(57)【要約】【課題】シールド機と覆工体のクリアランスの全体傾向や余掘りの必要範囲と必要量を一目瞭然に把握でき、シールドトンネルの施工管理における品質を向上できる。【解決手段】シールド工法の施工の進捗を管理する施工管理システム１０が、掘進前に予め設定されたシールド機の掘進計画線図および覆工体の配置計画線図と、シールド機と覆工体の位置および方位を含む現状情報に基づく現状図とにおいて、シールド機と覆工体の外周面を複数領域に区画すると共に、掘進計画線図と配置計画線図との偏差、シールド機と覆工体との現状位置の偏差、およびシールド機前部の軌跡と後部の軌跡との偏差を算出する偏差算出部１４と、この偏差に基づいて、掘進計画線図および配置計画線図と現状図とを三次元的に表示すると共に、区画された領域の各々を領域で生じた偏差の度合に応じて設定された色で表示する表示処理部１５と、を備える。【選択図】図２
2018119295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘進機により掘削されたトンネルの内周面に、セグメントを順次組み立てて周方向に接続しながら、前記掘進機の掘進方向に連結して覆工体を構築するシールド工法の施工管理システムであって、
予め設定された前記掘進機の掘進計画線図および前記覆工体の配置計画線図と、前記掘進機および前記覆工体の位置および方位を含む現状情報に基づく現状図とにおいて、それぞれ前記掘進機および前記覆工体の外周面を、トンネル断面周方向およびトンネル軸方向に複数領域に区画し、前記掘進計画線図と前記配置計画線図との偏差を算出すると共に、前記掘進機と前記覆工体との現状位置の偏差を算出する偏差算出部と、
前記偏差算出部により算出された偏差に基づいて、前記掘進計画線図および前記配置計画線図と前記現状図とを三次元的に表示すると共に、前記区画された領域の各々を、当該領域で生じた偏差の度合に応じて設定された色で表示する表示処理部と、
を備えることを特徴とする施工管理システム。
【請求項２】
前記偏差算出部は、前記区画した領域の格子点に座標値を設定し、当該座標値を用いて前記偏差を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の施工管理システム。
【請求項３】
前記偏差算出部は、前記掘進計画線図および前記配置計画線図と、前記現状情報と、に基づいて前記掘進機および前記覆工体の将来位置を予測し、
前記表示処理部は、前記偏差算出部によって予測された将来位置情報に基づく前記掘進機および前記覆工体の将来図を三次元的に表示する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の施工管理システム。
【請求項４】
前記偏差が、前記掘進機と前記覆工体とのクリアランスである
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の施工管理システム。
【請求項５】
掘進機により掘削されたトンネルの内周面に、セグメントを順次組み立てて周方向に接続しながら、前記掘進機の掘進方向に連結して覆工体を構築するシールド工法または推進工法の施工管理システムであって、
予め設定された前記掘進機の掘進計画線図と、前記掘進機の位置および方位を含む現状情報に基づく現状図とにおいて、前記掘進機の外周面を、トンネル断面周方向およびトンネル軸方向に複数領域に区画すると共に、前記掘進計画線図に基づき前記掘進機の前部が通過する軌跡と、前記掘進機の後部が通過する軌跡との偏差を算出する偏差算出部と、
前記偏差算出部により算出された偏差に基づいて、前記掘進計画線図と前記現状図とを三次元的に表示すると共に、前記区画された領域の各々を、当該領域で生じた偏差の度合に応じて設定された色で表示する表示処理部と、
を備えることを特徴とする施工管理システム。
【請求項６】
前記偏差算出部は、前記区画した領域の格子点に座標値を設定し、当該座標値を用いて前記偏差を算出する
ことを特徴とする請求項５に記載の施工管理システム。
【請求項７】
前記偏差算出部は、前記掘進計画線図と、前記現状情報と、に基づいて前記掘進機の将来位置を予測し、
前記表示処理部は、前記偏差算出部によって予測された将来位置情報に基づく前記掘進機の将来図を三次元的に表示する
ことを特徴とする請求項５または６に記載の施工管理システム。
【請求項８】
前記偏差が、前記掘進計画線図における前記掘進機の任意の位置において、前記掘進機が通過する軌跡に対し未掘削となる余掘り必要範囲である
ことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の施工管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド工法等によるシールドトンネルの施工管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド機により地盤にトンネルを掘削し、掘削内周面にセグメントを順次組み立てて周方向に接続しながら掘削の進行方向に連結することでシールドトンネルを構築する筒状の覆工体を形成すると共に、その覆工体から推進反力を得てシールド機により掘進作業を進めるシールド工法が知られている。
【０００３】
このようなシールド工法においては、シールドトンネルの施工管理システムを用いて、シールド機の掘進作業やセグメントの組立作業等を含むシールドトンネルの施工管理を行っている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００４】
具体的に、施工管理システムでは、掘進前に予め設定した計画線に基づいてシールド機の掘進作業を進めながら、実際のシールド機の進行状態を測定し、その測定結果に基づいてシールド機およびセグメント（具体的には、覆工体として組み付けられるセグメント）の現在位置を算出する。そして、その算出結果と計画線との間にずれ等の誤差が生じた場合、当該算出結果に基づいて計画線を修正し、シールド機およびセグメントの将来位置を予測することで、シールド機とセグメントとの接触（より具体的には、シールド機胴筒の後端部とセグメント先端位置とが接触する競りの発生）を未然に回避し、セグメント先端部の内壁面の損傷を防止していた。
【０００５】
このとき、シールド機およびセグメントの将来位置については、シールド機およびセグメントの設計線に対する偏差（シールド機先端部、中折れ部、シールド機胴筒の後端部）と、シールド機胴筒の後端部とセグメント先端位置（切羽側）との相対位置関係（テールクリアランス）を平面図、縦断図および断面図にて水平・鉛直軸の値で表示することで確認できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４８４１４０３号公報
【特許文献２】特開２０１６−１７３７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、ランプシールドトンネル等のように、急勾配で且つ平面線形と縦断線形とが三次元的に複雑に変化する条件下のトンネルの曲線施工においては、シールド機とセグメント位置との間の誤差に起因してクリアランスに偏りが生じる。これに加え、三次元的に変化する曲線施工に伴い前述のテールクリアランスが複雑に変化するため、特許文献１の施工管理装置では、トンネル断面におけるクリアランスの最小値を数値表示するので、全体傾向がつかめない、あるいは、どのエリアのクリアランスが狭くなるか予測できないといった問題があった。
【０００８】
また、このような曲線施工に必要な余掘り範囲も三次元的に変化するため、どの範囲をどの程度余掘りする必要があるか把握できない場合があり、その結果、余掘り不足が発生し、シールド機の線形の逸脱や推力上昇によるセグメント損傷等の不具合が発生する虞があった。
【０００９】
そこで、特許文献２の施工管理装置では、シールド機の三次元の位置および向きを含む現状情報に基づいてシールド機の現状を断面図として表示させると共に、シールド機の掘進後に設けられたセグメントにより形成される覆工体の三次元の位置および向きを含む現状情報に基づいて覆工体の現状を断面図として表示させることで、現状におけるシールド機胴筒の後端部とセグメント先端位置との位置関係（すなわち、テールクリアランス）を計算し、シールド機とセグメントとの競りを回避していた。
【００１０】
しかしながら、特許文献２の施工管理装置では、シールド機の胴筒とセグメント先端位置との現状における細かな位置関係（具体的な数値）が断面図で表示されるものの、それらの全体的なイメージがつかみ難く、オペレータ（施工管理者）が全体を一目瞭然に把握することが困難な問題があった。
【００１１】
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたもので、三次元的に複雑に変化する条件下のトンネル施工においても、シールド機と覆工体とのクリアランスの全体傾向や、余掘りの必要範囲および必要量を一目瞭然に把握でき、これらクリアランスや余掘り範囲を全方向のあらゆる角度から三次元的に確認して確実に把握できるようにすることで、クリアランスの不足する箇所や、余掘りの必要範囲および必要量を予測でき、シールドトンネルの施工管理における品質向上を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
以上の課題を解決するべく、本発明に係る施工管理システムは、
掘進機により掘削されたトンネルの内周面に、セグメントを順次組み立てて周方向に接続しながら、前記掘進機の掘進方向に連結して覆工体を構築するシールド工法の施工管理システムであって、
予め設定された前記掘進機の掘進計画線図および前記覆工体の配置計画線図と、前記掘進機および前記覆工体の位置および方位を含む現状情報に基づく現状図とにおいて、それぞれ前記掘進機および前記覆工体の外周面を、トンネル断面周方向およびトンネル軸方向に複数領域に区画し、前記掘進計画線図と前記配置計画線図との偏差を算出すると共に、前記掘進機と前記覆工体との現状位置の偏差を算出する偏差算出部と、
前記偏差算出部により算出された偏差に基づいて、前記掘進計画線図および前記配置計画線図と前記現状図とを三次元的に表示すると共に、前記区画された領域の各々を、当該領域で生じた偏差の度合に応じて設定された色で表示する表示処理部と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
これによれば、予め設定された掘進機（シールド機）の掘進計画線図および覆工体の配置計画線図と、シールド機および覆工体の位置および方位を含む現状情報に基づく現状図とを三次元的に表示すると共に、掘進計画線図と配置計画線図との偏差、およびシールド機と覆工体との現状位置の偏差が生じた部位毎に、当該偏差の度合に応じて設定された色を用いて色分けした等値線図として表示するので、三次元的に複雑に変化する条件下のトンネル施工においても、シールド機と覆工体とのクリアランスの全体傾向を一目瞭然に把握できる。また、クリアランスを全方向のあらゆる角度から三次元的に確認して確実に把握できるので、シールド機の方向修正、セグメントの種別・組立パターンの変更等の事前の対応が可能となり、セグメント損傷等の不具合を未然に回避でき、シールドトンネルの施工管理における品質向上を図ることができる。
【００１４】
このとき、前記偏差算出部は、前記区画した領域の格子点に座標値を設定し、当該座標値を用いて前記偏差を算出することが好ましい。これによれば、掘進計画線図と配置計画線図との偏差、および掘進機（シールド機）と覆工体との現状位置の偏差を、区画した領域毎に細かく算出でき、正確な等値線図を形成できる。
【００１５】
また、本発明に係る施工管理システムにおいて、
前記偏差算出部は、前記掘進計画線図および前記配置計画線図と、前記現状情報と、に基づいて前記掘進機および前記覆工体の将来位置を予測し、
前記表示処理部は、前記偏差算出部によって予測された将来位置情報に基づく前記掘進機および前記覆工体の将来図を三次元的に表示するようにしてもよい。
【００１６】
これによれば、掘進機（シールド機）および覆工体の将来位置が一目瞭然に確認できるので、シールド機と覆工体とのクリアランスの全体傾向を把握できる。
【００１７】
さらに、本発明に係る施工管理システムにおいて、前記偏差が、前記掘進機と前記覆工体とのクリアランスであることとしてもよい。これによれば、掘進機（シールド機）と覆工体とのクリアランスの全体傾向を一目瞭然に把握でき、シールド機の方向修正、セグメントの種別・組立パターンの変更等の事前の対応が可能となり、セグメント損傷等の不具合を未然に回避できる。
【００１８】
また、本発明に係る施工管理システムは、
掘進機により掘削されたトンネルの内周面に、セグメントを順次組み立てて周方向に接続しながら、前記掘進機の掘進方向に連結して覆工体を構築するシールド工法または推進工法の施工管理システムであって、
予め設定された前記掘進機の掘進計画線図と、前記掘進機の位置および方位を含む現状情報に基づく現状図とにおいて、前記掘進機の外周面を、トンネル断面周方向およびトンネル軸方向に複数領域に区画すると共に、前記掘進計画線図に基づき前記掘進機の前部が通過する軌跡と、前記掘進機の後部が通過する軌跡との偏差を算出する偏差算出部と、
前記偏差算出部により算出された偏差に基づいて、前記掘進計画線図と前記現状図とを三次元的に表示すると共に、前記区画された領域の各々を、当該領域で生じた偏差の度合に応じて設定された色で表示する表示処理部と、
を備えることを特徴とする。
【００１９】
これによれば、予め設定された掘進機（シールド機）の掘進計画線図と、シールド機の位置および方位を含む現状情報に基づく現状図とを三次元的に表示すると共に、掘進計画線図に基づくシールド機の前部の軌跡と、シールド機の後部の軌跡との偏差が生じた部位毎に、当該偏差の度合に応じて設定された色を用いて色分けした等値線図として表示するので、三次元的に複雑に変化する条件下のトンネル施工においても、余掘りの必要範囲および必要量を一目瞭然に把握できる。また、余掘り範囲を全方向のあらゆる角度から三次元的に確認して確実に把握できるので、シールド機の方向修正等の事前の対応が可能となり、余掘り不足等の不具合を未然に回避でき、シールドトンネルの施工管理における品質向上を図ることができる。
【００２０】
このとき、前記偏差算出部は、前記区画した領域の格子点に座標値を設定し、当該座標値を用いて前記偏差を算出することが好ましい。これによれば、掘進計画線図に基づく掘進機（シールド機）の前部の軌跡と、シールド機の後部の軌跡との偏差を、区画した領域毎に細かく算出でき、正確な等値線図を形成できる。
【００２１】
また、本発明に係る施工管理システムにおいて、前記偏差算出部は、前記掘進計画線図と、前記現状情報と、に基づいて前記掘進機の将来位置を予測し、
前記表示処理部は、前記偏差算出部によって予測された将来位置情報に基づく前記掘進機の将来図を三次元的に表示するようにしてもよい。
【００２２】
これによれば、掘進機（シールド機）の将来位置が一目瞭然に確認できるので、余掘りの必要範囲および必要量をより正確に把握できる。
【００２３】
さらに、本発明に係る施工管理システムにおいて、前記偏差が、前記掘進計画線図における前記掘進機の任意の位置において、前記掘進機が通過する軌跡に対し未掘削となる余掘り必要範囲であることとしてもよい。これによれば、余掘りの必要範囲および必要量を一目瞭然に把握できるので、掘進機（シールド機）の方向修正等の事前の対応ができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、三次元的に複雑に変化する条件下のトンネル施工においても、シールド機と覆工体とのクリアランスの全体傾向や、余掘りの必要範囲および必要量を一目瞭然に把握できる。また、クリアランスや余掘り範囲を全方向のあらゆる角度から三次元的に確認して確実に把握できるので、クリアランスの不足する箇所の予測、シールド機の方向修正、セグメントの種別・組立パターンの変更等の事前の対応が可能となり、セグメント損傷等の不具合を未然に回避でき、シールドトンネルの施工管理における品質向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】シールド工法の説明に供するシールドトンネルの縦断面図である。
【図２】実施形態における施工管理システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【図３】実施形態の施工管理システムにおける表示処理を示すフローチャートである。
【図４】実施形態におけるシールド機であり、その外周面の区画した領域における格子点の説明に供する模式図である。
【図５】実施形態における覆工体であり、その外周面の区画した領域における格子点の説明に供する模式図である。
【図６】シールド機の将来位置における格子点の説明に供する模式図である。
【図７】覆工体の将来位置における格子点の説明に供する模式図である。
【図８】シールド機の将来位置における余掘り必要範囲と必要量の説明に供する模式図である。
【図９】図８の要部Ｖを拡大して示す拡大図である。
【図１０】シールド機の将来位置における余掘り必要範囲と必要量の表示例を示す模式図である。
【図１１】シールド機の将来位置における覆工体とのクリアランスの表示例を示す模式図である。
【図１２】シールド機の将来位置における覆工体とのクリアランスの表示例を示す模式図である。
【図１３】シールド機の将来位置における覆工体とのクリアランスの表示例を示す模式図である。
【図１４】シールド機の将来位置における余掘り必要範囲と必要量の表示例を示す模式図である。
【図１５】シールド機の将来位置における覆工体とのクリアランスの表示例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明に係る施工管理システムの実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う施工管理システムもまた本発明の技術思想に含まれる。また、以下の説明において、先端部，前方とは、シールド機の掘進方向前方の部位，方向を示し、後部，後方とは、シールド機の掘進方向前方とは反対側の部位，方向を示すものとする。
【００２７】
＜シールド工法＞
まず、シールド工法について説明する。図１に示すように、かかるシールド工法において、シールドトンネル１は、シールド機２により地盤を掘削しつつ、スクリューコンベア３により搬出される掘削土を不図示の排土用コンベアで送り出すと共に、シールド機２の後部に備えられたセグメント組立機としてのエレクター４によってセグメント５を順次組み立て、それを周方向に接続しながら掘進方向に連結して掘削内周面を覆う筒状の覆工体６を形成することにより構築される。
【００２８】
このシールド工法において、シールド機２は、筒状のマシン本体２ａと、推進ジャッキ２ｂとを有している。マシン本体２ａの先端部には多数のカッタービット（掘削ビット）２ｃが立設されており、回転駆動されるカッター面板２ｄが設けられ、このカッター面板２ｄの背面側にチャンバ２ｅが画成されている。チャンバ２ｅには、掘削土砂の排出用のスクリューコンベア３が連通接続されている。
【００２９】
具体的に、シールド機２は、カッター面板２ｄを回転させながらこれに対向する地山の切羽（不図示）を切り崩し、その掘削土をカッター面板２ｄ後方のチャンバ２ｅ内に取り込む。また、シールド機２は、チャンバ２ｅの下部に設けたスクリューコンベア３により掘削土を後方に搬送排出しながら前進（掘削移動）する。そして、マシン本体２ａの後方においてエレクター４によりセグメント５を周方向に順次組み立てることで構築される覆工体６をシールド機２の後方に配置し、再びシールド機２を推進させる。この後、切羽を切り崩しつつ、覆工体６を継ぎ足して推進することを繰り返すことにより、シールドトンネル１が構築される。このようなシールド工法においては、後述する施工管理システムを用いて、前述のシールド機２の掘進作業やセグメント５の組立作業等を含むシールドトンネル１の施工管理を行っている。
【００３０】
なお、ここでは図示省略するが、このシールド機２は、マシン本体２ａが前後に連結された２つの胴筒からなり、これら前後の胴筒は、互いの胴筒間の周方向に複数配設された不図示の中折れ装置を介して連結されている。そして、シールド機２において、マシン本体２ａを構築する前後の胴筒は、中折れ装置の伸縮により、互いの掘進方向に前後する中心軸線が交差する方向に屈曲可能となっている。
【００３１】
また、このシールド機２には、当該シールド機２および覆工体６の三次元の位置および方位を含む現状情報を計測するための不図示の計測装置が設けられている。この計測装置としては、光学式やジャイロ式等の計測装置を広く適用できる。また、計測装置によって計測された現状情報は、不図示の通信装置等を介して後述する施工管理システムへと送信され、当該施工管理システムにおいてシールドトンネル１の施工管理に用いられる。
【００３２】
＜施工管理システム＞
次に、本発明の一実施形態に係る施工管理システムについて説明する。図２に示すように、本実施形態の施工管理システム１０は、前述したシールド工法において、シールド機２の掘進作業やセグメント５の組立作業等を含むシールドトンネル１の施工を管理するものであり、処理装置としてのパーソナルコンピュータ１１と、このパーソナルコンピュータ１１に接続される入力装置としてのキーボード１２と、パーソナルコンピュータ１０に接続される表示装置としてのディスプレイ１３と、を備えている。
【００３３】
また、施工管理システム１０においてパーソナルコンピュータ１１は、各種情報に基づいてシールド機２と覆工体６との偏差を演算する偏差算出部１４と、偏差算出部１４の算出結果に基づく画像の作成を含む各種画像処理を行う表示処理部１５とを有して構成されている。以下では、特に、シールド機２と覆工体６とのクリアランスや、シールド機２の余掘りの必要範囲および必要量に関する施工管理について説明する。
【００３４】
なお、施工管理システム１０としては、パーソナルコンピュータ１１が偏差算出部１４と表示処理部１５とを備えている点を除き、パーソナルコンピュータ１１とキーボード１２とディスプレイ１３とを有する一般的なシステムを広く適用可能である。また、施工管理システム１０としては、前述の構成に限ることはなく、例えば、この他、例えばタブレット型コンピュータ等のように、処理装置、入力装置および表示装置が一体的に設けられたオールインワンコンピュータを採用することも可能である。
【００３５】
＜施工管理方法＞
具体的に、本実施形態の施工管理システム１０では、図３に示す手順により、シールド機２と覆工体６とのクリアランスや、シールド機２の余掘りの必要範囲および必要量に関する表示処理を実行する。まず、偏差算出部１４は、シールド機２の位置および方位を含む現状情報に基づき、図４に示すように、シールド機２の外周面を、それぞれトンネル断面周方向およびトンネル軸方向に複数領域に区画すると共に、当該区画した領域の格子点Ｐに座標値を設定する（ステップＳ１０）。また、偏差算出部１４は、覆工体６の位置および方位を含む現状情報に基づき、図５に示すように、覆工体６の外周面を、それぞれトンネル断面周方向およびトンネル軸方向に複数領域に区画すると共に、当該区画した領域の格子点Ｐに座標値を設定する（ステップＳ２０）。このとき現状図は、シールド機２および覆工体６の位置および方位を含む現状情報に基づいて三次元的に構成される。
【００３６】
次に、偏差算出部１４は、別ルーティン（Ｒ１）においてシールド機２の掘進距離である覆工体６の１リング分毎に演算されたシールド機２の掘進計画線情報と、ステップＳ１０において設定したシールド機２の外周面における格子点Ｐの座標値とに基づき、図６に示すように、シールド機２の任意の将来位置（すなわち、掘進距離に応じて変化するシールド機２の位置）における格子点Ｐ１，Ｐ２の座標値を演算し予測する（ステップＳ１１）。また、偏差算出部１４は、別ルーティン（Ｒ２）においてシールド機２の掘進距離である覆工体６の１リング分毎に演算された覆工体６の配置計画線情報と、ステップＳ２０において設定した覆工体６の外周面における格子点Ｐの座標値とに基づき、図７に示すように、覆工体６の任意の将来位置（すなわち、掘進距離に応じて変化する覆工体６の位置）における格子点Ｐ１１，Ｐ１２の座標値を演算し予測する（ステップＳ２１）。ここで、シールド機２の格子点Ｐ０および覆工体６の格子点Ｐ１０は、それぞれ現在位置における格子点を示している。
【００３７】
次いで、偏差算出部１４は、予め設定されたシールド機２の将来位置を示す掘進計画線図と、ステップＳ１１において演算したシールド機２の任意の将来位置における格子点Ｐ１，Ｐ２の座標値とに基づき、シールド機２が通過する軌跡（線形）を演算する（ステップＳ１２）。すなわち、図８および図９に示すように、シールド機２が、格子点Ｐ０の存在する現在位置から現状の掘進状態を続け、任意の格子点Ｐ１，Ｐ２が予測される将来位置へと進行する際に、シールド機２が通過する軌跡を予測する。
【００３８】
次に、偏差算出部１４は、ステップＳ１２において予測したシールド機２の軌跡に基づいて、ステップＳ１１において予測したシールド機２の任意の将来位置におけるシールド機２の先端（カッター面板２ｄのカッタービット２ｃが立設された面側）の断面を通過するシールド軌跡（線形）に対して未掘削となる範囲を余掘り必要範囲（すなわち、偏差）として算出する（ステップＳ１３）。また、偏差算出部１４は、ステップＳ１３において算出したシールド機２の未掘削範囲に基づいて、シールド機２の外周面の格子点からシールド機２の通過軌跡までの半径方向の距離をその位置での余掘りにおける必要量（すなわち、偏差）として算出する（ステップＳ１４）。
【００３９】
すなわち、ステップＳ１３およびＳ１４において、偏差算出部１４は、図８および図９に示すように、任意の格子点Ｐ１が存在する将来位置を通り、任意の格子点Ｐ２が存在する将来位置へと進行するシールド機２のマシン本体２ａ前部（先端部）の軌跡Ｋ１，Ｋ２と、その際のシールド機２のマシン本体２ａ後部の軌跡Ｋ３，Ｋ４とを比較し、未掘削となるシールド機２のマシン本体２ａ前部の軌跡Ｋ２とマシン本体２ａ後部の軌跡Ｋ４との間の範囲（換言すれば、マシン本体２ａ前部の軌跡Ｋ２とマシン本体２ａ後部の軌跡Ｋ４との内輪差）を余掘り必要範囲として算出し、当該範囲におけるシールド機２の外周面の格子点からシールド機２のマシン本体２ａ後部の軌跡Ｋ４までの半径方向の距離をその位置での余掘りにおける必要量として算出する。このとき、余掘り必要範囲および必要量は、ステップＳ１０において区画した領域毎に、その領域の４つの格子点における平均値（４つの格子点のうちの最大値でもよい）を算出しておく。なお、４つの格子点における平均値を採用するか最大値を採用するかは、オペレータが任意に設定（カスタマイズ）できる。
【００４０】
次に、表示処理部１５は、偏差算出部１４によりステップＳ１３において算出されたシールド機２の余掘り必要範囲と、ステップＳ１４において算出されたシールド機２の余掘り量とに基づいて、これら余掘り必要範囲・必要量を示す等値線図（コンター図）を作成する（ステップＳ１５）。具体的に表示処理部１５は、図１０および図１１に示すように、偏差算出部１４によりステップＳ１４において算出された領域毎に必要な余掘り量の値に応じて、それぞれ予め設定された色を用いて色分けしたコンター図を作成する。このとき、余掘り量の値のレンジ幅を、例えば１０ｍｍ刻み（０ｍｍ〜１０ｍｍ，１０ｍｍ〜２０ｍｍ・・・）とし、各レンジに対応して赤・黄・青等の色で設定することが好ましい。つまり、余掘り必要量が０ｍｍ〜１０ｍｍの領域は赤色、１０ｍｍ〜２０ｍｍの領域は黄色、２０ｍｍ〜３０ｍｍの領域は青色等を用いて色分けしたコンター図を作成する。また、表示の範囲は、任意の将来位置（位置は任意に指定可能）での１リング掘削幅分の余掘り範囲、余掘り量を１単位として示す（図１０参照）ことができると共に、現在位置から将来位置先端までの余掘り範囲、余掘り量を連続的に示す（図１１参照）こともでき、これらはオペレータが任意に設定変更できる。なお、このコンター図は、前述の現状図と同様に、既存の予め設定されたシールド機２の掘進計画線図および覆工体６の配置計画線図に基づいて三次元的に構成される。
【００４１】
一方、偏差算出部１４は、ステップＳ１２において予測したシールド機２の軌跡と、ステップＳ２１において予測した覆工体６の任意の将来位置とを比較し、これらシールド機２と覆工体６とが重複する範囲にある、覆工体６の外周面の格子点からシールド機２の内周面までの半径方向の最短距離を、その位置でのクリアランス（すなわち、偏差）として算出する（ステップＳ２２）。
【００４２】
すなわち、ステップＳ２２において、偏差算出部１４は、図１３に示すように、任意の将来位置における覆工体６の外周面の格子点（例えば、格子点Ｐ１１またはＰ１２等）を基準とし、シールド機２のマシン本体２ａ後部の軌跡Ｋ３，Ｋ４と比較して、これらシールド機２と覆工体６とが重複する範囲における、当該覆工体６の外周面の格子点（Ｐ１１またはＰ１２等）からシールド機２の内周面までの半径方向の最短距離を、その位置におけるクリアランスとして算出する。このとき、クリアランスは、ステップＳ２０において区画した領域毎に、その領域の４つの格子点における平均値（４つの格子点のうちの最小値でもよい）を算出しておく。なお、４つの格子点における平均値を採用するか最小値を採用するかは、オペレータが任意に設定（カスタマイズ）できる。
【００４３】
次に、表示処理部１５は、偏差算出部１４によりステップＳ２２において算出されたシールド機２と覆工体６とのクリアランスに基づいて、当該クリアランスを示す等値線図（コンター図）を作成する（ステップＳ２３）。具体的に表示処理部１５は、図１２および図１３に示すように、偏差算出部１４によりステップＳ２２において算出された領域毎のクリアランスの値に応じて、それぞれ予め設定された色を用いて色分けしたコンター図を作成する。このとき、各値のレンジ幅を、例えば５ｍｍ刻み（０ｍｍ〜５ｍｍ，５ｍｍ〜１０ｍｍ・・・）とし、各レンジに対応して赤・黄・青等の色で設定することが好ましい。つまり、クリアランスが０ｍｍ〜５ｍｍの領域は赤色、５ｍｍ〜１０ｍｍの領域は黄色、１０ｍｍ〜１５ｍｍの領域は青色等を用いて色分けしたコンター図を作成する。また、表示の範囲は、任意の将来位置（位置は任意に指定可能）での１リング掘削幅分のクリアランスを１単位として示す（図１２参照）ことができると共に、現在位置から所定の将来位置先端までの範囲における任意の位置を複数個所選択して同時に示す（図１３参照）こともでき、これらはオペレータが任意に設定変更できる。なお、このコンター図は、前述の現状図と同様に、既存の予め設定されたシールド機２の掘進計画線図および覆工体６の配置計画線図に基づいて三次元的に構成される。
【００４４】
そして、表示処理部１５は、ステップＳ１５において作成した余掘り必要範囲および必要量のコンター図と、ステップＳ２３において作成したクリアランスのコンター図とを、ディスプレイ１３（図２）に三次元で表示させる（ステップＳ１６）。具体的に、ディスプレイ１３において、余掘り必要範囲および必要量のコンター図は図１４に示すように、また、クリアランスのコンター図は図１５に示すように、それぞれキーボード１２や不図示のマウス等の入力手段（操作部）を用いた操作により、任意に視点を変更することができ、これに伴い、余掘り必要範囲、必要量、クリアランスに関し、任意の視点から三次元的に（換言すれば、３６０°あらゆる視点から任意に）確認することが可能となっている。さらに、シールド機２および覆工体６の将来位置は任意のタイミングで予測でき、そのタイミングでの余掘り量やクリアランスに応じて前述の各種コンター図を三次元的に色分けして表示できる。また、シールドトンネル１が三次元的なカーブを有する場合、そのときのカーブの回転中心を基準とし、どこが一番余掘りが必要となるかを表示することができる。
【００４５】
なお、この施工管理システム１０では、前述のシールド機２の外周面における格子点および覆工体６の外周面における格子点を振り分けて設定するまでの技術は既存の技術であり、シールド機２の将来位置は前述の掘進計画線図に基づいて予測すると共に、覆工体６の将来位置は、前述の配置計画線図に基づいて予測している。そして、これらはシールド機２の現状位置等に基づき、ずれが生じる毎に随時修正される（例えば、Ａｍ先でＢｃｍ以内の範囲にずれが収まるよう管理されている）。すなわち、現計画のまま施工した場合、シールド機２の進行にずれが生じるか否かチェックすることで、計画を見直すと共に、現状、組み立てが完了したセグメント５（すなわち、覆工体６）の位置情報に基づいて現計画でのセグメント５の組立パターンを予測する。これにより、その先にずれが生じるか否かが予測（判断）できる。
【００４６】
以上、説明したように、本実施形態の施工管理システム１０によれば、予め設定されたシールド機２の掘進計画線図および覆工体６の配置計画線図と、シールド機２および覆工体６の位置および方位を含む現状情報に基づく現状図とを三次元的に表示すると共に、掘進計画線図と配置計画線図との偏差、およびシールド機２と覆工体６との現状位置の偏差が生じた部位（すわなち、シールド機２と覆工体６との間におけるクリアランスの大小の部位）あるいは、掘進計画線図に基づきシールド機２の前部が通過する軌跡と、シールド機２の後部が通過する軌跡との偏差が生じた部位（すわなち、余掘り必要範囲および必要量の部位）毎に、当該偏差の度合に応じて設定された色を用いて色分けしたコンター図として三次元的に表示できる。このため、従来は、任意の将来位置におけるシールド機と覆工体との間のクリアランスの最小値等を表示する程度だったが、本実施形態の施工管理システム１０では、三次元的に全方向からシールド機とセグメントの位置関係を把握できる。よって、三次元的に複雑に変化する条件下のトンネル施工においても、シールド機２と覆工体６とのクリアランスの全体傾向や、余掘りの必要範囲および必要量を一目瞭然に把握できる。また、クリアランスや余掘り範囲を全方向のあらゆる角度から三次元的に確認して確実に把握できるので、シールド機２の方向修正、セグメント５の種別・組立パターンの変更等の事前の対応が可能となり、覆工体６の損傷等の不具合を未然に回避でき、シールドトンネル１の施工管理における品質向上を図ることができる。
【００４７】
このとき、偏差算出部１４は、区画した領域の格子点に座標値を設定し、当該座標値を用いて掘進計画線図と配置計画線図との偏差、およびシールド機２と覆工体６との現状位置の偏差（すわなち、シールド機２と覆工体６との間におけるクリアランスの大小）あるいは、掘進計画線図に基づきシールド機２の前部が通過する軌跡と、シールド機２の後部が通過する軌跡との偏差（すわなち、余掘り必要範囲および必要量）を算出することが好ましい。これによれば、上記偏差を、区画した領域毎に細かく算出でき、正確なコンター図を形成できる。
【００４８】
また、偏差算出部１４は、掘進計画線図および配置計画線図と、現状情報と、に基づいてシールド機２および覆工体６の将来位置を予測し、表示処理部１５は、偏差算出部１４によって予測された将来位置情報に基づくシールド機２および覆工体６の将来図を三次元的に表示することにより、シールド機２および覆工体６の将来位置が一目瞭然に確認できるので、シールド機２と覆工体６とのクリアランスの全体傾向や、余掘りの必要範囲および必要量をより正確に把握できる。
【００４９】
なお、前述した実施形態において、予測する範囲は任意に設定できる。具体的に、クリアランスについては、例えば、覆工体６のリング数や、シールド機２が１日分進む距離または半日分進む距離等で設定することができる。また、余掘りについては、覆工体６のリング数で指定する場合と、シールド機２による全体の流れ（軌跡）で設定する場合の２パターンで設定することができる。
【００５０】
また、前述した実施形態においては、掘進機としてシールド機２を適用する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、掘進機としては、例えば、泥水式シールド工法に用いる掘進機や、推進工法に用いる掘進機（但し、推進工法は余掘りに特化する場合に限る）等を適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１…シールドトンネル
２…シールド機（掘進機）
３…スクリューコンベア
４…エレクター（セグメント組立機）
５…セグメント
６…覆工体
１０…施工管理システム
１１…パーソナルコンピュータ（処理装置）
１２…キーボード（入力手段，操作部）
１３…ディスプレイ（表示装置）
１４…偏差算出部
１５…表示処理部
【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７】
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【図８】
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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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