建設技術者向けNEWS

【地山性状も定量評価】

　西松建設は、ビュープラス（東京都千代田区、桑島茂純社長）、ジオマシンエンジニアリング（東京都荒川区、塚田純一社長）と共同で、山岳トンネル掘削時の効率化と安全性向上を目的とした「自由断面掘削機の掘削支援システム」を開発し、北海道新幹線渡島トンネル（台場山）工事で運用を開始した。システムは、掘削機に設置された高速３Ｄスキャナーによる機体位置・姿勢把握手法を利用して掘削位置情報（カッター先端の位置情報）をリアルタイムで可視化すると同時に、掘削にかかった電力量などから掘削地山の性状を定量評価できる。これにより、トンネル掘削形状や地山の安定性を掘削作業時にリアルタイムで把握でき、掘削作業の効率性や安全性の向上を図ることができる。

　システムは、掘削位置を可視化する「掘削ガイダンスシステム」と掘削地山の性状を定量評価する「地山評価システム」で構成。掘削ガイダンスシステムは、自由断面掘削機を所定の位置に配置した際に測定される機体位置・姿勢情報、掘削時に計測されるブーム稼働情報を基に、カッター先端部の絶対座標が計算され、その結果がリアルタイムでモニター画面に表示される。オペレーターがモニター画面を確認しながらブーム操作することにより、設計断面に沿った掘削を確実に行うことができる。

　機体位置・姿勢情報については、機体に設置した高速３Ｄスキャナーが切羽後方の任意の位置（座標は既知）に設置された特殊基準球を高速スキャンすることで求められる。ブーム稼働情報については、ブーム内の各可動部に設置した角度センサーなどの計測値が使用されている。

　地山評価システムは、掘削にかかった電力量（掘削エネルギー）とカッター軌跡により算出した掘削地山量から掘削体積比エネルギーを求め、さらに独自式を使って掘削体積比エネルギーから地山強度が換算される。結果はモニターにも簡易計算結果としてリアルタイム表示され、専用の処理ソフトを使用することで、より詳細な３次元の地山強度評価も行うことができる。

　システムは、機体に設置した高速３Ｄスキャナーが切羽後方の任意に配置した特殊基準球を自動で探索することで機体位置・姿勢を測定するため、トータルステーションとの連動が不要となる。測定は掘削開始前に機体を切羽近傍に据えた際に実施するが、測定にかかる時間は１０－２０秒程度で、掘削作業への影響がほとんどないという。

　また、モニター画面中の設計断面線とカッター軌跡を逐次比較することにより、計画どおりの断面掘削が可能となる。これにより、余掘りを低減でき、掘削量や余吹き量低減によるコストダウンが期待できる。切羽直下の掘削形状の確認作業を削減できるため、作業効率や安全性が向上するといった特長がある。