含羞草传媒

2023/10/04

含羞草传媒（株）（本社：東京都中央区、社長：大谷 清介）は、（株）きんそく（本社：京都府京都市、代表取締役：奥野 勝司）と共同で、泥土圧シールドトンネル工事における新たな掘削土砂量計測技術「掘進土量リアルタイム計測システム（以下、本システム）」を開発しました。本システムでは３Ｄレーザースキャナを用いることにより、掘削土砂量を連続的、かつ正確にリアルタイムで計測管理することが可能とします。

シールド工法では掘进量と掘削土量をバランスさせることにより、切羽地山の土圧?水圧と対抗させ、切羽の安定を确保しています。计画掘削土量と実掘削土量に差が生じた场合、地下埋设物への影响や地表面の沉下や隆起を発生させたり、陥没事故を诱発してしまいます。そのため掘削土量の正确な计测?管理は极めて重要です。
従来、掘削土量の体积计测は掘削完了后、ズリ钢车を坑口へ运搬するときに容积の决まった钢车表面をレーザースキャナで计测する机器で行っておりますが、リアルタイムで计测することができませんでした。またベルトコンベア上で排出土砂の表面をスキャンしてリアルタイムに计测する机器では、ベルトコンベアの速さや不定期な土砂排出により、正确に把握することが困难でした。
今回、泥土圧シールド工法におけるベルトコンベアの上方に３Ｄレーザースキャナを设置し、排土される掘削土砂にレーザーを放射することで得られる点群から、流れる土砂の３Ｄ画像を作成する技术を开発しました。これにより、リアルタイムにベルトコンベア上の土砂形状を把握することで体积を计测?管理することが可能となりました。

本システムは、泥土圧シールド机のスクリューコンベアから排土され、ベルトコンベアに积载された土砂を复数のレーザーセンサーが组み込まれた3Ｄレーザースキャナを用いて、断面积を集积し、３Ｄレーザースキャナ1回転分の体积を算出し、积算し计测します。（図-1参照）

本システムの土砂量计测は３Ｄレーザースキャナの持つ复数のレーザーセンサーのうち、误差を少なくするため中心に近い角度の４?５本のレーザーセンサーを使用します。ベルト面の点群と掘削土表面の点群を计测し、合成した二つの点群で囲まれた部分の断面积を算出します。（図-2、図-3参照）
同时に复数のレーザーを使用することで高速ベルトコンベアにて移动する土砂を10?20㎜の精细なピッチで断面计测を行えるため精度の高い搬出土砂量の计测が可能となります。（図-4参照）

下写真は室内実験でベルトコンベア上を流れる土砂形状计测を行ったものです（写真-1,図-4参照）。

当社のシールドトンネル工事现场で本システムの実証実験を行いました（写真-2,図-5参照）。

実証での実土量と计测値の误差は７％以内でしたが繰り返し试行し、精度を上げるため使用する３Ｄレーザースキャナの特性に合わせた土量计算アルゴリズムを开発することで计测精度を５％以内とすることを目指します。