山岳トンネルの切羽性状を定量評価、鹿島建設が「切羽評価システム」を開発：山岳トンネル工事

鹿島は、スマートフォン画像やLiDAR、加速度センサ、赤外線カメラなどのデータを独自ソフトで分析し、山岳トンネル工事で切羽の性状を定量的に分析／評価する「切羽評価システム」を開発した

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　鹿島建設は2026年3月4日、山岳トンネル工事で切羽の性状を定量的に分析／評価する「切羽評価システム」を開発したと発表した。スマートフォン画像やLiDAR、加速度センサー、赤外線カメラなどで取得したデータを独自ソフトで分析し、風化変質、割れ目性状、走向／傾斜、圧縮強度、湧水量の5項目を評価する。

「切羽評価システム」のフロー　出典：鹿島建設プレスリリース

　山岳トンネル工事では、工事の進捗に伴い地山の性状が変化するため、地山補強のために適切な部材選定を行う必要がある。1日1回の頻度で切羽を観察し、風化変質、割れ目性状、走向／傾斜、圧縮強度、湧水量を評価して切羽観察帳票を作成することが求められている。

　従来の切羽観察は、社員や技能者が掘削作業の合間に切羽付近へ立ち入り、目視などによって評価していたため、切羽の肌落ちによる災害や重機との接触などのリスクがあった。また、切羽性状の評価は観察者の経験や技量に依存するため、熟練技能者の高齢化に伴う将来的な担い手不足も課題となっていた。

　鹿島建設はこれまで、風化変質や割れ目性状を安全に定量評価する「JudGeo」を開発し、適用してきた。今回、切羽観察に必要な他項目も評価可能とするシステムとして、「切羽評価システム」を開発した。

　新システムは、切羽断面の写真や吹付け機、掘削用ブレーカに搭載した機器から取得したデータを独自の分析ソフトに取り込み、切羽性状を分析／評価する。

　風化変質と割れ目性状は、スマートフォンで撮影した切羽画像を解析することで評価する。この処理には、従来技術である「JudGeo」の解析技術を活用する。

風化変質の定量評価（切羽画像解析）　出典：鹿島建設プレスリリース

　走向／傾斜の評価では、吹付け機に搭載したLiDARで取得した点群データを利用する。大量で複雑な点群データをAIによるクラスタ分析で処理し、割れ目の向きが同じものを分類することで走向と傾斜を評価する。評価データはタブレット操作により取得できる。

　圧縮強度は、掘削用ブレーカに搭載した加速度センサーで打撃時の振動データを取得し、振動データを圧縮強度へ換算して評価する。湧水量は、赤外線カメラやサーモカメラで切羽表面を流れる水の厚さと範囲を計測し、体積を算出することで評価する。

加速度センサーを搭載したブレーカ（左）、赤外線カメラを使った湧水の厚さと範囲の測定（右）　出典：鹿島建設プレスリリース

　評価結果の電子データは、切羽観察帳票として自動出力することも可能だ。なお、走向／傾斜と湧水量については2026年3月までに自動化を予定している。

　国内の山岳トンネル工事で行った実証では、社員や技能者による評価と同等の正確な分析結果を得られることを確認した。データはカメラ画像や各種センサーから迅速に取得できるため、切羽付近への立ち入り時間を短縮でき、安全性と作業効率の向上にも寄与することが分かった。

　鹿島建設は今後、新システムのデータ取得から分析／評価、切羽観察帳票作成までの一連のプロセスの完全自動化を図る。また、一元管理システム「スマート計測ウォッチャー」や自動化施工システム「A4CSEL for Tunnel」との連携を図り、山岳トンネル工事の安全性と生産性の向上を目指す。