JP2008020427A - 土木施工計画に対する丁張位置設定方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】支援システムを必要としないで丁張位置を直接正確に設定することの出来る簡単な方法を提供する．
【解決手段】基準点から既知点への方向角と任意点からの距離と角度により測点割出と線形位置を算出し、この線形位置を元に切土・盛土法面開始位置を計算しこの切士・盛土法面開始位置から前記基準点からの距離と角度により切土・盛土法面開始位置が正しい測線上にあるかを確認して杭打設位置を設定し、この杭打設位置に打設した杭の杭頭（釘）からの前記基準点からの距離と角度により前記杭に取り付ける丁張り板の位置設定を行うことを特徴とする土木施工計画に対する丁張位置設定方法。
【選択図】図５

Description

本発明は、土木施工計画に対する丁張位置設定方法に関するものである。

道路や建築物を構築する土木工事に際しては、平面図、横断図、縦断図、構造図などの設計図面と設計図面から作成した数値表（路肩表など）に基づく計画と、ＧＰＳや航空写真等で得た現地の実際の地形の測量データとに基づいて、地山を切ったり盛土をして施工を行う。このとき、仕上がり面のレベルや法面の勾配を表すために丁張を測点（管理測点）毎に打っていき、現場における工事の基準点としている。

しかし、この従来からの施工方法では、設計図面と測量データは全て二次元的資料であるため、これらを見ながら頭の中で三次元的な全体的な把握をする必要があり、工事が出来上がるまで、ミスを見つけることができないことが多く、土を切りすぎた場合には盛土を行うなど、やり直しには多大な時間と人手とそれに伴う費用がかかっていた。

丁張が正しいかのチェックは、貫板が通っているか、貫板がカーブになっているかを目視で確認しているが、高さを間違えていても一応貫板が通っておれば目視では間違いが分からないので、本当の意味でのチェックではなく、結局、工事が完成するまでミスが分からないのが今までの実状である。

さらに、高速道路等の建設工事においては、設計図面（横断図）では道路のセンターの高さだけを表現している。平面図・縦断図・横断図が所有している情報を総合的に判断し、道路が何パーセント上っているか、下っているか、また幅員を判断する必要がある。また、この図面が正しいかどうかも判断しなければならない。道路がカーブしている所では、所定の路面勾配となるように現場で丁張を設置して（一般に丁張をかけていくと言う）が、丁張を設置する前に、計算で路肩表を５ｍピッチで作り、道路のセンターの高さ、右の高さ、左の高さを全て５ｍピッチで出して、それらの高さに基づいて丁張を設置していく。

このように、従来の土木工事は、丁張掛けという、点による施工管理が一般的であったが、この方法では、丁張の設定ミスやその見過ごしが重大な施工ミスにつながり、この解決が土木業界の懸案であった。

近年では、コンピュータの表計算ソフトを用いて、計画と測量による数値、関数計算機やコンピュータ計算によって丁張位置の解を得るようにしたものが提案されている。
しかしながら、従来の関数計算の手法では、計画の線形形状によっては解を求めることができないものもあり（例えば、卵型クロソイドカーブ、Ｓ型クロソイドカーブ）、確率的な数値表等を参照しながらでないと、丁張位置と計画線形との関係を定義できないという問題点があった。
そこで最近では、本願出願人が開発した土木工事において施工計画に対する丁張位置のずれを見つけ、どこをどのように修正したらいいかを視覚的にも数値的にも容易にかつ確実に認識することのできるシステムが本願出願人によって開発され特許文献１により初回されている。

この特許文献１に記載のシステムは、施工対象となる地形の実測数値と設計図面から得られた数値とを同一データ構造の位置データに変換する手段と、それらの位置データに基づいて、地形と施工計画を長さの単位を属性とする属性ボクセルによって構成された３次元グラフィックスをコンピュータ画面上に重畳表示する手段と、入力された丁張位置の座標に基づいて前記３次元グラフィックス上に当該丁張位置を表示する手段とを備えたことを特徴とする土木工事測量・施工支援システムである。また前記ボクセル空間内のボクセルの位置Ｐｖｏｘを、次式で示される座標によって表すことも特徴としている。
Ｐｖｏｘ＝（（Ｘ−Ｘｍｉｎ）／Δ，（Ｙ−Ｙｍｉｎ）／Δ，（Ｚ−Ｚｍｉｎ）／Δ）
ただし、Δ：ボクセルサイズ、（Ｘｍｉｎ，Ｙｍｉｎ，Ｚｍｉｎ）はボクセル空間の基準点。
特開２００２−２９７６８８号公報

上記特許文献１に記載のシステムは、コンピュータによるボクセル表現に施工対象となる地形の測量から得られた数値と計画数値から水平成分と垂直成分の長さの属性を与えることにより、丁張位置と計画線形との関係を明示することができる。こうして定義されたボクセル空間内に、計測された丁張位置を入力し表示することにより、計画と丁張位置とのずれが、視覚的にも、数値としても認識される。このようにして、最適位置への修正の為の数値が得られるなどの効果がある。
しかしながらこの従来システムは一旦設定した丁張位置を補正する手段を用いる等の若干煩雑な処理と処理容量が嵩む等の問題を有する。
このため本発明は、前記支援システムを必要としないで丁張位置を直接正確に設定することの出来る簡単な方法を提供するものである。

本発明は上記問題を解決するためになされたものでありその特徴とするところは、次の（１）〜（２）にある。

（１）．図１に示す如く、基準点から既知点への方向角と任意点への距離と角度により測点割出機能から線形位置を算出し、この線形位置を元に切土・盛土法面開始位置を計算しこの切土・盛土法面開始位置から前記基準点からの距離と角度により計算された切土・盛土法面開始位置が正しい測線上にあるかを確認して杭打設位置を設定し、この杭打設位置に打設した杭の杭頭（釘）への前記基準点からの距離と角度により前記杭に取り付ける丁張り板の位置設定を行うことを特徴とする土木施工計画に対する丁張位置設定方法。
（２）．図１に示す如く、基準点から既知点への方向角と任意点への距離と角度を入力して、測点割出機能から線形位置を算出する線形位置算出部１００と、線形位置算出部からの丁張り設置測点を入力して切土・盛土法面開始位置計算を行う丁張り位置算出部２００と、丁張り位置計算部からの切土・盛土法面開始位置を入力しこれから前記基準点からの距離と角度を入力し切土・盛土法面開始位置が正しい測線上にあるかを確認し杭打設位置を設定する杭打設位置算出部３００と、杭打設位置算出部で設定した杭打設位置に打設した杭の杭頭（釘）への前記基準点からの距離と角度を入力し前記杭に取り付ける丁張り板の位置算出を行う丁張り板位置算出部４００とから構成してなることを特徴とする土木施工計画に対する丁張位置設定装置。

本発明は、上記構成（１）（２）により前記支援システム等を全く必要としないで簡易な小型計算機により丁張位置を現場で直接正確に設定することが出来るものである。

本発明の前記特徴において記載の用語の解説（定義等）を以下に示す。
１．基準点（Ｔ−１）：緯度・経度・標高（Ｘ・Ｙ・Ｚ）の情報を持った測量基準点。
実施例では器械を設置する器械点とする。
２．既知点（Ｔ−２）：緯度・経度・標高（Ｘ・Ｙ・Ｚ）の情報を持った測量基準点。
実施例ではＸ軸からの方向角を得るための後視点とする。
３．任意点（Ｐｔ）：丁張りを設置する位置を探し出すために観測を行う点。
４．測点割出機能：任意点の測量により得られたＸ・Ｙの平面座標値を道路線形位置に変 換する演算機能。
５．線形位置：設計段階にて決められた道路線形の位置
その他、本発明を実施するための最良の形態は以下の実施例により詳細に紹介する。

本発明の方法とそれを実施する装置例を図１（丁張位置設定装置例）測量図２、測量図３測量図４、測量図５と共に説明する。
図１に示す丁張位置設定装置には、建設する道路施工工事の設計情報等は、予め入力されている。
主な設計情報は、平面線形・縦横断勾配・幅員情報・法面情報等である。
そこで丁張位置設定装置の構成は、基準点（Ｔ−１）から既知点（Ｔ−２）への方向角（α）と任意点（Ｐｔ）への距離（Ｌ）と角度（β）を入力して、測点割出と同時に線形位置を算出する線形位置算出部１００と、
線形位置算出部からの丁張り設置測点を入力して切土・盛土法面開始位置計算を行う丁張り位置算出部２００と、
丁張り位置計算部からの切土・盛土法面開始位置を入力しこれへの前記基準点（Ｔ−１）からの距離（Ｌ）と角度（β）を入力し切土・盛土法面開始位置が正しい測線上にあるかを確認し杭打設位置を算出する杭打設位置算出部３００と、
杭打設位置算出部で算出した杭打設位置に打設した杭の杭頭（釘）への前記基準点（Ｔ−１）からの距離（Ｌ）と角度（β）を入力し前記杭に取り付ける丁張り板の位置算出を行う丁張り板位置算出部４００と
から構成してなる。

線形位置算出部１００は、予め設定しておく情報として器械点情報と道路設計情報である。
これに基準点（Ｔ−１）から既知点（Ｔ−２）への方向角（α）と任意点（Ｐｔ）への測定距離（Ｌ）と測定角度（β）を入力して次の数１の演算を行い、任意点（Ｐｔ）のＸ・Ｙ・Ｚ座標値を求める。

（但し上記数１において、Ｘ０，Ｙ０：器械点（Ｔ−１）の座標値，α：器械点（Ｔ−１）から任意点（Ｐｔ）までのＸ軸からの方向角、Ｌ：器械点（Ｔ−１）から任意点（Ｐｔ）までの測定距離）そして数１で求めた任意点（Ｐｔ）のＸＹ座標値から測点割出機能を用いて線形位置に変換する。即ち道路中心線直角方向の垂線を計算し、その垂線と中心線の交点（Ｐ−ＣＬ）である道路測点（道路線形上の距離：Ｎｏ）と、垂線距離（Ｄ）を算出する。
この結果を図６に示す丁張位置設定装置の表示部５００に表示する。

丁張り位置算出部２００は、予め設定しておく情報として道路設計情報であり、これに前記線形位置算出部１００からの線形位置及び地盤標高をもとに丁張り設置測点を指示して丁張り確認機能を用いて次の数２の演算を行い、切土・盛土法面開始位置ΔＬを算出する。

この算出結果を図７に示す丁張位置設定装置の表示部５００に表示する。
但し数２と図７において、測点と左（：●印）と標高は、図６の計算結果を示し、路肩幅とＦＨ（計画高）は、予め入力された道路設計情報より指示された丁張り設置測点での計画値を計算した結果である。また道路設計情報にて入力した法面勾配は、１：１．０（４５度勾配）とする。
丁張り位置算出部２００にて計算された差分即ち切土・盛土法面開始位置Δｌをもとに、プリズムを丁張り設置測点と、法面開始位置へ誘導し、杭・杭頭釘を設置する。

杭打設位置算出部３００は、予め設定しておく情報として丁張り設置測点であり、丁張り位置算出部２００からの切土・盛土法面開始位置を入力し、これと前記基準点（Ｔ−１）からの距離（Ｌ）と角度（β）を別途測定情報として入力し、計算された切土・盛土法面開始位置が正しい測線上にあるかを確認し、数３の演算を行い、杭打設位置の座標を算出する。

（但し上記数３においてＸ０，Ｙ０：器械点（Ｔ−１）の座標値，α：器械点（Ｔ−１）から任意点（Ｐｔ）までのＸ軸からの方向角、Ｌ：器械点（Ｔ−１）から任意点（Ｐｔ）までの測定距離）
そして任意点（Ｐｔ）のＸＹ座標値から道路中心線直角方向の垂線を計算し、その垂線と中心線の交点（Ｐ−ＣＬ）である道路測点（道路線形上の距離：Ｎｏ）と、垂線距離（Ｄ）を算出する。
この算出結果を図８に示す丁張位置設定装置の表示部５００に表示する。

丁張り板位置算出部４００は、予め設定しておく情報として杭打設位置であり。杭打設位置算出部３００で算出した杭打設位置に打設した杭の杭頭（釘）への前記基準点（Ｔ−１）からの距離（Ｌ）と角度（β）を入力し数４の演算を行い前記杭に取り付ける丁張り板（貫板）の位置設定を行う。

（但し上記数３においてＦＨ（計画高），路肩幅は、予め入力された道路設計情報より演算される。）
この本番の丁張り板（貫板）設置に必要な上記算出情報は図９に示す丁張位置設定装置の表示部５００に表示する。

＜丁張位置設定方法の具体例＞
本例の前提条件として丁張位置設定装置に次の３点が予め入力されている。
１）、施工すべき道路の特定位置におけるセンタ位置Ｃ
２）、センタＣから水平直角方向に距離Ｌ１＝５．０００ｍの位置を路肩位置Ｒ１（幅員の一端）とする。また、その路肩位置Ｒ１の標高１００．０００ｍ
３）、釘頭位置ＫＴの位置計算で路肩位置Ｒ１との高低差がΔＨ１＝４．２３５ｍ
１．器械点設置作業
図２において、予め、位置・高さ（緯度、経度・標高）の既知点である測量基準点に測量機を据え付け、別の既知点を視準し、方向角の決定を行う
図２のように、Ｔ−１に測量機を据え付け、Ｔ−２を視準し、方向角を決定することでＸ軸からの方位角を求めることが可能になり、任意点（Ｐｔ）の座標位置（緯度、経度）を求めることが可能である。
２．仮丁張り計算作業
図３において、方法：設計断面位置に丁張りを設置するにあたり、設計図に決められた道路管理測点とその直角方向線上に杭を設置する際に行う測量で、測量座標系（Ｘ，Ｙ）を、線形座標系（測点・幅）へ変換し、観測した位置の地盤標高，幅より丁張り計算を行い、法面開始位置を探し出す。
図５において、丁張杭Ｐにセンタ位置Ｃからの水平距離Ｌ２と丁張杭Ｐに打った頭釘位置ＫＴの標高（高さ）の計算で高低差ΔＨ１＝４．２３５ｍであるから、よってこの頭釘位置ＫＴから水平線ｈ１上で路肩位置Ｒ１から１：０．８の傾斜線Ｓ１と交差する位置ＨＳ１に丁張り板の下面位置が存在すればよい。
位置ＨＳ１は、路肩位置Ｒ１から、高低差ΔＨ１×勾配＋路肩位置（巾員の一端）は、４．２３５（ΔＨ）×０．８（勾配）＋５．０００（路肩幅）＝８．３８８ｍ位置の鉛直線上となる。つまりこの釘頭ＫＴ位置からは水平距離で、９．１４３（Ｌ２）−８．３８８（Ｌ３）＝０．７５５ｍセンタＣ側に丁張を掛けるとよいと解る。
３．丁張り杭決定作業
図４、図５において、上記２で計算された結果をもとに、設計断面上で、且つ丁張り開始位置へプリズムを誘導する。正しい位置にあると確認後に杭を打設しその杭頭に釘を設置し、杭頭釘を再度観測して線形座標系へ変換計算しその結果を丁張り板（貫板）設置に必要な情報とする。
そこで図５において、本例の釘頭位置ＫＴでは丁張り板ＣＨが丁張杭Ｐに打てない為、丁張り板ＣＨが打てる範囲内でΔＨ１＝４．２３５ｍの高低差を０．２３５ｍ下げ、修正高低差をΔＨ２＝４．０００ｍにし、ここを丁張り板ＣＨの下面高さ位置ＣＨＬつまり路肩位置Ｒ１より４．０００ｍ上がりにする。これにより丁張り板ＣＨの下面高さ位置ＣＨＬから水平線ｈ２上で且つ路肩位置Ｒ１から１：０．８の傾斜線Ｓ１と交差する位置ＨＳ２（９．１４３（Ｌ２）−８．２００（Ｌ３）＝０．９４３（ΔＬ１））に丁張り板ＣＨの下面が位置することを確認すると良い。そしてこれに合致するよう丁張り板ＣＨで丁張を掛けて１回の丁張工程が簡単に短時間で完了する。

本発明は、前記支援システム等を全く必要としないで丁張位置を現場で直接正確に設定することが出来る。このため道路や建築物を構築する土木工事等の産業分野での有効活用が大いに期待できるものである。

本発明方法と装置（Ｐｏｃｋｅｔ丁張マン）の１実施例を示すシステムフロー及びブロック説明図である。 本発明方法の器械点設置作業の具体例を示す説明図である。 本発明方法の仮丁張り計算作業の具体例を示す平面説明図である。 本発明方法の丁張り杭決定作業の具体例を示す平面説明図である。 本発明方法の丁張り杭決定作業の具体例を示す側断面説明図である。 本発明装置（Ｐｏｃｋｅｔ丁張マン）の線形位置算出部１００の測点割出機能を用いて任意点の線形位置を算出した結果の表示である。 本発明装置（Ｐｏｃｋｅｔ丁張マン）の丁張り位置算出部２００の仮丁張り位置を設定し丁張り確認機能を用いて法面開始位置の算出を行った結果の表示である。 本発明装置（Ｐｏｃｋｅｔ丁張マン）の丁杭打設位置算出部３００にて仮丁張り位置より、現地にて正しい測線上に補正して、打設された杭の杭頭に釘を打設し、その釘へ丁張り情報を与えるための観測結果の表示である。 打設した杭に貫板を設置するための必要な情報を本発明装置（Ｐｏｃｋｅｔ丁張マン）の丁張り板位置算出部４００で算出した結果の表示である。

符号の説明

Ｔ−１ ・・・ 器械点・測量機を据え付ける基準点。
Ｔ−２ ・・・ 後視点・測量機を据え付けた基準点において、測量機がどの方向角に向いているかを設定するために視準する既知点。
Ｐｔ ・・・ 丁張り設置を行うために測量を行った任意点
Ｘ０，Ｙ０ ・・・ 測量機を据え付けた基準点のＸ・Ｙ座標値
α ・・・ Ｘ軸からの方向角
β ・・・ 後視点からの夾角
Ｌ ・・・ 器械点よりＸＹ座標値を得るために測量を行った点までの測定距離
Ｎｏ ・・・ 測量を行ったＰｔ（任意点）のＸＹ座標値を、線形位置に変換したときに求められる道路中心線までの垂線（Ｄ）との交点（Ｐ−ＣＬ）の道路中心線上の距離
Ｄ ・・・ 測量を行ったＰｔ（任意点）のＸＹ座標値を、線形位置に変換したときに求められる道路中心線までの垂線距離（幅と同じ）
Ｐ−ＣＬ ・・・ 測量を行ったＰｔ（任意点）のＸＹ座標値を、線形位置に変換したときに求められる道路中心線までの垂線との交点

Claims (2)

1. 基準点から既知点への方向と任意点への距離と角度により測点割出機能から線形位置を算出し、この線形位置を元に切土・盛土法面開始位置を計算する。この切土・盛土法面開始位置から前記基準点からの距離と角度により計算された切土・盛土法面開始位置が正しい測線上にあるかを確認して杭打設位置を設定する。この杭打設位置に打設した杭の杭頭（釘）への前記基準点からの距離と角度により前記杭に取り付ける丁張り板の位置設定を行うことを特徴とする土木施工計画に対する丁張位置設定方法。
2. 基準点から既知点への方向と任意点への距離と角度を入力して、測点割出機能から線形位置を算出する線形位置算出部と、線形位置算出部からの丁張り設置測点を入力して切土・盛土法面開始位置計算を行う丁張り位置算出部と、丁張り位置計算部からの切土・盛土法面開始位置を入力しこれから前記基準点からの距離と角度を入力し計算された切土・盛土法面開始位置が正しい測線上にあるかを確認し杭打設位置を算出する杭打設位置算出部と、杭打設位置算出部で設定した杭打設位置に打設した杭の杭頭（釘）への前記基準点からの距離と角度を入力し前記杭に取り付ける丁張り板の位置算出を行う丁張り板位置算出部とから構成してなることを特徴とする土木施工計画に対する丁張位置設定装置。

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