(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
切羽に穿孔位置パターンや掘削断面形状をレーザ光線の照射により表示するマーキング装置を備え、コンクリート吹付け機や穿孔機などの各種トンネル施工機械類を搭載し、トンネル軸方向に沿って移動可能なガントリージャンボを用いる山岳トンネルの構築工法において、
前記ガントリージャンボの切羽側の前端に、前記マーキング装置と、切羽までの距離を測定する距離計とを搭載し、
前記ガントリージャンボの後方の既知座標点に設置した追尾型測距儀から視準が可能なターゲットを備え、前記ガントリージャンボの位置座標と方位とを演算する位置，方位演算装置を設置し、
トンネル掘削位置毎に穿孔位置パターンおよび掘削断面形状を予め設定し、
前記追尾型測距儀から前記ターゲットを視準して、前記位置，方位演算装置により、前記ガントリージャンボの現在位置座標と方位とを求めるとともに、前記距離計により前記ガントリージャンボの現在位置と切羽との間の距離を求め、これらの、位置座標，方位，距離と、前記ターゲットと前記マーキング装置との間の位置関係とに基づいて、現在の切羽位置を演算し、この演算で求められた切羽位置に設定されている前記穿孔位置パターンないしは掘削断面形状を選択し、選択した穿孔位置パターンないしは掘削断面形状を前記マーキング装置で切羽面に照射表示するマーキング装置の制御方法であって、
前記ターゲットは、前記ガントリージャンボに搭載される第１および第２ターゲットであり、
前記位置，方位演算装置は、前記ガントリージャンボに搭載される傾斜計と、演算制御器とを備え、
前記第１および第２ターゲットは、前記マーキング装置との間の相互位置が既知で、かつ、前記ガントリージャンボの後方の既知座標点に設置した前記追尾型測距儀から視準が可能な個所に設置するとともに、前記傾斜計を前記第１および第２ターゲットの中心間を結ぶ線分に対して平行に設置することを特徴とする山岳トンネル用マーキング装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、山岳トンネル用マーキング装置の制御方法に関し、特に、ガントリージャンボを用いる山岳トンネル工事に好適なマーキング装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
山岳トンネルの施工現場では、切羽に穿孔する場合や、ロードヘッダーで切羽を掘削する場合、穿孔位置や掘削形状を作業員に示す必要がある。一般的には、このような穿孔位置や掘削形状の表示は、レーザ光線を切羽に照射してこれらを表示するマーキング装置が使用されている。
【０００３】
ところで、このような穿孔位置や掘削形状は、トンネル計画線形，設計断面に合わせて表示しなければならないので、掘削の進行に伴って、マーキング装置を移動する度に、装置の座標，姿勢を測量して調整する必要がある。
【０００４】
この場合、通常の山岳トンネルの施工現場では、切羽後方の施工設備が比較的少ないので、マーキング装置の制御に必要な測量空間を確保することが可能である。
【０００５】
しかしながら、コンクリート吹付け機や穿孔機などの各種トンネル施工機械類を搭載し、トンネル軸方向に沿って移動可能なガントリージャンボを採用したトンネル工事には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、マーキング装置をガントリージャンボと切羽との間に設置すると、ガントリージャンボには、コンクリート吹付け機や穿孔機などの各種トンネル施工機械類が搭載されているので、後方より切羽までを見通せる空間が極めて制限されていて、ガントリージャンボを通過して、その前方のマーキング装置を視準する後方からの測量が極めて困難な状況になっていた。
【０００７】
また、マーキング装置を掘削の進行に伴って、順次前方に移動させる方式では、測量回数が多くなり、施工能率の低下要因となっていた。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、後方からの測量が容易で、施工能率を向上させることができる山岳トンネル用マーキング装置の制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、切羽に穿孔位置パターンや掘削断面形状をレーザ光線の照射により表示するマーキング装置を備え、コンクリート吹付け機や穿孔機などの各種トンネル施工機械類を搭載し、トンネル軸方向に沿って移動可能なガントリージャンボを用いる山岳トンネルの構築工法において、
前記ガントリージャンボの切羽側の前端に、前記マーキング装置と、切羽までの距離を測定する距離計とを搭載し、前記ガントリージャンボの後方の既知座標点に設置した追尾型測距儀から視準が可能なターゲットを備え、前記ガントリージャンボの位置座標と方位とを演算する位置，方位演算装置を設置し、トンネル掘削位置毎に穿孔位置パターンおよび掘削断面形状を予め設定し、前記追尾型測距儀から前記ターゲットを視準して、前記位置，方位演算装置により、前記ガントリージャンボの現在位置座標と方位とを求めるとともに、前記距離計により前記ガントリージャンボの現在位置と切羽との間の距離を求め、これらの、位置座標，方位，距離と、前記ターゲットと前記マーキング装置との間の位置関係とに基づいて、現在の切羽位置を演算し、この演算で求められた切羽位置に設定されている前記穿孔位置パターンないしは掘削断面形状を選択し、選択した穿孔位置パターンないしは掘削断面形状を前記マーキング装置で切羽面に照射表示するマーキング装置の制御方法であって、前記ターゲットは、前記ガントリージャンボに搭載される第１および第２ターゲットであり、前記位置，方位演算装置は、前記ガントリージャンボに搭載される傾斜計と、演算制御器とを備え、前記第１および第２ターゲットは、前記マーキング装置との間の相互位置が既知で、かつ、前記ガントリージャンボの後方の既知座標点に設置した前記追尾型測距儀から視準が可能な個所に設置するとともに、前記傾斜計を前記第１および第２ターゲットの中心間を結ぶ線分に対して平行に設置するようにした。
上記構成の山岳トンネル用マーキング装置の制御方法によれば、マーキング装置を、切羽近傍に配置されるガントリージャンボの前端側に搭載するので、マーキング装置から発射されるレーザ光線を遮ることなく、切羽に照射することができる。
また、上記構成の制御方法では、ガントリージャンボの後方の既知座標点に設置した追尾型測距儀から視準が可能なターゲットを少なくとも１つ備えいればよく、しかも、このターゲットは、マーキング装置との間の相互位置が既知であれば、その設置場所を任意に選択できるので、後方からの測量を阻害しない位置に、容易に設置することができる。
さらに、上記構成の制御方法では、追尾型測距儀からターゲットを視準して、位置，方位演算装置により、ガントリージャンボの現在位置座標と方位とを求めるとともに、距離計によりガントリージャンボの現在位置と切羽との間の距離を求め、これらの、位置座標，方位，距離と、ターゲットとマーキング装置との間の位置関係とに基づいて、現在の切羽位置を演算し、この演算で求められた切羽位置に設定されている穿孔位置パーンないしはトンネル断面図を選択し、選択した穿孔位置パターンないしはトンネル断面図をマーキング装置で切羽面に照射表示するので、大幅な工期短縮が可能になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図４は、本発明にかかる山岳トンネル用マーキング装置の制御方法の一実施例を示している。
【００１１】
同図に示した制御方法は、ガントリージャンボ１を用いる山岳トンネルの構築方法に適用されるものであって、ガントリージャンボ１は、門形鉄鋼構造物であって、トンネルインバートに敷設される一対のレール２上を、トンネル軸方向に沿って移動自在に設置される。
【００１２】
ガントリージャンボ１の下部には、複数の走行装置３が取付けられていて、各走行装置３の側部に伸縮自在なアウトリガー４が設けられている。このアウトリガー４を着底させて伸長させることで、ガントリージャンボ１は、レール２から走行装置３を上方に離間させた状態で支持され、この状態でレール２を前方に移動させて敷設することができる。
【００１３】
ガントリージャンボ１は、上部作業床５と下部作業床６とを備えた２階構造になっていて、上部作業床５には、クレーン昇降式で伸長可能な一対のマンケージ７と、穿孔機８およびコンクリート吹付けロボット９や、グラウト充填用機材などの各種トンネル施工機械類が搭載されている。
【００１４】
マーキング装置１０は、切羽に穿孔位置パターンや掘削断面形状をレーザ光線Ｌの照射により表示するものであって、本実施例の場合には、ガントリージャンボ１の上部作業床５のトンネル軸方向のほぼ中心軸上にあって、前端（切羽側）に取付けられている。
【００１５】
マーキング装置１０は、図３にその詳細を示すように、レーザ光線Ｌを発射するヘッド部１０ａ、ヘッド部１０ａを垂直面内で上下方向に移動させる揺動機構部１０ｂと、ヘッド部１０ａを水平面内で左右方向に回動させる回動機構部１０ｃと、これらの各部の作動を制御するマーキング制御部１０ｄとを備えている。
【００１６】
マーキング制御部１０ｄには、メモリが設けられており、このメモリには、トンネル掘削位置毎に予め設定される穿孔位置パターンおよび掘削断面形状が、トンネル掘削位置をパラメータとして記憶されている。
【００１７】
また、マーキング装置１０の後部側には、切羽までの距離を測定するノンプリズム式の距離計１２が、マーキング装置１０の近傍（距離が既知）に位置するようにして、ガントリージャンボ１の上部作業床５の前端（切羽側）に取付けられている。
【００１８】
さらに、本実施例の場合には、ガントリージャンボ１の位置座標と方位とを求めるための位置，方位演算装置１４が設置されている。この位置，方位演算装置１４は、一対の第１および第２ターゲット１４ａ，１４ｂと、傾斜計１４ｃと、演算制御器（パーソナルコンピュータ）１４ｄとを有している。
【００１９】
図３は、これらの位置，方位演算装置１４の配置関係を、模式的に示したガントリージャンボ１上に表示したものである。一対の第１および第２ターゲット１４ａ，１４ｂは、マーキング装置１０との間の相互位置が既知の個所である、ガントリージャンボ１の下部作業床６の下面側に配置されている。
【００２０】
第１および第２ターゲット１４ａ，１４ｂ間の相互位置関係は、既知であって、ガントリージャンボ１の後方に設置される自動追尾型の測距儀（トータルステーション）１６から、それぞれ視準が可能な状態になっている。
【００２１】
測距儀１６は、座標値が既知の地点に設置される。なお、図３に符号１４ｅで示した部材は、第１および第２ターゲット１４ａ，１４ｂに電力を供給する電源である。
【００２２】
傾斜計１４ｃは、ガントリージャンボ１のローリングとピッチングとを計測するためのものであって、第１および第２ターゲット１４ａ，１４ｂの中心間を結ぶ線分に対して平行になるように上部作業床５の前端に設置されている。
【００２３】
演算制御器１４ｄは、ガントリージャンボ１の下部作業床６のほぼ中央に設けられた中央操作室１８内に設置されていて、演算制御器１４ｄには、インターフェイス１４ｆが接続されている。
【００２４】
このインターフェイス１４ｆには、マーキング装置１０の制御部１０ｄと、距離計１２と、傾斜計１４ｃとが接続され、演算制御器１４ｄには、インターフェイス１４ｆを介して、距離計１２と傾斜計１４ｃの出力信号が入力される。
【００２５】
また、インターフェイス１４ｆには、上部作業床５の後端側に搭載された無線通信ユニット１４ｇが接続されており、無線通信ユニット１４ｇは、自動追尾型の測距儀１６で、第１および第２ターゲット１４ａ，１４ｂをそれぞれ視準した際の、各ターゲット１４ａ，１４ｂまでの距離値と角度とを受信し、これらの測定値が演算制御器１４ｄに入力される。
【００２６】
なお、図４に符号１４ｈで示した部品は、トンネル工事全体を管理する図外の中央管理室にデータを送出するためのパーソナルコンピュータである。
【００２７】
次に、上記構成の位置，方位演算装置１４などを用いて、マーキング装置１０で、切羽に穿孔位置パターンや掘削断面形状を表示させる方法について説明する。
【００２８】
マーキング装置１０により、切羽に穿孔位置パターンや掘削断面形状をレーザ光線の照射により表示させようとする場合には、現在の切羽の位置座標が求められる。
【００２９】
この位置座標の演算では、まず、切羽の近傍に設置されたガントリージャンボ１の位置が位置，方位演算装置１４により求められる。この場合の演算は、まず、既知座標点に設置されている自動追尾型の測距儀１６で、第１および第２ターゲット１４ａ，１４ｂまでの距離値をそれぞれ求め、これとともに、既知座標点を原点とする座標系に対する第１および第２ターゲット１４ａ，１４ｂの偏角を測定し、これらの値を演算制御器１４ｄに取り込む。
【００３０】
また、演算制御器１４ｄには、距離計１２で測定した切羽までの距離値と、傾斜計１４ｃを介して、ガントリージャンボ１のピッチング角とローリング角とが取り込まれる。
【００３１】
演算制御器１４ｄでは、これらの各測定値に基づいで、第１および第２ターゲット１４ａ，１４ｂが設置されている個所の３次元座標値と、現在ガントリージャンボ１の長手軸がどの方向を向いている（方位）のかが演算される。
【００３２】
このようにして、ガントリージャンボ１の方位とターゲット１４ａ，１４ｂの設置位置座標が求められると、これにマーキング装置１０との間の既知座標と、距離計１２で測定した切羽までの距離値とを加算して、現在の切羽の位置座標が確定される。
【００３３】
このようにして、切羽の位置座標が演算制御器１４ｄで求められると、その情報信号は、マーキング制御部１０ｄに送出される。この信号を受けたマーキング制御部１０ｄは、演算で求められた切羽位置に設定されている穿孔位置パターンないしは掘削断面形状を選択し、選択した穿孔位置パターンないしは掘削断面形状を、ヘッド部１０ｂに送出し、切羽面にこれを照射表示する。
【００３４】
以上の操作は、トンネルの掘削が進行し、ガントリージャンボ１を前方移動させると順次行われる。図１および図２に符号２０で示した装置は、切羽の掘削に用いられるロードヘッダーであり、また、符号２２は、ロードヘッダー２０で掘削された土砂を掻き寄せるホイルローダーである。
【００３５】
さて、以上のように構成した山岳トンネル用マーキング装置１０の制御方法によれば、マーキング装置１０を、切羽近傍に配置されるガントリージャンボ１の前端側に搭載するので、マーキング装置１０から発射されるレーザ光線Ｌを遮ることなく、切羽に照射することができる。
【００３６】
また、上記構成の制御方法では、ガントリージャンボ１の後方の既知座標点に設置した追尾型測距儀１６から視準が可能なターゲット１４ａ，１４ｂは、マーキング装置１０との間の相互位置が既知であれば、その設置場所を任意に選択できるので、後方からの測量を阻害しない位置に設置することができる。
【００３７】
さらに、上記構成の制御方法では、追尾型測距儀１６からターゲット１４ａ，１４ｂを視準して、位置，方位演算装置１４により、ガントリージャンボ１の現在位置座標と方位とを求めるとともに、距離計１２によりガントリージャンボ１の現在位置と切羽との間の距離を求め、これらの、位置座標，方位，距離と、ターゲット１４ａ，１４ｂとマーキング装置１０との間の位置関係とに基づいて、現在の切羽位置を演算し、この演算で求められた切羽位置に設定されている穿孔位置パーンないしはトンネル断面図を選択し、選択した穿孔位置パターンないしはトンネル断面図をマーキング装置１０で切羽面に照射表示するので、大幅な工期短縮が可能になる。
【００４２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明にかかる山岳トンネル用マーキング装置の制御方法によれば、後方からの測量が容易で、施工能率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる山岳トンネル用マーキング装置の制御方法を適用したトンネルの施工状態の平面説明図である。
【図２】図１の側面説明図である。
【図３】図１に示したマーキング装置の制御系の説明図である。
【図４】図３のＡ部拡大図である。
【符号の説明】
１            ガントリージャンボ
３            走行装置
５            上部作業床
６            下部作業床
１０          マーキング装置
１０ａ        ヘッド部
１０ｄ        マーキング制御部
１２          距離計
１４          位置，方位演算装置
１４ａ        第１ターゲット
１４ｂ        第２ターゲット
１４ｃ        傾斜計
１４ｄ        演算制御器
１６          追尾型測距儀
【図１】
0003780836.tif 000002
【図２】
0003780836.tif 000003
【図３】
0003780836.tif 000004
【図４】
0003780836.tif 000005