JP2016216952A - 立坑の坑口位置推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】立坑の坑口の現況位置を的確に把握することを可能とした立坑の坑口位置推定方法を提案する。【解決手段】立坑１内に設定された複数の測点３，３，…の初期位置と坑口２の初期位置とを測量し、複数の測点３，３，…と坑口２との位置関係を取得する第一計測工程と、立坑１の内部に注水した後の複数の測点３，３，…の現在位置を地上から測量する第二計測工程と、測点３の初期位置と測点３の現在位置とに基づいて、坑口２の現在位置を推定する坑口推定工程とを備える立坑の坑口位置推定方法。【選択図】図２

Description

本発明は、立坑の坑口位置推定方法に関する。

大深度トンネルや高水圧条件下におけるトンネル施工では、到達立坑内に予め水を貯留させた状態でトンネル掘削機を到達させる、いわゆる水中到達工法が採用される場合がある（例えば、特許文献１参照）。
水中到達工法は、到達立坑内に溜められた水の水圧により、トンネル掘削機の到達時の推進力や、立坑の周囲の地下水圧および土圧に抵抗させるものである。立坑内外の水圧の差を小さくしておけば、トンネル掘削機の到達時の湧水量を低減することが可能であるとともに、坑口周囲に対する薬液注入も可能となる。

ところが、立坑内に水を貯留すると、貯留水の重みにより立坑が沈下するおそれがある。立坑が沈下すると、坑口位置に変化が生じてしまう。一方、水が貯留している状態では、直接的に坑口位置を測定できなくなるため、掘削機の到達位置を定めることができなくなるおそれがあった。
そのため、従来の水中到達における坑口位置の測定方法として、三角測量を用いて間接的に計測する方法が採用される場合があった。

この測定方法では、まず、図３に示すように、坑口１０２からピアノ線等の線材を地上まで斜めに設けるとともに、坑口１０２から地上（立坑上端）までの高さＡ１（線材１０３を斜辺とした立坑１０１内の直角三角形Ｔ１の高さ）を事前に計測しておく。
立坑１０１内の注水が完了したら、線材１０３を延長し、この線材１０３を斜辺とした直角三角形Ｔ２の他の２辺の長さＡ２，Ｂ２を地上で測定する。そして、三角形Ｔ１，Ｔ２の比の計算により、立坑１０１内の幅Ｂ１を算出することで、坑口位置を算出する。

特開２００８−２７４６１４号公報

立坑１０１内から延設された線材１０３を緊張させたとしても、線材１０３にはたわみが生じてしまう。線材１０３にたわみが生じると、立坑１０１内の三角形Ｔ１と地上部の三角形Ｔ２の斜辺の角度に誤差が生じてしまう。
また、水中において線材１０３が何かに干渉すると誤差が生じるが、水中での線材１０３の状況は目視では確認することができない。
さらに、地上部での計測誤差が生じた場合には、両三角形Ｔ１，Ｔ２比率（Ａ１／Ａ２）分だけ誤差が増加してしまう。

このような観点から、本発明は、立坑の坑口の現況位置を的確に把握することを可能とした立坑の坑口位置推定方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の立坑の坑口位置推定方法は、立坑内に設定された複数の測点の初期位置と坑口の初期位置とを測量し、前記複数の測点と前記坑口との位置関係を取得する第一計測工程と、前記立坑の内部に注水した後の前記複数の測点の現在位置を地上から測量する第二計測工程と、前記測点の初期位置と前記測点の現在位置とに基づいて、前記坑口の現在位置を推定する坑口推定工程とを備えることを特徴としている。

かかる立坑の坑口位置推定方法によれば、立坑内への注水に伴う水荷重により立坑に変位（沈下や傾斜）が生じた場合であっても、坑口の現況位置を的確に把握することが可能となる。そのため、トンネル掘削機の取付位置を的確に把握することができ、高品質施工が可能となる。

また、前記坑口推定工程では、前記測点の現在位置を３次元ＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｄｒａｗｉｎｇ）上に表示し、複数の前記測点の初期位置と坑口の初期位置との位置関係を維持した状態で、前記測点の現在位置に前記測点の初期位置を重ね合わせることで、前記坑口の現在位置を推定してもよい。
かかる立坑の坑口位置推定方法によれば、ＣＡＤ上で坑口位置を把握することができるため、作業が容易である。また、計算ミス等が生じることもない。
なお、前記複数の測点を高さ方向に間隔をあけて設定すれば、より正確なデータを得ることができる。

本発明の立坑の坑口位置推定方法によれば、立坑の坑口の現況位置を的確に把握することが可能となる。

（ａ）は本発明の実施形態の立坑を示す縦断図、（ｂ）は同平面図である。 （ａ）は構築直後の立坑を示す斜視図、（ｂ）は注水後の立坑を示す斜視図、（ｃ）はＣＡＤ上で初期値と現況値とを重ねた状態の立坑を示す斜視図である。 従来の立坑の坑口位置の測定方法を示す説明図である。

本実施形態では、立坑１に水中到達工法によってシールドトンネルを到達させる場合において、注水後にシールドトンネルの接合位置（到達坑口２）を推定する立坑の坑口位置推定方法について説明する（図１（ａ）および（ｂ）参照）。
本実施形態の立坑１は、ニューマチックケーソン工法により複数のケーソン（箱体）を地中に沈設することにより形成されている。なお、各ケーソンは、コンクリート製であってもよいし、鋼製であってもよい。
立坑１には、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、トンネル掘進機の接続位置となる到達坑口２が形成されている。到達坑口２は、トンネル掘進機により切削可能な立坑１の壁の一部分である。

立坑１に内壁面には、複数の測点３，３，…が設けられている。
測点３は、立坑１の内壁面に固定された架台に設定されている。測点３には、ターゲット（プリズム反射鏡等）が設置されている。なお、架台（測点３）の構成や立坑１への固定方法等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
本実施形態では、立坑１の周方向に等間隔で４点の測点３，３，…を設けるとともに、当該測点群（４つの測点３，３，…）を立坑１の高さ方向に間隔をあけて３段設けることで、合計１２点の測点３，３，…を設けている。なお、測点３の数および配置は限定されるものではないが、注水後においても測量できるように、注水後の水位よりも高い位置に設ける。また、測点３は、必ずしも周方向に等間隔で設ける必要はないし、また、高さ方向に複数設ける必要もない。

本実施形態の立坑の坑口位置推定方法では、まず、立坑１の施工後、立坑内に注水する前に、立坑１内に設定された複数の測点３，３，…の初期位置と到達坑口２の初期位置とを測量する（第一計測工程）。
複数の測点３，３，…の初期位置および到達坑口２の初期位置により、複数の測点３，３，…と到達坑口２との位置関係を取得する。
本実施形態では、図１の（ａ）に示すように、立坑１の底部に据え付けた測量機器４（例えばトータルステーション）を利用して、各測点３および到達坑口２の初期位置を測定するが、測量機器４の設置個所は限定されるものではなく、例えば、地上に設けてもよい。
測量データは、図２（ａ）に示すように、３次元ＣＡＤデータ（３次元座標）として保存する。このとき、測量データは、到達坑口２と測点３および測点３同士の位置関係が把握できればよく、必ずしもトンネル施工の座標系と関連付ける必要はない。

次に、立坑１の内部に注水を行い、立坑１内に水Ｗを貯留する（図２（ｂ）参照）。立坑１への注水量（水深）は限定されるものではないが、立坑１に作用する地下水圧と同等の水圧が確保できるようにするのが望ましい。
また、立坑１内に注水する水Ｗの採取方法は限定されるものではなく、例えば、河川等から採取してもよいし、水道水を使用してもよい。
立坑１の内部への注水が完了したら、複数の測点３，３，…の現在位置を、地上（立坑１の外周囲）に据え付けた測量機器により測量する（第二計測工程）。

続いて、測点３の初期位置と測点３の現在位置とに基づいて、到達坑口２の現在位置を推定する（坑口推定工程）。
なお、立坑１は、一体に形成されているため、注水に伴う重量により変位が生じた場合であっても、坑口２と測点３，３，…との位置関係は変化しない。
まず、測点３の現在位置を３次元ＣＡＤ上（コンピュータの仮想空間）に表示する。なお、測点３の現在位置データは、トンネル施工の座標系に関連付けた座標により管理しておくのが望ましい。

次に、図２（ｃ）に示すように、３次元ＣＡＤ上において、複数の測点３，３，…の初期位置と到達坑口２の初期位置との位置関係を維持した状態で、測点３の現在位置に測点３の初期位置を重ね合わせることで、到達坑口２の現在位置を推定する。すなわち、３次元ＣＡＤ上において、複数の測点３，３，…および到達坑口２の初期位置の集合体を移動回転させて、複数の測点３，３，…の現在位置に重ね合わせる。こうすることで、ＣＡＤ上に、到達坑口２の現在位置が表示される。そして、ＣＡＤ上において、到達坑口２の位置の座標を確認する。

本実施形態の立坑の坑口位置推定方法によれば、立坑１内への注水に伴う水荷重により立坑１に変位（沈下や傾斜）が生じた場合であっても、到達坑口２の現況位置を推定することができる。
つまり、立坑１内に水Ｗを貯留することで、地上から到達坑口２の位置を視認することができない場合であっても、測点３との位置関係により、到達坑口２の現在位置を的確に推定することができる。
坑口２の現況位置を的確に把握することで、トンネル掘削機を適切に誘導して立坑１の所定の位置（坑口２）に到達させることが可能になるため、高品質施工が可能となる。

また、本実施形態の立坑の坑口位置推定方法によれば、３次元ＣＡＤ上で到達坑口２の現在位置を推定することができるため、作業を早期かつ簡易に行うことができるとともに、複雑な計算に要する手間や費用を省略することができる。
また、画面上で確認しながらＣＡＤを操作することで作業が完了するため、作業者の経験や能力にかかわらず、高精度に到達坑口２の現在位置の推定を行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、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。
例えば、前記実施形態では、ニューマチックケーソン工法により形成された立坑について説明したが、立坑の施工方法は限定されるものではない。
また、立坑は必ずしもケーソン立坑である必要はなく、立坑の構造は限定されない。
また、立坑の形状寸法等は限定されるものではなく、例えば断面視矩形の立坑であってもよい。
前記実施形態では、３次元ＣＡＤ上で、坑口２の現在位置を推定する場合について説明したが、坑口２の現在位置の推定は、必ずしも３次元ＣＡＤ上で行う必要はなく、例えば、測点の初期位置と測点の現在位置を用いて、最小二乗法により算出してもよい。

１ 立坑
２ 到達坑口（坑口）
３ 測点
４ 測量機器
Ｗ 水

Claims (3)

1. 立坑内に設定された複数の測点の初期位置と坑口の初期位置とを測量し、前記複数の測点と前記坑口との位置関係を取得する第一計測工程と、
   前記立坑の内部に注水した後の前記複数の測点の現在位置を地上から測量する第二計測工程と、
   前記測点の初期位置と前記測点の現在位置とに基づいて、前記坑口の現在位置を推定する坑口推定工程とを備えることを特徴とする、立坑の坑口位置推定方法。
2. 前記坑口推定工程では、前記測点の現在位置を３次元ＣＡＤ上に表示し、複数の前記測点の初期位置と坑口の初期位置との位置関係を維持した状態で、前記測点の現在位置に前記測点の初期位置を重ね合わせることで、前記坑口の現在位置を推定することを特徴とする、請求項１に記載の立坑の坑口位置推定方法。
3. 前記複数の測点を高さ方向に間隔をあけて設定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の立坑の坑口位置推定方法。

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