JP7317437B2 - 注入支援システム及び方法、並びにプログラム - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの施工を支援するシステム及び方法、並びにプログラムに関し、特にＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）工法などによる山岳トンネルの施工中に周辺の地山に注入材を注入する際の支援システム、支援方法及びプログラムに関する。

山岳トンネルの施工においては、その補助工法として、掘削した地山の周辺に長尺鋼管や中空ボルトなどの補強管を多数打ち込み、各補強管の内部を注入孔として、ウレタン系発泡樹脂やモルタル等の注入材を周辺の地山に注入することが行われている（特許文献１など参照）。これによって、周辺地山が安定化される。

特開２０１７－００２７２０号公報

この種の注入工法においては、注入材の注入量（ｋｇ）や注入圧（ＭＰａ）などを指標にして施工管理している。注入量によって所定量の注入がなされたか否かが判断される。注入圧の上昇の有無によって、注入箇所の周辺の地山が固まったか否かが推測できる。注入量や注入圧のデータは、注入機の注入ポンプを制御するプログラマブルロジックコントローラ（以下、適宜「ＰＬＣ」と称す）から数値データとして取得できる。
しかし、数値を読み取るだけでは、注入の状況をリアルタイムで直観的に把握するのは難しい。
本発明は、かかる事情に鑑み、施工中のトンネルの周辺の地山に注入材を注入する注入工法において、注入の状況をリアルタイムで直観的に把握できるようにすることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明のシステムは、施工中のトンネル内に設置された注入機からの注入材を、周辺の地山に形成した複数の注入孔から前記地山に注入する注入工法における注入支援システムであって、
各注入孔における注入データを取得する取得部と、
前記注入データに基づいて、各注入孔における注入状況を視覚的に識別可能に表す表示データを作成する作成部と、
前記表示データを画像表示する画像表示部と
を備えたことを特徴とする。

前記複数の注入孔が、前記トンネルの周方向に間隔を置いて並んで配置されており、
前記作成部が、各注入孔における注入状況を実際の注入孔の並びにしたがって表示画面上に並べた表示データを作成することが好ましい。

前記作成部が、前記トンネルのアーチ部を模した大径の半円部に沿って、各注入孔を模した複数の小径の円部を並べた表示データを作成し、かつ前記各円部の視覚的態様によって対応する注入孔の注入状況を表すことが好ましい。

前記作成部が、縦軸を各注入孔における注入度合とし、横軸を前記実際の注入孔の並びとしたグラフの表示データを作成することが好ましい。
前記注入度合が、注入量又は注入圧を含むことが好ましい。
前記グラフは、棒グラフでもよく、折れ線グラフでもよい。

各注入孔が、直線状に延び、かつ延び方向に複数の注入領域に区分けされており、
前記注入機が、前記注入領域ごとに注入材を注入し、
前記取得部が、前記注入領域ごとに注入データを取得し、
前記作成部が、各注入孔における注入状況を注入領域ごとに視覚的態様によって区別した表示データを作成することが好ましい。

前記視覚的態様は、人の五感のうち専ら視覚によって認識される情報であり、色又は模様を含むことが好ましく、文字や音声は除かれる。模様は、網掛け模様などの他、表示の縁取りの太さや縁取りの有無などを含む。
前記視覚的態様が、線の種類（実線、点線など）、線の太さなど含んでいてもよい。前記視覚的態様が、点滅などの時間的変化を伴うものであってもよい。

前記取得部が取得した注入データを送信する通信部と、
前記送信された注入データを受信する遠隔無線端末と、を更に備え、
前記遠隔無線端末が、前記作成部と、前記表示データを画像表示する画像表示部とを含むことが好ましい。

前記遠隔無線端末が、前記注入機に対する操作入力部を前記画像表示部に表示させる操作表示部と、前記操作入力部の操作情報を前記注入機へ送信する操作送信部とを更に含み、
前記注入機が、受信した前記操作情報にしたがって運転されることが好ましい。

前記取得部と接続され、前記取得部からの注入データを蓄積する記憶端末を更に備え、
前記遠隔無線端末が、前記注入データを蓄積する記憶部を含み、かつ前記記憶端末に蓄積された注入データを定期的又は不定期的に受信して、前記記憶部の注入データを更新することが好ましい。

本発明に係る方法は、施工中のトンネル内に設置された注入機からの注入材を、周辺の地山に形成した複数の注入孔から前記地山に注入する注入工法における注入支援方法であって、
各注入孔における注入データを取得する工程と、
前記注入データに基づいて、各注入孔における注入状況を視覚的に識別可能に表す表示データを作成する工程と、
前記表示データを画像表示する工程と
を備えたことを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、前記の注入支援システムにおける作成部を構成するコンピュータに、
各注入孔における注入データを受け取る処理と、
受け取った注入データに基づいて、各注入孔における注入状況を視覚的に識別可能に表す表示データを作成する処理と、
を実行させることを特徴とする。

また、本発明に係るプログラムは、前記注入支援システムにおける遠隔無線端末を構成するコンピュータに、
前記注入機に対する操作入力部の表示指令を受け付ける処理と、
前記表示指令を受けたとき、前記操作入力部を前記画像表示部に表示させる処理と、
前記操作入力部の操作を受け付ける処理と、
前記操作入力部の操作情報を前記注入機へ送信する処理と、
を実行させることを特徴とする。

本発明によれば、施工中のトンネルの周辺の地山に注入材を注入する注入工法において、注入の状況をリアルタイムで直観的に把握することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る施工中の山岳トンネルを、注入材の注入工程で示す断面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。 図３は、図１の円部ＩＩＩの詳細図である。 図４は、図１における注入孔を拡大して示す解説断面図である。 図５は、注入支援システムの構成図である。 図６は、前記注入支援システムの遠隔無線端末の構成を示すブロック図である。 図７は、前記注入支援システムの注入状況表示画面の一例を示す図である。 図８は、前記注入支援システムの注入操作指令画面の一例を示す図である。 図９は、前記遠隔無線端末の起動時の動作を示すフローチャートである。 図１０は、前記遠隔無線端末による注入指令操作の手順を示すフローチャートである。 図１１は、前記注入支援システムのＰＬＣの動作を示すフローチャートである。 図１２は、前記遠隔無線端末による注入データの蓄積・更新動作を示すフローチャートである。 図１３は、前記遠隔無線端末による注入状況表示動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、例えばＮＡＴＭ工法によって施工中の山岳トンネル１において、周辺の地山に注入材２を注入する様子を示したものである。注入材２としては、シリカレジン等のウレタン系発泡樹脂が用いられている。該注入材２は、Ａ液とＢ液を出発物質とする。これら２液が混合されて発泡しながら地山に注入されて硬化する。これによって、トンネル周辺の地山が安定化される。

図１及び図２に示すように、トンネル１の周辺の地山には、長尺の先受け鋼管２０が多数打設されている。図においては、切羽１ｅの奥側（図１において左側）における注入工程を実施中の先受け鋼管２０だけを図示する。先受け鋼管２０は、トンネル軸に対して斜めに打設されている。先受け鋼管２０の内部空間が、注入孔２１を構成している。各先受け鋼管２０ひいては各注入孔２１は、直線状に延びるとともに、その延び方向に３つ（複数）の注入領域Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３が設定されている。

図２に示すように、複数の先受け鋼管２０からなる複数の注入孔２１がトンネル１のアーチ部１ａの周方向に間隔を置いて配置されている。施工管理上、これら注入孔２１には、前記周方向の並び順に孔番号が付されている（図７参照）。

図１に示すように、前記注入材２のための注入機１０と注入材供給源１５がトラック４に搭載されて、トンネル１内に配置されている。
図３に示すように、注入機１０には、１又は複数の注入ポンプ１１と、操作盤１３と、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）３０が設けられている。ここでは、２台で１組の注入ポンプ１１が３組、合計６台設けられている。１組の注入ポンプ１１のうち１台がＡ液用であり、他の１台がＢ液用である。管理の便宜上、各組の注入ポンプ１１に機番が付され、２台１組ごとに「１号機」、「２号機」、「３号機」と称されている。これら機番（「１号機」、「２号機」、「３号機」）は、それぞれ注入領域Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３と対応している。

注入材供給源１５は、Ａ液の供給源１５ａと、Ｂ液の供給源１５ｂを有している。詳細な図示は省略するが、Ａ液供給源１５ａが前記Ａ液用注入ポンプの供給ポートに接続され、Ｂ液供給源１５ｂが前記Ｂ液用注入ポンプの供給ポートに接続されている。これら注入ポンプ１１の吐出ポートから注入管１６（図１及び図３では１つだけ図示）がそれぞれ延び出ている。図４においては、１号機から注入管１６の符号を「１６Ａ」とし、２号機から注入管１６の符号を「１６Ｂ」とし、３号機から注入管１６の符号を「１６Ｂ」として表記する。

図４に示すように、１号機からのＡ液用及びＢ液用の２本の注入管１６Ａが、互いに合流して注入孔２１の手前側の注入領域Ｒ_１まで挿し入れられている。同様に、２号機からの２本の注入管１６Ｂが、互いに合流して注入孔２１の中間の注入領域Ｒ_２まで挿し入れられている。３号機からの２本の注入管１６Ｃが、互いに合流して注入孔２１の奥側の注入領域Ｒ_３まで挿し入れられている。これによって、注入材２が注入領域Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３ごとに注入される。
各注入管１６の先端部には、歪センサなどの注入圧センサ１７が設けられている。
なお、図４において、注入孔２１の口径は、軸長に対して誇張されている。

図３に示すように、操作盤１３には、注入ポンプ１１の操作つまみ１３ａ～１３ｅが機番ごとに設けられている。
操作つまみ１３ａは、Ａ液用の注入ポンプとＢ液用の注入ポンプの何れかを個別に操作するか、Ａ液用とＢ液用の両方の注入ポンプをまとめて同時に操作するかを選択するためのつまみである。
操作つまみ１３ｂは、運転開始ボタンである。
操作つまみ１３ｃは、運転停止ボタンである。
操作つまみ１３ｄは、注入流速調整ボリュームである。
操作つまみ１３ｅは、リセットボタンである。
図示は省略するが、更に注入機１０には、注入データをチャート紙に出力するチャート出力部、注入データをセブンセグメントなどで表示する数値表示部、最終注入量の目標値や注入圧の上限値などを設定する設定部などが設けられている。

図５は、前記注入材２の注入工法のための注入支援システム３を示したものである。注入支援システム３は、前記注入機１０のＰＬＣ３０と、遠隔無線端末３２と、記憶端末３１を含み、これら機器３０，３１，３２がローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）３３によって相互にデータ通信可能に接続されている。ＰＬＣ３０と記憶端末３１とはイーサネット（登録商標）規格のＬＡＮケーブル３３ａ，３３ｂ及びハブ３３ｃを介して有線接続されている。通信方式にはシリアル通信が適用されているが、パラレル通信であってもよい。

図５に示すように、ＰＬＣ３０（制御部）は、演算処理部３０ａと、入出力部３０ｂと、前記端末３２，３１とのＬＡＮ通信のための通信部３０ｅを含む。演算処理部３０ａは、マイクロプロセッサやマイクロコントロールユニットによって構成されている。入出力部３０ｂには、操作盤１３及び注入圧センサ１７等の入力機器、並びに注入ポンプ１１からなる出力機器が接続されている。ＰＬＣ３０によって注入ポンプ１１が制御される。

ＰＬＣ３０と入力機器１３，１７とによって、注入支援システム３における注入データ の取得部３ｃが構成されている。注入データとしては、注入流速調整用の操作つまみ１３ｄで設定した注入流速（ｋｇ／ｍｉｎ）や、注入圧センサ１７で検知した注入圧（ＭＰａ）が含まれる。注入流速の時間積分によって注入量（ｋｇ）が算出される。
注入管１６に流量計を設けて注入流速を検知し、ＰＬＣ３０に入力してもよい。
注入ポンプ１１の１回転あたりの吐出流量と回転回数とによって注入量（ｋｇ）を算出してもよい。

さらに、取得部３ｃは、各注入孔２１における注入領域Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３ごとに注入データを取得する。すなわち、１号機の注入流速設定データ及び注入圧検知データから手前側注入領域Ｒ_１の注入流速、注入圧、注入量が取得される。同様に、２号機の設定データ及び検知データから中間注入領域Ｒ_２の注入流速、注入圧、注入量が取得される。３号機の設定データ及び検知データから奥側注入領域Ｒ_３の注入流速、注入圧、注入量が取得される。
注入データ取得の時間間隔は、例えば０．１秒から０．数秒程度であるが、これに限られるものではない。

図３に示すように、注入機１０の収容スペース内に記憶端末３１（データロガー）が収容されている。図５に示すように、記憶端末３１は、ノートパソコンなどのパーソナルコンピュータ（ＰＣ）によって構成され、ＣＰＵ３１ａ、ディスプレイ３１ｂ、記憶部３１ｍ、通信部３１ｅを含む。記憶部３１ｍには、注入支援プログラム３１ｐと、注入支援データ３１ｄが記憶されている。

注入支援プログラム３１ｐは、例えばＣ＃等のプログラミング言語で記述されたコンピュータ実行可能なプログラムであり、ＰＬＣ３０から注入データを経時的に受け取って蓄積（記憶）する処理、蓄積した注入データ（以下「蓄積注入データ３１ｇ」）を定期的又は不定期的に遠隔無線端末３２へ送信する処理、蓄積注入データ３１ｇから所定の書式の日報その他の帳票を作成する処理などを、記憶端末３１に実行させる。
注入支援データ３１ｄは、前記蓄積注入データ３１ｇの他、前記帳票の書式データ等の注入支援プログラム３１ｐを実行するためのデータを含む。

更に、図５に示すように、注入支援システム３のＬＡＮ３３上のハブ３３ｃには、ＬＡＮケーブル３３ｄ、中継器３３ｅ、同軸ケーブル３３ｆを順次介して、無線アンテナ３３ｇが接続されている。無線アンテナ３３ｇは、注入機１０に取り付けられていてもよく、トラック４に取り付けられていてもよい。無線アンテナ３３ｇを介して、遠隔無線端末３２が、ＰＬＣ３０及び記憶端末３１と無線ＬＡＮ接続されている。トンネル１内における無線アンテナ３３ｇと遠隔無線端末３２との無線通信可能距離は、好ましくは数十メートル～数百メートルである。

図１に示すように、遠隔無線端末３２は、タブレットＰＣによって構成されているが、これに限らず、携帯可能なＰＣ端末であれば、スマートフォン、ノートＰＣ等であってもよい。作業者Ａが遠隔無線端末３２を携行して操作する。
図６に示すように、遠隔無線端末３２は、ＣＰＵ３２ａ、ディスプレイ３２ｂ（画像表示部）、記憶部３２ｍ、無線通信部３２ｅを含む。

記憶部３２ｍには、注入支援データ３２ｄと、注入支援プログラム３２ｐが記憶されている。注入支援データ３２ｄは、蓄積注入データ３２ｇ、各種画像表示データ３４，３５，３６その他の前記注入支援プログラム３２ｐを実行するためのデータを含む。

注入支援プログラム３２ｐは、例えばＣ＃等のプログラミング言語で記述されたコンピュータ実行可能なプログラムであり、注入データ蓄積・更新処理プログラム３２ｑ、注入状況表示プログラム３２ｒ、注入操作プログラム３２ｓを含む。
注入データ蓄積・更新処理プログラム３２ｑは、ＰＬＣ３０から注入データを経時的に受け取って記憶部３２ｍに蓄積注入データ３２ｇとして蓄積する処理、及びその蓄積注入データ３２ｇを定期的又は不定期的に更新する処理を、遠隔無線端末３２に実行させる。

注入状況表示プログラム３２ｒは、前記蓄積注入データに基づいて表示データ３４，３５，３６を生成して、ディスプレイ３２ｂ（画像表示部）に注入状況表示画面３７（図７）として表示する処理を、遠隔無線端末３２に実行させる。遠隔無線端末３２におけるＣＰＵ３２ａが、表示データ３４，３５，３６の「作成部」として機能する。

図７に示すように、表示データ３４，３５，３６は、各注入孔２１における注入量、注入速度、注入圧などの注入状況を視覚的に識別可能に画像表示するデータである。好ましくは、表示データ３４，３５，３６は、各注入孔２１における注入状況を実際の注入孔２１の並びにしたがって画面上に並べて画像表示するデータである。
前記注入状況は、未注入か注入中か注入完了かの区別、注入量、注入速度、注入圧などを含む。

詳しくは、注入状況表示画面３７には、アーチ表示データ３４によるアーチ画像４０と、棒グラフ表示データ３５による棒グラフ画像５０と、折れ線グラフ表示データ３６による折れ線グラフ画像６０とが表示される。注入状況表示画面３７の上側部分にアーチ画像４０が表示され、下側部分の左右にそれぞれ棒グラフ画像５０と折れ線グラフ画像６０が表示されている。
なお、注入状況表示画面３７における画像４０，５０，６０どうしのレイアウトは、図７の例示に限らず、適宜変更してもよい。注入状況表示画面３７内に注入量の合計や注入圧の平均など数値データをまとめた表３７ｂを設けてもよい。

アーチ画像４０は、大径の半円部４１と、複数の小径の円部４２とを含む。半円部４１は、トンネル１のアーチ部１ａを模したものである。半円部４１の外周側に小径の円部４２が配置されている。これら円部４２は、実際の注入孔２１を模したものであり、注入孔２１と一対一に対応し、かつ実際の注入孔２１の並びにしたがって並べられている。各円部４２には、対応する注入孔２１の孔番号が付されている。

各円部４２の色又は模様等の視覚的態様によって、対応する注入孔２１の注入状況が表されている。例えば、円部４２の縁部分４２ｅの色によって、未注入か注入中か注入完了かが区別されている。縁部分４２ｅより内側部分４２ａの色によって注入量が表されている。該注入量は、対応する注入孔２１の設計注入量又は最大（許容）注入量の設定値でもよく、ＰＬＣ３０の取得データに基づくリアルタイムの注入量（注入度合）でもよい。
アーチ画像４０には、各部分４２ｅ，４２ａの視覚的態様と注入状況との関係を説明した凡例４３を付けることが好ましい。凡例４３は表示指令に応じて表示されるようになっていてもよい。

図７に示すように、棒グラフ画像５０は、注入孔２１ごとのリアルタイムの注入量（注入度合）を棒グラフで表示したものである。棒グラフの縦軸が注入量である。横軸は注入孔２１を孔番号で識別した識別欄である。孔番号は、実際の注入孔２１の並びにしたがって付されている。さらに、棒グラフの各棒５１（注入孔２１の注入量）は、当該注入孔２１の注入領域Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３ごとに色又は模様等の視覚的態様によって区分けされている。例えば、棒５１の下側部分５１ａは手前側注入領域Ｒ_１の注入量を表し、中間部分５１ｂは中間注入領域Ｒ_２の注入量を表し、上側部分５１ｃは奥側注入領域Ｒ_３の注入量を表している。３つの部分５１ａ，５１ｂ，５１ｃの色等の視覚的態様が互いに異なっている。
棒グラフ画像５０には、色等の視覚的態様とポンプ機番（ひいては注入領域Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３）との関係を説明した凡例５３を付けることが好ましい。凡例５３は表示指令に応じて表示されるようになっていてもよい。

図７に示すように、折れ線グラフ画像６０は、注入孔２１ごとの注入圧（注入度合）を注入孔２１の並び順に結んだ折れ線グラフで表示したものである。折れ線グラフの縦軸が注入圧である。横軸には、注入孔２１を識別する孔番号が実際の注入孔２１の並びにしたがって付されている。例えば、折れ線グラフ中の実線の折れ線６１は最終注入圧（注入終了時の注入圧）を示し、点線の折れ線６２は初期注入圧を示す。初期注入圧は、注入ポンプ１１からの注入材２の吐出開始時点ではなく、注入材２が注入管１６から地山に注入され始めたとみなせる時点の注入圧である。例えば、前記吐出開始時点から所定時間（例えば１分間）経過後の注入圧や、前記吐出開始時点から所定量（例えば５ｋｇ）吐出した時点の注入圧を初期注入圧とする。
最終注入圧の折れ線６１を太線で表し、初期注入圧の折れ線６２を細線で表してもよい。

図７に示すように、１～３号機の何れか１つを選択してその機番に対応する注入領域の折れ線６１，６２のみを表示してもよい。３つ（複数）の注入領域Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３の折れ線６１，６２を同時に表示してもよい。同時に表示する場合、好ましくは、注入領域Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３ごとに折れ線６１，６２を線種、色、太さ等で互いに区別して表示する。
折れ線グラフ画像６０には、折れ線の線種、色、太さなどの視覚的態様が何を表しているかを説明した凡例６３を付けることが好ましい。凡例６３は表示指令に応じて表示されるようになっていてもよい。
初期注入圧の折れ線６２だけを表示したり、最終注入圧の折れ線６１だけを表示したり、両方の折れ線６１，６２を表示したり選択可能にしてもよい。

前記注入操作プログラム３２ｓ（図６）は、注入操作指令画面３８（図８）の表示指令を受け付ける処理と、該表示指令を受けたとき、注入操作指令画面３８をディスプレイ３２ｂに表示させる処理と、注入操作指令画面３８における操作入力部３８ａ～３８ｇの操作を受け付ける処理と、操作入力部３８ａ～３８ｇの操作情報を注入機１０へ送信する処理とを遠隔無線端末３２に実行させる。このとき遠隔無線端末３２は「操作表示部」及び「操作送信部」として機能する。

図８に示すように、注入操作指令画面３８には、注入ポンプ１１に対する操作入力部３８ａ～３８ｅが機番ごとに設けられている。
例えば操作入力部３８ａは、Ａ液用の注入ポンプとＢ液用の注入ポンプの何れかを個別に操作するか、Ａ液用とＢ液用の両方の注入ポンプをまとめて同時に操作するかを選択するボタンであり、操作盤１３の操作つまみ１３ａと対応する。
操作入力部３８ｂは、運転開始ボタンであり、操作つまみ１３ｂと対応する。
操作入力部３８ｃは、運転停止ボタンであり、操作つまみ１３ｃと対応する。
操作入力部３８ｄは、注入流速調整ボリュームであり、操作つまみ１３ｄと対応する。
操作入力部３８ｅは、注入量（注入積算流量）などのリセットボタンであり、操作つまみ１３ｅと対応する。
好ましくは、注入操作指令画面３８における各操作入力部３８ａ～３８ｅ等の配置は、操作盤１３における操作つまみ１３ａ～１３ｅ等の配置と実質的に同じである。
さらに、注入操作指令画面３８には、注入する孔番号を指定する操作入力部３８ｆ、操作権限を選択する操作入力部３８ｇなどが設けられている。

１つの操作入力部で運転開始と運転停止がなされるようになっていてもよい。該運転開始／停止用操作入力部は、運転停止中は「運転開始ボタン」として機能し、１回の押下で運転が開始されると「運転停止ボタン」に機能が切り替わるようにしてもよい。「運転開始ボタン」のときの運転開始／停止用操作入力部の色と、「運転停止ボタン」のときの運転開始／停止用操作入力部の色とを、例えば青と赤などの互いに異なる色にすることが好ましい。
捨て打ち運転の開始及び停止の操作入力部が設けられていてもよい。

トンネル１は次のようにして施工される。
トンネル１をあるスパンだけ掘進して覆工（図示せず）を構築するとともに、ドリルジャンボ（図示せず）によって先受け鋼管２０を打設することで注入孔２１を形成する。
その後、前記ドリルジャンボを後退させ、入れ替わりにトラック４を切羽１ｅ側へ前進させる。
トラック４の注入機１０から延びる注入管１３を注入孔２１に差し入れる。続いて、注入ポンプ１１を駆動することによって、注入材２を注入孔２１から地山に注入する。
一般に、まず孔番号が奇数番の注入孔２１へ注入を行い、その後、偶数番の注入孔２１へ注入を行う。各注入孔２１については、好ましくは注入領域Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３ごとに、対応する機番の注入ポンプ１１によって注入を行う。

前記注入工程において、注入支援システム３は次のように動作又は使用される。
注入機１０の操作は、操作盤１３で行うだけでなく、注入支援システム３の遠隔無線端末３２によっても行うことができる。
図９のフローチャートに示すように、作業者Ａが遠隔無線端末３２の電源を入れると、注入支援プログラム３２ｐが自動起動されて（ステップ００１）、トップメニューが表示され（ステップ００２）、遠隔無線端末３２が、例えば注入状況表示画面３７及び注入操作指令画面３８の何れかの表示指令の受付けモードになる（ステップ００３）。
作業者Ａが注入操作指令画面３８の表示指令を選択すると（ステップ００４）、図１０に示すように、操作入力部３８ａ～３８ｆ等を含む注入操作指令画面３８がディスプレイ３２ｂに表示される（ステップ１００）。

遠隔無線端末３２による遠隔操作の際は、はじめに、注入操作指令画面３８の操作権限ボタン３８ｇをタップする。これによって、注入機１０の操作権限が遠隔無線端末３２に移り（ステップ１０１）、遠隔無線端末３２が操作入力部３８ａ～３８ｆ等の操作受付けモードになる（ステップ１０２）。

好ましくは、作業者Ａは、はじめに孔番号指定ボタン３８ｆによって、注入しようとする注入孔２１の孔番号を指定する。３つの機番（「１号機」、「２号機」、「３号機」）に対応する注入孔２１をまとめて指定するだけでなく、３つの機番の各々に対応する注入孔２１を個別に指定できるようにしてもよい。
また、注入流速調整用の操作入力部３８ｄによって注入流速を設定する。
続いて、例えば操作入力部３８ａによってＡＢ同時注入を選択するとともに、運転開始用の操作入力部３８ｂを押下する。
３つの機番の操作入力部３８ａ～３８ｅをそれぞれ操作する。

これらの操作情報は、遠隔無線端末３２から無線ＬＡＮによって注入機１０のＰＬＣ３０へ送信される（ステップ１０３）。
図１１に示すように、ＰＬＣ３０は、前記操作情報を受信したときは（ステップ２０１）、その操作情報にしたがって所定の処理を実行する（ステップ２０２）。これによって、注入機１０が、遠隔無線端末３２からの操作情報にしたがって運転される。

作業者Ａは、注入機１０の近くに居なくても注入機１０を遠隔操作でき、作業の省力化を図ることができる。
操作入力部３８ａ～３８ｅについてはレイアウトが操作盤１３の操作つまみ１３ａ～１３ｅと同じであるために、操作盤１３の操作に慣れた作業者Ａは、注入操作指令画面３８を容易に操作することができる。

図１１に示すように、ＰＬＣ３０は、作動中の注入ポンプ１１の注入流速ひいては注入流量、及び対応する注入圧センサ１７による注入圧を含む注入データを取得する（ステップ２０３）。
取得した注入データは、ＬＡＮ３３によって記憶端末３１及び遠隔無線端末３２に送信される（ステップ２０４）。

図１２に示すように、遠隔無線端末３２は、注入データを受信したときは（ステップ３００）、その注入データを受信時刻などと共に記憶部３２ｍに蓄積注入データ３２ｇとして蓄積する（ステップ３０１）。
なお、記憶端末３１においても、同様に受信した注入データを受信時刻などと共に記憶部３１ｍに蓄積注入データ３１ｇとして蓄積する。
ここで、ＰＬＣ３０と記憶端末３１とは有線ＬＡＮ接続であるから、通信エラーが発生しにくい。したがって、記憶端末３１の蓄積注入データ３１ｇのほうが、遠隔無線端末３２の蓄積注入データ３２ｇより信頼性が高いと言える。

前記記憶端末３１の蓄積注入データ３１ｇは、所定の更新タイミング（ステップ３１０）で遠隔無線端末３２に送信される。
これを受信した遠隔無線端末３２は、記憶部３２ｍの蓄積注入データ３２ｇを前記記憶端末３１からの蓄積注入データ３１ｇに更新（上書き）する（ステップ３１１～ステップ３１２）。これによって、遠隔無線端末３２の蓄積注入データ３２ｇの信頼性を向上させることができる。

蓄積注入データ３２ｇの更新タイミングは、定期的でもよく、不定期でもよい。定期的に遠隔無線端末３２から記憶端末３１へ蓄積注入データ３１ｇの送信要求を出してもよい。作業者Ａが任意のタイミングで送信要求できるようにしてもよい。

図９に示すように、遠隔無線端末３２の注入支援プログラム３２ｐのトップメニューにおいて（ステップ００２）、前記注入状況表示メニューを選択すると（ステップ００３→ステップ００５）、注入状況表示画面３７（図７）がディスプレイ３２ｂに表示される。すなわち、図１３に示すように、遠隔無線端末３２（作成部）は、ＣＰＵ３２ａによって記憶部３２ｍの蓄積注入データ３２ｇを読み出し、各注入孔２１における注入状況を視覚的に識別可能な表示データ３４，３５，３６を作成する（ステップ４０１）。表示データ３４，３５，３６は、一定時間（好ましくは１秒～１０秒）間隔で更新される。該表示データ３４，３５，３６をディスプレイ３２ｂに表示する（ステップ４０２）。

具体的には、図７に示すように、アーチ画像４０、棒グラフ画像５０、折れ線グラフ画像６０などがディスプレイ表示される。これらの画像４０，５０，６０が選択的に個別にディスプレイ表示されるようになっていてもよい。これらの画像４０，５０，６０によって、各注入孔２１への注入材２の注入状況が可視化される。作業者Ａは、該注入状況をリアルタイムで視覚的ないしは直観的に把握することができる。

詳しくは、アーチ画像４０によって、１の掘削スパン内におけるアーチ部１ａの周方向に並んだすべての注入孔２１の注入状況を総合的に把握できる。
棒グラフ画像５０によって、各注入孔２１の注入量を一目で把握できる。しかも、注入領域Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３ごとの注入量をも簡単に把握できる。
折れ線グラフ画像６０によって、各注入孔２１の注入圧、ひいては隣接する注入孔２１相互間の注入圧差を一目で、かつリアルタイムで把握できる。

先に注入する奇数番の注入孔２１については、例えば棒グラフ画像５０によって、所定の注入量まで達したか否かを管理する。その後、２つの奇数番の注入孔２１どうし間に注入する偶数番の注入孔２１については、例えば折れ線グラフ画像６０によって、注入圧の上昇がみられたか否かを管理する。所定の注入圧上昇があったときは、これら注入孔２１の周辺の地山が固まったと推測できる。これによって、注入施工の良好性が担保される。
このように、注入支援システム３を用いて注入材２の注入状況を可視化することによって、先行地山（切羽１ｅの奥側の地山）の改良状態を的確に予測しながら、トンネル１の掘進を行うことができる。
また、記憶端末３１の蓄積注入データ３１ｇを用いて、作業日報などの帳票を簡単に作成できる。一般的な表計算ソフトウェアで編集可能な帳票を出力することもできる。

本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、トンネル１の外部の例えばオフィスや詰所の外部コンピュータが、注入支援システム３のネットワーク３３に組み込まれていてもよい。該外部コンピュータによっても、注入状況表示画面３７（図７）で注入状況をリアルタイムで確認できるようにしたり、注入操作指令画面３８（図８）で注入機１０を遠隔操作できるようにしたりしてもよい。
外部コンピュータとＰＬＣ３及び端末３１，３２との接続には、図５の二点鎖線にて示すインターネットなどの公衆通信網５を用いてもよい。
外部コンピュータとＰＬＣ３０及び端末３１，３２とによって、仮想プライベートネットワーク（ＶＰＮ）が構築されるようにしてもよい。
注入材２は、ウレタン系発泡樹脂に限らず、モルタル、セメントなどであってもよい。

本発明は、例えば山岳トンネルの施工に適用できる。

Ｒ_１,Ｒ_２,Ｒ_３ 注入領域Ｒ_３
１ トンネル
１ａ アーチ部
２ 注入材
３ 注入支援システム
３ｃ 取得部
１０ 注入機
１１ 注入ポンプ
１３ｄ 操作つまみ
１７ 注入圧センサ（取得部）
２１ 注入孔
３０ プログラマブルロジックコントローラ（取得部）
３１ 記憶端末
３１ｇ 蓄積注入データ
３１ｐ 注入支援プログラム
３２ 遠隔無線端末
３２ａ ＣＰＵ（作成部）
３２ｂ ディスプレイ（画像表示部）
３２ｄ 注入支援データ
３２ｇ 蓄積注入データ
３２ｐ 注入支援プログラム（プログラム）
３２ｑ 注入データ蓄積・更新処理プログラム（プログラム）
３２ｒ 注入状況表示プログラム（プログラム）
３２ｓ 注入操作プログラム（プログラム）
３４ アーチ表示データ（表示データ）
３５ 棒グラフ表示データ（表示データ）
３６ 折れ線グラフ表示データ（表示データ）
３７ 注入状況表示画面
３８ 注入操作指令画面
３８ａ～３８ｇ 操作入力部
４０ アーチ画像
５０ 棒グラフ画像
６０ 折れ線グラフ画像

Claims (12)

1. 施工中のトンネル内に設置された注入機からの注入材を、周辺の地山に形成した複数の注入孔から前記地山に注入する注入工法における注入支援システムであって、
   前記複数の注入孔が、前記トンネルの周方向に間隔を置いて並んで配置されており、
   各注入孔における注入データを取得する取得部と、
   前記注入データに基づいて、各注入孔における注入状況を視覚的に識別可能に表す表示データを作成する作成部と、
   前記表示データを画像表示する画像表示部と
   を備え、前記作成部は、前記トンネルを模した図形に沿って、前記各注入孔を模した、前記図形より小さな複数の図形が、実際の注入孔の並び順の通りに間隔を置いて配置され、かつ前記小さな複数の図形の各々における内側部分の色が、その図形が表す注入孔の外部かつ周辺の地山へ広がる前記注入材の注入度合を表す表示画面の表示データを作成することを特徴とするトンネル施工における注入支援システム。
2. 前記作成部が、前記トンネルを模した図形として前記トンネルのアーチ部を模した大径の半円部に沿って、各注入孔を模した前記小さな図形として複数の小径の円部を並べた表示データを作成し、かつ前記各円部の視覚的態様によって対応する注入孔の注入状況を表すことを特徴とする請求項１に記載の注入支援システム。
3. 前記作成部が、前記各円部の縁部分の色が、対応する注入孔について未注入か注入中か注入完了かを表し、前記各円部の前記縁部分より内側部分の色が、対応する注入孔が注入中であるとき、前記外部かつ周辺の地山へのリアルタイムの注入度合を表す表示データを作成することを特徴とする請求項２に記載の注入支援システム。
4. 前記作成部が、縦軸を各注入孔における注入度合とし、横軸を前記実際の注入孔の並びとしたグラフの表示データをさらに作成することを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の注入支援システム。
5. 前記注入度合が、注入量又は注入圧を含むことを特徴とする請求項１～４の何れか１項に記載の注入支援システム。
6. 各注入孔が、直線状に延び、かつ延び方向に複数の注入領域に区分けされており、
   前記注入機が、前記注入領域ごとに注入材を注入し、
   前記取得部が、前記注入領域ごとに注入データを取得し、
   前記作成部が、各注入孔における注入状況を注入領域ごとに視覚的態様によって区別した表示データを作成することを特徴とする請求項１～５の何れか１項に記載の注入支援システム。
7. 前記取得部が取得した注入データを送信する通信部と、
   前記送信された注入データを受信する遠隔無線端末と、を更に備え、
   前記遠隔無線端末が、前記作成部と、前記表示データを画像表示する画像表示部とを含むことを特徴とする請求項１～６の何れか１項に記載の注入支援システム。
8. 前記遠隔無線端末が、前記注入機に対する操作入力部を前記画像表示部に表示させる操作表示部と、前記操作入力部の操作情報を前記注入機へ送信する操作送信部とを更に含み、
   前記注入機が、受信した前記操作情報にしたがって運転されることを特徴とする請求項７に記載の注入支援システム。
9. 前記取得部と接続され、前記取得部からの注入データを蓄積する記憶端末を更に備え、
   前記遠隔無線端末が、前記注入データを蓄積する記憶部を含み、かつ前記記憶端末に蓄積された注入データを定期的又は不定期的に受信して、前記記憶部の注入データを更新することを特徴とする請求項７又は８に記載の注入支援システム。
10. 施工中のトンネル内に設置された注入機からの注入材を、周辺の地山に形成した複数の注入孔から前記地山に注入する注入工法における注入支援方法であって、
    前記複数の注入孔が、前記トンネルの周方向に間隔を置いて並んで配置されており、
    各注入孔における注入データを取得する工程と、
    前記注入データに基づいて、各注入孔における注入状況を視覚的に識別可能に表す表示データを作成する工程と、
    前記表示データを画像表示する工程と
    を備え、前記作成する工程では、前記トンネルを模した図形に沿って、前記各注入孔を模した、前記図形より小さな複数の図形が、実際の注入孔の並び順の通りに間隔を置いて配置され、かつ前記小さな複数の図形の各々における内側部分の色が、その図形が表す注入孔の外部かつ周辺の地山へ広がる前記注入材の注入度合を表す表示画面の表示データを作成することを特徴とする注入支援方法。
11. 請求項１～９の何れか１項に記載の注入支援システムにおける作成部を構成するコンピュータに、
    各注入孔における注入データを受け取る処理と、
    受け取った注入データに基づいて、各注入孔における注入状況を視覚的に識別可能に表す表示データを作成する処理と、
    を実行させ、前記作成する処理では、前記トンネルを模した図形に沿って、前記各注入孔を模した、前記図形より小さな複数の図形が、実際の注入孔の並び順の通りに間隔を置いて配置され、かつ前記小さな複数の図形の各々における内側部分の色が、その図形が表す注入孔の外部かつ周辺の地山へ広がる前記注入材の注入度合を表す表示画面の表示データを作成する処理を実行させることを特徴とするプログラム。
12. 請求項８に記載の注入支援システムにおける遠隔無線端末を構成するコンピュータに、
    各注入孔における注入データを受け取る処理と、
    受け取った注入データに基づいて、各注入孔における注入状況を視覚的に識別可能に表す表示データを作成する処理と、
    前記注入機に対する操作入力部の表示指令を受け付ける処理と、
    前記表示指令を受けたとき、前記操作入力部を前記画像表示部に表示させる処理と、
    前記操作入力部の操作を受け付ける処理と、
    前記操作入力部の操作情報を前記注入機へ送信する処理と、
    を実行させ、前記作成する処理では、前記トンネルを模した図形に沿って、前記各注入孔を模した、前記図形より小さな複数の図形が、実際の注入孔の並び順の通りに間隔を置いて配置され、かつ前記小さな複数の図形の各々における内側部分の色が、その図形が表す注入孔の外部かつ周辺の地山へ広がる前記注入材の注入度合を表す表示画面の表示データを作成する処理を実行させることを特徴とするプログラム。

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