鹿島、ダム基礎処理工の自動化技術を開発日当たり施工量50%向上

鹿島は10月21日、ダム基礎処理工のボーリングとグラウチング作業を自動化し、24時間連続施工を可能にする「基礎処理自動化技術」を開発したと発表した。秋田県で施工中の成瀬ダム堤体打設工事の基礎処理工の一部に適用したところ、従来工法に比べて日当たり施工量が50%向上し、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た。

グラウチングは、基礎岩盤の亀裂や空隙にセメントミルクを注入して、遮水性の改良や弱部の補強を行う工程。新技術は、削孔作業を自動化する「自動ボーリングマシン」（鹿島、ケミカルグラウト、日特建設、東亜利根ボーリングの4社共同開発）と、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」（鹿島、ケミカルグラウト、日特建設の3社共同開発）で構成される。

開発の背景

ボーリングとグラウチングは、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）に短縮された。

基礎処理工はボーリングとグラウチングを繰り返しながら進めるが、どちらの作業も途中で中断するのは難しい。ボーリングを中断すると削孔した孔壁が崩れるリスクが高まり、グラウチングを中断するとセメントミルクが固まって十分な改良効果が得られないなど、品質トラブルの原因となる。グラウチングは注入時間が5～6時間に及ぶ場合もあり、その間、手作業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、施工効率の低下や日当たり施工量の減少を招いていた。担い手不足に加え、監査廊内などの狭い空間での技能者の作業負荷が大きいことも課題だった。

技術の概要

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。地質状況に応じた削孔が可能で、熟練技能者と同等以上の削孔速度を確保している。

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（流量・圧力・ダメ押し判断）、注入後のプラントや配管の洗浄までの一連の作業を自動化する。管理室、中央プラント、セメントミルクの濃度を任意に配合でき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。

いずれの作業でも、異常を検知した際は設備を自動停止し、現場関係者に自動でアラートを出せる。

出典：鹿島建設PR　https://www.kajima.co.jp/news/press/202610/pdf/21c1-j.pdf

効果

ボーリングとグラウチング作業では、1ステージ（セメントミルクの注入区間。一般的には5m）の施工に、準備・片付けを含めて1サイクル約15時間かかる。新技術では休憩・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する。これにより日当たり施工量が50%向上し、1サイクルに係る技能者数を最大70%削減できる。無人施工により、複数箇所での同時施工も可能になる。

成瀬ダムでは、カーテングラウチングと補助カーテングラウチングの一部に適用し、一連の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。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。