JP2590014B2 - トンネルの断面マーキング測量方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、トンネルの断面形状を現場の掘削面に投影
し、次回に掘削すべき方法、範囲などを現場の作業員に
指示するための測量方法に関するものである。

〈従来の技術〉 削孔、***、ずり出しを繰り返して進捗するトンネル
の施工では、常に正常な掘進方向、掘進範囲を指示する
必要がある。

そのために頻繁に測量を行って位置を特定し、その結
果の測定点を分かり易く現地に表示するが、それをマー
キングと言っている。

この場所の測量は、切羽地点の坑口からの距離、方
向、高さを測定し、その地点における設計断面と実際の
掘削断面との相違をチェックする方法で行う。

設計断面を現場に移すには、測量結果から中心点を決
め、その点からトンネル中心線と直交する面上で布巻尺
や定規を回転させてペンキでマークを着けて行ってい
る。

〈本発明が解決しようとする問題点〉 そのために実際の測量では次のような問題点がある。

〈イ〉トンネルの連続作業の間隙をぬって短時間の内に
測量を行わなければならず、担当者の負担が大きい。

〈ロ〉測量の基準点は破損の危険の多いトンネルの中心
に地中深く、堅固に設置しなければならず、設置、保全
のための手数が必要である。

〈ハ〉直線のトンネルでは、トンネルの壁面に沿って５
〜７台のレーザー照準器を設置し、レーザービームを基
準に掘削を行う方法が開発されているが、そうした多数
のレーザー照準器の管理が複雑で手数を要している。

またレーザービームは、障害物が多いトンネルの切羽
では使用範囲が制限されやすい。

さらに直進する光線を利用しているのであるから、曲
線部分では使用できない。

〈本発明の目的〉 本発明は、上記のような問題点を改善するためになさ
れたもので、いったんセットしておけば、簡単な作業で
正確なトンネルの断面決定、削孔位置の決定などを行う
ことのできる、トンネル断面図のマーキング測量方法を
提供することを目的とする。

〈問題点を解決する手段〉 本発明は、コンピュータとオプトロニクス（光工学）
とを組み合わせ、切羽にレーザービームによって掘削断
面などをプロットさせる方法であるが、それだけであれ
ば従来からトンネルで利用されている。

特に本発明の方法が従来のレーザービームを使用した
測量と違う点は、ガルバノメータ・スキャナをコンピュ
ータで制御させることにより、切羽面でレーザービーム
の点を順次移動させ、掘削断面などのパターンを点また
は線で描かせるところに存在する。

〈本発明の構成〉 次に本発明の測量方法の一実施例について説明する。

〈イ〉全体の構成 本発明の測量には次のような手段を組み合わせて行
う。

１）トンネルの線形を記憶する手段。

２）測定点の条件を入力する手段。

３）仮想断面を決定する手段。

４）線形の条件と測定点の条件を比較して、仮想断面に
おける諸点の位置を計算する手段。

５）この計算結果を、測定点から連続して切羽に照射す
るレーザー自動発射手段。

〈ロ〉条件の入力 トンネルの平面線形、縦断面図、掘削計画断面などの
条件をコンピュータに入力して記憶させる。

〈ハ〉初期設定 レーザー自動発射装置１を現場に搬入し、測定点Ａに
設置する。

測定点Ａに於けるXYZの三次元座標、方向角をコンピ
ュータに入力して初期設定を行う。

レーザー自動発射装置１の設定は、光波測距計２、お
よび電子セオドライト３を使用し、既知の点ＢおよびＣ
を視準して測距を行う。

そして既知点ＢおよびＣの三次元座標を求め、既知の
三次元座標と照合してその位置を確定する。

〈ニ〉装置の補正 既知点ＢおよびＣの三次元座標XYZの基準点にレーザ
ーを照射し、レーザー自動発射装置１のビーム方向のデ
ータを解析して、装置の傾きをコンピュータで自動補正
する。

〈ホ〉測量断面の決定（第３図） 以上の準備が完了したら切羽での測量に移るが、実際
の切羽の形状は垂直の平面とはほど遠い不規則で複雑な
形状を呈している。

したがってそのままでは測量の対象とする面が確定し
ない。

そこで仮想切羽面Ｆを設定し、この面における断面を
切羽にプロットすることにする。

仮想切羽面Ｆの面数は、第３図で示すように１面であ
る必要はなく、切羽の形状が複雑であればその形状に応
じて複数の面F1、F2、F3、を設定すればよい。

仮想切羽面Ｆを設定する方法としては次のような手段
を採用できる。

基線スケールを切羽に設定する方法。

この方法は、レーザー自動発射装置１からのレーザー
ビームを制御して、実際の切羽に置いたスケールの面上
の一定距離をスキャニングする。

そしてスキャニング幅とミラー角度から三角法によっ
てレーザー自動発射装置１から基線スケールまでの距離
と方向を算出するものである。

電子セオドライトと光波測距計とを併用する方法。

この方法では、まず実際の切羽面に反射鏡を２カ所以
上仮置きする。

そして電子セオドライト３と、光波測距計２によって
反射鏡を視準し、測距してレーザー自動発射装置１から
切羽までの距離と方向を算出するものである。

〈ヘ〉測定点の計算 求めるべき仮想切羽面Ｆの位置が決定すれば、設計上
での平面、縦断、横断線形、およびレーザー自動発射装
置１の位置の条件が入力してあるから、仮想切羽面Ｆで
の各点の計算を行うことができる 〈ト〉レーザー自動発射装置１への司令 この計算の結果をレーザー自動発射装置１への司令数
値として出力する。

レーザー自動発射装置１は複数のスキャンナXS、YSを
備えており、司令数値にしたがって、各スキャンナの反
射鏡の角度が変化する。

そのためにレーザービームはＸ、Ｙ方向に放射方向を
変え、所定の焦点Ｍに照射される。

〈チ〉レーザービームの移動 レーザー自動発射装置１のスキャンナは与えた条件に
応じて、時間ごとに反射鏡を回転する。

そのために、レーザービームの焦点Ｍは順次移動して
ゆくから、切羽に接近した作業員がその点を追いかけて
ペンキでマーキングをしてゆけばよい。

〈リ〉誤差の問題 実際の切羽の面は平面とほど遠い凹凸を形成している
から、仮想切羽面Ｆでの計算結果の焦点Ｍと、実際の切
羽面とは一致していない。

しかし精密機械の切断などと違って、トンネルの掘削
は***によって大きく破壊するものであって、到底きれ
いな直線や曲線で切断できるものではない。

さらにマーキング作業の程度からも、ペンキをスプレ
ーで吹き付けて行っても実用上は十分であるから、それ
以上の精度は必要としない。

したがって計算上の点と現実の点との位置に多少の誤
差があっても、現実にはまったく問題がない。

もしさらに焦点Ｍの精度を向上させる必要があれば、
仮想切羽面の数を増加したり、レーザービーム発射装置
の位置を切羽に近づけるなどの手段を取ることもでき
る。

〈リ〉応用できる作業 以上は山岳トンネルにおける切羽断面の決定に利用し
た場合に関する説明であるが、次のような作業にも利用
することができる。

・地下発電所などの大断面空洞でのマーキング。

・トンネル発破の爆薬の段差別（起爆時間差別）グルー
プの削孔位置のマーキング。

・都市トンネル（シールド）のシールド掘進機の自動測
量。

〈本発明の効果〉 本発明の方法は上記したようになるから、次のような
効果を期待することができる。

〈イ〉条件の設定が終われば、レーザービームの照射位
置が順次切羽上で移動して全体のパターンを描く。

したがって従来のように一点ごとに改めて測量をする
必要がなく作業時間を短縮することができる。

作業時間の短縮は、特に作業空間の狭いトンネルにお
いては他の作業への影響を減少することになり、経済効
果が大きい。

〈ロ〉三次元座標の計画位置にレーザービームを順次連
続して照射できるから、トンネルの断面測量のみではな
く、高さの設定、***パターンの表示など多目的に応用
できる。

〈ハ〉仮想切羽面の設定が自由であり、短距離ごとに設
定することもできるから、曲線区間においてもきめの細
かい施工管理を行うことができ、正確な曲線の施工が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明の測量方法の一実施例の説明図 第２図：測量に使用する装置の一例の説明図 第３図：仮想切羽面の設定状態の説明図

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネルの線形を記憶する手段と、 測定点の条件を入力する手段と、 仮想断面を決定する手段と、 線形の条件と測定点の条件を比較して、仮想断面におけ
   る諸点の位置を計算する手段と、 この計算結果を、測定点から連続して順次移動しながら
   切羽に照射するレーザー自動発射手段と、を使用して行
   う、 トンネルの断面マーキング測量方法