0.1ミリの振動をレーダーで検知!清水建設がトンネル切り羽の崩落警報システムを開発

2018年8月9日

管理人のイエイリです。

山岳トンネル工事の安全管理では、掘削最前線で地山がむき出しになっている「切り羽」の崩落による事故を防ぐのが、一つの大きなテーマになっています。

“突然、山が崩れてきた”と思われることが多い崩落事故ですが、細かく切り羽の動きを見ていると、浮いた状態の岩塊が微妙に動くなどの前兆現象があります。

そこで、清水建設は人間の目には見えない微細な切り羽の振動をとらえる「切羽崩落振動監視レーダーシステム」を開発しました。

デジタルカメラとレーダーが一体化した「切羽崩落振動監視レーダーシステム」の測定システム(以下の写真、資料:清水建設)

デジタルカメラとレーダーが一体化した「切羽崩落振動監視レーダーシステム」の測定システム(以下の写真、資料:清水建設)

切り羽全面にレーダー波を当てて監視するものですが、

ナ、ナ、ナ、ナント、

0.1mm単位の振動

も見逃さずにキャッチできるのです。

切り羽での測定状況

切り羽での測定状況

このシステムは76~77GHzの周波数を使用するミリ波レーダーとデジタルカメラが一体化された測定システムと制御用のパソコン、そして記録用のハードディスクで構成されます。

ミリ波レーダーはクルマの自動運転分野などで使われるセンサー技術で、精度の向上や低価格化が進んでおり、その性能は3Dレーザースキャナーに迫りつつあるとも言われています。

このシステムは、ミリ波レーダーを使って、切り羽の地山応力の状態変化や岩塊の振動状況といった崩落の前兆現象を監視し、パソコンの画面にリアルタイムに変位量や変位速度を分布図で表示することができるのです。

切り波変位の時系列データ(左)と切り羽全面の変位量マップ(右)

切り波変位の時系列データ(左)と切り羽全面の変位量マップ(右)

そして、崩落の予兆があった場合には、フラッシュライトや警告音、モニター表示によって注意・警告・退避の3段階でアラートを発報し、事故を未然に防ぎます。

切り羽の前で、重機や作業員などが作業していると、その動きも拾ってしまいそうですが、そこは「ノイズ」として除去するフィルター機能も備えています。

清水建設では、このシステムの現場適用を進めながら、崩落や落石などが発生する前の予兆条件をデータとして蓄積し、将来の

無人化施工技術

の構築にもつなげていく計画です。

以前の山岳トンネル工事は、ベテランの技術者や職人の「KKD(経験・カン・度胸)」が重要でしたが、目に見えない細かい計測が可能になると、KKD頼りの施工管理も変わってきそうですね。

清水建設は「シミズ・スマート・トンネル」という次世代型のトンネル構築システムを開発中で、ICT(情報通信技術)やIoT(モノのインターネット)、AI(人工知能)などを活用によって施工の自動化を進め、2020年までには完成を目指しています。

これからの日本は、少子高齢化の影響で労働生産人口が毎年、減っていきます。清水建設の山岳トンネル施工は、シミズ・スマート・トンネルの完成により、大幅な省人化のメドがたち、2020年以降の人材難時代にも対応できそうですね。

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