山岳トンネル工事の切羽観察・出来形確認をリモート化

清水建設（株）＜社長 井上和幸＞は、（株）演算⼯房、ニシオティーアンドエム（株）と共同でこのほど、⼭岳トンネル⼯事の施⼯管理業務の省人化・省力化を目的に、コンクリート吹付け機に搭載した3Dスキャナや広⾓⾼精度カメラを介して、コンクリート吹付け面の出来形計測や切羽の性状評価を安全かつ効率的に行う遠隔施⼯管理システム「Shimizu Tunnel Excavation Laser guidance System」を構築しました。

⼭岳トンネル⼯事では、掘削作業後の切羽面の観察やコンクリート吹付け面の出来形確認を目視で行うため、担当者が肌落ちの危険性がある切羽直下に立ち入る場面があり、安全面、作業効率面での課題となっています。また、目視による観察結果は担当者の技量によりばらつきが生じやすいという課題もあります。そこで当社は、コンクリート吹付け機に搭載した遠隔計測機器を吹付け面の出来形確認や切羽面の性状判定に利用するトンネル掘削レーザーガイダンスシステムとして「Shimizu Tunnel Excavation Laser guidance System」を構築しました。

本システムでは、掘削作業後に切羽近傍に投入されるコンクリート吹付け機を計測装置化することで、切羽直下での目視による観察業務を回避するとともに、計測装置の設置時間を最小限に抑制します。また、3Dスキャナの計測データや広角高精度カメラの撮影画像データが、吹付け面の出来形・吹付け厚などの調書作成やAIによる切羽面の画像解析・性状判定に自動的に展開されるため、施工管理業務の大幅な省力化が図れます。

本システムによる遠隔計測は、吹付け機を切羽近傍に配置した後、コントロールパネルの作業指示ボタンをタップするだけでスタートし、まず、トンネル坑内に常設されているトータルステーションが吹付け機の位置座標を取得します。続いて、吹付け機に搭載した3Dスキャナが正確な位置座標に紐づいた吹付け面の点群データを取得するとともに、広角高精度カメラが切羽面の写真画像を自動撮影します。吹付け面の点群データは、吹付け作業後に再計測した同一面の点群データと照合され、両者の差分から吹付け厚が自動算出されます。一方、切羽面の撮影画像はAIが即座に解析し、地山の性状判定を行います。これらの施工データをCIMに統合することで、トンネル全線にわたるシームレスな施工情報の収集・蓄積が可能となり、竣工後の維持管理業務の高度化に寄与する効果も期待できます。

システムの導入効果については、新名神⾼速道路梶原トンネル⼯事（発注者：西日本高速道路（株））における実証施工を通じて確認済みです。吹付け面の出来形確認・調書作成の作業時間については、従前の計1時間から約10分に、切羽面の観察・判定については、従前の約1時間から約20分に短縮できました。

当社は今後、本システムの現場実装をはじめ、⼭岳トンネル工事の施⼯管理業務のリモート化・自動化を促進する取り組みを広く展開していく考えです。