鹿島建設は、ダムの基礎処理工において削孔から注入までを一貫して自動化し、24時間連続施工を実現するシステムを開発した。秋田県で施工中の成瀬ダム堤体打設工事の一部に適用され、基礎処理工の1サイクルに要する作業人員を最大70％削減することを確認している。
成瀬ダムで実証されたダム基礎処理自動化システムの技術構成
ダム工事における基礎処理工は、ダム堤体を支える岩盤の割れ目を塞ぎ、貯水の漏水抑制と基礎地盤の補強を行う不可欠な工程である。岩盤削孔を行うボーリング作業と、セメントミルクを高圧で注入するグラウチング作業で構成され、作業の中断が品質低下につながりやすい特徴を持つ。
鹿島建設が開発した自動化技術は、ボーリングロッドの脱着を伴う削孔作業を無人化する「自動ボーリングマシン」と、注入材の配合決定から注入・洗浄までを自律処理する「自動グラウチングシステム」の2つの要素で成り立っている。
共同開発企業と開発担当領域
本技術は鹿島建設の単独開発ではなく、グラウト工事の専門工事業者や削孔機メーカーとのアライアンスによって実用化された。
| 開発システム | 共同開発企業 | 主な機能・自動化範囲 |
|---|---|---|
| 自動ボーリングマシン | 鹿島建設、ケミカルグラウト、日特建設、東亜利根ボーリング | ロッドの自動脱着、削孔速度・圧力の自動制御 |
| 自動グラウチングシステム | 鹿島建設、ケミカルグラウト、日特建設 | セメントミルク配合決定、注入圧管理、管内自動洗浄 |
専門工事会社が持つ注入制御のノウハウと、機械メーカーのハードウェア制御機構を統合したことで、現場の地盤条件に応じた自動運転プロトコルが構築されている。
1ステージ約15時間を要する施工工程と時間外労働規制の制約
ダムの基礎処理工は、通常5m程度の区間（1ステージ）ごとに「削孔準備」「ボーリング」「注入設備の設置」「グラウチング」「洗浄・撤収」の工程を1サイクルとして繰り返す。この1サイクルを完結させるには、準備から片付けまで含めて約15時間の連続作業を要する。
グラウチング作業単体でも地中への注入時間は5〜6時間に及ぶことが多く、注入途中で作業を中断すると注入材が管内で固結し、目標とする浸透効果が得られなくなるリスクがある。
2024年4月施行の改正労働基準法により、建設業にも時間外労働の上限規制が適用された。これにより、従来の昼夜二交替制勤務で確保できていた最大22時間の現場稼働可能時間が、1交替当たり実労働8時間（2交替で計16時間）へと制約された。作業員の休憩時間や交替のインターバル中に作業を中断できないグラウチング工程では、工程管理上の大きなボトルネックとなっていた。
本自動化システムは、作業員の休憩時間や交替時間中も機械設備が単独で自律稼働を継続する仕組みを備えている。これにより、作業員が不在となるインターバル時間を含めた24時間連続施工が可能となった。
成瀬ダム現場における適用実績と削減効果
国土交通省東北地方整備局が発注した成瀬ダム堤体打設工事において、本システムはカーテングラウチングおよび補助カーテングラウチングの一部に実適用された。
| 評価項目 | 従来工法 | 自動化システム適用後 | 改善効果・実績値 |
|---|---|---|---|
| 1サイクル作業人員 | 複数名の専門技能者 | 監視主体の体制 | 最大70％削減 |
| 1日当たり施工量 | 基準値（100％） | 150％（24時間連続稼働） | 50％向上（1.5倍） |
| 自動注入実績 | 手動バルブ調整等 | 累計1,000回以上の自律注入 | 延長5,500m以上の岩盤改良 |
| 施工体制 | 1箇所ずつの順次施工 | 無人化による複数箇所同時施工 | 同時並行施工が可能 |
成瀬ダムの実証では、延長5,500mを超える岩盤改良区間において、1,000回以上の自動注入を中断なく完了させた。ボーリングとグラウチングの一連作業が途切れずに完結することで、1日当たりの施工量が50%向上した。
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建設業界の各プレイヤーに及ぶ実務インパクト
基礎地盤処理の全自動化と24時間連続施工の成立は、元請けゼネコンから専門工事業者、機材サプライチェーンに至るまで、施工管理の前提条件を変化させる。
ゼネコン（元請け）：クリティカルパスの圧縮と夜間管理体制の再設計
ダム工事全体の工程において、基礎処理工は堤体コンクリート打設に先立つクリティカルパス（最重要工程）に位置する。基礎処理の進捗遅延は、後続する本体打設の着工時期に直接影響する。
1日当たりの施工量が1.5倍に引き上げられたことで、工期遅延リスクに対する工程余裕（フロート）が確保される。また、昼夜二交替制を維持しながらも、現場常駐を要する要員数が7割削減されるため、元請けの当直技術員が負担していた夜間の労務管理や労災リスク対応が大幅に縮小される。
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現場監督・施工管理者：人的監視からデータ管制への移行
基礎処理工の施工管理者は、これまで削孔時のスライム（掘り屑）の性状を目視確認し、注入時の圧力計や流量計の数値を手作業で記録しながら配合切り替えのタイミングを判断していた。
自動化システムの導入により、現場監督の役割は機器の直接監視から、ログデータに基づく品質トレーサビリティの確認へと移行する。セメントミルクの配合比率、注入圧力、注入速度の推移データがリアルタイムにデジタル保存されるため、帳票作成の工数が削減され、発注者に対する品質証明プロセスが合理化される。
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建機メーカー・専門工事会社：装置提供から自律制御ソリューションの供給へ
ボーリングマシンや注入プラントを供給する建機メーカーおよび専門工事業者にとっては、汎用機材のレンタル・販売にとどまらず、地盤応答に応じたフィードバック制御プログラムを組み込んだ統合システムの供給が求められる。
地質条件が刻々と変化する基礎処理工では、注入圧の上昇傾向から岩盤の目詰まり状況を判断する高度なセンシングが要求される。本件のように、専門工事会社自らが制御アルゴリズムの開発に加わり、自社の施工知見をソフトウェア化して提供する動きが今後の受注基準となっていく。
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ConShiftの視点：労働集約型から「24時間自律稼働プロセス」への転換
本技術の実用化が示す最も重要な論点は、時間外労働上限規制への解として「作業時間を減らす」のではなく、「機械の稼働時間を人間の労務制約から切り離す」アプローチを成立させた点にある。
成瀬ダム現場では、鹿島建設が先行して進めてきた自動化施工システム「A4CSEL」による自動ダンプや自動振動ローラの稼働実績がある。これまでの自動化は、土工やコンクリート打設といった「重機の走行・運搬」が主対象であった。それに対し、今回の基礎処理工は「地中内部の不可視領域に対する精密な材料注入」という、最も熟練技能者の経験に依存していた工種である。
1サイクル15時間という不可分な工程を、機械自律化によって無人で跨ぐことが可能になった事実は、交代制勤務のインターバルや夜間帯を生産時間へと再定義できることを意味する。複数箇所での同時自動施工が確立されれば、大型土木プロジェクトの工程計画は、人間のシフト表ではなく設備の稼働可能時間をベースに組み立て直されることになる。
まとめ：基礎処理工事の自動化に向けて明日から意識すべきこと
大型インフラ工事における自動施工技術の現場適用に備え、施工管理関係者が着手すべき実務対応は以下の通りである。
- 自社現場におけるクリティカルパス工程の連続拘束時間の棚卸し
施工の中断が品質に直結する工種（グラウチング、連続コンクリート打設、シールド掘進等）を抽出し、交替インターバル中に工程が停止しているロスタイムを数値化する。
- 専門工事会社とのアライアンスによる機械制御データの事前検証
削孔速度や注入圧の判断基準など、下請け技能者の勘に依存している作業プロトコルを数値化し、汎用重機・プラントへの後付け制御（レトロフィット）が可能かを検討する。
- 24時間無人稼働を前提とした遠隔監視・インターロック基準の策定
作業員が介在しない時間帯における異常圧力検知、配管破裂時の自動停止回路、遠隔地への緊急発報体制を施工計画段階で設計する。
出典: ニュースイッチ
出典: 鹿島建設 プレスリリース
出典: デジコン
出典: 日刊建設工業新聞
