69連載　土工機械の話

4-1　はじめに

前回は機械土工の基本となる土工計画について施工

業者の立場で手法を紹介し、施工性（掘削性・積込み性・

走行性・締固め性）を重視した検討の必要性を述べた。

今回は掘削について、特に掘削機械の機種選定と生産

性で問題となる掘削性を中心に記すこととする。

4-2　掘　削

4-2-1　掘削法

機械土工の基本的な掘削法には、山の取り方による

分類があり、ダウンヒルカット工法（傾斜面掘削）と

ベンチカット工法（階段式掘削）がある。ダウンヒルカッ

ト工法は、傾斜面の下り勾配を利用して掘削を行う方

法でブルドーザやスクレーパ系の掘削に適する工法で

ある。ベンチカット工法は、階段状に掘削を進める方

連載 土工機械の話

第4回　掘削性―Excability―山﨑建設（株）技術部長　岡本 直樹

法で、ショベル＆ダンプトラック工法に適した工法で

ある。また、ブルによるエサ出し（切崩し）とローダ

積込みの場合の組合せは、両工法の併用である。図2

は発破ベンチカットの施工図である。図中のケーブル

式パワーショベルは、国内では姿を消しているが、海

外鉱山ではまだ超大型が使われている。国内ではロー

ダかバックホウ積込みとなり、鉱山では大型油圧ロー

ディングショベルも使われている。

さて、掘削法にはこのほか、機種ごとのオペレーティ

ングレベルのものがあるが本稿では触れない。

4-2-2　掘削機構の分類

図1　ダウンヒルカット工法

作業始点

下り勾配削土

図2　ベンチカット工法 2）

（1）削岩クローラドリル

（2）ハッパ

（3）積込みパワーショベル

（4）運搬

ダンプトラック

掘削機には掘削

機構から分類する

と図3のようなも

のがある。

①ディッパ方式

②ドラグ方式

③グラブ方式

④ブレード方式

⑤スクレーパ方式

⑥リッパ方式

⑦連続掘削方式

掘 削 積 込 み 作

業や掘削運搬を兼

ねる機種について

は、今回は取り上

げない。

図3　掘削機構の種類 3）

① ②

③ ④

⑤

⑥

⑦

4-2-3　掘削性の“はかり”

岩の硬さを表す“はかり”として、計画時に入手し

やすい情報には、岩そのものの硬さを示す一軸圧縮強

度、岩層の亀き れ つ

裂の程度を表す RQD、両者を含めてマ

クロ的に捉える弾性波速度がある。また、軟岩以下で

は N 値も利用できる。施工中には、簡易なシュミット

70 JOURNAL for CIVIL ENGINEERS 2009.10 連載　土工機械の話

ハンマも利便性が高い。

掘削性の判定には弾性波速度がよく使われ、

道路土工指針では汎用的な機械の大まかな掘

削性の適用範囲を示している（図4）。

4-2-4　岩掘削工法の選定

岩掘削の各種工法の適用範囲を示すとおお

むね図5のようになる。インパクトリッパは

リッパとブレーカを合体させたもので、硬岩

領域に踏込み生産性が高かったが、消耗が激

しいためか生産中止となっている。次に岩掘

削工法の選定基準の例を図6に示す。

4-2-5　低公害岩掘削工法

環境面から岩掘削工事において発破が制限さ

れ、振動・騒音を抑制した制御発破や無発破工法

の採用例が増えている。振動・騒音を低減した低

公害岩掘削法はいろいろあるが、整理すると図7

のように分類できる。

図6　岩掘削工法選定の例

図7　低公害掘削法の種類

図4　機種別適用範囲 4）

図 5　工法別適用範囲

4-3　無発破工法

上図の低公害掘削工法の

中から主な機械掘削工法を

以下に紹介する。

4-3-1　リッパ工法

無発破工法の機械掘削工

法には、軟岩から中硬岩領

域まで掘削可能で生産性の

高いリッパ工法がある。

（1）リッパの種類

岩掘削工法

硬岩転岩岩 質 ？

軟岩不能

No

Yes

3,000m3 以下 普通発破の適用？

全切土量かつ、硬岩

＜ 50,000m3

＜ 10,000m3

規模大

通常発破小規模発破特殊発破リッパ別途積算 ブレーカ

U：アーバナイトC：CCR

JOURNAL for CIVIL ENGINEERS 2009.10 71連載　土工機械の話

チシャンク式のものとシングル式のジャイアントリッ

パがある。リッパの貫入機構にはヒンジ式とパラレル

式、アジャスタブル式の３種類があったが、現在の国内

機種は可変式のアジャスタブル式のみとなっている。ま

た、15 ｔ級ブルドーザ等に装着されている小型のもの

はリッパスカリファイアと称し、硬土の掻かき

起こし用であ

る。

（2）リッピングのメカニズム

リッピングとは、ブルドーザのリッパ刃先にかける

押付け力と牽けんいん

引力との合成力である貫入力で、刃先を

岩盤に喰く

い込ませながら、岩盤組織を破壊し、破砕す

る作業である。リッピングによる地盤起砕の状況を模

式的に示すと図10のようなタイプがある。

（3）リッパビリティ ：Rippability

4-3-2　ブレーカ

ブレーカは、転石破砕や発破後の二次破砕として

使われていたが、環境面からの発破制限や小割の細粒

化要求から多用されるようになっている。欠点は生

産性が低いのと騒音である。このため騒音対策として

コンクリート破壊機（ニブラ）も利用されている。ま

た、これだけ普及しているにもかかわらずその生産性

を示すオーソライズされた文献資料がない。わずか

1,300kg 級が国交省の標準歩掛値としてあるだけであ

る。参考にブレーカの能力比較と転石破砕能力関係の

図8　油圧リッパ

（1）ジャイアントリッパ

（2）マルチシャンクリッパ

リッパは、21t 級以上

のブルドーザ後部に装着

される図8のような油圧

式の岩破砕装置で、マル

図10　リッパによる起砕 10）

図 11　リッパビリティ

図12　リッパ能力 10）

図 9　リッパの貫入力

牽引力

貫入力

押付け力

38 ～ 100t 級

の リ ッ パ 付 ブ ル

ド ー ザ の 岩 種 別

リ ッ パ ビ リ テ ィ

を図11に示す。

図 12 は、38 ～

100 ｔ 級 の 生 産

性の比を示してい

る。実際の作業量

は岩質等の係数を

掛けて求める。

弾性波速度 m/s

作業

量 m

3/h

（a） （b）

（c）

（d）

72 JOURNAL for CIVIL ENGINEERS 2009.10 連載　土工機械の話

公表資料を転載する。図13はトンネル工事での実測

値、図14はメーカ提供の理論曲線である。2 つのメー

ブルドーザで二次破砕を行う場合の割岩ピッチと弾性

波速度の関係を示すと図17のようになる。割岩機に

は油圧式の他にドロップハンマ式がある。

4-3-4　切削系

図13　ブレーカ能力比較 7） 図 15　ブレーカ転石破砕能力 10）

図 16　油圧割岩機の割岩手順 10）

カから同様の資料が提供されている

が、クラス別の生産性比較（比率）の

参考資料である旨がただし書にある。

図15は転石破砕の能力である。

4-3-3　油圧割岩機

油圧割岩機は、ドリルで穿せんこう

孔した孔

に油圧楔くさび

を挿入して割岩するもので、

ドリルとの一体式と単体式があり、施

工は図16のような手順で行う。

BP500 で割岩し、70t 級リッパ付

生産

性

図14　ブレーカ能力比較 10）

一次破砕 m3/8h石灰石雲母片岩ドロマイト黒雲母花こう岩角閃石片麻岩

花こう岩石灰質砂岩コンクリートコケラ（丸石）

安山岩

班れい岩

花こう岩片麻岩　粘板岩

長石砂岩風化玄武岩

輝石閃緑岩黒雲母片麻岩

リオライト

角閃石花こう岩閃緑岩角閃石片岩

新玄武岩

風化輝緑岩

長石けい岩

輝石けい岩

未風化輝緑岩

図17　弾性波速度と割岩ピッチ 10）

5 → VP（km/s）432

2

0

1(m)

3ピ�チ(P)

　�

中硬岩 硬岩 超硬岩

1 自由面破砕

2 自由面破砕

1.5m 以上

P×2の範囲を2自由面にする

JOURNAL for CIVIL ENGINEERS 2009.10 73連載　土工機械の話

ドマイナがある。類似機械にはスタビライザやコー

ルドプレーナもある。サーフィスマイナの掘削能力は

BWE（Bucket Wheel Excavator）とともに図19に

示す。

（3）ツインヘッダ

ツインヘッダは、汎用的なバックホウに装着して岩

を切削できるので、比較的利便性が高い。メーカ提示

の掘削能力は図20のとおりである。

（4）岩盤トレンチャ

トレンチャは古くからある機種であるが、近年、岩

盤トレンチャが注目され、英 Mastenboek 社や米

Torencor 社のものが輸入され、岩盤のパイプ埋設掘

図18　自由断面掘削機の切削能力 8）

図 19　大型連続掘削機の掘削性能 10）

図 21　岩盤トレンチャの形式 9）

（1）自由断面掘削機

切削系の掘削機には自由断面

掘削機と面掘削機、トレンチャ

があり、自由断面掘削機は主

にトンネル工事用で、メーカご

との呼称としてロードヘッダ、

ブームヘッダ、カッタローダ、

スライスローダ、アルピネ、パ

ワーカッタ等がある。参考に理

論掘削能力による掘削性を示す

と図18のようになるが、実作

業能力はこれらの値の 5 ～ 6

割程度と考えられる。類似の切

削機にバックホウのアタッチメ

ントとしてのツインヘッダがあ

る。

（2）面掘削機

そのほかにマイナ系の面切削

機に、サーフィスマイナとロー

削やトンネルの中央排水溝掘削に利用されてい

る。そのバリエーションは図21のようなチェー

ン式、円盤型、ドラム型がある。

4-3-5　バックホウ

バックホウは軟岩の掘削が可能であるが、大

型化に伴ってどの程度の硬さまで掘削可能なの

か、またそのときの生産性はどうなのか？　そ

ういう資料は少ないが、参考になるものとして

70 ～ 180t 級のバックホウの掘削性能を図22

に示す。掘削力から求めた理論曲線に実績値を

プロットしている。

チェーン式 円盤型 ドラム型

図20　ツインヘッダの純切削能力 10）

スライスローダ、カッタローダ

土砂

亜炭固結土

亜瀝青炭軟泥岩泥灰岩

無煙炭泥岩軟砂岩

石灰石鉄鉱石砂岩

BWE

トラック BWE

サーフィスマイナ

汎用土工機械

発破

圧縮強度 MPa

74 JOURNAL for CIVIL ENGINEERS 2009.10

4-4　おわりに

次回は掘削機の掘削性にポイントを絞った。紙幅の

関係で省いた資料も多いが、掘削能力・生産性を示す

図表をできるだけ数多く載せるように努めた。メーカ

による理論計算値が多いので、経験値からの割掛が必

要であるが、おおむね実作業量は半分くらいであろう。

さて、次回は、搬土関係の話とします。

参考文献・資料

1）岡本：施工計画、山﨑建設、1980.5

2）伊藤雅夫：ベンチカット工法、地人書館 1969.2

3）米倉･久野：土と岩の施工論、理工図書、1981.4

4）道路土工―施工指針、日本道路協会、1986.11

5）土木工事積算基準、JH

6）振動騒音ハンドブック、JCMA

7）重永晃洋：大型ブレーカによる岩石破砕、建設機械、1997.11

8）竹林ほか：土工事ポケットブック、山海堂、2000.4

9） 下 半 切 削 に 関 す る 報 告 書、 ジ ェ オ フ ロ ン テ 研 究 会、1998.11

10）Caterpillar、ヤマモトロック、コマツ、Krupp、三井三池（製）、日立建機の各社技術資料

11）土工教室 /,http:///www.yamazaki.co.jp

図22　大型バックホウの掘削能力 10）