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光で覆工コンクリートの打設高さを管理する「スターライトセンサシステム」

-照度センサとLED照明でコンクリートの有無を判別して「見える化」-

2017年7月31日

 飛島建設株式会社(社長:乘京 正弘)、株式会社北斗工業(社長:山口 哲)、および大栄工機株式会社(社長:古礒 信幸)は、山岳トンネルの覆工コンクリートの施工において、光で覆工コンクリートの打設高さをリアルタイムに「見える化」して管理する「スターライトセンサシステム」を開発しました。

 山岳トンネル工事で覆工コンクリートを打設する際、コンクリートはセントル※1側壁部の下方の検査窓を打設口として打ち込まれ、打設高さに応じて打ち込む検査窓を上方に変えつつ、肩部の検査窓を経て、最後は天端の吹上げ口から打ち込みます。このとき、打上がり速度が速すぎたり、左右の打上がり高さが違いすぎると、型枠に大きな圧力や偏圧が作用して変形やずれの原因となります。また、打重ね時間が長くなってしまうとコールドジョイントの原因となります。

※1
覆工コンクリートを打設するための半円筒形の移動式型枠。図-1参照。

 以上のような施工上のトラブルを防ぐため、コンクリートの打設高さを管理することは品質管理の面でも重要となりますが、通常、打設高さを確認するためには、狭隘なセントル内から検査窓越しに照明を当てながら覗き込んで目視確認する必要がありました。

 本システムでは、安価な照度センサとLED照明をセントル表面に埋め込み、コンクリートの有無を照度で判別して打設高さをリアルタイムに「見える化」することを実現しました。

■ 図-1 セントルの照度センサとLED照明の設置箇所

図-1 セントルの照度センサとLED照明の設置箇所

 図-1に照度センサとLED照明の設置箇所を示します。
 照度センサとLED照明は1つずつで1セットとなり、それぞれセントル型枠上に設けた孔に固定します。今回システムを設置したセントルには、横断方向に5側線、1側線あたりアーチ方向に一定の間隔を空けて11セット、合わせて55セットの照度センサとLED照明を設置しました。

■ 図-2 センサがコンクリートを検知する仕組み

図-2 センサがコンクリートを検知する仕組み

 図-2にコンクリートを検知する仕組みを示します。
 セントル表面のLED照明が発した光は、打設空間を明るく照らすとともに、防水シートに反射して照度センサに照射されます。コンクリートが打ち上がってくると光がコンクリートによって遮られ、照度センサに光が届きません。照度センサは光の強弱によって電気抵抗値が変わるため、制御用PCでその変化を検知することによって、該当するセンサ部までコンクリートが打ち上がったと判断することができます。

■ 図-3 システム管理画面の表示例

図-3 システム管理画面の表示例

 図-3にシステムの管理画面の一例を示します。
 コンクリートを検知した照度センサに対応する部分が青く塗られ、コンクリートの打設高さを視覚的に把握することができます。
 画面の右側にはコンクリートポンプ車から送られる情報が表示されており、吐出量や温度の他、設定打設量から累計打設量を引いた「残り打設量」も表示されます。
 この画面は制御用PCで管理しており、打設高さの経時変化等の各情報を自動的に記録します。管理画面はセントルの切羽側の妻部付近に設置した大型ディスプレイに常時表示している他、クラウドサーバを介してPCやスマートフォン等のブラウザ上で確認できるため、インターネット環境があればどこにいても打設状況をリアルタイムで知ることができます。

 また、本システムは、図-2のようにセンサ部分の下部に型枠バイブレータを設置し、「型枠バイブレータ集中制御システム(NETIS:KT-130066-A)」と連携させることで、コンクリートが打ち上がった箇所に対し、タイマー制御によって自動で締固めを行うことができます。 現在は試験導入という位置付けで、天端部の型枠バイブレータ2列に対してセンサと連動させています。将来的には、全周に型枠バイブレータを設置して各センサと連動させることで、締固めを完全自動化することを可能としました。

 本システムを導入したのは、国土交通省中国地方整備局の「長門俵山道路 大寧寺第3トンネル北工事」です。写真-1は側壁部の打設状況、写真-2は、打設前の天端部の状況です。通常、打設空間は照明を設置しなければ暗闇で何も見えませんが、多数のLED照明によって打設空間の照度が確保され、作業効率や安全性の向上にも寄与しています。

■ 写真-1 側壁部の打設状況

写真-1 側壁部の打設状況

■ 写真-2 LED照明全点灯時の天端部

写真-2 LED照明全点灯時の天端部

 また、打設高さをリアルタイムに「見える化」したことにより、コンクリートを左右均等に打設することができるため、偏圧による変形やコールドジョイント等の不具合は現在まで確認されていません。写真-3に、打設後の覆工コンクリートの表面の状況を示します。

■ 写真-3 打設後の覆工コンクリート

写真-3 打設後の覆工コンクリート

 飛島建設株式会社、株式会社北斗工業、および大栄工機株式会社の三社は、今後も大寧寺第3トンネルで「スターライトセンサシステム」の検証・改善を進め、型枠バイブレータの自動締固め機能を完成させ、将来的には締固め作業の完全自動化を実現して省力化に貢献したいと考えています。

ニュースリリースに関するお問い合わせ

  • 飛島建設株式会社 企画本部 広報室
    松尾 和昌 TEL:03-6455-8312

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  • 飛島建設株式会社 土木事業本部 土木技術部
    熊谷 幸樹、滝波 真澄 TEL:03-6455-8327
  • 株式会社北斗工業 高知営業所
    中平 憲文 TEL:0889-40-1810
  • 大栄工機株式会社 営業部
    岩井 善紀 TEL:0749-64-0246