(57)【要約】【課題】任意のトンネル壁面位置における変位を変位ベクトル、変位量として把握する。【解決手段】この計測方法では、３次元計測器で測定した初期の各基準断面上の各基準点のトンネル座標に基づいて及び／又は当該トンネル座標を基に補間して、３次元レーザスキャナで取得した初期のトンネル壁面形状データから、計測しようとする任意の位置の初期のトンネル断面形状データを、当該任意の位置の断面に対応する基準点及び／又は仮想の基準点を端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる分割点で抽出した後、所定の計測頻度に従って、同様の手順を繰り返し、変位後の当該分割点を抽出して、初期の各分割点と変位後の各分割点とを相互に対応させ結んで得るベクトルを各分割点の変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを各分割点における変位量とする。【選択図】図１
2014002027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル縦断方向に設定する基準断面のトンネル壁面にトンネル横断方向に基準点として複数のターゲットを設置し、
初期の基準断面の各ターゲットを３次元計測器により計測して、当該各ターゲットの初期のトンネル座標を取得するとともに、前記各ターゲットを含む初期のトンネル壁面形状を３次元レーザスキャナにより計測して、複数の点群データからなる初期のトンネル壁面形状データを取得し、
所定の計測頻度に従って、変位後の基準断面の各ターゲットを前記３次元計測器により計測して、当該各ターゲットの変位後のトンネル座標を取得するとともに、前記各ターゲットを含む変位後のトンネル壁面形状を前記３次元レーザスキャナにより計測して、複数の点群データからなる変位後のトンネル壁面形状データを取得し、
前記初期のトンネル壁面形状データから、前記各ターゲットの初期のトンネル座標に基づいて及び／又は当該トンネル座標を基に補間して、前記各ターゲット上の位置及び／又は前記各ターゲットから外れた位置の初期のトンネル断面形状データを抽出するとともに、前記変位後のトンネル壁面形状データから、前記各ターゲットの変位後のトンネル座標に基づいて及び／又は当該トンネル座標を基に補間して、前記各ターゲット上の位置及び／又は前記各ターゲットから外れた位置の変位後のトンネル断面形状データを抽出して、当該初期及び変位後の各トンネル断面形状データに基づいてトンネル壁面の任意の位置の挙動をトンネル内空変位として追跡する、
ことを特徴とするトンネル内空変位計測方法。
【請求項２】
基準断面のトンネル壁面の左右下部にターゲットを１つずつ設置し、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、前記各ターゲットを端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、当該各分割点を追跡して、前記基準断面の変位を計測する請求項１に記載のトンネル内空変位計測方法。
【請求項３】
初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、各ターゲットを端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、前記各ターゲットを端点とするトンネル周長方向の点群データを前記初期の複数の分割点と同数に等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、前記初期の複数の分割点と前記変位後の複数の分割点とを相互に対応させ結んで得るベクトルを前記各分割点の変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを前記各分割点における変位量とする請求項２に記載のトンネル内空変位計測方法。
【請求項４】
基準断面のトンネル壁面の左右下部にターゲットを１つずつかつ隣り合う各基準断面間で相互に対応させて設置し、前記各基準断面間の計測しようとする任意の位置の断面と前記各基準断面間の相互に対応する各ターゲットを結ぶ基準点上ラインとの交点をそれぞれ仮想の基準点とし、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、前記計測しようとする任意の位置の断面の初期及び変位後の断面形状データとして、前記計測しようとする任意の位置の断面に対応する前記仮想の基準点を端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、当該各分割点を追跡して、前記基準断面以外の任意の断面の変位を計測する請求項１に記載のトンネル内空変位計測方法。
【請求項５】
初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、計測しようとする任意の位置の断面に対応する仮想の基準点を端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、前記計測しようとする任意の位置の断面に対応する前記仮想の基準点を端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、前記初期の複数の分割点と前記変位後の複数の分割点とを相互に対応させ結んで得るベクトルを前記各分割点の変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを前記各分割点における変位量とする請求項４に記載のトンネル内空変位計測方法。
【請求項６】
基準断面のトンネル壁面に複数のターゲットをそれぞれトンネル横断方向に適宜の間隔をおいて設置し、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、前記基準断面において相隣る各ターゲット間の点群データを抽出し、前記相隣る各ターゲット間の点群データの変位の方向及び変位量を、前記相隣る各ターゲットの変位の方向及び当該各ターゲットからの距離に応じて設定し、前記相隣る各ターゲット間のトンネル壁面の変位の方向及び変位量を把握する請求項１に記載のトンネル内空変位計測方法。
【請求項７】
初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、相隣る各ターゲット間の点群データを抽出し、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、前記相隣る各ターゲット間の点群データを抽出し、前記基準断面において変位前後の前記相隣る各ターゲットの変位ベクトルを変位前後の前記各ターゲット間で距離に応じて比例配分し、変位前の前記相隣る各ターゲット間の点は前記比例配分した変位の方向に変位すると仮定して、初期の前記相隣る各ターゲット間の点群データから計測しようとする任意の計測点を前記比例配分した変位の方向に設定し、変位後の前記相隣る各ターゲット間の点群データと交わる点を変位後の計測点とし、前記計測点とその変位後の計測点を結んで得るベクトルを変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを前記任意の点における変位量とする請求項６に記載のトンネル内空変位計測方法。
【請求項８】
各基準断面のトンネル壁面にターゲットをトンネル縦断方向に隣り合う各基準断面間で相互に対応させて設置し、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、隣り合う各基準断面間で相互に対応する各ターゲット間の点群データを抽出し、前記対応する各ターゲット間の点群データの変位の方向及び変位量を、前記対応する各ターゲットの変位の方向及び当該各ターゲットからの距離に応じて設定し、前記対応する各ターゲット間のトンネル壁面の変位の方向及び変位量を把握する請求項１に記載のトンネル内空変位計測方法。
【請求項９】
初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、隣り合う各基準断面間で相互に対応する各ターゲット間の計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出し、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、前記計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出し、変位前後の前記対応する各ターゲットの変位ベクトルを変位前後の当該各ターゲット間で距離に応じて比例配分し、前記対応する各ターゲットを結ぶ基準点ライン上の変位前の点群データは前記比例配分した変位の方向に変位すると仮定して、前記初期の任意の位置の断面の点群データのうち初期の基準点ライン上の点を計測点として前記比例配分した変位の方向に設定し、前記変位後の任意の位置の断面の点群データと交わる点を変位後の計測点とし、前記計測点とその変位後の計測点を結んで得るベクトルを変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを前記任意の点における変位量とする請求項８に記載のトンネル内空変位計測方法。
【請求項１０】
各基準断面のトンネル壁面に複数のターゲットをそれぞれトンネル横断方向に適宜の間隔をおいてかつトンネル縦断方向に隣り合う各基準断面間で相互に対応させて設置し、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、初期及び変位後の前記各基準断面の相隣る各ターゲット間の点群データを抽出し、前記相隣る各ターゲット間の点群データの変位の方向及び変位量を、前記相隣る各ターゲットの変位の方向及び当該各ターゲットからの距離に応じて設定し、前記相隣る各ターゲット間の点群データの変位の方向及び変位量を把握し、これにより得た変位前後の前記各ターゲット間の点群データから、前記隣り合う各基準断面間で相互に対応する任意の点を抽出し、前記対応する各任意の点間の点群データの変位の方向及び変位量を、前記各任意の点の変位の方向及び当該各任意の点からの距離に応じて設定し、前記各任意の点間のトンネル壁面の変位の方向及び変位量を把握する請求項１に記載のトンネル内空変位計測方法。
【請求項１１】
初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、各基準断面の相隣る各ターゲット間の点群データを抽出し、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、前記各基準断面の前記相隣る各ターゲット間の点群データを抽出し、変位前後の前記各基準断面において前記相隣る各ターゲットの変位ベクトルを変位前後の当該各ターゲット間で距離に応じて比例配分し、前記変位前の相隣る各ターゲット間の点は前記比例配分した変位の方向に変位すると仮定して、前記初期の相隣る各ターゲット間の点を前記比例配分した変位の方向に設定し、前記変位後の相隣るターゲット間の点群データと交わる点を仮想の基準点とし、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、隣り合う各基準断面間で相互に対応する各ターゲット間の計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出し、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、前記計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出し、変位前後の前記隣り合う各基準断面間で相互に対応する前記各仮想の基準点の変位ベクトルを変位前後の当該各仮想の基準点間で距離に応じて比例配分し、前記各基準断面間の相互に対応する各仮想の基準点を結ぶ仮想の基準点ライン上の変位前の点群データは前記比例配分した変位の方向に変位すると仮定して、前記初期の任意の位置の断面の点群データのうち初期の前記仮想の基準点ライン上の点を計測点として前記比例配分した変位の方向に設定し、変位後の前記任意の位置の断面の点群データと交わる点を変位後の計測点とし、前記計測点とその変位後の計測点を結んで得るベクトルを変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを前記計測点における変位量とする請求項１０に記載のトンネル内空変位計測方法。
【請求項１２】
請求項２乃至１１のいずれかに記載のトンネル内空変位計測方法により得られた基準断面及び／又は各基準断面間の任意の位置のトンネル壁面の変位の方向及び変位量を基に、トンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトル及び変形形状を表す図、及び／又はトンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトルの変化量を時系列で表す図、及び／又はトンネル壁面において変位ベクトルの変化量をコンターで表す図を作成し、当該図を用いてトンネルの内空変位を把握する請求項２乃至１１のいずれかに記載のトンネル内空変位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル工事においてトンネルの内空変位を計測するのに使用するトンネル内空変位計測方法に関し、特に、３次元レーザスキャナを利用したトンネル内空変位計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル工事においては、トンネルの掘進に伴い、常にトンネルの内空変位を計測して、周辺地山の変位挙動を追跡し、地山の安定性やトンネル支保構造の妥当性を確認する必要がある。この内空変位の計測では、一般に、トータルステーションと呼ばれる測距測角機能を備えた３次元計測器を用い、トンネル断面に設定した測点の座標を求めて、計測線を算出する。この種の計測方法が例えば特許文献１などに開示されている。
この文献１はトンネル内空変位の自動測定システムに関するもので、このシステムでは、トンネルの壁面に自動視準機能を有する３次元自動追尾光波測距器を常設し、この測距器の自動視準機能の測定視野範囲内のトンネル壁面に複数の計測断面を所定の距離を隔てて設定し各計測断面上に複数個のターゲットを常設して、測距器により、各ターゲットの測点を順に自動追尾して視準し、各ターゲットの測点の変位量を自動計測する。
【０００３】
通常、このような内空変位の計測では、トンネル縦断方向１０ｍ〜３０ｍの間隔で基準断面を設定し、各基準断面にターゲットをトンネル横断方向５箇所に、この場合、図１３に示すように、トンネル天端付近に１箇所、トンネルＳ．Ｌ．（トンネルが最大幅となる基準線）から１ｍ程度上側の左右に１箇所ずつ、トンネルＳ．Ｌ．から１ｍ程度下側の左右に１箇所ずつ設置して、トータルステーションにより、所定の計測頻度（２回／日〜１回／２週間）に基づき、各ターゲットの中心座標を取得する。そして、４測線の距離（各ターゲットの中心間の距離Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）の経時変化に伴う変化量を算出し、これを、図１４に示すように、変位（ターゲット間の距離の変化量）−経過時間の関係を表すグラフに表示する。このようにして基準断面毎に作成した変位−経過時間グラフを基に、基準断面毎のトンネル周辺の地山の挙動を把握する。なお、従来のトンネルの内空変位の表現方法としては、図１５に示すように、トンネル壁面に設置した５つのターゲットの点間距離の変化量を計測測点断面変位ベクトル図として表示する手法もあるが、トンネルの内空変位の計測では、図１４に示すように、内空変位の経時変化として出力するのが一般的である。
【０００４】
また、このようなトンネル工事においては、トンネルの出来形測定などに３次元レーザスキャナが用いられている。３次元レーザスキャナはノンプリズムの自動計測により、水平方向３６０度、鉛直方向３１５度（３次元レーザスキャナ下部４５度は計測不可能）の範囲の断面形状を取得することができる。この３次元レーザスキャナによる計測で得られたデータは無数の点の集合のデータ（点群データ）で、この点群データにより構造物の立体的な形状を把握することができる。図１６に３次元レーザスキャナで取得した点群データの例を示している。これは、写真のように見えるが、計測した無数の点の集合である。
この３次元レーザスキャナは、トンネルの出来形測定では、（１）トンネルの出来形形状と設計形状を比較する場合、（２）トンネルの吹付け面の形状を計測して、覆工厚が不足する箇所を予測し、また併せて覆工コンクリート量を算出する場合、（３）トンネルの掘削形状と吹付け形状、覆工出来形形状を重ね合わせることにより吹付け厚や覆工厚を把握する場合などに使用されることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１６５６５６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来のトンネル内空変位計測方法では、次のような問題がある。
（１）３次元計測器をトンネル壁面の所定の位置に常設し、複数のターゲットを基準断面毎にトンネル横断方向に設置して、所定の計測頻度で、３次元計測器により、各ターゲットの中心座標を取得して、各ターゲット間の壁面距離の経時変化に伴う変化量を算出し、基準断面毎のトンネルの挙動を把握するため、トンネル壁面のターゲットを設置した箇所における変位挙動を取得することができるが、ターゲットを設置していない箇所での変位を把握することができない。このため、トンネルの内空変位の表現方法としても、ターゲットを設置した基準断面でしか変位を表示できず、しかも、基準断面でもターゲットを設置した箇所の変位しか表示することができない。
（２）トンネル工事で３次元レーザスキャナが用いられているが、この３次元レーザスキャナでは出来形測定などトンネル壁面の現状の形状を把握することができるものの、トンネル壁面の同一箇所を指定して計測することができないため、同一箇所の変位を追跡することができない。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種のトンネル内空変位計測方法において、トンネルの内空断面形状の計測区間の任意のトンネル壁面位置における変位を変位ベクトル、変位量として把握し、トンネル壁面の挙動を詳細に捉え、追跡できるようにすること、最大変位が発生している箇所を含むトンネルの変位発生状況やトンネルの全体的な変位方向などを容易に把握できるようにすること、トンネルの内空変位の発生状況と地質状態、トンネル支保工の状態を比較検討して、トンネル支保工の妥当性やトンネルの変状発生時の追加対策工の判断を適確かつ迅速に行えるようにすること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のトンネル内空変位計測方法は、トンネル縦断方向に設定する基準断面のトンネル壁面にトンネル横断方向に基準点として複数のターゲットを設置し、初期の基準断面の各ターゲットを３次元計測器により計測して、当該各ターゲットの初期のトンネル座標を取得するとともに、前記各ターゲットを含む初期のトンネル壁面形状を３次元レーザスキャナにより計測して、複数の点群データからなる初期のトンネル壁面形状データを取得し、所定の計測頻度に従って、変位後の基準断面の各ターゲットを前記３次元計測器により計測して、当該各ターゲットの変位後のトンネル座標を取得するとともに、前記各ターゲットを含む変位後のトンネル壁面形状を前記３次元レーザスキャナにより計測して、複数の点群データからなる変位後のトンネル壁面形状データを取得し、前記初期のトンネル壁面形状データから、前記各ターゲットの初期のトンネル座標に基づいて及び／又は当該トンネル座標を基に補間して、前記各ターゲット上の位置及び／又は前記各ターゲットから外れた位置の初期のトンネル断面形状データを抽出するとともに、前記変位後のトンネル壁面形状データから、前記各ターゲットの変位後のトンネル座標に基づいて及び／又は当該トンネル座標を基に補間して、前記各ターゲット上の位置及び／又は前記各ターゲットから外れた位置の変位後のトンネル断面形状データを抽出して、当該初期及び変位後の各トンネル断面形状データに基づいてトンネル壁面の任意の位置の挙動をトンネル内空変位として追跡する、ことを要旨とする。
また、この計測方法は次のように具体化される。
（１）基準断面のトンネル壁面の左右下部にターゲットを１つずつ設置し、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、前記各ターゲットを端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、当該各分割点を追跡して、前記基準断面の変位を計測する。
この場合、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、各ターゲットを端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、前記各ターゲットを端点とするトンネル周長方向の点群データを前記初期の複数の分割点と同数に等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、前記初期の複数の分割点と前記変位後の複数の分割点とを相互に対応させ結んで得るベクトルを前記各分割点の変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを前記各分割点における変位量とすることが好ましい。
（２）基準断面のトンネル壁面の左右下部にターゲットを１つずつかつ隣り合う各基準断面間で相互に対応させて設置し、前記各基準断面間の計測しようとする任意の位置の断面と前記各基準断面間の相互に対応する各ターゲットを結ぶ基準点上ラインとの交点をそれぞれ仮想の基準点とし、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、前記計測しようとする任意の位置の断面の初期及び変位後の断面形状データとして、前記計測しようとする任意の位置の断面に対応する前記仮想の基準点を端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、当該各分割点を追跡して、前記基準断面以外の任意の断面の変位を計測する。
この場合、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、計測しようとする任意の位置の断面に対応する仮想の基準点を端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、前記計測しようとする任意の位置の断面に対応する前記仮想の基準点を端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、前記初期の複数の分割点と前記変位後の複数の分割点とを相互に対応させ結んで得るベクトルを前記各分割点の変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを前記各分割点における変位量とすることが好ましい。
（３）基準断面のトンネル壁面に複数のターゲットをそれぞれトンネル横断方向に適宜の間隔をおいて設置し、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、前記基準断面において相隣る各ターゲット間の点群データを抽出し、前記相隣る各ターゲット間の点群データの変位の方向及び変位量を、前記相隣る各ターゲットの変位の方向及び当該各ターゲットからの距離に応じて設定し、前記相隣る各ターゲット間のトンネル壁面の変位の方向及び変位量を把握する。
この場合、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、相隣る各ターゲット間の点群データを抽出し、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、前記相隣る各ターゲット間の点群データを抽出し、前記基準断面において変位前後の前記相隣る各ターゲットの変位ベクトルを変位前後の前記各ターゲット間で距離に応じて比例配分し、変位前の前記相隣る各ターゲット間の点は前記比例配分した変位の方向に変位すると仮定して、初期の前記相隣る各ターゲット間の点群データから計測しようとする任意の計測点を前記比例配分した変位の方向に設定し、変位後の前記相隣る各ターゲット間の点群データと交わる点を変位後の計測点とし、前記計測点とその変位後の計測点を結んで得るベクトルを変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを前記任意の点における変位量とすることが好ましい。
（４）各基準断面のトンネル壁面にターゲットをトンネル縦断方向に隣り合う各基準断面間で相互に対応させて設置し、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、隣り合う各基準断面間で相互に対応する各ターゲット間の点群データを抽出し、前記対応する各ターゲット間の点群データの変位の方向及び変位量を、前記対応する各ターゲットの変位の方向及び当該各ターゲットからの距離に応じて設定し、前記対応する各ターゲット間のトンネル壁面の変位の方向及び変位量を把握する。
この場合、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、隣り合う各基準断面間で相互に対応する各ターゲット間の計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出し、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、前記計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出し、変位前後の前記対応する各ターゲットの変位ベクトルを変位前後の当該各ターゲット間で距離に応じて比例配分し、前記対応する各ターゲットを結ぶ基準点ライン上の変位前の点群データは前記比例配分した変位の方向に変位すると仮定して、前記初期の任意の位置の断面の点群データのうち初期の基準点ライン上の点を計測点として前記比例配分した変位の方向に設定し、前記変位後の任意の位置の断面の点群データと交わる点を変位後の計測点とし、前記計測点とその変位後の計測点を結んで得るベクトルを変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを前記任意の点における変位量とすることが好ましい。
（５）各基準断面のトンネル壁面に複数のターゲットをそれぞれトンネル横断方向に適宜の間隔をおいてかつトンネル縦断方向に隣り合う各基準断面間で相互に対応させて設置し、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、初期及び変位後の前記各基準断面の相隣る各ターゲット間の点群データを抽出し、前記相隣る各ターゲット間の点群データの変位の方向及び変位量を、前記相隣る各ターゲットの変位の方向及び当該各ターゲットからの距離に応じて設定し、前記相隣る各ターゲット間の点群データの変位の方向及び変位量を把握し、これにより得た変位前後の前記各ターゲット間の点群データから、前記隣り合う各基準断面間で相互に対応する任意の点を抽出し、前記対応する各任意の点間の点群データの変位の方向及び変位量を、前記各任意の点の変位の方向及び当該各任意の点からの距離に応じて設定し、前記各任意の点間のトンネル壁面の変位の方向及び変位量を把握する。
この場合、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、各基準断面の相隣る各ターゲット間の点群データを抽出し、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、前記各基準断面の前記相隣る各ターゲット間の点群データを抽出し、変位前後の前記各基準断面において前記相隣る各ターゲットの変位ベクトルを変位前後の当該各ターゲット間で距離に応じて比例配分し、前記変位前の相隣る各ターゲット間の点は前記比例配分した変位の方向に変位すると仮定して、前記初期の相隣る各ターゲット間の点を前記比例配分した変位の方向に設定し、前記変位後の相隣るターゲット間の点群データと交わる点を仮想の基準点とし、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、隣り合う各基準断面間で相互に対応する各ターゲット間の計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出し、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、前記計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出し、変位前後の前記隣り合う各基準断面間で相互に対応する前記各仮想の基準点の変位ベクトルを変位前後の当該各仮想の基準点間で距離に応じて比例配分し、前記各基準断面間の相互に対応する各仮想の基準点を結ぶ仮想の基準点ライン上の変位前の点群データは前記比例配分した変位の方向に変位すると仮定して、前記初期の任意の位置の断面の点群データのうち初期の前記仮想の基準点ライン上の点を計測点として前記比例配分した変位の方向に設定し、変位後の前記任意の位置の断面の点群データと交わる点を変位後の計測点とし、前記計測点とその変位後の計測点を結んで得るベクトルを変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを前記計測点における変位量とすることが好ましい。
（６）上記（１）−（５）の計測方法により得られた基準断面及び／又は各基準断面間の任意の位置のトンネル壁面の変位の方向及び変位量を基に、トンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトル及び変形形状を表す図、及び／又はトンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトルの変化量を時系列で表す図、及び／又はトンネル壁面において変位ベクトルの変化量をコンターで表す図を作成し、当該図を用いてトンネルの内空変位を把握する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のトンネル内空変位計測方法によれば、３次元計測器と３次元レーザスキャナとを組み合わせて用いた上記の方法により、次のような効果を奏する。
（１）トンネルの内空断面形状の計測区間の任意のトンネル壁面位置における変位を変位ベクトル、変位量として把握でき、トンネル壁面の挙動を詳細に捉え、追跡することができる。
（２）最大変位が発生している箇所を含むトンネルの変位発生状況やトンネルの全体的な変位方向などを容易に把握することができる。
（３）トンネルの内空変位の発生状況と地質状態、トンネル支保工の状態を比較検討して、トンネル支保工の妥当性やトンネルの変状発生時の追加対策工の判断を適確かつ迅速に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態によるトンネル内空変位計測方法を示す図
【図２】同計測方法における基準断面の変位の方向、変位量の算出方法を示す図
【図３】同計測方法における基準断面以外の任意の断面の変位の方向、変位量の算出方法を示す図
【図４】同計測方法に用いるトンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトル及び変形形状を表す図（変位ベクトル断面図）
【図５】同計測方法に用いるトンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトルの変化量を時系列で表す図（経時変化図）
【図６】同計測方法に用いるトンネル壁面において変位ベクトルの変化量をコンターで表す図（変位コンター立体図）
【図７】同計測方法に用いるトンネル壁面において変位ベクトルの変化量をコンターで表す図（変位コンター展開図）
【図８】同計測方法に用いる地質展開図
【図９】本発明の第２の実施の形態によるトンネル内空変位計測方法を示す図
【図１０】同計測方法における基準断面の変位の方向、変位量の算出方法の概要を示す図
【図１１】同計測方法における基準断面及び基準断面以外の任意の断面で各ターゲット上にある任意の点の変位の方向及び変位量の算出方法を示す図
【図１２】同計測方法における基準断面以外の任意の断面で各ターゲット上にない任意の点の変位の方向及び変位量の算出方法を示す図
【図１３】従来のトンネル変位計測方法に用いる３次元計測器のターゲットの設置位置を示す図
【図１４】従来のトンネル変位計測方法に用いるトンネル内空変位の表示形式を示す図
【図１５】従来のトンネル変位計測方法に用いるトンネル壁面の基準断面における変位ベクトルの表示形式を示す図
【図１６】トンネル工事などで一般に使用される３次元レーザスキャナで取得したトンネル内壁の点群データを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、この発明を実施するための形態について詳しく説明する。
本発明によるトンネル内空変位計測方法では、まず、トンネル縦断方向に設定する基準断面のトンネル壁面にトンネル横断方向に基準点として複数のターゲットを設置し、初期の基準断面の各ターゲットを３次元計測器により計測して、当該各ターゲットの初期のトンネル座標を取得するとともに、各ターゲットを含む初期のトンネル壁面形状を３次元レーザスキャナにより計測して、複数の点群データからなる初期のトンネル壁面形状データを取得する。次に、所定の計測頻度に従って、変位後の基準断面の各ターゲットを３次元計測器により計測して、当該各ターゲットの変位後のトンネル座標を取得するとともに、各ターゲットを含む変位後のトンネル壁面形状を３次元レーザスキャナにより計測して、複数の点群データからなる変位後のトンネル壁面形状データを取得する。そして、初期のトンネル壁面形状データから、各ターゲットの初期のトンネル座標に基づいて及び／又は当該トンネル座標を基に補間して、各ターゲット上の位置及び／又は各ターゲットから外れた位置の初期のトンネル断面形状データを抽出するとともに、変位後のトンネル壁面形状データから、各ターゲットの変位後のトンネル座標に基づいて及び／又は当該トンネル座標を基に補間して、各ターゲット上の位置及び／又は各ターゲットから外れた位置の変位後のトンネル断面形状データを抽出して、当該初期及び変位後の各トンネル断面形状データに基づいてトンネル壁面の任意の位置の挙動をトンネル内空変位として追跡する。
【００１２】
図１にこのトンネル内空変位計測方法の第１の実施の形態を示している。図１に示すように、このトンネル内空変位計測方法では、まず、トンネルＴの壁面に一般に使用されるトータルステーション（３次元計測器）Ｍ１を常設し、このトータルステーションＭ１による測定視野範囲内のトンネルＴの壁面に複数の基準断面Ｓをトンネル縦断方向に所定の距離を隔てて設定し、各基準断面Ｓ上に複数個のターゲットＰを設置する。この場合、各基準断面Ｓの壁面の左右下部にターゲットＰを１つずつ設置する。そして、このトンネルＴ内の少なくとも隣り合う２つの基準断面Ｓの各ターゲットＰを含むトンネル壁面形状を計測可能な所定の位置に一般に使用される３次元レーザスキャナＭ２を設置し、この３次元レーザスキャナＭ２から離れた相互に異なる所定の位置３箇所にこの３次元レーザスキャナＭ２用の３つのターゲット（図示省略）を併せて設置する。このようにして初期の各基準断面Ｓの各ターゲットＰをトータルステーションＭ１により計測して、これらのターゲットＰの初期のトンネル座標を取得するとともに、各基準断面Ｓの各ターゲットＰを含む初期のトンネル壁面形状を３次元レーザスキャナＭ２により計測して、複数の点群データからなる初期のトンネル壁面形状データを取得する。そして、トンネルＴの掘進に伴い変動する壁面形状に対して、所定の計測頻度に従って、変位後の各基準断面Ｓの各ターゲットＰをトータルステーションＭ１により計測して、これらのターゲットＰの変位後のトンネル座標を取得するとともに、各基準断面Ｓの各ターゲットＰを含む変位後のトンネル壁面形状を３次元レーザスキャナＭ２により計測して、複数の点群データからなる変位後のトンネル壁面形状データを取得する。
【００１３】
このようにして、トータルステーションＭ１で取得した各基準断面Ｓ上の各ターゲットＰのトンネル座標と、３次元レーザスキャナＭ２で取得した各ターゲットＰを含むトンネル壁面形状データとを用い、これらを組み合わせて、トンネルＴの壁面の任意の点（ターゲットＰを設置した位置及びターゲットＰを設置していない任意の位置）のトンネル座標を算出し、トンネルＴの壁面の変位の方向及び変位量を把握して、その挙動を追跡する。
【００１４】
この計測方法では、基準断面ＳのトンネルＴの壁面の左右下部にターゲットＰを１つずつ設置しており、これらのターゲットＰの初期のトンネル座標に基づいて、３次元レーザスキャナＭ２で得られた初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、各ターゲットＰを端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、変位前後の当該各分割点の座標を追跡して、基準断面の変位を計測する。
この場合、まず、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、各ターゲットＰを端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出する。次に、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、各ターゲットＰを端点とするトンネル周長方向の点群データを初期の複数の分割点と同数に等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出する。そして、初期の複数の分割点と変位後の複数の分割点とを相互に対応させ結んで得るベクトルを各分割点の変位ベクトルとし、この変位ベクトルの長さを各分割点における変位量とする。
図２に基準断面における変位量の具体的な算出手順を例示している。
図２に示すように、まず、３次元レーザスキャナＭ２で計測した初期のトンネル壁面形状データから、基準断面Ｓの２つのターゲットＰを含むトンネル横断方向のトンネルＴの壁面の断面形状を抽出する。次に、基準断面ＳのトンネルＴの壁面の左右下部に設置した２つのターゲットＰを端点とするトンネル横断方向のトンネル周長を算出する。続いて、算出されたトンネル周長を等間隔に等分割して各点を分割点とし、各分割点に該当する３次元レーザスキャナＭ２の座標をその分割点の座標とする。そして、２回目及びそれ以降の計測も上記と同様の手順で繰り返し行い、トンネル周長方向の各分割点の座標を求め、初期計測時の各分割点の座標と２回目及びそれ以降の各分割点の座標を結んで得たベクトルを各分割点の変位ベクトルとし、この変位ベクトルの長さを各分割点における変位量として算出する。
【００１５】
また、この計測方法では、ターゲットＰを設置していないトンネル縦断方向の３次元レーザスキャナの点群データについても、その縦断方向前後の各ターゲットＰの座標データを基に補間して、上記と同様に、トンネルの周長方向の点群データを常に等間隔で抽出し、その点の座標を追跡する。
すなわち、この計測方法においては、図１に示すように、基準断面Ｓのトンネル壁面の左右下部にターゲットＰを１つずつかつ隣り合う各基準断面Ｓ間で相互に対応させて設置しており、各基準断面Ｓ間の計測しようとする任意の位置の断面と各基準断面Ｓ間の相互に対応する各ターゲットＰを結んで得た基準点上ラインとの交点をそれぞれ仮想の基準点とし、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、計測しようとする任意の位置の断面の初期及び変位後の断面形状データとして、計測しようとする任意の位置の断面に対応する仮想の基準点を端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出し、当該各分割点の座標を追跡して、基準断面Ｓ以外の任意の断面の変位を計測する。
この場合、まず、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、計測しようとする任意の位置の断面に対応する仮想の基準点を端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出する。次に、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、計測しようとする任意の位置の断面に対応する仮想の基準点を端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる複数の分割点で抽出する。そして、初期の複数の分割点と変位後の複数の分割点とを相互に対応させ結んで得るベクトルを各分割点の変位ベクトルとし、この変位ベクトルの長さを各分割点における変位量とする。
図３に基準断面以外における任意の断面の変位量の具体的な算出手順を例示している。
図３（１）に示すように、まず、トータルステーションＭ１で測定した各基準断面Ｓの各ターゲットＰをトンネル縦断方向に結んだ線と各基準断面Ｓ間にある任意の断面Ａの断面形状が交わる点を当該任意の断面Ａの仮想の基準点とし、既述の基準断面の場合と同様に、当該任意の断面Ａのトンネル周長を算出する。次に、図３（２）に示すように、当該任意の断面Ａのトンネル周長を等間隔に等分割し、各分割点を求める。そして、既述の基準断面の場合と同様に、当該任意の断面Ａの各分割点の初期座標、２回目及びそれ以降の座標を求めて、各分割点の変位ベクトル及び変位量を算出する。
【００１６】
そして、この計測方法では、既述の計測方法により得られた基準断面及び／又は各基準断面間の任意の位置のトンネル壁面の変位の方向及び変位量を基に、トンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトル及び変形形状を表す図、及び／又はトンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトルの変化量を時系列で表す図、及び／又はトンネル壁面において変位ベクトルの変化量をコンターで表す図を作成し、当該図を用いてトンネル内空変位を把握する。
図４にトンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトル及び変形形状を表す変位ベクトル断面図の一例を示し、図５にトンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトルの変化量を時系列で表す経時変化図を示す。図６、図７にそれぞれトンネル壁面における変位ベクトルの変化量をコンターで表す変位コンター立体図、変位コンター展開図の一例を示す。併せて図８に地質展開図の一例を示す。図４に示すように、トンネル壁面を指定した測点における横断面で表示すると、変位を表示する点が従来に比べて大幅に増加するため、トンネル壁面の変位発生状況を詳細に把握することが可能になる。この場合、変位ベクトルを予め定めた変位量に応じた管理レベル毎に色分けすることで、トンネルの安定性を視覚的に確認することができる。なお、図４の変位ベクトル断面図をトンネル縦断方向に重ね合わせることにより、図６に示す３次元的な変位コンター立体図を得ることができ、さらに、この変位コンター立体図を平面的に図示することにより、図７に示す変位コンター展開図として表現することができる。この場合、トンネルの測線やトンネル支保工の仕様（鋼製支保工・吹付けコンクリート・ボルト）を並べて表示することで、支保工パターンの妥当性の検証が容易になる。これにより、トンネル支保工の見直しや追加補強工の選定が容易となる。またさらに、図８に示すように、地質展開図及びトンネル支保工変状展開図を並べて対比することで、トンネル壁面の変位量と地質状況、トンネル変状状況との対比、比較が容易になり、支保パターンの検証をより合理的に実施することができる。
【００１７】
以上説明したように、この実施の形態によるトンネル内空変位計測方法によれば、図１に示すように、各基準断面Ｓのトンネル壁面の左右下部にターゲットＰを１つずつかつ隣り合う各基準断面Ｓ間で相互に対応させて設置し、トータルステーションＭ１で測定した初期の各基準断面Ｓ上の各ターゲットＰのトンネル座標に基づいて及び／又は当該トンネル座標を基に補間して、３次元レーザスキャナＭ２で取得した初期の各ターゲットＰを含むトンネル壁面形状データから、図２又は図３に示すように、計測しようとする任意の位置の初期のトンネル断面形状データを、当該計測しようとする任意の位置の断面に対応する基準点（ターゲットＰ）及び／又は仮想の基準点を端点とするトンネル周長方向の点群データを等間隔に等分割してなる分割点で抽出した後、所定の計測頻度に従って、同様に、トータルステーションＭ１で測定した変位後の各基準断面Ｓ上の各ターゲットＰのトンネル座標に基づいて及び／又は当該トンネル座標を基に補間して、３次元レーザスキャナＭ２で取得した変位後の各ターゲットＰを含むトンネル壁面形状データから、計測しようとする任意の位置の変位後のトンネル断面形状データを、当該計測しようとする任意の位置の断面に対応する基準点（ターゲットＰ）及び／又は仮想の基準点を端点とするトンネル周長方向の点群データを初期の断面形状データの分割点と同数に等間隔に等分割してなる分割点で抽出し、初期のトンネル断面形状データの各基準点間及び／又は仮想の基準点間の分割点と変位後のトンネル断面形状データの各基準点間及び／又は仮想の各基準点間の分割点とを相互に対応させ結んで得るベクトルを各分割点の変位ベクトルとし、この変位ベクトルの長さを各分割点における変位量とするので、トンネルの内空断面形状の計測区間の任意のトンネル壁面位置における変位を変位ベクトル、変位量として把握でき、トンネル壁面の挙動を詳細に捉え、追跡することができ、また、最大変位が発生している箇所を含むトンネルの変位発生状況やトンネルの全体的な変位方向などを容易に把握することができる。
【００１８】
また、この計測方法では、既述の計測方法により得られた基準断面及び／又は各基準断面間の任意の位置のトンネル壁面の変位の方向及び変位量を基に、トンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトル及び変形形状を表す図、トンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトルの変化量を時系列で表す図、トンネル壁面における変位ベクトルの変化量をコンターで表す図などを作成し、これらの図を用いてトンネル内空変位を把握することで、最大変位が発生している箇所を含むトンネルの変位発生状況やトンネルの全体的な変位方向を視覚的に詳細に把握し、追跡することができ、さらに、地質展開図及びトンネル支保工変状展開図を並べて対比することで、トンネルの内空変位の発生状況と地質状態、トンネル支保工の状態を比較検討して、トンネル支保工の妥当性やトンネルの変状発生時の追加対策工の判断を適確かつ迅速に実施することができる。特に、図６の変位コンター立体図のように、トンネル周辺の地山の挙動を３次元に表現することにより、地山の挙動を３次元で把握することができ、地山の変状対策の立案に当たり極めて有効である。
【００１９】
図９にこのトンネル内空変位計測方法の第２の実施の形態を示している。図９に示すように、このトンネル内空変位計測方法では、まず、トンネルＴの壁面にトータルステーション（３次元計測器）Ｍ１を常設する。このトータルステーションＭ１による測定視野範囲内のトンネルＴの壁面に複数の基準断面Ｓをトンネル縦断方向に所定の距離を隔てて設定し、各基準断面ＳのトンネルＴの壁面に複数のターゲットＰをそれぞれ適宜の位置に適宜の間隔をおいて設置する。この場合、従来と同様に、トンネル縦断方向に１０〜３０ｍ間隔で基準断面Ｓを設定し、各基準断面ＳのトンネルＴの壁面にトンネル横断方向に適宜の間隔で５箇所に５つのターゲットＰを設置する。そして、このトンネルＴ内の少なくとも２つの基準断面Ｓに挟まれた区画の各ターゲットＰを含むトンネル壁面形状を計測可能な所定の位置に３次元レーザスキャナＭ２を設置し、この３次元レーザスキャナＭ２から離れた相互に異なる所定の位置３箇所にこの３次元レーザスキャナＭ２用の３つのターゲット（図示省略）を併せて設置する。このようにして初期の各基準断面Ｓの各ターゲットＰをトータルステーションＭ１により計測して、これらのターゲットＰの初期のトンネル座標を取得するとともに、初期の各基準断面Ｓに挟まれたトンネル壁面形状を３次元レーザスキャナＭ２により計測して、複数の点群データからなる初期のトンネル壁面形状データを取得する。そして、トンネルＴの掘進に伴い変動する壁面形状に対して、所定の計測頻度に従って、変位後の各基準断面Ｓの各ターゲットＰをトータルステーションＭ１により計測して、これらのターゲットＰの変位後のトンネル座標を取得するとともに、各基準断面Ｓに挟まれた変位後のトンネル壁面形状を３次元レーザスキャナＭ２により計測して、複数の点群データからなる変位後のトンネル壁面形状データを取得する。
【００２０】
このようにして、トータルステーションＭ１で測定した各基準断面Ｓ上の各ターゲットＰのトンネル座標と、３次元レーザスキャナＭ２で取得した各ターゲットＰを含むトンネル壁面形状データとを用い、これらの組み合わせにより、トンネルＴの壁面の任意の点（ターゲットＰを設置した位置及びターゲットＰを設置していない任意の位置）のトンネル座標を算出し、トンネルＴの壁面の変位の方向及び変位量を把握して、その挙動を追跡する。
【００２１】
この計測方法では、基準断面ＳのトンネルＴの壁面に複数のターゲットＰをそれぞれトンネル横断方向に適宜の間隔をおいて設置しており、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、基準断面Ｓにおいて相隣る各ターゲットＰ間の点群データを抽出し、相隣る各ターゲットＰ間の点群データの変位の方向及び変位量を、相隣る各ターゲットＰの変位の方向及び当該各ターゲットからの距離に応じて設定し、相隣る各ターゲットＰ間のトンネルＴの壁面の変位の方向及び変位量を把握する。
この場合、まず、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、相隣る各ターゲットＰ間の点群データを抽出する。次に、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、相隣る各ターゲットＰ間の点群データを抽出する。続いて、基準断面Ｓにおいて変位前後の相隣る各ターゲットＰの変位ベクトルを変位前後の各ターゲットＰ間で距離に応じて比例配分し、変位前の相隣る各ターゲットＰ間の点は比例配分した変位の方向に変位すると仮定する。そして、初期の相隣る各ターゲットＰ間の点群データから計測しようとする任意の計測点を比例配分した変位の方向に設定し、変位後の相隣る各ターゲット間の点群データと交わる点を変位後の計測点とし、計測点とその変位後の計測点を結んで得るベクトルを変位ベクトルとし、この変位ベクトルの長さを任意の点における変位量とする。
図１０及び図１１に基準断面における変位量の具体的な算出手順を例示している。
図１０及び図１１に示すように、まず、変位前後の各基準断面Ｓの相隣る２つの基準点の変位ベクトルＡ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’を直線Ａ−Ｂ間で距離に応じて比例配分する。ここで、直線Ａ−Ｂ上の点はこの比例配分した変位の方向（平均的方向）に変位すると仮定する。次に、３次元レーザスキャナＭ２で計測したトンネル壁面形状データのうち、２つの基準点Ａ、Ｂを結んだ直線Ａ−Ｂ上にある任意の点Ｃ（１回目の計測値）の変位の方向（平均的方向）を設定する。続いて、任意の点Ｃにおける平均的方向にこの任意の点Ｃから直線を引き、３次元レーザスキャナＭ２で計測した変位後のトンネル壁面形状データ（２回目及びそれ以降の計測値）との交点を点Ｃ’とし、任意の点Ｃの変位後の点とする。そして、Ｃ−Ｃ’を任意の点Ｃにおける変位ベクトルとし、このＣ−Ｃ’の点間距離を任意の点Ｃの変位量とする。
【００２２】
また、この計測方法では、図９に示すように、各基準断面ＳのトンネルＴの壁面にターゲットＰをトンネル縦断方向に隣り合う各基準断面Ｓ間で相互に対応させて設置しており、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、隣り合う各基準断面Ｓ間で相互に対応する各ターゲットＰ間の点群データを抽出し、対応する各ターゲットＰ間の点群データの変位の方向及び変位量を、対応する各ターゲットＰの変位の方向及び当該各ターゲットＰからの距離に応じて設定し、対応する各ターゲットＰ間のトンネルＴの壁面の変位の方向及び変位量を把握する。
この場合、まず、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、隣り合う各基準断面Ｓ間で相互に対応する各ターゲットＰ間の計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出する。次に、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出する。続いて、変位前後の対応する各ターゲットＰの変位ベクトルを変位前後の当該各ターゲットＰ間で距離に応じて比例配分し、対応する各ターゲットＰを結んで得る基準点ライン上の変位前の点群データは比例配分した変位の方向に変位すると仮定する。そして、初期の任意の位置の断面の点群データのうち初期の基準点ライン上の点を計測点として比例配分した変位の方向に設定し、変位後の任意の位置の断面の点群データと交わる点を変位後の計測点とし、計測点とその変位後の計測点を結んで得るベクトルを変位ベクトルとし、この変位ベクトルの長さを計測点における変位量とする。
図１１に基準断面Ｓ以外の任意の断面で、特に、トンネル縦断方向相互に対応する２つのターゲット（基準点）Ｐ間にあるトンネルＴの壁面の変位量の具体的な算出手順を例示している。
図１１に示すように、まず、変位前後の隣り合う各基準断面Ｓ間で相互に対応する２つの基準点の変位ベクトルを２つの基準点間で距離に応じて比例配分する。ここで、２つの基準点間の点はこの比例配分した変位の方向（平均的方向）に変位すると仮定する。次に、３次元レーザスキャナＭ２で計測したトンネル壁面形状データのうち、この２つの基準点を結んだ直線上にある計測しようとする任意の点Ｃ（１回目の計測値）の変位の方向（平均的方向）を設定する。続いて、この計測しようとする任意の点Ｃの平均的方向にこの任意の点Ｃから直線を引き、３次元レーザスキャナＭ２で計測した変位後のトンネル壁面形状データ（２回目及びそれ以降の計測値）との交点を点Ｃ’とし、計測しようとする任意の点Ｃの変位後の点とする。そして、Ｃ−Ｃ’を計測しようとする任意の点Ｃにおける変位ベクトルとし、このＣ−Ｃ’の点間距離を任意の点Ｃの変位量とする。
【００２３】
さらに、この計測方法では、各ターゲットＰを結ぶ線上以外のトンネル壁面の変位についても、上述の２つの手法を合せて用い、仮想の基準点及び仮想の基準点ラインを設けることで、各ターゲットＰを結ぶ線上以外のトンネル壁面の計測しようとする点の座標を追跡できる。
すなわち、この計測方法においては、図９に示すように、各基準断面ＳのトンネルＴの壁面に複数のターゲットＰをそれぞれトンネル横断方向に適宜の間隔をおいてかつトンネル縦断方向に隣り合う各基準断面Ｓ間で相互に対応させて設置しており、初期及び変位後のトンネル壁面形状データから、初期及び変位後の各基準断面の相隣る各ターゲットＰ間の点群データを抽出し、相隣る各ターゲットＰ間の点の変位の方向及び変位量を、相隣る各ターゲットＰの変位の方向及び当該各ターゲットＰからの距離に応じて設定し、相隣る各ターゲットＰ間の点の変位の方向及び変位量を把握し、これにより得た変位前後の各ターゲットＰ間の点から、隣り合う各基準断面Ｓ間で相互に対応する任意の点を抽出し、対応する各任意の点間の点の変位の方向及び変位量を、各任意の点の変位の方向及び各任意の点からの距離に応じて設定し、各任意の点間のトンネルＴの壁面の変位の方向及び変位量を把握する。
この場合、まず、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、各基準断面Ｓにおいて相隣る各ターゲットＰ間の点群データを抽出する。次に、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、各基準断面Ｓにおいて相隣る各ターゲットＰ間の点群データを抽出する。続いて、変位前後の各基準断面Ｓにおいて相隣る各ターゲットＰの変位ベクトルを変位前後の当該各ターゲットＰ間で距離に応じて比例配分し、変位前の相隣る各ターゲットＰ間の点は比例配分した変位の方向に変位すると仮定する。そして、初期の相隣る各ターゲットＰ間の点を比例配分した変位の方向に設定し、変位後の相隣るターゲットＰ間の点群データと交わる点を仮想の基準点とする。次に、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、隣り合う各基準断面Ｓ間で相互に対応する各ターゲットＰ間の計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出する。続いて、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出する。続いて、変位前後の隣り合う各基準断面Ｓ間で相互に対応する各仮想の基準点の変位ベクトルを変位前後の当該各仮想の基準点間で距離に応じて比例配分し、各基準断面Ｓ間の相互に対応する各仮想の基準点を結ぶ仮想の基準点ライン上の変位前の点は比例配分した変位の方向に変位すると仮定する。そして、初期の任意の位置の断面の点群データのうち初期の仮想の点ライン上の点を計測点として比例配分した変位の方向に設定し、変位後の任意の位置の断面の点群データと交わる点を変位後の計測点とし、計測点とその変位後の計測点を結んで得るベクトルを変位ベクトルとし、この変位ベクトルの長さを計測点における変位量とする。
図１２に基準断面Ｓ以外の任意の断面で、特に、トンネル縦断方向相互に対応する２つのターゲット（基準点）間にないトンネルＴの壁面の変位量の具体的な算出手順を例示している。
まず、図１２（１）に示すように、トンネル縦断方向に隣り合う各基準断面Ｓにおいて、既述の相隣る２つの基準点を結んだ直線上の壁面位置における変位量の算出手順に従い、各基準断面Ｓの相隣る２つの基準点の変位及び３次元レーザスキャナＭ２で計測したトンネル壁面形状データを用いて、各基準断面Ｓ内の任意の点の変位を算出する。次に、図１２（２）に示すように、トンネル縦断方向に隣り合う各基準断面Ｓで算出した２つの任意の点の変位から、２つの任意の点を結んだ（トンネル縦断方向の）直線上にある点の平均的方向を算出する。そして、上記直線上にある３次元レーザスキャナＭ２で１回目に計測した点Ｄから平均的方向に線を引き、図１２（３）に示すように、２回目及びそれ以降に３次元レーザスキャナＭ２で計測したトンネル壁面形状データとの交点を変位後の点Ｄ’とする。そして、このＤ−Ｄ’を任意の点Ｄにおける変位ベクトルとし、このＤ−Ｄ’の点間距離を任意の点Ｄの変位量とする。
【００２４】
そして、この計測方法でも、既述の計測方法により得られた基準断面Ｓ及び／又は各基準断面Ｓ間の任意の位置のトンネル壁面の変位の方向及び変位量を基に、トンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトル及び変形形状を表す図、及び／又はトンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトルの変化量を時系列で表す図、及び／又はトンネル壁面における変位ベクトルの変化量をコンターで表す図を作成し、当該図を用いてトンネル内空変位を把握する。この点については第１の実施の形態で既に述べたとおりである。
【００２５】
以上説明したように、この実施の形態によるトンネル内空変位計測方法によれば、図９に示すように、各基準断面Ｓのトンネル壁面に複数のターゲットＰをそれぞれトンネル横断方向に適宜の間隔をおいてかつトンネル縦断方向に隣り合う各基準断面Ｓ間で相互に対応させて設置し、初期のトンネル壁面形状の計測で取得した初期のトンネル壁面形状データから、図９、図１０、図１１及び図１２に示すように、初期の断面形状データとして、各基準断面Ｓの相隣る各ターゲットＰ間の点群データ及び／又は各基準断面Ｓ間の計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出した後、所定の計測頻度に従って、同様に、変位後のトンネル壁面形状の計測で取得した変位後のトンネル壁面形状データから、変位後の断面形状データとして、各基準断面Ｓの相隣る各ターゲットＰ間の点群データ及び／又は各基準断面Ｓ間の計測しようする任意の位置の断面の点群データを抽出して、
（１）図１０及び図１１に示すように、各基準断面Ｓにおいて変位前後の相隣る各ターゲットＰの変位ベクトルを変位前後の当該各ターゲットＰ間で距離に応じて比例配分し、変位前の相隣る当該各ターゲットＰ間の点は当該比例配分した変位の方向に変位すると仮定して、初期の相隣る当該各ターゲットＰ間の点群データから計測しようとする任意の計測点を当該比例配分した変位の方向に設定し、変位後の相隣る当該ターゲットＰ間の点群データと交わる点を変位後の計測点とし、計測点とその変位後の計測点を結んで得るベクトルを変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを計測点における変位量とする、
（２）図１１に示すように、変位前後の各基準断面Ｓ間の相互に対応する各ターゲットＰの変位ベクトルを変位前後の当該各ターゲットＰ間で距離に応じて比例配分し、各基準断面Ｓ間の相互に対応する各ターゲットＰを結ぶ基準点ライン上の変位前の点群データは当該比例配分した変位の方向に変位すると仮定して、初期の任意の位置の断面の点群データのうち初期の基準点ライン上の点を計測点として当該比例配分した変位の方向に設定し、変位後の任意の位置の断面の点群データと交わる点を変位後の計測点とし、計測点とその変位後の計測点を結んで得るベクトルを変位ベクトルとし、当該変位ベクトルの長さを任意の点における変位量とする、
（３）図１２（１）に示すように、変位前後の各基準断面Ｓにおいて相隣る各ターゲットＰの変位ベクトルを変位前後の当該各ターゲットＰ間で距離に応じて比例配分し、変位前の相隣る各ターゲットＰ間の点は比例配分した変位の方向に変位すると仮定して、初期の相隣る各ターゲットＰ間の点を比例配分した変位の方向に設定し、変位後の相隣るターゲットＰ間の点群データと交わる点を仮想の基準点とし、図１２（２）に示すように、変位前後の隣り合う各基準断面Ｓ間で相互に対応する各仮想の基準点の変位ベクトルを変位前後の当該各仮想の基準点間で距離に応じて比例配分し、各基準断面Ｓ間の相互に対応する各仮想の基準点を結ぶ仮想の基準点ライン上の変位前の点は比例配分した変位の方向に変位すると仮定して、初期の仮想の点ライン上の点を計測点として比例配分した変位の方向に設定し、図１２（３）に示すように、変位後の任意の位置の断面の点群データと交わる点を変位後の計測点とし、計測点とその変位後の計測点を結んで得るベクトルを変位ベクトルとし、この変位ベクトルの長さを計測点における変位量とする、
ので、このようにしても、第１の実施の形態と同様に、トンネルの内空断面形状の計測区間の任意のトンネル壁面位置における変位を変位ベクトル、変位量として把握でき、トンネル壁面の挙動を詳細に捉え、追跡することができ、また、最大変位が発生している箇所を含むトンネルの変位発生状況やトンネルの全体的な変位方向などを容易に把握することができる。
【００２６】
また、この計測方法でも、第１の実施の形態と同様に、既述の計測方法により得られた基準断面及び／又は各基準断面間の任意の位置のトンネル壁面の変位の方向及び変位量を基に、トンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトル及び変形形状を表す図、トンネル壁面の任意の断面の任意の位置における変位ベクトルの変化量を時系列で表す図、トンネル壁面において変位ベクトルの変化量をコンターで表す図などを作成し、これらの図を用いてトンネル内空変位を把握することで、最大変位が発生している箇所を含むトンネルの変位発生状況やトンネルの全体的な変位方向を視覚的に詳細に把握し、追跡することができ、さらに、地質展開図及びトンネル支保工変状展開図を並べて対比することで、トンネルの内空変位の発生状況と地質状態、トンネル支保工の状態を比較検討して、トンネル支保工の妥当性やトンネルの変状発生時の追加対策工の判断を適確かつ迅速に実施することができる。特に、図６の変位コンター立体図のように、トンネル周辺の地山の挙動を３次元に表現することにより、地山の挙動を３次元で把握することができ、地山の変状対策の立案に当たり極めて有効である。
【符号の説明】
【００２７】
Ｔ  トンネル
Ｓ  基準断面
Ｐ  ターゲット（基準点）
Ｍ１  トータルステーション（３次元計測器）
Ｍ２  ３次元レーザスキャナ
【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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【図６】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図７】
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【図８】
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【図１６】
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