鹿島、ＴＢＭ工法での地山状態に応じた「支保パターン」を評価・選定するシステムを開発
地球統計学でＴＢＭ施工のリスクを管理
～ＴＢＭ統合地質評価システムの開発～
鹿島（社長：中村満義）は、京都大学の青木謙治教授と共同で、ＴＢＭ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｂｏｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ）工法における切羽前方の地質状態や地山に応じた支保パターン（注１）をリアルタイムに評価・選定するシステムを開発しました。このほど京都府道路公社発注の「宮津第１２トンネル工事」において本システムを搭載したＴＢＭで避難坑の施工を行い、トラブルなく掘削を完了しました。
注１：掘削後の地山の安定を保つために行う支保工（鋼アーチ支保工、吹付けコンクリート）で、地山の状態によりいくつか組み合わせのパターンがある
ＴＢＭ工法はトンネルの高速掘進が期待できますが、崩落や大量湧水などの地質トラブルが一度発生すると、工程に影響を及ぼし、結果として高速掘進性能を発揮できない場合があります。このため、施工中の切羽前方の地質状態をいち早く把握し事前に対策をたてることは、安全で合理的な施工を進める上で必要不可欠となっています。鹿島はこれまでに「削孔検層システム」（注２）や「ＴＲＴ探査」（注３）、「ＴＢＭナビゲータ」（注４）といった切羽前方の地質状態を観測する独自の技術を開発し、多くの実績をあげてきました。しかし、個々のシステムで得られた情報を統合して施工へ反映させるには、専門的な知識、経験が必要であると同時に分析時間も多くかかるという課題がありました。
そこで今回、既存システムで得られた様々なデータを多変量解析（注５）や地球統計学（注６）を用いて一括処理し、より高精度に地質状態や支保パターンを予測するシステムを開発しました。これらの分析手法を実施工中のＴＢＭの地質予測に適用した例は日本で初めてです。
注２：パーカッションドリルの削孔時に得られる油圧データから、岩盤の硬さを表す破壊エネルギー係数を算出するシステム
注３：人工振動の反射波を利用し、切羽前方の不連続面の位置と幅を予測する探査手法
注４：ＴＢＭ掘進時に得られる推力、トルクなどの油圧データや掘進速度、ＴＢＭ機体の姿勢制御、線形測量を一括して行うＴＢＭの掘削管理システム
注５：多数のデータの相関性を統計学的に分類し、複雑なデータを簡単に表すことができる統計処理手法
注６：主に石油など埋蔵場所を予測する資源探査で活用されているもので、既知のデータを分析し、ある箇所の未知の値を推定する手法
本システムでは、削孔検層で得られた切羽前方３０ｍ～４０ｍの地質データやＴＢＭ掘削時に得られる大量のデータを新に採用した分析手法を用いて即座に分類・解析し、切羽前方の地山における脆弱部出現の確率や地質に応じた支保パターンなどの分析結果を分かり易くＴＢＭのモニターに表示します。
これにより、従来ＴＢＭテールから地山が出現した後に、坑壁観察をしてから決定していた支保パターンを前もって選定・準備し、地山が現れたと同時に適切な支保を建て込むことが可能となりました。
システム概念図
ＴＢＭのモニター画面
※添付資料を参照
今後、当社ではＴＢＭ工法で掘削するトンネル工事の安全で合理的な施工を実現するため、本システムを積極的に採用していく方針です。
工事概要
宮津第１２トンネルの避難坑（全長３，４５７ｍ）工事は、多くの地質不良部が出現しましたが、本システムの導入により地質トラブルによるリスクを事前に回避し、安全で合理的な施工を実現することができました。本工事において分析結果と実際の地質状態の確認を行い、システムの精度の高さが実証されました。
※添付資料を参照