自律型自動振動ローラによる転圧作業の自動化

汎用の振動ローラを自動運転可能に改造し、五ケ山ダムのRCDコンクリートの転圧作業に初めて実適用しました。直線走行、切り返し走行とも、誤差が±10cm以下に収まっていることが確認され、熟練オペレータと同等の施工精度を確保しています。大分川ダム、小石原川ダムではロックフィルダムのコア材の転圧を複数の自動振動ローラで行いました。

自律型自動ブルドーザによるまき出し作業の自動化

コマツ製のICTブルドーザに自動化機器・装置を搭載し、熟練オペレータの実施工における操作データを分析するとともに、走行経路やブレードの高さの違いによって、材料の広がり形状を予測するシミュレータを開発し、自動ブルドーザの制御方法に適用することにより、土砂はもとより、より条件の厳しいRCDコンクリートのまき出しにも適用できることを五ケ山ダムで確認、大分川ダム、小石原川ダムではコア材のまき出しを行いました。

自律型自動ダンプトラックによる運搬と荷下ろし作業の自動化

振動ローラとブルドーザの自動化に続き、ダンプトラックの自動化を行いました。55t積級の汎用ダンプトラックにGPS機器や制御PC、自動化機器等を搭載し、あらかじめ指示された位置までの自動運搬と、指定位置でのダンプアップ（荷下ろし作業）の自動化に成功しました。

中央コア型ロックフィルダムである大分川ダムにおいて、堤体のコア材盛立作業に自動ダンプトラックと自動ブルドーザの導入試験を行い、自動ダンプと自動ブルドーザを連動させ、コア材の運搬→荷下ろし→まき出し→整形の一連の自動化の流れを確認しました。

中間貯蔵施設の建設工事では、山林の伐採作業が多く発生することが予想されますが、山林は住宅地、道路と違い未除染区域であることから、重機オペレータの被ばく量低減が重要な課題です。

鹿島では、運転席に搭載するだけで様々な重機を遠隔操作できる人工筋肉ロボット「アクティブロボットSAM^※1」と、伐採用アタッチメントである「フェラーバンチャザウルスロボ^※2」を組み合わせた伐採用無人化施工システム「キッタロー君」をコーワテックと共同開発しました。

※1　コーワテックの製品
※2　松本システムエンジニアリングの製品

人工筋肉ロボットによる遠隔操作

人工筋肉ロボットは、重量52kg程度で、3分割が可能で、運転席への設置も2名で1時間程度で行うことができます。また、リモコンでの遠隔操作については、目視並びにカメラ映像による操作が可能で、10分程度の練習で行うことができます。

山岳トンネルの現場では発破孔のせん孔位置合わせが自動で行えるドリルジャンボが導入されてきています。しかし、これまでのコンピュータジャンボは作業員がキャビン内の小型画面を見ながらブームを誘導しなければならず、作業員の熟練度に依存するとともに、1ブームあたり1名の作業員が必要でした。

そこで鹿島は、日本初となる4ブームフルオートコンピュータジャンボ（アトラス社製XE4C）を、新区界トンネル（岩手県）の本坑掘削に適用しました。
同機が持つフルオートせん孔機能により、専任オペレータ1名によるせん孔作業を実現し、最新鋭ドリフタの機能向上により、せん孔時間が2分の1以下に低減、また、余掘りも40%低減できることを確認しました。

令和元年度日本建設機械施工大賞　大賞部門最優秀賞

従来のコンピュータジャンボは、作業員がキャビン内の画面を見ながらブームをせん孔位置に誘導しなければなりませんでしたが、この4ブームフルオートジャンボのフルオートせん孔機能は、あらかじめ入力したせん孔位置に機械が自動で位置合わせを行うため、作業員の熟練度に頼らないせん孔作業を実現するとともに、4ブームを1名のオペレータで操作することが可能となっています。また、同機は、これまでのジャンボに比べ、ドリフタのせん孔性能が向上し、純せん孔速度が最大で2倍となっているほか、地山の硬軟に応じて自動的に最適な打撃力に調整されるため、せん孔中の孔閉塞が発生しません。

さらに、搭載されているせん孔データの自動収集機能により、切羽前方やトンネル周辺の地山評価が可能です。

せん孔データの自動収集で地山を予測、
CIMにも活用

本機に搭載されているせん孔データの自動収集機能（Mesurements While Drilling:MWD）により、地山状況に応じてせん孔パターンを修正するとともに、切羽前方やトンネル周辺地山の予測評価が可能となることにより適切な支保パターンの選定が行えます。また、これらのデータを蓄積することにより、CIMの地質モデルへの反映ができます。

シールドトンネル工事では、近年更なる長距離化が進み、また、高速施工も進んでいます。そのため、鹿島では、セグメント自動搬送システムを開発、数多くの現場に導入しています。

これにより安定した搬送サイクルが確保できるだけでなく、安全性の向上、セグメント搬送の人員削減など大きな効果を上げています。

セグメントの自動組立システムと併せ、シールド工事の無人化・自動化に取り組んでいます。

特許登録済

タイヤ式とし、枕木設置を省略

中央環状品川線では、高速施工に対応するため、1リング分のセグメントを一括で高速運搬（時速10km）できるタイヤ式搬送台車を採用し、センター部のみに軌条を敷設するセンターレール方式にしました。これにより坑内への枕木設置を省略でき、工期、コストの短縮に寄与します。

ケーブルクレーン自動化運転システムは、オペレータに代わりコンクリートバケット（以下CB）を吊ったケーブルクレーンを自動運転するシステムです。オペレータが運搬先の目標位置を設定するだけで、CBがコンクリートを受取るバンカ線からコンクリートを放出する堤体ホッパまでの往復運転を全自動で行います。オペレータは運転状況の監視を行うのみです（右図版参照）。また、運行ルート上の障害物を回避するルート設定や、高精度の振れ止め・位置決め制御により、全ての打設エリアにおいて正確でスムーズな運搬が可能です。

高精度な振れ止め・位置決め制御

• ケーブルクレーンの加減速時に発生する振れを打ち消す制御を行いながら運転するため、目的位置への正確かつスムーズな運搬が可能です。さらに、横行トロリを牽引するワイヤのたるみ（横行索サグ）に起因する応答遅れを都度計算し、横行停止位置の補正を行います。そのため、全ての運搬エリアで高精度な振れ止め・位置決め制御が可能です。

コンクリート品質管理システム画面（左）

• 品質試験室で実施した試験結果もタブレットで閲覧可能
• 現場で計測したコンクリート温度をタブレットで入力可能

打設進捗管理画面（右）

• 打設速度（移動平均値）を表示
• 打設進捗は計画値と実績値をグラフで表示
• 打設終了予測時間も自動計算

打設日報の自動作成機能

当該ブロックの打設が完了し、「打設完了」ボタンをタブレット端末から入力すると、自動的に打設日報をエクセルファイルで作成します。打設当番は従来必要であった事務所に戻ってからの打設日報作成作業を短時間で終了することが可能となり、業務の効率が大幅に向上しました。

作業の省力化・平易化が可能

電動モータを用いて型枠の脱枠と水平移動を行い、油圧ジャッキによるセルフクライミング装置で鋼製型枠をスライドさせるもので、1人の作業員がタブレット端末を操作することで行えます。

また、とび工（型枠大工）、クレーンオペレータ等の特殊技能労働者でなくても作業を行うことができ、誰でも同じ精度で型枠スライド作業が可能となり、作業の省力化・平易化により、生産性が向上します。

作業人員の削減及び作業時間の短縮を実現

従来のクレーンによる型枠スライド作業に比べて、作業時間を約半分に短縮することができ、作業人員も大幅に削減することができます。

並行作業が可能

これまで打設面に配置していたクレーンが不要となるため、スライド作業と並行して、打設面清掃・打設準備等の別の作業を行うことが可能となります。

また、コンクリートなどの材料運搬をするダンプトラックとクレーン作業との錯綜が減り、運搬効率の向上による打設速度の向上が期待でき、生産性及び安全性が向上します。

高所でも安全に作業が可能

型枠作業のための足場（プラットフォーム）が躯体に常に固定されており、高所でも安全に作業することができます。

また、従来工法の3m幅でのスライド作業に比べ、60m幅を一括スライドするため、端部作業の発生頻度が劇的に減り、安全性が向上します。

山岳トンネル工事においては、工期短縮と余掘り低減のため、火薬装填用の発破孔の削孔にあたり、計画通りの削孔位置、削孔角度、削孔深さとなるよう正確かつ迅速な削孔作業が求められます。従来この作業はオペレータの経験によるところが大きく、将来的には熟練作業員不足が懸念されています。

近年、ICTの発展に伴い開発されたガイダンスシステムやフルオート削孔が可能なコンピュータジャンボは、マシンそのものが高価等の理由で、広く普及するまでには至っていません。

そこで鹿島は、山岳トンネルの効率的かつ高速な施工を目的としたドリルジャンボの新しい削孔誘導システム「MOLEs（モールス）」を開発しました。

特許登録済

削孔誘導システム「MOLEs」は、光波測量によりドリルジャンボ自身の位置や姿勢を把握するターゲット（❶）、切羽面の凹凸を把握する3Dスキャナ（❷）、切羽面とブームの動きを捉える動画カメラ（❸）、削孔誘導画面を表示するモニター（❹）から構成されています。従来の削孔ガイダンスシステムで必要であった電気式のモーションセンサ類が一切不要のため、振動や粉じん、削孔水による故障も少なく、汎用のドリルジャンボへの後付け設置も容易です。

本システムでは、切羽面をスキャニングし、実切羽の凹凸面を座標として把握した上で、計画発破孔の位置と削孔角度を正確に算出し、モニターに誘導ガイダンスを表示する機能を付加しました。これにより、仮想切羽面での誘導で生じていた操作性の悪さや実切羽面とのズレはなくなり、正確かつ迅速な削孔作業が行えるようになりました。

モニター上に3色の誘導表示

本システムは、3Dスキャナによって得られる実切羽面の凹凸座標から誘導ラインを計算し、リアルタイムにモニターに映し出します。モニターには誘導ラインと3色の誘導マーカーが表示されています。オペレータはその誘導ラインに自身の操作するブームの位置を合わせ、誘導マーカーの示す通りに削孔するだけで、所定の削孔位置・削孔角度、削孔長に削孔することができます。オペレータの技量に頼ることなく確実な削孔が容易に行えます。