(57)【要約】      （修正有）【課題】高気圧環境下でも耐久性に優れ正確な距離計測を行うことができる距離計測機を提供すること。【解決手段】測定光としてのレーザ光Ｌｂを測定対象（天井スラブ、刃口部、掘削底面）へ照射するとともにその反射光を受光して測定対象との距離を計測する計測機本体１１０と、この計測機本体１１０を収容する耐圧容器１２０と、を備え、耐圧容器１２０は、レーザ光Ｌｂおよび反射光の透過を可能とする透光板材１４１により覆われた透光窓１４０を備えていることを特徴とする距離計測機１００とした。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定光を測定対象へ照射するとともにその反射光を受光して前記測定対象との距離を計測する計測機本体と、この計測機本体を収容する耐圧容器と、を備え、
前記耐圧容器は、前記測定光および前記反射光の透過を可能とする透光板材により覆われた透光窓を備えていることを特徴とする距離計測機。
【請求項２】
請求項１に記載の距離計測機において、
前記透光板材は、前記測定光の照射方向に正対する角度に対して傾斜して設置されていることを特徴とする距離計測機。
【請求項３】
請求項２に記載の距離計測機において、
前記計測機本体と前記透光板材との間に、前記透光板材の傾斜角度に応じ、前記透光板材における前記測定光の反射を、前記計測機本体の受光部位から逃がすことが可能な距離が確保されていることを特徴とする距離計測機。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の距離計測機において、
前記透光板材の表面に、撥水撥油性のコーティング剤が塗布されていることを特徴とする距離計測機。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の距離計測機において、
前記耐圧容器の内面が、前記測定光および前記反射光の反射を抑制する反射抑制材により覆われていることを特徴とする距離計測機。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の距離計測機が、ニューマチックケーソン工法のケーソン底部側から、天井スラブとその縁部から垂下されて前記天井スラブを囲繞する刃口部と掘削底面とに囲まれる作業室内の地盤に向けて前記測定光を照射して、前記地盤との距離を計測可能に設置され、
前記距離計測機と前記地盤との距離に基づいて、前記地盤の掘削状況を算出する掘削状況算出部を備えることを特徴とする掘削状況管理システム。
【請求項７】
請求項６に記載の掘削状況管理システムにおいて、
前記距離計測機が、前記天井スラブに取り付けられる移動式の掘削機に取り付けられていることを特徴とする掘削状況管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、距離計測機およびこの距離計測機を備えた掘削状況管理システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ニューマチックケーソン工法では、地下水の浸入を防ぐために作業室に圧縮空気が充填されて、作業室内が高気圧環境となっている。そのため、地上に設置された遠隔操作室から、ケーソン底部の作業室内の掘削機を遠隔操作することで、作業者が高気圧環境下に晒されるのを極力減らして掘削を進めることが行われている。
【０００３】
そこで、作業室内が無人となることから、掘削機による作業室内の掘削状況を管理するシステムが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
これらの特許文献１，２に開示されたシステムでは、掘削機による作業室内の掘削状況は、監視カメラで撮影されて、遠隔操作室で確認できるようになっている。
また、特許文献３に開示されたシステムでは、掘削機で掘削した土砂の掘削形状をレ―ザレーダなどの距離計測機により測定し、放射方向と距離とを３次元で記録することにより、地盤の表面の形状を測定するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０５１２８号公報
【特許文献２】特開２００２−３６３９９６号公報
【特許文献３】特開２０１５−２２９８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２に開示の技術では、監視カメラで撮影した作業室内の掘削状況をスケッチし、その図面を見ながら開口断面積などの掘削状況をを求めるようにしているため、掘削状況を正確に求めることが難しかった。
また、特許文献３に開示の技術では、距離計測機を用いて地盤の表面形状を正確に求めることができるものの、距離計測機が高気圧環境下に晒されるとともに、距離計測機と他の部材などとの干渉のおそれがあり、距離計測機の耐久性に問題があった。
【０００６】
そこで、本開示は、耐久性に優れ正確な距離計測を行うことができる距離計測機およびこの距離計測機を用いた掘削状況管理システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を達成するために、本開示の距離計測機は、測定光を測定対象へ照射するとともにその反射光を受光して前記測定対象との距離を計測する計測機本体と、この計測機本体を収容する耐圧容器と、を備え、前記耐圧容器は、前記測定光および前記反射光の透過を可能とする透光板材により覆われた透光窓を備えていることを特徴とする。
【０００８】
なお、前記透光板材は、前記測定光の照射方向に正対する角度に対して傾斜して設置されていることが好ましい。
また、前記計測機本体と前記透光板材との間に、前記透光板材の傾斜角度に応じ、前記透光板材における前記測定光の反射を、前記計測機本体の受光部位から逃がすことが可能な距離が確保されていることが好ましい。
そして、前記透光板材の表面に、撥水撥油性のコーティング剤が塗布されていることが好ましい。
さらに、前記耐圧容器の内面が、前記測定光および前記反射光の反射を抑制する反射抑制材により覆われていることが好ましい。
【０００９】
また、本開示の掘削状況管理システムは、前記距離計測機が、ニューマチックケーソン工法のケーソン底部側から、天井スラブとその縁部から垂下されて前記天井スラブを囲繞する刃口部と掘削底面とに囲まれる作業室内の地盤に向けて前記測定光を照射して、前記地盤との距離を計測可能に設置され、前記距離計測機と前記地盤との距離に基づいて、前記地盤の掘削状況を算出する掘削状況算出部を備えることを特徴とする。
そして、前記距離計測機が、前記天井スラブに取り付けられる移動式の掘削機に取り付けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
このように構成された本開示の距離計測機は、耐圧容器により計測機本体に対する外部環境の影響を軽減し、耐久性を向上できる。しかも、耐圧容器には、測定光および反射光の透過を可能とする透光板材で覆われた透光窓を設けたため、計測機本体を耐圧容器内に収容しても、正確な距離測定が可能である。
さらに、透光板材を、測定光の照射方向に正対する角度に対し傾斜させたものでは、計測機本体からの照射した測定光が透光板材により反射した迷走光を、測定光の照射方向とは異なる方向に反射させ迷走光による誤検出を抑制できる。
また、計測機本体と透光板材との間に、透光板材における測定光の反射を計測機本体の受光部位から逃がすことが可能な距離を確保したものでは、この距離を確保していないものと比較して、透光板材で反射した迷走光による誤検出を抑制できる。
そして、透光板材の表面に撥水撥油性のコーティング剤を透付したものでは、コーティング剤を塗布していないものと比較して、透光板材における測定光および測定対象からの反射光の透過性を高めるとともに、透光板材における光の拡散性を低下させて、距離検出精度を向上できる。
さらに、耐圧容器の内面を反射抑制材により覆ったものでは、反射抑制材により覆っていないものと比較して、耐圧容器の内面による光の拡散を抑え、距離検出精度を向上できる。
【００１１】
また、計測機本体を耐圧容器内に設置した距離計測機を備えた掘削状況管理システムでは、ニューマチックケーソン工法により作業室内が高気圧環境下に晒されても、計測機本体に不具合が生じるのを抑制し、耐久性を向上できるとともに、高精度に掘削状況を求めることができる。
さらに、距離計測機を掘削機に取り付けたものでは、掘削機の掘削作業による移動に伴って、測定光を水平方向に走査させることができるため、距離計測機の走査用の駆動装置を省略して、構成の簡略化およびコスト低減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ケーソン底部の作業室周辺の構成を説明する断面図である。
【図２】面積開口率の定義に使用する説明図である。
【図３】可視化された掘削状況を例示した表示図である。
【図４Ａ】本実施の形態の距離計測機によるレーザ光（測定光）の走査状態の説明図であって、側方から見た状態を示す。
【図４Ｂ】本実施の形態の距離計測機によるレーザ光（測定光）の走査状態の説明図であって、上方から見た状態を示す。
【図４Ｃ】本実施の形態の距離計測機によるレーザ光（測定光）の走査状態の説明図であって、図４Ｂよりも広い範囲で上方から見た状態を示す。
【図５】本実施の形態の距離計測機を示す断面図である。
【図６】本実施の形態の距離計測機の容器本体を示す斜視図である。
【図７Ａ】本実施の形態の距離計測機における透光板材の傾斜角度と、計測機本体と透光板材との間の距離との関係の説明図であって、相対的に傾斜角度を小さくした場合を示す。
【図７Ｂ】本実施の形態の距離計測機における透光板材の傾斜角度と、計測機本体と透光板材との間の距離との関係の説明図であって、図７Ａと比較して傾斜角度を大きくした場合を示す。
【図７Ｃ】本実施の形態の距離計測機における透光板材の傾斜角度と、計測機本体と透光板材との間の距離との関係の説明図であって、図７Ａ、図７Ｂと比較して傾斜角度をさらに大きくした場合を示す。
【図８】本実施の形態の掘削状況管理システムの構成を説明するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して説明する。
（ニューマチックケーソン工法）
まず、本実施の形態の距離計測機１００を備えた掘削状況管理システムＡ（図８参照）を用いて実行するニューマチックケーソン工法について説明する。
図１は本実施の形態の掘削状況管理システムＡを使用して掘削状況の管理が行われるニューマチックケーソン工法を説明するための図である。
【００１４】
ニューマチックケーソン工法では、ケーソン躯体７の下部となるケーソン底部７ａに、作業室７１が設けられる。この作業室７１は、天井スラブ７２と、その縁部から垂下されて天井スラブ７２を囲繞する刃口部７３と、掘削底面Ｇとによって囲まれている。
【００１５】
ケーソン躯体７は、鉄筋コンクリートや鋼材などによって、円筒形状、多角筒形状、楕円筒形状などに構築されている。天井スラブ７２の上方と作業室７１内とは、マテリアルシャフト７６やマンシャフト（図示省略）によって繋がっている。
【００１６】
作業室７１内には、地下水の浸入を防ぐために圧縮空気が充填されており、作業室７１内は、高気圧環境となっている。作業室７１内への資材等の搬入や掘削土の排出は、マテリアルロックを備えたマテリアルシャフト７６を介して行われる。
【００１７】
作業室７１における掘削は、掘削機としてのケーソンショベル７５によって行われる。ケーソンショベル７５は、天井スラブ７２の下面７２ａに敷設された走行レール７４に沿って移動することができる。
【００１８】
このケーソンショベル７５は、走行部７５１を介して走行レール７４に取り付けられている。走行部７５１は、走行レール７４に沿って移動可能となっており、かつ、ケーソンショベル７５は、走行部７５１に対して水平方向に回動可能であるとともに、上下方向に揺動可能となっている。また、走行レール７４に対する走行部７５１の走行、走行部７５１に対するケーソンショベル７５の回動および揺動、および、ケーソンショベル７５の掘削動作は、地上に設置された遠隔操作室（図示省略）からの遠隔操作によって制御することができる。
【００１９】
なお、ケーソンショベル７５は、作業室７１内に複数台、配置することができる。それぞれのケーソンショベル７５に掘削可能とする領域が設定されており、分担された領域の掘削が可能となるように複数の走行レール７４が敷設される。
【００２０】
ケーソンショベル７５による掘削が進行すると、ケーソン躯体７の自重とそれに載荷された荷重の合計が地盤の沈下抵抗力を上回って、ケーソン躯体７は沈下することになる。
【００２１】
このケーソン躯体７の沈下速度や沈下量に影響する沈下抵抗力は、刃口部７３近辺に残置された地盤（土砂サンドル）の量によって管理することができる。そこで、図２を参照しながら、４つの掘削形状Ｇ１−Ｇ４について説明する。
【００２２】
まず、実線で示した掘削形状Ｇ１は、刃口部７３の内周面７３ａの上部が露出して、土砂サンドルの法尻間は底面幅Ｎ２となっている。一方、一点鎖線で示した掘削形状Ｇ２は、内周面７３ａの露出量は掘削形状Ｇ１と同じであるが、掘削底面Ｇが下がって土砂サンドルの法尻間は底面幅Ｎ１となる。
【００２３】
これに対して、二点鎖線で示した掘削形状Ｇ３は、掘削形状Ｇ２と同じ底面幅Ｎ１であるが、刃口部７３の内周面７３ａの露出量が増加している。他方、破線で示した掘削形状Ｇ４は、刃口部７３の内周面７３ａはすべて地盤に覆われて、天井スラブ７２の下面７２ａが土砂サンドルに支持された状態となっている。
【００２４】
この掘削形状Ｇ４の状態のときが、最も沈下抵抗力が高くなるのは明らかである。このときの天井スラブ７２の下面７２ａと地盤との接触位置の平面位置間の距離を開口幅Ｍ０とする。
【００２５】
一方、掘削形状Ｇ１，Ｇ２の刃口部７３の内周面７３ａと地盤との接触位置の平面位置間の距離は、開口幅Ｍ１となる。開口幅Ｍ１は開口幅Ｍ０よりも広く、開口幅Ｍ１の状態のときの方が沈下抵抗力が減少していると言える。
【００２６】
さらに、掘削形状Ｇ３の刃口部７３の内周面７３ａと地盤との接触位置は、掘削形状Ｇ１，Ｇ２の接触位置よりも下がっている。この掘削形状Ｇ３の接触位置の平面位置間の距離は、開口幅Ｍ２となる。
【００２７】
開口幅Ｍ２は開口幅Ｍ１よりも広く、開口幅Ｍ２の状態のときの方が開口幅Ｍ１のときよりも、さらに沈下抵抗力が減少していると言える。このように作業室７１の空間の広さを平面位置で示す開口幅Ｍ０，Ｍ１，Ｍ２を使って、開口断面積を算定する。
【００２８】
図２は、ある一縦断面における開口幅Ｍ０，Ｍ１，Ｍ２を示しているに過ぎない。掘削状況によっては、ケーソン躯体７のすべての縦断面で開口幅（Ｍ０，Ｍ１，Ｍ２）が異なる場合もあることから、作業室７１の全周（刃口部７３の内周面７３ａ）に亘って開口幅の測定を行う。
【００２９】
そして、開口幅の全周形状（図３の接触位置線８１参照）から、開口断面積を算定する。他方、ケーソン躯体７の刃口部７３の先端間の距離は、掘削状況に関わらず変化しない。
すなわち、図２に示すある一縦断面におけるケーソン幅Ｋは、設計図から得られるように一定である。但し、縦断面が違えばケーソン幅Ｋも変わる場合があるため、刃口部７３の先端の平面の全周形状（図３の刃口先端線８２参照）からケーソン断面積を算定する。
【００３０】
また、掘削状況は、図１に示すように、ケーソンショベル７５に取り付けられた距離計測機１００の測定結果に基づいて管理されることになるが、構築されて沈降させる前の刃口部７３やケーソン底部７ａを距離計測機１００によって予め計測しておくことで、キャリブレーションをすることができる。そして、この距離計測機１００によって実際に測定された結果に基づいて算定された開口断面積とケーソン断面積とから、開口率の一種である面積開口率を算定する。
【００３１】
面積開口率＝（開口断面積）／（ケーソン断面積）  ・・・（式１）
開口断面積は、開口幅（Ｍ０，Ｍ１，Ｍ２）が広くなる方が大きくなるので、上述した説明から面積開口率が大きいほど沈下抵抗力が低く、ケーソン躯体７が沈下しやすい状態と言える。
【００３２】
なお、上述の面積開口率に替えて下記（式２）により体積開口率を求め、作業室７１内の掘削状況をより詳細に管理することもできる。
体積開口率＝（開口体積）／（ケーソン刃口内体積）        （式２）
ここで、開口断面積は、作業室７１の鉛直方向のある位置の断面積を示しているが、開口体積は、作業室７１となる空間の体積を示すことになる。この開口体積には、ケーソン刃口内体積を対比させることになる。
【００３３】
また、ケーソン刃口内体積とは、刃口部７３の先端の鉛直方向の位置（高さ）を底面として、刃口部７３の内周面７３ａと天井スラブ７２の下面７２ａとに囲まれた空間の体積を指す。
【００３４】
そこで、本実施の形態の掘削状況管理システムＡでは、開口断面積（あるいは体積開口率）を算定するために、天井スラブ７２の下面７２ａまたは刃口部７３の内周面７３ａと地盤との接触位置（掘削状況）の測定を行う。
【００３５】
（掘削状況管理システム）
次に、本実施の形態の掘削状況管理システムＡについて説明する。
この掘削状況管理システムＡは、上述のように天井スラブ７２の下面７２ａまたは刃口部７３の内周面７３ａと地盤との接触位置の測定を行うのにあたり、距離計測機１００を用いる。
【００３６】
この距離計測機１００は、図１、図４Ａ、図４Ｂに示すように、移動式のケーソンショベル７５に取り付けられている。この距離計測機１００は、測定光としてのレーザ光Ｌｂを測定対象としての掘削底面Ｇ（地盤）などに照射するとともに、掘削底面Ｇからの反射光Ｌｒ（図５参照）を受光して、距離計測機１００と掘削底面Ｇとの相対距離を測定する。
【００３７】
また、掘削状況管理システムＡは、同時に、ケーソン躯体７に対するケーソンショベル７５の位置も検出し、このケーソンショベル７５の位置と、ケーソンショベル７５に対する地盤の距離とに基づいて、ケーソン躯体７に対する地盤の位置（地盤形状）を測定することができる。
【００３８】
なお、ケーソン躯体７に対するケーソンショベル７５の位置は、例えば、走行部７５１にエンコーダを取り付けて移動距離が測定できるようにしておくことで、把握することができる。あるいは、走行レール７４に間隔を置いて検出センサを設置しておき、走行部７５１が通過した際の検出センサからの出力によって、距離計測機１００の位置を特定させることもできる。
【００３９】
さらには、天井スラブ７２の下面７２ａに位置情報となる線や記号を付しておき、ケーソンショベル７５に取り付けられた監視カメラ（図示省略）でその位置情報を撮影することで、距離計測機１００の位置を特定することもできる。
【００４０】
また、この距離計測機１００は、上下方向にレーザ光Ｌｂ（測定光）の照射角度を変える機構を備えている。そして、距離計測機１００の仰角または俯角などの角度は、距離計測機１００に備えられた傾斜計や、角度変更の制御を行うモータに取り付けられたエンコーダ等によって測定される。
【００４１】
距離計測機１００の３次元位置が特定できれば、天井スラブ７２の下面７２ａまたは刃口部７３の内周面７３ａと距離計測機１００との距離は、設計図面、設計データまたは上述したような事前の計測結果から取得することができる。
【００４２】
これに対して、レーザ光Ｌｂを上下に振って、それぞれの角度で下面７２ａまたは内周面７３ａとの距離を測定したときに、設計データ等と異なる距離が測定されれば、その位置には地盤が残置しているものと推定できる。このため、下面７２ａまたは内周面７３ａと地盤との接触位置も特定することができる。
このような距離計測機１００による下面７２ａまたは内周面７３ａと地盤との接触位置の特定は、作業室７１の全周に亘って行われる。
【００４３】
（距離計測機）
以下に、距離計測機１００の構成を詳細に説明する。
上述した距離計測機１００は、図５に示すように計測機本体１１０と耐圧容器１２０とを備える。
計測機本体１１０は、レーザ発振器１１１から測定光としてのレーザ光Ｌｂを測定対象（掘削底面Ｇなど）に照射し、測定対象からの反射光Ｌｒを受光素子（受光部位）１１２により受光して、掘削底面Ｇとの相対距離を測定する周知のものである。なお、図５では、レーザ光Ｌｂの光軸と同軸で返ってきた反射光Ｌｒをハーフミラー１１３により受光素子１１２に向けて反射する構造のものを示しているが、受光素子１１２を、レーザ発振器１１１と並列に設けてもよい。
【００４４】
耐圧容器１２０は、計測機本体１１０を、高気圧の作業室７１に対して低圧の気密状態に形成された収容室１２１内に収容するもので、箱状の容器本体１３０と、この容器本体１３０に設けられた透光窓１４０とを備える。
【００４５】
容器本体１３０は、金属あるいは樹脂により略矩形の箱状に形成され、かつ、窓用開口部１３１が開口されている。この窓用開口部１３１は、図６に示すように、容器本体１３０の一側面１３２のみならず、上面１３３および底面１３４にも連続して開口されている。
すなわち、計測機本体１１０は、上述のように上下方向にレーザ光Ｌｂの照射角度を変える走査機構を備えている。そこで、窓用開口部１３１は、計測機本体１１０のレーザ光Ｌｂを、真上方向および真下方向を含む１８０度を超える範囲（例えば、１９０度の範囲であり図４Ａ参照）に走査可能に開口されている。
【００４６】
さらに、透光窓１４０は、耐圧容器１２０の内部に設置した計測機本体１１０のレーザ光Ｌｂおよびその反射光を透過可能とするため、図５に示すように、フロートガラス板、石英ガラス板、アクリル板、などにより形成され、耐圧性に優れた透光板材１４１により覆われている。さらに、この透光板材１４１は、計測機本体１１０のレーザ光Ｌｂの照射方向に正対する角度に対して、傾斜角度θだけ傾けて配置されている。なお、この傾斜角度θは、５〜３０度の範囲内とする。
そして、透光板材１４１の外周部と、容器本体１３０の窓用開口部１３１の縁部との間には、全周に亘ってシール材１４２が設けられて気密性が保持されている。
【００４７】
また、透光板材１４１と計測機本体１１０との間には、透光板材１４１の傾斜角度θに応じ、レーザ光Ｌｂの透光板材１４１による反射光を、計測機本体１１０の受光部位から逃がすことが可能な距離Ｌｄが確保されている。
すなわち、傾斜角度θと距離Ｌｄとの関係は、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃに示すように、傾斜角度θが小さい程、距離Ｌｄを長く確保し（図７Ａ参照）、傾斜角度θが大きい程、距離Ｌｄを短くすることができる（図７Ｃ参照）。なお、図７Ａ、図７Ｂ、図７Ｃにおいて、Ｌｄ（ａ）＞Ｌｄ（ｂ）＞Ｌｄ（ｃ）である。具体的には、図７Ａでは、θａ＝５度程度で、Ｌｄ（ａ）＝１５０ｍｍ程度、図７Ｂでは、θｂ＝１０度程度で、Ｌｄ（ｂ）＝１００ｍｍ程度、７Ｃでは、θｃ＝１５度程度で、Ｌｄ（ｃ）＝５０ｍｍ程度の値となる。
【００４８】
加えて、透光板材１４１の表面には、撥水撥油性のコーティング剤（例えば、フロロサーフ（商標））１４３が塗布され、レーザ光Ｌｂおよび反射光Ｌｒの透過性の向上および拡散性の低下を図っている。
【００４９】
また、耐圧容器１２０の容器本体１３０の内面が、測定光および反射光の反射を抑制する反射抑制材１３５により覆われている。なお、反射抑制材１３５としては、タイルカーペット、ポリウレタンシートが好ましい。
【００５０】
（掘削状況管理システム）
次に、本実施の形態の掘削状況管理システムＡの構成について説明する。
掘削状況管理システムＡは、図８に示すように、刃口部接触点測定部２と、開口断面積算定部３と、ケーソン断面積算定部４と、面積開口率算定部５（掘削状況算出部）と、可視化部６とによって主に構成される。なお、この掘削状況管理システムＡとしては、面積開口率を算出するものを示すが、前述のように、体積開口率を算出してもよい。
【００５１】
刃口部接触点測定部２は、上述した距離計測機１００と、判定処理部２２とによって主に構成される。判定処理部２２では、距離計測機１００によって計測された距離データと作業室７１の内周形状とを対比することで、ケーソン躯体７の下面７２ａまたは内周面７３ａと地盤との接触位置を特定する。
【００５２】
距離計測機１００による測定と判定処理部２２による接触位置の特定は、作業室７１の全周に亘って行われる。ここで、作業室７１の全周に亘る測定は、連続して行うこともできるが、周方向に間隔をおいて断続的に行われるものであってもよい。
【００５３】
開口断面積算定部３では、接触位置の平面位置の全周形状から開口断面積を算定する。すなわち、接触位置は３次元データとして得られるが、その接触位置のデータを平面上の２次元データに変換して平面位置を特定する。
【００５４】
開口断面積は、図３に一点鎖線で示すように、平面で見たときの接触位置を示す接触位置線８１で囲まれた内側の面積となる。一方、ケーソン断面積算定部４では、刃口部７３の先端の平面視の全周形状となる刃口先端線８２の内側の面積を、ケーソン断面積として算定する。
このケーソン断面積算定部４によるケーソン断面積の算定は、ケーソン躯体７の沈降を開始する前に一度、実施されればよい。また、予め算定された値を取り込む構成であってもよい。
【００５５】
そして、面積開口率算定部５では、開口断面積算定部３で算定された開口断面積と、ケーソン断面積算定部４で算定されたケーソン断面積とに基づいて、上述した（式１）から掘削状況としての面積開口率を算定する。
【００５６】
この面積開口率算定部５で算定された演算結果は、コンピュータに接続された表示モニタやプリンタなどの可視化部６に表示される。また、可視化部６では、図６に示したような接触位置線８１および刃口先端線８２の平面位置を図化して出力することもできる。
【００５７】
（実施の形態の作用）
次に、本実施の形態の距離計測機１００および掘削状況管理システムＡの作用について説明する。
前述したように、掘削状況管理システムＡが面積開口率を算出するのにあたり、距離計測機１００は、レーザ光Ｌｂを走査し、天井スラブ７２の下面７２ａまたは刃口部７３の内周面７３ａと地盤との接触位置の測定を行う。
【００５８】
上記の距離計測機１００のレーザ光Ｌｂの照射にあたり、計測機本体１１０は、図４Ａに示すように、レーザ光Ｌｂを上下方向に走査させる。
また、ケーソンショベル７５は、掘削作業を行うのにあたり、図４Ｂに示すように、走行部７５１の支持軸７５１ａを中心として回動しながら作業を行う。このため、計測機本体１１０から上下方向の照射されるレーザ光Ｌｂは、ケーソンショベル７５の回動動作に伴って、矢印Ｓｂに示すように水平方向にも走査される。
【００５９】
さらに、ケーソンショベル７５は、天井スラブ７２の下面の走行レール７４に沿って、図４Ｃに示すように水平方向に移動し、各移動箇所において、支持軸７５１ａを中心水平方向に回動しながら掘削動作を行う。このため、レーザ光Ｌｂは、矢印Ｓｂに示すように、ケーソンショベル７５の各移動位置において、それぞれ、水平方向の全周に亘って走査され、これにより、作業室７１の全域に亘って走査することができる。
【００６０】
このように、レーザ光Ｌｂは、距離計測機１００から上下方向に走査されるだけであるが、距離計測機１００をケーソンショベル７５に取り付けたため、ケーソンショベル７５の掘削作動に伴って、作業室７１の全域に亘って走査される。これにより、天井スラブ７２の下面７２ａまたは刃口部７３の内周面７３ａと地盤との接触位置の測定を正確に行うことができるとともに、面積開口率（あるいは体積開口率）を正確に算出することができる。
【００６１】
また、作業室７１は、地盤から作業室７１に水が浸入することのない高気圧に設定されている。このため、距離計測機１００は、この高気圧に晒されるとともに、掘削作業時に、他部材や地盤と干渉するおそれもある。
それに対し、本実施の形態では、距離計測機１００は、計測を行う計測機本体１１０を耐圧容器１２０内に収容したため、上述の高気圧および干渉時の衝撃から保護することができる。
【００６２】
さらに、上述のように計測機本体１１０を耐圧容器１２０に収容したが、耐圧容器１２０には、測定光としてのレーザ光Ｌｂおよびレーザ光Ｌｂが地盤などの測定対象で反射した反射光の透過を可能とする透光板材１４１により覆われた透光窓１４０を設けた。
【００６３】
このため、計測機本体１１０を耐圧容器１２０に収容しても、距離の計測が可能である。
しかも、透光窓１４０では、透光板材１４１を、レーザ光Ｌｂの照射方向に正対する角度（照射方向に直角を成す角度）に対して傾斜角度θだけ傾斜して設置している。このため、計測機本体１１０から照射したレーザ光Ｌｂが透光板材１４１で反射した場合、照射方向とは異なる方向に進む迷走光が生じる。
【００６４】
さらに、計測機本体１１０は、測定対象で反射した反射光を受光する受光素子１１２は、レーザ光Ｌｂの照射方向と同軸で受光するようになっている。このため、レーザ光Ｌｂが透光板材１４１で反射した場合、受光素子１１２は、この透光板材１４１の反射光を受光し、これを測定対象からの反射光と誤検出し、距離検出精度の低下を招くおそれがある。
【００６５】
それに対し、本実施の形態では、透光板材１４１をレーザ光Ｌｂの照射方向に対して正対する角度から傾斜角度θで傾斜させたため、透光板材１４１での反射光は、レーザ光Ｌｂの光軸とは異なる方向に向かい、この迷走光による誤検出を抑制できる。
加えて、計測機本体１１０と透光板材１４１との間には、傾斜角度θに応じ、レーザ光Ｌｂの透光板材１４１による反射光を、計測機本体１１０の受光部位である受光素子１１２から逃がすことが可能な距離Ｌｄを確保している。
したがって、この距離Ｌｄを十分に確保しないものと比較して、上述の透光板材１４１での反射光による誤検出を、さらに確実に抑制できる。
【００６６】
また、透光板材１４１の表面に、撥水撥油性のコーティング剤を塗布しているため、計測機本体１１０から照射されたレーザ光Ｌｂの反射を抑制できる。これにより、透光板材１４１で反射した迷走光が受光素子１１２の方向に進みにくくなった。そして、これにより、計測機本体１１０と透光板材１４１との間に確保が必要な距離Ｌｄを低減可能となった。具体的には、コーティング剤の非塗布状態で距離Ｌｄ＝１５０ｍｍを確保する必要があったのが、コーティング剤の塗布状態では、距離Ｌｄ＝５０ｍｍとなった。
これにより、耐圧容器１２０の必要な光軸に沿う方向の寸法Ｘ（図５参照）を、一層小さく形成することが可能となり、距離計測機１００のコンパクト化が可能となった。
【００６７】
加えて、透光板材１４１で反射した迷走光および測定対象で反射して透光窓１４０を介して耐圧容器１２０に入ったものの、レーザ光Ｌｂの光軸方向に進まなかった迷走光は、容器本体１３０の内面で乱反射してさらに迷走するおそれがある。
それに対し、本実施の形態では、耐圧容器１２０の内面を反射抑制材１３５により覆ったため、この容器本体１３０の内面での乱反射を抑え、乱反射による迷走光による誤検出を、さらに抑えることができる。
【００６８】
（実施の形態の距離計測機の効果）
以下に、実施の形態の距離計測機の効果を列挙する
１）実施の形態の距離計測機１００は、
測定光としてのレーザ光Ｌｂを測定対象（天井スラブ７２、刃口部７３、掘削底面Ｇ）へ照射するとともにその反射光を受光して測定対象との距離を計測する計測機本体１１０と、この計測機本体１１０を収容する耐圧容器１２０と、を備え、
耐圧容器１２０は、レーザ光Ｌｂおよび反射光の透過を可能とする透光板材１４１により覆われた透光窓１４０を備えていることを特徴とする。
したがって、計測機本体１１０が、高気圧などの外部環境の影響を受けることなく正確に計測することが可能となる。
【００６９】
２）実施の形態の距離計測機１００は、
透光板材１４１は、レーザ光Ｌｂの照射方向に正対する角度に対して傾斜角度θだけ傾斜して設置されていることを特徴とする。
したがって、計測機本体１１０から照射したレーザ光Ｌｂの透光板材１４１による反射成分は、レーザ光Ｌｂの光軸とは異なる方向に主として反射し、この透光板材１４１による迷走光を原因とする誤検出が生じるのを抑制できる。
【００７０】
３）実施の形態の距離計測機１００は、
計測機本体１１０と透光板材１４１との間に、透光板材１４１の傾斜角度θに応じ、レーザ光Ｌｂの透光板材１４１からの反射光を計測機本体１１０の受光部位から逃がすことが可能な距離Ｌｄが確保されていることを特徴とする。
したがって、計測機本体１１０と透光板材１４１との間に、透光板材１４１からの反射光を受光素子１１２から逃がすことが可能な距離Ｌｄを確保していないものと比較して、透光板材１４１での迷走光による誤検出を、さらに抑制できる。
【００７１】
４）実施の形態の距離計測機１００は、
透光板材１４１の表面に、撥水撥油性のコーティング剤が塗布されていることを特徴とする。
したがって、透光板材１４１の表面に撥水撥油性のコーティング剤を塗布していないものと比較して、透光板材１４１における測定光および反射光の透過性を高めるとともに、拡散性を低下させて、距離検出精度を向上できる。
【００７２】
５）実施の形態の距離計測機１００は、
耐圧容器１２０の容器本体１３０の内面が、レーザ光Ｌｂおよび反射光の反射を抑制する反射抑制材１３５により覆われていることを特徴とする。
したがって、反射抑制材１３５により覆っていないものと比較して、レーザ光Ｌｂおよびその反射光が、耐圧容器１２０の容器本体１３０の内面でさらに乱反射して拡散するのを抑え、距離検出精度を向上できる。
【００７３】
（実施の形態の掘削状況管理システムの効果）
以下に、実施の形態の掘削状況管理システムＡの効果を列挙する
ａ）実施の形態の掘削状況管理システムＡは、
距離計測機１００が、ニューマチックケーソン工法のケーソン底部７ａ側から、天井スラブ７２とその縁部から垂下されて天井スラブ７２を囲繞する刃口部７３と掘削底面Ｇとに囲まれる作業室７１内の地盤に向けて測定光としてのレーザ光Ｌｂを照射して、地盤との距離Ｌｄを計測可能に設置され、
距離計測機１００と地盤との距離に基づいて、地盤の掘削状況を求める掘削状況算出部としての面積開口率算定部５を備えることを特徴とする。
したがって、計測機本体１１０が、ニューマチックケーソン工法による高気圧の作業室７１内に晒されても、計測機本体１１０に不具合が生じるのを抑制し、正確に距離測定を行って、高精度に掘削状況を求めることができる。
【００７４】
ｂ）実施の形態の掘削状況管理システムＡは、
距離計測機１００が、天井スラブ７２に取り付けられる移動式の掘削機としてのケーソンショベル７５に取り付けられていることを特徴とする。
したがって、ケーソンショベル７５の掘削作業による移動に伴って、レーザ光Ｌｂを水平方向に走査させることができるため、距離計測機１００の走査用の駆動装置を省略して、構成の簡略化およびコスト低減が可能となる。
【００７５】
以上、図面を参照して、本開示の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本開示の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本開示に含まれる。
【００７６】
例えば、実施の形態では、距離計測機をニューマチックケーソン工法により掘削する掘削状況管理システムに適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、他の高気圧環境下、低圧環境下、あるいはそれ以外の計測機本体の保護が必要な環境下で使用可能である。したがって、掘削状況管理システム以外の距離計測が必要なシステムにも適用することができる。
【００７７】
また、実施の形態の距離計測機としては、１軸のレーザ光を照射するものを例として挙げたが、その測定光としては、レーザ光に限定されるものではなく、赤外線などの他の測定光を照射するものに適用することができる。さらに、その照射形態も、２次元や３次元で照射する、いわゆる２Ｄスキャナ、３Ｄスキャナを用いることもできる。
【００７８】
また、実施の形態では、透光窓および窓用開口部を、耐圧容器の側面、上面、底面に連続させて、測定光（レーザ光）の走査方向に長い形状としたものを示したが、その形状はこれに限定されない。測定光の走査範囲によっては、例えば、耐圧容器の側面のみ、あるいは、側面と底面とに形成することができる。また、２Ｄスキャナ、３Ｄスキャナのように、測定光に幅を持たせて照射するものでは、透光窓および窓用開口部を走査方向に長い形状に形成する必要はない。
【符号の説明】
【００７９】
５     面積開口率算定部（掘削状況算出部）
７     ケーソン躯体
７ａ   ケーソン底部
７１   作業室
７２   天井スラブ
７３   刃口部
７５   ケーソンショベル（掘削機）
１００ 距離計測機
１１０ 計測機本体
１１２ 受光素子（受光部位）
１２０ 耐圧容器
１３５ 反射抑制材
１４０ 透光窓
１４１ 透光板材
１４３  コーティング剤
Ａ     掘削状況管理システム
Ｇ     掘削底面
Ｌｂ   レーザ光（測定光）
Ｌｄ   距離
Ｌｒ   反射光
θ     傾斜角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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