清水建設、切羽の爆薬装填を無人化する「CHARGE MASTER」を開発推進。装薬システムを試験適用し、遠隔で手作業と同等の性能を確認

清水建設は、山岳トンネル工事の切羽への爆薬装填作業を無人化する装薬専用機「CHARGE MASTER（チャージマスタ）」の開発を推進していると発表した。

このほど核となる装薬システムを製作し、桑野道路の長生・明谷トンネル工事（徳島県阿南市）へ試験適用した結果、プロトタイプながら、遠隔操作でも手作業と同等の装薬性能を発揮することを確認した。

肌落ちリスクと隣り合わせの装薬作業。無人化と暴発リスク排除が課題

山岳トンネル工事で発破を用いる場合、切羽に多数の装薬孔を穿孔し、その一つひとつに爆薬を装填する必要がある。

掘削断面80m²前後の標準的な道路トンネルでも、装薬孔数は100カ所以上に及ぶ。

通常は、切羽監視員の立会いのもと、5名のトンネル特殊工が切羽直下で装薬作業に従事する。

しかし、これは肌落ちリスクと隣り合わせの作業であり、かねて無人化が求められてきた。

そこで清水建設は、山岳トンネル工事のオートメーション化を志向する次世代型トンネル構築システム「シミズ・スマート・トンネル」の要素技術の一環として、2025年3月にCHARGE MASTERの開発に着手した。


最終的な開発目標は、装薬システムを搭載した専用機の実用化である。

装薬作業の無人化はもちろん、装薬孔の穿孔作業と装薬のタイミングを完全に分離した作業サイクルを確立することで、穿孔の残留熱による爆薬の暴発リスクも排除する狙いだ。

穿孔時の3次元座標でパイプを誘導、空気圧送で装填。湧水対応の粒状爆薬も

CHARGE MASTERの装薬システムは、爆薬装填パイプと爆薬圧送ホースの先端を連結・一体化したものだ。

遠隔装薬の手順は、まず前作業の穿孔時に取得した各孔の3次元位置座標データを利用して、爆薬装填パイプの先端を装薬孔へ誘導し挿入する。

続いて、爆薬を空気圧送してパイプ内に装填したのち、装薬孔からパイプを引き抜くことで、一連の作業が完了する。

用いる爆薬は従来同様、親ダイと、その起爆で誘爆させる増ダイの2種類だ。

このうち増ダイには、湧水の影響を受けない粒状爆薬を用い、いずれも供給装置から空気圧送する仕組みとなっている。

1孔平均30秒で装薬、湧水にも対応。専用機を製作し水平展開へ

7月に長生・明谷トンネル工事で実施した試験適用では、装薬システムを重機の2本のブーム先端に設置し、遠隔操作を行った。

オペレータ2名がそれぞれのブームで装薬操作を担い、計画通り、1孔あたり人手と同様の平均30秒程度で装薬できたという。

また、同トンネルは湧水量が多いものの、増ダイの粒状爆薬を問題なく装薬でき、所定の発破効果が得られることも確認した。