JP2017048646A - トンネル切羽の施工管理装置及び施工管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業員に対して必要な情報を確実に提供することにより、正確かつ適切な情報に基づいてトンネル掘削を行うことが可能なトンネル切羽の施工管理装置及び施工管理方法を提供する。【解決手段】トンネル切羽の鏡面に、トンネル掘削に必要な情報を投影することによりトンネル切羽の施工管理を行うための装置であって、トンネル掘削に必要な情報を記憶する情報記憶手段１０と、情報記憶手段１０に記憶した情報を鏡面に投影する投影手段２０とを備える。鏡面に投影する情報は、素掘り状態の切羽状況、地質状況、湧水状況、注意喚起、発破パターン、補助工法の打設位置及び方向範囲のうちの少なくとも一つに関する情報であり、三次元的に表現することが好ましい。【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル切羽の施工管理装置及び施工管理方法に関するものであり、詳しくは、トンネル切羽の鏡面に、トンネル掘削に必要な情報を投影することによりトンネル切羽の施工管理を行うための技術に関するものである。

トンネル掘削を行う際には、切羽（鏡面）の安定性確保や変状発生を確認するために、吹き付けコンクリートを施工するのが一般的である。この際、切羽（鏡面）に吹き付けコンクリートを施工すると、素掘り面を目視することができなくなるため、事前に素掘り面のスケッチや写真撮影を行い、切羽観察簿を作成している。そして、作業員の交代時等に、作業員詰め所に保管されている作業日報や、打合せに使用するホワイトボード等に切羽（鏡面）の状況を描くとともに、湧水状況や地質の硬軟、注意事項等を併記して、情報の共有を図っている。

また、発破の孔位置は、通常の場合、作業員の目視と勘に頼って決定しているのが現状である。この点、コンピュータジャンボ等を用いることにより、発破の孔位置を決定する技術が開発されているが、高価な機器を使用するものであり、一般的に普及しているとは言い難い。

削孔の位置決め等を行うための技術として、特許文献１及び特許文献２に記載されたものがある。特許文献１に記載された技術は、削岩機に生ずるたわみや遊び等、あるいはドリルジャンボの据付け位置の作業中のずれに影響されることなく、予め計算された穿孔位置に削岩機のビットを正確かつ迅速に位置決めすることを目的としたものであり、削岩機の先端にリフレクターを設けるとともに、削岩機の後方にレーザー投光・追跡部を設け、レーザー光の投光とリフレクターの反射によってリフレクターの移動方向を検出し、その位置情報により削岩機の動作を自動制御させ、削岩機の穿孔位置を決める構成となっている。

特許文献２に記載された技術は、レーザー照射器の盛り替え作業およびレーザー光の投影障害をなくすことを目的としたものであり、トンネル掘削を行う際に、レーザー光をトンネルの切羽面に照射してマーキングを行うレーザー照射器を有している。また、レーザー照射器は、トンネルの坑内を移動するブームジャンボの頂部付近に搭載されている。

特開平５−１５６８８５号公報 特開２０００−１１０４８８号公報

しかし、従来のトンネル切羽の施工管理方法には、種々の問題点があった。すなわち、トンネル切羽の施工管理を切羽観察簿等により行う方法では、実際に掘削作業を行うトンネル切羽から作業員詰め所まで距離があるため、作業員が正確な情報を記憶しているとは限らず、施工管理を行うために作成した情報が、実際の安全管理や施工管理に反映され難い。

また、発破の削孔位置については、作業員が記憶しているトンネル切羽面の地質に基づいて、当該作業員の目視と勘に頼って決定しているため、必ずしも効率的な発破を行うことができるとは限らない。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、作業員に対して必要な情報を確実に提供することにより、正確かつ適切な情報に基づいてトンネル掘削を行うことが可能なトンネル切羽の施工管理装置及び施工管理方法を提供することを目的とする。

本発明のトンネル切羽の施工管理装置及び施工管理方法は、上述した目的を達成するため、以下の特徴点を有している。すなわち、本発明のトンネル切羽の施工管理装置は、トンネル切羽の鏡面に、トンネル掘削に必要な情報を投影することによりトンネル切羽の施工管理を行うための装置であって、トンネル掘削に必要な情報を記憶する情報記憶手段と、情報記憶手段に記憶した情報を鏡面に投影する投影手段とを備えたことを特徴とするものである。

また、上述した構成に加えて、鏡面に投影する情報は、素掘り状態の切羽状況、地質状況、湧水状況、注意喚起、発破パターン、補助工法の打設位置及び方向範囲のうちの少なくとも一つに関する情報とすることが可能である。

また、上述した構成に加えて、鏡面に投影する情報は、三次元的に表現することが可能である。

本発明のトンネル切羽の施工管理方法は、トンネル切羽の鏡面に、トンネル掘削に必要な情報を投影することによりトンネル切羽の施工管理を行うための方法であって、トンネル掘削に必要な情報を予め記憶し、当該記憶した情報を鏡面に投影することにより、トンネル掘削に必要な情報を提示することを特徴とするものである。

本発明に係るトンネル切羽の施工管理装置及び施工管理方法では、トンネル切羽の鏡面に、トンネル掘削に必要な情報を投影するので、正確かつ適切な情報に基づいて、トンネル掘削を行うことができる。また、作業員の勘や経験に頼る必要がないので、熟練した作業員は勿論のこと、経験が少ない作業員であっても、適切なトンネル切羽の施工管理を行うことができる。

本発明の実施形態に係るトンネル切羽の施工管理装置の構成を示すブロック図。 本発明の実施形態における切羽への情報投影の状態を示す模式図（１）。 本発明の実施形態における切羽への情報投影の状態を示す模式図（２）。 本発明の実施形態において切羽へ投影する情報の一例を示す説明図。

以下、図面を参照して、本発明に係るトンネル切羽の施工管理装置及び施工管理方法の実施形態を説明する。図１〜図４は本発明の実施形態に係るトンネル切羽の施工管理装置及び施工管理方法を説明するもので、図１は施工管理装置の構成を示すブロック図、図２及び図３は切羽への情報投影の状態を示す模式図、図４は切羽へ投影する情報の一例を示す説明図である。

＜トンネル切羽の施工管理装置及び施工管理方法の概要＞
本発明の実施形態に係るトンネル切羽の施工管理装置及び施工管理方法は、トンネル切羽の鏡面に、トンネル掘削に必要な情報を投影することによりトンネル切羽の施工管理を行うための技術である。例えば、吹き付けコンクリートが施工されて、素掘り面を目視することができなくなった鏡面に、素掘り状態の切羽状況、地質状況、湧水状況、注意喚起、発破パターン、補助工法の打設位置及び方向範囲を投影する。これにより、作業員は、作業員詰め所に保管されている作業日報等を確認して、その内容を正確に記憶しておく必要がなくなり、適切なトンネル切羽の施工管理を行うことができる。

＜施工管理装置＞
本発明の実施形態に係るトンネル切羽の施工管理装置は、図１に示すように、トンネル掘削に必要な情報を記憶する情報記憶手段１０と、情報記憶手段１０に記憶した情報を鏡面に投影する投影手段２０とを備えている。

＜情報記憶手段＞
情報記憶手段１０は、例えば、ＨＤＤ等の大容量記憶装置からなり、素掘り状態の切羽状況、地質状況、湧水状況、注意喚起、発破パターン、補助工法の打設位置及び方向範囲等が記憶されている。記憶された情報のデータフォーマットはどのようなものであってもよいが、投影手段２０により投影する際に、映像化する必要がある。

このため、情報記憶手段１０に記憶される情報は、ＪＰＥＧ、ＧＩＦ、ＴＩＦＦ等の画像フォーマットや、ＭＰＥＧ、ＡＶＩ等の動画フォーマット等のデータであってもよいし、情報を投影する際に、これらのフォーマットに変換可能なフォーマットであってもよい。すなわち、情報記憶手段１０に記憶し、投影手段２０により投影する情報は、静止画であってもよいし、動画であってもよい。

また、過去の施工において収集した種々の情報を記憶しておき、同様の事象が発生した場合に、対処方法の一例として記憶した情報の中から該当する情報を検索し、投影する情報としてもよい。また、上述した各種の情報及び過去の施工において収集した種々の情報は、各情報に対して検索インデックスを付した投影情報データベース１１として、情報記憶手段１０に記憶しておくことが好ましい。なお、情報記憶手段１０に記憶する情報は、上述したものに限られず、トンネル毎に必要な情報として、これらの情報の一部であってもよいし、他の情報を付加してもよい。

なお、情報記憶手段１０は、図３に示すように、パーソナルコンピュータ等に内蔵（付帯）していてもよいが、図４に示すように、データ通信回線３０を介して投影手段２０に接続してもよい。例えば、管理施設に設置したサーバー（図示せず）を情報記憶手段１０として機能させるとともに、サーバーと投影手段２０とをデータ通信回線３０を介して接続することにより、情報を送受信してもよい。この場合、サーバーはクラウドシステム上に構築した仮想サーバーであってもよい。また、データ通信回線３０は、データの送受信を行うことができればどのような回線であってもよく、インターネット、公衆電話回線、専用データ通信回線、無線ＬＡＮ回線、有線ＬＡＮ回線等を、単独であるいは組み合わせて用いることができる。このように、情報記憶手段１０をサーバーの機能とすることにより、情報を一元管理することができるとともに、遠隔地において多様な情報を利用することができる。

＜投影手段＞
投影手段２０は、情報記憶手段１０に記憶した情報を鏡面に投影するための装置からなる。この投影手段２０は、例えば、液晶プロジェクタを用いることができる。液晶プロジェクタは、光源、液晶パネル、投影レンズ系等を主要な構成要素とする機器であり、情報記憶手段１０に記憶された各種の情報を映像化して鏡面に投影する。この際、鏡面に投影する情報を三次元的に表現することが好ましい。情報を三次元的に表現するには、プロジェクションマッピングの技術を用いればよい。なお、プロジェクションマッピングには、映像を三次元的に表現するためのハードウェア及びソフトウェアが必要となる。

＜トンネル切羽の施工管理方法＞
本実施形態のトンネル切羽の施工管理方法では、上述した施工管理装置を用いて、トンネル切羽の鏡面に、トンネル掘削に必要な情報を投影することにより、トンネル切羽の施工管理を行う。すなわち、ＨＤＤ等からなる情報記憶手段１０により、トンネル掘削に必要な情報を記憶しておき、液晶プロジェクタ等からなる投影手段２０により、情報記憶手段１０に記憶した情報を鏡面に投影する。これにより、トンネル掘削に必要な情報を作業員に提示することができる。

＜情報の投影＞
トンネル切羽の鏡面に情報を投影するには、例えば、図２及び図３に示すように、切羽の手前側に投影手段２０を設置し、吹き付けコンクリートを施工した鏡面に画像を投影する。投影する画像（情報）は、トンネル掘削に必要な情報であり、例えば、図４に示すように、素掘り状態の切羽状況、地質状況、湧水状況、注意喚起、発破パターン、補助工法の打設位置及び方向範囲、過去の施工において収集した情報等である。

＜従来技術と比較した有利な効果＞
本発明のトンネル切羽の施工管理装置を用いた施工管理方法によれば、吹付コンクリートの施工前の切羽写真やスケッチ、地質状況、湧水状況、注意喚起等の映像を、プロジェクションマッピングにて鏡吹付コンクリート面に映し出す。これにより、作業員への注意喚起を行うことができるため、切羽災害の防止をより一層確実に行うことが可能となる。また、地質に応じた発破削孔の位置計画や、鏡面への水抜き位置の計画を現地で行うことができる。

また、基本発破パターンを鏡面に映し出すことにより、正確な位置での削孔が可能になる。また、切羽前方の探査結果を３次元的に表示することにより、補助工法（例えば、ＡＧＦ）の打設位置や方向範囲をその場で計画することができる。また、現場で予測地質分布を確認することにより、臨場感のある掘削方法等のシミュレーションや打合せを行うことができる。さらに、鏡押出し計測結果やトンネル内空変位計測を連続的に行い、管理値を超過した際には、注意喚起情報を映し出すことにより、早期対策の対応や緊急避難等を行うことができる。

１０ 情報記憶手段
１１ 投影情報データベース
２０ 投影手段
３０ データ通信回線

Claims (4)

1. トンネル切羽の鏡面に、トンネル掘削に必要な情報を投影することによりトンネル切羽の施工管理を行うための装置であって、
   トンネル掘削に必要な情報を記憶する情報記憶手段と、
   前記情報記憶手段に記憶した情報を前記鏡面に投影する投影手段と、
   を備えたことを特徴とするトンネル切羽の施工管理装置。
2. 前記鏡面に投影する情報は、素掘り状態の切羽状況、地質状況、湧水状況、注意喚起、発破パターン、補助工法の打設位置及び方向範囲のうちの少なくとも一つに関する情報である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル切羽の施工管理装置。
3. 前記鏡面に投影する情報は、三次元的に表現する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル切羽の施工管理装置。
4. トンネル切羽の鏡面に、トンネル掘削に必要な情報を投影することによりトンネル切羽の施工管理を行うための方法であって、
   トンネル掘削に必要な情報を予め記憶し、
   前記記憶した情報を前記鏡面に投影することにより、トンネル掘削に必要な情報を提示する、
   ことを特徴とするトンネル切羽の施工管理方法。

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