特許 6769259 トンネル管理システム、トンネル管理方法及びトンネル管理プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6769259

(24)【登録日】2020年9月28日

(45)【発行日】2020年10月14日

(54)【発明の名称】トンネル管理システム、トンネル管理方法及びトンネル管理プログラム

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/00 20060101AFI20201005BHJP

   G01D 21/00 20060101ALI20201005BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/00 Z

   G01D21/00 D

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-227426(P2016-227426)

(22)【出願日】2016年11月24日

(65)【公開番号】特開2018-84076(P2018-84076A)

(43)【公開日】2018年5月31日

【審査請求日】2019年10月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】畑 浩二

(72)【発明者】

【氏名】中岡 健一

(72)【発明者】

【氏名】藤岡 大輔

【審査官】 彦田 克文

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１３７２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５６２７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２７０２８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 畑 浩二 他３名，山岳トンネルにおけるＩＣＴを活用した予測型ＣＩＭの開発，土木学会論文集Ｆ３（土木情報学），土木学会，２０１５年，Vol.71,No2，II_78-II_85，ＵＲＬ，https://www.jstage.jst.go.jp/article/jscejcei/71/2/71_II_78/_pdf/-char/ja

【文献】 畑 浩二 他２名，山岳トンネルにおけるＣＩＭの開発，大林組技術研究所報，日本，大林組，２０１４年，No.78，pp.1-7，ＵＲＬ，https://www.obayashi.co.jp/technology/shoho/078/2014_078_13.pdf

【文献】 柏原宏輔 他１名，見草トンネルにおけるＣＩＭの取組みについて，平成２６年度近畿地方整備局研究発表会論文集 新技術・新工法部門，国土交通省近畿地方整備局，２０１４年，No.17，pp.1-6，ＵＲＬ，https://www.kkr.mlit.go.jp/plan/happyou/thesises/2014/pdf05/17.pdf

【文献】 杉浦伸哉 他３名，山岳トンネル施工ＣＩＭから維持管理ＣＩＭの流れ 山岳トンネル施工ＣＩＭ納品事例，土木情報学シンポジウム講演集，土木学会，２０１５年，Vol.40，pp.29-32，ＵＲＬ，http://library.jsce.or.jp/jsce/open/00045/2015/40-0009.pdf

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ ９／００

Ｇ０１Ｄ ２１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地山モデルを記録した地山情報記憶部と、
第１の設計区画毎の物理要素から構成されたトンネルモデルを記録した設計情報記憶部と、
施工時の前方探査結果を記録する計測情報記憶部と、
入力部及び出力部に接続された制御部とを備えたトンネル管理システムであって、
前記制御部が、
前記計測情報記憶部に記録された前方探査結果に基づいて生成した３次元モデルを、前記設計情報記憶部に記録されたトンネルモデル及び地山情報記憶部に記録された地山モデルに統合した統合モデルを前記出力部に表示し、
前記前方探査結果に応じた統合モデルに基づいて、前記第１の設計区画を見直した第２の設計区画を特定し、前記第２の設計区画毎に、前記トンネルモデルを構成する物理要素を関連付けて記録することを特徴とするトンネル管理システム。

【請求項2】

前記前方探査結果には、切羽からの削孔における探査結果に基づく地山等級が含まれ、前記地山等級に基づいて、前記第２の設計区画を特定することを特徴とする請求項１に記載のトンネル管理システム。

【請求項3】

前記前方探査結果には、切羽における削孔の孔内観察画像が含まれ、前記孔内観察画像を用いて特定されたキーブロックに基づいて、前記第２の設計区画を特定することを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル管理システム。

【請求項4】

前記制御部が、前記入力部から、前記トンネルモデルにおいて、位置が指定された表示要求を取得した場合、前記位置が含まれる前記第２の設計区画に属する物理要素を前記出力部に表示することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のトンネル管理システム。

【請求項5】

地山モデルを記録した地山情報記憶部と、
第１の設計区画毎の物理要素から構成されたトンネルモデルを記録した設計情報記憶部と、
施工時の前方探査結果を記録する計測情報記憶部と、
入力部及び出力部に接続された制御部とを備えたトンネル管理システムを用いて、トンネル管理を行なう方法であって、
前記制御部が、
前記計測情報記憶部に記録された前方探査結果に基づいて生成した３次元モデルを、前記設計情報記憶部に記録されたトンネルモデル及び地山情報記憶部に記録された地山モデルに統合した統合モデルを前記出力部に表示し、
前記前方探査結果に応じた統合モデルに基づいて、前記第１の設計区画を見直した第２の設計区画を特定し、前記第２の設計区画毎に、前記トンネルモデルを構成する物理要素を関連付けて記録することを特徴とするトンネル管理方法。

【請求項6】

地山モデルを記録した地山情報記憶部と、
第１の設計区画毎の物理要素から構成されたトンネルモデルを記録した設計情報記憶部と、
施工時の前方探査結果を記録する計測情報記憶部と、
入力部及び出力部に接続された制御部とを備えたトンネル管理システムを用いてトンネル管理を行なうためのプログラムであって、
前記制御部を、
前記計測情報記憶部に記録された前方探査結果に基づいて生成した３次元モデルを、前記設計情報記憶部に記録されたトンネルモデル及び地山情報記憶部に記録された地山モデルに統合した統合モデルを前記出力部に表示し、
前記前方探査結果に応じた統合モデルに基づいて、前記第１の設計区画を見直した第２の設計区画を特定し、前記第２の設計区画毎に、前記トンネルモデルを構成する物理要素を関連付けて記録する手段として機能させることを特徴とするトンネル管理プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル施工に関するデータを統合的に管理するためのトンネル管理システム、トンネル管理方法及びトンネル管理プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

土木分野において、情報の有効活用（設計の可視化）、設計の最適化、施工の効率化、高度化、維持管理の効率化を目的として、３次元モデルを用いた情報管理手法であるＣＩＭ（Construction Information Modeling）が検討されている。

【0003】

例えば、地山を掘削し、トンネルを構築する場合においても、施工中の切羽観察、各種計測を実施し、施工管理を行なう。ここで、トンネル施工に関する多様なデータを統合し、データ利用を可能にするトンネル管理技術も検討されている（例えば、特許文献１参照。）。この文献に開示された技術においては、情報処理装置が、トンネルに関する各種情報とその発生位置情報を含むデータを入力部で受け付ける。各データが示す発生位置情報を、記憶部における各要素の位置範囲情報に照合し、発生位置が位置範囲に含まれるべき要素を特定し、この要素にデータを関連付けて記憶部に格納する。そして、データ表示要求を入力部で受け付け、データ表示要求が示すトンネル軸線上の指定位置情報に応じた要素を記憶部において特定し、この要素に関連付けられたデータを読み出して出力部に表示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−１３７２７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

山岳トンネルの施工時には、切羽前方の未掘削区間における地質特性を、施工に先立ち取得し、評価することが多い。そして、地質構造の変化や脆弱性の状況を評価する場合、関係者において情報共有を行なう。しかしながら、取得した地質特性を、視覚的に理解しやすい形で出力できなければ、関係者間での相互理解や的確な判断が困難である。

【0006】

ここで、特許文献１に記載された技術においては、要素に関連付けられた各種データを出力する。この要素は、ユーザ指定の所定間隔で区分されている。また、データ数が所定数以上となるように、トンネル進行方向前後に要素を変更することが想定されている。しかしながら、ＣＩＭを用いて、土木構造物の管理を行なう場合、各種データを適切なまとまりで管理しなければ、効率的な維持管理等の作業を行なうことが困難である。

【0007】

本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、この目的は、トンネル施工に関するデータを統合して情報の共有化を図るとともに、切羽前方の地質予測に基づいて、効率的に各種データを管理するためのトンネル管理システム、トンネル管理方法及びトンネル管理プログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記問題点を解決するためのトンネル管理システムは、地山モデルを記録した地山情報記憶部と、第１の設計区画毎の物理要素から構成されたトンネルモデルを記録した設計情報記憶部と、施工時の前方探査結果を記録する計測情報記憶部と、入力部及び出力部に接続された制御部とを備える。そして、前記制御部が、前記計測情報記憶部に記録された前方探査結果に基づいて生成した３次元モデルを、前記設計情報記憶部に記録されたトンネルモデル及び地山情報記憶部に記録された地山モデルに統合した統合モデルを前記出力部に表示し、前記前方探査結果に応じた統合モデルに基づいて、前記第１の設計区画を見直した第２の設計区画を特定し、前記第２の設計区画毎に、前記トンネルモデルを構成する物理要素を関連付けて記録する。これにより、前方探査結果を３次元モデルにより視覚的に確認することができる。更に、前方探査結果を考慮した設計区画に基づいて、物理要素の管理を行なうことができる。

【0009】

・上記トンネル管理システムにおいては、前記前方探査結果には、切羽からの削孔における探査結果に基づく地山等級が含まれ、前記地山等級に基づいて、前記第２の設計区画を特定することが好ましい。これにより、地山等級に応じた設計区画で、トンネル施工（例えば、支保パターン）を管理することができる。

【0010】

・上記トンネル管理システムにおいては、前記前方探査結果には、切羽における削孔の孔内観察画像が含まれ、前記孔内観察画像を用いて特定されたキーブロックに基づいて、前記第２の設計区画を特定することが好ましい。これにより、キーブロックの存在に基づいて、まとめて管理する設計区画を決定することができる。

【0011】

・上記トンネル管理システムにおいては、前記制御部が、前記入力部から、前記トンネルモデルにおいて、位置が指定された表示要求を取得した場合、前記位置が含まれる前記第２の設計区画に属する物理要素を前記出力部に表示することが好ましい。これにより、指定された位置が含まれる設計区画に属する物理要素を出力することができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、トンネル施工に関するデータを統合して情報の共有化を図るとともに、切羽前方の地質予測に基づいて、効率的に各種データを管理することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態のシステムの説明図。

【図2】本実施形態のプロダクトモデルの説明図。

【図3】本実施形態の記憶部に記録されたデータの説明図であって、（ａ）は地山データ、（ｂ）はトンネルデータ、（ｃ）は計測品質データ、（ｄ）は区画管理データの説明図。

【図4】本実施形態の処理手順の説明図。

【図5】本実施形態の処理手順の説明図。

【図6】本実施形態の計測結果の説明図であって、（ａ）はノンコア削孔探査結果、（ｂ）はボーリング孔内観察結果及びノンコア削孔探査結果の説明図。

【図7】本実施形態の計測結果の説明図であって、（ａ）はボーリング孔内観察画像、（ｂ）は割れ目系の走向傾斜、（ｃ）はすべての円盤モデル、（ｄ）はキーブロックを構成する円盤モデル、（ｅ）はキーブロックの説明図。

【図8】本実施形態の統合モデルの説明図であって、（ａ）はノンコア削孔探査の探査結果モデル、（ｂ）は探査結果モデルを追加した統合モデルの説明図。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、一実施形態を、図１〜図８に従って説明する。本実施形態では、山岳トンネルの施工を管理するためのトンネル管理システムとして説明する。
図１に示すように、本実施形態では、ユーザ端末１０、管理システム２０を用いる。
ユーザ端末１０は、トンネル施工の状況の確認やトンネルの管理に用いるコンピュータ端末（例えば、タブレット端末）である。このユーザ端末１０は、キーボードやポインティングデバイス等、各種指示を入力するための入力部や、各種情報を出力するための出力部を備えている。タブレット端末の場合には、入力部及び出力部としてタッチパネルディスプレイを用いる。

【0015】

管理システム２０は、トンネル施工に用いる各種データを用いて統合的な管理を支援するコンピュータシステムである。この管理システム２０は、制御部２１、地山情報記憶部２２、設計情報記憶部２３、計測情報記憶部２４、区画情報記憶部２５を備える。

【0016】

制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等から構成された制御手段として機能し、後述する処理（地質情報管理段階、設計支援段階、統合管理段階、計測管理段階等を含む処理）を行なう。このためのトンネル管理プログラムを実行することにより、地質情報管理部２１１、設計支援部２１２、統合管理部２１３、計測管理部２１４等として機能する。

【0017】

地質情報管理部２１１は、調査ボーリング、既存の地質平面図・断面図等のデータから３次元の地山モデルを生成する処理を実行する。地質情報管理部２１１として、例えば、伊藤忠テクノソリューションズ社の「GEORAMA for Civil3D」（登録商標）を用いることができる。

【0018】

設計支援部２１２は、トンネル本体の３次元形状を作成するコンピュータ支援設計（ＣＡＤ：computer-aided design）処理を実行する。設計支援部２１２として、例えば、Autodesk社の「Autodesk AutoCAD Civil 3D」（登録商標）を用いることができる。この設計支援部２１２は、支保パターン決定テーブルを備える。この支保パターン決定テーブルを用いることにより、地山等級に対して、トンネル施工に用いる支保パターンを特定することができる。

【0019】

統合管理部２１３は、３次元モデルや、各要素に付属する属性情報の統合や解析を行なうとともに、３次元モデルに時間要素を加えたシミュレーション処理を実行する。統合管理部２１３として、例えば、Autodesk社の「Autodesk Navisworks」（登録商標）を用いることができる。
計測管理部２１４は、トンネル施工時の計測情報を管理する処理を実行する。

【0020】

次に、図２を用いて、管理システム２０においてトンネルの管理に用いる要素を説明する。

【0021】

本実施形態では、プロダクト情報Ｄ１毎に、空間要素Ｄ２及び物理要素Ｄ３が関連付けられている。
プロダクト情報Ｄ１には、土木構造物の名称、構造形式、竣工年月日、管理者、施工者、設計者等の情報が含まれる。
空間要素Ｄ２は、地盤空間や土木構造物（ここでは、トンネル）の空間を規定する要素である。
地盤空間は、地形、地質観測結果等により規定された３次元モデルである。

【0022】

トンネル空間は、トンネル線形、トンネル位置、トンネル断面形状等により規定されたトンネルの３次元モデルである。
トンネル線形は、トンネルの出発点（起点）から目的地（終点）までの計画線の形状であり、平面的な直線及び曲線の組み合わせを示す平面線形、トンネルに沿った勾配を示す縦断線形からなる。
トンネル位置は、地形の対するトンネル線形の配置を決める座標群である。これにより、統合モデルにおいて、トンネルが貫通する領域の地山を特定することができる。
トンネル断面形状は、トンネルの内部空間の断面形状である。

【0023】

物理要素Ｄ３は、空間要素において区分された設計区画に配置される物理的な要素である。物理要素Ｄ３は、設計時においては、所定区間（例えば、発破等による一堀進長さとして想定される第１の設計区画）毎にまとめて記録される。また、後述するように、施工時には、前方探査結果により必要に応じて、第１の設計区画を第２の設計区画に調整してまとめて記録される。山岳トンネルでは、物理要素として、トンネル線形の所定区間（設計区画の座標範囲）毎に、地山、トンネル部材、施工設備、補助工法、併用施設、計測システム等に関するデータが含まれる。
地山は、地盤空間に配置された地山状態を表わす指標から構成された３次元モデルである。
トンネル部材は、図２に示すように、トンネルを構成するオブジェクト（吹付けコンクリート、ロックボルト、支保、覆工、インバート、側壁、床板、防水等）の３次元モデルから構成される。

【0024】

施工設備には、トンネルボーリングマシーン、ローダーヘッダー、ドリルジャンボ、削孔装置、発破装置等が含まれる。
補助工法には、薬液注入工法、高圧噴射撹拌工法、凍結工法、地下水位低下工法等が含まれる。
併用施設には、鉄道、道路、通信、ガス、電気、上水道、下水道、共同溝等が含まれる。

【0025】

計測システムには、測量、掘進日報、計測計画書、計測結果報告書、計測データ、地盤計測データ等が含まれる。

【0026】

そして、物理要素Ｄ３には、属性情報Ｄ４が関連付けられている。属性情報Ｄ４は、物理要素Ｄ３により内容は異なるが、オブジェクト識別子、各種寸法、各種計測値、計画日程、実績日程等を含む。
上記要素が、後述する地山情報記憶部２２〜区画情報記憶部２５に記録される。

【0027】

地山情報記憶部２２には、トンネルを構築する現地形や地質に関する地山データ２２０が記録される。
図３（ａ）に示すように、この地山データ２２０には、地形や地質に関するデータが含まれる。この地山データ２２０を用いることにより、地形・地質の３次元モデル（地山モデル）を生成することができる。

【0028】

地形データには、地表面の３次元モデルが記録される。この地形データは、例えば、国土地理院標高データや、３次元スキャナによる実測データ（点群データ）を用いることが可能である。
地質データには、地層の境界面についての３次元モデルが記録されている。この地質データは、ボーリング等を用いて測定された地質情報であって、設計図書に記述された地質調査資料の情報が記録される。

【0029】

設計情報記憶部２３には、設計されたトンネルのトンネルデータ２３０が記録される。
図３（ｂ）に示すように、このトンネルデータ２３０は、トンネル線形、トンネル断面形状、トンネル部材、施工計画、施工進捗状況等に関するデータが含まれる。このトンネルデータ２３０を用いることにより、トンネル本体の３次元モデルを生成することができる。

【0030】

トンネル線形データは、３次元空間においてトンネルが配置される計画線（起点〜終点）までの座標が記録される。
トンネル断面形状データには、トンネルの断面図が記録される。このトンネル断面形状データを用いることにより、計画線の各位置における断面形状を特定することができる。

【0031】

トンネル部材データには、計画線（座標）に対して、トンネル施工に用いられるトンネル部材（オブジェクト）が記録される。
施工進捗状況データには、トンネル施工に関する計画日程、実績日程（施工開始日や施工終了日）が記録される。

【0032】

計測情報記憶部２４には、施工時に計測した計測品質データ２４０が記録される。
図３（ｃ）に示すように、計測品質データ２４０には、計測日時、計測位置（例えば、計画線の座標）に関連付けて、Ａ計測、断面測定、切羽観察画像、切羽前方探査結果等に関するデータが記録される。この計測品質データ２４０を用いることにより、計測結果の３次元配置を特定することができる。

【0033】

Ａ計測データには、日常の施工管理において計測されたＡ計測結果に関するデータが記録される。例えば、内空変位計測、ロックボルト軸力計測、支保工応力計測、吹付けコンクリート応力計測、地中変位計測等が含まれる。

【0034】

断面測定データには、施工時において計測されたトンネル断面の測定結果に関するデータが記録される。この画面測定データには、切羽の状態、素堀面の状態、圧縮強度、風化状態、破砕部の切羽における割合、割れ目の頻度、割れ目状態、湧水等に関する観察結果が含まれる。

【0035】

切羽観察画像データには、施工時に切羽断面を撮影した画像が記録される。この切羽観察画像を、計測位置に応じて統合モデルに組み込んで表示させることができる。
切羽前方探査結果データには、施工時に行なわれた切羽前方の探査結果に関するデータが記録される。本実施形態では、切羽前方探査として、ノンコア削孔探査、ボーリング孔内観察を用いる。これらの前方探索についての詳細は後述する。

【0036】

区画情報記憶部２５は、トンネルの構成要素（各オブジェクト）について、まとめて管理を行なうための区画管理データ２５０が記録される。
図３（ｄ）に示すように、区画管理データ２５０は、後述する計測管理処理において生成される。区画管理データ２５０には、区画識別子に対して、区間位置、管理対象に関するデータが記録される。

【0037】

区画識別子には、トンネルの物理要素をまとめて取り扱う区画（第２の設計区画）を特定するための識別子である。この設計区画を用いることにより、物理要素の管理において、設計区画に含まれる物理要素（例えば、トンネル部材）をまとめて確認することができる。

【0038】

区間位置は、設計区画が存在する計画線上の各区間（例えば、一堀進長さ）の座標範囲である。
管理対象は、この設計区画においてまとめて管理する対象に関する情報である。本実施形態では、管理対象としては、例えば、設計区画に属する物理要素（例えば、トンネル部材）を特定するための識別子を用いる。

【0039】

次に、上記のように構成された管理システム２０において、トンネル施工を管理する場合の処理手順について、図４〜図８を用いて説明する。
まず、図４を用いて、トンネルを管理するための各種データの生成・利用について説明する。
ここでは、管理システム２０の制御部２１は、地山モデルの作成処理を実行する（ステップＳ１−１）。具体的には、制御部２１の地質情報管理部２１１は、現況地形、地質データを取り込む。そして、地質情報管理部２１１は、現況地形、地質データに基づいて、地形・地質の３次元モデル（地山モデル）を生成する。

【0040】

次に、管理システム２０の制御部２１は、トンネル設計モデルの作成処理を実行する（ステップＳ１−２）。具体的には、制御部２１の設計支援部２１２は、ユーザ端末１０において指定されたトンネルの計画線、断面形状に関する情報を取得する。この場合、設計支援部２１２は、トンネルの計画線、断面形状を用いて、第１の設計区画毎に、３次元のソリッドモデルを作成する。更に、設計支援部２１２は、支保パターン決定テーブルを用いて、地山等級に対応する支保パターンを特定して、第１の設計区画毎に、設計情報記憶部２３に記録する。

【0041】

次に、管理システム２０の制御部２１は、統合モデルの作成処理を実行する（ステップＳ１−３）。具体的には、統合管理部２１３は、地質情報管理部２１１から地山モデル、設計支援部２１２からトンネル設計モデルを統合した統合モデル（３次元モデル）を生成する。また、ユーザ端末１０において指定された属性を取得した場合、統合管理部２１３は、ソリッドモデルの各物理要素に対して属性情報を割り当てる。また、統合管理部２１３は、各物理要素に対して、施工計画日程を割り当てることにより、工程シミュレーションを行なう。そして、設計支援部２１２は、第１の設計区画毎に用いる物理要素を、設計情報記憶部２３に記録する。

【0042】

そして、現場においてトンネル施工を行なう。
ここでは、管理システム２０の制御部２１は、施工情報の記録処理を実行する（ステップＳ１−４）。具体的には、トンネル施工を行なった場合、管理担当者は、ユーザ端末１０において、施工情報を入力する。この場合、制御部２１の統合管理部２１３は、入力された施工情報を取得し、設計情報記憶部２３に施工進捗状況を記録する。

【0043】

更に、管理システム２０の制御部２１は、計測管理処理を実行する（ステップＳ１−５）。この処理については、図５を用いて後述する。
施工を終了するまで、管理システム２０の制御部２１は、施工情報の記録処理（ステップＳ１−４）、計測管理処理（ステップＳ１−５）を繰り返す。

【0044】

施工を終了した場合、トンネルの管理が行なわれる。
この場合、管理システム２０の制御部２１は、管理対象の指定処理を実行する（ステップＳ１−６）。具体的には、トンネルの管理を行なう場合、管理担当者は、ユーザ端末１０において、管理対象の位置（計画線上の座標）を指定する。この場合、制御部２１の統合管理部２１３は、区画情報記憶部２５を用いて、ユーザ端末１０から指定された位置が含まれる区間の区画管理データ２５０を特定する。

【0045】

次に、管理システム２０の制御部２１は、管理情報の出力処理を実行する（ステップＳ１−７）。具体的には、制御部２１の統合管理部２１３は、特定した区画管理データ２５０に含まれる管理対象のすべての物理要素（オブジェクト）を特定し、設計情報記憶部２３から抽出する。そして、統合管理部２１３は、呼び出したオブジェクトを含めた統合モデルをユーザ端末１０のディスプレイに出力する。この場合、管理担当者は、出力された統合モデルの画像を用いて、施工状況を確認する。

【0046】

次に、図５を用いて、計測管理処理を説明する。
ここでは、管理システム２０の制御部２１は、計測情報の記録処理を実行する（ステップＳ２−１）。具体的には、計測を行なった管理担当者は、ユーザ端末１０において、計測情報を入力する。この場合、制御部２１の計測管理部２１４は、ユーザ端末１０から取得した計測情報を、計測位置（座標）に関連付けて、計測情報記憶部２４に記録する。例えば、切羽撮影画像を取得した場合には、撮影位置に基づいて、統合モデルに関連付けて記録する。

【0047】

また、計測管理部２１４は、切羽前方に関する前方探査情報を取得する。この前方探査情報には、切羽前方の探査位置（座標）及び探査結果が含まれる。ここで、前方探査情報としては、ノンコア削孔探査結果、ボーリング孔内観察結果が含まれる。

【0048】

図６を用いて、ノンコア削孔探査、ボーリング孔内観察について説明する。
このノンコア削孔探査においては、現場の削孔装置の機械データに基づいて、地山を削孔するために必要なエネルギ（削孔体積比エネルギ）を算出し、地山の定量（地山等級）評価を行なう。ここでは、フィード圧を一定と仮定した削孔速度を算出し、正規化した削孔速度比に基づいて、削孔方向、削孔距離に応じた地山等級を算出する。

【0049】

図６（ａ）において、縦軸の正規化削孔速度比が大きくなる領域では、削孔速度が速くなるので地山が硬質から軟質に変化することを示している。計測例では、網掛を施した２ヶ所で削孔速度の上昇が顕著になり、局所的な脆弱性を予測することができる。具体的には、断層破砕帯や、き裂集中帯の存在を予測することができる。

【0050】

図６（ｂ）の上段は、ボーリング孔内の観察結果を示している。具体的には、ＬＥＤ照明つき防水型ビデオカメラを先端に装着したパイプをボーリング孔内に挿入し、このビデオカメラで画像を取得する。この画像は、削孔方向、削孔距離に対応しており、孔内壁面の凸凹、粗さ具合、風化変質及び割れ目を含んでいる。この削孔方向、削孔距離、切羽位置に基づいて、計測位置（座標）を特定することができる。

【0051】

次に、管理システム２０の制御部２１は、計測情報に応じた解析処理を実行する（ステップＳ２−２）。具体的には、地山等級に応じた支保パターンの特定や、キーブロック解析を行なう。

【0052】

図６（ｂ）の下段は、ノンコア削孔探査解析結果を示す。削孔距離と正規化削孔速度比との関係を単位時間当あたりのヒストグラムで示している。更に、図６（ｂ）の下段には、得られた解析結果から評価した地山等級を示している。探査区間における地山等級の変化状況を勘案し、実質的な最適な支保パターンを選定する。

【0053】

次に、キーブロック解析について説明する。ここでは、ボーリング孔内部で観察された情報を用いて、切羽前方のキーブロック（岩盤掘削面において不連続面に囲まれて崩落の可能性のある岩塊）を検出する。

【0054】

図７（ａ）に示すように、ボーリング孔内の壁面画像から、破線の割れ目系が認識された場合、走向傾斜を割れ目系の上端・下端・左端・右端に基づいて算定することができる。図７（ｂ）に示すように、壁面画像において、上端・下端間、左端・右端間に割れ目系の走向傾斜を算定することができる。

【0055】

図７（ｃ）には、割れ目系を円盤モデルとしてトンネル断面中心と一致させて描画したものである。トンネルを掘削するとトンネル断面が自由面となり、そのトンネル面と円盤モデルとで構成された多角錐形状のキーブロックが天端部に発現する。図７（ｄ）は、キーブロックを構成する円盤モデルのみを描画したものであり、図７（ｅ）は、これらの円盤モデルに基づいて発現したキーブロックのみを描画したものである。

【0056】

次に、管理システム２０の制御部２１は、統合モデルの出力処理を実行する（ステップＳ２−３）。具体的には、制御部２１の統合管理部２１３は、ノンコア削孔探査により算出した探査結果モデルを統合モデルに追加する。
具体的には、図８（ａ）に示すように、正規化削孔速度変化から評価される地山等級で色分けした円柱状の３次元モデル（探査結果モデル）を生成する。この探査結果モデルを、当初の地山モデルに組み込むことにより、図８（ｂ）に示すように、設計当初の地山等級との整合や乖離を視覚的に評価することができる。なお、図８においては、探査結果モデルを確認しやすいように、強調（拡大）した円柱により表示している。

【0057】

更に、統合管理部２１３は、キーブロック解析により特定したキーブロックを統合モデルに追加する。ここでは、図７（ｅ）に示すように、キーブロック解析により特定したキーブロックを統合モデルに追加する。
そして、統合管理部２１３は、ユーザ端末のディスプレイに、前方探査結果を含めた統合モデル画像を出力する。

【0058】

次に、管理システム２０の制御部２１は、変更が必要かどうかについての判定処理を実行する（ステップＳ２−４）。具体的には、制御部２１の統合管理部２１３は、前方探査によって算出した地山等級、キーブロックについて、設計情報記憶部２３に記録された当初設計のトンネル部材（例えば、支保パターンやロックボルト）で対処可能かどうかを判定する。例えば、前方探査結果において、キーブロックの底面が、一つの設計区画に含まれると判定した場合には、キーブロックの底面が複数の設計区画によって分割する変更が必要と判定する。また、前方探査結果において、地山等級に充分な支保パターンになっていないと判定した場合には、地山等級に応じた支保パターンへの変更が必要と判定する。

【0059】

変更が必要と判定した場合（ステップＳ２−４において「ＹＥＳ」の場合）、管理システム２０の制御部２１は、変更情報の出力処理を実行する（ステップＳ２−５）。具体的には、制御部２１の統合管理部２１３は、ユーザ端末１０のディスプレイに、施工方法の改善や設計の変更に関するメッセージを出力する。この場合、管理担当者は、ユーザ端末１０を用いて、統合モデルや要素に関連付けられた属性情報を確認して、施工方法や設計（例えば、施工に用いる設計区画や物理要素）の変更を行なう。

【0060】

一方、変更は不要と判定した場合（ステップＳ２−４において「ＮＯ」の場合）、管理システム２０の制御部２１は、変更情報の出力処理（ステップＳ２−５）をスキップする。

【0061】

次に、管理システム２０の制御部２１は、承認処理を実行する（ステップＳ２−６）。具体的には、制御部２１の統合管理部２１３は、ユーザ端末１０から、承認情報を取得する。

【0062】

次に、管理システム２０の制御部２１は、設計区画の登録処理を実行する（ステップＳ２−７）。具体的には、制御部２１の統合管理部２１３は、計画線（座標）の線分を所定間隔の線分長さ（区間）で設計区画（第２の設計区画）を特定する。例えば、上述したように、キーブロックが存在する場合には、キーブロックの存在範囲に応じて調整された第２の設計区画（区間）を決定する。また、地山等級の変更が生じた場合には、地山等級に応じた支保パターンの変更応じて調整された第２の設計区画（区間）を決定する。そして、統合管理部２１３は、設計区画に含まれる物理要素を特定し、区画識別子、区間位置に関連付けて区画情報記憶部２５に記録する。具体的には、制御部２１の統合管理部２１３は、計画線（座標）の線分を所定間隔の線分長さ（区間）で、第２の設計区画の区間位置を特定する。そして、統合管理部２１３は、第２の設計区画に含まれる物理要素（管理対象）を特定し、区画識別子、区間位置に関連付けて区画情報記憶部２５に記録する。
なお、先に行なった前方探査結果に基づいて登録した設計区画について、新たに行なった前方探査結果に基づいて登録した設計区画（第２の設計区画）を特定した場合には、新たな設計区画を区画情報記憶部２５に記録する。これにより、先行の前方探査範囲と後続の前方探査範囲とが重なっている場合にも、最新の前方探査結果に基づいて第２の設計区画を登録することができる。

【0063】

本実施形態のトンネル管理システムによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、管理システム２０は、地山情報記憶部２２、設計情報記憶部２３、計測情報記憶部２４、区画情報記憶部２５を備える。これにより、地山やトンネル、計測情報を３次元モデルにより出力することができる。この出力により、関係者において、施工や管理についての情報共有を効率的に行なうことができる。

【0064】

更に、管理システム２０は、区画情報記憶部２５を備える。そして、管理システム２０の制御部２１は、区画情報記憶部２５を用いて、管理情報の出力処理を実行する（ステップＳ１−７）。これにより、所定の物理要素をまとめて管理することができる。

【0065】

（２）本実施形態では、管理システム２０の制御部２１は、統合モデルの出力処理を実行する（ステップＳ２−３）。ここでは、ノンコア削孔探査により算出した探査結果モデル、キーブロックを統合モデルに追加する。これにより、前方探査結果を、３次元で出力し、施工方法の改善や設計の変更について、視覚的に情報共有し、判断することができる。

【0066】

（３）本実施形態では、管理システム２０の制御部２１は、設計区画の登録処理を実行する（ステップＳ２−７）。ここで、地山等級の変化やキーブロックの存在を検知した場合には、この変化位置やキーブロックの存在範囲に応じて設計区画（区間）を特定する。これにより、前方探査によって評価した実際の地山状況に基づいて、まとめて管理する区間や物理要素を特定することができる。

【0067】

また、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態では、前方探査として、ノンコア削孔探査、ボーリング孔内観察を用いる。前方探査方法はこれらに限定されるものではなく、施工方法や設計に影響を与える評価を行なうことができる探査方法であればよい。例えば、削岩機（ドリルジャンボ）の削孔データを、削孔速度とフィード圧を組み合わせたパラメータ（正規化削孔速度比）で評価し、切羽前方の地質状況を予測するようにしてもよい。また、水圧ハンマで単位長さ当たりを削孔するために要したエネルギ指標を所定式から求めて、このエネルギ指標を用いて前方地山の地盤性状を推定する探査方法を用いることも可能である。

【0068】

・上記実施形態では、トンネル施工時に、管理システム２０の制御部２１は、設計区画の登録処理を実行する（ステップＳ２−７）。設計区画の登録時期は、施工時に限定されるものではない。例えば、トンネル施工の終了後に、設計区画の登録を行なうことも可能である。
・上記実施形態では、トンネル管理方法を山岳トンネルの施工に適用したが、設計区画を状況に応じて調整しながら管理する土木構造物であれば、適応対象は山岳トンネルに限定されるものではない。

【0069】

・上記実施形態では、区画情報記憶部２５には、トンネルの構成要素（各オブジェクト）について、まとめて管理を行なうための区画管理データ２５０が記録される。ここで、区画情報記憶部２５において、区画毎の管理対象として、地質構造の変化（強度や風化変質等の坑内観察記録に記載のパラメータ）、地山等級、地山等級に応じた支保工規模、支保工の種類や仕様等を含めてもよい。例えば、この地質構造の変化は、ノンコア削孔探査、ボーリング孔内観察の他、重金属分布、地下水分布、地下水の突発性、地下水による地質影響等を評価したパラメータを用いることができる。

【0070】

・上記実施形態では、区画情報記憶部２５には、トンネルの構成要素（各オブジェクト）について管理を行なうための区画管理データ２５０が記録される。この区画管理データ２５０には、区画識別子に対して、区間位置、管理対象に関するデータが記録される。すなわち、第２の設計区画（空間的な要素）に含まれる物理要素（管理対象）を一まとまり（グループ）として管理する。物理要素を一まとまりとして管理するグループは、同じ空間的領域（区間）に含まれる場合に限定されるものではない。例えば、一まとまりとして管理するグループに対して、グループ識別子を付与し、このクループ識別子に対して、異なる区間の物理要素を関連付けて記録してもよい。すなわち、トンネルの管理時に相互に影響があり、複数の区間にまたがる物理要素を、まとめてグループとして登録するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0071】

１０…ユーザ端末、２０…管理システム、２１…制御部、２１１…地質情報管理部、２１２…設計支援部、２１３…統合管理部、２１４…計測管理部、２２…地山情報記憶部、２３…設計情報記憶部、２４…計測情報記憶部、２５…区画情報記憶部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】