JPH0346326Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、トンネル掘削の際、ダイナマイトの
爆発によつてできるトンネル穴の形状を計測し、
以後の掘削予測管理に応用しようとするためのト
ンネル形状計測装置に関するものである。

＜従来の技術＞ 第３図イ、ロにトンネル掘削の際、ダイナマイ
ト爆破で生じた破砕後の断面を示す。

第３図イは、ダイナマイト爆破後のトンネルの
正面図、ロはイに示すＹ−Y′断面図である。

ここにおいて、第３図ロに示すトンネル穴の先
端部Ａのその断面形状を測定することは、次の理
由により、極めて重要である。

(1) トンネルの最終仕上げ寸法より、必要以上に
大きな穴ができれば、余分な箇所にコンクリー
トを流し込まなければならず、コンクリートを
余計に必要とする。

(2) トンネルの最終仕上げ寸法より、小さな穴が
できれば、コンクリートの必要な強度が得られ
ないため、トンネル穴を更に大きくしなければ
ならない。

(3) この断面形状により、次の破砕について、仕
掛けるべきダイナマイトの位置及び本数を決め
る。

次に、従来のトンネル穴の断面形状の測定につ
いて第４図を用いて説明する。

第４図はトンネル穴の断面を示している。

初めに、トンネルの底面よりｈの高さを定め、
この高さの水平面上に穴の径を２等分し、この点
を原点Ｏと定める。そして、OXを基線として、
Ｏの回りの角度をｎ等分する。次に各々の角度に
ついて、原点Ｏからトンネルの穴の壁面までの距
離r_jを求める。

第４図において、θ_j＝jθの角度に対応する距離
r_jは次のようにして求める。即ち、原点Ｏより、
伸縮自在な棒をθ_jの方向に向けて伸ばしていき、
トンネルの壁面に接触するまで伸ばす。この棒が
トンネルの壁面に接触したことを目視で確認して
から、この棒の長さを巻尺等で計る。

または、巻尺の一端を適当な棒の先端に固定
し、原点Ｏからθ_jの点までの距離を直接巻尺で読
み取る。

このような方法で、ｎ組の測定値（r₁，θ₁），
（r₂，θ₂），…，（r_j，θ_j，……，（r_o，θ_o）が得
られ
る。これらの値により、トンネル穴の断面形状を
決定する。

しかしながら、この測定では、多数の測定点を
人手にたよつて計測するので、多くの時間を要
し、また、人手が掛かる割りには、測定精度が良
くないという問題点があつた。

＜考案が解決しようとする問題点＞ 本考案は、上述した問題点についてなされたも
ので、ダイナマイト爆破によつて生じたトンネル
穴の断面形状の測定を自動化し、測定精度の向上
と測定時間の短縮化、更には、それ以降の掘削管
理予測を実現することを目的とする。

＜問題を解決するための手段＞ 以上の問題点を解決した本考案は、伸縮自在な
測定アームとこの測定アームの先端に設けられた
超音波送受波器の出力によつてトンネル壁面まで
の距離を計測するものであり、その構成は、以下
の通りである。

即ち、回転手段と、この回転手段の回転軸に取
り付けられた伸縮自在の測定アームと、この測定
アームに固定された超音波送受波器と、この超音
波送受波器からトンネル壁面に向かつて超音波を
送信し反射してきた超音波を受信しこの超音波の
伝搬時間により伸縮自在の測定アームの長さを制
御することにより測定アームの長さと超音波送受
波器とトンネル壁面までの距離を常に一定に保ち
測定アームの長さからトンネル壁面までの距離を
算出する制御測定部よりなるトンネル形状計測装
置である。

＜作用＞ 本考案によるトンネル形状計測装置は、ほぼト
ンネル断面中央に設置され、回転手段に取り付け
られた測定アームの先端部の超音波送受波器より
トンネル壁面に対して超音波を送信しその反射波
を受信して、測定アームの長さと超音波の伝搬時
間よりこの装置からトンネル壁面までの距離を算
出する。次に、回転手段によつて測定アームを回
転させて前述した動作と同様の操作を行ない、測
定アームの先端部の超音波送受波器とトンネル壁
面までの距離を前回と同じになるように、常に一
定の距離に測定アームの長さを調節する。そし
て、この動作を繰り返し、測定アームの長さより
トンネル壁面までの距離を算出する。

＜実施例＞ 第１図ａ，ｂに本考案を実施したトンネル形状
計測装置の外観図を示す。

第１図ａは本考案のトンネル形状計測装置の側
面図で、１は移動可能な台車であり、この台車１
の上には、回転手段としてのサーボモータ２が固
定されている。更に、このサーボモータ２の回転
軸３の中心は、高さがｈに定められ、この回転軸
３には、先端部に超音波送受波器４が設置された
測定アーム５が測定アーム取り付け部６によつて
取り付けられている。ここで、高さｈは任意に設
定でき、また、測定アーム５の長さは超音波信号
を入力し油圧回路等よりなる測定アーム取り付け
部６によつて矢印ａ方向に伸縮自在に制御され
る。７はサーボモータ１の回転量の角度フイード
バツク信号発生部であり、このフイードバツク信
号と超音波送受波信号は、制御測定部８に入力さ
れ、制御測定部８は測定アームの長さ演算、距離
演算及び測定値表示を行なう。

第１図ｂはこの装置の正面図であり、測定アー
ム５は矢印θ方向に数度おきにステツプ状に回転
し、また、測定アーム５は超音波の伝搬時間を常
に一定に保つように、矢印ａ方向に伸縮する。

次に、測定制御部８の構成を第２図に示す。

この測定制御部８は、サーボモータ２、超音波
送受波器４、測定アーム取り付け部６、角度フイ
ードバツク信号発生部７と信号を授受する。

そして、測定制御部８は、タイミング信号を発
するタイミング回路８１、このタイミング回路８
１からタイミング信号を受けてサーボモータ２の
回転角度を決定する角度設定回路８２１、この角
度設定回路８２１の信号と測定アーム５の角度信
号を発する角度フイードバツク信号発生部７のフ
イードバツク信号を受けてこれを増幅しサーボモ
ータ２へ信号を供給するサーボ増幅器８２２、タ
イミング回路８１からタイミング信号と超音波送
受波器４からの信号を受けて測定アームの長さを
制御するアーム長さ制御部８３、角度制御部８２
の信号とアーム長さ制御部８３の信号とを受けて
演算しトンネル壁面までの距離を演算する測定値
表示部８４よりなる。

このように構成された本考案の装置は、次のよ
うに動作する。

はじめに、第４図において、マニユアル動作で
原点Ｏの位置にこの台車１を固定する。このと
き、地面からこの装置の回転軸３までの高さはｈ
となるように設置する。

次に、例えば、ステツプ状に変化するθの値を
10゜と設定する。

はじめのタイミング信号が発信されると、測定
制御部８内の角度制御部８２の信号により、サー
ボモータ２は回動して測定アーム５はθ＝0゜の位
置に静止する。このとき、超音波送受波器４から
トンネル壁面に向かつて超音波が送信され、トン
ネル壁面で反射された超音波は超音波送受波器４
に戻る。この時の超音波の往復時間よりこの装置
とトンネル壁面までの距離が算出される。

即ち、超音波の速度をＶ、超音波の往復時間を
To、この時の測定アームの長さをLoとすると、
トンネル壁面までの距離Roは、 Ro＝Lo＋VTo／２ で表わされる。

この演算を測定値表示部８４で行ない、この距
離値の表示をし、記録する。

次のタイミング信号が発信されると、今度は、
サーボモータ２がはじめに設定したように10゜回
転し、これとともに測定アーム５も回転し、静止
する。そして、θ＝10゜の地点において、再び、
超音波を発信し、同様の測定を行なう。

ここで、アーム長さ制御部８３は、超音波送受
波器４の信号とタイミング回路８１からの信号に
よつて、このとき（θ＝10゜）超音波が伝搬する
距離をθ＝0゜の時に超音波が伝搬した距離
（VTo／２）と等しくなるように、測定アーム５
の長さLoを測定アーム取り付け部６によつて長
さL₁に調節する。そして、変化した測定アーム
５の長さL₁と超音波が伝搬した距離（VTo／２）
を加算してトンネル壁面までの距離R₁をR₁＝L₁
＋（VTo／２）として算出する。

次に、θ＝20゜として、同様の動作を行ない、
超音波が伝搬する時間（距離）がθ＝0゜の時と同
じになるように、測定アーム５の長さを調節し
て、トンネル壁面までの距離R₂を算出する。

即ち、 R₂＝L₂＋VTo／２ である。

このようにして、次々にθ＝30゜，40゜，…，
180゜と変化させて測定アーム５を回転させ測定を
行なう。

尚、θの大きさは任意に設定してよい。

一般には、 R_j＝L_j＋VTo／２ であり、（VTo／２）の値を一定としてL_jの長さ
をその都度設定し直して、R_jを計算する。

以上のように、本考案は、各角度においてトン
ネル壁面までの距離を測定する際、常に、測定ア
ームに固定された超音波送受波器とトンネル壁面
までの距離を一定とし、測定アームの長さを調節
し、測定アームの長さを測定することにより、ト
ンネル壁面までの距離を測定することができる。

これらの測定を行なつて、記録された距離のデ
ータに従つてトンネルの形状を決定することがで
き、次の作業工程であるダイナマイトの位置、本
数を予測することができる。

＜考案の効果＞ 本考案によれば、ダイナマイト爆破によつて生
じたトンネル穴の断面形状の測定を自動化し、測
定精度の向上と測定時間の短縮化と同時に次以降
の掘削予測管理、即ち、工程全体の作業管理を実
現することができる。

また、本考案によるトンネル形状計測装置で
は、測定アームを伸縮自在としているため、超音
波の往復距離をトンネル断面形状に合わせて小さ
く設定（常に一定）できるので、ダイナマイト破
砕後の平坦でないトンネル壁面からの乱反射の影
響を受けることがなくトンネル断面形状を計測で
きるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂは本考案の実施例によるトンネル
形状測定装置の図、第２図は、本考案によるトン
ネル形状計測装置の測定制御部の構成図、第３図
イ，ロは、ダイナマイトで破砕されたトンネルの
断面図、第４図は、従来のトンネル断面形状を測
定する方法を説明するための図。 １……台車、２……サーボモータ、３……回転
軸、４……超音波送受波器、５……測定アーム、
６……測定アーム取り付け部、７……角度フイー
ドバツク信号発生部、８……測定制御部、８１…
…タイミング回路、８２……角度制御部、８２１
……角度設定回路、８２２……サーボ増幅器、８
３……アーム長さ制御部、８４……測定値表示
部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転手段と、この回転手段の回転軸に取り付け
   られた伸縮自在の測定アームと、この測定アーム
   に固定された超音波送受波器と、この超音波送受
   波器からトンネル壁面に向かつて超音波を送信し
   反射してきた超音波を受信しこの超音波の伝搬時
   間により前記伸縮自在の測定アームの長さを制御
   することにより前記測定アームの長さと前記超音
   波送受波器とトンネル壁面までの距離を常に一定
   に保ち前記測定アームの長さからトンネル壁面ま
   での距離を算出する制御測定部よりなるトンネル
   形状計測装置。