JP2014224380A - Excavation routing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トンネルの掘進ルートの設定方法に関する。 The present invention relates to a tunnel excavation route setting method.
曲線部を有したシールドトンネル(特許文献1参照)の施工では、曲線線形に合わせて端面にテーパーが形成されたテーパーリング(テーパーセグメントを組み合わせたセグメントリング)を配設するとともに、シールドジャッキを操作することにより施工を行うのが一般的である。 When constructing a shield tunnel with a curved portion (see Patent Document 1), a taper ring (segment ring combining taper segments) with a taper formed on the end face according to the curve alignment is arranged and the shield jack is operated. It is common to perform construction by doing.
従来、曲線部を有したシールドトンネルの施工は、勾配が一定の中、セグメントリングが回転することのないように(セグメントリングの頂部が傾斜することのないように)施工するのが一般的であった。 Conventionally, shield tunnels with curved sections are generally constructed so that the segment ring does not rotate while the gradient is constant (so that the top of the segment ring does not tilt). there were.
近年、都市部の地下において、非開削工法によって大規模な地下空間を構築するニーズが高まりつつある。
このような地下空間の施工方法として、例えば、先行トンネルから複数の小断面トンネルを並設して外殻を形成し、この外殻の内部を掘削することにより形成する方法がある。
In recent years, there is an increasing need to construct a large underground space by the non-cutting method in the underground of urban areas.
As a construction method for such an underground space, for example, there is a method in which a plurality of small-section tunnels are juxtaposed from a preceding tunnel to form an outer shell and excavated inside the outer shell.
この施工方法では、縦断勾配を変化させつつ曲線掘進を行う場合があるが、単一の平面に沿って掘進ルートを設定できない場合には、掘進ルートがねじれを伴うことになる。 In this construction method, curved excavation may be performed while changing the longitudinal gradient, but when the excavation route cannot be set along a single plane, the excavation route is twisted.
ねじれを伴うシールドトンネルの施工は、逐次掘進方向を変化させる必要があるので、ジャッキの操作が複雑になる。また、テーパーセグメントの形状や配置位置の変更も複雑になる。 The construction of a shield tunnel with twisting requires the operation of the jack to be complicated because it is necessary to sequentially change the direction of excavation. Further, changing the shape and arrangement position of the taper segment is complicated.
このような観点から、本発明は、地下空間内におけるシールドトンネルの曲線施工に関し、比較的簡易に施工管理を行うことを可能とした掘進ルートの設定方法を提案することを課題とする。 From such a viewpoint, an object of the present invention is to propose a method for setting an excavation route that enables relatively simple construction management with respect to the curved construction of the shield tunnel in the underground space.
前記課題を解決するために、本発明は、曲線を含む区間の終点におけるトンネル掘進機の中心軸を、前記区間の始点におけるトンネル掘進機の中心軸に対してねじれた位置関係にある目標軸に一致させるための掘進ルートの設定方法であって、前記区間の始点におけるトンネル掘進機の中心軸を含む第一平面上に第一掘削ルートを設ける第一ステップと、前記第一掘削ルートの終端におけるトンネル掘削機の中心軸を含み且つ前記第一平面と交差する第二平面上に第二掘削ルートを設ける第二ステップと、前記第二掘削ルートの終端におけるトンネル掘削機の中心軸および前記目標軸を含み且つ前記第二平面と交差する第三平面上に第三掘削ルートを設ける第三ステップとを有し、前記第二ステップでは、前記第二掘削ルートの終端におけるトンネル掘削機の中心軸が前記目標軸と平行になるように前記第二掘削ルートを設定することを特徴としている。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention sets the center axis of the tunnel machine at the end point of the section including the curve to the target axis that is twisted with respect to the center axis of the tunnel machine at the start point of the section. A method for setting an excavation route for matching, a first step of providing a first excavation route on a first plane including a central axis of a tunnel excavator at the start point of the section, and at the end of the first excavation route A second step of providing a second excavation route on a second plane that includes the central axis of the tunnel excavator and intersects the first plane; and the central axis and the target axis of the tunnel excavator at the end of the second excavation route And a third step of providing a third excavation route on a third plane intersecting the second plane, and in the second step, at the end of the second excavation route The central axis of the tunnel excavator is characterized by setting the second excavation route so as to be parallel to the target axis.
かかる掘進ルート設定方法によれば、3つの平面を利用することで、簡易に施工管理を行うことが可能となる。
つまり、平面上の曲線の組み合わせにより、ねじれを伴う掘進ルートの設定を行うため、ジャッキ操作やセグメントの管理が比較的容易である。
According to this excavation route setting method, construction management can be easily performed by using three planes.
That is, since the excavation route with twist is set by a combination of curves on a plane, jack operation and segment management are relatively easy.
また、第二の発明に係る掘進ルート設定方法は、曲線を含む区間の終点におけるトンネル掘進機の中心軸を、前記区間の始点におけるトンネル掘進機の中心軸に対してねじれた位置関係にある目標軸に一致させるための掘進ルートの設定方法であって、前記区間の始点におけるトンネル掘進機の中心軸を含む第一平面上に第一掘削ルートを設ける第一ステップと、前記第一掘削ルートの終端におけるトンネル掘削機の中心軸および前記目標軸を含み且つ前記第一平面と交差する第二平面上に第二掘削ルートを設ける第二ステップとを有し、前記第一ステップでは、前記第一掘削ルートの終端における前記トンネル掘削機の中心軸が前記目標軸と平行になるように前記第一掘削ルートを設定することを特徴としている。 Further, the excavation route setting method according to the second invention is a target in which the central axis of the tunnel excavator at the end point of the section including the curve is twisted with respect to the central axis of the tunnel excavator at the start point of the section. A method for setting an excavation route to coincide with an axis, the first step of providing a first excavation route on a first plane including a central axis of a tunnel excavator at the start point of the section, A second step of providing a second excavation route on a second plane that includes the center axis of the tunnel excavator at the end and the target axis and intersects the first plane, and in the first step, the first step The first excavation route is set such that a central axis of the tunnel excavator at the end of the excavation route is parallel to the target axis.
つまり、既設トンネルから発進する際等に、予め所望の角度を有している場合には、2つの平面を利用することで、簡易に施工管理を行うことが可能となる。 That is, when starting from an existing tunnel and having a desired angle in advance, construction management can be easily performed by using two planes.
本発明の掘進ルートの設定方法によれば、地下空間内におけるシールドトンネルの曲線施工に関し、比較的簡易に施工管理を行うことが可能となる。 According to the excavation route setting method of the present invention, it is possible to perform construction management relatively easily with respect to the curved construction of the shield tunnel in the underground space.
本実施形態では、図1に示すように、本線トンネルT1とアプローチトンネルT2との合流部において、アプローチトンネルT2から複数本の小断面トンネルt,t…を発進させ、複数本の小断面トンネルを本線トンネルT1とアプローチトンネルT2とを内包するように併設することで合流部を囲む地下構造物を形成する場合について説明する。 In this embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of small section tunnels t, t... Are started from the approach tunnel T2 at the junction of the main tunnel T1 and the approach tunnel T2, and a plurality of small section tunnels are formed. A case will be described in which an underground structure surrounding the junction is formed by arranging the main tunnel T1 and the approach tunnel T2 together.
図2に示すように、小断面トンネルtの発進部を含む区間では、当該区間の終点(目標点)Epにおけるトンネル掘進機の中心軸が、始点(出発点)Spにおけるトンネル掘進機の中心軸に対してねじれた位置関係にある。
本実施形態では、この始点Spにおけるトンネル掘進機の中心軸を、終点Epにおけるトンネル掘進機の中心軸(目標軸)に一致させるように、掘進ルートの設定を行う。
As shown in FIG. 2, in the section including the starting portion of the small section tunnel t, the center axis of the tunnel machine at the end point (target point) Ep of the section is the center axis of the tunnel machine at the start point (start point) Sp. Is twisted with respect to the position.
In this embodiment, the excavation route is set so that the center axis of the tunnel excavator at the start point Sp coincides with the central axis (target axis) of the tunnel excavator at the end point Ep.
なお、始点Spと終点Epは近接しておらず、両者の間には十分な距離がある。
また、始点Spおよび終点Epでは、それぞれ曲線が接する方向を有しているが、互いの方向は異なった向きである。
The start point Sp and the end point Ep are not close to each other, and there is a sufficient distance between them.
In addition, the start point Sp and the end point Ep have directions in which the curves are in contact with each other, but the directions are different from each other.
説明において、方向角は、図3に示すように、Y軸からX軸にとった水平方向角θyxとXY平面となす鉛直方向角θzで表す。すなわち、水平方向角θyxはXY平面に投影した小断面トンネルtの中心軸とY軸とのなす角度であり、鉛直方向角θzはXY平面と小断面トンネルtの中心軸とのなす角度である。また、ルート設定にあたっては、平行移動座標変換および回転座標変換によって、曲線設定をXY平面上で行うが、このときの始端と終端の向きをY軸からX軸方向への角度で表わす(θ10 、θ11 、θ20およびθ21)。 In the description, the direction angle is represented by a horizontal direction angle θ yx taken from the Y axis to the X axis and a vertical direction angle θ z formed with the XY plane, as shown in FIG. That is, the horizontal direction angle θ yx is an angle formed by the central axis of the small section tunnel t projected on the XY plane and the Y axis, and the vertical direction angle θ z is an angle formed by the XY plane and the central axis of the small section tunnel t. It is. In setting the route, the curve is set on the XY plane by translational coordinate transformation and rotational coordinate transformation. At this time, the direction of the start and end is expressed by an angle from the Y axis to the X axis (θ 10 , Θ 11 , θ 20 and θ 21 ).
本実施形態では、小断面トンネルtの発進部におけるアプローチトンネルT2の中心軸をY軸として説明する。
なお、X軸,Y軸,Z軸は互いに直交する軸である。また、本実施形態では、XY平面が水平面、YZ平面が鉛直面である場合を例示するが、これに限定されるものではない。
In this embodiment, the center axis of the approach tunnel T2 in the starting portion of the small cross-section tunnel t will be described as the Y axis.
Note that the X axis, the Y axis, and the Z axis are orthogonal to each other. Moreover, although this embodiment illustrates the case where the XY plane is a horizontal plane and the YZ plane is a vertical plane, the present invention is not limited to this.
また、出発点の座標をTs(xs,ys,zs)、目標点の座標をTt(xt,yt,zt)とする。
出発点における水平方向角をθyxs、鉛直方向角をθzs、目標点における水平方向角はθyxt、鉛直方向角はθztとする。
Further, the coordinates of the starting point are Ts (xs, ys, zs), and the coordinates of the target point are Tt (xt, yt, zt).
The horizontal direction angle at the starting point is θ yxs , the vertical direction angle is θ zs , the horizontal direction angle at the target point is θ yxt , and the vertical direction angle is θ zt .
掘進ルートの設定は、区間の始点Spにおけるトンネル掘進機の中心軸を含む第一平面P1上に第一掘削ルートR1を設ける第一ステップと、第一掘削ルートR1の終端におけるトンネル掘削機の中心軸を含み且つ第一平面P1と交差する第二平面P2上に第二掘削ルートR2を設ける第二ステップと、第二掘削ルートR2の終端におけるトンネル掘削機の中心軸および目標軸を含み且つ第二平面P2と交差する第三平面P3上に第三掘削ルートR3を設ける第三ステップとを有している(図2参照)。 The setting of the excavation route includes the first step of providing the first excavation route R1 on the first plane P1 including the central axis of the tunnel excavator at the section start point Sp, and the center of the tunnel excavator at the end of the first excavation route R1. A second step of providing a second excavation route R2 on a second plane P2 including an axis and intersecting the first plane P1, and including a center axis and a target axis of the tunnel excavator at the end of the second excavation route R2 and And a third step of providing a third excavation route R3 on the third plane P3 intersecting the two planes P2 (see FIG. 2).
なお、第一掘削ルートR1、第二掘削ルートR2および第三掘削ルートR3は、それぞれ曲線を有して設定されている。 The first excavation route R1, the second excavation route R2, and the third excavation route R3 are set with curves.
第一ステップでは、区間の始点Spを第一掘削ルートR1の始端として、予め設定された第一掘削ルートR1の終端に到達するように、第一平面P1上において、曲線を有した第一掘削ルートR1を設定する。 In the first step, the first excavation having a curve on the first plane P1 is set so as to reach the end of the preset first excavation route R1 with the start point Sp of the section as the start end of the first excavation route R1. Route R1 is set.
第一平面P1は、図4に示すように、アプローチトンネルT2から発進したトンネル掘進機の発進時の中心軸とY軸(アプローチトンネルT2の中心軸)とにより形成された平面とする。つまり、第一平面P1は、Y軸から放射状に延びる平面である。 As shown in FIG. 4, the first plane P1 is a plane formed by the center axis and the Y axis (center axis of the approach tunnel T2) when the tunnel excavator started from the approach tunnel T2 is started. That is, the first plane P1 is a plane extending radially from the Y axis.
本実施形態では、Y軸を含むように第一平面P1を設定しているが、Y軸と交差するように第一平面P1を設定してもよい。また、第一平面P1がXY平面、YZ平面、XZ平面と一致する場合もある。 In the present embodiment, the first plane P1 is set so as to include the Y axis, but the first plane P1 may be set so as to intersect the Y axis. Further, the first plane P1 may coincide with the XY plane, the YZ plane, and the XZ plane.
第二ステップでは、第一掘削ルートR1の終端を第二掘削ルートR2の始端として、予め設定された第二掘削ルートR2の終端に到達するように、第二平面P2上において、曲線を有した第二掘削ルートR2を設定する。
なお、第二掘削ルートR2の終端におけるトンネル掘進機の中心軸の方向角は、目標点における方向角と等しくなるように設定されている。
In the second step, the second excavation route R1 has a curve on the second plane P2 so that the end of the second excavation route R2 is reached with the end of the first excavation route R1 as the starting end of the second excavation route R2. A second excavation route R2 is set.
The direction angle of the central axis of the tunnel machine at the end of the second excavation route R2 is set to be equal to the direction angle at the target point.
第三ステップでは、第二掘削ルートR2の終端を第三掘削ルートR3の始端として、区間の終点(目標点)にすり付く第三掘削ルートR3を第三平面P3上において設定する。 In the third step, the end of the second excavation route R2 is set as the start end of the third excavation route R3, and the third excavation route R3 that rubs to the end point (target point) of the section is set on the third plane P3.
第三ステップでは、第三掘削ルートR3の始端における方向角(=第二掘削ルートR2の終端における方向角)が目標点における方向角と等しくなっているので、第三掘削ルートR3は、第二掘削ルートR2の終端におけるトンネル掘削機の中心軸と目標軸とを含む第三平面P3上において目標軸とすり付くように設定できる。 In the third step, the direction angle at the start end of the third excavation route R3 (= direction angle at the end of the second excavation route R2) is equal to the direction angle at the target point. It can be set to rub against the target axis on the third plane P3 including the center axis and the target axis of the tunnel excavator at the end of the excavation route R2.
次に、具体的な掘削ルートの設定方法について説明する。
本実施形態では、第一掘削ルートR1の曲線の設定を、第一平面上からXY平面上の曲線となるように回転座標変換させた状態で行う。なお、図5(a)に示すように、第一掘削ルートR1は、始端(=出発点)を原点に平行移動した局部座標系で設定した後、前述の平行移動を逆に行って求める。
Next, a specific excavation route setting method will be described.
In the present embodiment, the setting of the curve of the first excavation route R1 is performed in a state in which the rotational coordinates are converted from the first plane to the curve on the XY plane. As shown in FIG. 5A, the first excavation route R1 is obtained by setting the starting end (= starting point) in a local coordinate system translated from the origin and then reversely performing the above-described translation.
図4に示すように、始点(出発点)におけるトンネル掘進機の中心軸の角度が、XZ面内においてX軸からα(当該中心軸をXZ面に投影した場合におけるX軸からの角度がα)で、Y軸からβである場合には、第一掘削ルートR1の始端におけるαに対応する角度分(−α)、Y軸回りに座標変換を行い、図5の(b)に示すように、XY面上で曲線R1’を設定する。この場合、θ10はβと一致する。なお、角度θ11は、後述する方法により設定する。 As shown in FIG. 4, the angle of the central axis of the tunnel machine at the start point (starting point) is α from the X axis in the XZ plane (the angle from the X axis when the central axis is projected onto the XZ plane is α ), When β is from the Y axis, coordinate conversion is performed around the Y axis by an angle corresponding to α (−α) at the starting end of the first excavation route R1, as shown in FIG. 5B. Then, a curve R1 ′ is set on the XY plane. In this case, θ 10 matches β. The angle theta 11 is set by the method described below.
なお、始点(出発点)のトンネル掘進機の中心軸の方向角がθyx10(=θyxs)、θz10(=θzs)の場合には、Z軸回りに−θyx10 (=−θyxs)回転させた後、X軸回りに−θz10 (=−θzs)回転させて、XY面上で曲線R1’を設定すればよい。 If the direction angle of the center axis of the tunnel machine at the start point (start point) is θ yx10 (= θ yxs ), θ z10 (= θ zs ), −θ yx10 (= −θ yxs ) around the Z axis ) After the rotation, the curve R1 ′ may be set on the XY plane by rotating by −θ z10 (= −θ zs ) around the X axis.
曲線R1’を設定したら、XY面上の曲線R1’を、回転座標変換を行い、図5の(a)に示すように、第一平面P1上の第一掘削ルートR1として表す。すなわち、曲線R1’を、前記の回転座標変換と逆の手順で正負逆の角度分回転座標変換を行う。例えば、始点(出発点)のトンネル掘進機の中心軸が、XZ面内においてX軸から角度α、Y軸との角度βの方向であるとした場合には、曲線R1’をY軸回りに角度α分の回転座標変換を行う。また、Z軸回りに−θyx10 (=−θyxs)回転させた後、X軸回りに−θz10 (=−θzs)回転させることで、第一平面上の第一掘削ルートをXY面上で表わしていた場合には、曲線R1’をX軸回りにθz10 (=θzs)回転させた後、Z軸回りにθyx10 (=θyxs)回転させる回転座標変換を行う。 When the curve R1 ′ is set, the curve R1 ′ on the XY plane is subjected to rotational coordinate conversion, and is represented as a first excavation route R1 on the first plane P1, as shown in FIG. That is, the rotation coordinate conversion of the curve R1 ′ is performed by the opposite angle of the positive and negative angles in the reverse procedure of the rotation coordinate conversion. For example, if the center axis of the tunneling machine at the start point (start point) is the direction of angle α from the X axis and angle β with the Y axis in the XZ plane, the curve R1 ′ is rotated around the Y axis. Performs rotation coordinate conversion for angle α. In addition, after rotating −θ yx10 (= −θ yxs ) around the Z axis, the first excavation route on the first plane is changed to the XY plane by rotating −θ z10 (= −θ zs ) around the X axis. In the case shown above, after rotating the curve R1 ′ around the X axis by θ z10 (= θ zs ), rotation coordinate transformation is performed by rotating around the Z axis by θ yx10 (= θ yxs ).
図6の(a)に示すように、第二掘削ルートR2は第一掘削ルートR1の終端を原点に平行移動した局部座標系で設定した後、前述の平行移動を逆に行って求める。そのため、第二掘削ルートR2の設定は、まず、X軸回りに角度θz’だけ回転させて、図6の(b)に示すように、XY平面上の曲線R2’を設定する。ここで、角度θz’は後述する方法により設定する。 As shown in FIG. 6 (a), the second excavation route R2 is obtained by setting the end of the first excavation route R1 in a local coordinate system that has been translated from the origin, and then reversely performing the above-mentioned translation. Therefore, the second excavation route R2 is set by first rotating the angle θ z ′ around the X axis to set a curve R2 ′ on the XY plane as shown in FIG. 6B. Here, the angle θ z ′ is set by a method described later.
XY平面上において曲線R2’の始端の角度θ20および終端の角度θ21を設定するとともに、始端の角度θ20と終端の角度θ21とを結ぶ曲線R2’を設定する。なお、角度θ20、θ21は後述する方法により設定する。 'Sets the start angle theta 20 and the end of the angle theta 21, the curve R2 connecting the angle theta 21 of start angle theta 20 and terminating' curve R2 in the XY plane to set a. The angles θ 20 and θ 21 are set by a method described later.
曲線R2’を設定したら、当該曲線R2’を第二平面上の第二掘削ルートR2となるように、X軸回りに−θz’回転させる回転座標変換を行う(図6の(a)参照)。 When the curve R2 ′ is set, rotational coordinate conversion is performed by rotating the curve R2 ′ around the X axis by −θ z ′ so as to be the second excavation route R2 on the second plane (see FIG. 6A). ).
次に、角度θz’の設定方法について述べる。角度θz’は、第二掘削ルートR2をX軸回りに回転座標変換させて、XY平面上の曲線に変換するための角度である。第二掘削ルートの終端の方向は目標点の方向と一致させることから、角度θz’は目標点の方向をX軸回りに回転させてXY平面上に向かせるための角度となる。 Next, a method for setting the angle θ z ′ will be described. The angle θ z ′ is an angle for converting the second excavation route R2 into a curve on the XY plane by converting rotational coordinates around the X axis. Since the direction of the terminal end of the second excavation route is made coincident with the direction of the target point, the angle θ z ′ is an angle for rotating the direction of the target point around the X axis to face the XY plane.
目標点の方向をベクトル表示すると、方向角θyxt,θztを用いて以下のように表わされる。なお、Lは定数である。
(x,y,z)=(L・cosθzt・sinθyxt,L・cosθzt・cosθyxt,L・sinθzt)
When the direction of the target point is displayed as a vector, it is expressed as follows using the direction angles θ yxt and θ zt . L is a constant.
(x, y, z) = (L ・cosθ zt・ sinθ yxt , L ・cosθ zt・cosθ yxt , L ・ sinθ zt )
これをX軸回りに角度θz’だけ回転させると目標点の方向は次のように表わされる。
x’= L・cosθzt・sinθyxt
y’=(L・cosθzt・cosθyxt)・cosθz’−(L・sinθzt)・sinθz’
z’=(L・cosθzt・cosθyxt)・sinθz’+(L・sinθzt)・cosθz’
When this is rotated about the X axis by an angle θ z ′, the direction of the target point is expressed as follows.
x '= L ・cosθ zt・ sinθ yxt
y '= (L ・cosθ zt・cosθ yxt ) ・cosθ z ' − (L ・ sinθ zt ) ・ sinθ z '
z '= (L ・cosθ zt・cosθ yxt ) ・ sinθ z ' + (L ・ sinθ zt ) ・ cosθ z '
X軸回りにθz’回転させた目標点の方向が、XY平面上にあるためには、z’=0となる必要がある。z’=0としてθz’を求めると以下のようになる。
z’=0=(L・cosθzt・cosθyxt)・sinθz’+(L・sinθzt)・cosθz’
θz’=arctan(-tanθzt/cosθyxt)
In order for the direction of the target point rotated by θ z ′ around the X axis to be on the XY plane, z ′ = 0 needs to be satisfied. When z ′ = 0 and θ z ′ is obtained, it is as follows.
z '= 0 = (L ・cosθ zt・cosθ yxt ) ・ sinθ z ' + (L ・ sinθ zt ) ・ cosθ z '
θ z '= arctan (-tanθ zt / cosθ yxt )
また、XY平面上に回転座標変換された曲線R2’の終端の角度θ21は次式で表わされる。
θ21=arctan(x’/y’)
=arctan{sinθyxt/( cosθyxt・cosθz’-tanθzt・sinθz’)}
The angle θ 21 at the end of the curve R2 ′ that has been subjected to rotational coordinate conversion on the XY plane is expressed by the following equation.
θ 21 = arctan (x '/ y')
= arctan {sinθ yxt / ( cosθ yxt · cosθ z '-tanθ zt · sinθ z ')}
θz’は、第二掘削ルートR2の終端の中心軸に対する回転角であるが、第二掘削ルートR2の始端の中心軸も、同じ回転角θz’でX軸回りに回転させることでXY平面上に向く必要がある。第二掘削ルートR2の始端の方向角θyx20、θz20は、第一掘削ルートR1の終端の方向角θyx11、θz11と同一である。 θ z ′ is a rotation angle with respect to the central axis at the end of the second excavation route R2, but the central axis at the start end of the second excavation route R2 is also rotated around the X axis at the same rotation angle θ z ′. It needs to face on a plane. Second drilling route starting end of the directional angle theta Yx20 of R2, theta z20 the direction angle theta Yx11 end of the first drilling route R1, the same as theta z11.
第二掘削ルートR2の始端の方向をベクトル表示すると、方向角θyx11,θz11を用いて以下のように表わされる。なお、Lは定数である。
(x,y,z)=(L・cosθz11・sinθyx11,L・cosθz11・cosθyx11,L・sinθz11)
When the direction of the starting end of the second excavation route R2 is displayed as a vector, it is expressed as follows using the direction angles θ yx11 and θ z11 . L is a constant.
(x, y, z) = (L ・cosθ z11・ sinθ yx11 , L ・cosθ z11・cosθ yx11 , L ・ sinθ z11 )
これをX軸回りにθz’回転させると第二掘削ルートの始端の方向は次のように表わされる。
x’= L・cosθz11・sinθyx11
y’=(L・cosθz11・cosθyx11)・cosθz’−(L・sinθz11)・sinθz’
z’=(L・cosθz11・cosθyx11)・sinθz’+(L・sinθz11)・cosθz’
When this is rotated around the X axis by θ z ′, the direction of the starting end of the second excavation route is expressed as follows.
x '= L ・cosθ z11・ sinθ yx11
y '= (L ・cosθ z11・cosθ yx11 ) ・cosθ z ' − (L ・ sinθ z11 ) ・ sinθ z '
z '= (L ・cosθ z11・cosθ yx11 ) ・ sinθ z ' + (L ・ sinθ z11 ) ・cosθ z '
X軸回りにθz’回転させた第二掘削ルートの始端の方向がXY平面上にあるためには、z’=0となる必要がある。z’=0とすると、次の式(1)が求められる。
z’=0=(L・cosθz11・cosθyx11)・sinθz’+(L・sinθz11)・cosθz’
cosθz11・cosθyx11・sinθz’+ sinθz11・cosθz’=0 ・・・・(1)
In order for the direction of the starting end of the second excavation route rotated by θ z ′ around the X axis to be on the XY plane, z ′ = 0 needs to be satisfied. When z ′ = 0, the following equation (1) is obtained.
z '= 0 = (L ・cosθ z11・cosθ yx11 ) ・ sinθ z ' + (L ・ sinθ z11 ) ・cosθ z '
cosθ z11 · cosθ yx11 · sinθ z '+ sinθ z11 · cosθ z ' = 0 (1)
また、XY平面上に回転座標変換された曲線R2’の始点の角度θ20は次式で表わされる。
θ20=arctan(x’/y’)
=arctan{sinθyx11/(cosθyx11・cosθz’-tanθz11・sinθz’)}
Further, the angle θ 20 of the starting point of the curve R2 ′ that has been subjected to rotational coordinate conversion on the XY plane is expressed by the following equation.
θ 20 = arctan (x '/ y')
= arctan {sinθ yx11 / (cosθ yx11 · cosθ z '-tanθ z11 · sinθ z')}
始点(出発点)のトンネル掘進機の中心軸が、X軸からXZ面内に角度α、Y軸との角度βの方向であるとした場合には、XY平面上で曲線R1’の終端の角度θ11を設定した後、Y軸回りにα分の回転座標変換を行うことで、第一掘削ルートR1の終端の方向角θyx11、θz11が得られる。 If the central axis of the tunnel machine at the start point (start point) is in the direction of angle α from the X axis to the XZ plane and angle β with the Y axis, the end of the curve R1 ′ on the XY plane After setting the angle θ 11 , by performing rotational coordinate conversion for α around the Y axis, the direction angles θ yx11 and θ z11 at the end of the first excavation route R1 are obtained.
XY平面上の曲線R1’の終端の角度θ11の方向をベクトルで表わすと以下のようになる。なお、Lは定数である。
(x,y,z)=(L・sinθ11,L・cosθ11,0)
The direction of the angle θ 11 at the end of the curve R1 ′ on the XY plane is expressed as a vector as follows. L is a constant.
(x, y, z) = (L ・ sinθ 11 , L ・ cosθ 11 , 0)
終端の角度θ11の方向ベクトルを、Y軸回りにα回転させると第一掘削ルートR1の終端の方向は次のように表わされる。
x’= L・sinθ11・cosα
y’= L・cosθ11
z’=−L・sinθ11・sinα
When the direction vector of the end angle θ 11 is rotated α around the Y axis, the end direction of the first excavation route R1 is expressed as follows.
x '= L ・ sinθ 11・ cosα
y '= L ・ cosθ 11
z '= − L ・ sinθ 11・ sinα
これより、式(2)、式(3)が得られる。
θyx11=arctan(x’/y’)
=arctan(L・sinθ11・cosα/ L・cosθ11)
=arctan(tanθ11・cosα) ・・・・・・・ (2)
θz11= arcsin(z’/L)
= arcsin(−L・sinθ11・sinα/ L)
= arcsin(−sinθ11・sinα) ・・・・・ (3)
Thereby, Formula (2) and Formula (3) are obtained.
θ yx11 = arctan (x '/ y')
= arctan (L ・ sinθ 11・ cosα / L ・ cosθ 11 )
= arctan (tanθ 11・ cosα) (2)
θ z11 = arcsin (z '/ L)
= arcsin (−L ・ sinθ 11・ sinα / L)
= arcsin (−sinθ 11・ sinα) (3)
式(2)および式(3)を式(1)に代入し、数値解析手法などを適用すれば、XY平面上の曲線R1’の終端の角度θ11を求めることができる。 By substituting Equation (2) and Equation (3) into Equation (1) and applying a numerical analysis method or the like, the end angle θ 11 of the curve R1 ′ on the XY plane can be obtained.
本実施形態の掘進ルート設定方法によれば、3つの平面を利用することで、簡易に施工管理を行うことが可能となる。
つまり、平面上の曲線の組み合わせにより、ねじれを伴う掘進ルートの設定を行うため、ジャッキ操作やセグメントの管理が比較的容易となる。
According to the excavation route setting method of the present embodiment, construction management can be easily performed by using three planes.
That is, since the excavation route with twist is set by a combination of curves on the plane, jack operation and segment management become relatively easy.
以上、本発明に係る実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。 The embodiment according to the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and the above-described components can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.
例えば、前記実施形態では、3つの平面を利用してトンネルの掘進ルートを設定するものとしたが、第一掘削ルートの始端の方向の設定に制限が無いような場合等、発進点におけるトンネル掘進機の方向角を予め所望の角度に設定することができるような場合には、2つの平面を利用してトンネルの掘進ルートを設定してもよい。 For example, in the above-described embodiment, the tunnel excavation route is set using three planes, but the tunnel excavation at the starting point is not necessary, for example, when the setting of the direction of the starting end of the first excavation route is not limited. When the direction angle of the machine can be set to a desired angle in advance, the tunnel excavation route may be set using two planes.
この場合におけるトンネルの掘進ルートの設定方法は、区間の始点におけるトンネル掘進機の中心軸を含む第一平面上に第一掘削ルートを設ける第一ステップと、第一掘削ルートの終端におけるトンネル掘削機の中心軸および目標軸を含み且つ第一平面と交差する第二平面上に第二掘削ルートを設ける第二ステップとを有していればよい。
このとき、第一ステップでは、第一掘削ルートの終端におけるトンネル掘削機の中心軸が目標軸と平行になるように第一掘削ルートを設定する。
The tunnel excavation route setting method in this case includes the first step of providing the first excavation route on the first plane including the central axis of the tunnel excavator at the start point of the section, and the tunnel excavator at the end of the first excavation route And a second step of providing a second excavation route on a second plane that includes the central axis and the target axis and intersects the first plane.
At this time, in the first step, the first excavation route is set so that the central axis of the tunnel excavator at the end of the first excavation route is parallel to the target axis.
ここで、「第一掘削ルートの終端におけるトンネル掘削機の中心軸が目標軸と平行になる」ようにするには、例えば、前述の式(2)、式(3)で表わされるθyx11とθz11が、それぞれ、θyx11=θyxt, θz11=θztとなればよい。
式(2)、式(3)でθyx11=θyxt, θz11=θztとおくと、αとθ11を未知数とする2つの関係式が得られることから、数値解析手法などを適用すれば、αとθ11を求めることができる。
Here, in order to “become the center axis of the tunnel excavator at the end of the first excavation route is parallel to the target axis”, for example, θ yx11 represented by the above formulas (2) and (3) θ z11 may be θ yx11 = θ yxt and θ z11 = θ zt , respectively.
If θ yx11 = θ yxt and θ z11 = θ zt in Equation (2) and Equation (3), two relational expressions with α and θ 11 as unknowns can be obtained. For example, α and θ 11 can be obtained.
そして、発進点におけるトンネル掘進機の方向角をα(所望の角度)に設定すれば、2つの平面を利用してトンネルの掘進ルートを設定することができる。 If the direction angle of the tunnel excavator at the starting point is set to α (desired angle), the tunnel excavation route can be set using two planes.
P1 第一平面
P2 第二平面
P3 第三平面
R1 第一掘削ルート
R2 第二掘削ルート
R3 第三掘削ルート
T1 本線トンネル
T2 アプローチトンネル
t 小断面トンネル
P1 first plane P2 second plane P3 third plane R1 first excavation route R2 second excavation route R3 third excavation route T1 main tunnel T2 approach tunnel t small section tunnel
Claims (2)
前記区間の始点におけるトンネル掘進機の中心軸を含む第一平面上に第一掘削ルートを設ける第一ステップと、
前記第一掘削ルートの終端におけるトンネル掘削機の中心軸を含み且つ前記第一平面と交差する第二平面上に第二掘削ルートを設ける第二ステップと、
前記第二掘削ルートの終端におけるトンネル掘削機の中心軸および前記目標軸を含み且つ前記第二平面と交差する第三平面上に第三掘削ルートを設ける第三ステップと、を有し、
前記第二ステップでは、前記第二掘削ルートの終端におけるトンネル掘削機の中心軸が、前記目標軸と平行になるように前記第二掘削ルートを設定することを特徴とする掘進ルートの設定方法。 A tunneling route setting method for matching a center axis of a tunnel machine at an end point of a section including a curve with a target axis that is twisted with respect to a center axis of the tunnel machine at a start point of the section, ,
A first step of providing a first excavation route on a first plane including the central axis of the tunnel machine at the start of the section;
A second step of providing a second excavation route on a second plane that includes the central axis of the tunnel excavator at the end of the first excavation route and intersects the first plane;
A third step of providing a third excavation route on a third plane including the central axis of the tunnel excavator at the end of the second excavation route and the target axis and intersecting the second plane;
In the second step, the second excavation route is set such that the center axis of the tunnel excavator at the end of the second excavation route is parallel to the target axis.
前記区間の始点におけるトンネル掘進機の中心軸を含む第一平面上に第一掘削ルートを設ける第一ステップと、
前記第一掘削ルートの終端におけるトンネル掘削機の中心軸および前記目標軸を含み且つ前記第一平面と交差する第二平面上に第二掘削ルートを設ける第二ステップと、を有し、
前記第一ステップでは、前記第一掘削ルートの終端における前記トンネル掘削機の中心軸が前記目標軸と平行になるように前記第一掘削ルートを設定することを特徴とする掘進ルートの設定方法。 A tunneling route setting method for matching a center axis of a tunnel machine at an end point of a section including a curve with a target axis that is twisted with respect to a center axis of the tunnel machine at a start point of the section, ,
A first step of providing a first excavation route on a first plane including the central axis of the tunnel machine at the start of the section;
A second step of providing a second excavation route on a second plane that includes the center axis of the tunnel excavator at the end of the first excavation route and the target axis and intersects the first plane;
In the first step, the first excavation route is set such that a center axis of the tunnel excavator at the end of the first excavation route is parallel to the target axis.
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