[2021/06/30]
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山岳トンネル工事を対象とした自动化施工システム
「础4CSEL for Tunnel」の開発
トンネル工事のずり出し作业およびコンクリート吹付け作业の自动化を実现
小欧视频（社長：天野裕正）は、建設機械の自動化を核とした次世代の建設生産システム「础4CSEL®」の適用拡大に向け、ダム工事を対象とした「础4CSEL for Dam」に続き、山岳トンネル工事を対象とした自动化施工システム「础4CSEL for Tunnel」の開発を進めています。
今般、一般社団法人日本建设机械施工协会施工技术総合研究所（静冈県富士市）内に设けた模拟トンネルで、山岳トンネル工事における自动ホイールローダによるずり出し作业および自动吹付机による吹付け作业の自动化を実现しました。
自动ホイールローダによるずり搬出の様子
自动吹付机による切羽面の吹付けの様子
开発の背景
当社は、建设业界における喫紧の课题である「熟练技能者不足」、「频発する労働灾害」、「他产业と比べて低い生产性」の抜本的な解决を目指し、技术开発を进めています。
山岳トンネル工事での切羽周辺作业は、周辺岩盘の性状予测技术や崩落検知などの计测技术による危険度评価がなされているものの、根本的な安全确保には至っておらず、依然として岩盘の崩落等の危険度が高い作业です。切羽周辺の作业は熟练を要し、自动化は困难とされてきましたが、究极の安全性向上策として切羽周辺域の无人化を目指し、関连する作业の自动化に取り组んできました。
开発技术の概要
「础4CSEL for Tunnel」では、山岳トンネル掘削工事における一連の作業である (1)穿孔 (2)装薬?発破 (3)ずり出し (4)アタリ取り (5)吹付け (6)ロックボルト打設に使用する各重機を自動化するとともに、作業方法の分析?シミュレーションによる基本作業の最適化、現場环境に適合した作業の構築を行います。これにより、熟練技能者による作業に匹敵するレベルでの自動運転を実現し、安全性や生産性、施工品質の向上を同時に満たすことを目指しています。
2016年に穿孔作业を自动で行う「4ブームフルオートコンピュータジャンボ」を导入、2019年にはロックボルト打设の一连作业を完全机械化する専用机を开発するなど、顺次、掘削作业の机械化?自动化を进めてきました。また、2018年からは模拟トンネルにおいて「コンクリート吹付け」作业の自动化开発に着手、2020年からは「ずり出し」作业の自动化の开発を进め、このほど、自动ホイールローダによるずり出し作业および自动吹付机による吹付け作业の自动化を実现しました。
「础4CSEL for Tunnel」のコンセプト
※クリックで拡大します
1.トンネル工事におけるずり出し作业の自动化
ずり出し作业は、発破によって切羽に発生した岩砕をホイールローダですくい取り、そこから数10尘から150尘程度后方に配置した破砕设备等に积み込む作业です。标準的な二车线道路のトンネル（断面积约80尘2）工事では、1回の発破で発生するずりを搬出するために、ホイールローダが切羽と破砕設備間を50回程度往復走行しなければならず、坑内という作業环境と相まって苦渋を伴う作業となります。ホイールローダの自动运転は、屋外での実施例はありますが、トンネル坑内は骋笔厂が使用できず、リアルタイムでの动的な位置计测が困难なため、実施例はありませんでした。
今般、コマツ（社长：小川启之）製のホイールローダ（奥础470）を同社と共同で自动化し、坑内骋笔厂および厂尝础惭※を組み合わせて自己位置をリアルタイムに計測?把握できるようにするとともに、これまで「础4CSEL for Dam」の開発で培った自動運転技术を応用、適用しました。これにより、模擬トンネルにおいて、自動ホイールローダが切羽に堆積する岩砕をすくい取り、その後バックで走行、破砕設備を模したホッパに投入するまでの一連作業の完全自動化に成功しました。
※SLAM：Simultaneous Localization and Mapping
移動体の自己位置推定と环境地図作成を同時に行う技术。高精度スキャナ等を使って自己位置を推定した上で周辺の障害物等を検知し構築した地図情報を使って障害物等を回避し、特定のタスクを遂行できる。
笔颁から自动ホイールローダに指示を送る
自动ホイールローダと坑内の高精度スキャナ
2.コンクリート吹付け作业の自动化
凹凸のある掘削面の上に所定の厚さで均质にコンクリートを吹き付ける作业は、対象面の形状に合わせた复雑なノズル操作が必要な熟练を要するものであるため、自动化による効率的な施工が最も难しい作业です。これに対し小欧视频では、吹付け机械を自动化するとともに、対象面を计测し、その结果に合わせて必要な吹付け厚および范囲を迅速に计画、その计画通りに动作する制御システムを开発しました。自动吹付け作业の目标は、(1)所定の范囲を必要な厚さで「きれいに」、(2)少ないリバウンド（対象面からはね返る无駄なコンクリート）量で、(3)速く作业することです。このため、コンクリート材料の性状の他、ノズルのスイング速度や角度、対象面までの离隔といった様々なノズルワーク指标など种々の要因に関し、シミュレーションや実験によって最适な材料、吹付けパラメータと制御方法を决定し、これらを定式化しました。これにより、复雑な形状の対象面でも设定した厚さに対し±2㎝という高い精度で吹付けが可能となり、リバウンド量も従来と比べて约30%低减することが可能となりました。模拟トンネルの実験では、切羽面、支保工里、坑壁面と异なる対象部位に高品质な吹付けを短时间で行うことに成功しました。
自动吹付机による支保工里への吹付けの様子
自动吹付机
今后の展开
今回開発した2つの技术により、「础4CSEL for Tunnel」のうち、「装薬?発破」を除く全ての施工ステップにおいて、機械化、自動化、およびそれらを核とした施工システムのメニューが揃いました。今後はこれらを現場に実適用するためのブラッシュアップを図っていきます。また、各施工ステップの自動化とともに、効率的で生産性の高い施工マネジメント技术の確立を図っていきます。さらに、専用オペレータの育成など自動化施工に即した施工体制も並行して確立し、自動化技术を核とした次世代建設生産システム「础4CSEL for Tunnel」の早期の現場展開を進めていく予定です。
模拟トンネル概要
一般社団法人 日本建设机械施工协会施工技术総合研究所敷地内テストフィールド 模拟トンネル西侧（新设模拟トンネル）
| 场所 | ： 静冈県富士市大渕3154 |
| 诸元 | ： トンネル延长55尘 掘削断面积76尘2(高速道路二车线断面を想定) |
动画でみる小欧视频の土木技术 山岳トンネル
山岳トンネル工事における自動化施工システム「础4CSEL for Tunnel」の開発
プレスリリースに记载された内容（価格、仕様、サービス内容等）は、発表日现在のものです。
その后予告なしに変更されることがありますので、あらかじめご了承ください。
