JPH0843084A

JPH0843084A - トンネル用多機能計測車

Info

Publication number: JPH0843084A
Application number: JP20269394A
Authority: JP
Inventors: Masanori Ishii; 正典石井; Tamotsu Konishi; 保小西; Toshiyuki Ichijo; 俊之一条
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 1994-08-03
Filing date: 1994-08-03
Publication date: 1996-02-16

Abstract

(57)【要約】【目的】トンネルの線形測量、任意断面形の計測、内
空変位の計測、切羽形状の計測を一台で容易に行えるよ
うになす。【構成】既設トンネル内を走行できるようになした測
量車両に、既設トンネルの二か所以上の既知位置に固定
した反射プリズムまでの距離と角度とを測量する自動追
尾式測距測角儀と、測量車両の傾斜角度を測定する傾斜
計と、該自動追尾式測距測角儀と傾斜計との測定値より
測量車両の位置を演算するコンピュータとを搭載し、上
記測量車両には縦軸と横軸との双方を回転中心軸として
回転可能となしたノンプリズム測距機を搭載してなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はトンネル用多機能計測車
に関するもので、特に、山岳トンネルの高精度施工及び
安全施工に好適なトンネル用多機能計測車に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】トンネルの掘削に関して、線形管理を的
確に行う必要性を有するのは無論であり、従来は大きな
労力と、時間とを掛けて頻度の高い測量を行って高精度
な施工及び線形管理を行っている。

【０００３】そして、従来この測量は作業者による主と
してトラッシトとレベルとを使用する光学測量で行われ
ていた。すなわち、従来のトンネル測量は「図５」に示
すように、坑口等の既知点Ｐ１より、任意の点Ｐ２をト
ラッシトとレベルとで計測し、次に、新たに既知点Ｐ２
となった位置より任意の点Ｐ３を同様に計測し、測点を
順次移動して最終的に切羽の測量を行うようになしてあ
る。そして、「図５」に示す湾曲部では、二点鎖線で示
したように既知点Ｐ１より切羽が直接視準できないの
で、上記測点の移動距離をは短く設定して数多くの測点
移動を行うようになしている。したがって、この測量作
業は煩雑で、信頼性も少ないもので、近時はトータルス
テーションと称する、レーザー光線等を使用した測距・
測角儀が開発され使用実績も増えてきている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のト
ータルステーションもレーザー光線の直進性から、曲線
を含む線形においては、盛り替え（測量装置、又は測量
ターゲットを所定の測量距離ごとに移動することを「盛
り替え」と称する。）を頻繁に行わなくてはならず、煩
雑であるばかりか盛り替え時に誤差を生ずるおそれをも
有している。

【０００５】また、上記トータルステーションはレーザ
ー光波到達距離が長くなると、該レーザー光は拡散して
光束が広がり、また、レーザー光は温度・湿度によって
光束が揺れ、測量誤差が大きくなるという課題をも有し
ていることからも頻繁な盛り替えが要求されるという課
題を有するものである。

【０００６】また、上記盛り替えに際しては、その都度
作業者が、測量装置を移動しなくてはならず作業が煩雑
であるという課題をも有していた。

【０００７】さらに、山岳トンネルにおいては切羽の崩
壊状況（言い換えると、切羽形状）、切削直後の断面形
状を把握することが必要で、前者の切羽形状の測量は今
後の掘削法の目安に、後者の断面形状の測量は支保工の
方法の目安となり、安全施工に大きな役割を果すが、現
状ではこれらは目視による感覚的なものに頼っており、
正確に計測することができなかったという課題を有して
いた。

【０００８】尤も、上記断面形状の測量には、切羽付近
に断面測定機を搬入し、この断面測定機の回転軸をトン
ネル軸と直交方向に合わせ、次に、この断面測定機の回
転中心位置を測量し、その値を断面測定機の制御用コン
リュータに入力し手測定する方法もあるが、この測量は
非常に煩雑で時間を要するものであるばかりか、計測位
置は鉛直断面となるので、吹き付け等の覆工あるいは支
保前の断面形状測量は地盤崩壊等による大きな危険性を
伴うものであった。

【０００９】そこで、本発明は上記課題に鑑みなされた
もので、トンネルの線形測量、任意断面形の計測、内空
変位の計測、切羽形状の計測を一台で容易に行えるトン
ネル用多機能計測車を提供することを目的としたもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的に沿い、先述
特許請求の範囲を要旨とする本発明の構成は前述課題を
解決するために、既設トンネルＲ内を走行できるように
なした測量車両１０に、該既設トンネルＲの二か所以上
の既知位置Ｑ１．Ｑ２に固定した反射プリズムＡ１，Ｂ
１までの距離と角度とを測量する自動追尾式測距測角儀
２０と、測量車両１０の傾斜角度を測定する傾斜計３０
と、該自動追尾式測距測角儀２０と傾斜計３０との測定
値より測量車両１０の位置を演算するコンピュータ４０
とを搭載し、さらに、上記測量車両１０には縦軸と横軸
との双方を回転中心軸として回転可能となしたノンプリ
ズム測距機５０を搭載してなる技術的手段を講じたもの
である。

【００１１】また、「請求項２」の発明は、上記測量車
両１０の天井１１に開閉可能な窓孔１２を設け、該測量
車両１０内にはこの窓孔１２より出入可能な昇降台１３
を設け、この昇降台１３に上記自動追尾式測距測角儀２
０とノンプリズム測距機５０とを取り付けてなる技術的
手段を講じたものである。

【００１２】

【作用】それ故、本発明は測量車両１０を既設トンネル
Ｒ内の任意の位置まで侵入し、自動追尾式測距測角儀２
０で該既設トンネルＲの二か所以上の既知位置に固定し
た反射プリズムＡ１，Ｂ１（「図２」は掘削を開始した
初期の段階で、掘削がより進行して、反射プリズムＡ
ｎ，Ｂｎまで盛り替えられている場合はその反射プリズ
ムＡｎ，Ｂｎ）までの距離と角度とを測量する。

【００１３】上記反射プリズムＡ１，Ｂ１の測量は、
「図５」に示したように、後方既知点Ｐ１（地上から掘
削した立坑の下部等で、従来公知な測量法によって測量
された点）より、既設トンネルＲ内の二か所に固定した
反射プリズムＡ１，Ｂ１の位置を測定して特定されたも
のである。そして、「図２」では、測量車両１０は反射
プリズムＡ１，Ｂ１よりさらに切羽Ｆ側まで進入し停車
してあるので、自動追尾式測距測角儀２０は後方を向け
て反射プリズムＡ１，Ｂ１の位置測量することになる。

【００１４】すると、この測定により測量車両１０の位
置（正確には、自動追尾式測距測角儀２０の測点位置）
が特定される作用を呈する。なお、通常二か所の既知の
位置にある反射プリズムＡ１，Ｂ１を測定すれば測量車
両１０の位置が特定されるものであるが、自動追尾式測
距測角儀２０の縦軸または横軸が傾斜していると多少の
誤差が生ずる。したがって、この誤差を傾斜計３０で検
出した傾斜角度値補正するが、反射プリズムＡ１，Ｂ１
の他に第三の反射プリズムＣ１（図示せず）を用意し
て、三か所の位置が既知な反射プリズムＡ１，Ｂ１，Ｃ
３を測定すれば、この傾斜計３０の測定値は使用しなく
てもよい場合もある。

【００１５】なお、上記反射プリズムＡ１，Ｂ１，Ｃ１
・・・の測定は、後記するサーチ機能で一か所づつ順に
行えばよいが、測量車両１０に方位計と距離計とを搭載
しておくと、その値から反射プリズムＡ１，Ｂ１，Ｃ１
・・・の概の方向が算出できるので、サーチ機能を使用
しないで反射プリズムＡ１，Ｂ１，Ｃ１・・・を自動視
準することも可能である。

【００１６】そして測量車両１０の位置が測定できた
ら、次ぎに目的に合わせて以下のごとき測定を行う。

【００１７】「トンネルの線形測量」トンネルの線形を
測量するに、一断面の複数カ所の位置を測定すればよ
く、この測定はトンネルの掘進に伴って順次前進するも
ので、そのためには「図２」に示したように上記反射プ
リズムＡ１，Ｂ１より切羽側任意位置に新たな反射プリ
ズムＡ２，Ｂ２を固定し、測量車両１０は停車させたま
ま自動追尾式測距測角儀２０を反対方向（切羽Ｆ方向）
に向けて、この自動追尾式測距測角儀２０で新たな反射
プリズムＡ２，Ｂ２の位置を測定すればよく、この測量
は既設トンネルＲの掘進が進行するごとに順次行えばよ
い。

【００１８】「断面形の計測」断面形の計測は、ノンプ
リズム測距機５０をトンネル断面周方向に回動して行
う。なお、「図４」に示すように、ノンプリズム測距機
５０はその縦軸を回転中心軸としトンネル軸方向と所定
の角Θ回動させ、この回動位置で横軸を回転中心軸とし
て回動することで同図に両端に矢印をつけた破線部位の
断面を計測でき、角Θを適宜に選定することで任意の部
位の断面形状が測定される。なお、この方法とは異な
り、ノンプリズム測距機５０の縦軸方向回動と横軸方向
回動とを適宜に組み合わせて制御すれば、同図一点鎖線
Ｓで示した部位の鉛直断面の測定が行える作用を呈する
ものである。なお、断面形状を経時的に測定すること
で、内空変位の計測が行える作用を呈するものである。

【００１９】「切羽形状の計測」切羽形状を計測するに
はノンプリズム測距機５０を切羽Ｆに向け、切羽Ｆ面を
「図３」に示した矢印Ｓ２の様に走査することで、その
形状を測定できる作用を呈するものである。

【００２０】

【実施例】次ぎに、本発明の実施例を詳細に説明する。
図中、Ｒが掘削中の既設トンネル、１０が既設トンネル
Ｒ内を走行できるようになした測量車両である。

【００２１】上記測量車両１０は、本実施例では運転者
が運転する電気自動車を使用したが、無人運転される車
両を使用するのが省力化の点で望ましいのは無論で、ま
た、既設トンネルＲにレールを敷設してこのレール上を
走行するようになしたものを使用してもよい。

【００２２】そして、既設トンネルＲ内を走行できるよ
うになした上記測量車両１０に、該既設トンネルＲの二
か所以上の既知位置に固定した反射プリズムＡ１，Ｂ１
までの距離と角度とを測量する自動追尾式測距測角儀２
０と、測量車両１０の傾斜角度を測定する傾斜計３０
と、該自動追尾式測距測角儀２０と傾斜計３０との測定
値より測量車両１０の位置を演算するコンピュータ４０
とを搭載してある。

【００２３】上記反射プリズムＡ１，Ｂ１は、従来公知
なコーナーキューブプリズム等の、後記自動追尾式測距
測角儀２０より照射されるレーザー光線等の波を入射方
向に反射するものが使用される。

【００２４】そして、この反射プリズムＡ１，Ｂ１はそ
の位置を予め測量しておく。この測量は従来法で行えば
よく、地上で等の従来法で測量した後方既知点Ｐより測
量して求めるが、無論、盛り替えした反射プリズムＡ
２，Ｂ２乃至反射プリズムＡｎ，Ｂｎは前記した「トン
ネルの線形測量」の方法で予め測量しておくようににな
してある。

【００２５】また、上記自動追尾式測距測角儀２０は、
測距用の光波を照射し、反射光を受光して反射プリズム
Ａ１，Ｂ１までの距離と角度とを測定する従来公知なも
のが使用できるが、その受光部には自動追尾用受光部も
用意されている。

【００２６】すなわち、上記自動追尾用受光部は図示は
していないが、中央に測距用の受光部を有し、その回り
には上記反射プリズムＡ１，Ｂ１よりの反射を受光する
自動追尾用受光部を複数個（通常、左右上下に４個で、
この４個の受光部を四分割受光素子と称することもあ
る。）設けてある。そして、この自動追尾用受光部は受
光量を上下左右等の対向する受光部で比較しするように
なしてある。これら受光部（実際には該受光部を保持す
る測距測角儀本体）はその中央測距用受光部の中心点を
支点（測点）として、上下方向の傾斜角と左右方向の傾
斜角を駆動源で変更可能となし、この駆動源は上記自動
追尾用受光部の比較値信号で制御され、対向する自動追
尾用受光部の受光量が常に同一となるように、すなわ
ち、自動追尾式測距測角儀２０は常に測量ターゲットで
ある反射プリズムＡ１，Ｂ１を視準するように自動追尾
するようになしてある。

【００２７】反射プリズムＡ１，Ｂ１の視準は複数を同
時に視準するのではなく、一方の反射プリズムＡ１を視
準してその測定値を出力した後、一定量回動して他方の
反射プリズムＢ１を視準するようになしてある。

【００２８】また、上記自動追尾としては、四分割受光
素子に代え、点状レーザ光をある照射平面を想定してス
キャニング照射し、スキャニング時に反射光が入力され
た時点でのスキャニング用信号値で上記駆動源を制御す
るものを使用してもよいものである。

【００２９】なお、本実施例の自動追尾式測距測角儀２
０は、さらにサーチ機能を搭載してあり、このサーチ機
構は上記と同様な点状レーザ光のスキャニング照射で行
えばよい。

【００３０】そして、反射プリズムＡ１，Ｂ１を自動追
尾によって視準した状態で、視準線の角度、すなわち測
点より反射プリズムＡ１，Ｂ１までを結ぶ視準線の角度
を検出するようになしてある。この視準線の角度は「図
２」の両視準線Ｓ３，Ｓ４のなす角Θ２であればよいた
め、測量車両１０の進入方向は無視できるが、測量車両
１０にジャイロコンパス等の方位計を搭載し、この方位
計によって示される基準方位と視準線Ｓ３，Ｓ４との角
度を測定して使用してもよい。なお、視準線の角度は自
動追尾式測距測角儀２０が自動追尾のために回動した量
をエンコーダ等で電気信号として出力するようになせば
よい。

【００３１】また、上記傾斜計３０も、作動トランス式
・サーボ式等の従来公知なものが使用でき、Ｘ軸方向及
びＹ軸方向の二方向の傾斜角度を電気信号値として出力
するものが使用される。

【００３２】また、上記コンピュータ４０は、自動追尾
式測距測角儀２０と傾斜計３０との測定信号を入力信号
とし、測量車両１０の位置（正確には、自動追尾式測距
測角儀２０の測点）を演算する。この演算は原則的には
自動追尾式測距測角儀２０より既知の二点に位置した反
射プリズムＡ１，Ｂ１までの距離と角度を測定すれば求
められれるが、自動追尾式測距測角儀２０のＸ軸とＹ軸
と（自動追尾式測距測角儀２０が視準のため回動する縦
軸と横軸）が傾斜していると誤差が生ずる。

【００３３】上記誤差を補正するには、一つの方法とし
ては自動追尾式測距測角儀２０のＸ軸とＹ軸との傾斜角
度を測定してその値を補正値して利用するものである
が、他の方法としては自動追尾式測距測角儀２０の機構
にもよるが三か所の既知位置Ｑ１．Ｑ２，Ｑ３を測定す
るればよい。したがって、上記傾斜計３０の測定値は測
量車両１０の位置演算に使用することは必須の要件では
ないが、この傾斜計３０はその測定値を後記する様に測
量車両１０の位置演算の他に利用するので必須のもので
ある。

【００３４】なお、上記傾斜計３０は、測量車両１０に
取り付けるとしたが、自動追尾式測距測角儀２０及び後
記ノンプリズム測距機５０のＸ軸とＹ軸との傾斜角度を
求めるものであるから、後記する昇降台１３に取り付け
てもよいのは無論である。

【００３５】そして、上記測量車両１０には縦軸と横軸
との双方を回転中心軸として回転可能となしたノンプリ
ズム測距機５０を搭載してなる。

【００３６】上記ノンプリズム測距機５０としては、従
来公知な光波測距儀等が使用でき、トンネル内面に向け
て照射した光波等が反射して戻ることで距離を測定す
る。

【００３７】そして、このノンプリズム測距機５０によ
って測定された測定値は上記コンピュータ４０にデータ
と蓄積され目的に合わせてそのデータが処理される。

【００３８】なお、上記測量車両１０は、天井１１に開
閉可能な窓孔１２を設け、該測量車両１０内にはこの窓
孔１２より出入可能な昇降台１３を設け、この昇降台１
３に上記自動追尾式測距測角儀２０とノンプリズム測距
機５０とを取り付けてなる。

【００３９】すなわち、「図１」に示すように、測量車
両１０内には窓孔１２の下方に油圧シリンダー等の昇降
装置１３ａを固定し、この昇降装置１３ａの昇降上端部
に昇降台１３を取り付けてある。なお、昇降装置１３ａ
の上端部と昇降台１３との間にはレベル調整螺子１３
ｂ，１３ｂ，１３ｂ・・・を介装し、昇降台１３は水平
を保つ様に調整可能となしておくのがより正確な測量に
望ましい（傾斜計３０の補正値をあまり大きな値としな
い方が演算結果の正確性が保たれる。）ものである。

【００４０】そして、上記昇降台１３上に、垂直縦軸を
回転中心軸とし、図示しないサーボモータ等で回転する
水平旋回台１３ｃを設け、この水平旋回台１３ｃの上に
は、この水平旋回台１３ｃの回転中心軸の延長線と直交
する横方向軸１３ｄを取り付け、この横方向軸１３ｄも
図示しないでサーボモータ等で回動できる様になしてあ
る。

【００４１】そして、上記横方向軸１３ｄに、自動追尾
式測距測角儀２０を取り付けるが、自動追尾式測距測角
儀２０はその測点が横方向軸１３ｄと水平旋回台１３ｃ
の回転中心軸との交点に合致する様に設定するのが望ま
しい。しかし、図示実施例では自動追尾式測距測角儀２
０はその測点が上記交点より一定距離水平方向に変移し
た位置に設置してある。この変移量は一定であるので、
演算によって測点を一点として把握することができる。

【００４２】さらに、上記水平旋回台１３ｃにはノンプ
リズム測距機５０が取り付けられ、このノンプリズム測
距機５０は、上記横方向軸１３ｄに取り付けてもよい
が、本実施例では、駆動軸を横方向にしたサーボモータ
１３ｅで回転可能に取り付けられ、水平旋回台１３ｃで
縦軸を回転軸としサーボモータ１３ｅの駆動軸で横軸を
回転軸として回転できるようになしてある。

【００４３】上記のごとく、自動追尾式測距測角儀２０
等を昇降台１３ｃに取り付けたのは、既設トンネルＲ内
は粉塵が多いので、不使用の際は測量車両１０内に収納
して粉塵から精密機材を守るためである。

【００４４】そして、上記ノンプリズム測距機５０で断
面形状計測、切羽面計測が行えるのは前記した通りであ
るが、ノンプリズム測距機５０をこれらの測定に、縦軸
または横軸を回転中心軸として回転させる際その軸が傾
斜しているとその測定結果に誤差が生ずる。そこでこの
誤差は前記傾斜計３０の測定値を補正値として使用し、
前記コンピュータ４０で演算を行えばよい。

【００４５】本実施例ではレーザ光線によるマーキング
機能をも持たせてある。すなわち、測量車両１０の進入
位置と切羽Ｆまでの距離が判別すれば、切羽Ｆの掘削線
が演算できる。この掘削線を自動追尾式測距測角儀２０
のレーザ光であるいは別途設けたレーザ光照射装置で照
射すればよい。

【００４６】上記自動追尾式測距測角儀２０、ノンプリ
ズム測距機５０等の制御は前記コンピュータ４０を兼用
して制御するようになせばよく、さらに、このコンピュ
ータ４０は各種測定値を画面表示したり帳票にプリント
するのは無論であるが、各種測定値を蓄積して、切羽Ｆ
や断面の三次元的グラフィックを表示してもよく、この
三次元的グラフィックは、特に余掘量、当たり量の算出
に役立つものである。

【００４７】なお、図中、１４は窓孔１２の開閉扉１５
を開閉する駆動源、１７は測量車両１０の停車位置がず
れないようになすアウトリガー、５１は上下角検出用エ
ンコウーダを示すものである。

【００４８】

【発明の効果】本発明は上記のごときであるので、一台
でトンネル掘削に伴う各種の測量が行えるトンネル用多
機能計測車を提供できるものである。

【００４９】また、本発明は車両搭載方式を採用したの
で測量器機の搬入、搬送が容易で、しかも測量車両１０
の進入位置を自動測量できるようになしたので、頻繁な
測量盛り替え作業も容易に行え、その結果、測定距離を
短くして盛り替えを頻繁に行うことで測定の正確性を担
保できるトンネル用多機能計測車を提供できるものであ
る。

【００５０】また本発明はトンネル断面形状、切羽形状
が容易正確にかつ敏速に測定でき、適切な掘削、支保に
大きな貢献ができるトンネル用多機能計測車を提供でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明トンネル用多機能計測車の一実施例を示
す縦断面図である。

【図２】本発明トンネル用多機能計測車を使用した測量
例平面図である。

【図３】本発明トンネル用多機能計測車を使用した別の
測量例正面図である。

【図４】本発明トンネル用多機能計測車を使用したさら
に別の測量例平面図である。

【図５】従来の測量例平面図である。

【符号の説明】

Ｒ既設トンネル１０測量車両Ａ１反射プリズムＢ１反射プリズム２０自動追尾式測距測角儀３０傾斜計４０コンピュータ５０ノンプリズム測距機１１天井１２窓孔１３昇降台

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】既設トンネル（Ｒ）内を走行できるよう
になした測量車両（１０）に、該既設トンネル（Ｒ）の
二か所以上の既知位置に固定した反射プリズム（Ａ１，
Ｂ１）までの距離と角度とを測量する自動追尾式測距測
角儀（２０）と、測量車両（１０）の傾斜角度を測定す
る傾斜計（３０）と、該自動追尾式測距測角儀（２０）
と傾斜計（３０）との測定値より測量車両（１０）の位
置を演算するコンピュータ（４０）とを搭載し、さらに、上記測量車両（１０）には縦軸と横軸との双方
を回転中心軸として回転可能となしたノンプリズム測距
機（５０）を搭載してなるトンネル用多機能計測車。
【請求項２】上記測量車両（１０）の天井（１１）に
開閉可能な窓孔（１２）を設け、該測量車両（１０）内
にはこの窓孔（１２）より出入可能な昇降台（１３）を
設け、この昇降台（１３）に上記自動追尾式測距測角儀
（２０）とノンプリズム測距機（５０）とを取り付けて
なる「請求項１」記載のトンネル用多機能計測車。