第１１章 水路改修用 FRPM 特殊形状工法の開発 -227- 第１１章 水路改修用ＦＲＰＭ特殊形状工法の開発 新 技 術 名 水路改修用ＦＲＰＭ特殊形状工法の開発 新技術番号 新技術担当 官民連携開発（(独)農業工学研究所他） 都道府県名 ○ H15-K2 － 特許出願中 新技 術の 区 分 先進的技術 従来技術改良 その他 特許・実用新案の有無 水路トンネルの改修方法として、従来工法では、コンクリートによる全 面巻替工法や鋼板を用いた鋼板内張工法が主体であった。本工法は、ＦＲ 実 施 局 の ＰＭ特殊形状管(馬蹄形)を用いた挿入工法であり、水路断面に応じた特殊 総 合 評 価 形状管とすることで、流量を減少させることなく、更に、コスト縮減、工 期短縮等を図る事ができる工法である。 １１．１ 11.1.1 新技術の概要 新技術導入のポイント 農業用用排水施設は施工後数十年を経た施設が多く、いずれ老朽化の時期を迎え施設の 補修・改修の困難さに直面するものと考えられる。水路内に何らかの異常が発生した場合、 水路としての機能の低下や、上流水位の上昇により周辺地域に被害を及ぼすおそれがあり、 補修・改修など更新技術の向上が望まれている。そこで、新しい更新技術として、コスト が安価であり、水理断面を考慮した既製管挿入工法を検討してきた。 本工法の概要は次のとおりである。 馬蹄形断面を有したＦＲＰＭ製の工場二次製品をトンネル内に挿入・配管し、管とトン ネル覆工の隙間に中込材を充填するものである。 従来技術、例えばコンクリート巻き替え系の工法と比較すると、①施工性に優れる、② 危険性を伴わない、③産業廃棄物の発生が少ない等の利点がある。また、鋼板内張工法と 比較すると、①施工性に優れる、②コストが安い等の利点が挙げられる。 -229- 11.1.2 新技術の概要 本工法は、トンネルと類似した断面形状を有するＦＲＰＭ製の管材をトンネル内に運 搬・配管し、管と覆工の隙間に中込材を充填するものである。 1）説明図 ①専用軌条の敷設 ↓ ②配 管 布 設 ↓ ③間仕切壁の設置 ↓ ④中 込 注 入 ↓ 完 了 図-11.1 説 明 図 2）導入により効果があった事項 ・施工性に優れ、工期短縮が図れる。 ・計画流量を確保することができ、併せて事業効果に経済性を反映できる。 3）効果を波及させる上での課題 ・計画流量を満足するために、50mm 刻みのピッチで製造することが必要。 ・信頼性の確認および普及活動の実践。 -230- 11.1.3 新技術の特徴 従来工法と比較した本工法の特徴は表-11.1 のとおりである。 表-11.1 従来工法と本工法の比較 従来工法 新技術による工法 １．工事費 １．工事費 改修費：100％ 改修費：100％ 改修費： 85％ 流 流 流 量：100％ 量：100％ ２．維持管理費 量：100％ ２．維持管理費 再塗装が必要である。 特記事項特になし ３．施工性 ３．施工性 現場溶接にて接続するため、施工に時間がかかる。ま た、特殊技能を必要とする。 円管の接合と全く同様に 施工が可能であり、施工性 に優れる。 ４．内面粗度係数 ４．内面粗度係数 ｎ＝0.013 ｎ＝0.012 ５．中込材 ５．中込材 特記事項特になし 湧水があっても、安定し た品質を確保することがで きる。また、中間間仕切り 壁を設置せずに、長距離を 連続して充填することがで きる。 -231- １１．２ 新技術に適合する現場条件 1）本事例（大和平野国営西部幹線水路 8 号トンネル）における現場条件 本事例は 2ｒ標準馬蹄形断面を有した無筋コンクリート構造の無圧トンネルであり、 延長が 510.27ｍと比較的長いが、平面方向および縦断方向にもほぼ直線である。また、 土被りは 10ｍ程度以下であり、山岳トンネルとは異なる。 一方、トンネルは施工後 45 年以上が経過し、コンクリート覆工に亀裂、剥離等が見ら れ、また、覆工コンクリートの強度不足も生じている。また、亀裂部位等から湧水があ り、トンネル内を流れている状況であるとともに、断面寸法は一部変形していた。これ らのことから、早急な改修が求められるとともに、現場条件に適合し、さらに農閑期に 施工を終えることが必要であった。 2）他地区への適用条件 ① 路線に屈曲部や曲線部を有する場合は、継手の曲げ角度および曲管の使用等、別途 配管検討が必要である。 ② 土被りや外水位他、構造上の安全性は現場ごとに検討を要する。 ③ 挿入する管径は計画流量に応じて決定されるものであり、その管径が施工可能かど うかは現場ごとに検討を要する。 １１．３ 設計の考え方 土地改良事業計画設計基準 設計「水路トンネル」に準拠し、下記に列記する項目に ついて検討する。 1）調査データの入手 計画流量、土被り、覆工厚、材質、地質分布、力学的性質、地下水位、近接構造物及び 開発計画等の資料を入手する。 2）水理検討 計画流量を満足する管径を決定する。 3）構造上の安全性 土被りによる外圧および地下水位による外水圧に対する安全性の検討を数値解析(FEM) により行う。また、本工法の開発に当たっては無圧トンネルを原則としたが、場合によ っては内圧がある場合も検討の対象とする。解析に必要なパラメーターは１）の調査デ ータを活用する。 4）施工時の検討 管材に対する施工時の安全性について検討する。 5）施工条件の確認 搬入・吊り降ろし場所の確認、施工延長および湧水の状態確認等を行い、施工計画を立 案する。 -232- １１．４ 設計のフローチャート 設計および施工のフローチャートは 図-11.2 のとおりである。 老朽化調査 改修が必要 基本データの入手 設計・施工 計画流量，土被り（縦断図，平面図，横断図） 断面寸法，覆工厚，材質 地質分布，地質構造，力学的性質 地下水位，水温・水質，気温 近接構造物，開発計画 ①管の水理・構造計算（ＦＥＭ）→必要口径，管断面の選定 ②管と覆工の隙間寸法 →運搬台車・軌条の選定 ③既設水路の線形 →管長，曲管の要否 ④管布設延長 →a.人力運搬，バッテリー式機関車の選択 b.施工サイクルタイムの決定 ⑤管布設延長 中込材注入量 →中込材，注入プラントの種類 地下水・湧水の有無 ⑥積算 図-11.2 設計および施工のフローチャート -233- １１．５ 設計に当たっての留意事項 1）施工断面の制限 水理計算から必要なトンネル断面が決定されるが、施工上の寸法制約も合わせて確認 する必要がある。使用する運搬台車の種類により施工可能な断面寸法が異なるため、下 表に示す数値と対比し問題がないか確認を要する。 表-11.2 運搬台車別の適用水路最小断面主要寸法 （2r 馬蹄形水路の場合） 台車種類 呼び径 2r=1000 2r=1050 2r=1100 2r=1150 2r=1200 2r=1250 2r=1300 2r=1350 2r=1400 2r=1450 2r=1500 2r=1550 2r=1600 2r=1650 2r=1700 2r=1750 2r=1800 2r=1850 2r=1900 2r=1950 2r=2000 2r=2050 2r=2100 2r=2150 2r=2200 2r=2250 2r=2300 2r=2350 2r=2400 2r=2450 2r=2500 2r=2550 2r=2600 備考 かご型台車 Ｄ×Ｂ 1180 × 1180 1235 × 1235 1290 × 1290 1340 × 1340 1395 × 1395 1445 × 1445 1500 × 1500 1555 × 1555 1605 × 1605 1660 × 1660 1720 × 1710 1775 × 1765 1830 × 1820 1885 × 1875 1940 × 1930 1990 × 1980 2045 × 2035 2095 × 2085 2150 × 2140 2205 × 2195 2255 × 2245 2310 × 2300 2360 × 2350 2415 × 2405 2470 × 2460 2525 × 2515 2580 × 2570 2630 × 2620 2685 × 2675 2735 × 2725 2790 × 2780 2845 × 2835 2895 × 2885 ｷｬｽﾀｰ付きﾊﾞﾝﾄﾞ Ｄ×Ｂ 1210 × 1180 1265 × 1235 1320 × 1290 1370 × 1340 1425 × 1395 1475 × 1445 1530 × 1500 1585 × 1555 1635 × 1605 1690 × 1660 1760 × 1710 1815 × 1765 1870 × 1820 1925 × 1875 1980 × 1930 2030 × 1980 2085 × 2035 2135 × 2085 2190 × 2140 2245 × 2195 2295 × 2245 2350 × 2300 2400 × 2350 2455 × 2405 2510 × 2460 2565 × 2515 2620 × 2570 2670 × 2620 2725 × 2675 2775 × 2725 2830 × 2780 2885 × 2835 2935 × 2885 一般型台車 Ｄ×Ｂ 1240 × 1180 1295 × 1235 1350 × 1290 1400 × 1340 1455 × 1395 1505 × 1445 1560 × 1500 1615 × 1555 1665 × 1605 1720 × 1660 1770 × 1710 1825 × 1765 1880 × 1820 1935 × 1875 1990 × 1930 2040 × 1980 2095 × 2035 2145 × 2085 2200 × 2140 2255 × 2195 2305 × 2245 2360 × 2300 2410 × 2350 2465 × 2405 2520 × 2460 2575 × 2515 2630 × 2570 2680 × 2620 2735 × 2675 2785 × 2725 2840 × 2780 2895 × 2835 2945 × 2885 適用水路最小断面主要寸法は下式より決め，5 の倍数で切り上げた値とする。 Ｄ＝Ｄ ３ ＋δ １ ＋δ ２ Ｂ＝Ｄ ３ ＋２×δ ３ -234- ここに、Ｄ ：既設水路高さ Ｂ ：既設水路幅 Ｄ ３ ：FRPM 管受口外径 δ １ ：上部必要隙間 δ １ ＝30mm とする。 管を通過させる為の最小隙間 δ ２ ：下部必要隙間 かご型台車 ｷｬｽﾀｰ付きﾊﾞﾝﾄﾞ 一般型台車 呼び径 1000～1450 1500～2600 1000～1450 1500～2600 δ２ 50 60 80 100 1000～1450 1500～2600 110 δ ３ ：側部必要隙間 かご型台車 ｷｬｽﾀｰ付きﾊﾞﾝﾄﾞ 1000～2600 δ３ 40 δ２ Ｄ３ Ｄ δ１ 呼び径 一般型台車 δ３ Ｄ３ Ｂ δ３ 図-11.3 各必要隙間の位置 -235- 管運搬台車の種類 ＦＲＰＭ管 バッテリー式機関車 軌条 かご型台車 図-11.4 かご型台車 ＦＲＰＭ管 キャスター付きバンド 図-11.5 キャスター付バンド ＦＲＰＭ管 バッテリー式機関車 軌条 一般型台車 図-11.6 一般型台車 なお，キャスター付きバンドについては，軌条なしを標準とするが、水路インバート部 に凹凸があり運搬困難な場合は軌条を設置する場合がある。 -236- 2）曲線布設時の検討 既設水路内で曲げ配管を行う場合、許容曲げ角度以内で設計を行う。 継手の許容曲げ角度を表-11.3 に示す。 表-11.3 継手の許容曲げ角度 呼び径 2r=1000～2600 許容曲げ角度 2°30’ 3）強度に対する検討 強度については、 表-11.4 にて定める項目について検討を行う。 １１．６ 設計に必要な各種設計数値の考え方 1）馬蹄形ＦＲＰＭ管 JIS A 5350 ＦＲＰＭ管の内圧 5 種と同等の諸数値を用いる。構造計算は、土被りによ る外圧や地下水による外水圧に対してＦＥＭ解析により行うが、強度検討項目は下表に示 すとおりとする。ＦＥＭ解析としては、中込材とＦＲＰＭ管本体とを一体とした強度解析 を行う。必要に応じて上載荷重や増加荷重等も考慮する。 表-11.4 設計時における検討項目 検 討 項 目 詳 ・土圧に対する管の安全性 ・管内空虚時の外水圧に対する管の安全性 細 備 ・鉛直たわみ量 ＜許容たわみ率 ・円周方向応力 ＜許容応力 ・座屈圧力 2）中込材 配合基準値は下表のとおりとする。 表-11.5 配合例 空気量 (%) 40.0 生比重 W/(C+F) 圧縮強度 (%) (N/mm 2) 40.0 1.0 1.1 ここで、W/(C+F)は、 W：混練水(希釈水は含まない) C：硬化材 (kg) F：混和材 (kg) -237- 考 (kg) １１．７ 積算の考え方 施工費については、「11.8 １１．８ 参考歩掛・積算」を参照のこと。 参考歩掛・積算 参考例として、下図に示す施工断面で呼び径 2050、管渠延長 500m を想定した歩掛表を 以下に示す。 施 工 断 面 本工事費内訳表 種目 形状・寸法 FRPM管 専用軌条設置工 配管布設工 間仕切り壁設置工 2050 L=4.0m 注入プラント設置撤去工 ｸﾞﾗｳﾄﾎｰｽの設置撤去工 中込注入工 中込材 配管に関する機械損料 注入に関する機械損料 数量 1 250 1 2 1 1,000 475 475 1 1 単価 （円） 131,900,000 21,325 8,013,605 124,500 574,320 831 8,543 26,534 1,012,902 3,208,439 単位 式 本 式 箇所 式 ｍ ｍ3 ｍ3 式 式 金額 （円） 131,900,000 5,331,250 8,013,605 249,000 574,320 831,000 4,057,925 12,603,650 1,012,902 3,208,439 摘 用 別表【FRPM管】 別表【専用軌条設置工】 別表【配管布設工】 別表【間仕切り壁設置工】 別表【注入プラント設置撤去工】 別表【ｸﾞﾗｳﾄﾎｰｽの設置撤去工】 別表【中込注入工】 別表【中込材】 別表【配管に関する機械損料】 別表【注入に関する機械損料】 167,782,091 合計 【FRPM 管】 種目 形状・寸法 FRPM 管 2050 L=4.0m 数量 125 単位 本 単価 1,055,200 合計 金額 131,900,000 131,900,000 -238- 摘 用 【専用軌条設置工】 種目 専用軌条 形状・寸法 数量 単位 金額 摘 （円） （円） 1 本 12,000 12,000 ﾄﾝﾈﾙ世話役 0.05 人 27,000 1,350 ﾄﾝﾈﾙ特殊工 0.1 人 25,000 2,500 ﾄﾝﾈﾙ作業員 0.15 人 18,500 2,775 0.05 日 42,000 2,100 ﾄﾗｯｸｸﾚｰﾝ SS 製 L=2m 単価 油圧式 16t 雑材料 1 式 用 600 材料費の 5％ １本当たり 21,325 【配管布設工】 種目 形状・寸法 数量 単位 管布設工 125 本 管固定工 126 箇所 単価 金額 （円） （円） 62,869 7,858,625 1,230 154,980 合計 摘 用 8,013,605 【間仕切り壁設置工】 種目 形状・寸法 材料費 数量 単位 15.9 ｍ 3 単価 金額 （円） （円） 4,500 71,550 ﾄﾝﾈﾙ世話役 0.5 人 27,000 13,500 ﾄﾝﾈﾙ特殊工 1 人 25,000 25,000 ﾄﾝﾈﾙ作業員 1 人 18,500 18,500 １箇所当たり 摘 用 摘 用 124,500 【注入プラント設置撤去工】 種目 形状・寸法 数量 単位 単価 金額 （円） （円） 土木一般世話役 3 人 19,500 58,500 特殊作業員 9 人 16,600 149,400 普通作業員 15 人 12,700 190,500 3 日 52,000 156,000 1 式 ﾄﾗｯｸｸﾚｰﾝ 雑材料 油圧式 25t 19,920 労務費の 5％ 574,320 -239- 【ｸﾞﾗｳﾄﾎｰｽの設置撤去工】 種目 形状・寸法 数量 ｸﾞﾗｳﾄﾎｰｽ 2.0B 単位 単価 金額 摘 （円） （円） 1 ｍ 36 36 トンネル世話役 0.006 人 27,000 162 トンネル特殊工 0.012 人 25,000 300 トンネル作業員 0.018 人 18,500 333 １ｍ当たり 用 831 【中込注入工】 種目 形状・寸法 数量 単位 単価 金額 摘 （円） （円） ﾄﾝﾈﾙ世話役 0.04 人 27,000 1,080 ﾄﾝﾈﾙ特殊工 0.08 人 25,000 2,000 ﾄﾝﾈﾙ作業員 0.08 人 18,500 1,480 特殊運転手 0.12 人 16,500 1,980 一般運転手 0.12 人 13,300 1,596 1 式 雑材料 用 407 労務費の 5％ １ｍ 3 当たり 8,543 【中込材】 種目 形状・寸法 数量 単位 単価 金額 摘 （円） （円） 硬化材 KG-1 154 kg 28 4,312 混和材 KG-1 616 kg 24 14,784 起泡剤 0.83 kg 6,000 4,980 混和剤 0.62 kg 560 347 混練水 308 kg 0.45 139 希釈水 15.77 kg 0.45 7 雑材料 1 式 １ｍ 3 当たり 1,966 26,534 -240- 用 材料費の 8％ 【配管に関する機械損料】 機械器具名 仕様 単位 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 運搬台車・ 共用日損料 日 接合補助治具 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 バッテリー式機関車 整流器 レバーブロック 内面接合治具 発動発電機 合 台数 1 1 2 3 1 1 計 数量 単価 金額 適 59 4,780 282,020 45 7,864 353,880 2 718 1,436 1 730 730 42 149 12,516 42 380 47,880 42 2,660 111,720 32 4,130 132,160 32 2,205 70,560 1,012,902 -241- 用 【注入に関する機械損料】 機械器具名 ｸﾞﾗｳﾄﾎﾟﾝﾌﾟ モルタルプラント 高圧洗浄機 鋼板製簡易水槽 給水ﾎﾟﾝﾌﾟ 流量計 ﾌﾞﾚﾝﾀﾞｰ 起泡発生装置 発動発電機 空気圧縮機 ｸﾚｰﾝ付ﾄﾗｯｸ 合 単位 台数 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 共用日損料 日 運転日損料 日 台数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 計 数量 単価 金額 48 2,820 135,360 19 3,400 64,600 48 17,500 831,250 19 24,192 459,648 48 131 6,223 19 331 6,289 48 1,010 47,975 48 81 3,848 19 193 3,667 48 2,430 115,425 19 3,690 70,110 48 714 33,915 19 6,707 127,433 48 4,990 237,025 19 6,481 123,139 19 20,307 385,833 19 1,800 34,200 48 5,000 237,500 19 15,000 285,000 3,208,439 -242- 適 用 １１．９ 施工段階での留意事項 1）馬蹄形ＦＲＰＭ管 円形管と同等の施工性を有しているが、馬蹄形断面である事から、接合時の芯出しに 注意する必要がある。 2）中込材 「コンクリート標準示方書 施工編 P.137」に準じて施工を行う。 3）流水中の施工について 湧水による多少の流水であれば、問題なく施工可能である。 4）温度特性 馬蹄形ＦＲＰＭ管の構成は、円形のＦＲＰＭ管と同様でマトリックスは不飽和ポリエス テル樹脂である。トンネル内部における水和熱による温度差は 5℃程度であり、実用上問 題ないと言える。 中込材の主成分は主に、セメント系硬化材、無機系微粉末、希釈水及び起泡剤であり、 通称エアミルクに該当する。よって物性値以外の諸特性はコンクリートと同等であると 考えられるため、所定材令後の温度特性は問題がないと考えられる。 １１．１０ 設計Ｑ＆Ａ なし -243-
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