JP2006266897A - 管材の線形度の観察方法および計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 管材の線形度を観察または計測する際に、機器類を設置するスペースがない場合や、管材が小口径の場合にも適用できる簡便な方法を提供する。
【解決手段】 先受け管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの各継手部の内周面には、当該内周面から突出するように反射体２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ装着されており、各反射体２ａ、２ｂ、２ｃは色分けされ、管口から各反射体２ａ、２ｂ、２ｃを見た際に識別できるようになっている。固定治具４を用いてＣＣＤカメラ３を管口の中心点に固定し、管口から最も近い反射体２ａの中心点がＣＣＤカメラ３の画像の中心に来るように視準する。反射体２ｂ、２ｃの反射像が画像中心からどれだけシフトしているか画像解析することにより、反射体２ｂ、２ｃのズレ量がわかるので、反射体２ｂ、２ｃのズレ量と管口から反射体２ｂ、２ｃまでの距離（既知）から、先受け管１ｂ、１ｃ、１ｄの傾斜角が計測できる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、管材を敷設する際に用いられる測量技術に関し、特に、管材全体を見渡すことができず、管材内からのみ観察または計測が可能な、例えば地中に管材を敷設する場合などに用いられる測量技術に関する。

地中に敷設される管材の線形度を計測する方法として、従来より以下の方法が知られている。
（１）トータルステーション（例えば、特許文献１参照）を使用する方法
トータルステーションは、光波測距儀と電子セオドライトを一体化し、さらに測定結果に基づいて水平距離や高度差を算出する計算機能を備えた計測器であり、計測作業の大幅な省力化を図ることができる。
（２）パイプレーザー（例えば、特許文献２参照）を使用する方法
パイプレーザーは、配管時の基準線を設定するために用いられるレーザー照射装置である。パイプの敷設開始位置に設置したパイプレーザー 本体から パイプの終端位置 に設置した ターゲットに向けて照射したレーザービームを基準線として利用する 。
（３）挿入式計測器（例えば、特許文献３参照）を使用する方法
この方法は、 ケーシング内にジャイロスコープを搭載したプローブと呼ばれる挿入式計測器を管路内に挿入することにより、管路の曲がり具合等を計測するものである。
特開平８−２８５５７８号公報 （第３−７頁、第１−７図） 特開２００１−３４９７２９号公報 （第６−９頁、第１−９図） 特開平９−１０５６２７号公報 （第２−３頁、第１−３図）

しかしながら、管を継ぎ足しながら掘削して構造物を構築する推進工法などにおいてトータルステーションを用いて計測を行う場合、トータルステーションの設置場所が掘削機の設置場所と重複するため、計測のたびに掘削機を移動させなければならないという問題がある。
また、パイプレーザーを使用した計測では、ターゲットを管内に設置しなければならないうえ、小口径の管の場合、スペースが制約され実施できない場合が多い。
さらに、挿入式計測器を用いた計測では、管に挿入する計測器自身が計測対象のため、管を直接計測していないことになり、内部公差によるガタが方向角に悪影響を及ぼすことになる。そして、挿入式計測器を管内に挿入するたびに、その誤差は累積されていく。特に土木工事の場合、水などの問題から電源を使用する計測機器の使用は難しく、複雑な機器を使うほどコストが増大する。
このようなことから、作業に当たるオペレーターが作業の合間に測定ができ、素早く次の施工作業へフィードバックできる方法の開発が求められている。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、管材の線形度を観察または計測する際に、機器類を設置するスペースがない場合や、管材が小口径の場合にも適用できる簡便な方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る管材の線形度の観察方法は、管材の内周面から突出するように当該管材の内周面に沿って反射体を前記管材の継手部に装着した後、前記管材の一方の管口から前記反射体に向けて光を照射して、前記管口に設置した撮像機で前記反射体を撮像し、撮像画面上で前記反射体中心点のズレ量を観察することを特徴とする。
本発明では、地中などに敷設される管材を継ぎ足す際に、管材の内周面から突出するように管材継手部の内周面に沿って反射体を装着しておき、管材の一方の管口から反射体に向けて光を照射して管口に設置した撮像機で撮像し、撮像画面上で反射体中心点のズレ量を観察するだけでよいので、機器類を設置するスペースがない場合や、管材が小口径の場合にも管材の線形度を観察することができる。

また、本発明に係る管材の線形度の観察方法では、前記反射体を、前記管材に内接するリング状としてもよい。
本発明では、反射体を管材に内接するリング状とすることにより、管材の中心位置を容易に観測することができる。

また、本発明に係る管材の線形度の計測方法は、管材の内周面から突出するように当該管材の内周面に沿って反射体を前記管材の継手部に装着した後、前記管材の一方の管口から前記反射体に向けて光を照射して、前記管口に設置した撮像機により撮像し、前記反射体中心点のズレ量と前記管口から当該反射体までの距離とから前記管材の線形度を計測することを特徴とする。
本発明では、地中などに敷設される管材を継ぎ足す際に、管材の内周面から突出するように管材継手部の内周面に沿って反射体を装着しておき、管材の一方の管口から反射体に向けて光を照射して管口に設置した撮像機で撮像し、反射体中心点のズレ量と管口から当該反射体までの距離とから管材の傾斜角が計測できるので、機器類を設置するスペースがない場合や、管材が小口径の場合にも管材の線形度を計測することができる。

また、本発明に係る管材の線形度の計測方法では、前記反射体を、前記管材に内接するリング状としてもよい。
本発明では、反射体を管材に内接するリング状とすることにより、管材の中心位置を容易に計測することができる。

本発明では、地中などに敷設される管材を継ぎ足す際に、管材の内周面から突出するように管材継手部の内周面に沿って反射体を装着しておき、管材の一方の管口から反射体に向けて光を照射して管口に設置した撮像機で撮像し、反射体中心点のズレ量を観察または計測するだけなので、機器類を設置するスペースがない場合や、管材が小口径の場合にも管材の線形度を観察または計測することができる。

以下、本発明に係る管材の線形度の観察方法および計測方法の実施形態について図面に基づいて説明する。
ここでは一例として、トンネル工事における注入式長尺鋼管先受工法（以下、ＡＧＦ工法と呼ぶ。）に本発明を適用する場合について説明する。図１はＡＧＦ工法の作業方法を示す概略図である。
ＡＧＦ工法に使用する掘削機５は、水平旋回および俯仰自在なブーム６を備え、ブーム６の先端部には、全長５ｍを超えるガイドセル７を有している。ガイドセル７上には、先受け管（管材）１に回転打撃を加える削岩機８が備えられており、削岩機８はガイドセル７に沿って前後に移動できるようになっている。

ＡＧＦ工法では、上記掘削機５を用いて以下の手順により先受け管１を地山Ｇに打設する。
先ず、先受け管１をガイドセル７上にセットし、ブーム６を動かしてガイドセル７を移動させ位置決めを行う。削孔位置が定まると、ガイドセル７を摺動させ、トンネルの壁面にガイドセル７を当接させて固定する。そして、先受け管１に削岩機８で回転と打撃を加えると同時に、送水ホース（図示省略）を介して圧送される削孔水を先受け管１先端のビット（図示省略）から噴射しながら削孔しつつ、削岩機８を前進させて地山Ｇに向けて先受け管１を打設する。先受け管１の打設が完了すると、モルタル等の充填材を先受け管１の中空部から注入し、先受け管１を地山Ｇに固定する。
通常のＡＧＦ工法では、３ｍ程度の先受け管１を継ぎ足しながら削孔し、１２ｍ程度の施工を行う。

次に、先受け管１の線形度を観察し、もしくは計測する方法について説明する。
図２は先受け管継手部の側断面図である。図２では、先受け管１ｂがビット側に位置しており、以下の説明では便宜的に、ビット側を「先」、その反対側を「後」と呼ぶことにする。
先受け管１ａ、１ｂは同径の鋼管であって、先端部には外周面に雄ネジ部１０が形成され、後端部には内周面に雌ネジ部１１がそれぞれ形成されている。先受け管１ａ、１ｂ同士を接合する場合は、先受け管１ｂの後端部に形成された雌ネジ部１１に、先受け管１ａの先端部に形成された雄ネジ部１０を螺挿して接合する。
本発明では、先受け管１ａの雄ネジ部１０を先受け管１ｂの雌ネジ部１１に螺挿する前に、先受け管１ｂの雌ネジ部１１の最奥に反射体２を嵌挿しておくものである。この際、反射体２が先受け管１ｂの内周面から僅かに突出するように、先受け管１ｂの内周面に沿って雌ネジ部１１に嵌挿する必要がある。反射体２の突出量Ｄは、充填材注入の支障とならないように１ｍｍ程度とする。

ＡＧＦ工法では、長尺削孔に対応した先端駆動式の削岩機８を用いることがある。この場合、先受け管１そのものが動力伝達管となるため、先受け管１の内部に計器類が設置できず、従来技術では測定が不可能もしくは非常に困難であった。しかし、本発明では、管内への突出量Ｄが１ｍｍ程度であるため、削孔性能に全く影響を与えることがない。

反射体２は、図３に示すような薄肉のリングの形をしており、再帰反射シートをリング状に裁断して使用している。この反射体２は、光の入射した方向に対して反射する特徴を有しており、管口から懐中電灯程度の光を照射することにより充分な反射像を得ることができる。
再帰反射とは、入射した光が再び入射方向へ帰る反射現象のことをいう。再帰反射シートは、再帰反射により光源方向からの視認性を高めたもので、構造的にはレンズとして作用する直径４０〜９０μｍの微小な高屈折ガラスビーズが結合樹脂中に均一に多数配置され、シート状に形成されたものである。

図４は、先受け管内に設置された反射体を観察もしくは計測している状況を示した概略図である。図４では、先受け管１ｄ側がビット側であり、先受け管１ａの後端部が管口である。
先受け管１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの各継手部の内周面には、当該内周面から突出するように反射体２ａ、２ｂ、２ｃがそれぞれ装着されている。各反射体２ａ、２ｂ、２ｃはそれぞれ異なる色に色分けされており、管口から各反射体２ａ、２ｂ、２ｃを見た際に識別できるようになっている。
固定治具４を用いてＣＣＤカメラ（撮像機）３を管口の中心点に固定し、管口から最も近い反射体２ａの中心点がＣＣＤカメラ３の画像の中心に来るように視準する。
なお、本実施形態において使用するＣＣＤカメラ３は、カメラレンズの外周部にライトが取り付けられているため、別途、ライトを準備する必要はないが、ライトを備えていないＣＣＤカメラ３の場合は、反射体２ａ、２ｂ、２ｃに向けてライト等で光を照射する必要がある。また、本実施形態では、一番手前の反射体２ａに撮像画像の中心を合わせているが、これは一本目の区間は、ほぼ正確に削孔されているという前提による。

図５はＣＣＤカメラによる映像を示した概念図であり、２ａ’は反射体２ａの反射像、２ｂ’は反射体２ｂの反射像、２ｃ’は反射体２ｃの反射像である。ここで、反射体２ａの中心点がＣＣＤカメラ３の画像中心に位置するように視準しているため、反射像２ａ’の中心はＣＣＤカメラによる画像中心と一致している。
反射像２ｂ’、２ｃ’がそれぞれ画像中心からどれだけシフトしているか画像解析することにより、反射体２ｂ、２ｃのズレ量が計算できる。一方、管口から反射体２ｂ、２ｃまでの距離は既知である。従って、反射体２ｂ、２ｃのズレ量と管口から反射体２ｂ、２ｃまでの距離から、先受け管１ｂ、１ｃ、１ｄの傾斜角が計測できる。

図６は他の反射体の形状を示したものである。
反射体は先受け管の全内周に存在する必要はなく、先受け管の中心が求められればよい。そのため、図６のように、先受け管の内周面から突出するように当該先受け管の内周面に沿って、小さな反射体１２を離散的に配置してもよい。

本発明では、地山Ｇに打設される先受け管１を継ぎ足す際に、先受け管１の内周面から突出するように先受け管１継手部の内周面に沿って反射体２を装着しておき、先受け管１の管口から反射体２に向けて光を照射して管口に設置したＣＣＤカメラ３で撮像し、反射体２中心点のズレ量を観察または計測するだけでよいので、機器類を設置するスペースがない場合や、先受け管１が小口径の場合にも先受け管１の線形度を観察または計測することができる。
また、本発明では、計器類を先受け管１内に挿入する必要がなく、また先受け管１内に電源を必要としないため、先受け管１の線形度を簡便に観察または計測することができる。その結果、作業に当たるオペレーターが作業の合間に測定ができ、素早く次の施工作業へフィードバックすることができる。しかも、複雑な機器を用いないため、大幅なコストダウンを図ることができる。

以上、本発明に係る管材の線形度の観察方法の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記の実施形態では、先受け管への適用例を説明しているが、配水管など他の管材でもよいことは言うまでもない。

トンネル工事における注入式長尺鋼管先受工法の作業方法を示す概略図である。 先受け管継手部の側断面図である。 反射体の形状を示す斜視図である。 先受け管内に設置された反射体を観察もしくは計測している状況を示す概略図である。 ＣＣＤカメラによる映像を示した概念図である。 他の反射体の平面配置を示す概略図である。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ 先受け管（管材）
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、１２ 反射体
２ａ’、２ｂ’、２ｃ’ 反射像
３ ＣＣＤカメラ（撮像機）
４ 固定治具
５ 掘削機
６ ブーム
７ ガイドセル
８ 削岩機
１０ 雄ネジ部
１１ 雌ネジ部
Ｇ 地山
Ｄ 突出量

Claims (4)

1. 管材の内周面から突出するように当該管材の内周面に沿って反射体を前記管材の継手部に装着した後、前記管材の一方の管口から前記反射体に向けて光を照射して、前記管口に設置した撮像機で前記反射体を撮像し、撮像画面上で前記反射体中心点のズレ量を観察することを特徴とする管材の線形度の観察方法。
2. 前記反射体は、前記管材に内接するリング状であることを特徴とする請求項１に記載の管材の線形度の観察方法。
3. 管材の内周面から突出するように当該管材の内周面に沿って反射体を前記管材の継手部に装着した後、前記管材の一方の管口から前記反射体に向けて光を照射して、前記管口に設置した撮像機により撮像し、前記反射体中心点のズレ量と前記管口から当該反射体までの距離とから前記管材の線形度を計測することを特徴とする管材の線形度の計測方法。
4. 前記反射体は、前記管材に内接するリング状であることを特徴とする請求項３に記載の管材の線形度の計測方法。

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