システム動作フローと構成主要機器

①ICタグを身に着けた作業員が、重機に搭載した磁界発生装置から発せられる磁界内に侵入すると、ICタグから氏名、所属、IDナンバーなどの「タグ情報」と侵入した磁界に割り振られた「磁界番号」を発信します。

②タグ情報と磁界番号を、重機に搭載した受信アンテナが受けると警報を発します。

③警報表示は、重機に搭載したパトライトが回転し、オペレータ席モニターに誰が検知されたかを表示します。更にモニターには重機周囲全体の魚眼カメラにより重機周りの映像を表示します。

山岳トンネル工事では、作業員が切羽に近い位置で作業にあたるため、安全管理上、常に切羽の状況をモニタリングし、地山の目に見えない微妙な変位を監視することが非常に重要です。

高精度レーザ変位計を利用したリアルタイム切羽監視システムは、あらゆる地山に対して、安全かつ高精度に切羽の状況をモニタリングできるシステムです。崩落前の計測結果から切羽崩落の可能性や崩落時刻を予測できるソフトも入れており、事務所でのモニタリング、坑内の避難警告システムを組み合わせることにより、24時間リアルタイムで切羽の安全性を監視することができます。

リアルタイム切羽監視システムの概要

計測装置は「高精度レーザ距離計」と、それを水平方向に高精度で回転可能な「回転制御装置」からなります。そのため、レーザ距離計1台で任意の複数点における切羽押出し変位を高精度に計測することができます。さらに、東京大学大学院福井勝則准教授の提唱する「岩盤崩落予測時刻」を基に設定された管理基準値を用いることにより、切羽の崩壊の可能性や崩落予測時間をリアルタイムに予測することができます。この管理基準値は実際に鹿島の山岳トンネル現場における切羽押出し変位データを基に、その有効性を検証しています。これらの開発により、従来手法では予測が難しかった突発的な崩壊の可能性がある中硬岩地山や土砂地山も含め、あらゆる地山に対して、切羽の安全性をリアルタイムで評価することが可能となりました。また、レーザ距離計のターゲットの代わりに特殊スプレーを用いることで、計測作業の安全性・効率性を向上させることが可能となりました。

山岳トンネル工事における発破掘削工程の火薬装填作業は、作業員が切羽から込め棒によって火薬を押し込む手装填が主流です。しかし、手装填では作業員が切羽に密着するため、肌落ち、落石等による災害が発生する恐れがあります。このため、近年、装填作業における安全性の確保が重要視され、遠隔装填技術の開発が望まれていました。

鹿島が開発したセーフチャージャーは、切羽から2m程度離れた位置からの遠隔装填を可能とし、切羽から2ｍ以内で多く発生すると言われる火薬装填作業における労働災害を防ぐものです。また安全性向上を実現するとともに、確実な薬量管理、込め物装填が可能であり、カートリッジ式含水爆薬に対応する小型で安価な遠隔装填システムを初めて確立しました。

特許登録済

施工手順・採用工事

現在、様々なタイプの火薬装填装置、粒状やペースト状などの爆薬を装填するシステムが提案されているものの、汎用化されるまでには至っていません。本システムは、ドリルジャンボなど現行の作業設備に適合しやすいものとし、操作方法を簡便にすることで汎用性の高いものとしました。火薬は、トンネル発破で汎用されているカートリッジ式含水爆薬を使用するため、確実な薬量管理が可能です。また、雷管を取り付けた爆薬をパイプ先端に取り付けて装薬孔に挿入した後、所定量の爆薬、爆破効果を高める込め物の同時装填を可能とすることで、現行法規制を遵守したものになっています。セーフチャージャーは、これまでに長崎県指方トンネル（長崎県）、北海道開発局音威子府トンネル（北海道）、京都府北大河原トンネル（京都府）、三重県矢頭峠トンネル（三重県）等で使用されており、今後も引き続き現場での採用が予定されています。

特長・メリットココがポイント

安全性が格段に向上

切羽から離れた遠隔装填によって切羽作業の安全性が格段に向上しました。

• 一般的に、トンネル切羽近傍での労働災害の80%以上が切羽から2m以内で起こるといわれています。
  本システムでは、切羽から2m程度離れた位置から火薬の装填ができます。これにより、切羽に密着して行う作業の時間が60％低減し、安全性が格段に向上します。

システム概念図

トンネル工事では、複数の大型車両が坑内で稼動しており、安全の観点からクラクションを使った状況伝達など様々な対策がとられています。このような環境でお互いの位置関係を把握することは重要ですが、非GNSS環境下において、互いの位置関係を精度よくリアルタイムで把握する技術は確立できていませんでした。

本システムは、工事車両が坑内外どちらを走行しているのか自動判定し、GNSS（グローバル衛星測位システム）電波の届かない坑内においても、車両の相互位置や走行方向を正確かつリアルタイムに検知できるものです。あわせて、正確な車両の位置を見える化し現場事務所で一元管理することで、狭隘な坑内で限られた車両のすれ違い箇所を効果的に活用することや、リアルタイムな工事の進捗管理が可能となり、安全性と生産性の大幅な向上を実現するとともに働き方改革にも大きく貢献します。