世界初！2ブームロックボルト施工機の自動化を実現

ボタン1つでロックボルト工の一連作業が可能となり、省力化と安全性の確保を達成

　鹿島（社長：天野裕正）は、古河ロックドリル株式会社（東京都千代田区、社長：山口正己、以下「古河ロックドリル」）と共同で、山岳トンネル工事におけるロックボルト工のうち、位置への誘導から穿孔（せんこう）、モルタル注入、ボルト挿入までの一連作業を自動化する「2ブームロックボルト施工機（以下「本機」）」を開発しました。これにより、本機を施工位置に配置するだけで、所要の数量、間隔でのロックボルト工の一連作業を自動で行えるようになりました。これらの作業の自動化は世界初です。
　このたび本機を、次世代の山岳トンネル自動化施工システム「A4CSEL for Tunnel」の実証実験を行っている神岡試験坑道（岐阜県飛騨市）に導入しました。その結果、施工速度および精度を確保したうえで、作業員の苦渋作業の軽減と、安全性の飛躍的向上を実現しました。

ロックボルト工の一連作業を自動化する「2ブームロックボルト施工機」

• 開発の背景

　建設業界では、「熟練技能者不足」「頻発する労働災害」「他産業と比べて低い生産性」が喫緊の課題であり、山岳トンネル工事も例外ではありません。
　そこで鹿島は、これらの課題解決に向けて「A⁴CSEL for Tunnel」の開発を順次進めています。「A⁴CSEL for Tunnel」は、山岳トンネル工事の掘削作業を、[1]穿孔 [2]装薬 [3]ずり出し [4]アタリ取り [5]吹付け [6]ロックボルトの6つの施工ステップに分け、各ステップで使用する重機の運転を自動化・遠隔化し、それらを一元管理する次世代の建設生産システムです。

「A4CSEL for Tunnel」のコンセプト

　このうち[6]ロックボルト工は未だ、崩落の危険性のあるトンネル切羽近傍での人力作業が主体であり、特にロックボルトの挿入は、高所で1本約20kgに及ぶロックボルトを人力で挿入するため、作業員の安全確保および負担軽減が課題でした。そこで当社は2018年に、大狩部トンネル工事（北海道新冠郡）において、ロックボルト工のうちモルタル注入とボルト挿入作業を機械化しました。2019年には、これらの作業に穿孔を加えたロックボルト工の一連作業をすべて機械化した１ブームロックボルト打設専用機を開発し、日下川新規放水路工事（高知県高岡郡）に導入しました。そしてこのたび、次なるステップとして、自動穿孔技術などを取り入れ、上記一連作業を自動化するとともに、2ブーム化により施工速度の倍速化を実現する本機を開発しました。

• 本機の特長と効果

　本機は、古河ロックドリル社製の従来の2ブームロックボルト施工機にセンサやプログラム、インターフェース（情報や信号のやり取りによる制御）を追加して改良を行い、さらに「穿孔位置の自動位置合わせシステム」と「自動ロックボルト打設装置」を新規搭載したものです。これにより、これまで手動で切り替え操作を行っていた、[1]穿孔位置への誘導から、[2]穿孔、[3]モルタル注入、[4]ボルト挿入までの一連作業を自動化できます。

■ 穿孔位置の自動位置合わせシステム

　「穿孔位置の自動位置合わせシステム」では、あらかじめ登録した設計穿孔位置データと、トータルステーションで計測した本体位置データから、「自動ロックボルト打設装置」の穿孔位置への誘導および打設角度の設定を自動で行います。これにより、作業員による穿孔位置のスプレーマーキング作業、オペレータによるブーム操作といった従来の作業が不要となり、省力化、さらには施工精度の確保および安全性の向上を実現しました。

「穿孔位置の自動位置合わせシステム」の構成

■ 自動ロックボルト打設装置

　「自動ロックボルト打設装置」は、穿孔・モルタル注入・ボルト挿入の3つのセクションで構成されます。各セクションの切替は、回転動作のみで自動で行うことができます。本装置は左右のブームに装備され、3～6ｍのロックボルトに対応可能です。
　穿孔セクションでは、コンピュータジャンボに搭載されている自動穿孔技術により、軟岩から硬岩までロックボルトの長さに合わせ安定した穿孔が可能です。モルタル注入セクションでは、本機後方に配置したモルタル注入機と連動することで、左右同時にモルタルを自動注入できます。ボルト挿入セクションには、10本のロックボルトを装填できる「ロックボルトマガジン」を新規搭載しました。左右で最大20本のロックボルトを連続して自動挿入できます。

自動ロックボルト打設装置

3つのセクションで構成され、一連作業が自動化

• 今後の展開

　鹿島は今後、本機を他の山岳トンネル工事に導入することで、ロックボルト工の安全性および生産性のさらなる向上を目指します。また引き続き、山岳トンネル工事における掘削作業の6つの施工ステップで使用する重機の運転の自動化・遠隔化の実現に向け、「A4CSEL for Tunnel」の技術開発を進めてまいります。

• 神岡試験坑道 工事概要

場所：岐阜県飛騨市神岡町
諸元：トンネル掘削321.3m 掘削断面積：アプローチ部43.9m2、自動化施工試験部73.5m2

• （参考）

「ロックボルト削孔データによる周辺地質の3次元評価」
https://www.kajima.co.jp/tech/c_mountain_tunnel/measurement/index.html#!body_02

「動画でみる鹿島の土木技術」　山岳トンネル

https://www.kajima.co.jp/tech/c_movies/index.html#anc_mountain_tunnel

ドリルジャンボを用いたロックボルト工の機械化施工を実現！（2018年7月3日プレスリリース）
https://www.kajima.co.jp/news/press/201807/3c1-j.htm

自動化目前！ロックボルト工の一連作業を完全機械化（2019年7月17日プレスリリース）
https://www.kajima.co.jp/news/press/201907/17c1-j.htm

「A4CSEL for Tunnel」実坑道での実規模施工試験、いよいよスタート（2021年10月7日プレスリリース）
https://www.kajima.co.jp/news/press/202110/7c1-j.htm