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ダムと地質調査(6)ボーリング調査の実際

2021年04月14日

 大型のダムは一般的に山の中に建設するので、当然ですが作業も山のなかです。また調査は工事の前に行いますから、工事用道路もなくトラックも入れない場所が調査地点になるのが普通です。

 ボーリング調査の資機材は鉄製のものが多く「重い!」です。ボーリングの深度は様々ですが、ダムサイトでは深い場合100m~200m程度掘削します。ボーリングマシンは深度に合わせて選択し、650Kgから850Kgの重量のものを使用するのが一般的です。そのほかに、ボーリングロッド(掘削用のパイプ)が1本約13Kg、保孔用のケーシングパイプが1本15~25Kgくらい。さらに給水用ポンプ、掘削用ポンプ、コア採取用のツールス、ツールスの昇降器具、孔内試験用の機器、こうしたものを山のように現地に持ち込みます。

 これらの資機材はキャタピラ付きの運搬車やモノレールを架設して運び込みます。深い川を渡る場合は索道(小型のケーブルクレーン)、運搬距離が長い場合はヘリコプターをチャーターして運ぶこともあります。場所によってはこれらの運搬方法を組み合わせて搬入します。  

 調査地点は斜面が多く、そのままでは作業できません。足場パイプで平坦な作業ステージを組み立て、そこに資機材を小分けして運搬します。ボーリングマシンは100Kg~200Kg程度に分解して運搬し、ステージの上で再度組み立てます。昔は100Kg程度の部材を2人がかりで担いで運んだりもしたのですが、腰を痛めるので、今ではそんなことはしません。(しかし、今でも「建設物価」の地質調査単価表の中に「人肩運搬」という項目があります。しかも単位がtです。何を考えているんだか・・・)

           ダムのボーリング作業現場

 そんなこんなで資機材を運び込み、組み立ててから掘削となります。コアボーリングは鋼製のチューブの先端にダイヤモンドビットを装着し、2~3mごとに掘削していきます。ボーリングコアは地層を解析するための第一の資料であり、もっとも大事な成果品です。したがって、コアは100%採取することが原則です。ところがこの「100%コアを採取する」ことはそう容易なことではないのです。

 コアボーリングは水あるいは水に添加剤を加えた泥水で掘削します。水がなければ掘削した掘りかす(のこぎりで木を切った時のおがくずをイメージすればいいです)が溜まり、掘削できないだけでなく、回転による摩擦熱で岩石が焼けてしまい、ボロボロになってしまいます。

 掘削水は必要不可欠なものですが、硬い岩盤の中に砂や粘土状に風化した部分があると、掘削水の圧力で容易に破壊され、その部分を流失してしまいます。これを避けるため、掘削水量を調整したり、添加剤で泥水の粘性(ねばりけ)をあげたり、先端のダイヤビットを特殊なものにしたりと、様々に工夫します。この岩質に合わせた最も適切なツールスの選択、掘削水の調整がボーリングオペレーターにとって最も難しいところであり、また腕の見せ所でもあります。

 

  コアチューブから取り出したボーリングコア

         深度に合わせボーリングコアを整理する

 ボーリングでは常に新鮮な硬い岩盤ばかりを掘るわけではなく、風化したり破砕したぼろぼろの岩盤もあり、孔内で崩壊する場合があります。特に断層破砕帯や地すべりの移動土隗では、こうした区間が長く続くことがあります。孔内で崩壊が起きると、掘削ツールスがボーリング孔内で抑留され、引き上げることができなくなるだけでなく、無理やり引き上げても元の深度まで到達できません。さらにこれを放置すると、崩壊により掘削水の水圧が上昇し、さらなる崩壊を招きます。

 こうした崩壊を防ぎ掘削を順調に進めるために、ケーシングパイプと呼ばれる掘削孔径より一回り大きなパイプを崩壊部まで挿入します。また、崩壊位置が深くケーシングパイプを入れるのが困難な場合は、セメントミルクを孔内に注入し硬化させ、周囲の岩盤まで固めてから掘削する、ということも行います。これらの作業を保孔作業と言います。

 しかし、崩壊箇所が多かったり、崩壊区間が長かったりするとこの作業も容易ではありません。ケーシング自体が崩壊する岩盤に締め付けられ動かなくなる場合があるからです。そうすると、さらに一回り大きい径のケーシングを挿入し、内のケーシングを締め付けられないようにしてから深い深度まで入れます。こうしたことを繰り返し、場合によっては3段から4段ケーシングを入れることさえあります。

 こうした掘削作業とは別のもう一つの難問が積雪です。東北の山奥で雪が消えるのは早くても5月連休明け、標高の高い豪雪地帯では7月上旬まで雪が残っています。そして11月下旬から12月には根雪になってしまいます。つまり実際に作業可能なのは6月から11月までの半年間しかないのです。雪が降りだす前に掘削を終了し、資機材を現場から出してしまおうと必死になります。

 積雪前に終わらずに年を越してしまうと、毎日雪かきです。作業地点に行くために雪かきばかりしていて、とうとう春になってしまったという悲惨な現場もあったなあ・・。大雪になり、車のあるところまで歩いて戻っても、車が動かせず、夕方心配した宿の親父さんが迎えに来てくれたこともありました。このようにダムのボーリング調査は平野部での一般調査とは違った難しさがあります。

 苦労話ばかり書きましたが、こうして苦労した現場をやり終えたときの充実感は何物にも代えがたいものです。また、こうした現場で技術を磨き、伝承することで現在の当社のボーリング技術が出来上がってきたのです。

 長々とダムと地質調査について書きました。ダムは大変に大きな土木事業であり、治水、利水、エネルギー、環境など様々な分野にかかわっています。そのため関連する分野も含め、まだまだ知っておきたいこと、また伝えたいことがあります。今はインターネットで様々な情報を容易に得ることができます。ダムについてのおすすめは、一般社団法人日本ダム協会が運営する「ダム便覧」です。今回も参考にさせてもらいました。

 国土交通省その他の管理するダムでは「ダムカード」を作成して、訪問した人に配布しています。ダムマニアの方は「ダムカードをGETする旅」を楽しんでいるようです。機会があれば「ダムカード」をもらってみてはいかがでしょうか(ダムカードにもレアカードがあるらしいです)。


新社員が入社しました

2021年04月09日

  4月1日から新しい年度になりました。弊社でも新たに3名の社員を迎えました。ささやかですが入社式を行い、新入社員の出発を祝ったところです。

 昨年の4月のブログ「桜が咲きました」で、新型コロナの流行について「宮城県内でもだいぶ身近になってきました」と書きましたが、今では昨年に比べはるかに厳しい状況になっています。宮城県内の感染者(陽性者)は連日100名を超え、宮城県、仙台市独自の「緊急事態宣言」が発令され、さらに「まん延防止重点措置」が仙台市に適用されると発表されています。

 ワクチンの接種が広く行われるまでは、私たちにできることは「不要不急の外出を避ける」「三密を避ける」「こまめな消毒、手洗いの励行」「マスクの着用」といったことしかありません。新入社員の皆さんは、大学4年時の授業や就職活動も、さらに就職してからも様々な制限の下動かなければならず、気の毒だなあと感じます。新入社員に限らず少しは羽根を伸ばしたい気持ちもあるでしょうが、もうしばらくガマンするより無いようです。

 弊社内ではまだ陽性者は出ていませんが、取引先に陽性者が出ている会社もあり、業務の遅れなどの影響が出ています。こればかりは致し方のないことなので、焦らず着実に安全を第一に業務を進めていきたいと思います。

 新入社員はまだだいぶ緊張しているようですが、会社と仕事に慣れ、活躍の場を広げていくことを期待しています。


ダムと地質調査(5)ダムの地質調査

2021年03月19日

 ようやく地質調査の話になります。

 最初に行うのが既存の資料収集、地形図・空中写真の判読、そして現地の地表踏査です。地表踏査は予定地周辺を実際に歩いて沢や道路の切土部など表面に表れている岩盤(露頭と呼びます)を観察し、地層の傾斜と走行(岩盤がどの方向にどう傾いているか)、岩石の種類を調べ、広く地質図を作成します。この作業を行うのが「地質屋」と呼ばれる専門技術者です。山の中で腰にハンマーをぶら下げて、岩をコンコンたたいている人がいれば、まず間違いなく「地質屋」です。

 広い範囲の地形図・空中写真を判読により、断層や地すべりなどのダムを作るにあたっての障害になる要素を抽出していきます。そしてこれらの作業の後に、現地でボーリングや物理探査などの調査作業を行います。

 ボーリング調査は、ダムサイトおよびその周辺での調査とダム湖周辺での地すべり調査に分けられます。

 ダムサイトはまさにダムの堤体が建設される場所です。ダム軸(ダム堤体の中心線)だけでなく、その周辺をグリッドに切ってボーリングを行います。多くのボーリングコアを解析し、想定地層断面図や岩級区分図を作成します。これらの図面をもとにダムサイト周辺の全体的な地質構造の解明と、問題になる断層などを確認します。またボーリング孔内での載荷試験や室内岩石試験により岩盤の強度を確認し、ダム建設における問題点を抽出します。

 ボーリング掘削と同時に、岩盤透水試験(ルジオンテストと呼びます)を5mごとに行い、岩盤の透水性を調べます。パッカーと呼ばれるゴムチューブを孔内で膨らませ、5m区間で孔内を締め切り、約100mに相当する水圧をかけて水を圧入します。これはダムに水をためたときにどの程度水が漏れるかを調べる試験です。堤体完成後に、ダムと堤体を密着させることと岩盤からの水漏れを防ぐ、グラウチングと呼ばれる岩盤の亀裂をセメントで埋める作業を行います。ルジオンテストはこのグラウチングのための重要な資料となります。

              ルジオンテストの概念図

             計測中のルジオンテスト

 掘り終わったボーリング孔では、ボアホールスキャナーと呼ばれる、全周囲を見ることのできるカメラを入れて観察することが現在では一般的です。このカメラには磁石が装着され、亀裂や地層が東西南北のどの方向に向かっていくのかがわかり、ボーリングコアの連続性を正確に知ることができます。

 これらのボーリングの結果から、設計・施工上の問題があれば、追加調査がさらに行われます。仮にダムを作る場所として不適であると判断されれば、ダムサイトを変更して新たに調査する、あるいはダムサイトを放棄するということが実際に起こります。

 ダム湖周辺の地すべり調査も必須です。一般的に地すべりは、豪雨や雪解けによって地下水位が上昇することと、地震の強振動によって発生します。ダム湖に水をためることで必然的に地下水位は上昇するので、地層中に地すべりを起こしやすい粘土層などの素因があれば、地すべりが発生します。大規模な地滑りがダム湖の周辺で発生すれば、前回述べたバイオントダムのようにダム湖に津波が起き、最悪の場合堤体決壊の危険性があります。

 ダム湖周辺で地すべりの可能性がある地形を抽出し、ボーリング調査を行います。ボーリングコアで過去の地すべりの痕跡やすべり粘土の有無を確認し、歪計や傾斜計という変動を計測する計器をボーリング孔に設置し、継続的に変動の観測を行います。これらの結果から、地すべりの危険性の高い斜面には、変動しないように対策工を行ってから湛水(水をためる)を始めます。

 原石山は、ボーリング調査によって、ダム堤体のコンクリート骨材やフィルダムの材料となるロック材、コア材をどの程度採取できるかを調べます。その結果、ダムサイトから適当な距離で利用可能な岩石が採取できるかどうか、また運搬のしやすさ、環境への影響も考慮して原石山の位置を決定します。

 古くから使われている道路は川に沿っているのが一般的ですが、そうした旧道はダムが建設されればダム湖に沈みます。これに変わる付け替え道路はダム湖の水位より高い位置に作らなければならないため、谷を越え、山をぬけて作ることが多くなります。つまり、トンネルや橋梁、切土や盛土で道路を作っていきます。これらの工事にあたっても、それぞれの位置でボーリング、物理探査を用いた地質調査を行います。

 こうしたボーリングを中心にした地質調査を長い年月をかけて行い、安全で社会の礎となるように建設工事が進められていくのです。


ブログ投稿文のご紹介

2021年03月03日

 当社ブログをご覧になっている方からの投稿文を紹介します。名前とお立場を伏せてという条件で掲載しますが、文章にあるとおり宮城県栗原市にお住いで、水防団などの地域のリーダーとしてご活躍されている方です。私たちは土木に係る技術者の立場から災害を見て、意見を述べているのですが、地域で実際に防災活動に携わり、行政とともに対策に取り組まれている方の意見は重いと感じます。

 まずは全文を紹介します。

 始めまして、こんにちは。私は宮城県栗原市瀬峰に在住しています。瀬峰地区は、一昨年の台風19号で、アイオン台風以来とも言える、住宅浸水被害が発生しました。水田等の冠水は毎年の事になっています。この中で、下流域にある、蕪栗沼遊水地の越流堤及び遊水域の貯水標高を高く設定したことによる、バックウォーターが原因ではないかと、思うようになりました。

 昨年来ネットを中心に、北上川全域の治水事業の流れなど、勉強をしています。御社のホームページもその中で検索する事が出来、特にブログを読ませて頂き北上川の有史以来の先人の大変な難業に驚きその恩恵にあずかっている事を改めて考えております。今回は、12月の『手前味噌ですが』のお話しを読み投稿させて頂いて居ります。

 北上川、旧北上川、迫川、旧迫川の違いも、現場を何度も見て歩くうちに良くわかりました。また蕪栗沼のこれまでの歴史、経緯、現在の遊水地の囲繞堤、周囲堤、越流堤、各機場等の総て、河川の形状規定高水位、流量等も把握する事ができ、縄文海進で海となっていた、全地域がまるでレントゲン透視したかの様に分かってきました。

 蕪栗沼遊水地については、自然遊水地となっていた時点の貯留水の標高を相当上回って造られている事が、全方向の流入河川にバックウォーター現象を起こしている、と思います。

 特に直上流4河川が通る瀬峰地区については、東北本線以西の堤防が、東側の遊水地対応堤防と比べて整備されていません。素人が見ても、直ぐに分かる位です。何故なのか不思議でしたが、何度も考えているうちに、鉄道橋が水没するために整備出来なかったのではないかと思うようになりました。東北本線が開通した150年ほど前には、今回の下流の高水位はありませんでした。ネットの情報から橋梁の標高と、河川高水位の差など知るにつけ、そのような私なりの結論に至りました。また、各地の遊水地も調査しましたところ、一関遊水地に平泉を流れる太田川と言う河川があり、これが堤防かさ上げで、東北本線が水没するようになるために、鉄道と平行に同じ高さの遮水堤防を造ったことが分かり、視察してきました。このシステムを瀬峰の河川に設置する事が出来れば解決できると考えています。

 また瀬峰を流れる小山田川の水位計のある富橋の左岸上流500m位に、霞堤が現存しています。江戸時代に造られたと思われますが、水門、樋門等一切ありません。これは、特に増水時、下流の水位の影響を受けます。河川と平行して、高清水まで直線の県道が走っています。これは明治時代に、天皇が瀬峰、高清水に在った陸軍の演習場視察の折、造った道路と言われています。その当時も洪水時に遊水機能をもっていましたので、どのような洪水が発生しても絶対冠水しない高さに設定したものと、思います。近年二回ほど冠水し不通に成りました。その時間も長い時間冠水しました。100年以上冠水したことが無いのです。蕪栗沼遊水地が完成してからの現象です。水位標高の関係を表していると思っています。

 更に、蕪栗沼遊水地の周囲堤(kp8.7)と小山田川右岸堤防、地区右側丘陵が自然堤防の役割を果たし小山田川上流右岸が決壊すれば、囲まれた居住区、水田300ヘクタールが水没します。標高8.7m以上で決壊すれば、本川が減水しても戻りません。これを想定しての排水機場、水門等ありません。この地区はアイオン台風で、決壊し、東北本線が堤防と成りダム湖のようになり、一週間水没しました。その後決壊し水が引いたのです。その後東北本線は2か所に隧道を造りましたので、それ以後は決壊しても、下流に流れるので、大丈夫だと言われて、安心して暮らしていました。まさか、蕪栗沼遊水地の周囲堤で新たに水没させられようとは、思いもしませんでした。

 やがてまた降雨シーズンが来ます。地区住民の願いは水害被害に成らない事です、この平和な時代に、生命は助かるでしょう、そのことは行政、地区民一体で万全を尽くしています。しかし被害の惨状を見て、絶望する姿が、目に浮かびます。毎回消防水防団が豪雨の中、右往左往しています。

  堤防も、決壊しない堤防を造ってもらいたいものです。どんなに河道確保しても、上回る雨量があれば、決壊の恐れがあります。今現在、国は決壊しない堤防と、言いません。それでも粘り強い堤防と言って、一歩前進はしたと思います

 蕪栗沼遊水地の関係については、栗原市長、市議会、土地改良区、地区区長会、地区民などに情報を共有して頂き、洪水被害の軽減に向けて行動を起こして頂いています。簡単に解決する事は出来ませんが、管理者である県と話し合いを続けていきたいと思っています。

 このブログでも平成30年西日本豪雨や令和元年台風19号などの被害について紹介し、感想を述べてきました。昨今の雨量強度の増大は、これまでの水害対策では対応しきれないものになってきていると多くの人が感じていると思います。

 昨年、国土交通省は「流域治水」の方針を打ち出しました。これは河川の上下流すべての水を河道内に閉じ込めて排水するというこれまでの治水の考え方を変え、ある程度河道の外に洪水があふれることを許しながら、破堤による大被害を抑え、被害の怖れのある地域では危険の少ない場所へ家屋の移転を誘導するという方針です。(「流域治水」についてはまた改めて詳細を述べたいと思います)

 この方針転換は正しいものだと思いますが、ではどこに水を誘導するのか、またその補償はどうするのか、といった各論のところで、各地域住民との利害調整が必要になります。

 今回の投稿者の方は、地域の地形、堤防の位置、高さ、そこから予想される被害の範囲を想定し、どうやって水害を起こさないようにすべきか取り組んでおられます。ご自身の地域だけでなく、他の地域も視察され対策を模索している姿には本当に頭が下がる思いです。今後の水害の激甚化に対して、行政・地域住民・技術者が協力して対応していかなければならないのですが、地域住民の方の取り組みの一例として広く知っていただければと思います。 


仙台市奨学金返還支援補助金企業に認定されました

2021年02月24日

 昨年12月付で弊社が「仙台市奨学金返還支援補助金企業認定通知」を受けました。

 「仙台市奨学金返還支援事業」は、仙台市の産業を担う人材を確保し、若者が地元に定着することを目的とした制度です。支援対象になる学生さんに対し、奨学金返還支援対象企業として認定を受けた仙台市内の中小企業などへの就職を条件に、入社後3年間の奨学金返還を支援します。支援に必要な経費は、就職先になる対象企業と仙台市が折半するものです。

 弊社は、この制度を2021年度だけでなく、2022年度以降も継続する予定です。仙台市と協力して、仙台で働きたい学生さんの支援をしていきます。詳しい内容は、仙台市の【仙台で働きたい!!プロジェクト】に掲載されていますのでご覧ください。