JPH044969Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （３−１） 産業上の利用分野 本発明はレーザー光線を用いてトンネル内空変
位を測定する装置に関する。

（３−２） 従来の技術 一般にNATMによりトンネル工事を施工する
に際しては、その周辺の地山の挙動、構造物とし
てのトンネルの挙動を把握することが施工管理上
不可欠であるが、その判断資料としてはトンネル
内空の変位状況が最も重要である。

従来このトンネル内空の変位状況を測定するに
は、いわゆるコンバージエンスメジヤーを用い
て、予めトンネル内壁面に取り付けられた基点ア
ンカー間の距離を測定する方法が用いられていた
が、この方法は、測定精度が悪く、個人差が入り
やすく、大きなトンネルの場合には測定用の足場
が必要であり、また測定中には他の作業ができな
くなる等の問題点が多く、また人手を多く要し、
しかも連続測定ができない等の欠点があつた。

また最近レーザー光線を利用した測定方法も用
いられるようになつている。その１つとしてレー
ザー光線をトンネル内に設置した機械の受光板に
あてて機械の位置を検出し、トンネル内空に対す
る機械の位置からトンネル内空の変位を換算する
方法がある。しかしながらこの方法はトンネル内
空の変位が直接求められないという欠点があつ
た。

また、別の方法としては、トンネルの断面部に
レーザー光源を設置しこれを水平方向または垂直
方向に偏向させてトンネル内の各点の変位を測定
することによつて、トンネル内空の変位を算出す
る方法がある。しかしながら、この場合、第７図
に示すようにレーザー光を偏向させる手段として
はレーザー光源１の先に鏡またはプリズム２を置
き、機械的に回転させることによつており、それ
によつてレーザー光３が各点４に照射されるが、
その機械部分の精度が測定の精度に大きな影響を
及ぼし、十分な測定精度を得られるような機械的
回転機構がないという欠点があつた。

本願の出願人はまた以上述べたトンネル内空変
位測定方法の欠点を解消した次のような方法を提
示している（昭和58年12月21日提出・特願昭58−
241683号）。すなわち第１図に示すようにトンネ
ル５内の基準点に設置されたレーザー光源１から
トンネルの進行方向に向つてレーザー光線３を放
射し、被測定位置に設置された受光装置１１の測
定面の輝度分布を測定してレーザー光線の中心を
求め、パルスモーターによつて受光装置の中心を
光線の中心に合致せしめ、その際の修正量を求め
てトンネル内空変位を測定するものである。

図示のようにレーザー光線は極めて微小な角θ
をなして拡散しながらトンネル内を直進するが、
角θが極めて微小であるため光源と被測定位置と
が相当離れていてもレーザー光線の直径（スポツ
ト径という。）は小さく、またその輝度もあまり
落ちない。したがつて受光装置の中心にレーザー
光線のスポツト径よりやや小さな通孔を設けてお
けば、多点測定が可能である。

第８図はこの方法における受光装置の概略を図
示したものである。すなわち受光装置１１の中央
部には通孔１２と２対の光電変換素子１３が設け
られており、光電変換素子１３は配線によつて変
位検出装置１４に連結されている。変位検出装置
１４はレーザー光線３の中心と受光装置１１の中
心とのずれを検出し、左右及び前後方向のパルス
モーター１５に修正の指令を発し、パルスモータ
ー１５はこの指令を受けて、ねじ軸１６を所要だ
け回転し、ねじ軸１６と螺合しかつ受光装置１１
に固定された雌ねじ１７の作用によつて受光装置
１１の位置が修正される。修正量はトンネル内の
所定点に固定された変位計１８によつて測定記録
される。

この方法は多点測定が可能であり、連続測定・
連続記録が出来、トンネル壁面のはらみ、変形等
とトンネルの沈下とを同時に測定出来る利点があ
るとともに、人手がいらないため経費が節約でき
る等、極めて優れた方法である。

しかしながら、この方法は装置が複雑であり、
設備費が嵩むという欠点を免れることはできなか
つた。

（３−３） 考案の目的 本考案は以上述べたトンネルの内空変位を測定
する従来の方法の欠点を解消し、設備費が安く、
しかもトンネル内空変位を正確に行なうことの出
来るトンネル内空変位の測定装置を提供すること
を目的としている。

（３−４） 考案の構成・作用 本考案は被測定位置の所定点に基板を固定し、
その基板にばねとマイクロメーターとを介して一
の方向または互いに直交する二方向に摺動可能に
受光板を取り付け、受光板の中央にはレーザー光
線のスポツト径よりもやや小さな通孔を設け、こ
の通孔の外側の前記一の方向または互いに直交す
る二方向に光電変換素子を取り付け、こり受光板
にトンネルの進行方向に放射されたレーザー光線
をあて、光電変換素子とこれに接続された電圧計
との作用によつてレーザー光線の中心と受光板の
中心とのずれを求め、マイクロメーターを操作す
ることによつて両者の中心を合致せしめ、その修
正量を測定記録することによつて前記目的を達成
している。

以下図面に基づいて本考案の実施例について説
明する。第１図は光源１と受光板１１との関係を
示したものである。レーザー光線の拡散角θが極
めて小さく、したがつて多点測定が可能である点
は前記した従来例と同様である。

第２図〔イは平面図、ロは正面図〕は本考案に
係る測定装置の受光板１１等の構造を示した図で
ある。同図において、受光板１１の中央部には断
面長方形の通孔１２が設けられ、その一の方向
（図面では左右の方向）には通孔１２に隣接して
１対の光電変換素子１３が取り付けられている。
通孔１２の左右の巾はその位置におけるレーザー
光線のスポツト径６よりやや小さくなつている。

また基板２１はブラケツト２２等によつてトン
ネル内の所定点に固定されている。基板２１の一
の面には１対の板２３が取り付けられており、こ
の板２３には互いに平行な１対のスライド棒２４
が固定されている。受光板１１には互いに平行な
穴１９が穿孔されており、この穴１９にスライド
棒が挿入されて、受光板１１が基板２１に摺動可
能に取り付けられている。

板２３の一方の側面と受光板１１の側面との間
にはばね２５が装着されており、また他方の板２
３にはマイクロメーター２６が取り付けられてい
る。マイクロメーター２６は測定端２６Ａとこの
測定端を微小移動させるねじ部２６Ｂとを具えて
いる。１対の光電変換素子はその発生する電圧の
差を測定出来るように配線して電圧計２７に接続
されている（第５図参照）。

第３図ないし第５図は本考案に係る測定装置の
測定原理および測定方法を示した図で、第３図は
マイクロメーターによる修正前の状況を示したも
の、第４図は修正後の状況を示したものであり、
いずれもイはレーザー光の輝度分布を示し、ロは
光電変換素子の位置を示す正面図ハはその平面図
である。また第５図は光電変換素子と電圧計の配
線図である。

第３図および第４図における左側の光電変換素
子を１３−１、右側を１３−２とし、レーザー光
線によつて発生する電圧をそれぞれe₁，e₂とすれ
ば、第３図の場合は、 e₁＞e₂であり、ｅ＝e₁−e₂でしめされる電圧ｅ
が電圧計２７で測定される。

第４図の場合は、 e₁＝e₂であり、電圧計２７では電圧が計測され
ない。

この測定装置によるトンネル内空変位の測定は
次のように行なわれる。

トンネル内の被測定位置の所定点に受光板を
設置し、レーザー光源からの光を照射し、電圧
計の読が０になるようにマイクロメーターを調
節する。そのときのマイクロメーターの読を
D₁とする。

トンネル内空に変位が生ずれば、電圧計に読
ｅが指示される。

マイクロメーターを回し、電圧計の読が０に
なるように調節する。そのときのマイクロメー
ターの読をD₂とする。

トンネル内空の変位Ｄは次の式で示される。

Ｄ＝D₁−D₂ （３−５） 前記以外の実施例 以上述べた実施例では主として受光板の光電変
換素子が左右方向に配置され、したがつてトンネ
ル内空変位は水平方向のみが測定されるが、これ
を上下方向に配置すれば垂直方向の変位が測定可
能であることは勿論であり、場合によつては１つ
の被測定位置に水平垂直両方向（一般には互いに
直交する二方向）を測定する２つの装置を設ける
ことが望まれる。第６図は別の実施例を示した図
でイは平面図、ロは正面図である。本例の場合は
１つの装置で互いに直交する二方向（例えば、水
平垂直両方向）を測定できるようにしたものであ
る。すなわち同図において、本例の場合はブラケ
ツト２２等によつてトンネル内の所定点に固定さ
れた基板２１には、板２３に固定されたスライド
棒２４、穴３９（図示されていない。）を介して
中間板３１が摺動可能に取り付けられている。ま
た中間板３１には、板３３に固定されたスライド
棒３４、穴１９を介して受光板１１が摺動可能に
取り付けられている。一方の板２３の側面と中間
板３１の側面との間、一方の板３３の側面と受光
板１１との間にはばね２５が装着されており、他
方の板２３，３３にはそれぞれマイクロメーター
２６が取り付けられている。受光板１１の中央部
には通孔１２に隣接して上下、左右方向に２対の
光電変換素子１３が取り付けられている。各１対
ずつの光電変換素子１３はそれぞれ電圧計２７に
接続されている。本例にあつては、１つの装置で
上下左右両方向の内空変位を測定できる。

以上の実施例は本考案に係る装置をトンネル内
空変位の測定に使用する場合について説明した
が、本装置はその構成作用からも明かなように、
トンネル以外の場所の沈下測定等にもきわめて便
利に使用できる。例えば、大型石油タンクの水張
りテスト前後における地盤沈下の測定等には極め
て便利に用いることができる。

（３−６） 考案の効果 本考案はトンネル内の所定点に固定された基板
に、ばねとマイクロメーターを介して摺動可能に
取り付けられた受光板の中央部に、通孔と光電変
換素子とを設け、その受光板にトンネル内の基準
点に設置されたレーザー光源からの光を照射し、
一方向または互いに直交する二方向に配設された
１対又は２対の光電変換素子の発生する電気の電
位差を電圧計で検出し、それを０にするようにマ
イクロメーターで調整し、その量を計測記録する
ことによつてトンネル内空変位を測定する装置を
提供するものであつて、次に示すような優れた効
果を有するものである。

トンネル内で測量用のレーザー光線が使用さ
れていれば、それをそのまま使用することがで
きる。

多点測定ができる。

トンネル壁面のはらみ、変形等とトンネルの
沈下を同時に測定できる。

受光板の位置修正のための複雑な装置がいら
ないので、設備費が廉価である。

以上要するに本考案はトンネル工事の作業の
効率化、作業安全の確保、工事費の低減等に大
きな役割を果している。

またトンネル以外の場所の地盤沈下の測定等
にも便利に使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はレーザー光源と受光板との関係を示し
た図、第２図は本考案に係る測定装置の受光板等
の構造を示した図で、イは平面図、ロは正面図、
第３図ないし第５図は本考案に係る測定装置の測
定原理および測定方法を示したもので、第３図は
マイクロメーターによる修正前、第４図は修正後
の状況を示したものであり、いずれもイはレーザ
ー光の輝度分布を示し、ロは光電変換素子の位置
を示す正面図、ハはその平面図、第５図は光電変
換素子と電圧計の配線図、第６図は本考案に係る
測定装置の別の実施例を示した図で、イは平面
図、ロは正面図、第７図は従来用いられているト
ンネル内空変位の算出方法を示した図、第８図は
従来提示されているトンネル内空変位測定方法に
おける受光装置の概略を示した図である。 １……レーザー光源、２……鏡またはプリズ
ム、３……レーザー光、４……各点、５……トン
ネル、６……スポツト径、１１……受光板、受光
装置、１２……通孔、１３……光電変換素子、１
９……穴、２１……基板、２２……ブラケツト、
２３……板、２４……スライド棒、２５……ば
ね、２６……マイクロメーター、２６Ａ……測定
端、２６Ｂ……ねじ部、２７……電圧計、３１…
…中間板、３３……板、３４……スライド棒、３
９……穴。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. トンネル内の基準点に設置され、トンネルの進
   行方向にレーザー光線を放射するレーザー光源
   と、トンネル内の複数の被測定位置の所定点に固
   定された基板と、該基板にばねとマイクロメータ
   ーとを介してレーザー光線に直交する一の方向ま
   たはレーザー光線に直交しかつ互いに直交する二
   方向に摺動可能に取り付けられ、中央部に前記レ
   ーザー光線のスポツト径よりやや小さな幅を持つ
   通孔を有する受光板と、該受光板の前記レーザー
   光源側の面に、前記通孔の外縁に接して前記一の
   方向または前記二方向に相対向して取り付けられ
   た１対または２対の光電変換素子と、前記各対の
   光電変換素子の発生電圧の差を測定するように接
   続された電圧計とからなるトンネル内空変位の測
   定装置。