山岳トンネルの発破掘削を一層効率化

清水建設（株）＜社長 井上和幸＞はこのほど、山岳トンネルの一層効率的な発破掘削に向け、余掘りと呼ばれる無駄を低減する、余掘り量低減システム「ブラストマスタ」をサンドビック（株）と共同開発・実用化しました。このシステムはＩＣＴの最新技術を活用した次世代型トンネル構築システム「シミズ・スマート・トンネル」の要素技術の一つです。初適用となった新東名高速道路高取山トンネル西工事では、余掘り量を既存システム比で40％低減しています。既に新東名高速道路の谷ヶ山トンネル（川西工事）にも適用しており、同高速道路の萱沼トンネル工事、高松トンネル工事への適用も予定しています。

余掘りは、発破によって生じるトンネルの計画掘削断面以上の空間、つまり余分な掘削を意味します。余掘り量は、搬出する土砂（ずり）や吹付けコンクリートの増量等に直結することから、その低減が山岳トンネルの施工管理で常に課題になります。管理のポイントは、発破パターンと呼ばれる、火薬挿入孔の削孔位置と角度の調整です。この発破パターンを削孔機に入力し、切羽に挿入孔を削孔し、火薬を挿入した後に発破を行います。

ブラストマスタは、余掘り量を計測する車搭載型の3Dスキャナと、最適な発破パターンを提案するコンピューターシステムから構成されます。特徴は、発破後の余掘り量の把握から発破パターンの更新、削孔機への更新データ転送にいたる一連の作業を自動化していることです。使用手順としては、まず、過去の経験や地山強度などを勘案し、初期発破パターンの作成を行います。次に削孔機により削孔した火薬挿入孔に火薬を挿入し発破を行い、3Dスキャナを搭載した車両を切羽付近につけ、空間形状をスキャンします。するとシステムが余掘り量を把握し、余掘り量に最も影響を与える切羽外周部に位置する挿入孔の位置と角度の最適値を求め、削孔機に入力している発破パターンを自動更新します。所要時間はわずか3分です。なお、開発にあたっては、当社が余掘り量の評価に応じて発破パターンを自動更新するシステムの発案と全体概念の検討、サンドビック（株）がそれを実現するシステムの構築をそれぞれ担当しました。

これまでも3Dスキャナの活用事例はありましたが、システマチックではなく、作業員が専用パソコンを介して行う発破パターンの更新に時間を要することから、発破の都度、パターンの更新を行うことができませんでした。このため、手軽に使用できるブラストマスタを開発しました。

当社は今後、ブラストマスタを山岳トンネルの技術提案の中に織り込み、一層効率的な施工提案を行うことで、案件受注に結びつけていく考えです。