JP2024086241A - トンネル工事のずり排出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル工事の省人化および効率化を図る上で有利なトンネル工事のずり排出方法を提供する。
【解決手段】切羽１０を***して掘削した後、ずりの仮置き場２４を設け、掘削されたずりを切羽１０から仮置き場２４に運搬して積載し、ずり積み込み機２６によって仮置き場２４からずりをクラッシャー１８に搬送し、クラッシャー１８で破砕されたずりを長尺ベルトコンベア装置２２によって坑口に向けて運搬する際に、仮置き場側ずり量検出部３２によって、仮置き場２４に積載されたずりの量を仮置き場ずり量として検出し、クラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２と切り離して設けた主制御部２８Ａによって、仮置き場ずり量に基づいてクラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２を制御するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明はトンネル工事のずり排出方法に関する。

トンネル工事において、***工程および削岩機で掘削されたずりを坑口へ搬送する場合、切羽側においてクラッシャーを配置し、クラッシャーから坑口に向かって連続ベルトコンベア装置を延在させている。
そして、切羽で発生したずりをホイールローダのような油圧ショベルにより掻き取り、クラッシャーまで運搬してクラッシャーに投入し、クラッシャーで破砕された掘削ずりをクラッシャーから連続ベルトコンベア装置に積載し、ずりを連続ベルトコンベア装置によって坑口に向けて搬送する。
ところで、クラッシャーに対して一度に投入可能なずり量には上限があることから、大量のずりを一度にクラッシャーに投入することはできず、時間をかけながらずりを徐々にクラッシャーに投入する必要があることから、ずりをクラッシャーへ投入する際にはある程度の時間がかかる。
***工程毎に、ホイールローダの１００ｍから１３０ｍの距離の往復移動が数十回程度なされることからホイールローダの往復移動に多大な時間を要することは無論のこと、さらに上述したようにホイールローダによるずりのクラッシャーへの投入にも時間を要することから、掘削ずりの搬出効率を高める上で改善の余地があった。
そこで、本出願人は、切羽とクラッシャーとの中間地点に仮置き場を設け、油圧ショベルによって切羽のずりを仮置き場に運搬すると共に、仮置き場の近傍に設けたずり積み込み機を用いてずりをクラッシャーに投入することにより、***工程後の切羽のずりの後処理を、従来に比べて短時間で済ませることができるトンネル工事のずり排出方法を提案している（特許文献１参照）。

特許第７０９７２８６号公報

ところで、クラッシャーおよび連続ベルトコンベア装置は、タイマーに設定された稼働時間だけ動作され、稼働時間の経過後に動作が停止されるようになっている。
したがって、作業者が仮置き場のずり量を目視によって判断し、ずり量に見合った稼働時間をタイマーに設定することが必要となる。これは***工程によって発生するずり量が一定ではなく***工程のたびに異なったずり量となるためである。
そのため、***工程のたびに、作業員が仮置き場のずり量を目視で判断し、ずり量に見合った稼働時間を作業員が想定してタイマーに設定する作業が必要となることから、作業員が必要となることは無論のこと、作業員の目視でずり量を判断することから作業員の経験の差などによって設定される稼働時間にばらつきが生じ、ずり量に見合った正確な稼働時間をタイマーに設定することは難しく、クラッシャーおよび連続ベルトコンベア装置を効率的に稼働させる上で改善の余地がある。
本発明は前記事情に鑑み案出されたものであり、その目的は、トンネル工事の省人化および効率化を図る上で有利なトンネル工事のずり排出方法を提供することにある。

上述の目的を達成するため、本発明の一実施の形態は、切羽を***して切羽を掘削した後、***により掘削されたずりを前記切羽から坑口へ運搬するトンネル工事におけるずりの搬送方法であって、トンネルの延在方向において前記切羽寄りの箇所に仮置き場を設け、前記掘削されたずりを前記切羽から前記仮置き場に運搬して積載し、前記ずり仮置場の近傍にずりを破砕するクラッシャーを設け、前記仮置き場からずりを前記クラッシャーに搬送するずり積み込み機を設け、前記クラッシャーで破砕されたずりを前記坑口に向けて運搬する長尺ベルトコンベア装置を設け、前記仮置き場に積載されたずりの量を仮置き場ずり量として検出する仮置き場側ずり量検出部を設け、前記仮置き場ずり量に基づいて前記クラッシャーおよび前記長尺ベルトコンベア装置を制御する主制御部を前記クラッシャーおよび前記長尺ベルトコンベア装置と切り離して設けたことを特徴とする。
本発明の一実施の形態は、前記仮置き場側ずり量検出部は、前記仮置き場およびその周辺にレーザー光を照射して点群データを取得する仮置き場側３Ｄレーザースキャナーと、前記点群データから３次元画像情報を生成する仮置き場側３次元画像情報生成部と、前記３次元画像情報に基づいて前記仮置き場ずり量を推定する仮置き場ずり量推定部とを備えることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記掘削されたずりの前記仮置き場への運搬、積載を運搬用重機により行ない、前記運搬用重機は、前記運搬用重機の周辺の前記切羽を含むトンネル坑内の状況に関する情報を含む第１周辺情報を取得する第１周辺情報取得部を備え、前記主制御部は、前記第１周辺情報に基づいて前記運搬用重機の動作を制御する機能を備えることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記第１周辺情報取得部は、前記運搬用重機の周辺の前記切羽を含むトンネル坑内にレーザー光を照射して点群データを取得する運搬用重機側３Ｄレーザースキャナーと、前記点群データから前記第１周辺情報としての３次元画像情報を生成する運搬用重機側３次元画像情報生成部とを備えることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記運搬用重機側３Ｄレーザースキャナーは、前記仮置き場側３Ｄレーザースキャナーを兼用し、前記運搬用重機側３次元画像情報生成部は前記仮置き場側３次元画像情報生成部を兼用することを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記ずり積み込み機は、前記ずり積み込み機の周辺の前記仮置き場を含むトンネル坑内の状況に関する情報を含む第２周辺情報を取得する第２周辺情報取得部を備え、前記主制御部は、前記第２周辺情報に基づいて前記ずり積み込み機の動作を制御する機能を備えることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記第２周辺情報取得部は、前記ずり積み込み機の周辺のトンネル坑内にレーザー光を照射して点群データを取得する前記ずり積み込み機側３Ｄレーザースキャナーと、前記点群データから前記第２周辺情報としての３次元画像情報を生成する前記ずり積み込み機側３次元画像情報生成部とを備えることを特徴とする。

本発明の一実施の形態によれば、仮置き場側ずり量検出部によって、仮置き場に積載されたずりの量を仮置き場ずり量として検出し、クラッシャーおよび長尺ベルトコンベア装置と切り離して設けた主制御部によって、仮置き場ずり量に基づいてクラッシャーおよび長尺ベルトコンベア装置を制御するようにした。
したがって、クラッシャーおよび長尺ベルトコンベア装置の自動制御を実現することができ、仮置き場側ずり量検出部によって検出された正確なずり量に基づいてクラッシャーおよび長尺ベルトコンベア装置を制御できることからクラッシャーおよび連続ベルトコンベア装置を効率的に稼働させる上で有利となり、トンネル工事の省人化および効率化を図る上で有利となる。
また、主制御部をクラッシャーおよび長尺ベルトコンベア装置と切り離して設けたので、主制御部の調整、設計変更、保守などの作業を、クラッシャーおよび長尺ベルトコンベア装置の運用状態の影響を受けることなく効率的に行なう上でも有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、３次元画像情報に基づいて仮置き場ずり量を正確に推定することができるため、仮置き場ずり量に基づいてクラッシャーおよび長尺ベルトコンベア装置の制御を正確に確実に行なう上で有利となり、トンネル工事の省人化および効率化を図る上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、第１周辺情報に基づいて運搬用重機の自動制御を行なえることは無論のこと、運搬用重機の動作の制御を正確に確実に行なう上で有利となり、省人化を図りトンネル工事の効率化を図る上で有利となる。
また本発明の一実施の形態によれば、第１周辺情報が３次元画像情報で構成されているため、運搬用重機の動作の制御を正確に確実に行なう上でより有利となり、トンネル工事の省人化および効率化を図る上でより有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、３Ｄレーザースキャナーおよび３次元画像情報生成部の数を低減でき、構成の簡素化、部品点数の削減を図ることができることから、コストの低減を図る上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、第２周辺情報に基づいてずり積み込み機の自動制御を行なえるので省人化を図れることは無論のこと、主制御部は第２周辺情報に基づいて仮置き場のずりの量を正確に把握することができ、ずり積み込み機の動作の制御を正確に確実に行なう上でより有利となり、トンネル工事の省人化および効率化を図る上でより有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、第２周辺情報が３次元画像情報で構成されているため、ずり積み込み機の動作の制御を正確に確実に行なう上でより有利となり、トンネル工事の省人化および効率化を図る上でより有利となる。

実施の形態のトンネル工事のずり排出方法の説明図である。 ずり積み込み機の側面図である。 実施の形態のトンネル工事のずり排出方法に用いられるホイールローダ、ずり積み込み機、制御装置、タイマー、クラッシャー、長尺ベルトコンベア装置の全体構成を示すブロック図である。 実施の形態のトンネル工事のずり排出方法のフローチャートである。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、切羽１０の付近には一台または複数台のホイールローダ１２が配置され、***工程における爆風の影響を避けるため、切羽１０から所定距離、離れた箇所に、例えば、約１００ｍ程度坑口側に離れた箇所でトンネル床面１６の幅方向の一側に、坑口側に向けてクラッシャー１８とテールピース台車２０が並べられて配置され、テールピース台車２０から坑口に向かって長尺ベルトコンベア装置（連続ベルトコンベア装置ともいう）２２が延在している。
そして、トンネル１４の延在方向において切羽１０とクラッシャー１８との中間地点に仮置き場２４が設けられ、仮置き場２４とクラッシャー１８との間の箇所にずり積み込み機（ロックローダともいう）２６が配置されている。
また、トンネル１４の坑内または坑外には、図３に示す制御装置２８が設置され、この制御装置２８によってホイールローダ１２、ずり積み込み機２６、クラッシャー１８、長尺ベルトコンベア装置２２が制御される。
以下、ホイールローダ１２、ずり積み込み機２６、クラッシャー１８、テールピース台車２０、長尺ベルトコンベア装置２２、制御装置２８について具体的に説明する。

ホイールローダ１２は、***工程によって切羽１０が掘削されることで発生したずりを仮置き場２４に搬送する自走式の運搬用重機（油圧ショベル）である。本実施の形態では、運搬用重機としてホイールローダ１２を用いた場合について説明するが、運搬用重機はずりを運搬することができればよく、バックホウやブルドーザなどホイールローダ１２以外の従来公知の様々な自走式の運搬用重機を用いることができる。
本実施の形態では、ホイールローダ１２は、エンジンなどの駆動源、駆動源の駆動力によって回転駆動されるタイヤによって走行する本体、本体に設けられずりをすくい取るバケット、バケットを駆動する油圧シリンダ、油圧シリンダを駆動する油圧源などを含んで構成されている。

また、図３に示すように、ホイールローダ１２は、ホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａと、ホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂと、仮置き場ずり量推定部１２Ｃと、ホイールローダ側制御部１２Ｄと、ホイールローダ側通信部１２Ｅとを含んで構成されている。
なお、ホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂと、仮置き場ずり量推定部１２Ｃと、ホイールローダ側制御部１２Ｄと、ホイールローダ側通信部１２Ｅとは、ホイールローダ１２に設けられたコンピュータが制御プログラムを実行することによって実現される。
ホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａは、ホイールローダ１２の本体に設けられ、ホイールローダ１２の周辺の切羽１０を含むトンネル１４坑内にレーザー光を照射して点群データを取得するものである。
ホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂは、ホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａで取得された点群データから第１周辺情報としての３次元画像情報を生成するものである。
ここで、第１周辺情報とは、ホイールローダ１２の周辺の切羽１０を含むトンネル１４坑内の状況に関する情報を含む情報である。
また、本実施の形態では、ホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａと、ホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂとによって、第１周辺情報を取得する第１周辺情報取得部３０が構成されている。

仮置き場ずり量推定部１２Ｃは、ホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂから生成された３次元画像情報に基づいて仮置き場２４に積載されたずりの量である仮置き場ずり量を推定するものである。
具体的には、仮置き場ずり量推定部１２Ｃは、ホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａによって仮置き場２４に積載されたずりにレーザー光を照射して取得された点群データから、ホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂによって生成されたずりの３次元画像情報に基づいて仮置き場ずり量を推定するものである。
本実施の形態では、仮置き場２４に積載されたずりの量を仮置き場ずり量として検出する仮置き場側ずり量検出部３２が、ホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａと、ホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂと、仮置き場ずり量推定部１２Ｃとによって構成されている。

また、本実施の形態では、ホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａが仮置き場２４およびその周辺にレーザー光を照射して点群データを取得する仮置き場用３Ｄレーザースキャナーを兼用し、ホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂが仮置き場２４に積載されたずりにレーザー光を照射して取得された点群データから３次元画像情報を生成する仮置き場用３次元画像情報生成部を兼用している。

ホイールローダ側制御部１２Ｄは、ホイールローダ側通信部１２Ｅを介して制御装置２８から受信した制御指令に基づいてホイールローダ１２の動作、具体的には、走行動作、バケットによるずりの掻き取り（すくい取り）、バケットによるずりの仮置き場２４への積載動作などを制御するものである。
したがって、ホイールローダ１２は、制御装置２８によって自動制御されている。
ホイールローダ側通信部１２Ｅは、後述する制御装置２８の制御装置側通信部２８Ｂと無線回線を介して通信可能に構成され、制御装置側通信部２８Ｂに対してホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂで生成された第１周辺情報を送信すると共に、制御装置側通信部２８Ｂからの制御指令を受信するものである。

ずり積み込み機２６は、仮置き場２４に積載されたずりをクラッシャー１８に搬送するものである。
図２に示すように、ずり積み込み機２６は、走行体３４と、ずり掻き込み機構３６と、積み込み機構３８とを備えている。
走行体３４は、左右一対のクローラ３４０２と、それらクローラ３４０２を正逆転させる駆動部３４０４と、左右一対のクローラ３４０２で支持された機体３４０６とを含んで構成されている。なお、走行体３４の構成には従来公知の様々な構成が採用可能である。
ずり掻き込み機構３６は、ブーム４０とずり掻き込み用のバケット４２とを備えている。
ブーム４０は、機体３４０６にブーム支持フレーム４００２、水平旋回部４００４、ブラケット４００６を介して揺動可能に支持された後ブーム４００８と、後ブーム４００８に揺動可能に支持された前ブーム４０１０と、後ブーム４００８を上下に揺動させる後油圧シリンダ４０１２と、前ブーム４０１０を上下に揺動させる前油圧シリンダ４０１４とを備えている。
バケット４２は前ブーム４０１０の先端に上下に揺動可能に設けられ、前ブーム４０１０に、バケット４２を上下に揺動させるバケット油圧シリンダ４２０２が設けられている。なお、このようなブーム４０、バケット４２の構成には従来公知の様々な構成が採用可能である。
なお、後ブーム４００８の後端が結合される水平旋回部４００４は、機体３４０６の幅方向の一側に設けられている。

積み込み機構３８はコンベア装置４４で構成されている。
コンベア装置４４は機体３４０６上で支持され、トンネル１４の延在方向に沿って延在している。
コンベア装置４４は、コンベアフレーム４４０２と、駆動ローラ４４０４と、従動ローラ４４０６と、それらローラ４４０４，４４０６に巻装されたベルト４４０８とを含んで構成されている。
コンベアフレーム４４０２は機体３４０６で支持され、駆動ローラ４４０４、従動ローラ４４０６はコンベアフレーム４４０２で支持されている。
ベルト４４０８が駆動ローラ４４０４と従動ローラ４４０６とに巻装されることで、ベルト４４０８の走行によりずりを搬送する搬送路４４Ａが構成されている。

搬送路４４Ａは、平面視した場合、機体３４０６の幅方向の中央を通り、搬送路４４Ａの上流端は走行体３４および機体３４０６よりも切羽１０側に突出しており、搬送路４４Ａの下流端は走行体３４および機体３４０６よりも坑口側に大きく突出している。
また、搬送路４４Ａは、側面視した場合、上流端がトンネル床面１６の近傍に位置し、上流端から下流端に向かうにつれて次第に上昇する傾斜で設けられている。
そして、図１に示すように、下流端の高さは、下流端の下方にクラッシャー１８のホッパー１８０２が入りこむことが可能で、下流端から後述するクラッシャー１８のホッパー１８０２にずりを落下できる寸法で設けられている。
バケット４２により掻き取られたずりは、搬送路４４Ａの上流端に積載され、下流端からクラッシャー１８のホッパー１８０２に落下される。なお、コンベア装置４４の構成には従来公知の様々な構成が採用可能である。

また、図３に示すように、ずり積み込み機２６は、ずり積み込み機側３Ｄレーザースキャナー２６Ａと、ずり積み込み機側３次元画像情報生成部２６Ｂと、ずり積み込み機側制御部２６Ｃと、ずり積み込み機側通信部２６Ｄとを含んで構成されている。
なお、ずり積み込み機側３次元画像情報生成部２６Ｂと、ずり積み込み機側制御部２６Ｃと、ずり積み込み機側通信部２６Ｄとは、ずり積み込み機２６に設けられたコンピュータが制御プログラムを実行することによって実現される。
ずり積み込み機側３Ｄレーザースキャナー２６Ａは、ずり積み込み機２６の周辺のトンネル１４坑内にレーザー光を照射して点群データを取得するものである。
ずり積み込み機側３次元画像情報生成部２６Ｂは、ずり積み込み機側３Ｄレーザースキャナー２６Ａで取得された点群データから第２周辺情報としての３次元画像情報を生成するものである。
本実施の形態では、ずり積み込み機側３Ｄレーザースキャナー２６Ａと、ずり積み込み機側３次元画像情報生成部２６Ｂとによって、ずり積み込み機２６の周辺の仮置き場２４を含むトンネル１４坑内の状況に関する情報を含む第２周辺情報を取得する第２周辺情報取得部４６が構成されている。

ずり積み込み機側制御部２６Ｃは、ずり積み込み機側通信部２６Ｄを介して制御装置２８から受信した制御指令に基づいてずり積み込み機２６の動作、具体的には、走行体３４による走行動作、ずり掻き込み機構３６によるずりの掻き込み動作、積み込み機構３８によるずりのクラッシャー１８のホッパー１８０２へのずりの排出動作などを制御するものである。
したがって、ずり積み込み機２６は、制御装置２８によって自動制御されている。
ずり積み込み機側通信部２６Ｄは、制御装置２８の制御装置側通信部２８Ｂと無線回線を介して通信可能に構成され、制御装置側通信部２８Ｂに対してずり積み込み機側３次元画像情報生成部２６Ｂで生成された第２周辺情報を送信すると共に、制御装置側通信部２８Ｂからの制御指令を受信するものである。

図１に示すように、クラッシャー１８は、ずりが投入されるホッパー１８０２を備え、ホッパー１８０２に投入されたずりをクラッシャー１８の破砕部で破砕し、破砕したずりをクラッシャー１８のベルトコンベア１８０４からテールピース台車２０に搬送するものである。

図１に示すように、長尺ベルトコンベア装置２２は、テールピース台車２０から坑口に向かって延在して配置され、テールピース台車２０を介して搬送されたずりを連続コンベアベルト２３により坑口に向けて搬送するものである。

図３に示すように、制御装置２８は、トンネル１４の坑内または坑外の適宜箇所に、ホイールローダ１２、ずり積み込み機２６、クラッシャー１８、長尺ベルトコンベア装置２２と切り離して設置されたコンピュータによって構成されている。
そして、コンピュータにインストールされた制御プログラムを実行することによって主制御部２８Ａおよび制御装置側通信部２８Ｂとして機能する。
主制御部２８Ａは、第１周辺情報に基づいてホイールローダ１２の周辺のトンネル１２の切羽１０、掘削されたずり、トンネル床面１６、トンネル周壁面、その他の設備などの３次元形状を認識して、ホイールローダ１２が支障なく切羽１０から掘削されたずりを仮置き場２４に搬送する一連の動作（バケットの動作、自律走行動作など）を制御する。
また、主制御部２８Ａは、第２周辺情報に基づいて、仮置き場２４に積載されたずり、トンネル床面１６、トンネル周壁面、その他の設備などの３次元形状を認識して、走行体３４を制御することにより、仮置き場３４に積載されたずりを掻き込むために必要な走行体３４による自律走行動作を制御し、また、ずり掻き込み機構３６、積み込み機構３８を制御することにより、ずり積み込み機２６による仮置き場２４に積載されたずりのクラッシャー１８への一連の搬送動作を制御する。
また、主制御部２８Ａは、仮置き場側ずり量検出部３２で検出された仮置き場ずり量に基づいてクラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２を制御する。
すなわち、主制御部２８Ａは、第１周辺情報に基づいてホイールローダ１２の動作を制御する機能と、第２周辺情報に基づいてずり積み込み機２６の動作を制御する機能と、仮置き場ずり量に基づいてクラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２を制御する機能とを備えている。言い換えると、主制御部２８Ａは、ホイールローダ１２、ずり積み込み機２６、クラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２の４つの制御対象を一括して制御する機能を有している。

制御装置側通信部２８Ｂは、通信回線を介してホイールローダ側通信部１２Ｅ、ずり積み込み機側通信部２６Ｄ、後述するタイマー４８と通信可能に接続されている。
通信回線としては、無線ＬＡＮやＳＳ無線など従来公知の様々な無線回線が使用可能であり、また、通信回線の一部を有線回線で構成するなど任意である。

タイマー４８は、クラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２の稼働時間が設定されることにより、クラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２の動作開始および動作停止を制御するものである。
稼働時間は、主制御部２８Ａが仮置き場ずり量に基づいて生成する。
タイマー４８は、制御装置側通信部２８Ｂと通信回線を介して通信可能に構成され、主制御部２８Ａから制御装置側通信部２８Ｂと通信回線を介して受信された稼働時間が設定されるように構成されている。
したがって、本実施の形態では、主制御部２８Ａによる仮置き場ずり量に基づくクラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２の制御は、タイマー４８を利用してなされている。
なお、本実施の形態のようにクラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２に対して単一のタイマー４８を設けても、クラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２のそれぞれに個別にタイマーを設けても良い。
また、本実施の形態では、タイマー４８を独立して設けた場合について説明するが、主制御部２８Ａがタイマー４８の機能を備え、主制御部２８Ａがクラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２の動作開始、動作停止を直接制御することで、クラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２の稼働時間を制御するようにしてもよい。

ここで、３Ｄレーザースキャナーについて更に説明する。
ホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａおよびずり積み込み機側３Ｄレーザースキャナー２６Ａは、スキャナーから照射されたレーザーによって、対象物の空間位置情報を取得するいわゆる３Ｄレーザースキャナーで構成されるものであり、ライダー（LiDAR（Light Detection and Ranging））センサーと呼ばれる。
本実施の形態では、対象物とは、トンネル１４の周壁面やトンネル床面１６を含む坑内の３次元形状、***工程前後における切羽１０の３次元形状、***工程および削岩機によって切羽１０から掘削され切羽１０近傍のトンネル床面１６上に落下して積載されたずりの３次元形状、仮置き場２４に積載されたずりの３次元形状、その他坑内に設置された設備や構造物、障害物などの３次元形状を含む。
また、各３Ｄレーザースキャナー１２Ａ、２６Ａから取得される点群データとしては、少なくとも３次元空間上の座標値のデータと、反射強度(反射率)のデータとを含むものであれば、ホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂあるいはずり積み込み機側３次元画像情報生成部２６Ｂにより点群データに基づいて生成された３次元画像情報によって各対象物の３次元形状を把握することができる。

しかしながら、各３Ｄレーザースキャナー１２Ａ、２６Ａから取得される点群データが３次元空間上の座標値のデータと反射強度(反射率)のデータとに加えてさらに色情報（カラーデータ(RGB)）のデータを含むものであれば、点群データに基づいて生成された３次元画像情報によって上述した各対象物の色についても識別できるため、各対象物の３次元形状や状態をより精密に精細に識別することができ、以下に示す作用効果が得られる。
すなわち、トンネル１４の周壁面やトンネル床面１６を含む坑内の３次元形状、***工程前後における切羽１０の３次元形状、***工程および削岩機によって切羽１０から掘削され切羽１０近傍のトンネル床面１６上に落下して積載されたずりの３次元形状、仮置き場２４に積載されたずりの３次元形状、坑内に設置された設備や構造物、障害物などの３次元形状をより正確に把握できるため、主制御部２８Ａによって、ホイールローダ１２やずり積み込み機２６の自律走行をより的確に正確に制御する上で有利となる。
また、切羽１０近傍あるいは仮置き場２４に積載されたずりの３次元形状、ずり量をより正確に把握できるため、主制御部２８Ａによって、ホイールローダ１２やずり積み込み機２６によるずりの運搬をより的確に正確に制御する上で有利となる。
また、主制御部２８Ａによって、仮置き場２４に積載されたずりの３次元形状、ずり量をより正確に把握できるため、主制御部２８Ａによって、タイマー４８に設定する稼働時間をより正確に適切に設定する上で有利となる。言い換えると、クラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２の稼働時間をより正確に適切に設定し、クラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２を効率的に動作させる上で有利となる。

次に、図４のフローチャートを参照して本発明方法によるずりの排出方法について説明する。
なお、***工程の前に、ホイールローダ１２は、爆風の影響を避けるため切羽１０から離れた待機箇所に待機している。
まず、切羽１０付近におけるトンネル１４の周壁面へのコンクリートの吹き付け工程や、ロックボルトの打設工程、ドリルジャンボによる装薬孔穿孔工程など、***工程の前に行なう各種の作業が実行される（ステップＳ１０）。
次いで、切羽１０ではそれら装薬孔にそれぞれ***を取り付けた爆薬を挿入する爆薬挿入工程が行われ、続いて***を介して爆薬を***し切羽１０を掘削する***工程が行なわれ、***工程で掘削されたずり、および、削岩機で掘削されたずりが切羽１０近傍のトンネル床面１６上に積載された状態となる（ステップＳ１２）。
***工程後、トンネル１４の延在方向において切羽１０とクラッシャー１８との中間地点に仮置き場２４が設けられる（ステップＳ１４）。
仮置き場２４は、本実施の形態では、トンネル１４の延在方向に沿って細長状に、例えば、約２０ｍ程度延在して設けられる
仮置き場２４は、複数のポールや仕切り板などにより、仮置き場２４であることが分かるようにトンネル床面１６に対して区切られている。
なお、仮置き場２４は切羽１０の掘進に対応して前進していく。

***工程後、詳細には***工程後の削岩機による掘削作業後、主制御部２８Ａは、制御指令をホイールローダ側制御部１２Ｄに与えることで、ホイールローダ１２を待機箇所から切羽１０近傍に移動させ（ステップＳ１６）、ホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａによって切羽１０および切羽１０近傍の坑内の点群データを取得させる。これによりホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂによって第１周辺情報が生成され、主制御部２８Ａに送信される（ステップＳ１８）。
主制御部２８Ａは、第１周辺情報に基づいて***工程による掘削が実行されたことを確認すると、ホイールローダ１２を制御して、ホイールローダ１２のバケットにずりを収容して切羽１０から仮置き場２４へホイールローダ１２を移動させてずりを仮置き場２４に運搬する動作と、ずりの運搬後に仮置き場２４から切羽１０へ移動する動作とを繰り返して、すなわち、切羽１０と仮置き場２４との間を往復移動することにより、***工程で掘削されたずりおよび削岩機で掘削されたずりの仮置き場２４への運搬、積載を行なう（ステップＳ２０）。これにより、ずりは仮置き場２４の坑口側から切羽１０側へと積載されていく。
主制御部２８Ａは、第１周辺情報に基づいて切羽１０から掘削されたずりの全量の仮置き場２４への搬送が終了したか否かを判定し（ステップＳ２２）、終了していなければ、ステップＳ１８に戻ってずりの搬送動作を繰り返し、終了していれば、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４では、主制御部２８Ａは、制御指令をホイールローダ側制御部１２Ｄに与えることで、ホイールローダ１２を仮置き場２４の近傍に移動させ、ホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａによってずりが積載された仮置き場２４の点群データ、言い換えると、仮置き場２４に積載されたずりの点群データを取得させる。これによりホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂによって仮置き場２４の３次元画像情報（仮置き場２４に積載されたずりの３次元画像情報）が生成される（ステップＳ２４）。
仮置き場ずり量推定部１２Ｃにより仮置き場２４の３次元画像情報（仮置き場２４に積載されたずりの３次元画像情報）に基づいて仮置き場ずり量が推定され、仮置き場ずり量が主制御部２８Ａに送信される（ステップＳ２６）。
また、主制御部２８Ａは、制御指令をホイールローダ側制御部１２Ｄに与えることで、ホイールローダ１２を次の***工程に備えて退避箇所に移動させ待機させる（ステップＳ２８）。

次いで、主制御部２８Ａは、推定された仮置き場ずり量をクラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２によって処理するために必要な稼働時間、言い換えると、クラッシャー１８でずりを破砕したのち破砕されたずりを長尺ベルトコンベア装置２２によって坑口側までの搬送する動作が全て終了するまでに必要な稼働時間を算出し、算出した稼働時間をタイマー４８に送信してタイマー４８に設定することで、クラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２の動作が開始される（ステップＳ３０）。
そして、主制御部２８Ａは、制御指令をずり積み込み機側制御部２６Ｃに与えることで、ずり積み込み機側３Ｄレーザースキャナー２６Ａによって仮置き場２４を含むずり積み込み機２６周辺の点群データを取得させる。これによりずり積み込み機側３次元画像情報生成部２６Ｂによって生成された第２周辺情報が主制御部２８Ａに送信される（ステップＳ３２）。
主制御部２８Ａは、受信した第２周辺情報に基づいて制御指令をずり積み込み機側制御部２６Ｃに与えることで、ずり積み込み機２６を制御して仮置き場２４のずりをクラッシャー１８のホッパー１８０２へ搬送させる（ステップＳ３４）。
詳細に説明すると、ずり積み込み機２６の搬送路４４Ａの下流端の直下にクラッシャー１８のホッパー１８０２が位置するように走行体３４が制御された後、ずり仮置き場２４に積載されたずりは、ずり積み込み機２６のブーム４０の旋回動作、屈曲動作、バケット４２の上下揺動動作により、ずり仮置き場２４の抗口側から切羽１０側へとバケット４２により掻き取られ、コンベア装置４４の搬送路４４Ａの上流端に積載され、搬送路４４Ａの下流端へと搬送される。搬送路４４Ａの下流端から落下したずりはクラッシャー１８のホッパー１８０２に投入される。
すなわち、ずり積み込み機２６の制御は、前述した走行体３４による自律走行動作の制御と、仮置き場２４に積載されたずりのクラッシャー１８への一連の搬送動作の制御とを含むものとなっている。
そして、クラッシャー１８のホッパー１８０２に投入されたずりは、クラッシャー１８の破砕部で破砕され、破砕されたずりがクラッシャー１８のベルトコンベア１８０４からテールピース台車２０上で長尺ベルトコンベア装置２２の搬送路の上流端に積載され、連続コンベアベルト２３により坑口に向けて搬送される（ステップＳ３６）。
やがて、タイマー４８に設定された稼働時間が経過することでクラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２の動作が停止される（ステップＳ３８）。稼働時間の期間、クラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２が動作することにより、仮置き場２４に積載されていたずりの全量が坑口側へ搬送されることになる。
これにより１回の***工程後のずりの排出が完了する。
以下、ステップＳ１０に戻り同様の動作が繰り返されることでトンネル１４の掘削がなされる。

本実施の形態によれば、切羽１０を***して切羽１０を掘削した後、ずりの仮置き場２４を設け、掘削されたずりを切羽１０から仮置き場２４に運搬して積載し、ずり積み込み機２６によって仮置き場２４からずりをクラッシャー１８に搬送し、クラッシャー１８で破砕されたずりを長尺ベルトコンベア装置２２によって坑口に向けて運搬する際に、仮置き場側ずり量検出部３２によって、仮置き場２４に積載されたずりの量を仮置き場ずり量として検出し、クラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２と切り離して設けた主制御部２８Ａによって、仮置き場ずり量に基づいてクラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２を制御するようにした。
したがって、クラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２の自動制御を実現することができ、従来のように、***工程のたびに、作業員が仮置き場２４まで出向いてずり量を目視で判断し、ずり量に見合った稼働時間を作業員が想定してタイマー４８に設定する作業が不要となり、仮置き場側ずり量検出部３２によって検出された正確なずり量に基づいてクラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２を制御できることからクラッシャー１８および連続ベルトコンベア装置２２を効率的に稼働させる上で有利となり、トンネル工事の省人化および効率化を図る上で有利となる。
また、制御装置２８、すなわち、主制御部２８Ａを、少なくともクラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２と切り離して設けたので、主制御部２８Ａの調整、設計変更、保守などの作業を、それらクラッシャー１８、長尺ベルトコンベア装置２２の運用状態の影響を受けることなく効率的に行なう上でも有利となる。
また、本実施の形態では、制御装置２８、すなわち、主制御部２８Ａを、ホイールローダ１２、ずり積み込み機２６、クラッシャー１８、長尺ベルトコンベア装置２２と切り離して設けたので、主制御部２８Ａの調整、設計変更、保守などの作業を、それらホイールローダ１２、ずり積み込み機２６、クラッシャー１８、長尺ベルトコンベア装置２２の運用状態の影響を受けることなく効率的に行なう上でもより有利となる。

また、本実施の形態では、仮置き場側ずり量検出部３２は、仮置き場２４およびその周辺にレーザー光を照射して点群データを取得する仮置き場用３Ｄレーザースキャナーと、点群データから３次元画像情報を生成する仮置き場用３次元画像情報生成部と、３次元画像情報に基づいて仮置き場ずり量を推定する仮置き場ずり量推定部１２Ｃとを備えるものとした。
したがって、３次元画像情報に基づいて仮置き場ずり量を正確に推定することができ、仮置き場ずり量に基づいてクラッシャー１８および長尺ベルトコンベア装置２２の制御を正確に確実に行なう上で有利となり、トンネル工事の省人化および効率化を図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、掘削されたずりの仮置き場２４への運搬、積載をホイールローダ１２により行ない、ホイールローダ１２は、ホイールローダ１２の周辺の切羽１０を含むトンネル１４坑内の状況に関する情報を含む第１周辺情報を取得する第１周辺情報取得部３０を備え、主制御部２８Ａは、第１周辺情報に基づいてホイールローダ１２の動作を制御する機能を備えるものとした。
したがって、第１周辺情報に基づいてホイールローダ１２の自動制御を行なえるので、作業者がホイールローダ１２を操作する場合や作業者が遠隔制御によってホイールローダ１２を操作する場合に比較して作業者を省くことができることは無論のこと、ホイールローダ１２の動作の制御を正確に確実に行なう上で有利となり、トンネル工事の省人化および効率化を図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、第１周辺情報取得部３０は、ホイールローダ１２の周辺の切羽１０を含むトンネル１４坑内にレーザー光を照射して点群データを取得するホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａと、点群データから第１周辺情報としての３次元画像情報を生成するホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂとを備えるものとした。
したがって、第１周辺情報が３次元画像情報で構成されているため、ホイールローダ１２の動作の制御を正確に確実に行なう上でより有利となり、トンネル工事の省人化および効率化を図る上でより有利となる。

また、本実施の形態では、ホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａが仮置き場側３Ｄレーザースキャナーを兼用し、ホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂが仮置き場側用３次元画像情報生成部を兼用するようにした。
しかしながら、例えば、仮置き場側３Ｄレーザースキャナーおよび仮置き場側３次元画像情報生成部を、別途、仮置き場２４の近傍に設置するようにしてもよいことは無論である。
ただし、本実施の形態のようにホイールローダ側３Ｄレーザースキャナー１２Ａが仮置き場側３Ｄレーザースキャナーを兼用し、ホイールローダ側３次元画像情報生成部１２Ｂが仮置き場側用３次元画像情報生成部を兼用すると、３Ｄレーザースキャナーおよび３次元画像情報生成部の数を低減できることから、構成の簡素化、部品点数の削減を図ることができ、コストの低減を図る上で有利となる。

また、本実施の形態では、ずり積み込み機２６は、ずり積み込み機２６の周辺の仮置き場２４を含むトンネル１４坑内の状況に関する情報を含む第２周辺情報を取得する第２周辺情報取得部４６を備え、主制御部２８Ａは、第２周辺情報に基づいてずり積み込み機２６の動作を制御するようにした。
したがって、第２周辺情報に基づいてずり積み込み機２６の自動制御を行なえるので、作業者がずり積み込み機２６を操作する場合や作業者が遠隔制御によってずり積み込み機２６を操作する場合に比較して作業者を省くことができることは無論のこと、主制御部２８Ａは第２周辺情報に基づいて仮置き場２４のずりの量を正確に把握することができ、ずり積み込み機２６の動作の制御を正確に確実に行なう上でより有利となり、トンネル工事の省人化および効率化を図る上でより有利となる。

また、本実施の形態では、第２周辺情報取得部４６は、ずり積み込み機２６の周辺のトンネル１４坑内にレーザー光を照射して点群データを取得するずり積み込み機側３Ｄレーザースキャナー２６Ａと、点群データから第２周辺情報としての３次元画像情報を生成するずり積み込み機側３次元画像情報生成部２６Ｂとを備えるものとした。
したがって、第２周辺情報が３次元画像情報で構成されているため、ずり積み込み機２６の動作の制御を正確に確実に行なう上でより有利となり、トンネル工事の省人化および効率化を図る上でより有利となる。

１０ 切羽
１２ ホイールローダ（運搬用重機）
１２Ａ ホイールローダ側（運搬用重機側）３Ｄレーザースキャナー
１２Ｂ ホイールローダ側（運搬用重機側）３次元画像情報生成部
１２Ｃ 仮置き場ずり量推定部
１２Ｄ ホイールローダ側（運搬用重機側）制御部
１２Ｅ ホイールローダ側（運搬用重機側）通信部
１４ トンネル
１６ トンネル床面
１８ クラッシャー
１８０２ ホッパー
１８０４ ベルトコンベア
２０ テールピース台車
２２ 長尺ベルトコンベア装置
２３ 連続コンベアベルト
２４ 仮置き場
２６ ずり積み込み機
２６Ａ ずり積み込み機側３Ｄレーザースキャナー
２６Ｂ ずり積み込み機側３次元画像情報生成部
２６Ｃ ずり積み込み機側制御部
２６Ｄ ずり積み込み機側通信部
２８ 制御装置
２８Ａ 主制御部
２８Ｂ 制御装置側通信部
３０ 第１周辺情報取得部
３２ 仮置き場側ずり量検出部
３４ 走行体
３４０２ クローラ
３４０４ 駆動部
３４０６ 機体
３６ ずり掻き込み機構
３８ 積み込み機構
４０ ブーム
４００２ ブーム支持フレーム
４００４ 水平旋回部
４００６ ブラケット
４００８ 後ブーム
４０１０ 前ブーム
４０１２ 後油圧シリンダ
４０１４ 前油圧シリンダ
４２ バケット
４２０２ バケット油圧シリンダ
４４ コンベア装置
４４０２ コンベアフレーム
４４０４ 駆動ローラ
４４０６ 従動ローラ
４４０８ ベルト
４４Ａ 搬送路
４６ 第２周辺情報取得部
４８ タイマー

Claims (7)

1. 切羽を***して切羽を掘削した後、***により掘削されたずりを前記切羽から坑口へ運搬するトンネル工事におけるずりの搬送方法であって、
   トンネルの延在方向において前記切羽寄りの箇所に仮置き場を設け、
   前記掘削されたずりを前記切羽から前記仮置き場に運搬して積載し、
   前記ずり仮置場の近傍にずりを破砕するクラッシャーを設け、
   前記仮置き場からずりを前記クラッシャーに搬送するずり積み込み機を設け、
   前記クラッシャーで破砕されたずりを前記坑口に向けて運搬する長尺ベルトコンベア装置を設け、
   前記仮置き場に積載されたずりの量を仮置き場ずり量として検出する仮置き場側ずり量検出部を設け、
   前記仮置き場ずり量に基づいて前記クラッシャーおよび前記長尺ベルトコンベア装置を制御する主制御部を前記クラッシャーおよび前記長尺ベルトコンベア装置と切り離して設けた、
   ことを特徴とするトンネル工事のずり排出方法。
2. 前記仮置き場側ずり量検出部は、
   前記仮置き場およびその周辺にレーザー光を照射して点群データを取得する仮置き場側３Ｄレーザースキャナーと、
   前記点群データから３次元画像情報を生成する仮置き場側３次元画像情報生成部と、
   前記３次元画像情報に基づいて前記仮置き場ずり量を推定する仮置き場ずり量推定部とを備える、
   ことを特徴とする請求項１記載のトンネル工事のずり排出方法。
3. 前記掘削されたずりの前記仮置き場への運搬、積載を運搬用重機により行ない、
   前記運搬用重機は、前記運搬用重機の周辺の前記切羽を含むトンネル坑内の状況に関する情報を含む第１周辺情報を取得する第１周辺情報取得部を備え、
   前記主制御部は、前記第１周辺情報に基づいて前記運搬用重機の動作を制御する機能を備える、
   ことを特徴とする請求項２記載のトンネル工事のずり排出方法。
4. 前記第１周辺情報取得部は、前記運搬用重機の周辺の前記切羽を含むトンネル坑内にレーザー光を照射して点群データを取得する運搬用重機側３Ｄレーザースキャナーと、前記点群データから前記第１周辺情報としての３次元画像情報を生成する運搬用重機側３次元画像情報生成部とを備える、
   ことを特徴とする請求項３記載のトンネル工事のずり排出方法。
5. 前記運搬用重機側３Ｄレーザースキャナーは、前記仮置き場側３Ｄレーザースキャナーを兼用し、
   前記運搬用重機側３次元画像情報生成部は前記仮置き場側３次元画像情報生成部を兼用する、
   ことを特徴とする請求項４記載のトンネル工事のずり排出方法。
6. 前記ずり積み込み機は、前記ずり積み込み機の周辺の前記仮置き場を含むトンネル坑内の状況に関する情報を含む第２周辺情報を取得する第２周辺情報取得部を備え、
   前記主制御部は、前記第２周辺情報に基づいて前記ずり積み込み機の動作を制御する機能を備える、
   ことを特徴とする請求項１記載のトンネル工事のずり排出方法。
7. 前記第２周辺情報取得部は、前記ずり積み込み機の周辺のトンネル坑内にレーザー光を照射して点群データを取得する前記ずり積み込み機側３Ｄレーザースキャナーと、前記点群データから前記第２周辺情報としての３次元画像情報を生成する前記ずり積み込み機側３次元画像情報生成部とを備える、
   ことを特徴とする請求項６記載のトンネル工事のずり排出方法。

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