福岡陥没事故に関する11月26日の沈下報道に関して思うこと

11月26日福岡駅前の陥没事故現場で再び沈下が発生したと報道された。沈下の最大値は7cmであって、福岡市の担当者の報告では、想定内であったと報告されている。

このような沈下は、前のブログで述べた様に、危惧していた通りのものであり、また沈下の起る様相に少し疑問があるので、この件に関し再び意見を述べる。

1.11月26日の沈下に関する報道

① 県警や市によると、8日に陥没事故が起きた市道「はかた駅前通り」の現場で計12カ所、沈下が発生しないか計測していた。今回、沈下が発生したのは陥没現場とほぼ同じ範囲で、路面が最大7センチ沈下している計測結果が出た。けが人はなく、ガス漏れや停電、断水などの情報は入っていないという。

② 午前1時半ごろ、通行止めの基準となる2.4cmの沈下を計測したため、県警に通報し、交通規制を実施。午前3時ごろまで徐々に沈下が続いたが、その後、沈下は確認されず、地割れなどの危険性がないとして通行を再開した。

③ 再開後に記者会見した施工業者の大成建設JV(共同企業体)は、沈下の原因について「埋め戻した部分の下の土砂の緩んだ部分が重みで圧縮された可能性がある」と説明。「これ以上の大幅な沈下についてはないと考えている」と述べた。ただ、大成JVと市ともに「再度の通行止めは想定していなかった」という。引き続き、24時間態勢で沈下の計測を続ける。

2.沈下の原因の究明

① 福岡市や施工業者の説明によると「埋め戻した部分の下の土砂の緩んだ部分が重みで圧縮された可能性がある」と説明。また、「これ以上の大幅な沈下についてはないと考えている」と説明されている。これはどの様な根拠に基づいているのか?

② 11月8日の陥没現場の写真によると、現場は泥水が溜まっており、その下に、所謂、「ヘドロ」と呼ばれる非常に弱い土が堆積していたと想定される。この上に流動土が流し込まれたのであるが、ヘドロの性質や堆積している量が分からないと沈下の推定は出来ない。どの様な地盤を想定されて沈下の予測をされたのか?

また、報告された沈下量の増加の様相が少しおかしいのではないか?

③ 堆積しているヘドロはある程度粘性土の性質をもっていると考えられるが、沈下は復旧から15日程度では発生しないで、かなり時間をかけて発生してくるものと考えられる。

④ この他にも、流動土の上で、埋め立てに使われた土砂の性質も非常に重要である。また、締め固め土砂の最適含水比と施工時の含水比等は非常に重要なデータであり、今後起るかもしれない沈下量の推定に必要である。

⑤ 既に事故究明のために必要な十分なデータを収集されていれば良いのだが、この件に関しあまり報道されないので、念の為、これから必要なことを書きとめる。

3.これから復旧工事に向けて必要と考えること。

駅前の陥没事故に対し、あまりにも見事に、速やかに復旧工事が行われ、事故の大きさに比べ、犠牲者や付随した事故がなかったものであるから、見落とされがちだが、今回の事故は、平面的に30mx30m、深さ15m、流出土量10,000mという、市街地ではあってはならない大事故です。予測出来ない不可抗力ということでは済まされません。

更に、事故の後に計画通りの地下鉄を構築するという難しい大工事を完成しなければならない訳だから、原因究明や付近の調査など今やらねばならないことが数多く有ると思っている。そこで、自分なら、今やっておきたい事項を記しておく。

① 事故前の付近の種々のデータの収集と分析

  • 崩落事故前の岩盤表面コンター図の作成と岩盤層強度や地下水位の調査
  • 陥落現場付近には幾つかのビルが建設されており、各ビルの建設には地盤調査がなされていたと思う。これらのデータと地下鉄の地盤調査結果を合わせれば、所謂、岩盤と言われている層の崩落事故前の表面コンター図は得られると思う。
  • 岩盤と言われている層の性質と強度
  • これと岩盤層の強度や地下水の位置が分かれば、崩落事故前の地下鉄の掘削に必要なデータが得られる。

② 十分な地盤調査の実施

  • 崩落事故後、現場で地盤調査が実施されているようには見えない。
  • 事故現場の原因の究明のためにも、これからの地下鉄工事を安全に進めるためにも、現場で十分な地盤調査を実施する必要がある。

③ ビルを含む現場の変形図の作成と計測の継続

  • 崩落現場とビルの間には、ビルの建設時に使われたと思われる地中壁が存在していて、ビル側の崩落を防いでいた。しかしこの壁はビルの地下部分を掘削するために使われたもので、この壁にかかる力の方向は今回の崩落事故時に発生した力の方向と全く逆と考えられる。すなわち、ビルからの土圧が支保工の存在しない方向へ働き、幾分水平変形を起こしたかもしれない。
  • 10m以上直立した地中壁がビル側から崩落側に押された場合を考えると、壁が倒壊しなかったことは非常に幸運なことであったとも考えられる。
  • 以上のことから、ビルやインフラ等が事故前に比べると水平変形をしていないか、地下鉄工事再開前に調べておく必要がある。

④ ビルの地下内部調査

  • 前述した地下壁は全面同じ強度を持ったものではないと思う。水平的に強いところと弱いところがあって、全体として建設時に支保工の力を借りて、ビルの内部掘削に耐えた壁である。今回の崩落現場で、ビル側から若干土砂や水が流れ出ているところがみられた。
  • 10,000m3もの土砂が流れ出た時、ビル側からは全く出ていないというのも不自然のように思えるので、部分的に流出したかどうか、調査が必要である。

4.これからのトンネル工事の調査、設計、施工、設計監理について

① 今回の様な市街密集地の事故は絶対再び起こしてはならない。今回の事故で以前にも増して難工事になった地下鉄工事の為に、各方面の技術を結集して当たられることが望まれる。

② 10,000mに及ぶ土砂がトンネル内にどのように流れ込んだのか、現在地下水の流入が有るのか調査し、必要なら調査を継続する必要がある。

③ 土は一度破壊されると以前とは全く異なった弱い物質に変化する。従って、必要な地盤調査は全て一からやり直す覚悟が必要である。

④ 以上の様な十分な現場のデータを反映し、解析によってトンネル掘削時の地盤の応力変化を求める。最近の解析技術の発展を考慮すれば現実的な結果は得られるものと考える。

⑤ いろいろなトンネルの施工方法も考えられるが、十分に安全な施工方法を用いることが肝要である。この際、費用や施工時間より安全性が最も重要である。

⑥ 更に安全を期するために、計測施工法の導入も必要である。

⑦ 独立した施工管理のチーム作り、計測や施工に携わる技術者と良く相談しながら安全性を確認してトンネルが無事完成することを望む。

⑧ トンネルの施工中に、専門委員会の先生方にも適宜相談して頂くよう、お願いしておく必要がある。

以上

福岡博多駅陥没事故に思うこと

2016年11月8日に発生した福岡博多駅前陥没事故では、福岡地方の建設関係の方々が総力を結集されて復旧工事が行われ、埋め戻しやインフラを復旧させて13日に地表面まで埋め戻され、14日にはほぼ復旧の運びとなりました。工事関係者が力を結集されて、こんなに早く工事を完成されたことは本当に日本の建設業の実力を示され、素晴らしいことだったと思っています。しかし、今、道路が陥没していく映像や陥没した地盤が非常に早く復旧していくことに目を奪われているが、これからが問題で、非常に重要なことが残されています。

小職は、個人としては十分な資料を集めることはできませんが、マスコミで報道されていることに少し疑問があり、この様な事故が起きた時に一般的に問題となる事項を記しておきたいと思います。

 

1.地盤内にトンネルを構築した場合、地中の応力とトンネル外側に生じる塑性域

① 応力を持つ地盤内に円形状の断面を持つトンネルを掘削すると、円周方向と円周直角方向の応力差から掘削の内面から塑性域(簡単には地盤が軟らかくなり、変形が進行する領域)が生じる。この塑性域の厚みは地盤の強度によって異なり、強度が大きければ塑性域が小さく、強度が小さければ大きくなる。

② 強度にバラツキが有れば塑性域の厚みもバラツキ、時間依存性のある弾塑性体では時間と共に塑性域が広がっていくこともある。

③ この為、トンネルを構築する周辺地盤の強度や変形特性は非常に重要である。また、地盤内の応力が決定されるトンネルの深さ、硬い地盤の表面の深さやトンネル上面までの厚さも非常に重要である。

2.陥没事故現場の地盤

① 新聞やテレビ等のマスコミの報道によりますと、トンネルを掘削している地盤は岩盤となっているが、土丹と呼ばれるものではないでしょうか?

② 岩盤層の表面はトンネル掘削方向に対して同じ深さが続いているのでしょうか?

③ 以上の点はトンネル構築上非常に重要である。

3.土丹層の性質

① 土丹は粘土が非常に長い年月で固結され、非常に硬い岩盤状になったものだと考えている。土丹層の深いところでは非常に強固なもので、周辺のビルのような基礎杭を支持するに十分な強度を持っていると考えられる。

② しかし、土丹層の表面近くでは、長年の間に地下水や応力の変化等の影響で性質が変化して強度が弱くなり、また、弱くなる程度は土丹の性質によって変化する、と考えられる。従って、強固な土丹層の表面は微妙に変化するものと考えられる。

③ 更に、土丹層で、今までかかっていた応力が解放される場合や掘削表面が空気に晒されると土丹層の強度が弱くなることも考えられる。

4.地盤調査について

① 地盤調査法で最もポプラーな方法は標準貫入試験と言われるもので、質量63.5kgの重りを76cmの高さから自由落下させてサンプラーを30cm貫入するに要する打撃回数(N値)を求めるものである。

② この試験では、砂の性質を比較的正確に求めることが出来るが、粘土の強度や沈下性状は正確に求めることは出来ない。しかし、非常に早く、安価に実施できることから一般的に良く使われている。

③ このように非常に早く安価な試験にも拘わらず、一般的にプロジェクトの全体の費用に比べ、調査に使われる費用は非常に小さい傾向がある。

④ 特に、道路やトンネルのように延長が長いプロジェクトではボーリングの数が限られてくることが多い。

⑤ 一方、陥没現場付近は多くのビルが建設されており、地盤調査結果も多数存在していると考えられるので、これらの調査結果を収集すれば地盤の概要は十分得られるものとかんがえられる。

⑥ 以上、新しく得られたデータと既往のデータからかなり正確に付近の地盤の概要が把握できると考えられる。

⑦ 当該の工事は都市部の地下鉄工事で、特に、硬い地盤の上部でトンネルとの厚みが少ない場合であり、出来るだけ多くの資料の収集や精密な調査が必要と思われるが、十分なされたのでしょうか?

5.NATM工法の原理と当該のトンネルへの適用性

① 掘削した部分を素早く吹き付けコンクリートで固め、ロックボルトを内部の安定した岩盤層まで打ち込むことにより、すなわち、幾分不安定になるトンネル内面付近と安定している地山とを結びつけて全体として安定した地山を構築し、地山自体の保持力を利用してトンネルを安全に掘削する工法と考えている。

② 今回の報道によると、トンネルの上面からわずか2メートルのところに岩盤と言われる層の上面があり、トンネルの上半分を掘削中で、半径は数メーター、また、掘削工法はNATMが使われていたと報道されている。

③ この場合、先ず疑問に思うことは、トンネル上部の硬い層の層厚が2メートルで、数メートルの幅のトンネルを掘削する時、NATMの掘削理論が使えるのだろうか?

④ NATMでは、単にロックボルトを内部に打ちこむだけでなく、真の目的は安定した地山自体の保持力が発揮できる状態にすることである。

⑤ NATM工法は経済的な(安い)工法である。トンネルは基本的には完成時は施工法によらず安定であり、安全であればコストをかけず施工するのがよいが、この場合費用は主に市民国民の税金であろう。担当者は予算に縛られたかもしれないが、正しい施工や力学理論の適用により、コストを削減しながらも適正な調査や施工にコストをかける必要があると思う。発注担当者、施工者が前もって分かっている陥没のリスクの程度をどこまでとるかの判断の妥当性も問題であろう。

6.陥没部の復旧前後の現場の状態

① 報道された映像から判断すると、陥没現場のビル側は10m程度直立している。

② 土、特に砂質土は直立することが出来ないので、ビルの工事中に残されたものか?土留め壁が存在していたと考えられる。

③ この様な状態であれば、この壁はビル側から陥没現場側に一時的ではあるが土圧受けることになる。

④ 陥没現場の道路に面したビルで、基礎形式は不明であるが、鉛直方向は杭で支持されているはずなので、沈下などの影響は少ないと考えられるが、水平方向は土中の応力が減少して土の強度も弱くなり、また、地下水圧も変化するので、何らかの影響が出ると考えられる。

⑤ このような事故が起った時、事故発生後復旧工事が終わるまで、例えば、土留め壁、ビルや地盤等の変形を測定すれば原因究明に役立つものである。

⑥ 今回の復旧工事で、陥没の底面には濁水で満たされていて底面の状況が分からないまま、流動土を流し込まれ復旧を急がれました。現場が主要な道路上であった事を考えると、一つの立派な対策であったと考えられる。

⑦ しかし、濁水の底面に溜まっていたであろうと推定されるヘドロの厚さ、流動土が入っていかない空間の存在、上部の土砂の締め固め方法など、これから長期にわたる変形等が生じる可能性もある。

⑧ 今後は、「降雨や地下水の回復が長期的に付近のビルや地盤にどのように影響を及ぼすか」について、付近の十分な計測がなされ、事故原因の究明に役立たせることが望まれる。

豊洲市場の土壌汚染対策

小職は、日本で土の汚染が大きな環境問題になり始めたころ、この問題でアメリカの最大手のコンサルタント会社と共同で環境ビジネスを始めた経験を持っています。この経験を通じて、土の汚染に関する調査方法、修復方法、また必要な費用の負担方法、これに関連したスーパーファンド法、などを学びました。
今回は汚染された地盤上に建物を建設する場合、必要な注意事項について述べたいと思います。また、汚染された地盤の修復方法や必要な費用の負担等について私見を述べてみたいと思います。

1.   汚染源の特定と対策
①.  既に周知のように、豊洲市場の土地は、元々東京ガスが都市ガス生産のために使用していた土地で、汚染の歴史や原因、汚染された土の平面的な場所や深さ、汚染物の種類と濃度等はある程度分かっており、例えば、汚染された土が運び込まれた土地に対する汚染対策に比べ汚染対策が取りやすいものと考えられます。
②.  汚染土の調査としては、次の様な事項は必須のものと考えられます。
・ 東京ガスが行なってきた都市ガス生産工場の歴史と生産工程の把握
・ガス生産設備の平面的な位置と深さの調査
・土の汚染物質や汚染濃度の平面的且つ深さ方向の分布状況の調査
・上記の汚染土の調査と関連付けて敷地の地盤調査を実施し、地盤と汚染土の関係を敷地全体で把握し、汚染対策の必要個所を限定する。
③.  これらの調査を通じて、汚染された土の場所や深さ出来るだけ限定し、汚染土を拡散することなく局所的に土を入れ替え、または、閉じ込めてしまうことが汚染対策として最も効果的な方法であり、汚染が拡散すればするほど対策が難しくなり、また対策の効果も限定的になると考えています。
④.  以上述べた地盤調査や汚染土対策は既に検討されたことと思いますが、これらの結果が当該プロジェクトにどのように生かされたのでしょうか?

2.   豊洲市場での汚染対策
①.  豊洲市場では、汚染土の対策と同時に安全な市場の建物を建設することが求められています。この為、上部の建築の専門家、基礎構造や地盤の沈下や強化に関する専門家、地盤の汚染対策の専門家、地下水や水質汚染の専門家等の方々が一堂に会して総合的に議論されるべきと考えますが、このようや専門委員会は設置されたのでしょうか?
②.  例えば、液状化対策として上部の軟弱砂質土層に対して締め固めた砂杭が打設されていますが、これは確実に鉛直方向の透水性を増し、汚染された地下水はより容易に鉛直方向に移動してきます。
③.  また、敷地全体に毛細管現象を防ぐ対策として、砕石層が設けられていますが、これは水平方向の透水係数が増し、平面的に汚染水が拡散することにもなります。
④.  このように、汚染された土に対する対策と建物の安全性とは相反することがあり、総合的に考える必要があります。
⑤.  現在問題になっているA.P.+2.0m(ほぼ地下水位に等しい標高)に設けられた砕石層上の空間に汚染水が出てくることは容易に想定されることであり、この状態は砕石層を伝って敷地全体に広がっているものと考えられます。
⑥.  今問題にすべきことは地表面から4.5m(A.P.+2.0m)の空間に滲み出てきた地下水の汚染の状態を議論するのではなく、如何にして地表面に影響の無いような対策を講じるか、であると考えます。
⑦.  東京都の専門委員会で提案されたように、市場の建物の無いところでは、地下水位面(A.P.+2.0m)から上に4.5m(2.0m+2.0m)の盛土することで汚染の影響を防ぐことができることになっています。
⑧.  今議論すべきことは、市場の建物がある部分の実現可能な対策です。
・追加工事は必要ですが、例えば、現在の基礎面(A.P.+2.0m)に数十センチの鉄筋コンクリートを打設した場合、4.5mの盛土部分と同じ安全性があるのかどうか?
・この方法より更に追加工事は必要であるが、旧地盤面(A.P.+4.0m)まで盛土して基礎面を上げ、ここに鉄筋コンクリートを打設した場合はどうか?
・これらの他に可能な対策案があるかどうか?
⑨.  小職は十分可能な対策工はあると考えていますが、もし満足が得られる対策工が無ければ、豊洲市場全体に重大な影響を及ぼすことになると考えます。

3.   汚染対策に必要な費用の負担方法
豊洲市場の土地は広大であり、土壌浄化の費用の非常に大きなものになっている。この土地の浄化は最初に東京ガスが行い、その後更に東京都によって実施された。しかし、両者が使った費用は大きな差があり、費用の負担分担に疑問を感じ、その内容を日本の土壌汚染対策法と照らし合わせて考えてみることにしました。小職は、法律については素人でありますので、お教え頂ければ幸いです。
①.  豊洲市場の土地について
・前述したように、豊洲市場の土地は東京ガスの工場跡地であり、土や地下水の汚染は東京ガスの都市ガス生産により生じたことは明白である。
・東京ガスは東京都に土地を譲渡する際に、汚染した土壌や地下水の浄化を行い、豊洲市場の環境基準を満たしているとして売買契約を結んでいる。
・東京都が土地を買い取った後、念のため、土地の汚染に対する環境調査を実施したところ、環境基準をはるかに超える数値が検出された。
・従って、この土地は環境的には瑕疵のあった土地である、と言える。
②.  汚染浄化の負担と土壌汚染対策法
・日本における土壌汚染対策法では、汚染原因者(土壌汚染の原因を作ったもの)が浄化を実施し、その費用を負担するのが原則である。
・豊洲市場の場合、東京都が浄化の対策を行ったが、東京ガスは日本を代表する会社で、財務的な負担能力も十分あると考えられるので、東京ガスが土壌浄化の費用を負担するのが原則ではないだろうか?
・東京都と東京ガスとの売買契約で、東京都が浄化費用を負担するということになっていても、元々瑕疵のあった土地であり、また、両者が今までに浄化に使った費用はあまりにも差があることから、東京ガスが浄化の費用の全額もしくは一部を負担すべきではないだろうか?
以上

豊洲市場の問題点-基礎工学的な常識から

① 地盤の浄化の真の目的
地盤浄化の真の目的は浄化された地盤を作成することでなく、地盤上に建設される市場が安全で安心な建物になるということだと思います。都が設置された専門委員会で汚染対策のほかに建家の基礎構造について議論されなかったのでしょうか?

② 建物の基礎について
ほとんど全ての建物の基礎は地中に埋まっている部分(根入れ部分)があって、地下空間のない建物では少なくとも1メートル程度、設備配管等のための地下空間が必要な建物では少なくとも2メートル程度は根入れされ、鉄筋コンクリート製の底版が設けられ地下水の侵入を防ぐ構造が一般的だと思っていました。

③ 汚染土対策の観点から安全性の比較
専門委員会で提案された旧地盤面(A.P.+4.0m)から2.0mの土は掘削・入れ替えし、更に2.5mの盛土をする案と、例えば2.0mの土の掘削・入れ替えを行った後、建家の基礎構造として、数十センチの鉄筋コンクリート製底版を設けた場合を比較して、汚染土対策の観点から、どちらが安全なのでしょうか?
もし、鉄筋コンクリート製底版を設ける案で問題が無いのであれば、建設工事では
一度計画地盤面まで盛土した後再び基礎面まで掘削する方法は取らずに、汚染した土2.0mの掘削・入れ替え後、直接基礎構造を構築することが一般的だと思います。

④ 盛土荷重による地盤沈下の問題
現在、世間の目は地下水に集中していますが、旧地盤面から2.5mの盛土を軟弱地盤
上に行う、ということは基礎工学上大変な問題で、地盤沈下が長期にわたり生じます。なぜなら、旧地盤を基準にして考えると、2.0mの掘削・入れ替えた土による応力の変動はありませんが、2.5mの盛土は載荷重(約50kN)として働きます。この荷重により、地下水面(A.P.+2.0m)以下の粘土層には50kNの過剰間隙水圧が盛土された地区全体に発生することになります。
(注)50kNという水圧は大変なもので、5mの深さの水圧に相当します。この大きな
荷重が広大な敷地全面にかかり、敷地全体の地下に存在する粘性土層に過剰
間隙水圧を発生させることになります。

⑤ 圧密現象と地盤沈下、特に不同沈下の可能性
過剰間隙水圧をもった下部粘性土層の間隙から間隙水が粘性土層上部の透水層に向かって流れ出て、地盤の沈下が起る結果となります(圧密現象)。沈下量やこれに要する時間は下部粘性土層の性状や層厚によって異なるため、将来不同沈下起る可能性もあります。

⑥ 新しく盛土された地盤上に建設される建物の基礎工学的な問題点
建物の基礎が杭基礎であっても、新しく盛土された地盤上に建設される建物には解決しなければならない種々の問題が起ります。前述した沈下や不同沈下の問題の他に、沈下によって杭にかかる負の摩擦力が生じること、杭によって支えられた基礎版と基礎下の地盤の間に隙間が生じ、この隙間に杭を伝って地下水が溜まること等々があります。従って、計画地盤面を変更するときは上記の種々の問題、高潮の水位、建物の床面の高さなどを十分考慮して決定することが望まれます。

⑦ 基礎工学的な見地も考慮した汚染土対策
最近報道される内容を見ますと、「盛土することが絶対的に正しく、盛土内に基礎を設けることが間違っている」、との意見が多いように思います。この意見は汚染対策のことだけを考える場合は正しいかもしれません。しかし、実際は、「敷地内に非常に大きな市場の施設が建設される」、という基礎工学的な問題が忘れられているように思います。汚染対策も十分行い、且つ、基礎工学的にも十分安全な解決策は存在すると確信しています。

⑧ 複雑な技術問題の対処方法について
最近のプロジェクトでは、単一の技術分野では対処できない問題が多く含まれることから、出来るだけ異なった分野で豊かな経験を持った専門家が集まって、広範な技術を活用して最善の解決策を出すことが望まれています。
東京都には非常に優秀な土木・建築の技術者がおられると思いますし、また必要なら
建設コンサルタントや建設業にも非常に多くの専門家がおられます。これらの方々が専門委員会の委員になられて、環境や水・汚染水問題の専門の先生方に協力されて、
現場の条件を十分取り入れた解決策を講じられることを願うところです。

以上

新しいブログの開設にあたって

私たちは土木と建築を専門とするグループですが、最近この分野でいろいろな問題が起り世間を騒がせております。ところが、テレビや新聞で報道される議論の内容は必ずしも的をえているものばかりとは、我々には思えません。そこで、自分たちが考えていることを自由に、且つ、気楽に発信できる場を設け、皆様と意見を交換できる場があれば、と考え、このブログを立ち上げました。

なお、我々は実際のプロジェクトを担当してきた技術者であり、専門的な高度な知識を持たれた学者ではありません。従って、一般的な常識で考えて意見を述べますが、皆様から種々の御意見を頂ければ幸いです。