坑内3D計測で管理できる範囲と掘削過不足の考え方
トンネル工事や地下構造物の施工では、坑内の掘削断面が設計形状どおりに確保されているかを確認することが重要です。特に山岳トンネルの掘削では、地山の状態や掘削方法、施工機械の操作条件によって仕上がり形状が変化するため、掘り過ぎや掘り残しが発生することがあります。
掘り過ぎとは、計画した掘削境界よりも外側まで地山を取り除いてしまう状態です。一般に余掘りとも呼ばれ、掘削土砂の増加や吹付けコンクリートの施工量増加などにつながる場合があります。過大な余掘りが発生すると、材料数量の管理や施工方法の見直しが必要になることもあります。
一方、掘り残しとは、設計上必要な掘削範囲に地山が残っている状態です。山岳トンネルでは「あたり」と呼ばれることもあり、支保工の建込みや吹付けコンクリートの施工、必要な内空断面の確保に影響するおそれがあります。掘り残しが見つかれば、地山の安定性や施工条件を確認したうえで、追加掘削の要否を判断する必要があります。
従来の断面確認では、測量機器による代表点の測定や断面テンプレートによる確認などが用いられてきました。しかし、限られた測定点だけでは、天端付近の局所的な突出や側壁の不規則な凹凸を十分に把握できない場合があります。
そこで活用されるのが、3Dレーザースキャナーなどによる坑内3D計測です。坑内の掘削面を面的に計測し、取得した多数の3次元座標を点群データとして扱うことで、掘削形状を立体的に把握できます。
さらに、点群と設計断面を同じ座標系で比較すれば、どの測点のどの位置に掘り過ぎや掘り残しがあるのかを可視化できます。断面図だけでなく、トンネル内面を展開した図や色分けした差分表示を利用することで、掘削形状の傾向を施工担当者へ共有しやすくなります。
ただし、3D計測を実施するだけで掘削精度が向上するわけではありません。計測時期が不適切だったり、設計断面と点群の位置合わせがずれていたりすると、誤った施工判断につながります。正しい設計情報を使い、安全な場所から必要な範囲を計測し、精度を確認したうえで比較結果を施工へ反映することが重要です。
また、坑内3D計測には、掘削直後の形状確認だけでなく、吹付けコンクリート施工後の内空確認、覆工施工前の形状確認、既設トンネルの現況調査など、複数の用途があります。目的によって比較対象となる設計面や要求される計測精度が異なるため、最初に用途を明確にしておく必要があります。
本記事では、掘削直後の素掘り面を対象とした断面管理を中心に、点群取得から設計断面比較、追加掘削の判断、記録管理までを5つの手順で解説します。
手順1：設計断面と評価基準を確定する
坑内3D計測の最初の手順は、計測対象となる設計断面と、掘削過不足を判断する基準を確定することです。3Dスキャナーで高密度な点群を取得しても、比較対象の設計情報が正しくなければ、掘り過ぎや掘り残しを適切に評価できません。
まず確認したいのは、トンネルの中心線形、測点情報、計画高、掘削断面形状です。直線区間と曲線区間では断面の位置や向きが異なり、縦断勾配がある区間では測点ごとに高さも変化します。したがって、代表断面を単純に平行移動させるだけでは、実際の設計形状と一致しない場合があります。
特に曲線部や断面変化部では、トンネル中心線に対してどの方向に断面を設定するかを明確にする必要があります。設計で定めた測点位置と断面方向に沿って評価することで、異なる測点の形状を誤って比較するリスクを減らせます。
次に、比較する設計面の種類を区別します。トンネル工事には、掘削線、吹付けコンクリートの仕上がり面、覆工コンクリートの内面など、複数の設計境界が存在する場合があります。
素掘り面の掘り過ぎや掘り残しを確認するのであれば、原則として施工計画上の掘削基準面と比較する必要があります。覆工の内空設計面をそのまま素掘り面の基準にすると、支保構造や吹付け厚さなどを考慮していない差分が発生する可能性があります。
また、トンネルの支保パターンが変わる区間では、適用する掘削断面も変化することがあります。地山条件や設計変更に伴って断面が変更されている場合は、最新の承認済み設計情報を使用し、変更前の断面を誤って読み込まないようにします。
評価基準については、どの程度の差分を掘り過ぎや掘り残しとして扱うのか、どの位置を重点的に確認するのかを事前に決めます。管理上の許容範囲は工事仕様、設計条件、施工計画、発注者との協議内容によって異なるため、一律の数値をすべての現場に適用することは適切ではありません。
さらに、差分の符号を統一することも大切です。例えば、設計掘削線より地山側へ掘り進んだ状態を正の余掘り、設計掘削線より内空側に地山が残る状態を負の差分として表示する運用が考えられます。ただし、解析ソフトウェアによって符号の定義が異なる場合があるため、運用開始前に表示規則を確認します。
設計断面の準備段階では、測点番号、設計データの改訂番号、適用支保パターン、座標系、標高基準、差分の判定方法を関連付けておくと、後工程での確認が容易になります。
この段階で重要なのは、設計図を3次元化すること自体ではなく、現場で取得する点群と設計形状を同じ条件で比較できる状態に整えることです。
手順2：坑内基準点と安全な計測計画を整える
設計情報を整理したら、次に坑内での計測位置と座標基準を確定します。坑内3D計測では、計測機器が取得した点群を設計座標へ正しく変換する必要があります。そのため、計測精度だけでなく、機器を設置する位置や坑内基準点の管理が重要です。
坑内は地上と異なり、衛星測位信号が届かない場所が多いため、衛星測位だけで絶対位置を決定することはできません。一般的には、坑口付近から坑内へ展開した測量基準点や既知点を利用し、測量機器によって位置と方向を管理します。
3Dレーザースキャナーを設置する場合は、既知点や計測用ターゲットを使って点群の位置を決定する方法があります。ターゲットを利用する場合には、その座標が正しく管理されていることに加え、設置位置が安定していることも確認します。
坑内では発破、重機走行、支保工の施工などによって振動が発生します。設置したターゲットや測量基準点が移動すると、計測機器自体の性能に問題がなくても、取得した点群全体がずれる可能性があります。
そのため、掘削が進むたびに使用する基準点の状態を確認し、必要に応じて既知点間の関係を再測定します。特に長距離のトンネルでは、坑内の測量網を延伸する過程で誤差が蓄積する可能性があるため、測量計画に沿った精度管理が欠かせません。
計測機器の設置場所は、測定対象が見通せることだけでなく、安全に設置・撤収できることを条件として選びます。
山岳トンネルの切羽付近では、肌落ちや落石、支保工の施工機械との接触などの危険があります。計測のために作業員が危険な場所へ立ち入ることを前提にせず、安全が確保された後方からの計測や遠隔操作可能な計測方法を優先します。
切羽への労働者の立入りは原則として禁止し、真に必要な場合に限って、肌落ち防止計画に定めた措置や切羽監視責任者による監視など、必要な安全対策を講じることが重要です。また、鏡吹付けや一次吹付けが未施工の素掘り面直下への立入りは厳に慎む必要があります。3D計測の効率化を理由として、安全確認や必要な防護措置を省略してはいけません。
また、発破後の坑内では粉じんの浮遊や視界不良が発生する場合があります。換気状況、粉じん濃度、施工機械の稼働状況、立入許可の条件を確認し、計測可能な状態になってから作業を開始します。
計測計画を立てる際には、トンネルの天端、肩部、側壁、底盤など、断面管理で確認すべき範囲を明確にします。設置型スキャナーの場合、機器から見えない部分には点群が取得されないため、必要に応じて複数の計測位置を設定します。
特に、トンネル肩部の張り出しや重機の背後、支保工周辺では死角が発生しやすくなります。設置場所を決める段階で、どの範囲を一度の計測で取得できるかを確認することが大切です。
さらに、坑内の施工サイクルとの調整も必要です。掘削、ずり出し、あたり取り、吹付けコンクリート施工などの工程の間に計測を組み込むことで、測量作業が施工の妨げになることを防ぎやすくなります。
計測開始前には、使用する基準点、機器設置位置、計測対象範囲、安全確認の担当者、計測時刻、データ保存方法を明確にしておきます。こうした準備が、安定した坑内3D計測の基礎となります。
手順3：死角を減らして3D点群を取得する
計測計画が整ったら、坑内の掘削面を3D計測して点群データを取得します。この工程では、単に大量の点を取得するのではなく、断面比較に必要な位置を漏れなく測定することが重要です。
3Dレーザースキャナーは、レーザーによって対象物までの距離や方向を測定し、多数の3次元座標を取得する機器です。取得した点群を利用すると、複雑な掘削面の形状を面的に確認できます。
計測方式には、一定の位置に設置して周囲を測定する方式や、車両などに搭載して計測する方式があります。現場条件によって適切な方式は異なりますが、いずれの場合も位置決定方法と計測範囲、精度を確認する必要があります。
掘削直後の素掘り面を評価する場合は、原則として吹付けコンクリート施工前の形状を取得します。吹付け施工後の点群だけでは、元の掘削面と吹付けコンクリートの境界を直接把握できないためです。
ただし、安全確保が最優先であり、素掘り面の計測が危険な場合は、計測方法や取得時期を見直します。必要に応じて遠隔計測や安全な位置からの計測を採用し、施工計画に適合する方法を選びます。
点群取得時に特に注意したいのは、天端や肩部などの死角です。トンネルの中央付近にスキャナーを設置しても、地山の凹凸や支保部材、施工機械などによって一部の表面が隠れる場合があります。
こうした欠測箇所を減らすには、機器の設置位置を変えて複数回計測し、異なる方向から点群を取得する方法が有効です。ただし、複数回の点群を統合する場合は、それぞれの計測位置を正しく求める必要があります。
計測位置を増やしただけでは精度が保証されるわけではありません。各点群の重複部分や基準ターゲットを利用して整合性を確認し、統合時の位置ずれを評価することが重要です。
次に確認するのが、点群密度です。
点群密度とは、対象面に対してどの程度の細かさで測定点が分布しているかを示すものです。点の間隔が大きすぎると、局所的な地山の突出や小さな凹凸を把握しにくくなります。
一方、必要以上に高密度な計測を行うと、データ容量が増加し、処理時間や保存負荷が大きくなる場合があります。計測密度は、管理したい凹凸の大きさ、必要な判定精度、測定距離、機器性能を踏まえて設定します。
例えば、天端や側壁の局所的な掘り残しを確認する場合、代表断面だけを粗く測定する方法では必要な情報が不足することがあります。重点管理箇所では、形状変化を十分に捉えられる点群密度を確保することが望まれます。
坑内特有の環境条件にも注意が必要です。
発破後の粉じんが空中に残っていると、レーザーが粉じんから反射して不要な点が取得される場合があります。また、湧水によって濡れた壁面や水たまりでは、反射状態によって欠測や異常点が生じることがあります。
坑内照明が暗い場合でも、レーザーによる距離測定そのものは可能な機器がありますが、写真や画像情報を併用する場合は適切な照明が必要です。計測方式ごとの特性を確認し、使用環境に適した条件を整えます。
点群取得後には、その場で測定結果を簡易確認することが重要です。
確認する内容は、測点の位置、天端や側壁の取得状況、明らかな欠測範囲、異常な反射点の有無、ターゲットの認識状態などです。
計測データに問題があった場合、施工が進んでから再計測しようとしても、掘削面が吹付けコンクリートなどで覆われている可能性があります。必要なデータが取得できたことを確認してから次工程へ進む運用が望まれます。ただし、この確認のために安全上必要な支保や防護措置を遅らせることがないよう、施工計画に従って判断します。
また、計測した日時と施工状態を必ず記録します。同じ測点でも、掘削直後、あたり取り後、吹付け施工後では形状が異なります。どの時点の点群なのかを明確にしておくことが、後の断面比較や施工履歴の確認に役立ちます。
手順4：点群の不要物を除去し設計座標に合わせる
坑内3D計測で取得した点群は、そのまま設計断面と比較できるとは限りません。計測データには不要な点が含まれる場合があり、座標系や位置合わせの条件が一致していないこともあります。
そのため、点群の整理と位置合わせを行い、掘削形状を正しく評価できる状態へ加工します。
最初に実施するのは、計測データの確認です。
取得した点群を3次元表示し、トンネル全体の形状が想定どおりに再現されているかを確認します。極端に離れた位置に点が存在していないか、断面の一部が欠けていないか、複数の計測データが不自然に重なっていないかを調べます。
次に、不要点を除去します。
坑内の点群には、施工機械、仮設設備、配管、ケーブル、作業用足場、測量機器の三脚など、掘削面ではない対象物が含まれることがあります。これらの点を地山の表面として扱うと、掘り残しが存在するように誤判定される可能性があります。
例えば、側壁付近の配管を地山の突出と誤認すると、設計断面より内空側に点が存在するため、掘り残しとして表示される場合があります。
ただし、不要点の削除を過度に行うことも避けなければなりません。実際の地山の突出まで削除してしまうと、掘り残しを見逃すおそれがあります。
そのため、削除対象を明確にし、必要に応じて元の点群を保存したまま処理用データを作成します。元データと処理後データを分けて保管すれば、後から処理内容を検証しやすくなります。
続いて、複数回の計測で取得した点群を統合します。
統合には、既知座標のターゲットを使う方法や、共通する形状を利用して点群同士を重ね合わせる方法などがあります。
ここで注意したいのは、形状がよく重なって見えることと、設計座標に正しく配置されていることは同じではないという点です。
点群同士の相対的な位置合わせが良好でも、全体の座標がずれている場合があります。特にトンネルのように似た断面形状が連続する構造物では、形状だけによる位置合わせが進行方向にずれる可能性があります。
そのため、既知点や測量ターゲットを利用して座標を拘束し、独立した確認点によって位置合わせ結果を検証することが重要です。
また、水平位置だけでなく高さ方向の整合性も確認します。標高基準が異なると、天端や底盤付近の差分が誤って算出される可能性があります。
座標変換では、平面座標系、標高基準、トンネル中心線、測点の方向などを統一します。
例えば、点群を設計座標に変換する際に平行移動だけで位置を合わせ、回転方向の誤差を残したまま解析すると、トンネルの片側では掘り過ぎ、反対側では掘り残しというような見かけ上の偏りが生じる場合があります。
こうした誤判定を防ぐには、変換後の点群について既知点との残差や確認点の座標差を調べることが有効です。
さらに、点群処理では欠測範囲を明確にしておく必要があります。点群が取得されていない場所を周辺点から補間すると、見た目には連続した面が作成されますが、その部分が実際に計測されたわけではありません。
断面管理で補間した形状を利用する場合は、実測点と推定した面を区別し、許容される処理方法を事前に確認することが大切です。
点群の整備が完了したら、処理日時、使用した座標変換条件、削除した不要物の範囲、統合したデータ、確認点の結果などを記録します。
この工程で点群の品質を確保することが、次の設計断面比較の信頼性を左右します。
手順5：設計断面と比較し是正・再計測につなげる
点群の整備と座標合わせが完了したら、設計断面との比較を行います。ここでは、単に差分の大きさを表示するだけでなく、どの位置を修正すべきか、追加掘削が必要か、施工方法を見直すべきかを判断できる情報へ整理することが重要です。
まず、トンネル中心線に沿って評価対象の測点を設定します。
設計断面と同じ測点位置で点群を抽出することで、実際の掘削形状と設計形状を重ね合わせて確認できます。
断面抽出では、中心線に対する断面方向を正しく設定する必要があります。曲線区間ではトンネルの進行方向が変化するため、固定した平面で一律に断面を切り出すと、設計断面との比較に誤差が生じる可能性があります。
また、点群から断面を作成するときには、断面として抽出する前後の幅を設定する場合があります。幅を広くすると取得できる点数が増えますが、進行方向に離れた凹凸まで同じ断面に含まれる可能性があります。
反対に、幅を狭くしすぎると点が不足し、断面形状を十分に再現できない場合があります。点群密度や掘削面の凹凸、管理対象の大きさを踏まえて適切な抽出幅を設定します。
次に、設計掘削線と実測点群の位置関係を比較します。
設計線よりも地山側に掘削面が位置していれば、掘り過ぎが発生している可能性があります。逆に、設計線よりも内空側に地山が残っていれば、掘り残しが発生している可能性があります。
ただし、差分を計算する方向には注意が必要です。
トンネル断面の中心から放射状に比較する方法と、設計面に対して最短距離を求める方法では、同じ位置でも差分値が異なる場合があります。
そのため、施工管理で使用する差分の定義を統一し、評価結果を比較する際には同じ計算方法を使用することが重要です。
掘削断面の比較結果は、断面図として表示するだけでなく、3次元モデルや展開図へ反映すると、施工上の問題箇所を把握しやすくなります。
例えば、天端付近で掘り残しが連続している場合、断面図では各測点の突出として確認できます。一方、展開図では、その突出がトンネルの進行方向へどの程度連続しているかを確認できます。
掘り過ぎについても同様です。側壁の特定位置に余掘りが集中していれば、計測結果から傾向を把握し、施工機械の操作条件や掘削方法の見直しに活用できます。
さらに、過不足量を色分けした差分表示を使うと、優先して確認すべき場所を把握しやすくなります。
ただし、色分け表示の境界値は現場の管理基準と一致させる必要があります。単に赤色で表示されたから不合格と判断するのではなく、差分の数値、評価対象面、適用する許容範囲を確認します。
掘り残しが確認された場合は、追加掘削の必要性を検討します。
ここでは、差分が大きい場所を機械的に削ればよいわけではありません。周辺地山の安定性、支保工の施工状況、作業空間、追加掘削による影響などを確認し、安全な施工方法を決定する必要があります。
また、設計断面より内空側へ突出している箇所でも、設計変更や施工計画上の条件によって扱いが異なる場合があります。現場責任者や関係者が承認済みの設計情報に基づいて判断することが重要です。
一方、掘り過ぎが確認された場合は、既に取り除いた地山を元に戻せないため、その影響を評価する必要があります。
余掘りの位置や範囲を把握し、必要な支保構造、吹付けコンクリートの施工、材料数量への影響などを確認します。大きな余掘りがある場合は、地山条件や設計上の要求を踏まえ、適切な対応を検討します。
この際、余掘り量を単純に吹付けコンクリートの追加量と同一視してはいけません。実際の施工数量は、仕上がり形状、施工厚さ、材料の付着や施工条件などにも影響されます。
断面比較の結果を施工へ反映した後は、必要に応じて再計測を実施します。
再計測では、修正した位置だけを見るのではなく、周辺の断面形状も確認することが重要です。追加掘削によって当初の掘り残しが解消されても、周辺で新たな余掘りが発生する可能性があるためです。
また、修正前後の点群を比較すると、どの位置でどの程度形状が変化したかを把握できます。こうした記録は、追加掘削の実施結果を確認するだけでなく、次回以降の施工方法を改善する材料にもなります。
坑内3D計測の目的は、掘削形状を正確に測定することだけではありません。計測結果を施工判断へ反映し、必要な修正を行い、その結果を確認する一連の管理に活用することが重要です。
掘り過ぎ・掘り残しを誤判定しないための注意点
坑内3D計測による断面比較では、点群の取得精度だけでなく、設計情報や解析条件の違いによって誤判定が生じることがあります。
特に注意したいのは、計測誤差と実際の掘削形状の差を混同しないことです。
例えば、設計断面からわずかに離れた点が存在していても、それが施工上の掘削誤差なのか、測量誤差なのか、点群処理による変動なのかを区別する必要があります。
測量機器には、それぞれ距離や角度に関する誤差があります。また、計測距離が長くなったり、対象面へのレーザーの入射角が浅くなったりすると、測定結果のばらつきが大きくなる場合があります。
さらに、複数点群の統合や座標変換の過程でも誤差が発生します。
そのため、使用機器の仕様値だけで断面比較の精度を判断することは適切ではありません。実際の管理では、機器の測定誤差、基準点の精度、座標変換の残差、点群処理の影響などを総合的に確認する必要があります。
また、設計断面の適用測点を間違えると、見かけ上の掘削過不足が大きくなる場合があります。
例えば、トンネルの断面形状が途中で変化する区間では、隣接する測点であっても設計形状が異なることがあります。別の測点の断面を読み込んでしまうと、施工に問題がなくても不適合のように表示される可能性があります。
こうした問題を防ぐには、比較に使用した設計データの識別情報と測点を管理し、計測データと対応付けておくことが有効です。
点群の欠測箇所にも注意が必要です。
例えば、天端の一部が施工機械によって遮られていた場合、そこに点群が存在しないからといって掘り残しがないとは判断できません。
欠測範囲は未確認箇所として扱い、必要な場合は追加計測や別の測量方法によって確認します。
断面比較の対象が適切かどうかも重要です。
掘削後の素掘り面と吹付け施工後の表面を混在させると、実際には施工段階が異なる面を比較することになります。掘削断面の管理、吹付け後の形状確認、覆工内空の確認では、それぞれ目的に合った設計面を使用する必要があります。
さらに、地山の凹凸が激しい場所では、局所的な突出点やくぼみが差分の最大値に大きく影響する場合があります。
最大差分だけを見て施工全体を評価するのではなく、突出の範囲、連続性、位置、周辺の掘削状態も確認することが大切です。
施工上の重要箇所であれば、局所的な突出であっても追加確認が必要になる場合があります。一方、明らかな異常反射点をそのまま最大差分として採用すると、不要な追加掘削を指示する原因となります。
最終的には、数値だけでなく、現場写真や施工履歴、測量精度の確認結果を合わせて評価することが望まれます。
坑内3D計測で起こりやすいトラブルと対策
坑内3D計測を実際の施工管理へ導入すると、計測機器の性能だけでは解決できない問題が発生することがあります。こうしたトラブルを事前に把握しておくと、計測のやり直しや施工判断の遅れを防ぎやすくなります。
代表的な問題は、点群が部分的に取得できないことです。
坑内には凹凸の大きな地山面や施工機械、仮設設備などが存在するため、一方向からの計測では死角が生じます。特に天端付近や肩部では、わずかな突出によって奥側の面が隠れることがあります。
このような場合は、計測位置を見直したり、別方向から追加計測したりする方法が考えられます。ただし、追加計測のために危険な場所へ移動することは避け、安全な位置から取得可能な計測方法を優先します。
次に起こりやすいのが、点群の位置合わせに関する問題です。
複数の計測データがうまく重ならない場合、ターゲットの誤認識や座標入力の間違い、計測機器の設置条件、基準点の移動などが原因となっている可能性があります。
こうした問題が発生した場合は、点群処理だけで無理に位置を合わせるのではなく、使用した基準点やターゲットの座標、計測時の状態を確認します。
また、坑内の粉じんや湧水によって異常点が増える場合があります。
粉じんが多い状況で取得した点群には、実際の地山面から離れた場所に不要な点が含まれることがあります。このような点を残したまま解析すると、掘削面の凹凸を誤って評価する原因となります。
対策としては、換気などにより計測環境が整った状態で測定することや、異常点の分布を確認したうえで適切に除去することが挙げられます。
ただし、点群を過度に平滑化すると、実際に存在する局所的な掘り残しが消える可能性があります。形状を整える処理と測定事実を保存することのバランスが重要です。
データ容量の増加も運用上の課題です。
坑内を高密度に計測し続けると、点群データの保存容量が増加します。毎回の計測データを無計画に保存すると、必要な測点のデータを探すだけでも時間がかかるようになります。
そのため、計測日、測点範囲、施工段階、機器情報、設計データの改訂番号などによって整理できるよう、保存ルールを決めておきます。
さらに、断面比較結果の共有方法にも注意が必要です。
解析担当者が3次元モデル上で掘り残しを確認できても、現場の作業担当者へ位置が正しく伝わらなければ、追加掘削の指示に結び付きません。
例えば、右側に掘り残しがあるという指示だけでは、どの方向から見た右側なのかが不明確になる場合があります。
そのため、測点、進行方向、天端や側壁などの位置、差分量、対象範囲を共通の表記方法で示すことが重要です。
断面図や展開図を共有する際には、表示方向や色分けの意味も統一しておくと、施工担当者間の認識違いを減らせます。
3D計測を施工サイクルと記録管理に定着させる方法
坑内3D計測を継続的に活用するためには、測量作業を独立した業務として扱うのではなく、掘削から断面確認、修正施工までの工程に組み込む必要があります。
例えば、掘削後に安全確認とずり出しを実施し、計測可能な状態になった段階で点群を取得します。その後、設計断面との比較結果を確認し、必要に応じて追加掘削や施工方法の見直しを行います。
修正施工後には必要な再計測を行い、結果を確認してから次の工程へ進みます。
このように計測と施工判断を連携させることで、施工が進んでから掘り残しが発覚し、対応が難しくなる状況を減らせる可能性があります。
ただし、すべての掘削サイクルで同じ計測方法を適用することが最適とは限りません。地山条件、掘削方式、施工設備、安全上の制約によって計測可能なタイミングが異なります。
そのため、工事の施工計画に合わせて、重点的に計測する断面や管理頻度を決定する必要があります。
また、計測結果は単発の合否判定だけでなく、掘削傾向の分析にも活用できます。
例えば、同じ支保パターンの区間で天端付近の余掘りが繰り返し発生している場合、過去の点群比較結果を確認することで、施工上の傾向を把握できます。
さらに、掘削方法や穿孔位置、地山条件などの施工記録と照らし合わせれば、余掘りが増加する原因を検討するための材料になります。
ただし、余掘りの発生には地質条件など複数の要因が関係するため、点群の差分だけから原因を断定することはできません。施工条件と計測結果を継続して記録し、関係者が分析できる状態を整えることが重要です。
記録管理では、点群データだけでなく、計測時の現場状況を合わせて保存することが有効です。
例えば、同じ測点の点群であっても、発破直後なのか、あたり取り後なのか、吹付けコンクリート施工後なのかによって意味が異なります。
そのため、計測日時、施工段階、対象測点、使用した設計データ、計測担当者、確認結果、実施した是正作業などを関連付けて管理することが望まれます。
さらに、現場写真を併用すると、点群だけでは読み取りにくい施工状況を確認しやすくなります。
例えば、支保工の建込み状況や施工機械の配置、湧水の状態、計測時の仮設設備などを写真で記録しておけば、後から点群を確認する際の参考になります。
写真を保存するときは、単に撮影日時を残すだけでなく、測点や施工区間、撮影方向を記録することが重要です。
特に坑内では衛星測位による位置情報が取得できない場合が多いため、測点番号や坑内基準点との対応関係を使って写真と場所を結び付ける運用が必要になります。
また、計測結果の保存先を統一することも大切です。
担当者ごとに点群や断面図を別々に保管していると、最新版が分からなくなったり、設計変更前のデータを誤って使用したりする可能性があります。
計測データ、設計断面、比較結果、施工写真、是正記録を一貫したルールで整理すれば、施工中の情報共有だけでなく、完成後の確認にも役立ちます。
なお、3D計測による社内の施工管理と、発注者へ提出する正式な出来形管理資料は、必ずしも同じ要件ではありません。
正式な出来形管理や検査へ利用する場合は、適用される仕様書、計測要領、精度確認方法、提出形式などを確認する必要があります。点群データを取得したことだけで、必要な測量や検査がすべて完了したと判断しないことが重要です。
3D計測を定着させるには、計測担当者だけでなく、施工管理者、掘削作業担当者、品質管理担当者が同じ情報を確認できる体制が欠かせません。
まとめ：点群比較を次の掘削判断に生かす
坑内3D計測は、トンネルや地下構造物の掘削面を面的に把握し、設計断面との違いを確認するための有効な手段です。
従来の代表点による測量では把握しにくかった局所的な掘り残しや余掘りの分布を可視化できるため、施工状況の確認や追加掘削の判断、施工方法の改善に活用できます。
ただし、精度の高い計測機器を使用するだけで、正しい断面管理が実現するわけではありません。
まず、設計断面と評価基準を確定し、坑内の基準点と安全な計測計画を整える必要があります。そのうえで、死角や欠測を減らしながら点群を取得し、不要点の除去と座標合わせを行います。
最後に、点群と設計断面を適切な条件で比較し、掘り過ぎや掘り残しの位置を特定して、必要な是正作業や再計測へつなげます。
この5つの手順を一貫して運用することが、計測結果の信頼性を確保し、施工管理へ有効活用するための基本となります。
また、計測結果を施工改善につなげるためには、点群データだけでなく、計測時の写真や施工状態、確認結果を継続的に管理することが重要です。
こうした現場情報の整理には、LRTK Phoneの活用も検討できます。
LRTK Phoneは、現場写真や位置情報、施工記録を管理するためのツールとして活用でき、坑口周辺など衛星測位が利用できる場所での位置情報付き記録や、施工状況の共有を支援します。
一方、衛星測位信号が届かない坑内では、LRTK Phoneによる衛星測位だけで位置を確定することはできません。そのため、坑内の写真や施工記録は、測点番号や既知の位置情報と対応付けるなど、現場に適した管理方法を組み合わせることが重要です。
坑内の掘削断面を計測する3D計測機器と、現場の写真・位置情報・施工記録を整理するLRTK Phoneを、それぞれの用途に応じて活用することで、形状データと施工状況の情報を関連付けやすくなります。
坑内3D計測を単なる形状確認で終わらせず、設計断面比較、施工判断、是正作業、記録管理までつなげることが、掘り過ぎ・掘り残しの抑制と施工品質の安定化に向けた重要な取り組みです。