JPH05264741A

JPH05264741A - 地下設置構造物の非破壊測量方法及び装置

Info

Publication number: JPH05264741A
Application number: JP6448792A
Authority: JP
Inventors: Tetsuki Kikuchi; 哲樹菊地; Toshikazu Miyajima; 俊和宮嶋; Tsutomu Imagawa; 勉今川
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1992-03-23
Filing date: 1992-03-23
Publication date: 1993-10-12
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JP2624921B2

Abstract

(57)【要約】【目的】地下設置構造物の位置を非破壊的にしかも精密
に測量する方法及び装置を提供する。【構成】地下に設置すべき構造物１の頂面上の所定部位
に、ターゲットヘッド10を固定する。地表３の既知位置
Ｐから穿孔機４によって埋設後の上記構造物１上のター
ゲットヘッド10まで測定孔６を穿つ。複数の接近感知素
子12を一定配列してなる接近感知素子群11を既知位置Ｐ
から測定孔６により実質上水平にターゲットヘッド10ま
で吊下げる。ターゲットヘッド10へ接近した接近感知素
子群11中の接近感知素子12の出力によって該素子12の位
置を検出することにより、ターゲットヘッド10の座標を
定め、その座標により地下構造物１の位置を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下構造物位置の非破
壊測量方法及び装置に関し、とくにシールドトンネルの
施工管理におけるシールドセグメント位置測量等の地下
設置構造物の位置測量を非破壊的にしかも正確に行う方
法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の地下構造物の位置測量を、図５に
示すシールドセグメント2aで補強したトンネル２の建設
工事の場合について説明する。まず既知位置Ｐで地表３
からボーリング等により、パイプ５を鉛直に地中へ挿入
し、さらにシールドセグメント2aの壁を貫いて貫通孔７
を穿ちながらトンネル２内へ突出させる。次いで、この
パイプ５を通して重錘９をトンネル２内の点Ｑまで吊下
げる。点Ｐと点Ｑとの間の鉛直距離Ｌを測定すれば、地
上測量による既知位置Ｐの座標（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を基にト
ンネル２内の座標｛Ｘ、Ｙ、（Ｚ−Ｌ）｝を測量するこ
とができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の地
下構造物位置測量には次の欠点がある。

【０００４】(1) シールドセグメントは鉄筋で補強した
厚いコンクリートであるため、これを貫通させるには多
大の労力と時間が必要である。

【０００５】(2) 貫通した部分の止水対策が必要であ
る。止水対策を施した場合にも漏水のおそれが残り危険
である。

【０００６】(3) シールドセグメントに孔をあけるの
で、構造材としてのシールドセグメントの強度が低下す
る。

【０００７】本発明の目的は、地下構造物の位置を非破
壊的に測量する方法及び装置の提供にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図１の実施例を参照する
に、本発明の地下設置構造物の非破壊測量方法によれ
ば、地下設置構造物１の頂面の所定部位にターゲットヘ
ッド10を固定する。ターゲットヘッド10の一例は、測量
に適する大きさの永久磁石片又は磁性材料片である。地
表３における既知位置Ｐから地下の構造物１の上記所定
部位まで測定孔６を穿つ。ターゲットヘッド10を感知す
る特性のある接近感知素子12の複数個を一定配列で固定
して感知素子板11を形成し、既知位置Ｐに対し所与の水
平位置関係を維持しつつ感知素子板11を測定孔６により
ターゲットヘッド10まで吊下げる。ターゲットヘッド10
への接近に応答する接近感知素子12の出力により当該応
答する接近感知素子12の位置を定めることにより地表既
知位置Ｐに対する構造物１の位置を決定する。

【０００９】本発明による地下設置構造物の非破壊測量
装置は、地下に設置された構造物１の頂面の所定部位に
固定されたターゲットヘッド10によりその構造物１の位
置を測量する装置であって、地表３の既知位置Ｐから測
定孔６を穿つ穿孔機４を用いる。本発明の非破壊測量装
置はさらに、ターゲットヘッド10を感知できる接近感知
素子12の複数個を一定配列で固定した感知素子板11、既
知位置Ｐに対し所与の水平位置関係を維持しながら感知
素子板11を測定孔6内に吊下げる吊下げユニット8、及び
感知素子板11の中におけるターゲットヘッド10への接近
に応答する接近感知素子12の出力から当該応答する接近
感知素子12の位置を検出する位置検出ユニット20を備え
てなる構成を有する。

【００１０】図２に示す位置検出ユニット20は、ターゲ
ットヘッド10を感知できる接近感知素子12の複数個を一
定配列で固定した感知素子板11によりターゲットヘッド
10の位置を検出するものであり、各接近感知素子12の水
平座標位置を記憶する位置メモリ29、各接近感知素子12
を順次接続するマルチプレクサ22、そのマルチプレクサ
22を介し各接近感知素子12に接続されるレベル検知器2
6、一定限界値Ｅt（図３）以上の接近感知素子出力を検
出する限界値検出部27、及び限界値Ｅt以上の出力と位
置メモリ29内の当該出力発生接近感知素子12の水平座標
位置とからターゲットヘッド10の位置を決定する判別部
28を備えてなる構成を有する。

【００１１】

【作用】本発明者は、感知素子板11を地表３の既知位置
Ｐ（座標Ｘ、Ｙ）から例えば図１(A)に示すように複数
本のケーブル10aによって測定孔６に吊下げれば、その
既知位置Ｐに対し所与の水平位置関係を維持しつつ感知
素子板11をターゲットヘッド10まで吊下げ得ることを見
出した。即ち、地表３にある時に感知素子板11上の点Ｑ
の水平座標を地表既知位置Ｐのそれと一致させた後、感
知素子板11を図１(A)に示す様に吊下げれば、ターゲッ
トヘッド10に到達した時の感知素子板10上の点Ｑの水平
座標（Ｘ、Ｙ）は地表既知位置Ｐのそれ（Ｘ、Ｙ）と一
致する。

【００１２】ただし、本発明におけるターゲットヘッド
10までの感知素子板11の吊下げは、地表の既知位置Ｐに
対し所与の水平位置関係を維持しつつ行えば足り、複数
本のケーブル10aによる吊下げに限定されるものではな
い。

【００１３】地下構造物の建設工事の経験によると、感
知素子板11の大きさを円形の場合直径数十cm程度、方形
の場合一辺数十cm程度とするならば、この大きさの感知
素子板11を地下のターゲットヘッド10上に吊下げるべき
地表３上の既知座標位置Ｐを定めることは困難ではな
い。こうして地表既知位置Ｐに対し所与の水平位置関係
を維持しつつ吊下げた感知素子板11に対する地下構造物
１の位置を測定すれば、水平座標系における地下構造物
１の位置を測量することができる。

【００１４】感知素子板11に対する地下構造物１の位置
を定めるため図２の実施例のような位置検出ユニット20
を使う。感知素子板11が、行列状に整然と配列した接近
感知素子12を図１(B)のようにモールド等で板状に固め
たものであって、各接近感知素子12を行番号(i)と列番
号(j)との組で識別できる場合を想定する。また、各接
近感知素子12に対し一連の記号ａ、ｂ、ｃ、ｄ、・・・
を付することも可能であり、図２の位置メモリ29が各接
近感知素子12の記号及び水平座標を記憶しているものと
する。

【００１５】レベル検知器26がマルチプレクサ22を介し
各接近感知素子12に接続され、限界値検出部27が一定限
界値Ｅt以上の接近感知素子出力を図３の斜線部に示す
ように検出する。各接近感知素子12がホール素子であっ
てターゲットヘッド10が磁石であり、接近感知素子12の
出力がターゲットヘッド10からの距離に応じて変化する
場合を想定する。図４は、ターゲットヘッド10がｉ行と
(i+1)行との間であってｊ列と(j-1)列との間の位置にあ
り、しかもｉ行ｊ列の接近感知素子12に最も近くある場
合の位置関係を示す。さらにこの場合、ｉ行ｊ列の接近
感知素子12が記号ｃで表わされ、隣接接近感知素子が図
４のように記号ａ、ｂ、dで表わされる。また、接近感
知素子ａ、ｂ、ｃ、ｄの出力が何れも限界値Ｅt以上で
あって相対的に図３のような関係にあるとする。

【００１６】図３及び図４の場合には、接近感知素子
ａ、ｂ、ｃ、ｄの水平位置が位置メモリ29に記憶されて
おり、しかもこれらの素子に対するターゲットヘッド10
の位置が図３のように定量的に測定できるので、ターゲ
ットヘッド10の水平座標即ちこのターゲットヘッド10が
固定された地下構造物１の位置を定めることができる。
よって地表３の既知位置Ｐに対する地下構造物１の位置
を測量できる。

【００１７】一般に、固定ターゲットヘッド10を感知す
る性能のある接近感知素子12からなる感知素子板11を上
記態様で使う場合には、図３及び図４の様な測定値を得
ることができる。

【００１８】こうして、本発明の目的である「地下構造
物の位置を非破壊的に測量する方法及び装置の提供」が
達成される。

【００１９】

【実施例】図１の実施例では、それぞれホール素子から
なる複数の接近感知素子12をモールド材により円板状に
固めて感知素子板11を形成し、これを地表既知位置Ｐか
ら吊下げる。地下目標に対するボーリング作業における
誤差を考慮すれば、感知素子板11の直径を数十cmのオー
ダーにすることができる。ターゲットヘッド10を永久磁
石、電磁石、又は鉄製とする場合、接近感知素子12とし
てホ−ル素子の替りに磁気抵抗素子を使うこともでき
る。

【００２０】地表３から穿孔機４により通常のボーリン
グを行い、好ましくはトンネルのシールドセグメント等
の地下構造物１の周囲までボーリングパイプ17を伸長す
る。ボーリングパイプ17内の土砂を水や泥水で置換し、
吊下げユニット８により感知素子板11をボーリングパイ
プ17内に例えば２本のケーブル10aで吊下げ、ターゲッ
トヘッド10に接触するまで降ろす。接触の有無は、地上
のケーブル10aの緩みで検知し、吊下げたケーブル10aの
長さを測深器13によって測定し、地表の既知位置Ｐとタ
ーゲットヘッド10との間の距離を求める。

【００２１】一方、感知素子板11内の各接近感知素子12
即ちホール素子に電流Ｉを順次流すと共にその出力電圧
Ｅ_hを測定する。ホール電圧Ｅ_hは次式で与えられる。Ｅ_h＝Ｒ_h（ＢＩ）／ａ・・・・・(1) ここに、Ｒ_h：ホール素子のホール係数Ｂ：ホール素子に与えられる磁界Ｉ：磁界Ｂと直角にホール素子に与えられる電流ａ：磁界方向のホール素子の厚さ

【００２２】式(1)は、ホール係数Ｒ_h、電流Ｉ、及びホ
ール素子の厚さａを一定とするならば、ターゲットヘッ
ド10の近さに応じて変る磁界Ｂに応じて出力電圧即ちホ
ール電圧Ｅ_hが変化することを示す。即ち、ホール素子
出力電圧Ｅ_hを監視することにより、ターゲットヘッド1
0に近づいた接近感知素子12を検出できる。

【００２３】図２の位置検出ユニット20のマルチプレク
サ22は、制御電流発生部30からの電流Ｉを順次各ホール
素子即ち接近感知素子12に加えると共に当該接近感知素
子12の出力電圧Ｅhをレベル検知部26に与える。図示例
では、増幅器25による増幅後の電圧をレベル検知部26に
加える。マルチプレクサ制御部32は、マルチプレクサ22
の切替えにより、制御電流Ｉ及び出力電圧Ｅhの接続を
各接近感知素子12に順次切り替えるものである。限界値
検出部27は図３に示すように、所定限界値Ｅt以上の出
力電圧Ｅhを検出して判別部28に与える。この限界値Ｅt
は、ターゲットヘッド10が接近感知素子12の周囲の一定
半径円内に入ったことを示す。

【００２４】判別部28は、限界値検出部27からの電圧情
報及び位置メモリ29からの当該電圧を発生した接近感知
素子12の水平位置情報に基づいて感知素子板11上の定
点、例えば図１(B)の点Ｑに対するターゲットヘッド10
の位置を決定する。図４から理解されるように、ターゲ
ットヘッド10の上記位置を限界値検出部27からの電圧に
基づく比例配分によって求めることができる。

【００２５】計算機34は、地表の位置Ｐの既知水平座標
即ち感知素子板11上の点Ｑの既知水平座標に関する情
報、地下構造物１に対するターゲットヘッド10の既知座
標に関する情報、及び位置検出ユニット20からの感知素
子板11上の点Ｑに対するターゲットヘッド10の位置情報
に基づいて、地下構造物１の座標を算定する。算定結果
を測量結果として表示部36における表示又は記録部38に
よる記録に供する。

【００２６】上記実施例は、１辺が数mmの小さな接近感
知素子12を短いピッチで配列することによる測定の高精
度化、電子式マルチプレクサの高速切替えによる測定の
迅速化、限界値検出部27からの信号に基づく座標の比例
配分による接近感知素子ピッチより１桁高い測定精度の
さらなる向上、単一のターゲットヘッド10と異方向の複
数の接近感知素子12との間の距離推定(図4参照)による
地下構造物１の向き推定の可能性等の多くの優れた特色
を有する。

【００２７】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明による
地下設置構造物の非破壊測量方法及び装置は、地下構造
物の頂面の所定位置に固定したターゲットヘッドと地表
から吊下げられる感知素子板との組合せを用いるので、
次の顕著な効果を奏する。

【００２８】(イ) 地下構造物に対する穿孔を避けるの
で、地下構造物の機械的強度を害うことなくその地下位
置を測量することができる。

【００２９】(ロ) 地表座標及び深さを含む三次元測量
が可能である。

【００３０】(ハ) １辺が数mmの小型接近感知素子12を
短ピッチで配列することによる測定の高精度化を期待で
きる。

【００３１】(ニ) 電子式マルチプレクサの高速切替え
による測定の迅速化が可能である。

【００３２】(ホ) 接近感知素子ピッチより１桁高い精
度の測定を接近感知素子からの信号に基づく座標の比例
配分によって実現することが期待できる。

【００３３】(ヘ) ボーリングパイプ内に水や泥水があ
っても感知素子板を吊下げることが可能であれば測量を
することができる。

【００３４】(ト) 地下構造物の方向に関する情報を得
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の説明図である。

【図２】位置検出ユニットの説明図である。

【図３】接近感知素子の出力信号の説明図である。

【図４】接近感知素子とターゲットヘッドとの位置関係
の説明図である。

【図５】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１地下構造物２トンネル 2a シールドセグメント３地表４穿孔機５パイプ６測定孔７貫通孔８吊下げユニット９重錘 10 ターゲットヘッド 11 感知素子板 12 接近感知素子 13 測深器 17 ボーリングパイプ 20 位置検出ユニット 22 マルチプレクサ 24 コントローラ 25 増幅器 26 レベル検知部 27 限界値検出部 28 判別部 29 位置メモリ 30 制御電流発生部 32 マルチプレクサ制御部 34 計算機 36 表示部 38 記録部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地下に設置される構造物の頂面の所定部
位にターゲットヘッドを固定し、地表の既知位置から地
下の上記構造物の上記所定部位まで測定孔を穿ち、前記
ターゲットヘッドを感知できる接近感知素子の複数個を
一定配列で固定して感知素子板を形成し、前記既知位置
に対し所与の水平位置関係を維持しつつ前記感知素子板
を前記測定孔により前記ターゲットヘッドまで吊下げ、
前記ターゲットヘッドへの接近に応答する接近感知素子
の出力により当該応答する接近感知素子の位置を定める
ことにより前記地表既知位置に対する前記構造物の位置
を決定してなる地下設置構造物の非破壊測量方法。
【請求項２】請求項１の非破壊測量方法において、前
記接近感知素子をホール素子とし、前記ターゲットヘッ
ドを磁石としてなる地下設置構造物の非破壊測量方法。
【請求項３】請求項１の非破壊測量方法において、前
記接近感知素子を磁気抵抗素子とし、前記ターゲットヘ
ッドを磁石としてなる地下設置構造物の非破壊測量方
法。
【請求項４】請求項１の非破壊測量方法において、前
記地表から前記ターゲットヘッドまでの鉛直距離を測定
し、前記地下設置構造物の三次元位置を決定してなる地
下設置構造物の非破壊測量方法。
【請求項５】地下に設置された構造物の頂面の所定部
位に固定されたターゲットヘッドにより該構造物の位置
を測量する装置において、地表の既知位置から測定孔を
穿つ穿孔機、前記ターゲットヘッドを感知できる接近感
知素子の複数個を一定配列で固定した感知素子板、前記
既知位置に対し所与の水平位置関係を維持しつつ前記感
知素子板を前記測定孔内に吊下げる吊下げユニット、及
び前記感知素子板中の前記ターゲットヘッドへの接近に
応答する接近感知素子の出力から当該応答する接近感知
素子の位置を検出する位置検出ユニットを備えてなる地
下設置構造物の非破壊測量装置。
【請求項６】請求項５の測量装置において、前記地表
から前記ターゲットヘッドまでの鉛直距離を測定する測
深器を備えてなる地下設置構造物の非破壊測量装置。
【請求項７】ターゲットヘッドを感知できる接近感知
素子の複数個を一定配列で固定した感知素子板の垂直移
動によりターゲットヘッドの位置を検出する位置検出ユ
ニットにおいて、各接近感知素子の水平座標位置を記憶
する位置メモリ、各接近感知素子を順次接続するマルチ
プレクサ、前記マルチプレクサを介し前記各接近感知素
子に接続されるレベル検知器、前記ターゲットヘッドへ
の接近に応答して前記接近感知素子が発生する出力が所
定限界値以上であることを検出する限界値検出部、及び
前期限界値以上の出力と前期位置メモリ内の当該出力発
生接近感知素子の水平座標位置とから前期ターゲットヘ
ッドの水平座標位置を決定する判別部を備えてなる位置
検出ユニット。