発破掘削の穿孔差し角自動制御システム「ブラストマスタ」を高度化

清水建設（株）＜社長 井上和幸＞はこのほど、山岳トンネルの発破掘削で生じる余掘り量の低減に寄与する穿孔差し角自動制御システム「ブラストマスタ」を改良し、最適な発破パターンと穿孔順序（シーケンス）の自動設計機能を付加した新システム「ブラストマスタII」を開発しました。

新システムは、（株）Lightblue、サンドビック（株）、（株）演算工房と共同開発したもので、発破パターンにおける最外周孔の穿孔角度（差し角）を最適化するブラストマスタの基本機能に加え、地山の変状に応じた穿孔位置・穿孔間隔の自動修正機能、修正パターンに基づく穿孔作業時間を最短化する穿孔シーケンスの自動設計機能を新たに導入しています。新システムを活用することで、それぞれ数時間と数日を要していた発破パターンと穿孔シーケンスの修正設計を瞬時に完了させることが可能となり、発破掘削のさらなる生産性向上を実現できます。

山岳トンネル工事の発破掘削では、計画断面以上の掘削部分（余掘り）をいかに低減するかが生産性向上の鍵を握ります。先に開発した「ブラストマスタ」は、発破パターンと呼ばれる、火薬挿入孔の配置や孔数、穿孔角度の計画において、最外周孔の穿孔角度を最適化することで余掘り量の低減を図るシステムです。他方、日本の不均質な地山を効率的に掘削するためには、地山の変状に応じて、穿孔位置や穿孔間隔、掘削機（コンピュータジャンボ）に入力する穿孔シーケンスを適宜、迅速に修正するシステム機能の開発が課題として残されていました。ブラストマスタIIは、こうした課題を同時に解決する改良システムとして開発したものです。

ブラストマスタIIの最適発破パターンの自動設計には、コンピュータジャンボで地山を穿孔した際のエネルギーデータを活用します。具体的にはまず、各孔で計測された穿孔エネルギーデータから切羽全体の穿孔エネルギー分布を算出。続いて、穿孔エネルギー分布を基に地山性状に即した発破パターンを独自のアルゴリズムで算定し、1孔あたりの装薬量を固定した条件下で余掘り量を最少化できる発破パターンを導出します。同時に、導出した発破パターンに基づく穿孔作業において、コンピュータジャンボの複数のブームが干渉せずに最短ルートで移動できるシーケンスを独自のアルゴリズムで自動算出します。穿孔シーケンスは穿孔作業中にも定期的に見直され、状況に即した最適なシーケンスに都度、修正されます。

本システムを活用して余掘り量を制御することで、掘削ずりの減少や掘削面の平滑化等、多くのメリットが得られます。今後、当社施工の「米子自動車道三平山トンネル工事（発注者：西日本高速道路株式会社）」、「令和5年度156号岐阜東BP清水山トンネル工事（発注者：国土交通省中部地方整備局）」でシステムの実証施工を行い、ずり搬出量の削減によるダンプ稼働時間の縮減や、掘削面の平滑化による吹付けコンクリート量の削減、これらに付随するCO₂排出量の低減等の導入効果を検証し、案件適用に結びつけていく考えです。