2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of technology for controlling rock fall events disasters at tunnel construction sites
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20K05005
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| Research Institution | Yamaguchi University |
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Principal Investigator |
林 久資 山口大学, 大学院創成科学研究科, 助教 (30633614)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
進士 正人 山口大学, 大学院創成科学研究科, 教授 (40335766)
吉川 直孝 独立行政法人労働者健康安全機構労働安全衛生総合研究所, 建設安全研究グループ, 上席研究員 (60575140)
岡崎 泰幸 松江工業高等専門学校, 環境・建設工学科, 助教 (50806081)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | トンネル施工 / 山岳トンネル / 肌落ち / 安全工学 / 数値解析 / 写真測量 / 労働安全 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は，肌落ちの生じやすい切羽箇所の条件解明を行うための研究として，トンネル切羽面の凹凸に起因する肌落ちのリスクを評価するための数値解析法を提案した．方法としては，切羽の写真測量結果からボクセル法を援用し，切羽面の凹凸を考慮した連続体三次元数値解析モデルを生成し，トンネル掘削解析を行なった．今年度は，基礎的なトンネル掘削解析を行ったが，トンネルの設計段階等に一般的に用いられる切羽面の凹凸を考慮しない数値解析と比べ，切羽面の凹凸の影響を考慮できる本解析手法は，凹凸状況によっては切羽のせん断・引張り破壊を把握することができた．そのため，本解析手法は切羽面の凹凸に起因する肌落ちのリスク評価に対して有効であることがわかった．
さらに，トンネル建設中の切羽をカメラ等で監視し，肌落ち発生リスクの高い領域に作業員が接近すると警告を出すことで，作業員に危険意識を与えて肌落ち発生前に人員を避難させるシステム開発を遂行しており，今年度はそのうちトンネル建設現場において，切羽面のオーバーハングの程度を評価するための方法について検討を行った．切羽のオーバーハング程度の評価には，3Dセンサ（iToF方式：indirect Time of Flight）と，写真測量技術を用いた方法の両者を試験的に進めている．現時点では，切羽の写真測量結果から点群データの抽出および点群データからボクセルへの変換を行い，ボクセルの凹凸差を取得することで切羽のオーバーハング程度の評価を行うシステムの開発を行った．これによって，切羽の肌落ち発生の原因の一つである切羽面のオーバーハング程度を可視化することができた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究協力者が所属する企業が施工しているトンネル現場において，切羽面の写真測量を実施した．また，この切羽面の写真測量結果を山口大学および松江工業高等専門学校において，切羽面の凹凸を考慮した数値解析モデルの生成，数値解析の実施，数値解析結果の評価を行った．これらは，本研究課題のうち肌落ちの生じやすい切羽の箇所の条件を明らかにするために順調に進展している．
また， 3Dセンサ（iToF方式：indirect Time of Flight）を用いた切羽のオーバーハング程度評価のための室内基礎実験を山口大学で行った．さらに，研究協力者が所属する企業が施工を実施しているトンネル現場において3Dセンサによる切羽計測を行った．また，山口大学において，上記写真測量結果より切羽の写真測量結果から点群データの抽出および点群データからボクセルへの変換を行い，ボクセルの凹凸差を取得することで切羽のオーバーハング程度の評価を行うシステムの開発を行った．これらは，本研究課題のうち肌落ち検知システム・肌落ち警告システムを開発するために順調に進展している．
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| Strategy for Future Research Activity |
トンネル切羽面の凹凸に起因する肌落ちのリスクを評価するための数値解析法の提案については，応用的な解析のために最適メッシュサイズの選定を行う予定である．また，肌落ち発生予防のために用いられる対策の一つである鏡吹付けコンクリートを考慮した数値解析を実施する．これにより，切羽の凹凸に起因する肌落ちリスクの評価や，対策工の有無による肌落ち低減効果の評価を行うことが出来る．
写真測量を援用したオーバーハング程度の取得に関しては，リアルタイム性に欠けるため，今後はLiDARセンサ方式の3Dセンサを用いた即時切羽形状取得システムの開発を行う．また，オーバーハング程度による危険度を決める閾値についてもAIや統計学的手法を用いた検討を行う予定である．これにより，トンネル現場において，リアルタイムに切羽形状を取得し，オーバーハングの程度が顕著な場合に警報を出すシステムの開発が可能となる．
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| Causes of Carryover |
研究代表者および研究分担者においては，新型コロナウイルスによる移動制限によって中止となった出張があったため，次年度使用額が発生した．次年度においては，これらの出張を遂行する予定である．
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