(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測対象となる掘削断面の一端側に固定設置され、前記掘削端面の他端側に向けてレーザ光線を発射するとともに、発射されたレーザ光線の反射光を受光する第１〜第３センサヘッドと、
前記掘削断面の他端側および天井部に一対設けられ、前記センサヘッドから発射されたレーザ光線を反射する第１〜第３反射シートと、
前記第１および第３センサヘッドから、前記天井部の前記第１反射シート、および、前記他端側の前記第３反射シートにそれぞれレーザ光線を常時照射して、反射レーザ光線を受光させることにより、前記第１および第３センサヘッドから対応する前記第１および第３反射シートまでの間の距離計測の演算、および、
前記第２センサヘッドから他端側に設けられたプリズムなどの反射部材を介して、前記天井部に設けられた前記第２反射シートにレーザ光線を常時照射して、反射レーザ光線を受光させることにより、前記第２センサヘッドから前記第２反射シートまでの間の距離計測の演算とを継続して行い、得られた前記距計測値を所定時間毎に記憶する制御部とを備えた装置を用い、
前記レーザ光線の波長を、前記距離の大きさに応じて選択し、
前記第１〜第３センサヘッドから、それぞれに対応する実質的に同一平面上に配置された前記第１〜第３反射シートまでの間の距離を常時計測することにより、前記掘削断面の内空変位を求めることを特徴とする掘削断面の内空変位の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、トンネルや地下空洞などの地盤掘削断面の内空変位の計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルや地下発電所などの地下掘削工事では、建設予定地の地質は、土砂地山,強度の小さい軟岩,膨張性地山など、各種各様の種類があり、地山を掘削した断面は、掘削側に緩み出して、内空が経時的に変位する。
【０００３】
内空変位が大きい場合には、そのまま放置しておくと、掘削断面の崩壊などに繋がる恐れがあるので、支保工の変更などの対策を施す必要がある。このため、従来は、このような内空変位を、図４,５に示す方法により計測していた。
【０００４】
図４に示した計測方法は、スチールテープ１を用いる方法であって、スチールテープ１の両端を、治具２により保持させ、スチールテープ１が計測対象となる掘削断面を横切るようにさせて、治具２を地山にモルタルなどで固定する。
【０００５】
そして、スチールテープ１の中間に変位計３を設け、スチールテープ１の長さ変位を変位計３で計測することにより、内空の変位を計測する。
【０００６】
この計測方法では、スチールテープ１をそのまま設置しておくと、他の作業の障害になるので、スチールテープ１と変位計３は、着脱可能な構造になっていて、所定時間が経過する毎に、これらを治具２に取付けて計測を行う。
【０００７】
図５に示した計測方法は、光波測距儀４を用いる方法であって、計測対象となる掘削断面に沿って設置される複数のターゲット５を、光波測距儀４で視準して、両者間の距離を計測することにより、内空の変位を計測する。
【０００８】
この計測方法では、ターゲット５は、計測が終了するまではその位置に設置しておき、光波測距儀４を所定時間が経過する毎に、同じ計測点に設置して、距離の計測を行う。
【０００９】
しかしながら、このような従来の内空変位の計測方法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、前者の計測方法では、スチールテープ１の両端に設けられた治具２をモルタルなどにより地山に固定するので、モルタルなどが硬化するまでに１ないしは２日かかるので、掘削直後の初期計測ができないという問題があった。
【００１１】
また、後者の計測方法では、光波測距儀４の設置位置を、測量により内空変位を計測する度毎に算出しなければならず、この作業が非常に煩雑になるという問題があった。
【００１２】
さらに、これらの計測方法は、何れの方法も機器の設置から計測終了までに、早くても３０〜６０分程度かかり、大型重機が絶えず通行する掘削現場では、安全を確保することも難しいという問題もあった。
【００１３】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、煩雑な作業を回避しつつ、安全性の確保と、掘削直後の初期計測とが可能になる掘削断面の内空変位の計測方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、計測対象となる掘削断面の一端側に固定設置され、前記掘削端面の他端側に向けてレーザ光線を発射するとともに、発射されたレーザ光線の反射光を受光する第１〜第３センサヘッドと、前記掘削断面の他端側および天井部に一対設けられ、前記センサヘッドから発射されたレーザ光線を反射する第１〜第３反射シートと、前記第１および第３センサヘッドから、前記天井部の前記第１反射シート、および、前記他端側の前記第３反射シートにそれぞれレーザ光線を常時照射して、反射レーザ光線を受光させることにより、前記第１および第３センサヘッドから対応する前記第１および第３反射シートまでの間の距離計測の演算、および、前記第２センサヘッドから他端側に設けられたプリズムなどの反射部材を介して、前記天井部に設けられた前記第２反射シートにレーザ光線を常時照射して、反射レーザ光線を受光させることにより、前記第２センサヘッドから前記第２反射シートまでの間の距離計測の演算とを継続して行い、得られた前記距計測値を所定時間毎に記憶する制御部とを備えた装置を用い、前記レーザ光線の波長を、前記距離の大きさに応じて選択し、前記第１〜第３センサヘッドから、それぞれに対応する実質的に同一平面上に配置された前記第１〜第３反射シートまでの間の距離を常時計測することにより、前記掘削断面の内空変位を求めるようにした。
このように構成した内空変位の計測方法によれば、掘削断面の一端側に、他端側に向けてレーザ光線を発射するとともに、発射されたレーザ光線の反射光を受光するセンサヘッドを設置し、掘削断面の他端側または天井部に設けられ、センサヘッドから発射されたレーザ光線を反射する反射シートを設置し、制御部で、センサヘッドから対応する反射シートにレーザ光線を発射して、反射レーザ光線を受光させることにより、センサヘッドから対応する反射シートまでの距離を演算することにより、掘削断面の空変位を求めるので、掘削直後の断面変位の計測が可能になる。
また、このような距離の計測は、センサヘッドから常時レーザ光線を発射させて、継続して行うので、仮に、重機の移動により、レーザ光線が遮断されたとしても、この遮断状態が解除されると、直ちに計測が可能になり、このような計測の回復に際して、人の作業を伴わないので、安全性にも問題がない。
本発明の内空変位の計測方法では、第１〜第３からなる３台のセンサヘッドを用い、第１および第３センサヘッドから、天井部の第１反射シート、および、第３反射シートにそれぞれレーザ光線を照射して、反射レーザ光線を受光させることにより、第１および第３センサヘッドから対応する第１および第３反射シートまでの距離を演算するとともに、第２センサヘッドから他端側に設けられたプリズムなどの反射部材を介して、天井部に設けられた第２反射シートにレーザ光線を発射して、反射レーザ光線を受光させることにより、第２センサヘッドから第２反射シートまでの距離を演算し、第１〜第３センサヘッドから、それぞれに対応する実質的に同一平面上に配置された第１〜第３反射シートまでの間の距離を常時計測するので、複数点でのトラバース計測が可能になり、より高精度に内空変位を計測することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図３は、本発明にかかる掘削断面の内空変位の計測方法の一実施例を示している。
【００１６】
同図に示した内空変位の計測方法では、３台の第１〜第３センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃと、３枚の第１〜第３反射シート１２ａ,１２ｂ,１２ｃと、制御部１４と、データの収集記憶用のパソコン１６とが用いられる。
【００１７】
３台の第１〜第３センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃは、所定波長のレーザ光線Ｌを発射し、発射されたレーザ光線Ｌの反射光を受光するものであって、角形に形成されたケーシング１００と、このケーシング１００の一端に設けられ、レーザ光線Ｌを発射し、発射されたレーザ光線Ｌの反射光を受光する窓部１０１とを備えている。
【００１８】
第１〜第３センサヘッド１０ａ，１０ｂ，１０ｃから発射されるレーザ光線Ｌは、計測距離に対応して、その波長を選択し、例えば、距離が５〜１０ｍの範囲内では、緑色、距離が１０〜１５ｍの範囲内では、青色、距離が１５〜２０ｍの範囲内では、金色、距離が２０〜２５ｍの範囲内では、白色を用いるようにする。
【００１９】
なお、この場合、第１〜第３反射シート１２ａ,１２ｂ,１２ｃは、波長によって反射率が異なる場合もあるので、使用するレーザ光線Ｌに対応して、もっと反射率の良好なものを選択する。
【００２０】
また、３台の第１〜第３センサヘッド１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、本実施例の場合には、発破工法を採用している現場において使用した際に、発破による飛石から防御できるように、図２，３にその詳細を示すように、鋼製のボックス１８内に収納されている。
【００２１】
鋼製ボックス１８の前面には、レーザ光線Ｌの透過が可能な透明なガラス板２０が設けられており、３台の第１〜第３センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃは、各窓部１０１が、ガラス板２０側を向くように配置されていて、第１〜第３センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃから発射されるレーザ光線Ｌの発射方向の微調整ができるように、図示省略の微調整治具を介して、ボックス１８に支持されている。
【００２２】
本実施例の場合には、第１センサヘッド１０ａが中央に配置され、この第１センサセッド１０ａの両側に第２および第３センサヘッド１０ｂ,１０ｃが配置されている。
【００２３】
このようなセンサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃの配置状態においては、各センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃから発射されるレーザ光線Ｌが、トンネル軸方向において、ケーシング１００の厚みに相当する距離だけ離れた面に発射されるが、ケーシング１００の厚みは、数ｃｍ程度なので、実質的に同一平面として扱うことができる。
【００２４】
第１センサヘッド１０ａは、レーザ光線Ｌが斜め上方に向けて発射されるように窓部１０１が設置され、第２および第３センサヘッド１０ｂ,１０ｃは、レーザ光線Ｌがほぼ水平方向に向けて発射されるように窓部１０１が設置されている。
【００２５】
３台の第１〜第３センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃを収納したボックス１８は、図１に示すように、内空変位を計測しようとするトンネルなどの掘削断面２２の一端側において、レーザ光線Ｌが掘削断面２２の他方側に向けて発射されるように、掘削直後などに固定設置される。
【００２６】
３枚の第１〜第３反射シート１２ａ,１２ｂ,１２ｃは、高効率反射板１２０に貼付されていて、掘削断面２２の天井部に第１および第２反射シート１２ａ,１２ｂが背面側を向き合うようにして、所定の傾斜角度で傾斜設置されている。
【００２７】
また、第３反射シート１２ｃは、ボックス１８が設置された掘削断面２２の反対側にあって、ボクッス１８と向かい合うように設置されている。また、この第３反射シート１２ｃの近傍には、受光したレーザ光線Ｌを第２反射シート１２ｂ側に向けて反射し、第２反射シート１２ｂで反射したレーザ光線Ｌをボックス１８側に向けて反射させるプリズム２４が設置されている。
【００２８】
なお、このプリズム２４は、反射鏡であってもよい。ボックス１８内に収納されている第１センサヘッド１０ａは、その窓部１０１から発射されるレーザ光線Ｌが第１反射シート１２ａを照射し、かつ、第１反射シート１２ａで反射した後に、窓部１０１に戻るように、レーザ光線Ｌの出射方向と第１反射シート１２ａの反射面の傾斜角度とが調整されている。
【００２９】
また、第２センサヘッド１０ｂにおいても、その窓部１０１から発射されるレーザ光線Ｌがプリズム２４に受光され、プリズム２４から出射したレーザ光線Ｌが第２反射シート１２ｂを照射し、かつ、第２反射シート１２ｂで反射した後に、プリズム２４を介して、窓部１０１に戻るように、レーザ光線Ｌの出射方向とプリズム２４および第２反射シート１２ｂの反射面の傾斜角度とが調整されている。
【００３０】
さらに、第３センサヘッド１０ｃにおいても、同様に、その窓部１０１から発射されるレーザ光線Ｌが第３反射シート１２ｃを照射し、かつ、第３反射シート１２ｃで反射した後に、窓部１０１に戻るように、レーザ光線Ｌの出射方向と第３反射シート１２ｃの反射面の傾斜角度とが調整されている。
【００３１】
制御部１４は、各センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃと電気的に接続されていて、各センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃの作動を制御して、各センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃから対応する反射シート１２ａ,１２ｂ,１２ｃにそれぞれレーザ光線ＬＬ発射して、個別に反射レーザ光線を受光させることにより、発射および受光レーザ光線間の位相差などに基づいて、センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃから対応する反射シート１２ａ,１２ｂ,１２ｃまでの距離、すなわち、第１センサヘッド１０ａと第１反射シート１２ａまでの距離ａと、第２センサヘッド１０ｂと第２反射シート１２ｂまでの距離ｂ、および、第３センサヘッド１０ｃと第３反射シート１２ｃまでの距離ｃをそれぞれ演算する。
【００３２】
制御部１４に電気的に接続されたパソコン１６は、制御部１４で求めた各距離ａ,ｂ,ｃを所定時間間隔毎に記憶し、モニタにその結果を表示する。
【００３３】
以上のような距離ａ,ｂ,ｃの計測は、センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃと反射シート１２ａ,１２ｂ,１２ｃとを設置すると、例えば、１０分〜６０分程度ののサンプリングタイムを設定して、このサンプリングタイムの間は、常時継続して自動的に行われる。
【００３４】
そして、掘削断面２２の異なる３点間の距離ａ,ｂ,ｃを経時的に継続して求めると、３角測量の原理から掘削断面２２の内空変位を求めることができる。
【００３５】
さて、以上のように構成された掘削断面の内空変位の計測方法によれば、掘削断面２２の一端側に、３台のセンサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃを設置し、掘削断面２２の他端側および天井部に設けられ、センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃから発射されたレーザ光線Ｌを個別に反射する３つの反射シート１２ａ,１２ｂ,１２ｃを設置し、制御部１４で、センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃから対応する反射シート１２ａ,１２ｂ,１２ｃにそれぞれレーザ光線Ｌを発射して、個別に反射レーザ光線を受光させることにより、センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃから対応する反射シート１２ａ,１２ｂ,１２ｃまでの距離ａ,ｂ,ｃを演算することにより、掘削断面２２の空変位を求めるので、掘削直後の断面変位の計測が可能になる。
【００３６】
また、このような距離ａ,ｂ,ｃの計測は、センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃから常時レーザ光線Ｌを発射させて、継続して行うので、仮に、重機の移動により、レーザ光線Ｌが遮断されたとしても、この遮断状態が解除されると、直ちに計測が可能になり、このような計測の回復に際して、人の作業を伴わないので、安全性にも問題がない。
【００３７】
なお、本実施例の場合には、計測している掘削断面２２の内空に、大きな変位が発生すると、反射シート１２ａ,１２ｂ,１２ｃの傾斜状態が大きく変位して、センサヘッド１０ａ,１０ｂ,１０ｃから発射しているレーザ光線Ｌが、反射シート１２ａ,１２ｂ,１２ｃを正確に照射しなくなり、その結果、距離ａ,ｂ,ｃの計測が不能に陥る場合が予測されるが、このことは逆に、本実施例での距離ａ,ｂ,ｃの計測が不能になった場合には、非常に大きな内空変位が発生していることが検知されることにもなる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかる掘削断面の内空変位の計測方法によれば、煩雑な作業を回避しつつ、安全性の確保と、掘削直後の初期計測とが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる計測方法の一実施例を示す計測状態の説明図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図２の正面図である。
【図４】従来の内空変位の計測方法の説明図である。
【図５】従来の内空変位の計測方法の説明図である。
【符号の説明】
１０ａ,１０ｂ,１０ｃ      センサヘッド
１２ａ,１２ｂ,１２ｃ      反射シート
１４                      制御部
１６                      パソコン
１８                      ボックス
２０                      ガラス板
２２                      掘削断面
２４                      プリズム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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