変わる首都圏の大ターミナル 図 1 ポータル JET 32 施工状況断面時 図 3 施工位置断面図 ( 第 4 乗降場 ) 仕様 形式: ターンテーブル式リバースサーキュレーションドリル 外寸:(H)1,800 (L)2,950 (W)2,052mm 削孔能力: 深度 50m 孔径 φ800~3,0

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1 変わる首都圏の大ターミナル 千葉駅 千葉駅改良 駅ビル建替工事における人工地盤杭の施工 孔壁防護併用場所打ち杭工法と超低空頭場所打ち杭工法 鉄建建設 千葉駅作業所所長稲生直樹 はじめに 当作業所では 2012 年 1 月より 千葉駅改良工事の人工地盤 ( 駅舎部 ) 基礎杭の施工を行ってきているが この本体工事に先立ち2011 年 2 月から2014 年 10 月まで千葉駅改良支障移転工事として高架橋部の工事桁架設や駅構内の施設撤去など長期にわたり本工事を施工している 本稿では 2015 年 5 月末までで 更地部を含み全 91 本中 81 本の施工が完了している上記大口径場所打ちコンクリート杭について述べる 大口径場所打ちコンクリート杭の施工にあたっての課題 きょうあい人工地盤を支える基礎杭の施工は 線路に近接した狭隘かつ低空頭の施工環境下で行なうことから 当初は施工実績の多い深礎杭工法で計画していた しかし 人力による施工であること および止水を目的とした薬液注入が必要になることから 工期 工事費が嵩むことが想定されたため 機械施工への工法変更を検討した 施工法は このような環境での施工が可能なリバース工法で検討を進めたが 大口径杭の掘削にあたっては次のような課題があった 課題 1: 既往の低空頭掘削機械では φ3,000mmの大口径杭の施工実績がなかった 課題 2: 千葉駅構内の表層部には 掘削中に孔壁崩壊の危険性がある盛土層や緩い砂層が存在するため 線路近接部の杭施工に対して孔壁防護の必要がある 課題 3: 高架橋構造の範囲では 梁 スラブ下での施工となり 空頭に制約を受ける 施工箇所によっては 既往の掘削機械では空頭が不足し 施工が困難なところがある 課題 1に対しては 従来の機械よりも回転トルクを向上させることで最大掘削径の拡大を図る ( 表 1) 課題 2に対し 表 1 従来掘削機との比較表 従来 TBH 機 (TBH 8) 超低空頭掘削機 (JET18) 最大掘削孔径 φ 2,000mm φ 3,000mm 機械高さ 4.4m 1.8m 回転速度 7.5rpm( 低速 ) 7.5rpm( 低速 ) トルク 18kN m 29.4kN m ては後述する孔壁防護併用場所打ち杭工法 課題 3に対しては超低空頭場所打ち杭工法の 2つの工法を開発することで対応した (1) 開発した杭工法の概要 1 孔壁防護併用場所打ち杭工法 ( 機械名称 : ポータル JET 32) について線路に近接して場所打ち杭を施工する際に 軌道への影響を防止するため これまでは薬液注入などの補助工法を杭の施工前に行ってきた しかし これらの補助工法は 列車運行のない夜間の短時間施工となり 工期の長期化 工事費の増大につながっていた そこで 安全性を確保しながら 工期短縮とコストダウンを実現するため 掘削と同時に孔壁防護を施工できる 孔壁防護併用場所打ち杭工法 を開発した 特長 軌道影響範囲( 地上より深度 8.5m 程度 )( 次頁図 1) に孔壁崩壊防止のライナープレートを掘削と同時に沈設させる機能を装備 また ライナープレート背面に裏込め材を満たしながら沈設することで孔壁の崩壊を防止する ライナープレート下端には 孔壁の凹凸に追従できる裏込め材漏れ防止用のシール材を設置 孔壁崩壊防護範囲( 次頁図 1) と以深との杭径の違いに対応可能な拡縮するビットを装備 空頭および幅の制約に対応したコンパクトな門型フレーム構造で 直径 3m 級の杭も ホーム上の小さな仮囲い内 (5m 8m 程度 ) で施工が可能 従来の掘削機に比べて小型化 掘削管理システムを標準搭載し 施工データを自動記録 従来 オペレータの感覚に頼っていた施工データ ( 掘削深度に対する貫入力 掘削速度 回転速度 回転トルク ) をモニター画面で数値化表示し ( 次頁図 2) 品質管理に利用 また 孔内水位管理システムとも連動可能 仕様 形式: トップドライブ式リバースサーキュレーションドリル 外寸:(H)3,200 (L)5,000 (W)2,200mm 削孔能力: 深度 50m 孔径 φ800~φ3,000mm 孔壁防護部掘削径 φ2,000~φ3,400mm 掘削機本体重量: 約 10tf リバースロッド :8 インチ L=1,500mm(120kgf/ 本 ) 52 Journal of Civil Engineering 土木施工 2015 Aug VOL.56 No.8

2 変わる首都圏の大ターミナル 図 1 ポータル JET 32 施工状況断面時 図 3 施工位置断面図 ( 第 4 乗降場 ) 仕様 形式: ターンテーブル式リバースサーキュレーションドリル 外寸:(H)1,800 (L)2,950 (W)2,052mm 削孔能力: 深度 50m 孔径 φ800~3,000mm 掘削機本体重量: 約 4tf リバースロッド : 専用ケリーロッド L=1,000mm(125kgf/ 本 ) 施工上の課題と対策 対応 図 2 掘削管理システムモニター画面 2 超低空頭場所打ち杭工法 ( 機械名称 : コンパクトリバース JET 18) について従来 ホーム上で場所打ち杭を施工する場合 ホーム上に仮囲いを設置して その中に杭打ち機を配置し施工を行ってきた そのため 既往の杭打ち機では 機械寸法が大きく 設置する仮囲いが大きくなり 駅利用者への負担となっていた そこで 求められる大口径の施工が可能な能力を保有しながらも 軽量で小型の 超低空頭場所打ち杭工法 を開発した ( 図 3) 特長 ホーム下 ホーム上の階段下などの狭隘な場所でも 空頭 2.0m 幅 4.0mの施工空間があれば φ800~ 3,000mmの杭掘削が可能 小型軽量につき搬入が容易で 自走も可能 ターンテーブル方式による駆動 専用ケリーロッドの採用といった工夫により 従来機と同等の作業性を実現 掘削管理システムを標準搭載し 回転トルクなどの施工データを常時測定して数値化することで定量的なオペレートができ より高い品質確保が可能 (1) 支持層の確認千葉駅周辺の地盤は 支持層の高低差が激しく 設計時のボーリング調査だけでは杭先端が確実に支持層に届いているかどうかの不安があった 掘削時にビット先端部が支持層に貫入した時点で掘削機の回転トルクが上昇して支持層を確認できると思われたが 試験杭施工時には顕著なトルク値の変化は認められなかった このため杭施工と並行してボーリング調査を実施し 実施設計時の杭底を必要に応じて変更しながら施工を行った この結果 杭長が最大約 10m 長くなる箇所もあった (2) 支障物対策杭施工箇所においては 口元管施工時にH 鋼やグラウンドアンカー 古レール コンクリート基礎 ガラなど 千葉駅の歴史に由来すると思われる想定外の支障物が多数出現している ( 写真 1) 写真 1 支障物 (H 鋼 ) 千葉駅改良 駅ビル建替工事における人工地盤杭の施工 孔壁防護併用場所打ち杭工法と超低空頭場所打ち杭工法 53

3 事前探査が可能な箇所については 磁気探査等を用いて金属系の支障物の有無を推定し また残置杭については IT 試験 (Integrity Test) ( ) を用いて その延長を推定した その結果から口元管長 止水薬注範囲を変更し 人力掘削により支障物の撤去を行っている 一部の支障 H 鋼 (L=5m) については薬液注入用の削孔機を用いて H 鋼周辺の土を緩め 油圧ジャッキ (10t 4 台 ) を用いて引き抜きを行い口元管長および薬液注入量の増加を抑止した また 想定外支障物の多発による工期増大分を吸収するため 以下のような取組みを行い 工程への影響を最小限に食い止めるよう取り組んでいる 1 口元管掘削残土のバキューム車による吸引支障物の撤去に伴い杭施工前に行う口元管の深さが著しく増大した 当初 口元管掘削残土は夜間の線路閉鎖時間内に軌陸車等を使用して駅構内から搬出する計画であった しかし 夜間の限られた時間内だけでの搬出では工程が延びてしまうため 昼間にも残土の搬出ができる方法として 加水により残土を流動化させ配管を利用した超高圧バキューム車による残土搬出方法を提案し実施した この方法により 口元管の昼夜施工が可能となり工程の促進を図っている 2 鉄筋かごの短尺化杭鉄筋等の資機材の投入は 人工地盤上に設置した 150tクローラークレーンを使用することを基本としている ( 写真 2) このため支障物等により杭の施工が遅れると人工地盤の施工が遅れさらに杭の施工が遅れるという悪循環に 写真 3 短尺化した鉄筋かごのコンコースからの搬入の様子や西口に比べ少ないことから 夜間に 360t 大型クレーンを設置して杭鉄筋の投入を行い 杭の施工を計画して準備を進めている 施工実績 (1) 孔壁防護併用場所打ち杭工法盛土上のホーム部で杭径 φ3,000mm 杭長 23.7m 26.7mの杭を 2 本施工した ( 図 4 次頁図 5 次頁写真 4) 1 準備工ホームには線路直角方向 5.0m 線路方向 8.0mの仮囲いを設置し 大型クレーンにより掘削機を投入して設置した 口元管として 拡縮ビットおよび沈設するライナープレートを設置するために φ3.6mのライナープレートを 3.5mの深さまで事前に設置した 写真 2 人工地盤上の 150t クレーンによる鉄筋かご建て込みの様子 陥ってしまう そこでクレーンに頼らずに杭施工を進める方法として 最も重い鉄筋かごを短尺化してフォークリフトや軌陸車で運搬できるようにして杭の施工を進めることを一部の箇所で行い 工程遅延の回避を図っている ( 写真 3) 3 千葉駅北口ロータリーを利用した杭施工千葉駅北口ロータリーは比較的広く また交通量も東口 ( ) ハンマーにより杭頭部を軽打し 発生した微小ひずみ弾性波の反射性状を杭頭部に設置した加速度計により杭長を測定する非破壊検査 ト 図 4 工法模式図 2 孔壁防護沈設工孔壁の防護はφ3.2mのライナープレート ( 防護管 ) を 孔壁崩壊の危険性が高い口元管下端から 5.0m 範囲 ( 地表面からは 8.5m 前掲図 1) に φ3.4mの掘削と同時に沈設した 防護管の組立ては掘削と同時に人力で順次積み上げて行い 支持構造は門型フレームから吊り下げ 沈設する形式とした 54 Journal of Civil Engineering 土木施工 2015 Aug VOL.56 No.8

4 変わる首都圏の大ターミナル 図 5 孔壁防護併用場所打ち工法の施工フロー図 の軌道への影響を把握するために リンク型変位計を設置し 軌道の高低と通りを常時計測した 変位はほとんど発生せず 軌道へ影響をおよぼすことなく施工できた (2) 超低空頭場所打ち杭工法ホーム部およびコンコース階で杭径 φ1,800~ φ 3,000mm 杭長 20.3~33.8mの杭を53 本施工した ( 図 6 7 次頁写真 5) 1 準備工ホームでは基本寸法として線路直角方向 3.4m 線路方向 6.5mの仮囲いを コンコースでは現地の形状に合わせた仮囲いを設置し 大型クレーン (500tトラッククレーンおよび 150tクローラークレーン ) またはフォークリフトを使用して掘削機を投入 運搬して設置した また 口元管として 掘削ビット投入のための φ3.2mのライナープレートを 3.5mの深さまで事前に設置した ただし支障物の調査 撤去が必要な箇所は最大 18.5mの深さまでライナープレートを設置した 写真 4 施工時の様子 図 6 工法模式図 沈設のために掘削孔壁面との間に数十 mm 程度の隙間を設けており この隙間には粘土系の裏込め材を満たすことにした 裏込め材には 比重 1.13 程度 30 時間程度の流動性を確保できる材料を採用し 防護管下端部に材料の流出を防ぐためのシール材を設置している 掘削時における 掘削ビットとの接触による防護管の損傷や 先行過掘りを防止するために 防護管下端と掘削ビットとの離隔を0.2~0.3m 以内に収まるように高さを管理した 防護管の組立てにより掘削を妨げることなく 1リングあたり最短で9 分 平均 17 分で組み立てる結果となった 掘削速度は 防護管沈設区間では平均 12.5mm/ 分 (40 分 / 防護管 1 段 ) であった 3 掘削工防護管沈設完了後 掘削ビットを φ3,400mmから杭設計径のφ3,000mmに縮径し 所定の深度まで掘削を行った 掘削速度は 平均 11.6mm/ 分であった 掘削作業は昼夜関係なく 列車運行時間帯においても行った また 掘削中 図 7 超低頭場所打ち杭工法の施工フロー図 2 掘削工掘削時は 掘削管理システムのオペレータ確認用モニターと 外部確認用モニターにより常に監視し リアルタイムで表示される貫入力 掘削速度 回転速度および回転トルクを把握しながら施工した これらのデータと土質柱状図を比較 千葉駅改良 駅ビル建替工事における人工地盤杭の施工 孔壁防護併用場所打ち杭工法と超低空頭場所打ち杭工法 55

5 図 8 掘削ビットの改良 写真 5 施工時の様子し 照らし合わせることで 適切な掘削速度と回転速度を選定することが可能になり 孔壁を崩壊することなく作業を行うことができた 掘削作業はポータル JET 32の施工と同様 列車運行時間帯においても行い リンク型変位計によって軌道の高低と通りを常時計測 変位の発生はほとんど無く軌道への影響がないことを確認した ( 写真 6) 掘削速度は11.6mm/ 分から16.0mm/ 分に向上した 掘削孔の大きな整正が不要となり 掘削時間が短縮できた これらの改良によって孔曲がりがなくなったことで コンクリートの打設量が設計量に対して約 35~45% 増であったのが 約 5~10% 増に減少し ほぼ想定内のロス率に収めることができた ( 大口径ボーリング協会積算資料では φ2,000mmの杭で10% のロス率を見込んでいる ) 4 孔内水位の管理方法場所打ち杭工法は 杭孔内に満たした掘削水による水圧を孔壁に作用させて孔の崩壊を防ぐ工法であるため 掘削水位の管理が重要となる 従来は孔内水位が基準値に対して ±500~1,000mm 程度変動することがあったが 今回 孔内水位監視システムを導入することで 孔内水位を基準値に対し ±100~200mmの範囲で制御し安定を保つことができた ( 図 9) また 計器 ポンプなどのバックアップ機能 自動警報発信機能を装備することで異常時の対応にも備えた 写真 6 線路に近接した箇所における昼夜での杭掘削 3 掘削ビットの改良前述の施工に先立って 軌道と離れた箇所 ( 更地部 ) で施工を行った際 地層境の傾斜などが影響した孔曲がりが確認されたため 掘削ビットなどの改良を行っている 改良では スタビライザー 掘削ビット外周リングのリングスタビ 先端部の先行ビット ウェイトロッドを追加した 改良の結果 先行ビットが掘削底の地盤に食い込んでビット中心のブレが スタビライザーとリングスタビが孔壁に接触することで孔曲がりがそれぞれ抑制され 地層境の傾斜部においても大きな傾きがなく施工できた さらに 掘削ビット付近の重量増加による低重心化 リングスタビなどの孔壁との接触により 振動 揺れを低減することができた ( 図 8) 先端部の重量増に伴う抵抗力の増加によって 回転トルクは12.5kN.mから16.0kN.mに上昇したものの 回転速度は5~7 回転 / 分を保持し ロッドの回転が安定したことから おわりに 図 9 孔内水位管理システム構成図 本工事は 駅構内において お客さまの通行や列車の運行を妨げることなく 狭隘な箇所での施工を行う必要があり また 想定外支障物が非常に多く出現しているが 本稿で述べたようなさまざまな工夫 対策を関係者一丸となって実施し 安全で高品質な施工を行っている 2015 年 8 月までに全ての杭の施工が完了する予定であり 引き続き 安全第一で施工に取り組んでいく 56 Journal of Civil Engineering 土木施工 2015 Aug VOL.56 No.8

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