清水建設、移動式LiDARで切羽をリアルタイム計測する「S-LiRT」を開発。掘削精度を遠隔把握し、安全性と生産性を向上

清水建設は、山岳トンネル施工の安全性・生産性の向上を目的に、移動式LiDARを用いて掘削精度をリアルタイムに計測・評価する切羽計測システム「S-LiRT（Shimz LiDAR Real-time Tracking system）」を開発・実用化した。

掘削精度をその場で把握できるうえ、LiDARが切羽近傍での目視計測を代替することで、機械掘削・発破掘削を問わず安全性を高める。

「アタリ・余掘り」を減らしたい。目視頼みの計測に無人化の要請

山岳トンネルの施工では、設計断面に対して岩盤が出っ張った「アタリ」や、掘り過ぎた「余掘り」が生じる。

アタリ部分は切削、余掘り部分は吹き付けコンクリートで埋める作業を伴うため、掘削精度を高めてアタリ・余掘りを減らすことが、生産性向上に直結する。

しかも従来、掘削精度の確認作業は切羽近傍からの目視に頼っており、無人化が求められていた。

2台のLiDARが死角を補完、絶対座標をモニタに色分け表示。オペレーターが見ながら操作

S-LiRTは、トンネル両側面に設置する2台のLiDARと、LiDARが移動する2本のレールで構成される。

とりわけ機械式掘削に有効で、2台のLiDARが双方向から常時3次元点群を計測することで、掘削機のブームの陰による死角を補完し、切羽形状の絶対座標をリアルタイムに取得する。


取得した絶対座標は即座にアタリ・余掘り量へ変換され、掘削機の運転席のモニタに色分け表示される。

オペレーターがモニタを確認しながら操作することで、アタリ・余掘りの発生を抑制できる。





なお発破掘削の場合、モニタはアタリを切削する油圧ブレーカーの運転席に設置される。

一方の2本のレールは、切羽天端から45度範囲の立入禁止区域外の側壁部にボルト固定し、掘進に合わせて最後尾の部材を取り外して前方へ盛り替えていく。

LiDARは、計測時にはレール最先端へ、発破やズリ出し作業時にはレール最後尾へ移動することで、作業による破損を防ぐ。

2つのトンネル現場で実証。標準技術・自動化の要素技術に位置づけ

実用化にあたっては、機械掘削を進める日田山国道路1号トンネル本坑1工区（大分県）と、発破掘削を進める米子自動車道三平山トンネル工事（鳥取県〜岡山県）で性能を実証した。

その結果、シンプルで比較的安価な機構ながら、現場での使い勝手に優れ、安全性・生産性が向上することを確認したという。