[2024/07/10]
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山岳トンネル工事における「ずり出し」を自動化・無人化
～ホイールローダの自動運転を核としたずり出しの安全性向上と省人化の実現～
鹿島（社長：天野裕正）は、次世代の山岳トンネル自動化施工システム「A4CSEL for Tunnel 」（クワッドアクセル・フォー・トンネル）の開発を進めています。このたび、神岡試験坑道（岐阜県飛騨市）での実証工事において、自動ホイールローダによるずり（岩砕）の掬い取りから運搬、荷下ろしまでの一連の作業を自動化することに成功しました。本技術を遠隔操縦のバックホウと連携することで、切羽近傍の完全無人化が可能となり、大幅な省人化ならびに安全性の飛躍的な向上が実現します。
自動ホイールローダによるずり運搬状況
自動ホイールローダによる荷下ろし状況
開発の背景
そこで当社は、これらの課題解決に向けて「A4CSEL for Tunnel」の開発を進めています。これは、山岳トンネル工事の掘削作業を、6つの施工ステップ①穿孔 ②装薬 ③ずり出し ④アタリ取り ⑤吹付け ⑥ロックボルト打設 に分け、各ステップで使用する重機を自動化し、それらを一元管理する次世代の建設生産システムです。
「A４CSEL for Tunnel」のコンセプト
当社は2021年6月、模擬トンネル（静岡県富士市）において、自動ホイールローダによるずりの掬い取りからホッパー投入までの一連作業の自動化に成功しました。一方、実トンネルでのずり出しの自動化には、切羽の位置や形状が都度変化するため、その状況に応じて接触を回避しつつ作業経路を確保するといった実際の工事特有の課題を解決していく必要がありました。
ずり出し自動化の概要と特長
神岡試験坑道で実証したずり出し自動化で使用する機械は、自動ホイールローダ、遠隔バックホウ、ホッパーフィーダ（積込中継機）、遠隔操作室で構成されます。
ずり出し自動化の機械構成と作業エリア
- 発破によって切羽近傍に飛散したずりを、自動ホイールローダで切羽側に集積しながら掬い取る
- 自動ホイールローダは切羽から40～60m後方に配置したホッパーフィーダまで後進し、ずりを投入する。ずりはホッパーフィーダに接続されたダンプトラックに自動で積み込まれる
- ずりの掬い取り作業時に、掬い取ったずりの重量を自動ホイールローダのセンサによって計測することで、ずりの残量を推定する。残量が一定量以下になった時点で、作業効率（自動ホイールローダの1回あたりの掬い取り量の均一化）を保つために、散乱したずりを遠隔操作室のオペレータが遠隔バックホウで集積し、ずり出しを継続する
1.自動ホイールローダによるずりの掬い取り
2.ホッパーフィーダにずりを投入
3.遠隔バックホウによるずりの集積
遠隔操作室での自動ホイールローダ監視画面
SLAM技術により作成した
自動ホイールローダの自己位置
※1 レーザー光を照射してその散乱や反射光から距離などを計測
※2 自己位置の推定と環境地図の作成を同時に行う
今後の展開
今後は、ずり出しの更なる効率化を目指し、より多くの工事・工種に展開できるよう技術開発を進めてまいります。鹿島は引き続き、建設機械の自動化、遠隔化により作業エリアの無人化を進めるとともに、作業に則した合理的な動作手順や運転方法の創出、複数機械の連携作業における作業計画の最適化により、作業効率の向上を目指してまいります。
神岡試験坑道 工事概要
| 場所 | ： 岐阜県飛騨市神岡町 |
| 諸元 | ： トンネル掘削延長：321.3m 掘削断面積：アプローチ部43.9m2、自動化施工試験部73.5m2 |
(参考）
「動画でみる鹿島の土木技術」 山岳トンネル
「A⁴CSEL for Tunnel」実坑道での実規模施工試験、いよいよスタート
（2021年10月7日プレスリリース）
「山岳トンネルを対象とした自動化施工システム「A⁴CSEL for Tunnel」の開発
（2021年6月30日プレスリリース）
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