山岳トンネル工事の切羽面を“3Dスキャナー”で点群データ取得、整形が必要な箇所を可視化：山岳トンネル工事

西松建設とビュープラスは、山岳トンネル切羽掘削面の整形作業の安全性向上と効率化を目的に、「切羽掘削形状モニタリングシステム」を開発した。高速3Dスキャナーで、切羽面の整形が必要な箇所を15秒程度で迅速に可視化し、作業効率と安全確保をもたらす。

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　西松建設とビュープラスは、山岳トンネル切羽掘削面の整形作業の安全性向上と効率化を目的に、「切羽掘削形状モニタリングシステム」を開発した。重機に搭載した高速3Dスキャナーを用いて、切羽の掘削形状を取得し、キャビン内のモニター上で設計断面と比較して、整形が必要な箇所を15秒程度で迅速に可視化する。システムの導入により、目視確認としての切羽直下への作業員の立T-CAPSい入りが不要となるため、山岳トンネル工事の安全確保と効率化にもつながる。

掘削形状の点群データと設計断面を比較し、“あたり箇所”を可視化

　山岳トンネル掘削の最先端部である切羽は、発破後に掘削設計の断面線よりも内空側に残った地山を掘削する整形作業（あたり取り）を行っている。あたり取りの際は、作業員が切羽直下に立ち入り、目視にて整形が必要な箇所（あたり箇所）を判断してレーザーポインターなどで、重機オペレータに指示を出していた。

従来のあたり取り作業　出典：西松建設

　しかし、切羽は地山が露出しており、岩塊の抜け落ち（肌落ち）がひとたび発生すると、死傷災害につながる可能性が高い危険な場所。厚生労働省でも「山岳トンネル工事の切羽における肌落ち災害防止対策にかかわるガイドライン」で、切羽への原則立入禁止としている。

　そこで、西松建設では、あたり取り作業における安全性の向上と効率化を目的に、高速3Dスキャナーを使用して切羽掘削断面を計測し、設計断面と比較することであたり箇所を迅速に可視化する「掘削形状モニタリングシステム」を開発した。

システムイメージ　出典：西松建設

　システムでは、発破・ずり出し完了後の切羽で、あたり取りを行うブレーカなどの重機に搭載した高速3Dスキャナーで切羽の掘削形状を計測。掘削形状の点群データと設計断面を比較し、設計断面線よりも内空側に残ったあたり箇所を重機キャビン内のモニターにヒートマップで表示させることで、重機のオペレータが容易に確認することができる。

　従来、作業員による目視で行っていた判断をスキャナー計測により、±30〜50mm（ミリ）の精度で定量的に可視化することで、作業員の技量に依らない手戻りを無くすことにもつながる。

　ヒートマップ表示では、3D表示とトンネル側壁と天端部に展開した2D表示を同時にモニター上に映す。3D表示は、モニター上でドラッグをすることで、任意の方向から見ることが可能だ。

　また、重機のオペレータは、運転席モニター画面のヒートマップ表示を基にあたり作業を行うため、これまでの様に作業員が切羽直下に立ち入って、目視であたり箇所を確認する必要が生じない。万一、肌落ちが発生しても、重大災害にまでは至らない。

ブレーカによるあたり取り作業　出典：西松建設

運転席モニター確認状況　出典：西松建設

計測結果表示例　出典：西松建設

　高速3Dスキャナーが、任意に配置した後方の特殊基準球を自動で探索することで、トータルステーションとの連動が不要となり、計測時間を大幅に短縮する。運転席モニター画面から計測開始の指令を出して、結果が表示されるまでは15秒程度で、掘削サイクルに影響を与えることなく、効率的なあたり作業が実現する。

　山岳トンネルの掘削段階から点群データを取って蓄積することで、実際の掘削土量の他、吹き付けコンクリート量、リバウンド率などの各種データ分析ができる。

特殊基準球　出典：西松建設

　今後、西松建設では、施工中のトンネル工事の現場で実証実験を継続し、それを踏まえた効果の検証や改良を進めていく。高速3Dスキャナーを活用したインバート掘削のモニタリング、切羽面の押出し計測、重機の姿勢制御などの技術開発にも着手し、山岳トンネル施工の無人化・自動化の実現を目指す。