「自動火薬装填システム」でトンネル切羽発破に成功

～力触覚技術「リアルハプティクス®」を応用し、トンネル外で安全な作業を実現～

株式会社大林組

2024年12月2日 14時00分

　NEDOの「官民による若手研究者発掘支援事業」（以下、若サポ（※1））の一環で、慶應義塾大学の野崎貴裕准教授らの研究グループと株式会社大林組は、遠隔で力触覚を再現する技術（リアルハプティクス（※2））を応用し、2023年に山岳トンネルの掘削面（切羽）での火薬の装填（そうてん）作業を遠隔化・自動化する「自動火薬装填システム（※3）」（以下、本システム）を開発しました。このたび、本システムを用いて、トンネル外から遠隔で実火薬を装填し、発破することに成功しました。また、装薬孔検知技術などを連携させ、本システムでの作業自律化にも成功し、生産性の向上が期待されます。

　今後、起爆用爆薬を供給する装置（親ダイ供給装置）の搭載や、大型重機の自動運転との連携、さらに火薬の脚線結線（※4）作業の自動化を進め、一連の技術の現場適用を目指します。また、各作業を自律学習させることで、トンネル掘削作業の無人化につながる開発を進めていきます。

背景

　山岳トンネル工事における重大災害の多くは、支保工建て込み作業（※5）と、切羽（きりは）直下（※6）での火薬の装填・結線作業で発生しています。このうち、重機を使用する支保工建て込みなどの作業は遠隔化・自動化が進んでいます（※7）。一方、火薬の装填・結線作業は、火薬や雷管（※8）などの危険性が高い材料や、細かい脚線を取り扱うことから、繊細な力加減や手指の感覚を必要とします。「山岳トンネル工事の切羽における肌落ち災害防止対策に係るガイドライン（厚生労働省）」に基づき、安全対策を講じながら手作業で施工していますが、さらなる作業の安全性確保と生産性向上が求められています。

　NEDOの若サポの一環で、慶應義塾大学の野崎貴裕准教授らの研究グループと大林組は、リアルハプティクスを応用して、切羽直下での火薬の装填・結線作業を遠隔化・自動化する研究に取り組み、2023年9月に自動火薬装填システムを開発し、室内試験にて遠隔装填技術と遠隔装填技術で伝送される力触覚のデータを利用した自動装填に成功しました。

トンネル工事における遠隔装填

　本システムは、リアルハプティクスにより力触覚が伝わることで、切羽から離れた安全な場所から、あたかも切羽で直接作業を行っているかのように直感的な火薬の装填作業が行えます。今回の実証実験では、本システムを長野県下伊那郡にあるトンネル工事現場（国土交通省中部地方整備局令和4年度三遠南信6号トンネル工事）で適用しました。大型重機に搭載した装填ロボットを、切羽から30m地点と、切羽から320m離れたトンネル外で操作して、火薬の装填、発破を行いました。

1．火薬供給装置との連携

　本システムに、紙巻や粒状の火薬供給装置との連携を行い、さまざまな火薬の遠隔装填に成功しています。今回の実証実験では、紙巻の含水爆薬には株式会社熊谷組が開発した装置（※9）、粒状の含水爆薬には粒状爆薬供給装置（※10）を使用しました。アンホ爆薬やバルクエマルジョン爆薬などの火薬供給装置とも連携することができ、安全な場所から火薬を供給し、装填することが可能です。

2．トンネル外からの遠隔装填

　遠隔装填は、トンネル外のオペレータ室に設置したリモコン側と、トンネル内の切羽で実際に作業する装填ロボット側（※11）で構成します。大型重機で装填ロボットを装薬孔の近くまで移動後、トンネル外のオペレータ室で装薬孔周辺を映したモニターを見ながら、リアルハプティクスによりリモコンと装填ロボットの触覚を相互に再現することで、遠隔操作による火薬装填に成功しました。