山岳トンネルにおける覆工コンクリートの自動打設システムを開発

～コンクリート圧力計測に基づく打設高さモニタリングによる自動締固め、圧送ポンプ制御～

株式会社　奥村組

2024年10月7日 08時30分

　株式会社奥村組（本社：大阪市阿倍野区、代表取締役社長：奥村太加典）と北陸鋼産株式会社（富山県滑川市、代表取締役社長：酒井正）は、山岳トンネルにおける覆工コンクリートの自動打設システム（以下、「本システム」）を開発しました。

　本システムにより、覆工コンクリート打設作業の省人化・省力化とともに、安定した品質の確保が実現します。

【背景】

　山岳トンネル工事における覆工コンクリートの打設（打込みや締固めなど）には、多くの熟練技能労働者が必要となりますが、慢性的な人手不足により十分な人数を確保することが難しくなってきています。また、同工程は、技能労働者の熟練度によって覆工コンクリートの品質にばらつきが生じやすいことに加え、繰り返し作業や狭隘な場所での苦渋作業が多く、従事する技能労働者の負担が大きいことも課題として挙げられています。

　そこで当社は、品質を確保しつつ省人化・省力化を図る本システムを開発しました。

【概要】

　本システムは、当社が以前開発した「高速打設システム」※1と「圧力計による打設高さ検知システム」※2を組み合わせ、これに圧送ポンプ機のリモコンとバイブレータの制御盤を接続したものです。予め設定した打上がり高さに応じて、ポンプの圧送速度、ポンプとバイブレータの稼働・停止を自動制御することにより、覆工コンクリートの打設を、打設口の切り替え作業を除き、自動で行うことができます（図-1）。

※1：1系統の打設ルートをY字配管によりセントル（移動式型枠）の左右に分岐させる「左右の同時打設」（写真-1）と、コンクリートをセントル内の打設口の高さに到達するまで流入した後も、配管を切り替えずそのまま打設空間の上方へ圧入する「圧入方式を併用する打設」により、配管の切り替え作業の回数を削減し、同作業にともなう打設中断時間を短縮します。

※2：セントルに設置した圧力計で計測したコンクリートの圧力から、打設高さを算出します。一定の高さに達したことを感知するセンサーを設置して計測する方法もありますが、同方法と比べ少ないセンサーの数で正確に打設高さを把握できます。

【実大規模施工実験での検証】

　当社技術研究所において、実大規模のセントルに中流動コンクリート※3を用いた施工実験を行い(写真-2)、本システムの有効性を確認しました。バイブレータの稼働のタイミングや作動時間を、労働者の感覚に依存することなく、計測値に基づき定量的に制御し、脱型後の表面観察や表面透気係数試験等で所定の品質基準を満たしていることを確認しました。さらに、異なるメーカーの2種類のコンクリートポンプを用い、汎用性も確認しました。

※3：トンネル覆工用のコンクリートで、締固めを行うことで型枠の隅々まで充塡が可能。