JPH1144529A - 吹付けコンクリートの厚さ計測システム及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】吹付けコンクリートの厚さを安全に効率よく十
分な精度で計測する。 【解決手段】本発明に係る吹付けコンクリートの厚さ計
測システムは、カッタブーム２の先端に設けられたカッ
タヘッド３の位置を計測する先端位置計測手段４と、計
測された先端位置からカッタヘッド３によって掘削され
た領域を表す壁面線を断面ごとに算出する演算部５と、
算出された壁面線を記憶する記憶部６とからなり、演算
部５は、吹付けコンクリートの表面にカッターヘッド３
を接触させた状態で位置計測手段４によって計測された
計測値と、記憶部６から読み出された壁面線との相対位
置関係から吹付けコンクリートの厚さを算出するように
なっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として山岳トン
ネル工法における吹付けコンクリートの厚さ計測システ
ム及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】山岳トンネル工法における支保工・覆工
のうち、吹付けコンクリートは、掘削後の地山の緩みを
防止するための重要な支保部材であり、その厚さは、使
用目的、地山条件、断面の大きさ等に応じて適宜設定す
る必要がある。例えば、硬岩で肌落ち防止等を目的とす
る場合には例えば５ｃｍ程度でよいが、膨張性地山のよ
うに土圧が大きい場合には、２０ｃｍ程度の厚さを確保
する必要がある。

【０００３】このように、吹付けコンクリートの厚さ
は、トンネルの品質を左右する重要なファクタであり、
設計通りの厚さで施工されたかどうかは、一定の精度で
管理しなければならない。そして、従来においては、掘
削された地山に測定用ピンを予め打ち込んでおき、該ピ
ンの目盛りを吹付けコンクリート施工後に読むことによ
って、あるいは吹付けコンクリートに削孔機で穴を開
け、該穴にスケールを挿入して目盛りを読むことによっ
て吹付けコンクリートの厚さを計測することが多かっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
方法については、無支保の段階で測定用のピンを打ち込
むことになるため、安全が確保される地山でしか採用す
ることができないという問題を生じていた。

【０００５】また、後者の方法については、ロックボル
ト用あるいは発破用に削孔を行う場合ならばともかく、
厚さ計測だけのために穴を開けるのは、余分な手間がか
かるとともに作業サイクルが長くなって全体工期を遅延
させるという問題を生じていた。

【０００６】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、吹付けコンクリートの厚さを安全に効率よく
しかも十分な精度で計測することが可能な吹付けコンク
リートの厚さ計測システム及び方法を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る吹付けコンクリートの厚さ計測システ
ムは請求項１に記載したように、掘削機械に備えられた
切削手段の先端位置を計測する先端位置計測手段と、計
測された先端位置から前記切削手段によって掘削された
領域を表す壁面線を断面ごとに算出する演算手段と、算
出された壁面線を記憶する記憶手段とからなり、前記演
算手段は、吹付けコンクリートの表面に前記切削手段の
先端を接触若しくは近接させた状態で前記先端位置計測
手段により計測された計測値と前記記憶手段から読み出
された前記壁面線との相対位置関係から前記吹付けコン
クリートの厚さを算出するようになっているものであ
る。

【０００８】また、本発明に係る吹付けコンクリートの
厚さ計測方法は請求項２に記載したように、掘削機械の
切削手段を用いて地中を掘削するとともに該切削手段の
先端位置を所定の先端位置計測手段を用いて計測し、計
測された先端位置から前記切削手段によって掘削された
領域を表す壁面線を断面ごとに算出し、吹付けコンクリ
ートを施工し、該吹付けコンクリートの表面に前記切削
手段の先端を接触若しくは近接させた状態で該切削手段
の先端位置を前記先端位置計測手段を用いて計測し、該
計測値と前記壁面線との相対位置関係から前記吹付けコ
ンクリートの厚さを算出するものである。

【０００９】また、本発明に係る吹付けコンクリートの
厚さ計測方法は、吹付けコンクリートの表面に前記切削
手段の先端を接触若しくは近接させた状態で該切削手段
の先端位置を計測する際、該先端位置に所定の保護材を
取り付け、該保護材を前記吹付けコンクリートの表面に
接触させるものである。

【００１０】本発明に係る吹付けコンクリートの厚さ計
測システム及び方法においては、掘削の際、掘削機械に
備えられた切削手段の先端位置を先端位置計測手段を用
いて計測し、次いで、計測された先端位置から前記切削
手段によって掘削された領域を表す壁面線を断面ごとに
算出する。

【００１１】掘削終了後、掘削面に対してコンクリート
を吹き付け、しかる後に該吹付けコンクリートの表面に
切削手段の先端を接触若しくは近接させ、かかる状態で
該切削手段の先端位置を計測する。

【００１２】次に、該計測値と壁面線との相対位置関係
から吹付けコンクリートの厚さを算出する。

【００１３】このようにすると、吹付けコンクリートを
施工した後、該コンクリートの表面に切削手段の先端を
接触若しくは近接させただけで、該接触位置若しくは近
接位置における吹付けコンクリートの厚さを瞬時に計測
することができる。

【００１４】掘削機械としては、旋回、起伏及び伸縮自
在なカッタブームの先端にカッタヘッドが取り付けられ
た自由断面掘削機、特にコンクリート吹付け機構が備え
られた多機能型自由断面掘削機を主な対象とするが、切
削手段の先端が移動自在になっていて任意の断面を掘削
できる掘削機械であればどのようなものでもよいし、コ
ンクリート吹付け機構が備えられているかどうかについ
ても任意である。

【００１５】先端位置計測手段としては、掘削機械に設
置され切削手段の先端位置を該掘削機械に対する相対位
置として計測可能なセンサ群からなる第１の計測手段
と、掘削機械自体の位置を計測する光波測距儀等で構成
された第２の計測手段と、第１の計測手段で計測された
計測値を第２の計測手段で計測された計測値を用いて座
標変換する座標変換手段とから構成されるものを主な対
象とするが、切削手段の先端位置を計測できるものであ
ればどのような構成でもよく、例えば、切削手段の先端
位置を光波測距儀で直接自動追尾するように構成するこ
とも可能である。

【００１６】吹付けコンクリートの表面に切削手段の先
端を近づけて該先端の位置を計測する際、先端を吹付け
コンクリートの表面に接触させてもよいし、該表面から
所定の間隔を開けて近接させるようにしてもよい。

【００１７】前者の場合には、かかる状態での計測値と
壁面線との距離が、そのまま吹付けコンクリートの厚さ
となり、後者の場合には、該距離から所定の間隔を差し
引いた残りが吹付けコンクリートの厚さとなる。

【００１８】ここで、切削手段の先端位置に所定の保護
材を取り付け、該保護材を前記吹付けコンクリートの表
面に接触させるようにすると、切削手段の先端が吹付け
コンクリートの表面に直接触れて該表面に損傷を与える
おそれがなくなる。また、切削手段の先端と吹付けコン
クリートの表面との間隔が常に保護材の厚みとなるの
で、切削手段の先端を接触させないことによる精度の低
下を未然に防止することも可能となる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る吹付けコンク
リートの厚さ計測システム及び方法の実施の形態につい
て、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実
質的に同一の部品等については同一の符号を付してその
説明を省略する。

【００２０】図１は、本実施形態に係る吹付けコンクリ
ートの厚さ計測システムを示した全体概略図及び全体ブ
ロック図である。同図でわかるように、本実施形態に係
る吹付けコンクリートの厚さ計測システムは、掘削機械
に自由断面掘削機１を使用する場合を示したものであ
り、切削手段であるカッタブーム２の先端に設けられた
カッタヘッド３の位置を計測する先端位置計測手段４
と、計測された先端位置からカッタヘッド３によって掘
削された領域を表す壁面線を断面ごとに算出する演算手
段としての演算部５と、算出された壁面線を記憶する記
憶手段としての記憶部６とからなる。

【００２１】先端位置計測手段４は、トンネル７の天盤
８に取り付けられた光波測距儀９と、自由断面掘削機１
に対するカッタヘッド３の相対位置を計測するために該
掘削機に設置されたセンサ１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１
０ｄと、該センサ及び光波測距儀９に電気的に接続され
た座標変換部１２とから構成される。

【００２２】座標変換部１２、演算部５及び記憶部６
は、それぞれパソコン１３の演算処理装置やハードディ
スクとして構成することができる。かかるパソコン１３
は、例えばトンネルの坑口等に設置された運転管理室内
に設置しておくのがよい。

【００２３】光波測距儀９は、自由断面掘削機１のやや
後方に立設されたプリズムタワー１４をターゲットとす
る自動追尾式のトータルステーションで構成してあり、
該掘削機の動きを自動追尾し、プリズムタワー１４まで
の距離や方向をリアルタイムにパソコン１３に伝送する
ようになっている。

【００２４】センサ１０ａは、ブーム伸縮ジャッキ１５
によるカッタブーム２の伸縮量を検出するようになって
おり、センサ１０ｂは、ブーム起伏ジャッキ１６による
カッタブーム２の起伏量を検出するようになっており、
センサ１０ｃは、ブーム旋回ジャッキ１７によるカッタ
ブーム２の旋回量を検出するようになっており、センサ
１０ｄは、自由断面掘削機１全体の前後及び左右の傾斜
量を検出することによってその姿勢を計測できるように
なっている。

【００２５】座標変換部１２は、各センサ１０ａ〜１０
ｄによる計測値から算出された自由断面掘削機１に対す
るカッターヘッド３の相対位置を、光波測距儀９で計測
された自由断面掘削機１自体の位置座標を用いて絶対座
標、例えばトンネル７の計画断面に設定された固定座標
上に座標変換するようになっている。

【００２６】演算部５は、吹付けコンクリートの表面に
カッターヘッド３を接触させた状態で位置計測手段４に
よって計測された計測値と、記憶部６から読み出された
壁面線との相対位置関係から吹付けコンクリートの厚さ
を算出するようになっている。

【００２７】なお、計測値や算出結果あるいは演算結果
は、随時パソコン１３のディスプレイ１８に表示すると
ともに、必要に応じてプリンタ１９に印刷させるように
しておくのがよい。

【００２８】本実施形態に係る吹付けコンクリートの厚
さ計測システム及び方法においては、掘削に先立って光
波測距儀９にプリズムタワー１４を視準させ、掘削に伴
って自由断面掘削機１が移動したとき、該移動を自動追
尾できるように光波測距儀９を初期設定しておく。

【００２９】次に、自由断面掘削機１に備えられたカッ
タブーム２でトンネルを掘削するが、その際、カッタブ
ーム２の先端位置、すなわちカッタヘッド３の位置を先
端位置計測手段４を用いて計測する。

【００３０】すなわち、自由断面掘削機１に設置された
各センサ１０ａ〜１０ｄによってカッタブーム２の伸縮
量、起伏量、旋回量及び機体全体の姿勢変化をそれぞれ
検出し、かかる検出値を用いて該掘削機に対するカッタ
ヘッド３の相対位置を求める。そして、該相対位置を、
光波測距儀９の自動追尾によって計測された自由断面掘
削機１の絶対位置データを用いて座標変換部１２にて座
標変換し、絶対座標上でのカッタヘッド３の位置座標を
算出する。

【００３１】カッタヘッド３の位置は、図２(a)に示す
ように、時間を視点とした移動軌跡２１として捉えても
よいし、空間を視点とした空間分布２２として捉えても
よい。

【００３２】次に、計測された先端位置２１、２２から
カッタヘッド３によって掘削された領域を示す壁面線２
３を断面ごとに算出する。壁面線２３は、例えばカッタ
ヘッド３の空間分布２２がそれぞれ円形をなすと仮定し
た場合、各円に外接する線、すなわち包絡線として算出
することができる。算出された壁面線２３は、記憶部６
に保存しておく。

【００３３】掘削が終了したならば、自由断面掘削機１
に装備された、あるいは独立に設置されたコンクリート
吹付け機（図示せず）を用いてコンクリートを吹き付け
る。

【００３４】次に、図２(b)に示すように、掘削地山３
２に吹き付けられたコンクリート３１の表面にカッタヘ
ッド３を接触させ、かかる状態でカッタヘッド３の位置
を掘削時と同様、先端位置計測手段４で計測する。

【００３５】次に、計測されたカッタヘッド３の位置デ
ータを必要に応じて適宜記憶部６に保存した後、該記憶
部から壁面線２３の座標データを読み出し、カッタヘッ
ド３と壁面線２３との距離を算出する。そして、これを
吹付けコンクリート３１の厚さＤとする。

【００３６】以上説明したように、本実施形態に係る吹
付けコンクリートの厚さ計測システム及び方法によれ
ば、カッタヘッドの位置を掘削中に計測して該計測値か
ら壁面線を算出しておき、吹付けコンクリート作業の
後、カッタヘッドを所望のコンクリート面に接触させた
状態にて同様に計測し、かかる計測値と壁面線との相対
位置関係からコンクリートの厚さを計測するようにした
ので、吹付けコンクリートの表面にカッタヘッド３を接
触させただけで、該接触位置における吹付けコンクリー
トの厚さを瞬時に計測することができる。

【００３７】したがって、作業員が計測箇所に近づいて
計測の準備をする必要がなくなり、計測の効率化が著し
く向上するとともに、作業員が不測の事故に遭遇する可
能性も低減させることができる。また、従来であれば足
場を組まなければ計測できないような箇所、例えばトン
ネル天盤のような箇所についても、足場なしに効率的な
計測が可能になる。

【００３８】また、測定用のピンの事前打込みによる従
来方法では、良質の地山にしか適用できなかったが、本
実施形態によれば、どのような地山に対しても適用する
ことが可能となる。また、厚さ計測だけのために吹付け
コンクリートに穴を開けたりする必要がなくなるので、
全体工期を遅延させることもない。

【００３９】本実施形態では、カッタヘッド３を吹付け
コンクリート３１の表面に接触させるようにしたが、必
ずしも接触させる必要はなく、該表面から所定の間隔を
開けて近接させるようにしてもよい。

【００４０】かかる構成においては、カッタヘッド３と
壁面線２３との距離から所定の間隔を差し引いた残りが
吹付けコンクリートの厚さとなる。

【００４１】特に、図３に示すように、カッタヘッド３
の先端位置にプラスチック等で形成した保護材４１をか
ぶせておき、該保護材を吹付けコンクリート３１の表面
に接触させるようにしてもよい。かかる構成において
は、カッタヘッド３と壁面線２３との距離から保護材４
１の厚みｄを差し引いた残りが吹付けコンクリートの厚
さＤとなる。

【００４２】かかる構成によれば、カッタヘッド３が吹
付けコンクリート３１の表面に直接触れて該表面に損傷
を与えるおそれがなくなる。また、カッタヘッド３と吹
付けコンクリート３１の表面との間隔が常に保護材４１
の厚みｄとなるので、カッタヘッド３を接触させないこ
とによる精度の低下を未然に防止することも可能とな
る。

【００４３】また、本実施形態では、山岳トンネルの一
次覆工として行われる吹付けコンクリートに適用した例
を説明したが、本発明は、かかる山岳トンネルの他に、
例えば、石油備蓄、放射性廃棄物の保管等を目的として
地中内に空間を形成するような場合にも適用できること
は言うまでもない。

【００４４】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１に係る本発
明の吹付けコンクリートの厚さ計測システムによれば、
吹付けコンクリートの表面に切削手段の先端を接触させ
ただけで、該接触位置における吹付けコンクリートの厚
さを瞬時に計測することができる。そのため、安全にし
かも効率よく吹付けコンクリートの厚さを計測すること
が可能となる。

【００４５】また、請求項２に係る本発明の吹付けコン
クリートの厚さ計測方法によれば、吹付けコンクリート
の表面に切削手段の先端を接触させただけで、該接触位
置における吹付けコンクリートの厚さを瞬時に計測する
ことができる。そのため、安全にしかも効率よく吹付け
コンクリートの厚さを計測することが可能となる。

【００４６】また、請求項３に係る本発明の吹付けコン
クリートの厚さ計測方法によれば、切削手段の先端が吹
付けコンクリートの表面に直接触れて該表面に損傷を与
えるおそれがなくなるとともに、該先端を接触させない
ことによる精度の低下を未然に防止することも可能とな
るという効果も奏する。

【００４７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る吹付けコンクリートの厚さ計
測システムの図であり、(a)は全体概略図、(b)は全体ブ
ロック図。

【図２】本実施形態に係る吹付けコンクリートの厚さ計
測システム及び方法の作用を示した図。

【図３】変形例に係る吹付けコンクリートの厚さ計測方
法の作用を示した断面図。

【符号の説明】

１ 自由断面掘削機（掘削機
械） ２ カッタブーム（切削手段） ３ カッタヘッド（切削手段の
先端） ４ 先端位置計測手段 ５ 演算部（演算手段） ６ 記憶部（記憶手段） ２３ 壁面線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削機械に備えられた切削手段の先端位
   置を計測する先端位置計測手段と、計測された先端位置
   から前記切削手段によって掘削された領域を表す壁面線
   を断面ごとに算出する演算手段と、算出された壁面線を
   記憶する記憶手段とからなり、前記演算手段は、吹付け
   コンクリートの表面に前記切削手段の先端を接触若しく
   は近接させた状態で前記先端位置計測手段により計測さ
   れた計測値と前記記憶手段から読み出された前記壁面線
   との相対位置関係から前記吹付けコンクリートの厚さを
   算出するようになっていることを特徴とする吹付けコン
   クリートの厚さ計測システム。
2. 【請求項２】 掘削機械の切削手段を用いて地中を掘削
   するとともに該切削手段の先端位置を所定の先端位置計
   測手段を用いて計測し、計測された先端位置から前記切
   削手段によって掘削された領域を表す壁面線を断面ごと
   に算出し、吹付けコンクリートを施工し、該吹付けコン
   クリートの表面に前記切削手段の先端を接触若しくは近
   接させた状態で該切削手段の先端位置を前記先端位置計
   測手段を用いて計測し、該計測値と前記壁面線との相対
   位置関係から前記吹付けコンクリートの厚さを算出する
   ことを特徴とする吹付けコンクリートの厚さ計測方法。
3. 【請求項３】 吹付けコンクリートの表面に前記切削手
   段の先端を接触若しくは近接させた状態で該切削手段の
   先端位置を計測する際、該先端位置に所定の保護材を取
   り付け、該保護材を前記吹付けコンクリートの表面に接
   触させる請求項２記載の吹付けコンクリートの厚さ計測
   方法。