Microsoft Word - 泥土圧式ミニ工法説明書 doc

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しまなおおはし
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1 泥土圧式ミニシールド工法工法説明書 2017 年 4 月ミニシールド工法研究会

2 はじめにミニシールド工法は英国より導入した技術をその独創的な考え方を活かしながら我が国の実状に合う様に改良した三等分割のミニシールド工法用鉄筋コンクリートセグメントを使用する小口径シールド工法であるセグメントは平成 4 年に日本下水道協会規格下水道ミニシールド工法用鉄筋コンクリートセグメント (JSWAS A-7) として認定 ( 平成 17 年 4 月 1 日改正 ) されているこの資料では現在ほとんどの施工実績となっている密閉型泥土圧式ミニシールド工法の概要特長基本事項日進量及び設備等について説明する仕様対象口径 : 仕上り内径 1,000mm ~ 2,000mm施工延長 : 理論的に制限はないが標準施工延長を1500mまでとし 1500m 以上の施工延長については日進量その他設備を別途検討する曲線施工 : R 10mに対応縦曲線施工 : RCセグメントを使用する場合の曲率半径は400m 以上としそれ未満の場合は別途検討を行うセグメント : ミニシールド工法用鉄筋コンクリートセグメント (R 60m) 鋼製セグメント (R<60m) 二次覆工 : ミニシールド工法用鉄筋コンクリートセグメント部は無し鋼製セグメント部は内面をポリマーモルタルで仕上げる概要まずシールド機のフード部 ( 切羽面 ) とガーター部の間に隔壁を設けて前部を削土室としカッターを回転させて切削した土砂にカッターヘッド前方よりで添加材を加える切削土砂と添加材を混合撹拌して塑性流動化させ削土室に充満した不透水性を有する泥土の土圧により切羽土圧及び地下水圧に対抗して切羽の安定を図るこの状態を維持しシールド機の推進と排土のバランスをとり掘進する掘削された土砂は密閉土砂スキップに取込み坑外に搬出し処分する次にセグメントを搬入して組み立てる組み立てたセグメントにシールドジャッキを押しあてシールド機スキンプレート裏込シールセグメントと既設裏込層の隙間 ( テールクリアランス ) に裏込材を充填する充填完了後直ちに掘削作業に入る掘進中は充填した裏込材をスキンプレート厚の空隙に逐次充填させる押し出し機構により地山をみださずに短時間で密実で品質のよい裏込層を形成するこれにより地盤沈下を防止することができる (P.9 参照 ) シールド貫通後セグメントの目地注入孔及び緊結孔にエポキシ樹脂系コーキング材及びモルタルをコーキングしてトンネルは完成する 1

3 特長 1) 短工期低コストであるミニシールド工法用鉄筋コンクリートセグメント ( 以下 RCセグメントという ) は二次覆工を必要としないので工期短縮とコスト低減が計れる 2) 広範囲の土質への対応性がある軟弱土粘性土シルト砂質土砂礫層玉石混り土岩盤及びこれらの互層など広範囲な土質地盤に対して適切なシールド機の面板形状や添加材の種類濃度及び量を選定することにより対応可能である 3) 急曲線施工が可能である曲線半径 10mの急曲線に対応できる 4) 長距離施工が可能である 1スパン延長 1,000m 以上の長距離施工に対応できる 5) カッタービットの交換がシールド機内から可能である岩盤や砂礫土層での掘削で発生するカッタービットの交換がシールド機内から行えるためビット交換用立坑を必要としない 6) 確実な裏込シールド機テール内で裏込材を充填し裏込ジャッキで押し出し保持することにより耐水性に富んだ確実かつ密実な裏込層が形成される 7) 地盤改良区間が少ない通常は発進部と到達部を除けば地盤改良を必要としない 8) 地表面沈下を最小限に抑えられる切羽の安定を図り確実な裏込層の形成が可能であることから地表面沈下を最小限に抑えられる 9) 汚水管路における腐食対策に対応工場でのセグメント製造時にコンクリート用抗菌剤であるゼオマイティを添加することでミニシールド工法用抗菌セグメント ( 日本下水道協会 Ⅱ 類認定資機材 ) を提供できます抗菌コンクリートは腐食環境条件 Ⅲ 種 ( 平均硫化水素ガス濃度 10ppm 未満 ) の管路施設に対する主な腐食対策の一つに挙げられています ( 参考 : 下水道管路施設ストックマネジメントの手引き,2016, 日本下水道協会 ) 2

4 基本事項 1) 仕上り内径とシールド機表 1 R 20m 用普通土対応仕様 [ 参考 ] 項目単位仕上り内径 ( mm ) 1,000 1,100 1,200 1,350 1,500 1,650 1,800 2,000 シールト機外径mm 1,334 1,454 1,554 1,744 1,950 2,140 2,310 2,610 スキンフレート厚mm テールクリアランスmm シールトシャッキ kn 本中折れジャッキ kn 本推進ジャッキ kn 本スクリュ - コンヘア径mm シールト機長mm 8,800 9,000 8,900 9,700 10,100 10,200 10,000 10,000 総質量 t 最大フロック長 ( 立坑投入時 ) 最大フロック質量 ( 立坑投入時 ) 最大フロック長 ( 到達引上げ時 ) mm 3,800 3,800 4,000 3,800 4,300 4,500 4,400 4,500 t mm 2,800 2,800 2,900 3,000 3,600 3,600 3,600 3,600 最大フロック質量 ( 到達引上げ時 ) t 注 1. 普通土対応の標準仕様とするが, 変更する場合もある 2. 砂礫土, 硬質土及び岩盤対応については, 別途仕様変更となる 3

5 表 2 R<20m 用普通土対応仕様 [ 参考 ] 項目単位仕上り内径 ( mm ) 1,000 1,100 1,200 1,350 1,500 1,650 1,800 2,000 シールト機外径mm 1,374 1,494 1,594 1,774 1,980 2,180 2,350 2,620 スキンフレート厚mm テールクリアランスmm シールトシャッキ kn 本中折れジャッキ kn 本推進ジャッキ kn 本スクリュ - コンヘア径mm シールト機長mm 8,600 8,900 8,800 9,300 9,700 10,200 10,000 10,000 総質量 t 最大フロック長 ( 立坑投入時 ) 最大フロック質量 ( 立坑投入時 ) 最大フロック長 ( 到達引上げ時 ) 最大フロック質量 ( 到達引上げ時 ) mm 3,700 3,700 3,800 3,700 4,400 4,500 4,400 4,500 t mm 2,800 2,900 3,000 3,000 3,600 3,700 3,600 3,600 t 注 1. 普通土対応の標準仕様とするが, 変更する場合もある 2. 砂礫土, 硬質土及び岩盤対応については, 別途仕様変更となる 4

6 2) セグメント組立シールド機の本体内でのセグメントの組立はセグメント運搬車に装備されたエレクターを用いて行う組立手順はまずセグメントの最初のピースをインバートセグメントとしてシールド機の内側においた台木に据え付ける ( 組立 1) 次に2ピース目のセグメントの継手の一方をインバートセグメントに突き合わせてから反対側をおこしシールド機内側に立てかけ保持金具を取り付ける ( 組立 2) 上部注入孔側部注入孔側部注入孔底部注入孔図 1 セグメント断面図最後に3ピース目のセグメントを拝み合わせるように閉合させる ( 組立 3) また組立直後のセグメントリングは不安定なためセグメント継手間を緊結金具で仮留めをし ( 組立 4) その後シールドジャッキを伸ばして推進し既設のセグメントに密着させるトンネル軸方向の目地は通し目地とせずに10~15cm程度ずらした千鳥組とするセグメントエレクターシールド本体エレクターセグメント保持台木組立 1 組立 2 拝み合わせる緊結金具組立 3 組立 4 図 2 エレクター付きセグメント運搬車及びセグメント組立 5

7 3) 添加材添加材とは土に塑性流動性と不透水性を与えるもので水粘土増粘剤高分子系増粘剤等からなっている添加材の働きは掘削土砂に添加材の中の微細粒子を追加することにより不透水性と塑性流動性をもたせることである一般に砂砂礫などはマトリックス分が不足しているため微細粒子で構成されている添加材を注入し掘削土砂と撹拌混合することにより土砂の粒度分布を変化させ不透水性の泥土とするまた内部摩擦角の大きい土質には添加材を注入することにより粘性を有した微細粒子が土粒子同士の直接接触状態を軽減し内部摩擦角を小さくすることによって塑性流動性を有する泥土に変換するものである添加材の濃度使用量は土質施工条件等を検討して定める ( 添加材注入模式図 ) 土粒子地山土粒子水吸着水砂礫粘土吸着水自由水自由水添加材自由水粘土分(20% 以下 ) 水粘土分掘削混練掘削土砂土粒子土粒子水自由水粘土分 (20% 以上 ) 図 3 添加材注入模式図 6

8 4) 掘削土砂搬出掘削された土砂は以下の経路により坑外に搬出されるスクリューコンベアスクリューフィーダー密閉型土砂スキップ土砂ピット吸引管気流式土砂積込装置 (ACC ユニット ) 図 4 施工概要図 7

9 5) 裏込注入 1 裏込材の配合は次の通りとする水圧 (MPa) 表 3 可塑性裏込材標準配合表 ( 非エア系 ) 1m 3 当り硬化材 (kg) 助材 (kg) A 液安定剤 (kg) 水 (kg) B 液特殊水ガラス (L) 1 時間後強度 (N/mm 2 ) 0.00 以上 0.08 未満以上 0.12 未満以上 0.15 未満以上 0.20 未満水圧 (MPa) 0.00 以上 0.08 未満硬化材 (kg) 表 4 可塑性裏込材標準配合表 ( エア系 ) 1m 3 当り助材 (kg) 起泡剤 (kg) A 液安定剤 (kg) 水 (kg) 710 空気量 (L) B 液特殊水ガラス (L) 1 時間後強度 (N/mm 2 ) 以上 0.12 未満以上 0.15 未満以上 0.20 未満注 1. 地下水圧が 0.20MPa 以上の場合は別途考慮する 2 裏込注入設備イメージ助材硬化材裏込め注入プラント起泡剤安定剤水計量器計量器計量器計量器計量器調泥層モルタルミキサ P アジテータホッパ特殊水ガラスグラウトポンプ凝結調整ユニットミキシングノズル注入孔へ図 5 裏込注入設備イメージ図 8

10 裏込注入機構 1 セグメント組立シールドジャッキを戻しセグメントを組み立てるシールド機テールプレートスライドシール既設裏込め層裏込めジャッキシールドジャッキ注入孔セグメント 2 スライドシールの引き戻しシールドジャッキを伸ばし組み立てたセグメントを保持しスライドシールを引き戻す 3 裏込め材注入シールド機テールプレートスライドシール既設裏込め層およびセグメントに囲まれた空洞に裏込め材をセグメントの注入孔から注入する裏込め材 ( 立坑より圧送 ) 4 シールド機の前進シールドジャッキを伸ばしシールド機を前進させる同時に裏込めジャッキを伸ばし注入した裏込め材をシールド機テール外へ押し出す 5 裏込め材の保持 1 リング分の掘進終了後も裏込め材を保持する図 6 裏込注入フロー図 9

11 日進量 ( 一次覆工 ) 掘進裏込め押出し裏込め注入セグメント組立図 7 作業サイクル一次覆工は上記サイクルにて進められ工事は通常 2 交替制で行われる直線区間初期到達掘進区間の日進量は次による仕上り内径 (mm) 表 5 日進量 (m/ 日 ) 直線区間初期掘進区間到達掘進区間 1, (5.6) 3.5 (2.8) 3.5 (2.8) 1, (5.6) 3.5 (2.8) 3.5 (2.8) 1, (5.6) 3.5 (2.8) 3.5 (2.8) 1, (5.6) 3.5 (2.8) 3.5 (2.8) 1, (5.9) 3.8 (3.0) 3.8 (3.0) 1, (5.9) 3.8 (3.0) 3.8 (3.0) 1, (5.9) 3.8 (3.0) 3.8 (3.0) 2, (5.9) 3.8 (3.0) 3.8 (3.0) 注本表の日進量は砂粘性土層区間及び掘削断面に出現する推定最大礫の長径がスクリューコンベア径の 2/3 以下の砂礫土層区間に適用するなお ( ) 内の日進量は掘削断面に出現する推定最大礫の長径がスクリューコンベア径の 2/3~4/3 で含有率が 5% 以下の砂礫土層区間に適用するものとしこれ以上の礫が出現する場合には別途検討する曲線区間の日進量は次式による Lc=Ls a Lc: 曲線区間の日進量 (m/ 日 ) Ls: 直線区間の日進量 (m/ 日 ) a: 係数表 6 曲線区間の係数曲率半径 30 以上 60 以上 100 以上 150 以上 200 以上 (m) 30 未満 60 未満 100 未満 150 未満 200 未満係数 (a)

12 立坑立坑サイズは立地条件によって異なるが以下の条件を考慮して決定するイ ) シールド機を据付けて発進できるスペースロ ) 材料土砂運搬用作業車の待機スペースハ ) 開口部位置寸法の関係 ( 開口部幅はトンネル内径 +1.0mを最小寸法とする ) ニ ) 立坑周辺の環境保全 ( 工事公害の防止 ) 等ホ ) 仮設階段等作業者の昇降設備 A 型 B 型 a a 幅 : W トラバーサートラバーサー幅 : W トラバーサートラバーサー長さ : L 長さ : L 図 8 発進立坑標準図仕上り内径 ( mm ) 表 7 A 型長さ幅 (m) 立坑標準寸法発進立坑 B 型長さ幅 (m) a (m) 1,000 1,100 1, ( ) ( ) ( ) , , , , , 注立坑寸法は内寸法である ( ) 内は急曲線 (R<60m) を含む場合 a: 土留壁内面より管路中心線までの距離 11

13 矩形円形立坑寸法シールド機 D j i B シールド機到達坑口 i j 約 300 約 300 a b f b a L 図 9 到達立坑標準図表 8 立坑標準寸法到達立坑仕上り内径 ( mm ) 矩形長さ幅 (m) 坑口有り円形 (m) 簡易坑口有り又は坑口無し 1, , ( ) 4.1 (4.2) 3.7 (3.8) 1, ( ) 4.3 (4.4) 3.8 (3.9) 1, , , ( ) 5.2 (5.4) 4.7 (4.8) 1, 注 4.9 2, (5.0) 立坑寸法は内寸法である到達坑口工の区別は土質及び地下水圧により決定する簡易型坑口の使用は地下水圧 0.05MPa 未満を目安とし土質条件と併せて考慮する ( ) 内は急曲線 (R<20m) を含む場合 12

14 資材の搬入土砂の搬出等は付属台車にて行うミニシールド工法では付属台車の待機が発進立坑内で行われるため立坑内での入れ替え作業が必要である付属台車の入れ替えは電動トラバーサー (2 基 ) を用いて行われる昇降階段土砂スキップ 1 トラバーサー機関車セグメント運搬車トラバーサー土砂スキップ 2 A 型立坑セグメント運搬車トラバーサー機関車土砂スキップ 1 トラバーサー土砂スキップ 2 昇降階段 B 型立坑図 10 施工時付属台車配置図 ( 発進立坑 ) 13

15 シールド機据付発進工シールド機の据付発進方法は分割発進方式を標準としているシールド機は3 分割にて立坑下に降ろしシールド機前部を発進架台に設置する次にシールド機前後部 ( 中間部及び後部 ) を仮配管仮配線にて接続し稼働可能状態にするシールド機前部の発進は前部及び中間部に推進装置が配置されていないので油圧ジャッキにて行うシールド機前部及び中間部の発進完了後シールド機後部との接続を行いシールド機後部の仮発進を行うシールド機前部制御盤制御盤制御盤シールド機後部油圧装置制御盤図 11 シールド機前部仮発進状況制御盤制御盤シールド機前部シールド機後部制御盤制御盤図 12 シールド機後部仮発進状況 14

16 発進基地図 13 泥土圧式ミニシールド工法発進基地参考図発進基地面積は500m2程度を目安とし, 環境条件や仕上り内径によって施工性を踏まえ検討するまた, 設備を階層式にすることで必要面積を少なくすることが可能である 15

17 補助工法 1. 発進到達の最小改良範囲 (1) 鏡部発進到達部の切羽が自立しない場合の薬液注入工法での最小改良範囲を示す D H2 D H1 L 縦断図図 14 B D B 鏡部横断面発進到達鏡部最小改良範囲表 9 最小改良範囲 ( 鏡部 )(m) 仕上り内径 (mm) 1,000~1,500 1,650~2,000 B H H L 注 -1 Lの値は切羽開放時の最小改良範囲である 16

18 (2) 受入れ挿入部 1) 発進防護部改良範囲地下水の影響が懸念される箇所では裏込充填によりセグメントでシールができるようにシールド機長 +2.0mの改良範囲を行うものとする D H2 D H1 鏡部挿入部シールド機長 2.0m B D B 図 15 発進防護設計モデル 2) 到達防護部改良範囲シールド機周辺の地山は機械堀で乱された状態になっておりこの部分を伝うテールからの湧水が問題となるケースでは裏込充填によりセグメントでシールができるようにシールド機長 + 3.0mの改良範囲を行うものとする D H2 D H1 鏡部受入部シールド機長 3.0m B D B 図 16 到達防護設計モデル表 10 最小改良範囲 ( 挿入部受入部 )(m) 仕上り内径 (mm) 1,000~1,500 1,650~2,000 B H H

19 2. ビット交換部 ( 機内交換 ) カッタービット機内交換は切羽土圧を開放し行うため自立しない地山および地下水下における交換作業時には補助工法が必要となる (1) 一次覆工準備作業 1 シ - ルド機を所定の位置まで掘進 (1 リング押し切り状態 ) ~ 2 推進ジャッキを引き戻し交換作業スペースを確保するビット交換作業開始図 17 ビット交換時推進サイクル (2) ビット交換部改良範囲改良範囲はシールド機前面およびカッターヘッド周囲の自立およびシールド機周囲を伝わる湧水の止水が可能な断面とする図 18 ビット交換部設計モデル設計断面計算方法 L1( 切羽全面 ) L3( 作業部 ) : 鏡部に準拠 L2( 挿入部 ) : 受入部に準拠ただし L2: 注入効果が発揮される品質を確保するための複列の注入が可能になる厚みが確保される範囲 =1.5m L3: 作業部 =( カッターヘッド長 )+( 推進ジャッキ引戻し長 ) +( 施工余裕施工余裕 =1リング長 ) とし改良は繰り返し充填が可能な二重管ダブルパッカー工法を標準とする 18

20 線形 1. 最小直線長 (1) 発進部最小直線長路線条件により発進直後に曲線施工が必要となる場合必要直線長は下記により決定する曲線施工はシールド掘進機による余掘りおよびシールドジャッキの推力を推進方向曲線方向の分力とすることにより行われるが曲線方向分力は地盤反力により支持される後胴部地盤反力前胴部地盤反力発進立坑ジャッキ推力推進方向分力図 19 曲線施工モデル図泥土圧式ミニシールド工法ではこの地盤反力を考慮する長さをシールド機長の 1/2 としているがシールド機が安定した推進を行うためにはシールド機後胴部にも前胴部同等の地盤反力が働いている事が必要となる従って発進部最小直線長はシールド機長の半分を確保することにより可能となるしかし立坑周囲の地山はゆるんでいたり水みちがついていたりする場合があり定常の地盤状態に比べて切羽が崩壊しやすいまた立坑周囲の地盤のゆるみや掘進機の重量の支持条件がアンバランスになりやすいため掘進機が地山に入るまでは直線区間を確保することが望ましい表 11 発進部最小直線長 ( 基本 ) 直線長シールド機長最小直線長シールド機長 1/2 19

21 (2) 到達部最小直線長到達方式にはシールド機を到達立坑内まで推進し分割搬出する方法と立坑で推進を完了し残置する2 方式となる曲線施工方法は発進部と同様であるがシールド機を残置する方式では定常の地盤状態での推進となるため到達区間に直線区間を必要としないが分割搬出時は発進部同等の直線区間を確保する必要がある表 12 到達部最小直線長 ( 搬出時 ) ( 基本 ) 直線長シールド機長最小直線長シールド機長 1/2 (3)S 字間最小直線長曲線施工などのシールド機制御は中折れジャッキ操作により行われるが曲線の入口および出口ではその操作が頻繁となるこのため曲線施工終了後一度シールド機を直線状態に戻すことが施工的には望ましいが最小必要直線長は下記により決定する曲線施工時の余掘りは, 曲線区間長および, 曲線前後におけるシールド機が中折れする胴体の最も長い胴体長による直線区間にて行われるシールド機長 1/2 シールド機長 1/2 図 20 余掘り区間モデル図また, 曲線施工に必要な支持力を得るため, 曲線前後にシールド機長の1/2が必要となる ( 発進部最小直線長参照 ) ことより,S 字施工時の必要直線長はシールド機長 1/2+ 中折れ最大胴体長を確保するものとする表 13 S 字間最小直線長 ( 基本 ) 直線長シールド機長最小直線長シールド機長 1/2 + 中折れ最大胴体長 20

22 2. 最小土被り一般にシールドの必要最小土被りは1.0D~1.5D( 掘削機外径 ) といわれているがこの値は一般のシールド掘進機外径が仕上り内径 φ1500mmにて2.234mmであることより必要土被りは2.3~3.4 m 必要となることを示しているトンネル標準示方書では小土被り施工について小土被り部を施工する場合には特に切羽圧力管理や裏込注入管理を十分に行い地表面や地下埋設物等への影響を極力小さくしなければならないまた必要に応じて補助工法を採用する等の措置を講じなければならないとあるミニシールド工法の場合シールドと比較し対象とする口径は小さく必要最小土被りを1.0D~ 1.5Dとするとφ1000mmにて1.4~2.0mとなるこの値は薬液注入を施工するに当たり必要な最小土被り2.0m( 必要最低改良高さ2.0mとした場合 ) 以下の数値となり補助工法による地山の防護が不可能な土被りであると判断される従ってミニシールド工法での施工における最小土被りの決定には対象とする土質により異なるが下記の土被りを最小土被りと考える最小土被りは, 原則としてシールド機外径の 1.0 倍以上とするが, 仕上り内径 1350mm 以下は 2.0m とするただしゆるい土層を通過する場合は別途検討を要する 3. 急勾配施工急勾配に関する法的規制としては資機材の搬送に対するものがあり労働安全衛生規則第 202 条に事業者は動力車を使用する区間の軌道のこう配については 1000 分の50 以下としなければならないと定められているミニシールド工法では機関車の規格変更によりこの5% 以下の勾配における施工が可能である表 14 最大勾配 5% 21

23 ライナープレート式立坑 1. 小判型円形発進立坑 ( 参考 ) 小判型円形の立坑サイズは, 作業車の配置より決定されるサイズを示すが, 立坑の寸法決定にあたっては, 立坑基地と占用位置の関係を照査の上決定する必要がある幅 :W トラハーサートラハーサー幅 :W トラハーサートラハーサー長さ :L 小判型 A 型長さ :L 小判型 B 型トラハーサートラハーサー呼び径円形図 21 小判型円形発進立坑標準図 22

24 表 3-1 小判型円形発進立坑標準寸法 [ 参考 ] (m) 仕上り内径 (mm) 1,000 A 型長さ幅 ( ) 小判型円形 B 型長さ幅呼び径 ,100 1, ( ) ( ) , , , , , 注 1. 上記サイズは参考値であり立坑とシールドセンターの位置関係で最も小さくさるケースでの値である 2.( ) 内は路線に急曲線 (R<60) がある場合の寸法とする 23

2.2 構造物内容円形管 ( 泥土圧シールド工法 ) 一次覆工 2400 mm ( m ) 円形管 ( 泥土圧シールド工法 ) 一次覆工 ( 二次覆工一体型 ) 2400 mm m 円形管 ( 泥土圧シールド工法 ) 二次覆工 2400 mm m 人孔 1 箇

2.2 構造物内容円形管 ( 泥土圧シールド工法 ) 一次覆工 2400 mm ( m ) 円形管 ( 泥土圧シールド工法 ) 一次覆工 ( 二次覆工一体型 ) 2400 mm m 円形管 ( 泥土圧シールド工法 ) 二次覆工 2400 mm m 人孔 1 箇 1-1-3 大径礫流速の速い地下水急勾配におけるシールド施工について ~ 豊島区目白三丁目新宿区下落合二丁目付近再構築その 3 工事 ~ 第一基幹施設再構築事務所工事第二課貞本健志 1. はじめに本工事は既設管きょの雨水排除能力の増強を図るため新たな管きょ 2400mm) を泥土圧シールド工法によって施工するものである当シールド工事の通過地層は上層から洪積の粘性土礫砂質土となっており