西松建設技報

Size: px

Start display at page:

Download "西松建設技報"

かつかげくまじ
4 years ago
Views:

Control of embankment construction using GPS technology 浜田透 Toru Hamada 要約本工事は施工延長が約 1,400 m と広い範囲での道路の切盛土工事であり盛土材料は岩塊を主体としていた従来の試験による管理では広域を精度良く管理することが難しいと予想されたためリア

4成果 5まとめ 1はじめに図 1 全体平面図本工事は中国横断自動車道尾道松江線のうち三次市吉舎町吉舎内の工事区間約 1,400 m を建設する工事である当該工事は工区内の地山約 7 万 m を掘削し約 4 万 m を盛土する計画となっているこの盛土の締固めの品質を向上させるため GPS を用いた盛土の管理を実施している本報文では道路盛土工事に採用した GPS

1 Control of embankment construction using GPS technology 浜田透 Toru Hamada 要約本工事は施工延長が約 1,400 m と広い範囲での道路の切盛土工事であり盛土材料は岩塊を主体としていた従来の試験による管理では広域を精度良く管理することが難しいと予想されたためリアルタイムかつ全面での管理が可能な管理手法として GPS 盛土管理システムを採用した本システムの運用に当っては地形方向性や現場環境等の予期せぬ影響を受けたが施工時の工夫によりこれらの課題に適切に対処することができた本報文では GPS 盛土管理システムを実際に運用する中で遭遇した課題およびそれらの課題にどのように対応したかについて述べる目次 1はじめに 2目的課題と工夫 4成果 5まとめ 1はじめに図 1 全体平面図本工事は中国横断自動車道尾道松江線のうち三次市吉舎町吉舎内の工事区間約 1,400 m を建設する工事である当該工事は工区内の地山約 7 万 m を掘削し約 4 万 m を盛土する計画となっているこの盛土の締固めの品質を向上させるため GPS を用いた盛土の管理を実施している本報文では道路盛土工事に採用した GPS 締固め管理システムについて述べる工事概要工事名尾道松江自動車道吉舎改良工事発注者国土交通省中国地方整備局工事場所広島県三次市吉舎町吉舎地内工期平成 22 年 2 月 2 日平成 24 年 2 月 29 日写真 1 盛土状況請負金額 1,076,200,000 円税抜き工事内容工事延長Ｌ 1,20 m 道路土工掘削工 V 71,780 m 道路土工盛土工 V 49,900 m 西日本支吉舎出 1

表 1 従来の盛土管理方法と GPS 盛土管理システムとの比較項目締固め回数の確認品質管理方法従来の盛土管理方法 GPS 盛土管理システムオペレータによるカウントリアルタイムの転圧回数表示カウント間違いの可能性あり規定回数の転圧が確実に行えるタスクメータによる機械稼働時間の管理リアルタイムに確認でき効率よく施工が行える作業終了後の確認となる

2 表 1 従来の盛土管理方法と GPS 盛土管理システムとの比較項目締固め回数の確認品質管理方法従来の盛土管理方法 GPS 盛土管理システムオペレータによるカウントリアルタイムの転圧回数表示カウント間違いの可能性あり規定回数の転圧が確実に行えるタスクメータによる機械稼働時間の管理リアルタイムに確認でき効率よく施工が行える作業終了後の確認となる現場事務所でもリアルタイムに確認できる砂置換法路体 1 回 /1,000 m 路床 1 回 /500 m 転圧回数による管理工法規定方式 RI 法 2 全面管理を行うため品質が確実となる 1 日 1 層毎管理単位 1,500 m 点での管理であり抽出検査となるリアルタイムに確認する試験測定に時間がかかる軟岩 II 中硬岩でも対応可能である軟岩 II 中硬岩の場合試験が困難特徴効果 ① 転圧回数を面的に把握できるため転圧不足過転圧を防ぎ品質が均一になる ② 盛土の締固め状況をリアルタイムで把握確認できるオペレータ現場事務所 ③ 軟岩 II 中硬岩による岩塊盛土でも確実な盛土全面の品質管理ができる ④ 転圧回数走行軌跡などの施工データ記録が帳票として出力保管されトレーサブルになる GPS 補正用無線 GPS 補正用無線 GPS 基準局アンテナ GPS 基準局アンテナ無線無線 LAN LAN 補正用無線 GPS 移動局アンテナ GPS GPS 補正用無線 GPS 移動局アンテナ施工データ無線 LAN 施工データ無線 LAN 運転席モニター運転席モニター基準局管理ポイント基準局管理ポイント移動局振動ローラ移動局振動ローラ写真 2 締固機械移動局写真基準局管理ポイント 2目的 ᪃ᕝ ࢰ ಘ 当該工事の盛土材料は岩塊の割合が 80 と多くその㔔ᶭᦒ /$1 ❻ᮆ *6 ࢰ ಘ 最大粒径は 100 mm を超えるものを多く含んでいる従㔔ᶭᦒ 㹅㸸来の砂置換法及び RI 計法による盛土の品質管理は締固め後に現場密度を直接計測して管理するものであるが適用できる最大粒径がそれぞれ最大粒径が 5 mm 100 㺇㺲㺕㺅㺝㺄㺙 mm であるこのため当該施工においては従来の品質管理方法の適用が困難であったこのため盛土の現場密度を直接測定する必要がない GPS を用いた盛土の締固め管理が有効であると判断図 2 GPS 締固め管理システムの概要した GPS を用いた締固め管理方法による品質管理は事前に試験施工を行い締固め回数を決定しその締固め回数が確実に実施工されたことを確認することにより管理する方法で施工時にオペレータが車載パソコンのモニターで締固め回数分布図を確認することにより盛土全面の品質を管理することができる 2

表 1 に従来の盛土管理方法と GPS 盛土管理システムとの比較を示す課題と工夫 ⑴ GPS 締固め管理システムの概要 GPS の概要を以下に示すまたシステム構成を図 2 写真 1 に示す重機走行の観測データは無線 LAN を経由し現場

車載パソコンに伝達されこのデータを用いてモニター写真 2 に締固め位置と回数が表示される振動ローラのオペレータはモニターに表示された締固め位置と回数を把握しながら施工を行うインターネット回線を利用することで現場事務所

このシステムでは測定精度を確保するために図人工衛星の軌跡図人工衛星を最低 5 基以上測位する必要がある図 4 には広島県において測位可能な衛星数を時間帯別に示しているが時間帯により測位可能な衛星数が変化していることが分かるこの図は

Navigation Satellite System を利用することとした ⑶ 面的管理 GPS 締固め管理システムでは事前に施工エリア面を決定しその範囲内を仕上り厚さ 0c m 以内で締固める次層も同様に施工を行い施工層を積み重ねることとなるそこで

3 表 1 に従来の盛土管理方法と GPS 盛土管理システムとの比較を示す課題と工夫 ⑴ GPS 締固め管理システムの概要 GPS の概要を以下に示すまたシステム構成を図 2 写真 1 に示す重機走行の観測データは無線 LAN を経由し現場に設置した管理ポイント内のパソコンに保存される GPS 基準局から位置補正情報が小エリア無線機より締固め機械移動局に伝達される移動局側の GPS 受信機で基準局からのベクトルを写真 4 重機に装備されたモニター算出し移動局の位置座標を求める座標データは車載パソコンに伝達されこのデータを用いてモニター写真 2 に締固め位置と回数が表示される振動ローラのオペレータはモニターに表示された締固め位置と回数を把握しながら施工を行うインターネット回線を利用することで現場事務所においても締固め状況をリアルタイムに監視できる ⑵ 人工衛星の補捉図に人工衛星の軌跡図を示すこの図に示すように人工衛星は南面に多く飛んでいることがわかるしたがって人工衛星を遮る障害物が南面にある場合は捕捉できる人工衛星の数が極端に少なくなるまたこのシステムでは測定精度を確保するために図人工衛星の軌跡図人工衛星を最低 5 基以上測位する必要がある図 4 には広島県において測位可能な衛星数を時間帯別に示しているが時間帯により測位可能な衛星数が変化していることが分かるこの図は障害物が無い場合の衛星数を示しており当該工事のように周囲を山で囲われている場合には最低測位数 5 基を確保できない場合がある本工事では測定精度を向上させるため米国の GPS 図 4 GPS の補捉状況に加えロシアの GLONASS Global Navigation Satellite System を利用することとした ⑶ 面的管理 GPS 締固め管理システムでは事前に施工エリア面を決定しその範囲内を仕上り厚さ 0c m 以内で締固める次層も同様に施工を行い施工層を積み重ねることとなるそこで事前に各断面図 20 m 間隔に道路縦断勾配沿って層分けを行うとともに層番号を決定した盛土場には層番号を明示したまき出し棒を設置しオペレータが認識できるようにした写真 4 ⑷ 電源管理ポイントにはデータ管理用のパソコン等があり安定した電源が必要であるが当該現場付近には電線が写真 5 まき出し棒なかったためインバータ付発電機を使用していた

しかしそれでもパソコン周辺機器の故障が相次ぎ一時的に GPS 締固め管理システムが機能しないことがあった安定した電源を確保するために電力会社へ依頼し電気を管理ポイントまで引き込んだ ⑸ GPS 基準局の移設及び施工データ送受信用無線 LAN 用中継アンテナの設置当該現場は延長約 1.

により行っているこの無線 LAN は互いのアンテナが視認できない場合データの送受信ができないそのため盛土締固め範囲が移動した場合データの送受信ができなくなることが生じたそこで互いのアンテナが視認できなくなる前にその都度中継アンテナを設置したなお中継アンテナの電源は有線にて供給していたため施工中切断しないよう用地境界際に配線するようにした

め度が得られる締固め回数を本施工での締固め回数としたまた表面沈下量の測定結果は本施工におけるまき出し厚の管理に利用した一方締固め度で管理できない盛土材料軟岩 II 中硬岩については締固め回数と表面沈下量の相関を確認し表面沈下量の変曲点を本施工での締固め回数とした現場密度測定点 15 測点表面沈下量測定点 9 測点以下には路体盛土土砂

4 しかしそれでもパソコン周辺機器の故障が相次ぎ一時的に GPS 締固め管理システムが機能しないことがあった安定した電源を確保するために電力会社へ依頼し電気を管理ポイントまで引き込んだ ⑸ GPS 基準局の移設及び施工データ送受信用無線 LAN 用中継アンテナの設置当該現場は延長約 1.4 km と長いため盛土場も広範囲に移動していくこととなる盛土場の移動に伴い各機器も適切に移設する必要がある GPS 基準局については人工衛星を捕捉しやすいようまた電源につい山の頂上付近に移設した写真 5 てはソーラー電源を利用した写真 6 GPS 基準局基準局と移動局振動ローラとの施工データの送受信は無線 LAN により行っているこの無線 LAN は互いのアンテナが視認できない場合データの送受信ができないそのため盛土締固め範囲が移動した場合データの送受信ができなくなることが生じたそこで互いのアンテナが視認できなくなる前にその都度中継アンテナを設置したなお中継アンテナの電源は有線にて供給していたため施工中切断しないよう用地境界際に配線するようにした写真 6 4成果 ⑴ 試験盛土 GPS を用いた盛土の締固め管理では事前の試験施工で確認された所定の締固め回数を確実に管理することが写真 7 中継アンテナ基本となるため本施工に先立ち試験盛土を実施した締固め度で管理できる盛土材料土砂軟岩 I については RI による現場密度試験及び表面沈下量を測定した締固め回数と締固め度の相関を確認し規定の締固め度が得られる締固め回数を本施工での締固め回数としたまた表面沈下量の測定結果は本施工におけるまき出し厚の管理に利用した一方締固め度で管理できない盛土材料軟岩 II 中硬岩については締固め回数と表面沈下量の相関を確認し表面沈下量の変曲点を本施工での締固め回数とした現場密度測定点 15 測点表面沈下量測定点 9 測点以下には路体盛土土砂の場合の結果を示す締固め度はいずれの締固め回数の場合でも所定の締固め度 90 以上でありかつ締固め回数 6 回で収束したのでまた表面沈下施工締固め回数を 6 回とした図 6 量についても締固め回数 6 回で収束していることが確認された図 7 他の盛土材料についても同様の試験施工を行い所㸯 ሔᐠᗐῼ Ⅴ㸝15ῼⅤ㸞定の締固め回数を決定した㸯㟻ỷ 㔖ῼ Ⅴ㸝9ῼⅤ㸞図 5 試験盛土ヤード図 4

⑵ 管理帳票 ᅖ䜇ᗐ䛮 ᅖ䜇ᅂᩐ䛴㛭管理帳票には盛土管理図締固め回数分布図及び走㻔㻓㻘行軌跡図がある表 2 㻔㻓㻓盛土管理図図 8 は概略の施工完了位置と盛土 ᅖ䜇ᗐ䚭䟺䟸䟻の締固め管理が適切に実施されていることを示すものである盛土の各層ごとに作成し施工日ごとの施工範囲がわかる締固め回数分布図図 9 と走行軌跡図図 10 㻜㻘 ᇱ 䚭㻜㻓䟸௧ 㻜㻓㻛㻘は

5 ⑵ 管理帳票 ᅖ䜇ᗐ䛮 ᅖ䜇ᅂᩐ䛴㛭管理帳票には盛土管理図締固め回数分布図及び走㻔㻓㻘行軌跡図がある表 2 㻔㻓㻓盛土管理図図 8 は概略の施工完了位置と盛土 ᅖ䜇ᗐ䚭䟺䟸䟻の締固め管理が適切に実施されていることを示すものである盛土の各層ごとに作成し施工日ごとの施工範囲がわかる締固め回数分布図図 9 と走行軌跡図図 10 㻜㻘 ᇱ 䚭㻜㻓䟸௧ 㻜㻓㻛㻘は毎日の締固め作業終了後に出力するこれらの図は㻛㻓㻓締固め範囲の全面を確実に規定回数だけ締固めたことを㻕㻗㻙㻛㻔㻓㻔㻕㻔㻗 ᅖ䜇ᅂᩐ䠠䚭䟺ᅂ䟻確認するための日常管理帳票となる図 6 締固め度と締固め回数の関係 ⑶ 人工衛星の補捉米国の GPS に加えロシアの GLONASS を利用することで測定精度は向上したしかし盛土工事初期の谷部における盛土の締固めや締固めをする時間帯によっては GPS 締固め管理システムの稼動に必要な衛星個数を捕捉できず締固め作業を中断してしまうことがあった㟻ỷ 㔖㻋㼆㼐㻌 ⑷ 面的管理㟻ỷ 㔖䛮 ᅖ䜇ᅂᩐ䛴㛭盛土場に明示した層番号を参照しながらブルドーザーのオペレータは敷均しを行うことで面的管理ができるようになったただし現場の状況によりやむをえず事前に設定した道路縦断横断勾配に沿った敷き均しができない場合がある㻙㻘㻗㻖㻕㻔㻓㻓㻕㻗㻙㻛㻔㻓㻔㻕 ᅖ䜇ᅂᩐ㻱㻋ᅂ䟻 ⑸ 管理ポイントの電源図 7 表面沈下量と締固め回数の関係管理ポイントの電源を発電機から一般の電気に変えたことでそれまで度々生じていたパソコン周辺機器の不具合はなくなった表 2 管理帳票一覧 ⑹ GPS 基準局の移設及び施工データ送受信用無線帳票 LAN 用中継アンテナの設置 GPS 基準局については冬期においてソーラー電源が降雪により一時的に使用不能となったが大きなトラブルは発生しなかった一方施工データの送受信については盛土施工の進捗に従って中継アンテナの増設や移設を適切に行うことで管理ポイントと移動局間の施工データの送受信の目的盛土管理図施工日毎の施工範囲を示す図 8 締固め回数分布図締固め範囲内を規定回数締固めたことを示す図 9 走行軌跡図締固め範囲内を走 10 行したことを示す図トラブルは解消することができた 5まとめ山間部における道路工事に GPS 盛土締固めシステムを有効に活用するためには工事入手前に図面や現地踏査により上空視界が確保できているかどうかの調査を行う必要がある特に人工衛星が多く飛んでいる南側の視界の確保を確認することが重要であると感じた本工法の採用に当たっては事前調査を十分に行うとともに実施工において衛星を捕捉できなかった場合を想定しその対処方法 TS トータルステーションの採用等を検討しておく必要があるまた衛星を十分に捕捉できるような現場においては GPS 締固め管理システムのメリットを十分に生かすこ図 8 盛土管理図 5 参照図㻔㻗

6 図 9 締固め回数分布図図 10 走行軌跡図とができ敷均し厚管理システムと併用することでより確実な施工が行えると考える謝辞本工事の施工にあたりご指導ご支援いただきました当社本社支社支店各部署をはじめ技術研究所土木設計部の方々に深く感謝の意を表します参考文献参考文献 1 TS 管理要領案平成 15 年写真 8 盛土状況 6

はじめに TS GNSS を用いた盛土の締固め管理技術とは GNSS や TS で建設機械の位置を取得し平面上に設けたメッシュ毎に締固め回数をカウントし試験施工で確認した規定回数との差をオペレータに提供する技術である GNSS や TS による位置情報の取得 ( 計測効率の向上 ) 締固め回数

はじめに TS GNSS を用いた盛土の締固め管理技術とは GNSS や TS で建設機械の位置を取得し平面上に設けたメッシュ毎に締固め回数をカウントし試験施工で確認した規定回数との差をオペレータに提供する技術である GNSS や TS による位置情報の取得 ( 計測効率の向上 ) 締固め回数 TS GNSS を用いた盛土の締固め管理要領の概要国土交通省関東地方整備局施工企画課平成 24 年 3 月 Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism 1 はじめに TS GNSS を用いた盛土の締固め管理技術とは GNSS や TS で建設機械の位置を取得し平面上に設けたメッシュ毎に締固め回数をカウントし試験施工で確認した規定回数との差をオペレータに提供する技術である