JP7296276B2 - トンネル工事管理システム - Google Patents

Description

本発明は、トンネル工事管理システムに関する。

シールドトンネルの施工では、セグメントなどの資材や機材等の搬入作業にバッテリーロコと台車等により編成された輸送手段を使用する場合がある。この場合には、トンネル坑内の限られた空間内において、作業中の作業員あるいは移動中の作業員の横を輸送手段が走行することになる。
そのため、特許文献１には、作業員の安全を確保するために、作業員と輸送手段との距離が一定の距離以内に近付いた場合に坑内あるいは輸送手段に設置された警報装置により、作業員に輸送手段が接近していることを知らせる運行管理システムが開示されている。特許文献１の運行管理システムでは、作業員と輸送手段とにそれぞれＲＦＩＤタグを設置し、坑内に一定間隔で設けられたＲＦＩＤリーダーによりＲＦＩＤタグを検出することで、作業員と輸送手段の位置を検出している。
なお、シールドトンネルの施工では、シールド掘削機による地山の掘削、シールド掘削機の後部におけるセグメントの組み立て、裏込め注入、坑口側における床版の施工等、複数の作業を並行あるいは連続して行う必要がある。トンネル工事における各作業は、互いに連携しているため、一つの作業が滞ると、工事全体に影響が及んでしまう。なお、トンネルが大断面で延長距離が長い場合には、複数の輸送手段を使用することもある。複数の輸送手段を使用する場合には、工事の進捗状況に応じて資材を所定の位置に輸送する必要があるため、資材などの輸送を妨げることがないよう輸送手段同士が行違うタイミングを配慮する必要がある。

特開２０１５－１４８１１９号公報

本発明は、輸送手段の位置、進行方向、速度を的確に把握して、輸送手段の運行を適切に管理できるトンネル工事管理システムを提案することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明は、トンネル工事に必要な資材を積込場所から荷取場所まで搬送する輸送手段と、前記輸送手段に設置されたＩＣタグと、前記積込場所から前記荷取場所までの区間に所定の間隔をあけて設けられたタグリーダーと、前記ＩＣタグを検知した前記タグリーダーから発信された信号を受信する処理手段と、前記タグリーダーと同間隔で前記トンネル坑内に設置された警報手段と、有害ガスを検知するガス検知手段とを備えるトンネル工事管理システムである。前記ガス検知手段は、前記タグリーダーと同間隔で前記トンネル坑内に設置されている。前記処理手段は、前記信号を発信した前記タグリーダーの位置および前記信号が発信された時間により前記輸送手段が前記積込場所または前記荷取場所に到着するタイミングを算出するとともに前記タイミングの算出結果を配信し、さらに、有害ガスを検知した前記ガス検知手段の近傍に配設された前記警報手段を作動させるとともに、前記輸送手段が近づいている前記警報手段を作動さる。また、前記積込場所および前記荷取場所には、前記処理手段により配信された前記タイミングおよび有害ガスを検知した前記ガス検知手段の位置を表示する表示手段がそれぞれ配設されている。
かかるトンネル工事管理システムによれば、輸送手段が到着するタイミングを適切に把握することができる。つまり、トンネル工事管理システムによれば、資材等の積み込みや積み下ろしを、輸送手段の到着のタイミングに合わせて開始することができるため、作業の効率化を図ることができる。さらに、表示手段によって、数字あるいは画像で輸送手段の位置を確認できるため、輸送手段の到着に対する準備を適切に行うことができる。

なお、前記輸送手段に、二つの前記ＩＣタグが当該輸送手段の進行方向に間隔をあけて設置されている場合には、前記処理手段は、前記タグリーダーが二つの前記ＩＣタグを検知した順番および時間差から前記輸送手段の進行方向および速度を算出するとともに、当該輸送手段の位置、進行方向および速度に基づいて前記積込場所または前記荷取場所に到着するタイミングを算出してもよい。
また、前記処理手段は、複数の前記タグリーダーが同一の前記ＩＣタグを検知した際の順番および時間差により前記輸送手段の進行方向および速度を算出するとともに、当該輸送手段の位置、進行方向および速度に基づいて前記積込場所または前記荷取場所に到着するタイミングを算出してもよい。
さらに、複数の前記輸送手段を備えている場合には、前記輸送手段に、他の前記輸送手段の位置、進行方向および速度を表示する表示手段が設けられているのが望ましい。このようにすれば、他の輸送手段の状況を把握できるので、的確な運行が可能となる。

本発明のトンネル工事管理システムによれば、輸送手段の位置、進行方向、速度を的確に把握できるので、工期短縮化や作業の効率化を図ることができる。

本実施形態に係るトンネル工事管理システムの概要を示す模式図である。

トンネル工事における輸送手段の位置、進行方向、速度を的確に把握して、施工を効率的に進行するためのトンネル工事管理システムについて説明する。
トンネル工事管理システム１は、図１に示すように、輸送手段２と、ＩＣタグ３と、タグリーダー４と、処理手段５と、表示手段６と、坑内カメラ７と、警報手段８と、ガス検知手段９とを備えている。

輸送手段２は、トンネル工事に必要な資材を積込場所Ａから荷取場所Ｂまで搬送する。本実施形態の輸送手段２は、バッテリーロコ２１と、複数の台車２２，２２，…とにより編成されていて、トンネル坑内に敷設されたレールを走行する。本実施形態では、複数の輸送手段２がトンネル坑内を走行する。輸送手段２を構成する台車２２の台数は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。また、輸送手段２の構成は限定されるものではなく、例えば、トラック等であってもよい。

ＩＣタグ３は、輸送手段２に設置されている。本実施形態の輸送手段２には、二つのＩＣタグ３，３が、進行方向に間隔をあけて設置されている。ＩＣタグ３の設置個所は限定されるものではなく、例えば、バッテリーロコ２１とバッテリーロコ２１から最も離れた位置に連結された台車２２にそれぞれ取り付けてもよいし、両ＩＣタグ３，３をバッテリーロコ２１に間隔をあけて設置されていてもよい。
なお、坑内に入坑する作業員Ｐも、ヘルメットに取り付けるなどして、ＩＣタグ３を携帯する。
ＩＣタグ３には、ＩＣタグ３を識別するための情報が記録されていて、タグリーダー４によりＩＣタグ３を検知した際にこの情報を確認することができる。なお、同一の輸送手段２に取り付けられた二つのＩＣタグ３，３には、ＩＣタグ３同士の前後関係が把握することができるように異なる情報が記録されていてもよいが、ＩＣタグ３同士を識別する必要がなければ、同じ情報が記録されていてもよい。

タグリーダー４は、ＩＣタグ３を検知する装置であって、積込場所Ａから荷取場所Ｂまでの区間に所定の間隔をあけて設けられている。本実施形態では、隣り合うタグリーダー４の検知範囲同士が重ならないように（同一のＩＣタグ３を二つのタグリーダー４，４が同時に検知することが無いように）、トンネル坑内にタグリーダー４を５０ｍ間隔で設置する。また、タグリーダー４は、坑口（立坑下等）および切羽にもそれぞれ設けられている。タグリーダー４は、タグリーダー本体４１と、タグリーダー本体４１に接続されたアンテナ４２とを備えている。アンテナ４２は、ＩＣタグ３から発信された信号を検知する。アンテナ４２がＩＣタグ３の信号を検知すると、タグリーダー本体４１は、ＩＣタグ３に記録された情報とともに、ＩＣタグ３を検知した時間およびタグリーダー４の識別情報を処理手段５に送信する。タグリーダー本体４１は、ハブ１１を介して処理手段５に接続されている。タグリーダー本体４１は、ケーブル４３を介してハブ１１に接続されている。本実施形態では、ケーブル４３として光ケーブルを使用している。なお、ケーブル４３には、ＬＡＮケーブルなど他のケーブルも使用可能である。

ハブ１１は、タグリーダー４の位置に応じて設けられている。ハブ１１は、ケーブル１２（例えば、光ケーブル）を介して処理手段５に接続されている。また、ハブ１１には、無線端末による接続が可能な無線ＬＡＮルーター１３や、トンネル坑内からトンネル坑外の事務所等との通話をするための坑内電話１４等が接続されている。なお、無線ＬＡＮルーター１３および坑内電話１４は、必要に応じて配設すればよい。

処理手段５は、いわゆるコンピュータからなり、トンネル坑外の事務所に設けられている。処理手段５は、タグリーダー４から発信された信号を受信する。処理手段５は、タグリーダー４から送信された信号に含まれる情報（ＩＣタグ３の識別情報、タグリーダー４の識別情報、ＩＣタグ３を検知した時刻等）に基づいて、輸送手段２または作業員Ｐの位置等を特定する。なお、処理手段５には、予めタグリーダー４の識別情報とタグリーダー４の設置位置の関係が記録されている。そのため、処理手段５は、タグリーダー４の識別情報により、輸送手段２または作業員Ｐの位置を特定することができる。
処理手段５は、ＩＣタグ３を検知したタグリーダー４の位置により輸送手段２の位置を特定する。また、処理手段５は、輸送手段２に設置された二つのＩＣタグ３，３を検知した順番により輸送手段２の進行方向を特定する。さらに、処理手段５は、輸送手段２に設置されたＩＣタグ３同士の間隔ｉと、ＩＣタグ３を検知した時間差ｔにより輸送手段２の速度Ｖ（＝ｉ／ｔ）を算出する。このようにして算出した輸送手段２の位置、進行方向および速度を利用すれば、輸送手段２が積込場所Ａまたは荷取場所Ｂに到着するタイミングを算出することができる。すなわち、輸送手段２の現在位置から積込場所Ａまたは荷取場所Ｂまでの距離Ｌを輸送手段２の速度Ｖで割ることで、輸送手段２が現在位置から積込場所Ａまたは荷取場所Ｂに到着するまでの時間を算出する。処理手段５により算出された輸送手段２の情報は、積込場所Ａまたは荷取場所Ｂに設けられた表示手段６を介して作業員Ｐに通達される。

表示手段６は、積込場所Ａおよび荷取場所Ｂに設けられている。表示手段６は、例えばタブレット端末等からなり、処理手段５により配信された情報（輸送手段２が到着するタイミング等）を表示する。表示手段６は、処理手段５から送信された情報を、無線ＬＡＮルーター１３を介して受信する。
本実施形態では、輸送手段２の運転席にも表示手段６が設けられていて、輸送手段２の運転者が表示手段６により他の輸送手段２の位置、進行方向および速度を把握することができる。こうすることで、輸送手段２同士がすれ違うタイミングや、積込場所Ａや荷取場所Ｂに到着するタイミングを調整することが可能となる。また、表示手段６に坑内の作業員Ｐの位置が表示されれば、作業員Ｐに近付いた際に、減速するなどして、より安全な運行管理が可能となる。

坑内カメラ７は、トンネル坑内を撮影する。坑内カメラ７は、ハブ１１を介して処理手段５に接続されている。処理手段５が設置された事務所では、坑内カメラ７の撮影画像から、トンネル坑内の様子を確認することができる。坑内カメラ７の設置個所は、適宜決定すればよいが、トンネル坑内の全体を確認することができるように配置するのが望ましい。

警報手段８は、スピーカー８１や警報ランプ８２等からなる。警報手段８は、ハブ１１を介して処理手段５に接続されている。警報手段８は、輸送手段２が近づいていることを示す信号を受信したときに警報を発する。処理手段５は、輸送手段２の位置、進行方向、速度等に基づいて、輸送手段２が近づいている場所に他の輸送手段２や作業員Ｐ等が存在しているか否かを判定し、存在していると判断したときに、警報手段８を作動させる。なお、警報手段８は、処理手段５を手動で操作することにより作動させてもよい。例えば、事務所のモニター５１で、輸送手段２が近づいている位置において作業員Ｐが作業をしていることが坑内カメラ７で確認された場合に、処理手段５を操作して警報手段８により当該作業員Ｐに警報を促してもよい。警報手段８の設置個所は、所定の間隔（例えば、タグリーダー４と同間隔）により設置すればよい。

ガス検知手段９は、トンネル坑内に所定の間隔で設置されていて、トンネル坑内の有害ガスや酸素濃度等を検知する。ガス検知手段９は、ハブ１１を介して処理手段５に接続されている。ガス検知手段９により有害ガスが検知された場合には、処理手段５に信号が送信される。処理手段５がガス検知手段９から信号を受信したら、有害ガスを検知したガス検知手段９の位置をモニター５１に表示するとともに、当該ガス検知手段９の近傍に設置された警報手段８を作動させて、作業員Ｐ等に危険を知らせる。また、モニター５１を確認した管理者は、必要に応じて坑内電話１４等を利用して作業員Ｐ等に連絡する。ガス検知手段９の設置個所は、所定の間隔（例えば、タグリーダー４と同間隔）により設置すればよい。

本実施形態のトンネル工事管理システム１によれば、ＩＣタグ３により輸送手段２が資材などの積込場所Ａや荷取場所Ｂ等に到着するタイミングを適切に把握することができる。その結果、資材等の積み込みや積み下ろしを、輸送手段２の到着のタイミングに合わせて開始することができるため、作業の効率化を図ることができる。
また、輸送手段２の位置情報等は、表示手段６によって、数字あるいは画像で確認することができるため、輸送手段２の到着のタイミングを確実に把握することができる。
また、輸送手段２の運転者も、他の前記輸送手段２の位置、進行方向および速度を表示手段６により把握できるため、輸送手段２同士の接触や渋滞などが生じることがないように調整して、的確な運行が可能となる。
また、輸送手段２の位置情報等を適切に把握することで、トンネル坑内で作業中あるいは移動中の作業員Ｐと輸送手段２との位置関係も適切に把握することできる。そのため、輸送手段２が通過するタイミングに応じて坑内での作業を安全に行うことができる。
このように、輸送手段２の適切な運行管理を行うことで、工期短縮化を図ることができるとともに、より安全な施工を行うことができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、輸送手段２に二つのＩＣタグ３を設置する場合について説明したが、輸送手段２に設置するＩＣタグ３の数は限定されるものではない。なお、輸送手段２にＩＣタグ３が一つしか設置されていない場合には、二つのタグリーダー４，４が同一のＩＣタグ３を検知した際の順番および時間差により輸送手段２の進行方向および速度を特定することができる。輸送手段２の進行方向は、ＩＣタグ３を検知した二つのタグリーダー４，４の順番と同じである。また、輸送手段２の速度Ｖは、ＩＣタグ３を検知した二つのタグリーダー４同士の間隔Ｉと、ＩＣタグ３を検知した時間差Ｔにより算出する（Ｖ＝Ｉ／Ｔ）。
また、前記実施形態では、ＩＣタグ３の検知結果により輸送手段２の速度を算出し、算出した速度に基づいて、輸送手段２が到着するタイミングを算出するものとしたが、輸送手段２が到着するタイミングの算出方法は限定されるものではない。例えば、トンネル坑内における輸送手段２の平均速度を利用して到着のタイミングを算出してもよいし、バッテリーロコ２１の出力から推測される速度を利用して到着のタイミングを算出してもよい。

前記実施形態では、隣り合うタグリーダー４同士の検知範囲が重ならないように、タグリーダー４同士の間隔を設定したが、タグリーダー４の検知範囲の一部は、隣り合う他のタグリーダー４の検知範囲の一部と重なっていてもよい。このようにすれば、タグリーダー４同士の中間位置に、輸送手段２や作業員Ｐが到着したことを把握することができる。
また、輸送手段２は、必ずしも表示手段６を搭載する必要はない。輸送手段２には、表示手段６に代えて、例えば、他の輸送手段２や作業員Ｐと近づいた際に警報を鳴らす警報装置を搭載してもよい。
坑内カメラ７や警報手段８は、必要に応じて設置すればよい。
また、トンネル坑口やシールドマシン（切羽）にも必要に応じてタブレット端末やコンピュータ等を配置して、処理手段５から送信された輸送手段２の位置情報や工事の進捗情報等を確認できるようにしてもよい。

１ トンネル工事管理システム
１１ ハブ
２ 輸送手段
２１ バッテリーロコ
２２ 台車
３ ＩＣタグ
４ タグリーダー
４１ タグリーダー本体
４２ アンテナ
５ 処理手段
６ 表示手段
Ａ 積込場所
Ｂ 荷取場所

Claims (4)

1. トンネル工事に必要な資材を積込場所から荷取場所まで搬送する輸送手段と、
   前記輸送手段に設置されたＩＣタグと、
   前記積込場所から前記荷取場所までの区間に所定の間隔をあけて設けられたタグリーダーと、
   前記ＩＣタグを検知した前記タグリーダーから発信された信号を受信する処理手段と、
   前記タグリーダーと同間隔で前記トンネル坑内に設置された警報手段と、
   有害ガスを検知するガス検知手段と、を備えるトンネル工事管理システムであって、
   前記ガス検知手段は、前記タグリーダーと同間隔で前記トンネル坑内に設置されていて、
   前記処理手段は、前記信号を発信した前記タグリーダーの位置および前記信号が発信された時間により前記輸送手段が前記積込場所または前記荷取場所に到着するタイミングを算出するとともに前記タイミングの算出結果を配信し、さらに、有害ガスを検知した前記ガス検知手段の近傍に配設された前記警報手段を作動させるとともに、前記輸送手段が近づいている前記警報手段を作動させ、
   前記積込場所および前記荷取場所には、前記処理手段により配信された前記タイミングおよび有害ガスを検知した前記ガス検知手段の位置を表示する表示手段がそれぞれ配設されていることを特徴とする、トンネル工事管理システム。
2. 前記輸送手段には、二つの前記ＩＣタグが当該輸送手段の進行方向に間隔をあけて設置されており、
   前記処理手段は、前記タグリーダーが二つの前記ＩＣタグを検知した順番および時間差から前記輸送手段の進行方向および速度を算出するとともに、当該輸送手段の位置、進行方向および速度に基づいて前記積込場所または前記荷取場所に到着するタイミングを算出することを特徴とする、請求項１に記載のトンネル工事管理システム。
3. 前記処理手段は、複数の前記タグリーダーが同一の前記ＩＣタグを検知した際の順番および時間差により前記輸送手段の進行方向および速度を算出するとともに、当該輸送手段の位置、進行方向および速度に基づいて前記積込場所または前記荷取場所に到着するタイミングを算出することを特徴とする、請求項１に記載のトンネル工事管理システム。
4. 複数の前記輸送手段を備えており、
   前記輸送手段には、他の前記輸送手段の位置、進行方向および速度を表示する表示手段が設けられていることを特徴とする、請求項２または請求項３のいずれか１項に記載のトンネル工事管理システム。

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