように粉塵抑制剤（リポラン 2800L：ライオン㈱）、水および圧
縮空気を発泡器に送り込み、そこで泡沫を発生させるものである。今回、この泡沫を散布ノズ
ルで粉塵発生源に直接散布し、粉塵の発生、飛散を未然に抑えるものである。
散布ノズルは、ドラム真上、斜め後ろ上にそれぞれ 5 本ずつ既設の散水ノズルの穴を利用し配置した（図‑10）。泡沫の配合表を表‑3 に示す。
2) 結果
メーカーから採石場での効果を聞いていたのである程度の粉塵抑制を期待した。今回は簡易的にダストバスタ本体と発電機他を 2t ダンプ
トラックの荷台に積載して、サーフィスマイナ
ーと併走して試験施工を行った（図‑10）。泡は粉塵発生源に散布できないと効果がないため、最初から岩盤に散布し湿らせてから掘削を開始したが（写真‑9）、掘削直後から粉塵が発生した（写真‑10）。これは、ビットにより削られた掘
削ずりが前方に押し出されるために泡が粉塵発生源に到達できていなかったためである。
また、風が吹くと泡が飛散してしまう結果になった。

図‑10 散布ノズル、機材の配置

写真‑9 泡沫の散布状況

表‑3 泡沫の配合表

配合比

粉塵抑制剤
1L

水
200L

散布量

6L/h

1,200L/h

写真‑10 対策 2 の状況(3) 集塵機を用いて粉塵を吸引して抑制する方法
1) 概要
今回、取り付けた集塵機は、トンネル用集塵‑ 59 ‑

機と同じものである。この集塵機は、直径φ300mm のダクトから 75m3/min の吸引力がある構造なっており、
ダクト 2 本により 150m3/min で、粉塵を吸引できるものを使用した。

2) 結果試験施工を行った結果、掘削開始から粉塵発生が見られなかった（写真‑12）。その後、粉塵の発生しやすい硬質な部分での掘削を行ってみた所、発生した粉塵がドラムの中に吸い込まれて行くのが確認できた。また、ダクト 1 本（75m3/min）で試したところ、粉塵を抑えることができなかった。このことから吸引力は150m3/min が妥当であると判断した。
図‑11 集塵機の設置

ダクト

水抜き穴

吸い込み口加工

ダクト

吸い込み口

写真‑12 対策 3 の状況

写真‑11 ダクトの配置状況

集塵の効果は、ドラム回りの開口部をどれだけ閉鎖するかに左右されるため、事前に行った
ゴムカバーを再利用した。集塵機は、機械の上に H 鋼を載せて本体に溶接し、耐震ゴムを敷いて取り付けた（図‑11）。ダクトの配管はエンジンルームの中にある水抜き用の穴 2 つを利用した（写真‑11）。粉塵が多く発生する場所は、ドラム後方、左右のスクレパーとドラムの隙間であることから集塵効率を向上させるために以下の工夫を行なった。
①吸込み口の加工
ダクトは、水抜き穴の口まで取り付け、口周りを鋼管で小さなダクトに加工し、吸い込
み口をスクレパーとドラムの隙間まで取り付けた。
②掘削中にスクレパーが上下することで生じるドラムとの隙間の対策
スクレパーが上下することで隙間が変化す
るため、その動きに対応できるよう伸縮ゴム
カバーを取り付けた。
③散水ノズルから出る水を吸い込むことによるフィルターの目詰まり防止
散水ノズルをドラムの前 7 本に絞り、散水
量を減らした。

(4)まとめ
対策 1〜3 を検証した結果、目視ではあるが集塵機による対策が最も効果があることが確認できた。集塵機は機材が大がかりとなるため、サーフィスマイナーの専用機製作時には機材のコンパクト化、フィルター目詰まり対策等検討する必要がある。
４．おわりにサーフィスマイナーは、集塵機を採用すること
で岩盤掘削において低騒音・低振動に加え、低粉塵化を実現した。
平成 21 年 7 月に開催された国土交通省新技術活用システム NETIS の事後評価でサーフィスマイナ
ーは、「少実績優良技術」に指定された。
今日まで、硬岩領域（中硬岩含む）の掘削で環境に対する制約ある場合、効率的な機械掘削を実現してきたが、花崗岩、流紋岩等の固結度の高い火成岩系では能力の低下、コストアップが課題となっている。
今後、ますます環境に対する社会の要請が高まる中、サーフィスマイナーの採用促進にはコストの低減が不可欠である．そのためには、施工能力を向上させる補助工法が必要であり、その開発に積極的に取り組んでいく所存である。

‑ 60 ‑

１４．多段型端面掘削方式を用いたモデル掘削機の応力制御実験
呉工業高等専門学校
呉工業高等専門学校
株式会社スターロイ

１．はじめに
本研究はコンクリート構造物の解体を行う際にバックホウなどの先端にアタッチメントとして取り付けて使用できるような，多段型端面掘削方式
を用いたコンクリート掘削機のモデルを設計し，実験を行い，実際に掘削機を製作する際の設計指針を提供することを目的とする。今回，時間当たりの掘削深さを一定にして掘削していく変位制御により，モデル掘削機に作用する垂直力とトルクを測定し，掘削に必要な推進力を得た後，一定の推進力を掘削機に与えて掘削を行っていく応力制
御による実験を行い，掘削機の推進力とトルクの関係，掘削速度の関係を明らかにした。
２．実験概要2.1 端面掘削
従来の平面掘削方式と比較すると，端面掘削方式は 2 自由面を作った後，引張り破壊により削孔するため，掘削効率の向上やディスクカッタビッ
トの摩耗減少も図れる。対象物に多くの自由面を形成することで，より小さな力で剥離破壊が発生する。過去の実験により 1），端面掘削方式は平面掘削との比較実験でエネルギー比が約 1/10 に減少することが分かっている。この技術を用いること
により，TBM のように大きな反力を確保しなくてもディスクカッタビットを用いて掘削することが出来るようになると考える。
2.2 モデル掘削機
本実験の掘削機は 2 つの自由面を有する端面にディスクカッタビットと呼ばれる円盤形の剥離破砕刃を押し当てる事により，自由面の端部を効率よく剥離破砕していく端面掘削方式を採用している。まず，端面掘削を行うには 2 つの自由面を確保する必要がある。写真‑1 にモデル掘削機の下方向からの写真を，図‑1 にモデル掘削機の構成図を示す。今回は先端にポイントアタックビットとフィッシュテールを配置することにより 1 工程で端面掘削を行えるようなモデル掘削機を作成した。
半径 30mm の間隔で配置されたポイントアタック
ビットで先進抗を掘削し，そこで形成された 2 自重松 尚久○北岡 一成小田 登

由面を利用して 1 段上に 30mm 広がった位置に配置したディスクカッタビットが端面掘削を行う。
続いて，先行のディスクカッタビットが形成した 2
自由面を利用して次の段のディスクカッタビット
が段階的に端面掘削を行っていく。なお，ディス
クカッタビットは周面摩擦を軽減させるために10ｰ傾けて設置した。
2.3 実験方法
図‑2 に実験装置の概略図を示す。モデル掘削機
を回転速度 2rpm で回転する供試体に押しつけて掘削した。時間当たりの掘削深さを一定にして掘削していく変位制御による実験では，図‑2 の①部分に一定の貫入量を設定出来るウォームジャッキを載せ掘削速度を 0.028mm/sec，0.058mm/sec に設定し，モデル掘削機を下降させていった。
一定の推進力を与えて掘削を行っていく応力制‑ 61 ‑

写真‑1

モデル掘削機の下方向からの写真
192

10 °
60

30

30

単位 : mm

図‑1 モデル掘削機の構成図

御による実験では，ウォームジャッキを油圧シリ ビットが当たり始めて掘削を行っている区間，Ⅲンダーに載せ替え，推進力を与えて掘削を行った。 の区間が 2 段目のディスクカッタビットも当たりモデル掘削機が 3 段で構成されているので各段階に 始め，実機に付いているすべてのビットが端面掘応じた推進力を設定した。推進力は，変位制御の 削を行った区間である。ⅡとⅢのそれぞれの（Ｅ）
実験で得られたデータを参考に，1 段階ごとに 3 と（Ｓ）は，（Ｅ）区間が初期端面掘削区間で（Ｓ）
パターン設定した。ポイントアタックビットで先 区間が定常端面掘削区間である。ここで，初期端行掘削を行う 1 段目では 7.5kN，8.5kN，10kN，ポ 面掘削と通常端面掘削とは，まず大きな剥離を生イントアタックビットに加えディスクカッタビッ じさせる段階の事を初期端面掘削と呼び，その後
ト 1 段目が作用する 2 段目では 20kN，
22.5kN，
25kN， 小さな剥離を生じさせて掘削していく事を定常端
全ビットが作用する 3 段目では 30kN，35kN，40kN 面掘削と呼ぶ 2）。図の（E）区間で垂直力が下がっに設定し実験を行った。次の段階のビットが当た ているのは，この初期端面掘削において大きな剥り始めた直後に一旦掘削を止めてモデル掘削機を 離が生じ力の解放が起きたためである。コンクリ
引き上げ，設定垂直力の変更を行い同時に排土処 ート供試体のグラフの方がモルタル供試体のグラ
フよりも値の振幅が大きいように見える。これは理を行った。
実験用の供試体は W/C=50%のモルタル供試体 モルタル供試体中には存在しないコンクリート供とコンクリート供試体を用いた。いずれも，一軸 試体中の粗骨材の影響によるものと考えられる。
圧縮強度 40N/mm2 以上を実現できるよう製作した。 Ⅰの区間はコンクリート供試体の値の方が大きなモデル掘削機に作用する垂直力 ＦＺと作用トルク 値が出ているが，Ⅱ区間はピーク値の出ている場
Ｔは，モデル掘削機の上部に取り付けたロードセ 所に違いがあるものの共に約 25kN の最大値が出
ルにより測定し，掘削深さ z は変位計により測定 ている。Ⅲ区間の値も共に約 40kN の値が出ていた。
速度 0.058 mm/sec で掘削した際もⅠの区間ではコした。
ンクリート供試体の値の方が大きな値が出ており，
３．実験結果と考察
Ⅱ区間では共に約 30kN，Ⅲ区間では約 50kN の値
3.1 変位制御が出ており骨材の粒度に関係なく同等の垂直力が(1) 垂直力
作用していたことがわかった。
掘削速度 0.028mm/sec の変位制御実験の際の垂直力と掘削深さの関係を示したグラフを図‑3，4 に示す。図中のⅠの区間がポイントアタックビット
で先行掘削を行っている区間，Ⅱの区間がポイン
トアタックビットに加え 1 段目のディスクカッタ

①

①
⑩

②

②
③

③

④

④

図‑3 垂直力と掘削深さの関係（モルタル）

⑤
⑥

⑤
⑥

⑨

①
②
③
④
⑤

⑦

⑧

油圧シリンダー⑥ ターンテーブルロードセル⑦ モータ（1.5ｋｗ）
ディスクカッタビット ⑧ 減速機
ポイントアタックビット ⑨ 油圧モータ
供試体
⑩ 変位計

図‑2 実験装置の概略図

図‑4 垂直力と掘削深さの関係（コンクリート）‑ 62 ‑

図‑5 トルクと掘削深さの関係（モルタル）

図‑7 垂直力と掘削時間の関係

図‑6 トルクと掘削深さの関係（コンクリート）

図‑8 トルクと掘削時間の関係(2) トルク
掘削速度 0.028mm/sec の変位制御実験の際のトルクと掘削深さの関係を示したグラフを図‑5，6 に示す。2 つのグラフを見比べると，トルクにおいても垂直力と同じようにコンクリートのほうが値の振幅が大きく出ていた。Ⅰの区間でコンクリートのほうが大きな値になっているが，モルタルのグ
ラフでⅡの区間で一時的に大きな値が出ている場
所もあるものの，お互いにⅡの区間では約 0.6kN･m，Ⅲの区間では約 1.0 kN･m の値が出ており，トルクにおいても骨材の大きさはあまり影響がないものと考えられる。
3.2 応力制御
図‑7〜9 に応力制御実験の 1 段目設定推進力
7.5kN における垂直力，トルク，掘削深さの実測値と掘削時間の関係をそれぞれ示す。
図‑7 より，垂直力は剥離を生じさせながら掘削していくため，設定した推進力より上下に振幅す
るものの，一定の推進力を保ったまま掘削出来ていたことが分かる。図‑8 より，トルクは終始大きな変化は見られないが，1 段目の掘削においては掘削が進んでいくにつれ上下の振幅が大きくなるという傾向が見られた。これは，掘削が進んでいくことで生じる剥離片が比較的大きな場合，一時的に大きな値が出るためだと思われる。図‑9 より，掘削深さは一定の傾きで増加しており，一定の速図‑9 掘削深さと掘削時間の関係

度で掘削出来ていたことがわかる。これらの現象
はすべての掘削において見ることが出来た。
(1) トルク
図‑10 に 1 段目，2 段目，3 段目の推進力と作用トルクの関係を示す。図を見てみると推進力の増加に伴いトルクが増加していることが分かる。全
体的に見てみると比例直線的に並んでいるように見える。変位制御の際のトルクと見比べても同じような値がでており，掘削機に作用するトルクは推進力に比例して増加していくと思われる。モルタルとコンクリートを比べてみると大きな差は見られなかった。
(2) 掘削速度
図‑11 に 1 段目，2 段目，3 段目の推進力と掘削‑ 63 ‑

速度の関係を示す。一般に推進力が大きくなると，掘削速度は速くなっている。1 段目の掘削では他の段階に比べ推進力を上げた際の掘削速度の増加率が高かった。2 段目の掘削を見てみると，モルタルとコンクリートで速度に違いはあるものの，傾向としては直線的に上昇していた。また 3 段目のコ
ンクリートで同様の傾向を示した。
3.3 変位制御と応力制御の比較による検討
変位制御では掘削速度 0.028mm/sec の時に 2 段
目で 25kN，3 段目で 40kN の最大値が出ており，応力制御では推進力を各段階で 3 パターン設定し，そのうち大きな値を 2 段目で 25kN，3 段目で 40kNに設定した。図‑12 に変位制御と応力制御の掘削速度の関係を示す。掘削速度は変位制御の時よりも速い速度で掘削出来ており，変位制御の際に作用していた垂直力と同等の推進力を与えて掘削するとことで，変位制御の際の掘削速度よりも速く掘削できることが分かった。また、2 段目と 3 段目でほぼ同じ速度で掘削出来ており，モデル掘削機を設計する際にも推進力を一定の割合で増加させる
ことで掘削速度をある程度同じにすることができると予測できる。応力制御で 2 段目では 20 kN から 2.5 kN，3 段目では 30 kN から 5 kN ずつ増やし掘削をした。図‑11 から 2 段目の 20 kN から 5 kN増やした際の速度の上がり方と，3 段目の 30 kN から 5kN，35 kN から 5 kN 増やした際の速度の上がり方に同じような傾向が見られることもあり，実験で与えていた推進力よりも大きな推進力を与えた場合同じような傾きで掘削速度が上昇する可能性があると考える。変位制御では掘削速度 0.028
mm/sec と 0.058 mm/sec で掘削を行い 2 段目では垂直力に 5 kN の差があり，3 段目では 10 kN の差があった。そして，2 段目で 5 kN，3 段目で 10 kN の差を持たせて掘削した結果，変位制御と同じように掘削速度が約 2 倍に増えていた。

1.2
モルタル1段目
コンクリ1段目
モルタル2段目
コンクリ2段目
モルタル3段目
コンクリ3段目

1
j
M
･ 0.8
m
i
s 0.6
N
g 0.4
0.2
0
0

10

20

30

40

50

推進力（ｋＮ）

図‑10 推進力とトルクの関係
0.3

モルタル1段目
コンクリ1段目
モルタル2段目
コンクリ2段目
モルタル3段目
コンクリ3段目

j 0.25
c
e
s 0.2
/
m
im
x 0.15
ｬ
0.1
@
0.05
0
0

10

20

30

40

50

推進力（ｋＮ）

図‑11 推進力と掘削速度の関係
0.1

変位
モルタル
コンクリ

j 0.08
c
e
s
/
m0.06
im
x
ｬ 0.04
@
0.02
0
2段目

3段目

図‑12 変位制御と応力制御の掘削速度の関係

４．結論
今回，供試体としてコンクリートとモルタルを 合もあったため再度検討が必要と考える。
今後の課題としては強度を変えた供試体を用い用いた。変位制御実験では1段目の掘削を除いてほぼ同じ垂直力が作用して掘削出来ており，トルク て，強度が掘削速度にどれほどの影響を与えるかにおいても同様の傾向がみられ，骨材の大きさに を見ていきたい。
よる影響がなかった。応力制御実験では，作用するトルクを見るとコンクリートとモルタルで差が 謝辞：本研究は，平成 20 年度（社）日本建設機械
あまり見られず，推進力が大きくなるにつれてト 化協会の研究開発助成を受けて実施しました。
ルクも大きくなり直線的に増加する事が分かった。
参考文献
掘削速度は推進力を大きくすることで掘削速度が上がることが分かり，変位制御の際に作用してい 1) 室達朗：岩盤掘削･穿孔作業の合理化方策について,建設機械,No.10,Vol.39.pp.1‑4,2003
た垂直力と同等の推進力を与えると変位制御の際に与えていた掘削速度よりも速くなることが分か 2) 重松尚久･花岡尚･室達朗：道路建設における環境に優し
い硬質岩盤剥離掘削技術の開発,平成20年度建設施工とった。掘削速度がある程度同じ割合で増加するこ
建設機械シンポジウム論文集,pp.107〜110, 2008とが分かったが，同じような傾向が見られない場‑ 64 ‑

１５．車載型排出ガス計測装置による建設機械排出ガス評価について
油圧ショベルに搭載した場合の適用性試験報告(独)土木研究所(独)土木研究所(独)土木研究所○ 杉谷 康弘
藤野 健一
石松 豊

１．はじめにめ，今回の検証は，オンロード車とは条件が異な建設機械をはじめとする公道を走行しない特殊 る事項として，①油圧ショベルが作業中であって自動車の排出ガス規制が平成 18 年から開始され， も（振動がある状態であっても）適切な計測が可
平成 23 年からは更に規制の強化が予定されている。 能であること，②測定に必要な機器を全て搭載し実際の大気環境が改善される上で非常に重要なこ た状態であっても油圧ショベルの動作に影響がなとは，排出ガス規制により高性能となった排出ガ いことの 2 点に着目して実施した。
ス性能が，工場出荷時だけの初期的な性能ではな 2.2 搭載機器の概要
く，実際の工事現場でも長期間に渡りその性能が (1) 車載型排出ガス測定装置維持されることである。排出ガス規制では，原動オフロード法の規定では，排出ガスの測定方法
機の型式指定を厳密に行うことにより，原動機が として，NOx（窒素酸化物）については化学発光
車体に搭載された後においては，黒煙の値だけで 分 析 計 （ CLD ） 又 は 非 分 散 形 紫 外 線 分 析 計
排出ガス性能の悪化が監視されている。また，実 （NDUV）を，CO（一酸化炭素）については非分
際の工事現場では，原動機の型式指定時の試験条 散形赤外線分析計（NDIR）を，THC（全炭化水
件（運転負荷等。
）とは必ずしも同一ではないとと 素）については水素炎イオン化法分析計（FID）
もに，性能劣化や整備不良などにより，規制値ど が標準（又は標準予定）となっている。車載型排おりの排出ガス値が常に保証されているとは限ら 出ガス測定装置としては，これらの測定方法を使ず，実際の工事現場においての排出量については 用する装置を選定した。現状では，2 社の装置が正確に把握されているわけではない。平成 23 年以 存在するが，NOx に関する測定原理が異なること
降の排出ガス規制強化では，排出ガス低減に触媒 から，両方の装置を試験することとした。NOx 以が重要となるが，その性能が劣化したことを容易 外の測定原理は基本的に同じである。排出ガス測に判断することも難しく，排出されるガスの実態 定装置の諸元を表‑1 に，設置の状況を図‑1 に示す。
表‑1 車載型排出ガス測定装置諸元や性能維持の状態を確認することがますます不明
測 定 原 理測定になる可能性がある。これらの問題に対応するた
項目
A 社製
B 社製
めには，実際の工事現場で稼働している車両の排出ガスをその状態で計測し評価する方法が有効と NOx CLD(NO と NO2 を合計する)考えられる。近年，比較的コンパクトな車載型の排出ガス測定装置が開発されているが，これらが NO−
NDUV
建設機械に搭載した場合でも有効に機能すること NO2 −NDUVが確認できれば，工事現場での排出ガス計測が可 CO
NDIR
NDIR
能となる。そのため，車載型排出ガス計測装置を THC FID
FID
油圧ショベルに搭載し，実稼働状態での排出ガス 寸 法 約 W350 × H330 × 約 W516 × H404 ×
計測が有効に実施できるかを検証した。
(mm) D500
D622
２．試験方法2.1 評価の観点
車載型排出ガス計測装置については，トラック
等のオンロード車では，実際に車両に搭載し計測等を行った研究成果 1)も発表されている。そのた質量
外観‑ 65 ‑

約 29kg

約 35kg排出ガス測定装置

図‑1

車載型排出ガス測定装置設置状況(2) 排出ガス流量計・排出ガス温度計
排出ガスの量を計算するためには，排出ガスの濃度と同時に流量を計測する必要がある。流量計
はＡ社，Ｂ社とも，それぞれの車載型排出ガス測定装置専用のものを用意している。排出ガスの量（排気管の径）によりシリーズ化されており，今回の試験で使用した油圧ショベルに適したものを選定した。流量計の前部には，流れを安定させるための直管部が必要であり，フレキシブル管で方向を変えた後，治具を使用し，車体に設置した。
流量計部には排出ガス温度計も設置されている。
設置の状況を図‑2 に示す。

排出ガス測定装置やその他の測定装置を駆動するための電源が必要であるが，車体のバッテリーを使用すると，その分エンジンが本来の仕事以上の負荷がかかるため，別途用意する必要がある。
電源としてはバッテリーか発動発電機が想定されるが，長時間（測定装置は測定前に 1 時間程度の暖気が必要であり，一度電源を切ると開始前に再度 1 時間のロスタイムが生じる。そのため，試験時は，朝から夕方まで通電したままにする必要がある。
）に耐えられる発動発電機とした。
また，排出ガス測定装置以外に，燃料流量計，
発動発電機，ガスボンベなどを安全に車体に取り付ける必要があるため，専用の架台を製作し，搭載することとした。中型以上の油圧ショベルであればメーカを選ばずに搭載ができるように車体後部にベルトのみで固定する方式とした。設置の状
況を図 4 に示す。
燃料流量計
ガスボンベ
その他機器

発動発電機

図‑4

搭載架台設置状況(5) 測定機器の構成
測定機器全体の構成を図‑5 に示す。振動の影響を見るため，振動加速度計も設置している。
温度
センサ
ＰＣ
(①〜⑩)

図‑2

排出ガス
測定装置

排出ガス流量計設置状況

同時信号
を発信

START/STOP
信号(0→5V)

スイッチ

振動加速度
センサ(単軸)振動加速度
センサ(単軸)動ひずみ
測定器(KYOWA)(⑮)

振動加速度
センサ(三軸)動ひずみ測定器(東京測器)(⑭)

振動加速度
センサ(三軸)記録計(温度)(⑯)

行きライン
戻りライン

MF‑3200

電線

FROM TANKTOENGINE

コリオリ式
流量計

RETERNIN

TO TANK

光ファイバ（排出ガス測定装置へ）

エア抜き用
ドレン

排ガス流量計

熱交換機
ノ
ズ
ル

FP

燃料タンク

フ
ィ
ル
タ

燃料タンク

ENGINE
瞬時燃料流量計測（電圧）

ビデオ撮影(⑰)

図‑3燃料流量計及びエンジン回転計設置状況

図‑5(4) 電源・搭載架台‑ 66 ‑

記録計(燃費・回転)(⑪〜⑬)

瞬時燃料流量計測（電流）回転速度計測（パルス）

排出ガス測定機器構成図

光ファイバ
センサアンプ(3) エンジン回転計・燃料流量計
エンジンの仕事量を算出するため，エンジン回
転数と燃料消費量を計測する。エンジン回転数はエンジンからの出力軸の一部に反射テープを貼り，それを光ファイバセンサで検知する方法とした。
燃料消費量は，エンジンに送られた燃料の一部がエンジンタンクに戻されることを考慮し，戻り管を流量計よりもエンジン側につなぎこむことで，流量計では正味の消費量が計測できるようにした。
設置の状況を図‑3 に示す。

2.3 動作条件
振動を与える動作は下記の 11 通りとした。①から⑩までの動作は実際の作業時に想定される個々の動作であり，それぞれ，停止状態から開始し，3回（又は 3 往復）実施した。⑪の動作は，実際の作業を想定し，掘削や走行を組み合わせた動作であり，を約 20 分間連続して実施した。
①から⑩までの動作条件においては，車載型排出ガス測定装置にガスボンベから一定の濃度のサ
ンプルガスを吸引させ，濃度の出力信号の変化を観測した。⑪の動作条件においては，油圧ショベ
ルの排気管からの排出ガスを計測した。
① 旋回操作（180 度）：上部旋回体を 180 度回転
し，止める動作。
② 走行（コンクリート面）：平らなコンクリート
面における，走行・停止動作。
③ 走行（土地面）：地盤が土でほぼ平らな地面における，走行・停止動作。
④ 走行（不整地）：不陸のある土の地面における。
走行・停止動作。
⑤ 走行（登り坂）：勾配が 8〜9％程度の坂を登り降りする動作。
⑥ 掘削・旋回・積み込みの一連動作：土を掘削し，90 度旋回後，積み込みする動作。
⑦ バケット地面押し当て動作：バケットを上下に動かし，地面を締め固める動作。
⑧ クローラ端部落とし動作：バケットを地面に押し当てクローラ部を浮かした状態から，バケッ
トを急に上げ，クローラ部を落下させる動作。
⑨ ブーム上げ動作：ブームを急激に上げる動作。
⑩ ブーム下げ動作：ブームを急激に下げる動作。
⑪ 実作業連続動作：掘削・旋回・排土・走行・待機（アイドリング状態）を組み合わせた動作。

程度にノイズが発生する場合には，その影響はある程度緩和されることになる。図‑6 の「③走行（土地面）」の場合では，ノイズにより示される濃度の値は，実際の値の約 200％の値を示すところもある
が，ノイズが発生している範囲の濃度の平均値は実際の濃度の約 111％であり，排出ガス流量が一定であると仮定すると総排出量では 1 割程度の差になる。また，動作全体では，影響の無い動作もあり，全体で見れば，影響は更に小さくなると想定される。また，CO については，通常，規制値と比較して排出量が十分小さく，規制値とのぎりぎりの比較をすることがないことも考慮すると，排出ガス性能を評価する上での支障とはならないと考えられる。
THC についても，図‑8 や図‑9 に示すようにノイズが発生した。そのノイズ波形から，振動による
出力値のぶれというよりも，衝撃に対するプラス側への異常値といった方がよい。しかもかなり大きな異常値である。これを防ぐためには，振動を軽減するための対策をすることも求められるが，異常値の出方が明確であることや，強い衝撃の時だけであることから，実際の評価の際にも振動加速度を測定しておき，異常値の部分だけを排除することが現実的な対応であると思われる。
表‑2振動に対する影響の有無

動作条件

NOx 又は
NO・NO2CO

THC①旋回操作(180 度）

○

○

○

②走行(ｺﾝｸﾘｰﾄ面)

○

○

○

③走行(土地面)

○

影響有り

影響有り

④走行(不整地)

○

影響有り

影響有り

⑤走行(登り坂)

○

影響有り

○

⑥掘削・旋回・積み込

○

○

○

みの一連動作‑ 67 ‑

CO(%)

振動加速度
(m/s2)

３．試験結果⑦ﾊﾞｹｯﾄ地面押し当て○○○
3.1 振動に対する影響
動作
車体振動に対する結果を表‑2 に示す。各動作条 ⑧ｸﾛｰﾗ端部落とし動○○影響有り件に対して，どちらか一方の機器でも測定器メー 作
カの保証する測定精度を超える異常値が発生した ⑨ﾌﾞｰﾑ上げ動作○○○
場合に「影響有り」と記載している。
⑩ﾌﾞｰﾑ下げ動作○○○
NOx については若干の濃度変化が見られたが，③走行（土地面）
全て精度の範囲内であった。
400.10
CO についての出力値を車体の振動加速度と比200.08較すると，図‑6 及び図‑7 に示すように振動と連動
00.06
して出力値の変動が見られものがあった。この問‑20
0.04
題を解決するには，測定器が受ける振動を軽減す‑40
0.02
るための特別の緩衝材や装置を用意するか，測定
0
10
20
30
40
50
60
器そのものの耐振動性を高める改良が必要となる。
時間(秒)
振動加速度
CO濃度
ただし，実際に排出ガス性能を評価する際には，瞬時値ではなく，総排出量を総仕事量で割って計
図‑6 CO出力値の振動影響（走行（土地面））
算することから，プラス方向とマイナス方向に同るため，実際の現場での測定では（測定時間にもよるが）駆動部の無いバッテリーの方がリスクは少ないと思われる。
(3) 測定器等は車外に設置され，簡単に撤去することも困難なことから，小雨であっても防ぐ必要がある。今回は簡易的なビニールの覆いを作成したが，急な天候の変化による対応を考えておく必要がある。
(4) 排出ガスのサンプリングホース，燃料ホース，
電源ケーブル，制御ケーブルなどが車体上に交錯するが，測定前後の確認などのために車体の上で作業することもあり，安全上，人の動線をよく考えて設置する必要がある。

40

0.10

20

0.08

0

0.06

‑20

0.04

CO(%)

振動加速度(m/s2)④走行（不整地）

0.02

‑40
0

10

20

30
時間(秒)

振動加速度

40

50

60

CO濃度

CO出力値の振動影響（走行（不整地）
）

図‑7

40

990

20

970
950

0

930

‑20

910

‑40

THC(ppm)

振動加速度(m/s2)③走行（土地面）

890
0

10

20

30
40
50
時間(秒)
振動加速度
THC濃度

60

THC出力値の振動影響（走行（土地面）
）

図‑8

40

1150

20

1100

0

1050

‑20

1000

‑40

950
0

10

20

30
時間(秒)

振動加速度

図‑9

THC(ppm)

振動加速度(m/s2)⑧クローラ端部落とし動作

40

50

60

THC濃度

THC出力値の振動影響（クローラ端部落とし動作）

3.2 油圧ショベルの動作に対する影響全ての測定機器を搭載した状態で，①から⑩の単独動作及び⑪の連続動作ともに，油圧ショベルの動作が制限されることはなかった。
ただし，全ての測定機器が車外（運転室内等ではないということ。
）に設置されているため，水や泥がかかるような場所での作業や，雨中での作業など，作業環境の制限は受けることになる。
3.3 その他試験中に発生した問題点・懸案事項等(1) ベルトで固定しているものについては（搭載
架台及び B 社製の排出ガス測定装置）振動によりズレることがあった。相当きつく締め付
けたつもりでも，特に初期の段階で発生しやすい。20 分間の実作業試験では問題が発生するほどではなかったが，測定装置等を新たに設置した直後に 1 時間程度の連続測定をすることは避けた方がよいと思われる。
(2) 測定装置に電源を供給する発動発電機が振動
により 1 度停止した。
特段の対策は実施せず，再始動させたが，その後は停止することはな
かった。1 度停止すると，再起動に時間を要す

４．まとめ
車載型排出ガス測定装置を使用し，使用過程の建設機械の排出ガス性能を確認する方法について検討を行った。その結果，以下のことがわかった。
(1) 車載型排出ガス測定装置の建設機械での適用性を確認した結果，振動による出力値の変動（異常値の出力）が発生することが確認された。ただし，CO 濃度の異常値については，排出ガス排出量全体への影響が小さいこと，THC
濃度の異常値については，データの解析時に除去することで対応できることから，排出ガス性能の評価に使用できることがわかった。
また，エンジン回転数，燃料消費量を計測することで仕事量を算出し，規制値との比較も可能であることを確認した。
(2) 中型以上の油圧ショベルの場合，今回使用した搭載架台等を車体後部に設置すれば，必要な機器を搭載でき，特殊な現場やアタッチメ
ント装着車でなければ，工事現場で作業を妨害せず（油圧ショベルの動作に影響を与える
ことなく）測定が可能であることを確認した。
(3) 国内で建設機械に対して車載型排出ガス測定装置を使用して排出ガス測定を実施した事例はほとんどなく，試験中に所々で問題が発生したが，それらの課題を抽出することができた。
これらにより，実際の工事現場における排出ガ
ス量の実態調査や，排出ガス低減技術の長期劣化の傾向等の調査を実施することへの道筋ができた。
今後は，実際に調査を行い，本研究の成果を大気環境の改善に役立てていきたいと考えている。
参考文献
1) 山本敏朗・小川恭弘・佐藤進：車載計測システムを用い‑ 68 ‑

た実路走行時の環境負荷量の計測及び増大要因の解析（第3報），社団法人自動車技術会学術講演会前刷集，No.16‑08，pp.11〜16, 2008

１６．埋蔵文化財包蔵地における先端建設技術の活用について〜情報化施工と 3D データを使った文化財保護と活用〜（独）土木研究所（独）土木研究所

１．はじめに日本では、その国土に地域それぞれが培ってきた歴史が刻み込まれている。その１つに埋蔵文化財がある。
建設事業はいわゆる「開発」として土地の改変を伴う。その一方で、これらの埋蔵文化財は先人たちの歩みを示すものとして後世に伝えるべきものであるとともに、観光等の地域振興の柱となり得るものが多く、いわゆる「保存」と「開発」・「活用」の両立が求められている。
本稿では日本の歴史上の重要性が極めて高い、
飛鳥および平成 22 年に遷都 1300 年を迎えた特別
史跡平城宮跡を対象として実施した情報化施工および３次元データの有効活用について報告するものである。

○ 藤野 健一
石松 豊

工事名：平城宮跡第１次大極殿院広場整備工事
掘削
16,830m3
路体盛土 12,100m3
軽量盛土
2,039m3
・植栽工
張芝工
13,950m2
・雨水排水設備工 U 型側溝
1,944m
雨水桝
53 基
管渠工
470m
・舗装工
天然砂利舗装 27,400m2
自然色舗装 4,020m2
・敷地造成工２．埋蔵文化財保護を目的とした情報化施工
2.1 工事の概要
平城宮跡は世界遺産にも登録されている特別史跡で、これまでにも日本の歴史を書き換える数々の発掘成果を上げている埋蔵文化財包蔵地である。
今回の工事はこのうち特に重要な第１次大極殿
図−２ 広場施工概要図
院地区の広場整備を行うもので、その概要は次の通りである。図−２に示す張芝・広場およびその 2.2 施工の準備
付属物（排水施設等）が施工対象である。
今回の施工においては、以下の点について施工上留意した。
① 遺構面の把握
埋蔵文化財への施工の影響を最小限にするためには、埋蔵文化財の遺構面を把握する必要がある。
これまで、平城宮跡の発掘調査は過去に独立行政法人国立文化財機構奈良文化財研究所（以下、「奈
文研」という。
）が実施している。この結果に基づく発掘調査後の遺構面の整理状況（着色部）を図−３に示す。赤線部が第１次大極殿院の回廊位置である。
図−１ 第１次大極殿院完成イメ−ジ図‑ 69 ‑

図−５ 東西方向の地層断層図
図―３ 遺構面整理状況
このデータから奈良時代の遺構面は現地盤から約‑0.2〜‑2.4m の位置にあることがわかった。
また、現在第１次大極殿院地区は東側半分のエリアが発掘されているが、西側半分のエリアについては後世にそのまま残すことが予定されており、明確な遺構面が把握できない。これについては、有識者からの指導により、西側エリアについては、
東側エリアと中心軸において対象であることを前提として設計・施工を行った。
図―６ 南北方向の地層断層図② 地盤調査地表から力を加えた場合、地下の埋蔵文化財には図−４に示すとおり、変形や圧縮力を受ける。
地表面

図−４ 荷重が遺構に与える影響イメージ
このとき、遺構面および埋蔵文化財はその下に存在する地盤の強度によっては損傷を受ける可能性がある。
そこで、過去に実施されてきた地質調査をもとに、第１次大極殿院地区の東西方向および南北方
向の地層断面図を作成した（図−５，６）。この図より、
・ 第１次大極殿院西側には腐植土層（Ap 層）が存在し、軟弱地盤となっている（過圧密量
20kN/m2）。
・ 南北方向の第 1 次大極殿院中ほどに砂質土層（As 層）が存在し、地震時に液状化する恐れがある。

ことが判明した。この結果、今回の広場整備においては、腐植土層による圧密沈下の影響にも対応することが必要であることがわかった。
2.3 情報化施工の目的
今回の施工においては、埋蔵文化財に与える影
響を最小限に食い止めつつ、広場整備工事を行うことが必須要件である。
先の調査に基づく検討の結果、以下の項目に対応することが必要である。
① 広場の造成において、遺構面から確実な離隔を持った施工を行う。
② 広場の掘削作業（側溝・枡の施工）において、地下遺構を損傷しない。
③ 広場内での締固めにおいて、過度な荷重をかけない。もしくは過度な締固めを行わない。
今回はこれらの達成を目的として、建設機械と施工法の選定にあたり、情報化施工を導入することとした。
2.4 施工機械と施工法の選定
今回の施工においては、遺構の保護を目的として、遺構面から地表まで 50cm の被覆土（現状での最小厚）を確保することとし、それを前提として‑ 70 ‑

遺構に対する荷重等の負荷を考慮した上で使用する運搬車両／建設機械の選定を行った。
特筆すべき事項としては、
・ 運搬機械が地盤に与える影響が大きいため、原則として 4t ダンプを使用することとし、仮設盛土などの保護を施した箇所においては 10t ダンプまでの使用に制限した。
・ 土の締固め工については、深層部まで影響しな
いように振動ローラの使用は行わなかった。また、ロードローラで 12t 級、タイヤローラで 20t級の使用に制限した。
あわせて、損傷リスクの低減に情報化施工を活用した。
表−１に情報化施工適用工種と使用した機材を
示す。
表−１
工

種

写真−１ 発掘調査における空撮

情報化施工使用機材と使用目的
施工機械とシステム

敷地造成工

ブルドーザー

掘削工

3D‑MC, mm‑GPS

敷地造成工

ブルドーザー・モー

路体盛土工

ターグレーダー

使用目的①①

3D‑MC, mm‑GPS
タイヤローラ③

写真−２ 発掘調査における測量

GPS 締固め管理シス
テム
雨水排水設備工

バックホウ

作業土工

3D‑MG, mm‑GPS

園路広場整備工

ブルドーザー・モー

アスファルト系

ターグレーダー②①

舗装工（路盤工） 3D‑MC, mm‑GPS
タイヤローラ③

GPS 締固め管理シス
テム※使用目的は 2.3 に掲げる箇条書き部を指す。

さらに、軟弱地盤区域（Ap 層）については、軽量盛土（EPS 工法）を使用し、負荷の低減に努めた。

構面の位置データ取得に欠かせないものである。
近年ではトータルステーションなどの機器も導入され始めており、工事測量と遜色のない精度での測量が行われている。
しかしながら、たとえば飛鳥の石舞台では昭和８年に京都大学が発掘調査を実施したように、かなり古くから行われてきており、その測量成果に現代と同等の測量精度を求めてよいか不明確なものが多い。従って、現地で試験的に遺構面からの覆土厚を確認することなどが必要である。
また、発掘調査後には遺構面を保護するために遺構面上に保護砂を撒き出し、その上で現地発生土によって埋め戻しを行う（写真―３）。

2.5 埋蔵文化財包蔵地での施工の留意点
今回の施工を通じて判明した埋蔵文化財包蔵地における施工についての留意点について述べる。
一般的に、埋蔵文化財包蔵地は遺跡図等でその位置や発掘状況が示されており、平城宮跡では図−３にあるとおりである。
発掘調査においても結果は測量などによって記録されており、近年ではラジコンヘリ等を使用した空撮や空測も行われている。
これらの成果は遺構保存を行うために重要な遺‑ 71 ‑

写真−３ 保護砂の撒き出し状況

万一、施工中に遺構面に近接した掘削を行った
場合、このような発掘調査および埋め戻し手順を理解していれば、保護砂を検出した場合、極めて危険な状況にあることがわかる。
このような発掘調査等に係わる知識を現場管理者がオペレータ等に周知しておくことが肝要である。
なお、古い発掘調査においては、このような保護砂による遺構面保護を行っていない場合もある
ので、教育委員会が有する遺跡図等で発掘年次なども確認しておくことが必要である。
2.6 情報化施工の実施とその効果
写真−６ 3D‑MC コントローラ画面（１） 全体構成
平城宮跡第１次大極殿院広場整備工事において使用した情報化施工の全体構成を写真−４に示す。 ① 小規模な造成工事ではあるものの、効率的な施工が実施できた。
なお、mm‑GPS を使用しているため、回転レー② 地表面に丁張りを打つ必要がないため、文化ザーも設置している。
庁への現状変更手続きが不要となり、事務的な手間を大幅に軽減することができた。
③ 広場での排水勾配の造成が効率的に良好な仕上がり精度で実施できた。
逆に、デメリットは以下の通りである。
① mm‑GPS の適用範囲から外れると回転レーザ
ーの移動が必要になった。
② 盗難防止のために GPS 基地局や建設機械に搭載したコントローラを毎日着脱し、保管する手間がかかった。
③ 情報化施工の機器コストが高く、建設機械の価格と同等かそれ以上のコストとなるため、
写真−４ 情報化施工の全体構成
使用についての目的、効果を明確化する必要がある。
（２）３次元マシンコントロールシステム
３次元マシンコントロールシステムは出来形の （３）３次元マシンガイダンスシステム
本工事における３次元マシンガイダンスシステ
品質確保のために、mm‑GPS を使用し、ブルドー
ムは、排水溝を施工する際に通常の施工面よりもザーおよびグレーダーの施工で活用した。
深く掘削する必要があることから、バックホウの今回の効果は以下の通りである。
バケットと遺構面の関係を常に把握し、遺構面保護を行うために導入したものである。

写真−５ 3D‑MC ブルドーザーによる造成

写真−７ 3D‑MG バックホウによる掘削‑ 72 ‑

施工においては、事前に排水溝の施工図を元に、掘削箇所の遺構面を 3D‑MG 用の電子データ（座標データ）化し、オペレータがリアルタイムで状況が確認できるようにした。写真−８にコントロー
ラ画面を示す。深さ方向の表示はバケット先端と遺構面との距離を示している。
なお、今回の施工においては、システムの制約
上、排水溝の設計掘削深さの表示はできなかった。

写真−10 転圧締固め管理システム表示画面

写真−８ 3D‑MG コントローラ画面（４）GPS 転圧締固め管理システム
GPS 転圧締固め管理システムは過度な締固めによる地下遺構への影響防止と造成工事の効率化を目的として導入したものである。
今回の施工機械の選定では、深層部まで締固めの影響がある振動ローラを除外したが、埋蔵文化財の重要性を鑑み、最善の施工管理を目指した。
このシステムでは、写真−10 に示す転圧状況を
リアルタイムでオペレータがみることができるため、転圧回数不足・過剰を避けることができた。

この事例は文化財保護と活用を両立させるときの事例として、また情報化施工による品質管理手法が様々な応用の可能性を持つことを示していると考えられる。
また、今回の施工においては、情報化施工によって、常に施工状況が正確に把握できるため、手戻り作業の軽減などの効果をもたらしている。机上の計算ではあるが、路体盛土工および舗装工においては 11 日の工期短縮効果があったと推定される。
その反面、使用する施工機械の規模が制限されたこともあるが、情報化施工の実施に当たっては通常作業ベ−スで約 20％コストが割高になった。
しかしながら、上記のような文化財保護のための社会的責任とリスクを考慮したとき、このコストは許容されるとも考えられる。
今後、このような埋蔵文化財包蔵地での情報化施工については、総合評価方式入札契約等における技術提案としても効果が期待される。

（５）まとめ
平城宮跡第１次大極殿院広場整備工事において、１件の文化財破損事故を起こすことなく、無事施 ３．3D データを使った文化財保護工を終了し、情報化施工は埋蔵文化財保護に有効 3.1 バーチャルリアリティ技術の活用
CALS/EC や情報化施工の普及に伴い、建設事業であることが証明できた。
では IT 技術の活用が進み、多くのデータが電子的に保存されるようになってきている。
先にも述べた通り、建設事業では近畿圏など歴史ある地域においては埋蔵文化財の保存と活用に関係するものが多く、その両立が大きな課題となっている。
文化財の活用を行う場合には、一般的には「遺構表示」などの遺跡の表現手法がとられる。
遺構表示は地下遺構の上に覆土し、その上に遺構の存在を示す構造物等を設置するもので、掘立柱の位置をツゲの木で表示したり、構造物の全部
もしくは一部だけを復原するなどの方法がある。
しかし、このような復原は埋蔵文化財の直上で行
写真−９ タイヤローラによる施工‑ 73 ‑

写真 11 遺跡の表現の例
うことが原則であるため、工事に影響を与えることが多い。
その解決方策の１つにバーチャルリアリティ技術（以下、「VR」という。
）の活用がある。
国営飛鳥歴史公園事務所では、明日香村・東京
大学大学院情報学環池内研究室・奈良先端科学技
術大学院大学横矢研究室と協力して、「バーチャル飛鳥京」プロジェクトを実施している。このプロ
ジェクトはこれまでの「遺構表示」ではなく、仮想空間に遺構を復元し、ヘッドマウントディスプ
レイや通常のディスプレイ上に周囲の景観と重ね合わせて表現するものである。甘樫丘から飛鳥京をみた場合の事例について写真 12 に示す。
（実際には写真中央の建屋等のグラフィック部
分は田畑で、田園風景である。
）

また、表示の方法も遺構面の表現や存在したと想定される構造物形状の表現など選択的に実現が可能であるため、今後大きな可能性がある。
3.2 3D データの重要性
このようなＶＲ技術においては、現在の景観との重ね合わせにおいて埋蔵文化財の測量成果が不可欠である。
特に CG データの作成においては、現在もしくは将来の地形形状、対象範囲などについても詳細な位置データが必要となる。
発掘調査における測量成果は過年度に実施されたものの活用が多いことから電子的なものの取得は望めない。しかし、工事関係については、特に情報化施工等によって施工されるものについては
電子的な測量成果が多く取得されることから、これらの成果を有効に活用することで、迅速にかつ効率的にプロジェクトを進めることが期待される。
４,まとめ
以上に述べた通り、保護すべき埋蔵文化財が包蔵されている地域において、先端的な建設技術、
ここでは情報化施工を活用することにより、従来の施工と比べて、埋蔵文化財の保護について安全度の高い施工が可能となることが示された。
また、このような埋蔵文化財包蔵地で課題となる発掘調査後の遺構表示など観光資源等としての活用についても VR の活用の有効性が示されていることを紹介した。
地域の生活のための社会資本整備と埋蔵文化財保護の両立は長きにわたって、日本の行政史にとっての課題であった。今回のような先端的な建設技術の活用が全国的な埋蔵文化財保護と社会資本整備の両立に資することを期待している。
謝辞
本論文の執筆及び両プロジェクトの推進にあたっては、明日香村、東京大学大学院情報学環池内研究室、奈良先端科学技術大学院大学横矢研究室、近畿地方整備局国営飛鳥歴史公園事務所長 舟久保敏様に多大なご指導とご協力をいただきました。厚く御礼を申し上げます。

写真 12 バーチャル飛鳥京

写真 13 システム構成の例（ゴーグル型）
この方法であれば、盛土などに設計変更を行って埋蔵文化財を保護できればその上部で工事を行うことが可能で、施工後にこの技術を使って仮想的に遺構表示を行うことができる。

‑ 74 ‑

１７．ハイブリッド式大型ホイールローダの開発
電動化による環境負荷の低減

日立建機株式会社

１．はじめに
化石エネルギの枯渇、地球温暖化、鉱物資源・
燃料価格の高騰、バイオ燃料に端を発した食料問題などから環境対応型の製品開発が強く求められてきており、建設機械も同様である 4)。
大型ホイールローダにおいては油圧機器やエンジンの損失低減などに取り組んではいるものの、それだけでは大幅な燃料消費量の低減には限界があり大胆なシステムの見直しが必要であった。その低減対策として近年、注目されているのが電動化とハイブリッドシステムおよびエネルギの再利用である。
以上のような状況下、以前より電動化に取り組
み 1997 年にバケット容量 11ｍ３の大型電機駆動式
ホイールローダ（以下電動機と呼称）を開発し、市場に投入して稼働データを蓄積してきている。
本報では、この電動機に対して、さらなる環境負荷低減を目指し、キャパシタを搭載してエネル
ギの再利用を図った大型ハイブリッドホイールローダを開発したので、ここに報告する。

伊藤 徳孝

エネルギ消費割合の一例を示す 2)‑3)。走行系、および油圧系のエネルギ損失が大きいことが判る。
油圧系で使用される、ポンプは安価で信頼性の高いギヤポンプが多く使われてきたが、ギヤポン
プの吐出量はエンジン回転数に比例して増減する
ため、作業機に必要な流量をコントロールバルブ
で絞って制御していることからエネルギ損失が多い。そこで、近年は省エネを目的として可変容量ポンプを使用し、必要な時に必要な部位に吐出する構造としたものが採用されてきている 1)。

保有経費

修理費

燃料費

図１ 2 0,00 0 稼働時の運転経費の割合

油脂・
消耗品費
運転者賃金

補機消費
走行出力,
31%

走行損失,
22%

油圧出力,
21%

油圧損失,
25%

図２ V字掘削作業時のエネルギ消費割合

３．大型電機駆動式ホイールローダ
３．１ 電動機の特徴
２．ホイールローダの現状
電動機の走行系には従来のトルコン機に比べてホイールローダとは、主に掘削、運搬、積み込
伝達効率の高い電機駆動式を採用した。動力伝達
みを行う建設機械で、車輌本体が移動して前記の系統を図３に示す。駆動モータは効率が高く、メ作業を行う構造であり、車両本体を移動するため
ンテナンスの容易なＡＣモータを採用し、インバに多くのエネルギを消費している。
ータにより制御する構造とした。発電効率を上げ
現状のホイールローダを 20,000 時間使用したと るために作業時のエンジン回転数は 1,800 回転ときの運転経費の一例を図１に示す。保有経費の他 し、作業待ちの時は自動でエンジンの回転数を下に修理費と燃料費および油脂・消耗品費が大きな げる機能を追加した。
割合を占めている。
エンジン出力を従来のトルコン機と同等としたエンジンの出力は主にタイヤを駆動する走行系、 ときの走行性能を図４に示す 2)‑3)。
シリンダを駆動する油圧系および電装品等補機類
トルコン機と比較して伝達効率が高く、モータの動力として使用される。走行系に採用されてい の出力範囲が広いことから変速機を使わずに必要るトルクコンバータはエンジンの回転数とトルク な駆動力と走行速度を得る事が出来る。この車輌
を流体力により伝達し、回転速度比で 0 からおよ では、作業現場の状況に合わせて最高速度を制限
そ 1 まで、トルク比で３程度まで変換することが するために速度段を設定して車速を抑えているができる優れた機能を持っておりホイールローダに 最大駆動力は全ての速度段で発揮できる。
は古くから使用されている。しかし、伝達効率がしたがって、オペレータは作業現場に適した速低い欠点がある。図２に従来のトルコン機で Ｖ 度段を運転開始時に一度設定するだけで、その後字掘削作業を行った時のエンジン出力にたいする は変速操作することなく安全な速度で作業を続け‑ 75 ‑

ることができる。
油圧系には可変容量ポンプを採用し、運転席のコントロールバルブからの信号で必要に応じて油圧ポンプの吐出量を制御する構造とした。この構造により作業時、オペレータは運転席のコントロールレバーを操作するだけで、いつでも作業機を最大速度で動かすことが可能となり、作業量を増やす事が出来た。
可変容量ポンプを採用したことで、油圧によるエネルギ損失を低減し、作動油温度の上昇を抑え
作動油と油圧機器寿命を延長する事が出来た。
さらに、グリース給脂が不要なメンテナンスフ
リーピンを採用し、グリースによる環境汚染の低減およびメンテナンス間隔の延長を図った。
モータ

終減速機

タイヤ

終減速機

タイヤ

デフ
エンジン

発電機

インバータ

モータ

ピストン
ポンプ

バルブ

シリンダ

図３

電動機の動力伝達系統

電動機 1速電動機 2速電動機 3速電動機 4速ﾄﾙｺﾝ 1速
ﾄﾙｺﾝ 2速
ﾄﾙｺﾝ 3速
ﾄﾙｺﾝ 4速

駆動力 (×1000kgf)

70
60
50
40
30
20
10
0
0

10

表１

20
走行速度 （km/h)
図４ 走行性能3040

時間当たり燃量消費量
燃費
機種
測定期間
（L/hr)
57.0 ﾕｰｻﾞⅠ '97/12〜'02/2
11m3電動機3
70.1
ﾕｰｻﾞⅠ '93/1〜'94/12
11m ﾄﾙｺﾝＡ
364.8 ﾕｰｻﾞⅠ '93/1〜'94/12
11m ﾄﾙｺﾝB
368.0 ﾕｰｻﾞⅠ '98/1〜12
11m ﾄﾙｺﾝC364.1 ﾕｰｻﾞⅡ '96/1〜12
11m ﾄﾙｺﾝD
365.0 ﾕｰｻﾞⅡ '96/1〜12
11m ﾄﾙｺﾝE
３．２ 電動機の評価
電動機は 1997 年から稼働を開始し稼働時間は20,000 時間を超えている。表１にバケット容量 11ｍ ３ 級ホイールローダの時間当たり燃料消費量を比較した。時間当たり燃料消費量は従来のトルコン機と比較すると約 15％減少している 2)‑3)。

しかしながら、負の評価として次の項目が残った。
１）ペダル操作による車輌の動き出しがトルコ
ン機と比較すると 0.5 秒ほど遅れる。
２）加速は良いが車速をアクセルペダルでコン
トロールする事が難しい。
これらの問題点は、トルコン機ではエンジンの出力により駆動力が決定されるが、電動機ではエンジンの出力に関わりなく、モータの出力が設定されるため車両の負荷変動に対してエンジン出力の応答が遅れることに起因している。
４．ハイブリッド式大型ホイールローダ
そこで、キャパシタを搭載しエンジン出力の応
答遅れを補うことで電動機の欠点を改善し、エネ
ルギを再利用することでさらなる省エネを図った
大型ホイールローダを開発することとなり、バケット容量 13ｍ３の大型ハイブリッドホイールロー
ダ（以下ハイブリッド機と呼称）を開発し、2008
年に発売した。
ハイブリッド機の外観を写真１に、ハイブリッ
ドシステム構成を図５に、主な仕様を表２に示す。
ハイブリッドシステムは既に実績のある電動機の電機駆動システムにキャパシタを追加し、車輌が減速するときに、モータで発生した電気エネル
ギを回収出来るようにした。回収されたエネルギ
は、発進および加速の動力として再利用する。
４．１ エネルギの回収
ホイールローダは主に車両の前後進を繰り返して作業を行う。作業時の前後進の切り替えは前後進レバーを操作して行われており、フートブレー
キは使用されていないことが多い。そこで、前後進切換時の減速度はアクセルペダルの踏み込み量に比例して増減するようする制御してトルコン機の操作感覚に近づけた。
また、フートブレーキ操作時の、減速時のエネ
ルギを効率よく回収するために、ブレーキペダルの踏み込み角が少ない範囲では電気ブレーキが作動し、踏み込み角が増え、電気ブレーキの制動力が不足する範囲では電気ブレーキと油圧ブレーキが同時に働く構造とした。ペダル操作角と回生制
動力および油圧制動力の関係を図６に示す。
一方、降坂時は電気ブレーキをリターダブレー
キとして利用することとした。しかし、この車両の電気ブレーキは制動能力に限界があり、高速域
では制動力が不足する欠点がある。
そこで、電気ブレーキの制動力が不足するときは自動で油圧ブレーキが働く構造とした。システ
ム構成を図７に、車速制動力特性を図８に示す。
この結果、油圧ブレーキの使用頻度が減りブレーキパッドの摩耗を軽減することができた。

‑ 76 ‑

アクセルＯＦＦ時の制動力（実測値）

40.0
35.0

制動力（ｔｏｎ）

30.0
電気回生制動25.0

1速電気＋油圧20.0

2速電気＋油圧

15.0
10.0

3速電気＋油圧

5.0

4速電気＋油圧

0.0
0.0

5.0

10.0

図８

オートブレーキの作動

写真１ハイブリッド機の外観

図５

ハイブリッドシステム構成

表２ ハイブリッド機の主な仕様
車両
型式
L130
バケット容量13m3
常用荷重23,400kg
車両総重量110,000kg
エンジン
メーカ
Cummins
型式
QST30
出力
735kW
発電機
メーカ
Hitachi
型式
YEFC10UP‑RD
出力625kVA
走行モータ メーカ
Hitachi
型式
YEFFZO KK
出力
110kW
個数
4
６００Ｌ１−７０Ｃ−ＤＬ
キャパシタ 型式
定格電圧
800Ｖ
最大電圧
8７５Ｖ
最大電流
１００Ａ
静電容量
8.2F

制動力（kN)

450
400

回生制動力

350

油圧制動力

300

制動力（ｋＮ）

250
200
150
100
50
0
0

5

10
15
ペダル操作角（°）

図６

20

25

ペダル操作角と制動力

・アクセル戻し時の速度差に対し制動力を増やす
アクセル
ペダル

シーケンサ

速度段

電磁比例弁

ブレーキ
バルブ

車速

図７

オートブレーキシステム構成

ブレーキ

15.0
20.0
速度差（ｋｍ/ｈ）

25.0

30.0

４．２ キャパシタの仕様
ここでホイールローダに必要なエネルギを検討してみると、走行系と油圧系を同時に最大出力で操作する場合、エンジン定格出力の 150％程度の出力が必要となる。トルコン式の場合はエンジン出力に合わせて機械的に負荷が分担されているが、電動機の場合は負荷の分担はコントローラにより制御され、エンジンおよびキャパシタからのエネ
ルギが大きいほど走行系および油圧系に大きな負荷を与えることが可能となり、時間当たりの作業
量を増やすことができる。
ホイールローダの標準的な作業では、前進で掘削後、荷を積んで後進した後、後進から前進に切り換えて前進、荷を放出する。減速時の電気エネ
ルギを回収する機会は後進から前進に変換する時であり、最低１回の減速・停止のエネルギを回収出来るキャパシタの容量が必要である。キャパシタの仕様を表２に示す。
本車輌では、さらに燃費を低減するため荷役用油圧ポンプに加えて、ステアリング用にも可変容量ポンプを採用しハンドル操作角に応じた吐出量となるように制御するなど、油圧系の省エネを同時に実施している。
５．実証試験
キャパシタの効果を実証するために、実機による各種試験により、電動機およびトルコン機との比較試験を行った。ここでは、キャパシタによる操作性の改善効果、作業量および燃料消費量について報告する。
５．１ 操作性改善効果
実証試験では、まず当社試験オペレータによる官能評価を実施し、電動機で問題となった２項目について改善効果を確認し、良好な評価が得られた。
図９にアクセルペダルを瞬時に踏み込んだときのキャパシタの有無による発進・加速性を比較す
る４)。
アクセル操作に対する車両の追従性能は電動機‑ 77 ‑

が 0.8 秒後に動き出しているのにたいしてハイブリッド機は約０．
２秒となり 0.6 秒改善している。
キャパシタの有無では 0.3 秒の差があった。
また、キャパシタにより加速性が改善されていることがわかる。
５．２ エネルギ回生
車輌の前後進を繰り返して行い、キャパシタの有無による充放電の状態および燃費の差を検証した。
図１０において下方が減速時の回生電流を、上方が発進および加速の放電を示している４)。減速
時に電気エネルギがキャパシタに充電され、発進時および加速時に放電されていることが確認される。
前後進走行時の時間当たりの燃料消費量はキャパシタの有無で 13％の差が見られた。

法、作業量は設備に装備されている計量器から読みとった。燃料１㍑当たりの作業量を比較するとトルコン機と比較すると図１１の通り 32％作業量が増加している。
本機は現在、稼働時間は 4,000 時間を越え、操作性、作業性、燃費、メンテナンスコストでも高い評価を得ている。
これらの結果と 20.000 時間余稼働している電動機の修理費および油脂・消耗品費の実績をもちいて、ハイブリッド機を導入し 20,000 時間使用した
ときの運転経費を推定すると図１２となり、ユ―
ザにも大きな利益となる事が想定できる。

修理費

ﾄﾙｺﾝ車

燃料費

油脂・
消耗品費

保有経費

運転者賃金

L130
ハイブリッド機キャパシタ有金額

ハイブリッド機キャパシタ無

図１２

電動機

図９

キャパシタの有無による発進・加速性評価
加速時のアシスト電流

減速時の回生電流

図１０（ｔｏｎ／Ｌ）
15.1
16
14
12
10
8
6
4
2
0
ﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ機(13m3)

図１１

20,000 時間稼働時の運転経費

６．おわりに今回のハイブリッド機はキャパシタを採用する
ことで、車輌の負荷変動に対してエンジンパワーが追従出来ない不足分を補い、燃費低減と作業量の増加および作業性を改善できることが確認できた。
自家用車ではバッテリを搭載した電動自動車が一般化されてきているが大型ホイールローダでは、搭載に必要なバッテリの容積と価格が膨大なこと
から現状、製品化は困難である。
今後、キャパシタ、バッテリなどの蓄電技術の進歩により、さらに多くのエネルギの蓄積および回収が可能となり、エンジンの小型化、油圧系の電動化、バッテリによる車両の電動化と、省エネが進むことを確信して本文を終わる。

加速性改善

キャパシタの充放電

燃料１㍑当たり作業量
12.8

電動機
(11m3)

11.4

12.1

トルコン
（11m3）

トルコン（18m3）

燃料１㍑当たり作業量（ロード＆キャリ工法時）

社内試験終了後、ユーザに納車して、実機評価
および実作業時のデータを計測した。試験方法は
ロード＆キャリ工法で行い、燃料消費量は満タン

参 考 文 献1） 落合正巳・園田光夫：建設機械のハイブリッ
ド化とハイブリッドショベル、社団法人 日本建設機械化協会 建設の施工企画 09.1
2） 伊藤徳孝他：大型ハイブリッドホイールロー
ダの開発、社団法人 日本機械学会 第１７回交通・物流部門大会講演論文集 No.08‑68
3） 伊藤徳孝：大型ハイブリッドホイールローダの開発、社団法人 日本建設機械化協会 建設の施工企画 No.719
4） 伊藤徳孝：ハイブリッド式大型ホイールロー
ダ、社団法人日本フルードパワーシステム学
会 Vol.41 No.4

‑ 78 ‑

１８．超高層建設における大型タワークレーンの特殊装置について
超高層建設への揚重技術のアプローチと展望㈱大林組 機械部 主任
課長

１．はじめに
東京スカイツリー 建設に代表される超高層建設物は未知の高さでの施工となり、仮設計画、揚重技術に於いても様々な問題が発生する。600m 超に設置される仮設設備，タワークレーン（以下、TC）などは現行の設計基準及びクレーン構造規格（以下ク規格）を満たすだけで安全が確保されたとは言い難い。超高層建設における耐震・耐風に関する問題も統括して解決する必要がある。
本事例では，超高層建設における TC 設置に関してのアプローチと要素技術の今後の展開について述べる。また、当社技術の吊荷方向制御装置「ジャピタス」の要素技術を基に，現在の技術で新たに開発した「スカイジャスター」について紹介する。

○ 矢田 和也
椎名 肖一

機構を開発した。ブームの角度（作業半径）によって，必要な張力を変えるため，トルクモータへの電流値を制御する方式を採用した。これにより，ブーム伏時は低張力で，起こし時は高張力で管理するこが可能になった。この，あおり防止機構によって，超高層特有の作業時の風に対して TC の安全性を確保できる。図‑1 および写真‑1 にあおり防止機構を示す。

２．技術概要2.1 耐風対策
TC の耐風安全性は，風洞実験による風力係数（ク規格を下回る部位はク規格を採用）と，数値解析的手法による超高層構造物の影響係数を加味した，ク規格の風荷重算定法に従って確認することとした。これら結果を用いて，TC に作用する風荷重が解明されると同時に，多くの問題が見えてきた。
(1)作業時対策 〜あおり防止装置〜作業時にクレーンが荷を吊らない状態で突風を受けるとジブがあおられることが判明した。この現象が発生すると，大型フックが大きく揺られ，周辺資材，鉄骨，作業員への接触，そしてブームが折損，倒壊に至る重大災害へと直結する。地上
500m での突風と構造物自体の影響による風速割増を加味するとブームを破損させる恐れのある突風の発生が予想される。また，地上高さが高くな
るにつれその出現頻度が上がるため，作業時における安全対策を確保することが必須条件となった。
作業時のブームのあおりが発生する難題に対し，ブームを常時ワイヤーで引張りあおりを防止する‑ 79 ‑

突風
ジブが浮き上がる

ワイヤー張力で浮上り防止

ジブ角度によって張力調整

図‑1 ジブのあおり（浮上り）防止機構

写真‑１ あおり防止装置

(2)暴風時対策 〜旋回アシスト〜
一般に TC の台風対策はジブを伏せて旋回ブレーキを解放し，暴風が吹いた時に風見鶏のようにジブが風下に向くように待機する（図‑2）。クレーンが旋回するのはジブを伏せることで横風によるクレーン本体の回転モーメントが大きく生じることに起因する。

干渉

暴風

横風による
モーメント
暴風時ジブに横風

図‑３

暴風時の問題点と塔体平面図

が作用

これらの状況を鑑みて，3 台のジブが旋回しても接触せず，ジブを起こした状態でも風下を向く機
メントが発生。旋回ブレーキを解放するため、構が必要となる。これを解決すべく「旋回アシス
ジブが風下へ向くト」を開発した。暴風が予想される際の待機姿勢
時に，運転室上部に設置した風向風速計によって
図‑２ 一般的なクレーンの暴風時待機姿勢
風向きを検知し，一定の風速以上になるとクレー
一方，スカイツリーの TC の配置は塔体形状の狭 ンが旋回モータによって旋回するシステムである。
ジブの起伏角度に問わずクレーンが旋回可能となさから図‑3 に示すように 3 台のクレーンが密集しる。台風対策に左右されない，一般の高層建築，た配置となる。台風通過時にジブを伏せて待機し狭小現場，近接工事以上の揚重機配置計画の自由てしまうとお互いのクレーンが衝突しジブの折損が生じてしまう。3 台のジブが衝突しないように， 度を実現し，ジブ損傷の発生確率を大幅に低減できる。図‑4 にその概要を示す。
ジブを起こすと本体の回転モーメントが小さくな
り、ジブが風下に向かなくなるだけでなく、ジブがあおられて損傷してしまう危険が加わる。台風
設定風速でクレーンが自動旋回、の年間平均上陸個数は 2〜3 個，接近個数は 10 個
ジブが風下へ向く程度と言われている。スカイツリー建設中に TCは 2 年近く設置されるため，数回の台風直撃は避けられない状況にある。
横風がジブに作用し、本体を旋回させるモー■スカイツリー暴風時の問題点
ジブが横風を受けて旋回するようにブームを伏せる↓

干渉しないようジブを起こす

TC が接近した配置のためジブが干渉↓（塔体形状が狭く TC が密集）

旋回ﾓｰﾒﾝﾄ小のため↓横風による旋回不可

ジブを起こす↓↓風向風速検出

本体が旋回するためのモーメントが得られない電動制御にて旋回ｱｼｽﾄ↓↓

ジブが横風を受けて折損する

旋回可能

図‑４ 暴風時の改善点：「旋回アシスト」‑ 80 ‑

2.2 耐震対策(1)検討方針
一般的な仮設計画の際に使用される地震時の水平力は 0.2G である。ク規格においても地震時には同値の規定が定められている。風荷重と同様にク
規格の施行時には 600m 級の人口構造物の上にクレーンが設置されることは想定されていない。応答解析によるクレーン耐震設計指針が検討され始めたが、概案が公表された程度にすぎない。
東京スカイツリーの場合，本体鉄骨との連成挙動を含めた詳細な地震時挙動を把握するため、地震応答解析に基づいた検討を行った。
(2)解析結果
応答解析の結果，各施工段階における塔体の高さとクレーンの自立高さが敏感に反応することから，クレーンの STEP 図作成段階で塔体高さとクレーン自立高さの考慮がなされたが，ジブ端部(運転室レベル)の最大加速度応答値，マスト基部あるいはステー位置での最大層せん断力係数は比較的大きく，ク規格の静的 0.2G と比較して過大な値である。
クレーンの自立高さの増減を行ってもマストの強度が不足することが判明した。この強度を満足するため，強化マスト「M2000H」を開発した。
これら，塔体高さとクレーン自立高さの調整，強化マストの採用によって 600m 級の構造物上での耐震安全性を実現している。
2.3 スカイジャスター〜吊荷方向制御装置の開発〜(1)開発経緯
近年，建築物の超高層化や鉄骨重量の増加に伴い，大型タワークレーンの採用が増加している。
当社では超高層建築物建設における高所への吊荷揚重作業において，風に備えて作業の安全性・生産性を向上させる技術として，吊荷方向制御装
置「スカイジャスター」を開発した。
スカイジャスター（以下、SJ）は，高速回転するフライホイルをジンバルモータにより左右に傾転させることにより発生するジャイロモーメ
ントを利用して空中で吊荷を自在に水平旋回させることができる装置である。
（写真‐2）
また SJ は従来同系機種のジャピタスに代わる高性能吊荷方向制御装置として位置づけられ，能力は従来機の 5 倍にあたる最大吊荷慣性モーメン
ト 1225kN・m2 を発揮する。
SJ では設計段階から回転運動エネルギーも考慮
し，風速 10m/s の条件下で吊荷を１回転静止させるためのエネルギーを発する性能を有している。
能動的に吊荷を回転した際，SJ の持つエネルギーは 640Nm であり、ジャピタスの 130Nm に比較し 5倍近くのエネルギー増である。

回転制御能力：1225kN・m2（WL2/12）

写真‑２ ＳＪ外観
スカイジャスターの特徴
・大きな慣性モーメント 1225kN・m2 に対応※吊荷の慣性モーメントについてＷ

I=1/3W(a2+b2)
簡易式

kg・m2

I=1/12ﾗWL2EX．
I =1/12ﾗ28ﾗ9.8×7.32 = 1218kN・m2
274.4kN、長さ 7.3ｍの吊荷を姿勢制御可能

・能動的な吊荷回転
吊荷に回転を与え，所定の向きにする
・風による荷の回転制御
人力で押さえきらない回転を停止させる
・吊荷姿勢の保持吊荷に対し外力が作用し続ける環境下でも吊荷回転が生じない
・外力に対しフリーの状態とする
吊荷が外力に応じ回転可能
・バテッリー消費量を抑えた設計
一番電力を必要とする起動時は商用電源による起動が可能
ユニット化により，バッテリー交換が可能。昼‑ 81 ‑

夜勤の現場にも対応可能(2)現場使用状況
SJ を用いた鉄骨建方状況を写真‑3，4 に示す。柱の建方ではトラス構造のブレースが下層より立上るため，柱を回転しながら納める必要があり SJ の能動的回転の応答性の良さ，位置決め精度の高さから弋工，TC オペ共に高い評価を得た。揚重中に回転した ALC 付ユニットも容易に所定の位置へ吊荷を回転できるので，柱建方同様に介錯ロープや作業員が吊荷を直接掴んで，荷を回転することが無い。このため風の影響による作業効率低下，安全性の改善を見込め，鉄骨工事の安定化への貢献が期待できる。

３．おわりにクレーン・重機事故が頻発し，報道へと直結す
る昨今，超高層建設物の施工に際し，超高層特有の問題が多く提起された。耐震，耐風に関し，これら難題の解明と解決策を講じてきた。その過程
でタワークレーンに関して今後水平展開が必要な
多くの技術が開発された。
『旋回アシスト』は台風時のブーム折損事故を低減し，狭小現場，近接工
事での台風対策を容易にする。『スカイジャスター』はこれまでのジャピタスのイメージを一新し，吊荷方向制御装置の常識を覆し，揚重作業の工期安定化と安全性向上へと貢献するだろう。
弊社では東京スカイツリーにおいては，未だ施工半ばで未知の高さでの施工中であるため，これら技術の成果を慎重に見極め，更に改善して行く必要がある。
最後に，今後これらの技術が数多くの現場で成果を収め，生産性，安全性の向上に役立てば幸いである。

写真‑３ 柱建方状況

写真‑４ ＡＬＣ付ユニットの建方‑ 82 ‑

１９．ダンプシート掛け作業の安全対策
シート掛け用足場の設置･運用による墜落防止対策

大崎建設株式会社

１．はじめに
今回，千葉北西部で大規模造成工事を施工するに当たり，ダンプ土砂運搬(運搬距離約 1.5km)は，
一部公道を走行する為，荷台をシート養生する必要が生じた。普段，シート掛け作業は，運転手自ら行うことが多いが，10t ダンプ荷台上の作業は2m 以上の高さで高所作業となる為，墜落の恐れがあり，法律上安全帯の使用が必要である。しかしながら荷台上に安全帯を掛ける設備はなく，実際に荷台からの墜落災害も報告されており，墜落災
害を防止する為に，対策を講ずることとした。
実施したのは、，荷台上での作業時に安全帯を掛けることのできる設備を設け，運転手は運転席に座ったままで、専属に高所作業に慣れた作業員を配置し，シート掛けする形とした。

○ 長田 有史

足場は、1 段目の巾木高さとダンプ荷台あおり高(実車計測 10 台平均 h=2.05m)がほぼ同じになり，ダンプが横付けした際にスムーズに渡れる高さとなる。
次に，人力で上げ下げする遮断バーをダンプ停
止位置の前方に設置。形状はＥＴＣバーの様な物
で，支点部分は単管で組み立て，バーになる部分
は竹を用いて，クランプで固定。重さでバーが閉まる構造にして，触れていない時は，閉じている状態にする。バーの開閉は，足場上から作業員がロープを使用して開閉操作できる構造とした。
(図‑2 参照)

２．足場の設置
足場の設置には，組立が容易に行うことができるビティ足場を選定し，3 スパンで 2 段という形で設置した。
足場板を設置するのは 1 段目のみとし，2 段目は手摺兼安全帯掛けの単管取付用とした。
その足場から単管をつなぎ，横に張り出す形で安全帯を掛ける設備を設けた。(図‑1 参照)

遮断バー

操作用ロープ

10tDT

10tDT

図‑2 足場平面図

図‑1 足場横断面図‑ 83 ‑

３．シート掛け作業
まず，足場横に進入する手前でダンプの左側可動あおりを開け，その後足場の横に配置する。ダンプは遮断バーの位置まで前進し停車する。
次に，足場上にいる作業員がダンプ荷台に乗り移り，途中 2 回安全帯を掛け替えながら，ダンプ
荷台にシートを掛ける。(写真‑1 参照)
シートを掛けた後，足場に戻り，遮断バーの開け操作をする。バーが開いたことをダンプ運転手が確認後，前進する。(写真‑2 参照)
以上の作業を 1 回行うごとにダンプ 1 台分のシート養生を行うことができ，所要時間は 1 分弱であった。

写真‑1 ダンプシート掛け状況
遮断バー

けるのと、めくるので計 2 回行うので，シート掛け足場なしの場合
420 分(7h)÷23 分(現場往復時間)＝18 回
シート掛け足場・専任作業員ありの場合
420 分(7h)÷21 分(現場往復時間)＝20 回となり，約 10％の出来高ＵＰをすることができる。
実績では，ダンプを 15 台/日使用して，作業員 2名で延べ 300 台のシート掛け・めくり作業を行ったが，まだ若干余裕があった。スパッツ 1 台の最大処理台数が 400 台/日程度なので，スパッツ 1 箇
所当たり足場 1 基と作業員 1 名で対応可能と考えられる。
運搬距離が短く，ダンプ 1 台当たりの運搬回数が多い場合は，費用効果が大きく見込まれるが，運搬回数が少ない場合は，費用効果は少なく，安全面での効果のみが期待される。
計算上，損得分岐点は，ダンプ 9 台/日・運搬時間
30 分/回・運搬回数 15 回(延べ 135 台以上)となる。
（ 10 ｔダ ンプ 単 価 43,500/日 ， 普通 作 業員 単価
13,300/日とした場合）
５．安全効果足場から安全帯を掛けたまま乗り移る構造としたことにより，荷台昇降時の事故を防ぐことができた。
遮断バーを設置することにより，停車位置のズ
レを少なくすることができたと共に，運転手の思い違いにより荷台に作業員を残したまま走り出すことを防止できた。
安全帯掛け用の単管は，作業時につかまることができる為，土を積んで足元の悪い状態のダンプ荷台上で，スムーズに移動できるものとなった。

写真‑2 シート掛け後、バーを開ける

４．費用効果通常の様にダンプ運転手が降車してシート掛けした場合，早くても 2 分以上掛かり，その差は 1分以上。ダンプの往復時間で検討すると，シートをめくる際にも同じ差が発生する為，1 回の往復に付き 2 分以上の差が発生する。
今回，実施した現場ではシート掛け用とめくり用と同形状の足場を 2 箇所設置して対応した。
仮に 1 分差として，運搬出来高を計算すると，掛‑ 84 ‑

２０．動的ロードセルの問題点
出力値はロードセルの大きさに比例する

東海大学・院
通信土木コンサルタント㈱東海大学工学部
1．はじめにロードセルの構造形式は種々あるが，コラムタ
イプのロードセルは，応答周波数が高いので，一般に衝撃荷重測定用として用いられている１）．その応答周波数には，ロードセルの載荷部を質点(m)，
受感部をばね(k)と仮定して求めた固有振動数の1/10 程度が一般に採用されている．これは，振動論に基づいた解析から，固有振動数の 1/10 の振動数で共振の影響を受け誤差が+1％生じる２）と考えられているからである(この考察に問題があることは既に報告した３))．なお，土木学会で進めている，衝撃試験の標準化のための研究のなかでもコラムタイプのロードセルが利用されている４）．
しかし，梅田の調査５）によると，センサメーカを含め多くの利用者がロードセルの計測値に疑義を感じ，ロードセルの動的校正法の確立を願っている．いっぽう，藤井ら６）はロードセルで動的荷重を測定するのは無理と結論づけ，衝突体の速度計測
から動的荷重を求める方法を提案している．しかし，藤井らの方法は被衝突体の剛性が大きいと問題が生じると推察する．また，藤井らは動的ロードセルの問題点については検討していない．
動的試験の速度による分類を表‑1 に示す７）．載
荷速度 0.5m/s は低速度試験に分類されている．速度 0.5m/s は，重錘が 1.28cm から落下したときの速度である．この程度の高さから重錘が落下したときの動的荷重も，ロードセルの寸法に計測値が影響を受ける．しかし，低速度試験の場合，大多数の利用者はその問題点に気が付かないで，ロードセルを利用してきたと想像する．
本研究は，ロードセル(コラムタイプ)の寸法や設置台の動的剛性を変化させて，重錘をロードセ
ル上に落下させる実験を行った．その結果，ロードセルの出力値は，ロードセルの寸法や設置台の動的剛性に大きく影響を受けることを明らかにした．次に，この原因は，重錘，ロードセル及び設置台に生じる応力波の多重反射の影響であることを，インピーダンス法を採用した数値計算で明らかにした．さらに，多重反射の影響を小さくする

廣川 匠
木村 修一
近藤 博

ために，ロードセルの載荷部にゴム製緩衝材を設置して同様な実験を行った．その結果，ロードセ
ルの出力値は，ロードセルの寸法や設置台の剛性の影響を受けない出力値になることを明らかにした．ただし，このときの出力値は，緩衝材を設置しないときと比べると非常に小さくなる．すなわ
ち，動的載荷試験でのロードセルでの測定値は，設計等に直接利用できないことを明らかにした．
表‑1 載荷試験の速度による分類
載荷実験
区分

静的〜
準静的

動的（急速）
低速度

中速度

高速度

載荷

0.1m/s0.1〜

0.5〜

1.0m/s速度

以下

0.5m/s

1.0m/s

以上

区分

衝撃実験
低速度

中速度

高速度

超高速度

載荷

10m/s

10〜

50〜

数 100m/s

速度

以下

50m/s

100m/s以上

２．動的力とその測定法
物体が衝突する様子を図‑1(a)に示した．このときに物体間に生じる力が動的力 Ft である．この力を測定するのに図‑1(b)に示した方法が一般的に採用されている．すなわち，重錘にロードセルを設置し動的力 FL を測る方法や，重錘に加速度計を設置し，衝突時の加速度を測定し動的力 Fa (＝ma)
を求める方法である．しかし，測定した FL が Ftと一致するかどうかは議論されていない．また Faについても同様である．重錘にロードセルを設置する方法は，土木学会で進めている衝撃試験の標準化のための研究でも利用されている．その研究では，ロードセルの先端部の曲率を変化させて実験し，曲率が小さくなる(被衝突体との接触面積が大きくなる)と，動的力が大きくなったと述べているが，この原因については明らかにされていない．
本研究では，図‑1(c)に示すように，図‑1(b)に示した方法とは異なり，被衝突体にロードセルを‑ 85 ‑

加速度計 Fa

V0

m

V0

衝突体

m

ma
V0

衝突体

m

衝突体

ロードセル FL先端部

動的力 Ft

ロードセル FL

被衝突体

被衝突体

被衝突体

(a)動的力(b)一般的な動的力測定(b)本研究で採用した方法

図‑1 動的力とその測定法

LC1(a)設置台 S

LC4(b)設置台 L

図‑2 供試ロードセルの形状

図‑3 実験装置の概要

設置する方法で動的力を測定した(図(b)と図(c)でのロードセルの測定値は同一になる)．

3.3 実験方法
実験は，図‑3に示したように，直径50mm，長さ200mmの打撃棒を落下高さ50mmから自由落下させて，ロードセルに載荷した．このときの載荷速
度は約1m/sになる．なお，ロードセルに生じる荷重は載荷速度に比例する．

３．実験装置と方法
3.1供試ロードセル
図‑2 に，ひずみゲージ接着前の供試ロードセルの写真を示した．ロードセルの載荷部と設置部の直径は 25mm，厚さは 5mm である．また，受感部の長さは 45mm で，受感部の断面積は，ロードセルの寸法の影響を調べるために，載荷部と設置部の断面積の 1/5 と 4/5 になっている．そこで，これらのロードセルを，LC1,LC4 と呼ぶことにする．
ロードセルの校正値は静的載荷により決定した．
3.2 設置台
図‑3に実験装置の概要を示した．図から明らかなように，ロードセルの設置台は，直径50mmで長さ1400mmの鋼棒と，直径250mmで厚さ150mmの鋼製台座の2種を採用した．これらの設置台を，それぞれ，設置台S，設置台Lと呼ぶことにする．設置
台Sおよび設置台Lの断面積はロードセル設置部の断面積のそれぞれ4倍，100倍になる．

４．実験結果と検討
4.1 緩衝材を設置しない場合
図‑4に，緩衝材を設置しないで実験したときの，測定荷重を示した．両設置台とも，ロードセルの受感部断面積が大きいLC4の荷重値が，LC1の値より大きくなった．また，大きくなる割合は設置台Lのほうが大きい．さらに，設置台Lでの荷重が設置
台Sでの荷重より大きくなっていることもわかる．
これから，ロードセルの出力値は，ロードセルの寸法や設置場所の動的剛性の影響を受けることが推察される．
図‑5は，図‑4と同条件での，波動伝播モデルを利用した計算荷重を示したものである．計算荷重は荷重測定システム(打撃棒，ロードセル，設置台の3者からなる)内の応力波の多重反射の重ね合わ‑ 86 ‑

80

80

設置台S
LC1
LC4

60

荷重(kN)

荷重(kN)

60

40

40

20

20

0

0
0

100

200

300

400

設置台L
LC1
LC4

500

0

100

時間(μs)

200

300

400

500

時間(μs)(a)設置台 S(b)設置台L

図‑4 緩衝材を設置しないときの測定荷重

80

80

設置台S
LC1
LC4

60

荷重(kN)

荷重(kN)

60

設置台L
LC1
LC4

40

20

40

20

0

0

0

100

200

300

400

500

0

100

時間(μs)

200

300

400

500

時間(μs)(b)設置台L

図‑5 緩衝材を設置しないときの計算荷重

15

15
設置台S
緩衝材2㎜
LC1
LC4

10
荷重(kN)

荷重(kN)

10

設置台L
緩衝材2㎜
LC1
LC4

5

0

5

0
0

500

1000

1500

0

時間(μs)

500

1000

時間(μs)(a)設置台 S(b)設置台図‑6 緩衝材 2mm を設置したときの測定荷重‑ 87 ‑

L

1500

4
緩衝材4㎜
設置台S
ロードセル:LC1
設置台L
ロードセル:LC4

3
Load(kN)

せで求めたものである．
図‑4と比較すると，立ち上がりが早くなるとともに，最大荷重も少し大きくなった．これは，理想条件での計算のため，計測装置や衝突体と被衝
突体の接触状況の影響を受けないからである．すなわち，差異が少々あるものの図‑4に示した測定
荷重をよくシミュレートしていることがわかる．
以上の検討から，ロードセルの出力値は，ロードセルの寸法や，ほとんど関心が払われていない，
ロードセルの設置場所の動的剛性に比例することがわかる．数値計算によると，打撃棒が大きくなるにつれ，同一ロードセルでの，設置台Sと設置台
Lの出力値の差は増大する．
よって，荷重計測システム内に波動が生じる条
図‑7
件では，ロードセルによる測定荷重の利用方法に問題が生じることがわかる．

2

1

0
0

1000

2000
3000
Time(μs)

4000

緩衝材 4mm を設置したときの設置台 S での LC１と設置台 L での LC4 の測定荷重なった．
4.2 緩衝材を設置した場合
図‑6は，ロードセルの載荷部に厚さ2mmの緩衝 （1）動的ロードセルの校正法は静的校正で良いことを明らかにした．
材を設置して実験したときの，測定荷重である．
（2）ロードセルの測定値は，ロードセル寸法に比
両設置台の実験波形は，ロードセル寸法の影響を例するとともに設置場所の動的剛性にも比例受けずほぼ一致した．しかし，動的剛性の大きい
する．
設置台Lでの測定荷重は，設置台Sでの測定荷重よ（3）よって，ロードセルは特殊な条件以外では動り大きくなっていることがわかる．これは，波動的荷重の計測には利用できないことが明らか
伝播の影響を緩衝材厚さ2mmでは排除することがになった．特殊な条件とは，ロードセル内部
できず，設置台の剛性が出力値に影響したためでの波動伝播の影響を無視できる条件のことである．
ある．
図‑7は，ロードセルの載荷部に厚さ4mmの緩衝（4）インピーダンス法での計算値は，測定値とほ材を設置して実験したときの測定荷重である．灰
ぼ一致した．よって，インピーダンス法はロ
色線は，緩衝材無しの実験では荷重が最も小さくードセルの動的問題を検討するのに有効な手
なる，ロードセルLC1で設置台Sで測定荷重で，黒段となる．
線は，緩衝材無しの実験では荷重が最も大きくなる，ロードセルLC4で設置台Lでの測定荷重である．
参考文献
図から，両測定荷重がほぼ一致していることがわ
1)土木学会構造工学委員会：衝撃実験・解析の基かる．厚さ2mmの緩衝材では，両設置台での測定
礎と応用，pp.17〜18，2004.
荷重に差異があったが，厚さ4mの緩衝材では差が
2)東藤・関根・田中・牧志：小型ロードセルにつ消滅したことになる．すなわち，今回の実験条件
いて，共和技報，397，1991.
では，厚さ4mmのゴム製緩衝材を設置したときの3)近藤・木村・本間：ロードセルの動的応答特性，
衝突箇所のインピーダンス以下でロードセルを使
計測自動制御学会論文集，Vol.41，No.10，pp.783
用するならば，境界条件等の影響を受けずほぼ同〜786，2005．
じ荷重値を測定できることになる．しかし，この
4)土木学会構造工学委員会：衝撃実験・解析の基
ときの荷重値は，緩衝材を設置しないときの荷重
礎と応用，pp.53〜71，2004.
値に比較して非常に小さくなる．
5) 梅 田 ： 動 的 力 計 測 の 現 状 と 問 題 点 , 計 測 と 制
4.1と4.2の検討から，ロードセルは，特別な条
御,Vol.27,No.6,pp.537‑542,1988.
件以外では動的荷重の計測に利用できないことが
6)磯部・藤井・斎藤：エアスライド型衝突試験機
わかる．
による動的荷重計測値の実験的および解析的評
価，機械学会論文集(A編)，67巻，657号，pp.799
５.まとめ〜806，2001．
ロードセルの寸法等を変化させての基礎実験を
7)土木学会構造工学委員会：衝撃実験・解析の基行うとともに，インピーダンス法を採用した波動
礎と応用，p.5，2004.
伝播モデルにより検証し，以下のことが明らかに‑ 88 ‑

２１．敷鉄板の敷設方法と地盤支持力に関する実験的解析
敷鉄板の敷設効果(独)労働安全衛生総合研究所(独)労働安全衛生総合研究所

１．はじめに基礎工事用建設機械（以下，くい打機という）の転倒災害は，建設現場内で作業している労働者
のみならず，その周辺にも被害が及ぶことがあり，社会的影響力の大きな労働災害の一つである。過去に発生した転倒災害を調査すると，くい打機が現場内を移動中，履帯が敷鉄板の端部に位置した際に転倒した事例や，敷鉄板の敷設が不十分だったことが原因で転倒に至った事例が見られた。写真‑1 に転倒災害の一例を示す。履帯直下には大きな沈下が見られ，敷鉄板の端部に履帯が位置していたことがわかる。
労働安全衛生規則第 173 条 1)では，くい打機の転倒を防止するため，履帯の沈下防止措置として敷板，敷角等の使用を義務付けている。しかし，現在の規則やマニュアル等 2),3)では敷鉄板の定量的な設置基準は述べられていない。
くい打機の安定設置に関する現行の検討方法
では，地盤上に敷鉄板を設置する場合，敷鉄板の荷重分散効果を考慮して接地圧を求めている。その際，敷鉄板の中央付近に履帯が位置した状態を想定している。しかしながら，くい打機は施工時に現場内を移動するため，敷鉄板端部に履帯が位置した際に，荷重分散効果が小さくなると考えられる。
本研究では，敷鉄板模型を作製し，敷鉄板の重ね敷きの敷設方法について分類分けし，それぞれの敷設効果について検討を行った。
２．実験の概要
2.1 敷鉄板模型の製作
敷鉄板模型は一般的に使用されている敷鉄板（1.5m×6m×25mm）の 1/25 スケール（60mm×120mm×1mm）で作製した。敷鉄板模型の長さについては，実験装置の都合上 1/50 とした。
2.2 地盤のモデル化
模型地盤は，ウレタンフォーム（ =28kg/m3）を用いて作製した。本材料を用いた理由は，模型
地盤の一様性を高めて，再現性を確保し，基礎的なデータを効率的に蓄積するためである。模型地

写真‑1

○堀
智仁
玉手
聡

転倒災害の様子

タ

写真‑2

試験の様子

盤の寸法は 360mm×360mm×100mm である。
2.3 実験装置
本研究で用いた載荷装置は，島津製作所製の精‑ 89 ‑

表‑1

敷鉄板敷設方法の分類

大分類
・

小分類

一枚敷き

d1

d2
L

・

中分類
・

0

部分重複

0

二枚敷き
・

d1

d2
L

・ 半面交互

1

d1

全体重複

d1

d2
L

d2

・ 偏心交互0d1

d2・ 完全重複

d1

図‑1

図‑2

敷鉄板重複方法

敷鉄板の敷設方法の概要

密万能載荷試験装置 AG‑100kNIS（Autograph）である。この装置は圧縮試験及び引張試験を行うことができ，高精度の定速ひずみ制御により最大負荷容量 100kN まで載荷することが可能である。
載荷荷重はくい打機のフロント荷重を模擬した
載荷ロッドを介して線荷重を与えた。写真‑2 に載荷試験の様子を示す。
３．実験条件
3.1 敷鉄板敷設方法の分類
敷鉄板を重ねて敷設した場合，荷重が作用する
有効面積が大きくなり，地盤が作用する圧力が小
さくなることが期待される。敷鉄板を敷設する際

0, d 2L図‑3

重複度の増大に伴う敷設の変化

図‑4

偏心度の増大に伴う敷設の変化には，種々の条件が考えられる。そこで，本研究では，敷鉄板を 2 次元的にモデル化し，敷鉄板の長さを L，両端における，隣接する敷鉄板との重複長さを d1 および d2 と定義した。図‑1 にその概要を示す。
表‑1 に敷鉄板敷設方法の分類を示す。大分類
として，「一枚敷き」と「二枚敷き」に分類した。
次に，中分類として二枚敷きに関して，「部分重複」と「完全重複」を定義した。部分重複は(d1+d2)/L<1 であり，全体重複は(d1+d2)/L=1 である。すなわち，部分重複は下部敷鉄板に隙間があるのに対して，全体重複は隙間がない状態である。
小分類として，全体重複に関して，d1 と d2 の値の違いにより，「半面交互」，「偏心交互」，「完全重複」と定義した。その概要を図‑2 に示す。
3.2 敷設の状態を示す指標
敷鉄板の重複設置を行うにあたり，敷設の状態を示す 2 つの指標を定義した。一つは重複度であり，もう一つは，偏心度である。
3.2.1 重複度
重複度(RL)の関係式を式(1)に示す。重複度の値‑ 90 ‑

80

載荷荷重 P (N)

敷設方法：一枚敷き

60

解析対象区間20図‑5重複敷設の荷重の載荷位置の概要
0
0.0

表‑2

0.5

図‑6

載荷位置

数
0.125

0.25

0.375

0.5

0.625

0.75

1.0

1.5

2.0

2.5

沈下量 s (mm)

敷鉄板に対する移動荷重の載荷位置

変

ed/ L

載荷位置 e d/L
0.125
0.25
0.375
0.5
0.625
0.75
0.875

40

解析対象区間0.875
10

実験名称と敷鉄板敷設条件

実験名称

重複度 RL

sl̲1

0

sl̲2

1/4

sl̲3

2/4

sl̲4

3/4

8

偏心量 RE

載荷反力係数（ K )

表‑3

0

6
4
試験
sl̲1
sl̲3
sl̲5
sl̲7
sl̲9

2

sl̲5
sl̲6

0
0.0

1/4
4/4

sl̲7

2/4

sl̲8

3/4

sl̲9

4/4

d1

d2
L

図‑7

(1)

ここで，RL の値と敷設の状態の関係は次の通
りである。
一枚敷き
RL=0
二枚敷き（部分） 0<RL<1
二枚敷き（完全） RL=1
3.2.2 偏心度
偏心度(RE)の値は，増加することにより，図‑4のように上部敷鉄板が偏心して敷設される。式(2)に偏心度の関係式を示す。
RE

d1

d2
L

0.4

d/L
一枚敷き

2/8
4/8
6/8
8/8

0.6

0.8

1.0

載荷位置 ( ed / L)が増加することにより，連続する下部敷鉄板の隙間が小さくなる。図‑3 に概念図を示す。
RL

0.2

片重複度

(2)

ここで，RE の値と敷設の状態の関係は次の通
りである。
対称
RE=0
非対称（偏心） 0<RE<1
非対称（完全） RE=1
3.3 載荷試験条件
敷鉄板模型を種々の敷設方法で設置し，載荷実験を行った．その際，敷鉄板の重複度 RL，偏心載荷反力係数と載荷位置の関係

度 RE および載荷荷重の載荷位置(ed)を変数とした。載荷試験は上部敷鉄板端部から L/8(=15mm)
ずつ偏心量 ed を増加させ，全 7 地点において行った。図‑5 に概要を示す。表‑2 に載荷位置を示す。載荷荷重はウレタンフォーム地盤の弾性範囲内である 100N まで与えた．表‑3 に実験名称と実験条件を示す。実験ケースは RL と RE を変えた全9 ケースである。なお，試験は変位制御（載荷速度 0.5mm/min）で行った。
４．実験結果4.1 解析対象区間
一枚敷きの敷鉄板に対して，載荷位置を変えて行った実験結果を図‑6 に示す。図中のデータは荷重(P)‑沈下(s)関係が直線関係を示す弾性域付
近のデータである。載荷位置の違いにかかわらず，
P=20〜30N では，荷重 P と沈下量 s に直線関係が見られる。本研究では，この載荷荷重の範囲を
解析対象区間とした。
4.2 載荷反力係数と載荷位置の関係
図‑7 に各載荷条件での載荷反力係数(K)と載荷位置(ed/L)の関係を示す。ここで，K とは支持力実験での弾性域の荷重‑沈下関係から求めた傾きである。図中に示したデータは直線関係を示した‑ 91 ‑

範囲(20N<P<30N)から求めた傾きである。同一荷重に対して発生する沈下量(s)を比較した場合，Kの増加は s を減少させる。したがって，K の値が大きいほど荷重の分散効果が高いことを意味する。
一枚敷きの実験 sl̲1 では，曲線が上に凸の形状を示す。中央載荷(ed/L=0.5)に対して K は最大値を示すが，鉄板の両端に対する載荷では K が小さい。従って，両端に近づくに従って荷重分散効果は減少することがわかる。
二枚敷きで半面交互させた sl̲5 では，K はほ
ぼ一定の値を示し，載荷位置の違いによる K の差は小さい。すなわち，半面交互では載荷位置の違いにかかわらず一定の荷重分散効果が得られている。
二枚敷きで完全重複させた sl̲9 では曲線が上に凸の形状を示し，sl̲1 と類似した結果である。
中央載荷(ed/L=0.5)に対する K の値を比較すると
sl̲1 のそれに比べて大きい。この原因として，敷鉄板を重ね敷きにすることにより鉄板の厚さが2 倍になり，曲げ剛性が増加したことが考えられる。しかしながら，両端付近では，K の増加は見られず，一枚敷きの結果とほぼ同じ値を示している。
部分重複を与えた sl̲3 では，sl̲1 に比べて曲線がフラットになっており，安定した分散効果が得られているが，sl̲5 に比べて K の値は全体的に小さい。また，全体重複で偏心交互させた sl̲7では全体的に K の値は大きくなっているものの，その変動は sl̲5 に比べて大きい。
敷鉄板上を通過する移動荷重により生じた沈下量の最大値と最小値の差を不同沈下量( s)として，単位荷重増分( P)に対する s の割合を不同沈下率(RD)と定義した。式(3)にその関係式を示す。RD が増加すると機体に生じる傾斜は大きくなり，転倒の危険が高くなることを意味する。

不同沈下率 RD

0.3

0.2

0.1

0.0
0.0

0.9
0.6

0.3

重複
度

0.9 0.0

R

L

図‑8

0.3

0.6

偏

度
心

RE

鉄板の不同沈下率( RD)に与える重複度( RL)と偏心度( RE)の関係

果しか得られないことが明らかになった。
５．まとめ
敷鉄板模型を作製し，敷鉄板の敷設方法を変えて載荷実験を行い，以下に示す知見を得た。
(1) 敷鉄板の敷設方法の分類を行った。大分類（一枚敷きと二枚敷き）・中分類（部分重複と全体重複）
・小分類（半面交互，偏心交互，完全重複）と大別した。また，敷鉄板の敷設の状態を示す指標として，重複度（RL）と偏心度（RE）の定義を行った。
(2) 敷鉄板の敷設方法の違いにより敷設効果が異なることが明らかになった．重複度が大きく，かつ偏心度が小さい条件では，最も敷設効果が大きいことがわかった．また，重ね敷きであっても，完全重複条件では一枚敷きと同等の敷設効果しか得られないことがわかった．
(3) 敷設方法の違いにより不同沈下率(RD)が異なることがわかった．したがって，くい打機
sが通過する際には不同沈下を生じ，それによRD(3)
Pって機械が傾斜する危険がある．そのため，
図‑8 に RL および RE と RD の関係を示す。RE=0
敷鉄板を適切に敷設することは非常に重要
すなわち対称に設置され，かつ偏心がない場合は，であると考えられる．
RL の増加に伴って RD は減少している。そしてRL=1.0 の半面交互条件では，RD が最小となって 謝辞：本研究は平成19年度厚生労働科学研究費補いる。すなわち，敷鉄板の隙間を小さくすること 助金の交付を受け実施したものである。関係各位に感謝申し上げます。
で，生じる沈下量が減少することを意味する。
一方，RL=1.0 では RE の増加に伴い RD も大きくなり，完全重複（RE=1.0）で，RL は最大となっている。
以上の結果から，敷鉄板の敷設方法により敷設効果が異なることが明らかになり，重複度が大きく，かつ偏心度が小さい条件では，最も敷設効果が大きいことがわかった。また，重ね敷きであっても，完全重複条件では一枚敷きと同等の敷設効

参考文献
1) 労働調査会：安衛法便覧Ⅰ，労働安全衛生規則第173
条，P.967，2007.
2) 指針改定委員会ワーキンググループ：改訂 移動式ク
レーン・基礎工事用機械の転倒防止指針，P.27，1993.
3) (社)日本建設機械化協会：移動式クレーン，杭打機等‑ 92 ‑の支持地盤養生マニュアル，PP.33‑40，1994.

２２．現場の地耐力確認を目的とした簡易試験法の実験的検討(独)労働安全衛生総合研究所 ○玉手 聡
同
上
堀 智仁

2. 平板載荷試験と現場支持力試験の比較
1. はじめに
移動式クレーンやくい打機は大型の機械であり， 表 1 は平板載荷試験と今回検討した現場支持力
これらを安定設置するためには支持地盤が十分に 試験の比較を示す．両試験で用いる載荷板の形状
堅固な状態にある必要がある．しかしながら，写 とその大きさは同じであり，ともに直径 30cm の円
真 1 に示すような転倒災害が依然として発生して 形である．しかし両試験では荷重の載荷方法と変おり，現場地盤が不安定な状態で大型建設機械が 位の計測方法が異なる．
使用されている現状をうかがい知ることができる． 平板載荷試験 1)では計画最大荷重を 5 から 8 段
このような転倒災害を防止するためには支持地 階に分割し，段階的に荷重を載荷する．載荷荷重
盤の安定を確保することが不可欠である．しかし は各段階で 30 分間の保持が標準とされ，沈下量がながら，現場地盤の支持力は目視や踏査などによ 計測される．
り経験的に判断される場合が多く，支持力を見誤
図 1 は平板載荷試験の標準的な方法を示す．載ったことによる転倒も発生している．従って，ク 荷点に対して規程で定める離隔を与えた位置に基レーン等の設置に際しては現場地盤の支持力を工 準点を設け，これに架けられた基準ばりを不同点
学的に調査して，確認する必要がある．
として載荷板の変位を計測する．この離隔は 1.0m
地盤の支持力を直接的に調査する方法には平板 以上と規定されており，変位計は対称な位置に 4載荷試験がある．しかし，この試験は実施に時間 箇所設置し，載荷板の変位を計る．そして，4 点のを要し，また方法も必ずしも簡単ではないため， 変位の平均値を載荷板の沈下量とする．荷重は先現場では敬遠されがちなようである．
に述べた通り，一定荷重を段階毎に保持させるい本研究では現場で広く用いられている掘削機械 わゆる応力制御方式である．
(ドラグ・ショベル)の自重を反力に利用した簡易な
一方，本報告で紹介する現場支持力試験は反力支持力試験の方法を検討した．本論文では現場支 とするドラグ･ショベルの浮き上がり量と載荷装持力試験の方法を述べ，次いで開発した試験装置 置(アクチュエータ)の伸張量から載荷板の沈下量を紹介する．そして，得られた試験結果に基づい を算出することを特徴とする．さらに，荷重はアて本試験の適用性を考察する．
クチュエータを一定速度で伸張させることにより地盤に与える，いわゆる変位制御方式であることも大きく異なる部分である．
支持力試験では変位速度が 5mm/min で荷重を与えた．この値は一軸圧縮試験における軸変位速度1%/min を参考に，載荷板直径のスケール比を近似的に考慮した値である．
表1

載荷板
載荷方法
反力装置
沈下量

写真 1

建設機械の転倒事故

所要時間(1 箇所)‑ 93 ‑

平板載荷試験と支持力試験の方法の比較
平板載荷試験
支持力試験(JGS 1521‑1995)
直径 30cm の円形
荷重制御
変位制御
(計画最大荷重を 5 から(5mm/min)
8 段階で載荷)
実荷重，アンカー，重機 重機
載荷装置の伸張量
基準ばりから載荷板上から重機の浮き上の沈下 4 点を計測
がりを引いた値
3 時間〜4 時間 40 分

約 20 分図1

油圧アクチュエータが架台の前方中央部に備わり，その後部には電動モーターと油圧ポンプが備わる．この油圧アクチュエータのシリンダー部には図 3 に示す 3 段ストロークする重複構造が与えられている．全長は 258mm の収縮状態から最大486mm まで伸長する．アクチュエータが収納した状態をコンパクト化きたことにより，下部走行体と地盤の間に挿入することが可能となった．
アクチュエータと載荷板の間には容量 100kN(10トン)の薄型ロードセルが備わり，載荷板に剛結されている．アクチュエータのストローク量(sc)はワ
イヤー変位計（図 2 参照）により，直接測定する．

平板載荷試験の標準的な方法

両試験における所要時間は大きく異なる．平板載荷試験では時間が載荷の段階数によって異なるが，平均で 1 点 3 時間以上を要する．これに対して支持力試験は約 20 分である．但し，この時間は載荷のみであり，準備時間を含まない．後述する
支持力試験装置は架台上にユニット化されており，
その準備時間の短縮も図られている．
3. 現場支持力試験の詳細

下部走行体と支持地盤の間に設置された現場支持力試験装置
φ189
φ120

ｵｲﾙ量4.19 Ｌ

φ189
φ120

258.5

486

電動
モータとポンプ

400

340
328

ワイヤー式変位計
DTP05‑MDS

写真 2

ｵｲﾙ量4.19 Ｌ

3.1 試験装置の概要
図 2 は現場支持力試験の装置を示す．この装置
は架台の 4 隅には車輪が取り付けられており，人力により現場内を移動することが可能である．試験に必要な載荷装置は架台にまとめて搭載されており，迅速な移動と試験が可能である．ハンドルは角度を 0 度，45 度，90 度の 3 段階に調節でき，
写真 2 のように下部走行体と支持地盤の間に試験装置を挿入できる．

111

ヒンジ

180

油圧アクチュエータ
オイルタンク
球座
車輪

図 3 油圧アクチュエータの構造（左：収縮状態 右：伸長状態）

350

ワイヤー

25

ロードセル

平板(直径300mm)
5
ﾊﾝﾏｰｷｬｽﾀｰ915MA12
1155

図2

現場用の支持力試験装置

80
0

210

ハンドル

3.2 試験方法
ドラグ･ショベルを試験位置に移動させ，載荷部の地盤表面を平坦に仕上げる．そして，試験装置
を下部走行体と地盤の間に挿入し，アクチュエー
タの上面にある球座が重機のフレーム位置と一致するように調整する．

‑ 94 ‑

上部旋回体の向きは履帯と平行になるような向きとし，傾斜が履帯に平行な向きに生じるようにする．写真 3 に示すワイヤー式変位計を機体に設置する．この変位計はマグネットホルダーを備え，重機ボディへの取り付けが容易となっている．
変位計は機体の前方と後方の 2 箇所に設置し，載荷に伴って図 4 のように生じる機体の浮き上がりを計測し，載荷板の沈下量(s)を補正して求める．
油圧アクチュエータの載荷位置における理論浮
き上がり量(slt)は前部と後部における機体の浮き上がり量 sa と sb 及び計測間隔 la と lb を用い，式(1)で換算して求められる．そして，s はアクチュエー
タの伸張量(sc)と slt を用いて，式(2)から求まる．

s lt

sb la
la

sa lb
lb

(1)

s

s lt

(2)

sc

a)ドラグ･ショベルに生じる傾斜計測のイメージ

b)載荷板の沈下量 s と各部の変位の関係
図 4 機体の浮き上がり補正の方法

流れ方向の正逆転レバー

バイパス経路開閉レバー

写真 3 機体の浮き上がり変位量の測定（左：前部の様子，右：後部の様子）

流量調整バルブ(変位スピードコントロール)

写真 5 試験装置と流量調整バルブと操作レバー
載荷の反力に使用したパワーショベル

支持力試験装置

データ収録装置と制御用パソコン

写真 4

重機を反力とした支持力試験の様子

支持力試験の様子を写真 4 に示す．支持力試験
装置が下部走行体と地盤の間に挿入され，機体後部にはワイヤー変位計が取り付けられている．載荷板に与えた載荷荷重(F)及び sa，sb , sc はデータ収録装置に保存され，この収録装置はパソコンで制御される．
載荷試験の間はモニターでアクチュエータの変位速度(vs)を監視し，値が 5mm/min でほぼ一定となるよう写真 5 にある流量調整バルブを操作する．
なお，この値は一軸圧縮試験における標準的な載荷速度に準じて仮設定した値である．すなわち，
直 径 50mm ， 長 さ 100mm の 供 試 体 に 対 し て
1%/min(=1mm/min)の変位速度を与える一軸圧縮試‑ 95 ‑

験を参考に，直径 300mm に対する変位速度の換算値(6mm/min)をもとに 5mm/min と設定した．

BC3(砂質地盤1)
BC4(砂質地盤2)
BC5(ローム地盤1)
BC6(ローム地盤2)

BC3

載荷応力 q (kPa)400

4. 試験結果の考察
300
図 5 は平板載荷試験(PL 試験)と支持力試験(BCBC4qu試験)の結果を比較して示す．試験は都内の建築現BC6200場で行った．地盤は表面から深さ約 1m までの範囲
が，セメント安定処理により養生されていた．現
100
場内の数カ所において，両試験をそれぞれ 2 ケー
砂(BC3, 4) ローム(BC5, 6)
K(kPa)
2215
1630
ス実施した．
q (kPa)
180
70
BC5
0
載 荷 応 力 (q) は 載 荷 荷 重 を 載 荷 板 の 面 積
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
(A=0.0707m2)で除した値であり，沈下比(s/D)は沈下
沈下比 s/D量(s)を載荷板の直径(D=300mm)で除した値である．
図 6 関東ローム地盤と成田砂地盤における載荷両試験結果を比較すると，共通して載荷初期の応力(qa)−沈下比(s/D)関係の比較
s/D<0.02 では曲線の傾きが大きくその後，屈曲す
る．s/D>0.03 では s/D 増分に対する q の増加が減
s/D>0.1 における q の増分は s/D<0.1 に比べて減少
少している．
している．2 回の試験より得られた両曲線は良い一載荷初期における曲線の接線勾配(K)を比較す
致を示している．ローム地盤の結果 BC5 と BC6
ると，PL2 以外の 3 つは値がほぼ一致している．
の q‑s/D 関係にも類似した傾向が見られ，両曲線はまた，屈曲前後の 2 接線の交点における q の値をほぼ一致している．得られた q‑s/D 関係より求めた極限支持力(qu)と定義し，その値を比較する．PL2
K と qu の値は両地盤において明確な違いを示し，はその他の 3 ケースに比べて 2 割程度値が大きい
それぞれの地盤における再現性も確認された．
ものの，その他の 3 つはほぼ値が一致している．
現場内の支持力自体が幅をもって分布しているこ
5. まとめとを考慮すると，支持力試験による q‑s/D 関係の調施工現場で使用される大型重機や移動式クレー
査結果と平板載荷試験のそれとの間には大きな差
ンの転倒事故を防止するためには，設置地盤の安が生じていないように思われる．
定確保が不可欠な条件である．しかしながら，そ図 6 は関東ローム地盤と成田砂地盤で行った支の確認は目視や踏査等により経験的に判断されて持力試験(BC 試験)の結果を示す．両地盤においているのが現状である．
それぞれ 2 ケースの試験を実施した．2 つの地盤で平板載荷試験は直接的に地盤の支持力を確認で得られた q‑s/D 関係には良い一致が見られ，本試験きる有効な試験法であるが，その実施に時間と準の再現性が確認することができる．
備を要するため，これまではクレーン等の安定確
砂質地盤の結果である BC3 と BC4 では，q‑s/D認に用いられた例がほとんど聞かれなかった．
関係に明確なピークは見られない．s/D が 0〜0.1
本研究では簡易な現場支持力試験の適用を検討の範囲では s/D 増分に対する q 増分は高く直線的した．施工現場等において載荷試験を行い，平板な関係が見られる．さらに，この関係には s/D=0.1
載荷試験の結果と比較したところ，良い一致が見付近で屈曲点が見られる．
られた．また，同一地盤に対する結果の再現性も確認された．これは地下水位等の影響がない不飽2500
支持力試験(BC1)
和な地盤では，載荷速度の違いが載荷圧力と沈下
支持力試験(BC2
平板載荷(PL1)比の関係に与える影響は少ないためと考えられる．
2000
平板載荷(PL2)
従って，移動式クレーンやくい打機等が使用さquれるような施工現場の短期的安定評価に対しては，
1500
現場支持力試験によって標準試験をある程度補完1000することが可能であり，支持地盤の安全確認に有効な手段となりうるものと思われる．
500
Code
BC1 BC2 PL1 PL2
謝辞：本研究は平成 19 年度厚生労働科学研究費補K(MPA) 48.8 46.8 44.5 56.4
q (kPa) 962 1044 999 1262
助金(労働安全衛生総合研究事業)の交付を受け実K0施したことにより得られた成果である．関係各位
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
に感謝申し上げます．
沈下比 s/D
載荷応力 q (kPa)

u

u

図3

平板載荷試験と支持力試験による載荷応力(qa)‑沈下比(s/D)関係の比較

参考文献
1)地盤調査法：地盤工学会，pp.345‑361，1999.

‑ 96 ‑

２３．北海道における情報化施工に関する現状分析と今後の取り組みへの考察
株式会社 岩崎 企画調査部
株式会社 岩崎 企画調査部
株式会社 岩崎 企画調査部

１．はじめに
近年，施工の効率化やコスト縮減を目的とした，
情報化施工技術が実用化され，普及が進んでいる。
情報化施工には様々な技術があるが，その中でもブルドーザやモーターグレーダの排土板を設計データに合わせて自動制御する 3DMC（3 次元マシン
コントロールシステム）やバックホウのバケットと設計データとの位置関係を表示する 3DMG（3次元マシンガイダンスシステム）の進歩が著しい。
これらの 3DMC および 3DMG は，GNSS（Global
Navigation Satellite System）や TS（トータルステーション）などを用いた測位技術と 3 次元データを活用するのが特徴である。このような情報化施工
は，一般的に以下のようなメリットがあると考えられている。
①丁張りが削減されることにより，丁張り設置
作業が軽減される。
②従来の丁張りを使用した測点ごとの管理が，3次元データによる面的な管理になることにより，品質が向上する。
③重機の稼働時間が軽減されることにより，コスト縮減や CO2 の排出削減につながる。
(株)岩崎では，情報化施工に関する現状と課題を把握するため，2007 年からフィールドでの実証実験を行ってきた。また，北海道内における情報化
施工の普及に寄与するため，体験実習および講習会を実施してきた。
本論では，このような活動を通じて得られた知見を基に，情報化施工を実施するにあたっての課
題と対策や北海道の地域性に対応した情報化施工のあり方について述べる。

○ 木下 大也
進藤 康裕
熊谷 大輔

（7t，13t）や 3DMG バックホウ（0.7m3）などに搭
乗して，情報化施工機器の操作方法を習得する（写真‑1）。また，パソコンを操作しながら 3 次元デー
タの作成演習を行うコースも選択でき（写真‑2），
情報化施工の一連の流れを習得することを目的としている。この体験実習は，2008 年 6 月から 2010
年 6 月までに延べ 146 社 392 名が参加した。
また，講習会は，情報化施工をはじめ，3 次元データの有効性に特化した内容で，2008 年 2 月から2010 年 5 月までに延べ 563 社 2712 名が参加した。

２．情報化施工の現状と課題
情報化施工に関する体験実習および講習会の概要を報告するとともに，3DMC および 3DMG を実施する際の課題について以下に述べる。
2.1 情報化施工に関する体験実習および講習会
体験実習は，フィールド内で 3DMC ブルドーザ‑ 97 ‑

写真‑1

フィールドでの体験実習

写真‑2

3 次元データの作成演習

この RTK‑GNSS を利用する際の課題と対策につ
2.2 情報化施工の運用面における技術的課題
前述のように，3DMC および 3DMG は，主に以 いて以下に述べる。
下の技術を活用することでメリットが発揮される。 3.2 衛星に関する課題と対策
RTK‑GNSS は，常に 5 個以上の衛星からデータ①GNSS や TS などを用いた測位技術。
を受信する必要があり，5 個未満の場合は測位する②3 次元データの作成技術。
従って，施工時においてもこれらの技術に対す ことができない。また，受信できる衛星が 5 個以上であっても，その個数が少ない場合や幾何的配る理解および習得が重要となる。
しかし，一般的に建設業界においては，GNSS 置などにより，精度が悪化する。さらに，衛星のや 3 次元データを活用する機会が今まで少なかっ 受信状態は 1 日の時間帯によっても変化する。
そのため，GNSS を用いた情報化施工を実施す
たこともあり，知識や熟練度が不足しているのが実態である。そのため，情報化施工のメリットを る際には，以下のことが留意点として挙げられる。
①施工前に，終日，全施工範囲の衛星受信状態発揮できないばかりか，GNSS や 3 次元データがを確認する。受信できない場所がある場合，トラブルの要因となる可能性がある。
その場所における施工方法を再検討する必要
これに関連して，体験実習におけるアンケートがある。図‑2 のように移動局を持って施工範の中で，「情報化施工を実施するにあたって習得し囲を歩いて確認することも一つの方法である。
たい技術」についての回答結果を図‑1 に示す。こ手元のデータコレクタに衛星の受信個数が表の中でも，「GPS による実測」と「3 次元データの示され，確認することができる。その際，時作成」がともに 12％となっており，利用者にとっ間や場所による衛星の状況を記録しておくこても重要な課題となっていると考えられる。
とで，情報化施工実施時に GNSS の不具合がこれらのことから，3DMC および 3DMG といっあった場合，原因の早期解明につながる。また情報化施工を実施するにあたり，GNSS と 3 次
た，地形を考慮した受信可能衛星について，
元データの活用が運用面における技術的な課題と解析ソフトにより推定することで，衛星受信考えられる。
状態を効率よく把握する方法もある。
②固定局は，障害物が少なく，衛星からの受信状況が良い場所に設置する。

図‑1

情報化施工を実施するにあたって習得したい技術

図‑2

RTK‑GNSS による観測イメージ（146 社 392 名による体験実習アンケート結果より）

３．GNSS を利用する際の課題と対策
3.1 GNSS の測位方式
GNSS の測位方式としては，情報化施工で一般的に利用される RTK（リアルタイムキネマティック）方式を対象に考察する。この測位方式は，図‑2 に示すように，座標が既知である固定局とブル
ドーザやバックホウなどに取り付ける移動局のそれぞれにおいて，5 個以上の衛星からデータを受信することで，移動局の測位が可能となる。また，固定局から移動局に向けて位置の補正情報を無線で送信する必要がある。

3.3 無線に関する課題と対策
RTK‑GNSS は，固定局から移動局に向けて位置の補正情報を無線で送信している。従って，周囲の無線と混信する場合，GNSS の測位に影響を及ぼすことになるため，以下のことが留意点として挙げられる。
①前述した衛星受信状態の確認と合わせて，無線の混信状況を確認する。無線の状況が悪い
場合は，良好な周波数を探す必要がある。ワ
イドバンドレシーバを使用することで，利用する周波数が他に使用されていないかを確認することができる。また，スペクトラムアナ‑ 98 ‑

ライザを用いて，利用する周波数への周囲からの影響を評価することも可能である。
②隣接した施工区域においても RTK‑GNSS を使用する場合は，事前に利用する周波数を打ち合わせ，混信を避ける。
４．３次元データを作成する際の課題と対策
4.1 3 次元データの概要
情報化施工で用いる 3 次元データは，図‑3 に示
すような TIN サーフェスが一般的である。しかし，現状の設計図面の多くは，2 次元データであることから，3DMC および 3DMG といった情報化施工を実施するにあたり，設計図面を直接利用することが困難である。そのため，2 次元データから 3 次元
データを作成することが必要であり，3 次元データの作成を効率化することが課題となる。

とは困難である。
また，3 次元データの作成は，表‑1 に示した方法だけではなく，他にも数多く考えられる。そのため，効率の良さやミスの少ない方法，またソフ
トウエアに要するコストなどを総合的に勘案して採用方法を決めることが重要であり，今後も 3 次
元データの作成方法を検証する必要がある。
表‑1
方法 ①

3 次元データの作成方法

3 次元座標をフリーソフトを用いて計算。
横断形状における変化点の 3 次元座標を方法 ②

測量 CAD で計算し，3 次元 CAD に取り込
んで TIN サーフェスを作成。

方法 ③

3 次元 CAD を用いて，横断図を線形上に配置。
3 次元 CAD を用いて，標準断面図を線形

方法 ④に沿って押し出し，現況に合わせて 3 次
元形状を自動計算。

図‑33 次元データのイメージ

4.2 3 次元データの作成工数
そこで，表‑1 に示す 4 つの方法で，延長 1km の図‑4 3 次元データの作成工数
道路データを 3 次元化し，データの作成工数を比較した。その結果，方法①の作業時間を 100 とした時の方法②，③，④の作業時間を図‑4 に示す。 4.3 3 次元データによる曲線部の誤差
TIN サーフェスは，三角形の面データを貼り合これから，方法②，③，④の作業効率が高いこと
わせて作られる。従って，曲線部においては横断がわかる。ただし，方法④については別途，現況測量などにより現況データを作成する必要がある。 図の間隔が狭い方が，実際の曲線に近い形で表現
この現況データの作成工数は，ここに含まれてお される。例えば，図‑5 は半径 100m の単曲線区間
らず，現場条件によって，作業方法や作業工数が を 3 次元データで表現したものであるが，20m 間異なる。また，方法③は横断図の形状をパソコン 隔の横断図から作成した 3 次元データより 10m 間の画面で目視確認しながら線形上に配置できるた 隔の横断図から作成した 3 次元データの方が，実め，入力ミスや操作ミスが少ない。一方，方法①， 際の曲線に近い。これらのデータを重ね合わせた②，③は，横断図の数が多くなる程，工数も増加 ものを図‑6 に示す。20m 間隔の横断図から作成さするのに対し，方法④は，標準断面図から 3 次元 れた 3 次元データは，直線補完された部分の誤差
形状を自動計算するため，横断図の数が工数に影 が約 51cm となる。このことから，曲線部においては，横断図の間隔が狭い方がデータの精度が高く，響しにくい。
ただし，3 次元データの作成は，対象とするデー 情報化施工実施時においても施工精度に影響を及タの条件（線形形状，縦断形状，横断形状の複雑 ぼすと考えられる。一方，メッシュの細かい TIN
さなど），作業者の熟練度などによっても作業効率 サーフェスを作成すると，ブルドーザやモーターが異なるため，工数に関して一概に結論づけるこ グレーダ，バックホウでの操作において，支障を来たす場合があり，必要以上に横断図の間隔を狭‑ 99 ‑くすることは避けるべきである。従って，施工精度を確保できる適切な横断図の間隔を設定し，3次元データを作成することが重要となる。その際，
図‑7 にあるように，曲線部が TIN サーフェスによって直線補完されるために発生する誤差を計算で求め，3 次元データ作成時に活用することができる。
参考までに，図‑7 の数式を幅員 3.5m の場合について，グラフ化したものが図‑8 である。

図‑8

図‑5

TIN サーフェスにおける横断図の間隔による相違

51cm

図‑6

図‑7

3 次元データによる曲線部の誤差

曲線部の直線補完による誤差

曲線部の直線補完による誤差（幅員 3.5m の場合）

５．地域性に対応した情報化施工
ここまで，北海道内のフィールドを用いた実証
実験や体験実習により得られた情報化施工の課題と対策を報告した。これらの対策は，前述した情報化施工のメリットを活かすために重要であると考えられる。さらに，地域性に対応した情報化施工を実施することにより，メリットが増大すると考えられる。例えば，農業分野に着目すると，北海道においては農地の面積が全国の約 1/4 を占め，
農家 1 戸あたりの経営規模は 17.2ha で，都府県における平均値の約 14 倍となる。そこで，近年，農家の減少，高齢化の進行などを背景に，効率的な圃場整備が重要視されており，情報化施工がメリットを発揮すると考えられる。また，冬期の除雪作業などへの応用も今後，期待されるところである。実際，体験実習で実施したアンケートにおいても，「農業機械の無人化」や「冬期施工の効率化」などの意見が得られている。
このように，地域性を考慮した情報化施工を実施できるよう，技術的なメリットや費用対効果などについて，さらに検討が必要である。
６．おわりに
近年，少子高齢化により，労働人口が減少し，社会保障費が増大する中，社会資本整備に対する
財政的制約が一層厳しくなっている。一方，地球温暖化とそれに起因する自然災害の頻発などにより，社会資本整備の効率化が急務である。情報化
施工は，建設生産性を向上させることで，このような状況を打開する可能性を持っている。
また，
情報化施工で用いられる 3 次元データは，作成に労力を要する反面，さまざまな場面で活用できる可能性を持っており，魅力的な仕事を創造することができる。
このようなことを踏まえ，情報化施工技術の更なる発展と普及に寄与できるよう取り組んでいきたい。

‑ 100 ‑

２４．エコ運転指導を支援する
ダンプトラック ICT 運行管理システムに関する研究開発(株)キック
渡辺建設（株）(株)キック

１．はじめに建設発生土、骨材、コンクリートなどの運搬に用いられるダンプトラックのエコ運転を励行する
ために、急発進と急加速の回避、一定速度の走行、点検整備の充実などの定性的な指導が運転手に対して行われる。しかし、運転手の運転性向を定量的に把握して、エコ運転の励行を指導する事例は希薄である。本論文では、ダンプトラック運転手の運転性向を定量的に記述し、評価する方法について述べる。先ず、関連する諸研究開発について報告する。つぎに、本研究開発の目的、トレーニ
ング・データの解析と考察、運転性向の特性値と評価方法について述べる。そして、具現化したシステムの機能とその現場適用事例について報告する。最後に、まとめと今後の課題を示す。

○才原 勝敏渡邉 伊三郎
西垣 重臣

方法 3)、(2) 情報通信が遅延/途絶する過酷な作業環境においても耐えられるデータ交換と作業状況実時間遠
隔監視に関する情報技術 4)、そして(3) 建設機械の作業効率とオペレータの操作性向を定量的に記述する方法 5)。
これら研究開発では市販の情報通信機器類をフィールド・データの計測装置として使用している。
ここでは、建設機械や車両のメーカ仕様に依存しない、安価でポータブルな情報通信機器類の選択に努めている。さらに、システム機能の開発に際して、選択した情報通信機器類の仕様に可能な限り依存しないように努めている。この事由は、情報通信技術の発展に対応していくために、情報通信機器類の取替えを容易にすることにある。

２．関連する研究開発
３．目的
本論文に関連して行ってきた諸研究開発につい
エコ運転の励行を図るためには、働き手のコンて報告する。
ストラクタビリティ(constructability)とヒューマン
これらの研究開発は、「環境に優しい、生産効率 ウェア(humanware)の向上が重要である。コンストのよい、安全な施工を実現するために、安価でポ ラクタビリティとは、プロジェクト全体の目的をータブルなフィールド・データの計測装置とその 達成するために、計画、エンジニアリング、調達、計測データの自動収集機能、並びに効率的かつ効 建設作業に係る施工知識と経験を最適に活用する
果的なデータ交換と情報の利活用を促進するプラ ことである 6)。ヒューマンウェアとは、リーダシ
ットフォームを提供する。
」ことを目標としている。 ッ プ (leadership) 機 能 と フ ォ ロ ワ シ ッ プ
これらの研究開発の対象は、建設発生土、骨材、 (followership)機能、そして両者の相互作用を集合的
コンクリートなどに関わる積込、運搬、荷下ろし に示す用語である 7)。
などの個々の作業とこれらの作業で構成される施本研究開発は、ダンプトラック運転手の運転性
工プロセスである。
向に関する定量的な指標とその評価方法を提供し、先ず、データの一元管理、施工管理情報の自動 ヒューマンウェアの向上を図ることを目的とする。
作成などの役割を担う施工情報管理システムの研 この指標は、生産性の向上と環境に優しい作業の究開発を行った１)。つぎに、作業現場においてフ 励行を目的とした指導・指示を行う元請職員や職ィールド・データを計測・自動収集し、一時保存 長のリーダシップ、並びに安全で環境に優しい運
管理するための作業時点情報管理の研究を行った 転を励行する運転手のフォロワシップの向上に役
2)。そして、現在、つぎに示す３つの研究開発を行 立つと期待される。ここで、運転性向とは運転のっている。
振る舞いであり、運転手の運転態度やスキルを示(1) 積込、運搬、荷下ろしなどの一連の施工プロセ す。
スに関する生産性のラインバランス、並びにダンプトラック運転手の運転性向を定量的に記述する‑ 101 ‑

４．トレーニング・データによる解析と考察
GPS ロガを車載した乗用車を使用して３日間の試行運転を行い、運転性向把握方法を検討するためのトレーニング・データを生成した。
この試行運転条件をつぎに示す。
(1) 2010 年 1 月 13 日： 正規ルートを通常走行した。
(2) 2010 年 1 月 14 日： 指定外ルートを通常走行した。
このルートは、走行車数が少なく走行条件のよい道路であった。速度を出しやすく、アクセルとブレーキの操作をあまり切り替えずに、運転することができた。
(3) 2010 年 1 月 14 日： 正規ルートをラフに走行した。
このトレーニング・データの解析と考察を試みた。ここでの考察の視点をつぎに示す。
(1) 標準偏差の値は分布のバラツキの大きさを示す。
解釈：① 標準偏差値が小さい場合、アクセルやブレーキを緩やかに踏む傾向がある。
② 標準偏差値が大きい場合、アクセルやブレーキを強く踏み込むことがある。
(2) 加速度の歪度
歪度は分布の歪みを示す尺度である。
① 正の歪度は分布の形が右に歪んでいることを示す。
解釈：小まめにブレーキを踏むことが多く、アクセルを急に踏む傾向がある。
② 「0」近傍の歪度は分布の形が左右対称になっていることを示す。
解釈：加速と減速の仕方が同じである。
③ 負の歪度は分布の形が左に歪んでいることを示す。
解釈：小さな加速が多く、ブレーキを強く踏む傾向がある。
(3) 躍度は瞬間的な（単位時間当たりの）加速度の変化を表す。
解釈：躍度の大きな値は搭乗者に不快感を与え、運転の粗暴性または運転技術の未熟性を示す。
(4) 平均躍度自乗和
平均躍度自乗和は発生した力の変化の大きさを示す一つの尺度である。平均躍度自乗和を次式によ
り求める。
ASJ

1 n
2
Ji
n i1

(1)

ここで、ASJ：躍度の自乗和の平均値， J i ：i 番目の躍度の観測値，n：サンプル数である。
解釈：① 平均躍度自乗和が小さい場合はエネルギー効率のよい運転をしていることを示す。

② 平均躍度自乗和が大きい場合はエネルギー効率の悪い運転をしていることを示す。
(5) 速度の平均交叉率
平均交叉率とは、計測データがその平均値を跨いだ回数を示す。平均交叉率を次式で求める。
n 1

mcr
i 1

￨ sgn( xix ) sgn( x i 1
2

x) ￨

(2)

ここで、 mcr ：平均交叉率， x i ：i 番目の観測値、n：はサンプル数， x ：平均値，sgn：符号関数である。
解釈：①平均交叉率が少ない場合は等速走行をしている
ことを示す。
②平均交叉率が多い場合は、アクセルとブレーキの操作を交互に繰り返すことが多く、運転技術の未熟性を示す。
このトレーニング・データの解析と考察結果をつぎに示す。
走行速度、加速度、躍度、加減速回数の推移グ
ラフを図‑1 に示す。この推移グラフでは、加速度と躍度の最小値を絶対値で描いてある。
運転性向の考察結果をつぎに示す。
(1) 正規ルートを通常走行した初日の運転① 速度と加速度の値は平常的なものである。
② 加速度の最大値と減速度の最小値の絶対値がほぼ等しい。しかし、躍度の最大値は最小値の絶対値より大きい。さらに、躍度の値と加減速回数の値が大きいことから、「アクセルとブレーキの操作の切り替えしが多い
こと、そしてブレーキよりもアクセルを急に踏む運転をしている。」ことがみてとれる。
(2) 指定外ルートを通常走行した 2 日目の運転① 最高速度の値が 3 日間の中で最も大きい。
② 減速度最小値の絶対値は加速度の最大値より大きい。さらに、③ 躍度と加減速回数の値が３日間の中で最も小さい。
結果として「走行条件のよい道路で、速い速度で安定した走行をしている。
」ことがみてとれる。
(3) 正規ルートをラフに走行した最終日の運転① 加速度の標準偏差の値が３日間の中で最も大きい。
② 加速度の歪度の値は、他の日は「0」近傍であるの対して、負である。
これらのことから、「アクセルを小刻みに繰り返し、ブレーキを急に踏み込んでいる。」とみてとれる。
③ 減速度最小値の絶対値が加速度の最大値より大きい。同時に④ 躍度最小値の絶対値がその最大値より大きい。
これらのことから、「ブレーキを急に踏んでいる。」‑ 102 ‑

ことがみてとれる。さらに⑤ 速度の加減速回数が大きい。
これらのことから、「最終日の運転が３日間のうちで最も粗暴なものである。
」とみてとれる。

これらの考察結果は前述した試行運転条件とよく整合している。

最高速度

最大減速度
平均速度
最大加速度

加速度の推移走行速度の推移

負の最大躍度

正の最大躍度

加減速回数の推移

躍度の推移

図‑1 走行速度、加速度、躍度、加減速回数の推移グラフ

５．運転性向の評価方法
トレーニング・データの解析と考察結果を踏まえて、運転性向を表現する特性値として、つぎのものを追加する。
(1) 加減速回数を評価するための加速度の平均
交叉率(2) 加速度の変化の分布形状をみるための躍度の歪度
これらの特性値に関する評価方法を以下に示す。
個々の運転手の特性値と運転手全員を対象にした特性値を比較し、運転性向をつぎのように評価する。
(1) 各運転手の平均速度を全体の平均速度を比較する。この平均速度が全体平均速度より速い
ときは、この運転手は速い速度で走行する傾向がある。
(2) 加速度と正の躍度について、該当する全体の分布の第三・四分位数より大きい値の頻度が多いとき、この運転手はアクセル操作が粗暴である。
(3) 減速度と負の躍度について、該当する全体の分布の第一・四分位数より小さい値の頻度が多いとき、この運転手はブレーキ操作が粗暴である。
(4) 平均躍度自乗和の値が該当する全体の分布の平均躍度自乗和の値より大きいとき、この運
転手はエネルギー効率の悪い運転をしている。
逆に、小さいときは、この運転手はエネルギー

効率のよい運転をしている。
(5) 速度と加速度の平均交叉率が全体の平均交叉率より大きいとき、この運転手は走行速度が不安定な運転をしている。逆に小さいとき、この運転手は運転技術に優れ、安定した走行速度で運転をしている。
(6) CO2 排出量が該当する全体の分布の第三・四分位数より大きいとき、この運転手はエネルギ
ー効率の悪い運転をしている。
(7) CO2 排出量が該当する全体の分布の第一・四分位数より小さいとき、この運転手はエネルギ
ー効率のよい運転をしている。
違反有無ついては、つぎのように判断する。
(1) 最高速度が法定速度を超えるとき、交通規則に違反している。
(2) つぎのような運転は、建設現場が定める運搬規則に違反している。
①指定された運搬ルート以外を走行している。
②指定された待機場所以外に停車している。
ここで、待機場所とは、積込または荷下ろしの作業を待つために、あらかじめ指定された場所をいう。但し昼食時や休憩時に駐車場に駐車している場合を除く。
表‑1 に示すように、加速度と躍度のそれぞれの歪度の正、「0」近傍、負などの組み合わせに
より運転性向を評価する。

‑ 103 ‑

躍度の歪度

加速度の歪度

表‑1 加速度と躍度の歪度の値の評価方法

正

正

「0」
近傍
負
正

「0」
近傍

「0」
近傍
負
正

負

「0」
近傍
負

とで閲覧できる。
(6) 運転手は携帯電話を利用して、自らの運転性向を確認できる。

評価

小まめなブレーキ操作が多い。
時に急加速することがある。
小まめなブレーキ操作が多い。
加速と減速ともに緩やかな運転をしている。
小まめなブレーキ操作が多い。
時に急ブレーキをかけることがある。
加速は急な、しかし減速は緩やかな運転をしている。
加速と減速ともに緩やかな運転をしている。
加速は緩やかな、しかし減速は
急な運転をしている。
小まめなアクセル操作が多い。
時に急加速することがある。
小まめなアクセル操作が多い。
加速と減速ともに緩やかな運転をしている。
小まめなアクセル操作が多い。
時に急ブレーキをかけることがある。

６．システム機能
特性値の計算と比較、そして、評価結果の出力を、取得した GPS データに基づいて、自動的に行うシステムを開発する。システムの個別目
標をつぎに示す。
(1) データ解析と管理諸表作成を時間駆動型で自動的に行う。管理諸表は日報、週報、旬報、月報などの単位で作成できる。
(2) 道路幅員、車線数、カーブ、交差点、通学路、
人口集中地区 (Densely Inhabited District)、待機場
所などの道路周辺環境を考慮して、走行ルート
を区画割りし、管理区域として登録することができる。走行ルートの管理区域の設定例を図‑2に示す。
(3) 特性値を管理区域ごとに整理して一覧表として表示できる。この一覧表の画面例を図‑3 に示す。
(4) 運転日報に記述される燃料補給量に基づいて CO2 排出量を自動計算する。
(5) 利用者は、出力結果であるデータ解析結果一
覧表、走行履歴の地図上表示、データ解析結果のグラフ表示などを、該当ボタンを押下するこ

地図

走行ルート

図‑2 走行ルートの管理区域の設定例

図‑3 一覧表の画面例
７．現場適用事例
今まで述べてきた考え方と開発したシステム
を、その有効性を検証するために、宅地造成工
事の盛土材搬入工に適用している。盛土材搬入に用いられるダンプトラック台数は 5 台である。
走行距離は片道約 20km である。作業開始後 5 日間の特性値の推移を以下に示す。3 日目（8 月 9日）の夕方に、作業開始後 2 日間（8 月 6 日と 8
月 7 日）の GPS データ解析結果を運転手に配布した。
平均速度の推移を図‑4 に示す。走行ルートの途中にバイパス道路（基本２車線、一部 3 車線）があり、この区間で最高速度が発生している。8月 10 日と 8 月 11 日の最高速度及び平均速度は特に減少している。
図‑5 に加速度の最大値と最小値の推移を、図‑6 に躍度の最大値と最小値の推移を示す。つぎに、加減速の平均交叉率の推移を図‑7 に示す。
そして、平均躍度自乗和の推移を図‑8 に示す。

‑ 104 ‑

躍度(m/sec3)

25
20
最高躍度
最小躍度

10
5

20
10
/8
/6
20
10
/8
/7
20
10
/8
/8
20
10
/8
/9
20
10
/8
/1
0
20
10
/8
/1
1

0

図‑6 躍度の最大値と最小値の推移

20
10
/8
/1
0
20
10
/8
/1
1

20
10
/8
/9

20
10
/8
/8

20
10
/8
/7

1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0

20
10
/8
/6

加速度平均交叉率(回/100m)

20
10
/8
/1
0
20
10
/8
/1
1

20
10
/8
/9

0.5
0

図‑8 平均躍度自乗和の推移

図‑5 加速度の最大値と最小値の推移

15

2
1.5
1

20
10
/8
/8

最大加速度
最小加速度

3
2.5

20
10
/8
/7

18
16
14
12
10
8
6
4
2
0

20
10
/8
/6
20
10
/8
/7
20
10
/8
/8
20
10
/8
/9
20
10
/8
/1
0
20
10
/8
/1
1

加速度(m/sec2)

図‑4 平均速度と最高速度の推移

20
10
/8
/6

平均躍度自乗和（m2/sec6）

20
10
/8
/1
0
20
10
/8
/1
1

20
10
/8
/9

20
10
/8
/8

20
10
/8
/7

35
30
25
20
15
10
5
0

20
10
/8
/6

平均速度(km/hr)

多いとはいえない。ブレーキ操作の時間は短く、アクセル操作にて速度を調整しているとみられる。
平均躍度自乗和は減少傾向にある。特に 8 月
10 日と 11 日の減少が顕著である。前述したように、平均躍度自乗和は力の変化の大きさを示す
一つの尺度である。最後の２日間はエネルギー
効率のよい運転をしているといえる。

図‑7 加減速の平均交叉率の推移
図‑5 と図‑6 においては、最小減速度と最小躍度を絶対値で描いている。加速度と躍度は減少傾向を示している。
加減速の平均交叉率の値は、100m 当たり 1.04
回から 1.45 回であり、交通量を考慮すると特にこれまでのことから、GPS データ解析結果を運
転手に配布した後に、各特性値の値が減少していることが分かる。これは、運転性向指標を運転手にフィードバックすることで、自らの運転の仕方を振り返る機会を得て、彼らの運転性向が変化したことを示す。
個々の運転手の特性値が、運転手全員を対象とした特性値の第三・四分位数を超える観測値と、第一・四分位数下回る観測値を数え上げ、それぞれのサンプル数に対する比率を算出する。
個々の運転手の特性値が、運転手全員を対象とした特性値と同じように分布しているとき、第三・四分位数を超える割合と第一・四分位数を下回る割合は 25%近傍の値になる。
躍度の第三・四分位数を超える割合を表‑2 に、躍度の第一・四分位数を下回る割合表‑3 に示す。
速度と加速度の第三・四分位数を超える割合と第一・四分位数を下回る割合は、紙面の都合上割愛する。
この四分位数との比較分析から、つぎに示す運転性向が分かる。
(1) 運転手 D の運転操作は、8 月 7 日を除き、走
行速度、並びにアクセルとブレーキの操作が安定している。他の運転手と比較して、急加速と急減速は少ないとみられる。
運転手 5 人の中で、運転手 D は最も安定した運転操作をしている。
(2) 運転手 E の運転操作は最も粗暴である。運転手 E は、他の運転手と比較して速度が速いことが多く、アクセルを踏み込み過ぎる傾向がある。さらに、急発進すること、及び急ブレーキ
をかけることが多い。

‑ 105 ‑

(3) その他の運転手の運転操作は、走行速度が不安定であり、アクセルとブレーキの操作の切り替えが多い。そして、急発進することや急ブ
レーキをかけるときがある。

④ 速度と加速度の平均交叉率の値が小さい。
⑤ 交通規則及び建設現場が定めた運搬規則に違反しない。

表‑2 躍度の第三・四分位数を超える割合
運転手名
8/6
8/7
8/9
8/10 8/11
A
26.5 26.6 27.2 22.6 30.9
B
28.6 24.5 26.3 26.2 24.7
C
14.2 24.8 20.5 32.5 20.7
D
21.3 26.7 20.7 21.4 20.8
E
28.4 25.7 26.0 32.4 25.6
表‑3 躍度の第一・四分位数を下回る割合
運転手名
8/6
8/7
8/9
8/10 8/11
A
24.2 23.5 25.9 19.5 28.8
B
31.7 26.3 28.9 27.6 27.1
C
17.3 27.0 21.9 33.5 20.1
D
23.6 27.8 23.6 23.4 21.9
E
31.4 28.1 27.8 33.8 27.8
これらの割合を考察することで、運転手の運転性向を把握することができる。
本システムの適用により運転性向がどのように変わったかをみるために、5 日目の作業終了時に、運転手全員に対してアンケート調査を行った。その結果によると、運転手の意識につぎのような変化がみられた。
(1) 運転手全員が、アクセルとブレーキを強く踏みすぎないように注意し、急に加速しない、
及び急に減速をしないように心がけている。
(2) 車間距離、歩行者、駐車車両などに注意し、強気の運転をしなくなった。
７．まとめと今後の課題
本研究開発で示した特性値は、運転性向をよく表現する。そして、本システムは、職長や元請職員に、エネルギー消費の節減に努め、環境に優しい運転を指導することを目的とした定量的な指導指標を提供するとともに、各運転手に自らの運転を振り返る機会を与える。
今後の課題をつぎに示す。
(1) 運転性向評価を簡易に提示することを目的とした運転性向評価カード提示機能を開発する。
運転性向評価カードのイメージを図‑9 に示す。
図中に示した「作業効率のよいエコ運転」とは、つぎに示す条件を持つ運転性向をいう。
① 走行速度の標準偏差の値が小さい。
② 加速度と躍度の歪度の値は「0」近傍にある。
③ 平均躍度自乗和の値は小さい。

特性値

作業効率のよいエコ運転をしている。

環境に優しい模範運転・特性値の平均値が他と比べて大きい。
・特性値が上昇傾向にある。
・速度と加速度の平均交叉率の値が他と比べ大きい。
・最大加速度、最小減速度、最大躍度、最小躍度などの値が他と比べて大きい。
・加速度と躍度の歪度の値が大きい。

注意が必要な運転

交通規則や運搬規則に違反している。

警告が必要な
粗暴運転

グリーン
カード

イエロー
カード

レッド
カード

図‑9 運転性向評価カードのイメージ(2) 土運搬の前・後工程において使用される建設機械に関して、ポータブルな機械稼動管理方法とオペレータの操作性向の記述方法について研究し、必要な諸機能を開発する。
参考文献
1) S. Nishigaki, H. Sugiura, T. Takamura, H. Ogura
andK.

Hatori:Construction
Intelligent

Study

ProfileforConstruction,on

Framework

Collaboration
Journal

of

of
and

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25th ISARC 2008,

Vilnius, Lithuania, pp. 796‑803.
3) S. Nishigaki, K. Saibara, Y. Kaneda, T. Oka, M. Hasegwa,
H. Ogura, F. Matsuda (2010): Line Balance and Drive
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27th ISARC 2010,

Bratislava, Slovakia, pp. 316‑325.
4) S. Nishigaki, K. Saibara, S. Kitahara, H. Satoh, M.
Hasegwa, H. Ogura, F. Matsuda: LHD Remote
Monitoring

andManagement

based

on

Delay/Disruption Tolerant Network, 27th ISARC
2010, Bratislava, Slovakia, pp. 326‑335.
5) S. Nishigaki, K. Saibara,, S. Kitahara, M. Moteki:Work Efficiency Evaluation Model, 27th ISARC
2010, Bratislava, Slovakia, pp. 336‑345.
6) Construction Industry Institute Publication Nos.: 3‑1 ‑Constructability: A Primer, July 1986.
7) Nishigaki, S., Vavrin, J., Kano, N., Haga, T., Kunz, J. and‑ 106 ‑

Law, K.,: "Human ware, Human Error, and Hiyari‑hat: a
Template of Unsafe Symptoms," Journal of Construction
Engineering and Management, ASCE, Vol. 120, No. 2, pp.
421‑442, 1994.

２５．情報化施工のレンタル対応と適応性
情報化施工の普及の鍵となるレンタル対応について(株)トプコン

１．はじめに情報化施工は ICT（情報通信技術）の活用により、建設事業の調査、設計、施工、監督・検査、維持管理のうち建設生産の「施工」のプロセスにおいて建設現場での高効率・高精度な施工を実現し、さらに建設生産プロセス全体における生産性の向上や品質の確保を図ることを目的としたシステムである。
（図‑1 参照）国土交通省が設置した「情報化施工推進会議」は、２００８年７月に「情報化施工推進戦略」を発表し、今後の情報化施工の普及目標として直轄の道路土工、舗装工、河川土工の各工事において、大規模工事は２０１０年度までに、中･小規模工事は２０１２年度までに、情報化施工を標準的な施工・施工管理方法として位置付けることを決定した。情報化施工の本格的な普及のためには、大規模工事への採用が主だった情報化施工を中・小規模工事へ普及することが必要
かつ今後の大きな課題と考える。そこで建設機械のレンタル使用率の高い建設業界において、情報化施工のレンタル対応が普及の大きな鍵となると考え、 情報化施工のレンタル対応と適応性 を検証し、国内情報化施工の普及に繋がる提案を行う。

図‑1

建設作業の生産性の向上を図る情報化施工

２．３次元マシンコントロール／ガイダンスと舗
装業界への情報化施工の広がり
ブルドーザ、モータグレーダ、フィニッシャ−、
油圧ショベルなどの建設機械の排土板やスクリ−
ド、バケットの刃先の３次元座標を、ＧＰＳや自○ 竹内 幸弘

動追尾トータルステーション等の機器を用いてリアルタイムに計測し、入力された３次元データと照合し、仕上げ面に対して掘削運搬装置の自動制
御または表示の補助を行う３次元マシンコントロ
ール／ガイダンスは、３次元設計データを使用した面の管理で施工面全体の均一かつ高精度な施工が可能となり、現場全体の品質、施工効率、仕上
がり精度の向上、施工直後の検測作業の省力化と安全性の向上を実現する。従来のＲＴＫ−ＧＰＳを使用した 3 次元マシンコントロールシステムは、複数機器での高効率な運用が可能であるがＧＮＳ
Ｓ衛星情報を利用する特性から高さ精度の限界があり、道路施工などの高精度を要求される施工では自動追尾トータルステーションを使用したＬＰ
Ｓ３次元マシンコントロールシステムシステムが採用されていたが制御される建設機械と同数のトータルステーションが必要である。長年、高効率と高精度を両立するシステムが望まれていたが、ポジショニング技術の発展により、１０ｍの高低幅をもったレーザー発光器（ゾーンレーザー）の使用でＧＰＳの高さ精度を補完し、舗装工事で求められる高精度を可能にしたｍｍＧＰＳが開発され、近年、舗装業界においても大手舗装会社を中心に情報化施工の普及が進んでいる状況である。
３．中・小規模工事への情報化施工の普及と情報化施工試験施工実施状況
情報化施工の３次元マシンコントロールシステム
は２０００年頃から大規模な水力発電所、ダム、
道路工事、民間における造成工事、空港や港湾のなどの土木工事での採用が始まり、アルジェリア
国高速道路建設プロジェクトにおいても採用された。今後重要な課題となる中・小規模工事への情報化施工の普及を検討する前に、国土交通省直轄
工事等契約関係資料平成２１年度版（平成２０年度実績）より大規模／ 中・小規の土木工事比率を調べた結果を記載する。
3.1 国土交通省直轄工事、地方整備局の割合
平成２０年度国土交通省直轄工事のうち、(港湾空港を除く)地方整備局が占める割合は、件数で５‑ 107 ‑

７％、当初契約金額で７８％である。
（図‑2 参照）
そのうち、情報化施工の採用が可能な一般土木工
事が件数で３８％、金額で５７％、アスファルト
舗装工事が件数で７％、金額で８％を占める状況である。
（図‑3 参照）

3.3 情報化施工試験施工実施状況
国土交通省は、情報化施工普及のため、積極的に情報化施工試験を実施している。情報化施工試
験実施状況について実施件数と導入技術のグラフを記載する。（図‑5、図‑6 参照）

図‑5
図‑2

情報化施工試験施工試験施工件数

国土交通省直轄工事のうち地方整備局の割合

図‑6 地域別試験施工件数と導入技術数

図‑3 地方整備局直轄工事の一般土木とアスファルト舗
装の割合

3.2 一般土木工事の大規模、中・小規模工事割合
地方整備局の一般土木工事(港湾空港を除く）の等級別契約割合より、工事等級Ａ、Ｂ合計を大規模工事（３億円以上）と規定すると、件数で８％、当初契約金額で４５％。工事等級Ｃ，Ｄを中・小規模工事と規定すると、件数で９２％、当初契約
金額で５５％を占めることからも情報化施工の
中・小規模工事への普及推進が今後の課題と考えらる。
（図‑4 参照）

４．建設機械のレンタル割合と、レンタル対応の情報化施工機器の提供
日本の建設業界は、建設機械の稼働していない
期間のメンテナンス、保管費用などの経費節減の為、基本的に資産を所有しない体制を求められている。大規模工事は長期に渡って建設機械の稼働率が上がるため、自社所有の割合が多くなるが、中・短期工事では、運用面でレンタルの使用が有効となる。建設機械の購入業者比率は、建設業よりリース業等の方が多い比率となっている。
（図‑7 参照）

図‑7

図‑4 地方整備局の土木工事(港湾空港を除く）の等級別
契約割合

建設機械購入の業種比率（Ｈ１７年度）
経済産業省、建設機械動向調査より

レンタル会社の機械の貸出期間は、平均６カ月程度の期間が多い。これは国土交通省の発注工事の期間に合わせたレンタル利用が多い点と、建設機械の効率的な運用の点から、工事に必要な機器の‑ 108 ‑

数量、種類に合わせてレンタルを利用するためである。
５．レンタル会社の情報化施工取組み
今後、情報化施工の普及と共に、建設機械と同様に情報化施工機器についてもレンタルが増える傾向となることが予想される。情報化施工の機器を取り扱う当社においても、近年レンタル会社への情報化施工機器の販売数および、情報化施工機
器を新規に取り扱うレンタル会社の数も増加している。レンタル会社が情報化施工機器を貸し出す
時には、他の重機の貸し出しと比較して以下の対応が必要となる。
(1) 現場の下見、状況の確認。
(2) 現場で使用する機械の提案。
(3) 情報化施工、現場立ち上げ。
(4) ３次元設計データの作成補助(5) 導入指導、データ入力・操作方法説明。
(6) 現場管理者またはオペレータが慣れるまで必要なサポート実施。
(7) 不具合発生時の対応。

料２４００万円増加。機材費３９９万円減少。人件費は１１７０万円と大幅に減少した。（図‑8 参照）情報化施工による効率化は、１日の仕上げ面
積で３Ｄ−ＭＣブルドーザー２．６倍、３Ｄ−Ｍ
Ｇ油圧ショベル１．３倍の施工効率向上の結果となった。
（図‑9 表‑２参照）

図‑８ 従来施工と情報化施工 コスト比較
出典：『日経コンストラクション』2010 年 6 月 25 日号
資料提供：砂子組

特に、情報化施工を初めて導入するユーザに対しては、サポート業務が必須となっている状況である。レンタル会社の情報化施工サポート
を利用する場合の費用は現場の規模など状況により変化するが、以下にレンタル会社の情報化
施工サポート内容、人数、日数の例を記載する。
（表‑１参照）
表‑1 情報化施工のサポート指導の例
情報化施工機器設置およびシステム取扱指導
事前現場調査技術員１名×１日
システム取付調整技術員２名×２日
システム取扱指導
技術員１名×１日
３次元設計データ調査
技術員１名×１日
設計データ作成指導
技術員１名×２日
技術員合計 ９人・日図‑９

従来施工と情報化施工

仕上げ面積比較出典：『日経コ出典：『日経コンストラクション』
2010 年 6 月 25 日号

レンタル会社各社は、情報化施工のレンタル数量増加の為、サポート人員の増員と育成が最重要の課題となっている。
６．情報化施工のレンタルによる生産性向上
6.1 情報化施工機器のレンタルの例
レンタル費用は、現場の規模など、状況により変化するが、日経コンストラクション２０１０年
６月２５日号、「勝つための情報化施工」に掲載された砂子組（北海道奈井江町）の情報化施工導入例を引用し、考察を行う。
情報化施工を始めて導入したコスト成果は、従来施工と比較して全体で８３１万円増加の結果となった。情報化施工機器類に掛る費用、レンタル

資料提供：砂子組

表‑2 情報化施と従来施工比較
１．３Ｄ−ＭＣ ３ｔブルドーザ１台
路床仕上げ 面積２万９８０７㎡
従来施工
情報化施工
施工日数および、
37〜50 日19 日
施工短縮日数18〜31 日短縮
仕上げ面積/1 日
600〜800 ㎡
1569 ㎡
２．３Ｄ−ＭＧ 0.7 油圧ショベル２台
法面整形 面積３万６１３７㎡
従来施工
情報化施工
施工日数および、
144〜180 日
109 日
施工短縮日数35〜71 日短縮
仕上げ面積/1 日
200〜250 ㎡
334 ㎡

出典：
『日経コ出典：『日経コンストラクション』
2010 年 6 月 25 日号 資料提供：砂子組
6.2 コスト削減の方策
本例では、情報化機器を６カ月レンタルした結‑ 109 ‑

果、施工効率が向上したが、コスト合計が従来施工と比較し、８３１万円増加という結果となった。
そこで本例でのコスト削減の方策について考察する。ただし条件として、継続的に情報化施工を導入した２回目以降のコスト削減について検討するものである。
(1) 初期導入費削減
情報化施工の２回目以降の導入時に同じ重機を継続的に使用する場合、重機取付け費用などの初期導入費用が不要となる。３Ｄ−ＭＣドーザー２
セット初期費用、３Ｄ−ＭＧ油圧ショベル２セット初期費用を削減できる。
(2)サポート費用削減
情報化施工の取扱いを継続的、計画的に習得する事が重要となる。日本建設機械化協会施工総合研究所主催の情報化施工研修会受講等により情報化施工に関する技術を建設業者自ら身につけ、サ
ポート費用を必要最小限にする。受講費用、実務コース（８８，０００円／人）。２名で１７，６０００円。初回はサポート費用が必要となるが、２回目、３回目で取り扱いを習得し、その後は、サポート費用の負担を軽減できる。
(3)工期短縮による費用縮減
情報化施工採用と合わせ、建設現場作業の材料供給、運搬、施工重機工程、台数、人員の最適化を行い、建設工事全体の施工効率化を行う。本例
は６ヶ月レンタルした場合の費用算出結果である
が、３ＤＭＣブルドーザによる施工日数短縮が１
８日〜３１日、３Ｄ−ＭＧ油圧ショベル２台による施工日数短縮が、３５日〜７１日となっている。
（表‑2 参照）情報化施工機器を使いこなすオペレータを２回目以降にも継続して採用することが条件となるが、施工の予備日も含め、情報化施工のレンタル期間を５ヶ月間に短縮可能と考え、１ヶ月間短縮した分のレンタル費用の削減ができる。
(4)ＶＲＳ利用によるＧＮＳＳ基地局コスト削減
ＶＲＳの利用によりＧＰＳ基地局のレンタル料を削減できる。また、インターネットを通じて補
正データ配信を行う『Ｎｔｒｉｐ』方式では、インターネット環境が整った現場などで補正情報を取得し無線配信することも可能である。
(5)所有建設機械のレンタル対応化
施工業者が所有する建設機械に比較的安価なバ
ルブやブラケット、センサー類を取り付けておけ
ば、コントロールボックスやＧＰＳ‑ＢＯＸ、トー
タルステーションなどのメイン機器のみレンタルすることにより、レンタル費の削減はもとより取付費用の削減や取付時間の短縮につながる。最近
では建設機械メーカーでバルブやブラケットのビ
ルトインタイプも既に発売されている。
6.3 検証結果
これらの方策により情報化施工機器のレンタル対応でも従来施工との比較で、同等以上のコストに抑えることが可能と考えられる。
（図‑１０参照）
なお、この試算はレンタル費用の圧縮のみで工期短縮に伴う人件費、その他の経費削減については、含まれていない。また、ＩＣＴ施工は、３次
元デジタル設計データを活用するため、設計→施工→現場管理→検査までのデータの一元管理が出きるため施工プロセス全体の最適化が図れるとともに安全性の向上やＣＯ２削減にもつながり、人件費や機材費などの直接費用とは別に間接的な費用、目に見えない費用の削減にもつながると考え
られる。

図‑１０

情報化施工コスト削減検証結果

７．まとめ
情報化施工導入においてレンタルの活用は、現場で使用する情報化施工機器の重機の種類、台数、種類の増減にも柔軟に対応可能で、実際に施工現場で使用する期間での費用負担で済む事から情報化施工が一般化するにつれ、情報化施工新規採用の建設会社においても、既に採用を行っている建設会社においても、レンタルの活用が増える方向になると考えられ、通常施工と情報化施工を比較したコストの面でも今回の検証から考えると削減方向に考えられる。また、情報化施工に必要な３次元設計データの工事発注者からの提供、配信が実施されると情報化施工が一般化し、レンタルの利用もますます増えると考えられる。情報化施工
機器メーカーの立場からは、建機メーカーとのタイアップによる取り付けが容易な機器の開発や、レンタル会社の要望を取り入れた機器改良など、
レンタル対応を考えた情報化施工機器を提供し、使用するお客様がより使いやすい対応を行うこと
で、日本の建設業界の生産性の向上と情報化施工の普及に貢献したいと考える。
本論文の作成にあたり、ご協力を頂きました関
係者の皆様方に感謝をいたします。
参考文献
1) 日経コンストラクション 2010 6.25 第４９８号，勝つた‑ 110 ‑

めの情報化施工、pp.４６〜４９

資料提供：砂子組

２６．遠隔操作重機によるプレキャストアーチカルバートの据付
株式会社フジタ

図‑2 全体平面図

上流側

下流側

垂直壁
水通し部土被り570

２．赤松谷川２号床固工工事の工事概要
赤松谷川２号床固工工事は，水無川砂防基本構
想に基づき，流域を土石流被害から守り，安全な生活を確保することを目的に建設するものである。
当工事個所は赤松谷川 1 号床固工上流に位置し，土石流や溶岩ドーム崩落等の被害を受ける可能性があることから，プレキャストアーチカルバート
敷設工，床固工（RCC 工法）並びに仮設工等の一連の工事を無人化施工により行う。
図‑1 に赤松谷川 2 号床固工工事の位置図を示す。

プレキャストアーチカルバートは床固工の上流側に隣接するように配置され，右岸側は９％の縦断勾配で警戒区域外から河床に向かって下降し，
半径 50ｍのカーブ区間を経て床固工上流に隣接する。左岸側は半径 50ｍのカーブ区間を設けて床固工から 1.5ｍ程度離隔させて端部をとめる。延長
180ｍ，1.2ｍ幅のプレキャストアーチカルバートを150 基設置する。図‑２に全体平面図を図‑３に標準断面を示す。

袖部土被り5600

１．はじめに本工事では，遠隔操作重機と遠隔モニタリング
技術および遠隔計測技術を駆使して，プレキャス
トアーチカルバートの据付作業を無人化施工で実施した。
雲仙普賢岳における災害復旧工事では，試験フィールド制度を利用した無人化施工が平成 6 年から導入され，平成７年からは RCC 工法による砂防
えん堤が，平成 14 年には鋼製スリットえん堤が無人化施工によって築堤されてきた１）。これまでに重さ２〜４ｔ程度のコンクリート製護床ブロックを遠隔操作で施工した事例は多数存在したが，総重量１５ｔものコンクリート二次製品を遠隔操作によって設置した施工例は少ない。
本稿では，平成 21 年度赤松谷川２号床固工工事において実施したプレキャストアーチカルバートの遠隔施工について，課題とその対策事例を中心に紹介し，無人化施工の新たな成果と可能性について述べる。

○ 中村 好典
三鬼 尚臣
野末
晃

本堤
4000

水叩き

基礎部RCCｔ＝250

図‑3 標準断面図

図‑1 雲仙普賢岳と赤松谷川 2 号床固工工事位置

このプレキャストアーチカルバートは有効内空寸法を３m×３m とし，２t ユニック車１台が十分通行可能な線形に設定した。
プレキャストアーチカルバートを河床内部に配置することで，土石流による影響を低減する事が可能であるとともに，景観を大きく変えることな
く，緊急用の連絡通路を確保することが可能となる。また，通常のボックスカルバートは延長方向に緊張作業を行い，シール材を密着させることで止水性を確保するのが一般的であるが，本工事では止水性を考慮せず，６箇所の連結ボルトによってカルバート同士を連滅することとし，シール材‑ 111 ‑

等は設けていない。表‑1 に主要緒元を図‑4 にプレキャストアーチカルバート詳細図を示す。
表‑1 プレキャストアーチカルバート主要緒元

主要寸法4,000B×3,700H×1,200L

外形寸法

4,560B×4,430H×1,200L

製品重量15,310kg

コンクリート40.0 N／mm2

設計基準強度
活荷重

T‑25

想定土石流厚1.90 m図‑5 ボルトボックスの形状
正面構造図

280

4000

1200

D25 4箇所

280

吊鉄筋

側面構造図
280

有効内空寸法３×３ｍ

4430

3700

2tユニック上下連結用PC鋼棒

インサートボルト用アンカー

450

100

100

RCCｺﾝｸﾘｰﾄ（18‑0‑80BB）

図‑４

RCCｺﾝｸﾘｰﾄ（18‑0‑80BB）

プレキャストアーチカルバート詳細図

把持装置は 4 箇所の吊鉄筋を 4 本のフックで吊り上げる構造とし，プレキャストアーチカルバー
トの自重バランスによって，垂直を保つ構造としている。さらに，垂直方向上下にスライドさせる機構によって，先に述べた底面部ボルトボックスのはめ合いを容易にできる構造とした。把持装置
は，フックの開閉，上下スライド，旋回（0〜90°）の自由度を有し，上下スライドはブレーカー油圧
ラインを，フックの開閉と旋回はバケットシリン
ダー油圧ラインに切替えバルブを設けて駆動させる方式とした。図‑6 に把持装置拡大写真を示す。

３．アーチカルバート据付施工の課題と解決策【課題１】
アーチカルバートの設置は，高精度な据付をしなければ連結のボルトの穴がずれ，ボルトの締め付けが不可能になる。また，ボルト連結作業は有人作業になるため，簡易な方法ですばやく作業し，警戒区域内の有人作業時間を短縮する必要がある。
【解決策】
6 箇所のボルトボックスを工夫して，遠隔操作による据付，位置あわせ作業を容易にし，ボルト連結作業の時間短縮を図る。
・底面２箇所のボルトボックスはロート形状に切
図‑6 把持装置拡大写真
り欠いた形状とし，据付と同時にインサートタ
イプのボルトがはめ合い構造で所定の位置に収まるように工夫した。
【課題２】
この工夫によって，上下流方向のズレを拘束
縦断勾配のない平坦区間は自重バランスによっできるため，位置あわせ作業が容易になる。さ て，鉛直性を保持できるため，重機足場の不陸にらにあらかじめボルトをインサートしているた よる影響を受けない。しかし，右岸部の 9％勾配区
め，連結作業を簡略化できる。
間については，プレキャストアーチカルバートを・側面の 4 箇所は長孔がクロスする構造とした。
強制的に 5°傾けた状態で把持する必要がある。
これによって，ボルトの挿入作業が容易になる据付作業用のベースマシンである 4.0m3 級バッ
ため，ボルト連結作業に要する時間を短縮する クホウの吊り上げ能力を考慮すると，大掛かりなことができる。図‑５にボルトボックスの形状図 傾斜機構を設けることは困難となる。図‑7 に縦断を示す。
勾配変化部分の割付図を示す。

‑ 112 ‑

勾配変 化

勾 配変化

基準 点

開始点
勾配 変化
E.C

終 了点

縦断斜部材

24
20
15

縦断勾配区間

10

9%

9

8

16基分

7
6
4.5%

1

2

3

4

5

25

0%

据付順

図‑7 縦断勾配変化部分の割付図【解決策】
縦断勾配に対応するため，4 箇所のフックのうち2 箇所を可動フックとし，残りの 2 箇所を固定フックとした。可動フックの開度を調整することで勾配角度を持たせた状態でプレキャストアーチカル
バートを吊り上げることが出来る。
また，据付順序は勾配変化が発生するブロックから開始することとした。これによって，延長方向の据付誤差に依存することなく，正確に勾配開始地点を確定することが出来る。図‑8 に把持装置
拡大図，図‑9 に据付フロー詳細図を示す。

【課題３】
映像情報の取得方法として，吊りフックの状態
および，底盤ボルトボックスのはめ合い状況を如何にして確認するかが課題となった。
先に述べたように４箇所のフックが確実に鉄筋に掛かっていること，はめ合い構造部の切り欠き部にインサートボルトが誘導できているかことを確認する必要がある。
【解決策】
把持装置に２つの小型高角レンズカメラを設置
し，４箇所のフックが同時に確認できる工夫を行った。上記のカメラを含め，据付作業用バックホ
ウには，ブーム先端側に１箇所，ブーム根元側に１箇所，計４台のカメラを搭載し，４分割映像分
配器を介して，１系統の映像信号を無線通信した。
さらに，プレキャストアーチカルバート内部には，移動式の有線カメラを配置し，底盤部のはめ合い状況を監視出来るよう工夫した。
以上のほかに４台の移動式カメラ車を使って，据付時の隙間を監視することで，既設のボックスに密着するように据付することが可能となる。
図‑10 に遠隔操作時のモニター状況を，図‑11 にアーチカルバート内部の監視状況を示す。

可動フック

5ﾟ

固定フック

図‑10 遠隔操作時のモニター状況
図‑8 把持装置拡大

スライド機構で下降

可動フック開放

据付中カルバート

固定フック開放

鉛直にスライド

5ﾟ

据付済みカルバート
インサートボルト
はめ合い構造図‑9 据付フロー詳細

図‑11 プレキャストアーチカルバート内部の監視状況‑ 113 ‑

４．アーチカルバート据付精度と施工能力
1) 施工精度
遠隔無人出来形測量による測定値と計画座標値の施工誤差の度数分布図を図‑14〜図‑16 に示す。
また，表‑2 に据付精度一覧表を示す。
上下流方向誤差度数分布図

⊿Y

12
10
8
度数

【課題４】
プレキャストアーチカルバートの出来形検測を遠隔操作で実施する必要がある。
【解決策】
1)予め有人エリアで組立中に測量用反射シートを設置する。
2)TS（光波測距測角儀）を遠隔仕様に改造する。
a. 接眼部にビデオカメラを取り付け，遠隔操作室のモニターに表示する。
b. モニターを見ながら TS の制御コマンドを SS
無線経由で送受信できるようにする。
3)計測指示送信・測定データ受信用ソフトを作成する。
4)計測結果を PC の記憶媒体に保存し，出来形表
示・印刷ソフトを作成する。

6
4
2
0
‑40

‑30

‑20

‑10
0
誤差(mm)

102030

図‑14 据付上下流方向誤差度数分布

左右岸方向誤差度数分布図

⊿X

14
12

度数

10
8
6
4
2
0
‑80

図‑12 遠隔出来形測量装置概要図

‑40

‑20

0
誤差(mm)

20

40

60

80

図‑15 据付左右岸方向誤差度数分布

標高値誤差度数分布図

⊿H

30
25
20
度数

図‑12 に遠隔出来形測量装置概要図を示す。写真の左上に計測指示や計測データの表示を行う PCの画面，左下が視準接眼部に取付けたカメラのモ
ニター画面，中心部は改良した TS，右上がアーチ
カルバートに貼り付けた反射シートである。
5 基毎に反射シートを取り付けたアーチカルバ
ートを設置する。反射シートは 1 基あたり 3 箇所に取り付け，位置と向きを計測確認できる。
１日の施工量を最低 5 基程度と計画しており，施工日ごとに出来形を確認しながら，据付作業を行う。図‑13 に遠隔出来形計測方法を示す。

‑60

15
10
5
0
‑10

‑5

0

5

10
15
誤差（mm）

20

25

30

図‑16 据付標高誤差度数分布

測定データの通信とターゲット
視準状況を操作室に通信５基ごとにターゲットを取り付けた
アーチカルバートを据え付ける
アー
ター チカ
ゲッ ルバ
トを ート
計測 に取
（３ り付
箇所 けた
）

表‑2 アーチカルバート据付精度一覧

測定項目
位置
（mm）

図‑13 遠隔出来形計測方法

規格値

最大値

最小値

平均値

上下流

±50

‑34

18

‑11

延長方向

‑200

48

‑68

0

±30

21

‑6

5

基準高
（mm）

‑ 114 ‑

上下流方向は，計画線形に対して，下流側を＋の蛇行量とし，延長方向は，左岸側を＋の伸びとして表記した。
線形に対する蛇行については，全体の約 65％が20mm 以内の据付誤差に収まっている。これはボルトボックスの工夫によって，上下流方向の拘束をできたことが要因に挙げられる。
延長方向はマイナス側の短くなる傾向が多くでている。これは，当初の割付計画において据え付
けたアーチカルバート間の隙間を 5mm ずつ考慮していたが，実際は 5mm 以下の隙間で密着させて据え付けることが出来たため，短くなる傾向が大きく出たと考える。
また，上記の精度が確保できたのは，アーチカ
ルバート基礎部の平坦性に大きく依存する。RCCによる基礎部の施工だけでは平坦性は確保できな
いため，その平坦性を確保するため，RCC 上に敷砂を実施し，ボックス内部から有人にて敷き均しを行い，不陸の除去を行った。図‑17 に敷き砂施工
による基礎部の不陸除去状況を示す。

図‑18 運搬・把持状況

図‑19 据付状況

図‑17 敷き砂施工による基礎部の不陸除去状況

2) 施工能力
当初，アーチカルバートの据付能力は，積み込
み，運搬，据付，ボルト連結を１サイクルとして，
5 基／日として計画した。前述の対策を実施した事もさることながら事前の有人エリアでの据付け演
習と実施工中のオペレータの習熟もあって，実稼働日に対して以下の施工能力まで向上することができた。
施工能力：150 基÷16 実稼働日＝9.4 基／実稼働日
図‑18 に運搬・把持状況を，図‑19 に据付状況を，
図‑20 に据付完了全景を示す。

図‑20 据付完了全景

６．有人作業中の安全対策
無人エリアでの有人作業のために安全対策として赤外カメラによる山体監視システムと緊急時避難連絡システムを導入した。
1) 山体監視システムの概要
遠隔操作室の隣室に監視室を設け，定点赤外カメラとして，500 万画素固定カメラとパン・チル
ト・ズーム・フォーカス・アイリス機構付きの 130
万画素カメラの 2 台で土石流・落石の可能性の高いエリアを監視した。500 万画素のカメラは約 1‑ 115 ‑

回/秒，130 万画素のカメラは約 3 回/秒の自動撮影を行い，直前の画面との差分やフローを算出して警報を出力するシステムとなっている。
図‑21 に監視画面を示す。
2) 緊急時避難連絡システム概要
ボルト締結の有人作業中は，常時監視中とし，非常時の連絡手段を 2 系統用意した。
1 系統目は，取回しに便利な電話線を利用した
VDSL 装置システムである。VDSL 装置は電話線をネットワークに変換する装置で非常連絡ボタン信号を坑内の警報機に送信することが出来，坑内のネットワークカメラの映像を操作室のモニターに映すことも出来る。
2 系統目は，非常連絡ボタンを押すと 2.4GHz 無線を利用して作業員の手首に装着した腕時計型受信器に警報を伝達するシステムである。
図‑22 にシステム概要図を示す。

いて報告をした。
本工事を通して明らかになった課題について以下に考察を述べる。
1) ボルト締結作業無人化できなかった作業だが，シールド工事のセグメントで実用化されているボルトレス継ぎ手等を応用した継ぎ手の開発が納期的に問題なければ採用できた。今後，受注後の施工検討のスピー
ドアップとコンクリート製品の工場との連携強化が必要と感じた。
2)基礎部精度
前述の通り，アーチカルバートに限らず構造物の据付では，基礎地盤精度の確保が最重要である。
現在の RCC 工法では，RCC 敷き均しに使用されるのは遠隔操作ブルドーザーであるが，本工事おける基礎地盤整形やコンクリート天端仕上げ等，施工に精度を求められる場合，敷き均し機械に舗装用のフィニッシャーを適用すれば無人化施工においてもより精度の高い基礎地盤を施工することができると考える。
８．おわりに
平成 2 年の普賢岳噴火災害から 20 年が経過し、平成 21 年には世界ジオパークに島原半島が認定された。その中でも，噴火の傷跡が今なお現存している水無川流域は地質学的に貴重な遺産として注目されている。本工事のアーチカルバート敷設
工はこれら世界ジオパーク構想に配慮し，景観を意識した計画に他ならない。火山との共生をテーマにした島原半島の活動の中で無人化工事固有の取り組みは他地域には例のない大きな特色になっており，今後の工事はより一層景観や施工方法に配慮した内容に代わっていくことだろう。現在の自然景観を維持しつつも防災上，必要な施設を築造していくためには，これまでに培ってきた技術を基に，近年発展する ICT 技術の導入によって，更なる無人化施工技術の向上，効率化が望まれる
ところである。

図‑21 山体監視システム監視画面

謝辞
本稿を作成するにあたり，国土交通省九州地方整
備局雲仙復興事務所，赤松 2 号作業所等の多くの方々にご協力を頂きました。記してお礼を申し上げます。

図‑22 緊急時避難連絡システム概要

７．今後の技術的課題
赤松谷川 2 号床固工工事において実施した現有の遠隔操作重機と遠隔モニタリング技術及び遠隔計測技術を駆使したコンクリート二次製品の連続構造物の無人化施工実績と課題への対策事例につ

参考文献
1) 茶山・藤岡・岡野・森：無人化施工による雲仙普賢岳鋼‑ 116 ‑

製スリット砂防堰堤工事の実績，第10回建設ロボットシンポジウム論文集，p.p123‑132，2004.9

２７．精密施工法を応用した汚染土壌掘削管理システムの適用㈱間組 土木事業本部㈱間組 技術研究所㈱間組 大阪支店○ 石原 吉雄
黒台 昌弘
辻俊次

敷地面積が 9.7ha で，掘削対象土量が約 56.3
１．はじめに
万
m3 と大規模な土工事である。
国土交通省は 2008 年度に「情報化施工推進戦略」②短期間での施工を策定し，建設機械施工に関しての様々な取組み
土留や土壌洗浄設備などの仮設や仮設備のを始めている。この戦略では，さらなるコスト縮設置から浄化対策までの工期が 14 ヶ月間であ減，品質確保及び事業執行の効率化を図るため，り，実際に掘削・土壌洗浄が可能な期間は 8.5
CALS／EC の考え方を参考に，データ連携などソヶ月と対象土量の規模から考えると短い。
フト的な対応による効果想出を目指している。
③大型土壌洗浄設備の採用
加えて，従前から取り組まれている高性能なセ
8.5 ヶ月間で約 40 万 m3 の土壌洗浄を行うた
ンサーを建設機械に取付けるといったハードウェ
め，日最大 3,000 m3 の処理能力が必要である。
アの導入により，現場技術者の意志決定の迅速化④精密施工２）やそれに伴う施工効率化，CO2 削減，あるいは建土壌汚染対策工事であるため，事前の調査
設機械の無人化・自動化という目的の達成も実現
結果に基づいた 100 m2 ごと深度 1m 単位の「精されつつある。
密な」掘削施工管理が必要である。
一方，環境省では，増加する土地再開発や民間企業の設備投資に絡んだ汚染土壌による人への健 2.3 施工計画
康被害を防止するため，土壌汚染対策法（以下，掘削土の取扱いフローを図‑1 に示す。掘削した土対法）を施行し，安全安心な環境で土地を利用 土壌の汚染成分を基準にして取扱方法を設定してできるルールづくりを推進している。汚染土壌を いる。表‑2 に示すように，洗浄対象汚染土は 4 区
掘削除去する場合には単位区画ごとに所定の深度 分，場外搬出汚染土は処理先が異なることや現場で掘削を行なうことが必須であり，2009 年施行の 内での取扱い方法が異なるなどの理由で 11 区分と改正土対法においても，よりきめ細かな施工管理 している。
が要求されている。また，掘削した土壌の行き先
洗浄処理した土壌は 100m3 ごと以下に 1 回の頻や持ち込んだ埋戻材の履歴なども的確に管理する， 度で該当する汚染物質の分析を行い，指定基準に適合していることを確認後に埋戻しに使用し，土
いわゆるトレーサビリティも重要視されている。
このような背景から筆者らは，同戦略や土対法 壌洗浄処理に不適なものは場外搬出処理とした。
また，対象地の地表面は起伏に富んだ形状を呈に対応した ICT 利用システムを開発して実工事にしていた。土対法の規定では，この地表面を基準適用したので以下に報告する。
２．工事概要と施工上の課題１）
2.1 工事概要（表‑1）
システムを適用した工事は，開発工事に先立ち
土壌汚染対策工事を行うものである。浄化方法は
主に現位置浄化技術の「土壌洗浄工」とし，洗浄に不適と判断された汚染土壌については「場外搬出」を行う計画となっている。
2.2 本工事の特徴
本工事の特徴は次の４点である。
①大規模な土工事項目
工事場所

表‑1 工事概要
内容
大阪市内

敷地面積

9.7ha （敷地全体 21.5ha）

工事期間

2007 年 3 月〜2008 年 4 月（14 ヶ月）

浄化方法

掘削除去（現地土壌洗浄＋場外搬出）
重金属 9 物質による土壌汚染
主な物質は鉛・ひ素・ふっ素
掘削土量： 約 56.3 万 m3
土壌洗浄： 約 40 万 m3

汚染状況

対象土量

場外搬出：

‑ 117 ‑

約 4.7 万 m3

第２溶出量
基準超過

可欠となる。
③建設機械のオペレータは掘削した土壌の管理区分に従って，運搬先や洗浄ヤードの指示を出すが，自身が掘削している位置や当該土壌の管理区分がすばやく把握できない。
④後工程である施工計画に早々に着手するためには，毎日終業後に施工実績を迅速に集計する必要がある。
このような施工上の課題と従来工法での限界を鑑み，本工事では，汚染土の確実な処理，掘削計
画・実績管理作業と測量作業の省力化を目的として，GIS（地理情報システム）と GPS（衛星測位システム）を組み合わせた掘削管理システムを開発
適用した。

汚染土壌
場外搬出処分
シアン・水銀・六価クロム分汚染土

高濃度含有分
第２溶出量
基準適合

油汚染分

取扱い土
掘削対象土

上記以外の
汚染土

脱水ケーキ
場外搬出処分土壌洗浄処理
洗浄土
埋め戻し

非汚染土

図‑1 掘削土の取り扱いフロー
表‑2 掘削した土壌の管理区分
区分

処理レベル

非汚染土

0

非汚染土

1
10
20
30
40
45
50
55
60
70
75
80
85
90
95

汚染土扱い

汚染土
（土壌洗浄）

汚 染 内 容含有基準超過溶出基準超過３．汚染土壌掘削管理システムの概要
3.1 システム開発のコンセプト
油汚染 ＋ 重金属等による汚染土壌扱い
油汚染 ＋ 含有量基準超過
土対法では，対象地盤を縦 10ｍ×横 10ｍにブロ
油汚染 ＋ 溶出量基準超過
油汚染 ＋ 含有量基準超過 ＋ 溶出量基準超過
ック分割して，さらに深度方向にもブロック分割
汚染土
カドミウム、鉛、フッ素の高濃度含有分（場外搬出）
カドミウム、鉛、フッ素の高濃度含有分 ＋ 溶出量基準超過（例えば 1m 間隔）して汚染状況を把握することとシアン、水銀、六価クロムの溶出量基準超過
規定している。また，各種の対策を行った場合にシアン、水銀、六価クロムの溶出量基準超過 ＋ 含有量基準超過
第２溶出量基準超過
は，対策の効果を証明することを義務づけている。
第２溶出量基準超過 ＋ 含有量基準超過
したがって，広い敷地で深さ方向に汚染状況が異※ 処理レベル：現場作業従事者が汚染内容なる地盤を，確実にしかも経済的に掘削するには，を把握しやすいように設定した番号「どこまで緻密な掘削計画を立てられるか。」「ど」の２点がシに土壌調査が行われるため，すなわち，各調査区 れだけその計画通りに掘削できるか。
画の地表面を GL.0ｍとした相対的な標高管理とな ステム開発の鍵となる。
本システムは，既開発の「３次元 GIS による精っているため，隣り合う区画では GL.0ｍの位置が２）,３）」の考え方を導入しており，GIS と絶対高（標高値）として一致せず，掘削管理が煩 密施工法
GPSを組み合わせた情報化施工技術（建設ICT）
雑になることが予想された。
では他に例を見ないものとなっている。
2.4 施工上の課題と従来工法の限界
工期の制限と土壌洗浄設備の能力を最大限発揮 3.2 システム構成させるため，日当り最大約 5,000m3 掘削する施工計 (1)３次元 GIS による掘削計画システム
画としたが，以下に示すような施工上の課題が想 ①GIS の仕様
本システムは表‑3 のような仕様となっている。
定された。
図‑2 には地盤情報表示例（掘削計画メイン画面）①土壌洗浄設備の運転状況を考慮しながら，洗を示す。施工ヤードを立体的に表現するのではな
浄対象土と場外搬出土をバランスよく掘削するための掘削計画を毎日作成する必要がある。 く，平面図に縦断図と横断図を並列表示させ，ま②事前の調査結果に基づいて 100m2 ごとに深度 た，1 つの平面ブロックに対する深度方向の断面図
1m 単位での掘削作業となるため効率が悪い。 を同時に同一画面に表示することで擬似的な３次③上記に伴い，施工前・施工中・施工後に頻繁 元表示を実現し，情報の見える化に対応している。
含有基準超過＋溶出基準超過油汚染のみ

な位置出し作業（測量）が発生する。
④掘削した土壌を分別する区分が多く繁雑で，作業員がその区分を取り違える可能性がある。
⑤掘削計画作成のため，掘削実績をリアルタイ
ムに管理し，確認する必要がある。
このような条件下で従来工法を適用する場合には，以下のような面倒な作業が必要となる。
①当日までの多量多種の施工実績に基づき，手作業により翌日の施工計画を作成する。
②100m2 ごとに深度 1m 単位での掘削作業のために，常駐の測量班による丁張り作業が必要不‑ 118 ‑

項目ＰＣ

表‑3 掘削計画システムの仕様
内容
汎用パソコン １台 LAN 非対応

ＯＳ

Windows XP

解析部

ハザマオリジナル

ﾃﾞｰﾀﾍﾞｰｽ

MS‑Access
現場平面図を番地化した 10ｍ区画図

電子図面

全域：平面図・横断図・縦断図
各ブロック：断面図

平面図

横断図
断面図

縦断図

写真‑1

掘削状況

を登録する機能。
ⅲ) 施工計画検討機能
土壌洗浄設備の能力と掘削作業の進捗，使用可能な掘削機械等を勘案して，「ブロ
ックくずしゲーム」のような要領で翌日の掘削ブロックを選択確定させる機能。
ⅳ) 施工数量集計機能
ⅲの機能で確定した複数の掘削予定ブロックが保有している情報を集計する機能。
含有量や溶出量を特定有害物質ごとに集計し，洗浄設備の能力に見合った量であ
図‑2(2) 地盤情報表示例(拡大)るかを判定する。
ⅴ) 帳票類出力機能
ⅳの結果を示す施工計画集計表や掘削機
械のオペレータに掘削ブロック名を提示する作業指示書などを出力する機能。編集作業を容易にするために，excel 形式の帳票としている。
(2)GPS による掘削管理システム（表‑4）
本システムは，掘削機械の施工支援を目的として開発したもので，マシンガイダンスシステムと位置づけることができる。
土対法にしたがい，対象地盤を縦 10ｍ×横 10ｍ，
深度方向に１ｍ間隔でブロック分割した調査結果
図‑3 掘削計画システムの機能構成（概要）に基づき，掘削施工を実施している。写真‑1 中央部の段差が１ｍ，段の幅が 10ｍとなっている。
このような視認性を高める方法により，現場技
このように汚染土壌を薄くはぎ取りながら，丁術者だけでなく掘削機械オペレータや測量担当者
寧に施工するためには，掘削機械の３次元的な位までもが地盤（地表面下）の様子を理解しながら置をリアルタイムで把握しておく必要がある。そ施工を進めることができるようになっている。
こで本システムでは，RTK‑GPS を中核にしてシス②システムに具備した機能（図‑3）
テムを開発した。当工事では，1 箇所に GPS 基準
本システムは，職員が当日の掘削作業完了後に局を設置し（写真‑2），6 台のバックホウに移動体実施する掘削計画作成や掘削実績管理業務を支援
用 GPS を搭載し（写真‑3,4），１人の作業員に測するもので，以下のような機能を具備している。
量用 GPS を可搬させている（写真‑5）。
ⅰ) 基本データ入力機能
基準局からの RTK 位置補正データの送信には，処理レベル，洗浄方法，掘削機械，埋戻RTK 方式運用に多用されてきた特定小電力無線よ機械，埋戻材料等を事前に登録する機能。
りも送信出力の大きい小エリア無線を用いてよりⅱ) 施工実績登録機能
確実な無線伝送を行っている。
当日の施工位置名，掘削機械，掘削量等
図‑2(1)

地盤情報表示例‑ 119 ‑

項目表‑4 掘削管理システムの仕様
内容

ＰＣ

Panasonic TOUGHBOOK CF‑19

ＧＰＳ

トプコン

無線機
演算表示部

LEGACY‑E+/GD（RTK 専用）

リットー

小エリア無線 出力１Ｗ
周波数 348.7〜348.8MHz 付近

ハザマオリジナルソフトウェア

写真‑5

工事測量に利用した GPS

表‑5 データベースに保管している情報一覧

写真‑2

GPS 基準局

写真‑3

掘削機械に搭載した GPS

写真‑4

掘削機械操作室の状況(3)掘削計画システムで取り扱う情報（データ）
土対法に基づく土壌浄化工事を，効率的かつ経済的に遂行し，施工履歴をきちんと示すことができる情報を漏れなく記録するという観点から，本システムでは，表‑5 のような情報を保存し，閲覧できるデータベースを構築している。
(4)システムの導入効果
本システムを運用することにより，対象地盤の汚染状況把握や建設機械の最適配置などが迅速化され，掘削作業の最適化と施工管理の省力化が飛躍的に進むことが確認でき，その結果，品質向上と工程短縮において大きな効果を発揮できることが判明した。
さらに，汚染土壌の掘削履歴や処理土のトレー
サビリティが自動的に確保できることとなるため，
品質証明の点においても優れたシステムと言える。
具体的には，３次元 GIS による掘削計画では，作業終了後に，当日の施工実績（掘削完了ブロッ
ク名や掘削量など）を GIS に入力してその実績データに基づき翌日の計画を行うが，システムを使用しない場合と比較して，実績データや計画値の集計作業が格段に早くなるため，作業時間が６時
間から２時間に削減できている。なお，掘削計画
は一人の職員で実施している。
また，GPS による掘削管理では，当日の掘削機
械の作業位置を現地で指示することや掘削を完了したブロックの底面高さの確認などの測量作業に‑ 120 ‑

おいて，一般的な測量機を用いた方法に比べて，作業員を６名から２名に削減できている。
建設機械オペレータは GPS を用いることで３次元的な自己位置把握が可能となったことにより，位置座標を基準に，事前に準備されたデータベースを参照することで，まさに今掘削している土壌の管理区分を瞬時に確認することができる。その区分はパソコン画面に表示されるため誤認することがなくなり，的確な次作業指示につながっている（どのヤードに運搬する土壌を掘削しているのかが一目瞭然となった）。
４．本システムを用いた施工の流れ
当工事では，前述した施工上の課題から，本システムの運用が確実な施工と品質の確保を実現させる上で非常に重要な鍵となっている。これまでの情報化施工では，従来の作業工程を情報化技術
で代替補完することが多く見られたが，本工事の施工は本システムを運用することを前提にして綿密に組み立てられているという点で特徴的である。
以降に，本システムを活用した施工の流れについて掘削の計画段階から順に示す４），５）。
①掘削計画作成
本システムでは，土対法に基づく事前調査結果による地盤内部の汚染状況，およびそれに応じた処理パターンのデータを，あらかじめ格納しておくことができる。現場担当者は事務所で３次元 GIS の画面（図‑2）を見ながら，
この複雑な処理パターンを適切に組み合わせ，施工計画集計表を何度も try&error で作成し，掘削機械の施工能力を最大限に活かす掘削計
画を作成する。
②作業指示書作成
掘削計画を基に掘削機械ごとの作業指示書を作成する。指示書には平面ブロック名と深度
ブロック名から成るブロック番号により，その日の掘削位置が示されている（図‑4）。
③作業指示
作業指示書は始業時に各オペレータに手渡し，オペレータは掘削に搭載されたコンピュータにそのブロック番号を登録する（図‑5）。
④掘削作業
掘削作業中は画面に表示されるブロック番号と GPS で取得した建設機械の現在座標を照合することにより，現在位置ばかりではなく，掘削している地盤の性状をも確認しながら掘削作業を確実に行うことができる（図‑6）。
⑤作業終了後毎日の掘削作業終了後，掘削実績情報や埋戻実績情報を GIS に登録する（図‑7）。広い土地であっても掘削進行状況が瞬時に把握でき，翌日の掘削機械配置計画が容易になる。また，‑ 121 ‑

土壌汚染対策という性格上，掘削や埋戻し工程の情報はトレーサビリティとしての役割を持つため，漏れなく正確に保存しておくことが重要である。

図‑4 作業指示書の一例

図‑5 ブロック番号登録画面

図‑6 掘削機械に搭載した PC 画面

５．まとめと今後の展開
本稿では、汚染された土壌の掘削管理に情報化施工技術を導入した事例を紹介した。第４章でも述べたように、これまでの多くの情報化施工技術
が施工支援や部分的な情報化を目的としたことに対して、本工事は情報化施工技術を利用することを前提にして計画されたもので、施工方法の考え方を変革した好例であると考えている。図‑8 に改めて現地作業の流れを示した。情報化施工を中心とした作業となっており、これが日常的なルーチ
ンワークとして定着し、工程短縮や労力削減に効果を発揮している。
ところで、本システムの運用においては，施工情報の記録や集計のような一律かつ定型的に行う仕事は ICT（情報通信技術）である GIS や GPS を活用して思い切った自動化を図っているが，掘削機械の配置や浄化方法の選定など施工の要所ついては，現場技術者の意思決定（判断）を求める半自動化システムとなっている。
昨今，様々な工事に情報化施工技術が展開されている。その導入効果を上げていくためには，これまで職員や作業員が実施してきた作業をやみく
もにシステム化するのではなく，本工事で示した
ように，情報化施工技術で施工を推進することが前提条件となる施工を計画するとともに，システ
ムと人間の役割分担にも目を向けていく必要があると考える。

図‑7 施工実績情報登録画面

参考文献
1) 黒台ら：3次元GISとGPSを組み合わせた建設ICTによる「汚染土壌掘削管理システム」，土木学会第64回年次学術講演会第Ⅵ部門，pp.369‑370，20092) 大前ら：GISを活用した精密施工支援システムの開発−
開発コンセプトとシステムの全体構成−，土木学会第27回土木情報システムシンポジウム講演集，pp.41‑44，2002
3) 奥村ら：大規模土工事における施工CALSの開発，電力
土木，No.317，pp.92‑97，2005
4) 石原ら：現位置浄化技術の取組みと情報化施工技術を活用した大規模浄化対策事例，基礎工，Vol.37，No.11，
図‑8 システムを用いた施工の流れ（建設機械部分）

pp.68‑70，20095) 黒台ら：3次元GISとGPSを組み合わせた「汚染土壌掘削
管理システム」，建設の施工企画，No.721，pp.69‑73，2010‑ 122 ‑

２８．３次元計測／出来形管理システムの開発と建築工事への適用
大林組 技術研究所
大林組 技術研究所
大林組 技術研究所○ 池田 雄一
金子 智弥
浜田 耕史

ータを新たに準備するか、現状の設計データを利
１．はじめに近年、建築工事においても鉄骨工事や PCa 工事 用しやすい形式に電子化する専用ソフトが必要になどでトータルステーション（以下、ＴＳ）の利 なる。この結果、余分なコストや手間が発生し、用機会が増えてきている。ＴＳによる測量は１名 情報化施工を導入したことによるコスト低減効果
で可能だが、建築工事特有の様々な理由により、 を得にくい背景がある。
建築工事で情報化施工を実現するためには、設
必ずしも測量作業の工数削減、施工管理業務の省力化効果が得られていない。一方、最近、部材形 計データを電子データの状態で施工まで効率的か状・配置が複雑な構造物が増えてきており、構造 つ継続的に扱うかが重要である。近年、建築工事
物全体や節・フロア単位での建入精度や収まりを に お い て も 、 BIM （ Building Information
従来より効率良く把握することが求められている。 Modeling）の利用が少しずつ進められつつあるが、そこで、著者らは、鉄骨工事や PCa 工事におい 現状では、対象工事が限定的である。そこで、BIMて、部材の建入精度をＴＳの利用により簡便に計 を導入していない多くの建築工事でも情報化施工
測でき、その建入精度を含む出来形を簡単に管理 を簡易に実現できる汎用性の高いシステムを開発できる３次元計測／出来形管理システムを開発し することで、土木工事と同等の効果を建築工事でた。システムは、３次元計測システムと出来形管 も効率良く得られることが期待されている。
理システムで構成される。前者は、ＴＳを利用し 2.2 専用システムの構築
鉄骨工事や PCa 工事では、部材全数の建入精度
た計測・測量作業の工数削減、施工管理業務の省力化を図るためのシステムである。後者は、計測 を計測し、その結果を帳票にまとめ、監理者へ節した部材の建入精度（設計座標に対する施工誤差） またはフロアごとに提出しなければならない。著
を３次元または２次元で表示するシステムである。 者らは、これらの作業全体の業務の効率化および本報では、システム開発の背景、システム概要、 コスト低減を実現するため、情報化施工の概念を導入した図‑1 のような全体システムを構築した。
工事適用結果や得られた知見について報告する。
まず、計測する点の座標（設計座標）を部材ごとに抽出し、３次元計測システムに登録する。ＴＳ
２．システム開発の背景
2.1 建築工事における情報化施工の現状
部材マーク 柱頭芯座標
X
Y
Z
設計座標
３次元表示
0.00 16854.41 294500.00
近年、土木工事では、電子化された設計データ 1‑35C1‑1
1‑35C3‑A1‑8386.00 14550.87 294500.00
1‑35C3‑B1
8386.00 14550.87 294500.00
14556.72
8404.32 293500.00
を施工時に有効利用する情報化施工が広く普及し 1‑35C5‑1
2‑35C1‑1‑14596.33 ‑8427.20 294500.00
2‑35C3‑A1‑8408.40 ‑14537.93 294500.00てきている。情報化施工では、設計データから竣 2‑35C3‑B1‑16794.42‑12.92 294500.00
2‑35C5‑1‑14556.70
8404.34 293500.00
14596.33 ‑8427.20 294500.00
工データまで一貫して、３次元モデルなどの電子 3‑35C1‑1
3‑35C3‑A1
16794.41‑12.92 294500.00
3‑35C3‑B1
8408.41 ‑14537.92 294500.00
0.00 ‑16808.64 293500.00
データを取扱うことでコスト低減や施工品質の向 3‑35C5‑1
鉄骨部材
上、透明化などの効果を得ている 1)。一方、建築システムへ登録
出来形管理
システム
工事における情報化施工は、以下の３つの理由か
計測
ら部分的な適用に留まることが多い。
①建築工事はほとんどが民間工事であるため、設計データの標準化が進んでいない
計測結果②同理由により、電子納品を求められていない
CSV（エクセル）出力③３次元ＣＡＤを利用しなくても、設計や施工
３次元計測が可能な建築物の割合が高い
システム
上記の理由から、建築工事で情報化施工を実施するには、情報化施工で利用できる専用の設計デ
図‑1 全体システム構成‑ 123 ‑

・上記のうち、任意の２点を計測すると柱芯の誤差とねじれを計算・表示
・建入ナビゲーション機能として、前節の計測結果から柱の倒れを算出し、JASS6 の倒れの管
理許容差の範囲を表示(2) PCa 工事用システム
PCa 部材の建方精度は、JASS5 や JASS10、品確法
３．３次元計測／出来形管理システムの開発などで細かく規定されており、柱・梁部材の建方
3.1 ３次元計測システムの開発
精度を全数計測する必要がある 2)。PCa 工事用のＳ
3.1.1 建築工事における計測作業の現状
建築工事では、図‑2 に示すようにトランシット Ｗには、以下のような特徴を持たせた。
やオートレベルなどの測量器を利用して現場内に・計測点を１部材あたり最大 16 点登録可能
設けた基準に対する相対値を計測することが多い。 ・２点選択時、交互自動計測が可能
事前に多数の基準線（例えば、通り芯の返り墨や 3.1.3 システム構成
基準レベルなど）を準備し、基準線ごとに測量器システムのハードウェア構成を図‑3 に示す。Ｔ
を盛り替えしなければならない。基準線にスケー Ｓ、ノートパソコン（以下、ノートＰＣ）、ター
ルを当てて相対値を計測するため、２名１組での ゲットで構成される。ノートＰＣにＳＷを搭載し、作業が普通であり、工数が多く掛かる。それに対 ＴＳを無線遠隔操作する。計測結果は、すべてノ
して、ＴＳを利用した測量は、座標が既知な基準 ートＰＣに取り込まれる。ＴＳには、ノートＰＣ
点を２点以上準備し、対象部材にターゲットを取 からの操作が可能で自動視準・追尾式の機種を選り付ければ、１名で計測作業が可能である。しか 択した。ノートＰＣには、屋外での使用を考慮しし、計測の主な作業が座標管理となったことで、 て、堅牢・防水タイプを選択した。操作が楽なタ
各計測点の準備・登録や計測結果の整理など新た ッチパネル式のモニタや無線通信機能付きで両手を自由にできる小型の首掛け可能な機種を選択しな作業項目が増えた。
た。ターゲットは、プリズム、シール、ノンプリ
3.1.2 システム開発
鉄骨工事と PCa 工事の計測対象や管理内容が大 ズムの中から選択可能である。工事種、部材形状、きく異なるため、ソフトウェア（以下、ＳＷ）は 計測目的に応じて使い分けできる。
共通部分と個別工事対応部分に分割した。ＳＷは、工事図面、設計座標などのデータベースと、座標計算、計測結果表示などの機能から構成される。
共通部分の特徴を以下に示す。
・設計座標を専用フォーマットのエクセルにまとめてＳＷへ自動登録
・対象部材の形状は自由（何でも対応可能）
・通り芯や座標系を自由に設定可能
X 基準線
・目的に合せてターゲット（プリズム、シール、
ノンプリズム）を選定
Y 基準線
トランシット
トランシットX 基準線
・プリズム利用時に自動計測が可能
・計測結果をエクセル出力
ターゲットにシールまたはノンプリズムを選択
図‑2 在来測量
すると計測時に事前に登録した設計座標に向ってＴＳが自動的に回転する（半自動計測）。プリズム
自動視準・追尾式を選択すると回転後、自動視準および追尾計測がトータルステーション可能である（自動計測）。
無線遠隔操作(1) 鉄骨工事用システム
鉄骨工事では、柱全数を計測し、その倒れをJASS6 の限界許容差内（1/700 かつ±15mm 以下）に収めなければならない。鉄骨柱に設定した設計座
ノートパソコン
標のうち、できるだけ少ない計測点で建入精度を効率良く的確に把握する必要がある。鉄骨工事用のＳＷには、以下のような特徴を持たせた。
・設計座標を柱１本あたり最大８点登録可能
図‑3 ３次元計測システムの構成
で各部材の計測点を自動計測し、設計座標との誤差を電子データとして記録し、外部出力する。外部出力したデータを出来形管理システムに取込み、出来形モデルを３次元または２次元で表示し、帳票などとして外部出力する。

‑ 124 ‑

3.2 出来形管理システムの開発
3.2.1 開発の背景
３次元計測システムにより計測結果を得て、品質管理の帳票などにまとめ直すことで、節またはフロア全体の建入精度を把握できる。しかし、近年、形状や配置が複雑な工事も増加しつつあり、迅速に効率良く精度を把握する必要がある。鉄骨の場合、１節あたり３階などが普通であり、各階の建入精度を把握するには、多くの労力を要する。
3.2.2 システム開発
対象は、柱、梁の区分が明確な鉄骨工事や PCa
工事である。システム上の構造設定（柱、梁の構
成）は、各部材の端点（始点・終点）定義ファイルで構成される。端点の座標リストは、柱部材のみ必要であり、梁部材は不要で、柱に合せて描画される。また、部材形状、断面サイズ、通り芯、
階高情報などは別のファイルで設定する。システ
ムの特徴を以下に示す。
・入力データはすべてエクセル形式で、３次元計測システムの出力データを利用可能
・３次元表示はポリゴン、線画、点から選択可
能で、２次元表示は線画、点で管理値に応じた色別表示が可能
・３次元計測システムから得た日時データから施工実績の３次元アニメーションが可能
４．システム適用
4.1 研究施設の鉄骨工事への適用
4.1.1 工事概要
システムを表‑1 に示す３階建て研究施設の鉄骨工事へ適用した。平面形状は約 90×30m の長方形であり、桁行方向はスパン長 18m の大スパン構造である。柱の節割は２節であり、柱符号により継手階が異なるため、建入精度管理が重要視された。
4.1.2 システム適用計画
鉄骨建方時の玉掛け用ワイヤーや吊り足場との接触による破損を懸念して、高価なプリズムの代わりに鉄骨表面へ安価なターゲットシールを貼付した。事前に建物の３次元ＣＡＤデータを用いて、ターゲットシールの貼付位置の計画を行った。ジョイント位置が極端に低い第１節の柱については、視認できない可能性もあったため、梁下にターゲットシールを貼付する計画とした。第２節の柱についても最上階の梁下にターゲットシールを貼付した（写真‑1）。ターゲットシールの貼付位置には、
鉄骨ファブで罫書きを入れ、現場搬入後、ターゲットシールを貼付した。外周柱の外周面を除き、柱１本あたり東西南北面の芯（４箇所）に貼付した。その他の柱は、柱頭付近に貼付する計画とした。なお、鋼管の溶接シームがある面は、シームを避けて水平に 50mm ずらして貼付した。

‑ 125 ‑

表‑1 工事概要

建物用途
階
数
構
造
建築面積
延床面積
最高高さ
工
期

研究施設
地上３階
Ｓ造
2,900m2
5,600m2
16.7m
2009.11〜2010.8（10ヵ月）

写真‑1 ターゲットシール貼付状況

写真‑2 計測状況

図‑4 ３次元表示

図‑5 ２次元表示

4.1.3 適用結果
鉄骨建入の計測作業は、１名で行った（写真‑2）。
システムの半自動計測機能を利用して、効率良く計測を実施できた。３次元計測システムの計測結果を出来形管理システムに読込み、３次元表示したものを図‑4 に示す。柱、梁符号別に色を区別して表示できる。また、スパン間距離を２次元表示
したものを図‑5 に示す。スパン間距離の長短に応じた管理値を設定し、その管理値区分によって色を変えて各スパンの梁を表示した（一次管理値以
内：緑、一次管理値超：黄、二次管理値超：赤）。
4.2 大屋根トラス鉄骨工事への適用
4.2.1 工事概要
大都市ターミナル駅のホーム上に架設される大屋根トラスの鉄骨工事へシステムを適用した。工事概要を表‑2 に、大屋根トラス鉄骨工事の施工計
画を図‑6 に示す。先に施工した橋上駅架構の上部を作業構台とし、その上に仮受けベントを２セット分構築して、東西に２分割した大屋根トラスを
それぞれ１列ずつ地組した。ベント上で溶接作業まで完了するとトラスをジャッキダウンさせ、隣のトラスとのつなぎ梁を建方した後、１スパン分
約 11m スライドさせる。東西ともに７回スライドを実施した。スライドの工程とともにトラス上面の仕上げ工事に着手する 3)。仕上げ材はガラスと折板の２種類あるが、仕上げ工事の進捗により、隣同士のトラスのたわみ量が異なり、つなぎ梁を建方する際にレベル差を管理する必要があった。
このため、３次元計測／出来形管理システムを利用して変位（主にたわみ）を管理した。
4.2.2 システム適用計画
大屋根トラスの変位計測計画を図‑7 に示す。トラスは１列あたり８ブロックに分割される。そこ
で、トラス１列につき、各ブロックの上端付近と最下ブロック下端の計９箇所を計測する計画とした。場所により計測しやすい点は異なり、スライドとともに徐々に変化するので、上弦材２本と下弦材１本の計３本の左右下それぞれ３箇所ずつ（図中、Ｂ、Ｃ、Ｄ点）計９箇所の計測点を計画した。すなわち、トラス１列あたり合計 81 点の計測点を準備した。トラス鉄骨は白色の重防食塗装
仕上げであり、意匠的にターゲットシールを剥がす必要があった。線路・ホーム上ではターゲット
シールを剥がせないため、多少計測精度が悪化す
るが、ターゲットシールを貼付しないノンプリズ
ムを選択した。トラスの計測点にマジックで十字を罫書き、そのポイントを計測する計画とした。
トラスの３次元モデルは、弦材とブレース材を細かく分割して作成した。節点には各部材の端点のほか、計測点と構造解析に利用した節点を含めた。設計データは、トラスに仕上げ材の全荷重が表‑2 工事概要

用
途
構
造
大 き さ
重
量
工
期

駅上屋根架構Ｓ造トラス構造176m×96m
約20,000kN
2009.12〜2010.9（10ヵ月）

建
設
中
の
駅
ビ
ル

大屋根
既
存
駅
ビ
ル

地組構台

東西架構

橋上駅

スライド
スライド
スライド
スライド

建
設
中
の
駅
ビ
ル

スライド
既
存
駅
ビ
ル

スライド
スライド
東
西
架
構

大屋根（西）地組
橋上駅
大屋根（東）地組
スライド

図‑6 大屋根トラス鉄骨工事の施工計画
Y0

ブロック番号図⑧ﾌﾞﾛｯｸ⑦ﾌﾞﾛｯｸ⑥ﾌﾞﾛｯｸB7⑤ﾌﾞﾛｯｸB6④ﾌﾞﾛｯｸB5③ﾌﾞﾛｯｸB4

KY1 ②ﾌﾞﾛｯｸ①ﾌﾞﾛｯｸB3
B2

B1

各ブロックにおける計測位置について(２ブロックの例)
北

弦材呼称図

南

計測面略図

‑ 126 ‑

B
C

西←

D

B

D

C

D

B

→東

C

図‑7 大屋根トラスの変位計測計画

掛かった最終状態のものであり、構造解析結果から逆算して、ベント上における地組時の鉄骨の設計データを施工者側で作成した。各施工ステップのトラスのたわみ状態（ジャッキダウン後の自重による変形、仕上げ材荷重半分による変形）のモ
デルは、構造解析結果を利用して表示用モデルのみを作成した。全部で４種類のモデルを作成した。
全長約 100m のトラス１列のうち、９点しか計測せずにトラス全体の変位を効率良く表現するため、各モデル上の計測点と実測値の差を元にトラス全体の形状を描画した。計測点以外の各節点の変位量は、最も近い計測点２点からの距離に応じて線形配分した。なお、計測点の外側に位置する節点については、当該計測点の変位量と同一とした。
4.2.3 適用結果
ベント上での地組完了後とジャッキダウン後、各回スライド工事後の大屋根トラスの変位を計測した。計測結果を読込み、出来形管理システムでトラスの変位を３次元表示した。東西ともに７回のスライド工事が終了した時点でのトラス変位を３次元表示したものを図‑8 に示す。２次元でトラス断面の各節点の変位を表示したものを図‑9 に示す。設計座標または構造解析結果に対する管理値を設定し、図‑5 と同様に色別表示した。各節点の変位量は、設計座標または構造解析結果の概ね８割以内で収まったことを確認した。
システムでは、各スライド前後の大屋根トラスの変位を紙芝居のようにステップ表示できるため、スライド前後の変形量の差を簡単に確認することができた。本システムを利用したことにより、構造解析結果と実際のトラスの変位の差を確認しながら安心してスライド工事を進めることができた。
4.3 超高層集合住宅の PCa 工事への適用
4.3.1 工事概要
システムを表‑3 に示す 55 階建て超高層集合住
宅の PCa 工事へ適用した。平面形状はコーナー部にセットバックがある正方形で中央に吹抜部を有する。６階から 55 階の基準階および塔屋階において、柱梁接合部を PCa 化したオール PCa 化工法（ＬＲＶ工法）が採用された（図‑10）。約 1,600m2 の基準階に対して、柱 48 ピース、梁 36 ピースが割り付けられ、１フロアあたり３日のサイクル工程でPCa 部材の建方が計画された 4)。
従来の PCa 部材の建入計測は、トランシットを利用して各通り芯の返り墨からの離れを x, y の２方向で行い、オートレベルを利用して高さを計測していた。計測および PCa 部材の位置調整作業に関する工数は、５名（墨出し工３名、位置調整工２名）であった（写真‑3）。
4.3.2 システム適用計画
ＴＳを利用した計測作業には、基準点（座標が‑ 127 ‑

図‑8 大屋根の３次元表示

図‑9 大屋根の２次元表示（断面）表‑3 工事概要

建物用途
階
数
構
造
建築面積
延床面積
最高高さ
工
期
基準階面積

主として集合住宅
地下２階、地上55階
ＲＣ造
4,300m2
87,600m2
192m
2007.8〜2010.8（36ヵ月）
1,600m2ＬＲビーム

図‑10 ＬＲＶ工法

Ｖコラム

１台でx, y, zのすべての座標が把握できるようになったことと自動計測機能を備えたことが大きな理由である。また、トランシットを利用した従来の計測では、通り芯の返り墨を直角平行にほぼ全数出す必要があった。これに対して、本システム
では、フロア内の数箇所に基準点を作成するだけで良いため、墨出し関連作業が大幅に削減できた。
また、３次元計測システムの計測結果を集計して建方精度管理の帳票（エクセル）をフロアごとに自動作成する機能によって、担当職員の品質管理業務を大幅に効率化できた。
５．おわりに
本報では、３次元計測／出来形管理システムを開発し、鉄骨工事や PCa 工事に適用した。その結果、以下に示す知見を得た。
・システム適用により、計測や墨出しに関する
工数を 50％程度削減でき、関連作業全体においてコスト低減効果を得た（３次元計測）
・建入精度に関する帳票の自動作成機能により、担当職員の品質管理に関する業務を大幅に効率化できた（３次元計測）
・建入精度を３次元または２次元で簡易に表示することで、構造物の建入精度を関係者間で共有することが容易になった（出来形管理）
・３次元計測システムで得られた計測結果（点データ）を線（部材単位：１次元）、面（節、
写真‑4 ３次元計測システムによる計測作業
断面：２次元）、立体（３次元）へと容易に再既知であるポイント）が作業階に数箇所必要であ構成できるため、計測していない点の計測値
る。PCa 部材の足元にターゲットシールを貼付し、の補間や構造物全体の精度把握が容易になっ基準点とした。ＴＳを N+1 階（グラウト充填の終た（システム全体）
了した柱部材や梁部材の上）にセットし、ノート・アニメーション機能により、建方手順を後でＰＣから無線遠隔操作した。また、自動計測を実再確認できるため、建方手順の改善などに寄施するため、ターゲットにプリズムを選択した。
与した（システム全体）
PCa 部材のコーナーへプリズムを正確にセットす
最後にシステム開発から工事適用まで御協力頂るため、写真‑4 に示す専用のアルミ製架台を製作 いた関係者全員に感謝の意を表す。
した。この架台によって、PCa 部材のコーナー部より 50mm 高い位置へプリズムが確実にセットできる
参考文献
ため、設計座標として、z 座標（高さ）のみ 50mm 1) 古屋：情報化施工に取り組む現場―事例紹介―，建設マ
オフセットした値を登録した。
ネジメント技術，No.384, pp.41‑51, 2010.05
4.3.3 適用結果
2) 池田，金子，浜田，森岡：三次元計測システムの開発と操作端末の画面上には、各フロアの図面・部材
工事適用 その３ 機能追加とＰＣａ工事への適用，日本
形状や計測点の座標を表示できる。また、PCa部材
建築学会2010年度大会（北陸）学術講演梗概集, A‑1（の位置調整時には、部材の動きに追従してリアル
材料施工）, pp.119‑120, 2010.07
タイムに計測結果を表示できる。N階で行われるス 3) 池田，川上，端山：スライド工法における計測・監視シ
ラブ配筋やコンクリート打設作業との干渉がなくステムの開発，第18回建築の自動化技術シンポジウム，
なり、測量器の盛替回数を最小限にすることがで
日本建築学会，pp.9‑14, 2010.01
きたため、計測精度の向上・安定化が実現した。 4) 大山，栗田，池田，藤生：オールプレキャスト化工法を本システムを利用したことで、位置調整に必要な使用した超高層集合住宅の施工−地上55階超高層集合
工数を３名（墨出し工１名、位置調整工２名）に住宅建設における採用工法の紹介−，コンクリート工学
削減することができた（写真‑4）。これは、ＴＳ，Vol.48，No.7，pp.22‑27，2010.07
写真‑3 従来の計測作業‑ 128 ‑

２９．
設計データを搭載した３次元測量機器による出来形管理手法の導入について
情報化施工における出来形管理手法の適用工種と利用技術の拡大

国土交通省 国土技術政策総合研究所 情報基盤研究室 ○ 梶田 洋規
同上北川順
国土交通省 関東地方整備局 千葉国道事務所
遠藤 和重

１．はじめに国土交通省（国交省）では，コスト縮減や品質確保などへの対応の一つとして，情報化施工の導入・普及に取り組んでいる。設計〜施工〜維持管理の建設生産プロセスにおいて，個々に構築・利用している情報の有効活用を図るべく，施工段階
で３次元座標の電子データを扱う測量機器を利用して効率的な出来形管理手法を構築し，将来，その情報を他フェーズと連携させることを考えた。
先ず，土工を対象に設計データを搭載したトータ
ルステーション（ＴＳ）による出来形管理手法を構築し，その後，ニーズに対応すべく情報化施工の適用工種・技術の拡大に取り組んでいる。
本稿では，３次元測量機器による出来形管理手法の適用拡大に関する取り組みを紹介する。
２．ＴＳによる出来形管理手法の構築
情報の有効利用による業務の合理化や建設生産システムの高度化に向けた業務分析を基に，出来
形情報の流通サービスの構築を行った。
2.1 出来形に関係する情報の流れ
出来形管理用ＴＳの研究の契機は，情報の流れの観点から従前の施工プロセスを分析した結果である。施工プロセス上，土木構造物の長さや幅といった形状データや位置データが，帳票や図面を作成する際に何度も入力されていることが分かった。研究の焦点を施工（施工管理）段階にあて，
重複するデータ入力作業の無駄を無くすと共に入力ミスも減らすため，３次元位置情報を情報流通に適した電子データとして取得できる３次元測量機器を出来形管理に利用することを検討することとした（図‑1）。
2.2 出来形管理基準
公共土木工事においては，「土木工事施工管理基準」が定められ，工種毎に出来形管理の測定項目や規格値が決められており，監督・検査においても，その内容に沿って行われている（図‑2）。利用
する３次元測量機器は，この規格値の計測を行う

設計

施工

測量

起工
測量

予備 詳細
設計 設計

丁張
設置

維持管理

出来形
管理
検査

作業 建設機計画 械施工発注図

施工図

完成 基盤地平面図 図情報

完成図

発注数
量算出

精算数
量算出

図‑1

工種 測定項目

定期
測量

支払

■
■：形状が直接的に関係■■：形状が間接的に関係

施工プロセスの分析

測定基準
測定箇所
施工延長40ｍ【盛土の場合】
につき１箇所、掘削：‑200
延長40ｍ以下
L＜5m
盛土：‑100のものは１施道路
法
工箇所につき土工 長
掘削：法長の‑4％ ２箇所。基準L≧5m
盛土：法長の‑2％ 高は、道路中心線及び端部幅(W1､W2)
‑100
で測定。
基準高 ▽

規格値(㎜)±50

図‑2 出来形管理基準（道路土工）に足る精度（規格値に対する再現性の確保）を保有している必要がある。
３次元位置座標の電子データを扱う測量機器で，近年，広く用いられているＴＳの計測誤差は，実験の結果，３級ＴＳだと計測距離が 100ｍの地点で，水平方向が±20mm 以内，鉛直方向が±10mm 以内であり，「土工」の出来形管理に利用可能な精度が確認できた。
2.3 ３次元プロダクトモデル
３次元座標データを活用し，作業の効率化やデータの有効利用を考えると，製造業で利用され高い生産効率をあげている３次元ＣＡＤ技術があげられる。３次元ＣＡＤは部品などをモデル化し，単なる点の３次元座標値でなく，点の意味も含めてデータを流通することで，後処理の合理化を可能としている。同様に，土工の「法肩」など出来
形管理の構成点を定義付けし，構造物の３次元形状を表すモデルを構築した。道路土工の場合，道路中心線形と各断面で定義した（図‑3）。構成点の‑ 129 ‑

道路土工の場合のイメージ

平面線形要素（道路中心線）

計測と同時に設計値との差が表示される。
ミラーを計測地点へ誘導でき、丁張等が不要。

EC

BC
曲線半径Ｒ

道路中心線形

交点ＩＰ
右法肩
R1N1

縦断線形要素（道路中心線）
縦断曲線長Ｌ

左法肩L1N1

縦断変化点座標
幅員中心
F1N0

左法尻
L1N2

管理断面
No．33

幅員
勾配(%)

横断形状要素

高低差

右法尻
R1N2

勾配(1:x)道路中心線

図‑3 道路土工のモデルとその構成点の位置付け

定義付けにより，計測した座標が何の点かソフト
ウェアに認識させることが可能となり，例えば，
法肩と法尻の３次元座標値から法長を自動算出，
出来形管理帳票の自動作成などが行える。
2.4 出来形管理用ＴＳ(1) システム構成
出来形管理用ＴＳは，出来形管理に用いる設計
データを３次元座標値としてＴＳに搭載するものであり，「３次元設計データの作成ソフト」，「ＴＳ
ハード及び搭載ソフト」，「帳票の作成ソフト」により構成され，各ソフトに必要な最低限の標準機能を定めると共に，ソフト間でデータの互換性を確保するためにデータ交換標準を策定し，必要な性能の確保と互換性の確保を図った（図‑4）。
(2) 特徴と効果
従前の出来形管理は，計測する断面に丁張りを設置し，レベル・巻尺で長さ・高さを計測しており，丁張り設置や計測に手間・人数を要し，また，帳票類作成時には転記ミスの懸念があった。
ＴＳは，設計データを基に計測したい箇所へＴ
Ｓのミラーを誘導する機能を搭載することから丁張りが不要である。なお，丁張りの効率的な設置も可能である。また，断面毎に計測する必要はな
く，計測は２名で行え（自動追尾機能搭載機種だと１名で行える），自動帳票作成により労力削減と転記ミス防止が図られる（図‑5）。他にも，３次元
座標の設計データを搭載しているため，設計値との誤差を計測と同時に把握でき迅速な修正作業が従来の出来形管理作業の流れ３Ｄ
照査

設計
道路中心線形
road‑GM‑XML

TSで出来形管理

基本設計データ（TSF‑ＸＭＬ）

施工管理データ（XML形式）
出来形計測データ（TSF−XML）

ＴＳ

作業内容

2400ｍ

従来

本手法

短縮効果

測量準備

９日

２日

78%減

測 量

６日

４日

33%減

帳票作成

３日

0.3 日

90%減

合 計

１８日

６.3日

65%減

３Ｄ
検査

行えると共に，監督・検査で利用すれば，施工者の計測箇所を特定，管理断面以外の任意断面で確認を行うこと等も可能である。
３．適用拡大の方向性
ＴＳによる土工の出来形管理にとどまらず，取り組みの発展を考えると，大きく分け，ニーズ（効果が期待される機会）とシーズ（利用する技術）があり，ニーズは工種と利用場面に細分できる。
その３つが適用拡大要因となることから，その組合せによる３次元的な展開が考えられる（図‑6）。
その組合せの中から，効果や実現性が期待できる組合せを選定し，検討していくこととなる。
3.1 工種の拡大
１つの工事を全てＴＳで計測すれば，機器の利
工種拡大

出来形帳票作成
施工管理データ（TSF−XML）

検査

基本設計データ（TSF−XML）①ミラーを計測箇所へ誘導可能（→丁張り設置が不要）②断面毎に計測する必要無し③計測と同時に出来形確認

図‑5 出来形管理用ＴＳによる計測状況と効果

出来形
帳票作成

出来形計測
(出来形計測情報作成)

設計データ作成

出来形管理用TS

出来形
管理

維持管理

要領の出来形管理作業の流れ

基本設計
情報作成

従来(巻き尺)丁張や杭 断面毎にの設置 計測・移動

白文字(実線)＝策定・公表済み
黒文字(破線)＝今後の予定出来形管理データ(出来形帳票/PDF)

新技術
導入

道路付帯工
道路付随工

レーザースキャナ

地下埋設物

VRS
RTK‑GNSS

舗装修繕

横断SXF

ソフト・ハードの仕様書

基本設計デー
タ作成ソフト機
能要求仕様書データのフォーマットＴＳ（ソフト、ハード）

出来形管理用ＴＳ機能要求仕様書

データ交換

データ作成ソフト

データ交換

利用する
ソフト・ハード

帳票作成ソフト

データ交換

その他

帳票作成ソ
フト機能要
求仕様書

ＴＳによる出来形管理に用いる施工管理データ交換標準(TSF‑XML形式)

図‑4 出来形管理用ＴＳのシステム構成

高度利用

舗装

ノンプリTS(利用場面拡大)

土工

ＴＳ

【発注】
【監督検査】 【維持管理】
【測量】
【施工】
【設計】 ①数量算出 ①起工測量①出来形検測 ①管理台帳②丁張り設置 ②工事完成図③出来形管理 ③数量算出

図‑6 適用拡大の方向のイメージ‑ 130 ‑

測位衛星（米ＧＰＳや露GLONASS)
用効率が上がると共に，維持管理や修繕工事など
衛星から基地局までとの後工程での広い活用用途が期待できる。
衛星から移動局までの距離の差より、基地局
例えば，道路工事に着目すると，既に完成してと移動局の相対的な位置関係を把握いる道路土工と同じ工事目的物という観点から「舗
装（新設・修繕），路盤工，地下埋設物，道路付属物（縁石，排水溝），道路付随工（ブロック積，擁壁）」などへの展開が考えられる。
なお，ダムは大規模工事のため効果を得やすい
が，直轄工事だけでは数が限られることから，データ交換標準の策定の必要性が低い。
情報通信
3.2 新技術の導入
座標
３次元座標を電子データで扱う測量機器には，
基線ベクトル
ＴＳ以外にも様々な特徴を有する技術がある。例（方向と位置）図‑7
RTK‑GNSSによる計測の概要
えば，プリズムを用いず非接触で計測が可能なノンプリズム方式ＴＳ（ノンプリＴＳ），測位衛星（米国 GPS 等）を利用し広域の計測が可能な RTK‑GNSS
0.015
やＶＲＳ，広範囲の大量な点データを遠隔地から0.000
非接触で取得可能なレーザースキャナ，ＴＳとデジカメが一体となり画像と３次元データを合成表
10個平均示し視覚的に作業が行えるイメージングステーシ
ョン等があげられる。
‑0.0303.3 利用場面の拡大
図‑8 RTK‑GNSSの計測誤差(個々のデータと平均値)
出来形管理を行う場面として，受注者による施工管理と共に，発注者による監督検査があるが，出来形管理用ＴＳは３次元設計データを作成する
1,000ｍ地点は無線不通
３（■100ｍ地点、■1,000ｍ地点）
ことから，その作業における設計図書の照査の確
２
１
実性・効率性の向上が期待される。
０
01：00
02：00
03：00
04：00
05：00
また，３次元座標データが得られることから，
計測時間(h)
工事完成図や精算数量算出に利用したり，測量段
図‑9 RTK‑GNSSの計測精度検証(距離の影響)階で利用し３次元座標データを得てＣＡＤソフト
で設計を行うことで発注用数量を自動算出したり，維持管理の管理台帳のデータとして利用したりと 置し，移動局と両方で位置計測し，その情報を無線通信することで，精度向上を図っている。
（図‑7）
いった展開も考えられる。
計測精度は，実験や試行を通じ，１回の計測値
では誤差が大きい場合があるが，10 回平均値を取
４．導入検討について利用場面として「出来形管理」について，新た れば土工の出来形計測に利用可能な精度確保が可
な工種・測量技術の導入対象として，「RTK‑GNSS・ 能なこと(図‑8)，基地局から移動局の距離が１km
土工」と「ノンプリＴＳ・舗装修繕工」について くらいであれば距離による精度の低下は無く無線
前記視点で整理する。
通信性能が制約になること(図‑9)を確認すること
4.1 RTK‑GNSS【土工】の導入検討ができ，導入可能なことが明らかになった。
(1) ニーズ(3) 効果の検証
ＴＳの場合，出来形計測に必要な精度確保のた試行現場における出来形管理を，
ＴＳと RTK‑GNSS
め，計測距離は３級ＴＳの場合で 100ｍ以内（２級 で二重管理し比較検証した結果，延長が長くＴＳ
ＴＳの場合は 150ｍ以内）の制限を設けており，そ の移設が必要な現場では RTK‑GNSS の高い効率性がれを超える場合，ＴＳを移設し設定する必要があ 確認でき，逆に，延長が短くＴＳの移設が無い場る。そのため，試行工事における意見として，計 所では効率が悪くなる場合があることも確認でき
測距離の長距離化の要望が寄せられている。
た(図‑10)。重機による情報化施工を行っている場(2) シーズ
合，重機の位置検出に利用している基地局と共用
１箇所に設置し広範囲の測量が可能な機器とし できること，施工後に重機に搭載された移動局をて ， 測 位 衛 星 を 用 い た 測 量 機 器 の １ つ で あ る 取り外して出来形管理を行える形が構築できる点
RTK‑GNSS がある。座標が既知の点に基地局を設 からも大規模な現場での活用は有望である。
評価点③
評価点④
評価点⑤
評価点⑥
評価点⑦
評価点⑧

0.015

計
測
誤
差
(m)

計測誤差(ｍ)

0.010
0.005
0.000

1

‑0.005‑0.010‑0.015‑0.020‑0.025‑0.030

水平誤差(cm)‑0.035‑ 131 ‑

2

3

4

5

6

7

8

9

10

平均

ＧＮＳＳ
ＴＳ
効率
試行 計測
計測 計測時 機器 ローカ 計測 計測時 機器 設置 向上
延長 点数
設置 回数 率間
設置 ライズ 人数
間人数（ｍ） （点）（人） （人・分） （分） （分） （人） （人・分） （分） （回） （％）
200 171
108 15
45
2
135.6
74
2 20
180 27150 18
30
2236.4 102
3 71
40 15
1
58 18
0
2
120
20
1 46
40 10
1
25 20
28
2
28
16
1 ‑66

図‑10 RTK‑GNSSの効果検証結果
図‑13 ノンプリＴＳの効果検証結果

4.2 ノンプリＴＳ【舗装修繕工】の導入検討(1) ニーズ
舗装の打換え工事の特徴として，特に都市部で交通規制に対する社会的影響が大きく交通規制時間の短縮に対し強い発注者ニーズがある。また，
短時間での輻輳作業による安全性への懸念も課題である。そのため，総合評価方式においても，その対策が技術提案テーマとして設定されることが見受けられる。
(2) シーズ
舗装の現況・切削後・施工後の各段階の計測作
業を歩道より行える機器として，非接触で計測可
能なノンプリＴＳの利用が有効と考え，関東地方
整備局 関東技術事務所が主体で検討している（図−11）。出来形管理基準の測定項目には「厚み」があるため（図−12），切削面・基層・表層の同じ箇
所の高さ座標の差より厚さを算出している。
測定機器に求められる精度は，現場ヒアリングや有識者の意見より±３mm であり，試験で利用したノンプリＴＳは計測距離 30ｍ以内であれば精度が確保できることが構内試験や試行現場で確認でき，導入可能なことが明らかになった。

計測画面
イメージ

図‑11 ノンプリＴＳによる出来形管理
工種

切削オー
バーレイ
工

測定項目
厚さｔ
幅ｗ
延長Ｌ

平坦性

規格値(㎜)
−9
−25
‑100

測定基準
測定箇所
厚さは40ｍ毎に現舗装高とオーバーレイ後の基準高の差で算出する。
測定点は車道中心線、車道端
３ｍプロフィル 及びその中心とする。
メーター(σ) 幅は、延長80ｍ毎に１箇所の− 2.4mm以下、割とし、延長40ｍ未満の場合
直読式(足付き) は、２箇所／施工箇所とする。
(σ)1.75mm以下 断面状況で、間隔、測点数を変 維持工事においては、平坦性の項目を省略することが出来る。
えることが出来る。

しかし，舗装の種類（密粒，排水性）や現場条件（勾配など）の影響があり，全ての現場条件で精度を保証し得る根拠とデータ量が無く，また，
ノンプリＴＳで舗装面へ斜光し計測する精度は，機種で差があることも確認できている。よって，各現場でノンプリＴＳを利用する際は，先ず，その現場で精度確認するルールを導入し要領に定める方向で検討している。
(3) 効果の検証
試験的な工事においては，30ｍの距離制限であっても導入効果は得られた。夜間交通規制で舗装
打換工事を行った現場では，交通解放後の計測となるため，一般交通がレーザー光を遮断し計測時間は従来よりも長くなったが，作業人員（人・日）
削減，交通規制時間の短縮，及び輻輳作業の解消という効果は満たされた(図‑13)。
５．おわりに利用場面を「出来形管理」に固定すれば，ニーズに対応する特徴を持ったシーズ（３次元測量機器）とマッチングを行うことで，適用拡大の候補は抽出できる。また，検討していく中で，要領などルールでフォローする内容，工事規模や地域性等の現場条件による制約条件も整理されてくる。
ただし，出来形管理用ＴＳの構築に際しての役割分担として，国交省が出来形管理要領，機能要求仕様書，データ交換標準を策定・公表し，それに基づき民間企業が製品開発・販売を行っている。
民間企業が開発・販売するには，利益の見込みが必要である。そのため，将来的に期待できる可能性のある効果では無く，発注者・受注者が直ぐに得られる範囲で効果を出す必要があり，また，「受・発注者の総利益＞受注者の総導入費用＞メーカーの開発・製造費用」が成り立つことが必須である。
そのためには，受・発注者の総利益を大きくすることが必要であり，維持・修繕での活用サービ
スの構築，測量・設計からの情報流通，自治体への普及が必要である。また，発注者側の積算では見え難くても，施工者にとっては大きな効果があるニーズや国民にとって重要なニーズを抽出することが必要である。

図‑12 出来形管理基準（道路維持修繕）‑ 132 ‑

３０．情報化重機土工事の課題の整理(社)日本機械土工協会

１．はじめに情報化施工は，新たな技術を建設施工に導入するものであり，設計から施工，維持管理に至るまでの一連の流れとなる電子化情報活用構想に位置付けられた施工技術である。
国土交通省は，積極的な導入方針により 2008 年に情報化施工推進会議から｢情報化施工推進戦略｣を公表し，情報化施工技術を用いた試験施工を行っている。
導入の対象となる工事は，舗装工事と重機土工事であり，丁張りを用いるような測量との連携施工である。舗装工事は，導入効果が確認され積極的に進められていることを聞き及ぶが，重機土工
事でその事例は決して多くない状況である。
ここでは，主たる背景と本論の目的を明らかにする。
1‑1 背景１：｢情報化施工推進戦略｣
情報化施工は国土交通省が積極的に国内への導入を進めているものであり，その誘導的組織は本省内に置かれた情報化施工推進会議である。同会
議より，2008 年 7 月に「情報化施工推進戦略」としてその方向性が明らかにされている。
その序文で特に，「丁張りを大幅に削減して施工」｢夜間作業も可能｣｢効率的に作業を進める｣｢稼働時間が短くなり，結果として工事に伴う CO2 排出量の抑制効果も期待｣｢熟練オペレータの不足への対応｣｢技術者の判断支援の役割｣｢建設施工のイ
メージを画期的に変え得る可能性｣などが示されている。
｢建設施工を取り巻く課題｣として下記の要点が整理されている。
① 産効率の向上：ICT の活用により投入する資源を少なくする効率的な施工の実現② 熟練技術者・技能者の不足：少子高齢化による熟練技術者・技能労働者の確保が困難③ 発注環境の変化と品質確認の重要性の高まり：発注者責任の明確化と適切な監督・検査の実施④ 施工現場の安全確保：人と建設機械の混在を極力少なくする⑤ 地球温暖化問題：建設機械の効率的な稼働○ 技術委員会による燃料消費量削減や資材使用量縮減⑥ 国内外における競争：品質確保などの施工能力に関わる技術の国内外での共通利用⑦ 社会資本整備の補修･維持管理費の増大：施工時のデータをカルテとして活用する補修･維持管理｢施工企業等のメリット｣として，｢情報化施工技
術は，施工会社，機建設機械メーカー，測量機器メーカーなどの技術を組み合わせた複合技術であり，関連業界全般においても様々なメリットが考えられる｣とあり，下記のように整理されている。
ア 現場作業の効率化(工期短縮･省人化)を実現します
イ 熟練者不足にも対応できます
ウ 工事現場の安全性が向上します
エ 建設現場のイメージが変わりますオ 技術競争力が強化できます
カ 高付加価値市場が拡大します｢情報化施工の普及に向けた課題と対応方針｣として，発注者および施工企業等としての課題が整理されている。
｢工事発注者の課題｣として整理されているもの
は，下記のことが示されている。
① 施工管理手法および監督･検査の情報化施工への対応② 施工データの受発注者間の共有③ 総合評価方式における技術提案に対する適正な評価④ 情報化施工を前提とした設計基準の見直し⑤ 情報化施工に必要な３次元データ作成における設計業務との連携⑥ 施工データの有効活用｢施工企業等の課題｣として示されることは，① 分かりやすい技術情報の提供② ハード･ソフトの普及促進であり，｢共通課題｣としても次のように整理されている。
① 技術者の育成② 標準化の促進③ 普及のための情報発信‑ 133 ‑

１−２ 背景２：通達｢情報化施工技術の一般化･門工事業者等による重層構造であり，施工実務関
実用化の推進について｣係は専門工事業者の分担となっていることが一般
平成 22 年 8 月 2 日の上述題目の通達目的は，｢情 的である。
報化施工技術は ICT を工事の施工等に活用し，従本論旨は，発注者から見れば間接的ではあるが，来施工技術と比べ高い生産性と施工品質を実現す 施工に直接関わる重機土工事の専門工事業の立場
る施工システムであり，建設業者等が海外におい から情報化施工およびその体制について考察し，て事業を展開していく上でも非常に重要であるこ 施工実務にかかる課題の整理を行うことを目的ととから，公共事業において積極的に一般化･実用化 している。
を推進する。｣としており，その内容を要約する。
① 一般化･実用化推進の情報化施工技術
２．情報化施工の仕組み
ア 平成 25 年に一般化する情報化施工技術
情報化施工の実施の仕組みを概略的に整理する
・トータルステーションによる出来形と，設計から得られるデータの３Ｄデータ化され管理技術たものが供給され，情報化施工用重機にインプッ・モーターグレーダのマシンコントロ
トされる。場合によっては施工順により段階的なール技術
到達目標が示されたデータが必要となることもあイ 早期実用化に向けて検討を進める情報る。例えば，層厚管理をする盛土工事では遙か上化施工技術空にある施工目標線(設計表面)は，日々の撒き出
・自動測位による締固め管理技術
し厚に対して参考になることはほとんど無いこと
・ブルドーザのマシンコントロール/ガ から，施工段階毎の目標線の３Ｄデータを設定しイダンス技術なければ，要求された施工とはならない。
・バックホウのマシンガイダンス技術
施工を行うときには，設計３Ｄデータだけでは② 実施体制なく，工程や施工順を考慮した施工用３Ｄデータ
技術管理課・施工企画課・河川工事課，道が必要となる。これが無ければ安全性や品質の不路工事課等を中心とした体制を組織し，実用安定化にもつながる可能性も考えられる。
化が円滑に進むように対応する。
情報化施工は，図−１に示すように，設計３Ｄ③ 一般化･実用化の推進を図るための措置
データから作られる施工用３Ｄデータと，重機のア 発注者指定の場合は経費を計上するが，位置・方向を測位と情報伝達無線システムによる施工者希望型の提案では施工者負担とす
測位データ，重機の傾き計測や作業装置の位置等る。
を測定した姿勢計測データ，これらの情報によるイ 総合評価落札方式では積極的に評価を表示を的確に判断するオペレータによって施工作行う。
業が進められる。測位は，TS 自動追尾測位か，衛ウ 工事成績評定における評価では，創意星を用いた GNSS 測位のいずれかである。施工には工夫として評価する。
これらの付加機材が必要となる。
④ 情報化施工技術の普及推進のための環境整備
ア 監督・検査要領等の周知と対応
設計３Ｄデータの受領
イ 情報化施工を実施するための設計デー
タの流通環境整備
段階毎の施工用３Ｄデータ化作業
ウ 機械・機器調達に関する支援制度の周知⑤ 状況の報告：情報化施工技術の実施状況
施 工 情 報測位データの本省への報告
表 示 装 置(マシンコント
１−３ 目的
ロールも含む)
情報化施工は，背景に示すとおり発注者主導で
姿勢計測
推進がなされている現状で，機械系施工に対してデータ
電子データ活用の施工実務の実現化・一般化にむけて積極的な導入を目指している。
オ ペ レ ー タ に よ る 施 工 作 業
これを受け入れる施工体制として，背景の中では｢施工会社｣として表現されているが，元請となる受注業者を単独で指しているのかは不明である。
図−１ 情報化施工のデータ関連性
重機土工系での施工体制の実態は元請業者・専‑ 134 ‑

３．測量関係における情報化施工の特性
土工事における測量業務は，基準点，用地境，
現地形計測，中心線などに始まり，施工段階毎の施工形状測量及び丁張り，構造物・小構造物等の基盤測量，検査対応測量・丁張りなど，施工の最初から最後まで必要な作業である。
情報化施工の実施で施工用丁張り関係の測量業
務が無くなるとしても，GNSS 基地局の設置・管理，TS の設置・データ管理などの測量業務は発生する。
また，情報化重機土工事に含まれない人力作業関係や小構造物施工に関する測量・丁張りなどの測量業務は残っている。
情報化施工の基礎となる設計３Ｄデータや施工
段階毎の施工用３Ｄデータなどの生成や検証，施工状況データの段階毎取得及び保存に関わる作業
は，従来と異なる技術レベルが必要となる。
また，設計３Ｄデータは，発注者・元請・専門工事業が共有し，変更や検査などに活用することこそが施工の短時間化となる。
４．施工実務費(直接作業費)構造表−1 重機土工事のコスト構造(単位体積作業費用)

単価構造項目従来 ｶﾞｲﾀﾞﾝｽ ｺﾝﾄﾛｰﾙ

重機損料・消耗費
・修理費等

○

○

○

燃料・油脂類○○○

運転員人件費○

重機修理等休止による損失経費

○
小

○
微減
○
小

○
減？
○
小

(作業支援費用)

測量・丁張り費用
３Ｄデータの作成･管理
車載情報機器損料
・修理費
マシンコントロール
装置損料・修理費
基地局･TS等外部機器
損料･修理費
情報化機器関係修理費
等休止の損失経費

○
×
×
×
×
×

×
○
○
大
×

×
○
○
大
○

○
大
○
大

○
大
○
大

情報化施工は効率が上がるとの示唆があり，それによりコストダウンが図られるとの見解であるが，実務レベルから見るコスト構造を表−１に現し，どの要素がコストダウンとなるかを検証する。
表中に｢従来｣｢ガイダンス｣｢コントロール｣と在るのは，情報化を用いない従来作業とマシンガイ
ダンス型情報化施工とマシンコントロール型情報化施工をそれぞれ指しており，単価構造項目との関連を現している。
施工実務上では、情報化施工の方が使用機材も多くなるので機材コストの上昇は自明である。
情報化機器搭載重機では，総部品点数が多くなる事から，部品当たり故障確率が同じとしても発生頻度は高くなり，故障休止による稼働率の低下による人件費などの固定経費や修理費の増加は予定しなければならない。重機では、整備や障害予兆を経験的にある程度把握でき、修理による損失を軽減も可能であるが、情報化機器において同様の対応は現段階では困難である。
情報化施工を用いたときに施工速度の向上があれば，単位作業量当たりの運転員人件費は減になる可能性もあるとされるが，大規模土工の例では，｢好条件下で 1.5〜2 倍の作業能力の向上が見込まれる｣とある。これは労働時間生産性の効率化であり単純に施工コストが 1/1.5 や 1/2 等になるものではない。人件費に関するコストのみが減となる
がそれ以外は変えられない事が表−１のコスト構造から容易に判断できる事である。
６．土工事工種と情報化施工
重機土工事の工種は、掘削・集土・積込･運搬・
敷均し・転圧・法面等の整形・整地が一般的である。その内、情報化施工の関わり方は、集土・積込･運搬では特殊な場合を除けば情報化施工の対象とはならない。掘削では時々その範囲の確認を行う程度であると、敷均しの層厚管理と転圧確認，
並びに整形・整地作業には、情報化施工手法が活用できる。
この様な情報化施工の為に事前作業として，設計
３Ｄデータから施工用３Ｄデータを作成する必要がある。この施工用３Ｄデータを基本に、全ての作業が進み、確認できることになる。
また，この施工時のデータを施工状況情報として蓄積をし，途中検査や竣工時の品質管理データとして用いられれば，発注者･元請共に管理負担の軽減となり間接的コストダウンになると考える。
７．情報化施工とオペレータの技量
情報化施工を用いるメリットとして，施工技量を機械的に補完するとされており，将来的なオペ
レータ不足もしくは未熟達者への対応策との位置‑ 135 ‑

付けがなされている。
重機土工事に情報化機器装備重機と施工用３Ｄ
データがあれば未熟達者でも充分であり，従来よ
り効率良く，精度良く作業ができ，ベテランでなくともよいという事が強調されているように思われる。しかし，情報化施工 (ガイダンス型ブルドーザ)の試用経験から，未熟達者の状況を判断すると，情報化を用いないよりは有効と確認できるが，作業上に必要な力量とは安易に判断できない。ベ
テランは道具としての使いこなしが出来ることも判り、情報化施工手法の活用ができている。
また，重機施工は，そのオペレータに操作テク
ニックや機材特性の熟知，施工土質の見極め，施工段取り，リスクの想定と対応策など，情報化施工のみではない多くの要素がある。
例えば，マシンコントロール装着ブルドーザがあれば容易に整地作業が進むと思われており，施工指示データに対して排土板が追随する動作だけを見ればベテラン並みであるとも言える。指示高さより現地盤が高ければ容易に掘削しその高さになり，指示高よりも地盤が低ければ排土板の前に在る土砂がその高さで調整される事になる。しかし，排土板の前にどの程度の土量を持っているのか，そこに必要な土砂は何所を掘削し対応するのかなどは，情報化機器の範疇外である。ベテランのオペレータは，地形や設計，現地条件などから作業の段取りを考え，何所を削り何所に盛り，土質の良否を見極め，場合によっては異なる場所の材料との混合，悪い土質の排除，降雨時を想定した雨水の流し方，作業場所の安定のためにブルドーザによる転圧を行うなど，全体の効率化も考えに入れた多くの気づかいをしている。この様な作業であっても，他からは，設計通りの単純な整地作業にしか見えないのかもしれないが，施工実務には欠かせない力量であり,安定した施工品質の基本となっている。
情報化施工技術はオペレータ育成時間の短縮に寄与する可能性もある。
８．直接施工と重層施工
舗装工事のように，受注から施工までを直接施工する場合は，情報化施工に関わる機材の購入・活用と人材の育成が投資戦略・企業戦略として組
み立てることが出来る。
重機土工事の大半は重層化施工であり，受注者と専門工事業者の組合せとなり，情報化施工機材の導入・活用と人材の育成は，専門工事業者が行うことになると思われる。その場合には，専門工事業者が資機材への資金投入と関連技術者の育成に関わるリスクを負うことになる。従来施工に比べ，施工の為の実費用が多く発生する。受注者と専門工事業者との間に、この対価が確実に支払われる仕組みについて、発注者の明確な示唆・行動が見受けられない。専門工事業者が情報化施工に踏み出すことへの躊躇の原因はここに在る。
発注者は，受注者に対しては施工評価としてイ
ンセンティブを与えることを表明している。しかし，実務を行う専門工事業者にはなんらのインセンティブの表明も無いまま現在に至っている。
建設業が重層構造であり，専門分化していることは周知の通りであり，対応する施工実務はその専門工事業者が行っている。その実務の実施者である専門工事業者に対しても，施工評価を導入するなど手法と評価点の上乗せというインセンティ
ブが与えられ，それらの評価点が受注者の応札時加点となれば，重層構造の結束性が強くなり，より良い施工に繋がると思われる。
９．測器メーカーごとの機器の操作および表示
測器メーカーも，国内では数社がしのぎを削る状態であり，その操作や表示・特徴も異なり，情報表示・操作などの共通化は進められる様子はな
いようで，施工現場での混乱が危惧される。特に、普及することで新機種や新機能が操作や表示に変更が行われることも予想される中で、多くの面での共通化が希望される。
受注者が専門工事業者へ機材の支給を行うことも想定されるが，専門工事業者としては，使い慣れた機材が施工上のリスクを減らすことに繋がるとの思いがあり、その機材選定は施工実務側で行われることが望ましい。
10．変更および検査情報化施工は、施工速度が上がり工期の短縮化が期待されている手法である。
発注者の工事への対応は，施行中や施工後の検査や設計変更など施工の進捗に直接影響を与えるものも多くあり，情報化施工の特徴そのものにも関係することになる。
発注者が情報化施工として得られるデータを活用し、検査の簡略化や設計変更の優先的かつ短期的な決定など従来通りでは無い対応を行っていただければ，工期短縮のメリットを発注者・受注者
双方共にいかせることができると思われる。
11．まとめ情報化技術は今後とも発展すると思われるが，現段階であっても実施工に適応できることは判っている。 専門工事業のリスク回避と本論に示す課題の対策がとられれば，国内の急速に普及し，海外レベル程度には容易に達すると思われる。

‑ 136 ‑

３１．情報化施工の工事価格と工事規模に関する一考察
国土交通省 国土技術政策総合研究所 宮武 一郎〃
坂本 俊英(社)日本建設機械化協会○藤島崇

2.2 工事価格の試算方法
１．はじめに試算は，「国土交通省 土木工事積算基準 平成
国土交通省では，ＩＣＴを建設施工に活用して高い生産性と施工品質を確保する情報化施工につ 21 年度版」に示す積算手法に従って算出した。図
いて，「情報化施工推進戦略（2008.7）」１）を策定 ‑1 に積算体系を示す。
してその普及促進に取り組んでいる。情報化施工
工事原価
直接工
工事
共通仮
推進戦略では，普及に向けた課題と対応方針が示事費
設費
価格
されており，その中で情報化施工に適した条件（工間接工事規模）の検討があげられている。
現場管
事費
理費
本稿では，情報化施工に要するコストを試算し，一般管理費
工事規模について検討を行った結果を報告する。
□：ICT 導入時に変化する積算項目

２．検討方法2.1 検討対象技術
表‑1 に対象技術と適用工種を示す。これらの技術は，既に技術的に確立されており，国土交通省
が H21 年度の試験施工で普及促進を進めている技術である。
表‑1 情報化施工技術と適用工種
情報化施工技術

適用工種① ﾌﾞﾙﾄﾞｰｻﾞを用いたﾏｼﾝｺﾝﾄﾛｰﾙ② TS･GNSS による締固め（回数）管理③ ﾊﾞｯｸﾎｳを用いたﾏｼﾝｶﾞｲﾀﾞﾝｽ④ ﾓｰﾀｸﾞﾚｰﾀﾞを用いたﾏｼﾝｺﾝﾄﾛｰﾙ

河川土工(盛土)
道路土工(盛土)
河川土工(切土法面整形)
道路土工(切土法面整形)
舗装工(路盤整形)

図‑1 積算基準と ICT 導入効果適用箇所
2.3 試算条件(1)直接工事費の試算
直接工事費は施工単価と数量の積で算出される。
施工単価では，a)作業能力の向上に伴う重機の稼
働時間短縮，b)補助作業員の削減の他に，c)情報化施工に必要なＩＣＴ機器の日々の点検・調整に要するＩＣＴ技師の労務費の増加，d)ＩＣＴ機器の損料（以下，「ＩＣＴ損料」という）を考慮することが必要である。
a)，b)を考慮するため，対象技術を適用作業に利用した場合の適用効果を表‑2 にまとめた。表‑2
は，H21 年までに国土交通省が実施した試験施工結果を基に，試算に利用可能な施工能力向上および

表‑2 各技術の適用工種と適用効果
情報化施工
工

種

工

土の
敷均
し

ﾏｼﾝｺﾝﾄﾛｰﾙ(ﾌﾞﾙﾄﾞｰｻﾞ)

土の
締固
め

締固め回数
管理
(ﾀｲﾔﾛｰﾗ)

法面
整形

ﾏｼﾝｶﾞｲﾀﾞﾝｽ（ﾊﾞｯｸﾎｳ）工

路盤
整形

ﾏｼﾝｺﾝﾄﾛｰﾙ(ﾓｰﾀｸﾞﾚｰﾀﾞ)

効果の理由（要因）

方式
RTK
‑GNSS

RTK
‑GNSS

RTK
‑GNSS

舗
装

効果
導入効果の項目

対象技術

土

測位

自動追
尾 TS

の程度
施工能力向上（工期短縮） 施工目標高さへの自動制御（ｵﾍﾟﾚｰﾀ支援）による作業の迅速化

1.35 倍

普通作業員削減

補助労務（施工途中の検測作業）の削減

軽微

丁張りの削減施工目標高さへの自動制御（ｵﾍﾟﾚｰﾀ支援）による丁張りの省略

軽微

品質（密度）管理省略

所定の締固め回数の自動記録に伴う密度管理省略

削除

施工能力向上（工期短縮） ｵﾍﾟによる作業中の締固め回数確認の負担軽減による作業効率の向上

軽微施工能力向上（工期短縮） 施工目標位置への誘導（ｵﾍﾟﾚｰﾀ支援）による作業の迅速化

1.1 倍

普通作業員削減

補助労務（施工途中の検測作業）の削減

軽微

丁張りの削減施工目標位置への誘導（ｵﾍﾟﾚｰﾀ支援）による丁張りの省略

軽微

施工能力向上（工期短縮） 施工目標高さへ自動制御（ｵﾍﾟﾚｰﾀ支援）による作業の迅速化

1.5 倍

普通作業員削減

施工目標高さ確認のための補助労務の削減

半減

丁張りの削減施工目標高さへの自動制御（ｵﾍﾟﾚｰﾀ支援）による丁張りの省略

軽微‑ 137 ‑

人力作業の削減値を抽出したものである。
ただし，表‑2 の導入効果で「軽微」とした項目については，従来手法に比べてコスト面での削減が期待できるが現時点では定量的な効果として明確化されていないことから，本試算では考慮しないこととした。
また，盛土工においては，従来施工，情報化施工ともに流用土を想定し，材料費は計上しない。
路盤整形工においては，従来施工，情報化施工ともに再生粒調砕石(RM40〜0, t=0.15)を想定する。
とする。

①ブルドーザを用いたマシンコントロール
施工能力向上により，ブルドーザの運転時間短縮が可能だが，ＩＣＴ損料の増加に起因して施工単価が従来施工の 1.1 倍となっている。
②TS･GNSS による締固め管理
締固め管理技術では，施工能力に変化はない。
したがって，ＩＣＴ損料の増加分が施工単価を押し上げている。ただし，盛土の品質管理作業である密度測定作業の省力化（積算上は共通仮設費に含まれる）が期待できることを考慮すると，従来施工とほぼ同等の施工単価となる。
③バックホウを用いたマシンガイダンス(2)間接工事費の試算
施工能力が少し向上するが，ＩＣＴ損料の増加
実際の工事では，複数の工種が組合されている 分がほぼ施工単価の増加分となっている。
が，本試算においては当該技術を利用した工種の ④モータグレーダを用いたマシンコントロール
みを対象とした間接工事費，工事価格の試算を行
検測作業の大幅な省力化による施工能力の向上，うこととした。
検測作業を行う普通作業員の削減が可能となり，
1)共通仮設費
現状のＩＣＴ損料を加算しても従来工法のおよそ
ＩＣＴ機器が標準的な手法でない現状において， 0.9 倍の施工単価となった。
ＩＣＴ機器の導入までの準備費・運用までの試運①ブルドーザを用いたマシンコントロール
転・調整・データ作成費用に要する人件費（以下， 3.2 間接工事費の試算結果 ＩＣＴ損料, 23%
ＩＣＴ技師,1%
普通作業員「ＩＣＴ運用支援費」という）を共通仮設費とし 情報化施工
図‑4普通作業員
は，情報化施工導入時の間接工事費の試算
ＩＣＴ技師
46%
20%
（土木一般世話役）て計上する（図‑2 参照）。ただし，１工事につき１ 結果から，ＩＣＴ導入による増減項目を抽出し比
ブルドーザ運転回とする。
較したものである。図中の一点鎖線はＩＣＴ運用
タイヤローラ運転
普通作業員
ＩＣＴ損料（賃料）
ブルドーザ運転, 61%2)現場管理費
支援費の増額分，破線は工期短縮による現場管理
従来施工
20%
諸雑費
本稿では，施工能力の向上により施工日数の短縮 費の縮減分あるいは盛土の密度管理作業の省力化
0%
20%
40%
60%
80%
100%
120%
が実現できると仮定し，それに伴う現場管理費の による共通仮設費の縮減分を示し，太線はこれら
従来施工を100%とした施工単価縮減効果を計上する（図‑2 参照）。
の合計値を示したものである。
②TS･GNSS による締固め管理

従来施工

普通作業員
20%

ＩＣＴ技師
（土木一般世話役）
ブルドーザ運転

ブルドーザ運転, 61%

従来施工における
間接工事費の合計

間接工事費【共通仮設費の増加項目】
ICT運用支援費：ICT導入の技術指導や運用の準備費（１工事１回なので一律）

普通作業員
20%

普通作業員

ＩＣＴ損料, 16%

ＩＣＴ技師, 1%
情報化施工

RI密度測定省略時の削減効果,14%

ブルドーザ運転
61%

タイヤローラ運転
ＩＣＴ損料（賃料）
諸雑費

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

従来施工を100％とした場合の施工単価【現場管理費の削減分】
工期短縮による従業員給料の削減③バックホウを用いたマシンガイダンス
世話役
, 18%

情報化施工

普通作業員
, 29%

世話役

ＩＣＴ損料, 44%

ＩＣＴ技師, 2%【共通仮設費の削減分】
盛土の密度測定作業の省力化

バックホウ運転
49%,

普通作業員
ＩＣＴ技師
（土木一般世話役）
バックホウ運転施工規模

図‑2 間接工事費の増減イメージ

世話役
, 18%

従来施工

普通作業員
, 29%

ＩＣＴ損料（賃料）

バックホウ運転,,53%

諸雑費

2.4 直轄工事における適用可能な施工規模
平成 19 年度に国土交通省の直轄工事で発注された工事を対象に，表‑1 の適用工種の発注規模（数量）と発注件数を整理し，前述の工事価格の試算
結果を重ねることでコスト面からみた情報化施工の導入に適した施工規模について検討を行った。

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

従来施工を100%とした施工単価④モータグレーダを用いたマシンコントロール
ICT技師, 1%
情報化施工

普通作業員

ICT損料, 18%

普通作業員
11%

ICT技師
モータグレーダ運転

モータグレーダ
運転, 18%ロードローラ運転
タイヤローラ運転

従来施工

３．試算結果3.1 直接工事費の試算結果
図‑3 は，直接工事費の根拠となる施工単価の試算結果を示したものである。

‑ 138 ‑

普通作業員
22%

モータグレーダ
運転, 27%

ICT損料（賃料）
諸雑費

0%

20%

40%

60%

80%

100%

従来施工を100%とした施工単価

図‑3 施工単価の試算結果

120%

④モータグレーダを用いたマシンコントロール
27,500m2 以下ではＩＣＴ機器の導入準備に要す
るＩＣＴ運用支援費の増加により，間接工事費が従来施工を上回る。27,500m2 以上では工期短縮効
果により，従来施工よりコスト面で有利となる。
以上のように，従来施工に対する間接工事費の増減に着目すると，本試算の対象技術は全て，一定の施工規模以上の場合にコスト面で有利となる。

①ブルドーザを用いたマシンコントロール
ICT運用支援費による増加分
工期短縮による現場管理費の削減分

間接工事費の増減（千円）

縮減分

90,00080,00070,00060,00050,00040,00030,00020,00010,000100,000

情報化施工導入時の間接工事費の増減の和

1,000
500
0
‑500
‑1,000‑1,500‑2,000施工規模（ｍ３）②ＴＳ・ＧＮＳＳによる締固め管理
ICT運用支援費の増加分

間接工事費の増減（千円）

密度測定作業の省力化による縮減分

90,00080,00070,00060,00050,00040,00030,00020,00010,000100,000

情報化施工導入時の間接工事費の増減の和

1,000
500
0
‑500
‑1,000‑1,500‑2,000‑2,500施工規模（ｍ３）③バックホウを用いたマシンガイダンス
ICT運用支援費の増加分

50,00045,00040,00035,00030,00025,00020,0005,000

15,000情報化施工導入時の間接工事費の和

1,000
500
0
‑500
‑1,000‑1,500‑2,00010,000

間接工事費の増減（千円）

工期短縮による現場管理費の縮減分

施工規模（ｍ２）④モータグレーダを用いたマシンコントロール
ICT運用支援費の増額分

27,50022,50017,5007,500

12,500情報化施工導入時の間接工事費の増減の和

2,500

間接工事費の増減（千円）

工期短縮による現場管理費の縮減額

600
400
200
0
‑200
‑400
‑600
‑800

施工規模（ｍ２）

図‑4 ＩＣＴ導入時の間接工事費の変化①ブルドーザを用いたマシンコントロール
35,000m3 以下ではＩＣＴ機器の導入準備に要す
るＩＣＴ運用支援費の増加により，間接工事費が従来施工を上回る。35,000m3 以上では工期短縮効
果により，従来施工よりコスト面で有利となる。
②TS･GNSS による締固め管理
30,000m3 以下ではＩＣＴ機器の導入準備に要す
るＩＣＴ運用支援費の増加により，間接工事費が従来施工を上回る。30,000m3 以上では密度管理作業の省力化（共通仮設費の低減）により，従来施工よりコスト面で有利となる。
③バックホウを用いたマシンガイダンス
18,000m2 以下ではＩＣＴ機器の導入準備に要す
るＩＣＴ運用支援費の増加により，間接工事費が従来施工を上回る。18,000m2 以上では工期短縮効
果により，従来施工よりコスト面で有利となる。

3.3 工事価格と施工規模の試算結果
図‑5 は，前述の直接工事費（施工単価）および間接工事費の試算結果を踏まえ，工事価格の算出を行ったものである。図中の実線は従来施工における概算工事価格，１点鎖線は現状のＩＣＴ損料
における情報化施工導入時の工事価格を示している。また，図中の破線は，情報化施工で，今後，ＩＣＴ損料が低下およびＩＣＴ運用支援費が削減（技術の普及により機器の準備やデータ作成手間が省力化）された場合の工事価格を示している。
図中の棒グラフは，平成 19 年度国土交通省直轄事業における発注工事について，１工事当たりの施工規模別の発注件数を示している。さらに，図中の矢印は，コスト面で有利となる施工規模の境
界とコスト面で有利となる工事件数が占める割合を示している。
①ブルドーザを用いたマシンコントロール
工事価格では，50,000m3 以上で従来施工の約 1.1倍となる。工事価格では直接工事費の占める割合が大きく，直接工事費を押し上げているＩＣＴ損料の増加が影響していると考えられる。
図中の破線は，ＩＣＴ損料が従来比の 70%，機器の普及によりＩＣＴ運用支援費が従来比の 50%（情報化施工技術の普及が進み，一般的な技術となることで，データ作成や調整などの準備が効率化すると想定）となった場合の試算結果である。この時，40,000m3 以上で従来施工よりコスト面で有利となり，その施工規模は全体の１割である。
②ＴＳ・ＧＮＳＳによる締固め管理
工事価格では 50,000m3 以上で従来施工の約 1.1
倍程度となる。工事価格では直接工事費の占める割合が大きく，直接工事費を押し上げているＩＣ
Ｔ損料の増加が影響していると考えられる。
図中の破線は，ＩＣＴ損料が従来比の 50%，機器の普及によりＩＣＴ運用支援費が従来比の 50%（情報化施工技術の普及が進み，一般的な技術となることで，データ作成や調整などの準備が効率化すると想定）となった場合の試算結果である。この時，70,000m3 以上で従来施工よりコスト面で有利となり，その施工規模は，全体の 0.5 割となる。
③バックホウを用いたマシンガイダンス
工事価格では，従来施工の 1.4 倍程度となる。
工事価格では，直接工事費の占める割合が大きく，‑ 139 ‑

直接工事費を押し上げているＩＣＴ損料の増加が影響していると考えられる。
図中の破線は，ＩＣＴ損料が従来比の 70%，機器の普及によりＩＣＴ運用支援費が従来比の 50%（情報化施工技術の普及が進み，一般的な技術となることで，データ作成や調整などの準備が効率化すると想定）となった場合の試算結果である。図より，従来手法に比べて以前 1.2 倍以上となる。バ
ックホウを用いたガイダンス技術では，より安価な２Ｄシステムの利用など，更なるＩＣＴ損料の低下が必要である。
④モータグレーダを用いたマシンコントロール
工事価格では，12,500m2 以上で従来施工よりコ
スト面で有利となる。図より，現状，本技術を導入し，コスト面で効果が得られる工事は，全体の約 1 割である。ここで，路盤整形工の規模は下層路盤および上層路盤の数量を加算した値とした。
図中の破線は，ＩＣＴ損料が従来比の 70%，機器の普及によりＩＣＴ運用支援費が従来比の 50%（情報化施工技術の普及が進み，一般的な技術となることで，データ作成や調整などの準備が効率化すると想定）となった場合の試算結果である。この時，2,500m3 以上で従来施工よりコスト面で有利となり，その施工規模は，全体の４割となる。

ついて検討した結果を報告した。ただし，検討の結果は，単一工種の施工手法に着目した局所的なものであり，現場毎に異なる施工条件や施工形態を考慮していない。
検討の結果，情報化施工技術の一部は従来工法に比べコスト面からも効果があることが明らかになった。さらに，現状ではコスト面で有利とならない技術も，今後，ＩＣＴ機器のコストダウンと技術の一般化が進むことで，コスト面で有利となる工事規模が広がることも明らかとなった。
情報化施工推進戦略には，本稿で対象としたコスト面から効果が得られる工事規模の検討以外にも多くの課題があげられている。今後，こうした課題にも積極的に取り組んで参りたい。
参考文献
1) 国土交通省

情報化施工推進会議：情報化施工推進戦略，2008.7

４．おわりに本稿では，情報化施工の効果の一つとして施工コストに着目し，施工単価を試算して従来工法との比較を行い，コスト面で有利となる施工規模に

0

150

20000
65

10000

18

6

0

0

0

15,000

600

10

10

42

2000

100
39

27

12

9

5

5

22

盛土の施工規模（m3）

路盤整形の施工規模（㎡）

図‑5 施工規模と工事価格の試算結果‑ 140 ‑

50
02,500 未満

100,000以上

90,000以上〜100,000 未満

80,000以上〜90,000未満

70,000以上〜80,000未満

60,000以上〜70,000未満

50,000以上〜60,000未満

40,000以上〜50,000未満

30,000以上〜40,000未満

20,000以上〜30,000未満

150

0

0

0

62

20,000以上

8

4000

17,500以上〜20,000未満

9200
全体の約１割6000

15,000以上〜17,500未満

20

250

8000

12,500以上〜15,000未満

200
20

全体の約４割10,000以上〜12,500未満

56

300
229

7,500 以上
〜10,000未満

81

10000

5,000 以上
〜7,500未満

全体の約０．５割

350

12000

2,500 以上
〜5,000未満

400

10,000400
路盤工を含む工事件数（件/年）

800

年間工事件数（路盤整形工を含む舗装工事の件数）
概算工事価格（従来）
情報化施工（工期短縮を考慮した工事価格）
情報化施工機器費70%(工期短縮を考慮した工事価格）

14000
工事価格 （千円）

20,000盛土工を含む 工事件数（件/年）

1,000

10,000以上〜20,000未満

0

16000

1,200

25,00010,000未満

工事価格 （千円）

0④モータグレーダを用いたマシンコントロール
盛土工を含む河川および道路土工の年間工事件数
概算工事価格（従来）
情報化施工（密度管理費削減を考慮した工事価格）
ICT損料50%,ICT運用支援費50%（密度管理費削減を考慮した工事価格）

1,182

5,000

1

切土法面整形の施工規模（㎡）②TS・GNSSによる締固め管理

154

1

0

盛土の施工規模（m3）30,0003

50,000以上

200

15,000以上〜20,000未満

42

10

10,000以上〜15,000未満

10

5,000以上〜10,000未満

60,000以上〜70,000未満

50,000以上〜60,000未満

40,000以上〜50,000未満

30,000以上〜40,000未満

20,000以上〜30,000未満

10,000未満

10,000以上〜20,000未満

8

5,000 未満9

30000

100,000以上

全体の約１割20
20

56

90,000以上〜100,000未満

81

080,000以上〜90,000未満

154

5,000

300

40000

45,000以上〜50,000未満

400

40,000以上〜45,000未満

600

10,000450

50000

35,000以上〜40,000未満

15,00060000

600

30,000以上〜35,000未満

800

年間工事件数（切土法面整形工を含む道路工事の件数）
概算工事価格（従来）
情報化施工（工期短縮を考慮した工事価格）
ICT損料70％，ICT運用支援費50%（工期短縮を考慮した工事価格）

574

70000

25,000以上〜30,000未満

20,00080000

20,000以上〜25,000未満

1,000

工事価格 （千円）

1,200

切土法面整形工を含 む工事件数（件/年）③バックホウを用いたマシンガイダンス

25,00070,000以上〜80,000未満

工事価格 （千円）

30,000

年間工事件数（盛土工を含む河川および道路工事の件数）
概算工事価格（従来）
情報化施工（工期短縮を考慮した工事価格）
ICT損料70%、ICT運用支援費50%（工期短縮を考慮した工事価格）

1,182

盛土工を含む工事件数（件/年）①ブルドーザを用いたマシンコントロール

３２．GPS を活用した除雪機械運用支援システムの開発(独)土木研究所 寒地土木研究所○岸 寛人(独)土木研究所 寒地土木研究所

佐々木 憲弘(独)土木研究所 寒地土木研究所

牧野 正敏

１．はじめにを 図 ‑1 に ， 基 幹 シ ス テ ム の 基 本 機 能 で あ る
北 海 道 の 国 道 を 管 理 す る 北 海 道 開 発 局 は ， 「 除 雪 機 械 位 置 ・ 作 業 履 歴 の 確 認 」 を 図 ‑21026 台 の 除 雪 機 械 を 用 い て ， 一 般 国 道 に 示 す 。
6580km の 除 雪 を 行 っ て い る（ 平 成 21 年 度 現
データの収集・送信を行う車載機は，札在 ）。北 海 道 に お け る 国 道 の 除 雪 延 長 は 年 々 幌 ・ 網 走 開 発 建 設 部 管 内 の 除 雪 機 械 に 取 り
増 加 し て い る が ， 除 雪 事 業 費 は 道 路 予 算 の 付 け ら れ て お り ， 平 成 21 年 度 末 現 在 で 369
縮減により，減少傾向にある。よって，効 台の除雪作業状況が確認できる。また，平率 的 ・ 効 果 的 な 除 雪 作 業 を 行 い ， 冬 期 道 路 成 20 年 度 か ら は ，札 幌・網 走 開 発 建 設 部 管
利用者の旅行速度の安定化や信頼性の高い 内の除雪工事請負業者に対してもインター
道路交通機能を確保するためには，積雪状 ネットによる除雪情報の提供を開始した。
況の変化や除雪作業状況をリアルタイムに把握し，臨機に除雪作業を支援するシステ
ムが必要である。
こ の た め 北 海 道 開 発 局 で は ， GPS に よ り
除雪機械の動態を把握する基幹システムを平 成 17 年 度 に 導 入 し た 。こ れ に よ り ，地 図
上でリアルタイムな除雪進捗状況の把握や作業履歴の確認が可能となり，効率的な除雪作業，日々の施工結果の確認等，道路維持管理業務の様々な場面において，効率化や高度化が期待される。
本開発では，この基幹システムをベースに，種々の道路管理データ（気象観測，通図 ‑1 基 幹 シ ス テ ム 構 成 図
行規制，道路カメラ画像等）を相互連携させ，除雪機械の弾力的な運用支援を行う除雪機械マネジメントシステムを構築することで，道路維持管理業務のより一層の効率化，高度化を目指している。
２．基幹システムの概要
除 雪 機 械 に は GPS ア ン テ ナ 及 び 作 業 セ ン
サ が 設 置 さ れ て お り ，位 置 及 び 作 業 情 報（ 除
雪中，回送中等の作業状態）をリアルタイ
ムに収集・送信する。基幹システムはこれらの情報を収集・管理することで，除雪進
捗状況のリアルタイムな把握や，過去の詳
細な除雪作業履歴の確認を行うことが可能となる。
各種情報の送受信は移動体通信サービスを利用している。基幹システムの全体構成

図 ‑2

除雪機械位置・作業履歴の確認

３．除雪機械マネジメントシステムの基本構想
基幹システムで入手した除雪機械の位‑ 141 ‑

置・作 業 情 報 と 道 路 管 理 デ ー タ（ 気 象 観 測 ，通 行 規 制 ，道 路 カ メ ラ 画 像 等 ）を 連 携 さ せ ，
道路管理における除雪マネジメントが可能な機能の設計，開発，導入について検討を行った。除雪マネジメントとは，除雪計画の 策 定 （ Plan ）， 計 画 の 実 施 （ Do ）， 評 価（ Check ）， 処 置 （ Action ） と い っ た PDCA
サイクルを実現し，道路維持管理業務の効率化及びサービスレベルの向上を図ることを指す。ここでは，除雪機械マネジメント
システムの基本構想である 5 つの支援機能に つ い て 説 明 す る 。 1)， 2)， 3)
3.1 除 雪 計 画 支 援
除雪工区の見直しや除雪機械の適正配置を検討する場合，過去の膨大な稼働データ
や気象データ等の整理に多くの時間を要す
る 。位 置・作 業 情 報 と 気 象 デ ー タ を 蓄 積 し ，
データベース化することで必要なデータを容易に検索でき，除雪計画をより効率的に作成することが可能となる。
3.2 出 動 判 断 支 援
除雪作業は通勤通学時間前に終了することを目標としており，除雪機械の出動判断
は担当者の経験により決定されている。蓄積した除雪機械の作業履歴情報と気象デー
タベースを活用し，現在の気象情報により出動タイミングをガイダンスすることで，経験が少ない監督職員，除雪工事請負業者
でも適切な待機出動判断が可能となる。
3.3 ダ イ ナ ミ ッ ク 工 区 シ フ ト 支 援
除雪作業は，通常割り当てられた担当工区内のみ実施されるため，局所的な大雪など異常気象時には隣接工区間で除雪終了時
刻に大幅な差異が生じ，路線全体として除雪の遅延が生じることがある。本システム
により隣接工区の除雪進捗状況をリアルタイムに確認し，各工区における除雪終了時
刻のシミュレーションを行い，除雪の応援が可能であれば，工区境（除雪機械の転回場所）をシフトすることで，路線全体の除雪終了時刻を早めることが可能となる。
3.4 豪 雪 災 害 対 応 支 援
豪雪災害時の除雪機械の位置や作業進捗状況の把握は，無線や携帯電話等の通信手段を用いており，情報把握や指示に時間を要している。本システムにより応援可能な
機械や作業進捗状況をリアルタイムに確認し，出動指示や時系列データの自動作成を行うことで，情報の共有化による迅速な災害対応や，対応結果の効率的な確認及び整理が可能となる。
3.5 散 布 情 報 収 集 ・ 管 理 支 援

凍結防止剤の散布は，気象条件や路面状
況により，散布剤及び散布量を適切に決める必要がある。本システムにより，散布車の操作パネルの設定情報と位置情報を自動で収集し，地図上に散布箇所及び散布量を機械ごとに表示することで，詳細な散布情報の確認や効率的な散布情報の管理が可能となる。
４．除雪機械マネジメントシステムの開発
除雪機械マネジメントシステムの基本構
想 に 基 づ き ，平 成 20 年 度 は「 ダ イ ナ ミ ッ ク
工 区 シ フ ト 支 援 」，「 散 布 情 報 収 集 ・ 管 理 支援」に関するシステムの開発，試行を実施
し，システムユーザである北海道開発局職員及び除雪工事請負業者の意見をとりまとめ た 。こ の 調 査 結 果 に 基 づ き ，平 成 21 年 度
は，システムの改良及び機能追加を実施した。
4.1 ダ イ ナ ミ ッ ク 工 区 シ フ ト 支 援 シ ス テ
ム(1) ダ イ ナ ミ ッ ク 工 区 シ フ ト 支 援 シ ス テ ムの概要
ダイナミック工区シフト支援システムの機 能 を 図 ‑3 に 示 す 。

‑ 142 ‑

図 ‑3

ダイナミック工区シフト画面

地図上に通常時の転回場所（工区境）やそれ以外の複数の転回可能地点を事前に登録する。監督職員が地図上で除雪機械を転回させる地点を指定すると，システムは工区境を挟んで双方の除雪機械が出発地点（除雪ステーション）に戻る時刻（作業終了予想時刻）を算出する。監督職員はこの作業終了予想時刻を参考にして，工区境のシフト実施の判断を行う。
作業終了予想時刻の表示方法は，「通常時の除雪作業を想定した過去の平均作業速度から算出した時刻」及び「豪雪災害時や特定箇所の異常気象時の除雪作業を想定した
現 在 の 平 均 作 業 速 度 か ら 算 出 し た 時 刻 」の 2段表示とした。
(2)ダ イ ナ ミ ッ ク 工 区 シ フ ト に よ る 効 果
北海道開発局網走開発建設部では，隣接工区間の除雪作業時間を平準化し，交通への影響を低減させるために，本システムを用いた工区シフトを試行している。
試行運用の一例を以下に示す。対象箇所
は ，網 走 工 区・女 満 別 工 区・小 清 水 工 区 の 3
つ の 工 区 で あ り ，2 つ の 工 区 シ フ ト を 同 時 に行った。試行運用では，まず交通量が多く除雪の作業時間が多い網走工区へ，隣接する女満別工区から応援を行い（シフト区間② ，13.8km），次 に 女 満 別 工 区 の 作 業 時 間 が多くなるため，隣接する小清水工区より応援 を 行 っ た （ シ フ ト 区 間 ① ， 8.2km）。

図 ‑4

網走開発建設部管内工区シフト位置図

試行運用の効果を確認するため，通常除
雪時と工区シフト実施時について，除雪作業のために生じる渋滞損失額を算出した。
渋滞損失額の算出には，除雪機械マネジメ
ントシステムから得られる除雪機械の作業
速 度 デ ー タ ，最 新（ 平 成 17 年 度 ）の 交 通 センサスに基づく区間交通量・旅行速度のデー タ 及 び 図 ‑5 に 示 す 算 出 式 を 用 い た 。
渋 滞 損 失 額 の 比 較 を 表 ‑1 に 示 す 。 小 清 水工区から女満別工区への応援（シフト区間①）の場合，応援した小清水工区の増加額
が 1.9 万 円 ， 応 援 さ れ た 女 満 別 工 区 の 減 少
額 が 3.9 万 円 と な り ，合 計 で 2.0 万 円 の 減 少となった。次に女満別工区から網走工区への応援（シフト区間②）は応援した女満別
工 区 の 増 加 額 が 7.0 万 円 ， 応 援 さ れ た 網 走
工 区 の 減 少 額 が 70.2 万 円 と な り ， 合 計 で63.2 万 円 の 減 少 と な っ た 。 シ フ ト 区 間 ① ，②を合計すると，渋滞損失額の値は，試行
運 用 全 体 で 65.2 万 円 の 減 少 と な っ た 。

図 ‑5

渋滞損失額の算定式

表 ‑1

渋滞損失額の比較

各工区の通常の作業時間は，小清水工区
が 約 1.5 時 間 ，女 満 別 工 区 が 約 1.7 時 間 ，網走 工 区 が 約 3.6 時 間 で あ る （ 待 機 時 間 を 除く ）。工 区 シ フ ト 後 の 作 業 時 間 は ，小 清 水 工
区 が 約 2.0 時 間 ， 女 満 別 工 区 が 約 2.1 時 間 ，
網 走 工 区 が 約 2.4 時 間 と な り ， 各 工 区 の 除
雪所要時間の平準化が確認された。
今回の工区シフトは通常除雪作業における試行であるが，異常気象等で除雪作業に遅れが生じた場合，ダイナミック工区シフトを行い，路線全体の除雪作業時間の短縮を図ることにより，渋滞損失額を低減できることが推測できる。
4.2 散 布 情 報 収 集 ・ 管 理 支 援 シ ス テ ム
凍結防止剤の散布は，凍結防止剤散布車の運転席にある「操作パネル」にて，オペ
レ ー タ が 散 布 の ON/OFF，散 布 剤 の 種 類（ 塩類 ， 砂 類 ）， 散 布 量 （ g/m 2 ）， 散 布 幅 ， 散 布
方向，水溶液混合割合を都度設定し行って‑ 143 ‑

いる。このうち，いずれかの操作があった
場合に，散布設定情報と位置情報を収集し，地図上に表示することで，いつ，どこで，どれだけ散布したのかが把握可能となる。また，詳細な散布情報を把握・蓄積することにより，適正な散布箇所や散布量の指標を定める上での基礎データとして活用できる。実際の凍結防止剤散布車から取得した 散 布 情 報 デ ー タ の 提 供 画 面 を 図 ‑6 に 示 す。

橋梁部分に連続散布

交差点にスポット散布

図 ‑6

散布状況表示例

図 ‑7

散布履歴情報一覧

図 ‑6 上 は 連 続 散 布 の 表 示 例 で あ る 。 ○ 印
は散布開始・終了地点であり，○印の間が線で繋がっている箇所は連続的に散布したことを表している。設定散布量は凡例のよ
うに色分けして表示し，○印にカーソルを合わせるとその地点での散布時刻，位置，
詳細な散布設定情報が表示される。
また，この図は橋梁部分での散布情報を示したものであるが，橋梁の前後より散布量を増やし，重点的に連続散布を行ってい
ることがわかる。
一 方 ， 図 ‑6 下 は ス ポ ッ ト 散 布 の 表 示 例 であり，交差点などの必要な箇所にスポット的に散布を行っていることが読み取れる。
さ ら に ， 図 ‑7 に 示 す 散 布 履 歴 情 報 一 覧 を
ダウンロードすることで，詳細な散布情報を CSV 形 式 で 取 得 で き る た め ， 散 布 日 報 作
成時に利用することができる。
当研究所では連続的な路面すべり抵抗値の計測も行っており，散布前後のすべり抵抗値を比較することで，路面状態の改善状
況の確認などに活用できる。すべり抵抗値
以外にも気象情報などと詳細な散布情報を合わせて分析することで，適正な散布箇所
や散布量の指標を定める上での基礎データとして利用できると考えている。
4.3 シ ス テ ム の 利 用 状 況 と 改 善 要 望
平 成 20 年 度 ，シ ス テ ム の 利 用 状 況 及 び シ
ステムに関する改善点等を調査するために，
札幌・網走開発建設部管内の北海道開発局
職 員 及 び 除 雪 工 事 請 負 業 者 を 対 象 に ， WEBに よ る ア ン ケ ー ト 調 査 を 実 施 し ， 58 名 か ら回答を得た。また網走開発建設部管内の各
道路事務所職員，各除雪工事請負業者に対して，システムをどのように利用したか，システムに対する要望事項等のヒアリング調査を実施した。
(1)シ ス テ ム 利 用 状 況
除雪機械マネジメントシステムのアクセ
ス数の推移について調査を行った結果を図‑8 に 示 す 。
アクセス数と札幌・網走の降雪量との関係を見ると，降雪量の多い日にアクセス数
が 増 加 し て い る こ と が わ か る 。 特 に 平 成 20
年 12 月 26 日 ， 平 成 21 年 2 月 21 日 の 豪 雪
では多くのアクセスがあったことが確認できる。また，アクセスログを詳細に調査した結果，最も利用が多かったのは「除雪機
械位置の確認」画面であった。
利 用 目 的・用 途 に つ い て は ，「担当工区の除雪機械位置・作業状況の確認」が最も多く，次に，北海道開発局職員では「道路利用 者・警 察 か ら の 問 い 合 わ せ 対 応 」，除 雪 工
事請負業者では「他工区除雪機械の位置・‑ 144 ‑

降雪(cm)

アクセス数

作業状況の確認」が多かった。
また，システムの活用事例についてヒア
リング調査した結果，除雪工事請負業者からは「担当工区の除雪進捗状況を確認しながら凍結防止剤散布車の出動タイミングを
図 る 」，「 指 定 し た 場 所 へ の 散 布 が さ れ て い
る か の 確 認 に 利 用 し た 」等 の 回 答 が あ っ た 。
道路事務所職員からは「道路利用者からの問い合わせや警察からの散布要請に対し，システムで確認して現在の作業状況を説明
し た 」，「 豪 雪 時 に 除 雪 工 事 請 負 業 者 と の 連絡が取りにくくなったときの除雪進捗状況の確認に利用した」等の回答があった。また 平 成 21 年 2 月 21 日 の 豪 雪 時 に は 「 救 急車の先導を行うため，近くで作業している
除雪車をシステムで探した」という事例も
あった。

図 ‑8

システムの開発が必要である。
以下ではこれらの要望に対して実施した
具体的な改善内容について述べる。
4.4 気 象 観 測 ・ 道 路 カ メ ラ 画 像 の 表 示
リアルタイムな除雪機械の位置・作業情報と合わせて，現地の気象情報，カメラ画
像をシステム画面上に表示させることにより，除雪作業がどのような気象状況・路面状況で行われているのか把握可能となる。
そこで，道路テレメータ情報，道路カメラ
情報をシステム画面上に表示する方法の検討 を 行 い ，北 海 道 開 発 局 で 提 供 し て い る「 北海道地区道路情報」へリンクを張ることで対 応 す る こ と と し た （ 図 ‑9）。
リンク方法は，除雪機械マネジメントシ
ステムの「除雪機械位置の確認」画面の地図上に表示されている，道路テレメータ・
道路カメラのアイコンをクリックすることで，「 北 海 道 地 区 道 路 情 報 」の 気 象 詳 細 情 報及び道路画像情報がポップアップ表示されるものとした。
監督職員は，除雪作業を実施している現場状況が把握可能となり，除雪作業の妥当性や除雪作業の進捗が遅れている要因等を確認することができる。

システムアクセス数の推移(2)シ ス テ ム 改 善 要 望
システムの改善点についてアンケート調
査及びヒアリング調査を行った結果，気象
観測情報，通行規制情報，道路カメラ画像
情報等の関連情報の付加に関する要望が多く出された。これは，除雪機械の位置・作業情報と合わせて，現地の状況を把握する必要性が高いことを示している。
また，「ダイナミック工区シフト支援シス
テム」については，以下の問題点を確認した。
・除雪機械が予め登録した除雪予定ルー
トから外れると，シミュレーションできない・作業ルート（実績・予想）や到着予想
時刻が表示されるまでに時間がかかる
・終了予想時刻の算出には，応援する機械，応援される機械を一対で指定する必要がある
上記の問題を解決するためには，除雪作業の進捗状況把握や予想時刻シミュレーシ
ョンを，煩雑な操作をせず直感的に行える

図 ‑9

気象観測情報・道路カメラ情報の表示例

4.5 除 雪 作 業 状 況 確 認 シ ス テ ム
前 述 4.3 の と お り ，「 ダ イ ナ ミ ッ ク 工 区 シ
フト支援システム」については，使い勝手における問題点が指摘された。そこで除雪進捗情報の共有と，ユーザが指定した地点
における除雪機械到着予想時刻の提供に特化した，除雪作業状況確認システムの開発を行った。システムに求められる機能について検討を行い，必要な要件を以下のとおり整理した。
(1)表 示 内 容‑ 145 ‑

・地図の縮尺を固定（ただし，札幌市内
は拡大表示可）・最新の除雪機械の位置を作業種別ごとに色分けし，矢印アイコン表示
・作業軌跡を作業種別ごとに色分けし，丸アイコン表示・矢印アイコン，丸アイコンをマウスオ
ーバした場合，日時，機械種別，管理
番号を旗揚げ表示(2)必 要 機 能・ユーザが指定した作業内容（除雪中・散布中）の除雪作業実績を抽出し，地図上に表示
・除雪機械が，現在位置からユーザが指定する地点まで移動した場合の到着予
想時刻を算出し，画面上に表示以上の要件に基づき，システムの開発を行 っ た 。 開 発 し た シ ス テ ム 画 面 を 図 ‑10， 11に示す。

軟な応援を行うことが可能となる。また，今後の除雪ルートをユーザが指定することにより，除雪終了予想時刻がシミュレーシ
ョンできるので，除雪終了予想時刻に基づいた工区シフト判断を行うことが可能となる。
５．まとめ
本研究は，冬期道路利用者の旅行速度確
保及び異常気象時における迅速な除雪作業への対応を目的として，除雪機械のリアル
タイムな位置・作業情報を活用した除雪機
械のマネジメント及び弾力的運用を支援するシステムの開発を行ってきた。
平 成 20 年 度 は「 ダ イ ナ ミ ッ ク 工 区 シ フ ト
支援システム」及び「散布情報収集・管理支援システム」を開発・試行し，そこで得ら れ た 知 見 と ニ ー ズ に 基 づ き ，平 成 21 年 度
は除雪機械マネジメントシステムの改良及び機能追加を実施した。
今後は，より効率的な除雪機械の運用支援を行うためのシステムの活用方法や，気象情報等とのさらなる連携について検討を行い，冬期道路管理業務の効率化・高度化に取り組んでいく予定である。
参考文献
1)中 村 隆 一 ・ 佐 々 木 憲 弘 ・ 小 野 寺 敬 太 ： 除 雪 機 械等情報管理システムの展望，建設施工と建設機
械 シ ン ポ ジ ウ ム 論 文 集 ， pp.203〜 208， 2 008 .
2)牧 野 正 敏・佐 々 木 憲 弘・中 村 隆 一・小 野 寺 敬 太 ：除雪機械等管理運用マネジメントシステムの

図 ‑10

開 発 ， 第 24 回 寒 地 技 術 シ ン ポ ジ ウ ム 寒 地 技 術

除雪作業状況確認システム

論 文 ・ 報 告 集 ， pp.333〜 338， 2008.
3)牧 野 正 敏・佐 々 木 憲 弘・中 村 隆 一・小 野 寺 敬 太 ：除雪機械等管理運用マネジメントシステムの開 発 ， 第 21 回 ゆ き み ら い 研 究 発 表 会 論 文 集 ，pp.218〜 223， 2009.
4)国 土 交 通 省 道 路 局 都 市 ・ 地 域 整 備 局 ， 費 用 便 益
分 析 マ ニ ュ ア ル ， pp.7， 2 008 .11 .

図 ‑11

到着予想時刻の表示画面

このシステムにより，監督職員は除雪作業の進捗状況を容易に把握でき，工区境の臨機なシフトや，除雪機械の他工区への柔‑ 146 ‑

３３．クラックスケール内蔵光波測量器とデジタル写真画像による
ひび割れ抽出ソフトを用いた構造物のひび割れ計測
現場への適用とその効果について

関西工事測量株式会社
関西工事測量株式会社○ 交久瀬磨衣子
中庭和秀

光波測量器を用いてひび割れ計測を行うため，全
１．はじめにコンクリート構造物に生じたひび割れは，構造 ての測点は 3 次元座標データとして記録され，橋物の機能を低下させる原因であり，その調査は全 梁・擁壁・堰堤などの展開図，およびトンネルなての社会基盤を管理する上で必要不可欠である。 どのアーチ状構造物の展開図も高精度に作成でき
現在多くの現場では，仮設足場や高所作業車等を る。
本稿では，「KUMONOS」の概要，スケッチによ用いて，直接ひび割れにクラックスケールを当てる方法で計測が行われている。しかし，この計測 る従来方法との比較，現場での計測方法，さらに方法は，ひび割れを目視によってスケッチするた デジタル写真画像との併用ついて検討を行った結め，個人差が生じることや経年変化が観察できな 果を紹介する。
い。さらに，計測者の安全確保が困難であるなど
２．
「KUMONOS」の概要
様々な問題を抱えている。
本システムを用いた計測では，「KUMONOS」のこれらの問題を解決するために，写真画像処理
によるひび割れ計測も行われ始めている。この方 視野内で確認できるひび割れと内蔵クラックスケ法は現場での作業時間が少ないという利点がある。 ールを比較することで，ひび割れ幅を計測するこ
しかし，デジタル写真画像によってひび割れを自 とができる。ひび割れの幅は「KUMONOS」と計動抽出するため，壁面の汚れ等をひび割れと誤認 測面との距離と角度によって補正される。
してしまうことやひび割れ幅の精度に対する信頼 2.1 内蔵クラックスケール
内蔵しているクラックスケールは，幅の異なる性が低いなどの問題がある。
線（ゲージ）に 0.5 番から 18 番までの番号がついており，これらが放射状に配置されている（図‑1）。
従来は様々な方向に生じているひび割れに対して，計測者がクラックスケールの向きを変えることでひび割れ幅を計測していた。しかし,光波測量器の焦点鏡は機能上，上下左右にしか動かすことができない。つまり，焦点鏡に組み込まれている内蔵
クラックスケールは回転させることができないため，様々な方向に生じたひび割れを計測するために放射状にデザインされている。
2.2 ひび割れ幅の計測方法
ひび割れ幅の計測は以下のようにして行う。
図‑1 「KUMONOS」（左）内蔵クラックスケール（右）①光波測量器の焦点鏡に組み込んだクラックスケールを使って，ひび割れ幅と一致するゲージ番
クラックスケール内蔵光波測量器（以下，号を選択する。
「KUMONOS」）は，光波測量器にオリジナルのク
ラックスケールを内蔵しており，非接触でひび割 ②測量器からひび割れ計測箇所までの距離と角度を計算する。
れ計測を行うことができる（図‑1）。計測できるデータはひび割れの幅・長さ・形状・3 次元位置座標 ③取得した距離・角度・ゲージ番号を用いて実際のひび割れ幅を測量器内の計算プログラムで自であり，それらは専用アプリケーションソフトを1)動計算した後，液晶画面に表示する。
介し，CAD 図面として瞬時に自動描画できる 。

‑ 147 ‑

2.3 長さ・形状・3 次元位置座標の計測方法
長さ・形状・3 次元位置座標の計測は，以下のよ
うにして行う。
①器械から各測点（ひび割れの端点，および各変化点）の斜距離，鉛直角，水平角を順に計測する。
②各測点の 3 次元座標は専用アプリケーションソ
フトで自動計算する。
③各測点のデータを用いてスクリプトファイルを出力し，CAD 上に自動描画する。
2.4 距離別最小計測幅および幅計測の補正「KUMONOS」は 42 倍の望遠レンズを搭載しており，覗きながらひび割れ計測を行う。人の目によるチェックを行いながら計測するため，壁面の汚れをひび割れと誤認することはない。
「KUMONOS」で計測できる距離別最小計測幅を
表‑1 に示す。

仮想面を作り，距離を計測することなく壁面に対する入射角度のみを計測する方法である。この計
測方法は測距計測と比べ短時間で計測でき，工期短縮が可能である。
３．スケッチによる従来方法との比較
本システムでは，従来方法で行っていた足場等の設置やスケッチ図面を CAD 図面にトレースするという作業を簡略化できる。
3.1 計測状況
従来方法では，計画準備の後に足場や高所作業車等を手配しなければならず，コストがかかるとともに計測者の安全が確保できていなかった。図‑2 に従来方法との作業フロー比較を示す。

表‑1 距離別最小計測幅
器械からの距離(m)

1.5

5

10

15

20

25

30

最小計測幅(mm)

0.007

0.022

0.044

0.066

0.088

0.110

0.132

器械からの距離(m)

35

40

45

50

60

70

80

最小計測幅(mm)

0.155

0.177

0.199

0.221

0.265

0.309

0.353

ひび割れの幅は，正対して見た場合と斜めから見た場合では太さが異なって見える。実際のひび
図‑2 従来方法との作業フロー比較
割れ計測では，常に測量器がひび割れと正対した状態に設置できる訳ではなく，限られた設置場所
から上下左右方向を計測しなければならない。本 3.2 コスト
現地での計測作業日数が 12 日の現場計測についシステムは斜め方向からひび割れを計測した場合て，従来方法で計測した場合と本システムを使っでも，補正計算プログラムによって正対した状態た場合を比較した結果，高所作業車のレンタル費と同じひび割れ幅を計測することができる。
用及び運転手の労務費の合計 375,600 円を削減で2.5 計測内容
本システムはひび割れ計測を行う対象物および きた。また，室内作業では，専用アプリケーショ
計測内容によって計測モードを変えて計測する。 ンソフトの自動描画機能により，従来行っていた計測モードおよび具体的な計測内容を表‑2 に示す。 模倣図面からのトレース作業が不要となった。こ
現況計測の壁面モードは，実際に距離を計測する のことにより，24 日かかっていた室内作業を 5 日
測距計測以外に測角計測も行うことができる。こ 間で行うことができ，19 日間の工期短縮を行うこ「KUMONOS」は従来方法
れは，ひび割れ計測を開始する前に壁面上の任意 とができた。すなわち，の 3 点を計測することで器械点を含めた 3 次元の と比べコスト面からも優位な計測手法であるといえる。
表‑2 計測モードおよび計測内容
測定モード

簡易計測

現況計測

視準角度補正計測
壁面モード

測定内容

測定対象

図化の種類

ひび割れ幅のみ

変化点２点とひび割れ幅

器械に正対している器械に正対していない

ひび割れ

ひび割れ

３次元図
展開図

平面モード

アーチモードひび割れ幅・長さ・形状
橋脚

床版

トンネル

法面

路面

立坑

擁壁など

天井など

曲面のある構造物など

３次元図

３次元図

３次元図

３次元図

展開図

展開図

平面図

展開図

‑ 148 ‑

3.3 計測機能「KUMONOS」を用いると，計測データを 3 次
元座標データ化することで，定量的な数値データ
として計測結果を記録することができる。これにより，点検毎に前回点検時からのひび割れの成長等の変化を把握することが可能になるため，構造物のより高度な管理手法である定量データに基づ
く経年変化管理を行うことができる。

5．「KUMONOS」とデジタル写真画像との併用「KUMONOS」を使用したひび割れ計測では，
亀甲クラックが生じている場合やひび割れ本数が極端に多い場合，正確に計測することはできるが，時間とコストが必要となる。そこで，より効率化を行うためにデジタルカメラで撮影した写真画像
を使ったひび割れ抽出ソフトとの併用を写真‑4 の現場を使って検討した。

４．現場での計測方法
本システムを用いたひび割れ計測は，計測者が「KUMONOS」を 1 台ずつ用いて，1 箇所もしくは数箇所から計測を行う。また，複数名で同時に計測する場合は，合成用の基準点を設け，その基準点を共有し計測を行う。このことにより複数の計測データを同時に CAD 上に自動描画することができる。設置場所は測量用三脚が設置できるス
ペースだけでよく，揺れや震動があるような不安定な場所を除き，設置場所の制限はほとんどない。
計測データの正確性を確保できる計測限界は，水平角左右それぞれ 60 度，仰俯角 60 度であり，この角度を超える場合は「KUMONOS」を移動させ計測を行う。写真‑2 はダム堤体の計測状況，写真‑3 は擁壁の計測状況である。

写真‑2 ダム堤体の計測状況

写真‑4 調査対象現場

5.1 現況計測
デジタル写真画像を使ったひび割れ計測では，ひび割れ抽出ソフトを使用する前にデジタル写真
画像の補正を行わなければならない。そこでまず現地で写真を撮影するとともに，「KUMONOS」を使って正確な調査対象壁面の形状を記録する。
「KUMONOS」は光波測量器であり，構造物の距
離や形を計測することができる。今回使用したひび割れ抽出ソフトの画像補正には，点間がわかる
四角形が必要である。したがって，任意の四角形を「KUMONOS」で計測し，その正確な 4 点の距離を用いてデジタル写真画像の補正を行う（図‑3）。

図‑3
写真‑3 擁壁の計測状況

補正用の計測位置（左）および「KUMONOS」を使って計測した図面（右）‑ 149 ‑

5.2 ひび割れの自動抽出および「KUMONOS」を使用した幅測定「KUMONOS」で計測した距離をもとにデジタル写真画像を補正した後，ひび割れの自動抽出を行う。デジタル写真画像を用いたひび割れ計測では，ひび割れ幅の精度と汚れやツタをひび割れと誤認するという問題点が挙げられる。したがって，これらの問題を補うために自動抽出済みの図面を現場に持参し，「KUMONOS」を覗きながらひび割
れが誤認されていないか確認を行う。さらに，形状はひび割れ抽出ソフトを用い，自動抽出ソフト
で最も幅が大きいと判断された箇所の幅のみ「KUMONOS」を使って計測する。このことにより，デジタル写真画像の問題点とひび割れが多い
場合に生じる「KUMONOS」を使ったひび割れ計
測の問題点を解決することができる（図‑4，5，6）。

図‑4 デジタル写真画像（補正済）

5.3 併用の効果について
ひび割れが多い場合，デジタル写真画像と併用することにより，「KUMONOS」のみで形状と幅を計測した場合と比較して，現場作業で 4 人工，室内作業では 1 人工の省力化を行うことができた。
つまり，形状は自動抽出ソフトを用い，幅のみを「KUMONOS」で計測することは有効であるといえる。また，データを図面だけでなく，デジタル
写真画像で見ることもでき，データの可視化を行える。今回の調査では，ひび割れの幅のみを「KUMONOS」で計測したが，ひび割れの端点も「KUMONOS」を使って計測しておくことで，ひび割れの成長の経時変化も計測することができると考える。
６．おわりに本システムは従来のスケッチによる目視点検と比較して安全性，正確性，経済性の点で格段に進歩したものであり，社会資本の計画的な補修や維持管理に大きく貢献すると考えられる。
今回行ったデジタル写真画像との併用のように本システムは3Dレーザ−スキャナや赤外線サーモ
グラフィーと併用することも可能である。赤外線サーモグラフィーによる外壁調査は，計測時の気温，季節，時刻，方位などの環境要因が影響する
ことから，様々な制約があるとされている2)。しかし，特殊建築物において，赤外線サーモグラフィ
ーによる全面「浮き」調査を行う前に本システムを使ったひび割れ調査を行い，あらかじめ外壁が落下する可能性がある箇所を厳選した後赤外線サーモグラフィーによる調査を行うことで，赤外線サーモグラフィーが抱える制約を最小限に抑えて計測することができる3)。また、本システムで取得したデータを使ってGISを構築することで，効率的な維持管理や経年変化管理のデータベース化を行うことができると考える。
参考文献

図‑5 「KUMONOS」計測図面（ひび割れ幅）1) 前田穣・中庭和秀・石澤徹・小山幸則・朝倉俊弘：クラックスケール内蔵光波測量器を用いたひび割れ点検シ
ステムの開発と現場適用，2007年度土木情報利用技術論
文集，VoL.16，pp.167〜174, 2007年10月
2) 天野勲・山川和夫・伊藤秀和：特殊建築物の外壁診断における赤外線調査ガイドライン，建設の施工企画，No.708，pp.70〜76, 2009年2月
3) 建山和由・中庭和秀・交久瀬磨衣子：非接触型ひび割れ
計測器と赤外線サーモグラフィーの併用による外壁診断技術，近畿地方整備局研究発表会論文集,2010年7月

図‑6 合成図面‑ 150 ‑

３４．自動ステアリングによるアスファルトフィニッシャの制御に関する検討前田道路㈱同１．はじめに2008 年 7 月に策定・公表された情報化施工推進戦略で紹介されている情報化施工技術の事例として，グレーダやブルドーザ等のマシンコントロー
ル技術がある。近年舗装分野においても，グレーダやブルドーザを用いた路盤材の敷均し作業に加えて，アスファルトフィニッシャによる舗設作業にマシンコントロール技術が積極的に導入されつつあり，施工条件により最適な自動制御機器が選択できるようになった。
具体的には、上層・下層路盤工で使用するベースペーバやアスファルトフィニッシャのスクリー
ド仕上げ面高さを三次元マシンコントロール（以下，3D‑MC）技術を用いて制御している。位置情報の採取方法としては，Global Navigation Satellite
System（GNSS）と高精度レーザを組み合わせることにより、ミリメートル単位での制御が可能な
mmGPS システムや，トンネル内等で上方視界の影
響を受けずに施工可能な自動追尾式トータルステーション（以下，TS）があり，いずれの方法も従来の制御機器と同等以上の精度が得られることが確認されている。
本稿では，スクリード仕上げ面の高さ制御（以下、グレードコントロール）に限られていたアス
ファルトフィニッシャの 3D‑MC において，走行操
舵（以下，ステアリング）と施工幅員調整（以下，ワイドナ）の自動制御も可能としたシステムであ表‑1○菊地 重徳宇田川 健治るナビトロニックを国内で始めて導入し，TS による試験施工を実施したので，その概要と結果について報告する。
２．使用機械とシステム概要
2.1 使用機械
このナビトロニックでステアリング制御を行う
ためには，フェーゲル社製レベリングシステムであるニベトロニックを搭載したクローラタイプのアスファルトフィニッシャの使用が条件となる。
よって，本試験施工においては，フェーゲル社製
SUPER 1600‑2 を使用した。概略の仕様を表‑1，外観を写真‑1 に示す。
2.2 システム概要
ナビトロニックは，アスファルトフィニッシャ
の左右スクリードアームのスクリュウ上部に取り付けたブラケットに，マスト，ターゲットプリズ
ムをそれぞれ設置し，2 台の TS で自動追尾する。
TS により測定されたデータは，無線モデムによりアスファルトフィニッシャに搭載された PC に送信される。また，同時にマスト基部に取り付けられた 2 軸勾配センサにより検知されたマストの縦横断勾配での傾き情報と，スクリード伸縮部に取り付けられたスクリード伸縮センサからの情報と合わせて PC に提供される。機器の取り付け状況を写真‑2 に示す。

S1600‑2 主要諸元

写真‑1 アスファルトフィニッシャ S1600‑2‑ 151 ‑

PC に提供された情報は，ステアリング位置，ス
クリード仕上げ面の高さ，施工幅員として算出され，あらかじめ入力しておいた 3D 設計データと照合される。その結果，算出された偏差はアスファ
ルトフィニッシャ側のインターフェイスを介して油圧システムに補正信号として送信され，油圧制御によって機械本体，及びスクリードを設計ライ
ン上，及び基準高さに誘導するシステムである。
通常，メーカーの推奨する制御方法では，施工
幅員 7m までであれば 1 本のマストとスロープセン
サの組合せで，充分な精度が期待できるとされているが，今回使用した S1600‑2 は，アタッチメン
トの組立により 8m まで施工可能であることから，大規模現場を想定し，2 本のマストを使用してマシ
ンコントロールを行い，その精度を検証することとした。
３.試験施工概要及び検証項目
施工場所は弊社機械センターの構内で行い，施工延長 80m，起点終点の施工幅員を 3.5m とし，カーブに伴う幅員変化を 0.5m に設定した。また，カーブの曲率半径は高速道路のランプ部を想定し，R=40m とした。
敷き均し材料は再生密粒度アスコン 13mm を使用し，余盛量を見込んだ敷き均し厚さは 48mm とした。

計画の平面図を図‑1 に示す。
検証項目及び内容は，以下の項目とした。
（1）ステアリング
ナビトロニックのステアリングコントロールは，
左右マストを結んだラインの中心から直角に進行方向へ 5〜10m の位置をステアリングフロント値
として設定し，このステアリングフロントを設計
ライン上に誘導することで行われる（図‑2 参照）。
アスファルトフィニッシャの構造的な特徴として，
スクリードはトラクタ後部に位置するため，曲線部の施工において，スクリードはトラクタの走行軌跡よりもオーバーハングすることになる。ステアリングフロント値は，大きな値を設定すること
で直進性に優れた設定となるが，曲線部の施工では，ステアリングフロント値を小さくすることでカーブでの追従性に優れ、スクリードのオーバーハングを抑えることが可能となる（図‑3 参照）。
R=40m を施工する今回の施工では，ステアリング
フロント最小値 5m を採用し，カーブでの追従性を確認した。
設計の走行ラインと，施工中のステアリングフ
ロントの偏差は，施工中 PC のログファイルとして連続的に保存される。このログファイルを用いて，設計ラインとステアリングフロントとの偏差を確
認した。

プリズム

PC
無線モデム
2軸勾配センサ

スクリード伸縮センサ

写真‑2 機器取り付け状況

図‑2 ステアリングフロント

図‑1 計画平面図‑ 152 ‑

（2）施工幅員
スクリード中心の軌跡を TS を用いて 10m 毎にプロットし，設計ラインとの偏差を計測した。また，設計ラインからの左右幅員及び全幅員を 10m毎に計測し，設計幅員と比較した。
（3）高さ
TS を用いて設計データと仕上り高さの比較を行った。また，今回の試験施工では，敷き均し高さの精度検証が目的のため，ローラによる転圧は行わないこととした。

なった。左右トラックの速度を変更させてステア
リングコントロールを行うクローラタイプのアス
ファルトフィニッシャでは，右カーブで左にずれたステアリングフロントを修正するために，右にステアリングを切ると，スクリードは左へずれ，左カーブではその逆の現象が起きるという特性をスクリード伸縮制御により，施工幅員端部の位置を修正していることが確認できた。

４.試験施工及び結果
2009 年 10 月 8 日試験施工を実施した。当日は強風であることと，施工延長が 80ｍと限られている
こと，また，転圧のためのローラがないことを踏
まえ，マシンコントロール用の TS2 台，出来形確
認用の TS１台を施工後方のテント内に設置した。
TS 設置状況を写真‑3 に，施工状況を写真‑4 に示す。
施工結果は以下の通りである。
（1）ステアリング
PC に保存された設計の走行ラインとステアリ
ングフロントの偏差，設計の幅員位置と左右スク
リード端部の偏差を図‑4 に示す。
ステアリングは右カーブでは左に，左カーブでは右に，最大 10cm 程度の偏差が発生する結果となった。これに対して，左右スクリード位置偏差は，
ステアリングフロントを設計ライン上に誘導する
動きに影響されながらも，設計の幅員位置を基準に，左右 2cm 程度の範囲で制御されている結果と

写真‑3

TS 設置状況ステアリング設計曲線
SF 2
ステアリングフロント値 10m

写真‑4 試験施工状況
ステアリング（+：左，‑：右）右スクリード（+：左，‑：右）SF 1

左スクリード（+：左，‑：右）0.15

ステアリングフロント値 5m0.1

オーバーハング

偏差（ｍ）

トラクタ回転中心線
マスト・プリズム
取付位置
スクリード回転中心線

0.05
0
0

11

21

32

43

54

65

76

‑0.05

スクリード部

‑0.1
‑0.15

舗装面

施工距離（ｍ）

図‑4 ステアリング・左右スクリード位置の偏差
図‑3 ステアリング設計曲線とスクリードのズレ‑ 153 ‑

（2）施工幅員
設計ラインから計測したスクリード中心軌跡までの偏差，左右幅員，及び全幅員の設計値との偏差を図‑5 に示す。
ステアリングと同様，スクリード中心の軌跡は，右カーブでは左に，左カーブでは右に最大 73mmの偏差が発生した。また，幅員の出来形は全幅員でマイナスの傾向となった。左右別に見ると，右カーブでの右幅員，左カーブでの左幅員，つまり内カーブでの幅員の出来形が‑20〜‑30mm 程度の結果となった。今回，木製の型枠は設置せず，ス
クリードのサイドプレートを舗装の厚み分下げた状態で施工を行った。このため，内カーブでのサイドプレートの端部が，一旦形成された舗装端部の骨材を削り取る状態となった。ナビトロニックのワイドナコントロールには，幅員のオフセット機能がある。曲率半径の小さいカーブを舗設する
場合には，このような幅員減少を生じる可能性があるため，40〜50mm 程度のオフセットが必要になるかと考えられる。
（3）高さ
横断方向 3 箇所ずつ，5m 毎に仕上り高さの測定を行った。仕上り高さと設計高さの差を図‑6 に示す。得られたデータは，最大値 5mm，最小値‑6mmとなり，全観測数 51 点の標準偏差では =2.4mmとなり，高い施工精度を確認することができた。
翌日，舗装面の硬化を確認し，マルチロード・
プロファイラ（MRP‑2000）を使用して舗設路面の平坦性測定を実施した。平坦性測定結果は，右=0.68mm，左 =0.57mm であった。今回の試験施工
では，施工延長 80m，ローラ未転圧という限られた条件での施工であったが，良好な平坦性が確保できたと思われる。
５．まとめ
ナビトロニックを用いたアスファルトフィニッ
シャのステアリング，ワイドナ，グレードの自動制御を行い，以下のような結果が得られた。
スクリードセンター（＋：左，−：右）

左幅員

右幅員

（1）曲率半径 R=40m の施工において，ステアリ
ングは右カーブでは左に，左カーブでは右に，最大 10cm 程度の偏差が発生する結果となったが，ワイドナの自動制御により，幅員は設計位置から左右 2cm 程度の範囲で制御されている結果となった。
（2）施工幅員はカーブ内側において‑20〜‑30mmの出来形となった。実施工時には，ナビトロニッ
クのワイドナオフセット機能により，50mm 程度
広めの設定が必要となる。
（3）設計高さと仕上り高さの差は，最大値 5mm，
最 小 値 ‑6mm， 全 観 測 数 51 点 の 標 準 偏 差 で は=2.4mm となった。
以上のことから，ナビトロニックの使用により，
位置精度，高さ精度ともに，実地適用の可能性を充分に期待できるシステムであると判断できる。
しかしながら，様々な施工条件により，最適な施工速度，ステアリングフロント値，その他アスファルトフィニッシャを自動制御するためのパラメータの組合せを模索することで，更なる施工精度の向上が期待できる。弊社では今後，北海道横断自動車道舗装工事にて，ナビトロニックを導入したフェーゲル社製アスファルトフィニッシャ 2台を使用しての施工を予定している。今回の施工を踏まえて，実施工での効果を引き続き検証していく所存である。
６．おわりにナビトロニックの導入により，施工精度の向上とともに，オペレータの作業負担軽減による周囲への配慮が可能となり，安全性の向上も期待できる。弊社では，今後も施工の効率化，施工精度向上，安全性向上を目的として，情報化施工の推進を図っていきたいと考えている。
最後に，本技術の導入及び試験施工に協力を頂いたヴィルトゲンジャパン㈱，マシンケアテック㈱，ライカジオシステムズ㈱の皆様にこの場を借りて深く感謝の意を表したい。

全幅員

14

150

12
10

50

頻度

0
10

20

25

30

40

50

55

60

70

ｎ：51
最大値 5mm
最小値 ‑6mm

8
6
4

‑50

2

‑100

0
‑10
‑9
‑8
‑7
‑6
‑5
‑4
‑3
‑2
‑1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

偏差（mm）

100‑150

設計との差（ｍｍ）

施工距離（ｍ）

図‑6 仕上り高さと設計の差

図‑5 施工幅員出来形偏差‑ 154 ‑

Ⅱ

梗概集

Ⅱ−１ ポスターセッション要旨
１．コンクリート表層部の健全性評価システム「健コン診断ポータブル」
佐藤工業㈱技術研究所 ○歌川紀之
佐藤工業㈱土木事業本部 北川真也、鍋谷雅司
１．打音法

されることになる．結果をはく離厚さの等高線で表

コンクリート構造物の点検では，目視検査と叩き示させることにより，従来の叩き点検で得られる情検査が最初に実施され，その結果を元に詳細検査が報よりも，客観的かつ高精度な維持管理情報が得ら実施される．目視検査については，これまでスケッれ，その数値データの蓄積も可能となる．

チ作業を人が実施してきたが，CCD カメラなど光学

２．健コン診断ポータブル的機器の進歩と画像処理能力の向上により，効率的「1人の点検者が全ての機器を装着し調査することかつ高精度かつ客観的な検査が可能となってきた．

が可能となる機器」，「誰でも簡単に使用できる機器」

一方，叩き検査については，建築物の外壁タイルのというコンセプトの下に，従来の当社で開発した打音

浮きに対しては，赤外線法が使用されてきているも法システムの改良を進め，「健コン診断ポータブル」のの，トンネルの覆工や橋脚の床版では，従来の検を開発した．写真‑1に健コン診断ポータブル全体構成

査者の耳で判断する叩き検査が中心である．

を，写真‑2に健コン診断ポータブル装着状況を示す．

当社では，叩き検査の精度を向上するため，打音1)

健コン診断ポータブルで使用している機器を以下にトの応答を 音 として検出，信号処理をした後，説明する．
① 打撃力測定
インパクトハンマーを用い，打撃力を測定する．

客観的な基準に従ってコンクリート部材の健全性

周波数特性についてはヘッド部の材質および重量を判定するという，プロセスを具備する手法である．

で調整が可能である．

叩き検査では，人間の耳で，欠陥の有無を判断していたが，打音法では，マイクロフォンで音を収録し，② 打撃音測定
フード付きマイクロフォンを用い，打撃音を収録

コンピュータで解析を行い，欠陥を評価する.

する．フード付きマイクロフォンでは，マイクロフ法に着目した．打音法 とは，コンクリート表面を打撃又は加振し，その信号入力に対するコンクリー

健コン診断ポータブルにおける打音法の測定原

ォン周囲にフードを取り付けることにより，聴診器

理を以下に示す．ハンマーの打撃により，はく離が（集音装置）としての機能を持つ．すなわち，フー

生じている箇所では，はく離片の板の曲げ振動が発

ドは周囲の騒音を出来るだけ低減し，かつコンクリ

生する．一方，健全な箇所では，構造物の厚さがあート内部からの放射音を効率よく測定でき，マイク

るため，板の曲げ振動は発生しにくい．さらに板のロフォンとコンクリートの距離を垂直かつ一定

曲げ振動では，振動と同時に音波が発生する．本手（1cm 以内）に保つことができる．

法では，板の曲げ振動を音波で捉えることにより，③ 収録装置測定現場（調査現場）にてパソコンに取り込まれコンクリートの表層に生じた欠陥を検知し，健全性評価を行うことになる．
また，本手法では，得られた音圧から，曲げ振動をする板の部材厚さを推定するため，例えば，対象とする欠陥がはく離であれば，測定点におけるはく離までの距離が把握され，さらにその周辺を調査することにより，はく離の広がりと深さが同時に測定た測定波形を解析し，厚さの計算結果を表示後，データを収録する．パソコンは，タッチパネル機能付
きのウルトラモバイルパソコンを使用している．現場では，粉じん，水，衝撃等に強いものが求められ，本パソコンはその役割を十分に果たす仕様となっている．また，予備バッテリーへの途中交換が起動中にでき，バッテリー切れによるデータ消失を防ぐ‑ 155 ‑

ことも可能である．

はく離,覆工厚さ,コ

旧解析プログラムは複雑であり，初めて使用する

トンネル覆工ールドジョイント,

人にとっては初期設定や操作方法が困難であった．

（空洞）

そこで，誰でも使用できるよう健コン診断ポータブ

橋梁基礎

ルでは初期設定および操作画面の簡易化を行い，操作ボタンを 2〜3 回タッチするのみで，測定開始が鉄筋可能になるよう改良を行った．

ｺﾝｸﾘｰﾄ

橋梁床版
水路構造物
トンネル覆工
堤防護岸

フード付き
マイクロフォン

文献 3)

鉄筋腐食,断面修復
材,増し厚補修,凍害,打継ぎ目,コールドジョイントなどの劣化によるはく
離調査

導水管

AD コンバータ

鋼

背面充填性

函体

背面付着

合成床版
ｱｽﾌｧﾙﾄ

橋梁床版

文献 2)

コンクリート劣化

文献 4)

文献 5)

４．まとめ

インパクトハンマー

打音法を利用した測定手法は，ある程度の知識をウルトラモバイル PC

必要としていたが，「１人の点検者がすべての機器

写真‑1 健コン診断ポータブル全体写真を装着し，誰でも簡単に使用できる機器」というコンセプトの下で開発を行った結果，初心者でも測定することができる健コン診断ポータブルの開発に成功した．従来の叩き点検による調査では，経験的かつ主観的な評価となりがちであったが，本機器を利用することにより，デジタル値による客観的かつ定量的な管理が可能となった．
参考文献
1) 社)日本非破壊検査協会：コンクリート構造物の弾性波による試験方法―第３部：打音法,NDIS 2426‑3,2009.

写真‑2 健コン診断ポータブル装着状況

2) 伴 享，歌川紀之，市野大輔，北川真也，森濱和正：打音法のRC構造物への適用について，佐藤工業技術研究所報，No.30，

３．適用事例2004

これまで試験体および実構造物へ適用した事例を

3) 伴 享，歌川紀之，篠川俊夫，中村英孝，伊東良浩：打音法

表‑1 に示す．検査の詳細・結果は，備考に示した文によるコンクリート構造物の非破壊検査手法の開発，佐藤工献に示す．

業技術研究所報，No.27，20014) 磯光夫，久保田和徳，吉家賢吾，畠中真一，越後滋：打音法

表‑1 打音法による適用事例一覧

調査面

調査構造物

調査対象

による合成床版の非破壊検査手法に関する研究，川田技報，

備考

vol.27，2008

無筋
ｺﾝｸﾘｰﾄ

厚さ,空洞,はく離,試験体

ジャンカ（内部）,

5) 大住圭太，林成浩，岡崎健一：床版上の層状ひび割れ検出手

文献 2)

斜めひび割れ法に関する検討，第64回土木学会全国大会年次学術講演会，
Ⅴ‑144，2009‑ 156 ‑

２．硬質岩盤掘削機の開発のための応力制御実験
呉工業高等専門学校

重松尚久

呉工業高等専門学校○河村 倫太郎

株式会社スターロイ

小田 登

1. はじめに本研究では、バックホウなどの先端にアタッチ
メントとして取り付けられる硬質岩盤掘削機の開発に資するデータを得るための実験を行った。
油圧による応力制御下で円錐形擬似岩盤をディ
スクカッタビットで掘削し、3 種類に設定した垂直力 Fｚおよび 3 種類に設定したモルタル供試体の一軸圧縮強度が作用力および掘削速度に及ぼ
図‑1 将来の実機のイメージ図

す影響をモデル実験により明らかにした。
2. 実験方法
図‑1 のような、岩盤に対しディスクカッタビ
ットを 30°に当て、岩盤を剥離させて掘削を行う装置をモデル化した。図‑2 のように、モデル化にあたってはディスクカッタビットを鉛直に配置し、供試体に 60°の斜面を設けた。図‑3 に、実験装置の概略図を示す。ディスクカッタビット(直径 80mm、刃物角 55π/180rad、逃げ角 4°、

図‑2 供試体とディスクカッタビット

刃先の曲率半径 1mm)を供試体の中心から 87mm の位置に向かい合わせに 2 個取り付け、設定貫入力①①⑨

は 7.5、10.0、12.5kN の 3 通りとした。毎分 2 回
転で回転するターンテーブル上に擬似岩盤を設②置し、油圧ジャッキによりディスクカッタビット②

を押し付け掘削を行った。擬似岩盤として、③

W/B=17%、W/C=30、50%(それぞれ一軸圧縮強度 135、

④

③
④
⑤

80、40N/mm2)の 3 種類の円錐形モルタル供試体を用意した。それぞれのディスクカッタビットに作

⑤

⑧
⑥

⑦

用する垂直力 Fz、回転トルク T、横方向力 Fy、掘削深さ z を測定し、転がり抵抗 Fx は回転トルク Tより、また横方向力 Fy は、左右 2 つのロードセル
から得られる値を平均し求めた。

④ 供試体① 油圧シリンダー⑦ 減速機② ロードセル⑤ ターンテーブル ⑧ 油圧ポンプ③ ディスクカッタビット ⑥ モータ (1.5kw) ⑨ 変位計

図‑3 実験装置の概略図‑ 157 ‑

6

3. 実験結果

最大値

図‑4 に、設定垂直力 3.75kN における各供試体

5の垂直力 Fz の範囲と平均を示す。垂直力 Fz は、

)
N
4
(k
z
F
ﾍ
ｼ
3

実験全体にわたって設定垂直力を中心に上下しているが、平均値は設定垂直力に近い値となり、実機のモデル実験として成立しているといえる。

設定垂直力 3.75kN
1
A

たことも考慮する必要がある。図‑5 に、実験全す。全ての実験の最大作用力が 2 つの曲線の範囲内であった。横方向力 Fy、転がり抵抗 Fx の最大値はどちらも、設定垂直力の増加に伴い増加する
ことがわかる。図‑6 に、一軸圧縮強度と横方向
力比、転がり抵抗比の関係を示す。ここで横方向
力比とは横方向力 Fy を垂直力 Fz で除したもの、) 18
N(kx 16RF
14て掘削深さ z が 5〜10mm の地点で供試体の上部が剥離しており、供試体上部が剥離する前後で作用力は異なっていた。実機への応用を考えた場合には供試体上部の剥離という現象は起きないので、実機の製作に当たっては供試体上部剥離前の作

3

約 30〜50%の力で作用していた。実機においてデ4要がある。図‑7 に、一軸圧縮強度と掘削速度のれた。また、設定垂直力 3.75kN の場合には一軸
圧縮強度による掘削速度の差が小さかった。さらに、設定垂直力が大きいほど一軸圧縮強度による掘削速度の増加が著しいことや、供試体の一軸圧
縮強度が低いほど設定垂直力 Fz の増加が掘削速度に与える影響が大きいことが明らかになった。

‑ 158 ‑

F

5
設定垂直力(kN)

6

7

4
R

横方向力比 (3.75kN)
横方向力比 (5.00kN)
横方向力比 (6.25kN)

3
ｪ
]
A2
ﾍ

転がり抵抗比 (3.75kN)
転がり抵抗比 (5.00kN)
転がり抵抗比 (6.25kN)

1
｡
0
0

25

50

75

100

125

150

一軸圧縮強度(N/mm2)

図‑6 一軸圧縮強度と各作用力比の関係
0.08

設定垂直力=6.25kN
設定垂直力=5.00kN
設定垂直力=3.75kN関係を示す。一軸圧縮強度が低いほど、設定垂直力が大きいほど掘削速度が速くなる傾向が見らE

設定垂直力と各作用力最大値の関係

ィスクカッタビットを掘削面から保持するためには、それぞれの方向に上記の反力を確保する必D

図‑5

用力を考える必要がある。すべての実験において、横方向力比は約 200〜270%、転がり抵抗比はC

横方向力最大値
横方向力最小値
転がり抵抗最大値
転がり抵抗最小値

ｪ 12
] 10
A
) 8
N
(ky 6
F 4
ﾍ
2
｡ 0

転がり抵抗比とは転がり抵抗 Fx を垂直力 Fz で除したものである。また、ほぼすべての実験においB

図‑4 設定垂直力と実際の垂直力 Fz

体における、横方向力 Fy、転がり抵抗 Fx のそれ
ぞれの最大値、最小値と設定垂直力の関係を示

平均値2

しかしながら、実機の設計においては、設定した垂直力 Fz よりも最大で 45%大きな力が作用してい最小値)c
es 0.06
/
m
m
x(
ｬ0.04
@
0.02
0
0

25

50
75
100
一軸圧縮強度(N/mm2)

125

150

図‑7 一軸圧縮強度と掘削速度の関係

３．端面掘削方式を用いた硬質岩盤掘削機の開発に関する基礎的研究
呉工業高等専門学校

重松尚久

呉工業高等専門学校 ○高垣

夏輝

愛媛大学

達朗

室

1. はじめに
近年、都市部における地下工事においては、騒音①

や振動などの環境面への配慮が必須の課題になっ①⑨てきており、機械式掘削工法が多く行われるようになっている。しかし、これらの方法では地山の弾性②波速度が 3.0m/s を超える硬質岩盤では掘削能力が②大幅に低下するため、環境面に配慮した効率的な新③③しい掘削技術の開発が必要となっている。そこで、④

本研究では、ディスクカッタビットを使用し硬質岩④⑤

盤を効率的に掘削することのできる、端面掘削方式を用いた掘削機開発ための基礎となるデータを得

⑤

⑧
⑥

⑦

ること目的としている。
2. 実験方法
図‑1 に実験装置の概略図を示す。実験は応力制御で行い、図‑2 に示すような形状の 2 つのディスクカ④ 供試体① 油圧シリンダー⑦ 減速機② ロードセル⑤ ターンテーブル ⑧ 油圧ポンプ③ ディスクカッタビット ⑥ モータ (1.5kw) ⑨ 変位計

図‑1 実験装置概略図

ッタビット(直径 80mm、刃物角 55π/180rad、逃げ角 4ｰ)を回転する供試体の端部に、ディスクカッタ
ビットを押しつけて掘削を行う。ディスクカッタビットに作用する垂直力 Fz、横方向力 Fy、トルク Tを測定し、トルク T より転がり抵抗力 Fx を算定する。また、供試体端部からの切り込み幅を 15、20、25mm の 3 種類、垂直力 Fz を 7.5、10、12.5kN の

図‑2 ディスクカッタビットの形状

3 通り、擬似岩盤として一軸圧縮強度 135、
80N/mm2
以上の 2 種類を(それぞれモルタル A、モルタル B
垂直力 Fz (kN)と定義する)それぞれ条件として変化させて実験した。
3．端面掘削従来の掘削工法の多くが、1 自由面を掘削する平面掘削を採用している。自由面とは、破砕の際に破砕を拘束しない面のことをいうが、端面掘削とは、掘削効率を向上させるための方策として、2 自由面‑ 159 ‑

9
8
7
6
5
4
3
2
1
0

最大値
平均値
最小値
設定垂直力 Fｚ

10

15

20
切り込み幅(mm)モルタルA
垂直力7.5kN

2530

図‑3 切り込み幅と垂直力 Fz の振れ幅の関係

30

効果を利用し剥離させ、掘削する方法である。2 自25

由面を持つ岩石の端面を剥離破砕刃で掘削していく端面掘削は、平面掘削との比較実験ではエネルギ
ー比が約 1/10 に減少し、端面掘削方式は極めて効率的な掘削が可能な事が過去の研究で明らかにな

横方向力 Fy (kN)を持つ硬質岩盤の端面を剥離破砕刃でチッピング

モルタルＡ
垂直力 Fz 7.5kN
切り込み幅25mm

20
15
10
5

っている。この方式によると小さな押しつけ力で硬00

質岩盤を破砕することができ、結果としてビットの10摩耗を軽減することが出来る。

20
30
掘削深さ z (mm)4050

図‑4 横方向力 Fy と掘削深さ z の関係
4．実験結果と考察

切り込み幅
モルタルA
モルタルB

と平均値、及び最小値の関係を示す。応力制御で掘削を行っているため、常に一定の応力が供試体に作用するはずだった。しかし、供試体の表面の不均一さや、供試体を破壊したときの衝撃などの影響によ

横方向力 Fy (kN)

図‑3 に切り込み幅と垂直力 Fz の振れ幅の最大値
30

15mm

20mm

25mm

■

▲

●

25
20
15
10

り、常時一定の応力を保つことが出来なかったが、5設定した垂直力 Fz に対し、実際の垂直力 Fzr の平均

0
7

8

9

値と近い値となったため、設定した実験条件を満足したといえる。図‑4 に横方向力 Fy と掘削深さ z の

切り込み幅
モルタルA
モルタルB

転がり抵抗 Fx (kN)

終始ほぼ一定の値を保っていた。また転がり抵抗‑ 160 ‑1213

図‑5 垂直力 Fz と横方向力 Fy の関係関係を示す。横方向力 Fy は、多少の増減はあるが
15

15mm

20mm

25mm

■

▲

●

12
9
6
3
0
7

8

9

10
11
垂直力 Fz (kN)1213

図‑6 垂直力 Fz と転がり抵抗 Fx の関係

掘削速度(mm/s)

Fx も同様の傾向が見られた。図‑5、6 に垂直力 Fzと横方向力 Fy･転がり抵抗 Fx の関係を示す。図‑5、6 では、一部掘削時の実験データが欠落しているが、これは一軸圧縮強度等の掘削条件に対し、作用させた垂直力 Fz が大きすぎたために、端面掘削が起きず圧壊する形で掘削されたため、データが得られなかったことが原因である。横方向力 Fy および転がり
抵抗 Fx は垂直力 Fz が大きくなるにつれ、上昇する傾向が見られる。図‑7 に垂直力 Fz と掘削速度の関係を示す。垂直力 Fz が大きくなるにつれ掘削速度が上昇している。また、一軸圧縮強度の小さいモルタ
ル B は、モルタル A に比べて掘削速度が速くなり、切り込み幅が小さいほど掘削速度が速くなった。掘削速度は垂直力の増加に従って、モルタル A、切り込み幅 25mm において約 4 倍、モルタル B、切り込み幅 20mm において約 4.5 倍の速度で掘削が進行した。また、一軸圧縮強度が低いモルタル B の方が掘削速度が速くなることがわかった。

1011
垂直力 Fz (kN)

切り込み幅
モルタルA
モルタルB

0.20

15mm

20mm

●

■

25mm
▲

0.15
0.10
0.05
0.00
7

8

9

10
11
垂直力 Fz (kN)12

図‑7 垂直力 Fz と掘削速度の関係

13４．モデルベース開発による制御ソフト開発の効率化と品質向上
開発工程短縮と機能安全対策に対応する新しい設計手法

dSPACE Japan 株式会社 営業部 製品応用グループ 森田 康
dSPACE Japan 株式会社 営業部 製品応用グループ ○金田 大介

このような特徴から、数学的に抽象表現されたモデルベース開発（Model Based Development,

モ デ ル は 、 実 行 可 能 な 仕 様 書 （ ExecutableMBD）とはモデルベース開発（以下 MBD）とは、設計対象

Specification）と呼ばれることがある。MBD はとなる制御システムの表現手段として数学的モ

専用の支援ツールが必要である。モデルの設計、

デルという抽象化表現を用い、シミュレーション

シミュレーションには、米国 The MathWorks 社製技術を応用したコンピュータ上の仮想空間にお数 値 計 算 ア プ リ ケ ー シ ョ ン で あ る MATLAB ○R

ける高効率開発手法である。今日では建設機械に/Simulink○R が事実上の標準ツールとして様々な搭載されるコントローラ向けの組み込み制御ソ産業分野で利用されている。Simulink というブ

フトウェア設計においてもこの MBD という開発

ロック線図シミュレーション環境により設計、シ手法は広く応用されつつある。

ミュレーションされた制御アルゴリズムは、専用制御ソフトウェアの開発に MBD を適用した場の C コード自動生成ツールと連携させることに合、モデルは制御アルゴリズム（コントローラ）

より、量産用制御ボードに搭載されるマイコンにをあらわす部分と制御対象物（プラント）を表す

実装可能な高効率アプリケーションを生成する。

部分に大別され、これらが信号により接続されてMBD という手法と支援ツールの効果的な応用に制御系を形成する。数学モデルとして抽象表現す

よって、複雑・高度化するコントローラへの機能ることにより、制御系全体の構造を直感的に理解要求を実現するとともに、開発工数の大幅な圧縮することができ、コンピュータシミュレーションが期待できる。

により、システムダイナミクスを仮想空間上で動作させることが可能となる。

MBD のプロセスには、自動コード生成（ACG）のほか、ラピッドコントロールプロトタイピング(RCP)、ハードウェア・イン・ザ・ループ・シミュ
レーション（HILS）がある。
RCP は制御アルゴリズム部分をリアルタイム
ハードウェアに実装し、実機を直接制御するプロセスで、量産制御ボードがない状態でも、ソフト開発の早期段階で設計されたアルゴリズムの妥
当性をリアルタイムで確認できる。この手法の利用により、不具合による開発工程後半での大きな手戻りリスクを大幅に低減可能となる。
HILS は、リアルタイムハードウェアに実装さ‑ 161 ‑

れたプラントモデルを使って、仮想空間でさまざの正式発行が 2011 年に控えており、自動車メー

まな条件を作り出し、量産制御ボードを自動テス

カはこの規格への準拠を ECU サプライヤに義務トできる環境である。HILS は網羅性の高いテス付ける動きも見えてきている。この規格に準拠し、トを短期に実施することができるため、ソフト

一定のレベルの認証を得るためには、設計開発のウェアの信頼性を大幅に向上させ、かつテストに

各プロセス間で、双方向のトレーサビリティを整関わる工数、費用の劇的な短縮が可能である。

えることが非常に重要である。
MBD 支援ツールにおいても、この双方向トレー

建設機械のハイブリッド化と組み込み制御ソフ

サビリティを担保する機能の提供が求められ、仕トウェア開発の進化様書として扱われる原理モデルと、自動コード生

近年、建設機械の性能要求に対して、低騒音、成ツールにより生成された C コード、およびター

低振動に加えて対環境性能として、低燃費化、温ゲットマイコン用コンパイラによりビルドされ暖化ガス排出の低減が求められている。この要求

た実行オブジェクトとの等価性検証を行える機にこたえるため、建設機械を開発、製造する企業

能は必須といえる。

は機械のハイブリッド化を急速に進めている。

dSPACE では MBD 支援ツールの提供のみならず、

システムがハイブリッド化されると、制御ソフ

機能安全規格に準拠する設計プロセス構築を支トウェアが担う性能向上への寄与は、急激に拡大援するために、その運用方法をまとめたガイドラ

し、コントローラに搭載されるソフトウェアの規

イン、リファレンスワークフローを提案し、既に模が増大し、従来の開発手法は近い将来破綻する

TUVことが懸念されている。

能安全規格に準拠したソフトウェア設計」に利用

このような背景から、MBD という新しい開発手

SUD から、「ISO26262、および IEC61508 機できるツールとして認証を得ている。

法の導入と支援ツールの効率的な応用は、今後の従来から、航空宇宙や自動車産業においては、

制御ソフトウェア開発の品質確保やコスト縮減

品質確保やコスト縮減、環境保全、省エネルギーに大きな効果があると期待されている。

対策などの高度な要求を満たすために、MBD の導MBD の導入で、品質の高い製品を早期に開発する入と支援ツールの応用が大きな効果を挙げていことが可能となり、結果として製品の市場投入時る。

期を早め、先行者利益を享受できるようになる。

近年、自動車業界と同様の課題を持つ建設機械の制御ソフトウェア設計においても、MBD の導入

アプリケーションコードの自動生成と機能安全と支援ツールの応用は日々その浸透度を加速し規格への展望ている。

MBD の導入を成功させる要となる技術が、アプ
リケーションコードの自動生成プロセスである。

ブランド名および製品名は、各社または各組織の

このプロセスは既に、航空宇宙、自動車業界にお商標または登録商標です。

いて広く応用されており、コードの生成効率については従来の人間の手によるコーディングと比較しても優位性を示すことが実証されている。
一方、近年のコード生成技術に対する要求は、機能安全に関わる内容が増えてきている。具体的に自動車業界においては、ISO26262 という規格‑ 162 ‑

５．双腕型油圧ショベル
日立建機㈱ ○江口隆幸
日立建機㈱

石井啓範

日立建機㈱

小俣貴之

2009 年、2010 年の「出初め式」でも一般公開さはじめに
油圧ショベルは開発され約 60 年が経過し、それている。(写真 2)の安全性、信頼性が認められ、とても人間では対レスキュー機としての要求をさらに高めた東京消応しきれない多くの用途に使われている。多くの防庁殿向け 2 号機を受注・製作しており、また、全油圧ショベルは掘る、支える、掴む、切る等の作

国のハイパーレスキュー展開のスタートとなるべ

業を一つこなすものであった。近年は生産設備のく川崎市消防局殿より 3 号機の受注をいただいた。

ロボットにも多用途の機能が追求されているよ
うに、建設機械の多機能性、ロボット化の要求も高まっている。
7t 級双腕型油圧ショベル(ASTACO)
開発 1 号機は 7t 級標準油圧ショベルをベースに左右の腕の力配分を 4 対 6 としたもので、腕の長さも左右で若干異なり作業領域も異なっていた。
「一人で 2 つの腕を同時に動かす」機能を追及して作られていることである。この機械は、主に木造

写真 2 7t 級双腕型油圧ショベル 1 号機

家屋や小規模解体および倒壊物の撤去などを目的(出初め式での 1 コマ)に 5 年ほど前にコンセプト機として開発されたものである。多くのデモ現場を経て 2008 年消防庁の13t 級双腕型油圧ショベル(シオマネキ型)
一方、解体・スクラップ現場での廃棄物分別リサ奨励賞を受賞し、東京消防庁殿で「消防レスキュー車」として採用されている。 (写真 1)

イクル率の向上、作業の安全性アップを目的として(独)新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の委託を受け、13t 級双腕型油圧ショベルの開発も進めている。
近年、高度成長期に建設されたビル等は耐用年数に近づいている。また、現在の耐震基準を満たしていないとの理由からの解体需要も多い。その中で建築物躯体の解体で発生するコンクリート塊などに含まれる鉄筋、アルミ、木材、廃プラスチックなどの複合廃棄物を現場で可能な限り分離選別を行う要求も多い。

写真 1 7t 級双腕型油圧ショベル 1 号機

しかし、現状の解体方法では複合廃棄物の分離・‑ 163 ‑

選別を行うための機能が不足しており、破砕した後ともあり、干渉領域への侵入時の警告表示を行っに人海戦術で仕分けをしている場合が多く、機械とている。

人が混在しての作業となり、接触事故等の危険性が③ 分離・分別用双腕機としての機能
副腕による水平又は引き出しを行うために、副高く、高度な機械化による作業効率と安全性の向上

腕(左腕)のローリング機能を持っている。

が望まれている。

④ 将来のロボット化のための機能(a) 荷重測定システム
遠隔操作時の把持物重量を把握し、作業速度制
御を行う。
(b) 双方向での情報伝達システム
ロボット化(遠隔操作と自立化)のために必要な対象物情報、対象物位置認識、操作情報、周囲環境情報等を双方向で伝達認識する。
(c) 把持力制御システム
作業対象物の把持する際の破砕等を防ぐための把持力を制御する。
初期の双腕機(08 式)でのいくつかの現場作業の経験を基に、両腕をさらにパワーアップし微妙な作
写真 3

13t 級双腕型油圧ショベル(08 式)

業を力強く行えるようにした双腕機(10 式)の製作を行い、製品化へ向けて上記機能追求を行う実証試

これらの背景を踏まえて、本機は 2 本腕としての験を実施している。

機能を満足すべく以下の操作性・安全性の追及を図っている。
① 直感的な双腕用操作レバー
双腕機の 2 つの腕(フロント)を動かすためには
標準油圧ショベルでの左右 2 本のレバーで 1 本の腕を動かす操作方法では対応出来ない。したがって、双腕機の場合は左右夫々のレバー1 本で左右夫々の腕を動かすようにしている。操作レバーは「機械の使い易さ」に直結するものであり、「直
写真 4 13t 級双腕型油圧ショベル(10 式)

感的に動作可能な」レバー方式とすることが不可欠である。
② 干渉防止機能

今後の双腕型油圧ショベルの展開

双腕機の作業としては、(a)片方の腕で解体物を双腕型油圧ショベルは、7t 級の消防レスキュー機

押えて他方の腕で剥がす、(b)長尺物を 2 本の腕としての普及が始まった段階であり、13t 級の製品で動かす、(c)片方の腕で持ち上げ、他方の腕で下化、さらにロボット化され人間が入ることができなのものを引き出すなど多様な動作を行う。そのたい過酷な作業現場での重機として展開できること

め腕の先端は相手の腕と干渉する領域に入るこが期待される。

‑ 164 ‑

６．JENOBA 方式によるネットワーク型 RTK‑GPS 配信サービス
電子基準点網の活用
取締役営業部長

細谷 素之

営業部 ○岩田 好正

るエリア上空の電離層、対流圏の状態や衛星の軌

１． はじめに
国土地理院では、全国に配置する約 1,200 点の道に関する情報を把握しています。

電子基準点（GEONET）を運用し、地震や火山活動の監視を行なうとともに、電子基準点のリア
ルタイムデータを民間に開放しています。
ジェノバは、国土地理院が開放する電子基準点のリアルタイムデータの配信機関である日本測量協会を通じてジェノバ配信センターにてリア
ルタイムデータを受信し、24 時間 365 日の連続解析を行い、お客様へ測位補正データの配信サー
ビスを行なっています。ジェノバでは、電子基準
点リアルタイムデータを利用する独自の技術『JENOBA 方式』で 精度の向上(2) 測位する場所の概略位置をジェノバ配信セン

や コスト

ターへ送信

の削減 などの要望にこたえるとともに、利用者

利用者は測位を行なう場所の単独測位の位置にとって最適なネットワーク型 RTK‑GPS 測位

情報を携帯電話等の通信手段によりジェノバ配補正データの提供を行なっております。

信センターに送信します。
(3) 仮想基準点又は FKP 基準局を使った相対測
位の補正情報を配信
ジェノバ配信センターでは、解析した電離層などの情報に基づき利用者から送信された概略位
置により補正情報等を計算し、利用者に配信します。
(4) 補正情報で高精度の位置情報を取得
利用者はジェノバ配信センターより送られてくる補正情報等を利用し、高精度な測位を行なう
ことができます。

２． 概 要(1) 24 時間連続で誤差要因の状況を監視
ジェノバ配信センターでは、国土地理院が数十

３． VRS 方式と FKP 方式

km 単位で配置している電子基準点のリアルタイ

ジェノバ方式によるネットワーク型

ム観測データを 24 時間連続受信し、解析処理を

RTK‑GPS 配信サービスには、測位エリア近傍に行ないます。これにより電子基準点で囲まれてい仮想基準点を設ける‑ 165 ‑

VRS 方式と、測位エリア近傍の電子基準点を中心に計算された面補正

帯電話の通信回線を利用し、利用者に補正情報がパラメータを利用する FKP 方式 が有ります。

提供されます。携帯電話の通信ができない地域で(1) VRS 方式は仮想基準点の観測データと基準

は、衛星通信等の通信手段の確保が必要となりま

局の補正パラメータを受信し、仮想基準点のす。

データと受信機で観測したデータにより基線(2) 場座標との整合
ネットワーク型 RTK‑GPS の補正データは、測解析を行なってリアルタイムに高精度の測位

位エリアを囲む近傍の電子基準点と整合の取れを行なう方式です。
(2) FKP 方式は基準局の補正データと面補正パた補正情報が提供されますので、現場基準点とのラメータをジェノバ配信センターから受信し、 キャリブレーションが必要となります。その手法
受信機の観測データに、受信した補正情報をとしてアフィン変換又は、ヘルマート変換等の座線形補間して誤差補正し、リアルタイムに高標変換が採用されています。

精度の測位を行なう方式です。

(3) 電子基準点定期メンテナンスに伴う配信停止
国土地理院にて運営管理されている電子基準
点は、定期的にメンテナンスが行われています。
その際、電子基準点からのリアルタイムタイムデータが停止しますので補正情報の提供も停止します。電子基準点の定期メンテナンス情報を利用者に提供し、観測計画にご利用いただいています。
６． まとめネットワーク型 RTK‑GPS 配信サービスを採

４． ネットワーク型 RTK‑GPS のメリット

用した、情報化施工への取組は欧米諸国ではスタ(1) コスト削減

ンダードな技術となっており、出来形管理測量、

従来の RTK‑GPS 測位では、固定点の選定、踏マシンコントロール及びマシンガイダンス等に査及び測量が必要になり、その維持管理にも大き幅広く利用されています。現在、国内においてもな労力を費やしましたが、ネットワーク型

情報化施工にネットワーク型 RTK‑GPS の技術

RTK‑GPS の場合、電子基準点をベースとした補を実作業に採用し、その精度検証作業等が始まっ

正情報を利用しますので固定局に関する作業がている状況に有ります。今後、国内においても同全て不要となるため、コスト削減が可能となりま技術が幅広い範囲で利用されるよう、新商品の開す。

発及び配信サービスの充実を図って参ります。

(2) 工期短縮
固定局に関する作業が全て不要となるため、当日の現場状況によって作業スケジュールの変更が容易に行なえるため、工期の短縮に繋がります。
５． ネットワーク型 RTK‑GPS の課題(1) 通信手段
ネットワーク型 RTK‑GPS の補正データは、携‑ 166 ‑

７．トータルステーションを用いた出来形管理
高精度モーター駆動トータルステーションと出来形管理ソフト TS Decky
ライカジオシステムズ株式会社 ○遠藤恒士
演算工房株式会社 白坂紀彦

トータルステーションで出来形管理を合理化!!
国土交通省では、ICT 技術を用いた施工合理化・品質向上の取組みを進めています。
３次元データになった設計値を搭載したトータ
ルステーションで出来形を計測すれば、瞬時に出来形が完了します。その実現に向けてトータルス
テーションを使った出来形測量の手法を本格的に採用しています。

間と時間と増やさず品質を充分に確保することができます。
4.電子データを残せる
今後のデータの電子化に対応できます。他のデー
タ・ソフトへの互換性があり便利です。
本システムは，国土交通省より提供される設計入力ソフトウェアと併せてお使いいただくことができます。また本ソフトウェア自体も国土交通省の認定を受けた出来形管理用ソフトウェアです。

[TS Decky]はトータルステーションを使用した
出来形管理用のソフトです。出来形管理の自動化をより安価に簡便に、皆様にご提供致します。以下の４つの特長があります。
1.省力化
測量データの自動記録・パソコンへの移管により資料を自動作成することができます。従来のように煩雑な手書き・手入力によるミスがなくなります。
2.測量作業の迅速化
トータルステーションと制御用 PC を利用することで三次元座標を瞬時に取得することができます。作業時間を大幅に短縮できます。今まで測量
準備・測量作業・測量計算にかけていた多大な時間が不要になります．
3.品質確保・検査の効率化
現状と同様の時間で測定頻度と回数を増やすことができます。そのため高品質な施工・検査を迅
速に効率的に実施することができます。作業の手

製品構成：ノート PC+トータルステーション【ノート PC】
本ソフト[TS Decky]をノート型 PC にインストー
ルして使用します。
【トータルステーション】
ノンプリズム測距：1,000m を実現。
自動視準機能により人為的ミスを低減。マニ
ュアル操作と比較し測定時間を半分から 1/3に短縮。
移動するプリズムターゲットの動きを追い、常に測定可能にする自動追尾機能。
観測者に代わって自動的にプリズムターゲ
ットを見つけ出すパワーサーチ機能。

‑ 167 ‑

８ ． 埋 設 部 根 入 れ 深 さ 測 定 装 置 「 Ｎ Ｓ Ｔ − ２ 」
超 音 波 に よ る 埋 設 部 根 入 れ 深 さ 測 定
日 進 工 業 株 式 会 社 ○ 中 光 真 史
Ｓ Ｗ Ｒ 株 式 会 社

山 口 英 俊１ ． は じ め に
近 年 、 ガ ー ド レ ー ル や
横 断 防 止 柵 等 の 健 全 性 評
価 の た め 、 埋 設 部 の 根 入
れ 深 さ を 測 定 す る 需 要 が
高 ま っ て い る 。 本 装 置 は 、
非 破 壊 に よ る 測 定 の 要 望に 応 じ て 開 発 し た 、 根 入
深 さ 測 定 装 置 で あ る 。
４ ． 測 定 方 法
２ ． 測 定 原 理① 対 象 物 の 任 意 な 位 置 へ

本 装 置 は 超 音 波 を 使 用

セ ン サ ー に 接 触 媒 質 をし 、 セ ン サ ー か ら 対 象 物

塗 布 し セ ッ ト す る 。

の 端 面 ま で 往 復 す る 時 間② 測 定 を 行 い 、 デ ー タ をを 距 離 に 換 算 し 、 表 示 す

保 存 す る 。

る 装 置 で 特 徴 は 次 の と お③ デ ー タ の 解 析 、 報 告 書

り で あ る 。

の 作 成 を 行 う 。

① 他 の 超 音 波 よ り 測 定 距
離 が 長 い 。

５ ． ま と め

② 対 象 物 の 側 面 か ら 測 定

本 装 置 は 根 入 れ 深 さ をす る こ と が 可 能 。

測 定 に 特 化 し 、 精 度 や 作③ 測 定 結 果 を リ ア ル タ イ

業 性 、 認 識 性 の 良 さ が 特

ム で 表 示 可 能 （ 解 析 が徴 で 、 迅 速 で 簡 便 に 測 定

必 要 な 場 合 あ り ）が 可 能 で あ り 、 Ｎ Ｅ Ｔ Ｉ④ 測 定 デ ー タ を

S D

カ ー

Ｓ に も 登 録 さ れ て い る 。

ド に 保 存 し 、 報 告 書 作
成 に 使 用 す る こ と が 可

今 月 ３ 月 に 非 破 壊 検 査 に能 。

よ る 施 工 管 理 方 式 の 導 入が 明 記 さ れ た 通 達 が 出 さ

３ ． 装 置 の 構 成

れ た 事 か ら 、 今 度 本 装 置① Ｎ Ｓ Ｔ − ２ 本 体の ニ ー ズ も 高 ま る と 考 え② 超 音 波 セ ン サ ー

ら れ る 。

③ パ ソ コ ン

‑ 168 ‑

Ⅱ−２ 施工技術総合研究所研究発表
Ｓ１．施工情報の一元管理手法に対する取り組み〜環境対策工事におけるＣＭ（コンストラクションマネージメント）〜(社)日本建設機械化協会 施工技術総合研究所 ○ 鈴木 健之

１．はじめに本論文は，静岡県より CM 方式で発注され，当研究所が平成 21 年より実施している「元クレー射
撃場環境対策工事に伴う施工監理技術支援業務」
における施工情報の一元管理手法の取り組みについて報告するものである。
CM 方式とは，「米国で多く用いられている建設
生産・管理システムの一つであり，コンストラク
ション・マネージャー（以後 CMr と称す）が技術的な中立性を保ちつつ発注者側に立って，設計・発注・施工の各段階において，設計の検討や工事の発注方式の検討，工程管理，品質管理，コスト管理などの各種マネジメント業務の全部もしくは一部を行うもの」である。近年では，我が国でもCM 方式が採用される事例が増えてきているが，制度，文化，慣習の異なる米国の方式をそのまま導入することは困難であることから，米国の CM方式を採用しつつ，日本型の CM 方式の検討を行っている状況である。

図‑1 施工対象範囲

２．工事概要本工事は，鉛による汚染土壌を汚染（鉛含有量・
鉛溶出量）の程度に応じて適切に処理することを目的とした環境対策工事である。工事を実施する
前に汚染土壌の分布状況を把握するために，図‑1に示す施工対象範囲を 30m×30m の格子状の区画に区分し，それぞれの区画で溶出量試験を実施する。その結果から，30m×30m の区画毎の平面および深度方向の土壌汚染範囲を確認する。各区画における鉛溶出量・鉛含有量に応じて掘削する汚染土壌を以下に示す用に分類することで，掘削深度と汚染土壌の処理方法を設定する。
・ 健常土（鉛含有量，溶出量とも基準値以内）
・ 不溶化対象外土（鉛溶出量は基準値以内で鉛含有量が基準値を超過）
・ 不溶化対象土（鉛溶出量が基準値を超過）
・ 場外搬出土（鉛溶出量が基準値を大きく超過）
図‑2 施工フロー図（不溶化対象土の場合）

当該工事の施工フローは図‑2 に示す通りである。
以降にそれぞれの工種における作業内容を示す。

‑ 169 ‑

（１） 土壌掘削工
斜面部，平坦部および湿地部から鉛含有量または溶出量の基準値を超過した土壌を掘削することにより汚染土壌を取り除く。掘削土量は，36,800m3であり，その内，約 50%の 18,765m3 が汚染土壌である。
（２） 選別工
掘削土（汚染土壌）を乾燥させた後，3mm の振動式ふるいで汚染土壌と樹木、草木、クレー、コロスを分別する。その後、汚染土壌と鉛弾等を風力選別機により分別する。
（３） 不溶化処理工
汚染土壌（不溶化対象土）に不溶化材を混合し，鉛が水に溶出しないように性状を変更する。
（４） 遮水封じ込め工
土砂の拡散防止や雨水・地下水の流入防止が図られるよう，底面部にベントナイト遮水工を行った後、不溶化した汚染土壌および不溶化対象外土を埋め戻し、埋め戻した土壌を締め固めた後、表面部に遮水シート工を実施する。
３．業務概要
本業務は，前述した CM 業務のうち設計、発注については取り扱わず，施工段階における各種管理を行うものである。具体的な CMr の役割・立場・
体制および業務範囲は図‑3 に示す通りであり，発注者側の立場に立ち，質の高い技術支援を提供する役割を担っている。

図‑3

CMr の役割

本業務における CMr の主な業務項目は以下に示す通りである。なお，発注者および施工業者との協議が必要な事項については，月 1 回開催される
月例工程会議と必要に応じ打合せ協議を行い，施工および管理方針を決定している。
○安全管理
・施工および試験計画書の照査
・現地確認時の安全対策の確認○品質管理
・施工および試験計画書の照査
・立会，現地確認による品質の確認
・情報共有システムによる調査・試験結果等
の提供

○工程管理
・施工および試験計画書の照査・情報共有システムによる全体工程情報等の提供○技術的課題への対応
・技術提案の履行状況の確認
・掘削深度管理方法など技術的課題に対する助言・提案
・施工時に発生した技術的課題への対応
４．施工情報の一元管理手法
本業務を行うにあたっては，汚染土壌の処理状
況等の施工情報を確認できる環境を整備することと、施工状況、試験および調査結果から確認される技術的課題や問題点に対する対応策を即座に検討し、対処することが求められている。そのため，施工情報を一元管理し，情報を共有できる環境を整備することが重要であると考え，①工事エリアの３D 図化，②情報共有システムの整備を行った。
以下にその内容を示す。
4.1 工事エリアの 3D 図化
本工事は工事エリアの汚染土壌を環境基準値以内に処理することと，汚染土壌を排除することを目的としたものである。そのため，汚染土壌が適切に処理または排除されたか確認を行うために，
汚染土壌の処理履歴の追跡可能性（以後，汚染土
壌のトレーサビリティと称す）を確保することが重要となる。
本業務では，工事エリアの 3D モデルを作成し，そのモデルに設計・施工情報を付与することで汚染土壌の処理に関する情報の一元管理を行うこととした。
（１） 工事エリア 3D モデルの作成
3D モデルを作成するために，5cm 程度の間隔で座標情報を取得するレーザースキャナと TS（トータルステーション）を用いて測量を実施し，これらの測量結果を基に現場の地形を 3D モデル化する。3D モデルは図‑4 に示すレーザースキャナの座標情報から図‑5 に示すように現況地形および造成計画形状の地中を表現するために，積み木のように細かいブロックを積み重ねたブロックモデルにより構築する。

‑ 170 ‑

図‑4 レーザースキャナによる測量結果

図‑5 施工対象範囲の 3D モデル（２） 設計・施工情報の付与
3D モデル構築後，表‑1 に示す設計・施工情報を
３D モデルの各ブロックに付与することにより、任意のブロックを指定するだけで汚染土壌のエリ
ア，掘削深度，処理区分，現在の処理状況などの各種情報が図‑6 に示すように表示することができる。
そのため，汚染土壌に関する情報を一元管理することが可能となるとともに，各種情報がブロックに属性として付与されているため，汚染土壌のトレーサビリティを確認することも可能となる。
また、3D モデルにおける管理以外にも図‑7 に示す
トレーサビリティ管理帳票に各種施工情報を記載
して管理を行う。
また、掘削深度などの施工情報をブロックに属性として付与することにより、施工進捗状況を表した 3D モデルや事前調査の汚染深度を表した 3Dモデルを作成することが可能となる。地元住民など対外的に情報を公開するためのホームページを立ちあげ，このモデルを公開することにより，現在の施工状況や進捗率に対する理解してもらうた
めのツールになりうると考えている。

図‑7 トレーサビリティ管理帳票（例）4.2 情報共有システムの整備
本業務では，発注者，施工業者，CM 業者間の施工中の円滑なコミュニケーションと情報共有を目的として情報共有システムを独自に開発した（図‑8 参照）。情報共有システムはシステム上に設計情報や施工情報，スケジュール，協議・報告事
項等を 3 者が適宜アップロードすることにより，施工情報や連絡事項等の情報をインターネットを介して共有できるシステムである（図‑9 参照）。

表‑1 ブロックに付与する情報
・掘削エリア・掘削土仮置きエリア

・調査時の鉛溶出量

・不溶化処理実施日・汚染土壌対象区分

・処理後の鉛溶出量

・掘削土量

・封じ込め処理実施日・掘削開始・完了日

等情報共有システム

図‑6 ブロックへの情報付与のイメージ

ホームページ

図‑8 情報共有システムのイメージ‑ 171 ‑

情報共有システムを使用することによりインター
ネット上で書類を作成し電子署名（顔写真）による決裁が可能となる（図‑11 参照）。

○○○○○○○○○○○○○○○○○

図‑9 情報共有システム（例）

情報共有システムの機能・内容を以下に示す。
（１） ファイル機能
施工情報を付与した工事エリアの 3D モデルや試験・調査結果のファイルを情報共有システムにアップロードすることにより，現在の施工状況，
汚染土壌のトレーサビリティ，各種試験，調査の結果等の情報を共有することが可能となる。それによって，技術的課題や試験・調査結果に問題が確認された場合，即時に対応することが可能となる。
（２） フォトアルバム機能
現地状況の写真を定期的に情報共有システムにアップロードすることによって，施工状況を確認することが可能となる。
（３） 工程表機能
工事工程を図‑10 に示す工程表機能で管理する
ことにより，工事進捗状況および今後の施工予定箇所が明確になる。

電子署名
(顔写真)
図‑11 決裁機能イメージ（５）掲示板機能協議・報告・提出等の事項を掲示板に書き込むことで，これらの情報を一元管理することが可能となることに加え，書き込んだ内容が関係者に対し一斉にメール送信されるため，新たな情報を即時に確認することが可能となる。
上記の機能を有した情報共有システムを独自に開発し，整備したことにより，「施工情報，特に汚染土壌のトレーサビリティの状況をインターネッ
トを介して，遠隔地でも確認すること」，「各種情報を関係者が即時に共有すること」，「技術的課題
に対する即時の対応」などが可能となった。これらのことから本情報共有システムは，施工情報を一元管理するツールとして，有用なものであると考えている。
５.今後の展望当該工事は，現在施工中であるため，本システ
ムも現在運用途中の段階である。今後，情報の一元管理手法，特に情報共有システムを運用することで，有用性を確認し，本システムによる施工監
理を全国的に広めていきたいと考えている。

図‑10 工程表機能イメージ
参考文献
１）国土交通省：CM 方式活用ガイドライン（４）決裁機能
これまでは，発議者が紙書類を持って行って印鑑を押していた休日・夜間作業届等の提出作業が，‑ 172 ‑

Ｓ２．橋梁伸縮装置の損傷原因に関する調査研究

施工技術総合研究所 研究第二部 ○小野 秀一

１．はじめにトのフェースプレートが破断し、外れてしまった事例
2

施工技術総合研究所は約150,000m の広大な敷地とである。外れたフェースプレートは、図‑1に示したよ

様々な試験設備を有しており、これらを活用して実物

うに、長さ1m、厚さ30mmの鋼部材であり、重さは約

大模型による載荷試験や繰り返し載荷、実地向けの施340kN（35kgf）であった。また、この事例において工試験等を行うとともに、耐荷性能や疲労耐久性、出は、走行車両が、フェースプレートが外れた伸縮装置

来形の確認といった施工法の検証などの調査研究を行部を走行したために、横転するという事故を引き起こっている。このような構造物の耐久性や耐荷力に関すしてしまった。さらには、この損傷を機に行われた緊る調査研究の経験を生かし、当研究所では、建設機械

急点検によって、他のフェースプレートにも損傷が見や公園遊具、橋梁部材など様々な実構造物の損傷状況

つかったことから、高速道路における安心・安全な通の調査や原因の解明、さらにそれらの対策方法の検討

行を確保するために伸縮装置の適切な維持管理が重要や追跡調査などを行ってきている。

であると再認識された事例である。

ここでは、これまでに検討を行った各種損傷原因調

鋼製フィンガージョイントは図‑2に示すように、路査研究業務のなかから、最近実施した、道路橋に設置

面に設置される櫛形のフェースプレートと、フェースされている鋼製の伸縮装置の損傷原因に関する調査研究について紹介する。
なお、本報告の内容は、平成22年7月に開催されたInternational Association for Bridge Maintenance and Safety
主催の「Bridge Maintenance, Safety, Management andLife‑Cycle Optimization」に投稿した論文「Fatigue eval‑uation of steel finger type expansion joints for highway bridg‑es」（S.Ono, S.Sakai, T.Imamura）をもとに編集したものである。
２．損傷概要と検討方針
近年、東名高速道路の橋梁部に設置されている鋼製の伸縮装置の一つである、鋼製フィンガージョイントに疲労損傷が見つかった1)。東名高速道路は1969年に供用を開始し、当該道路には損傷が見つかったジョイ
ントと同種のものが、およそ1,300基が取り付けられている。橋梁伸縮装置は、温度変化や活荷重による橋梁の伸縮やたわみによる角折れを吸収し、路面の平坦性

face plate（裏面）を確保し、スムーズな車両走行のためには、欠くことのできない重要な部材である。
ここで対象とする鋼製フィンガージョイントの損傷

Length:1m, Thickness:30mm, Width:200mm, Weight:35kgf

事例を図‑1に示す。これは、鋼製フィンガージョイン

図‑1 Damage case of finger type joint‑ 173 ‑

プレートの裏面側には、橋梁本体と固定し、荷重を橋

トのき裂は、ウェブプレートのき裂の両端部からフェ

梁本体に伝達させるためのアンカープレート、リブプ

ースプレート方向に進展していることが分かった。

レート、ウェブプレートが溶接によって取り付けられ以上のことから推定した鋼製フィンガージョイントた構造である。通行車両は鋼製フィンガージョイントの破壊メカニズムおよび損傷過程を図‑6に示す。最初

上を直接走行することから、鋼製フィンガージョイン
トは通過車両ごとに繰り返しの荷重を受けるため、疲

Face plate

労条件としては厳しい環境にある。しかし、その一方で、これまでには鋼製フィンガージョイントの破壊メ
カニズムや疲労寿命に関する検討事例は少なく、適切

Anchor plate

な維持管理を行うためには、疲労に対するデータが必Rib plate

要であると考えられる。

Web plate

このようなことから本研究では、今後の適切な維持管理を行う上で必要な疲労に関する基礎データを得る
目的で、破損した鋼製フィンガージョイントを詳細にFace plate (t=30mm)
Grout mortar

Anchor plate (t=6mm)

観察し、立体FEM解析によって、破壊に至る過程およPavement (t=75mm)

び損傷メカニズムを推定するとともに、疲労試験によってフェースプレートが破断に至るまでの疲労寿命について検討したものである。
Rib plate (t=8mm)

３．検討結果概要

Web plate (t=12mm)

図‑2 Steel finger type expansion joint

3.1 損傷ジョイント詳細調査
実橋から回収された鋼製フィンガージョイントに取り付けられていたアンカープレートを図‑3に示す。ア

A‑A

ンカープレートの破断位置近傍の腐食が特に著しく、減肉している状況が確認された。また図‑1に示した、
回収されたフェースプレートの裏面においては、フェAnchor plateースプレートに接続されていたアンカープレート、リA

ブプレート、ウェブプレートの破断が確認されるとともに、フェースプレートの裏面全体に腐食が認められた。特にアンカープレートおよびリブプレートの腐食Aが著しいことが確認された。
フェースプレートの破断面を図‑4に示す。フェース
プレートの破断面には、疲労破面の特徴的な模様であ図‑3 Fractured anchor plates

るビーチマーク模様が観察され、繰り返しの力が作用することによって生じた疲労破断であることが判明した。またビーチマーク模様から、疲労き裂の起点は、
ウェブプレートとの溶接部であることが分かった。
さらに別の事例として、フェースプレートにき裂が発生していることが確認されたために実橋から取り外された鋼製フィンガージョイントを図‑5に示す。この事例においても、既にアンカープレートとリブプレー

Fracture surface

トが破断しており、ウェブプレートにき裂は水平方向に長さ1m程度まで進展していた。またフェースプレー

Crack initiation portion

Web plate

図‑4 Fracture surface of face plate‑ 174 ‑

Face plate

Web plate
Crack length:1,000mm

Location
crack

crack
（2mm gap）

crack

crack

図‑5 Damage case of finger jointにアンカープレートが輪荷重の繰り返しによる疲労お3rd :fracture of web
plate by fatigue

よび腐食により破断し、次にリブプレートが疲労もし
4th :Fracture of face plateby fatigue

くは腐食によって破断する。その後、フェースプレー

Wheel load
1st :Fracture of anchor
plate by fatigue

トとのウェブプレートの溶接部には、輪荷重による首Wheel load

振り現象によってウェブプレートにき裂が発生し、ウェブプレートのき裂は橋軸直角方向に進展する。さらにウェブプレートのき裂の進展にしたがい、輪荷重によるフェースプレートの変形挙動は橋軸直角方向の曲
Wheel load

げが卓越するようになり、最終的にはフェースプレー
トの曲げの繰り返しにより、フェースプレートの橋軸

2nd :Fracture of rib
plate by fatigue

方向にき裂が発生したのちに破断する、と推定した。
3.2 FEM解析による損傷メカニズムの検証

図‑6 Fracture mechanism and procedure

立体FEMは、損傷した鋼製フィンガージョイントのFace plate(t=32mm)

詳細観察で推定した破壊メカニズムと損傷過程を解析的に検証する目的で行った。以下に、解析の概要と結

640mm

果を示す。
(1)FEMモデル
FEMモデルの概要を図‑7に示す。モデルを構成する部材や部材寸法等は、損傷が見つかった実際のフィン
ガージョイントと同様とした。図に示すように、フェRib plate(t=8mm) Web plate(t=8mm)Anchor plate(t=6mm)ースプレートとウェブプレートはソリッド要素、それ以外の部材についてはシェル要素でモデル化した。
荷重条件は、図‑8に示すように、実際の車両が通過する状況を再現できるように移動荷重とし、移動荷重
はLoad case A,B,Cの３パターンで表した。ここで、Load case Aはフェースプレートの床版側に、Load case
Cはフェースプレートの櫛形部に荷重を載荷した場合

図‑7 General view of the FEM model

であり、Load case Bはフェースプレート全面に荷重が載荷された場合である。載荷荷重はLoad case Aおよび解析では、図‑6に示した損傷過程を検証する目的

Cは25kN、Load case Bは50kNとした。

で、各損傷過程に対応する４つの解析モデル（Model(2)解析手順

Aは損傷のない健全モデル、Model Bはアンカープレー‑ 175 ‑

ト破断モデル、Model Cはリブプレート破断モデル、

フェースプレート試験体を図‑13に示す。試験体のModel Dはウェブプレート破断モデル）を用意した。

形状寸法は、図‑5で示した、実際に損傷が生じていた

これらの４つのモデルを用いて、次の手順でFEM解鋼製フィンガージョイントのフェースプレートを模擬析を行った。

したもので、フェースプレートの板厚32mm、ウェブ①健全モデル（Model A）を用いたFEM解析により鋼製フィンガージョイント各部に生じる応力範囲を求め、溶接継手部の破断寿命を推定する。
②解析により、寿命が最も短いと推定された継手部

Load case C
Load case B
Load case A③選定されたFEMモデルを用いて再度、解析を行

40mm

材の破断モデルを選定する。
fixed

い、寿命が短いと推定される部材を抽出する。
④寿命の短い部材を取り外した解析モデルを再度、fixed

選定し、解析結果から寿命を求める。
(3)解析結果
鋼製フィンガージョイント各部の疲労強度を図‑
10、寿命計算の基礎データとした東名高速道路の軸重

図‑8 Loading and boundary conditions

頻度分布を図‑11に示す。FEM解析結果の一例として、図‑12に応力コンター図を示す。この結果では、
アンカープレートおよびリブプレートに生じる応力範

Anchor plate

囲は、それぞれ34MPa、35MPaと算出されている。

Face plate

表‑1および表‑2は、それぞれ各部の応力範囲と算出された疲労寿命を示す。健全モデルであるModel Aの

free
Web plate

解析の結果、アンカープレート、リブプレート、ウェ
ブプレート、フェースプレートのそれぞれの応力は、34、35、28、4MPaとなり、各部の疲労寿命は4.7年、Rib plate(Model B) Rib plate fracture model

18.8年、37.8年、64,000年以上と算出された。よって、最初に破断すると考えられる部材は、アンカープレー
トとなる。次に、アンカープレートを破断させた解析

Face plate

disconnect

モデル（Model B）を用いて解析を行ったところ、次に破断する部材は、リブプレートとなる結果が得られた。同様に順次、解析を進めたところ、次はウェブプ
レートの破断となり、先に実施した損傷ジョイントの詳細調査から推定した損傷過程と一致する。すなわ
ち、図‑6に示した破壊メカニズムおよび損傷過程は妥

Rib plate

Web plate(Model C) Rib plate fracture model
Loading width:500mm

A

Face plate

当であると考えられる。
3.3 疲労試験
鋼製フィンガージョイントの最終破壊形態であるフDisconnected range:800mm

ェースプレートの破断寿命について検討するために、

Rib plate

実物大フェースプレート試験体による疲労試験を行っ

A‑A

A

Face plate

た2)。フェースプレートの破断寿命を知ることは、図‑1に示すような、フェースプレートの破断による事故を未然に防止するためには重要な検討課題である。

Disconnected at theweld toe of web plate

Web plate(Model D) Web plate fracture model(1)試験方法

図‑9 Analysis models‑ 176 ‑

プレート厚8mmである。長さは1.6mとした。また、試三年に一度は、フェースプレートに疲労き裂が生じて験体の両端には、疲労き裂を誘発させるべくV字型のいないかどうかを検査することで、フェースプレート

ノッチを入れた。

の破断による事故を未然に防止することが出来ると考試験の載荷姿図を図‑14に示す。試験体の両端は固えられる。

定として、中央に32kNの繰り返し荷重を負荷した。疲

3.4 まとめ

労試験中は、磁粉探傷試験を併用した目視観察によ本試験研究では、高速道路橋に設置されている鋼製

り、疲労き裂の発生および進展を観察した。また、疲

フィンガージョイントの破壊形態および疲労特性を明

労き裂の起点と進展状況を、疲労試験後に試験体の破Web plate
F‑class(JSSC):65MPa

断面から確認するために、負荷荷重を正規荷重の1/2にするビーチマーク操作を行った。

Wheel load

Face plate
D‑class(JSSC):100MPa(2)試験結果

Anchor plate
H‑class(JSSC):40MPa

繰り返し載荷を473万回まで実施した時点で、試験

Wheel load

体が破断した。図‑15に試験後の試験体を示す。試験
体の両端部に設けたV字型ノッチよりき裂が発生し、破断に至っている。疲労き裂の破面観察によると、き裂はウェブプレートとフェースプレートの溶接部を起Wheel load

点としていることが確認され、このき裂の起点および進展状況は、実際の破断したフェースプレートで観察

Rib plate
F‑class(JSSC):65MPa

されたものと同様であることが確認された。すなわ

図‑10 Fatigue strength of each weld joint

ち、本疲労試験は実際のフェースプレートの破断を再現しているものと考えられる。

900,000(3)疲労寿命評価

700,000

frequency count

800,000

疲労試験結果から、フェースプレートにき裂が発生し、破断に至までの疲労寿命を推定した。
疲労試験では、32kNの繰り返し載荷を473万回行っ

600,000
500,000
400,000
300,000
200,000
100,000

た時点でフェースプレート試験体が破断した。図‑1100.0に示した東名高速道路の軸重分布を基に算出した疲労

10.0

15.0

20.0

axle load(tf)

寿命は、およそ3.2年となった。すなわち、少なくともFace plate

5.0

図‑11 Frequency histogram of axle load

34MPa(range)

35MPa(range)

Face plate

Rib plate

Web plate

断Rib plateAnchor plate
Web plate

図‑12 Results of FEM analysis
表‑1 Stress range at each member

表‑2 Fatigue life of each member connection(MPa)(years)Fracture procedure
MemberAnchor plate
Rib plate
Web plateFace plate

Fracture procedure

Model A

Model B

Model C

Model D

34
35
28
4

‑
53
31
5

‑
‑
67
9

‑
‑
‑
154

MemberAnchor plate
Rib plate
Web plateFace plate‑ 177 ‑

Model A

Model B

Model C

Model D

4.7
18.8
37.8
64172.1‑
4.1
24.4
27070.6‑‑
0.7
4874.1‑‑‑0.8

らかにするために、損傷したジョイントの詳細調査、

く所存である。

立体FEM解析、疲労試験などを行った。これらの検討
参考文献

結果を以下にまとめる。
(1)鋼製フィンガージョイントの破壊は、走行車両の輪

1) 長尾、米川: 東名高速道路(沼津〜富士間)における荷重が直接、負荷したことによる疲労である。

鋼製くし形伸縮装置の損傷に関する考察、第63回(2)破壊過程は、アンカープレート、リブプレート、ウェブプレート、そして最終的にはフェースプレート

土木学会年次学術講演会、Ⅰ‑072、2008.9.
2) 荒本、酒井、小野: 鋼製フィンガージョイントの疲が破断する。

労試験、第63回土木学会年次学術講演会、Ⅰ‑073、2008.9.

(3)フェースプレートの損傷メカニズムについては、ウェブプレートのき裂によってフェースプレートがた
わむことで、橋軸直角方向の両端固定梁としての曲げ挙動を示し、その繰り返しによって疲労き裂が生じ、破断に至る。
(4)フェースプレートにき裂が生じ破断に至るまでの疲

1m

労寿命は、疲労試験結果から約3.2年と推定された。したがって、少なくとも三年に一度は、疲労き５ｍｍ

裂の有無を点検する必要がある。
V‑shape notch

４．おわりに

５０ｍｍ

図‑13 Face plate specimen

本報は、橋梁に取り付けられている伸縮装置の損傷事例を取り上げて、損傷メカニズムや損傷原因の推定(Loading)(Fix)を行った調査研究について報告したものである。

(Fix)

P

今日、我が国においては橋梁をはじめとする膨大な社会基盤ストックの老朽化が進み、より適切かつ効率

LoadingSpecimen

的な維持管理が必要である。一方、そのためには対象物の損傷メカニズムや損傷過程、疲労寿命等を詳細に把握することが重要である。
当研究所では長年培った構造物の耐久性や耐荷力検討、各種構造物の損傷や事故原因調査等の経験を生かし、我が国のより良い社会基盤整備、そして維持管理

Fix

技術の向上に貢献できるよう、さらに努力を重ねていfracture

図‑14 Fatigue test set‑up

fracture(Fracture surface of specimen)(Loading)

Ratchet markFixed support

Fixed support(specimen after fatigue test)(Finger side)(Actual fracture surface)

4.02million cycles

underside
3mm

3.41million cycles

21mm

Beach mark 2.55million cycles
At 2.13million cycles

Web plate（crack）

suface side

(Crack initiation)(Web plate)
図‑15 Result of fatigue test

‑ 178 ‑

３２ｍｍ

１３０ｍｍ

Ｓ３．情報化施工に対応した監督業務支援ツールの開発〜平成 20 年度建設技術研究開発助成制度〜(社)日本建設機械化協会(社)日本建設機械化協会(社)日本建設機械化協会(社)日本建設機械化協会

１．はじめに国土交通省では，情報化施工の普及に向け，戦略的な普及方策をまとめた「情報化施工推進戦略（平成 20 年 7 月）」1)を策定し,産学官が一体となって取り組みを進めている。推進戦略では，普及への課題の１つに情報化施工に対応した監督・検査の実施が挙げられているが，情報化施工に対応した監督業務の支援の 1 つのコンセプトとして，情報化施工の連続的な施工履歴あるいは生データを直接利用することで情報を最大限に活かすことが必要と考える。
そこで，これらの情報を活用することにより，現状の監督・検査要領（案）に対応した管理資料の表示に加え，3 次元表示や詳細情報の閲覧等，監督業務時の不具合発生時の原因分析等の判断支援
や施工時の面的な品質確保を支援するためのツールを研究開発するに至った。
本研究では，研究開発の概要と研究開発成果である支援ツールを説明する。また，研究開発の考察として情報化施工を研究する立場から情報化施工で取得された情報を監督業務において最大限に活かすための課題を述べる。

施工技術総合研究所 ○ 椎葉
施工技術総合研究所
上石
施工技術総合研究所
藤島
施工技術総合研究所
篠原

祐士
修二
崇
雅人

いて施工対象物の出来形形状を 3 次元座標で計測
し，出来形管理に用いる手法である。国土交通省
では，中小規模への普及促進に向けて，これらの 3
次元測量技術を用いた試行工事を通じて適用性の検証を行い，土工（道路，河川，海岸，砂防）を対象とした，TS を用いた出来形管理要領（案）2)
および監督・検査要領（案）（監督検査要領（案）は道路土工・河川土工を対象）3) 4)として取り纏められている。
(2)ローラの軌跡管理による面的な品質管理技術（締固め）の概要
国土交通省情報化施工推進戦略（本文）資料より抜粋

計測点（受光器）

出来形管理支援画面

ＴＳ
出来形計測データ（XML形式）
基本設計データ（XML形式）

基本設計データ（XML形式）
出来形帳票（PDF形式）

電子野帳①基本設計データ作成
ソフトウエア（パソコン）

２．本研究の適用範囲と監督業務の課題
2.1 研究開発の概要と対象範囲
本研究の目的は，情報化施工技術に対応した監
督業務を支援するツールの開発である。
支援ツールの対象とする情報化施工技術として，施工現場への普及度を勘案し，①TS 出来形管理技術，②締固め管理技術の 2 つの技術を対象とし，現状の情報化施工における監督業務の課題抽出および支援ツールの提案を行う。
2.2 研究開発の対象となる情報化施工技術の概要本研究で監督業務を支援する対象とする情報化施工技術の概要を以下に示す。
(1)TS を用いた出来形管理技術の概要
図‑1 に示す本技術は TS を用いた測量機器を用‑ 179 ‑

出来形帳票データ（XML形式）②出来形管理用トータルステーション③出来形帳票作成
ソフトウエア（パソコン）

図‑1 TS を用いた出来形管理技術
国土交通省情報化施工推進戦略（本文）資料より抜粋

ＧＮＳＳ受信器

転圧回数分布図
作業履歴・状況表示（車載ﾓﾆﾀ）

2回

ローラ
3回

管理ブロックごとの締固め回数をカウント

図‑2 ローラの軌跡管理による面的な品質管理技術

つまり，情報化施工で得られた連続的あるいは
図‑2 に示す本技術は締固め作業中のローラの走行軌跡を記録し，締固め回数管理を行うシステム 計測の生データを直接用いて 3 次元表示や詳細情である。ダム堤体盛立工，大規模造成現場，道路 報の閲覧等，監督業務時の不具合発生時の原因分
土工を中心に多数の導入実績がみられる。国土交 析等の判断支援や施工時の面的な品質確保を支援
通省では，本技術を用いた締固め情報化施工管理 できるツールが必要である。
要領（案）5)を取り纏められている。
３．情報化施工に対応した監督業務支援ツールの2.3 情報化施工技術の監督業務に関する課題
情報化施工に関する監督・検査要領（案）は整 開発
３章では，２章で整理した監督業務に関わる課備されつつある。しかし,これらの監督・検査要領
題を踏まえ，①TS
出来形管理技術，②締固め管理（案）では，図‑3 に示すように情報化施工で取得された情報は，従来施工と同様の管理帳票形式や 技術の 2 つの情報化施工技術に対応した監督業務
目的別の管理資料として変換され監督職員が把 支援ツールの要件および開発した機能を説明する。
握・確認することとしている。その結果，情報利 3.1 支援ツールの概要
本ツールは，①TS 出来形管理技術，②締固め管用の観点において以下の課題があると考える。
理技術で取得された施工管理データ 6)および施工(1)有益なデータの破棄
情報化施工により面的な出来形や品質の情報 履歴データをそのまま入力することが可能であり，を取得できるが，監督者へ提出する管理帳票を作 従来管理で提出されている 2 次元の断面図や平面成する段階でそれらの情報が選別され，従来の管 図の形状表現や長さや高さのみの数値管理では把理では把握できなかった有益な情報を監督業務に 握・確認できなかった問題にも新たに対応できる
ように 3 次元的形状や管理情報を表示し情報提供
うまく活用できていない現状にある。
できる。また，監督職員が自由に必要な情報を確(2)データの分散によるチェック作業の増加
現在の情報化施工の監督業務は，出来形管理や 認できるために，これまで管理帳票に記載してい品質管理の状況把握を行うために，従来施工と同 ない位置座標の情報や任意の管理箇所等の詳細情様に，施工業者によって作成された目的別の管理 報も閲覧できる。
帳票等の資料を見る必要がある。このため，情報 3.2 支援ツールの要件と利用手順
以下に，出来形管理および締固め管理に関する化施工で得られた管理情報の把握は，従来施工と支援ツールの主な機能要件を説明する。また，図同様に人の介在が必要となり，膨大かつ分散され‑4，図‑5 に支援ツールの利用手順を示す。
た管理項目別の帳票を把握するといった視覚的に(1)TS 出来形管理
わかりにくく非効率なチェック作業となっている。
①TS 出来形管理で扱われる施工管理データ（出来このため，情報化施工の取得データを利用して
形計測値付き）を読込むことができ，画面上で設現場状況や出来形・出来高を監督職員に分かり易
計形状のイメージと現場計測結果を一目瞭然で把く表示・提供する技術の確立として全面の施工品握できる。
質を効率良く確認可能なツールが必要である。
測量・計測

帳票作成
判断
出来形管理図表（路体盛土工／基準高Ｈ）

出来形管理図表（路体盛土工／幅Ｗ）

従来施工

計測から判断材料となる資料作成に多大な時間と手間手間に伴うミスの増加
目的別の資料確認により
業務が増大

現状
W1
L1

（盛土高：H1,H2,H3）

W2（盛土幅：W1,W2,W3）

L2
W3

H

L3

出来形管理図表（法面工／幅Ｗ）

No.282

各種帳票に情報分散→人の介在を前提

No.281

野帳へ書き込み
Write down to field note

出来形管理図表（法面工／法長Ｌ）

No.280（法幅：W1,W2,W3）

点的なデータ取得

現状（法長：L1,L2,L3）

３次元表示
横断表示
品質：締固め度
○90％

層別表示

判断

検査対象

情報化施工技術

情報化施工

出来形：基準高○差異0.003m

出来形情報
品質情報

規格値外
規格値内
出来形管理モード
計測断面

NO.7

計測対象

盛土左肩

X座標
Y座標
Z座標

2.710m

幅

設計 1.000m

4.120m1.209m検査

監督・検査結果
基準高 設計 3.000m
測定 3.007m
0.007高い機械情報の取得

監督検査メニュー出来形管理

測定 1.003m+0.003m

品質管理

結果送信
○○管理

計測から判断材料となる画面（ビュー）作成の時間が瞬時
手作業の排除によるミス予防
全体的な確認はソフトウェア
が高速・自動処理・3D表示

監督業務支援ツール「データ（機械）→情報（人）」連続的あるいは計測の
生ﾃﾞｰﾀ

提案手法
図‑3 情報化施工と監督業務の課題‑ 180 ‑

②個別の計測結果について詳しく確認することができる。
③現場計測立会時の結果を入力することで，設計との差分を自ら確認・検査でき，結果を登録できる。
(2)締固め管理（品質管理）①TS･GNSS を用いた締固め管理で扱われる施工
履歴データを読込むことができる。
②読込んだデータから，画面上で施工指示範囲，
施工日のイメージを一目瞭然で把握できる。また，施工範囲に対して，品質管理に必要なデータを関連づけて登録することができる。
４．考察
4.1 情報化施工の取得データを直接利用する想定される効果(1)施工の不具合の早期改善
情報化施工の取得データを迅速に収集すること
で施工の不具合点（例：締固め回数の適否，層厚など）を早期かつ面的に把握することや，現場の任意の位置で出来形を確認することで不具合の早期発見を容易に実現し全体的な品質確保を支援する。
(2)机上検査の省力化
情報化施工の取得データ（設計データ＋3 次元
出来形データ等）を利用することで計測位置と結果を関連づけて管理・表示可能となり，監督職員が把握，確認しやすい情報を提供することができる。また，発注者向けの帳票・図面は監督業務支
援ツールが施工データを活用して自動作成することで，これまで作成していた測量手簿・出来形管理帳票・竣工出来形図等の複数の資料作成が不要となる。
(3)維持管理での情報利用
法長，幅員等の長さや高さ等の相対的なデータは再利用性に乏しいが，取得されたデータは座標データとして保持しているため，道路基盤データ等との親和性が高いと考えられる。このように，情報化施工の取得データを点検時の初期データとして利用する等，維持管理段階において施工デー
タを活用できる。
4.2 本支援ツールの課題①監督業務に適した 3 次元表示方法の検討
TS 出来形管理の設計形状と計測値の比較時に 3
次元表示は見る角度により差の大小の見え方に差が出る。3 次元表示のみでの管理は難しいため，3次元表示に適した規格値の設定と表示の基準を検討する必要はある。
また，締固め管理結果は，段階的に盛土施工する毎に取得されるため，支援ツール上に多数の層，範囲が表示された場合に，締固めエリアの締固め
回数の不足がないか等を管理できないといった問題がある。

構成点を選択

施工管理データを読み込む

設計値と計測値の差分を確認

１．TS出来形管理で扱われる施工管理データを読込む。

２．画面上から個別の計測結果について詳しく確認する点を選択する。

３．個別の計測結果について設計値との差を詳しく確認する。

監督立会記録入力画面

監督立会記録入力画面

構成点を選択
計測した座標値を入力
登録情報の一覧を確認
監督立会結果入力をクリック
監督立会結果入力

登録をクリック

４．現場計測立会を行う点を選択する。

５．立会結果の座標値を自ら登録し、設計値との差を確認、検査する。

６．施工業者の実施した計測結果との対比を行う。

図‑4 支援ツールの機能と利用手順（出来形管理）‑ 181 ‑

施工範囲を選択

施工管理データを読み込む

施工履歴データを読み込む

TS出来形管理で扱われる施工管理
データを読込む。

１．TS・GNSSを用いた締固め管理で扱われる施工履歴データを読込む。

２．画面上から登録された施工範囲を選択する。

施工日で絞り込む

品質管理に必要な情報を登録

３．施工範囲について品質管理に必用な情報（PDF/JPG）を登録する。

４．一覧からデータ確認を行う施工
日・施工範囲を選択する。

５．施工範囲の施工結果について閲覧する。

図‑5 支援ツールの機能と利用手順（品質管理）②管理結果の標準化
締固め管理では，情報化施工で取得される生デ
参考文献
1) 情報化施工推進戦略：情報化施工推進会議,2008 年 7ータは標準化されていないため，締固め管理結果
月.
のデータ交換形式や提出方法を標準化することで，
2) 施工管理データを搭載した TS を用いた出来形管理要
一元的な管理とデータ閲覧が可能となる。

領（案）
（土工編）
：国土交通省総合政策局政策課,<http://www.mlit.go.jp/kisha/kisha08/01/010415̲2̲.h
５．おわりにtml>,
2008 年 4 月.
3 次元と聞くと立体的に表現でき情報もわかり
3) トータルステーションを用いた出来形管理の監督・検やすいという先入観があり， 3D というインパク
査要領（案）河川土工編 ：国土交通省「技術調査関係」
トが先行しがちである。しかし，形を把握するたHP,めの表現方法としては長けているが，結局は人間<http://www.mlit.go.jp/tec/sekisan/sekou/pdf/220331tの目によって空間を把握しようとするため具体的
otalstation02.pdf>,
2010 年 3 月.
な長さや奥行きの差異を表現することは苦手であ
4) トータルステーションを用いた出来形管理の監督・検る。各業務段階におけるデータ流通は 3 次元デー
査要領（案）道路土工編, 国土交通省「技術調査関係」
タでの受け渡しが必要であると考えるが，全てをHP<http://www.mlit.go.jp/tec/sekisan/sekou/pdf/2203
3 次元で可視化する必要はなく業務段階に応じた
31totalstation03.pdf>,2010 年 3 月.
見せ方を検討する必要がある。
5) TS・GPS を用いた盛土の締固め情報化施工管理要領（案），2003 年 12 月.
今後の展開としては，研究開発した支援ツール：国土交通省国土技術政を実際の現場で取得したデータを実際に利用して， 6) 施工管理データ交換標準（案）
策総合研究所トータルステーションを用いた出来形管監督業務の作業効率等の定量的な効果や使い勝手
理情報提供サイト，2008 年 3 月
等の定量的な効果を検証し，さらなる課題抽出や<http://www.mlit.go.jp/tec/gijutu/kaihatu/josei.html>
効果の検証を行っていきたい。
7) 建 設 技 術 研 究 開 発 助 成 制 度 ： 国 土 交 通 省<http://www.gis.nilim.go.jp/ts/index.html>

謝辞
このソフトウエアの開発は，「平成 20 年度建設
技術研究開発助成制度（政策課題解決型）」7)の支援を受けて行なった。ご協力いただいた関係各位に記して感謝の意をここに表す。

‑ 182 ‑

Ｓ４．真空環流式路面清掃車の粉塵の巻き上がり防止技術の開発(社)日本建設機械化協会 施工技術総合研究所

２．検討経緯2.1 概 要開発フローを図‑1 に示す。１年目は基礎調査，２年目は基礎研究，３年目は実用化のための現場実証実験を行った。

2.2 現道調査
路面清掃時の粉塵発生量は，清掃対象とする塵
埃の堆積量および含まれる土砂の粒度分布等に影響されると考えられるため，九州地方整備局管内の一般国道の塵埃堆積量，土砂の粒度分布の調査を行った。現道の塵埃堆積量および粒度分布を図‑2 に示す。
なお，この結果は構内試験の試験用砂（現道の塵埃の粒度分布に調整）として活用した。
100
土捨場

90
80
通過質量百分率 (％)

１．はじめに
現在，市街地で使用されている真空環流式路面清掃車（以下，路面清掃車という）は，ガッター（歩車道境界）に堆積している塵埃を清掃する際に，塵埃を湿潤させて粉塵の巻き上がりを防止す
るため，事前散水を行う散水車との組み合わせ施工を実施しており，交通渋滞の原因の一つとなっている。
本稿では，この課題を解決することを目的として，要素試験や構内試験による粉塵対策技術の研究開発，およびその効果を確認するための現場実証試験を行ったので報告する。

○ 佐野 昌伴側 道 (路 肩)調 整 前 試 験 用砂
調 整 後 試 験 用砂

70
60
50
40
30
20
10
0
0.01

0.1

1

10

100

ふるいの呼び寸法 (mm)

平成19年度1.既往清掃車運転操作及び諸元の調査
2.現道調査（清掃対象塵埃の堆積状況調査）
3.構内試験①（清掃時の粉塵発生状況調査）
4.主たる粉塵発生部位の粉塵抑制対策の概略検討
5.省散水化技術の提案、装置の詳細事項の検討
6.実験機械の詳細設計、現有機械の改造案の検討

平成20年度
1.実験装置の製作
2.節水効果試験
散水量、側ブラシ回転数、散水方法の各要素の効果を調査
3.ブラシ摩耗試験
4.構内試験②
散水量、側ブラシ回転数、清掃速度、散水方法の効果的な組合せを調査

平成21年度
1.現地踏査2.現場実証実験(3地区*×2回)*清掃作業距離（実測値，往復で側道含む）
KG地区 29.1 km ，TS地区 31.2 km ，KS地区 13.7 km

3.実験結果のとりまとめ・評価
4.省散水化技術の提案および施工要領作成

図‑1 開発フロー

図‑2 現道の塵埃と試験用砂の粒度分布

2.3 構内試験①
構内試験①では，模擬ガッターに試験用砂を堆積させ，路面清掃車による清掃を実施した。清掃時における粉塵発生箇所と粉塵発生量の関係を定
量的に評価し，複数の対策技術の効果を確認した。
計測位置を図‑3，調査状況を写真‑1，対策事例の一部を写真‑2 と写真‑3 に示す。
調査状況（写真‑1 参照）における条件１（散水無し）については，側ブラシから濃い粉塵を巻き上げながら，車体後方から風下側側面全体に濃い粉塵がまとわりつき，徐々に拡散しながら移動しているような状況であった。
また，条件２（前ノズルによる散水）を行っても，側ブラシ直近で巻き上げられる粉塵は少ない
が，車体風下側側面全体にはやや濃い粉塵がまとわりついていた。
対策事例①（写真‑3 参照）は，側ブラシからサクションフードの上部をビニールシートでカバー，
前方ゴムフラップ部の面積を拡大し，路面との隙‑ 183 ‑

間を減少させた。しかし，対策したカバーの隙間から，粉塵が歩道側にオーバーフローし，条件２と同様に，側ブラシ上部カバーを付けても対策効
果は見られなかった。
透光性遮音壁清掃機械やトンネル壁面清掃機械
では，節水方法としてブラシに洗浄水を噴射する
方式や，ブラシの回転軸中心から洗浄水をにじみ出す構造を採用している。そこで対策事例②（写真‑3 参照）では，この技術を応用して，側ブラシに給水する方式で節水を試みた。結果は粉塵の発生が抑制され，ガッター部に薄い水跡だけが残り，粉塵抑制対策の可能性を確認できた。
構内試験①の結果として，塵埃堆積量が多い（0.2m3/km）ケースでは，現行の噴霧方式は散水車による事前散水がないため，側ブラシおよび車体の後方から粉塵の舞い上がりが見られた。また，側ブ
ラシのカバーの対策効果はなかったが，側ブラシに直接噴霧した対策は粉塵の抑制効果が見られた。

上カバー取付

前方ゴムフラップ面積拡大

写真‑2 対策事例①（側ブラシカバー）

対策後
⑥
0.3m

1m

1m 1m
1m 1m
0.3m
④ ⑤
② ③

対策前

0.5m

①
≒1.5m
⑦
1m

1m

⑧

図‑3 計測位置

写真‑3 対策事例②（ブラシ経由の給水）

0.5m

路面から
0.5m

2.4 省散水化技術の提案
粉塵発生状況調査の結果をもとに，主たる粉塵発生部位の粉塵抑制対策について，清掃方法，ブラシ構造，フィルター技術，省散水技術の側面から 17 技術について概略検討を行った。
また，それぞれの技術を適用した場合の必要動力，重量増加，費用等について概略検討し，実現性の高い次の３技術を抽出した。
(1) 水タンク容量を増やし散水に活用
追加容量は，搭載場所のスペース，車両の保安基準(タイヤ負荷率，最大安定傾斜角度)などを検討した結果，350Ｌの増加が可能である。

図‑4 水タンク容量の追加

写真‑1 調査状況(2) 側ブラシの回転数調整
側ブラシの回転数を現在の固定式から調整式‑ 184 ‑（ブラシの駆動用油圧回路に圧力補償型可変バル 側ブラシのガッター側前方散水量が多いほうが，ブを挿入して油量を調整：90 min‑1 〜 150 min‑1） 塵埃に効率的に散水できると考え，最適な組合せに変えることで，塵埃量や走行速度に対応した回 を決定した。
転数の調整によって発塵抑制を図ることができる。 図‑7 は，ガッター側前方散水量に着目した検討結果であるが，高回転（側ブラシ回転数 150 min‑1）(3) ブラシ経由給水方式
構内試験では，前記 2.3 の通り，前方散水，側ブ の試験 No.3 は，実作業の際に縁石等に衝突する可ラシ散水，フード内散水を行ったが効果が見られ 能性があるため，実務では採用できない。
中回転（120 min‑1）の試験 No.12 は，Ｂノズル
ず，側ブラシに直接散水した場合は，濡れたブラシが土砂を確実に濡らして省散水化に寄与するこ が斜め進行方向であるため，直接路面に散水されるので，ブラシ経由の給水方式の効果が低減されとが確認できた。
次の開発課題として，適正なブラシ回転数の制 ると考える。
低回転（90 min‑1）の試験 No.7 は，側ブラシの御に加えて，より散水効果を得るために，側ブラ
シに散水する角度，ノズルパターン（直射，扇形）， ガッター側前方及び後方の散水量が多く，高回転ノズルの数量，ノズル位置などを 2.5 以降のように や低回転でも同様な傾向が見られ，回転数が異なっても良いバランスを維持できている。このため，検証した。
ブラシ経由の給水方式での最適な組合せは「45°2.5 節水効果試験
適正な噴霧量，ノズルの噴霧位置・方向，側ブ 下向き and 120°下向き」であると考える。
ラシ回転数の組合せについて，面的な水量分布を計測して定量的に評価した。水量計量台の概略図
を図‑5，水量計測台回収容器配置図を図‑6，計測結
156
67
148
32
果の一例を図‑7 に示す。
A

A
B

B

92

18

137

30

Ａ：90°(横向き)
Ｂ：90°(横向き)

Ａ：45°(下向き)
Ｂ：120°(下向き)試験No.3

試験No.7
前方
0°
ガッター側

車体側

90°

140

図‑5 水量計量台の概略図

A

270°

27

180°
B

189

35

Ａ：45°(下向き)
Ｂ：120°(斜め進行方向)

試験No.12下向き

外向き（従来方式）

進行方向

斜め
進行方向

横向き

ノズルの位置条件図
図‑7 計測結果

図‑6 水量計測台回収容器配置図

計測結果の評価は，清掃の進行方向に対して，

2.6 ブラシの摩耗試験
現行の噴霧方式とブラシ経由給水方式のブラシ
磨耗量および表面温度を計測して定量的に評価した。模擬側溝の概略を図‑8，試験状況を写真‑4 に示す。
試験結果のうち，時間当たりの摩耗量（平均）の比較では，ブラシ経由給水方式は現行の噴霧方式の 0.6 倍の摩耗量に抑制した。

‑ 185 ‑

粉塵量の比較［走行距離15m換算］
0.6

粉塵量(g)

0.5

対策なし
現状の噴霧方式
ブラシ経由給水方式

0.4
0.3
0.2
0.1

図‑8 模擬側溝の概略
0.0
ブラシ後方

車体後方
排気ダクト
測定位置

歩道

図‑9 粉塵量の比較

写真‑4

試験状況

2.7 構内試験②
構内試験②の試験状況を写真‑5，粉塵量の比較
結果を図‑9 に示す。試験では模擬ガッターに試験用砂を堆積させ，路面清掃車の清掃を実施し，ブラシ経由給水方式について，塵埃堆積量，清掃速度，ブラシ回転数，噴霧量の組合せを，粉塵発生量を指標として定量的に評価し，最適な組合せを
３章のように決定した。

３．粉塵の巻き上がり防止技術の概要
前記の試験結果から，清掃時の粉塵の巻き上がりを防止するには，現行の噴霧方式より「ブラシ経由給水方式」のほうが，少量噴霧で粉塵対策に有効であることを確認した。側ブラシの噴霧方式の違いを表‑1 に示す。
側ブラシに水を直接噴霧することで，側ブラシ
先端は絶えず湿潤状態となり，側ブラシと接触す
る土砂を確実に湿らせ，発塵の抑制と冷却効果によるブラシの延命を図ることができる。
また，側ブラシの回転数を現在の固定式から調整式（ブラシの駆動用油圧回路に圧力補償型可変バルブを挿入して油量を調整：90 min‑1 〜 150
min‑1）に変えることで，塵埃堆積量（清掃速度）に対応した回転数の調整によって粉塵を抑制できる。
◇ 噴霧方式：ブラシ経由給水方式（ノズル２方向から側ブラシに給水，表‑1 参照）◇ 塵埃堆積量多（（0.2 m3/km））の最適な組合せ：
側ブラシ回転数 90 rpm，噴霧量 4 L/min，清掃
速度 6 km/h 以下

ブラシ後方

車体後方

４．現場実証実験
現場実証試験では，現行の噴霧方式に対してブラシ経由給水方式の効果を客観的に評価するために比較検討を行った。
実施回数は 3 地区×2 回の合計 6 回で，清掃作業
距離（実測値，往復で側道含む）は，KG 地区 29 km，
TS 地区 31 km，KY 地区 14 km である。
現場実証試験結果の評価を表‑2 に示す。ブラシ
経由給水方式は現行の噴霧方式に比べて，粉塵発生量の抑制，ガッターへの散水量・噴霧量の低減，清掃効果の向上，およびブラシ摩耗量の延命によるコスト縮減を図ることが可能である。
これより，ブラシ経由給水方式よる清掃方式は，
散水車（事前散水）なしで路面清掃車の単独清掃が可能であると評価できる。

写真‑5 構内試験状況‑ 186 ‑

表‑1 側ブラシの噴霧方式の違い
主項目

現行の噴霧方式

ブラシ経由給水方式

進行方向のブラシ先端

ノズル２方向から側ブラシに給水

150 rpm

90 rpm

散水位置

ブラシ回転数
清掃機械

2ｔダンプトラック（作業員 2 名）＋路面清掃車（作業員 1 名）の組合せ

散水車（作業員 1 名）なし

水タンク容量1,500 L（+散水車 6,500 L）

1,500 L（350 L の増加可能）

表‑2 現場実証試験結果の評価
評価項目

評価方法

現行の噴霧方式

ブラシ経由給水方式

バットに水を張って粉塵を捕集（写真‑6 のＡ），km 当
たりの乾燥質量で評価

1
（基準）

0.42
（1/2 に抑制，図‑10）

粉塵発生量
目視（ビデオ撮影，ブラシ
直視・歩道，写真‑6 のＢ）

散水車+ブラシ噴霧により粉塵散水車なしでも粉塵発生を抑制
発生を抑制
一部に水しぶき・飛び石あり

水しぶき・飛び石は見られない

清掃後のガッター 清掃前後に計測（採取範囲の塵埃残量はガッターの１ｍ幅）

11 g

4g
（60％減少，図‑11）

清掃能力（清掃前 回収率（％）=（清掃前−清後の塵埃量）
掃後）÷清掃前×100

95.2 ％

98.0 ％（約 3％向上）

ブラシ摩耗量

清掃前後に計測

1
（基準）

0.65
（35％抑制，図‑12）

清掃速度

実測

8.8 km/h

9.8 km/h（1km/h UP）

路面清掃車のブラ 10 秒間のノズル噴霧量をビ
シ噴霧量
ニール袋に捕集して求めた

散水車 20.4 L/min
3.88 L/min

3.88 L/min

ブラシ回転数（路面に接触）清掃前に計測150 rpm（実測 152.6 rpm）

90 rpm（実測 91.5 rpm）

交通渋滞状況

目視（清掃車の後部からビ 高架等の片側 1 車線区間で 20 台
デオ撮影）
程度の渋滞

左同

現行の噴霧方式に 清掃後のガッターに残る水量が多い見られた傾向ブラシ後方の捕集バットに粒径 5mm 超の塵埃が見られる
注1） 太枠部分は，現行の噴霧方式とブラシ経由給水方式を比較した場合に，その効果に差がある結果である．
注2） 調査数量は，KG 地区と KY 地区が 5 データ/方式×２回，TS 地区が３データ/方式×２回である．

‑ 187 ‑

Ｂ

Ａ

側ブラシ発塵状況観測ビデオ

側ブラシ中心から２m

粉じん捕集バット
ビデオ画像

写真‑6 現場実証試験の検証方法

10

100
現行方式
ブラシ経由給水割合

作業1km当たり捕集バット粉塵回収量（g）

8

90
80

7

70

6

60

5

50

4

40

3

30

2

20

1

10

0

割合（％，ブラシ経由給水/現行）

9

0
KG‑2

TS‑1

TS‑2
KY‑1
地区‑回数

KY‑2

平均

図‑10 粉塵発生量の比較

５．まとめ
路面清掃車の清掃時における粉塵の巻き上がり防止技術として，ブラシ経由給水方式を提案し，現場実証試験結果から，現行の噴霧方式に対するブラシ経由給水方式の効果を確認した。
今後は，ブラシにより清掃を行う他の清掃機械に対して，ブラシ経由給水方式への取り組み（応用）が重要となる。
なお，本稿は九州地方整備局九州技術事務所からの受託業務として実施した研究の成果を取りまとめたものである。

20

参考文献

現行方式
ブラシ経由給水方式

18

清掃後の塵埃残量（g）

161) 長友久樹，佐野昌伴：真空環流式路面清掃車の粉塵の巻

14

き上がり防止技術に関する検討，社団法人土木学会第6412回年次学術講演会，Ⅴ‑074，2010.9

10
8
6
4
2
0
KG‑1

KG‑2

TS‑1

TS‑2
地区‑回数

KY‑1

KY‑2

平均

図‑11 清掃後のガッターの塵埃残量
100

1.50
現行方式
ブラシ経由給水方式
割合

90
80
70

1.00

60
0.75

50
40

0.50

30
20

0.25

割合（％，ブラシ経由給水/現行）

作業1km当たり消耗量(mm)

1.25

10
0.00

0
KG‑1

KG‑2

TS‑1

TS‑2
地区‑回数

KY‑1

KY‑2

平均

図‑12 ブラシ摩耗量‑ 188 ‑

Ⅱ−３ 協会活動報告
作業燃費検討ＷＧ

作業燃費検討ＷＧ

背景と本日の報告内容
１、地球温暖化対策として、温室効果ガスの排出量削減は喫緊の重要な課題である
２、建設機械に対しては、施工時の燃料消費量低減が求められている
３、JCMA製造業部会・機械部会では燃料消費低減を促進するため、「作業燃費検討WG」を立ち上げ活動を進めている
４、本日は、 「作業燃費検討WG」の活動状況について報告する

JCMA製造業部会・機械部会の地球温暖化対策

平成２２年１１月９日
建設施工と建設機械シンポジューム

報告内容
１、建設機械のCO2排出状況
２、建設機械の燃費低減 （これまで実施してきたこと）
３、燃費低減推進のための方策
４、燃料消費量試験標準の制定
５、燃費低減の仕組みの検討
６、課題と今後の方針(社）日本建設機械化協会
製造業部会・機械部会
作業燃費検討WG

P1

作業燃費検討ＷＧ

P2

作業燃費検討ＷＧ

１、建設機械のCO2排出状況

１、建設機械のCO2排出状況

ー全世界のCO2排出状況ー

ー日本のCO2排出状況ー

米国
20%

その他
33%

エネルギー
転換部門
6%

世界の
CO２排出量280億トン（２００6年）

家庭13%

12.7億トン

産業部門排出量4.6億トン
内： 建設機械1000万トン（約１％）（ ２００５年度）

業務その他部門18%

インド
5%

産業部門
36%
日本の
CO ２ 排出量

中国
20%

ロシア
6%
日本
4%

非エネル
ギー起源
7%

欧州連合
12%

運輸部門
20%

P3

作業燃費検討ＷＧ

P4

作業燃費検討ＷＧ

１、建設機械のCO2排出状況

１、建設機械のCO2排出状況

ー建設関連分野におけるCO2排出量の寄与率ー

ー燃料消費による寄与率ー

建設機械総排出量
2002年推定 約1100万トン
2008年推定 約1000万トン(国交省算出）全産業に対する建設関連分野の寄与率
土木分野における寄与率
56‑ 189 ‑

作業燃費検討ＷＧ

作業燃費検討ＷＧ

２、建設機械の燃費低減

省エネ機構採用による燃費改善（これまで実施してきたこと）（これまで実施してきたこと）
建設機械は、従来から運転経費低減の観点から燃料消費低減の強い要望があり1990年前後に燃費低減に関する研究開発が進み商品化されてきた基本的な考え方

１、機械の改良による燃費改善① 省エネ機構採用による燃費改善
・・・省エネに関する研究開発を行い、商品化してきた② 燃費低減推進のための活動 （作業燃費検討WGの活動）・・・今後、燃費改善の目標値を決めて研究開発を行う

油圧ショベルの排ガス規制と燃費改善技術の推移
1990

1995

2000

2005

2010

2015

排出ガス規制
１次規制

２、使用の改善による燃費改善
下記を取りまとめ、刊行物として発行した（平成15年）① 「建設施工における地球温暖化対策の手引き」② 「省エネ運転マニュアル」

エンジン

・直接噴射 ・吸排気４弁化
・ターボチャージャ

車体

省エネ機構採用
・油圧の高圧化・省エネモードﾞ機構
・オートアイドル機構

２次規制
・高圧噴射
・インタークーラ

３次規制

４次規制

・高圧電子制御噴射・排気循環装置(EGR)

・省エネ機構の改良 ・電子制御の高度化
・車体のロス低減 ・重量軽減

・排気後処理装置
・排気循環装置(EGR)・ハイブリッド建機
・次世代燃費改善の研究
・バイオ燃料、電動化

P7

作業燃費検討ＷＧ

作業燃費検討ＷＧ

省エネ機構採用による燃費改善率（試算）1990年〜排ガス2次規制の期間の改善率を試算

油圧ショベルの省エネ機構と改善率

車両の改善率は、省エネ機構ごとの改善率を加重平均して算出する
車両の改善率＝省エネ機構の改善率
×有効時間割合
×燃料消費量割合

１．アイドリング制御機構
アイドリ
1‑1．自動回転抑制
ング制御
1‑2.手元操作アイドリング

3機種の改善率
省エネ機構の採用時期

改善率

機構分類

省 エ ネ 機 構

３、燃費低減推進のための方策（作業燃費検討WGが実施している事項）

改善率(%)
6t

12t

20t

3.1

3.0

2.2

3.9

3.6

2.6

5.8

6.3

6.7

エンジン ３．作業関係の機構
出力制御 3‑1.作業モード切替

0.9

0.9

0.9

3‑2.オートアクセル

1.5

2.1

1.9

4‑1.可変容量ポンプ

2.2

0.7

0.9

4‑2.油圧全馬力制御機構

1.4

1.0

1.2

0.3

0.3

0.7

0.5

0.6

0.6

２．省エネモード機構

4‑3.多連弁機構
油圧系の4‑5.油圧再生回路
改良
4‑6.リリ−フカット

1990

1995

2000 2005

％

0.0

0.0

0.1

ｼｮﾍﾞﾙ

○

△

△

△

12.8

4‑7.ニュートラルロス低減

0.5

0.2

0.3

ﾛｰﾀﾞ

○

△

△

△

7.9

4‑外.油圧の高圧化

1.2

1.4

1.5

ﾌﾞﾙ

○

△

△

△

6.8

クラス別加重平均値

12.5

14.7

15.3

３

機

種

P8

平

均

11.8

改善率(%)

油圧ショベル 全体に対する

燃料消費低減を促進するためには、
１、燃費低減の技術開発① 燃費の評価基準を作る（燃料消費量試験標準の制定）② 燃費低減の開発目標値と目標年度を決める
２、燃費の良い機械の普及促進① 燃費情報を開示しユーザが燃費の良い機械の選択を容易にする② 燃費の良い機械を普及させるための施策 （認定制度など)を提案し、官の普及支援を期待する

12.8
9

P10

作業燃費検討ＷＧ

作業燃費検討ＷＧ

４、燃料消費量試験標準の制定

４、燃料消費量試験標準の制定

１、燃料消費量試験方法の現状
当時、以下の規格が存在した「JIS A 8402 油圧ショベル性能試験方法」「JIS A 8421‑2 ホイールローダ性能試験方法」「JIS D 6507 履帯式ブルドーザ作業試験方法」（油圧ショベル・ブルドーザは現在廃止規格になっている）

燃料消費量試験標準制定 の基本的な考え方① 土質条件の違いにより結果に大きく差が生じない② オペレータの技量により結果に大きく差が生じない③ 単位作業量当たりの燃料消費量 （燃費効率）

この試験は、土砂や砂利を使って実際に掘削・積込み・運搬作
業を行い作業量と燃料消費量を測定する方法であるが① 土質条件の違いにより結果に大きく差が生じる② オペレータの技量により結果に大きく差が生じる
土質条件やオペレータの技量による誤差の少ない燃費試験方法の確立が望まれていたが評価できる④ 車両としての総合評価ができる⑤ 試験に要する設備・費用・時間が過大とならない

P11‑ 190 ‑

P12

作業燃費検討ＷＧ

作業燃費検討ＷＧ

４、燃料消費量試験標準の制定

油圧ｼｮﾍﾞﾙでの具体的検討内容について

実物の土砂を使う試験には土質条件を同一にすることに限界があることから① 実際の作業を想定した模擬動作試験を行う② 車両としての総合評価するため、代表的な作業を想定した試験を行う③ 実掘削試験と模擬動作試験を行い、相関があることを確認★油圧ショベル 模擬掘削のアイデア①砕石を用いた模擬掘削②重量ﾊﾞｹｯﾄ＊を用いての模擬掘削
重量ﾊﾞｹｯﾄ：バケット内に標準負荷相当の重りを固定③アーム掘削負荷装置を装着しての模擬掘削★模擬掘削と実掘削の相関性確認ﾃｽﾄの実施

代表的な作業
油圧ショベルホィールローダ
ブルドーザ①掘削積み込み作業 ①掘削積み込み作業 ①掘削運土作業
②均し作業
②運搬作業
②待機(アイドリング)③走行③待機(アイドリング)④待機(アイドリング)（H12.10月とH15.9月 建機協 富士 施工技術総合研究所（CMI）にて）

模擬掘削

実掘削…
実掘削…溝掘削P13

P14

作業燃費検討ＷＧ

作業燃費検討ＷＧ

油圧ショベル 最終案と 実掘削・従来模擬掘削案との比較

油圧ショベルの模擬掘削動作● 実掘削と模擬作業（負荷バケット付き）との相関
０．５ｍ３級油圧ショベル（４人の試験結果 2000年）

負荷BK模擬 ｻｲｸﾙ当たり燃費( g/回 )

０．８ｍ ３級油圧ショベル（５人の試験結果 2003年）

y = 0.9304x
R2 = 0.8584

110
100
90
80
70
60
50
40
30

0.5m3負荷BK模擬
0.5m3負荷BK模擬(省ｴﾈ)
0.8m3負荷BK模擬
0.8m3負荷BK模擬(省ｴﾈ)
１：１
線形 (全体)40 50 60 70 80 90 100 110
実掘削 ｻｲｸﾙ当たり燃費( g/回 )30● 負荷バケットと空バケットとの相関
2004年 追加実験結果
０．２８ｍ３ 級５型式注) 内 １型 式は数 値シミュレー ション

y = 0.888x2
R = 0.969

20

2004年 追加実験結果
０．８ｍ３ 級４型式

1200.86x〜0.91x
標準偏差： 0.02 x

30

空バケット使用時（g／ｻｲｸﾙ）

空バケット使用時（g／ｻｲｸﾙ）

40

10

100

0.87x〜0.96x
標準偏 差：0.04x

8060

y = 0.901x
2
R = 0.879

40
20

0

★軽作業の模擬動作…均し動作

0
0

P15

作業燃費検討ＷＧ

102030
負荷バケット使用時 （g／ｻｲｸﾙ）

0

20
40
60
80
100
負荷バケット使用時 （g／ｻｲｸﾙ）

120

P16

作業燃費検討ＷＧ

燃費試験標準で得られる値

ホイールローダの燃費測定法
油圧ショベル

ホイールローダ

ブルドーザ①掘削積込み動作試験
作業動作当りの燃料消費量(ｇ/ｻｲｸﾙ） (ｇ/ｍ３)②ならし動作試験
ならし動作当りの燃料消費量(ｇ/ｻｲｸﾙ） (ｇ/ｍ)③走行試験
走行距離当りの燃料消費量(ｇ/ｍ)④待機試験（ｱｲﾄﾞﾘﾝｸﾞ）
燃料消費量 (ｋg/ｈ)①掘削積込み動作試験
作業動作当りの燃料消費量(ｇ/t)②運搬走行試験 (ﾛｰﾄﾞ＆ｷｬﾘｰ）
作業動作当りの燃料消費量（ｇ/ｔ） (ｇ/ｍ)③待機試験（ｱｲﾄﾞﾘﾝｸﾞ）
燃料消費量 (ｋg/ｈ)①牽引試験 (掘削運土作業）
作業燃費 (ｇ/ｋWｈ)

解説に①〜④項をまとめた燃料
消費量評価値計算方法を記載（Ｋg/標準動作）

解説に①〜③項をまとめた燃料
消費量評価値 計算方法を記載（g/ｔ）

解説に①〜 ② 項をまとめた
燃料消費量評価値 計算方法を記載
（g/ｋWｈ）

測定モード
ⅰ）V字掘削（負荷バケット付）
①前進

40

②掘削

③後進

④ﾀﾞﾝﾌﾟ

ⅱ）ロード＆キャリー
負荷バケット付で50m(100m)ⅲ）待機（アイドリング）‥ ‥ ‥ ‥結果を(kg/h)で表示

P17‑ 191 ‑

②待機試験（ｱｲﾄﾞﾘﾝｸﾞ）
燃料消費量 (ｋg/ｈ)

2007年JCMAS改正版として制定、さらに油圧ｼｮﾍﾞﾙのﾊｲﾌﾞﾘｯﾄﾞ型、電気駆動型が追加され2010年改正版が制定された（当協会のホームページで閲覧可能）

P18

作業燃費検討ＷＧ

作業燃費検討ＷＧ

５、燃費低減の仕組みの検討

燃費低減の目標値と目標年度
１、現行機の燃費レベル把握
２、排出ガス規制対応と将来の燃費改善技術予測に基づいて、目標値と目標年度を決める

燃料消費低減を促進するためには、
１、燃費低減の技術開発① 燃費の評価基準を作る（燃料消費量試験標準の制定）② 燃費低減の開発目標値と目標年度を決める

現行機の燃費測定
油圧ショベル
測定台数
クラス
測定時期
3
（m ） 排ガス2次 排ガス3次
0.28
7
6
0.45
5
2009.6
0.5
6
7
0.6
3
8
0.8
6
1.0
4
2008.71.1
3２、燃費の良い機械の普及促進① 燃費情報を開示しユーザが燃費の良い機械の選択を容易にする② 燃費の良い機械を普及させるための施策 (認定制度など)を提案し、官の普及支援を期待する

1.4

6

ホイールローダ
測定台数
クラス
測定時期
(kw)
排ガス2次 排ガス3次40〜1105
92009.6110〜230
3
17
2008.7
ブルドーザ
測定台数
クラス
測定時期
(kw)
排ガス2次 排ガス3次
19〜75
2
4
2009.675〜1702
5
2008.7170〜300
3

合計111台 グループＡ：2008.7までに測定：54台

これらを包括した燃費低減に向けた仕組みの検討を行っている

排ガス２次車：31台

グループＢ：2009.6まで測定：57台

排ガス３次車：80台

P19

作業燃費検討ＷＧ

作業燃費検討ＷＧ

排ガス規制と燃費改善技術の推移
0.6

作業燃費WGの現在行っていること

130kw以上
排出ガス１次規制

0.5

現行機の燃費レベル、排出ガス規制対応、将来の燃費改善
技術予測を基に１、目標値と目標年度（開発の目標）
２、燃費情報の開示方法（カタログ類、車体に表示する）
３、燃費低減の仕組み（認定制度など）の検討を行っている

0.4
0.3
２次規制

0.2
３次規制
0.1
４次規制
0

20

1

2

3

4
5
NO X （ｇ/ｋｗｈ）

6

7

8

9

10

油圧ショベルの排出ガス規制と燃費改善技術の推移
1990

1995

2000

2005

2010

2015

活動結果はほぼ纏まりつつあり、近々国土交通省に提案し、国土交通省が進めておられる「建設施工分野における地球
温暖化対策」に協力していく予定である

排出ガス規制１次規制
エンジン

・直接噴射 ・吸排気４弁化
・ターボチャージャ

車体

省エネ機構採用
・油圧の高圧化・省エネモードﾞ機構
・オートアイドル機構

２次規制
・高圧噴射
・インタークーラ

３次規制

４次規制

・高圧電子制御噴射・排気循環装置(EGR)

・省エネ機構の改良 ・電子制御の高度化
・車体のロス低減 ・重量軽減

・排気後処理装置
・排気循環装置(EGR)・ハイブリッド建機
・次世代燃費改善の研究
・バイオ燃料、電動化

P21

作業燃費検討ＷＧ

P22

作業燃費検討ＷＧ

６、課題と今後の計画
燃費低減は地球温暖化対策のためには優先的に取り組む
き事項であるとの認識の下、建設機械業界として積極的に取り組んでいる１、「燃費低減の仕組み」発足に向けた活動を推進する
２、排ガス対応と燃費改善はトレードオフの関係にあり、次期
排ガス４次規制のレベルを考慮すると、車両全体としての燃費改善は高い技術開発が要求される
３、建機業界では燃費改善の研究開発は強力に進める
４、ハイブリッド型、電気駆動型、バイオ燃料などの新技術の開発、普及を推進する
５、燃費は使用（工法）の改善による効果も大きいので、使用上の改善努力も期待する

ご静聴ありがとうございました

引き続き関係各位のご協力を依頼する
P23‑ 192 ‑

P24

- 193 -- 194 -- 195 -- 196 -- 197 -Ⅱ−４ 平成 20 年度研究開発助成成果報告
様式−３②

成 果 報 告 書 の 要 約

助 成 番 号
第

号

キーワード

助

成 研 究 名研究者・所属

道路建設における環境に優しい硬質岩盤 重松 尚久
剥離掘削技術の開発
呉工業高等専門学校
環境都市工学科
端面掘削方式、硬質岩盤剥離掘削、道路建設

本研究の目的は、岩盤を端面掘削することによって摩耗する剥離破砕刃が作業能力に与える影響を明らかにすることである。硬質岩やコンクリート供試体における岩盤剥離掘削機を設計・開発するために基礎的な設計指針を提供するための実験を行う。逃げ角を変化させた剥離破砕刃について掘削初期状態である初期端面掘削過程と通常掘削状態である通常端面掘削過程を明確にし、剥離破砕方式の力学的なメカニズムを明らかにする。
ディスクカッタビット

ディスクカッタビッ ト
ディスク カッタ ビット

ディスクカッタビッ ト

Fx

α

Fx
Fｙ

Fｙ

供 試体

供試体

供試体

供試体
S

Fｚ
S

Fｚ

端面掘削

平面掘削

1．端面掘削方式によるバックホウのアタッチメントとしてのローラヘッダーの開発
研究方法
ディスクカッタビットを用いて平面硬質岩盤の掘削を行う掘削機やバックホウのアタッ
チメントとして位置づけられるローラヘッダ
ーの設計開発に資するための基礎となるデータを得るために、岩盤剥離掘削機の掘削工程
を変位制御型とした場合の推進力、作用トルクを実験により明らかにする。
結論
垂直力 Fｚは、掘削深さ z が大きくなるにしたがって、切り込み幅が大きくなるので上昇する。横方向力 Fy は、掘削深さ z がある程
平面硬質岩盤の掘削のイメージ図
度大きくなったところで一定となる。転がり
抵抗 Fx は、掘削深さ z が大きくなるにしたがって、周面摩擦が大きくなるので上昇する。
掘削速度が大きくなると、垂直力 Fｚと横方向力 Fy は大きくなり、転がり抵抗 Fx は一定である。曲率半径が大きくなると、すべての作用力は大きくなる。

‑ 198 ‑

2．多段型端面掘削方式を用いたモデル掘削機の開発
研究方法
コンクリート構造物の解体を行う際にバックホウなどの先端にアタッチメントとして取り付けて使用できるような、多段型端面掘削方式を用いたコンクリート掘削機のモデルを設計し、過去のモルタル掘削のデータから予測した作用力と今回の実験で得たモルタル
掘削のデータの比較を行う。また、実際の使用を想定し、コンクリート掘削を行いモルタ
ル掘削と比較を行う。
結論
モルタル掘削とコンクリート掘削ではポイントアタックビットの作用力には大きな差があった。しかし、掘削機全体においては差があまり見られなかった。モデル掘削機に作用する垂直力 ＦＺはポイントアタックビットの値は妥当であったが、ディスクカッタビッ
トの値は予測よりも大きな値が作用していた。モデル掘削機に作用するトルク T はポイン
トアタックビットの値を過大に予測していたが、ディスクカッタビットの値は妥当であった。段階的に端面掘削を行うことができることを確認できた。
192
10 °

60

30

30
（単位 : mm）

モデル掘削機の構成図

段階的に掘削が出来た様子

3．ディスクカッタビットを用いた硬質岩盤掘削機に関する基礎的研究

掘削速度(mm/s)

研究方法
油圧により垂直力を一定にし、掘削を行う応力制御で実験を行い、ディスクカッタビッ
トに作用する垂直力、横方向力、転がり抵抗を測定し、垂直力の違いによる影響、切り込
み幅の違いによる影響、貫入速度の違いによる影響を明らかにする。
結論
実際の垂直力 Fzr の振れ幅の平均値が設定した垂直力 Fz と近い値となったため、実験条件を満たしたと言える。全ての掘削条件において、横方向力 Fy と転がり抵抗力
Fx は掘削が進行してもほぼ一定を20mm 25mm
15mm
切り込み幅
保っており、初期端面掘削の影響は
■
●
▲
モルタルA
モルタルB
見られなかった。作用する垂直力 Fz
0.20を大きくすると、横方向力 Fy および
0.15
転がり抵抗 Fx も増加する。掘削速度
は、作用する垂直力 Fz の増加、供試
0.10
体の一軸圧縮強度および切り込み幅0.05の低下に従って、速くなった。本実
0.00
験中では、掘削速度は最大 4.5 倍で
5
7
9
11
13
15
変化したが、更なる検討が必要であ
垂直力Fz(kN)る。
垂直力 Fz と掘削速度の関係‑ 199 ‑

Ⅱ－５

特別講演

- 200 -

- 201 -- 202 -- 203 -- 204 -Ⅱ−６ 基調講演

羽田空港Ｄ滑走路建設工事における情報化施工の取り組みについて
国土交通省関東地方整備局港湾空港部港湾物流企画室補佐
野口‑ 205 ‑孝俊

平成２２年度 広報部会 シンポジウム実行委員会 名簿（委員五十音順・敬称略）
委員名
委 員 長

機関名

建山和由

立命館大学

所属・役職
理工学部 建築都市デザイン学科 教授
工学博士

副委員長

高橋

弘

東北大学

大学院環境科学研究科環境科学専攻
太陽地球システム・エネルギー学講座
地球環境開発環境分野 教授 工学博士

委

員

川本伸司

前田建設工業(株)土木事業本部 土木部 機械グループ
マネージャー委員

小薬賢一

西尾レントオール(株)測器部 情報化施工推進室

委

員

斉藤秀企

コマツ

開発本部 商品企画室 ﾌﾟﾛﾀﾞｸﾄ･ﾏﾈｰｼﾞｬｰ

委

員

白鳥昭浩

(社)日本建設機械化協会

技師長

委

員

高見俊光

サコス(株)

営業推進部 部長

委

員

竹之内博行

(社)日本建設機械化協会

施工技術総合研究所 技師長

委

員

田中利昌

日立建機㈱

建設システム事業部 技術部 部長

委

員

玉石修介

(社)日本機械土工協会

技術委員長

委

員

西脇徹郎

(社)日本建設機械化協会

標準部長

委

員

平岡茂樹

(株)トプコン

ﾎﾟｼﾞｼｮﾆﾝｸﾞﾋﾞｼﾞﾈｽﾕﾆｯﾄ ｱｼﾞｱ中東ﾏｰｹﾃｲﾝｸﾞ部
ｺﾝｽﾄﾗｸｼｮﾝｸﾞﾙｰﾌﾟ 課長

委

員

藤野健一

(独)土木研究所

技術推進本部 先端技術チーム 主席研究員

委

員

星野春夫

(株)竹中工務店

技術研究所 先端技術研究部新生産システム部門 主任研究員 工学博士

委

員

前原信之

(社)日本建設機械化協会

技術部長

委

員

溝口孝遠

コベルコ建機(株)顧問 工学博士

委

員

宮野泰彰

キャタピラージャパン(株) 市場開発部 マーケット営業支援課 課長

建設施工と建設機械シンポジウム論文集・梗概集（平成22年度版）
平成 22 年 11 月 ２ 日

印刷

平成 22 年 11 月 ５ 日

発行

編 集
発行所

社団法人

〒105‑0011

日本建設機械化協会

東京都港区芝公園３−５−８（機械振興会館内）
ＴＥＬ （03）3433−１５０１
ＦＡＸ （03）3432−０２８９

複製厳禁

印刷所

昭和情報プロセス㈱東京都港区三田5−14−3