中流動覆工コンクリート打設時の圧力管理に「光るデータコンバータ」を適用

株式会社 鴻池組

はじめに

株式会社鴻池組（本社 大阪市、社長 蔦田守弘）は、山岳トンネル工事における安全管理技術を整備し、「計測結果見える化プロジェクト」を推進する目的で、神戸大学、東亞エルメス株式会社、株式会社環境総合テクノスが共同で開発した「光るデータコンバータ（Light Emitting Converter、略称LEC）」を山岳トンネル工事（北関東自動車道 出流原（いずるはら）トンネル:仮称）の中流動覆工コンクリート型枠のコンクリート打設圧力管理に適用した。
LECは平成21年度からOSV（On Site Visualization）研究会（会長 神戸大学大学院工学研究科市民工学専攻 芥川真一教授）と東亞エルメス株式会社（本社 鹿児島県鹿屋市、社長 小宮山清二）、株式会社環境総合テクノス（本社 大阪市、社長 今井 武）が共同で開発している、新しいコンセプトに基づく「任意の計測データを光の色に変える」装置である（特許出願済）。LECは任意の計測装置（ひずみ計、変位計、圧力計、コンクリート応力計、温度計、水圧計など）とペアで用いることにより、それらの計測装置が取り込んだデータを、事前に設定した管理基準値の大きさに応じて異なる光の色として情報発信できるデータコンバータである。 また、パソコンに連結した状態で用いればデータをハードディスクに記録することもできる。
一般に、覆工コンクリート打設時の型枠管理においては、打設時に型枠の変形状態を現地で計測し、現場事務所にて図化した結果をもとに担当の技術者が分析・評価して管理するが、今回適用した「LEC」を圧力計とペアで用いれば、作業員自らが作業時に、現状のコンクリート打設圧を光の色により視覚的に判別することが可能となる。したがって、作業の安全性を直接リアルタイムに確認することができるため、情報化施工の確立と作業の安全性が飛躍的に向上することが期待できる。

開発背景

今回、出流原トンネルにおいては、土被りが小さく、対象地山が軟岩と埋土の境界という特殊な地山条件であり、軟弱かつ未固結な状態であった。事前の検討による数値解析結果から地震時には軟岩と埋土が異なる挙動を示し、トンネルの構造に悪影響を与える懸念があった。
よって、耐震照査結果に基づき過密配筋（せん断補強筋）となった。
以上の条件を勘案し、覆工コンクリート材料に関して従来よりも流動性の高い性状が要求され、NEXCO東日本、NEXCO中日本、NEXCO西日本、およびNEXCO総研で開発された中流動覆工コンクリートの採用に至った。
しかしながら、現場での施工管理においては以下のような課題があった。

1. 中流動覆工コンクリートはその高い流動性のため、通常の覆工コンクリート材料に比較すると打設速度が速い場合や、過剰な締固めによりコンクリートが液状化する場合には、型枠に作用する側圧が上昇し構造的な負荷が大きくなる可能性があることから、打設時の作用圧力を計測管理しながら作業を進める情報化施工の必要性。
2. 計測結果の評価は、計測担当者が手動により現場で測定した型枠圧力データを現場事務所で処理する必要があり、結果の判断と作業員への指示にタイムラグが発生。
3. リアルタイムに測定可能な自動計測手法により計測管理ができたとしても、現状に比較してかなり費用がかかり不経済。
4. 覆工型枠に管理基準値を超えるような大きな変形を生じた場合には、工事の中断を余儀なくされ、コールドジョイントなどの発生によるコンクリートの品質の低下。

そこで、鴻池組の得意分野の一つである山岳トンネルに関するこれまでの豊富な施工実績と技術力を背景に、平成22年1月に発足したOSV研究会において、メンバーである東亞エルメス株式会社、株式会社環境総合テクノスらと共同でLECの適用について検討を進めてきた。
同社は、これまで「計測結果見える化プロジェクト」に取り組み、山岳トンネルの切羽の安全管理や、長大法面を有する山岳トンネル坑口部の安全管理に「光る変位計」を適用してきた。
今回、新しく開発されたLECを、鴻池組が「計測結果見える化プロジェクト」の一貫として覆工コンクリート打設時の計測管理手法として圧力管理に適用した。

工法概要

今回、現場へ適用したLECは、それとペアで用いるセンサから取り込んだデータを発光ダイオード（LED）の光の色として5段階（白色、青色、緑色、黄色、赤色）で可視化する装置である。覆工コンクリート型枠内側の3カ所（天端、肩部、側壁部）に設置した圧力センサが取り込んだデータに対して、事前に設定した管理レベルに応じてLECのボックス内にあるLEDの光の色を変化させる仕組みである。
例えば、当初は白色に発光しているが、圧力が大きくなり危険度が高まるにつれて赤色に変化する。また、LEDの光の色を変化させることで、暗く、作業騒音の大きいトンネル坑内での作業においても、作業員自身が現状を確実に判断できる。
本工法の特徴は、以下の通りである。

• 発生圧力に応じて色が変化するため、覆工コンクリート打設時の状態を「いつでも」、「どこでも」「誰でも」目視で直接判断できる。それにより、型枠の安定性をリアルタイムに確認でき、安全性が飛躍的に高まる。
• トンネルの覆工作業に支障がない位置にLECを設置することで、設置後はトンネル作業に影響することなく観察が可能である。
• 本装置は、従来の土木計測器であれば接続して光らせることが可能であり、今回適用した型枠圧力の監視装置としてだけでなく、周辺地盤の変位や支保工応力の監視・計測技術としての適用により、将来的には多岐にわたる応用が期待されている。また、パソコンにつないだ状態で用いれば、従来通りのデータ記録も可能であることから、非常に汎用性の高い新しいモニタリング技術として期待できる。

おわりに

今回、北関東自動車道出流原工事（鴻池組・本間組・矢作建設工業特定建設工事共同企業体）の出流原トンネル（仮称）において、LECを覆工コンクリート打設時の型枠の圧力管理計測に適用した。
本工事は特殊な地山条件下での山岳トンネル施工となったことから、耐震照査結果に基づいた過密配筋（せん断補強筋）に対して流動性の高い中流動覆工コンクリートの適用に至った。
平成22年2月15日現在、トンネル覆工コンクリートの施工は、上り線L=279mのうち、L=263mの打設を完了している。今後は、打設後の覆工コンクリートの応力測定においてもLECの適用を行う方針で、視覚に訴える新しいコンセプトに基づく効率的な情報化施工により、作業の安全確保と覆工コンクリートの品質向上に努める所存である。
鴻池組では今後も効率的な情報化施工により作業の安全確保を図り、「計測結果見える化プロジェクト」を推進していく予定である。