JP7307667B2 - シールドトンネルの測量システムおよびシールドトンネルの測量方法 - Google Patents
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Description
図1ないし図6を参照して、シールドトンネル5、シールド6およびシールドトンネル5の測量システム1について説明する。図1はシールドトンネル5の測量システム1を示す概略図(側面図)である。図2は、図1のII-II断面図である。図3は、図1のIII-III断面図である。図4はシールドトンネル5の測量システム1を示す概略図(平面図)である。図5は、図1のV-V断面図である。図6はシールドトンネル5の測量システム1を示すブロック図である。なお、図1および図4に示す一点鎖線がシールドトンネル5の軸線であり、この軸線に沿う方向が軸線方向である。
シールドトンネル5は、シールド工法によって掘削される。図1に示すように、シールド工法とは、シールド6(シールドマシン)によって地山の崩壊を防ぎながら地山を掘削し、シールド6の後方において複数のセグメント7を組み立ててシールドトンネル5を構築する工法である。一例として、シールド6は略円筒状に形成され、シールドトンネル5は略円形断面を有している。セグメント7は、シールドトンネル5の断面に合わせて円弧状に形成されたブロックである。
シールド6は、マシン本体60と、カッターヘッド61と、複数のシールドジャッキ62と、エレクター63と、を有している。マシン本体60は、略円筒状に形成され、シールドトンネル5の壁面が構築されるまでの間、掘削された地山を支える。カッターヘッド61は、マシン本体60の前端部に設けられ、回転しながら地山を掘削する。複数のシールドジャッキ62は、組み立てられたセグメント7を反力としてシールド6を前進させ、カッターヘッド61を地山(切羽)に押し付ける。エレクター63は、マシン本体60の内側後部に設置され、セグメント7を所定の組み立て位置に移動させる。また、マシン本体60の内側後部には、掘削した土砂を搬出するためのスクリューコンベア67やベルトコンベア68等が設置されている。なお、図2および図3では、スクリューコンベア67やベルトコンベア68の図示を省略している。
シールドトンネル5の測量システム1は、シールドトンネル5とシールド6との位置および姿勢を測量するための仕組みである。
図4に示すように、複数の基準点10は、シールドトンネル5に設定されている。具体的には、複数の基準点10は、坑内や立坑(図示せず)の床面等に設けられ、経緯度および標高(空間座標(三次元座標))が既知の点である。基準点10は、トータルステーション13によって測定可能な物体または印である。基準点10は、トータルステーション13を配置する位置を指標する共に、トータルステーション13によってレーザースキャナー12の位置を測量する際に用いられる。レーザースキャナー12の位置を測量するため、少なくとも2つの基準点10が必要になる。
図1および図5に示すように、複数のマシンターゲット11は、シールドトンネル5を掘削するシールド6に設定されている。具体的には、2つのマシンターゲット11が、マシン本体60の前壁において左右方向に離間して設けられている。マシンターゲット11は、レーザースキャナー12によって空間位置情報を取得可能な物体または印である。マシンターゲット11は、シールド6(または切羽)の位置および姿勢を測量する際に用いられる。なお、マシンターゲット11は2つ以上設定されていればよい。また、複数のマシンターゲット11は、互いに離間して配置されていればよく、その位置は自由に設定することができる。
レーザースキャナー12は、対象物にレーザーを照射して対象物の形状を読み取る装置である。詳細には、レーザースキャナー12は、照射したレーザーが対象物で反射して戻ってくるまでの時間に基づいて対象物までの距離を測定し、測定した距離およびレーザーの照射角度から空間位置情報を読み取る。なお、空間位置情報とは、レーザースキャナー12を基準とした複数の点の空間座標および角度を制御装置14によって算出するための情報である。
ここで、図1および図3に示すように、第1実施形態に係るシールドトンネル5の測量システム1では、一例として、隣り合うセグメント7の境界(継目)がセグメントターゲット7Tとして利用されている。詳細には、複数のセグメントターゲット7Tは、シールドトンネル5の最下部に位置する下部測点7Dと、軸線方向に直交する水平方向の最外部(図3では最も左部(最も右部でもよい))に位置する側部測点7Sと、を含んでいる。レーザースキャナー12によって取得した空間位置情報から下部測点7Dおよび側部測点7Sが特定される。
図1および図2に示すように、エレクター63には、レーザースキャナー12を固定するための設置部63Aが設けられている。設置部63Aは、把持部材66から周方向に離間した位置において支持部材65に固定されている。エレクター63は、レーザースキャナー12を軸線方向に垂直な横断面に沿って周方向に移動させる。なお、設置部63Aは、支持部材65に代えて、回転部材64に設けられていてもよい。また、設置部63Aを省略して、レーザースキャナー12が支持部材65や回転部材64に直接取り付けられていてもよい。
測量機の一例としてのトータルステーション13は、対象物までの距離と角度を同時に計測し、対象物までの水平距離、斜距離、高さを算出する装置である。図4に示すように、トータルステーション13は、複数の基準点10のうち1つの基準点10に設置され、他の(1つの)基準点10に基づいてレーザースキャナー12の空間座標(3次元座標)を測量する。
図6に示すように、算出部の一例としての制御装置14は、所謂パーソナルコンピューターであって、演算処理部20と、記憶部21と、通信部22と、を有している。
次に、図7を参照して、シールドトンネル5の測量システム1を用いた測量方法について説明する。図7はシールドトンネル5の測量方法を示すフローチャートである。
次に、図8および図9を参照して、第2実施形態に係るシールドトンネル5の測量システム2(測量方法)について説明する。図8はシールドトンネル5の測量システム2を示すブロック図である。図9はシールドトンネル5の測量方法を示すフローチャートである。なお、以下の説明では、第1実施形態に係るシールドトンネル5の測量システム1(測量方法)と同一の構成には同一の符号を付し、同様の説明は省略する。
5 シールドトンネル
6 シールド
7 セグメント
7D 下部測点
7S 側部測点
7T セグメントターゲット
10 基準点
11 マシンターゲット
12 レーザースキャナー
13 トータルステーション(測量機)
14 制御装置(算出部)
63 エレクター(移動部)
S1 計測工程
S2,S21 座標測定工程
S3 移動工程
S4 算出工程
Claims (10)
- 複数のセグメントで構築されるシールドトンネルの測量システムであって、
複数の前記セグメントにレーザーを照射して複数の前記セグメントの一部である複数のセグメントターゲットを含む複数の前記セグメントの空間位置情報を計測するレーザースキャナーと、
前記シールドトンネルに設定された複数の基準点のうち1つの前記基準点に設置され、他の前記基準点に基づいて前記レーザースキャナーの空間座標を測量する測量機と、
前記レーザースキャナーの空間座標および前記空間位置情報に含まれる複数の前記セグメントターゲットの空間座標に基づいて前記シールドトンネルの位置および姿勢を算出する算出部と、
前記空間位置情報の計測中および前記レーザースキャナーの空間座標の測量中を除く期間において、前記レーザースキャナーを前記シールドトンネルの軸線方向に垂直な横断面に沿って移動させる移動部と、を備え、
前記移動部が前記レーザースキャナーを異なる位置に移動させる度に、前記レーザースキャナーは前記空間位置情報を計測し、前記測量機は前記レーザースキャナーの空間座標を測量することを特徴とするシールドトンネルの測量システム。 - 複数のセグメントで構築されるシールドトンネルの測量システムであって、
複数の前記セグメントにレーザーを照射して前記シールドトンネルに設定された複数の基準点および複数の前記セグメントの一部である複数のセグメントターゲットを含む複数の前記セグメントの空間位置情報を計測するレーザースキャナーと、
前記空間位置情報に含まれる複数の前記基準点の空間座標に基づいて前記レーザースキャナーの空間座標を算出し、前記レーザースキャナーの空間座標および前記空間位置情報に含まれる複数の前記セグメントターゲットの空間座標に基づいて前記シールドトンネルの位置および姿勢を算出する算出部と、
前記空間位置情報の計測中を除く期間において、前記レーザースキャナーを前記シールドトンネルの軸線方向に垂直な横断面に沿って移動させる移動部と、を備え、
前記移動部が前記レーザースキャナーを異なる位置に移動させる度に、前記レーザースキャナーは前記空間位置情報を計測し、前記算出部は前記レーザースキャナーの空間座標を算出することを特徴とするシールドトンネルの測量システム。 - 隣り合う前記セグメントの継目が前記セグメントターゲットとされていることを特徴とする請求項1または2に記載のシールドトンネルの測量システム。
- 前記レーザースキャナーは、前記シールドトンネルを掘削するシールドにレーザーを照射して前記シールドに設定された複数のマシンターゲットを含む前記シールドの前記空間位置情報を計測し、
前記算出部は、前記レーザースキャナーの空間座標および前記空間位置情報に含まれる複数の前記マシンターゲットの空間座標に基づいて前記シールドの位置および姿勢を算出することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のシールドトンネルの測量システム。 - 複数の前記セグメントターゲットは、
前記シールドトンネルの最下部に位置する下部測点と、
前記シールドトンネルの軸線方向に直交する水平方向の最外部に位置する側部測点と、を含むことを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載のシールドトンネルの測量システム。 - 複数のセグメントで構築されるシールドトンネルの測量方法であって、
レーザースキャナーから複数の前記セグメントにレーザーを照射して複数の前記セグメントの一部である複数のセグメントターゲットを含む複数の前記セグメントの空間位置情報を計測する計測工程と、
前記シールドトンネルに設定された複数の基準点のうち1つの前記基準点に設置された測量機により他の前記基準点に基づいて前記レーザースキャナーの空間座標を測量する座標測定工程と、
前記レーザースキャナーの空間座標および前記空間位置情報に含まれる複数の前記セグメントターゲットの空間座標に基づいて前記シールドトンネルの位置および姿勢を算出する算出工程と、
前記空間位置情報の計測中および前記レーザースキャナーの空間座標の測量中を除く期間において、前記レーザースキャナーを前記シールドトンネルの軸線方向に垂直な横断面に沿って移動させる移動工程と、を備え、
前記レーザースキャナーを異なる位置に移動させる度に、前記計測工程および前記座標測定工程が実行されることを特徴とするシールドトンネルの測量方法。 - 複数のセグメントで構築されるシールドトンネルの測量方法であって、
レーザースキャナーから複数の前記セグメントにレーザーを照射して前記シールドトンネルに設定された複数の基準点および複数の前記セグメントの一部である複数のセグメントターゲットを含む複数の前記セグメントの空間位置情報を計測する計測工程と、
前記空間位置情報に含まれる複数の前記基準点の空間座標に基づいて前記レーザースキャナーの空間座標を算出する座標測定工程と、
前記レーザースキャナーの空間座標および前記空間位置情報に含まれる複数の前記セグメントターゲットの空間座標に基づいて前記シールドトンネルの位置および姿勢を算出する算出工程と、
前記空間位置情報の計測中を除く期間において、前記レーザースキャナーを前記シールドトンネルの軸線方向に垂直な横断面に沿って移動させる移動工程と、を備え、
前記レーザースキャナーを異なる位置に移動させる度に、前記計測工程および前記座標測定工程が実行されることを特徴とするシールドトンネルの測量方法。 - 隣り合う前記セグメントの継目が前記セグメントターゲットとされていることを特徴とする請求項6または7に記載のシールドトンネルの測量方法。
- 前記計測工程では、前記レーザースキャナーから前記シールドトンネルを掘削するシールドにレーザーを照射して前記シールドに設定された複数のマシンターゲットを含む前記シールドの前記空間位置情報が計測され、
前記算出工程では、前記レーザースキャナーの空間座標および前記空間位置情報に含まれる複数の前記マシンターゲットの空間座標に基づいて前記シールドの位置および姿勢が算出されることを特徴とする請求項6ないし8のいずれか1項に記載のシールドトンネルの測量方法。 - 複数の前記セグメントターゲットは、
前記シールドトンネルの最下部に位置する下部測点と、
前記シールドトンネルの軸線方向に直交する水平方向の最外部に位置する側部測点と、を含むことを特徴とする請求項6ないし9のいずれか1項に記載のシールドトンネルの測量方法。
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