JP7769472B2 - トンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システム - Google Patents

Description

本発明はトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムに関するものであり、詳しくは、トンネル覆工を施工する際に、打設したコンクリートの充填率（打設高さ等）を作業者や管理者等に表示するためのシステムに関するものである。

トンネル覆工の施工における一般的な基準として、１層の厚さが５０ｃｍとなるようにコンクリートを打設するとされている。そこで、トンネル覆工を施工する際に、側壁部に対して高さ方向に５０ｃｍ毎にマーキングを施すことがある（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された技術は、トンネルの一次覆工と二次覆工の間に配設されるトンネル用防水シートであって、覆工空間内のコンクリートの打設高さを管理するためのものである。このトンネル用防水シートは、二次覆工のコンクリートの打設高さを示すマーキングが防水シートに印刷されている。また、マーキングは同一柄もしくは同一色のマーキングが所定のコンクリートの打設高さ毎に配置され、任意の間隔に異なる柄または色が配置され、異なる柄または色毎に防水シートを切断して使用することができるようになっている。

また、トンネル用セントル型枠にセンサーを設置して、コンクリートの打設高さを検知するようにした技術もある（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載された技術は、コンクリートの打設高さを判別するトンネル覆工のセントル型枠装置に関するものである。このトンネル覆工のセントル型枠装置は、トンネル用セントル型枠の所定箇所に設置され、コンクリートの有無を検出する検出信号を受信する非接触型センサーと、トンネルの覆工外周面とトンネル用セントル型枠間に打設されるコンクリートの打設位置を非接触型センサーが受信した検出信号によって特定する制御手段とを有している。

また、トンネル覆工の施工において、打設するコンクリートは生コン車（トラックミキサ）等により生コン工場から運ばれてくるのが一般的であるが、トンネル覆工の施工作業の進行に合わせて、生コンの搬送を適切に管理する必要がある。

特開２０１９－１５７４７１号公報 特開２０１８－３５６３２号公報

ところで、トンネル覆工打設時において、締固め不足や材料分離を発生させないための基準が定められており、この基準に従って１層の厚さが５０ｃｍ（以下）となるようにコンクリートが打設されているか否かは、施工品質を管理する上で重要な確認事項である。

しかし、特許文献１に記載された技術は、作業員が基準を満たすように施工するための目安を示すものであり、この技術を用いたとしても、必ずしも基準どおりに施工が行われていることが保証されるものではない。

また、特許文献２に記載された技術は、センサーによりコンクリートの打設高さを検知しているため、打設しているコンクリートの飛び跳ね等によりセンサーが誤動作するおそれがある。また、センサーの清掃作業が不十分であると、コンクリートを検知できないことがある。このように、従来の技術では、トンネル覆工の施工において、コンクリートの打設高さを正確に検知できない場合があるため、施工品質を適切に管理できるとは言い難かった。

この点、発明者らが開発したトンネル覆工の施工方法では、側壁下端部から天端肩部まで、トンネル縦断方向に対して前後左右に複数箇所（例えば４箇所、高さ方向に４段）設けた打設口を切り替えながらコンクリートを自然流下で打設する。アーチ肩部から上方では、天端肩部に設けた打設口からコンクリートを自然流下させるとともに圧入した後、天端吹き上げ口からコンクリートを吹き上げている。そして、コンクリートをほぼ水平打設することができるようになっているため、１層の厚さを５０ｃｍとするコンクリートの打設基準を遵守することができる。

このように、覆工コンクリートの打設基準を遵守しているが、基準が遵守されていることは現場作業者や現場監督者のみが知ることができ、管理者を含めて実際に施工を実施している者以外にも打設状況を知らせることができれば、施工品質が高いことを客観的に知らしめることができる。

なお、近年、トンネル覆工の施工におけるコンクリート打設状況（打ち上がり高さ）に関して、表示装置（モニター）を用いて「見える化（可視化）」する技術が開発されている。これらの技術は、打設状況を図示化した情報がモニターに映し出されるとともに、３次元的に表示され、同時に覆工型枠装置（セントル）に作用する圧力レベルを表示するものもある。すなわち、これらの技術は、センサーを用いて覆工コンクリートの打設高さや温度、セントルに作用する圧力などを計測データとして記録し、打設状況をリアルタイムで把握・管理可能とした技術である。

しかし、これらの技術は、１層の厚さを打設基準である５０ｃｍとして管理する技術ではなく、あくまでトンネル覆工の打ち上がり高さを表示する技術（所謂、見える化）であり、施工品質の向上を目的としたものではない。

また、打ち上がり高さを検知するセンサーの設置間隔は型枠の長さ（１～２ｍ）であるため、表示装置に図示化された打ち上がり高さの誤差も最大で１～２ｍとなる。したがって、施工管理項目である「１層の打ち上がり高さを５０ｃｍとする」ことを意識した技術ではないことは明らかである。センサーの設置間隔を５０ｃｍとした場合には、相当量の数のセンサーが必要となり、コスト面や維持管理に課題があった。

本発明は、上述した事情に鑑み提案されたもので、トンネル覆工を施工する際に、打設したコンクリートの充填率（打設高さ等）を作業者や管理者等に表示することにより、施工品質の管理が適切に行われていることを客観的に認識させることが可能なトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムを提供することを目的とするものである。

本発明に係るトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムは、トンネル覆工の施工において、打設したコンクリートの充填率（打設高さ等）を表示するためのシステムに関するものである。

このトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムは、コンクリートポンプから吐出するコンクリート量を計測するコンクリート吐出量計測手段と、コンクリート吐出量計測手段により計測したコンクリート量に基づいて、トンネル覆工におけるコンクリートの充填率を求める充填率演算手段と、打設したコンクリートの充填率を表示するコンクリート充填率表示手段とを備え、コンクリート充填率演算手段は、トンネル覆工におけるコンクリート充填率と打設高さの相関により求めた曲線回帰式により、コンクリートの打設高さを求め、充填率は、コンクリート量を最終打設数量で除算した数値であることを特徴とするものである。コンクリートポンプは、トンネル覆工を施工する際に、地山に展張した防水シートと覆工型枠（セントル）との空間内にコンクリートを吐出するための装置であり、一般的にはコンクリートポンプ車に搭載されている。

本発明に係るトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムでは、トンネル覆工を施工する際に、打設したコンクリートの充填率（打設高さ等）を作業者や管理者等に表示している。

したがって、作業者や管理者等は、トンネル覆工におけるコンクリートの打設状況（打設速度等）をリアルタイムに認識することができるので、施工品質の管理が適切に行われていることを客観的に知ることができる。

本発明の実施形態に係るトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムの構成を示すブロック図。 本発明の実施形態に係るトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムの構成を示す模式図。 本発明の実施形態に係るトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムにおいて表示画面に表示される情報表示の模式図。 本発明の実施形態に係るトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムの表示例（打設高さ）を示す説明図（１）、（２）。 本発明の実施形態に係るトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムの表示例（打設高さ、天端充填状況）を示す説明図（３）、（４）。 本発明の実施形態に係るトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムで使用する土圧計の設置状態を示す説明図（トンネル横断図）。 本発明の実施形態に係るトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムで使用する土圧計の設置状態を示す説明図（トンネル平面図）。 本発明の実施形態に係るトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムにおける水平打設完了時の打ち上がり高さ計測の模式図。 本発明の実施形態に係るトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システムにおける水平打設完了時の天端からの下がりと断面積との関係を示す説明図。 エリアセンサーの設置例を示す模式図。 カウント数を管理するためのカウント管理器の模式図。 天端打設におけるコンクリート数量の増減表示例（天端数量入力切換）を示す説明図。 天端打設におけるコンクリート数量の増減表示例（カウンター数変更）を示す説明図。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システム（以下、コンクリート充填率表示システムと略記することがある）を説明する。

図１～図１３は本発明の実施形態に係るコンクリート充填率表示システムを示すもので、図１は構成を示すブロック図、図２は構成を示す模式図、図３は表示画面に表示される情報表示の模式図、図４及び図５は表示例について順を追って示す説明図である。なお、図４及び図５では、（１）、（２）、（３）、（４）の順でコンクリート打設に関する情報が表示されるが、これらの表示は全工程のうちの一部のみを示したものである。

また、図６は土圧計の設置状態を示す説明図（トンネル横断図）、図７は土圧計の設置状態を示す説明図（トンネル平面図）、図８は水平打設完了時の打ち上がり高さ計測の模式図、図９は水平打設完了時の天端からの下がりと断面積（ａ２）との関係を示す説明図である。図１０はエリアセンサーの設置例を示す模式図、図１１はカウント管理器の模式図、図１２及び図１３は、天端打設におけるコンクリート数量の増減表示例を示す説明図である。

＜コンクリート充填率表示システムの概要＞
本発明の実施形態に係るコンクリート充填率表示システムは、トンネル覆工を施工する際に、打設したコンクリートの充填率（打設高さ等）を作業者や管理者等に表示するためのシステムである。このコンクリート充填率表示システムは、主要な構成要素として、コンクリートポンプ５０から吐出するコンクリート量を計測するコンクリート吐出量計測手段１０と、コンクリート吐出量計測手段１０により計測したコンクリート量に基づいて、トンネル覆工におけるコンクリートの充填率を求める充填率演算手段２０と、打設したコンクリートの充填率を表示する充填率表示手段３０とを備えている。

また、充填率演算手段２０により求めたコンクリートの充填率を充填率表示手段３０において種々の形態で表示する（種々の加工を施して表示する）ために、表示データの表示制御を行う充填率表示制御手段４０を備えることが可能である。なお、充填率表示制御手段４０は、独立した手段として構成してもよいが、充填率表示手段３０の構成要素としてもよい。図１及び図２には、充填率表示制御手段４０を備えた構成を示している。

本実施形態のコンクリート充填率表示システムを構成する各手段は、各手段として機能する機器及びその付帯装置と、コンピュータシステム及びコンピュータシステムを各手段として機能させるためのプログラムからなる。コンピュータシステムは、充填率表示手段３０として機能する表示装置（液晶表示装置等）に接続されるとともに、インターネット等の通信網に接続することが可能であり、通信網及び各種の無線回線及びその付帯装置（ルータ等）を介して、作業者や管理者等が所持する携帯情報端末や、現場管理室、コンクリート供給会社に設置されたコンピュータシステムを構成する表示装置に接続されている。

特に生コン供給会社においては、従来は実施できなかった打設状況をリアルタイムに把握することができるようになる。これによって、生コン車の配車計画を効率的に行うことができ、過度な配車による品質不具合（スランプダウン：コンクリートが待ち時間とともに硬くなること）もなくなる。

＜トンネル覆工の施工＞
トンネル覆工を施工するには、掘削された地山の表面（トンネル内空面側）に防水シートを展張した後、トンネル内空面側に覆工型枠装置（セントル）を設置する。セントルには、側壁部（側壁用打設口）、アーチ肩部（アーチ打設口）、天端肩部（天端肩部打設口１００）、天端頂部（吹き上げ口：天端打設口１１０）に、それぞれコンクリート打設口が設けられている。側壁部のコンクリート打設口は上下方向に複数段設けられており、さらに、側壁部の各段の打設口、アーチ肩部の打設口、天端肩部に設けたコンクリート打設口は、トンネル縦断方向の左右前後に４箇所設けられている。そして、各コンクリート打設口を切り替えながらコンクリートを打設するとともに、バイブレータにより締め固めを行う。

また、天端頂部付近までコンクリートが打設されると、打設開始側（ラップ側）に設けた天端吹き上げ口（天端打設口１１０）からコンクリートを吹き上げ打設する。吹き上げ打設されたコンクリートは、打設終了側（妻側）へ向かって流れて、天端頂部が充填される。この際、天端頂部に設置した引き抜きバイブレータを、打設開始側（ラップ側）から打設終了側（妻側）へ向かって引き抜くことにより、天端頂部に打設したコンクリートを締め固める。

このような手順でコンクリートを打設することにより、１単位区間（例えば１０．５ｍ）において覆工コンクリートを打設する。そして、打設開始側（ラップ側）から打設終了側（妻側）へ向かって覆工型枠装置（セントル）を移動させて、上述した手順を繰り返すことにより、トンネル縦断方向の全長にわたってトンネル覆工を施工することができる。

＜水平打設完了の検知＞
本実施形態では、水平打設完了時におけるコンクリート打設量に基づいて、水平打設完了時から打設完了までに必要となるコンクリート量を予測する。そして、適切な量のコンクリートを発注することにより、打設完了までに使用するコンクリート量の無駄を極力少なくするようにしている。

このため、水平打設が完了したことを検知するとともに、計画打設高さからの誤差（打設したコンクリート量の増減）を適切に把握する必要がある。本実施形態では、図６及び図７に示すように、複数の天端肩部打設口１００及び天端肩部に設けた複数の検査窓１２０の近傍にそれぞれ巻厚測定用の土圧計１４０を設置し、土圧計１４０による計測値に基づいて水平打設完了時における計画打設高さからの誤差を検知するようになっている。なお、図６及び図７において、符号１００は天端肩部打設口、符号１１０は天端打設口、符号１２０は検査窓、符号１３０は型枠バイブレータ、符号１４０は土圧計（巻厚測定用）、符号１５０は土圧計（充填圧測定用）を示す。

また、図８及び図９に示すように、平均打ち上がり高さと断面積の関係において、下記回帰式（累乗近似式：式１）が成り立つ。この式１が容積との関係式ではないのは、打設スパンが１０．５ｍに固定されていないためである。打設高さｈ（ｈ１、ｈ２）がわかれば、式１により断面積（ａ２）がわかるので、打設高さｈ（ｈ１、ｈ２）に施工延長を乗算すれば最終打設を行う容積を求めることができる。なお、図８中、ｈ1は断面向かって左側の打ち上がり高さ、ｈ２は断面向かって右側の打ち上がり高さ、ａ１は計画打ち上がり高さ（水平線）より上側の断面積、ａ２は計画打ち上がり高さ（水平線）と実際の打ち上がり高さの間における断面積（最終打設に必要なコンクリート量の誤差（マイナス分））を示す。
ｙ＝０．０４２８ｘ^0.08651 ・・・ （式１）

例えば、複数の土圧計１４０により計測した８か所の平均値ｈが６．８ｃｍ下がりとなった時の１０．５ｍスパン容積は、上記式１により以下の通りとなる。すなわち、断面積ａ２＝０．２２４７ｍ^２、容積Ｖ＝０．２２４７ｍ^２×１０．５ｍ＝２．３６ｍ^３となり、この数量が表示画面（覆工伝言板）の「天端数量」項目欄の増減に自動的に入力される。

また、天端より高く打設してしまった場合には、下記回帰式（式２）により天端よりも高く打設してしまった断面積を求め、事前の天端数量から当該打設数量を控除すればよい。
ｙ＝０．０３６７ｘ＋０．００６５・・・（式２）
例えば、打ち上がり高さｈ＝３．４ｃｍとした場合（天端より３．４ｃｍ高く打設した場合）の数量は、式２より、断面積ａ２＝０．１３１３ｍ^２、容積Ｖ＝０．１３１３×１０．５ｍ＝１．３８ｍ^３となり、この数量を手動で表示画面（覆工伝言板）の「天端数量」項目欄の増減に入力する。なお、天端より高く打設する事例は、極めてまれである。

本実施例では、設計巻厚が３０ｃｍの場合に、余巻きを５ｃｍと考えて、３５ｃｍ（対象範囲３０ｃｍ～４０ｃｍ）を代表断面とした。大断面における所定区間では４０ｃｍの巻厚となるので、ここでも余巻を５ｃｍとして４５ｃｍ（対象範囲４０ｃｍ～５０ｃｍ）の代表断面も考えておく。なお、回帰式（式１）は同じ関数（累乗近似式）となる。巻厚±５ｃｍの誤差は、最大でも、打ち上がり高さが５ｃｍ下がりとして容積を計算すると、１０．５ｍ当たり０．０７ｍ^３程度の誤差となり、実用上、問題となることはない。

＜コンクリート吐出量計測手段＞
トンネル覆工の施工では、コンクリートポンプ５０（コンクリートポンプ車）に搭載されたコンクリート吐出用シリンダー５１を用いて、コンクリートを吐出させるようになっている。コンクリート吐出用シリンダー５１がスライドして吐出するコンクリート量は、コンクリート吐出用シリンダー５１の仕様に応じて求めることができる。したがって、コンクリート吐出用シリンダー５１のスライド回数を計測することにより、地山表面に展張した防水シートと覆工型枠装置（セントル）の間に吐出（充填）したコンクリート量を計測することができる。

本実施形態のコンクリート吐出量計測手段１０は、コンクリートポンプ５０のコンクリート吐出用シリンダー５１のスライド回数計測値に基づいて吐出したコンクリート量を計測するようになっている。このように、本実施形態では、コンクリートポンプ５０のコンクリート吐出用シリンダー５１のスライド回数計測値に基づいて吐出したコンクリート量を計測することにより、リアルタイムで正確なコンクリート吐出量を計測することができる。また、サイクルタイムも記録することができるので打設速度も把握することができる。

上述したように、コンクリート吐出用シリンダー５１が１回スライドした場合に吐出されるコンクリート量は設計値に基づいて把握することができる。しかし、設計誤差、温度や湿度等の施工環境、吐出するコンクリートの性状等に応じて、必ずしも設計値通りのコンクリート量が吐出されるとは限らない。そして、コンクリート吐出用シリンダー５１が１回スライドした場合に吐出されるコンクリート量が設計値と異なる場合には、コンクリートの吐出量に誤差が生じ、特にスライド回数が多い場合には誤差の累積値が許容値を超えてしまうことがある。この場合には、コンクリート吐出量計測手段１０により正確なコンクリート吐出量を計測することができずに、充填率の演算等に不都合が生じてしまう。

そこで、コンクリート吐出用シリンダー５１が１回スライドした場合に吐出されるコンクリート量の誤差を解消する必要がある。誤差を解消するための第１の方法は、水平打設完了時において、コンクリートポンプ５０のコンクリート吐出用シリンダー５１のスライド回数計測値を予め定めた規定数に設定し直すことである。

この誤差解消方法の具体例を以下に説明する。例えば、２１台目が水平打設完了時の生コン車とする。この例では、６台目（２４ｍ^３）の合計スライド回数計測値＝１２０２、２０台目（８０ｍ^３）の予想スライド回数計測値＝４００７（２０台目が水平打設完了時の生コン車の１台前の生コン車となる）。１スライド回数計測値＝０．０２ｍ^３、打設数量＝４００７×０．０２＝８０．１４ｍ^３、水平打設完了時のスライド回数計測値（２１台目）を４１５７とする。コンクリートポンプ５０内の残コン数量は、２１台目の残コン数量の計算では、打設数量＝４１５７（スライド回数計測値）×０．０２＝８３．１４ｍ^３、２１台目までの合計数量＝２１台×４＝８４ｍ^３、コンクリートポンプ５０内の残コン数量＝８４－８３．１４＝０．８６ｍ^３、２１台目のスライド回数計測値＝４１５７－４００７＝１５０、２１台目の打設数量＝１５０×０．０２＝３ｍ^３となる。

したがって、残コン数量は、４－３＝１ｍ^３となり、残コン数量の誤差は０．１４ｍ^３（１－０．８６）となる。このための対策として、２０台目のコンクリート打設が完了した時点でのスライド回数計測値である４００７を設計値である４０００に訂正しておく（規定数に設定し直す）と誤差はほぼ０となる。また、管理上、１９台目で調整しておいてもよい。この場合、残コンの計算時は生コン車１台分４ｍ^３（２００スライド回数計測値加算）を考慮しなければならない。なお、許容誤差として、水平打設完了時までのスライド回数計測値と打設数量の誤差を±０．２ｍ^３（±１０カウント）としている。

誤差を解消するための第２の方法は、コンクリートポンプ５０のコンクリート吐出用シリンダー５１における１スライドあたりのコンクリート吐出量を予めキャリブレーションにより求め、コンクリートポンプ５０のコンクリート吐出用シリンダー５１における１スライドあたりのコンクリート吐出量を設計値ではなくキャリブレーション値とすることである。この誤差解消方法において、コンクリート吐出量計測手段１０は、キャリブレーションにより求めた１スライドあたりのコンクリート吐出量と、コンクリートポンプ５０のコンクリート吐出用シリンダー５１のスライド回数計測値とに基づいて吐出したコンクリート量を計測する。

例えば、コンクリートポンプ５０のコンクリート吐出用シリンダー５１における１スライドあたりのコンクリート吐出量について、許容誤差を０．２ｍ^３とすると、所定範囲内の誤差（例えば、誤差０．１４ｍ^３）であれば、誤差を調整する必要はない。したがって、２～３回の打設実績に基づいて、スライド回数計測値と打設数量（１カウントにおける実際の数量）に基づいて調整を行うことにより、上述したようなスライド回数計測値の調整が必要でないケースもあり得る。

誤差を解消するための第３の方法は、コンクリートポンプ５０及びその周辺の画像を撮像する撮影手段６０と、撮像した画像に基づいて、コンクリートポンプ５０及びコンクリートを搬送する生コン車８０の稼働状態を認識する画像認識手段７０とを備えることである。そして、コンクリート吐出量計測手段１０は、認識したコンクリートポンプ５０及び生コン車８０の稼働状況に基づいて、吐出したコンクリート量を計測する。

＜撮影手段＞
撮影手段６０は、例えば、ビデオカメラからなり、図２に示すように、コンクリートポンプ５０及びその周辺の画像を撮影可能な位置に設置されている。この撮影手段６０は、撮像レンズ系及び撮像素子を基本的な構成要素としており、合焦機能、パン・チルト機能、ズーム機能等を有していてもよい。さらに、撮影対象となるコンクリートポンプ５０及びその周辺の光量が不足している場合には、撮影対象を照明する照明装置（図示せず）を備えることが好ましい。図２に示すように、撮影対象は、コンクリートポンプ５０及びコンクリートポンプ５０に接近してコンクリートの荷卸し作業を行う生コン車８０等である。撮影手段６０で撮影した画像データは、画像認識手段７０に送信される。画像データの送信は有線、無線のいずれであってもよく、構内にＬＡＮが設置されている場合には、ＬＡＮを介して画像データの送受信を行うことができる。

＜生コン車の検知＞
上述した撮影手段６０に加えて、または撮影手段６０とは別に、コンクリートポンプ５０と生コン車８０との位置関係を検知するための手段であるエリアセンサー１６０を設けてもよい。図１０に示すように、エリアセンサー１６０はコンクリートポンプ５０のホッパー５２上部に設置されており、このエリアセンサー１６０により生コン車８０のシュート８１を検知する。すなわち、シュート８１がエリアセンサー１６０の検知範囲内に入ると、生コン車８０がコンクリートポンプ５０と連結されたと認識することができる。一方、シュート８１がエリアセンサー１６０の検知範囲から外れると、生コン車８０とコンクリートポンプ５０との連結が解除されたと認識することができる。エリアセンサー１６０の検知範囲は適宜変更して設定することができる。なお、図１０において、コンクリートポンプ５０はコンクリートポンプ車として図示している。

＜画像認識手段＞
画像認識手段７０は、コンピュータシステム及びその周辺機器により構成される。画像認識は公知の方法を使用することができる。例えば、予め、コンクリートポンプ５０や生コン車８０の稼働状況に応じた複数のリファレンス画像データを記憶しておき、撮影手段６０から受信した画像データと記憶されている複数のリファレンス画像データとを比較して、コンクリートポンプ５０や生コン車８０の稼働状態を認識する。

コンクリートポンプ５０は同一位置に設置されているが、コンクリート吐出用シリンダー５１が稼働している場合には振動が生じ、この振動状態によりコンクリートを吐出していることを認識することができる。また、生コン車８０がコンクリートポンプ５０に接近するとともに、コンクリートポンプ５０の近傍で生コン車８０が停止すると、荷卸し作業が行われていることを認識することができる。その後、生コン車８０がコンクリートポンプ５０から離れると、１台分の生コン車８０の荷卸し作業が終了したことを認識することができる。また、生コン車８０は、長さ、高さ、幅等のデータに基づいて、積載されているコンクリート量が決まっている。したがって、生コン車８０の大きさ（長さ、高さ、幅等）に基づいて、１台の生コン車８０から荷卸しされるコンクリート量を把握することができる。

さらに詳しく説明すると、本実施形態では以下に示す画像認識が行われる。コンクリートポンプ５０のみが写っている状態（画像１）では、初期状態または生コン車８０の入れ替え時であると認識する。そして、生コン車８０がコンクリートポンプ５０に接近してくる状態（画像２）、生コン車８０のシュート８１がコンクリートポンプ５０に連結された状態（画像３）、コンクリートを打設中の（コンクリートポンプ５０が揺れている）状態（画像４）、コンクリートの排出が完了し、シュート８１上の残コンクリートをホッパー５２に流し込んでいる状態（画像５）、生コン車８０のシュート８１を収納した（生コン車８０のシュート８１とコンクリートポンプ５０との連結が解除された）状態（画像６）、コンクリートポンプ５０の運転が止まった（コンクリートポンプ５０の揺れがなくなった）状態（画像７）、生コン車８０がコンクリートポンプ５０から離れていく状態（画像８）、次の生コン車８０が入ってくる状態（画像９）の順で、作業状態を認識することができる。

上述した例では、画像１から画像７及び画像８を認識したら、図１１に示すように、カウント管理器１７０の画像解析台数Ｎ欄に、その都度、生コン車８０の台数「１」が加算される。そして、カウント数が自動的に充填率表示手段３０として機能する液晶表示装置へ送信される。カウント管理器１７０は、図１１に示すように、種々の表示欄が設けられている。図１１に示すように、カウント管理器１７０の表示欄は、日付、画像解析の範囲（台数）、通しモルタルの有無、画像解析台数Ｎ、生コン車台数、カウント数の各欄である。これらの欄のうち、日付、画像解析の範囲（台数）、通しモルタルの有無の各欄は、事前に入力される。また、画像解析台数Ｎ欄は、画像認識でコンクリート打設が完了したと認識された時点でカウント数が「１」加算される。また、生コン車台数欄は、通しモルタルが有る場合に、画像解析台数から「１」減算される（Ｎ－１）。また、カウント数欄は、生コン車８０の台数×２００（積載量４ｍ^３とした場合のカウント数）が表示され、カウント数の出力と同時にカウント値が充填率表示手段３０として機能する液晶表示装置に送信される。

これによって、生コン車８０の１台分の打設が完了したら、その都度、システムにデータが送信され、充填率表示手段３０として機能する液晶表示装置における「現在のカウンター数」欄及び「現在の累計打設量」欄にデータが自動入力されるので、入力時点における誤差は常に「０」となる。カウンター数の誤差は、水平打設が終わった時点での生コン車８０の吐出量に対してのみとなるため、誤差を解消するには本方法を用いることが特に好ましい。

＜充填率演算手段＞
充填率演算手段２０は、コンクリート吐出量計測手段１０により計測したコンクリート量に基づいて、トンネル覆工におけるコンクリートの充填率を求めるための手段であり、コンピュータシステム及びその付帯装置により構成する。

本実施形態の充填率演算手段２０は、トンネル覆工におけるコンクリート充填率と打設高さの相関により求めた曲線回帰式により、コンクリートの打設高さを求めるようになっている。すなわち、トンネル覆工におけるコンクリート充填率と打設高さには相関があり、下記式３（曲線回帰式（４次の多項式））で表すことができる。

Ｙ＝８．３１２８Ｘ^４－１９．６８３Ｘ^３＋９．３４８１Ｘ^２＋９．１０６１Ｘ＋０．０８４５ ・・・ （式３）
ただし、Ｘ：充填率、Ｙ：打設高さ
充填率Ｘは、２ｍ^３毎の打設量を、打設箇所の最終打設数量（予想数量で可）で除算した数値（１以下の数値）である。

上記式３に示す曲線回帰式は、例えば、巻厚３５ｃｍとして求めるが、巻厚３０ｃｍ、巻厚４０ｃｍにおいてもコンクリート充填率と打設高さの関係はほぼ同様であるため、汎用性がある。なお、回帰式は、トンネル現場毎に求める。

＜充填率表示手段＞
充填率表示手段３０は、打設したコンクリートの充填率（打設高さ等）を表示するための手段であり、例えば、コンピュータシステムの構成要素である液晶表示装置や、作業員等が各自所持する携帯情報端末の構成要素である液晶表示装置が充填率表示手段３０として機能する。

＜充填率表示制御手段＞
充填率表示制御手段４０は、充填率演算手段２０により求めたコンクリートの充填率の表示制御を行うための手段であり、コンピュータシステム及びその付帯装置により構成する。

本実施形態の充填率表示手段３０は、表示装置（液晶表示装置）の表示画面に表示され、トンネル覆工の横断面形状に対応させて所定打設高さ毎に高さ表示線を有する打設高さ表示部３１を備えている。さらに、充填率表示手段３０は、天端吹き上げ口からのコンクリート打設開始後に、打設開始側（ラップ側）から打設終了側（妻側）へ向かって打設されたコンクリートの打設位置を、トンネル縦断方向に沿って表示する打設位置表示部３２を備えることが好ましい。

表示装置（液晶表示装置）の表示画面に表示する情報は、打設高さ及び打設位置だけではなく、他の情報も表示することができる。図３に示す表示例では、トンネル名、打設日、打設場所、打設延長、全体の予想打設量、打設前に注文したコンクリート量、天端部において予想される打設量、天端部における予想打設量に対する打設量の増減、水平打設完了時におけるコンクリート吐出用シリンダー５１のスライド回数計測値、水平打設完了時において生コン車８０に残っているコンクリート量、現在のコンクリート吐出用シリンダー５１のスライド回数計測値、現在の累計打設量、全体進捗率、最終追加注文数量、残コン量、再追加数量、打設速度管理の表示（安全、注意、危険）である。

また、表示画面の最下部には、各種情報の入力や設定を行うための入力ボタンが表示されている。図３に示す表示画面の入力ボタンは、トンネル情報入力、天端数量取込設定、カウンター補正、時刻設定の４つである。なお、これらの入力ボタンだけではなく、他に必要な入力・設定情報があれば、当該入力・設定情報に対応した入力・設定ボタンを設けてもよい。

また、これらの情報の中から必要な情報のみを表示してもよいし、他の情報を付加して表示してもよい。本実施形態において、各情報は自動的に入力されるが、施工状況に応じて手動で入力されることもある。

図３に示す情報表示は、施工現場・管理事務所・生コン工場等に設置された表示装置（液晶表示装置）、作業員や管理者が所持するスマートフォンにおいて行うことができる。また、充填率表示手段３０を構成するコンピュータシステムは、表示データを送受信するための送受信手段を備えており、有線通信回線または無線通信回線を介して、情報を表示するための機器との間でデータ通信を行うことができるようになっている。

＜充填率の表示手順＞
本発明に係るコンクリート充填率表示システムを用いたトンネル覆工の施工において、打設したコンクリートの充填率（打設高さ）を表示する手順を説明する。本実施形態では、表示装置の表示画面において、コンクリートの打設量２ｍ^３に相当する打設高さを認識できるような表示を行う。すなわち、図３に示すように、トンネル覆工の打設状況を示す模式表示には、表示線を示しているが、巻厚がその都度違うので打設量に見合う高さ表示線は表示することができない。なお、図３、図４、図５に示す模式表示では、図面を見やすくするために、表示線を示している。表示線を示す場合には、トンネルの高さの目安となる適宜な間隔とすればよい。

充填率（打設高さ）を表示するには、まず初めに、上記式３を用いて、打設したコンクリート２ｍ^３毎の充填率から打設高さを求める。すなわち、コンクリートポンプ５０のコンクリート吐出用シリンダー５１のスライド回数計測値に基づいて吐出したコンクリート量を計測し、打設したコンクリート（吐出したコンクリート量）の充填率Ｘを求めて上記式３に代入することにより、打設高さＹ（実際のトンネルにおける打設高さ（ｍ））を求める。

そして、図４の（１）、（２）に示すように、模擬表示画面におけるトンネルの最大高さ（例えば、２５ｃｍ）と実際のトンネルの最大高さ（例えば、７．１２５ｍ）との関係に基づいて、打設高さＹ（実際のトンネルにおける打設高さ（ｍ））を模擬表示する。

また、天端吹き上げ口（天端打設口１１０）からのコンクリート打設開始後には、図５の（３）、（４）に示すように、打設位置表示部３２において、打設開始側（ラップ側）から打設終了側（妻側）へ向かって打設されたコンクリートの打設位置を、トンネル縦断方向に沿って表示する。

また、本発明に係るコンクリート充填率表示システムを用いることにより、トンネル覆工施工時において、残コン（余ったコンクリートで廃棄処分になるコンクリート）が最小限となるような管理を行うことができる。

＜天端打設におけるコンクリート数量の増減＞
トンネル覆工においては、凸凹した空間の容積計算（打設数量）は常に誤差が生じる。したがって、施工においては、例えば１００ｍ^３のコンクリートを打設する予定であれば、残コンができるだけ少なくなるように、最初の注文は３ｍ^３程度少なく注文しておいて、天端打設に入る前に残りの空間の容積（概ね残り２０ｍ^３程度になった時点）を計算して最終注文を行う。完全に充填されるまで打設するので、余裕を持った注文数量となるのは致し方ない。この時の容積計算を正確に計算できれば残コンを減らすことができる。

本システムにおける天端部の打設数量は、計画打ち上がり高さとの差（計画高さより上側まで打設した場合を－（マイナス）、下側を＋（プラス）とする）を測定することによって簡単に求めることができる。計画打ち上がり高さは、型枠天端とする（正確には天端より２ｃｍ下がり）。計画高さまでの打設は、上述した天端肩部の４箇所の打設口から行い、前後左右水平に打設する。計画打ち上がり高さより上側の弓型の容積は、事前に巻厚検測簿から計算しておく（ここに余裕数量を加算しておいてもよい／余裕数量＝１～２ｍ^３程度）。

打ち上がり高さは、型枠天端から横断方向に水平に照射したレーザー光を目安とする。測定箇所は、横断方向で左右２個所ずつ、縦断方向で３～４個所程度とする。水平打設が完了した個所から随時測定しながら平均値を求めて、計画高さとの差（厚さ）を求め、この時の高さにおける幅と延長（例えば１０．５ｍ）を掛け合わせて増減数量を求める。この数量を充填率演算手段２０に入力して、事前に計算していた弓型の容積に増減することで天端の打設数量を求めることができる。そして、水平打設が完了した時点における生コン車８０内の残コン数量を自動計算して最終追加注文数量が表示される。

次に、レーザー光からの下がりの測定方法について説明する。天端センター部は天端の検査窓（５５ｃｍ×４５ｃｍ）から手が届く範囲をスケールで測定する。センターから２．５ｍ以上は、離れているシート側の測定において、補助棒付きスケール等で測定し、あるいは、土圧計（センサー）で測定してもよい。

＜天端打設におけるコンクリート数量の増減表示＞
本実施形態では、天端打設におけるコンクリート数量の増減表示を行う場合に、図３に示す液晶表示装置の表示画面において天端数量取込設定ボタンを操作すると、表示画面に、図１２に示すポップアップ・ウィンドウが表示される。このポップアップ・ウィンドウにおいて、「手動」を選択操作すると天端数量取込が手動に設定され、天端数量の増減欄に数値入力を行うことができる。また、「自動」を選択操作すると天端数量取込が自動に設定され、天端数量の増減欄に数値が自動入力される。

また、図３に示す液晶表示装置の表示画面においてカウンター補正ボタンを操作すると、表示画面に、図１３に示すポップアップ・ウィンドウが表示される。このポップアップ・ウィンドウにおいて、変更値欄に数値入力を行ってＯＫボタンを操作すると、カウンター値が入力した変更値に変更される。また、カウンター数を変更する必要がない場合には、キャンセルボタンを操作すればよい。

１０ コンクリート吐出量計測手段
２０ 充填率演算手段
３０ 充填率表示手段
３１ 打設高さ表示部
３２ 打設位置表示部
４０ 充填率表示制御手段
５０ コンクリートポンプ
５１ コンクリート吐出用シリンダー
５２ ホッパー
６０ 撮影手段（ビデオカメラ）
７０ 画像認識手段（コンピュータシステム）
８０ 生コン車
８１ シュート
１００ 天端肩部打設口
１１０ 天端打設口
１２０ 検査窓
１３０ 型枠バイブレータ
１４０ 土圧計（巻厚測定用）
１５０ 土圧計（充填圧測定用）
１６０ エリアセンサー
１７０ カウント管理器

Claims (1)

1. トンネル覆工の施工において、打設したコンクリートの充填率を表示するためのシステムであって、
   コンクリートポンプから吐出するコンクリート量を計測するコンクリート吐出量計測手段と、
   前記コンクリート吐出量計測手段により計測したコンクリート量に基づいて、トンネル覆工におけるコンクリートの充填率を求める充填率演算手段と、
   打設したコンクリートの充填率を表示する充填率表示手段と、
   を備え、
   前記コンクリート充填率演算手段は、トンネル覆工におけるコンクリート充填率と打設高さの相関により求めた曲線回帰式により、コンクリートの打設高さを求め、
   前記充填率は、前記コンクリート量を最終打設数量で除算した数値である、
   ことを特徴とするトンネル覆工におけるコンクリート充填率表示システム。