JP7467305B2 - セグメントリングの計測システム - Google Patents

Description

本発明は、セグメントリングの計測システムに関する。

シールド工法では、シールドマシンによって掘進しながら、シールドマシンのテールの内側にセグメントリングを組み立てる。シールドマシンのテールとセグメントリングとの間の隙間はテールクリアランスと呼ばれる。セグメントリングの組立精度の検証を目的として、またシールドマシンの自動化を目的として、セグメントリングの中心の位置を計測する必要がある。特許文献１には、同一セグメントの端面の内周の２箇所にターゲットを設置し、これら２つのターゲットの後方からトータルステーションによって視準することによってこれらターゲットの三次元座標値を計測し、これらターゲットの三次元座標値から求まるこれらターゲット間の距離と、セグメントの直径と、セグメントピッチング値とに基づいてセグメントリングの中心の位置を計算する方法が開示されている。

特開平１１－９４５４９号公報

ところが、特許文献１に記載の方法では、ターゲットの設置位置はセグメントの端面の内周に定められているものの、その内周における周方向の位置は定められておらず、任意である。そのため、計測されたターゲットの三次元座標値から求まる中心の位置は誤差が大きい。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、セグメントリングの中心の位置を精度良く求めることを目的とする。

以上の課題を解決するためのセグメントリングの計測システムは、セグメントリングの内周面から離れるようにして、前記セグメントリングの軸方向に延びる２つの軸方向目地又は２つの把持孔にそれぞれ設置された２つのターゲットと、前記２つのターゲットを視準することによってこれらのターゲットの三次元的な座標値を計測する測量器と、前記測量器によって計測された座標値に基づいて前記セグメントリングの中心の座標値を算出する処理装置と、を備える。

好ましくは、前記処理装置が、前記セグメントリングが設計通りの組立から周方向にずれて組み立てられることによって生じるローリング誤差を、前記２つのターゲットの高さの差に基づいて算出する。

好ましくは、前記処理装置が、前記測量器によって計測された座標値と前記ローリング誤差とに基づいて前記セグメントリングの中心の座標値を算出する。

好ましくは、前記２つの軸方向目地は、前記セグメントリングが設計通りに組み立てられた場合に、前記セグメントリングの軸を通る鉛直面に関して互いに面対称に配置されるものである。

前記測量器によって計測された座標値を（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とし、前記セグメントリングの中心の座標値を（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）とすると、前記処理装置は次式（ａ）に従って、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）及び（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）から（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）を算出する。

但し、式（ａ）におけるｘ_ｃ、ｙ_ｃ及びｚ_ｃは次式（ａ２）、（ａ３）又は（ａ４）により求まり、次式（ａ２）及び（ａ４）におけるｘ１、ｙ１及びｚ１は次式（ａ５）、（ａ７）及び（ａ８）によりＸ１、Ｙ１及びＺ１から求まり、次式（ａ３）及び（ａ４）におけるｘ２、ｙ２及びｚ２は次式（ａ６）、（ａ７）及び（ａ８）によりＸ２、Ｙ２及びＺ２から求まり、次式（ａ２）、（ａ３）及び（ａ４）におけるδθは次式（ａ９）によりＺ１及びＺ２から求まり、式（ａ）並びに次式（ａ５）及び（ａ６）におけるφは次式（ａ７）及び次式（ａ８）によりＸ１、Ｙ１、Ｚ１、Ｘ２、Ｙ２及びＺ２から求まり、次式（ａ２）、（ａ３）、（ａ４）及び（ａ９）におけるｒは前記セグメントリングの半径から、前記セグメントリングの内周から前記ターゲットまでの距離を減じて得られる値であり、次式（ａ２）、（ａ３）、（ａ４）及び（ａ９）におけるθ_０は前記セグメントリングの設計値から得られる既知の値である。

又は、式（ａ）におけるｘ_ｃ、ｙ_ｃ及びｚ_ｃは次式（ｂ２）、（ｂ３）又は（ｂ４）により求まり、次式（ｂ２）及び（ｂ４）におけるｘ１、ｙ１及びｚ１は次式（ｂ５）、（ｂ７）及び（ｂ８）によりＸ１、Ｙ１及びＺ１から求まり、次式（ｂ３）及び（ｂ４）におけるｘ２、ｙ２及びｚ２は次式（ｂ６）、（ｂ７）及び（ｂ８）によりＸ２、Ｙ２及びＺ２から求まり、次式（ｂ２）、（ｂ３）及び（ｂ４）におけるδθは次式（ｂ９）によりＺ１及びＺ２から求まり、式（ａ）並びに次式（ｂ５）及び（ｂ６）におけるφは次式（ｂ７）及び次式（ｂ８）によりＸ１、Ｙ１、Ｚ１、Ｘ２、Ｙ２及びＺ２から求まり、次式（ｂ２）、（ｂ３）、（ｂ４）及び（ｂ９）におけるｒは前記セグメントリングの半径から、前記セグメントリングの内周から前記ターゲットまでの距離を減じて得られる値であり、次式（ｂ２）、（ｂ３）、（ｂ４）及び（ｂ９）におけるθ_１及びθ_２は前記セグメントリングの設計値から得られる既知の値である。

本発明によれば、セグメントリングの中心の位置を精度良く算出することができる。

シールドマシン及びセグメントリングの概略水平断面図である。 セグメントリング及びその内側に設置された計測システムの概略斜視図である。 図１に示すIII－IIIに沿った断面図である。 図１に示すIV－IVに沿った断面図である。 計測システムのブロック図である。 ターゲットの側面図である。 変形例における断面図である。 変形例におけるターゲットの側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。

１． シールドマシン及びセグメントリング
図１は、トンネル施工工事に用いられるシールドマシン１０及びセグメントリング３０の概略水平断面図である。図２は、セグメントリング３０及びその内側に設置された計測システム５０の概略斜視図である。図２では、セグメントリング３０の内側の見やすくするために、一部のセグメントリング３０の上部の図示を省略する。図３は、図１に示すIII－IIIに沿った断面図である。図４は、図１に示すIV－IVに沿った断面図である。

円筒状のスキンプレート１１は、シールドマシン１０の外殻体を構成するものであり、リングガータ１２によって補強されている。スキンプレート１１の先端部に回転カッター１３が設けられている。スキンプレート１１の内側に、カッター駆動機構１４、シールドジャッキ１５及びエレクタ２０等が設けられている。

トンネル施工工事では、シールドマシン１０の掘進工程とセグメントリング３０の組立工程を交互に繰り返して実施する。
シールドマシン１０の掘進に際しては、回転カッター１３がカッター駆動機構１４によって回転駆動されると、地山が掘削される。掘削により発生した土砂はチャンバー１９に貯められて、排土装置によってチャンバー１９から排土される。地山の掘削中、シールドジャッキ１５を施工済みのセグメントリング３０に押し当てた状態で、シールドジャッキ１５を伸張させることによってセグメントリング３０から反力をとって、シールドマシン１０が推進力を得る。

シールドマシン１０を掘進させた後、シールドジャッキ１５を収縮させる。そして、エレクタ２０を用いて既設のセグメントリング３０の前にセグメント３１をリング状に組み立てることによって新たなセグメントリング３０を組み立てる。以下、セグメントリング３０の半径の値をＲ[mm]で表す。セグメントリング３０の半径Ｒは既知である。

以上のようにシールドマシン１０の掘進工程とセグメントリング３０の組立工程を交互に繰り返し実施することによって、これらセグメントリング３０をトンネルの軸方向に配列させる。セグメントリング３０の配列の内周面には、軸方向に隣り合うセグメントリング３０の継ぎ目となる目地３８が形成されているとともに、周方向に隣り合うセグメント３１の継ぎ目となる目地３９が形成されている。目地３８は周方向に延在してリング状に成しており、目地３９は軸方向に延在して線分状に成している。以下、目地３８を周方向目地３８といい、目地３９を軸方向目地３９という。

ここで、図３は、或るセグメントリング３０の前側の周方向目地３８に沿った断面図であり、図４は、そのセグメントリング３０の後ろ側の周方向目地３８に沿った断面図である。図３及び図４に示すように、複数のセグメントリング３０を組み立てるに際しては、隣り合うセグメントリング３０の軸方向目地３９を周方向に違えるように、且つ、セグメントリング３０におけるセグメント３１の周方向の配置と、その隣のセグメントリング３０におけるセグメント３１の周方向の配列が互いに左右対称となるように、セグメント３１を千鳥配列する。本明細書において左右対称とは、軸を通る鉛直面に関して完全に又は実質的に面対称のこという。「完全に面対称」及び「実質的に面対称」とは次のような場合をいう。

・「完全に面対称」
セグメントリング３０が設計通りに組み立てられた場合には、セグメントリング３０におけるセグメント３１の周方向の配置が、その隣のセグメントリング３０におけるセグメント３１の周方向の配置に対して完全に面対称である。セグメントリング３０における軸方向目地３９の配置が、その隣のセグメントリング３０における軸方向目地３９の配置に対して完全に面対称である。

・「実質的に面対称」
セグメントリング３０が設計通りの組立から周方向にずれて組み立てられた場合、セグメントリング３０におけるセグメント３１の周方向の配置が、その隣のセグメントリング３０におけるセグメント３１の周方向の配置に対して完全に面対称でないものの、実質的に面対称である。また、セグメントリング３０における軸方向目地３９の配置が、その隣のセグメントリング３０における軸方向目地３９の配置に対して完全に面対称でないものの、実質的に面対称である。

本実施形態では、以下に説明する計測システム５０を用いて、セグメントリング３０の中心の位置及びローリング誤差を計測する。ローリング誤差とは、セグメントリング３０が設計通りの組立から周方向にずれて組み立てられた場合に、そのずれ量を回転角で表したものである。セグメントリング３０が設計通りに組み立てられた場合、ローリング誤差はゼロ°である。以下、ローリング誤差の値をδθ[°]で表す。

２． 計測システム及び計測方法
図１～図４に加えて図５を参照して、計測システム５０について詳細に説明する。ここで、図５は、計測システム５０のブロック図である。
計測システム５０は、測量器５１、バックターゲット５２、計測ターゲット５３、計測ターゲット５４、コンピュータ６０、入力デバイス６１、表示デバイス６２及び記憶部６４を備える。

処理装置としてのコンピュータ６０は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、システムバス及びハードウェアインタフェース等を有する。
表示デバイス６２は、例えば液晶ディスプレイデバイス、有機ＥＬディスプレイデバイス又はプロジェクタである。コンピュータ６０が演算処理によって映像信号を生成し、その映像信号を表示デバイス６２に出力する。そうすると、映像信号に従った画面が表示デバイス６２に表示される。表示デバイス６２とコンピュータ６０が一体化されていてもよいし、別体であってもよい。

記憶部６４は、半導体メモリ又はハードディスクドライブ等からなる記憶装置である。記憶部６４は、コンピュータ６０に内蔵されたものでもよいし、コンピュータ６０に外付けされたものでもよい。記憶部６４には、コンピュータ６０によって読取可能且つ実行可能なプログラム６４ａが格納されている。コンピュータ６０の機能及び演算処理は、プログラム６４ａによって実現される。コンピュータ６０はプログラム６４ａに従って測量器５１を制御すると、測量器５１が計測処理を実行して、その計測結果をコンピュータ６０に転送する。

図２に示すように、測量器５１は、複数のセグメントリング３０のうち測定対象のセグメントリング３０Ａ（以下、計測対象リング３０Ａという。）の後方に設置される。測量器５１はトータルステーションである。測量器５１は、ターゲットを視準することによって測量器５１からターゲットまでの距離、方位角及び極角を計測するとともに、そのターゲットの三次元的な位置を計測する。測量器５１によって計測される位置は全体座標系における三次元の座標値、つまりＸ座標値、Ｙ座標値及びＺ座標値によって表される。全体座標系は互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる直交座標系であり、Ｘ軸及びＹ軸は水平であり、Ｚ軸は鉛直である。全体座標系は絶対座標系又はワールド座標系ともいう。

バックターゲット５２は測量器５１の後方に設置される。バックターゲット５２が設置される位置が三次元の全体座標系における座標値によって表されるところ、その座標値が既知であるため、バックターゲット５２が全体座標系の座標値を特定するための基準となる。測量器５１によってバックターゲット５２を視準し、バックターゲット５２の全体座標系の座標値が測量器５１に設定されると、測量器５１の内部演算システムにおいて全体座標系及びその原点が設定される。

図１及び図２に示すように、計測ターゲット５３，５４は、計測対象リング３０Ａとその隣りのセグメントリング３０Ｂ（以下、隣接リング３０Ｂという。）の間の周方向目地３８（以下、この周方向目地３８の符号にＡを付すことによって、この周方向目地３８Ａを他の周方向目地３８と区別できるようにする。）に設置される。具体的には、計測ターゲット５３は、計測対象リング３０Ａの軸方向目地３９（以下、この軸方向目地３９の符号にＡを付すことによって、この軸方向目地３９Ａを他の軸方向目地３９と区別できるようにする。）と周方向目地３８Ａとの交差部に設置されている。また、計測ターゲット５４は、隣接リング３０Ｂの軸方向目地３９（以下、この軸方向目地３９の符号にＢを付すことによって、この軸方向目地３９Ｂを他の軸方向目地３９と区別できるようにする。）と周方向目地３８Ａとの交差部に設置される。計測ターゲット５３，５４は、共通の周方向目地３８Ａに設置されているため、周方向目地３８Ａによって規定される共通の平面内に存在する。この平面はトンネルの軸方向に対して垂直である。

計測ターゲット５３が設置される計測対象リング３０Ａの軸方向目地３９Ａは、計測ターゲット５４が隣接リング３０Ｂの軸方向目地３９Ｂに対して左右対称に配置され、計測ターゲット５３，５４は互いに左右対称に配置されている。つまり、計測ターゲット５３，５４は、互いに、軸を通る鉛直面に関して完全に又は実質的に面対称に配置されている。計測ターゲット５３，５４が互いに完全に面対称に配置されていれば、ローリング誤差がゼロであり、計測ターゲット５３，５４が互いに実質的に面対称に配置されていれば、ローリング誤差が生じている。

図６は、計測ターゲット５３の取付状態を示した側面図である。図６に示すように、計測ターゲット５３は、吸着具５６によって、周方向目地３８Ａと軸方向目地３９Ａとの交差部に設置されている。ここで、計測ターゲット５３がジンバル５７を介して支持ポール５８に取り付けられ、その支持ポール５８が取付金具５９によって吸着具５６に取り付けられている。吸着具５６が計測対象リング３０Ａ又は隣接リング３０Ｂに真空吸着することによって、支持ポール５８が計測対象リング３０Ａ及び隣接リング３０Ｂの内周面に対して垂直に立てられ、計測ターゲット５３が計測対象リング３０Ａ及び隣接リング３０Ｂの内周面から離間している。以下、計測ターゲット５３から計測対象リング３０Ａ又は隣接リング３０Ｂからまでの距離の値をｄ[mm]で表す。距離ｄは既知である。

計測ターゲット５３と同様に、計測ターゲット５４も吸着具５６によって、周方向目地３８Ａと軸方向目地３９Ｂとの交差部に設置されている。計測ターゲット５４から計測対象リング３０Ａ又は隣接リング３０Ｂからまでの距離は、計測ターゲット５３から計測対象リング３０Ａ又は隣接リング３０Ｂからまでの距離に等しい。従って、計測ターゲット５３，５４は共通の円周上に配置されている。その円周の半径の値をｒ[mm]で表すと、ｒ＝Ｒ－ｄの関係が成立する。半径ｒは既知である。

測量器５１が計測ターゲット５３を視準することによって計測ターゲット５３の位置、つまり全体座標系の座標値を計測して、それをコンピュータ６０に転送する。同様に、測量器５１が計測ターゲット５４を視準することによって計測ターゲット５３の位置を計測して、それをコンピュータ６０に転送する。以下では、測量器５１によって計測された計測ターゲット５３の座標値を（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）とし、測量器５１によって計測された計測ターゲット５４の座標値を（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とする。

計測ターゲット５３，５４の全体座標系の座標値を用いて、これらの座標値を個別座標系の座標値に変換することができる。個別座標系は互いに直交するｘ軸、ｙ軸及びｚ軸からなる直交座標系であり、ｙ軸はトンネルの軸方向に対して平行であり、ｘ軸及びｚ軸は周方向目地３８Ａによって規定される平面に対して平行であり、ｚ軸は鉛直である。個別座標系は相対座標系又はローカル座標系ともいう。

全体座標系の座標値を（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とし、個別座標系の座標値を（ｘ，ｙ，ｚ）とした場合、次式（１）により全体座標系の座標値を個別座標系の座標値に変換することができる。

一方、次式（２）により個別座標系の座標値を全体座標系の座標値に変換することができる。

なお、個別座標系の原点の位置は計測ターゲット５３の位置とする。

以下、全体座標系における計測ターゲット５３の座標値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を式（１）により変換して得られる個別座標系の座標値を（ｘ１，ｙ１，ｚ１）とする。全体座標系における計測ターゲット５４の座標値（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を式（１）により変換して得られる個別座標系の座標値を（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とする。

コンピュータ６０は、測量器５１から計測ターゲット５３，５４の座標値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）及び（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を入力すると、次式（３）によりローリング誤差δθを算出する。

式（３）において、δＨは計測ターゲット５３，５４の高さの差である。つまり、δＨ＝Ｚ２－Ｚ１＝ｚ２－ｚ１である。
また、θ_０は、計測対象リング３０Ａが設計通りに組み立てられた場合（この場合、軸方向目地３９Ａと軸方向目地３９Ｂが、軸を通る鉛直面に関して完全に面対称に互いに配置される。）、軸方向目地３９Ａ又は軸方向目地３９Ｂから計測対象リング３０Ａの中心までの径と、軸を通る鉛直面とが成す中心角である。つまり、θ_０は、軸方向目地３９Ａから計測対象リング３０Ａの中心までの径と、軸方向目地３９Ｂから計測対象リング３０Ａの中心までの径とが成す中心角の２分の１である。従って、θ_０は、計測対象リング３０Ａの設計値から得られる既知の値である。θ_０の値は、予めプログラム６４ａに組み込まれていてもよいし、ユーザーが入力デバイス６１を操作することによって入力してもよい。

ローリング誤差δθが正であれば、図３及び図４において、計測対象リング３０Ａが設計通りの組立から時計回りにずれて組み立てられたことを意味し、ローリング誤差δθが負であれば、図３及び図４において、計測対象リング３０Ａが設計通りの組立から反時計回りにずれて組み立てられたことを意味する。

式（３）は図３及び図４を参照して次のように求まる。

δＨ_１は、計測対象リング３０Ａが設計通りに組み立てられた場合の計測ターゲット５３の高さと実際の計測ターゲット５３の高さとの差である。δＨ_２は、計測対象リング３０Ａが設計通りに組み立てられた場合の計測ターゲット５４の高さと実際の計測ターゲット５４の高さとの差である。

また、コンピュータ６０は、次の式（４）、（５）又は（６）により、個別座標系における計測対象リング３０Ａの中心の座標値（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ）を算出する。また、コンピュータ６０は、次の式（４）、（５）又は（６）により算出した座標値（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ）を式（２）の（ｘ，ｙ，ｚ）に当て嵌めることにより、全体座標系における計測対象リング３０Ａの中心の座標値（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）を算出する。

コンピュータ６０は、ローリング誤差δθ及び計測対象リング３０Ａの中心の座標値（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ），（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）を記憶部６４に記録する。また、コンピュータ６０は、ローリング誤差δθ及び計測対象リング３０Ａの中心の座標値（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ），（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）を数値により表示デバイス６２に表示させる。なお、コンピュータ６０がネットワークにより他のコンピュータに接続されている場合、コンピュータ６０がローリング誤差δθ及び計測対象リング３０Ａの中心の座標値（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ），（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）を他のコンピュータに送信し、ローリング誤差δθ及び計測対象リング３０Ａの中心の座標値（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ），（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）が他のコンピュータによって記憶・管理されてもよい。

３． 有利な効果
次の３つの理由により、計測対象リング３０Ａの中心の位置の計測精度が高い。第１に、測定対象リング３０Ａが設計通りに組み立てられていなくても、計測ターゲット５３，５４が互いに実質的に面対称に配置されていること。第２に、計測ターゲット５３，５４が設置される軸方向目地３９Ａ又は軸方向目地３９Ｂから計測対象リング３０Ａの中心までの径と鉛直面とが成す中心角θ_０が既知であること。第３に、測定対象リング３０Ａが設計通りに組み立てられていなくても、式（３）から明らかなように既知の中心角θ_０を利用してローリング誤差δθを求めた上で、式（４）、（５）又は（６）から明らかなように、ローリング誤差δθを考慮して、計測対象リング３０Ａの中心の座標値を求めていること。

式（６）のように、式（４）及び（５）で求めた値の平均値を計測対象リング３０Ａの中心の座標値としたため、計測対象リング３０Ａの真円度が低いことにより計測対象リング３０Ａの半径に誤差が生じた場合でもその誤差を無視することができる。よって、計測対象リング３０Ａの中心の位置の計測精度が高い。

目に見える周方向目地３８及び軸方向目地３９を利用して、計測ターゲット５３，５４を設置することから、計測ターゲット５３，５４の設置位置を決めるための測量をしなくても済む。

４． 変形例１
変形例１においては、図７に示すように、計測ターゲット５３は計測対象リング３０Ａの軸方向目地３９（以下、この軸方向目地３９の符号にＣを付す。）に設置され、計測ターゲット５４は計測対象リング３０Ａの軸方向目地３９（以下、この軸方向目地３９の符号にＤを付す。軸方向目地３９Ｄは軸方向目地３９Ｃと異なる。）に設置されている。また、計測ターゲット５３，５４は、トンネルの軸方向に対して垂直な共通の平面内にある。

このように設置された計測ターゲット５３，５４の座標値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１），（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）が測量器５１によって計測されると、コンピュータ６０が次式（７）によりローリング誤差δθを算出する。

θ_１は、計測対象リング３０Ａが設計通りに組み立てられた場合、軸方向目地３９Ｃから計測対象リング３０Ａの中心までの径と、軸を通る鉛直面とが成す中心角である。θ_２は、計測対象リング３０Ａが設計通りに組み立てられた場合、軸方向目地３９Ｄから計測対象リング３０Ａの中心までの径と、軸を通る鉛直面とが成す中心角である。従って、θ_１及びθ_２は、計測対象リング３０Ａの設計値、特にＫ位置情報から得られる既知の値である。θ_１及びθ_２の値は、予めプログラム６４ａに組み込まれていてもよいし、ユーザーが入力デバイス６１を操作することによって入力してもよい。

ローリング誤差δθが正であれば、図７において、計測対象リング３０Ａが設計通りの組立から反時計回りにずれて組み立てられたことを意味し、ローリング誤差δθが負であれば、図７において、計測対象リング３０Ａが設計通りの組立から時計回りにずれて組み立てられたことを意味する。

式（７）は図７を参照して次のように求まる。

Ｈ_１は、計測対象リング３０Ａの中心の高さと計測ターゲット５３の高さとの差である。Ｈ_２は、計測対象リング３０Ａの中心の高さと計測ターゲット５４の高さとの差である。

また、コンピュータ６０は、次の式（８）、（９）又は（１０）により、個別座標系における計測対象リング３０Ａの中心の座標値（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ）を算出する。また、コンピュータ６０は、次の式（８）、（９）又は（１０）により算出した座標値（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ）を式（２）の（ｘ，ｙ，ｚ）に当て嵌めることにより、全体座標系における計測対象リング３０Ａの中心の座標値（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）を算出する。

５． 変形例２
変形例においては、計測ターゲット５３は計測対象リング３０Ａの把持孔３７に設置されている。具体的には、計測ターゲット５３がジンバル５７を介して支持ポール５８に取り付けられ、その支持ポール５８が把持孔３７に嵌め込まれている。同様に、計測ターゲット５４は計測対象リング３０Ａの把持孔３７（この把持孔３７は、計測ターゲット５３が設置される把持孔３７と異なる。）に設置されている。また、計測ターゲット５３，５４は、トンネルの軸方向に対して垂直な共通の平面内にある。

把持孔３７は、エレクタ２０によってセグメント３１を把持する際に利用されるものである。つまり、エレクタ２０のチャックが把持孔３７に嵌め込まれることによって、セグメント３１がエレクタ２０に把持される。

計測ターゲット５３，５４が把持孔３７に設置されている場合でも、このように設置された計測ターゲット５３，５４の座標値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１），（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）が測量器５１によって計測されると、コンピュータ６０が式（７）によりローリング誤差δθを算出する。また、コンピュータ６０は、次の式（８）、（９）又は（１０）により、個別座標系における計測対象リング３０Ａの中心の座標値（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ）を算出する。また、コンピュータ６０は、次の式（８）、（９）又は（１０）により算出した座標値（ｘ_ｃ，ｙ_ｃ，ｚ_ｃ）を式（２）の（ｘ，ｙ，ｚ）に当て嵌めることにより、全体座標系における計測対象リング３０Ａの中心の座標値（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）を算出する。
なお、式（８）、（９）又は（１０）において、θ_１は、計測対象リング３０Ａが設計通りに組み立てられた場合、計測ターゲット５３が設置される把持孔３７から計測対象リング３０Ａの中心までの径と、軸を通る鉛直面とが成す中心角である。θ_２は、計測対象リング３０Ａが設計通りに組み立てられた場合、計測ターゲット５３が設置される把持孔３７から計測対象リング３０Ａの中心までの径と、軸を通る鉛直面とが成す中心角である。従って、θ_１及びθ_２は、計測対象リング３０Ａの設計値、特にＫ位置情報から得られる既知の値である。

３０Ａ…計測対象リング（セグメントリング）
３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄ…軸方向目地
５０…計測システム
５１…測量器
５３，５４…計測ターゲット
６１…コンピュータ（処理装置）

Claims (6)

1. セグメントリングの内周面から離れるようにして、前記セグメントリングの軸方向に延びる２つの軸方向目地又は２つの把持孔にそれぞれ設置された２つのターゲットと、
   前記２つのターゲットを視準することによってこれらのターゲットの三次元的な座標値を計測する測量器と、
   前記測量器によって計測された座標値に基づいて前記セグメントリングの中心の座標値を算出する処理装置と、
   を備えるセグメントリングの計測システム。
2. 前記処理装置が、前記セグメントリングが設計通りの組立から周方向にずれて組み立てられることによって生じるローリング誤差を、前記２つのターゲットの高さの差に基づいて算出する
   請求項１に記載のセグメントリングの計測システム。
3. 前記処理装置が、前記測量器によって計測された座標値と前記ローリング誤差とに基づいて前記セグメントリングの中心の座標値を算出する
   請求項２に記載のセグメントリングの計測システム。
4. 前記２つの軸方向目地は、前記セグメントリングが設計通りに組み立てられた場合に、前記セグメントリングの軸を通る鉛直面に関して互いに面対称に配置されるものである
   請求項１から３の何れか一項に記載のセグメントリングの計測システム。
5. 前記測量器によって計測された座標値を（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とし、前記セグメントリングの中心の座標値を（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）とすると、前記処理装置は次式（１）に従って、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）及び（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）から（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）を算出することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のセグメントリングの計測システム。
   

   

   但し、式（１）におけるｘ_ｃ、ｙ_ｃ及びｚ_ｃは次式（２）、（３）又は（４）により求まり、次式（２）及び（４）におけるｘ１、ｙ１及びｚ１は次式（５）、（７）及び（８）によりＸ１、Ｙ１及びＺ１から求まり、次式（３）及び（４）におけるｘ２、ｙ２及びｚ２は次式（６）、（７）及び（８）によりＸ２、Ｙ２及びＺ２から求まり、次式（２）、（３）及び（４）におけるδθは次式（９）によりＺ１及びＺ２から求まり、式（１）並びに次式（５）及び（６）におけるφは次式（７）及び次式（８）によりＸ１、Ｙ１、Ｚ１、Ｘ２、Ｙ２及びＺ２から求まり、次式（２）、（３）、（４）及び（９）におけるｒは前記セグメントリングの半径から、前記セグメントリングの内周から前記ターゲットまでの距離を減じて得られる値であり、次式（２）、（３）、（４）及び（９）におけるθ_０は前記セグメントリングの設計値から得られる既知の値である。
   

   

   
6. 前記測量器によって計測された座標値を（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）、（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）とし、前記セグメントリングの中心の座標値を（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）とすると、前記処理装置は次式（１）に従って、（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）及び（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）から（Ｘ_ｃ，Ｙ_ｃ，Ｚ_ｃ）を算出することを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のセグメントリングの計測システム。
   

   

   但し、式（１）におけるｘ_ｃ、ｙ_ｃ及びｚ_ｃは次式（２）、（３）又は（４）により求まり、次式（２）及び（４）におけるｘ１、ｙ１及びｚ１は次式（５）、（７）及び（８）によりＸ１、Ｙ１及びＺ１から求まり、次式（３）及び（４）におけるｘ２、ｙ２及びｚ２は次式（６）、（７）及び（８）によりＸ２、Ｙ２及びＺ２から求まり、次式（２）、（３）及び（４）におけるδθは次式（９）によりＺ１及びＺ２から求まり、式（１）並びに次式（５）及び（６）におけるφは次式（７）及び次式（８）によりＸ１、Ｙ１、Ｚ１、Ｘ２、Ｙ２及びＺ２から求まり、次式（２）、（３）、（４）及び（９）におけるｒは前記セグメントリングの半径から、前記セグメントリングの内周から前記ターゲットまでの距離を減じて得られる値であり、次式（２）、（３）、（４）及び（９）におけるθ_１及びθ_２は前記セグメントリングの設計値から得られる既知の値である。
   

   

   

Images