休憩も交替も無人で、24時間ノンストップ。鹿島、ダム基礎処理工の自動化技術を開発し成瀬ダムに実適用、施工量50%向上・人員最大70%削減

鹿島は、ダム基礎処理工におけるボーリングおよびグラウチング作業を自動化する基礎処理自動化技術を開発した。

本技術は、ボーリングロッドの脱着を含む一連の削孔作業を自動化する「自動ボーリングマシン」と、セメントミルクの配合決定から注入、洗浄までのグラウチング作業を自動化する「自動グラウチングシステム」で構成される。

技能者の休憩・交替時間も無人で作業を継続できるため、24時間連続施工が実現可能だ。

秋田県で施工中の成瀬ダム堤体打設工事における基礎処理工の一部に適用して効果を検証した結果、従来工法と比べて日当たり施工量を50%向上、基礎処理工の1サイクルに係る人員を最大70%削減できることを確認し、生産性向上と省人化を実現した。

作業を止められないダム基礎処理。残業規制で施工時間が短縮

ボーリングおよびグラウチング作業は、岩盤を介した漏水の抑制や基礎地盤の補強を通じて、ダムの貯水機能と堤体の安全性を確保する重要な工程だ。

2024年4月からの時間外労働時間の上限規制適用に伴い、昼夜二交替制勤務の稼働時間は、最大22時間から16時間（1方当たり8時間）へ短縮された。

ダム基礎処理工は、ボーリングとグラウチング作業を繰り返しながら施工を進めるが、いずれの作業も中断することは困難だ。

ボーリング作業の中断は削孔した孔壁の崩壊リスクを高め、グラウチング作業の中断はセメントミルクの固化により、十分な改良効果が得られないなどの品質トラブルの原因となる。

また、グラウチング作業では注入時間が5〜6時間に及ぶ場合もあり、その間、手動でセメントミルクの濃度を段階的に高配合へ切り替える必要がある。

このため昼夜二交替制勤務では、作業が休憩・交替時間にかからないよう開始時刻を調整する必要があり、長時間連続して施工できる時間帯が限られることから、施工効率が低下し、日当たり施工量が減少していた。

さらに、深刻化する担い手不足への対応に加え、監査廊内などの狭隘な空間における技能者の作業負荷が大きいことも課題となっていた。

削孔を自動化する「自動ボーリングマシン」と、注入を自動化する「自動グラウチングシステム」

本技術は、ボーリングおよびグラウチング作業を自動化し、無人施工を実現するものだ。

このうち自動ボーリングマシンは、ボーリングロッドの脱着を含む一連の削孔作業を自動化するもので、熟練技能者と同等以上の削孔速度を確保している。

一方の自動グラウチングシステムは、水押し試験からセメントミルクの配合決定・製造・注入指示、注入時の運転管理、注入後のプラントおよび配管の洗浄までの一連作業を自動化する。


管理室、中央プラント、セメントミルクの濃度を任意配合する原液希釈装置を備えた自動グラウチング用注入プラント、パッカー装置で構成される。

なお、ボーリング・グラウチングのいずれの作業でも、異常を検知した際は、設備の自動停止や現場関係者への自動アラートが可能だ。

1サイクル約15時間を連続施工。複数箇所の同時施工も可能に

ボーリング・グラウチング作業において、1ステージの施工には、準備・片付けを含めた1サイクルに約15時間を要する。

本技術により、昼夜二交替制勤務における休憩・交替時間も無人で作業を継続できるため、24時間連続施工を実現できる。

これにより、従来工法と比べて日当たり施工量を50%向上、1サイクルに係る技能者数を最大70%削減できる。

さらに、無人施工の実現により、複数箇所での同時施工も可能だ。

今回、本技術を成瀬ダムのカーテングラウチングおよび補助カーテングラウチングの一部に適用し、ボーリング・グラウチングの一連作業を中断することなく1ステージを施工できることを実証した。

その結果、施工効率の向上と大幅な省人化を実現している。

なお、グラウチング作業では、自動グラウチングシステムを延長5,500m以上の岩盤改良に適用し、累計1,000回以上の自動注入を行った。