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建設資材データベーストップ > 特集記事資料館 > 積算資料公表価格版 > コンクリートカッティング工法の技術動向と課題

 

はじめに

建設分野においては周辺環境問題に対する意識が広く浸透し,新技術,新工法の開発・活用が多く行われている。解体・リニューアル工事等においも重機解体と併用して,低振動・低騒音の工法が選択されており,また特殊な条件下においてはアブレッシブウォータージェット工法による切断が行われている。
 
本稿では,コンクリートカッティング工法としてダイヤモンド工法,アブレッシブウォータージェット工法を紹介し,それぞれの課題をとりあげて改良を施した乾式ダイヤモンド工法,超高圧アブレッシブウォータージェット切断工法およびウォータージェット作業時の騒音の発生状況について紹介する。
 
 

1. 従来のダイヤモンド工法

人工ダイヤモンドを使用したダイヤモンド工具を用いて切断・穿孔する工法であり,重機等を使用した解体工法に対して,低振動・低騒音の工法として広く活用されてきている。
 

1-1 フラットソーイング工法

一般に床・床版・舗装のような水平面を切断する際に使用されている工法である。ダイヤモンドブレードを機械に取り付け,オペレータは機械の進行につれて歩きながら後方から一人で操作する。目地切,傷んだ舗装の打替・撤去のためのコンクリート部分の切断,電気・電話・ガス・水道・下水など舗装下に管を敷設する際の舗装部分の切断などに用いられている(写真− 1)。
 

写真−1 フラットソーイング工法




 

1-2 コアドリリング工法

先端部に刃先をもった筒状の工具を回転させながら,その軸方向に圧力を加え,被穿孔物に工具を貫入させ,孔を開ける工法である。正確な円形切断を求められる現場で使用され,給排水管・電気配線・エアコンのダクトなど,どのような径の孔でも容易に穿孔できる。用途としては,主にケーブルやアンカーボルトを通したり,柱用の穴を開けたり,検査用のサンプルを採取したりする時に多く使用される(写真− 2)。
 

写真−2 コアドリリング工法




 

1-3 ウォールソーイング工法

切断面(壁面,斜面,床面等)にソーイングマシン走行用ガイドレールをアンカーボルトで固定し,そのレールにダイヤモンドブレードがセットされたソーイングマシンを装着して,ダイヤモンドブレードの高速な回転と,ソーイングマシンのレール上の移動によって,対象物を切断する工法である。用途としては,ビル,高速道路,地下鉄など,活用の場も広範囲に適用できる(写真− 3)
 

写真−3 ウォールソーイング工法




 

1-4 ワイヤーソーイング工法

ワイヤーソーを被切断物に巻き付けてループ状に両端を接続し,ガイドプーリーを用いて切断方向を調整し,ワイヤーソーに一定の張力を加えながら,駆動機により高速回転させて対象物を切断する工法である。被切断物の形状をほとんど選ばず自由に切断でき,柱や煙突のような大断面を一度に切断すること,病院や学校のような建物を一度に切断することも可能である(写真− 4)。
 

写真−4 ワイヤーソーイング工法




 
これら従来のダイヤモンド工法は切削時に冷却水を使用するため,排水汚泥が周辺環境に与える問題が指摘されている。この排水処理の問題に対応すべく,新たに開発された乾式ダイヤモンド工法について,次に紹介する。
 
 

2. 乾式ダイヤモンド工法

従来のダイヤモンド工法の機械を使用して,冷却水を無水もしくはほとんど使用せずに切断・穿孔をする工法である。主な特徴として以下のものが挙げられる。
①排水汚泥を少量にすることができ,周辺環境(河川等)への負荷を軽減できる。
②給排水設備が不要になる。
③産廃量が少なくなる。
 
①に関しては,河川や高速道路等に架かる橋や既存の建物を切断撤去する際に,周辺へ排水汚泥が漏水するリスクを軽減できる。また,寒冷地では冷却水が凍結し,作業員が足場上の作業で転倒・転落する災害を防ぐことができる。
 
②に関しては,従来ダイヤモンド工法では冷却水を供給するための給水設備が必要になり,水道等が敷設されていない現場では別途設備費用を計上する必要があった。また,切断により発生した排水汚泥は回収し適正な水処理を行うか,建設汚泥として産業廃棄処分をする必要があった。乾式ダイヤモンド工法は,冷却水をほとんど使用しないため,排水汚泥は集塵機等で回収することができ,上述のような大掛かりな設備は不要となる。
 
③に関しては,②でも述べた通り,切断により発生する廃材は切削粉として回収できるので,水分を含んだ排水汚泥よりも大幅に産廃量を軽減でき,そのままで産業廃棄処分が可能になる。
 
以下に工種毎の特徴を記す。
 

2-1 乾式フラットソーイング工法

低水量タイプと冷却水を一切使用しない無水タイプの2種類がある。
 
低水量タイプのフラットソーは,専用の低水量ダイヤモンドブレードを使用し切断する。この際使用する機械は従来のフラットソーマシンと同様のものであり,冷却水の供給量を少量に設定して稼動させる。これにより排水汚泥は粘土状の塊として回収でき,従来切断時に必要なバキューム装置を使用せずに,簡易的に回収することが可能になった。床版撤去等の場合に,床版下部への排水汚泥の流出も軽減できる。切断深さは一般的に300mm程度まで可能である。
 
無水タイプのフラットソーは,フラットソーマシンに集塵機を搭載した機械(写真− 5)を使用する。

写真−5 乾式フラットソーイング工法




 
主に,建物等の目地切断で使用することが多い。切削粉はそのまま土嚢袋に回収できる。現在フラットソーにより舗装等を切断し発生した排水汚泥を,そのまま側溝等に排水できない条例を設けている自治体が増えてきている。ここで紹介する無水タイプのフラットソーは,アスファルト切断であれば一般的に100mm程度までは切断できる。ここ数年で,埼玉県内にて無水タイプのフラットソーで切断した実績も増えてきており,排水汚泥処理の問題に対処できる工法として期待できる。
 

2-2 乾式コアドリリング工法

従来のコアマシンに新式専用ビットを使用して穿孔する工法である。ビット内部にエアーを送りながら冷却し,ビットとマシンの接続部に専用の回収装置を取り付け集塵機で切削粉を回収する(写真− 6)。一般的にφ 150mmで500mm程度までの穿孔が可能である。
 

写真−6 乾式コアドリリング工法




 

2-3 乾式ウォールソーイング工法

従来のウォールソーマシンに乾式専用ブレードを使用して切断する工法である。冷却は乾式専用ブレードに少量の水をミスト状に噴霧し直接ブレード基盤とダイヤモンドチップを冷却する。切断により発生した切削粉は,ウォールソーマシンのカバーに集塵機のホースを直接取り付け回収する方法であり,下向き施工で80%,横向き施工で60〜70%程度の回収が可能である。切断深さは一般的に200mm程度までである(写真− 7)。
 

写真−7 乾式ウォールソーイング工法




 

2-4 乾式ワイヤーソーイング工法

従来のワイヤーソーマシンに乾式専用ワイヤーを使用して切断する工法である。切断ラインに合わせて防塵を兼ねたワイヤーカバーを設置し,切断中はサイクロン式の集塵機により切削粉を回収する(写真− 8)。乾式ワイヤーソーイング工法は平成20年5月に国土交通省NETIS(登録番号KT-080004-V)に登録されており,国内でも採用実績がある工法である。
 

写真−8 乾式ワイヤーソーイング工法




 

3. 超高圧アブレッシブウォータージェット切断工法

超高圧水(圧力200〜300MPa程度)の噴流に研磨材(アブレッシブ材)を吸引混入させ,この水と研磨材の混合噴流をノズル先端より放出する。圧力200MPa時の流速は600m/sec以上に達する高速水噴流となり,この高速噴流エネルギーと研磨材がもつ切削性を利用し,様々な対象物に噴射して切断する工法である(写真− 9)。
 

写真−9 超高圧アブレッシブウォータージェット工法




 
研磨材として最も多く利用されるガーネット(ざくろ石)はダイヤモンドに次ぐ硬度をもち,比重が4前後と重く破壊されにくいため,埃が立ちにくく浮遊シリカによる珪肺の心配もない,環境と人にやさしい天然の研磨材である。特別な場合には銅スラグ,スチールグリッドが利用される。
 
これらの研磨材を使用しない場合,単にウォータージェット工法と称され,コンクリート表面のはつりや各種コーティングの剥離などに用いられる。ウォータージェットは硬質な粗骨材や鉄筋を切断することができない。モルタル部分を破壊し粗骨材を堀り出しながら分離し切断を進めるため,鉄筋とコンクリートを同時に切断する用途には適さず,研磨材を用いるアブレッシブウォータージェットが用いられる。
 
[長所]
● ガス切断やプラズマアーク切断のような熱変形,熱変性が生じない。
● 大気への粉塵の発生がなく,刃物や加工物の振動による騒音が少ない。
● 非接触加工であるため,任意の位置で任意の形状に切断できる。
● あらゆる金属材料,コンクリートを切断でき,鉄筋コンクリート等の複合材料も切断できる。
● ノズルは小型,軽量であり自動化,ロボット化が可能であり遠隔制御も容易である。
 
[短所]
● 噴射音が大きく,カバー等による騒音対策が必要である。
● 噴射水,使用済研磨材の処理が必要である。
● 安全面により,ノズルはロボットやガイドレール等で保持することが必要である。
● 一般の解体工事で使用するには切断能力が小さい。
 
アブレッシブウォータージェットの加工効率を向上させるには,噴射する研磨材の高速化によって運動エネルギーを高める必要があり,研磨材の高速化には水噴流の高速化が必要不可欠である。ウォータージェットの噴射速度は圧力の平方根に比例するため,同一動力におけるアブレッシブウォータージェットでは,低圧大流量よりも高圧小流量のほうが加工効率は向上する。
 
研磨材,排水に関わる費用(研磨材購入費用,消耗部品費用,処理費用など)はアブレッシブウォータージェットにおけるランニングコストの大半を占めることが多く,同一圧力で研磨材使用量(単位時間当り)を増加すると切断速度の向上が図れるが,研磨材消費量(単位加工長さ当り)が増加する。同一の研磨材使用量(単位時間当り)で高圧化を図ると切断速度の向上だけでなく,研磨材消費量(単位加工長さ当り)を低減できることが多い。経済的で効率的なアブレッシブウォータージェット切断工法を目指すうえで高圧化は欠かすことができないアプローチとなっている。
 
分野は異なるが航空機業界や自動車業界等における各種部品加工に用いられるアブレッシブウォータージェットでは圧力が最高で600MPaにも達するシステムが採用されるなど,切断性能と経済性を向上させた事例が出てきている。これらの業界とは異なり,建設分野で用いられるウォータージェットは超高圧水の伝送に超高圧ホースが用いられるのが普通であり,超高圧ホースが持つ耐圧の範囲内の圧力で施工される。今後の技術革新により,周辺機器を含めたシステム全体の高圧化に向けた開発やシステムの効率化が進むことにより,これまで以上にアブレッシブウォータージェットが利用されるものと考える。
 
アブレッシブウォータージェット工法の基本機能を図−1に,超高圧アブレッシブウォータージェット装置の全体仕組み(システム)を図−2に示す。
 

図−1 アブレッシブウォータージェット工法の基本機能図




 

図−2 超高圧アブレッシブウォータージェット装置の全体仕組み(システム)図




 
 

4. ウォータージェット工法によるビル解体工事等に伴う騒音・振動の低減

ブレーカなどによるコンクリートはつり工法は,残すべき部位まで損傷してしまう恐れがあるが,ウォータージェット工法は,①適切な圧力,流量の設定により鉄筋に損傷を与えずにコンクリートだけを除去でき,②コンクリート表面の目荒らしにより新旧コンクリートを一体化でき,③水の吐出圧力の調整によりコンクリート表面の塗膜や付着物だけを除去できる,等の特徴がある。
 
以下,その音響・振動特性について報告する。
 

4-1 模擬試験体を用いたはつり実験

写真− 10に示すように柱の模擬試験体をウォータージェット工法によってコンクリートを除去する試験を行った。図− 3に音源と測定点の位置を示す。
 

図−3 試験体を用いたはつり実験 測定状況




 
試験体から1.5m点(①)と10m点(③)で音圧レベルの測定を行った。測定点②は,防音シートから1.5m離れた場所とした。超高圧洗浄車内に設置されているポンプの音響特性も同時に1.5m点で測定(④,⑤,⑥)を実施した。超高圧ポンプの仕様は最大220MPa,18ℓ/min.である。作業場周囲3面と天井面には,単管足場に防音シート(両面ポリ塩化ビニルコートポリエステル繊維製シート,面密度0.5kg/m2)を設置して,防音対策とはつりコンクリート片の飛散防止を図った。ハンドガンのノズルから200MPa,17ℓ/min.で水を噴出させた。音響データは60秒間のはつり作業について,等価音圧レベル(Leq)を算出した。
 
音源から1.5m前方の地点①のA特性等価音圧レベルは106dB,卓越周波数は1000Hz〜4000Hzである。音源は防音シートで囲われており拡散音場となっているので10m地点(③)では点音源の減衰(−6dB/D.D)より減衰量は小さくなっていることがわかる。音源から1.5m後方の地点②は,防音シートの効果によってA特性等価音圧レベルは92dBまで減衰していた。等価音圧レベルの周波数特性を見ると,中高音域で減衰量が大きくなっている。超高圧洗浄ポンプから1.5mの地点④〜⑥のA特性等価音圧レベルは90dB程度であった(図− 4)。
 

図−4 等価音圧レベル測定結果




 

4-2 実建物におけるはつり実験

実際の建物において柱を解体しているときの音圧レベル,振動加速度レベルを調査した。測定位置を図− 5に示す。
 

図−5 実建物におけるはつり 測定状況




 
測定は解体中のフロアと直下のフロアで行った。ウォータージェットで解体を行っている柱の大きさは,800×900mm,スラブの厚さは180mmである。ウォータージェットではつりを行っている作業場は防音シートで囲っている。ウォータージェットノズルの吐出圧力は200MPa,17ℓ/min.とした。
 
図− 6左に示すように,ウォータージェット近傍の地点A ではA 特性等価音圧レベルで104dB,防音シートの外2mの地点B(ウォータージェットから6mの地点)で91dB,防音シートの外8m離れた地点Cで82dBであった。直下階では,A特性等価音圧レベルは73〜77dB程度であった。
 

図−6 等価音圧レベル測定結果




 
図− 6右に示すように,ハンドブレーカではつり作業を行った場合には7.5m離れた地点においてA特性等価音圧レベルは95dB,直下階では84〜89dBであった。
 
ウォータージェットではつり作業を行った場合の振動レベルは,図− 7左に示すようにL10 で60dB以下であった。直下階でも振動レベルは同程度となっていた。ハンドブレーカの振動レベルも近傍および直下階で60dB以下となっていた。
 



 



 

図−7 振動レベル(L10)および振動加速度レベル(Leq)測定結果




 
固体音の影響を検討する目的で63〜500Hz帯域の振動加速度レベル測定も実施した。図− 7右に示すように,ウォータージェットで柱解体時に,近傍のスラブで振動加速度レベルの大きさは63Hz帯域で50dB,500Hz帯域で71dBであった。ハンドブレーカによるはつり作業では,63Hz帯域で72dB,500Hz帯域で105dBであった。このハンドブレーカの振動がスラブから直下階に放射されるとするとA特性等価音圧レベルは85dB程度と予測され,直下階のA特性等価音圧レベルの測定値と一致している。ハンドブレーカではつり作業を行う場合には,直下階で固体伝搬音の影響がきわめて大きいことを示している。
 

4-3 まとめ

1) 解体時はハンドガン近傍でA特性等価音圧レベルが100dBを超える場合があるため,作業場を防音シートで囲う等の対策が必要である
 
2) ウォータージェット工法,ハンドブレーカの振動レベルは,作業場近傍でも60dB以下となり,日本建築学会環境基準の「建築物の振動に関する居住性能評価指針」に示されている「鉛直振動に関する性能評価曲線」(3〜30Hz)のV-10を下回っている
 
3) ウォータージェット工法で模擬柱に穴を開ける時には,柱裏面で500Hz帯域の等価振動加速度レベルは95dB程度となり,この振動が固体音として室内に放射されると仮定すると,A特性等価音圧レベルは75dB程度になる
 
4) 実際の建物の柱解体時におけるスラブ振動は,500Hz帯域で70dB程度であった。一方,ブレーカ作業の場合には,作業場近傍,直下階居室では500Hz帯域で100dBを超える場合があり,ブレーカによる解体は,下階に対して固体音の影響が大きい
 
 


 
コンクリートカッティング工法は,指定された箇所を効率よく滑らかに切断でき,かつ低騒音・低振動で粉塵も少ないことから,解体工事はもとよりリニューアル工事での部分解体ニーズにも対応できる。今後,環境負荷の小さい解体工法としてより一層の普及が期待される。
 
 

著者

日本ウォータージェット施工協会 理事 時岡 誠剛  
株式会社熊谷組技術研究所       大脇 雅直
第一カッター興業株式会社       砂川 高寛  
株式会社スギノマシン         下坂 慎也
 


 
 
【出典】


積算資料公表価格版2016年11月号



 

 

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