JPS61202115A - トンネル断面計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業−Ｆ゛の利用分野） 本発明はトンネル断面計測装置に関するものである。

（従来技術） トンネルを掘る場合、通常、所望のトンネル断面形状に
対応して、複数のさく孔位置およびこの各さく孔位置に
おけるさく孔方向を決定し、このデータに基づいてさく
孔作業を行なう。そして、さく孔にダイナマイト等の爆
薬を装填し、この爆薬を爆発させて、所望のトンネル断
面形状に近似した仮トンネルを形成するようにしている
。

しかし、このようにして形成された仮トンネルは、岩質
（岩の強度）の相違等の理由により、所望のトンネル断
面形状に対して、ある部分は内方側へ突出して据置の不
足した不掘部を有し、またある部分は外方側へ突出して
余分に掘ってしまった余掘部を有するという問題がある
。そして、このような問題が発生した場合、上記不掘部
は追さく孔または追作業を行なって削り取られなくては
ならず、また余掘部は後工程のコンクリートの吹き付は
作業の際多量のコンクリートを充填しなくてはならなか
った。

上述のように、不掘部や余掘部の存在は、仮トンネル形
成後の作業量増大や資材の消費となり、この不掘部や余
掘部をいかに少なくするかが、工費低減や作業能車面上
等の点から重要となる。このため、−・旦仮トンネルを
形成したときに、この仮トンネルの断面形状を計測する
ことにより、すなわち不掘部と余掘部とがどのように存
在するかを知ることにより、次に仮トンネルを形成する
場合のさく孔パターンや爆発力等の決定（補正）を行う
上で重要となる。

この仮トンネルの断面形状すなわちトンネル断面形状を
計測するものとして、レーザ測定器があるが、これは比
較的精度がよく計測時間も短くできるという利点を有す
る反面、数千万円という高価なものであるため、一般に
は多く使用されていない。そして、最も一般に行われて
いる方法は。

長尺の棒状体の先端に巻尺の一端を固定し、−人の作業
員がこの棒状体の先端をトンネル断面形状の内周面に押
し当てた状態で、他の作業員が、」二記巻尺の他端を足
点に合せてこのときの目盛を読む、という作業を、棒状
体の押し当て位置を変更しつつ何回か繰り返すことによ
り行っているのが現状である。しかしながら、上述のよ
うな巻尺を利用した方法では、トンネル断面形状の計測
に、２〜３時間という極めて長い時間を要してしまうと
いう欠点を有する。

（発明の目的） 本発明は以上のような事情を勘案してなネれたもので、
トンネル断面形状の計測を短時間で行え、かつ比較的安
価に構成することのできるトンネル断面計測装置を提供
することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、例えばさく岩槻またはコンクリ−１・吹付は
手段を乗架するブーム手段を備えたトンネル工事用走行
台車を有する作業機械をそのまま有効に利用して、トン
ネル断面形状の計測装置を構成するようにしたものであ
る。すなわち、走行台、車のブーム手段先端部を、トン
ネル断面形状の内周面上に押し当てて、このときのブー
ム手段先端部の位置を検出し、このような押し当て位置
を変更しつつその毎にブーム手段先端部の位置を検出す
ることによって、全体としてトンネル断面形状を計測し
得るようにしたものである。具体的には、 ブーム手段を有する走行台車と、 前記ブーム手段の先端部を、トンネル断面内周面」二の
任意の位置へ作動せしめるブーム操作手段と、 前記ブーム手段に設けられ、該ブーム手段の先端部がト
ンネル断面内周面上の任意の位置に作動せしめられた際
、該ブーム手段の作動した値を検出する検出手段と、 前記検出手段により検出した値を表示する表示手段と、 を備えた構成としである。

（実施例） 以下本発明の実施例を添付した図面に基づいて説明する
が、実施例では、ブーム手段を有する走行台車として、
さく岩槻を用いるようにしてあり、かつこのさく岩槻は
、そのブーム手段先端部の位置決めすなわちさく孔位置
の位置決めを、特公昭５７−５１５１８号公報に示すよ
うに、人間の感覚に合った直角座標系で入力して数値制
御するようにしたものとなっている。したがって、上述
のようなさく岩槻そのものの説明を先ず行った後、その
後、トンネル断面形状の計測部分について説明すること
とする。

第２図において、さく岩槻Ａは、従来同様、キャタピラ
式の走行台車１０１を有し、この走行台車１０１上に設
置された基台１０２に対して、後述するブーム手段ｌを
設けである。このブーム手段ｌは、基台１０２上の運転
席１０３に着座した作業員Ｓによって、ブーム操作手段
としての操作し／＜−１０４を操作することによって、
後述のように任意の位置へ作動される。そして、後述す
るトンネル断面計測のためにこのブーム手段１を操作す
る際には、基台１０２に固定されたアウトリガ１０５を
利用して、レーザ発信器１０６からのレーザ光１０７に
合せて、走行台車１０１を浮き上がらせて水平状態にセ
ットして行うようになっている。

前述したブーム手段ｌについて第３図を参照しつつ説明
すると、このブーム手段１は、第１ブーム２と第２ブー
ム３とを有している。すなわち、基台１０２に第１ブー
ム２の後端２ａを回転自在軸支すると共に、該ブーム２
の先端２ｂに第２ブーム３の後端３ａを回転自在に軸支
し、該ブーム３の先端３ｂにセルマウンティング４を介
してガイドセル用のシリンダ５を固定している。該シリ
ンダ５にはフィードモータ６を後端に取り付けたカイト
セル７を摺動自在に載架して該シリンダ５の作動により
上記ガイドセルフを前後進させるようにすると共に、該
ガイドセルフにロッド９の先端にビット１０を取付けた
さく孔板８を前後進できるように装着し、該さく孔板８
のさく孔作業時に上記フィートモータ６で前進作動させ
るようにしている。該さく孔板８を乗架するブームｌは
左右水平方向（図中Ｘ方向）、前後水平方向（図中２方
向）及び垂直方向（図中Ｘ方向）に変位するようにして
おり、」二記第１ブーム２と第２ブーム３に夫々水平方
向に作動させるブームスイング用のシリンダ１１とガイ
ドセルスイング用のシリンガ１２を取付けると共に、垂
直方向に作動するブームリフト用のシリンダ１３とガイ
ドリフト用のシリンダ１４とを図示の如く取付けている
。

上記各シリンダ１１〜１４の作動量と該作動に応じて移
動するブーム先端位置（即ち、ガイドセルフの先端位置
）の関係を、第４図、第５図を参照して解析すると下記
の通りとなる。

尚、第１ブーム２の長さを立１、第２ブーム３の長さを
文２、第２ブーム３の先端よりガイドセルフの先端まで
の長さく即ち、ガイドセルフの移動量）を立Ｓとしてい
る。

ブームがＺ軸上にあるとき、その先端は第４図中ＰＯの
位置にある。まず、ブームスイング用のシリンダ１１と
ガイドセルスイング用のシリンダ１２とを作動し、その
ロッドの伸長により水平面（図中ｘ−ｚ方向）に第１ブ
ーム２を０１、第２ブーム３を０３だけ移動すると、上
記ＰＯ点は２１点に移る。その後、ブームリフト用シリ
ンダ１３、ガイドセルリフト用のシリンダ１４を作動し
垂直面（図中ｙ−ｚ面）に０２、θ４だけ移動すると２
１点は２２点に移る。２２点の位置及び（セルの）方向
は次式で与えられる。

ｘ＝ｌｔ　　５ｉｎｔ　　＊ｃｏｓθ＋（ＪＪ２ｓｉｎ
θ１＋ｌｊｓ＊５ｉｎ（θ１＋０３））ｃｏｓ　（θ２
＋０４） ｙ＝ＫＬ１　ｃｏｓｏｌ　　＊ｓｉｎθ２＋（文２０Ｏ
５θ１　＋ｌｓ＊ｃｏｓ　（θ１＋θ３））ｓｉｎ（θ
２＋０４） ｚ＝Ｊｌｊ１　ｃｏｓｏｌ　　＊ＣＯ５θ２＋（１２ｃ
ｏｓθ１＋１２　ｃｏｓ　（θ１−０３））　ｃｏｓ（
θ２＋０４） θ＝０１＋０３ 中−０２＋０４ すなわち、点Ｐ２とその方向は（１）式を通して、角座
標系Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ、θ、φ）及び、ブームの座標系Ｐ
θ（θ１　、θ２．θ３．θ４゜文Ｓ）相互に変換でき
る。

Ｐ　（Ｘ　、Ｖ　＋Ｚ＋θ、φ）、Ｐθ（θ１　、θ２
、θ３　、θ４．ｌｓ）したがって直角座標系で与えら
れた点Ｐ２の位置と方向の制御は座標変換器ＣＰ＋Ｐθ
〕と角度θ１　、θ２．θ３　、θ４及び長きｉｓの位
置決めサーボ制御装着があれば達成できることとなる。

本位置決め装置は上記座標変換器ＣＰ＋Ｐθ〕と位置決
めサーボ制御装置を設け、直角座標系でブーム先端のビ
ットの位置を表示してブームの位置決めをするようにし
たもので、第１図に示す構成よりなる。

第１図中、１５はさく孔パターンに応じてブーム先端位
置を切羽直前の仮想直角座標面に対して直接位置決めす
るための作動量を設定するメモリ手段で、このメモリ手
段１５は上記ブーム２．３の作動量の記憶をダイヤル等
によって自由に設定できるようにしである。１６はブー
ム１の第１、第２ブーム２．３の変位角より各ブームの
駆動用油圧シリンダ１１〜１４のピストン及びガイドセ
ル用のシリンダ５の作動量を決定するブームの位置決め
サーボ制御装置、１７は上記メモリ手段１５とサーボ制
御装置１６との間に設置する〔Ｐ→Ｏ Ｐθ〕変換器であり、メモリ手段１５より与えられる直
角座標系のＰの位置と方向（ｘ、ｙ、ｚ。

θ、φ）をブームの座標系のＰθ（各アーム２．３の変
位角θ１　、θ２．θ３　、θ４とガイドセルフの移動
量Ｊｌｓ）に変換するものである。１８は中央処理装置
であり、上記メモリ手段１５と変換器１７とに接続し、
操作入力が与えられるとメモリ手段１５から所望のさく
孔位置Ｐを取り出し変換器１７に伝えるものである。１
９は上記変換器１７とブーム位置決めサーボ制御装置１
６との間に接続するレジスタ■であり、変換器１７より
与えられる指令値Ｐθをたくわえてサーボ制御装置１６
に伝えるものである。２０は変換器１７に接続したレジ
スタＩＩであり第１ブーム２、第２ブーム３の長さ１１
．見２　、、、、等の定数を変換器１７に与えている。

第１及び第２ブーム２．３からなるブームｌ及びガイド
セルフの各駆動油圧シリンダ５．１１〜１４は上記位置
決めサーボ制御１６と接続し、該位置決めサーボ制御装
置１１６より指令される各シリンダ５．１１〜１４のピ
ストン作動量に応じて作動される。２２はさく乳様制御
手段であり、ブームｌのガイドセルフ上に乗架したさく
乳様８にはさく孔作動に必要な制御量をゲえており、上
記位置決めサーボ制御装置１６と接続しブームが所望位
置に位置決めされた信号で作業を開始するようにすると
共に、中央処理装置１８とも接続し、各さく孔作業毎の
終了信号を与えるようにしている。

２３はブーム２．３．２１の各駆動用シリンダ１１〜１
４及びガイドセル用のシリンダ５の変位を検出した信号
を受けてブームの変位角を求める２つの演算器であり、
上記位置決めサーボ制御装置１６と接続し、ブームの変
位角（θ１、θ２、θ３、θ４）及びガイドセルフの移
動量（Ｑｓ）をフィードバックし、ブームの位置決めを
行うようにしている。この各シリンダ１１〜１４および
５の変位は、例えば第６図に示すようなエンコーダ２５
によって検出することができる。このエンコンダ２５゛
は上記各駆動油圧シリンダ１１〜１４．５の内部基端側
に取り付けており、シリンダに固定するケース内に回転
ディスク２６と検出器２７とを設け、油圧の流入により
軸２８を介して回転ディスク２６が回転するようにして
おり、ディスク２６に物理的なコード化されたｌ、０パ
ターンを記憶させ、これを検出器２７にて検出している
。尚、物理量として光を用いているため、光源ランプ２
９、集光レンズ３０を用い、検出器２７としてフォトト
ランジスタを用いている。勿論、このエンコーダ２５の
ディスクパターンを工夫することにより、関数発生器と
して機能させて、シリンダ１１〜１４．５の変位からブ
ーム変位角を知ることができる。また、上記エンコーダ
２５は各シリンダの軸線上に配置しているが、このエン
コーダ２５は上記シリンダの軸線上から外れた位置で作
動するように、歯車またはねじ機構を介して連結するよ
うにしてもよい。なお、上述のようなブーム１の作動し
た値を検出するエンコータ２５については、前述した特
公昭５７−５１５１８号公報に詳述されているので、こ
こではその詳細な説明は省略する。

上記した構成よりなるブーム位置決め装置の作用につい
て説明すると、まず、直角座標系で与えられたさく乳様
のさく孔パターンをメモリ手段工５に記憶させる。つい
で、操作入力を中央処理装置１８に入れると、該装置１
８の指令により、所望のさく乳点Ｐ　（ｘ、ｙ、ｚ、θ
、φ）の情報が変換器１７に入り、Ｐ、Ｐθの変換がな
され、ブーム座標での位置がレジスタＩ１９にたくわえ
られる。この指令値に従って、ブーム位置決めサーボ制
御装置１６により各駆動シリンダ５．１１〜１４が作動
されて各ピストンが伸長し、ブーム先端は所望位置に達
する。この時、同時に各シリンダのピストンの変位より
ブームの角度検出がなされ、サーボ制御装置１６にフィ
ードバックされる。この位置決めが終ると、さく孔板制
御装置２２によりさく乳様８が制御されてさく孔作業が
行われる。該作業が終了すると、終了信号が中央処・理
装置１８に与えられ、該中央処理装置は再度新しい位置
をメモリ手段１５より取り出し、変換器１７に与える。

上記順序に従ってブームｌの位置決め及びさく孔作業が
行われる。これを順次繰り返し１つのパターンにしたが
ってさく孔作業を終了する。

上記さく孔作業が終了した直後のトンネルの状態を第７
図に示してあり、図中一点鎖線で示すδ線が、所望のト
ンネル断面形状を示し、ｄがさく孔を示す。

さて次に、トンネル断面形状を計測する部分の構成につ
いて説明すると、本実施例では、第１図の既述した構成
に加えて、Ｐθ→Ｐ変換器１０８と、メモリ手段１０９
と、表示器１１０と、をさらに備えたものとなっている
。この変換器１０８は、エンコーダ２５により検出され
たブーム座標系Ｐθ（０１、θ２、θ３、θ４、θＳ）
を直角座標系（ｘ、ｙ、ｚ、θ、φ）に変換するもので
ある。なお、エンコーダ２５が単にシリンダ１１〜１４
．５の変位のみを検出するものである場合は、演算器２
３からのＰθ出力を変換器１０８に入力すればよい。

上記メモリ手段１０９は、変換器１０８からの出力を、
順次メモリしておくものであり、例えばバルブメモリが
用いられる。また、上記表示器１１０は、例えばパソコ
ン（パーソナルコンピュータ）のブラウン管によって構
成され、例えばバルブメモリからなるメモリ手段１０９
をバルブドライ八に装填して、このメモリ手段１０９に
記憶されているブームｌの作動した値を、直角座標系で
表示するものとなっている。

さて、第７図に示すように形成されたさく孔ｄに爆薬を
充填して爆破を行うと、例えば、第８図実線で示すよう
な仮トンネルγが形成される。この仮トンネルγのうち
、図中ｅで示す部分が不用部であり、またｆで示す部分
が余堀部である。このような仮トンネルγの断面形状を
測定するには、先ず、作業員Ｓが操作し八−１０４を操
作することにより、ブームｌの先端部１例えばビットｌ
Ｏを、第８図矢印で示すように、仮トンネルγの内周上
に押し当てる。このビット１０が押し当てられたときの
ビットｌＯの位置は、エンコーダ２５によって検出され
た後、変換器１０８で直角座標系Ｐに変換されて、メモ
リ手段１０９に記憶される。上述のようなビット１０の
押し当て作業を、仮）・ンネルγのほぼ全周に渡るよう
に多数回行った後、メモリ手段１０９に記憶されている
情報を表示器１１０に表示させると、例えば第９図に示
すように、表示器１１０の表示面に対して、ピッ）１０
が押し当てられた位置が、「点」として表わされる。し
たがって、この表示器１１０に表わされたビット１０の
位置により、仮トンネルγの形状をほぼ正確に知り得る
ことができる。そして、この表示器１１０に表示された
仮トンネルγの形状を基に、パターンの変更、例えば不
用部または余堀部の発生原因となっているさく孔ポイン
トの変更または爆薬装填量の変更を行なうことができる
。

（発明の効果） 本発明は以上述べたとこから明らかなように、ブーム手
段を有する走行台車を備えた作業機械を有効に利用して
、トンネル断面形状を計測する装置を構成したので、既
存の作業機械に対して、プ−ム手段の作動した値を検出
する検出手段の他、少なくとも表示手段を設けるだけで
よく、安価に提供し得る。特に、ブーム手段の作動した
値を検出する検出手段をすでに備えた作業機械を利用す
る場合は、さらに安価なものとなる。

また、ブーム手段の先端部をトンネル断面形状の内周面
上に押し当てる作業は効率良く行うことができるので、
計測時間が短くてすむ。

【図面の簡単な説明】

第１図はブーム位置決め装置と計測装置部とを示すブロ
ック図。 第２図はブーム手段と走行台車とを備えた作業機の一例
を示す図。 第３図はブーム手段の一例を示す側面図。 第４図、第５図はブーム手段の変位状態を示す概略図。 第６図はブームの作動した値を検出するエンコーダを示
す図。 ゛第７図はさく孔を形成した直後の状態を示す正面図。 第８図は仮トンネルと不掘部と余堀部とを示す第７図に
対応した正面図。 第９図は計測されたトンネル断面形状が表示器に表示さ
れている状態の一例を示す図。 １；ブーム ２；第１ブーム ３：第２ブーム ２５；エンコーダ（検出手段） １０１；走行台車 １０４；操作レバー １’ｌＯ；表示器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブーム手段を有する走行台車と、 前記ブーム手段の先端部を、トンネル断面内周面上の任
   意の位置へ作動せしめるブーム操作手段と、 前記ブーム手段に設けられ、該ブーム手段の先端部がト
   ンネル断面内周面上の任意の位置に作動せしめられた際
   、該ブーム手段の作動した値を検出する検出手段と、 前記検出手段により検出した値を表示する表示手段と、 を備えていることを特徴とするトンネル断面計測装置。