JP2018168532A - ニューマチックケーソンの姿勢計測装置及び計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】構築途中におけるケーソン躯体の姿勢を作業員を測定位置に拘束することなく、リアルタイムで容易に把握できるニューマチックケーソンの姿勢計測装置及び計測方法を提供する。
【解決手段】ケーソン躯体１を掘削しつつ順次沈下させて構築されるニューマチックケーソンの姿勢計測装置１０であって、ケーソン躯体１の外側面の所定の位置に設けられた複数のターゲット１３と、ケーソン躯体１の外部に配置されて複数のターゲット１３の座標位置を検出する検出部１５と、検出部１５により検出された複数のターゲット１３の座標位置とケーソン躯体１に対する複数のターゲット１３の所定の位置に基づいてケーソン躯体１の姿勢を検出する姿勢処理部１６と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の環状体を掘削しつつ順次沈下させて構築されるニューマチックケーソンにおける構築途中のケーソン躯体の姿勢を検出するニューマチックケーソンの姿勢計測装置及び計測方法に関する。

ニューマチックケーソン工法は、下部の作業室で地山を掘削しつつ地上で構築した環状体を沈下させていく工法である。そのため掘削沈下期間中にケーソン躯体の姿勢を把握することは、最終的な施工精度を確保するうえで非常に重要な要素となる。

ケーソン躯体の姿勢を制御するには、ケーソン躯体の傾斜、偏心量となる水平方向の位置ズレ、鉛直軸周りの回転方向に位置ズレなどを把握し、土質条件等に応じた適切な掘削方法で下部の地山を掘削することが不可欠である。

従来、ニューマチックケーソンの構築途中にケーソン躯体の傾き、三次元方向の位置、鉛直軸周りの回転方向の位置などの姿勢が繰り返し計測されている。例えば下記特許文献１等では、ケーソン躯体に傾斜計を装着して傾斜方向や傾斜角度が検出されている。

またケーソン躯体に沈下計を装着して傾斜量や沈下量が計測されることもある。さらにケーソン躯体の外側面にマーキングを行って、作業者がトランシットなどにより測量することで位置ズレなど測定されている。

特開２０１２−４６９０２号公報

しかしながら、傾斜計および沈下計を設けることで傾斜や沈下量等はリアルタイムの計測が可能であるが、リアルタイムで常にケーソン躯体の姿勢を見るためには、作業者が常にトランシットなどを使用して測量する必要があり、作業者を測量の作業に拘束させてしまう。そのため、ケーソン躯体の姿勢の傾き、平行移動、回転移動の測量は、１日に１回もしくは数回の頻度で行われ、リアルタイムに把握できていなかった。

従って、連続的に行われている掘削作業において、急激な姿勢の変化が生じた場合には、ケーソン躯体の姿勢に対して適切に掘削することが容易でなかった。

そこで本発明では、ニューマチックケーソンの構築途中におけるケーソン躯体の姿勢変化を作業者を測量の作業に拘束することなくリアルタイムに測定し、連続的に行われている掘削作業において、急激な姿勢の変化が生じた場合でも、ケーソン躯体の姿勢に対して適切に掘削することが可能なニューマチックケーソンの姿勢計測装置及び計測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に、請求項１に記載のニューマチックケーソンの姿勢計測装置は、ケーソン躯体の外側面の所定の位置に設けられた複数のターゲットと、前記ケーソン躯体の外部に配置され、前記複数のターゲットの座標位置を検出する検出部と、前記検出部により検出された前記複数のターゲットにおける座標位置と前記ケーソン躯体に対する前記複数のターゲットの前記所定の位置に基づいて前記ケーソン躯体の傾き、平行移動、回転移動を検出する姿勢処理部と、を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記検出部は、三次元レーザスキャナ又は自動追尾トータルステーションであることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記ターゲットが前記ケーソン躯体の外側面に３点以上設けられ、前記３点以上設けられる前記ターゲットの少なくとも１つの前記ターゲットが他の複数の前記ターゲットからなる線上から外れて設けられていることを特徴とする。

上記目的を達成するために、請求項４に記載のニューマチックケーソンの姿勢計測方法は、ケーソン躯体の外側面の所定の位置に複数のターゲットを設け、前記ケーソン躯体の外部から前記複数のターゲットの座標位置を検出し、検出された前記複数のターゲットにおける座標位置と前記ケーソン躯体に対する前記複数のターゲットの前記所定の位置に基づいて前記ケーソン躯体の傾き、平行移動、回転移動の全て又は何れかを検出することを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の構成に加え、前記ケーソン躯体の前記複数のターゲットの座標位置を三次元レーザスキャナ又は自動追尾トータルステーションで検出することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の構成に加え、前記ターゲットを前記ケーソン躯体の外側面に３点以上設け、前記３点以上のターゲットの少なくとも１つの前記ターゲットが他の複数の前記ターゲットからなる線上から外して設けることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項４乃至６の何れか一つに記載の構成に加え、前記ケーソン躯体が沈下していくに伴って、前記ケーソン躯体の上部に形成する環状体の外側面の所定の位置に、前記ターゲットを設けることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、構築途中のケーソン躯体の外側面の所定の位置にターゲットが複数設けられ、検出部において複数のターゲットの座標位置を検出している。その複数のターゲットの座標位置とケーソン躯体に対する複数のターゲットの所定の位置からケーソン躯体の傾き、平行移動、回転移動のうち全て又は何れかを把握できる。このとき、検出部による複数のターゲットの座標位置の検出は、コンピュータ等の連動により操作することができるため、作業員を常に拘束することなくリアルタイムでケーソン躯体の姿勢の測量を行うことができる。従って、常にケーソン躯体の姿勢が把握できるため、連続的に行われている掘削作業において、急激な姿勢の変化が生じた場合でも、常にケーソン躯体の姿勢に対して適切に掘削することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、検出部として三次元レーザスキャナ又は自動追尾トータルステーションを使用するため、広範囲に移動するターゲットを検出するので、構築途中のケーソン躯体の姿勢が周囲の地盤等との影響で急激に変化してターゲットの位置が急激に変動しても、容易に精度よくターゲットの位置を把握することができる。

請求項３に記載の発明によれば、ターゲットをケーソン躯体の外側面に３点以上設け、３点以上のターゲットのうち少なくとも１つが、他の複数のターゲットからなる線上から外れて設けられているので、３点以上のターゲットの座標位置を検出することにより、ケーソン躯体の傾き、平行移動、回転移動の全てを把握することができる。そのため、ケーソン躯体の姿勢をより正確に把握することができ、ケーソン躯体の姿勢に対してより適切に掘削することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、構築途中のケーソン躯体の外側面の所定の位置にターゲットを複数設け、外部から複数のターゲットの座標位置を検出している。そのため複数のターゲットの座標位置とケーソン躯体に対する複数のターゲットの所定の位置関係に基づいてケーソン躯体の傾斜、平行移動、回転移動の全て又は何れかを把握できる。このとき、複数のターゲットの座標位置の検出は、コンピュータ等の連動により操作することができ、作業者を拘束することなくリアルタイムでケーソン躯体の姿勢の測量を行うことができる。従って、常にケーソン躯体の姿勢が把握できるため、連続的に行われている掘削作業において、急激な姿勢の変化が生じた場合でも、ケーソン躯体の姿勢に対して適切に掘削することが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、検出に三次元レーザスキャナ又は自動追尾トータルステーションを使用するため、広範囲に移動するターゲットを点群データで検出するので、ケーソン躯体の姿勢が周囲の地盤等との影響で急激に変化してターゲットの位置が急激に変動しても、容易に精度よくターゲットの位置を把握することができる。

請求項６に記載の発明によれば、ターゲットをケーソン躯体の外側面に３点以上設け、３点以上のターゲットの少なくとも１つが他の複数のターゲットからなる線上から外れて設けられているので、３点以上のターゲットの座標位置を検出することにより、ケーソン躯体の傾き、平行移動、回転移動の全てを把握することができ、ケーソン躯体の姿勢に対してより適切に掘削することが可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、ケーソン躯体が沈下するに伴って、ケーソン躯体の上部に形成する環状体の外側面の所定の位置にターゲットが設けるので、掘削が進んで下方の環状体が地上から地中に沈下して下方の環状体に設けられたターゲットが見えず、検出部で検出できなくなったとき、上方の環状体に配置されたターゲットは地上に配置されているため検出することができる。そのため、掘削によりケーソン躯体を地中への沈下させても、常にターゲットを検出してケーソン躯体の姿勢を把握することが可能となる。

本発明の実施形態に係る姿勢計測装置が装着されたケーソン躯体を示す縦断面図である。 本発明の実施形態に係る姿勢計測装置が装着されたケーソン躯体を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）本発明の実施形態に係る姿勢計測装置においてケーソン躯体である環状体５ａ、５ｂ、５ｃに装着されたターゲットの配置を示す正面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の実施形態に係る姿勢計測装置が装着されたケーソン躯体において、ケーソン躯体である環状体にそれぞれターゲットを配置したケーソン躯体が、順次地中に沈下する状態を説明する図である。 本発明の実施形態における第１変形例の姿勢計測装置が装着されたケーソン躯体を示す平面図である。 本発明の実施形態における第２変形例の姿勢計測装置が装着されたケーソン躯体を示す平面図である。 本発明の実施形態における第３変形例の姿勢計測装置が装着されたケーソン躯体を示す平面図である。 本発明の実施形態における第４変形例の姿勢計測装置が装着されたケーソン躯体を示す平面図である。

以下、本発明の実施形態について図を用いて詳細に説明する。本実施形態のニューマチックケーソンの姿勢計測装置は構築途中のケーソン躯体に使用されるものである。

図１乃至図４は、本実施形態に係る姿勢計測装置１０が装着されたケーソン躯体１を示している。

図１に示すように、ケーソン躯体１は、環状体５ａを有し、ケーソン躯体１が地中に沈下した際に、環状体５ａの上部に鉄筋が組まれ、型枠が組まれてコンクリートが打設され、環状体５ｂが形成される。また、掘削工程が進み、ケーソン躯体１がさらに地中にある程度沈下した場合、図４（ｄ）に示すように、環状体５ｂの上部に新たな環状体５ｃが形成される。

環状体５ａは、図１及び図４に示すように、初めに地表に設置されるケーソン躯体１である。環状体５ａは、掘削の工程でケーソン躯体１を地中に沈下させるための刃口４と、刃口４に囲まれた作業室９を下端に仕切るように形成された作業室天井スラブ２を有する。

環状体５ａの上部に形成される環状体５ｂは、水平断面が環状体５ａと同様の枠形状を呈する。同様に、環状体５ｂの上部に形成される環状体５ｃも、水平断面が環状体５ｂと同様の枠形状を呈する。

この実施形態では、各環状体５ａ、５ｂ、５ｃの水平断面は、図２に示すように矩形形状である。

ニューマチックケーソンの姿勢計測装置１０は、図２に示すように、ケーソン躯体１の外側面の所定の位置に設けられている複数のターゲット１３と、ケーソン躯体１の外部に配置されている検出部１５と、検出部１５の検出結果からケーソン躯体１の姿勢を決定する姿勢処理部１６と、を有している。

ターゲット１３は、検出部１５において検出される際、周囲のケーソン躯体１の表面と区別して位置を検出可能な目印となるものである。

この複数のターゲット１３は、ケーソン躯体１の外側面に設けられている。

この実施形態でのケーソン躯体１に設けられるターゲット１３の配置について説明する。なお、図３（ａ）は初めに地表に設置されるケーソン躯体１である環状体５ａを示し、図３（ｂ）はケーソン躯体１が沈下した際、環状体５ａの上部に打設されて形成されるケーソン躯体１である環状体５ｂを示し、図３（ｃ）はさらにケーソン躯体１が沈下した際に、環状体５ｂの上部に打設されて形成されるケーソン躯体１である環状体５ｃを示す。

この実施の形態では、ケーソン躯体１である環状体５ａの一方の外側側面には、図３（ａ）に示すように、４点のターゲット１３ａ１、１３ａ２が設けられ、２点のターゲット１３ａ１は下方に配置され、２点のターゲット１３ａ２は上方に配置されている。また、２つのターゲット１３ａ１と２つのターゲット１３ａ２は、図３（ａ）に示すように、鉛直方向においてそれぞれ互い違いに配置されている。

また、環状体５ｂの一方の外側側面には、図３（ｂ）に示すように、環状体５ｂに２点のターゲット１３ｂが設けられている。同様に環状体５ｃの一方の外側側面にも、図３（ｃ）に示すように、環状体５ｃに２点のターゲット１３ｃが設けられている。

このように、この実施の形態においては、ケーソン躯体１の一方の外側側面に合計８点、つまり３点以上のターゲット１３が設けられている。また、本実施形態のように、ケーソン躯体１の一方の外側側面にのみに３点以上のターゲット１３が配置されている場合、３点以上のターゲット１３の少なくとも１つのターゲット１３が他の複数のターゲット１３からなる線上から外れて設けられる。

また、ターゲット１３のぞれぞれは、ケーソン躯体１に対する相対位置が事前に明らかになっている。

本実施形態では、環状体５ａに設けられたターゲット１３ａのケーソン躯体１に対する相対位置は、環状体５ａの刃口４における刃先４ａから各ターゲット１３ａまでの距離を精度よく予め測定又は算出し、得られた距離の値をケーソン躯体１の上下方向の相対位置としている。また、図３に示すような、ターゲット１３ａが設けられているケーソン躯体１の壁面の端６ａから各ターゲット１３ａまでの水平方向の距離を測定又は算出し、得られた距離の値をケーソン躯体１の水平方向の相対位置としている。これらのケーソン躯体１に対する各ターゲット１３ａの上下方向と水平方向の相対位置は、後述する記憶部１７に記憶されている。

また、本実施形態では、環状体５ｂ、５ｃに設けられたターゲット１３ｂ、１３ｃのケーソン躯体１に対する相対位置は、環状体５ｂ又は５ｃが形成される前にケーソン躯体１に設けられているターゲット１３からターゲット１３ｂ、１３ｃまでの上下方向の距離を測定又は算出し、得られた距離の値をケーソン躯体１の上下方向の相対位置としている。また、図３に示すような、ターゲット１３ｂ、１３ｃが設けられているケーソン躯体１の壁面の端６ａから各ターゲット１３ｂ、１３ｃまでの水平方向の距離を測定又は算出し、得られた距離の値をケーソン躯体１の水平方向の相対位置としている。これらのケーソン躯体１に対する各ターゲット１３ｂ、１３ｃの上下方向と水平方向の相対位置は、後述する記憶部１７に記憶されている。

一方、検出部１５は、ケーソン躯体１に設けられた複数のターゲット１３の座標位置を検出する。この検出部１５は、ターゲット１３の座標位置を検出部１５からの相対位置として計測するため、所定の位置に固定される。本実施形態では検出部１５として三次元レーザスキャナ又は自動追尾トータルステーションが使用されている。

三次元レーザスキャナーは、スキャナーから照射されたレーザによって、広範囲で対象物の空間位置情報を取得する計測装置であり、離れた位置から非接触で、且つノンプリズムで大量点群データを取得可能である。つまり、三次元レーザスキャナは、「単点」の測量ではなく、短時間に大量の「面的な点群座標」が取得し、ターゲット１３付近のケーソン躯体１の外側表面全体の位置データとともに、ターゲット１３の座標位置データを検出することが可能となっている。

一方、自動追尾トータルステーションは、目標点に光を照射して、反射して戻ってきた光を電子的に解析して距離を測る光波距離計と角度測定の電子トランシットを組み合わせた計測装置であり、自動追尾機能により目標点であるターゲット１３の位置を予め記録させることにより、視界内にあるターゲット１３を自動で視準してターゲット１３を追尾し、座標位置データを検出することが可能となっている。

次に、姿勢処理部１６は、本実施形態においては、図１及び図２に示すように、検出部１５、記憶部１７及び表示部１２と接続されている演算処理装置である。

姿勢処理部１６は、検出部１５により検出され、受信した複数のターゲット１３の座標位置データと記憶部１７に予め記憶されているケーソン躯体１に対する複数のターゲット１３の位置データに基づいて演算処理し、ケーソン躯体１の姿勢を検出する。ケーソン躯体１の姿勢とは、ケーソン躯体１の傾き、平行移動、回転移動である。姿勢処理部１６が検出したケーソン躯体１の姿勢のデータは画像としてモニタである表示部１２に表示される。

また、記憶部１７は、データの記録及び書換えが可能な記録媒体であり、各ターゲット１３から刃先４ａまでの距離を随時、記録及び書換え可能である。

次に、本実施の形態における姿勢計測装置１０のケーソン躯体１の姿勢の計測方法について説明する。

まず、作業者は、図４（ａ）に示すように、環状体５ａに４つのターゲット１３ａ１、１３ａ２を設け、この４つのターゲット１３ａ１、１３ａ２から刃先４ａまでのそれぞれの距離とターゲット１３ａ１、１３ａ１から環状体５ａの壁面の端６ａまでの水平方向の距離を計測し、ケーソン躯体１に対する４つのターゲット１３ａ１、１３ａ２の位置データとして記憶部１７に記憶させる。

次に、作業者は、図４（ａ）に示すように、掘削を行う地表面にケーソン躯体１の環状体５ａを設置する。この環状体５ａに設けられた４つのターゲット１３ａ１、１３ａ２を検出部１５により計測して検出した４つのターゲット１３ａ１、１３ａ２の座標位置データと記憶部１７に予め記憶させた４つのターゲット１３ａ１、１３ａ２の位置データに基づいて、姿勢処理部１６により、ケーソン躯体１の姿勢のデータを検出し、画像として表示部１２に表示する。作業者は表示部１２に表示されたケーソン躯体１の姿勢から、適切な掘削底面３の位置を選定し、掘削する。

掘削に伴ってケーソン躯体１の環状体５ａは、図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状態になると、ある程度地中に沈下する。このとき、環状体５ａの上部に新たに環状体５ｂを形成し、ターゲット１３ａ１、１３ａ２が設けられている環状体５ａの壁面と同じ方向の面の環状体５ｂにターゲット１３ｂを設ける。このターゲット１３ｂからターゲット１３ａ１又は１３ａ２までの上下方向の距離とターゲット１３ｂから環状体５ｂの壁面の端６ｂまでの水平方向の距離を計測し、ケーソン躯体１に対する２つのターゲット１３ｂの位置データとして記憶部１７に記憶させる。

図４（ｂ）の状態では、環状体５ａの４つのターゲット１３ａ１、１３ａ２は、図４（ａ）の状態の時と比べて、下方に移動しているが、全て地上に存在しており、検出部１５である三次元レーザスキャナ又は自動追尾トータルステーションで検出できる。そのため、検出部１５により４つのターゲット１３ａ１、１３ａ２を計測して再度検出した４つのターゲット１３ａ１、１３ａ２の座標位置データとケーソン躯体１に対する４つのターゲット１３ａ１、１３ａ２のそれぞれの位置データに基づいて、姿勢処理部１６により、ケーソン躯体１の姿勢のデータを検出し、画像として表示部１２に表示する。作業者は表示部１２に表示されたケーソン躯体１の姿勢を再度見て、適切な掘削底面３の位置を選定し、掘削を進める。

また、このとき、検出部１５がターゲット１３を計測する位置によっては、環状体５ｂのターゲット１３ｂも計測して検出したターゲット１３ｂの座標位置データとケーソン躯体１に対するターゲット１３ｂの位置データも姿勢処理部１６によるケーソン躯体１の姿勢のデータの検出に用いる。

掘削を進めて、図４（ｂ）の状態から図４（ｃ）の状態になると、環状体５ａの地中への沈下がさらに進み、下方の２つのターゲット１３ａ１が地中内に沈下して検出部１５により計測できなくなる。このとき、上方の２つのターゲット１３ａ２と環状体５ｂの２つのターゲット１３ｂは地上に存在し、計測できる。そのため、検出部１５により、２つのターゲット１３ａ２及び２つのターゲット１３ｂを計測して検出した２つのターゲット１３ａ２及び２つのターゲット１３ｂの座標位置データとケーソン躯体１に対する２つのターゲット１３ａ２及び２つのターゲット１３ｂの位置データに基づいて、姿勢処理部１６により、ケーソン躯体１の姿勢のデータを検出し、画像として表示部１２に表示する。作業者は表示部１２に表示されたケーソン躯体１の姿勢を再度見て、適切な掘削底面３の位置を選定し、さらに掘削を進める。

さらに掘削を進めて、図４（ｃ）の状態から図４（ｄ）の状態になると、環状体５ｂがある程度地中に沈下する。このとき、環状体５ｂの上部に新たに環状体５ｃを形成し、ターゲット１３ａ１、１３ａ２、１３ｂが設けられている環状体５ａ、５ｂと同じ方向の面の環状体５ｃにターゲット１３ｃを設ける。このターゲット１３ｃから予め設けられているターゲット１３ｂまでの上下方向の距離とターゲット１３ｃから環状体５ｃの壁面の端６ｃまでの水平方向の距離を計測し、ケーソン躯体１に対する２つのターゲット１３ｃの位置データとして記憶部１７に記憶させる。

図４（ｄ）の状態では、環状体５ｂの２つのターゲット１３ｂと環状体５ｃの２つのターゲット１３ｃが地上に存在し、検出部１５で検出できる。そのため、検出部１５により２つのターゲット１３ｂ及び２つのターゲット１３ｃを計測して検出した２つのターゲット１３ｂ及び２つのターゲット１３ｃの座標位置データとケーソン躯体１に対する２つのターゲット１３ｂ及び２つのターゲット１３ｃの位置データに基づいて、姿勢処理部１６により、ケーソン躯体１の姿勢のデータを検出し、画像として表示部１２に表示する。作業者は表示部１２に表示されたケーソン躯体１の姿勢を再度見て、適切な掘削底面３の位置を選定し、掘削を進める。

以降、掘削の進行に伴って、適時新たに環状体５を形成し、その環状体５にターゲット１３を設けてケーソン躯体１に対するターゲット１３の相対位置を計測し、記憶部１７に記憶させる。そして、地上に存在する検出可能なターゲット１３を複数計測して検出した複数のターゲット１３の座標位置データとケーソン躯体１に対する複数のターゲット１３の位置データに基づいて、ケーソン躯体１の姿勢を検出し、適切な掘削底面３の位置を選定して掘削を行う。

このような姿勢計測装置１０を用いたニューマチックケーソンの姿勢計測方法では、連続する環状体５を掘削しつつ順次沈下させてニューマチックケーソンを構築する際、ケーソン躯体１の外側面に複数のターゲット１３を設け、ケーソン躯体１の外部から複数のターゲット１３の座標位置を検出し、検出した複数のターゲット１３の座標位置とケーソン躯体１に対する複数のターゲット１３の位置に基づいてケーソン躯体１の傾き、平行移動、回転移動の全部又は何れかを検出することができる。このとき、検出部１５によるターゲット１３の座標位置の検出は、コンピュータ等で連動して操作できるため、作業員が測量のために検出部１５の位置で拘束されることなく、常に検出を行って、リアルタイムでケーソン躯体１の姿勢を把握することができる。

従って、コンピュータ等によりリアルタイムで、現時点におけるケーソン躯体１の姿勢を表示して正確に認識することができる。リアルタイムにケーソン躯体１の姿勢を認識することで、ケーソン躯体１の作業室９における掘削底面３の掘削の制御に反映させることができる。その結果、より適切な掘削を行うことが可能となり、ケーソン躯体１の姿勢を精度よく維持することができる。

また、この姿勢計測装置１０を用いた姿勢計測方法では、検出部１５として三次元レーザスキャナ又は自動追尾トータルステーションを使用している。

三次元レーザスキャナを使用した場合、広範囲の検出領域から点群データを検出するので、検出領域の範囲内であればターゲット１３の位置が何れに存在してもターゲット１３の座標位置を把握できる。そのため構築途中のケーソン躯体１の姿勢が周囲の地盤等との影響で急激に変化してターゲット１３の位置が急激に変動しても、容易に精度よくターゲット１３の座標位置を把握することができる。

また、自動追尾トータルステーションを使用した場合、ターゲット１３の位置を予め記憶させることにより、ターゲット１３を追尾させて検出することができるため、ケーソン躯体１の沈下によりターゲット１３が広範囲に移動しても追尾して検出を行うことができ、容易に精度よくターゲット１３の座標位置を把握することができる。

さらに、この姿勢計測装置１０を用いた姿勢計測方法では、例えば、図４（ａ）の状態でケーソン躯体１の姿勢を測量するとき、環状体５ａの外側面に４つのターゲット１３ａ１、１３ａ２を設け、２つのターゲット１３ａ１を下方に、２つのターゲット１３ａ２を上方に配置させている。つまり、ターゲット１３をケーソン躯体１の外側面に３点以上設け、３点以上のターゲット１３の少なくとも１つが他の複数の点から形成される線上から外れて設けられているので、検出部１５により３点の座標位置を検出することができるため、ケーソン躯体１の姿勢の傾き、平行移動、回転移動の全てを把握することができる。従って、ケーソン躯体１の姿勢をより正確に把握することができ、掘削位置の選定をより正確に行うことができる。

さらにまた、この姿勢計測装置１０を用いた姿勢計測方法では、ケーソン躯体１の沈下に伴って、ケーソン躯体１の上部に新たに環状体５ｂ、５ｃを形成して、これらの環状体５ｂ、５ｃにターゲット１３ｂ、１３ｃを設けているため、環状体５ａ、５ｂ、５ｃのそれぞれの外側面の所定の位置にターゲット１３ａ１、１３ａ２、１３ｂ、１３ｃが設けられているので、例えば図４（ｄ）に示すように、掘削が進んで下方の環状体５ａが完全に地中に沈下して環状体５ａに設けられたターゲット１３ａ１、１３ａ２が検出部１５で検出できなくなったとき、環状体５ａの上部に形成した環状体５ｂ、５ｃに設けられ、地上に存在するターゲット１３ｂ、１３ｃは検出することができる。そのため環状体５ｂ、５ｃに設けられたターゲット１３ｂ、１３ｃの座標位置とケーソン躯体１に対するターゲット１３ｂ、１３ｃの位置に基づいてターゲット１３ｂ、１３ｃの相対座標位置を計算してケーソン躯体１の姿勢を検出することができる。従って、継続する掘削によるケーソン躯体１の沈下があり、ターゲット１３が検出できなくなっても上部に設けられたターゲット１３を検出することにより、常にケーソン躯体１の姿勢を把握し、掘削位置の選定を行いながら掘削を進めることができる。

なお、この第１実施形態は、本発明の範囲内において適宜変形可能である。

例えば図５は第１変形例を示す。図５の姿勢計測装置１０では、ケーソン躯体１の水平断面が矩形を有し、２側面に１つずつターゲット１３が設けられている。各面に１個のターゲット１３が設けられることでターゲット１３の設置個所が合計で２か所となっている。

この構成の場合、２個のターゲット１３を通る仮想軸線周りにケーソン躯体１が傾倒した場合、検出部１５によりターゲット１３の位置を検出していても、２つの座標位置データしかなく、水平方向のターゲット１３の座標位置しか把握できず、ケーソン躯体１の姿勢の傾き、平行移動、回転移動の全てを検出することはできない。

そのため、この変形例１では、２か所のターゲット１３の他に、ケーソン躯体１の内側面に傾斜計１４が配設されている。これにより、検出した２つのターゲット１３の水平方向の２つの座標位置と傾斜計１４による鉛直方向のケーソン躯体１の傾斜を合わせてケーソン躯体１の姿勢を検出することができる。従って、掘削によるケーソン躯体１の姿勢の傾き、平行移動、回転移動の全てを把握することが可能となっている。

図６は第２変形例を示す。図６の姿勢計測装置１０では、水平断面形状が矩形のケーソン躯体１において、三方向の側面に各１カ所ずつで合計３箇所にターゲット１３が設けられている。この第２変形例では、三方向の側面に１つずつ設けられたターゲット１３のそれぞれを個別の検出部１５で計測するため、３つのターゲット１３のそれぞれの座標位置を検出できる。そのため、傾斜計１４による検出が無くても掘削によるケーソン躯体１の姿勢の傾き、平行移動、回転移動の全てを把握することが可能である。

図７は第３変形例を示す。図７の姿勢計測装置１０は円筒形状のケーソン躯体１の例である。曲面形状のケーソン躯体１の外側面に三カ所以上のターゲット１３を設けることで、ケーソン躯体１の全姿勢を把握することができる。このとき、各ターゲット１３のケーソン躯体１に対する水平方向の相対位置を計測する場合、例えば、図７に示すような、ケーソン躯体１の直径Ｒの端にあたる壁面位置６ｂから各ターゲット１３までの水平方向の距離を求める。１つの検出部１５が検出可能な範囲に３つのターゲット１３を設けることで、検出部１５により検出した３つのターゲット１３それぞれの座標位置とケーソン躯体１に対する３つのターゲット１３のそれぞれの位置に基づいて姿勢処理部１６でケーソン躯体１の姿勢を検出することができる。そのため、掘削によるケーソン躯体１の傾き、平行移動、回転移動の全てを把握することが可能である。

図８は第４変形例を示す。図８に示すように、ターゲット１３は、ケーソン躯体１の上部に設けられている。ターゲット１３は必ずしもケーソン躯体１の側面に設置する必要はなく、ケーソン躯体１の上部に設置することも可能である、
この場合、検出部１５をケーソン躯体１の上方の位置に配置することができ、上部からのケーソン躯体１の姿勢を検出部１５が計測して画像として表示部１２に表示することができる。

なお上記実施形態及び変形例は、本発明の範囲内において適宜変更可能である。

例えば、上記実施の形態では、環状体５に設けられているターゲット１３は、環状体５ａには４つのターゲット１３ａ１、１３ａ２、環状体５ｂには２つのターゲット１３ｂ、環状体５ｃには２つのターゲット１３ｃが設けられているが、環状体５ａの上部に環状体５ｂ、５ｃの全部または何れかを形成させたケーソン躯体１として、検出部１５が検出可能な範囲に複数のターゲット１３が設けられていれば良い。従って、環状体５に設けられているターゲット１３は１つであってもよい。

また、ケーソン躯体１に対するターゲット１３の上下方向の相対位置は、ターゲット１３から刃先４ａまでの距離を計測して得られたものでなくてもよく、ケーソン躯体１の環状体５ａに予め設けられた所定の標識からターゲット１３までの距離を計測して得られたものであってもよい。また、同様に、ケーソン躯体１に対するターゲット１３の水平方向の相対位置は、ターゲット１３から環状体５の端６までの水平方向の距離を計測して得られたものでなくてもよく、環状体５ａの所定の標識からターゲット１３までの水平方向の距離を計測して得られたものでもよい。

さらに、上記実施の形態では、姿勢処理部１６により得られたケーソン躯体１の姿勢を表示部１２に表示したが、何ら限定されるものではない。姿勢処理部１６の処理結果に基づいて、作業室９内の掘削機の動作を制御することも可能である。

１ ケーソン躯体
２ 作業室天井スラブ
３ 掘削底面
４ 刃口
４ａ 刃先
５（５ａ、５ｂ、５ｃ） 環状体
６（６ａ、６ｂ） ケーソン躯体の壁面の端、ケーソン躯体の直径の端の壁面位置
９ 作業室
１０ 姿勢計測装置
１２ 表示部
１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ） ターゲット
１４ 傾斜計
１５ 検出部
１６ 姿勢処理部
１７ 記憶部

Claims (7)

1. ケーソン躯体の外側面の所定の位置に設けられた複数のターゲットと、
   前記ケーソン躯体の外部に配置され、前記複数のターゲットの座標位置を検出する検出部と、
   前記検出部により検出された前記複数のターゲットにおける座標位置と前記ケーソン躯体に対する前記複数のターゲットの前記所定の位置に基づいて前記ケーソン躯体の傾き、平行移動、回転移動の全て又は何れかを検出する姿勢処理部と、
   を有することを特徴とするニューマチックケーソンの姿勢計測装置。
2. 前記検出部は、三次元レーザスキャナ又は自動追尾トータルステーションであることを特徴とする請求項１に記載のニューマチックケーソンの姿勢計測装置。
3. 前記ターゲットが前記ケーソン躯体の外側面に３点以上設けられ、
   前記３点以上設けられる前記ターゲットの少なくとも１つの前記ターゲットが他の複数の前記ターゲットからなる線上から外れて設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のニューマチックケーソンの姿勢計測装置。
4. ケーソン躯体の外側面の所定の位置に複数のターゲットを設け、
   前記ケーソン躯体の外部から前記複数のターゲットの座標位置を検出し、
   検出された前記複数のターゲットにおける座標位置と前記ケーソン躯体に対する前記複数のターゲットの前記所定の位置に基づいて前記ケーソン躯体の傾き、平行移動、回転移動の全て又は何れかを検出することを特徴とするニューマチックケーソンの姿勢計測方法。
5. 前記ケーソン躯体の前記複数のターゲットの座標位置を三次元レーザスキャナ又は自動追尾トータルステーションで検出することを特徴とする請求項４に記載のニューマチックケーソンの姿勢計測方法。
6. 前記ターゲットを前記ケーソン躯体の外側面に３点以上設け、前記３点以上のターゲットの少なくとも１つの前記ターゲットが他の複数の前記ターゲットからなる線上から外して設けることを特徴とする請求項４又は５に記載のニューマチックケーソンの姿勢計測方法。
7. 前記ケーソン躯体が沈下していくに伴って、
   前記ケーソン躯体の上部に形成する環状体の外側面の所定の位置に、前記ターゲットを設けることを特徴とする請求項４乃至６の何れか一つに記載のニューマチックケーソンの姿勢計測方法。

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