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2022年04月21日
自動化セントルの現場実証を完了、作業の大幅な省人・省力化を確認

-覆工班6人を2~4人まで削減でき、施工品質はこれまでと同等を確保 -

 

 当社は、「自動化セントル」(写真-1)を初導入した南湖トンネル[福島県]での施工実証を完了しました。岐阜工業株式会社(代表:宗像国義)と共同開発した自動化セントルは、制御盤でのボタン操作のみで、セントルのセットから覆工コンクリートの打込み、脱型・移動までの基本作業を行うことができ、これまで6人で行っていた一連の作業を2~4人で実施できる目途がつきました。今後、中国地方で施工中のトンネル現場にも導入する予定です。

写真-1 自動化セントルと各種システム制御盤

■ 背景
山岳トンネル工事での覆工作業は、一般にアーチ型の移動式鋼製型枠(以下、セントル)を使用して行います。作業の手順は、まずセントルを所定位置にセットし、次に覆工コンクリートの打込み、その後、セントルの脱型・移動を基本とします。これら一連の作業は、通常6人の作業員によって、2日サイクルで繰り返しながら進みます。しかし、狭いセントル内での作業に加えて、年配の作業員も増えており、作業の機械化や、ICTを始めとしたDX技術の活用による作業効率化のニーズが高まっています。

 

■ 技術の概要
自動化セントルは、一連の覆工作業をすべて機械制御化し、ボタン操作による指令のみでセントルの基本動作を実施・制御することができます。主なシステムには、①自動セットシステム、②覆工コンクリート打設自動化システム、③脱型・移動システム、の3つがあります。


①    自動セットシステム
測量機器やアクチュエータ、各種センシング装置などと連携し、専用制御盤での操作でセントルを所定位置へ正確にセットできるシステムです(図-1)。自動追尾トータルステーションで取得したセントルの自己位置データと設計値との差分値に基づき、セントルの位置や姿勢が自動調整され、さらにフォームを所定位置まで安全に自動拡幅します。従来6人で60~90分ほど要していた作業が、最小2人で半分以下の時間にまで短縮できました。また、最終セットはトンネルの設計寸法ではなく既設覆工の出来形に合わせてセントルを調整セットするため、段差や隙間がなく、セントルの据付誤差は従来の人力による作業と同程度の3mm以内でした。

図-1 自動セット作業と主な搭載装置


②    覆工コンクリート打設自動化システム
コンクリート検知センサと自走式マニピュレータによる配管切替装置を用いて、覆工コンクリートの打込み作業を自動化した技術です(図-2)。あらかじめ設定した配管孔前に自走式マニピュレータが停止した後、自動で配管を接続し、直ちにコンクリートの圧送を開始します。覆工コンクリートが所定の打込み高さに達すると自動停止し、圧縮空気を送って管内を清掃後、次の配管孔へ自動で切り替わって打込みを再開します。打込み高さや型枠側圧などの打込み進捗状況は、タブレット端末などで確認することができ(図-3)、状況に応じて、遠隔操作で任意の配管孔へと切り替える手動制御も可能です。本システムは、普通コンクリートのほか、中流動コンクリートや短繊維補強コンクリートなどにも適用でき、特に高流動コンクリートを用いた場合、打込みに要する作業員は最小2人で、総作業時間(=作業員人数×作業時間)は当社実績比で75%の大幅な削減効果を実現しました。

図-2 自走式マニピュレータを用いたコンクリート自動配管切替システム

 

図-3 打込み進捗状況の見える化

 

③    脱型・移動システム
セントル脱型時のフォーム収納やセントルダウンの操作は、自動セット作業の逆手順によりボタン操作のみで実施できます(図-4)。また、セントルの走行移動は自走装置制御盤で自動化されており、移動量を入力するだけでセントルを任意の位置まで移動できます。

図-4 フォーム収納の自動化


■ 今後の展開
覆工作業を機械化した自動化セントルは、従前の施工方法と同等の作業精度と施工品質を有しつつ、覆工作業を2〜4人で効率的に行えることを確認できました。また、本技術を用いた現場施工の取り組みが評価され、国土交通省が主催する令和3年度「みちのくi-Construction奨励賞(民間企業部門)」を受賞しました。今後もさらに改良を続け、より良い技術にしていきます。
 なお、西松建設では、山岳トンネル無人化施工システム「Tunnel RemOS」の開発に取り組んでおり、2023年度までに各種関連技術を完成させる計画です。自動化セントルは、覆工コンクリート技術(Tunnel RemOS-Lining)に位置づけられます。当社は、これらの技術を用いてトンネル作業の完全無人化・自動化の早期実現を目指して取組みを続けていきます。