技術情報コーナー

新技術開発探訪

道路トンネル無人調査ユニットの開発

把握や災害復旧活動が困難な状況となる。

１． はじめに本開発は，被災後に二次災害の危険のあるトンネルにおいて，無人で坑内の状況を確認できる映新潟県中越地震では震源に近い国道１７号線の和像情報の収集を可能とする装置を開発し，安全で南津トンネル（延長３００m）が被災し，覆工コン迅速な復旧活動の支援に資することを目的としてクリートのクラウン部で長さ約２０m，幅約２m，取り組んだものである。

重量約５０tが剥落し，側壁は内側へ押し出され，路側排水溝が変状し，全面通行止を余儀なくされた。また，近くを通る県道も被災したことから交通網が寸断され，災害の復旧・支援に大きな障害となった（写真―１）。

２． 地震発生から詳細調査までの経緯
道路トンネル無人調査ユニット（以下「本ユニット」という）の開発に当たり，本ユニットが装備すべき機能の抽出を目的として，和南津トンネルの被災後の初動点検から復旧工事までの点検および調査に関して道路管理者，施工業者にヒアリング調査を実施した。
２００４年１０月２３日（土）１７：５
６の地震発生後の余震（震度５弱以上）の発生状況は表―１のとおり，また，復旧工事着手に至るまでの点検および調査の実施者と目的については表―２のとおりで
表―１

写真―１

コンクリートの剥落

トンネル被害の早期復旧のためには，被災状況を速やかに把握し，的確な復旧活動を実施する必要がある。しかし，本震後にも大きな余震が多発する場合には，さらに崩落・崩壊の危険性が高まり，入坑調査は二次災害の恐れがあるため，余震が落ち着くまでは調査に入れず，迅速な被災状況

１
０月２３日
１
０月２４日
１
０月２５日
１
０月２７日
１
１月４日
１
１月８日
１
１月１０日
１
２月２８日

余震発生回数

７６強

６弱

５強

５弱

１

２

１

４１
１３
１１１１１１

建設マネジメント技術

2009 年 6 月号 ４５技術情報コーナー

表―２

地震発生後の点検および調査

１０月
点検
調査

１１月

２３２４２５２６２７２８２９３０３１１２土日

月火

水木金土日

月火

被災

●パトロール◎

実施者

目 的（１７：５６ 地震発生）
道路管理者

第１回
調査

◎

第２回
調査

道路管理者
専門家
（土木研究所）

被災状況把握復旧可能か否かの判断
大まかな復旧工法の選定

施工業者

被災の範囲と程度の把握
復旧個所と範囲の設定
復旧工法の選定

施工業者

工事数量の把握
工法の適正性確認

◎

第３回
調査

通行可否の判断
被災状況の把握◎

復旧工事（１１／２：片側交互通行開始）（１１／２６：２車線開通）ある。の調査結果を基に復旧工事に着手した。

! パトロール$〔目的〕通行可否の判断，被災状況の把握。

〔目的〕工事数量の把握，復旧工法の妥当性確〔実施内容〕目視確認，写真撮影。

第３回調査（１０月２７日）

認。

※地震発生の当日は，被災した和南津トンネルに〔実施内容〕被災個所の寸法把握，亀裂の詳細は１
９：３０に到着し，入坑による目視での被災状調査，打音検査，背面目視確認。

況の確認を試みたが余震が続いたため入坑を断※復旧工事と並行して，選定した工法が適切に実念した。そのため，トンネル坑外より目視確認施できるかを判断するために，寸法計測や打音のみ実施した。

検査，覆工背面目視確認等を実施した。

" 第１回調査（１０月２５日）〔目的〕被災状況の把握，復旧可能か否かの判

３． 装備すべき機能の抽出

断，大まかな復旧工法の選定。
〔実施内容〕目視確認，写真撮影。

ヒアリング調査の結果より，復旧工法の検討を※地震発生の当日，翌日と入坑できず，この調査行うためには少なくとも第２回調査の内容が必要

で初めて入坑し，被災状況の把握，復旧可能か否と判断した。

かの判断，大まかな復旧工法の選定を行うための目視判断，映像情報の収集を行った。

第２回調査で実施した「写真撮影，被災位置と範囲の作図」であれば動画撮影など既存技術を使# 第２回調査（１０月２６日）

い比較的容易に無人化が可能であり，また，「写〔目的〕被災範囲と重度の把握，復旧位置と範真撮影」など映像情報取得が可能となれば専門家

囲の設定，復旧工法の選定。

による「復旧可能か否かの判断，大まかな復旧工〔実施内容〕写真撮影，被災位置と範囲の作法の選定」が行え，さらに映像情報を活用した展図。

開写真を作成することで「被災の範囲と程度の把※復旧工事の位置と範囲の設定，工法選定の判断

握，復旧位置と範囲の設定，復旧工法の選定」が材料となる映像情報の収集を行った。また，こ可能となり，復旧工事に着手できるため，本ユニ

４
６ 建設マネジメント技術

2009 年 6 月号

技術情報コーナーットが装備すべき機能は映像情報取得までとしび壁面の映像情報をリアルタイムに基地局に伝送た。

する「移動局」（写真―２参照）と，坑口付近になお，装備すべき機能を満たす機器は，早期完おいて移動局の操作と伝送された映像を表示し記成とコスト縮減のため，すべて既存技術より選定録する「基地局」からなり，基地局は，移動局のし，技術が陳腐化した場合はその機器だけを入れ操作，トンネル内全景の映像の表示と記録，壁面替えられるようユニット化する構造とした。

映像の記録を行う「移動局コントローラ」，壁面各機能と選定した既存技術は以下のとおり。の映像を表示する「壁面調査用モニタ」，無線操! 無人走行機能（台車ユニット）

縦用のアンテナで構成される（写真―３参照）。

無人での映像情報取得には，遠隔操縦式走行台
車に映像情報取得機器を搭載しなければならないが，災害時における迅速な手配，搬入路が被災した場合の輸送の容易性を考慮し，ヘリコプターや道路巡回用パトロールカーに積載可能なサイズで市販されている小型遠隔操縦ロボットを台車として採用。
" 遠隔操縦機能（通信ユニット）
遠隔操縦の方式は，見通しが効く範囲であれば落下物等に操作ケーブルを絡ませる危険がない無

写真―２

移動局

写真―３

基地局

線LAN（２．
４GHz帯）を使った無線操縦と，見通しが効かない範囲での確実なデータ送受信が行える光ファイバーケーブル（ φ２．
５mm）による有線操縦の２系統を装備。
# 映像情報取得機能（撮影ユニット）
映像情報の取得は動画とし，トンネル内全景の様子を見るカメラと，壁面（アーチ，側壁）のひび割れや剥離などの状況と範囲を見るカメラの２種類を装備することとし，カメラはバッテリと記憶媒体を個別に装備しているデジタルハイビジョ
ンハンディカム（２００万画素）を搭載。
$ 照明機能（照明ユニット）
災害で照明がダウンした場合でも撮影が可能なように照明にHIDランプ（４３００K）を装備。
% 位置把握機能（位置計測ユニット）
トンネル内における映像情報取得の位置を把握するため，距離を測るロータリーエンコーダーと方角を計る磁気方位計を装備。

４． 道路トンネル無人調査ユニットの概要
試作したユニットは，トンネル坑内の全景およ

表―３移動局の仕様【台車ユニット】
寸法 L９７５×H６８０×W５００mmバッテリー リチウムイオン電池（２時間）
走 行 速 度 計測時０．
９６km／h，帰還時１．
２km／h【通信ユニット】［光ファイバーケーブル］ L ＝３００m， φ２．
５mm［無線］２．
４GHz帯，コーリニア型アンテナ×２本【撮影ユニット】
デジタルハイビジョンカメラ ２００万画素［走行用（全景）×１台］［壁面調査用×４台］
記 録 容 量 ８GB（メモリースティック）
記 録 時 間 ２時間５５分【照明ユニット】
HIDランプ（メタルハライド４３００K）［走行用×１灯］［壁面調査用×２灯］

建設マネジメント技術

2009 年 6 月号 ４７技術情報コーナー

表―４

基地局の仕様【移動局コントローラ】
外 形 寸 法 L４
６４×H４
４２×W４
７７mm
バッテリー リチウムイオン電池（２時間）
モ ニ タ １２．
１インチ（８０万ドット）
記録容量 １６０GB（ハードディスク）
記 録 時 間 約４０時間［無線］２．
４GHz帯，バッチ型４素子アンテナ×１本【壁面調査用モニタ】
外 形 寸 法 L３５０×H１６５×W４５０mm
モ ニ タ １２．
１インチ（８０万ドット）

移動局，基地局の仕様は表―３，４のとおり。

写真―６トンネル展開写真

は，データ変換１日＋展開写真作成１５時間であった。
作成した展開写真は，トンネルの壁面が綺麗であったこともあるが，コンクリートの打ち継ぎ目が判別できる精度ででき上がり，被災後の覆工コ５． 実トンネルでの実証試験

ンクリートの状況も判別できると判断した。
トンネル１km分の映像情報から展開写真作成

冬期閉鎖トンネル（W８．
１９m×H５．
７５m）を使を想定した場合，壁面調査用カメラ１台のデータ用した機能確認試験を実施し，無線・有線による量は約４GB（４台分で約１６GB）になり，インタ稼働および映像取得において問題がないことを確ーネットでのデータ送信は不可能である。また，認した（写真―４，５参照）。

記憶媒体による郵送では１日か２日を要してしま

また，この試験で取得した４台の壁面調査用カう。よって，早急に展開写真作成を行う必要があ

メラの映像データ（５０m分）を使い，展開写真作る場合には，損傷部のみの画像処理とするなどの成を行った（外注）（写真―６参照）。

対応が必要となる。

データ送付後の展開写真作成までに要した時間

６． ヘリコプターとパトロールカーへの積載検証
本ユニットは，全国への迅速な輸送を目的として北陸地方整備局保有のヘリコプター「ほくりく号」による空輸と，現地付近ヘリポートから災害現場でのパトロールカーによる陸送を想定して設計している（図―１参照）。
そのため「ほくりく号」の搭乗スペースに格納

写真―４

トンネルでの機能確認試験

写真―５

無線による遠隔操作

４８ 建設マネジメント技術

2009 年 6 月号

可能か検証を行った。検証は床の積載物固定用の

写真―７ユニットの固縛状況

技術情報コーナー

図―１

運用手順の想定図

水堰堤完成に伴い，それまで仮設で埋設されていた排水路（高耐圧ポリエチレン管） φ１．
８mのコンクリート充填に際して管路約２００mの管内調査を行った（写真―９，１０参照）。

写真―８ユニットの積載状況

固縛用リング位置，積載方法，固縛方法，固縛ベルト本数の検討を行い問題ないことを確認した（写真―７参照）。

写真―９

仮排水路の出口

また，道路巡回用のパトロールカーへの積載の検証も行い問題がないことを確認した（写真―８参照）。

７． 現場適応性試験
トンネルが被災した場合の初動調査に使用可能な試作機は完成したが，今後，さらに幅広い用途での活用を可能とするため，他の施設での適応性
写真―１０ 管内調査試験により使い勝手や機能面での不具合を抽出することとした。
試験終了後に対象施設の管理者から使い勝手や機能面に関する意見を聴取した。
! 新潟県長岡市山古志寺野地先
中越地震により天然ダムが形成された現場の排【意見】・カメラはズーム操作ができた方が良い・バックで帰る際のカメラが必要（管路が小断面でありUターンしての帰還が不可能なため）・ある程度水に浸かっても動けるように防水性能

建設マネジメント技術

2009 年 6 月号 ４９技術情報コーナーの強化など

・後進用カメラの増設（管路底部に障害物があり" 茨城県稲敷市結佐地先

Uターンしての帰還が不可能なため）茨城県の霞ヶ浦と利根川を結ぶ霞ヶ浦導水利根

・防水性の強化など

排水路，導水路延長２．
５km，導水路内径 φ４．
０m

８． 改の管路約３００mの管内調査を行った（写真―１１，良１２参照）。
現場適応性試験で聴取した意見より改良内容を検討し，以下の改良を行った。
!
!

意見に対する検討「カメラのズーム，パン，チルト機能の追加」「後進用カメラの追加」要望に対し，任意の位置および範囲の映像情報収集および後進用のカメラの増設を目的として，パン（３６０°旋回），チルト（−２０°〜９０°俯仰），ズーム（光学×１０倍），後進用反転（１８０°反転）可能なカメ

写真―１
１ 導水路の入口ラ１台とスポットライトと照明が一体となった調査用カメラユニットをアタッチメントとして増設することとした。
"「防水性の強化」要望に対しては，ベースマ
シンに市販品を使用したことから，現段階での改良は不可能であるためこのままとした。
"

主な改良内容・調査用カメラユニットの製作
・ソフト改良写真―１
２ 管内調査・映像，音声の外部出力端子設置（リアルタイムな情報の配信が可能）【意見】
・カメラはズーム，パン，チルトの遠隔操作機能

写真―１３，１４参照）。

が欲しい

図―２

５０ 建設マネジメント技術

・光ケーブルを３００mから５００mに交換（図―２，2009 年 6 月号

側面図

技術情報コーナー

アルタイムな状況確認，映像の録画が可能"

無線（小電力データ通信２．
４GHz：見通しがきく施設に有効），または有線（光ケーブル：見通しがきかない施設に有効）で，おのおの５００mの範囲で操作が可能（両坑口からの入坑で，延長１kmのトンネル調査が可能（北陸地方整備局管内のトンネルの９割をカバー））#
写真―１３ 調査用カメラユニット

走行速度１km／h，稼働限界２時間（片道５００mの往復を２回）$

分解能は，ハイビジョンカメラ画素数（２００万画素）と撮影距離より，３mm程度のクラックが判別可能%

走破性能は，段差１０cm程度（ピッチ角（前後）：３０°程度，ロール角（左右）：２０°程度）&

防水性能は，降雨程度の中で使用可能（水深２cm以上での使用は不可能）'

映像および音声の出力を情報コンセントに接続することによりリアルタイムな情報の配信が写真―１
４ 調査用カメラのモニタ可能(

９． 運用マニュアル（案）作成

映像から展開写真の作成が可能（ただし，別途発注）

１
１． ま と め作成に際し，専門家にヒアリングを実施しマニュアル（案）を作成した。とりまとめ項目は以下のとおりである。

新潟県中越地震の経験から，トンネルが被災し!

用語の定義た場合の初動調査に使用可能な試作機を完成さ"

出動要請手順等

せ，さらに他の施設における適応試験を経て，ト#輸送手順

ンネル以外の施設においても使用可能な調査ユニ$

点検作業ットの開発を行った。

%

トンネル展開写真作成時の注意事項

北陸地方整備では災害対策用機械として１台を保有し，有事の際には迅速に全国へ運搬できるよ１０． 主な機能う，災害対応可能な体制を整えている。

! トンネル内全景と壁面（アーチ，側壁）のリ

国土交通省北陸地方整備局北陸技術事務所

施工調査課

施工調査係長施工調査課長
施工調査課

主任

建設マネジメント技術

こ ばやし

ひろあき

小林弘朗

みやじまみのる

宮島実

はたやまひろむ

畑山啓2009 年 6 月号 ５１