JP2002202123A

JP2002202123A - 傾斜測定装置及び方法

Info

Publication number: JP2002202123A
Application number: JP2000398601A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Shibazaki; 崎光弘柴
Original assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Current assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Priority date: 2000-12-27
Filing date: 2000-12-27
Publication date: 2002-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】効率が良く、精度の高い傾斜の測定を可能と
する傾斜測定装置及び測定方法の提供。【解決手段】円環状に閉じた形状のチューブ（１）を
備え、該チューブ（１）内に第１の流体（２）と、該第
一の流体と比重量が異なり該第一の流体中に溶解しない
第２の流体（３）を充填し、これら二つの流体の境界面
（４、４）の挙動を検知する動作検知手段（５、５）
と、該動作検知手段の検出結果から傾斜を決定する制御
手段（６）、とが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤の水平度や、
掘削穴の縦方向の傾斜や横方向の水平度を測定する傾斜
測定装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】測量対象の傾斜、又は水平度を測定する
ための技術として、水準器の使用が広く知られている。
水準器は、略々直管に近く、曲率半径が極めて大きな１
本のガラス管内に気疱を含む水を封じ込め、このガラス
管をガラス管の両端を結ぶ直線に平行な面を有するベー
スに取付けたものである。そして、前記気泡がガラス管
に占める位置により、水準器のベース接触面の水平度、
即ち、水準器が載置されている面の傾斜が測定される。

【０００３】しかし、水準器を用いる従来の技術によれ
ば、測定が長距離に及ぶ場合は、複数回に亘って傾斜測
定を繰り返さなければならないので、傾斜測定作業が非
常に煩雑である。そして、傾斜測定を繰り返す毎に累積
誤差が拡大するので、精度の高い測定が困難である。ま
た、気泡が一定の大きさを持ち、気泡の位置を目視で確
認して傾斜を決定しているため、測定精度を向上するこ
とが困難であり、必要な精度には不十分な場合が多い、
と言う問題点を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した従
来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、傾斜測
定の労力を軽減して、精度の高い傾斜度（或いは、水平
度）の測定が可能な傾斜測定装置及び方法の提供を目的
としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の傾斜測定装置
は、円環状に閉じた形状のチューブ（１）を備え、該チ
ューブ（１）内に第１の流体（２）と、該第一の流体と
比重量が異なり該第一の流体中に溶解しない第２の流体
（３）を充填し、これら二つの流体の境界面（４）、
（４）の挙動を検知する動作検知手段（５、５）と、該
動作検知手段の検出結果から傾斜を決定する制御手段
（６）、とが設けられている。（請求項１：図１、図
２）

【０００６】ここで、前記チューブ（１）の中心線を包
含する平面は垂直面に平行であり、前記制御手段（６）
は前記垂直面に直交する水平面に対する傾斜を決定する
様に構成されているのが好ましい。（請求項２：図１、
図２）

【０００７】また本発明の傾斜測定装置は、前記チュー
ブが２本（１、１’）設けられており、２本のチューブ
の各々は、その中心線が垂直面に平行な平面に包含され
ているか、或いは、水平面に平行な平面に包含されてお
り、前記制御手段（６）は水平面或いは垂直面に対する
傾斜を決定する様に構成されている。（請求項３：図
３、図４）

【０００８】上述した様な傾斜測定装置を用いて傾斜測
定を実施する本発明の傾斜測定方法は、前記チューブ内
の二つの流体の境界面の変動を前記動作検知手段が検知
する工程と、その検知結果から前記チューブの中心軸を
含む平面と直行する平面の傾斜を決定する工程、とを含
んでいる。（請求項４：図５、図６）

【０００９】かかる構成を具備する本発明によれば、傾
斜を有する被測定物に傾斜測定装置を設置した場合、流
体境界面は基準面に対して変位が生じる。一方、境界面
センサは、磁性粉が均一に溶解した流体の境界面の変位
を静電容量の変化として捉え、或いは、屈折率の異なる
流体の光学的境界面の変化量として捉え、この変化量を
電気的な信号に置き換えて、その信号（出力信号：前記
境界面の変化量のデータ信号）を出力信号ラインによっ
て制御装置に送っている。なお、境界面センサは、例え
ばセンサから超音波を発信して流体境界面までの到達時
間を計測することにより境界面の変化量を捉える超音波
センサなど、境界面の変化量を計測できるものであれ
ば、どの様な計測方式のものを用いてもよい。

【００１０】そして、制御装置はこの出力信号から傾斜
量を算出し、その算出結果を信号ラインによって表示装
置に送り、その傾斜量を表示装置によって表示するよう
に作用する。

【００１１】又、このように構成された本発明によれ
ば、２本の測定媒体封入管の中心軸を含み、お互いの直
交する二つの平面上に投影される傾斜が同時に測定可能
となる。

【００１２】前記２本の測定媒体封入管の中心軸を含
み、互いに直交する二つの平面における傾斜角度を随時
認識していれば、地表に対する傾斜を常に正確に把握す
ることが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図６に基づいて、本
発明の実施の形態を説明する。ここで、図１は第一実施
形態の最小構成単位と、測定原理を示しており、測定対
象が傾斜を持たない状態の図、図２は図１に対して測定
対象が傾斜を持った状態の図、図３は第二実施形態を示
す傾斜測定装置の構成図、図４は図３の主要部である測
定媒体封入管の立体図、図５は本発明の第一実施形態及
び第二実施形態の構成を示すブロックダイアグラム、図
６は本発明の測定制御フローを示すフローチャートであ
る。

【００１４】図１において、中心をＯとする円環状に閉
じた形状の測定媒体封入管１には比重量の異なる第一の
媒体流体２と、第二の媒体流体３が図中上下中央部近傍
で境界面４、４を成すように封入されている。そして、
管の中心線Ｓを包含する平面は垂直面に平行である。装
置全体が地表に対して垂直に設置されている場合には、
境界面４、４が静止した状態において、境界面４、４は
中央に位置する。係る状態における境界面４、４の位置
を基準境界面４Ｂ、４Ｂとする境界面センサ５、５が、
対向して前記測定媒体封入管１の円周方向全周或いは一
部の範囲をカバーしている。ここで境界面センサ５、５
の高さ方向寸法は符号Ｈで示されており、装置全体の中
心線（地表に対して垂直な線）が、図中、符号Ｖ０で示
されている。

【００１５】上述した比重量の大なる第一の媒体流体２
中には、例えば、磁性粉が均一に溶解している。一方、
図中右側の境界面センサ５から出力信号ラインＬ１が制
御装置６に接続され、図中左側の境界面センサ５から出
力信号ラインＬ２が制御装置６に接続されている。そし
て制御装置６は、出力信号ラインＬ３を介して、ディス
プレイ等の表示装置７に接続されている。

【００１６】このように構成された図１、図２の実施形
態によれば、θなる傾斜を有する被測定物の傾斜を測定
する場合、図２に示すように、流体境界面４、４は前記
基準境界面４Ｂ、４Ｂに対する相対位置を、夫々ｈ１
（図中右側）、ｈ２（図中左側）だけ変位する（変位量
を生ずる）。

【００１７】そして、前記左右境界面センサ５、５は、
例えば、磁性粉が均一に溶解した流体の前記変位（変位
量ｈ１、ｈ２）を、静電容量の変化として捕らえ、その
静電容量の変化に関するデータを電気信号に変え、前記
出力信号ラインＬ１、Ｌ２を介して、制御装置６に送
る。制御装置６は変位量ｈ１とｈ２との平均値を算出し
て傾斜量を算出し、その算出結果は信号ラインＬ３を介
して前記表示装置７に送り、その傾斜量を表示する。

【００１８】前述の内容では、測定媒体流体として磁性
粉を溶解した流体を用いているが、これに限定されるも
のではない。例えば、光の屈折率の異なる流体と、光学
的なセンサとを組合せても良い。また、超音波センサを
用いても良い。このように構成された傾斜測定装置によ
れば、測定媒体に流体を用いているため、機械的な動作
部が無く、衝撃にも強く、流体の粘性を高めることによ
り測定が更に安定する。

【００１９】図３−図５は本発明の第二実施形態を示し
ている。この第二実施形態では、全方位に対する傾斜を
一回で測定可能とするために、２本の測定媒体封入管
１，１’が、その中心線Ｓ、Ｓ’が垂直面に平行な平面
に包含される様な配置にて設けてある。ここで、中心線
Ｓを含む平面と、中心線Ｓ’を含む平面とは、相互に直
交するように構成されている。

【００２０】前記２本の測定媒体封入管１、１’の上下
中央部近傍には、各々前述と同様に境界面センサ５、
５、５’、５’が対向して設けられている。境界面セン
サ５、５、５’、５’は境界面４、４、４’、４’の変
位量を静電容量の変化として捕らえ、この静電容量の変
化を出力信号ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ１’、Ｌ２’を介し
て制御装置６に送られる。制御装置６はこれらの情報を
基に傾斜量を算出し、算出された傾斜量は、信号ライン
Ｌ３を介して表示装置７に送られ、表示される。

【００２１】図３−図５の実施形態によれば、前記２本
の測定媒体封入管１、１’の中心軸Ｓ、Ｓ’を含む２つ
の平面であって、相互に直交する二つの平面上に投影さ
れる傾斜が同時に測定される。

【００２２】図３−図５の実施形態を、例えば地中のト
ンネル掘削等に適用する場合では、前記２本の測定媒体
封入管１、１’の中心軸Ｓ、Ｓ’を含む直交する二つの
平面における傾斜が随時把握されるので、地表に対する
傾斜が正確に認識された状態で、トンネル掘削を行うこ
とが出来る。

【００２３】つぎに、図６を参照して、本発明の傾斜測
定方法を説明する。本発明の傾斜測定方法においては、
先ず、ステップＳ１において、測定媒体封入管１の二箇
所の境界面の変位量ｈ１、ｈ２を、境界面センサ５、５
によって検出する。

【００２４】上述した通り、変位量ｈ１、ｈ２のデータ
は制御装置６に送出され、制御装置６は、変位量ｈ１、
ｈ２の情報に基づき、ｈ１、ｈ２の平均値（ｈ１＋ｈ２）／２が水平か否か（或いは、「水平」又は「傾斜無し」とみ
なされる許容変位量Δh以下であるか否か）を判断する
（ステップＳ２）。

【００２５】また、表示装置６では、前記平均値（ｈ１
＋ｈ２）／２より、傾斜角度を算出する。Ｋを定数とす
れば、傾斜角度は、Ｋ・（ｈ１＋ｈ２）／２なる式で算出される。ここで、例えばＫを前記測定媒体
封入管の中心線が成す円の半径に等しく採れば、傾斜角
はラヂアンで表示されることとなる。

【００２６】平均値（ｈ１＋ｈ２）／２がΔｈ以下でな
ければ（ステップＳ２においてＮＯ）、ステップＳ３に
進み、表示装置７によって傾斜角を表示する。そして、
次のステップＳ５に進む。

【００２７】平均値（ｈ１＋ｈ２）／２が許容変位量Δ
ｈ以下であれば（ステップＳ２においてＹＥＳ）、表示
装置７によって「傾斜無し」或いは「水平」と表示し
（ステップＳ４）、ステップＳ５に進む。

【００２８】ステップＳ５では、制御装置６は傾斜の測
定を続行するか否かを判断し、続行するのであれば（ス
テップＳ５においてＹＥＳ）、ステップＳ１に戻り、続
行しないのであれば（ステップＳ５においてＮＯ）、制
御を終了する。

【００２９】次に図７を参照して、図１−図６で説明し
た実施形態をトンネルその他の水平方効掘削に用いた場
合について説明する。図７において、掘削機構を先端に
搭載した推進機１０の操作機Ｃ側には操作盤１１（制御
手段）及び自動追尾式トータルステーション１２が設置
され、一方、地上部Ｇには前記推進機１０の位置を検地
するロケータ検知装置１５が配置されている。

【００３０】そして掘進する推進機１０には前記自動追
尾式トータルステーション１２の対向位置にプリズム３
０が設けられて自動追尾手段が構成され、更に掘削機構
の後方には、本発明の第二実施形態である２本の測定媒
体封入管を有する傾斜測定装置Ａが設けられ、その後方
にはジャイロ４０、前記ロケータ用発信機５０、及び多
重伝送装置６０が設けられて前記操作盤１１に配線Ｌさ
れている。

【００３１】こうして、傾斜に関しては傾斜測定装置Ａ
によって得られたデータが推進機１０の多重伝送装置６
０から配線Ｌにより、位置データに関してはプリズム３
０、ジャイロ４０等で得られたデータが推進機１０の多
重伝送装置６０から配線Ｌにより、また、ロケータ検知
装置１５から得られたデータはアンテナを介して無線に
よって夫々操作機側の操作盤１１に伝達され、表示装置
にはそのデータ、例えば、傾斜角や計画線からのずれが
表示される。そして、自動追尾手段による視準が不能の
場合には、ジャイロ４０又はロケータによる位置計測に
切換えるように操作機側から制御されている。

【００３２】次に、図１−図６で示す実施形態を、垂直
方向掘削に適用した場合について、図８を参照して説明
する。図８において、地盤Ｇには垂直方向にボーリング
孔７８が掘削されている。このボーリング孔７８が垂直
方向へ正確に穿孔されているか否かを調べるために、図
１−図６で示す実施形態に係る傾斜測定装置を内蔵した
傾斜計８０が、ボーリング孔７８内に吊下げられて挿入
されている。

【００３３】この傾斜計８０内には、図３−図５で説明
した実施形態と同様な構成を具備する傾斜測定装置８２
が設けられ、傾斜測定装置８２における傾斜結果は、デ
ータ処理部８６（制御装置６に相当）に送られて、処理
される。ここで、傾斜測定装置８２及びデータ処理部８
６は、電源部８８で駆動されている。計測された結果或
いは傾斜角度は、信号伝達ラインＷＲを介してデータ表
示装置８７（表示装置７に相当）に送出され、表示され
る。

【００３４】ここで、信号伝達ラインＷＲは、傾斜計８
０全体を吊下げる支持部材であるワイヤと一体化して表
示されている。そして、ワイヤと一体化して表現されて
いる信号伝達ラインＷＲは、リール９０に巻き回され
て、深度の変化に対応して出し入れされる。なお、図８
において、符号９２は、ワイヤ及び信号伝達ラインＷＲ
を支持するためのフリーホイールである。

【００３５】上述した様な傾斜計８０により、常時ボー
リング孔７８の傾斜或いは垂直度をチェックすることに
より、垂直方向ボーリングに際して、ボーリング孔７８
の掘削方向が傾いてしまう事態が防止されるのである。

【００３６】

【発明の効果】以上の通り本発明によれば、以下の優れ
た効果を奏する。（ａ）効率的な傾斜測定が可能となり、測定の容易化
が図られる。（ｂ）精度の高い傾斜測定が出来る。（ｃ）地盤を掘削しつつ推進する推進工法に利用すれ
ば、時間効率を高め、掘削精度を向上することが出来
る。（ｄ）対衝撃性の高い測定装置とすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一実施形態を模式的に表現した構成
図。

【図２】図１と同様な構成図であって、測定対象が傾斜
を持った状態を示す図。

【図３】本発明の第二実施形態を示す傾斜測定装置の構
成図。

【図４】図２の主要部の立体図。

【図５】本発明の第一実施形態及び第二実施形態の構成
を示すブロック図。

【図６】本発明の傾斜角度測定の制御フローチャートを
示す図。

【図７】本発明の傾斜測定装置を水平方向掘削に適用し
た実施形態を示す図。

【図８】本発明の傾斜測定装置を垂直方向掘削に適用し
た実施形態を示す図。

【符号の説明】

１・・・測定媒体封入管２・・・第一の媒体流体３・・・第二の媒体流体４・・・流体境界面５・・・境界面センサ６・・・制御装置７・・・表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円環状に閉じた形状のチューブを備え、
該チューブ内に第１の流体と、該第一の流体と比重量が
異なり該第一の流体中に溶解しない第２の流体を充填
し、これら二つの流体の境界面の挙動を検知する動作検
知手段と、該動作検知手段の検出結果から傾斜を決定す
る制御手段、とが設けられている事を特徴とする傾斜測
定装置。
【請求項２】前記チューブの中心線を包含する平面は
垂直面に平行であり、前記制御手段は前記垂直面に直交
する水平面に対する傾斜を決定する様に構成されている
請求項１の傾斜測定装置。
【請求項３】前記チューブが２本設けられており、２
本のチューブの各々は、その中心線が垂直面に平行な平
面に包含されているか、或いは、水平面に平行な平面に
包含されており、前記制御手段は水平面或いは垂直面に
対する傾斜を決定する様に構成されている請求項１の傾
斜測定装置。
【請求項４】請求項１の傾斜測定装置を用いた傾斜測
定方法において、前記チューブ内の二つの流体の境界面
の変動を前記動作検知手段が検知する工程と、その検知
結果から前記チューブの中心軸を含む平面と直行する平
面の傾斜を決定する工程、とを含むことを特徴とする傾
斜測定方法。