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令和４年度砂防学会研究発表会概要集

砂防堰堤における３次元土工モデルの活用について（その２）
いであ株式会社○菅原圭吾，森 克味，上葛健太，鳥居 義仁，加賀清

1． はじめに
BIM/CIM（Construction Information Modeling/Management）は，調査・計画・設計段階から３次元モデルを導入し，その後の施工・維持管理の各段階においても「一貫したモデル」を連携・発展・共有することにより，設計者や施工者等の事業全体にわたる効率化・高度化を図るものである．
国土交通省では，令和 3 年 3 月に「ICT の全面的活用」を実施する上での監督・検査要領や出来形管理要領等の技術基準類を大幅に更新し，ICT 活用工事における新たな契約方式・積算方式の設定に着手する等、令和 5 年度における「BIM/CIM 原則適用」に向けて，様々な取組みを積極的に推進している．
砂防事業における BIM/CIM の主な活用目的は，施工時に現場合わせで対応していた事象を未然に防ぐ「施工段階における手戻り防止」と,BIM/CIM と組み合わせた無人化施工による「施工時の安全性向上」が挙げられる．
上葛ら（2020）1)の検証では，地層に応じた床掘勾配設定による自動モデル化ツールの開発を提案し，昨年の井上ら（2021）2)の検証では, 詳細な地質情報の面的な把握が，３次元土工形状モデルの有効化において最も重要な課題とした．
そこで本論文では,これまでの単一地層ではなく，複数の地層モデルを反映した土工形状モデルを作成し、今後の課題及び対応策を整理した．

２．施工時に生じる変更内容と地層モデル・土工形状モデルへの課題
砂防工事では，地形・地質の情報不足により設計と現場との不一致が生じることが課題となる．この課題については，主に下記の 2 点が挙げられる．
①推定岩盤線が予定位置に出ない：砂防堰堤は左右岸が張り出した尾根地形に配置することが多く，袖部周辺の地層を推定することが困難であるため，実際に掘削してみると設計時の推定岩盤線と大きく異なることがある．
②推定していたより地盤が軟弱である：ボーリングでは把握できない転石や局所的な軟弱部が床掘時に出現し，規定の法勾配で掘削できない．
追加ボーリング位置
このように現場条件によって変更が生じた場合，床掘勾配の見直しや吹付工・鉄筋挿入工等の法面対策工による安定化を行う必要がある．
そのため，施工段階における手戻りの防止や無人化施工に向けた◎◎◎「設計から施工までの一貫したモデル」を作成するためには，このよ◎:ボーリング位置
うな施工現場でその都度対処している変更内容を事前に考慮・反映し図-1 追加ボーリング位置たモデルとする必要がある．
A-A
そこで今回，「設計から施工までの一貫したモデル」の中で，地層ボーリング位置モデル及び土工形状モデルに着眼した．
一般的な地質調査（堰堤軸 3 本，堰堤下流 1 本）より地層モデルを作成し，地層に応じた床掘勾配設定による自動モデル化ツール（3Dボーリング掘削モデル作成「KUSSAKU_Kit」,川田テクノシステム(株)）を用いて土工形状モデルを作成した．
さらに，追加の地質調査として，砂防堰堤袖部の 5m 程度上流側で実施した（図-1）．その後，同様に地層モデル，土工形状モデルを作成した．
作成したモデルを比較した結果，追加の地質調査を反映した土工形
図-2 掘削影響範囲①（堰堤軸：A-A）
状モデル方が，掘削土量が大きいことが分かった．
その理由として，堰堤軸の断面では右岸袖部の比較的浅い箇所で岩B-B，上流側で実施した地質の追加調査で盤線を推定していたが（図-2）は堰堤軸よりも深い箇所で岩盤が確認された（図-3）．このような局追加
所的な地層の変化に起因して，床掘勾配の変更や切り直しといった変ボーリング位置更内容が発生するため，詳細な地質情報の面的な把握が必要である．
追加
ただし、地質調査の追加によって設計段階で詳細な地質状況を把握
ボーリングしても，施工段階において掘削箇所の端部で実際の地層と 3 次元モデルが異なっていれば、地層モデルを再作成する必要があり、施工時の手戻りの防止には寄与されない．
以上より，施工段階における手戻り防止と無人化施工に向けた一貫したモデルを作成するためには，掘削影響範囲を網羅した広範囲な地質情報の把握と，現場状況が異なっていた場合の対応が必要である．
図-3－ 271 －掘削影響範囲②（堰堤軸上流：B-B）

３． 土工モデルを作成するための課題に対する解決策の提案
複数の地層モデルを反映した 3 次元土工形状モデルを作成した結果より，詳細な地質情報の面的な把握と，現地の地質状況と地層モデルが異なっていた場合の対応が課題として明らかになった．これらの課題に対する解決策として，モデルを作成する段階で冗長性を持ったモデルの作成が重要であり，以下に「施工時の調整しろを考慮した床掘ルール」及び「地質情報の面的な把握に向けた地質調査方法」を提案する．
岩盤の風化を考慮し1：0.5 で自立できるよう施工時の調整しろを考慮した床掘ルール：床掘勾配の緩勾配化
調整しろを確保
通常，床掘勾配は「岩盤」の場合 1：0.3 としているが，地層の切り替わりが生じる段では 1 ランク落とした「砂礫」の床掘勾配である 1：0.6 にするな
ど，あらかじめ緩勾配に設定することにより，確実に床掘法面を自立させる．
また，推定岩盤線より深い岩盤の箇所においても，岩盤が花崗岩などの風化しやすい地質で 1：0.3 の勾配で自立しないと予想される場合は，床掘勾配の変更に対応できるよう，あらかじめ小段幅を広めに設定する．
（図-4）
地層の切替りが生じる段は
地質情報の面的な把握に向けた地質調査方法：弾性波探査の実施
床掘勾配を緩勾配に設定
砂防堰堤設計時の一般的な地質調査は，堰堤軸 3 本，堰堤下流 1 本，計 4 本
図-4 床掘勾配の緩勾配化のボーリング調査を実施するが，詳細な地質情報を面的に把握するためには，測線①広く浅い情報の取得が望ましい．
5m 程度
そのため，地質調査と弾性波探査の組み合わせを提案する．一般的なボーリング調査に加え，弾性波探査は床掘影響範囲を網羅するよう 4 測線で実施す 測線②る．
（図-5）これにより，追加の地質調査をせずに地質情報を面的に把握することができる．
また，3 次元土工形状モデルを作成して明らかになった課題と，その解決策や今後の検討の方向性について，調査・計画・設計・積算・施工の各段階に分けて整理し，施工業者へのヒアリング結果も記載した．
（表-1）
表-1

各段階における課題と解決策

測線③5m 程度◎:ボーリング―:弾性波探査測線④ ―:掘削影響線

図-5

地質調査提案位置

４． 今後の展望
本論文では，複数の地層を反映した土工形状モデルを作成した結果から明らかになった課題に対して，「施工時の調整しろを考慮した床掘ルール」と「地質情報の面的な把握に向けた地質調査方法」について提案した．さらに，今回明らかになった課題とその解決策や今後の検討の方向性について，調査から施工までの各段階で整理した．施工業者へのヒアリングによると，施工の実態としては，ICT 施工は基礎部かつ地質が均一で比較的広範囲であれば効率的であるが，法面の床掘は困難であり，床掘勾配の変更や切り直しが生じるとその都度モデルを作り直す必要がある．しかしながら，地質の情報が面的に事前に把握できていれば，床掘計画時のリスクを事前に想定できることから，地質を 3 次元化するメリットは大いにあり，BIM/CIM の活用は関係者間の情報共有，リスク共有に有効的なツールである．今後も積極的に 3 次元モデルを利用していくことで，少しでも課題解決を図り，調査から施工段階における品質向上や生産性向上に向けた取り組みを推進していく．
【参考文献】
1）上葛ら：砂防堰堤における 3 次元土工モデル，2020 年度砂防学会研究発表会概要集，R6-031
2）井上ら：砂防堰堤における 3 次元土工モデルの活用について，2021 年度砂防学会研究発表会概要集，R4-024－ 272 －