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削孔角度誘導支援システムの 開発

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Academic year: 2021

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1 西松建設技報 VOL.36

削孔角度誘導支援システムの 開発

山下 雅之* 石山 宏二* Masayuki Yamashita Koji Ishiyama

1.はじめに

これまで,山岳トンネルの発破工法における余掘り量 低減を目的に,外周装薬孔を設定パターン通りの方向・

長さに削孔するための「さし角誘導支援システム」を開 発し,試験施工によってその効果を検証している1),2).削 孔では,先受け工,ロックボルトの打設や長孔発破時の 心抜き孔等,さし角以外の削孔精度管理についても山岳 トンネルの品質確保を図る上で重要であることは言うま でもない.そこで今回,ドリルジャンボのガイドセル全 ての動きにおいてオペレータを誘導しながら精度の高い 削孔作業を支援する「削孔角度誘導支援システム」へと 機能向上を図った.

2.システムの概要

本システムは,図―1に示すようにドリルジャンボの 操作時に自動計測されたブーム角度からガイドセルの方 向をリアルタイムで演算・モニター表示し,モニターの 誘導画面にしたがってオペレータが設定角度での削孔を 簡便かつ迅速に行なうことを可能にしている.また,汎 用性および低コストを実現するため,あらゆる機種のジ ャンボに容易に設置可能とするとともに,削孔開始位置 出しは現場で使用中のトンネル計測管理システムを活用 している.

本システムの特徴は,①あらゆる削孔角度(ガイドセ ル角度)の計測,②モニターによる削孔誘導であり,以 下のその詳細を述べる.

⑴ 削孔角度の計測

図―2および写真―1に示すように,ブームの稼動部5 ヶ所に回転センサおよび傾斜センサを設置することによ り,水平~鉛直,左右といったガイドセルすべての方向 を求めることができる.削孔角度を計測開始する前には,

予め任意の基準角度にガイドセルを合わせて各センサの 初期化を行なう.この作業には5分程度を要するが,ド リルジャンボ本体を移動させなければ1回の設定で連続 的に角度計測が可能である.基準角度にガイドセルを合 わせる作業については,図―3に示すように現場に導入 されている掘削管理システムを利用することができる.

なお,トータルステーションでガイドセルの前・後部

図 ― 1 システム概要

図 ― 2 角度計測位置

写真 ― 1  計測センサ設置状況

*技術研究所土木技術グループ

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(2)

西松建設技報 VOL.36

2 削孔角度誘導支援システムの開発

の座標を測定して求めたガイドセルの真の角度と本シス テムのセンサで各角度を計測・演算した角度を比較した 結果,誤差約0.6°(ハード上の誤差)という結果が得ら れており,その精度の高さを確認した.

⑵ モニターによる角度誘導

削孔時の角度誘導は,写真―2に示すようにドリルジ ャンボ操作室に設置したモニターに映し出された誘導画 面によって行なわれる.図―4に示すように誘導画面の レイアウトは工種によって異なるが,いづれの場合も指 定された角度からの水平角・鉛直角の偏差が緑色でバー 表示され,この偏差が許容値以内に収まるようにオペレ ーターがガイドセル角度を微調整して角度を設定する誘 導手法が採用されている.

同じオペレータを対象とし,フォアポーリング孔の削 孔時におけるシステム使用/不使用の場合の比較例を 表―1および図―5に示す.システムを使用した場合,水 平角で平均0.2°(最大0.7°),鉛直角で平均0.3°(最大 0.8°)とばらつきは少ない.それに対し,使用しなかっ た場合は水平角で最大3.0°,鉛直角で最大5.9°という角 度差が生じており,角度管理における本システムの有効 性が示された.また,ガイドセルの移動時間はシステム 使用に伴い1孔あたり8 秒程度のロスが見られたものの,

この程度であればサイクルに大きな影響は与えないと考 えられる.

3.まとめ

開発システムの特徴を以下にまとめる.

①適用性

・山岳トンネルおけるすべての削孔の角度管理が可能

・システムの使用が削孔作業時間に与える影響は軽微

②トレーサビリティの確保

・角度データをメモリカードに記録・保存が可能

③角度管理の精度

・ハード上および操作上の角度誤差は1.0°以下

(ハード上:約0.6°,操作上:約0.4°以下)

④余掘り率の低減

・最外周発破孔のさし角管理により余掘り率を約20%

低減(花崗岩のCⅠ地山における本システムのプロト タイプであるさし角誘導支援システムの実績)

今後は本システムの現場適用を重ね,システムの操作 性向上に向けた改善を適宜図っていく予定である.

参考文献

1)山下ほか:トンネル発破工法におけるさし角誘導支 援システムの開発,土木学会第64回年次学術講演会,

Ⅵ⊖323, 2009.

2)千々和ほか:新たな発破掘削技術による余掘り低減 効果についての検証,土木学会第65回年次学術講演 会,Ⅵ⊖027, 2010.

写真 ― 2 モニター設置状況

(上段右:発破孔,下段左:フォアポーリング孔,下段右:ロックボルト孔)

図 ― 4 誘導画面例

図 ― 5   孔位置別の設定角度と実績角度の差分 図 ― 3 角度計測時の基準角設定手順

表 ― 1 設定角度と実績角度との差分(まとめ)

フォアポーリング

設定値と実測角との差分(°) のみ移動 時間

(sec)

水平角 鉛直角

平均 最大 最小 平均 最大 最小 システム使用 0.2 0.7 0.0 0.3 0.8 0.0 17 システム未使用 1.4 3.0 0.2 2.0 5.9 0.1 9

0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0

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