掘削具合の可視化技術「SP-MAPS」をトンネル切羽に適用

清水建設(株)＜社長 井上和幸＞はこのほど、山岳トンネル工事の安全性・生産性の向上を目的に、発破掘削後、設計断面に対する掘削の過不足情報をプロジェクションマッピングで可視化するシステム「切羽版SP-MAPS」を開発、当社施工の「三遠南信自動車 三遠道路2号トンネル工事（愛知県新城市）」と「東海北陸自動車道 真木トンネル工事（富山県南砺市）」に適用しました。

このシステムは、3次元レーザースキャナで計測した掘削面の形状と設計形状の比較結果を基に、掘削の過不足量に応じて色分けしたマッピング画像を作成し、掘削面に直接照射するものです。本システムにより、掘削状況を確認する作業員を切羽直下に立ち入らせる必要がなくなり作業の安全性が飛躍的に向上するとともに、掘削面に照射された画像から掘削すべき“アタリ”箇所と掘削量を重機オペレーターが正確に把握できるようになり、作業効率・作業精度の大幅な向上が図れます。

山岳トンネル工事では、発破掘削後、設計断面の内側に残った地山（アタリ）をブレーカーで掘削し、設計断面に合わせて地山を整形するアタリ取り作業を行います。アタリ取り作業では通常、作業員が切羽の素掘面を目視で確認し、整形が必要な箇所をレーザーポインタなどで重機オペレーターに指示します。この目視による素掘面の確認は、掘削直後の不安定な切羽直下での作業となるため、目視に代わる安全な確認手法が求められていました。

また、目視による判断だけでは掘削の過不足量を重機オペレーターが定量的に把握することが難しく、設計断面を超えて掘削してしまう余掘りが生じることも少なくありません。余掘りは、掘削土砂（ズリ）の処理量や吹付けコンクリートの打設量の増加を招き、施工コストの増大に直結します。そこで当社は、山岳トンネルのインバート掘削向けに開発した掘削過不足量の計測・照射技術「SP-MAPS」を切羽の掘削に転用し、作業員を要さず切羽素掘面の掘削状況を精緻に把握できる切羽版SP-MAPSを新たに開発しました。

本システムは、3次元レーザースキャナ、照射用プロジェクタ、測量用プリズム、ノートPC、測量機器（トータルステーション）から構成され、重機の往来が激しい切羽近傍での機材の設置・撤去時間を短縮するため、測量機器を除く構成機器を車両に搭載して使用します。使用時には、車両を切羽近傍に配置した後、ノートPCを操作することで、測量機器によるプリズム測量から、3次元レーザースキャナによる切羽素掘面の形状データの取得、形状データの分析と掘削の過不足を示す画像の作成、プロジェクタによる画像照射までの一連のプロセスをシステムが自動的に行います。プリズム測量から画像照射までの所要時間は約50秒で、車両の位置を変えずに照射画像を更新する際には、約30秒で更新が完了します。

本システムにより、重機オペレーターが掘削面に照射された画像から掘削の過不足量を連続的に視認できるようになり、仕上げ掘削の生産効率が高まります。また、不安定な素掘面の露出時間が最小化されることで、トンネルの安定性の早期確保にも寄与します。

本システムの生産性向上効果については、真木トンネル工事で実施した実証試験において、アタリ取りの作業時間を従来手法と比べて32％短縮できることを確認しています。今後、本システムを当社の山岳トンネル現場に水平展開し、工事の安全性・生産性のさらなる向上に努めていきます。