トンネル掘削の進捗に応じ3次元地質モデルの更新システムを開発、清水建設：山岳トンネル工事

清水建設は、山岳トンネル工事の安全性と生産性の向上を目的に、施工検討に利用する3次元地質モデルを、施工中に取得した前方探査データを反映した最新モデルにアップデートするシステム「SG-ReGrid」を開発した。SG-ReGridにより、切羽前方で予測される地質分布を見える化することで、対策工事の検討をタイムリーに行える。

[BUILT]

　清水建設は、山岳トンネル工事の安全性と生産性の向上を目的に、施工検討に利用する3次元地質モデルを、施工中に取得した前方探査データを反映した最新モデルにアップデートするシステム「SG-ReGrid（Sequential 3D Geological information system using ReGrid of voxel model）」を開発したことを2022年5月20日に発表した。

数十メートル先までの切羽における性状変化を把握

　山岳トンネル工事では、切羽（きりは）の肌落ちといった災害リスクを回避するために、切羽前方にある地山の性状を都度予測しながら、施工を進めていく。地山性状の予測では、先進ボーリングや弾性波探査などの前方探査手法が活用されているが、探査結果を地質モデルに展開することで、地質の3次元的な広がりをイメージしやすくなり、懸念箇所の対策検討が容易になる。

　一方、探査結果を地質モデルに展開するためには、地質の専門技術者によるデータ解析と解析結果を踏まえたモデルの更新作業が必要となり、従来は、専門技術者が切羽状況を常時観察しながら、作業に当たっていた。

　そこで、清水建設は、専門技術者以外でも扱え、短時間での地質モデル更新を実現するSG-ReGridを開発した。SG-ReGridでは、施工前に作成した工区全体の初期地質モデルをベースに、前方探査結果で地質分布を再評価する範囲を選択的に抽出し、地質モデルの更新を行う。

「SG-ReGrid」の概念図　出典：清水建設プレスリリース

　利用時には、前方探査データの入力後、モニターに表示される地質境界面などを画面上で操作（移動・回転）して位置を調整・確定すると、地質モデルを構成する個々のボクセルに、境界面に応じた地質区分が属性情報として付与され、モデルが再グリッド化される。

　さらに、地質専門技術者のノウハウに基づき、モデル更新の指針を定めルール化しておくことで、専門技術者以外もシステムを使え、データの入力からモデル更新までの時間を最短10分程度に短縮する他、3次元モデルから地山の切断面を抽出するため、数十メートル先までの切羽における性状変化の把握が容易になり、対策工事の検討や現場職員への注意喚起をタイムリーに行える。

　加えて、SG-ReGridを実装することで、地質の専門技術者を現場に常時配置する必要がなくなり、データ解析・モデル更新作業の省力化・省人化が図れる。

　現在、清水建設は、SG-ReGridの現場実装に向け、同社が施工を担当する山岳トンネル工事にシステムを試験適用し、機能の検証を進めている。今後は、SG-ReGridで逐次更新した3次元地質モデルを山岳トンネルにおけるデジタルツイン施工のプラットフォームとして活用し、掘削作業の安全性と生産性の向上につなげていく。