(57)【要約】【課題】  天井に設置する機器の機器据付対象の底部任意の位置からレーザ光照射およびマーキングを発射して天井頂部および据付位置の位置決めを行う。【解決手段】  トンネル底部任意の位置から天井面５０にレーザ光を照射するレーザ照射部１６と、前記レーザ光の照射点における照射距離および照射角度を測定し天井高さを演算するとともに当該天井高さの最大値を天井頂部とするＰＣコントローラ２２と、前記天井頂部にレーザ光を照射固定する角度変更部１２と、前記レーザ照射部１６と同方向に一体化して形成するとともに照射点にマーキング用弾丸を発射させるマーカ発射部１４とからなり、トンネル底部任意の位置から天井頂部を測定してマーキングする。この場合において、前記天井頂部に基づいて前記天井頂部から離間した複数の据付位置を測定しマーキングする。【選択図】    図１ 
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル天井部の高さを測定しマーキングを行うトンネル天井面マーキング方法であって、トンネル底部任意の位置から天井面へ向けてレーザ光を照射することにより、当該レーザ光の照射点における照射距離および照射角度を測定し、前記照射点の鉛直方向となる高さを演算するとともに、演算により求めた当該高さが最大値となるレーザ照射点を天井頂部としトンネル断面の中心と特定することを特徴とするトンネル天井面マーキング方法。
【請求項２】
前記トンネル断面の中心に基づいてトンネル幅方向に離間した複数の点を演算により特定してマーキングし、前記特定した点からトンネル通行方向に離間した位置を演算により特定しマーキングすることを特徴とする請求項１記載のトンネル天井面マーキング方法。
【請求項３】
トンネル天井部の高さを測定しマーキングを行うトンネル天井面マーキング方法であって、トンネル底部任意の位置に設置したマーカ発射部と離間したレーザ照射部から天井面へ向けてレーザ光を照射することにより、当該レーザ光の照射点における照射距離および照射角度を測定し、前記マーカ発射部の前記照射点に対する傾斜角度を演算し前記照射点をマーキングすることを特徴とするトンネル天井面マーキング方法。
【請求項４】
トンネル天井部の高さを測定しマーキングを行うトンネル天井面マーキング装置であって、トンネル底部任意の位置から天井面に向けてレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記レーザ光の照射点における照射距離および照射角度を測定し、前記照射点の鉛直方向となる高さを演算するデータ処理手段と、当該データ処理手段の演算により求めた前記高さが最大値となるレーザ照射点を天井頂部として前記レーザ照射部の照射角度を固定可能とした機能を有する角度変更部と、前記レーザ照射部と同方向に一体化して形成するとともに照射点にマーキング用弾丸を発射させるマーカ発射部とからなり、前記照射点をトンネル底部の任意の位置から特定しマーキングすることを特徴とするトンネル天井面マーキング装置。
【請求項５】
前記データ処理手段は、前記トンネル断面の中心に基づいてトンネル幅方向に離間した複数の位置を特定することを特徴とする請求項４記載のトンネル天井面マーキング装置。
【請求項６】
前記データ処理手段は、前記照射点からトンネル通行方向に離間した位置を演算により特定することを特徴とする請求項５記載のトンネル天井面マーキング装置。
【請求項７】
前記天井頂部は任意に設定した指定位置とすることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のトンネル天井面マーキング装置。
【請求項８】
トンネル天井部の高さを測定しマーキングを行うトンネル天井面マーキング装置であって、トンネル底部任意の位置から天井面に向けてレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記レーザ照射部から離間して設置するとともにマーキング用弾丸を発射させるマーカ発射部と、前記レーザ光の照射点における照射距離および照射角度を測定するデータ処理手段とからなり、前記照射点に対する前記マーカ発射部の傾斜角度を演算するとともに、前記照射点をマーキングすることを特徴とするトンネル天井面マーキング装置。
【請求項９】
前記マーカ発射部は、先端部にマーキング用塗料を塗布した弾丸を用いることを特徴とする請求項４から請求項８に記載のトンネル天井面マーキング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、山岳トンネル及びシールドトンネルのように内壁面が円弧状に形成される一般的なトンネルにおいて、天井面の高さを測定することにより、天井面の頂点を当該トンネル断面の中心と特定し、トンネル断面の中心を基準として機器等の据付位置をマーキングするトンネル天井面マーキング方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
道路トンネル内部には、トンネル内を走行する車両から発生する排出ガスの換気を促進するジェットファン及びブースタファンの他、粉塵等を除去する集塵機、各種配管・ダクト類、照明設備、防災設備等も設置されている。ジェットファンはトンネル幅方向と直交する通行方向に間隔を置いて複数台設置されることが多い。これにより、トンネル内部で発生した排気ガスをジェットファンによる昇圧作用を利用して換気を行っている。このようなジェットファンの設置方法は一般的にトンネル天井面から吊り下げる方法が採られている。
【０００３】
前述のように土木・建築構造物に機器等を設置する場合には、あらかじめ据付け箇所の位置決めを行ういわゆる墨出しと呼ばれる作業が行われる。壁、天井、床等の被照射物の鉛直方向にレーザ光を投光して墨出しを行うラインマーカーに関する公知例として引用文献１が開示されている。
【０００４】
また、建築物の頂上の略真下から頂上と考えられる位置にマーキング塗料を発射し、天井に当てて略頂上位置の位置決めを行う装置が引用文献２に開示されている。
【特許文献１】特開平１０−３２５７２３号公報
【特許文献２】特開２０００−１９９７１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、レーザ光投光による前述の引用文献１、２を含む従来の装置では、いずれも建築物頂上を投光する場合、頂上の真下となる鉛直方向にレーザ装置を設置して位置決めを行っている。よって、山岳トンネル及びシールドトンネルのように内壁面が円弧状に形成される一般的な２車線トンネルの場合には、以下のような問題がある。新設トンネルの工事中には、トンネル内部を多くの工事用車両が通行する必要がある。したがって、前述のようにトンネル内部に設置される機器等の据付箇所を特定するため、工事用車両が頻繁に通行する時間帯に、トンネル断面中心付近および機器等据付位置下方付近のトンネル底部を長時間に亘って専有し、墨出しを行うことは困難である。さらに、従来はトンネル底部において路面上に平面上の据付位置を特定し、その位置から鉛直方向にレーザ光を照射することにより、天井面に墨出しを行っていたため、道路面が舗装されるまでは仮にベニヤ板等で墨出し用の水平面を設ける等の仮設が必要であった。また、供用中のトンネルの場合には、墨出しするために一時的に車線の片側あるいは全線通行止め等の規制が必要となる。
【０００６】
上記従来技術の問題点を解決するために、本発明の目的は、前述の機器等据付位置の基準であるトンネル中心位置を特定するために、トンネル天井頂部をトンネル底部の任意に位置から特定し、トンネル中心位置及びトンネル中心からトンネル幅方向及び通行方向に離間した位置をマーキングする方法及びその装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るトンネル天井面マーキング方法は、トンネル天井部の高さを測定しマーキングを行うトンネル天井面マーキング方法であって、トンネル底部任意の位置から天井面へ向けてレーザ光を照射することにより、当該レーザ光の照射点における照射距離および照射角度を測定し、前記照射点の鉛直方向となる高さを演算するとともに、演算により求めた当該高さが最大値となるレーザ照射点を天井頂部としトンネル断面の中心と特定することを特徴としている。
【０００８】
この場合において、前記トンネル断面の中心に基づいてトンネル幅方向に離間した複数の点を演算により特定してマーキングし、前記特定した点からトンネル通行方向に離間した位置を演算により特定しマーキングすることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明に係るトンネル天井面マーキング方法は、トンネル天井部の高さを測定しマーキングを行うトンネル天井面マーキング方法であって、トンネル底部任意の位置に設置したマーカ発射部と離間したレーザ照射部から天井面へ向けてレーザ光を照射することにより、当該レーザ光の照射点における照射距離および照射角度を測定し、前記マーカ発射部の前記照射点に対する傾斜角度を演算し前記照射点をマーキングすることを特徴としている。
【００１０】
さらに、本発明に係るトンネル天井面マーキング装置は、トンネル天井部の高さを測定しマーキングを行うトンネル天井面マーキング装置であって、トンネル底部任意の位置から天井面に向けてレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記レーザ光の照射点における照射距離および照射角度を測定し、前記照射点の鉛直方向となる高さを演算するデータ処理手段と、当該データ処理手段の演算により求めた前記高さが最大値となるレーザ照射点を天井頂部として前記レーザ照射部の照射角度を固定可能とした機能を有する角度変更部と、前記レーザ照射部と同方向に一体化して形成するとともに照射点にマーキング用弾丸を発射させるマーカ発射部とからなり、前記照射点をトンネル底部の任意の位置から特定しマーキングすることを特徴としている。
【００１１】
この場合において、前記データ処理手段は、前記トンネル断面の中心に基づいてトンネル幅方向に離間した複数の位置を特定することを特徴としている。
また、前記データ処理手段は、前記照射点からトンネル通行方向に離間した位置を演算により特定することを特徴としている。
【００１２】
さらに、前記天井頂部は任意に設定した位置とすることを特徴としている。
本発明に係わるトンネル天井面マーキング装置は、トンネル天井部の高さを測定しマーキングを行うトンネル天井面マーキング装置であって、トンネル底部任意の位置から天井面に向けてレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記レーザ照射部から離間して設置するとともにマーキング用弾丸を発射させるマーカ発射部と、前記レーザ光の照射点における照射距離および照射角度を測定するデータ処理手段とからなり、前記照射点に対する前記マーカ発射部の傾斜角度を演算するとともに、前記照射点をマーキングすることを特徴としている。
さらに、前記マーカ発射部は、先端部にマーキング用塗料を塗布した弾丸を用いることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成によるトンネル天井面マーキング方法およびその装置によれば、山岳トンネル及びシールドトンネルのように内壁面が円弧状に形成される一般的なトンネルにおいて、レーザ光を天井面に照射して照射点における照射距離と照射角度から照射点の天井高さを演算して天井高さの最大値を天井頂部としている。この天井頂部は前述のトンネル断面の中心であって、かつトンネル内に設置する機器等の据付位置の基準となるため、機器等を設置する際には天井頂部を求めることが必須となる。したがって、トンネル底部任意の位置から任意のレーザ照射点における高さを測定することが可能であり、目的とする機器等据付位置の真下から測定する必要がない。よって、測定中は片側通行止めする等の道路を専有する範囲を低減でき、専有時間も短縮することができる。これにより、交通規制および安全対策等の諸費用を低減することができる。また、高所作業を低減でき安全性を高めることが可能となる。
【００１４】
また、天井頂部を特定した後、前記特定点に基づいてトンネル幅方向に離間した複数の機器等据付位置を特定することができる。したがって、前述同様の効果が得られるとともに、容易に機器等据付位置を特定することができる。
【００１５】
さらに、レーザ照射部とマーカ発射部とを任意に設定した距離を置いて設置し、レーザ照射部の照射点における照射距離及び照射角度から照射点の高さを演算し、この照射点に対するマーカ発射部の傾斜角度を演算しマーキングすることができる。したがって、レーザ照射部とマーカ発射部を一体化して設置した場合における射口間寸法分の誤差を回避するとともに、レーザ照射部が照射した頂部を正確にマーキングすることができる。
【００１６】
また、照射点からトンネル通行方向に離間した位置を演算により特定することができる。これにより前述と同様の効果を得ることができる。
さらに、天井頂部は任意に設定した位置とし、当該位置から離間した据付位置を演算するようにしているので、天井頂部以外を基準位置として、当該基準位置から離間した据付位置を容易に測定することができる。
また、マーキングに用いる弾丸は先端部に塗料を付しているので、測定点に発射すればマーキングすることができ、据付作業の際、容易に据付け箇所を特定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係るトンネル天井面マーキング方法およびその装置の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は本実施形態に係るトンネル天井面マーキング装置の構成概略図である。図１に示すように、トンネル天井面マーキング装置１０は台座１１の中央に角度変更部１２を載置してある。角度変更部１２の上部にはマーカ発射部１４およびレーザ照射部１６を設置している。角度変更部１２は発射スイッチ１８と圧縮エアボンベ２０とＰＣコントローラ部２２が接続している。また、ＰＣコントローラ部２２には水準器２４が接続している。さらに、基板の下部にはバッテリー２６が設置してある。
【００１８】
台座１１は矩形の平板であり、例えば材質を鋼板等で形成されている。台座１１は４隅に平面を貫通する開口部２８を有している。開口部２８は雌ねじが形成されている。開口部２８の雌ねじに螺合する支脚３０は雄ねじが長手方向に亘って形成されている。台座１１は支脚３０の螺合によって任意の高さに調整することができる。また、台座１１の上面には水平度を測定する水準器２４が設置してある。水準器２４により水平度を測定し、支脚３０の高さを調整して台座１１を水平にすることができる。
【００１９】
マーカ発射部１４は筒体１４ａと、この筒体１４ａ端部に接続する図示しない弾丸充填部とから構成されている。弾丸充填部は、例えば回転式であって弾丸充填孔を複数有しており、内部に弾丸が充填してある。また、マーカ発射部１４には高圧ホース３２を介して圧縮エアボンベ２０が接続してある。圧縮エアボンベ２０内部は高圧ガスが充填されている。高圧ホース３２の途中には弾丸の発射スイッチ１８が接続してある。また、マーカ発射部１４にはバッテリー２６が接続してある。
【００２０】
一方、レーザ照射部１６は筒体１６ａと、筒体１６ａ端部に接続する図示しないレーザポインタとから構成されている。レーザポインタは筒体１６ａから外部に向けてレーザ光を照射できる。
マーカ発射部１４とレーザ照射部１６はともに筒体を並列に並べて一体とし、角度変更部１２上面に載置している。一体となったマーカ発射部１４とレーザ照射部１６は角度変更部１２上を傾動可能に形成し、任意に設定した方向に傾斜角度を調節可能としている。また、角度変更部１２はＰＣコントローラ２２に接続している。
【００２１】
データ処理手段となるＰＣコントローラ２２はレーザ照射部１６が照射したレーザ光の照射点における照射距離および照射角度を測定する。この測距および角度測定には例えばレーザセオドライト等を用いることができる。また、得られた照射点のデータに基づいて演算処理を行い、天井頂部の位置を演算する。さらに、天井頂部からトンネル幅方向あるいはトンネル通行方向に任意に設定した距離を置いた据付位置の距離を演算し、天井頂部の位置データに基づいて据付位置に対する傾斜角度を演算することができる。なお、ＰＣコントローラ２２は前述の角度変更部１２を任意の傾斜角度に自動設定することができる。
【００２２】
トンネル天井面に据付ける機器の一例として図４にジェットファンの構成概略図を示す。図４（１）はジェットファンをトンネル通行方向に見た図であり、図４（２）は図４（１）のＧ矢視図である。図４（３）は方向安定金具の平面図を示す。図４（４）は方向安定金具の斜視図を示す。図４（５）はテンプレートの斜視図を示す。
【００２３】
図４（１）、（２）に示すように、天井面５０に設置するジェットファン４０は円筒状のケーシング４２と、ケーシング４２内の中心軸上に羽根車４４を備えている。ケーシング４２は天井面に本体重量を支持する吊り金具４７と本体の振れ止めを成す方向安定金具４９によって固定されている。ケーシング４２は側部に吊り部４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄを備え、トンネル幅方向に設置した２組の吊り金具４７ａ、４７ｂ、４７ｃ、４７ｄとターンバックル型連結部材５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄを介してトンネル上部に据付けられている。また、ケーシング４２は円筒状の両端部上面に吊り部４５ａ、４５ｂを備え、トンネル通行方向に設置した方向安定金具４９ａ、４９ｂとターンバックル型連結部材５７ａ、５７ｂを介してトンネル天井面に接続している。
【００２４】
図４（３）、（４）に示すように方向安定金具４９は矩形板状の鋼板であり、平面中央に突出傾斜した板部を形成してある。方向安定金具４９は平面の対角線上の２箇所に固定用のボルト穴としての開口部５２ａ、５２ｂを有している。また、板部にはターンバックル型連結部材５１と連結する開口部５２ｃを有している。図４（５）に示すようにテンプレート５３は矩形板状の鋼板であり、方向安定金具４９と同じ大きさである。また、作業性を考慮して樹脂性のテンプレートを用いることもできる。テンプレート５３は方向安定金具４９の開口部５２ａ、５２ｂと同位置及び中心位置にボルト穴５４ａ、５４ｂ、５４ｃを有している。
【００２５】
図５は天井面に据付けるジェットファンの据付位置を示す図である。図５（１）に示すように、トンネル内壁面は円弧状に形成されている。円弧状の中心をＳとし、この円弧中心Ｓ上を通りトンネル幅方向に延びる直線を円弧中心レベルＳ．Ｌとする。また、円弧中心Ｓ上を通り鉛直方向に延びる直線を中心線Ｃ．Ｌとする。トンネル底部５６の左右の隅部には点検用通路５５等が設置されている。道路中心線Ｒ．Ｃ．Ｌと中心線Ｃ．Ｌとは後述する種々の理由により、一致している。ジェットファン４０はトンネル天井面の道路中心線Ｒ．Ｃ．Ｌから任意に設定した間隔を置いて左右の両方あるいはいずれか一方に設置している。ジェットファン４０を設置する場合には、一方の車線を片側通行止めして設置した後、もう一方の車線を片側通行して設置している。また、ジェットファン４０を１台設置する場合には、前述のように全線通行止めを回避するため道路中心から任意に設定した距離を置いた箇所に据付けている。
【００２６】
また、図５（２）に示すように、トンネルによってはトンネル底部５６の隅部に設置する点検用通路５５の幅が左右異なる場合など種々の理由により、中心線Ｃ．Ｌと道路中心線Ｒ．Ｃ．Ｌとが一致しない場合がある。よって、ジェットファン４０の据付位置が道路中心線上に重ならないように、ジェットファン４０の据付箇所を道路中心線Ｒ．Ｃ．Ｌに倣って移動させる必要がある。
【００２７】
次に上記構成によるトンネル天井面マーキング装置を用いたトンネル天井面マーキング方法を以下に示す。図２は実施形態に係るトンネル天井面マーキング方法を示す図である。図２は簡易的にＳ．Ｌより上部が一つの円弧で形成されているトンネルの場合に、円弧中心レベルに装置を設置した場合で説明する。トンネル底部任意の位置にトンネル天井面マーキング装置１０を設置する。次に水平度を測る水準器２４を用いて台座１１平面が水平となるように台座の４隅に設置した支脚３０による高さ調整を行い、装置を水平に保持する。
【００２８】
台座１１の水平方向の位置決めを行った後、天井面５０の天井頂部を求める。図２（１）に示すようにレーザ照射部１６から天井面５０に向けてレーザ光照射を行う。レーザ光照射元をＡとし、天井面５０のレーザ照射位置をＢとする。レーザ照射部１６に接続したＰＣコントローラ２２において、照射距離および照射角度θ１を自動測定する。測定した照射距離および照射角度θ１データに基づいて照射位置Ｂの鉛直方向となる天井高さｙを数式１に従って演算する。
【数１】
2005283541.tif 000003
【００２９】
続いて照射位置Ｂから円弧状の内壁面上をトンネル幅方向に亘ってレーザ光を連続照射するとともに演算処理が行われる。なお、測定角度は任意に設定できる。照射位置Ｂから照射位置Ｃまで連続照射していくと照射角度θは次第に大きくなるとともに天井高さｙの値も次第に大きくなる。頂部に達すると高さは最大値を示し、さらに照射位置Ｄまで測定を続けると減少する。この最大値となる天井高さｙの位置が天井頂部Ｔとなり、トンネル断面の中心と一致する。また、機器等据付の基準位置となる。最大値となる天井高さ、傾斜角度、照射距離はコントローラ２２においてデータとして保持される。レーザ照射による測定は、手動停止、高さの最大値が減少し始めたとき、あるいは反対側の水平まで達したとき等から任意に設定できる。また、測定誤差および内壁面の凹凸等による誤差が生じるため複数回測定を行うことが望ましい。
【００３０】
次に天井頂部Ｔの位置を基準として、図２（２）に示すようにジェットファン４０の据付中心位置となる点Ｅおよび点Ｆを求める。吊り金具等の取付位置ＥおよびＦは天井頂部Ｔを中心として一定間隔ｄを置いてトンネル幅方向に離間している。
【００３１】
天井頂部Ｔにおける傾斜角度をθｔとし、天井頂部の鉛直線上（＝断面中心線Ｃ．Ｌ）でＳ．Ｌとの交点を点Ｓとする。
【数２】
2005283541.tif 000004
となる。よって、天井頂部Ｔから一定間隔ｄ離間した取付位置Ｅの鉛直線上で円中心レベルＳ．Ｌとの交点を点Ｅ’とした場合、
【数３】
2005283541.tif 000005
となる。また、取付位置Ｅにおける照射距離をＡＥおよび照射角度をθｘ１とするとＡＥ’との関係は次のように表すことができる。
【数４】
2005283541.tif 000006
【００３２】
取付位置Ｅにおける照射距離ＡＥおよび照射角度θｘ１は、レーザ照射部１６のレーザ光照射によりＰＣコントローラ２２によって測定する。この測定値が数式２を満たすまでレーザ光を連続照射し据付位置Ｅを特定する。ＰＣコントローラ２２による演算処理で特定した取付位置Ｅの傾斜角度および距離データを保持する。次にレーザ照射を中止して、前述の保持したデータに基づき角度変更部１２がレーザ照射部１６を取付位置Ｅにおける傾斜角度に変更して固定保持する。
【００３３】
次に取付位置Ｅのマーキングを行う。トンネル天井面マーキング装置１０の発射スイッチ１８を押すと、圧縮エアボンベ２０内に充填されている圧縮ガスが高圧ホース３２を経由してマーカ発射部１４の弾丸充填部に供給される。弾丸充填部から弾丸が発射され、レーザ照射部１６が照射する天井頂部Ｔに当たって弾丸先端部に塗布した塗料が付着しマーキングすることができる。なお、弾丸の頭部に塗料を塗布しなくても、弾丸が当接したことによる壁の傷からマーキング箇所を判別するようにしてもよい。
【００３４】
また、取付位置Ｆの鉛直線上で円中心レベルＳ．Ｌとの交点をＦ’とした場合、
【数５】
2005283541.tif 000007
となる。また、取付位置Ｆにおける照射距離をＡＦおよび照射角度をθｘ２とするとＡＦ’との関係は次のように表すことができる。
【数６】
2005283541.tif 000008
【００３５】
取付位置Ｆにおける照射距離ＡＦおよび照射角度θｘ２は、レーザ照射部１６のレーザ光照射によりＰＣコントローラ２２によって測定する。この測定値が数式３を満たすまでレーザ光を連続照射し取付位置Ｆを特定する。ＰＣコントローラ２２による演算処理で特定した取付位置Ｆの傾斜角度および距離データを保持する。次にレーザ照射を中止して、前述の保持したデータに基づき角度変更部１２がレーザ照射部１６を取付位置Ｆにおける傾斜角度に変更して固定保持する。ついで、取付位置Ｆのマーキングを前述同様の手順で行う。
【００３６】
次に、トンネル通行方向に離間した点を求める方法について説明する。この場合トンネルが通行方向に対して水平または傾斜がある場合に分けて説明する。図６はトンネル通行方向に対して水平で、通行方向に離間した点Ｔ、Ｔ’を求める方法を示す斜視図である。図６は簡易的にＳ．Ｌより上部が一つの円弧で形成されているトンネルの場合に円弧中心レベルに装置を設置し三次元的に説明する。なお、本実施形態では便宜上トンネル上部の距離ｈ離間した点Ｔ及び点Ｔ’を頂点とし、点Ｔ及び点Ｔ’の鉛直方向でＳ．Ｌと交差する点をそれぞれ点Ｓ及び点Ｓ’として説明する。まずレーザ照射元を点Ａとし、点Ａからトンネル通行方向に距離ｈだけ離間した水平面上の点をＡ’とする。点Ａから点Ｔにレーザ照射した傾斜角度θｔ及びＡＴは前述の図２に示す同様の方法で求まる。次にレーザ照射元Ａから点Ｔ’への照射は、図６（２）に示すように、水平面ＡＡ’Ｓ’Ｓ上の回転角αと、鉛直面上ＳＳ’Ｔ’Ｔの回転角βを求めることにより特定することができる。なお、α、βはいずれも０＜α、β＜９０°とする。
【００３７】
水平面ＡＡ’Ｓ’Ｓ上の回転角αは、
【数７】
2005283541.tif 000009
より、次のように表すことができる。
【数８】
2005283541.tif 000010
よって、
【数９】
2005283541.tif 000011
となる。
鉛直面上ＳＳ’Ｔ’Ｔの回転角βは、
【数１０】
2005283541.tif 000012
より、次のように表すことができる。
【数１１】
2005283541.tif 000013
よって、
【数１２】
2005283541.tif 000014
となる。
【００３８】
前述の特定点Ｔを水平角α、鉛直角β回転させることにより、点Ｔから通行方向に平行移動した点Ｔ’を特定することができる。このようにトンネル底部任意の位置に設置した照射元から照射点までの照射距離と照射角度と離間距離との関係からトンネル上部の点を特定することができる。よって、トンネル通行方向に離間した点は頂点に限定されることなく、任意の点を設定することができる。
【００３９】
図７はトンネル通行方向に対して傾斜があり、通行方向に離間した点Ｔ、Ｔ’を求める方法を示す斜視図である。図７は図６と同様に簡易的にＳ．Ｌより上部が一つの円弧で形成されているトンネルの場合に円弧中心レベルに装置を設置し三次元的に説明する。なお、本実施形態では便宜上トンネル上部の距離ｈ離間した点Ｔ及びＴ’を頂点とし、点Ｔ及びＴ’の鉛直方向でトンネル底面と交差する点をそれぞれ点Ｓ及びＳ’とする。レーザ照射元を点Ａとし、点Ａからトンネル通行方向に距離ｈ離間したトンネル底面上の点をＡ’とする。また、トンネル底面ＡＳＳ’Ａ’は水平面に対して角度σ傾斜している。水平面とＴ’Ｓ’を結ぶ線上との交点をＢ、点Ａ’から鉛直下方で水平面の交点をＣとする。
【００４０】
まず、点Ａから点Ｔにレーザ照射した傾斜角度θｔ及びＡＴは前述の図２に示す同様の方法で求まる。次にレーザ照射元Ａから点Ｔ’への照射は、図７（２）に示すように、面ＳＳ’Ｔ’Ｔの回転角βと、面ＡＣＢＳ上の回転角αを求めることにより特定することができる。なお、α、βはいずれも０＜α、β＜９０°とする。面ＳＳ’Ｔ’Ｔの回転角βの演算方法を以下に示す。まず面ＳＳ’Ｔ’Ｔ上のＳＴ＝ｍ、ＳＴ’＝ｎとし、三角形ＳＴＴ’において余弦定理より、次式の関係が成り立つ。
【数１３】
2005283541.tif 000015
ここで、
【数１４】
2005283541.tif 000016
より、
【数１５】
2005283541.tif 000017
さらに、
【数１６】
2005283541.tif 000018
よって数式１３，１５を数式１６に代入すると次式の関係が成り立つ。
【数１７】
2005283541.tif 000019
【００４１】
また、三角形ＡＡ’Ｃより
【数１８】
2005283541.tif 000020
となり、次式に示す関係が成り立つ。
【数１９】
2005283541.tif 000021
得られた回転角αおよびβを用いて前述同様に点Ｔから通行方向に平行移動した点Ｔ’を特定することができる。
【００４２】
また、トンネルが通行方向に対して水平の場合、図８にトンネル通行方向に離間した点を求める上記別法を示す。図８は図６を簡素化した概略図であり、同様の構成は同一符号を付してその説明を省略する。照射点Ａと通行方向に離間した点Ｔ、Ｔ’とを結ぶＡＴ及びＡＴ’のなす角をφとする。また、ＡＴおよびＴＴ’は直交している。直角三角形ＡＴＴ’において、次式の関係が成り立つ。
【数２０】
2005283541.tif 000022
また直角三角形ＡＴＴ’における余弦定理より
【数２１】
2005283541.tif 000023
よって数式１１、１２より次式の関係が成り立つ。
【数２２】
2005283541.tif 000024
【００４３】
得られたφを用いて照射点をＴからＴ’へ移動する場合、面ＡＴＴ’Ａ’上でしか回転しない角度変更部を用いれば、その面内で角度φ回転させることによりＴ’が求まる。
ジェットファン４０の据付方法を以下に示す。トンネル通行方向に任意に設定した吊り金具等の取付位置を特定する方法は、前述の図６、図７、図８に示す方法の他、次に示す２通りの特定方法があり、図９を用いて説明する。図９はトンネル天井面に据付けるジェットファンの据付平面図を示す。点ロ、点ロ’は方向安定金具４９の取付位置を示し、点イ、点イ’、点ハ、点ハ’は吊り金具４７の取付位置を示す。また、点ニ、点ニ’、点ホ、点ホ’は点ロ、点ロ’と同一トンネル幅上で、かつ、通行方向の点イ−イ’または点ハ−ハ’を結ぶ直線との交点を示す。
【００４４】
第１の特定方法は、方向安定金具４９および吊り金具４７の取付位置の同一幅方向となるトンネル底部位置６１〜６４トンネル天井面マーキング装置１０を設置して図２に示す方法により位置６１において点ロを特定する。位置６２において点イおよび点ハを特定する。位置６３において点イ’および点ハ’を特定する。位置６４において点ロ’を特定する。次に前述の特定点は金具中心となる点であるため得られた特定点に基づいてボルト位置をレーザ照射により特定する。あるいは、点イ−イ’、点ロ−ロ’、点ハ−ハ’を結んで墨出しを行い、得られた線上に直に吊り金具４７等を当ててボルト位置を特定しても良い。なお、吊り金具４７に替えてテンプレート５３を用いれば、特定点に中心穴を合わせることができるので位置合せが容易に行える。ボルト位置を特定後、アンカボルト等の固定手段により吊り金具４７および方向安定金具４９を取付位置に固定し、ターンバックル型連結部材５１を介してジェットファン４０を天井面に吊下げる。ターンバックルを調整してジェットファン４０の据付位置、方向、路面からの高さ等を確認する。
【００４５】
第２の特定方法は、トンネル底部位置６１および位置６４にトンネル天井面マーキング装置１０を設置する。位置６１において点ロ、点ニ、点ホを特定する。また、位置６４において点ロ’、点ニ’、点ホ’を特定する。次に点ロ−ロ’、点ニ−ニ’、点ホ−ホ’を結んで墨出しを行い、点イ、点イ’は点ニからの距離が既知であるため位置特定は容易に行える。点ハ、点ハ’は点ホからの距離が既知であるため前述同様に特定できる。ついで、墨出し線上に吊り金具４７等を当てて、ボルト位置の特定を前述同様に行う。
【００４６】
次に、道路中央線Ｒ．Ｃ．Ｌと中心線Ｃ．Ｌとが位置ずれする場合のジェットファン４０の据付方法について説明する。図５（２）に示すように、まず、トンネル頂部Ｔを求める。トンネル頂部Ｔと道路中央線Ｒ．Ｃ．Ｌとの離間距離はあらかじめ与えられている。よって離間距離に基づいてトンネル頂部Ｔから離間した２台のジェットファン４０の中心位置Ｕを特定しマーキングする。なお中心位置Ｕは道路中央線Ｒ．Ｃ．Ｌ上と一致する。ついで、中心位置Ｕから任意に設定した距離を離間したジェットファン４０の据付中心位置Ｅ１、Ｆ１は前述同様の手順によって特定し、ジェットファンの据付を行うことができる。
【００４７】
また、トンネル断面中心を基準としない機器等据付位置の特定方法を図３（２）に示す。図３（２）についても簡易的に円弧中心レベルで説明する。図３（２）に示すように、トンネル底部の隅部Ｄから距離ａ離間し水平に設置したレーザ発射部１６からトンネル幅方向のもう一方の隅部Ｂへ向けてレーザ光を水平に照射する。このときレーザ照射元を点Ａ、レーザ照射位置を点Ｂ、道路中心線Ｒ．Ｃ．Ｌと円中心レベルＳ．Ｌとの交点を点Ｌとする。ＢＬ間の距離ｂもあらかじめ既知とする。点Ｂにおけるレーザ光の照射距離からＡＢ間を測定し、これに離間距離ａを加算するとトンネル幅間ｌが求まる。よって、レーザ照射元Ａから点Ｌまでの距離はｌ−ａ−ｂとなる。次に、レーザ発射部１６から天井面５０にレーザ光を照射して照射点Ｅ２における照射距離ＡＥ2および照射角度θｚと距離ｌ−ａ−ｂとの関係は次のように表すことができる。
【数２３】
2005283541.tif 000025
【００４８】
照射点Ｅ２における照射距離ＡＥ2および照射角度θｚは、レーザ照射部１６のレーザ光照射によりＰＣコントローラ２２によって測定する。この測定値が数式４を満たすまでレーザ光を連続照射し照射点Ｅ２を特定する。ＰＣコントローラ２２による演算処理で特定した照射点Ｅ２の傾斜角度および距離データを保持する。次にレーザ照射を中止して、前述の保持したデータに基づき角度変更部１２がレーザ照射部１６を照射点Ｅ２における傾斜角度に変更して固定保持する。ついで、照射点Ｅ２のマーキングを前述同様の手順で行う。なお、施行誤差により天井頂部とトンネル幅中央が位置ずれしている場合にも、図３（２）に示す測定トンネル幅長さを求めて天井面の任意の点をマーキングする方法を用いることで天井頂部の正確な測定が可能となる。
【００４９】
前述の実施形態によれば、レーザ光照射位置と弾丸衝突位置との間で射口間寸法分の僅かな位置ずれが生じる。しかし、この位置ずれはレーザ照射部１６とマーカ発射部１４とを近接することによって回避することができるので事実上支障はない。しかし、据付位置の正確な位置を特定する必要がある場合、この僅かなずれを回避する別法として以下に示す操作を行う。
【００５０】
図３（１）はその他の実施形態に係るトンネル天井面マーキング方法を示す図である。図３（１）に示すように、レーザ発射部１６ａとマーカ発射部１４ａを任意に設定した一定の間隔ｌ２を置いて台座１１上に設置する。なお、間隔ｌ２は長いほど頂部の正確な測定が行える。まず、レーザ発射部１６ａから天井面５０に向けてレーザ光を照射する。このときレーザ照射元を点Ｇとし、レーザ照射位置を点Ｉとする。また、マーカ発射部１４ａの設置箇所を点Ｈとする。照射点Ｉにおける照射距離ＧＩをｌ１とし、点Ｇにおける天井面５０との照射角度をθｙ１としてＰＣコントローラ２２で測定する。測定値と点ＨＩ間の距離ｌ３との関係は次のように表すことができる。
【数２４】
2005283541.tif 000026
【００５１】
これより、ＨＩ間の距離ｌ３がＰＣコントローラ２２による演算処理で求まり、得られたｌ３とマーカ発射部１４ａの照射点Ｉに対する傾斜角度θｙ２との関係は次のように表すことができる。
【数２５】
2005283541.tif 000027
数式２５により傾斜角度θｙ２が求まる。したがってマーカ発射部１４ａはθｙ２傾斜して弾丸を発射することによりレーザ照射部１６ａが照射した照射位置Ｉと一致するとともにマーキングすることができる。ただし、この場合、レーザ照射部１６ａおよびマーカ発射部１４ａは同一面内に設置する場合に限られる。なお、本実施形態では照射点Ｉを任意に設定した位置で説明したが、天井頂部の演算処理を行い得られた天井頂部を照射点Ｉとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施形態に係るトンネル天井面マーキング装置の構成概略図である。
【図２】本実施形態に係るトンネル天井面マーキング方法を示す図である。
【図３】その他の実施形態に係るトンネル天井面マーキング方法を示す図である。
【図４】天井に据付けるジェットファンの構成概略図である。
【図５】天井に据付けるジェットファンの据付位置を示す図である。
【図６】通行方向に離間した点を求める方法を示す斜視図である。
【図７】通行方向に離間した点を求める方法を示す斜視図である。
【図８】通行方向に離間した点を求める別法を示す斜視図である。
【図９】トンネル天井面におけるジェットファンの据付平面図を示す。
【符号の説明】
【００５３】
１０………トンネル天井面マーキング装置、１１………台座、１２………角度変更部、１４………マーカ発射部、１６………レーザ照射部、１８………発射スイッチ、２０………圧縮エアボンベ、２２………ＰＣコントローラ部、２４………水準器、２６………バッテリー、２８………開口部、３０………支脚、３２………高圧ホース、４０………ジェットファン、４２………ケーシング、４４………羽根車、４５、４６………吊り部、４７………吊り金具、４９………方向安定金具、５０………天井面、５１、５７………ターンバックル型連結部材、５２………開口部、５３………テンプレート、５４………開口部、５５………点検用通路、５６………トンネル底部。
【図１】
2005283541.tif 000028
【図２】
2005283541.tif 000029
【図３】
2005283541.tif 000030
【図４】
2005283541.tif 000031
【図５】
2005283541.tif 000032
【図６】
2005283541.tif 000033
【図７】
2005283541.tif 000034
【図８】
2005283541.tif 000035
【図９】
2005283541.tif 000036