JP7361171B2 - トンネル施工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に適した支援システム、支援方法及びプログラムに関する。

この種のトンネル施工においては、注入式フォアポーリング、ＡＧＦ（All Ground Fasten）工法、鏡ボルトなどの補助工法によって地山を改良することが知られている。例え
ば、切羽前方の地山に先受け鋼管を打ち込み、該先受け鋼管の内部を注入孔として注入材を周辺の地山に注入する。注入材の硬化後、地山を掘削してトンネルを掘進する（特許文献１等参照）。

掘進に際して、掘削しようとする地山の良否状態を把握することは重要である。そこで、掘削に先立ち、油圧削岩機で切羽前方に穿孔ロッドを打ち込んで穿孔しながら、穿孔速度、穿孔エネルギ、穿孔反力などの穿孔データを取得することで、穿孔区間の地質を事前に予測する方法が知られている（特許文献２参照）。前記穿孔データはグラフ化されて表示される。

特開２０１７－００２７２０号公報 特開２００２－０１３３８１号公報

前掲特許文献２の事前予測方法は、別途計測機器が必要となること、予測の実施後、対策等の検討に時間がかかることにより、工事が長期化する。また、グラフから地山の良否状態を読み取るには、ある程度の専門知識や経験を要する。
本発明は、かかる事情に鑑み、ＮＡＴＭトンネルなどの山岳トンネルの施工に際し、掘削しようとする地山の良否状態を効率的にかつ直観的に把握可能とすることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明システムは、施工中のトンネルの周辺の地山に形成された複数の注入孔から前記地山に注入材が注入される注入工程を含むトンネル施工を支援するシステムであって、
各注入孔における注入量及び注入圧を含む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、各注入孔及びその周辺部の良否状態を示す良否データを作成する良否データ作成部と、
前記各注入孔及びその周辺部の良否データを、図中の当該注入孔との対応部に視覚的に認識可能に表示した注入孔配置図を含む表示データを作成する表示データ作成部と、
前記表示データを出力表示する出力表示部と
を備えたことを特徴とし、好ましくは、各注入孔における注入量及び注入圧を含む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、各注入孔及びその周辺部が前記注入工程後の掘削時に安定しているか否かの良否状態を示す良否データを作成する良否データ作成部と、
前記良否データを、対応する注入孔を絵にした画像内に視覚的に認識可能に表示した注入孔配置図を含む表示データを作成する表示データ作成部と、
前記表示データを出力表示する出力表示部と
を備え、前記注入孔配置図は、前記複数の注入孔を絵にした複数の画像が前記複数の注入孔どうしの実際の並び順の通りに並べられて表された絵図であり、
前記良否データ作成部又は前記表示データ作成部が、前記注入データを前記良否状態に応じた色データに変換する変換部を含み、前記注入孔配置図中の前記各画像内がその良否状態を示す色で着色表示される。

作業者は、出力表示された表示データ中の注入孔配置図を観ることで、切羽前方等のトンネル周辺の地山の良否状態を直観的に把握できる。専門的な知識や経験は不要である。これによって、例えば肌落ちなどの可能性があれば事前に対処でき、トンネルの掘進を適切かつ安全に行うことができる。
しかも、当該トンネル施工支援システムによれば、トンネル施工工程における補助工法としての注入工程中にトンネル周辺の地山の良否状態に関するデータを取得できるから、効率的である。
視覚的に認識可能な表示は、人の五感のうち専ら視覚によって認識できる色、模様などの表示を言い、文字、記号を除く。ただし、前記表示データが、視覚的に認識可能な表示以外の表示として、文字、記号を含んでいてもよい。
視覚的に認識可能な表示が、点滅などの時間的変化を伴うものであってもよい。

前記良否データ作成部が、注入データにおける注入量及び注入圧のうち少なくとも一方の値に応じて、複数段階に区分けされた良否状態表示の１つを前記良否データとして選択することが好ましい。すなわち、各注入孔及びその周辺部の良否状態を複数段階に区分けし、注入量又は注入圧の値に応じて良否状態を段階的に規定してもよい。

前記取得部が、前記注入孔の長手方向に区画された複数の注入領域における注入領域ごとに注入データを取得し、
前記良否データ作成部が、前記注入領域ごとに前記良否データを作成し、
前記表示データ作成部が、前記注入孔配置図における各注入領域との対応部分に、当該注入領域の良否データを視覚的に認識可能に表示した表示データを作成することが好ましい。
これによって、地山の状況をより細かく把握できる。

前記良否データ作成部又は表示データ作成部が、前記注入データを前記良否状態に応じた色データに変換する変換部を含むことが好ましい。
これによって、地山の状況を確実に直観的に把握することができる。

本発明方法は、施工中のトンネルの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材を注入する注入工程を含むトンネル施工を支援する方法であって、
各注入孔における注入量及び注入圧を含む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、各注入孔及びその周辺部の良否状態を示す良否データを作成する工程と、
前記各注入孔及びその周辺部の良否データを、図中の当該注入孔との対応部に視覚的に認識可能に表示した注入孔配置図を含む表示データを作成する工程と、
前記表示データを出力表示する工程と を備えたことを特徴とし、好ましくは、各注入孔における注入量及び注入圧を含む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、各注入孔及びその周辺部が前記注入工程後の掘削時に安定しているか否かの良否状態を示す良否データを作成する工程と、
前記良否データを、対応する注入孔を絵にした画像内に視覚的に認識可能に表示した注入孔配置図を含む表示データを作成する工程と、
前記表示データを出力表示する工程と
を備え、前記注入孔配置図は、前記複数の注入孔を絵にした複数の画像が前記複数の注入孔どうしの実際の並び順の通りに並べられて表された絵図であり、
前記良否データ作成部又は前記表示データ作成部が、前記注入データを前記良否状態に応じた色データに変換する変換部を含み、前記注入孔配置図中の前記各画像内がその良否状態を示す色で着色表示される。
前記良否データの作成工程において、注入データにおける注入量及び注入圧のうち少なくとも一方の値に応じて、複数段階に区分けされた良否状態表示の１つを前記良否データとして選択することが好ましい。
前記注入データの取得工程、前記良否データの作成工程、前記表示データの作成工程、前記出力表示の工程が連続してリアルタイムで実行されることが好ましい。

本発明に係るプログラムは、前記トンネル施工支援システムにおける良否データ作成部及び表示データ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量及び注入圧を含む注入データを取得部から受け取る処理と、
受け取った注入データに基づいて、各注入孔及びその周辺部の良否状態を示す良否データを作成する処理と、
前記各注入孔及びその周辺部の良否データを、図中の当該注入孔との対応部に視覚的に認識可能に表示した注入孔配置図を含む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し、好ましくは、前記コンピュータに、各注入孔における注入量及び注入圧を含む注入データを取得部から受け取る処理と、
受け取った注入データに基づいて、各注入孔及びその周辺部が注入工程後の掘削時に安定しているか否かの良否状態を示す良否データを作成する処理と、
前記良否データを、対応する注入孔を絵にした画像内に視覚的に認識可能に表示した注入孔配置図を含む表示データを作成する処理と、
を実行させ、前記注入孔配置図は、前記複数の注入孔を絵にした複数の画像が前記複数の注入孔どうしの実際の並び順の通りに並べられて表された絵図であり、
前記良否データを作成する処理又は前記注入孔配置図を含む表示データを作成する処理が、前記注入データを前記良否状態に応じた色データに変換する処理を含み、前記注入孔配置図中の前記各画像内がその良否状態を示す色で着色表示される。

本発明によれば、ＮＡＴＭトンネルなどの山岳トンネルの施工に際し、掘削しようとする地山の良否状態を効率的にかつ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側面断面図である。 図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿う断面図である。 図３は、図１における注入機構の回路図である。 図４は、トンネル施工支援システムの構成図である。 図５は、前記トンネル施工支援システムのＰＬＣの構成を示すブロック図である。 図６は、前記トンネル施工支援システムのＰＣ端末の構成を示すブロック図である。 図７は、前記ＰＣ端末における良否データのデータ構造を模式的に表した表である。 図８は、前記ＰＣ端末における表示データの表示画面の一例を示す図である。 図９は、前記トンネル施工支援システムの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に示すように、ＮＡＴＭ工法によって山岳トンネル１が施工されている。補助工法として例えば注入式フォアポーリング工法、ＡＧＦ工法、又は鏡ボルト工法が実施され、切羽１ｅの前方（図１において左側）の地山に注入材２が注入されている。注入材２としては、例えば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。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、切羽１ｅの前方（トンネル周辺）の地山には、長尺の先受け鋼管２０が多数打設されている。各先受け鋼管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、トンネル軸に対して斜めかつ直線状に延びている。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、注入孔２１には前記周方向の配列順に孔番号（孔識別情報）が付されている。
各注入孔２１の延び方向に例えば３つ（複数）の注入領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３が設定されている。

図１に示すように、注入工程用の注入機１０と注入材供給源１５がトラック５に搭載されて、トンネル１内に配置されている。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。注入材供給源１５が注入ポンプ１１の供給ポートに接続されている。注入ポンプ１１の吐出ポートに注入管１６が接続されている。注入管１６は、注入工程を実施する１の注入孔２１へ延びている。

操作盤１３によって、注入を実施する孔番号の指定、注入ポンプ１１の運転開始指令、停止指令、注入流速の設定、設計注入量の設定、注入圧の上限値設定などが行われる。これら指令及び設定の信号は、操作盤１３からＰＬＣ３０に入力される。操作盤１３の操作に応じて、ＰＬＣ３０によって注入ポンプ１１が制御される。

なお、図１では簡略化されているが、実際には図３に示すように、２液混合の注入方式における注入ポンプ１１及び注入材供給源１５は、それぞれＡ液用のものとＢ液用のものとが２台１組になっている。更に前記注入領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ごとに１組（２台）の注入ポンプ１１が設けられている。注入領域が３つの場合、６台の注入ポンプが設けられている。１組（２台）の注入ポンプ１１からのＡ液用及びＢ液用の２本の注入管１６が、互いに合流して、注入孔２１の対応する注入領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３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Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ごとに注入される。
各注入ポンプ１１の吐出側には、注入圧センサ１７が設けられている。
図３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４は、前記注入工程での注入データを利用してトンネル１の掘削施工を支援するトンネル施工支援システム３を示したものである。トンネル施工支援システム３は、前記ＰＬＣ３０及びパーソナルコンピュータ（ＰＣ）端末３１からなるコンピュータ群と、操作盤１３及び注入圧センサ１７からなる入力機器とを構成要素として備えている。
ＰＬＣ３０と入力機器１３，１７とによって、注入データの取得部３ｃが構成されている。

詳しくは図５に示すように、ＰＬＣ３０は、演算処理部３０ａと、入出力部３０ｂと、記憶部３０ｍ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、注入ポンプ１１等の出力機器、並びにハブ３３が接続されている。

図５に示すように、記憶部３０ｍには、注入ポンプ１１の制御のためのプログラム３０ｑに加えて、トンネル施工支援のためのプログラム３０ｐが格納されている。
プログラム３０ｐは、注入データを取得する処理をＰＬＣ３０に実行させる。取得された注入データ３０ｄが記憶部３０のデータ格納領域に記憶される。

注入データとしては、注入材の注入量（ｋｇ）及び注入圧（ＭＰａ）が含まれる。更に、注入データとして注入速度（単位時間当たりの流量（ｋｇ／ｍｉｎ））、注入停止回数等が含まれていてもよい。
注入データは、注入孔２１ごとに取得される。好ましくは、各注入孔２１の注入領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ごとに注入量、注入圧などの注入データが取得される。

具体的に注入データは、次のようにして取得されるようにプログラムされている。
注入量は、注入流速の時間積分によって算出される。注入流速が一定であるときは、注入流速と注入時間の積が注入量となる。一定の注入流速として、操作盤１３による設定流速が用いられている。
なお、注入管１６に流量計を設けて、注入流速を検知し、これをＰＬＣ３０において時間積分してもよい。
注入量は、注入ポンプ１１の回転数に係数を乗じることよって算出してもよい。注入ポンプ１１の１回転あたりの吐出流量と回転数とによって注入量を算出してもよい。
注入圧は、注入圧センサ１７によって検出され、ＰＬＣ３０に入力される。
注入停止回数は、操作盤１３からの停止指令信号がカウントされる。
注入停止回数を除く注入データ取得の時間間隔は、例えば０．００１秒から０．数秒オーダーであるが、これに限られるものではない。

図４に示すように、トンネル施工支援システム３のＰＣ端末３１は、注入機１０に据え付けられた据付ＰＣ端末３８や、作業者Ａが携行可能な携行ＰＣ端末３９によって構成されている。据付ＰＣ端末３８としては、ノートパソコンが用いられているが、これに限らず、デスクトップパソコンを用いてもよい。携行ＰＣ端末３９としては、タブレットが用
いられているが、これに限らず、携行可能かつ無線通信機能付きであれば、ノートパソコン、スマートフォンなどを用いてもよい。

トンネル施工支援システム３のコンピュータ３０，３１（３８，３９）どうしが、ハブ３３を介した有線又は無線のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）によって相互にデータ通信可能に接続されている。ＰＬＣ３０と据付ＰＣ端末３８とはイーサネット（登録商標）規格のＬＡＮケーブル３５及びハブ３３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。

ハブ３３には、無線アンテナ３４が接続されている。無線アンテナ３４は、注入機１０に取り付けられていてもよく、トラック５（図１）に取り付けられていてもよい。無線アンテナ３４を介して、携行ＰＣ端末３９が、ＰＬＣ３０及び据付ＰＣ端末３８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３４と携行ＰＣ端末３９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６に示すように、ＰＣ端末３１（３８，３９）は、ＣＰＵ３１ａ、入出力部３１ｂ、ディスプレイ３１ｃ、記憶部３１ｍを含む。
記憶部３１ｍには、トンネル施工支援のためのプログラム３１ｐ及びデータ３１ｄが記憶されている。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、注入データ受取プログラム３１ｑ、良否データ作成プログラム３１ｒ、表示データ作成プログラム３１ｓを含む。
データ３１ｄは、ＰＬＣ３０から受け取った注入データ３１ｅ、並びに良否データ３１ｆ及び表示データ３１ｇを含む。

注入データ受取プログラム３１ｑは、ＰＬＣ３０から新たな注入データを随時受け取って、記憶部３１ｍに蓄積注入データ３１ｅとして蓄積（記憶）する処理をＰＣ端末３１（３８，３９）に実行させる。ＰＣ端末３１（３８，３９）は、注入データの蓄積部（データロガー）として機能する。
なお、図示は省略するが、据付ＰＣ端末３８のプログラム３１ｐは、蓄積注入データ３１ｅを定期的又は不定期的に携行ＰＣ端末３９へ送信する処理を実行するための注入データ送信プログラムを更に含む。携行ＰＣ端末３９の注入データ受取プログラム３１ｑは、ＰＬＣ３０からだけでなく据付ＰＣ端末３８からも注入データを受信し、携行ＰＣ端末３９の蓄積注入データ３１ｅを据付ＰＣ端末３８から受信したものに更新（上書き）する処理をも携行ＰＣ端末３９に実行させる。

良否データ作成プログラム３１ｒは、蓄積注入データ３１ｅに基づいて、各注入孔２１及びその周辺部の良否状態を示す良否データ３１ｆを作成する処理を、ＰＣ端末３１に実行させる。好ましくは、良否データ作成プログラム３１ｒは、各注入孔２１の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ごとに良否データ３１ｆを作成する処理をＰＣ端末３１に実行させる。プログラム３１ｒを実行時のＰＣ端末３１は、「良否データ作成部」として機能する。

図７に模式的に例示するように、良否データ３１ｆは、地山の良否状態を複数段階に区分けされた記号や数値（良否状態表示、図７においては便宜的に文字で表記）によって表されたデータである。好ましくは、良否データ作成部としてのＰＣ端末３１は、注入データ３１ｅにおける注入量及び注入圧のうち少なくとも一方の値に応じて、複数段階に区分けされた良否状態表示の１つを良否データ２１ｆとして選択する。
各注入孔２１の各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に対応する良否データは、１つに限らず、複数作成してもよい。例えば、１つの注入孔２１の１つの領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３に対して、注入圧だけに基づく注入圧基準良否データ、注入量だけに基づく注入量基準良否データ、注入量及び注入圧を総合した総合良否データを作成してもよい。

所要の改良効果が発現されたか否かは、注入圧が基準となり、例えば注入圧が規定値以上になったか否かで判断される。規定値は、例えば注入開始時の注入圧（初期圧）に０．５ＭＰａを加算した値に設定される。注入量などは補助的な位置付けとなる。

具体的に良否データは、例えば以下のようにして作成されるようにプログラムされている。
注入圧に基づく良否データとして、最終の注入圧が規定値である場合、対応領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の地山の状態は平均的であるとのデータが作成される。最終の注入圧が規定値を上回る場合は、対応領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の地山の状態はより良好とのデータが作成される。逆に最終の注入圧が低ければ低いほど、対応領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の地山の状態がより不良であるとのデータが作成される。

また、注入量に基づく良否データとして、最終の注入量が多ければ多いほど、対応領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の地山状態がより良好であるとのデータが作成される。より広い改良範囲が形成されたと考えられるからである。最終の注入量が設計注入量を下回る場合は、改良範囲が想定よりも狭い範囲内にしか形成されていないとし、対応する注入孔２１の対応領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の地山状態は不良とのデータが作成される。
注入停止回数に基づく良否データとしては、例えば注入停止回数が増えるにしたがって良否状態が悪いとのデータが作成される。地山の状態が悪いほど、例えば注入材２の漏れ等の事象が起き、注入停止が増える傾向があるからである。
総合良否データとしては、注入圧に基づく良否データを基準とし、これに、注入量に基づく良否データなどを適宜選択して加味したデータが作成される。

表示データ作成プログラム３１ｓは、表示データ３１ｇを作成する処理を、ＰＣ端末３１に実行させる。プログラム３１ｓを実行時のＰＣ端末３１は、「表示データ作成部」として機能する。

図８は、表示データ３１ｇをディスプレイ３１ｃ（表示データ出力部）に出力した表示画像４の一例を示したものである。表示データ３１ｇひいては表示画像４は、注入作業の日報の形式で作成されており、複数の注入孔２１を実際の並びにしたがって配置して図示した注入孔配置図４０（絵図）を含む。注入孔配置図４０には、各注入孔２１及びその周辺部と対応する注入孔対応部（画像）４１が含まれている。好ましくは、各注入孔対応部４１は、注入領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とそれぞれ対応する注入領域対応部分４１ａ，４１ｂ，４１ｃに区画されている。詳しくは、図８に示すように、注入孔配置図４０は、切羽前方の地山の平面図４２や、トンネル内部から見た正面図４３を含む。図示は省略するが、更に注入孔配置図４０が、切羽前方の地山の側面図や、切羽前方の地山を斜めから見た斜視図を含んでいてもよい。平面図４２と正面図４３など、切羽前方の地山を複数の方向から見た絵図を同時に表示してもよく、一方向から見た絵図を選択的に表示してもよい。切羽前方の地山を見る方向を閲覧者Ａの指示で任意に変更可能な絵図であってもよい。

各注入孔対応部４１には、対応する注入孔２１及びその周辺部の良否データが、視覚的に認識可能に表示される。視覚的に認識可能な表示は、好ましくは色表示である。すなわち、注入孔対応部４１が、対応する注入孔２１及びその周辺部の良否状態に応じた色で表示される。好ましくは、各注入孔２１の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ごとの対応部分４１ａ，４１ｂ，４１ｃが、対応する領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の良否状態に応じた色で表示される。
要するに、プログラム３１ｒ，３１ｓによって、各注入孔２１の各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の注入データが、当該領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の良否状態に応じた色データに変換される。プログラム３１ｒ，３１ｓを実行時のＰＣ端末３１は、注入データを良否状態に応じた色データに変換する変換部として機能する。

例えば、地山の状態が良好であるとの注入データは、暖色系の色データに変換される。不良であるとの注入データは、寒色系の色データに変換される。具体的には、例えば「より良好」は赤色、「良好」は橙色、「平均」は黄色、「不良」は青色、「より不良」は紺色の色データとされる。
これとは逆に、良好であるとの注入データは、寒色系の色データに変換され、不良であるとの注入データは、暖色系の色データに変換されてもよい。
好ましくは、表示画像４には、色と良否状態との関係を示す凡例４７が表示される。

さらに、注入孔配置図４０は、注入量基準の良否状態を表す絵図４４、注入圧基準の良否状態を表す絵図４５、注入量及び注入圧などを総合した良否状態を表す絵図４６などを含む。図示は省略するが、さらに注入停止回数に基づく良否状態を表す絵図などが含まれていてもよい。これら絵図４４，４５，４６の全部を同時に表示してもよく、絵図４４，４５，４６の一部を選択的に表示してもよい。

トンネル１は次のようにして施工される。
切羽１ｅの前方の地山を掘削して、トンネル１をあるスパンだけ掘進する（掘進工程）。
トンネル１の周壁には覆工（図示せず）を構築する（覆工構築工程）。
さらに、補助工法として、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（先受け鋼管打設工程（注入孔形成工程））。
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５を切羽１ｅ側へ前進させる。
トラック５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（注入工程）。
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において、注入領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ごとに対応する注入ポンプ１１によって注入を行う。
注入材２の硬化後、次のスパンの掘進工程を行う。以上の工程を反復する。

前記のトンネル施工の際、トンネル施工支援システム３は次のように動作され、又は使用される。
図９のフローチャートに示すように、ＰＬＣ３０は、注入工程の期間中、注入ポンプ１１による注入流速（ｋｇ／ｍｉｎ）ひいては注入量（ｋｇ）、及び対応する注入圧センサ１７による注入圧（ＭＰａ）を含む注入データを取得する（ステップ１０１）。
取得した注入データは、随時、ＰＣ端末３１すなわち据付端末３８及び携行ＰＣ端末３９へそれぞれ送信される（ステップ１０２）。ＰＬＣ３０は新たな注入データを取得する度に送信してもよく、所定時間（１秒～１０秒）置きにまとめて送信してもよい。
各ＰＣ端末３１（３８，３９）は、注入データ受取プログラム３１ｑの働きによって、注入データをＰＬＣ３０から受信し（ステップ２０１）、その注入データを受信時刻などと共に記憶部３１ｍに蓄積する（ステップ２０２）。

なお、ＰＬＣ３０と据付ＰＣ端末３８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、据付ＰＣ端末３８に蓄積された注入データのほうが、携行ＰＣ端末３９に蓄積された注入データより信頼性が高いと言える。そこで、据付ＰＣ端末３８の蓄積注入データは、定期的に携行ＰＣ端末３９へ送信され、携行ＰＣ端末３９の注入データが据付ＰＣ端末３８からのデータに更新（上書き）される。この場合、携行ＰＣ端末３９は、ＰＬＣ３０からの注入データを、据付ＰＣ端末３８を介して間接的に受け取ることになる。

さらにＰＣ端末３１（３８，３９）は、良否データ作成プログラム３１ｒの働きによって、記憶部３１ｍの注入データ３１ｅに基づいて、各注入孔２１の領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ごとに、地山の良否状態を示す良否データ３１ｆを作成する（ステップ２０３）。

ここで、作業者Ａ等がＰＣ端末３１（３８又は３９）に対して地山状況の表示要求を入力したものとする（ステップ２０４）。該入力を受けたＰＣ端末３１は、表示データ作成プログラム３１ｓを起動して、各注入孔２１及びその周辺部の良否状態、更には各領域Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３の良否状態を色で表した注入孔配置図４０を含む表示データ３１ｇを作成する（ステップ２０５）。更にＰＣ端末３１は、作成した表示データ３１ｇをディスプレイ３１ｃに出力表示する（ステップ２０６）。
これによって、作業者Ａ等は、注入孔配置図４０を観ることで切羽前方の地山の良否状態を直観的に把握できる。専門的な知識や経験は不要である。
このように、トンネル施工支援システム３を用いて、切羽前方の地山の状況を可視化することによって、トンネル１の掘進を適切かつ安全に行うことができる。掘削中の肌落ちなどの可能性があれば事前に対処できる。
しかも、トンネル施工支援システム３によれば、トンネル施工工程における補助工法としての注入工程中に切羽前方の地山の良否状態に関するデータを取得できるから、効率的である。

ＰＬＣ３０による注入データ３１ｅの取得、ＰＣ端末３１による注入データ３１ｅの受け取り、良否データ３１ｆの作成、表示データ３１ｇの作成、ディスプレイ３１ｃへの出力表示の工程を連続して、リアルタイムで実行してもよい。これによって、施工中、作業者Ａ等は、注入状況ひいては地山の良否状態をリアルタイムで把握できる。

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、視覚的に認識可能な表示は、地山の良否状態に応じた模様であってもよい。
表示データが、状態が不良な地山部分に対して注意を促す文字その他の表示を含んでいてもよい。
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、トンネル施工支援システム３のネットワークに組み込まれ、ＰＣ端末３１の１つとして機能していてもよい。
前記外部コンピュータとＰＬＣ３０及び端末３８，３９との接続には、インターネットなどの公衆通信網５を用いてもよい。前記外部コンピュータとＰＬＣ３０及び端末３８，３９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。
表示データをプリンター（出力表示部）で紙出力してもよい。
トンネル施工支援システムのフロー（図９）は適宜変更できる。例えば、地山状況表示要求（ステップ２０４）を受けた段階で良否データを作成してもよい（ステップ２０３）。
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。
注入材の注入対象及びシステム３による管理対象は、施工中のトンネルの周辺の地山であればよく、切羽前方の地山に限らず、トンネル上方、トンネル下方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。

１ 山岳トンネル
２ 注入材
４ 表示画像
１０ 注入機
１１ 注入ポンプ
１３ 操作盤（入力機器）
１６ 注入管
１７ 注入圧センサ（入力機器）
２０ 先受け鋼管
２１ 注入孔
３ トンネル施工支援システム
３ｃ 取得部
３０ プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）
３０ｐ トンネル施工支援プログラム
３０ｄ 注入データ
３１ ＰＣ端末
３１ｃ ディスプレイ（出力表示部）
３１ｍ 記憶部
３１ｄ トンネル施工支援データ
３１ｅ 蓄積注入データ
３１ｆ 良否データ
３１ｇ 表示データ
３１ｐ トンネル施工支援プログラム
３１ｑ 注入データ受取プログラム
３１ｒ 良否データ作成プログラム
３１ｓ 表示データ作成プログラム
３８ 据付ＰＣ端末（ＰＣ端末）
３９ 携行ＰＣ端末（ＰＣ端末）
４０ 注入孔配置図
４１ 注入孔との対応部（画像）
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 注入領域との対応部分
４４ 注入量基準良否状態絵図（注入孔配置図）
４５ 注入圧基準良否状態絵図（注入孔配置図）
４６ 総合良否状態絵図（注入孔配置図）
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 注入領域

Claims (7)

1. 施工中のトンネルの周辺の地山に形成された複数の注入孔から各注入孔の周辺部の地山に注入材が注入される注入工程を含むトンネル施工を支援するシステムであって、
   各注入孔における注入量及び注入圧を含む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、各注入孔の前記周辺部の地山が前記注入工程後の掘削時に安定しているか否かの良否状態を示す良否データを作成する良否データ作成部と、
   前記良否データを、対応する注入孔を絵にした画像内に視覚的に認識可能に表示した注入孔配置図を含む表示データを作成する表示データ作成部と、
   前記表示データを出力表示する出力表示部と
   を備え、前記注入孔配置図は、前記複数の注入孔を絵にした複数の画像が前記複数の注入孔どうしの実際の並び順の通りに並べられて表された絵図であり、
   前記良否データ作成部又は前記表示データ作成部が、前記注入データを前記良否状態に応じた色データに変換する変換部を含み、各注入孔の前記周辺部の地山の良否状態が、前記注入孔配置図中のその注入孔と対応する画像内の色で表示されることを特徴とするトンネル施工支援システム。
2. 前記良否データ作成部が、注入データにおける注入量及び注入圧のうち少なくとも一方の値に応じて、複数段階に区分けされた良否状態表示の１つを前記良否データとして選択することを特徴とする請求項１に記載のトンネル施工支援システム。
3. 前記取得部が、前記注入孔の長手方向に区画された複数の注入領域における注入領域ごとに注入データを取得し、
   前記良否データ作成部が、前記注入領域ごとに前記良否データを作成し、
   前記表示データ作成部が、前記注入孔配置図の前記画像における各注入領域を表した注入領域対応部分に、当該注入領域の良否データを前記色データにて視覚的に認識可能に表示した表示データを作成することを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル施工支援システム。
4. 施工中のトンネルの周辺の地山に形成した複数の注入孔から各注入孔の周辺部の地山に注入材を注入する注入工程を含むトンネル施工を支援する方法であって、
   各注入孔における注入量及び注入圧を含む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、各注入孔の前記周辺部の地山が前記注入工程後の掘削時に安定しているか否かの良否状態を示す良否データを作成する工程と、
   前記良否データを、対応する注入孔を絵にした画像内に視覚的に認識可能に表示した注入孔配置図を含む表示データを作成する工程と、
   前記表示データを出力表示する工程と
   を備え、前記注入孔配置図は、前記複数の注入孔を絵にした複数の画像が前記複数の注入孔どうしの実際の並び順の通りに並べられて表された絵図であり、
   前記良否データの作成工程又は前記表示データの作成工程が、前記注入データを前記良否状態に応じた色データに変換する工程を含み、各注入孔の前記周辺部の地山の良否状態が、前記注入孔配置図中のその注入孔と対応する画像内の色で表示されることを特徴とするトンネル施工支援方法。
5. 前記良否データの作成工程において、注入データにおける注入量及び注入圧のうち少なくとも一方の値に応じて、複数段階に区分けされた良否状態表示の１つを前記良否データとして選択することを特徴とする請求項４に記載のトンネル施工支援方法。
6. 前記注入データの取得工程、前記良否データの作成工程、前記表示データの作成工程、前記出力表示の工程が連続してリアルタイムで実行されることを特徴とする請求項４又は５に記載のトンネル施工支援方法。
7. 請求項１～３の何れか１項に記載のトンネル施工支援システムにおける良否データ作成部及び表示データ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量及び注入圧を含む注入データを取得部から受け取る処理と、
   受け取った注入データに基づいて、各注入孔の前記周辺部の地山が注入工程後の掘削時に安定しているか否かの良否状態を示す良否データを作成する処理と、
   前記良否データを、対応する注入孔を絵にした画像内に視覚的に認識可能に表示した注入孔配置図を含む表示データを作成する処理と、
   を実行させ、前記注入孔配置図は、前記複数の注入孔を絵にした複数の画像が前記複数の注入孔どうしの実際の並び順の通りに並べられて表された絵図であり、
   前記良否データを作成する処理又は前記注入孔配置図を含む表示データを作成する処理が、前記注入データを前記良否状態に応じた色データに変換する処理を含み、各注入孔の前記周辺部の地山の良否状態が、前記注入孔配置図中のその注入孔と対応する画像内の色で表示されることを特徴とするプログラム。

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