JP2004138422A

JP2004138422A - Method of surveying in tunnel hole and system of surveying in tunnel hole

Info

Publication number: JP2004138422A
Application number: JP2002301331A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Akama; 赤間　武宏; Masahiro Osato; 大里　正博; Nobuhiro Kudo; 工藤　伸宏
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2002-10-16
Filing date: 2002-10-16
Publication date: 2004-05-13

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tunnel surveying method for performing a survey in a tunnel hole while increasing the efficiency of ranging work without repositioning a total station including cases where a tunnel hole is formed into a bent shape. <P>SOLUTION: Survey in the tunnel hole 20 is performed with the total station 13 mounted on a drill jumbo 11. In so doing, a reflection target 16 is disposed on a wall face 20a in the tunnel hole 20 while the position of the target 16 is detected by the station 13. By the station 13, the position and posture of the jumbo 11 is detected by using the target 16 as a reference point, with the position of the target 16 detected and its interior space displacement converged. Further, survey is performed in the tunnel hole 20, for example, the measurement of the space displacement, the measurement of distance to a pit face surface 20b, and the like, by using the station 13 mounted on the jumbo 11 whose position and posture are detected. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの掘削工事に用いられるトンネル孔内測量システム及びトンネル孔内測量方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、トンネルの掘削工事においては、トンネル孔内において様々な測量や作業が必要とされている。例えば、切羽面との距離を測量して掘削距離を把握したり、断面の形状を測量してアタリ（計画断面の半径より小さな径の部位）や余掘り（計画断面の半径よりも大きな径の部位）を把握したり、あるいは、トンネル孔内の内空変位を測量してトンネル孔の沈降等の判定が行われたりする。また、掘削機をトンネル孔内で正確に誘導したり安全性を確保したりするために、掘削機の位置や姿勢の正確な測量も必要である。
【０００３】
前記したような測量には一般に、例えば図３に示すようなトータルステーション１１３ａ、１１３ｂが用いられる。トータルステーション１１３ａは、反射ターゲット１１６の位置を検出したり、掘削機１１１の位置姿勢を検出したりする。トータルステーション１１３ｂは、トンネル孔１２０内壁面１２０ａに配設される反射ターゲット１１６からトンネル孔１２０内壁面１２０ａの内空変位を検出したりする。すなわち、トンネル孔１２０内壁面１２０ａの内空変位の検出や掘削機１１１の位置姿勢の検出が、互いに別々の位置に盛りかえられたトータルステーション１１３ａ、１１３ｂによって行われていたため、作業効率が悪いという課題を有していた。なお、符号１１４はカメラ、符号１１７は掘削機１１１やトータルステーション１１３ａ、１１３ｂを遠隔操作をするための遠隔操作部、符号１２０ｂは切羽面を示す。
【０００４】
これに対して、以下に示す特許文献１に記載の技術は、例えば図４（ａ）に示すように、掘削機２１１に対して離れた位置にトータルステーション２１３が設置され、このトータルステーション２１３のみによって、トンネル孔２２０内における様々な測量を行う測量システムである。この際、トータルステーション２１３は、トンネル孔２２０内壁面２２０ａに配設される反射ターゲット２１６からトンネル孔２２０内壁面２２０ａの内空変位を検出することができるとともに、掘削機２１１に設置された反射プリズム２１１ａから掘削機２１１の位置姿勢を検出することができるようになっている。なお、図４（ａ）において符号２２０ｂは切羽面を示す。
【０００５】
特許文献１に記載の技術によれば、トータルステーション２１３を盛り替えることなく、様々な測量が可能であるという効果が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８２４８４号公報、第１〜５頁、第１〜３図
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載の技術においては、測量の基準点となるトータルステーション２１３が掘削機２１１から離れた位置となるトンネル孔２２０内に設置されているため、例えば図４（ｂ）に示すように、トンネル孔２２０が屈曲している場合には、トータルステーション２１３を、掘削機２１１とトンネル孔２２０内で直線で結ぶことができる位置に盛り替える必要がある。すなわち、トンネル孔２２０が屈曲している場合にはトータルステーション２１３の盛り替えが必要であり、測量作業の効率が悪くなってしまうという課題があった。この原因は、測量の基準点となるトータルステーション２１３が掘削機２１１から離れて位置しており、このトータルステーション２１３を盛り替えない限り測量の基準点が変わらないことであると考えられる。
【０００８】
本発明の課題は、トンネル孔を屈曲させて形成する場合も含めて、トータルステーションを盛り替えることなく測量作業の効率を上げながら、トンネル孔内の測量を行うことを可能とするトンネル孔内測量方法及びトンネル孔内測量システムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、例えば図１、図２に示すように、
掘削機（ドリルジャンボ１１）によって地山を掘削してトンネル孔２０を形成するにあたって、前記掘削機（ドリルジャンボ１１）に搭載されたトータルステーション１３を用いてトンネル孔２０内での測量を行うトンネル孔内測量方法であって、
トンネル孔２０内壁面２０ａに反射ターゲット１６を配設する反射ターゲット配設工程と、
トータルステーション１３によって、反射ターゲット１６の位置を検出する反射ターゲット位置検出工程と、
トータルステーション１３によって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲット１６ａを基準点として前記掘削機（ドリルジャンボ１１）の位置姿勢を検出する掘削機位置姿勢検出工程と、
位置姿勢が検出された掘削機（ドリルジャンボ１１）に搭載されたトータルステーション１３によって、トンネル孔２０内での測量を行う測量工程とを含むことを特徴としている。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、前記トータルステーションによって、トンネル孔内壁面に配設された反射ターゲットの位置が検出される。また、トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として前記掘削機の位置姿勢が検出される。そして、位置姿勢が検出された掘削機に搭載されたトータルステーションによって、トンネル孔内での測量が行われる。すなわち、トンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、トータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。
【００１１】
この際、トンネル孔を屈曲させて形成する場合においても、反射ターゲットを、屈曲部分のトンネル孔内壁面の所定位置、すなわち、トンネル孔内で掘削機と直線で結ぶことができる位置に配設し、配設された反射ターゲットの位置を検出しておくことで、この位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として、前記掘削機の位置姿勢を検出することができる。すなわち、トンネル孔が屈曲している場合においても、トンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、いわば基準点を盛り替えることでトータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。
【００１２】
以上により、従来一般においては互いに異なる位置に盛り替えられたトータルステーションによってそれぞれ行われていたトンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、トンネル孔が屈曲している場合も含めて、トータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。したがって、従来に比して大幅に測量作業の効率化及び作業人員の削減を図ることができる。
【００１３】
なお、掘削機の位置姿勢を検出しておくことで、位置姿勢のデータを、例えば掘削機であるドリルジャンボのドリフタの作業半径を設定する際に用いたりすることができる。なお、このようなデータを逐一コンピュータで計算することで、掘削機を遠隔から制御したり、掘削機に自動掘削させたりすることもできる。
【００１４】
なお、前記測量工程としては、位置が検出され内空変位が収束していない反射ターゲットの内空変位をトータルステーションによって検出する工程や、切羽面の形状をトータルステーションによって検出する工程等がある。
【００１５】
なお、前記掘削機の位置姿勢の検出は、前記したように、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として行うものである。したがって、反射ターゲットの位置精度が重要となる。反射ターゲットの位置を検出する方法としては、例えば、予め設定される基準点から直接検出する方法や、先ず、位置を検出する反射ターゲット以外の反射ターゲットの位置を予め設定される基準点から検出し、次に、この反射ターゲットの位置を基に検出する方法等がある。前記した２つの方法のうち、後者によって反射ターゲットの位置を検出する場合には、精度の確保のために、所定期間ごとに、当初に設定された基準点を基に反射ターゲットの位置を検出しなおすようにすることが望ましい。
【００１６】
なお、前記トータルステーションとは、光波を用いて対象物との距離や角度の測定を行うことができる装置であり、周知の技術である。なお、対象物に対してレーザ光を照射してマーキングする機能を有するもの、対称物を自動追尾する機能を有するもの、オートフォーカス機能を有するもの等、様々な機能を有した装置が開発されている。このトータルステーションは、その設置位置で作業者が操作してもよいし、ＣＣＤカメラ、無線装置等を用いて遠隔操作可能に構成しておくことで、例えば、トンネル孔外に設けられた現場事務所から操作することもできる。
【００１７】
なお、前記反射ターゲットは、基板の表面に薄い反射シートを貼ったものの他、ガラス等から構成された反射プリズムも含む。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、例えば図１、図２に示すように、請求項１に記載のトンネル測量方法において、
前記測量工程は、トータルステーション１３によって、位置が検出され内空変位が収束していない反射ターゲット１６ｂの内空変位を検出する内空変位検出工程を含むことを特徴としている。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、前記測量工程において、トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束していない反射ターゲットの内空変位が検出される。これにより、トンネル孔内壁面の天端のみが沈降したのが、トンネル孔全体が沈降したのかを判定でき、この判定結果を次の掘削作業の参考データとして用いることができる。すなわち、例えば、次の掘削作業において、余掘りをどの程度設定するか等の参考データとすることもできる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、例えば図１、図３に示すように、請求項１又は請求項２に記載のトンネル測量方法において、
前記測量工程は、トータルステーション１３によって、切羽面２０ｂとの距離を検出する切羽面距離検出工程を含むことを特徴としている。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、前記測量工程において、切羽面との距離が検出される。これにより、トータルステーションが掘削距離を把握することができる。また、切羽面上の多数の点との距離を検出することで、切羽面の形状が求められ、これにより、例えば装薬設置のための参考データとすることもできる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のトンネル測量方法において、
前記反射ターゲット位置検出工程、前記掘削機位置姿勢検出工程、前記測量工程、のうちの少なくとも一つを遠隔操作によって行うことを特徴としている。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、前記反射ターゲット位置検出工程、前記掘削機位置姿勢検出工程、前記測量工程、のうちの少なくとも一つが遠隔操作によって行われるため、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００２４】
なお、遠隔操作を行う方法としては、例えば、掘削機に、この掘削機による掘削作業やトータルステーションによる測量作業を監視可能な監視手段、例えばＣＣＤカメラを搭載しておくとともに、掘削機やトータルステーションを無線で操作可能に構成しておけばよい。これにより、作業員は、例えばトンネル孔外等に設けられた現場事務所から遠隔操作によって掘削機による掘削及びトータルステーションによる測量を行うことができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、例えば図１、図２に示すように、
掘削機（ドリルジャンボ１１）によって地山を掘削してトンネル孔２０を形成するにあたって、トンネル孔２０内での測量を行う際に用いられるトンネル孔内測量システム１０であって、
トンネル孔２０内壁面２０ａに配設される反射ターゲット１６と、
前記掘削機（ドリルジャンボ１１）に搭載されるトータルステーション１３とを備えることを特徴としている。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、前記トータルステーションによって、トンネル孔内壁面に配設された反射ターゲットの位置を検出することができる。また、トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として前記掘削機の位置姿勢を検出することができる。そして、位置姿勢が検出された掘削機に搭載されたトータルステーションによって、トンネル孔内での測量を行うことができる。すなわち、トンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、トータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。
【００２７】
この際、トンネル孔を屈曲させて形成する場合においても、反射ターゲットを、屈曲部分のトンネル孔内壁面の所定位置、すなわち、トンネル孔内で掘削機と直線で結ぶことができる位置に配設し、配設された反射ターゲットの位置を検出しておくことで、この位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として、前記掘削機の位置姿勢を検出することができる。すなわち、トンネル孔が屈曲している場合においても、トンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、いわば基準点を盛り替えることでトータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。
【００２８】
以上により、従来一般においては互いに異なる位置に盛り替えられたトータルステーションによってそれぞれ行われていたトンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、トンネル孔が屈曲している場合も含めて、トータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。したがって、従来に比して大幅に測量作業の効率化及び作業人員の削減を図ることができる。
【００２９】
請求項６に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項５に記載のトンネル孔内測量システム１０において、
前記掘削機（ドリルジャンボ１１）による掘削作業と前記トータルステーション１３による測量作業とのうちの少なくとも一方を遠隔操作によって行うための遠隔操作手段（遠隔操作部１７）を有することを特徴としている。
【００３０】
請求項６に記載の発明によれば、前記遠隔操作手段によって、前記掘削機による掘削作業と前記トータルステーションによる測量作業とのうちの少なくとも一方が遠隔操作によって行われるので、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００３１】
請求項７に記載の発明は、請求項５又は請求項６に記載のトンネル孔内測量システム１０において、
前記トータルステーション１３は、前記反射ターゲット１６に対する自動追尾機能を有することを特徴としている。
【００３２】
請求項７に記載の発明によれば、前記トータルステーションは、前記反射ターゲットを自動追尾することができるので、前記トータルステーションによる測量スピードを向上させ、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載のトンネル孔内測量システム１０において、
前記掘削機（ドリルジャンボ１１）には自動水平保持機能を有する架台１２が設置され、この架台１２上に前記トータルステーション１３が載置されていることを特徴としている。
【００３４】
請求項８に記載の発明によれば、前記掘削機の所定位置に設置された自動水平保持機能を有する架台によって、この架台上に載置されたトータルステーションが自動で水平に保持されるので、トータルステーションによる測距を、精度良く、効率を上げながら行い、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明であるトンネル孔内測量方法及びトンネル孔内測量システムの実施の形態について、図１及び図２を参照して説明する。
【００３６】
本発明は、掘削機によって地山を掘削してトンネル孔２０を形成するにあたって、トンネル孔２０内での様々な測量を行うトンネル孔内測量方法及びトンネル孔内測量システムに関するものである。
【００３７】
本発明に係るトンネル孔内測量システム１０は、例えば図１に示すように、地山を掘削するためのドリルジャンボ１１（掘削機）、ドリルジャンボ１１の所定位置に設置される架台１２、架台１２上に載置されるトータルステーション１３、トータルステーション１３に搭載されるＣＣＤカメラ１４やジャイロコンパス１５、トンネル孔２０内壁面２０ａに配設される反射ターゲット１６、ドリルジャンボ１１やトータルステーション１３を遠隔操作するための遠隔操作部１７、等から概略構成される。
【００３８】
ドリルジャンボ１１は、地山を掘削してトンネル孔２０を形成するためのものであり、周知の技術である。ドリルジャンボ１１には、油圧で駆動するドリフタ１１ａが設置されており、ドリフタ１１ａはガイド上を前後に移動し、内蔵するピストンと油圧モータによる打撃力と回転力で地山を掘削する。なお、ドリルジャンボ１１は、トンネル孔２０内壁面２０ａの頂部等に反射ターゲット１６を配設する際等に用いられる作業台１１ｂを有しており、この作業台１１ｂは支持アーム１１ｂ１の回動範囲内で所定の位置に移動可能である。
【００３９】
架台１２は、ドリルジャンボ１１の所定位置に設置され、自動水平保持機能を有するものである。この架台としては、例えば、本願出願人等による特許３０４３６２８号公報等に記載の技術を用いることができる。この架台１２によって、トータルステーション１３は、自動で水平が保持される。
【００４０】
トータルステーション１３は、対象物に対して測距を行うためのビーム装置と対象物に対して定点パターンを照射するためのレーザ装置とを搭載している。そして、モータによって水平方向及び垂直方向に旋回自在に駆動され、これにより、トータルステーション１３は、所望の方向にビーム装置とレーザ装置とを向けることができる他、旋回角度をエンコーダで読みとることで対象物との測角を行うことも可能である。その他、トータルステーション１３は、測量された距離や角度等を用いて対象物に対する３次元的な位置関係、すなわち座標を求めたりする演算部も有している。
【００４１】
ビーム装置は、出射したビームが対象物に反射して戻って来る時間差または位相差を利用して測距を行うものである。このビーム装置は、対象物そのものから反射するビームを利用するものであっても、対象物に設置した反射物によって反射するビームを利用するものであってもよい。
【００４２】
レーザ装置は、レーザ口から対象物に対して照射される。このレーザ装置は、トータルステーション１３によって測量されたデータ、又はこれらデータを基に所定の演算が行われて出力されたデータ、等を基に求められた３次元座標を、対象物に対してマーキングする際に利用される。
【００４３】
また、トータルステーション１３は、反射ターゲット１６を自動追尾する機能を有する。これは、ビーム装置に内蔵された、図示しないＣＣＤと反射ターゲット１６で反射したビームの反射率とに基づいて、反射物を自動追尾するようにトータルステーション１３が旋回するようにそのモータを駆動させることで行われる。
【００４４】
さらに、トータルステーション１３は、反射ターゲット１６の中心を決定するオートフォーカス機能も備えている。これは、ヘッドの旋回と上下移動とを組合せて行うことで、反射ターゲット１６の周囲をジクザクないしは迷路状に走査移動させながら、反射光を受光部で受けて反射エネルギーの最大点を求めることで行われる。
【００４５】
ＣＣＤカメラは１４は、トータルステーション１３のヘッドに固定されており、トータルステーション１３のヘッドの動きに追従して動作する。
【００４６】
ジャイロコンパス１５は、トータルステーション１３に固定されており、高速で回転する独楽の軸が常に南北を指すジャイロスコープの原理を利用して、トータルステーション１３が指向する方向を検知する。
【００４７】
反射ターゲット１６は、トータルステーション１３のビーム装置やレーザ装置から発光されるレーザ光を受光可能となるように基板の表面に薄い反射シートを貼ったものであるが、その他、ガラス等から構成された反射プリズムでもよい。
【００４８】
遠隔操作部１７は、例えば、トンネル孔２０外に設置された現場事務所に設けられ、ドリルジャンボ１１とトータルステーション１３とを遠隔操作可能である。遠隔操作部１７は、ＣＣＤカメラ１４によって撮影された映像を映し出すディスプレイ１７ａ、ドリルジャンボ１１及びトータルステーション１３から送信された対象物との距離データ等を基に所定の演算を行うとともに、ドリルジャンボ１１やトータルステーション１３に対して指令を送るためのパーソナルコンピュータ１７ｂ、パーソナルコンピュータ１７ｂによる演算結果を出力したりするためのプリンタ１７ｃ等を備えている。作業者はパーソナルコンピュータ１７ｂの有するキーボード１７ｂ１から、ドリルジャンボ１１やトータルステーション１３に対して所定の指令を送ることができるようになっている。なお、送受信手段としては、例えば、無線装置や電話回線等が利用可能である。
【００４９】
次に、本発明に係るトンネル孔内測量方法について説明する。本発明に係るトンネル孔２０内の測量は、掘削機であるドリルジャンボ１１にトータルステーション１３を搭載し、このトータルステーション１３を用いてトンネル孔２０内での測量を行うものである。
【００５０】
［基準点設定工程］
先ず、トンネル孔２０外部に測量の基準となる基準点ｐ０を設定する。なお、この基準点ｐ０の設定位置は、特にトンネル孔２０外部に限定されるものではなく、トンネル孔２０内でもよいことは勿論である。
【００５１】
［掘削工程］
作業員は、現場事務所等の遠隔操作部１７に設置されたパーソナルコンピュータ１７ｂのキーボード１７ｂ１からトータルステーション１３に対して所定の指令を送信する。この作業は、ＣＣＤカメラ１４がトータルステーション１３の測量状況を監視して、画像データを遠隔操作部１７に設置されたディスプレイ１７ａにリアルタイムで送信することで、作業者がディスプレイ１７ａを確認しながら行うことができるものである。トータルステーション１３は、そのレーザ装置、ビーム装置、演算装置等を用いて、設定された基準点ｐ０を基にドリルジャンボ１１の位置及び姿勢を検出し（▲１▼）、検出データを遠隔操作部１７のパーソナルコンピュータ１７ｂに送信する。
【００５２】
パーソナルコンピュータ１７ｂは、予め計画された掘削予定経路のデータを基に、ドリルジャンボ１１のドリフタ１１ａの作業半径、傾き等を算出する。ドリルジャンボ１１は作業員からの掘削の指令を受けて、ドリフタ１１ａを所定の作業半径、傾き等に設定しながら地山を掘削する。ドリルジャンボ１１の掘削状況はＣＣＤカメラ１４によって監視され、画像データは遠隔操作部１７に設置されたディスプレイ１７ａにリアルタイムで送信されるため、作業者はディスプレイ１７ａを確認しながら掘削を行うことができる。
【００５３】
［反射ターゲット配設工程］
ドリルジャンボ１１による掘削とともに、トンネル孔２０内壁面２０ａの所定位置に反射ターゲット１６を配設していく。なお、反射ターゲット１６は、トンネル孔２０の軸方向に、例えば２０ｍ間隔で、断面方向に、例えば３個ずつ配設していく。反射ターゲット１６の配設は、作業員が地上から行ってもよいし、ドリルジャンボ１１の作業台１１ｂに乗り込んで行ってもよい。また、反射ターゲット１６をトンネル孔２０の軸方向に配設する間隔や、断面方向に配設する個数は、自由に設定することができる。この際、トンネル孔２０を屈曲させて形成する場合には、屈曲部分においても反射ターゲット１６とドリルジャンボ１１とを常に直線で結ぶことができる位置に配設していく。
【００５４】
［反射ターゲット位置検出工程］
トータルステーション１３を用いて、配設された反射ターゲット１６の位置を検出する（▲２▼）。反射ターゲット１６の位置の検出は、この反射ターゲット１６以外の反射ターゲット１６等の位置を［基準点設定工程］において設定された基準点ｐ０を基に検出し、検出された反射ターゲット１６の位置を基準点として、いわば間接的に行われてもよいし、［基準点設定工程］において設定された基準点ｐ０を基に直接的に行われてもよい。なお、前記した作業は、作業員が現場事務所からキーボード１７ｂ１等によって遠隔操作することで行う。
【００５５】
［掘削機位置姿勢検出工程］
トータルステーション１３を用いて、［反射ターゲット位置検出工程］において位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲット１６ｂを基準点としてドリルジャンボ１１の位置姿勢を検出する（▲３▼）。すなわち、内空変位が収束した反射ターゲット１６ｂの位置座標が検出され、トータルステーション１３の反射ターゲット１６に対する相対座標を取得することで、トータルステーション１３の絶対座標が取得される。そして、トータルステーション１３のドリルジャンボ１１に対する位置関係から、ドリルジャンボ１１の位置及び姿勢を検出することができる。この作業も、前記したように作業員が現場事務所からキーボード１７ｂ１等によって遠隔操作することで行う。
【００５６】
［内空変位検出工程］
位置姿勢が検出されたドリルジャンボ１１に搭載されたトータルステーション１３を用いて、［反射ターゲット位置検出工程］において位置が検出された反射ターゲット１６のうち、内空変位が収束していない反射ターゲット１６ｂからトンネル孔２０内壁面２０ａの内空変位を検出する（▲４▼）。なお、内空変位は一般に２週間程度で収束するため、内空変位が収束していない反射ターゲット１６ｂとは、トンネル孔２０内壁面２０ａに配設されて２週間を経過していないものということができる。内空変位の検出は、反射ターゲット１６の位置を所定期間をおいて再検出し、期間の前後での座標変化を求めることによって行う。この作業も、前記したように作業員が現場事務所からキーボード１７ｂ１等によって遠隔操作することで行う。なお、トンネル孔２０内壁面２０ａの内空変位を検出することで、トンネル孔２０内壁面２０ａの天端のみが沈降したのが、トンネル孔２０全体が沈降したのかを判定でき、この判定結果を次の掘削作業の参考データとして用いることができる。すなわち、例えば、次の掘削作業において、余掘りをどの程度設定するか等の参考データとすることもできる。
【００５７】
［切羽面距離検出工程］
位置姿勢が検出されたドリルジャンボ１１に搭載されたトータルステーション１３を用いて、切羽面２０ｂとの距離を検出する（▲５▼）。この作業も、前記したように作業員が現場事務所からキーボード１７ｂ１等によって遠隔操作することで行う。なお、切羽面との距離を検出することでトータルステーション１３の掘削距離を把握することができる。また、切羽面２０ｂ上の多数の点とトータルステーション１３との距離を検出することで、切羽面２０ｂの形状が概ね求められ、これにより、例えば装薬設置のための参考データとすることもできる。
【００５８】
その他のトータルステーション１３による測量作業はその詳細を記載することを省くが、その他従来一般の測量作業を行うことができることは勿論である。
【００５９】
本実施の形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００６０】
▲１▼トータルステーション１３によって、トンネル孔２０内壁面２０ａに配設された反射ターゲット１６の位置が検出される。また、トータルステーション１３によって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲット１６ｂを基準点としてドリルジャンボ１１の位置姿勢が検出される。そして、位置姿勢が検出されたドリルジャンボ１１に搭載されたトータルステーション１３によって、トンネル孔２０内での測量が行われる。すなわち、トンネル孔２０内での測量とドリルジャンボ１１の位置姿勢の検出とを、トータルステーション１３を盛り替えることなく行うことができる。
【００６１】
この際、トンネル孔２０を屈曲させて形成する場合においても、反射ターゲット１６を、屈曲部分のトンネル孔２０内壁面２０ａの所定位置、すなわち、トンネル孔２０内でドリルジャンボ１１と直線で結ぶことができる位置に配設し、配設された反射ターゲット１６の位置を検出しておくことで、この位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲット１６ｂを基準点として、ドリルジャンボ１１の位置姿勢を検出することができる。すなわち、トンネル孔２０が屈曲している場合においても、トンネル孔２０内での測量とドリルジャンボ１１の位置姿勢の検出とを、いわば基準点を盛り替えることでトータルステーション１３を盛り替えることなく行うことができる。
【００６２】
以上により、従来一般においては互いに異なる位置に盛り替えられたトータルステーションによってそれぞれ行われていたトンネル孔２０内での測量とドリルジャンボ１１の位置姿勢の検出とを、トンネル孔２０が屈曲している場合も含めて、トータルステーション１３を盛り替えることなく行うことができる。したがって、従来に比して大幅に測量作業の効率化及び作業人員の削減を図ることができる。
【００６３】
▲２▼トータルステーション１３によって、位置が検出され内空変位が収束していない反射ターゲット１６ａの内空変位が検出される。これにより、トンネル孔２０内壁面２０ａの天端のみが沈降したのが、トンネル孔２０全体が沈降したのかを判定でき、この判定結果を次の掘削作業の参考データとして用いることができる。すなわち、例えば、次の掘削作業において、余掘りをどの程度設定するか等の参考データとすることもできる。
【００６４】
▲３▼トータルステーション１３によって、切羽面２０ｂとの距離が検出される。これにより、ドリルジャンボ１１の掘削距離を把握することができる。また、切羽面２０ｂ上の多数の点との距離を検出することで、切羽面２０ｂの形状が求められ、これにより、例えば装薬設置のための参考データとすることもできる。
【００６５】
▲３▼ドリルジャンボ１１による掘削作業とトータルステーション１３による測量作業とのうちの少なくとも一方が遠隔操作によって行われるので、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００６６】
▲４▼トータルステーション１３は、反射ターゲット１６を自動追尾することができるので、トータルステーション１３による測量スピードを向上させ、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００６７】
▲５▼ドリルジャンボ１１に設置された自動水平保持機能を有する架台１２によって、この架台１２上に載置されたトータルステーション１３が自動で水平に保持されるので、トータルステーション１３による測距を、精度良く、効率を上げながら行い、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、掘削機としてドリルジャンボ１１を例に記載しているが、これに限定されるものではなく、その他に例えば、シールド掘削機やトンネルボーリングマシン、ロードヘッダ等が挙げられる。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１及び請求項５に記載の発明によれば、トータルステーションによって、トンネル孔内壁面に配設された反射ターゲットの位置が検出される。また、トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として掘削機の位置姿勢が検出される。そして、位置姿勢が検出された掘削機に搭載されたトータルステーションによって、トンネル孔内での測量が行われる。すなわち、トンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、トータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。
【００７０】
この際、トンネル孔を屈曲させて形成する場合においても、反射ターゲットを、屈曲部分のトンネル孔内壁面の所定位置、すなわち、トンネル孔内で掘削機と直線で結ぶことができる位置に配設し、配設された反射ターゲットの位置を検出しておくことで、この位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として、掘削機の位置姿勢を検出することができる。すなわち、トンネル孔が屈曲している場合においても、トンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、いわば基準点を盛り替えることでトータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。
【００７１】
以上により、従来一般においては互いに異なる位置に盛り替えられたトータルステーションによってそれぞれ行われていたトンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、トンネル孔が屈曲している場合も含めて、トータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。したがって、従来に比して大幅に測量作業の効率化及び作業人員の削減を図ることができる。
【００７２】
請求項２に記載の発明によれば、測量工程において、トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束していない反射ターゲットの内空変位が検出される。これにより、トンネル孔内壁面の天端のみが沈降したのが、トンネル孔全体が沈降したのかを判定でき、この判定結果を次の掘削作業の参考データとして用いることができる。すなわち、例えば、次の掘削作業において、余掘りをどの程度設定するか等の参考データとすることもできる。
【００７３】
請求項３に記載の発明によれば、測量工程において、切羽面との距離が検出される。これにより、トータルステーションが掘削距離を把握することができる。また、切羽面上の多数の点との距離を検出することで、切羽面の形状が求められ、これにより、例えば装薬設置のための参考データとすることもできる。
【００７４】
請求項４及び請求項６に記載の発明によれば、掘削機による掘削作業と前記トータルステーションによる測量作業とのうちの少なくとも一方が遠隔操作によって行われるので、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００７５】
請求項７に記載の発明によれば、トータルステーションは、反射ターゲットを自動追尾することができるので、トータルステーションによる測量スピードを向上させ、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００７６】
請求項８に記載の発明によれば、架台上に載置されたトータルステーションが自動で水平に保持されるので、トータルステーションによる測距を、精度良く、効率を上げながら行い、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトンネル孔内測量システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）ともに、本発明に係るトンネル孔内測量システムを用いたトンネル孔内測量方法を説明するための模式図である。
【図３】従来のトンネル孔内測量システムの一つの全体構成を示す模式図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）ともに、従来のトンネル孔内測量システムの一つを用いたトンネル孔内測量方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０　　　　　トンネル孔内測量システム
１１　　　　ドリルジャンボ（掘削機）
１２　　　　架台
１３　　　　トータルステーション
１４　　　　ＣＣＤカメラ
１５　　　　ジャイロコンパス
１６　　　　反射ターゲット
１７　　　　遠隔操作部
１７ａ　　ディスプレイ
１７ｂ　　パーソナルコンピュータ
１７ｃ　　プリンタ
２０　　　　　トンネル
２０ａ　　　内壁面
２０ｂ　　　切羽面[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunnel hole surveying system and a tunnel hole surveying method used for tunnel excavation work.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a tunnel excavation work, various surveys and operations have been required in a tunnel hole. For example, by measuring the distance to the face and grasping the excavation distance, or by measuring the cross-sectional shape, it can be used for atari (parts with a diameter smaller than the planned cross-section radius) Part), or the displacement of the inside of the tunnel hole is measured to determine the sedimentation of the tunnel hole. In addition, in order to accurately guide the excavator in the tunnel hole and ensure safety, it is necessary to accurately measure the position and posture of the excavator.
[0003]
Generally, for example, the total stations 113a and 113b shown in FIG. The total station 113a detects the position of the reflection target 116 and detects the position and orientation of the excavator 111. The total station 113b detects an inner space displacement of the inner wall surface 120a of the tunnel hole 120 from the reflection target 116 provided on the inner wall surface 120a of the tunnel hole 120. That is, since the detection of the inner space displacement of the inner wall surface 120a of the tunnel hole 120 and the detection of the position and orientation of the excavator 111 are performed by the total stations 113a and 113b arranged at different positions, the work efficiency is poor. Had. Reference numeral 114 denotes a camera, reference numeral 117 denotes a remote operation unit for remotely operating the excavator 111 and the total stations 113a and 113b, and reference numeral 120b denotes a face.
[0004]
On the other hand, in the technology described in Patent Document 1 shown below, a total station 213 is installed at a position away from the excavator 211 as shown in FIG. This is a surveying system for performing various surveys in the tunnel hole 220. At this time, the total station 213 can detect the inner space displacement of the inner wall surface 220a of the tunnel hole 220 from the reflection target 216 provided on the inner wall surface 220a of the tunnel hole 220, and can also detect the reflection prism 211a installed on the excavator 211. , The position and orientation of the excavator 211 can be detected. In FIG. 4A, reference numeral 220b indicates a face.
[0005]
According to the technique described in Patent Literature 1, an effect that various surveys can be performed without changing the total station 213 is described.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-182484, pages 1 to 5, FIGS.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the technique described in Patent Document 1, since the total station 213 serving as a reference point for surveying is installed in the tunnel hole 220 at a position away from the excavator 211, for example, as shown in FIG. If the tunnel hole 220 is bent, it is necessary to change the total station 213 to a position where it can be connected to the excavator 211 and the tunnel hole 220 by a straight line. That is, when the tunnel hole 220 is bent, it is necessary to change the total station 213, and there is a problem that the efficiency of the surveying operation is deteriorated. It is considered that the cause is that the total station 213 serving as the reference point of the survey is located away from the excavator 211, and the reference point of the survey does not change unless the total station 213 is replaced.
[0008]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a surveying method in a tunnel hole capable of performing surveying in a tunnel hole while increasing the efficiency of surveying work without changing a total station, including a case where a tunnel hole is formed by bending. And to provide a tunnel bore surveying system.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the invention described in claim 1 is, for example, as shown in FIGS.
In forming a tunnel hole 20 by excavating the ground with an excavator (drill jumbo 11), a tunnel hole for performing surveying in the tunnel hole 20 using a total station 13 mounted on the excavator (drill jumbo 11). Internal surveying method,
A reflection target disposing step of disposing the reflection target 16 on the inner wall surface 20a of the tunnel hole 20,
A reflection target position detection step of detecting the position of the reflection target 16 by the total station 13;
An excavator position / posture detecting step of detecting the position / posture of the excavator (drill jumbo 11) using the reflection target 16a whose position has been detected and the inner space displacement converged by the total station 13 as a reference point;
And a surveying step of performing surveying in the tunnel hole 20 by the total station 13 mounted on the excavator (drill jumbo 11) whose position and orientation have been detected.
[0010]
According to the first aspect of the present invention, the position of the reflection target disposed on the inner wall surface of the tunnel hole is detected by the total station. The position and orientation of the excavator are detected by the total station using the reflection target whose position has been detected and the inner space displacement has converged as a reference point. Then, the survey in the tunnel hole is performed by the total station mounted on the excavator whose position and orientation have been detected. That is, surveying in the tunnel hole and detection of the position and orientation of the excavator can be performed without changing the total station.
[0011]
At this time, even when the tunnel hole is formed by bending, the reflection target is arranged at a predetermined position on the inner wall surface of the tunnel hole at the bent portion, that is, at a position where the reflection target can be linearly connected to the excavator in the tunnel hole. By detecting the position of the disposed reflection target, the position and orientation of the excavator can be detected using the reflection target whose position has been detected and the inner space displacement has converged as a reference point. That is, even when the tunnel hole is bent, the surveying and the detection of the position and orientation of the excavator in the tunnel hole can be performed without changing the total station by changing the reference points.
[0012]
From the above, the surveying in the tunnel hole and the detection of the position and orientation of the excavator, which have been performed by the total station which has been rearranged to different positions in the conventional general, including the case where the tunnel hole is bent, , Without changing the total station. Therefore, it is possible to greatly improve the efficiency of the surveying work and reduce the number of workers compared to the related art.
[0013]
By detecting the position and orientation of the excavator, the position and orientation data can be used, for example, when setting the working radius of the drill lifter of a drill jumbo as an excavator. By calculating such data one by one using a computer, the excavator can be controlled remotely or the excavator can automatically excavate.
[0014]
The surveying step includes a step of detecting the inner space displacement of the reflection target whose position is detected and the inner space displacement is not converged by the total station, a step of detecting the shape of the face face by the total station, and the like.
[0015]
The detection of the position and orientation of the excavator is performed using the reflection target whose position has been detected and the inner space displacement has converged as a reference point, as described above. Therefore, the position accuracy of the reflection target is important. As a method of detecting the position of the reflection target, for example, a method of directly detecting from a preset reference point, or first, a position of a reflection target other than the reflection target whose position is to be detected is detected from the preset reference point. Then, there is a method of detecting based on the position of the reflection target. When the position of the reflection target is detected by the latter of the two methods described above, the position of the reflection target is detected based on the reference point initially set for each predetermined period in order to ensure accuracy. It is desirable to make corrections.
[0016]
The total station is a device that can measure a distance and an angle to an object using light waves, and is a well-known technique. Devices having various functions have been developed, such as a device having a function of irradiating a laser beam on a target object, a device having a function of automatically tracking a symmetric object, and a device having an autofocus function. I have. The total station may be operated by an operator at the installation position, or may be remotely operated using a CCD camera, a wireless device, or the like. It can also be operated from.
[0017]
The reflection target includes a reflection prism formed of glass or the like, in addition to a reflection target having a thin reflection sheet attached to the surface of the substrate.
[0018]
According to a second aspect of the invention, as shown in FIGS. 1 and 2, for example, in the tunnel surveying method according to the first aspect,
The surveying step is characterized by including an inner space displacement detecting step of detecting the inner space displacement of the reflection target 16b whose position has been detected by the total station 13 and the inner space displacement has not converged.
[0019]
According to the invention described in claim 2, in the surveying step, the total station detects the inner space displacement of the reflection target whose position has been detected and the inner space displacement has not converged. Accordingly, it is possible to determine whether only the top of the inner wall surface of the tunnel hole has settled or whether the entire tunnel hole has settled, and this determination result can be used as reference data for the next excavation work. That is, for example, in the next excavation work, it can be used as reference data such as how much extra digging is set.
[0020]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a tunnel surveying method according to the first or second aspect, for example, as shown in FIGS.
The surveying step is characterized in that the total station 13 includes a face face distance detecting step of detecting a distance from the face face 20b.
[0021]
According to the third aspect of the present invention, in the surveying step, a distance from the face is detected. This allows the total station to know the excavation distance. Further, the shape of the face is obtained by detecting the distance to a large number of points on the face, and can be used as, for example, reference data for installing a charge.
[0022]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a tunnel surveying method according to any one of the first to third aspects, as shown in FIG.
At least one of the reflection target position detection step, the excavator position / posture detection step, and the surveying step is performed by remote control.
[0023]
According to the fourth aspect of the present invention, at least one of the reflection target position detection step, the excavator position / posture detection step, and the surveying step is performed by remote control, so that excavation work is made more efficient and work is performed. The number of personnel can be further reduced.
[0024]
As a method of performing remote control, for example, a monitoring device capable of monitoring the excavating operation by the excavator and the surveying operation by the total station, for example, a CCD camera is mounted on the excavator, and the excavator and the total station are wirelessly connected. It is sufficient if it is configured to be operable. Thus, the operator can perform excavation by the excavator and surveying by the total station by remote control from a site office provided outside the tunnel hole, for example.
[0025]
The invention according to claim 5 is, for example, as shown in FIGS.
An excavator (drill jumbo 11) for excavating the ground to form a tunnel hole 20, which is a surveying system 10 in a tunnel hole used for surveying in the tunnel hole 20;
A reflection target 16 disposed on an inner wall surface 20a of the tunnel hole 20,
And a total station 13 mounted on the excavator (drill jumbo 11).
[0026]
According to the invention described in claim 5, the position of the reflection target disposed on the inner wall surface of the tunnel hole can be detected by the total station. The position and orientation of the excavator can be detected by the total station using the reflection target whose position has been detected and the inner space displacement has converged as a reference point. Then, the survey in the tunnel hole can be performed by the total station mounted on the excavator whose position and orientation have been detected. That is, surveying in the tunnel hole and detection of the position and orientation of the excavator can be performed without changing the total station.
[0027]
At this time, even when the tunnel hole is formed by bending, the reflection target is arranged at a predetermined position on the inner wall surface of the tunnel hole at the bent portion, that is, at a position where the reflection target can be linearly connected to the excavator in the tunnel hole. By detecting the position of the disposed reflection target, the position and orientation of the excavator can be detected using the reflection target whose position has been detected and the inner space displacement has converged as a reference point. That is, even when the tunnel hole is bent, the surveying and the detection of the position and orientation of the excavator in the tunnel hole can be performed without changing the total station by changing the reference points.
[0028]
From the above, the surveying in the tunnel hole and the detection of the position and orientation of the excavator, which have been performed by the total station which has been rearranged to different positions in the conventional general, including the case where the tunnel hole is bent, , Without changing the total station. Therefore, it is possible to greatly improve the efficiency of the surveying work and reduce the number of workers compared to the related art.
[0029]
According to a sixth aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, for example, in the tunnel hole surveying system 10 according to the fifth aspect,
The remote control unit (remote control unit 17) for performing at least one of the excavation work by the excavator (drill jumbo 11) and the surveying work by the total station 13 by remote control.
[0030]
According to the invention as set forth in claim 6, since at least one of the excavation work by the excavator and the surveying work by the total station is performed by the remote control means, the efficiency of the excavation work and the work are improved. The number of personnel can be further reduced.
[0031]
According to a seventh aspect of the present invention, in the tunnel hole surveying system 10 according to the fifth or sixth aspect,
The total station 13 has an automatic tracking function for the reflection target 16.
[0032]
According to the invention described in claim 7, since the total station can automatically track the reflection target, the surveying speed by the total station can be improved, and the efficiency of excavation work and the number of workers can be further reduced. Can be.
[0033]
The invention described in claim 8 is, for example, as shown in FIG. 1, in the surveying system in a tunnel hole 10 according to any one of claims 5 to 7,
The excavator (drill jumbo 11) is provided with a gantry 12 having an automatic horizontal holding function, and the total station 13 is mounted on the gantry 12.
[0034]
According to the invention as set forth in claim 8, the total station mounted on the gantry is automatically and horizontally held by the gantry having an automatic horizontal holding function installed at a predetermined position of the excavator. , The accuracy of the excavation work can be increased, and the number of workers can be further reduced.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a tunnel hole surveying method and a tunnel hole surveying system according to the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
[0036]
The present invention relates to a tunnel hole surveying method and a tunnel hole surveying system for performing various surveys in a tunnel hole 20 when an excavator excavates a ground to form a tunnel hole 20.
[0037]
As shown in FIG. 1, for example, a survey system 10 in a tunnel hole according to the present invention includes a drill jumbo 11 (excavator) for excavating a ground, a mount 12 installed at a predetermined position of the drill jumbo 11, a mount 12 For remotely controlling the total station 13 mounted thereon, the CCD camera 14 and the gyrocompass 15 mounted on the total station 13, the reflection target 16 disposed on the inner wall surface 20a of the tunnel hole 20, the drill jumbo 11, and the total station 13 It is roughly composed of a remote control unit 17 and the like.
[0038]
The drill jumbo 11 is for excavating the ground to form a tunnel hole 20 and is a known technique. The drill jumbo 11 is provided with a hydraulically driven drifter 11a. The drifter 11a moves back and forth on a guide, and excavates the ground by using a striking force and a rotating force of a built-in piston and a hydraulic motor. The drill jumbo 11 has a worktable 11b used for disposing the reflection target 16 on the top of the inner wall surface 20a of the tunnel hole 20 and the like, and the worktable 11b is in a rotation range of the support arm 11b1. Can be moved to a predetermined position.
[0039]
The gantry 12 is installed at a predetermined position of the drill jumbo 11 and has an automatic leveling function. As the gantry, for example, the technology described in Japanese Patent No. 3043628 or the like by the present applicant can be used. The horizontal position of the total station 13 is automatically maintained by the gantry 12.
[0040]
The total station 13 is equipped with a beam device for measuring a distance to an object and a laser device for irradiating the object with a fixed point pattern. The total station 13 is capable of turning the beam device and the laser device in a desired direction by reading the turning angle with an encoder. Can also be measured. In addition, the total station 13 also has a calculation unit that obtains a three-dimensional positional relationship with respect to the target, that is, coordinates using the measured distance, angle, and the like.
[0041]
The beam device measures a distance using a time difference or a phase difference in which an emitted beam is reflected by an object and returns. This beam device may use a beam reflected from the object itself, or may use a beam reflected by a reflector installed on the object.
[0042]
The laser device irradiates an object from a laser port. This laser device marks the object with three-dimensional coordinates obtained based on data measured by the total station 13 or data output by performing a predetermined operation based on the data. Used when
[0043]
Further, the total station 13 has a function of automatically tracking the reflection target 16. That is, based on a CCD (not shown) built in the beam device and the reflectivity of the beam reflected by the reflection target 16, the motor is driven so that the total station 13 turns so as to automatically track the reflection object. Done in
[0044]
Further, the total station 13 also has an autofocus function for determining the center of the reflection target 16. This is performed by combining the turning of the head and the vertical movement, thereby scanning and moving around the reflective target 16 in a zigzag or maze shape, receiving reflected light by the light receiving unit, and calculating the maximum point of reflected energy. Done.
[0045]
The CCD camera 14 is fixed to the head of the total station 13 and operates following the movement of the head of the total station 13.
[0046]
The gyrocompass 15 is fixed to the total station 13 and detects the direction in which the total station 13 points using the principle of a gyroscope in which the axis of the top rotating at high speed always points north and south.
[0047]
The reflection target 16 is formed by attaching a thin reflection sheet to the surface of a substrate so as to be able to receive laser light emitted from a beam device or a laser device of the total station 13. In addition, the reflection target 16 is made of glass or the like. It may be a prism.
[0048]
The remote control unit 17 is provided, for example, in a field office installed outside the tunnel hole 20, and can remotely control the drill jumbo 11 and the total station 13. The remote operation unit 17 performs a predetermined operation based on distance data to the object transmitted from the display 17a, the drill jumbo 11, and the total station 13 and the like, which displays an image captured by the CCD camera 14, and performs the drill jumbo 11 A personal computer 17b for sending commands to the total station 13 and a printer 17c for outputting the result of calculation by the personal computer 17b are provided. The operator can send a predetermined command to the drill jumbo 11 and the total station 13 from the keyboard 17b1 of the personal computer 17b. In addition, as the transmission / reception means, for example, a wireless device or a telephone line can be used.
[0049]
Next, a survey method in a tunnel hole according to the present invention will be described. In the surveying in the tunnel hole 20 according to the present invention, a total station 13 is mounted on a drill jumbo 11 as an excavator, and the surveying in the tunnel hole 20 is performed using the total station 13.
[0050]
[Reference point setting process]
First, a reference point p0 serving as a reference for surveying is set outside the tunnel hole 20. Note that the setting position of the reference point p0 is not particularly limited to the outside of the tunnel hole 20, but may be inside the tunnel hole 20 as a matter of course.
[0051]
[Drilling process]
The worker sends a predetermined command to the total station 13 from the keyboard 17b1 of the personal computer 17b installed in the remote operation unit 17 such as a site office. This operation is performed while the operator checks the display 17a by the CCD camera 14 monitoring the surveying status of the total station 13 and transmitting image data in real time to the display 17a installed in the remote control unit 17. Can be done. The total station 13 detects the position and orientation of the drill jumbo 11 based on the set reference point p0 using the laser device, beam device, arithmetic device, and the like ((1)), and transmits the detected data to the remote control unit 17 To the personal computer 17b.
[0052]
The personal computer 17b calculates the working radius, inclination, and the like of the drill lifter 11a of the drill jumbo 11, based on the data of the planned drilling route. The drill jumbo 11 receives a drilling instruction from a worker and drills the ground while setting the drifter 11a to a predetermined working radius, inclination, and the like. The drilling status of the drill jumbo 11 is monitored by the CCD camera 14, and the image data is transmitted in real time to the display 17a installed in the remote control unit 17, so that the operator can perform the drilling while checking the display 17a. .
[0053]
[Reflection target installation process]
Along with the excavation by the drill jumbo 11, the reflection target 16 is arranged at a predetermined position on the inner wall surface 20a of the tunnel hole 20. The reflection targets 16 are arranged in the axial direction of the tunnel hole 20, for example, at intervals of 20 m, for example, three in the cross-sectional direction. The placement of the reflection target 16 may be performed by an operator from the ground, or may be performed by riding on the work table 11b of the drill jumbo 11. Further, the intervals at which the reflection targets 16 are arranged in the axial direction of the tunnel hole 20 and the number of the reflection targets 16 arranged in the cross-sectional direction can be freely set. In this case, when the tunnel hole 20 is formed by bending, the reflection target 16 and the drill jumbo 11 are always arranged at a position where the bending target can be connected with a straight line.
[0054]
[Reflection target position detection process]
The position of the disposed reflection target 16 is detected using the total station 13 ((2)). The position of the reflection target 16 is detected by detecting the position of the reflection target 16 or the like other than the reflection target 16 based on the reference point p0 set in the [reference point setting step], and determining the detected position of the reflection target 16. The reference point may be performed indirectly, or may be directly performed based on the reference point p0 set in the [reference point setting step]. Note that the above-described operation is performed by a worker remotely operating the keyboard 17b1 or the like from a site office.
[0055]
[Excavator position and orientation detection process]
Using the total station 13, the position and orientation of the drill jumbo 11 are detected using the reflection target 16b whose position has been detected in the [reflection target position detection step] and the inner space displacement has converged as a reference point ([3]). That is, the position coordinates of the reflection target 16b where the inner sky displacement has converged are detected, and the relative coordinates of the total station 13 with respect to the reflection target 16 are obtained, whereby the absolute coordinates of the total station 13 are obtained. Then, the position and orientation of the drill jumbo 11 can be detected from the positional relationship of the total station 13 with respect to the drill jumbo 11. This operation is also performed by the operator remotely operating the keyboard 17b1 or the like from the site office as described above.
[0056]
[Internal displacement detection process]
Using the total station 13 mounted on the drill jumbo 11 in which the position and orientation have been detected, from among the reflection targets 16 whose positions have been detected in the [reflection target position detection step], the reflection targets 16b in which the inner space displacement has not converged. The inner space displacement of the inner wall surface 20a of the tunnel hole 20 is detected ([4]). In addition, since the in-air displacement generally converges in about two weeks, the reflection target 16b in which the in-air displacement does not converge means that the reflection target 16b is disposed on the inner wall surface 20a of the tunnel hole 20 and has not passed two weeks. Can be. The detection of the inner space displacement is performed by re-detecting the position of the reflection target 16 after a predetermined period, and calculating a coordinate change before and after the period. This operation is also performed by the operator remotely operating the keyboard 17b1 or the like from the site office as described above. By detecting the displacement of the inner wall surface 20a of the tunnel hole 20 in the sky, it is possible to determine whether only the top end of the inner wall surface 20a of the tunnel hole 20 has settled, but whether the entire tunnel hole 20 has settled. It can be used as reference data for the next excavation work. That is, for example, in the next excavation work, it can be used as reference data such as how much extra digging is set.
[0057]
[Face face distance detection process]
Using the total station 13 mounted on the drill jumbo 11 whose position and orientation have been detected, the distance from the face 20b is detected ([5]). This operation is also performed by the operator remotely operating the keyboard 17b1 or the like from the site office as described above. The excavation distance of the total station 13 can be determined by detecting the distance from the face. Further, by detecting the distances between a number of points on the face 20b and the total station 13, the shape of the face 20b can be roughly obtained, and thus can be used as, for example, reference data for installing a charge.
[0058]
The details of the surveying work by the other total stations 13 are omitted, but it goes without saying that other conventional surveying work can be performed.
[0059]
According to the present embodiment, the following effects can be obtained.
[0060]
(1) The position of the reflection target 16 provided on the inner wall surface 20a of the tunnel hole 20 is detected by the total station 13. Further, the position and orientation of the drill jumbo 11 are detected by the total station 13 with reference to the reflection target 16b whose position has been detected and the inner space displacement has converged. Then, the survey in the tunnel hole 20 is performed by the total station 13 mounted on the drill jumbo 11 whose position and orientation have been detected. That is, the surveying in the tunnel hole 20 and the detection of the position and orientation of the drill jumbo 11 can be performed without changing the total station 13.
[0061]
In this case, even when the tunnel hole 20 is formed by bending, the reflection target 16 can be connected to the drill jumbo 11 in a predetermined position on the inner wall surface 20a of the tunnel hole 20 at the bent portion, that is, in the tunnel hole 20 by a straight line. The position of the drill jumbo 11 is determined by setting the position of the reflective target 16 and detecting the position of the disposed reflective target 16 as a reference point. Can be detected. That is, even when the tunnel hole 20 is bent, the surveying in the tunnel hole 20 and the detection of the position and orientation of the drill jumbo 11 can be performed without changing the total station 13 by changing the reference points. Can be.
[0062]
As described above, the surveying in the tunnel hole 20 and the detection of the position and orientation of the drill jumbo 11, which have been performed by the total station repositioned at positions different from each other in the conventional general case, are performed when the tunnel hole 20 is bent. This can be performed without changing the total station 13. Therefore, it is possible to greatly improve the efficiency of the surveying work and reduce the number of workers compared to the related art.
[0063]
{Circle around (2)} The total station 13 detects the position of the reflection target 16a in which the position is detected and the position of the reflection target 16a is not converged. Thereby, it is possible to determine whether only the top end of the inner wall surface 20a of the tunnel hole 20 has settled or whether the entire tunnel hole 20 has settled, and this determination result can be used as reference data for the next excavation work. That is, for example, in the next excavation work, it can be used as reference data such as how much extra digging is set.
[0064]
(3) The total station 13 detects the distance from the face 20b. Thereby, the excavation distance of the drill jumbo 11 can be grasped. Further, the shape of the face 20b can be obtained by detecting the distance to a large number of points on the face 20b, and thus can be used as, for example, reference data for installing a charge.
[0065]
(3) Since at least one of the excavation work by the drill jumbo 11 and the surveying work by the total station 13 is performed by remote control, the efficiency of the excavation work and the number of workers can be further reduced.
[0066]
{Circle over (4)} Since the total station 13 can automatically track the reflection target 16, the surveying speed by the total station 13 can be improved, and the efficiency of excavation work and the number of workers can be further reduced.
[0067]
(5) The total station 13 mounted on the gantry 12 is automatically held horizontally by the gantry 12 having an automatic leveling function provided on the drill jumbo 11, so that the distance measurement by the total station 13 can be performed with high accuracy. This can be performed while increasing the efficiency, and the efficiency of excavation work can be further increased and the number of workers can be further reduced.
[0068]
In the present embodiment, the drill jumbo 11 is described as an example of an excavator, but the present invention is not limited to this. For example, a shield excavator, a tunnel boring machine, a road header, and the like can be given. .
[0069]
【The invention's effect】
According to the first and fifth aspects of the present invention, the position of the reflection target disposed on the inner wall surface of the tunnel hole is detected by the total station. Further, the position and orientation of the excavator are detected by the total station using the reflection target whose position has been detected and the inner space displacement converged as a reference point. Then, the survey in the tunnel hole is performed by the total station mounted on the excavator whose position and orientation have been detected. That is, surveying in the tunnel hole and detection of the position and orientation of the excavator can be performed without changing the total station.
[0070]
At this time, even when the tunnel hole is formed by bending, the reflection target is arranged at a predetermined position on the inner wall surface of the tunnel hole at the bent portion, that is, at a position where the reflection target can be linearly connected to the excavator in the tunnel hole. By detecting the position of the disposed reflection target, the position and orientation of the excavator can be detected using the reflection target whose position has been detected and the inner space displacement has converged as a reference point. That is, even when the tunnel hole is bent, the surveying and the detection of the position and orientation of the excavator in the tunnel hole can be performed without changing the total station by changing the reference points.
[0071]
From the above, the surveying in the tunnel hole and the detection of the position and orientation of the excavator, which have been performed by the total station which has been rearranged to different positions in the conventional general, including the case where the tunnel hole is bent, , Without changing the total station. Therefore, it is possible to greatly improve the efficiency of the surveying work and reduce the number of workers compared to the related art.
[0072]
According to the second aspect of the present invention, in the surveying step, the total station detects the inner space displacement of the reflection target whose position has been detected and the inner space displacement has not converged. Accordingly, it is possible to determine whether only the top of the inner wall surface of the tunnel hole has settled or whether the entire tunnel hole has settled, and this determination result can be used as reference data for the next excavation work. That is, for example, in the next excavation work, it can be used as reference data such as how much extra digging is set.
[0073]
According to the third aspect of the present invention, in the surveying step, the distance to the face is detected. This allows the total station to know the excavation distance. Further, the shape of the face is obtained by detecting the distance to a large number of points on the face, and can be used as, for example, reference data for installing a charge.
[0074]
According to the fourth and sixth aspects of the present invention, at least one of the excavating operation by the excavator and the surveying operation by the total station is performed by remote control, so that the excavating operation is made more efficient and the number of workers is reduced. Can be further achieved.
[0075]
According to the invention described in claim 7, the total station can automatically track the reflection target, so that the surveying speed by the total station can be improved, and the efficiency of excavation work and the number of workers can be further reduced.
[0076]
According to the invention as set forth in claim 8, since the total station mounted on the gantry is automatically held horizontally, distance measurement by the total station is performed with high accuracy and efficiency, and the efficiency of excavation work is improved. The number of workers can be further reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the entire configuration of a surveying system in a tunnel hole according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams for explaining a tunnel hole surveying method using the tunnel hole surveying system according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram showing one overall configuration of a conventional tunnel hole surveying system.
4 (a) and 4 (b) are schematic diagrams for explaining a tunnel hole surveying method using one of the conventional tunnel hole surveying systems.
[Explanation of symbols]
10 Survey system in tunnel hole
11 Drill Jumbo (Excavator)
12 stand
13 Total Station
14 CCD camera
15 Gyro compass
16 Reflection target
17 Remote control unit
17a display
17b Personal computer
17c printer
20 tunnel
20a inner wall
20b face

Claims

掘削機によって地山を掘削してトンネル孔を形成するにあたって、前記掘削機に搭載されたトータルステーションを用いてトンネル孔内での測量を行うトンネル孔内測量方法であって、
トンネル孔内壁面に反射ターゲットを配設する反射ターゲット配設工程と、
トータルステーションによって、反射ターゲットの位置を検出する反射ターゲット位置検出工程と、
トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として前記掘削機の位置姿勢を検出する掘削機位置姿勢検出工程と、
位置姿勢が検出された掘削機に搭載されたトータルステーションによって、トンネル孔内での測量を行う測量工程とを含むことを特徴とするトンネル孔内測量方法。In forming a tunnel hole by excavating the ground with an excavator, a tunnel hole surveying method for performing surveying in the tunnel hole using a total station mounted on the excavator,
A reflection target arranging step of arranging the reflection target on the inner wall surface of the tunnel hole,
A reflection target position detection step of detecting the position of the reflection target by the total station;
An excavator position / posture detecting step of detecting the position / posture of the excavator using the reflection target whose position has been detected and the inner space displacement has converged as a reference point,
A surveying step of performing surveying in the tunnel hole by a total station mounted on the excavator whose position and orientation have been detected.

前記測量工程は、トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束していない反射ターゲットの内空変位を検出する内空変位検出工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のトンネル孔内測量方法。2. The tunnel hole according to claim 1, wherein the surveying step includes an inner space displacement detecting step of detecting an inner space displacement of a reflection target whose position is detected by the total station and the inner space displacement is not converged. Survey method.

前記測量工程は、トータルステーションによって、切羽面との距離を検出する切羽面距離検出工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル孔内測量方法。3. The surveying method according to claim 1, wherein the surveying step includes a face-face distance detecting step of detecting a distance from the face face by a total station.

前記反射ターゲット位置検出工程、前記掘削機位置姿勢検出工程、前記測量工程、のうちの少なくとも一つを遠隔操作によって行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のトンネル孔内測量方法。The method according to any one of claims 1 to 3, wherein at least one of the reflection target position detection step, the excavator position and orientation detection step, and the surveying step is performed by remote control. Survey method in tunnel hole.

掘削機によって地山を掘削してトンネルを形成するにあたって、トンネル孔内での測量を行う際に用いられるトンネル孔内測量システムであって、
トンネル孔内壁面に配設される反射ターゲットと、
前記掘削機に搭載されるトータルステーションとを備えることを特徴とするトンネル孔内測量システム。A tunnel hole surveying system used when surveying in a tunnel hole when excavating the ground by an excavator to form a tunnel,
A reflection target disposed on the inner wall surface of the tunnel hole,
And a total station mounted on the excavator.

前記掘削機による掘削作業と前記トータルステーションによる測量作業とのうちの少なくとも一方を遠隔操作によって行うための遠隔操作手段を有することを特徴とする請求項５に記載のトンネル孔内測量システム。The surveying system in a tunnel hole according to claim 5, further comprising remote control means for performing at least one of excavating work by the excavator and surveying work by the total station by remote control.

前記トータルステーションは、前記反射ターゲットに対する自動追尾機能を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のトンネル孔内測量システム。The surveying system according to claim 5 or 6, wherein the total station has an automatic tracking function for the reflection target.

前記掘削機には自動水平保持機能を有する架台が設置され、この架台上に前記トータルステーションが載置されていることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載のトンネル孔内測量システム。The tunnel hole according to any one of claims 5 to 7, wherein a mount having an automatic leveling function is installed in the excavator, and the total station is mounted on the mount. Internal surveying system.