（一社）建設コンサルタンツ協会近畿支部
第56回（令和5年度）研究発表会 論集№023（一般論文発表 構造系）

BIM/CIM を活用したトンネル設計の高精度化・説明性向上
日本工営株式会社 ○藤原勇輝

日本工営株式会社

横 山 真 一 郎

日本工営株式会社

清水葉平

論 文 要 旨少子高齢化に伴う労働人口の減少を受けて、生産性向上を目的とした設計成果の高精度化によるフロントローデ
ィングや、設計成果の説明性向上が推進されており、そのツールとして BIM/CIM が注目されている。
本稿では、新設山岳トンネル詳細設計に BIM/CIM を活用した成果および知見について述べる。具体的には、補助工法および地質の 3 次元モデルを用いた検証により、高精度な補助工法の配置を行った。また、3 次元モデルに時間軸を付与した 4D モデルを作成し施工手順を可視化することで、複雑な工程の説明性向上を図ることができた。
キーワード：BIM/CIM、山岳トンネル設計、先進導坑、4D モデル

ま え が き近年、少子高齢化に伴う労働人口の減少が社会的課題とな

本稿では、令和 3 年度実施の新設山岳トンネル詳細設計にっている。生産力の低下が懸念される状況下でインフラを維おいて、BIM/CIM を活用した成果および知見を共有すること持していくためには、生産性を向上させる必要がある。

を目的とする。先述の国土交通省の方針を踏まえ、本業務に国土交通省では、事業全体の高度化・効率化を最終目標とおける代表的な BIM/CIM 活用として、以下の内容についてして、設計成果の高精度化によるフロントローディングや、とりまとめる。
（図 1）

2 次元図面を用いた従来の業務プロセスを見直すことによる



補助工法の 3 次元的な配置検証

説明性の向上を推進している 1)。そのツールとして、BIM/CIM

補助工法および地質の 3 次元モデルを用いて補助工法（Building/ Construction Information Modeling, Management）がの 3 次元的な配置検証を実施した

注目されており、令和 5 年度より原則適用 2)が開始されたこ

4D モデルによる施工計画等の確認とからも、今後さらなる BIM/CIM の活用促進が見込まれて3 次元モデルに時間軸を付与した 4D モデルを作成しいる。

た

図 1 トンネル設計における BIM/CIM 活用－ 68 －

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１．業務対象トンネルの概要（２）起点側の長大切土

本業務の対象である関トンネルの概要について述べる。

起点側坑口近傍に長大切土が計画されている。トンネル本関トンネルは全長約 177m であり、徳島県南部に位置する体工上方で切土を施工すると、上載荷重の応力開放によるト牟岐町を縦貫する牟岐バイパス内に計画されている。牟岐バンネル断面への影響が懸念されるため、トンネル本体工貫通

イパスは南海トラフ地震による津波浸水想定区域を回避し、前に長大切土を施工する必要があった。

緊急輸送道路の機能確保を目的としている。関トンネルの起先述のように起点側現道からのアクセスが困難であること

点側坑口付近は民家や国道55 号、JR 牟岐線が近接しており、から、周辺環境/工程/費用の観点で有利な坑内からの先進導それらを渡過するように隣接高架橋（関高架橋）が計画され坑による明かり部アプローチ案を採用した。ている。施工計画について、JR 牟岐線の近接により起点側現具体的には、終点側より開始する本坑断面の掘削を、長大道からの進入は困難であることや、隣接高架橋の施工を待た切土施工の影響が及ばない（トンネル近接施工対策マニュアずに早期着手が望まれることから、終点側からの片押し掘削

ル 3）の無条件範囲に該当）かつ、断層手前の位置で一時停止を採用した。

し、なるべく小さな断面（小断面 NATM 標準機械のドリルジャンボが稼働可能）で先行して貫通した後、長大切土を施工し、その後本坑断面を貫通させる計画である。

図 2 対象トンネル周辺（モデルの俯瞰）
図 4 無条件範囲の 3 次元的な確認
設計上のポイントを以降に示す。
（１）起終点の断層

２．補助工法の配置検証による高精度化

起終点の坑口部で、それぞれに断層が確認された。ボーリ

第 1 章第 1 節で述べたように、本トンネルでは断層部等をング結果より、起終点坑口から断層までの RQD はほぼ 0 と対象に補助工法・脚部改良を計画している。2 次元図面を基なり固結した岩は無く、さらに断層部の N 値が低く地耐力がにした設計では、地質縦断図を基に断層等の対象区間をカバ確保できない状況であった。

ーするように配置を決定する。しかし、地層の走行傾斜によそのため、掘削時の天端・切羽安定対策として補助工法（長りトンネルに対し地層が斜めに交差している場合では、トン尺鋼管フォアパイリング）を、支保工建て込み時の沈下対策

ネル端部における地層との交差位置は、中心におけるものととして脚部改良（ウィングリブ+薬液注入）を計画した。

は異なる可能性があり、それにより端部で補助工法が不足す終点側起点側る懸念がある。3 次元モデルを活用することで、トンネルと地層との交差位置を立体的にかつ容易に把握できるため、設計段階においてトンネル端部の地質状況も考慮したより高精度な補助工法の配置が可能になると考えた。
（１）本体工天端の補助工法配置検証
地山状況が悪い断層部の変位・変形抑制対策として長尺鋼管フォアパイリングを計画している。対象となる断層はトン

図 3 起終点の断層（赤色、3 次元地質モデルの断面表示）

ネル線形に対し斜めに交差しているため、3 次元モデルを用いて補助工法が断層をカバーできているか位置関係を検証した。その結果、図 5 に示すように断層にかかる範囲をカバーするように補助工法を配置できていることが確認できた。

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本体工および先進導坑の補助工法 3 次元モデルを用いて干渉チェックを実施したところ、「長尺鋼管フォアパイリング」に対し、「注入式フォアポーリング」の 1～3 スパンが干渉していることが確認された。この範囲については、重複して改良されることになるため省略可能であると考えた。

断層をカバーできている

図 5 本体工天端の補助工法配置検証（２）本体工脚部の脚部改良配置検証固結度が低く支持力不足が懸念された断層部を対象に、支保工建て込み時の沈下対策として脚部改良を計画している。
図 6 に示すように脚部改良が断層をカバーできているか 3 次干渉している「注入式フォアポーリング」元モデルを用いて検証した結果、断層の走行傾斜により、画

図 7 補助工法の干渉

像右側は余裕がある一方で、左側は不足が確認された。薬液注入は左右別工事であり、それぞれで異なる延長を施工できさらに、「長尺鋼管フォアパイリング」にて先進導坑天端のるため、先の検証結果を踏まえた延長調整を行った。結果と地山条件の改良が見込まれる範囲についても、重複して改良して、全線で 2m の延伸・20m の短縮を行った。

されることになるため「注入式フォアポーリング」を省略可能であると考えた。重複して改良される範囲を 3 次元的に確認するため、「長尺鋼管フォアパイリング」にて改良が見込ま不足を確認れる範囲を 3 次元モデル化した。

余裕を確認

改良が見込まれる範囲の設定方法について述べる。
「長尺鋼管フォアパイリング」は無拡幅方式で打設する計画である。
メーカーヒアリングを踏まえ、本トンネルにおける打設角度は 10 度として設計している。その時、鋼管の先端から本坑上端までは約 2m となるため、鋼管から下方向に 2m の範囲は「長尺鋼管フォアパイリング」にて地山条件の改良が見込まれる範囲として扱う方針とした。

-7m+2m3 次元モデルを統合し位置関係を検証した結果、6 スパン目までの「注入式フォアポーリング」は、「長尺鋼管フォアパ

図 6 本体工脚部改良配置検証

イリング」にて改良が見込まれる範囲との重複が確認できたため省略可能であると考え、7 スパン目以降を開始位置とし（３）先進導坑天端の補助工法配置検証
第 1 章第 2 節で述べたように、起点側坑口近傍にて長大切土が計画されており、本体工上部の切土を施工する場合は、た。その結果、事業費として約 250 万円のコスト縮減を図ることが出来た。

上載荷重の応力開放によるトンネル断面への影響が懸念されるため、先進導坑により本体工に先んじて明かり部へアプローチする計画とした。
補助工法は、地山状況が悪い断層部の変位・変形抑制対策として、本坑断面より 1 スパン分「長尺鋼管フォアパイリング」を先行打設する。さらに、先進導坑に対しても天端崩落や切羽安定対策として「注入式フォアポーリング」を計画した。
図 8 改良範囲との重複確認－ 70 －

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３．4D モデルによる施工計画の説明性向上

４．活用効果および今後の課題

本トンネルでは、先述の通り以下のような設計上のポイン



トが存在し、これらを踏まえて施工手順を決定している。
（１）BIM/CIM の活用効果
高精度な補助工法の配置

起終点の断層等に対し、補助工法・脚部改良を計画しBIM/CIM を用いることで、2 次元図面では確認困難でているあった 3 次元的な位置関係が容易に検証できるように先進導坑により起点側明かり部へ先行してアプローなった。本業務では、補助工法および地質の 3 次元モチし、起点側坑口近傍に計画されている長大切土を、デルを用いて補助工法の 3 次元的な配置検証を実施す

本坑貫通前に施工するることで、より高精度な補助工法の配置を行った。設

受発注者間や後工程に対し、円滑に施工手順の合意形成を計段階で高精度な検討を実施することで事業のフロ図ることが望ましいと考え、4D モデルで施工計画を表現しントローディングにつながり、スムーズな施工や品質た。各施工ステップの 3 次元モデルを作成し、設計成果の工の向上が期待される。

程表にリンクするように、時間軸を付与した。

施工手順の説明性向上
3 次元モデルに時間軸を付与し施工手順を可視化する
ことで、補助工法・脚部改良の施工や、先進導坑によるアプローチ等を含む複雑な施工手順に対し、説明性が向上した。受発注者間や後工程に対し、円滑な施工手順の合意形成が期待される。

（２）今後の課題
現時点での BIM/CIM モデルは作成に相当数の工数を要し

図 9 4D モデル（脚部改良施工）ている。設計計算ソフトウェアとの連動による自動的なモデル出力など、モデル作成の省力化が求められるほか、作成したモデルを用いて数量計算等を実施することで、その他の作業を効率化する取り組みも効果的と考える。
また、3 次元地質モデルは 2 次元の地質横断図を基に断面間を補完しながら作成していることや、モデル上は明確に地層を区分しているものの、実際は徐々に性質が変化する点が
図 10 4D モデル（先進導坑掘削）異なることを理由に、一定の余裕量を見込んで配置検証を実施した。より高精細な CIM モデルを用いた 3 次元設計の活用に向けて、地質調査の高精度化や高密度化、その他物理探査結果の取り込みやその精度検証等が今後の課題である。
さらに、設計のみならず施工・維持管理段階においても作成した BIM/CIM モデルの活用・更新が期待される。後工程で求められるモデルの知見を整理することが今後の課題である。

図 11 4D モデル（起点側長大切土施工）

謝辞

本論文の投稿に際し、ご快諾頂きました徳島河川国道事務所 計画課の関係者の皆様に厚く御礼申し上げます。

参 考 文 献１） 国土交通省大臣官房 技術調査課：初めての BIM/CIM，R.1.9２） 国土交通省：第 9 回 BIM/CIM 推進委員会、資料 1、令図 12 4D モデル（本坑貫通）

和５年度 BIM/CIM 原則適用について、R.5.1.19３） 財団法人 鉄道総合技術研究所：既設トンネル近接施工
対策マニュアル、H7.1－ 71 －