(57)【要約】【課題】トンネル孔を屈曲させて形成する場合も含めて、トータルステーションを盛り替えることなく測距作業の効率を上げながら、トンネル孔内の測量を行うことを可能とするトンネル測量方法及びトンネル測量方法を提供すること。【解決手段】トータルステーション１３をドリルジャンボ１１に搭載してトンネル孔２０内での測量を行う。この際、トンネル孔２０内壁面２０ａに反射ターゲット１６を配設するととともに、トータルステーション１３によって反射ターゲット１６の位置を検出する。そして、トータルステーション１３によって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲット１６を基準点としてドリルジャンボ１１の位置姿勢を検出する。さらに、位置姿勢が検出されたドリルジャンボ１１に搭載されたトータルステーション１３によって、トンネル孔２０内での測量、例えば、内空変位の測定や切羽面２０ｂとの距離の測定等を行う。【選択図】　　　図１
2004138422.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削機によって地山を掘削してトンネル孔を形成するにあたって、前記掘削機に搭載されたトータルステーションを用いてトンネル孔内での測量を行うトンネル孔内測量方法であって、
トンネル孔内壁面に反射ターゲットを配設する反射ターゲット配設工程と、
トータルステーションによって、反射ターゲットの位置を検出する反射ターゲット位置検出工程と、
トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として前記掘削機の位置姿勢を検出する掘削機位置姿勢検出工程と、
位置姿勢が検出された掘削機に搭載されたトータルステーションによって、トンネル孔内での測量を行う測量工程とを含むことを特徴とするトンネル孔内測量方法。
【請求項２】
前記測量工程は、トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束していない反射ターゲットの内空変位を検出する内空変位検出工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のトンネル孔内測量方法。
【請求項３】
前記測量工程は、トータルステーションによって、切羽面との距離を検出する切羽面距離検出工程を含むことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル孔内測量方法。
【請求項４】
前記反射ターゲット位置検出工程、前記掘削機位置姿勢検出工程、前記測量工程、のうちの少なくとも一つを遠隔操作によって行うことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のトンネル孔内測量方法。
【請求項５】
掘削機によって地山を掘削してトンネルを形成するにあたって、トンネル孔内での測量を行う際に用いられるトンネル孔内測量システムであって、
トンネル孔内壁面に配設される反射ターゲットと、
前記掘削機に搭載されるトータルステーションとを備えることを特徴とするトンネル孔内測量システム。
【請求項６】
前記掘削機による掘削作業と前記トータルステーションによる測量作業とのうちの少なくとも一方を遠隔操作によって行うための遠隔操作手段を有することを特徴とする請求項５に記載のトンネル孔内測量システム。
【請求項７】
前記トータルステーションは、前記反射ターゲットに対する自動追尾機能を有することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のトンネル孔内測量システム。
【請求項８】
前記掘削機には自動水平保持機能を有する架台が設置され、この架台上に前記トータルステーションが載置されていることを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載のトンネル孔内測量システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの掘削工事に用いられるトンネル孔内測量システム及びトンネル孔内測量方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、トンネルの掘削工事においては、トンネル孔内において様々な測量や作業が必要とされている。例えば、切羽面との距離を測量して掘削距離を把握したり、断面の形状を測量してアタリ（計画断面の半径より小さな径の部位）や余掘り（計画断面の半径よりも大きな径の部位）を把握したり、あるいは、トンネル孔内の内空変位を測量してトンネル孔の沈降等の判定が行われたりする。また、掘削機をトンネル孔内で正確に誘導したり安全性を確保したりするために、掘削機の位置や姿勢の正確な測量も必要である。
【０００３】
前記したような測量には一般に、例えば図３に示すようなトータルステーション１１３ａ、１１３ｂが用いられる。トータルステーション１１３ａは、反射ターゲット１１６の位置を検出したり、掘削機１１１の位置姿勢を検出したりする。トータルステーション１１３ｂは、トンネル孔１２０内壁面１２０ａに配設される反射ターゲット１１６からトンネル孔１２０内壁面１２０ａの内空変位を検出したりする。すなわち、トンネル孔１２０内壁面１２０ａの内空変位の検出や掘削機１１１の位置姿勢の検出が、互いに別々の位置に盛りかえられたトータルステーション１１３ａ、１１３ｂによって行われていたため、作業効率が悪いという課題を有していた。なお、符号１１４はカメラ、符号１１７は掘削機１１１やトータルステーション１１３ａ、１１３ｂを遠隔操作をするための遠隔操作部、符号１２０ｂは切羽面を示す。
【０００４】
これに対して、以下に示す特許文献１に記載の技術は、例えば図４（ａ）に示すように、掘削機２１１に対して離れた位置にトータルステーション２１３が設置され、このトータルステーション２１３のみによって、トンネル孔２２０内における様々な測量を行う測量システムである。この際、トータルステーション２１３は、トンネル孔２２０内壁面２２０ａに配設される反射ターゲット２１６からトンネル孔２２０内壁面２２０ａの内空変位を検出することができるとともに、掘削機２１１に設置された反射プリズム２１１ａから掘削機２１１の位置姿勢を検出することができるようになっている。なお、図４（ａ）において符号２２０ｂは切羽面を示す。
【０００５】
特許文献１に記載の技術によれば、トータルステーション２１３を盛り替えることなく、様々な測量が可能であるという効果が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１８２４８４号公報、第１〜５頁、第１〜３図
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、特許文献１に記載の技術においては、測量の基準点となるトータルステーション２１３が掘削機２１１から離れた位置となるトンネル孔２２０内に設置されているため、例えば図４（ｂ）に示すように、トンネル孔２２０が屈曲している場合には、トータルステーション２１３を、掘削機２１１とトンネル孔２２０内で直線で結ぶことができる位置に盛り替える必要がある。すなわち、トンネル孔２２０が屈曲している場合にはトータルステーション２１３の盛り替えが必要であり、測量作業の効率が悪くなってしまうという課題があった。この原因は、測量の基準点となるトータルステーション２１３が掘削機２１１から離れて位置しており、このトータルステーション２１３を盛り替えない限り測量の基準点が変わらないことであると考えられる。
【０００８】
本発明の課題は、トンネル孔を屈曲させて形成する場合も含めて、トータルステーションを盛り替えることなく測量作業の効率を上げながら、トンネル孔内の測量を行うことを可能とするトンネル孔内測量方法及びトンネル孔内測量システムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、例えば図１、図２に示すように、
掘削機（ドリルジャンボ１１）によって地山を掘削してトンネル孔２０を形成するにあたって、前記掘削機（ドリルジャンボ１１）に搭載されたトータルステーション１３を用いてトンネル孔２０内での測量を行うトンネル孔内測量方法であって、
トンネル孔２０内壁面２０ａに反射ターゲット１６を配設する反射ターゲット配設工程と、
トータルステーション１３によって、反射ターゲット１６の位置を検出する反射ターゲット位置検出工程と、
トータルステーション１３によって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲット１６ａを基準点として前記掘削機（ドリルジャンボ１１）の位置姿勢を検出する掘削機位置姿勢検出工程と、
位置姿勢が検出された掘削機（ドリルジャンボ１１）に搭載されたトータルステーション１３によって、トンネル孔２０内での測量を行う測量工程とを含むことを特徴としている。
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、前記トータルステーションによって、トンネル孔内壁面に配設された反射ターゲットの位置が検出される。また、トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として前記掘削機の位置姿勢が検出される。そして、位置姿勢が検出された掘削機に搭載されたトータルステーションによって、トンネル孔内での測量が行われる。すなわち、トンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、トータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。
【００１１】
この際、トンネル孔を屈曲させて形成する場合においても、反射ターゲットを、屈曲部分のトンネル孔内壁面の所定位置、すなわち、トンネル孔内で掘削機と直線で結ぶことができる位置に配設し、配設された反射ターゲットの位置を検出しておくことで、この位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として、前記掘削機の位置姿勢を検出することができる。すなわち、トンネル孔が屈曲している場合においても、トンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、いわば基準点を盛り替えることでトータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。
【００１２】
以上により、従来一般においては互いに異なる位置に盛り替えられたトータルステーションによってそれぞれ行われていたトンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、トンネル孔が屈曲している場合も含めて、トータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。したがって、従来に比して大幅に測量作業の効率化及び作業人員の削減を図ることができる。
【００１３】
なお、掘削機の位置姿勢を検出しておくことで、位置姿勢のデータを、例えば掘削機であるドリルジャンボのドリフタの作業半径を設定する際に用いたりすることができる。なお、このようなデータを逐一コンピュータで計算することで、掘削機を遠隔から制御したり、掘削機に自動掘削させたりすることもできる。
【００１４】
なお、前記測量工程としては、位置が検出され内空変位が収束していない反射ターゲットの内空変位をトータルステーションによって検出する工程や、切羽面の形状をトータルステーションによって検出する工程等がある。
【００１５】
なお、前記掘削機の位置姿勢の検出は、前記したように、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として行うものである。したがって、反射ターゲットの位置精度が重要となる。反射ターゲットの位置を検出する方法としては、例えば、予め設定される基準点から直接検出する方法や、先ず、位置を検出する反射ターゲット以外の反射ターゲットの位置を予め設定される基準点から検出し、次に、この反射ターゲットの位置を基に検出する方法等がある。前記した２つの方法のうち、後者によって反射ターゲットの位置を検出する場合には、精度の確保のために、所定期間ごとに、当初に設定された基準点を基に反射ターゲットの位置を検出しなおすようにすることが望ましい。
【００１６】
なお、前記トータルステーションとは、光波を用いて対象物との距離や角度の測定を行うことができる装置であり、周知の技術である。なお、対象物に対してレーザ光を照射してマーキングする機能を有するもの、対称物を自動追尾する機能を有するもの、オートフォーカス機能を有するもの等、様々な機能を有した装置が開発されている。このトータルステーションは、その設置位置で作業者が操作してもよいし、ＣＣＤカメラ、無線装置等を用いて遠隔操作可能に構成しておくことで、例えば、トンネル孔外に設けられた現場事務所から操作することもできる。
【００１７】
なお、前記反射ターゲットは、基板の表面に薄い反射シートを貼ったものの他、ガラス等から構成された反射プリズムも含む。
【００１８】
請求項２に記載の発明は、例えば図１、図２に示すように、請求項１に記載のトンネル測量方法において、
前記測量工程は、トータルステーション１３によって、位置が検出され内空変位が収束していない反射ターゲット１６ｂの内空変位を検出する内空変位検出工程を含むことを特徴としている。
【００１９】
請求項２に記載の発明によれば、前記測量工程において、トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束していない反射ターゲットの内空変位が検出される。これにより、トンネル孔内壁面の天端のみが沈降したのが、トンネル孔全体が沈降したのかを判定でき、この判定結果を次の掘削作業の参考データとして用いることができる。すなわち、例えば、次の掘削作業において、余掘りをどの程度設定するか等の参考データとすることもできる。
【００２０】
請求項３に記載の発明は、例えば図１、図３に示すように、請求項１又は請求項２に記載のトンネル測量方法において、
前記測量工程は、トータルステーション１３によって、切羽面２０ｂとの距離を検出する切羽面距離検出工程を含むことを特徴としている。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、前記測量工程において、切羽面との距離が検出される。これにより、トータルステーションが掘削距離を把握することができる。また、切羽面上の多数の点との距離を検出することで、切羽面の形状が求められ、これにより、例えば装薬設置のための参考データとすることもできる。
【００２２】
請求項４に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のトンネル測量方法において、
前記反射ターゲット位置検出工程、前記掘削機位置姿勢検出工程、前記測量工程、のうちの少なくとも一つを遠隔操作によって行うことを特徴としている。
【００２３】
請求項４に記載の発明によれば、前記反射ターゲット位置検出工程、前記掘削機位置姿勢検出工程、前記測量工程、のうちの少なくとも一つが遠隔操作によって行われるため、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００２４】
なお、遠隔操作を行う方法としては、例えば、掘削機に、この掘削機による掘削作業やトータルステーションによる測量作業を監視可能な監視手段、例えばＣＣＤカメラを搭載しておくとともに、掘削機やトータルステーションを無線で操作可能に構成しておけばよい。これにより、作業員は、例えばトンネル孔外等に設けられた現場事務所から遠隔操作によって掘削機による掘削及びトータルステーションによる測量を行うことができる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、例えば図１、図２に示すように、
掘削機（ドリルジャンボ１１）によって地山を掘削してトンネル孔２０を形成するにあたって、トンネル孔２０内での測量を行う際に用いられるトンネル孔内測量システム１０であって、
トンネル孔２０内壁面２０ａに配設される反射ターゲット１６と、
前記掘削機（ドリルジャンボ１１）に搭載されるトータルステーション１３とを備えることを特徴としている。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、前記トータルステーションによって、トンネル孔内壁面に配設された反射ターゲットの位置を検出することができる。また、トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として前記掘削機の位置姿勢を検出することができる。そして、位置姿勢が検出された掘削機に搭載されたトータルステーションによって、トンネル孔内での測量を行うことができる。すなわち、トンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、トータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。
【００２７】
この際、トンネル孔を屈曲させて形成する場合においても、反射ターゲットを、屈曲部分のトンネル孔内壁面の所定位置、すなわち、トンネル孔内で掘削機と直線で結ぶことができる位置に配設し、配設された反射ターゲットの位置を検出しておくことで、この位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として、前記掘削機の位置姿勢を検出することができる。すなわち、トンネル孔が屈曲している場合においても、トンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、いわば基準点を盛り替えることでトータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。
【００２８】
以上により、従来一般においては互いに異なる位置に盛り替えられたトータルステーションによってそれぞれ行われていたトンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、トンネル孔が屈曲している場合も含めて、トータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。したがって、従来に比して大幅に測量作業の効率化及び作業人員の削減を図ることができる。
【００２９】
請求項６に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項５に記載のトンネル孔内測量システム１０において、
前記掘削機（ドリルジャンボ１１）による掘削作業と前記トータルステーション１３による測量作業とのうちの少なくとも一方を遠隔操作によって行うための遠隔操作手段（遠隔操作部１７）を有することを特徴としている。
【００３０】
請求項６に記載の発明によれば、前記遠隔操作手段によって、前記掘削機による掘削作業と前記トータルステーションによる測量作業とのうちの少なくとも一方が遠隔操作によって行われるので、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００３１】
請求項７に記載の発明は、請求項５又は請求項６に記載のトンネル孔内測量システム１０において、
前記トータルステーション１３は、前記反射ターゲット１６に対する自動追尾機能を有することを特徴としている。
【００３２】
請求項７に記載の発明によれば、前記トータルステーションは、前記反射ターゲットを自動追尾することができるので、前記トータルステーションによる測量スピードを向上させ、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００３３】
請求項８に記載の発明は、例えば図１に示すように、請求項５〜請求項７のいずれか一項に記載のトンネル孔内測量システム１０において、
前記掘削機（ドリルジャンボ１１）には自動水平保持機能を有する架台１２が設置され、この架台１２上に前記トータルステーション１３が載置されていることを特徴としている。
【００３４】
請求項８に記載の発明によれば、前記掘削機の所定位置に設置された自動水平保持機能を有する架台によって、この架台上に載置されたトータルステーションが自動で水平に保持されるので、トータルステーションによる測距を、精度良く、効率を上げながら行い、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明であるトンネル孔内測量方法及びトンネル孔内測量システムの実施の形態について、図１及び図２を参照して説明する。
【００３６】
本発明は、掘削機によって地山を掘削してトンネル孔２０を形成するにあたって、トンネル孔２０内での様々な測量を行うトンネル孔内測量方法及びトンネル孔内測量システムに関するものである。
【００３７】
本発明に係るトンネル孔内測量システム１０は、例えば図１に示すように、地山を掘削するためのドリルジャンボ１１（掘削機）、ドリルジャンボ１１の所定位置に設置される架台１２、架台１２上に載置されるトータルステーション１３、トータルステーション１３に搭載されるＣＣＤカメラ１４やジャイロコンパス１５、トンネル孔２０内壁面２０ａに配設される反射ターゲット１６、ドリルジャンボ１１やトータルステーション１３を遠隔操作するための遠隔操作部１７、等から概略構成される。
【００３８】
ドリルジャンボ１１は、地山を掘削してトンネル孔２０を形成するためのものであり、周知の技術である。ドリルジャンボ１１には、油圧で駆動するドリフタ１１ａが設置されており、ドリフタ１１ａはガイド上を前後に移動し、内蔵するピストンと油圧モータによる打撃力と回転力で地山を掘削する。なお、ドリルジャンボ１１は、トンネル孔２０内壁面２０ａの頂部等に反射ターゲット１６を配設する際等に用いられる作業台１１ｂを有しており、この作業台１１ｂは支持アーム１１ｂ１の回動範囲内で所定の位置に移動可能である。
【００３９】
架台１２は、ドリルジャンボ１１の所定位置に設置され、自動水平保持機能を有するものである。この架台としては、例えば、本願出願人等による特許３０４３６２８号公報等に記載の技術を用いることができる。この架台１２によって、トータルステーション１３は、自動で水平が保持される。
【００４０】
トータルステーション１３は、対象物に対して測距を行うためのビーム装置と対象物に対して定点パターンを照射するためのレーザ装置とを搭載している。そして、モータによって水平方向及び垂直方向に旋回自在に駆動され、これにより、トータルステーション１３は、所望の方向にビーム装置とレーザ装置とを向けることができる他、旋回角度をエンコーダで読みとることで対象物との測角を行うことも可能である。その他、トータルステーション１３は、測量された距離や角度等を用いて対象物に対する３次元的な位置関係、すなわち座標を求めたりする演算部も有している。
【００４１】
ビーム装置は、出射したビームが対象物に反射して戻って来る時間差または位相差を利用して測距を行うものである。このビーム装置は、対象物そのものから反射するビームを利用するものであっても、対象物に設置した反射物によって反射するビームを利用するものであってもよい。
【００４２】
レーザ装置は、レーザ口から対象物に対して照射される。このレーザ装置は、トータルステーション１３によって測量されたデータ、又はこれらデータを基に所定の演算が行われて出力されたデータ、等を基に求められた３次元座標を、対象物に対してマーキングする際に利用される。
【００４３】
また、トータルステーション１３は、反射ターゲット１６を自動追尾する機能を有する。これは、ビーム装置に内蔵された、図示しないＣＣＤと反射ターゲット１６で反射したビームの反射率とに基づいて、反射物を自動追尾するようにトータルステーション１３が旋回するようにそのモータを駆動させることで行われる。
【００４４】
さらに、トータルステーション１３は、反射ターゲット１６の中心を決定するオートフォーカス機能も備えている。これは、ヘッドの旋回と上下移動とを組合せて行うことで、反射ターゲット１６の周囲をジクザクないしは迷路状に走査移動させながら、反射光を受光部で受けて反射エネルギーの最大点を求めることで行われる。
【００４５】
ＣＣＤカメラは１４は、トータルステーション１３のヘッドに固定されており、トータルステーション１３のヘッドの動きに追従して動作する。
【００４６】
ジャイロコンパス１５は、トータルステーション１３に固定されており、高速で回転する独楽の軸が常に南北を指すジャイロスコープの原理を利用して、トータルステーション１３が指向する方向を検知する。
【００４７】
反射ターゲット１６は、トータルステーション１３のビーム装置やレーザ装置から発光されるレーザ光を受光可能となるように基板の表面に薄い反射シートを貼ったものであるが、その他、ガラス等から構成された反射プリズムでもよい。
【００４８】
遠隔操作部１７は、例えば、トンネル孔２０外に設置された現場事務所に設けられ、ドリルジャンボ１１とトータルステーション１３とを遠隔操作可能である。遠隔操作部１７は、ＣＣＤカメラ１４によって撮影された映像を映し出すディスプレイ１７ａ、ドリルジャンボ１１及びトータルステーション１３から送信された対象物との距離データ等を基に所定の演算を行うとともに、ドリルジャンボ１１やトータルステーション１３に対して指令を送るためのパーソナルコンピュータ１７ｂ、パーソナルコンピュータ１７ｂによる演算結果を出力したりするためのプリンタ１７ｃ等を備えている。作業者はパーソナルコンピュータ１７ｂの有するキーボード１７ｂ１から、ドリルジャンボ１１やトータルステーション１３に対して所定の指令を送ることができるようになっている。なお、送受信手段としては、例えば、無線装置や電話回線等が利用可能である。
【００４９】
次に、本発明に係るトンネル孔内測量方法について説明する。本発明に係るトンネル孔２０内の測量は、掘削機であるドリルジャンボ１１にトータルステーション１３を搭載し、このトータルステーション１３を用いてトンネル孔２０内での測量を行うものである。
【００５０】
［基準点設定工程］
先ず、トンネル孔２０外部に測量の基準となる基準点ｐ０を設定する。なお、この基準点ｐ０の設定位置は、特にトンネル孔２０外部に限定されるものではなく、トンネル孔２０内でもよいことは勿論である。
【００５１】
［掘削工程］
作業員は、現場事務所等の遠隔操作部１７に設置されたパーソナルコンピュータ１７ｂのキーボード１７ｂ１からトータルステーション１３に対して所定の指令を送信する。この作業は、ＣＣＤカメラ１４がトータルステーション１３の測量状況を監視して、画像データを遠隔操作部１７に設置されたディスプレイ１７ａにリアルタイムで送信することで、作業者がディスプレイ１７ａを確認しながら行うことができるものである。トータルステーション１３は、そのレーザ装置、ビーム装置、演算装置等を用いて、設定された基準点ｐ０を基にドリルジャンボ１１の位置及び姿勢を検出し（▲１▼）、検出データを遠隔操作部１７のパーソナルコンピュータ１７ｂに送信する。
【００５２】
パーソナルコンピュータ１７ｂは、予め計画された掘削予定経路のデータを基に、ドリルジャンボ１１のドリフタ１１ａの作業半径、傾き等を算出する。ドリルジャンボ１１は作業員からの掘削の指令を受けて、ドリフタ１１ａを所定の作業半径、傾き等に設定しながら地山を掘削する。ドリルジャンボ１１の掘削状況はＣＣＤカメラ１４によって監視され、画像データは遠隔操作部１７に設置されたディスプレイ１７ａにリアルタイムで送信されるため、作業者はディスプレイ１７ａを確認しながら掘削を行うことができる。
【００５３】
［反射ターゲット配設工程］
ドリルジャンボ１１による掘削とともに、トンネル孔２０内壁面２０ａの所定位置に反射ターゲット１６を配設していく。なお、反射ターゲット１６は、トンネル孔２０の軸方向に、例えば２０ｍ間隔で、断面方向に、例えば３個ずつ配設していく。反射ターゲット１６の配設は、作業員が地上から行ってもよいし、ドリルジャンボ１１の作業台１１ｂに乗り込んで行ってもよい。また、反射ターゲット１６をトンネル孔２０の軸方向に配設する間隔や、断面方向に配設する個数は、自由に設定することができる。この際、トンネル孔２０を屈曲させて形成する場合には、屈曲部分においても反射ターゲット１６とドリルジャンボ１１とを常に直線で結ぶことができる位置に配設していく。
【００５４】
［反射ターゲット位置検出工程］
トータルステーション１３を用いて、配設された反射ターゲット１６の位置を検出する（▲２▼）。反射ターゲット１６の位置の検出は、この反射ターゲット１６以外の反射ターゲット１６等の位置を［基準点設定工程］において設定された基準点ｐ０を基に検出し、検出された反射ターゲット１６の位置を基準点として、いわば間接的に行われてもよいし、［基準点設定工程］において設定された基準点ｐ０を基に直接的に行われてもよい。なお、前記した作業は、作業員が現場事務所からキーボード１７ｂ１等によって遠隔操作することで行う。
【００５５】
［掘削機位置姿勢検出工程］
トータルステーション１３を用いて、［反射ターゲット位置検出工程］において位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲット１６ｂを基準点としてドリルジャンボ１１の位置姿勢を検出する（▲３▼）。すなわち、内空変位が収束した反射ターゲット１６ｂの位置座標が検出され、トータルステーション１３の反射ターゲット１６に対する相対座標を取得することで、トータルステーション１３の絶対座標が取得される。そして、トータルステーション１３のドリルジャンボ１１に対する位置関係から、ドリルジャンボ１１の位置及び姿勢を検出することができる。この作業も、前記したように作業員が現場事務所からキーボード１７ｂ１等によって遠隔操作することで行う。
【００５６】
［内空変位検出工程］
位置姿勢が検出されたドリルジャンボ１１に搭載されたトータルステーション１３を用いて、［反射ターゲット位置検出工程］において位置が検出された反射ターゲット１６のうち、内空変位が収束していない反射ターゲット１６ｂからトンネル孔２０内壁面２０ａの内空変位を検出する（▲４▼）。なお、内空変位は一般に２週間程度で収束するため、内空変位が収束していない反射ターゲット１６ｂとは、トンネル孔２０内壁面２０ａに配設されて２週間を経過していないものということができる。内空変位の検出は、反射ターゲット１６の位置を所定期間をおいて再検出し、期間の前後での座標変化を求めることによって行う。この作業も、前記したように作業員が現場事務所からキーボード１７ｂ１等によって遠隔操作することで行う。なお、トンネル孔２０内壁面２０ａの内空変位を検出することで、トンネル孔２０内壁面２０ａの天端のみが沈降したのが、トンネル孔２０全体が沈降したのかを判定でき、この判定結果を次の掘削作業の参考データとして用いることができる。すなわち、例えば、次の掘削作業において、余掘りをどの程度設定するか等の参考データとすることもできる。
【００５７】
［切羽面距離検出工程］
位置姿勢が検出されたドリルジャンボ１１に搭載されたトータルステーション１３を用いて、切羽面２０ｂとの距離を検出する（▲５▼）。この作業も、前記したように作業員が現場事務所からキーボード１７ｂ１等によって遠隔操作することで行う。なお、切羽面との距離を検出することでトータルステーション１３の掘削距離を把握することができる。また、切羽面２０ｂ上の多数の点とトータルステーション１３との距離を検出することで、切羽面２０ｂの形状が概ね求められ、これにより、例えば装薬設置のための参考データとすることもできる。
【００５８】
その他のトータルステーション１３による測量作業はその詳細を記載することを省くが、その他従来一般の測量作業を行うことができることは勿論である。
【００５９】
本実施の形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００６０】
▲１▼トータルステーション１３によって、トンネル孔２０内壁面２０ａに配設された反射ターゲット１６の位置が検出される。また、トータルステーション１３によって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲット１６ｂを基準点としてドリルジャンボ１１の位置姿勢が検出される。そして、位置姿勢が検出されたドリルジャンボ１１に搭載されたトータルステーション１３によって、トンネル孔２０内での測量が行われる。すなわち、トンネル孔２０内での測量とドリルジャンボ１１の位置姿勢の検出とを、トータルステーション１３を盛り替えることなく行うことができる。
【００６１】
この際、トンネル孔２０を屈曲させて形成する場合においても、反射ターゲット１６を、屈曲部分のトンネル孔２０内壁面２０ａの所定位置、すなわち、トンネル孔２０内でドリルジャンボ１１と直線で結ぶことができる位置に配設し、配設された反射ターゲット１６の位置を検出しておくことで、この位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲット１６ｂを基準点として、ドリルジャンボ１１の位置姿勢を検出することができる。すなわち、トンネル孔２０が屈曲している場合においても、トンネル孔２０内での測量とドリルジャンボ１１の位置姿勢の検出とを、いわば基準点を盛り替えることでトータルステーション１３を盛り替えることなく行うことができる。
【００６２】
以上により、従来一般においては互いに異なる位置に盛り替えられたトータルステーションによってそれぞれ行われていたトンネル孔２０内での測量とドリルジャンボ１１の位置姿勢の検出とを、トンネル孔２０が屈曲している場合も含めて、トータルステーション１３を盛り替えることなく行うことができる。したがって、従来に比して大幅に測量作業の効率化及び作業人員の削減を図ることができる。
【００６３】
▲２▼トータルステーション１３によって、位置が検出され内空変位が収束していない反射ターゲット１６ａの内空変位が検出される。これにより、トンネル孔２０内壁面２０ａの天端のみが沈降したのが、トンネル孔２０全体が沈降したのかを判定でき、この判定結果を次の掘削作業の参考データとして用いることができる。すなわち、例えば、次の掘削作業において、余掘りをどの程度設定するか等の参考データとすることもできる。
【００６４】
▲３▼トータルステーション１３によって、切羽面２０ｂとの距離が検出される。これにより、ドリルジャンボ１１の掘削距離を把握することができる。また、切羽面２０ｂ上の多数の点との距離を検出することで、切羽面２０ｂの形状が求められ、これにより、例えば装薬設置のための参考データとすることもできる。
【００６５】
▲３▼ドリルジャンボ１１による掘削作業とトータルステーション１３による測量作業とのうちの少なくとも一方が遠隔操作によって行われるので、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００６６】
▲４▼トータルステーション１３は、反射ターゲット１６を自動追尾することができるので、トータルステーション１３による測量スピードを向上させ、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００６７】
▲５▼ドリルジャンボ１１に設置された自動水平保持機能を有する架台１２によって、この架台１２上に載置されたトータルステーション１３が自動で水平に保持されるので、トータルステーション１３による測距を、精度良く、効率を上げながら行い、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、掘削機としてドリルジャンボ１１を例に記載しているが、これに限定されるものではなく、その他に例えば、シールド掘削機やトンネルボーリングマシン、ロードヘッダ等が挙げられる。
【００６９】
【発明の効果】
請求項１及び請求項５に記載の発明によれば、トータルステーションによって、トンネル孔内壁面に配設された反射ターゲットの位置が検出される。また、トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として掘削機の位置姿勢が検出される。そして、位置姿勢が検出された掘削機に搭載されたトータルステーションによって、トンネル孔内での測量が行われる。すなわち、トンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、トータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。
【００７０】
この際、トンネル孔を屈曲させて形成する場合においても、反射ターゲットを、屈曲部分のトンネル孔内壁面の所定位置、すなわち、トンネル孔内で掘削機と直線で結ぶことができる位置に配設し、配設された反射ターゲットの位置を検出しておくことで、この位置が検出され内空変位が収束した反射ターゲットを基準点として、掘削機の位置姿勢を検出することができる。すなわち、トンネル孔が屈曲している場合においても、トンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、いわば基準点を盛り替えることでトータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。
【００７１】
以上により、従来一般においては互いに異なる位置に盛り替えられたトータルステーションによってそれぞれ行われていたトンネル孔内での測量と掘削機の位置姿勢の検出とを、トンネル孔が屈曲している場合も含めて、トータルステーションを盛り替えることなく行うことができる。したがって、従来に比して大幅に測量作業の効率化及び作業人員の削減を図ることができる。
【００７２】
請求項２に記載の発明によれば、測量工程において、トータルステーションによって、位置が検出され内空変位が収束していない反射ターゲットの内空変位が検出される。これにより、トンネル孔内壁面の天端のみが沈降したのが、トンネル孔全体が沈降したのかを判定でき、この判定結果を次の掘削作業の参考データとして用いることができる。すなわち、例えば、次の掘削作業において、余掘りをどの程度設定するか等の参考データとすることもできる。
【００７３】
請求項３に記載の発明によれば、測量工程において、切羽面との距離が検出される。これにより、トータルステーションが掘削距離を把握することができる。また、切羽面上の多数の点との距離を検出することで、切羽面の形状が求められ、これにより、例えば装薬設置のための参考データとすることもできる。
【００７４】
請求項４及び請求項６に記載の発明によれば、掘削機による掘削作業と前記トータルステーションによる測量作業とのうちの少なくとも一方が遠隔操作によって行われるので、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００７５】
請求項７に記載の発明によれば、トータルステーションは、反射ターゲットを自動追尾することができるので、トータルステーションによる測量スピードを向上させ、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【００７６】
請求項８に記載の発明によれば、架台上に載置されたトータルステーションが自動で水平に保持されるので、トータルステーションによる測距を、精度良く、効率を上げながら行い、掘削作業の効率化及び作業人員の削減をさらに図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトンネル孔内測量システムの全体構成を示す模式図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）ともに、本発明に係るトンネル孔内測量システムを用いたトンネル孔内測量方法を説明するための模式図である。
【図３】従来のトンネル孔内測量システムの一つの全体構成を示す模式図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）ともに、従来のトンネル孔内測量システムの一つを用いたトンネル孔内測量方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１０　　　　　トンネル孔内測量システム
１１　　　　ドリルジャンボ（掘削機）
１２　　　　架台
１３　　　　トータルステーション
１４　　　　ＣＣＤカメラ
１５　　　　ジャイロコンパス
１６　　　　反射ターゲット
１７　　　　遠隔操作部
１７ａ　　ディスプレイ
１７ｂ　　パーソナルコンピュータ
１７ｃ　　プリンタ
２０　　　　　トンネル
２０ａ　　　内壁面
２０ｂ　　　切羽面
【図１】
2004138422.tif 000003
【図２】
2004138422.tif 000004
【図３】
2004138422.tif 000005
【図４】
2004138422.tif 000006