しゅんせつ工事

港湾、河川、運河などの底面をさらって土砂を除去する土木工事のことをしゅんせつ工事といいます。海に囲まれ、河川の多い国土を有する日本では、しゅんせつ工事が必要となる機会も少なくありません。豊かで安全な国民生活を守るための、しゅんせつ工事の重要性について詳しく解説します。

しゅんせつとは

しゅんせつ工事の「しゅんせつ」とは漢字では浚渫と書き、水底の土砂を浚（さら）うことを意味します。港湾で航路と泊地を確保したり、水中構造物を建設する際にしゅんせつ工事は欠かせません。四方を海に囲まれ、山がちで河川の多い日本において、しゅんせつ工事の持つ重要性は非常に高いと言っても良いでしょう。しゅんせつ工事にはさまざまな手法があるので、地形、地質、土の量などによって最適と思われる設備を選ぶことが大事です。

しゅんせつ工事の目的

日本の国土を整備する土木工事において重要な役割を担ってきたしゅんせつ工事ですが、主に次のような目的で施工されます。

港湾整備

日本の輸出入貨物はその多くが船便でやりとりされています。問題なく輸出入が行われるためにも港湾整備は欠かせません。港をつくるためにも、まず必要となるのはしゅんせつ工事です。もし、航路や泊地の水深が十分でなければ、大型船のお腹が海底にぶつかり進めなくなってしまう危険があります。港湾整備にあたっては、海底の土砂をしゅんせつ工事によって取り除き、航路と泊地を作ることが大事です。近年、コンテナ船は巨大化が進んでいるため、すでにある航路の深さや幅を広げるためにしゅんせつ工事をしなければいけないこともあります。

災害対応

港湾が台風、豪雨、地震、津波などで被災した時も、しゅんせつ工事が必要となります。土砂、瓦礫、ゴミなどが堆積したままでは、港の機能が損なわれてしまうからです。災害から一日も早く立ち直るためにも、しゅんせつ工事は非常に重要な役割を担っています。

自然環境の改善

海水があまり循環しないエリアは水質・底質が悪化しやすく、赤潮や青潮を発生させる原因となっています。このような場所にできたヘドロなどの表面を、他のきれいな場所のしゅんせつで排出された土砂で覆い、環境改善をはかることもあります。このような工事もしゅんせつ工事の一種ですが、環境問題への関心の高まりに伴いますます重要性を増しています。

しゅんせつ工事の課題

今後、港湾、河川、湖沼などにおける水質・底質の浄化を目的としたしゅんせつ工事の需要はますます高まると予想されます。しかし、こういった環境保全が目的としたしゅんせつ工事だからこそ、施工そのものが環境に悪影響を及ぼすことのないように十分注意しなければいけません。水質汚濁、騒音、悪臭などが出ないように十分配慮することが求められます。また、しゅんせつ工事によって排出された、しゅんせつ土砂の処分問題も完全に解決されているわけではありません。今後ますます、しゅんせつ土砂の有効活用に主眼を置いた、高度処理システムが構築されることが期待されています。

ポンプしゅんせつ工事とは、海底、河川、湖沼などの底泥をポンプで吸引して除去するしゅんせつ工事の一種です。多種多様な泥質に対応することができ、大規模工事から小規模工事までさまざまな場面で活用されています。どのようなポンプを使用するかによって、次のように分類されます。

渦巻ポンプしゅんせつ工事

渦巻ポンプを使用するしゅんせつ工事です。渦巻ポンプとは、流体の圧力を高めるため、羽根車の回転による遠心力を用いるポンプのことです。渦巻ポンプしゅんせつ工事はさらにポンプしゅんせつ船工事と、水中サンドポンプしゅんせつ工事に大別されます。

ポンプしゅんせつ船工事

スパッドなどで船体を海底に固定し、船舶のラダー先端に設置したカッターで海底地盤を掘削、しゅんせつポンプで吸引する船を、ポンプしゅんせつ船と言います。主に埋立しゅんせつ工事において、航路や泊地の確保のために使用されています。また、工業用地などの臨海用地の造成を行う際に使用される代表的な作業船です。移動する時にはタグボートで曳航されることが多いものの、自ら高速に航行し、港湾工事で他の貨物船の邪魔にならないよう速やかに退避できるのものあります。

水中サンドポンプしゅんせつ工事

サンドポンプをクレーンやバックホーで水中に吊るしたり、水中に沈めて設置することによって行う工事です。サンドポンプとは泥土揚水したものを地上に送泥するための機材です。サンドポンプ先端に取り付けたジェット噴射ノズルから、ジェット噴射をして硬い地盤をほぐしながら行われることもあります。ポンプしゅんせつ船が入り込めないような、次のようなケースで用いられています。

・桟橋周辺などの狭い場所
・橋梁の下部
・取水口や水門
・湖沼やダム湖
・複雑な構造物の隙間
・複雑な海底構造物の周辺
・船舶係留部の堆積土砂の除去

特殊ポンプしゅんせつ工事

特殊ポンプしゅんせつ工事とは、渦巻ポンプにかわって負圧吸泥ポンプを使用する工事のことです。負圧吸泥ポンプは、工事している周辺をできるだけ汚濁させないことを主眼に開発され、次のような条件を満たしている必要があります。

・含泥率50％以上でしゅんせつ可能
・底泥の表面30cm程度と、厚めのしゅんせつができる
・表層部の泥を確実に取り除くことができる

特殊ポンプしゅんせつ工事の事例

特殊ポンプしゅんせつ工事は、たとえば表層にリン、窒素などを多く含む底泥のしゅんせつの際に必要となってきます。このような表層泥は非常に軟弱で、含水量が極めて高いことが特徴です。これまでの渦巻ポンプしゅんせつでは、底泥を大量の水と一緒に吸引するため、汚濁発生や余水処理の問題が発生していました。これらの問題を解決するために考案されたのが特殊ポンプであり、工場排水などで汚染された底泥などを周囲に悪影響を及ぼすことなく除去するために活用されています。

グラブしゅんせつ工事とは、グラブバゲットという二枚貝のように開閉しながら土砂、石炭、鉱石などをすくいあげる機械部品を用いて、海底の泥などをすくい出すしゅんせつ工事のことです。一般的にグラブバゲットを取り付けたグラブしゅんせつ船で作業が行われます。

グラブしゅんせつ工事の概要

グラブしゅんせつ工事は次のような特徴があります。

グラブしゅんせつ工事の目的

グラブしゅんせつ工事は主に次のような目的で行われます。

・船舶が安全に航行できるように港湾を確保する。
・港湾や河川に堆積した土砂を除去して水深を維持し、船舶の安全な航行を守る。
・船舶が安全に停泊できる泊地を作る。
・土地造成や構造物の基礎築造のための土砂を掘削する。
・環境対策として汚泥を除去する。

グラブしゅんせつ工事のメリット

グラブしゅんせつ工事には次のようなメリットがあります。

・深さの変化が多い場所のしゅんせつに用いることができる。
・グラブバゲットを吊るロープを長くすることで大深度の工事も可能。
・大深度になっても掘削力が弱くならない。
・硬土盤のしゅんせつに向いている

グラブしゅんせつ船の仕組み

グラブしゅんせつ工事に使用されるグラブしゅんせつ船は、一般的に船体上に360°旋回するクレーンを搭載し、ワイヤーロープによってグラブバゲットを吊り下げる構造になっています。そして、ワイヤーロープを巻き上げることによってグラブバゲットを上下させながら、水底の地盤をさらっているのです。他の船に曳航・押航してもらうタイプと、自ら航行可能な自航式があります。いずれにせよ、しゅんせつ工事中は船体を固定しなけれないけません。固定方法はスパッドと呼ばれる脚を船体から海底に打設するスパッド式、アンカーワイヤーを用いるアンカー式のどちらかになります。

環境対応型グラブバゲットによるしゅんせつ工事

グラブしゅんせつ工事では一般的なグラブバゲットの他に環境対応型グラブバゲットが使用されることもあります。環境問題への関心とともに注目を浴びている工法でもあります。しゅんせつ工事は水底から除去した土砂を再利用できるようにするまでが含まれますが、環境対応型グラブバゲットは余分な水分の取り込みを抑え再利用しやすくする機構がついていることが特徴です。環境対応型グラブバゲットによるしゅんせつ工事の工程は次の通りです。

1.グラブバゲットを開く。
2.グラブバゲットを着底させる。
3.グラブバゲットを閉じながら、水平掘りで底土をつかみます。
4.グラブバゲットを土砂をストックする場所まで移動さたら、グラブバゲットを開きます。

進化した環境対応型クラブバゲット

これまでの環境対応型グラブバゲットでは、グラブを上下移動させる時に微量の汚濁が発生するリスクがありました。そこで、グラブにフラップを内蔵し、揚土パイプに押し上げて排送するというさらに進化した環境対応型グラブバゲットもあります。汚濁拡散を最小限にできる他、燃料消費量を少なくすることで温室効果ガスの排出量を削減することが可能です。

ダムには雨と一緒に周囲の山々から土砂が流れ込んでくるため、時間経過とともに湖底に土砂が堆積していきます。そうなると、ダムは堆砂により本来の治水機能を発揮しにくくなるのが問題です。そのような時に必要になるのがダムしゅんせつ工事です。

ダムの堆砂問題

もちろん、ダムは計画堆砂量が計算された上で造成されています。しかし、近年、局地的豪雨が急増したことなどにより、計画堆砂量をオーバーしているダムが増えているのも事実です。当然、計画堆砂量を越えてしまうと、さまざまな問題が起きてきます。貯水量が減少してしまうだけではなく、河川の環境に悪影響を及ぼす可能性もあるのです。また、計画堆砂量に到達していなくても、洪水調節容量内に入り込んでくると、洪水時に本来ならば貯水できたはずの水量を貯められなくなるなど、水害を大きくしてしまう可能性もあります。そこで、ダムしゅんせつ工事が必要となるのです。

ダムしゅんせつ工事の問題点

ダムしゅんせつ工事には、港湾、河川などにはない独特の難しさがあります。

大型機械搬入が困難

ダムは一般的に山間部にあります。そのため、大型建設機械の搬入や広い作業ヤードを確保することが困難です。

堆積物の多様性

ダムには粘土、砂礫、塵芥などさまざまな土砂が地層のようになって堆積しています。そのため、多種多様な堆積物に柔軟に対応できるしゅんせつ工事が必要です。

ダムしゅんせつ工事の工程

以上のような問題点をふまえ、ダムしゅんせつ工事はたとえば次のような工程で行われます。

機材搬入

山間部でも輸送できるように小さく解体された資機材を搬入し、工事現場で組み立てを行い、作業ヤードを造成します。

しゅんせつ

ダムのしゅんせつには、たとえばクラムシェル台船が利用されます。クラムシェルとは、二枚貝のように開閉しながら土砂をつかんで掘削するバゲットを、ワイヤーロープで吊り下げて使用する建設機械の一種です。

空気圧送

ダムの底から除去した土砂を脱水処理を行う機械まで空気圧送します。

土砂の脱水

ダムの底に堆積していた土砂を脱水して、埋立などに再利用できるようにします。PFP工法と呼ばれる高圧機械脱水処理などが行われます。

ダンプ運搬

脱水が完了した土砂を、埋立や宅地造成などをしているところまでダンプ運搬します。

水陸両用ブルドーザーによるダムしゅんせつ工事

ダムしゅんせつ工事は水陸両用ブルドーザーによって行われることもあります。

水陸両用ブルドーザーを利用するメリット

水陸両用ブルドーザーならば、台船による作業ヤードを作ることが困難なダムでもしゅんせつを行うことができます。ブルドーザーが直接ダムの中に侵入できるという機動力に優れている点は大きなメリットといえるでしょう。

水陸両用ブルドーザーの特徴

水陸両用ブルドーザーは無線遠隔操縦によって運用されます。そのため、ダムしゅんせつ工事はもちろんのこと、人が立ち入ることのできない現場の作業に役立つことが特徴です。東日本大震災における災害復旧工事でも被災地各所で稼働しました。

しゅんせつロボットを利用して行うしゅんせつ工事のことを、しゅんせつロボット工事といいます。しゅんせつロボットは、しゅんせつ船を固定するのが難しい場所などのしゅんせつ工事ではなくてはならない存在です。

しゅんせつロボットの必要性

海底の土砂をさらうしゅんせつ工事は、多くの場合、海面に浮かべたしゅんせつ船を利用して施工されます。しかし、波浪が大きかったり、潮流が速い場所ではしゅんせつ船が稼働できなかったり、精度の良い掘削を行うことができません。そこで、しゅんせつ船ではなくしゅんせつロボットによるしゅんせつが必要になります。

しゅんせつロボットの構造

しゅんせつロボットのおおよその構造は次の通りです。

歩行部分

海底用のしゅんせつロボットは歩行脚によって移動するものもあります。潮流の激しい海底でも安定して作業ができるように4脚構造などになっています。また、ダム湖などではクローラタイプのしゅんせつロボットが活躍することもありますが、クローラが脱落しないよう十分な配慮が必要です。

ラダー

しゅんせつロボットにはラダーと呼ばれるはしごのような部分があります。ラダーを伸ばして海面まで上げ、作業部分に付着した障害物を除去するなどのメンテナンスが行われます。

カッター

しゅんせつロボットはラダー先端に取り付けられたカッターで海底の土砂を撹拌し、しゅんせつしやすくします。

ソナー

ラダー先端には複数のソナーが設置されています。しゅんせつロボットと障害物との距離の計測などに必要です。しゅんせつ前後の海底地形を計測して、正しいしゅんせつが行われるように管理します。

カメラ

しゅんせつロボットを遠隔操作する際、カメラは欠かせません。ロボットの前方状況の確認などに用いられます。

GPSアンテナ

しゅんぜつロボットにGPSアンテナを設置することで、しゅんせつ位置を正確に管理します。

しゅんせつポンプ

土砂を吸い上げ陸上まで圧送します。海上のパイプラインによって長距離圧送することもあります。

小型しゅんせつロボットの可能性

大型しゅんせつロボットを使用した海底しゅんせつ工事だけではなく、小型しゅんせつロボットによるしゅんせつ工事の需要も少なくありません。コンパクトなしゅんせつロボットに対するニーズはむしろ高いと言っても良いでしょう。

小型しゅんせつロボット工事の施工場所

小型しゅんせつロボットは都市部の河川、工場などの水路に施工するしゅんせつ工事に適しています。次のような施工場所で堆積した底泥、ヘドロ、貝殻、砂などの回収を行います。

・一般河川および、しゅんせつ船の作業が困難な橋梁下
・工場・発電所の取水路、排水路
・取水排水路、河川築堤横断暗渠、取水堰堤
・港の岸壁際
・揚排水機場内
・湖沼、溜池、調整池
・水門ゲート下

小型しゅんせつロボット工事の工程

小型しゅんせつロボットを用いたしゅんせつ工事は次のような工程で行われます。

事前調査

事前測量で底泥の含水量、粒度および、堆積状況などを調査します。

しゅんせつ

水中排砂ロボットなどの小型しゅんせつロボットを使用して底泥などをかき集めます。

土砂分離

サイクロン付きの震動櫛などを用いて、回収した堆積物から一定以上の大きさの砂とレキや、ゴミ、異物などを分離し、ダンプで搬出します。

水と泥質の分離

水処理機械を用いて薬品を添加して水と泥を分離します。水は浄化処理を施して放流します。

脱水

貯泥をフィルタープレスを用いて脱水します。含水率50％前後の脱水ケーキを作りダンプで搬出します。

出来高調査

底泥を回収した範囲の測量を行い、回収量を確認します。

小型しゅんせつロボット工事のメリット

小型しゅんせつロボットを用いて行う工事には以下のようなメリットがあります。

・水を濁らせることが少ない作業で、環境に優しい。美観も損なわない。
・悪臭を発生させない。
・仕上がりの精度が良い。
・流水中でも作業が可能。
・低水深から高水深まで作業できる。
・底面を傷つけないソフトな作業ができる。

海底の堆積物を取り除くしゅんせつ工事では、さまざまなしゅんせつ船が活躍しています。とくに河口付近にある港は土砂がたまりやすいため、しゅんせつ船が休みなく働きながら、船舶の安全な航行を守っています。主なしゅんせつ船は次の通りです。

ポンプしゅんせつ船

しゅんせつ船の多くはポンプしゅんせつ船です。ポンプ付きの給水管で海底の土砂を吸い上げますが、吸水口付近にカッターがあるものとないものがあります。ポンプしゅんせつ船は多種多様ですが、たとえば次のようなものがあります。

カッター付きポンプしゅんせつ船

ラダー先端のカッターで海底の地盤を掘削して、しゅんせつポンプで吸入と送泥を行うしゅんせつ船です。幅広い土質に対応可能で、築港、埋立工事などで活躍しています。

カッタレスポンプしゅんせつ船

しゅんせつポンプのみで掘削土砂を吸い上げてしゅんせつする作業船です。

マイクロポンプしゅんせつ船

しゅんせつポンプを使用して軟質水底土砂の掘削除去を行います。1台で掘削、送泥、操船などの諸作業を行うことができ、小型軽量化していることが特徴です。解体も容易で陸上輸送にも対応しているしゅんせつ船です。

バケットしゅんせつ船

バケットという容器を先端に付け、チェーンで巻き上げることで操作しながら、連続的に海底土砂を掘削して海上に運搬し、土運船に積載するしゅんせつ船です。軟土質から硬土質まで対応し、しゅんせつした後が平坦なのが特徴です。主に航路、泊地を作るためのしゅんせつ工事で用いられます。泥水をこぼさず、水質汚濁を押さえるっことができるのがメリットです。バケットの種類によって、次のようなバケットしゅんせつ船があります。

ディッパーしゅんせつ船

陸上のショベルと同一形式のバケットを先端に取り付けたしゅんせつ船です。陸上と比較して掘削深度が大きくなることが多いので、海底用に特殊な装置をプラスする必要があります。硬土盤の掘削に適しています。硬い地質を打ち砕きながら、ひしゃく型のディッパーバケットによってすくい上げていきます。地盤が硬かったり、岩石が多い場所に運河を作る際にも最適です。

バックホーしゅんせつ船

オペレーター向きに取り付けるバックホーというショベルを使ったしゅんせつ船です。オペレーターが土砂を自分に引き寄せるようにして操作できるので、低い場所の掘削などに適しています。

グラブしゅんせつ船

グラブバケットという二枚貝のように開閉しながら掘削と運搬を行う機械を使用するしゅんせつ船です。海底からつかみ揚げた土砂は、横付けされた土運船に移されます。その他、しゅんせつ船の中の泥倉に格納して、海中に破棄するタイプのしゅんせつ船もあります。

硬土盤しゅんせつ船

硬土盤をしゅんせつするためには、次のような特殊なしゅんせつ船が用いられることもあります。

重錘式砕岩船

鋼製の重錘をウインチで吊り上げて、海底の岩盤に落下させることで破砕するしゅんせつ船です。

衝撃式砕岩船

ロックブレーカーという岩盤を破砕する装置を備えたしゅんせつ船です。

軟泥しゅんせつ船

軟泥とは港湾、湖沼、河川などに堆積している有害物質を含む堆積汚泥のことです。こういった底泥をしゅんせつして処分地まで拝送するには、次のようなしゅんせつ船が利用されます。

汚泥しゅんせつ船

各種ポンプを使用して水底に堆積している各種汚染物質を含む泥土を吸い上げ、パイプラインによって処分地まで拝送するしゅんせつ船です。

高濃度しゅんせつ船

水底に堆積している汚泥を、水分を分離して泥部分だけを空気圧送などによって処分地まで排送するしゅんせつ船です。

しゅんせつ空気圧送船

水底に堆積した汚泥をバックホーで掘削して、船の中のタンクに貯蔵し、これを圧縮空気などを使ったパイプラインで処分地まで排送するしゅんせつ船です。