JPH07103770B2 - トンネル断面のマーキング方法 - Google Patents

トンネル断面のマーキング方法

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JPH07103770B2
JPH07103770B2 JP1238748A JP23874889A JPH07103770B2 JP H07103770 B2 JPH07103770 B2 JP H07103770B2 JP 1238748 A JP1238748 A JP 1238748A JP 23874889 A JP23874889 A JP 23874889A JP H07103770 B2 JPH07103770 B2 JP H07103770B2
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tunnel
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宏彰 松木
光雄 伊藤
孝則 星野
康男 目時
政史 金子
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Sato Kogyo Co Ltd
Mac Co Ltd
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Sato Kogyo Co Ltd
Mac Co Ltd
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    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/003Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
    • E21D9/004Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines using light beams for direction or position control

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トンネルを掘削する際、ある切羽断面におい
て発破孔などの多数の作業基準点をマーキングする方法
に関する。
〔従来の技術〕
従来、トンネルを掘削する際の切羽断面へのマーキング
は、側壁および天端に設置したレーザー発振器か、もし
くは下げ振りと水糸を用いた見通しでトンネル中心およ
び側壁位置を決定し、支保工を建込み、トンネルの外周
形状を鋼製支保工の形状で決定する方法であった。
また、近年NATM工法の導入により鋼製支保工が無い、吹
き付けコンクリートとロックボルトによる一次支保が多
く採用されているが、その場合のマーキング方法を第4
図により説明する。
基本的には、従来の方法を採用しており、トンネル両側
壁に設置したレーザー発振器5からレーザー光3をトン
ネル方向と平行に投射させる。この時、トンネル中心点
の高さとレーザー発振器5の設置高さの相対量Δhは計
測され、予め既知とされる。トンネル中心点は、切羽断
面18に投射された両側2点のレーザー光投射点を結び、
その2分割点Qの鉛直方向上に存在する。次に、2分割
点Qから、トンネル中心点の高さとレーザー発振器5の
設置高さの相対量のΔh分だけ、鉛直方向にシフトす
る。このようにして決定されたトンネル中心点Sを中心
点とし、所定の長さの紐等を用いて、コンパスの原理で
一定の半径rをもって発破孔の作業基準点を順次マーキ
ングする方法により行っていた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記従来の方法では次記のような問題点があ
る。
レーザー光を利用して決定されたトンネル中心点Sから
所定の長さの紐等を用いて、同一半径上の作業基準点を
プロットする方法のため、切羽断面の凹凸が激しい場
合、その凹凸に影響されて正確な円が描けなかったり、
トンネル形状が真円でない場合や外周円の中心が切羽面
上にない場合は、正確なトンネル中心点を原点とするこ
とができないため、正確な作業基準点をマーキングする
ことができなかった。また、トンネル線形が曲線である
場合には、第3図に示すように、レーザー光3は直進し
かできないため、切羽断面18ではΔSのずれ量が生じ
る。したがって、曲線区間では掘削進行に合わせてマー
キング位置をΔSだけシフトさせる必要があり、誤差の
原因となった。
そこで、本発明は、切羽断面状態やトンネル形状に影響
されることなく、曲線区間においても、切羽断面に正確
な作業基準点をマーキングすることができるとともに、
別途測量機器を必要とせず、一台のレーザー光投射装置
によって測距、測角およびレーザー光投射を実現するこ
とができるトンネル断面のマーキング方法を提供するこ
とにある。
〔課題を解決するための手段〕 上記課題を解決するための本発明は、レーザー光を投射
するレーザー発振器と光波によって距離を測定する光波
測角測距儀とを、レーザー光の光軸と光波の光軸とが平
行になるように一体としたレーザー光投射装置と; このレーザー光投射装置を支持して、鉛直方向および水
平方向に駆動する駆動装置と; 前記光波測角測距儀からの測角測距データとトンネル形
状情報に基づいて前記駆動装置を作動させてレーザー光
投射装置を鉛直方向および水平方向に移動させる演算制
御装置と;を有する設備を用い、 前記レーザー光投射装置および前記駆動装置を切羽断面
手前の位置に設置するとともに、予めその設置座標を知
っておき、 座標が既知の別の基準点を前記光波測角測距儀により視
準し、この視準による前記設置座標からの測角測距デー
タを得て、 他方で、前記演算制御装置に与えられた計画トンネル線
形および計画トンネル断面形状に基づいて、前記切羽断
面上における作業基準点を設定し、 前記演算処理装置で前記測角測距データに基づいて前記
作業基準点に向けての前記設置座標からの鉛直角度およ
び水平角度を演算し、その鉛直角度および水平角度で前
記駆動装置を作動させてレーザー光投射装置を振って、
前記作業基準点にレーザー光を投射させ、 順次切羽断面上に作業基準点をレーザー光の照射による
マーキングを行うことを特徴とするものである。
〔作用〕
本発明の作用について、第1図、第2図および第5図を
参照しながら説明する。
第1図において、1はレーザー光投射装置であり、レー
ザー光を投射するレーザ発振器5と光波によって距離を
測定する光波測角測距儀6とを、レーザー光の光軸と光
波の光軸とが平行になるように一体としたものである。
このレーザー光投射装置1は、鉛直方向および水平方向
に駆動する高度微動駆動装置7により支持されている。
さらに、光波測角測距儀6からの測角測距データとトン
ネル形状情報に基づいて、前記駆動装置7を作動させて
レーザー光投射装置1を鉛直方向および水平方向に移動
させるコントローラー12およびコンピューター16とを有
する演算制御装置とが設備されている。
さて、レーザー光投射装置1および駆動装置7は、図面
に示すように、切羽断面18手前の位置に設置され、この
設置座票P(X0,Y0,Z0)は、予め他の測量機器による測
量により既知である。また、トンネル内には別の基準点
O(X1,Y1,Z1)が測量により既知とされる。したがっ
て、トンネルの曲率中心Eからの距離L1,L2は既知であ
る。この基準点Oとしては、たとえばダボステーション
を用いることができる。
かかる状態において、まず、座標が既知の基準点Oを光
波測角測距儀7により視準し、この視準による前記設置
座標Pからの測角測距データ(L3,仰角ζ)を得る。
そして、トンネルの切羽断面18までの距離を知るため
に、光波プリズム8を切羽断面2上の適宜の位置に設置
し、これに光波を当てる。このとき、前記基準点Oを光
波測角測距儀7により視準したときの設置座標Pから
の、基準点O基準の測角測距データ(δ,γ,L4)が得
られる。したがって、逆に、切羽断面18は、光波プリズ
ム8を設置した断面内にあることが判り、その切羽断面
18内において、曲率中心Eからの法線lに沿う面上に作
業点を設定する必要があることが判る。
そこで、演算制御装置を構成するコンピューター16に
は、予め計画トンネル線形および計画トンネル断面形状
が与えられ、切羽断面18上において作業基準点a〜b〜
c〜…の座標(X,Y,Z)を設定する。
かくして、演算処理装置で前記基準点Oを光波測角測距
儀7により視準したときの設置座標Pからの測角測距デ
ータに基づいて、作業基準点に向けての、すなわち、ま
ず第1作業点aに向けての設置座標Pからの鉛直角度β
および水平角度αを演算する。これとともに、その鉛直
角度βおよび水平角度αで、駆動装置7をコントローラ
ー12により作動させてレーザー光投射装置1を振って、
作業基準点aにレーザー光を投射させ、その投射点を作
業基準点のマーキングとする。この場合、光波プリズム
8の設置座標は測定したので、これを基準として、第1
作業点aにレーザー光を照射することもできる。
その後、順次切羽断面18上に作業基準点b〜c〜…をレ
ーザー光の照射によりマーキングを行うものである。
この場合、b点を照射する場合には、a点を既知の基準
点とすることにより、再度基準点Oを視準することな
く、能率的に順次作業基準点b〜c〜…を照射できる。
本発明のレーザー光投射装置においては、レーザー光の
光軸と光波の光軸とが平行となるように設定されてい
る。これに対して、たとえば、切羽断面に向かってレー
ザー光と光波の各光軸とが平行でなく両者の間に角度が
与えられると、レーザー光投射装置と切羽断面間の距離
に応じて視準点とレーザ照射されるポイントとの距離間
が拡大あるいは縮小する。これはコンピューター上での
演算を複雑化するだけでなく、演算精度、したがってマ
ーキング精度を低下させる。特に、トンネルの曲線部に
てマーキングを行う場合には、切羽断面に対して斜めか
らのマーキングが行われることになるので、視準方向と
レーザー光との間で例えば水平方向の角度にわずかなず
れでもあると、視準点とレーザー照射されるポイントと
の拡き(離間する距離)が顕著に現れる。
さらに、切羽断面上の凹凸が加味すると、視準点と照射
のポイントとを合致させるために、コンピューターでの
演算はより複雑化して、精度面での低下を招くことにな
る。
そこで、本発明によれば、レーザー光の光軸と光波の光
軸とが平行になり、視準方向に常時レーザー発振器の投
射方向が向けられるので、測距時の視準方向をレーザー
光を投射する方向として扱うことができる。レーザー光
の光軸と測距時の光軸との間に角度を与えずに平行する
ことは、視準点とレーザー照射されるポイントとの距離
を、レーザー光投射装置と切羽断面との距離に関係な
く、ほぼ一定にさせることが可能である。
また、本発明では、前記の設置点Pと基準点Oを設定
し、その位置を知るのみで、他の測量手段が必要なく、
レーザー光照射装置で測角・測距することにより、各作
業点をレーザー光照射できるので、照***度が高くかつ
測量などに要する作業時間が大幅に短縮できる。
〔発明の具体的な構成〕
以下、本発明を一実施例に基づいて第1図により詳説す
る。
レーザー発振器5は光波測角測距儀6の鏡筒部に搭載さ
れ、視準望遠鏡の光軸と平行にレーザー光3を照射でき
るようになっている。このレーザー光投射装置1によっ
て、距離測定、測角測定およびレーザー光投射が行える
ようになっている。7は高度微動駆動装置で、モータに
よってレーザー光投射装置1の視準方向を水平および鉛
直方向に自在に変えることができ、コントローラー12に
よって制御される。また、コントローラー12の操作は操
作盤9によって遠隔操作ができるようになっている。10
は無線中継点で、操作盤9と受信機11の距離が100m以上
の場合に必要とされる。8は切羽断面18前部に置かれた
光波プリズムで、光波測角測距儀6より投光された光波
4を反射させるものであり、これにより光波測角測距儀
6はこの反射された光波4を受光し、正確に切羽断面18
までの距離を算出することができる。
光波測角測距儀6からの測距データは光波信号変換器13
で変換されコンピューター16へ送信される。コンピュー
ター16には予め計画トンネル線形および計画トンネル断
面形状が入力されており、これらの諸条件によりトンネ
ル切羽断面18上の作業基準点の座標をトンネル円周方向
に10度間隔で計算するようにプログラムされており、ま
た、同時に、レーザー光投射装置1を原点とした各座標
間の構成角も計算されるようになっている。このレーザ
ー光投射装置1を原点とした各座標間の構成角(以下、
マーキングデータという)は、操作盤9の指示によって
順次コントローラー12へ送られ、高度微動駆動装置7を
駆動させることによりトンネル切羽断面18上に順次作業
基準点のポイントを照射するようになっている。
本発明によるトンネル断面マーキング方法によれば、曲
線区間においても第3図の破線に示すようにトンネル切
羽断面18手前の任意の一点より作業基準点の全ての点を
直接レーザー光3で照射するため正確にマーキングする
ことができる。また、従来のマーキング方法では切羽進
行に伴い頻繁にレーザー発振器の盛り替えが必要であっ
たが、本発明方法によればレーザー光線の届く範囲では
レーザー光投射装置1の盛り替えは必要がないためその
労力と時間を大幅に削減できる。
一方、レーザー光投***度は、投射角度の計算誤差と機
械的な誤差の合計が30秒以内に設定されており、レーザ
ー光投射距離が200mで、照射ポイントのずれ誤差は±20
mm以内に押さえられている。
〔発明の効果〕
以上、詳説したように本発明によって以下の効果を奏す
ることができる。
予め計算されたマーキングデータに基づいて、トンネル
切羽断面手前の任意の位置に設置されたレーザー光投射
装置によって、トンネル切羽断面上の全作業基準点が直
接照射されるため、凹凸の激しい切羽断面であっても、
トンネル形状が真円でない場合やトンネル外周円の中心
が切羽面上に無い場合であっても、またトンネル線形が
曲線であっても正確にマーキングすることができる。
本発明方法によってトンネル断面のマーキング行った場
合には上記のような正確なマーキングができるため、余
掘り・アタリを大幅に減少させることができ、経済的に
トンネル掘削をすることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示す図、第2図は本発明の
作用を説明する図、第3図は曲線区間における従来の方
法と本発明方法とを示す図、第4図はレーザー発振器を
使用した従来のマーキング方法を示した図、第5図は本
発明のマーキング方法の説明図である。 1……レーザー光投射装置 2……トンネル外周形状 5……レーザー発振器、6……光波測角測距儀 7……高度微動駆動装置、8……光波プリズム 9……操作盤、12……コントローラー 13……光波信号変換器、14……光波電源 15……レーザー電源 16……コンピューター、17……プリンター 18……切羽断面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 星野 孝則 富山県富山市桜木町1番11号 佐藤工業株 式会社内 (72)発明者 目時 康男 富山県富山市桜木町1番11号 佐藤工業株 式会社内 (72)発明者 金子 政史 富山県富山市桜木町1番11号 佐藤工業株 式会社内 (56)参考文献 特公 昭50−17265(JP,B2) 農業土木北海道,〔9〕奥付(1987)全 国農業土木技術連盟北海道支部P.7

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】レーザー光を投射するレーザー発振器と光
    波によって距離を測定する光波測角測距儀とを、レーザ
    ー光の光軸と光波の光軸とが平行になるように一体とし
    たレーザー光投射装置と; このレーザー光投射装置を支持して、鉛直方向および水
    平方向に駆動する駆動装置と; 前記光波測角測距儀からの測角測距データとトンネル形
    状情報に基づいて前記駆動装置を作動させてレーザー光
    投射装置を鉛直方向および水平方向に移動させる演算制
    御装置と;を有し、 前記レーザー光投射装置および前記駆動装置を切羽断面
    手前の位置に設置するとともに、予めその設置座標を知
    っておき、 座標が既知の別の基準点を前記光波測角測距儀により視
    準し、この視準による前記設置座標からの測角測距デー
    タを得て、 他方で、前記演算制御装置に与えられた計画トンネル線
    形および計画トンネル断面形状に基づいて、前記切羽断
    面上における作業基準点を設定し、 前記演算処理装置で前記測角測距データに基づいて前記
    作業基準点に向けての前記設置座標からの鉛直角度およ
    び水平角度を演算し、その鉛直角度および水平角度で前
    記駆動装置を作動させてレーザー光投射装置を振って、
    前記作業基準点にレーザー光を投射させ、 順次切羽断面上に作業基準点をレーザー光の照射による
    マーキングを行うことを特徴とするトンネル断面のマー
    キング方法。
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JPH03103595A JPH03103595A (ja) 1991-04-30
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