JP2023003193A - Construction management system and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は道路用、鉄道用あるいは水路用などのトンネルの掘削工事における施工管理システムおよび方法に関する。 The present invention relates to a construction management system and method for excavating tunnels for roads, railways, waterways, and the like.
トンネルを掘削する際には地山の状態に応じた工法を用いる。例えば、硬い地山であればトンネルドリルジャンボによる発破工法が用いられ、柔らかい地山では自由断面掘削機による機械掘削工法が用いられる(特許文献1,特許文献2)。また山岳トンネルの施工では、機械掘削工法や発破工法によって地山を掘削し、トンネル周壁面にコンクリートを吹付け、コンクリートの上からロックボルトを打設するNATM工法が用いられ、崩落しやすい地山では露出した地山面を支保工により閉合する場合もある(特許文献3)。 When excavating a tunnel, a construction method suitable for the condition of the ground will be used. For example, a blasting method using a tunnel drill jumbo is used for hard ground, and a mechanical excavation method using a free cross section excavator is used for soft ground (Patent Documents 1 and 2). In the construction of mountain tunnels, the natural ground is excavated by mechanical excavation or blasting, concrete is sprayed onto the tunnel wall, and rock bolts are driven in from above the concrete. In some cases, the exposed ground surface is closed with shoring (Patent Document 3).
一方、トンネル工事では、施工時に大きな手戻りが生じないように事前に的確な地山評価を行う事が重要であり、種々の地山評価方法が提案されている。たとえばトンネル切羽の掘削方向前方の穿孔探査を行うことで支保を施工する範囲の地山評価を行う方法(特許文献4)、掘削中のノイズ振動を震源として切羽前方の地質状況を予測する地質探査方法(特許文献5)などが提案されている。 On the other hand, in tunnel construction, it is important to perform an accurate rock mass evaluation in advance so as not to cause large rework at the time of construction, and various rock mass evaluation methods have been proposed. For example, a method of evaluating the ground in the range where support is to be constructed by conducting drilling exploration in front of the excavation direction of the tunnel face (Patent Document 4), and a geological survey that predicts the geological situation in front of the tunnel face using noise vibrations during excavation as the epicenter. A method (Patent Document 5) and the like have been proposed.
しかしながら、トンネルの事前調査では地山状態を正確に把握することは困難であり、実際にトンネルを掘削し始めると事前に取得した土質分布とは異なることが多い。その場合には、現状の地山状態に適した工法に切り替える必要がある。従来では、この工法切替判断を人の経験に基づいて行っているために、迅速な判断が困難となり、また人により判断にばらつきがあり、参考にすべき基準を提示することが困難であった。 However, it is difficult to accurately grasp the condition of the rock ground in preliminary surveys of tunnels, and when the tunnel actually begins to be excavated, it often differs from the soil distribution obtained in advance. In that case, it is necessary to switch to a construction method suitable for the current ground conditions. In the past, this decision to switch construction methods was based on human experience, which made it difficult to make a quick decision. .
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであって、本発明の目的はトンネル掘削工事において迅速かつ的確な工法選択を可能にする施工管理システムおよび方法を提供することにある。 The present invention has been devised in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a construction management system and method that enable prompt and accurate selection of construction methods in tunnel excavation construction.
前記目的を達成するため本発明の一実施の形態によれば、トンネル掘削工事における施工管理システムであって、地山の土質分布から工法順を示す施工スケジュールを生成する施工スケジューラと、施工結果として取得された切羽の物理的特性あるいは状態を示すデータに基づいて最適工法を選択するように構築された機械学習モデルと、前記選択された最適工法に基づいて前記施工スケジュールを更新し表示部に表示する制御部と、を有することを特徴とする。
本発明の一実施形態によれば、前記施工結果を格納する施工結果蓄積部を更に有し、前記施工結果を前記機械学習モデルの機械学習に利用することができる。
本発明の一実施形態によれば、前記切羽の物理的特性あるいは状態を示すデータは一軸圧縮強度、含水比および湧水量の少なくとも一つを含むことができる。
本発明の一実施形態によれば、トンネル掘削工事における施工管理方法であって、施工スケジューラが地山の土質分布から工法順を示す施工スケジュールを生成し、機械学習モデルが、施工結果として取得された切羽の物理的特性あるいは状態を示すデータに基づいて最適工法を選択し、制御部が前記選択された最適工法に基づいて前記施工スケジュールを更新し表示部に表示する、ことを特徴とする。
本発明の一実施形態によれば、前記施工結果を蓄積し、前記施工結果を前記機械学習モデルの機械学習に利用することができる。
According to one embodiment of the present invention to achieve the above object, there is provided a construction management system for tunnel excavation, comprising a construction scheduler for generating a construction schedule indicating the order of construction methods from the soil distribution of natural ground; A machine learning model constructed to select an optimum construction method based on the obtained data indicating physical characteristics or conditions of the face, and updating the construction schedule based on the selected optimum construction method and displaying it on the display unit. and a control unit for
According to one embodiment of the present invention, it is possible to further include a construction result accumulation unit that stores the construction result, and to use the construction result for machine learning of the machine learning model.
According to one embodiment of the present invention, the data indicative of the physical properties or conditions of the face may include at least one of unconfined compressive strength, water content, and seepage rate.
According to one embodiment of the present invention, there is provided a construction management method for tunnel excavation work, in which a construction scheduler generates a construction schedule indicating the order of construction methods from the soil distribution of natural ground, and a machine learning model is obtained as construction results. The optimum construction method is selected based on the data indicating the physical characteristics or condition of the face, and the control unit updates the construction schedule based on the selected optimum construction method and displays it on the display unit.
According to one embodiment of the present invention, the construction result can be accumulated and the construction result can be used for machine learning of the machine learning model.
本発明の一実施の形態によれば、施工結果として取得された切羽の物理的特性あるいは状態を示すデータに基づいて最適工法を選択することにより施工スケジュールを更新し表示することで、迅速かつ的確な施工する上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、施工結果を蓄積して機械学習に利用することで高精度の機械学習モデルを構築する上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、最適工法を選択するためのデータとして少なくとも一軸圧縮強度を用いることで発破工法および機械掘削工法の迅速且つ的確な切替をする上で有利となる。
According to one embodiment of the present invention, the construction schedule is updated and displayed by selecting the optimum construction method based on the data indicating the physical characteristics or state of the face obtained as construction results, thereby enabling quick and accurate construction. It is advantageous for construction.
Moreover, according to one embodiment of the present invention, it is advantageous to build a highly accurate machine learning model by accumulating construction results and using them for machine learning.
Further, according to one embodiment of the present invention, using at least the uniaxial compressive strength as data for selecting the optimum construction method is advantageous in quickly and accurately switching between the blasting method and the mechanical excavation method.
1.システム構成
図1に例示するように、本発明の一実施形態による施工管理システム100は施工スケジューラ101とAI解析部102とを有し、さらにシステム全体を制御するための制御部103、選択された施工工法を表示する表示部104、および施工結果を蓄積する施工結果蓄積部105を有する。施工管理システム100はCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processor Unit)等のプロセッサを有する汎用サーバあるいはパーソナルコンピュータ上に構築可能である。
1. System configuration As illustrated in FIG. 1, a
施工スケジューラ101はトンネルを掘削する地山の事前調査により取得された土質分布データD0を入力し、土質分布に応じた施工スケジュールを生成する。
The
施工スケジュールは発破工法、機械掘削工法、NATM工法、支保工などから土質分布D0に従って選択された工法の系列である。たとえば、土質分布D0が硬い地山を示す箇所であれば発破工法が選択され、柔らかい地山を示す箇所であれば機械掘削工法が選択される。 The construction schedule is a series of construction methods selected according to the soil distribution D0 from blasting, mechanical excavation, NATM, and shoring. For example, if the soil distribution D0 indicates a hard ground, the blasting method is selected, and if the location indicates a soft ground, the mechanical excavation method is selected.
AI解析部102は施工時に取得される地山状態を示す各種データを入力し、たとえばディープラーニングにより構築された機械学習モデル(学習済みの最適工法選択モデル)を用いて最適工法を選択する。
The
AI解析部102に与えられる各種データは、施工の結果として切羽の物理的特性あるいは状態を典型的に示すデータであればよく、たとえば切羽地盤の一軸圧縮強度D1を少なくとも含み、さらに含水比D2および切羽からの湧水量D3等のデータを用いることができる。ディープラーニング技術は、多数のデータが互いに影響し合って最適工法が決定される場合でも適切な教師データを与えてニューロンパラメータを調整することで、誤差の十分小さい機械学習モデルを構築できる。このような機械学習モデルを用いることで、施工中の各種データから効率的に且つ高速で最適工法を選択することが可能となる。
The various data provided to the
制御部103は、AI解析部102で選択された最適工法が施工スケジュールの工法と異なっていれば施工スケジュールを変更し、変更された施工スケジュールを表示部104に表示させる。作業者は、表示部104に表示された施工スケジュールに従って次の工法の準備および施工を行うことができる。
If the optimum construction method selected by the
施工結果蓄積部105は、スケジュールされた、あるいは選択された工法を実行したときの結果(各種データ)を格納し、AI解析部102の最適工法選択モデルの学習データとして利用することができる。
The construction
なお、上述した施工スケジューラ101、AI解析部102および制御部103の各機能は、図示しないメモリに格納されたプログラムをプロセッサ上で実行することにより実現することができる。
Each function of the
2.動作
図2に例示するように、本実施形態による施工管理システム100は、まず事前調査により取得された土質分布データD0を入力する(動作201)。土質分布データD0は周知の探査方法、たとえばボーリング探査、弾性波探査等の手法を用いて取得できる。
2. Operation As illustrated in FIG. 2, the
施工スケジューラ101は、たとえば所定の各土質に対して最適な工法をテーブルとして保持しており、入力した土質分布データD0の土質分布に応じた工法を定めた施工スケジュールを生成する(動作202)。たとえば事前調査により柔らかい土質の奥に硬い土質が続いていることが分かれば、最初に自由断面掘削機による機械掘削工法を、続いて発破工法を用いる施工スケジュールが生成される。こうして生成された施工スケジュールに従って施工が開始される(動作203)。
The
AI解析部102は施工の結果として各種データを入力し(動作204)、最適工法選択モデルを用いて最適工法を選択する(動作205)。選択された最適工法を入力して制御部103は施工スケジュールの工法の切替の要否を判定する(動作206)。単純化した例では、発破工法で施工を開始した後に一軸圧縮強度D1が所定値を下回った場合には、最適工法選択モデルに従って、次の工法としてスケジュールされていた発破工法を機械掘削工法に切り替える。具体的には、地山の一軸圧縮強度が49N/mm2、或いは500kgf/cm2以下になった場合に機械掘削工法に切り替える。あるいは、NATM工法で掘削を実行したときに地山が悪くなった場合には支保工を使用する工法に切り替える。また切羽や天端部から湧き水があれば薬液注入等を行う工法に切り替える。このように、構築された学習済み最適工法選択モデルに従って各種データに応じた最適工法が選択される。
The
工法切替判定があれば(動作206のYES)、制御部103は施工結果を示す各種データと切替判定とを施工結果蓄積部105に格納し(動作207)、施工スケジュールを変更し、表示部104に工法切替指示を表示する(動作208)。こうして新たな施工スケジュールで施工が開始される(動作203)。
If there is a construction method switching determination (YES in operation 206), the
現在の施工スケジュール通りの工法でよければ、すなわち工法切替判定がなければ(動作206のNO)、制御部103は施工結果を示す各種データと切替不要判定とを施工結果蓄積部105に格納し(動作209)、施工終了でなければ(動作210のNO)、現在の施工スケジュールに従って次の施工を開始する(動作203)。以上の動作203~210を施工終了(動作210のYES)まで繰り返し、施工スケジュールの工法切替あるいは切替不要の判断をしながら施工結果を施工結果蓄積部105に蓄積する。なお、発破工法あるいは期間掘削工法時の振動等を利用して地山土質を探査し、施工スケジュールに反映させることもできる。
If the construction method according to the current construction schedule is acceptable, that is, if there is no construction method switching determination (NO in operation 206), the
図3に例示するように、AI解析部102の最適工法選択モデルは過去のデータを利用して構築することができる。すなわち、施工の結果として得られた切羽の物理的特性あるいは状態を典型的に示すデータと工法切替の有無とを蓄積し、その蓄積データを用いて最適工法選択モデルを構築することができる。
As illustrated in FIG. 3, the optimal construction method selection model for the
100 施工管理システム
101 施工スケジューラ
102 AI解析部(最適工法選択モデル)
103 制御部
104 表示部
105 施工結果蓄積部
100
103
Claims (5)
地山の土質分布から工法順を示す施工スケジュールを生成する施工スケジューラと、
施工結果として取得された切羽の物理的特性あるいは状態を示すデータに基づいて最適工法を選択するように構築された機械学習モデルと、
前記選択された最適工法に基づいて前記施工スケジュールを更新し表示部に表示する制御部と、
を有することを特徴とする施工管理システム。 A construction management system in tunnel excavation work,
a construction scheduler that generates a construction schedule indicating the order of construction methods from the soil distribution of natural ground;
A machine learning model constructed to select the optimum construction method based on data indicating the physical characteristics or condition of the face obtained as a result of construction;
a control unit that updates the construction schedule based on the selected optimum construction method and displays it on a display unit;
A construction management system comprising:
施工スケジューラが地山の土質分布から工法順を示す施工スケジュールを生成し、
機械学習モデルが、施工結果として取得された切羽の物理的特性あるいは状態を示すデータに基づいて最適工法を選択し、
制御部が前記選択された最適工法に基づいて前記施工スケジュールを更新し表示部に表示する、
ことを特徴とする施工管理方法。 A construction management method in tunnel excavation work,
The construction scheduler generates a construction schedule indicating the order of construction methods from the soil distribution of the natural ground,
A machine learning model selects the optimal construction method based on data indicating the physical characteristics or condition of the face acquired as construction results,
The control unit updates the construction schedule based on the selected optimum construction method and displays it on the display unit;
A construction management method characterized by:
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