JP2019105471A - トンネル切羽の簡易監視方法と同方法に用いる水平監視用計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切羽の挙動を簡易かつ早期に把握することが可能な、トンネル切羽の簡易監視方法と同方法に用いる水平監視用計測装置を提供する。【解決手段】（Ａ）水平監視用計測装置１を適正な高さレベルに設置する工程と、（Ｂ）水平監視用計測装置１のレーザー距離計により切羽１０の左右両端位置を判定する工程と、（Ｃ）判定した切羽１０の範囲内で複数の計測ポイントＰを設定する工程と、（Ｄ）前記計測ポイントＰにレーザー光Ｌを照射し、各計測ポイントＰの照射点までの距離を計測する工程を連続的に繰り返し行う工程と、（Ｅ）切羽の掘削進捗状況に応じて前記（Ｂ）、（Ｃ）の工程を行い、改めて前記計測ポイントＰを設定し直して前記（Ｄ）の工程を行う工程と、（Ｆ）前記各（Ｄ）の工程と並行して、同一の計測ポイントにおけるリアルタイムな計測データの変位に基づき切羽の押し出し量を監視する工程とから成る。【選択図】図２

Description

本発明は、トンネル切羽の押し出し量（変位量、押し出し変位とも呼ばれる。）を計測することによりトンネル切羽の挙動（状態）を定量的に把握するトンネル切羽の簡易監視方法の技術分野に属する。

山岳トンネル工事では、トンネル切羽（以下、単に切羽と略す場合がある。）の安定性確保が、作業員の安全確保や品質・工程確保のために重要となる。
そこで、切羽監視員によって目視異常がないかを確認するのが一般的であるが、目視による監視では、定性的な監視であるが故に、切羽の押し出し量を早期に発見することが困難であり、人的感覚による判断のバラツキも生じる可能性がある。また、変状が目視確認されてからの対応となることから、対策を講じる猶予が制限される虞がある。
よって、近年、前記定性的な監視の代わりに、又は前記定性的な監視に加えて、切羽挙動を定量的に把握することにより、早期に予防保全的対応を施す体制を整えることを可能とする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

前記特許文献１に係る発明は、トンネル切羽面上の複数の測点を測定することによりトンネル切羽面の形状を測定する切羽形状測定工程と、前記切羽形状測定工程により複数回測定されたトンネル切羽面の形状を比較してトンネル切羽面の変位を検出する切羽形状比較工程とを含むトンネル切羽監視方法である。
具体的に、前記切羽形状測定工程は、測距手段の原点から発光されるレーザ光をトンネル切羽面の複数の測点に順次照射して、前記トンネル切羽面上の測点で反射された前記レーザ光を前記原点において検知することで前記原点と前記測点との距離を順次測定する測距段階と、前記測距段階の測定結果に基づき、前記複数の測点の位置データを算出することによりトンネル切羽面の３次元データを作成する３次元データ作成段階とを含んでいる（請求項１等の記載を参照）。

前記特許文献１に係るトンネル切羽監視方法によれば、トンネル切羽面の高精度の三次元データを、容易かつ早期に測定することが可能なトンネル切羽監視方法を提供できる旨の記載が認められる（明細書の段落［０００６］、［００１９］参照）。

特開２００５−３３１３６３号公報

しかしながら、前記特許文献１に係るトンネル切羽監視方法は、同文献１の図３が分かりやすいように、座標で管理しているので、予め設計データとして切羽面の全面に相当する座標を入力等する必要があり（詳しくは、段落［００２７］〜［００２９］等参照）、非常に煩雑で手間がかかる問題があった。
その座標も、予め設定され用意された座標であり、実施工の例えば上げ越し等を考慮した実測値に基づいたものではなく、大掛かりな監視技術のわりには、地山の安定性を評価するための座標自体が信頼性に欠ける等、改善すべき課題があった。
予め設定され用意された座標で管理する構成であるが故に、実際の切羽の押し出し量について測定誤差が生じ易く、また、カーブや勾配の変化が当たり前の長大トンネル等では切羽面の周縁部の座標が存在しない場合も想定される等、汎用性に欠ける課題もあった。

本発明は、上述した背景技術の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、座標を不要とし、これに伴うデータ入力の手間を省くことができることに加え、実施工に基づいた正確な数値をリアルタイムで合理的且つ高精度に計測することにより、切羽の挙動を簡易かつ早期に把握することが可能な、トンネル切羽の簡易監視方法と同方法に用いる水平監視用計測装置を提供することにある。

上記背景技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るトンネル切羽の簡易監視方法は、レーザー光を水平方向に旋回させつつ照射し、照射点までの距離を計測するレーザー距離計を搭載した水平監視用計測装置により切羽の押し出し量を監視するトンネル切羽の簡易監視方法であって、
（Ａ）前記水平監視用計測装置を、切羽の押し出し量を監視する適正な高さレベルに設置する工程と、
（Ｂ）前記水平監視用計測装置のレーザー距離計を、水平方向に旋回させつつトンネル坑内面へレーザー光を照射し、トンネル坑内面における所定の高さレベルの照射点までの距離の計測結果に基づき、切羽の左右両端位置を判定する工程と、
（Ｃ）前記判定した切羽の左右両端位置の間の範囲内で複数の計測ポイントを水平一直線上に設定する工程と、
（Ｄ）前記水平監視用計測装置のレーザー距離計を前記計測ポイントに合致する旋回角度で水平方向に旋回させつつレーザー光を照射し、各計測ポイントの照射点までの距離を計測する工程を連続的に繰り返し行う工程と、
（Ｅ）切羽の掘削進捗状況に応じて前記（Ｂ）、（Ｃ）の工程を行い、改めて前記計測ポイントを設定し直して前記（Ｄ）の工程を行う工程と、
（Ｆ）前記各（Ｄ）の工程と並行して、同一の計測ポイントにおけるリアルタイムな計測データの変位に基づき切羽の押し出し量を監視する工程と、から成ることを特徴とする。

請求項１に記載した発明に係るトンネル切羽の簡易監視方法は、レーザー光を水平方向に旋回させつつ照射し、照射点までの距離を計測するレーザー距離計を搭載した水平監視用計測装置と、レーザー光を鉛直方向に回動させつつ照射し、照射点までの距離を計測するレーザー距離計を搭載した鉛直監視用計測装置とを併用して切羽の押し出し量を監視するトンネル切羽の簡易監視方法であって、
（Ａ）前記水平監視用計測装置を、切羽の押し出し量を監視する適正な高さレベルに設置する工程と、
（Ｂ）前記水平監視用計測装置のレーザー距離計を、水平方向に旋回させつつトンネル坑内面へレーザー光を照射し、トンネル坑内面における所定の高さレベルの照射点までの距離の計測結果に基づき、切羽の左右両端位置を判定する工程と、
（Ｃ）前記判定した切羽の左右両端位置の間の範囲内で複数の計測ポイントを水平一直線上に設定する工程と、
（Ｄ）前記水平監視用計測装置のレーザー距離計を前記計測ポイントに合致する旋回角度で水平方向に旋回させつつレーザー光を照射し、各計測ポイントの照射点までの距離を計測する工程を連続的に繰り返し行う工程と、
（Ｅ）切羽の掘削進捗状況に応じて前記（Ｂ）、（Ｃ）の工程を行い、改めて前記計測ポイントを設定し直して前記（Ｄ）の工程を行う工程と、
（Ｆ）前記各（Ｄ）の工程と並行して、同一の計測ポイントにおけるリアルタイムな計測データの変位に基づき切羽の押し出し量を監視する工程と、から成るトンネル切羽の水平監視方法と、および、
（ａ）前記鉛直監視用計測装置を、切羽の天端部を通過する鉛直方向ラインを監視する適正な部位に設置する工程と、
（ｂ）前記鉛直方向ラインにおける前記切羽の天端部と地面部との間の範囲内で複数の計測ポイントを設定する工程と、
（ｃ）前記鉛直監視用計測装置のレーザー距離計を前記計測ポイントに合致する回動角度で鉛直方向に回動させつつレーザー光を照射し、各計測ポイントの照射点までの距離を計測する工程を連続的に繰り返し行う工程と、
（ｄ）切羽の掘削進捗状況に応じて前記（ｂ）の工程を行い、改めて前記計測ポイントを設定し直して前記（ｃ）の工程を行う工程と、
（ｅ）前記各（ｃ）の工程と並行して、同一の計測ポイントにおけるリアルタイムな計測データの変位に基づき切羽の押し出し量を監視する工程と、から成るトンネル切羽の鉛直監視方法とを同時期に行うことを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載したトンネル切羽の簡易監視方法において、前記水平監視用計測装置は、トンネルのスプリングラインと天頂部との間の１／２以上、３／４以下の高さで、トンネル支保工の一側部又は両側部に設置することを特徴とする。

請求項４に記載した発明は、請求項３に記載したトンネル切羽の簡易監視方法において、前記水平監視用計測装置をトンネル支保工の両側部に設置するときは、切羽との距離を互いに異なるように設置し、一方の水平監視用計測装置の盛り替え時にも水平監視用計測装置による計測が中断しない構成とすることを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載したトンネル切羽の簡易監視方法において、前記水平監視用計測装置は、上下方向にも回動制御して照射できる構成とし、前記水平一直線上の計測ポイントを複数の段状に設定することを特徴とする。

請求項６に記載した発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載したトンネル切羽の簡易監視方法において、前記切羽の押し出し量の変位が、設定した管理基準値を超えた場合に警報手段を作動させることを特徴とする。

請求項７に記載した発明に係る水平監視用計測装置は、前記請求項１又は２に記載したトンネル切羽の簡易監視方法に用いる水平監視用計測装置であって、
切羽等のトンネルの坑内面にレーザー光を照射して照射点で反射されたレーザー光を検知することで前記照射点までの距離を計測するレーザー距離計と、
前記レーザー距離計の水平方向の旋回と停止を可能にする水平方向旋回装置と、
前記水平方向旋回装置の任意の角度での旋回と停止を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

請求項８に記載した発明に係る水平監視用計測装置は、前記請求項１又は２又は５に記載したトンネル切羽の簡易監視方法に用いる水平監視用計測装置であって、
切羽等のトンネルの坑内面にレーザー光を照射して照射点で反射されたレーザー光を検知することで前記照射点までの距離を計測するレーザー距離計と、
前記レーザー距離計の水平方向の旋回と停止を可能にする水平方向旋回装置と、前記レーザー距離計の上下方向の回動と停止を可能にする上下方向回動装置と、
前記水平方向旋回装置の任意の角度での旋回と停止を制御する制御装置と、前記上下方向回動装置の任意の角度での回動と停止を制御する制御装置と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るトンネル切羽の簡易監視方法と同方法に用いる水平監視用計測装置によれば、座標を不要とし、これに伴うデータ入力の手間を省くことができることに加え、実施工に基づいた正確な数値をリアルタイムで合理的且つ高精度に計測することにより、切羽の挙動（状態）を簡易かつ早期に定量的に把握することができる。
よって、切羽の挙動を簡易かつ早期に定量的に把握できるので、より早期に予防保全的対応を施す体制を整えることができる。
また、座標を不要とし、これに伴うデータ入力の手間を省くことができるので、例えば、図１２、図１３に概略的に示したように、カーブの変化にも時間的ロスもなくスムーズに対応でき、カーブした切羽の挙動（状態）であっても簡易かつ早期に定量的に把握できる。

本発明に係るトンネル切羽の簡易監視方法に用いる水平監視用計測装置により、所要の範囲内におけるトンネル坑内面との距離を計測する状況を概略的に示した平面図である。 前記水平監視用計測装置により、所要の範囲内におけるトンネル坑内面との距離を計測する状況を透視図的に示した斜視図である。 Ａは、前記水平監視用計測装置により、設定した複数の計測ポイントを計測する状況を概略的に示した平面図であり、Ｂは、同正面図である。なお、Ｂについて、水平監視用計測装置１は図示の便宜上省略した。 図１の状態から更に切羽の掘削を進めた段階で、前記水平監視用計測装置により、所要の範囲内におけるトンネル坑内面との距離を計測する状況を概略的に示した平面図である。 図１の状態から更に切羽の掘削を進めた段階で、前記水平監視用計測装置により、所要の範囲内におけるトンネル坑内面との距離を計測する状況を透視図的に示した斜視図である。 Ａは、図１の状態から更に切羽の掘削を進めた段階で、前記水平監視用計測装置により、設定した複数の計測ポイントを計測する状況を概略的に示した平面図であり、Ｂは、同正面図である。なお、Ｂについて、水平監視用計測装置１は図示の便宜上省略した。 前記水平監視用計測装置の設置部位を説明するための正面図である。 実施例２に係るトンネル切羽の簡易監視方法を説明するための正面図である。 実施例３に係るトンネル切羽の簡易監視方法を説明するための概略図である。 実施例３に係るトンネル切羽の簡易監視方法を説明するための概略図である。 実施例３に係るトンネル切羽の簡易監視方法を説明するための概略図である。 本発明に係るトンネル切羽の簡易監視方法の作用効果を説明するための概略図である。 本発明に係るトンネル切羽の簡易監視方法の作用効果を説明するための概略図である。

次に、本発明に係るトンネル切羽の簡易監視方法と同方法に用いる水平監視用計測装置の実施例を図面に基づいて説明する。

本発明に係るトンネル切羽の簡易監視方法は、図１等に示したように、レーザー光Ｌを水平方向に旋回させつつ照射し、照射点（レーザー光Ｌの矢印地点）までの距離を計測するレーザー距離計を搭載した水平監視用計測装置１により切羽１０の押し出し量を監視するトンネル切羽１０の簡易監視方法（以下、単に「水平監視方法」と略す場合がある。）である。
本実施例１（請求項１に記載した発明）に係る前記水平監視方法は、主として、以下の（Ａ）〜（Ｆ）の工程により行われる。

（Ａ）先ず、前記水平監視用計測装置１を、切羽１０の押し出し量を監視する適正な高さレベルに設置する工程を行う。

本実施例に係る水平監視用計測装置１は、施工機械の移動等の邪魔にならないスペースを考慮し、例えばアーチ状に形成されたトンネル支保工１１（のＨ形鋼のフランジ部等）を利用して設置される（図７参照）。具体的には、トンネル切羽１０から所定の距離（切羽１０までの距離を十分に計測できる距離）後方に離れたトンネル支保工１１にブラケット等の取付部材（図示の便宜上省略）を介して設置される。
前記トンネル支保工１１に取り付ける適正な高さレベルは、図７に概略的に示したように、トンネルのスプリングラインＳＬと天端部Ｔとの間の１／２以上、３／４以下の範囲Ｋ内の任意の高さで、トンネル支保工１１の一側部（図示例では右側部）に設置される（請求項３記載の発明）。トンネル支保工１１の左右両側部に設置して実施する場合も勿論あるが、これについては後述する。
前記範囲Ｋ内で切羽１０を計測する意義は、この範囲Ｋ内の押し出し量の変位が切羽１０の崩落を把握（予見）するのにもっとも影響を与える部位だからである。

（Ｂ）次に、前記水平監視用計測装置１のレーザー距離計を、図１、図２に示したように、水平方向に旋回させつつトンネル坑内面へレーザー光Ｌを照射し、トンネル坑内面における所定の高さレベルＨの照射点までの距離の計測結果に基づき、切羽１０の左右両端位置（Ｅ点とＣ点）を判定する工程を行う。

ここで、前記水平監視用計測装置１の構成について説明する。当該監視装置１は、切羽１０のトンネルの坑内面にレーザー光Ｌを照射して照射点で反射されたレーザー光Ｌを検知することで前記照射点までの距離を計測するレーザー距離計と、前記レーザー距離計の水平方向の旋回と停止を可能にする水平方向旋回装置と、前記水平方向旋回装置の任意の角度での旋回と停止を制御する制御装置とを備えている（請求項７記載の発明）。
要するに、本実施例に係る水平監視用計測装置１は、レーザー距離計が水平方向に自在に旋回可能な構成とされ、切羽１０を含むトンネルの坑内面に対して順次レーザー光Ｌを設定したピッチで照射し、照射点までの距離を順次、自動的に計測することが可能な装置である。水平方向へ旋回するだけでなく鉛直方向に回動可能な構成を備えても勿論実施可能であるが、これについては後述する。
なお、図示は省略するが、この水平監視用計測装置１は、計測制御用のコンピュータと連動（連携）している。このコンピュータは、前記水平監視用計測装置１の遠隔操作や、データを必要に応じて演算処理等する役割を担っている。すなわち、コンピュータから指令が制御装置に通信されて前記水平監視用計測装置１の制御を可能な構成で実施している。

前記構成の水平監視用計測装置１を旋回制御しつつレーザー光Ｌによるトンネル坑内面における所定の高さレベル（前記段落［００２１］参照）の各照射点までの距離の計測結果に基づき、切羽１０の左右両端位置を判定する工程を行うのである。
具体的に、切羽１０の左右両端位置の判定は、図１に示すように、切羽１０を含むトンネル坑内面の、例えば水平方向範囲に２２５度程度（Ａ点〜Ａ’点）にわたって所定の角度（一例として０．５度ピッチ）毎に順次照射し、計測した各照射点までの距離の変位（特には隣接する照射点との距離の変位）により、リアルタイム又は事後的に判定する。
例えば、前記Ａ点を始点とし、Ａ’点を終点として所要ピッチで計測した場合、まず、Ａ点からＢ点（計測装置１の右側真横＝最短距離）までは距離が漸次短くなる。次に、Ｂ点からＣ点（切羽１０の右端点）までは距離が漸次長くなる。次に、Ｃ点からＤ点（切羽１０までの直交距離）までは距離が漸次短くなり、Ｄ点からＥ点（切羽１０の左端点）までは距離が漸次長くなる。そして、Ｅ点からＦ点（計測装置１の左側真横）までは距離が漸次短くなり、Ｆ点から終点のＡ’点まで距離が漸次長くなる。これらのトンネル坑内面の距離的特性を手がかりに、切羽１０の左右両端位置（Ｅ点とＣ点）を判定（特定）するのである。
なお、本実施例では２２５度程度と広範囲にわたって照射しているが、勿論これに限定されず、切羽１０の左右両端位置が判定できればよいので、例えば、切羽１０を含む水平方向範囲に５５度程度（ａ点〜ａ’点）にわたって所定の角度毎に順次照射して計測してもよい。

このように、切羽１０の左右両端位置を判定（特定）する意義は、切羽１０の幅寸は、設計上の幅寸よりも実施工上の幅寸の方が広く、また左右にカーブしたり、上下に勾配が変化したりする場合が往々にしてあるので、切羽１０の所定高さレベルの幅寸、すなわち左右両端位置をリアルタイムに実測することにより、切羽の幅寸を正確に把握した上で、その幅寸内のトンネル切羽１０の押し出し量の変位（累積変位、変位速度）を精度良く把握するためである。
ちなみに、本実施例では、切羽１０の左右両端位置（Ｅ点、Ｃ点）の位置を特定した結果、一例として、切羽１０の高さレベルＨの幅寸は１１ｍと判明した。この切羽１０の幅寸は、通常、１０ｍ前後となる場合が多い。

（Ｃ）次に、前記判定した切羽の左右両端位置の間の範囲内で複数の計測ポイントＰを水平一直線上に設定する工程を行う。

本実施例では一例として、図３に示したように、切羽の幅寸（前記１１ｍ）に対し、左右のＥ点、Ｃ点からそれぞれ１ｍ離れた地点を照射点の左右端とし、その間に測定ポイントＰを等間隔の１ｍピッチで１０個設定した。
前記測定ポイントＰの設定は、上記構成の水平監視用計測装置１により自在（例えば、２ｍ、１．５ｍ、０．５ｍ、０．１ｍピッチ）に設定することができる。
本実施例に係る測定ポイントＰを１ｍピッチの距離等分法としたのは、トンネル切羽１０の押し出し量の変位を、早期に精度良く把握するためである。すなわち、１ｍピッチよりも大きいピッチで計測する場合と比し、隣接する測定ポイントＰ、Ｐ同士の間隔が狭まり、切羽１０の性状を精度よく把握できるし、１ｍピッチよりも小さいピッチで計測する場合と比し、測定ポイントＰの数量が低減し、切羽１０の端から端までの１サイクルの計測時間が短くなることに伴い、同一の計測ポイントＰの計測回数（計測データ）が増え、切羽１０の性状を精度よく把握できるからである。
なお、前記測定ポイントＰは、１ｍピッチがベストモードという訳でなく、現場毎の切羽１０の性状に応じて適宜増減したピッチで計測される。また、前記測定ポイントＰは、前記したような距離等分法ではなく、レーザー光Ｌの照射角度を一定とする角度等分法で自在に設定することもできる。

（Ｄ）次に、前記水平監視用計測装置１のレーザー距離計を前記計測ポイントＰに合致する旋回角度で水平方向に旋回させつつレーザー光Ｌを照射し、各計測ポイントＰの照射点までの距離を計測する工程を連続的に繰り返し行う工程を行う。
（Ｆ）また、前記（Ｄ）の工程と並行して（同時期に）、同一の計測ポイントＰにおけるリアルタイムな計測データの変位に基づき切羽の押し出し量を監視する工程を行う。

本実施例では、前記したように、所定の高さレベルＨの幅寸が１１ｍの切羽１０に、測定ポイントを１ｍピッチで１０個設定した。この１０個の測定ポイントＰにそれぞれ、旋回角度を制御したレーザー光Ｌを端から端（例えば右端から左端）まで照射する計測作業を１サイクルとし、それを少なくとも次の切羽の掘削作業に着手するまで多数サイクル連続的に繰り返し行って切羽１０の押し出し量を監視する。
本出願人らによる実試験によると、１サイクル工程に要する時間はわずか２〜３分であった。これを少なくとも次（通常、翌日）の切羽の掘削作業に着手するまで多数サイクル連続的に繰り返し行えば、２〜３分毎の実に膨大な計測データを同一の測定ポイントＰで得ることができる。この２〜３分毎の同一の計測ポイントＰにおける膨大な計測データに基づき、切羽１０の挙動を定量的に精度よく把握できるのである。
例えば、前記計測データから同一の測定ポイントＰにおける押し出し量の変位速度（ｍｍ／ｍｉｎ）や累積変位が分かり、これらを事前に設定した管理基準値に照らし合わせ、切羽１０の崩落可能性を予測する。
ちなみに、本実施例では、押し出し量の変位速度が顕著に大きくなる等、前記管理基準値を超えた場合にはパトランプを点滅させてサイレンを鳴らす等の警報手段を作動させ、作業員に注意を喚起する構成で実施している（請求項６記載の発明）。このような警報手段は、トンネル坑外の現場事務所、或いは工事責任者、監視担当者等の携帯電話に伝送可能な構成で実施することもできる。

（Ｅ）次に、切羽１０の掘削進捗状況に応じて前記（Ｂ）、（Ｃ）の工程を行い、改めて前記計測ポイントを設定し直して前記（Ｄ）、（Ｆ）の工程を行う。

要するに、既述した前記水平監視方法を、トンネルを掘り進める先の切羽２０、さらに図示は省略するが、その先の掘削した切羽に対しても継続して行う。１回の掘削作業で１〜１．５ｍ掘り進めるたびに、図４、図５に概略的に示したように、前記（Ｂ）に係る切羽１０の左右両端位置を判定する工程を行い（詳しくは段落［００２４］参照）、続いて図６に示したように、前記（Ｃ）に係る計測ポイントＰを水平一直線上に改めて設定し直す工程を行う（詳しくは段落［００２７］参照）。そして、設定し直した計測ポイントＰについて、前記（Ｄ）に係る照射点までの距離を計測する工程を繰り返し行い、当該工程（Ｄ）と並行して、前記（Ｆ）に係る切羽２０の押し出し量を監視する工程を行うのである（詳しくは段落［００２９］参照）。

以上説明したとおり、上記実施例１に係るトンネル切羽の簡易監視方法によれば、座標を不要とし、これに伴うデータ入力の手間を省くことができることに加え、実施工に基づいた正確な数値をリアルタイムで合理的且つ高精度に計測することにより、切羽の挙動（状態）を簡易かつ早期に定量的に把握することができる。
よって、切羽の挙動を簡易かつ早期に定量的に把握できるので、より早期に予防保全的対応を施す体制を整えることができる。
また、上記実施例１に係るトンネル切羽の簡易監視方法によれば、座標を不要とし、これに伴うデータ入力の手間を省くことができるので、例えば、図１２、図１３に概略的に示したように、カーブの変化にも時間的ロスもなくスムーズに対応でき、カーブした切羽３０Ａ、３０Ｂの挙動（状態）であっても簡易かつ早期に定量的に把握できる。

次に、実施例２（請求項２に記載した発明）について説明する。
この実施例２に係るトンネル切羽の簡易監視方法は、上記実施例１に係る水平監視用計測装置１を用いた水平監視方法に加え、言わば鉛直監視方法を新たに導入した点が相違する。
本実施例２に係る監視方法は、上記実施例１に係る水平監視方法と同時期に、主として、以下の（ａ）〜（ｅ）の工程により行われる。なお、上記実施例１に係る水平監視方法の説明は上述した通りなので割愛する。

（ａ）先ず、鉛直監視用計測装置を、切羽の天端部Ｔを通過する鉛直方向ラインを監視する適正な部位に設置する工程を行う。

本実施例２では、前記鉛直監視用計測装置に、前記実施例１で説明した水平監視用計測装置１と同一タイプの計測装置を採用し、これを横向きの姿勢でブラケット等の取付部材に設置することにより、鉛直監視用計測装置とした。
この鉛直監視用計測装置は、施工機械の移動等の邪魔にならないスペースを考慮し、例えばアーチ状に形成されたトンネル支保工１１（のＨ形鋼のフランジ部等）を利用して天端部Ｔに設置される（図７参照）。具体的には、トンネル切羽１０から所定の距離（切羽１０までの距離を十分に計測できる距離）後方に離れたトンネル支保工１１の天端部Ｔに、レーザー距離計が天端部Ｔを通過する鉛直方向ラインを照射するようにブラケット等の取付部材を介して設置される。
この鉛直監視用計測装置の構成は、上記水平監視用計測装置１と同様であり、コンピュータにより入力された指令が、制御装置に通信されて当該鉛直監視用計測装置の制御を可能な構成で実施している（詳しくは、前記段落［００２３］参照）。
前記天端部Ｔを通過する鉛直方向ラインを計測する意義は、切羽１０の不安定現象は、肌落ち、小崩落、崩落の３つに分類されるところ、その多くはトンネルの天端部Ｔの異変に起因する実情があるからである。
なお、本実施例２に係る鉛直監視用計測装置は、取扱性（操作性）、経済性を考慮して前記水平監視用計測装置１と同一タイプの計測装置を用いたが、勿論これに限定されず、鉛直方向に回動する構成のレーザー距離計を備えた計測装置や、水平方向に旋回でき、鉛直方向にも回動できる構成のレーザー距離計を備えた計測装置（請求項８記載の発明）でも同様に実施できる。

（ｂ）次に、前記鉛直方向ラインにおける前記切羽の天端部と地面部との間の範囲内で複数の計測ポイントＰを設定する工程を行う（図８参照）。

この鉛直監視方法では、鉛直方向ラインの特には天端部Ｔの監視で足り、上記実施例１の（Ｂ）の工程のように、切羽１０の左右の境界を判定する必要が特にはないので、前記鉛直監視用計測装置を設置した後、速やかに鉛直方向ライン上に複数の計測ポイントＰを設定する作業を行う。

本実施例では、図８に例示したように、測定ポイントＰを等間隔の１ｍピッチで６個設定した。
前記測定ポイントＰの設定は自在であること、角度等分法でも設定できること、は上記実施例１に係る水平監視用計測装置１と同様である。ただし、この鉛直監視方法では、天端部Ｔ及びその近傍位置の監視で足りるので１ｍピッチよりも小さいピッチで設定した方が好ましい。

（ｃ）次に、前記鉛直監視用計測装置のレーザー距離計を前記計測ポイントＰに合致する回動角度で鉛直方向に回動させつつレーザー光Ｌを照射し、各計測ポイントＰの照射点までの距離を計測する工程を連続的に繰り返し行う工程を行う。
（ｅ）また、前記（ｃ）の工程と並行して（同時期に）、同一の計測ポイントＰにおけるリアルタイムな計測データの変位に基づき切羽１０の押し出し量を監視する工程を行う。

本実施例では、前記６個の測定ポイントＰにそれぞれ、回動角度を制御したレーザー光Ｌを端から端（例えば上端から下端）まで照射する計測作業を１サイクルとし、それを少なくとも次の切羽の掘削作業に着手するまで多数サイクル連続的に繰り返し行って切羽１０の押し出し量を監視する。
本出願人らによる実試験によると、１サイクル工程に要する時間はわずか２分程度であった。これを少なくとも次（通常、翌日）の切羽の掘削作業に着手するまで多数サイクル連続的に繰り返し行えば、約２分毎の実に膨大な計測データを同一の測定ポイントＰで得ることができる。この約２分毎の同一の計測ポイントＰにおける膨大な計測データに基づき、切羽１０の特には天端部Ｔの挙動を定量的に精度よく把握するのである。
例えば、前記計測データから同一の測定ポイントＰにおける押し出し量の変位速度（ｍｍ／ｍｉｎ）や累積変位が分かり、これらを事前に設定した管理基準値に照らし合わせ、切羽１０の崩落可能性を予測する。
ちなみに、本実施例では、押し出し量の変位速度が顕著に大きくなる等、前記管理基準値を超えた場合にはパトランプを点滅させてサイレンを鳴らす等の警報手段を作動させ、作業員に注意を喚起する構成で実施している（請求項６記載の発明）。このような警報手段は、トンネル坑外の現場事務所、或いは工事責任者、監視担当者等の携帯電話に伝送可能な構成で実施することもできる。

（ｄ）次に、切羽１０の掘削進捗状況に応じて前記（ｂ）の工程を行い、改めて前記計測ポイントを設定し直して前記（ｃ）、（ｅ）の工程を行う。

要するに、既述した前記鉛直監視方法を、トンネルを掘り進める先の切羽２０、さらに図示は省略するが、その先の掘削した切羽に対しても継続して行う。１回の掘削作業で１〜１．５ｍ掘り進めるたびに、前記（ｂ）に係る計測ポイントＰを鉛直方向ライン上に改めて設定し直す工程を行う。そして、設定し直した計測ポイントＰについて、前記（ｃ）に係る照射点までの距離を計測する工程を繰り返し行い、当該工程（ｃ）と並行して、前記（ｅ）に係る切羽２０の押し出し量を監視する工程を行うのである。

以上説明したとおり、上記実施例２に係るトンネル切羽の簡易監視方法によれば、上記実施例１に係る作用効果（前記段落［００３２］参照）に加え、天端部Ｔを含めた鉛直監視方法も同時期に行うことができる。
よって、上記実施例１と比し、さらに精度よく切羽の挙動（状態）を簡易かつ早期に定量的に把握することができる。また、勾配の変化にもスムーズに対応できるので、勾配を有する切羽の挙動であっても簡易かつ早期に定量的に把握することができる。

図９〜図１１は、上記実施例１、２に係る水平監視方法のバリエーションを概略的に示している。この実施例３に係る水平監視方法によれば、水平監視用計測装置１を前方へ移設する、いわゆる盛り替え時においても連続的な計測作業を実現できる。

すなわち、この実施例３の水平監視方法は、図９〜図１１に段階的に示したように、前記水平監視用計測装置１をトンネル支保工１１の範囲Ｋ（図７参照）内の両側部に、切羽１０との距離を互いに異なるように設置し（図中の符号Ｍ参照。例えば１０ｍ程度）、一方（図示例では左側）の水平監視用計測装置１の盛り替え時にも、他方の水平監視用計測装置１を作動させることにより、水平監視用計測装置１による計測作業が中断しない構成で実施している（請求項４記載の発明）。
ちなみに、図中の符号２は、ブラケット等の取付部材を示し、符号Ｎは、レーザー距離計の計測精度の限界値である４０ｍ程度を示している。
なお、前記符号Ｍ、Ｎで示す距離は、水平監視用計測装置１（レーザー距離計）の性能、トンネルの形態（カーブの有無）等に応じて適宜設計変更可能である。

この実施例３に係るトンネル切羽の簡易監視方法によれば、上記実施例１、２に係る効果（前記段落［００３２］、［００４３］参照）に加えて、水平監視用計測装置１の盛り替え時にかかわらず、常に連続的に前方の切羽１０Ａ、２０Ａ等を監視することができ、当該切羽１０Ａ、２０Ａ等の挙動を簡易かつ早期に定量的に把握することができる。

上記実施例２の説明の際にふれた（前記段落［００３５］末文参照）、水平方向に旋回でき、鉛直方向にも回動できる構成のレーザー距離計を備えた計測装置について詳しく説明すると、この水平・鉛直方向自在な計測装置（以下、単に水平監視用計測装置と言う。）は、図示は省略するが、切羽１０等のトンネルの坑内面にレーザー光Ｌを照射して照射点で反射されたレーザー光Ｌを検知することで前記照射点までの距離を計測するレーザー距離計と、前記レーザー距離計の水平方向の旋回と停止を可能にする水平方向旋回装置と、前記レーザー距離計の上下方向の回動と停止を可能にする上下方向回動装置と、前記水平方向旋回装置の任意の角度での旋回と停止を制御する制御装置と、前記上下方向回動装置の任意の角度での回動と停止を制御する制御装置と、を備えた構成で実施される。
当該水平監視用計測装置によれば、水平方向に旋回制御して照射できることはもとより、上下方向にも回動制御して照射できる構成なので、前記水平一直線上の計測ポイントＰを、例えば前記図７の範囲Ｋ内で、複数の段状（例えば３段等）に設定し、当該３段に係る前記水平一直線上の計測ポイントＰの計測データを取得することができる。
１段分の１サイクル工程に要する時間は上記の通りわずか２〜３分なので、３段に増えたとしても１サイクル工程に要する時間は１０分かからない。よって、これを少なくとも次（通常、翌日）の切羽の掘削作業に着手するまで多数サイクル連続的に繰り返し行えば、やはり切羽１０等の挙動を定量的に把握するのに十分な計測データを得ることができる。

したがって、この実施例４に係るトンネル切羽の簡易監視方法によれば、上記実施例１、２に係る効果（前記段落［００３２］、［００４３］参照）に加えて、より広範な範囲で、精度よく、切羽１０等の挙動を簡易かつ早期に定量的に把握できる。

以上、実施例１〜４を図面に基づいて説明したが、本発明はこの限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。

１ 水平監視用計測装置
Ｌ レーザー光
１０ 切羽
Ｐ 計測ポイント
２０ 切羽
１１ トンネル支保工
Ｔ 天端部
ＳＬ スプリングライン
１０Ａ 切羽
２０Ａ 切羽
２ ブラケット（取付部材）
３０Ａ 切羽
３０Ｂ 切羽

Claims (8)

1. レーザー光を水平方向に旋回させつつ照射し、照射点までの距離を計測するレーザー距離計を搭載した水平監視用計測装置により切羽の押し出し量を監視するトンネル切羽の簡易監視方法であって、
   （Ａ）前記水平監視用計測装置を、切羽の押し出し量を監視する適正な高さレベルに設置する工程と、
   （Ｂ）前記水平監視用計測装置のレーザー距離計を、水平方向に旋回させつつトンネル坑内面へレーザー光を照射し、トンネル坑内面における所定の高さレベルの照射点までの距離の計測結果に基づき、切羽の左右両端位置を判定する工程と、
   （Ｃ）前記判定した切羽の左右両端位置の間の範囲内で複数の計測ポイントを水平一直線上に設定する工程と、
   （Ｄ）前記水平監視用計測装置のレーザー距離計を前記計測ポイントに合致する旋回角度で水平方向に旋回させつつレーザー光を照射し、各計測ポイントの照射点までの距離を計測する工程を連続的に繰り返し行う工程と、
   （Ｅ）切羽の掘削進捗状況に応じて前記（Ｂ）、（Ｃ）の工程を行い、改めて前記計測ポイントを設定し直して前記（Ｄ）の工程を行う工程と、
   （Ｆ）前記各（Ｄ）の工程と並行して、同一の計測ポイントにおけるリアルタイムな計測データの変位に基づき切羽の押し出し量を監視する工程と、
   から成ることを特徴とする、トンネル切羽の簡易監視方法。
2. レーザー光を水平方向に旋回させつつ照射し、照射点までの距離を計測するレーザー距離計を搭載した水平監視用計測装置と、レーザー光を鉛直方向に回動させつつ照射し、照射点までの距離を計測するレーザー距離計を搭載した鉛直監視用計測装置とを併用して切羽の押し出し量を監視するトンネル切羽の簡易監視方法であって、
   （Ａ）前記水平監視用計測装置を、切羽の押し出し量を監視する適正な高さレベルに設置する工程と、
   （Ｂ）前記水平監視用計測装置のレーザー距離計を、水平方向に旋回させつつトンネル坑内面へレーザー光を照射し、トンネル坑内面における所定の高さレベルの照射点までの距離の計測結果に基づき、切羽の左右両端位置を判定する工程と、
   （Ｃ）前記判定した切羽の左右両端位置の間の範囲内で複数の計測ポイントを水平一直線上に設定する工程と、
   （Ｄ）前記水平監視用計測装置のレーザー距離計を前記計測ポイントに合致する旋回角度で水平方向に旋回させつつレーザー光を照射し、各計測ポイントの照射点までの距離を計測する工程を連続的に繰り返し行う工程と、
   （Ｅ）切羽の掘削進捗状況に応じて前記（Ｂ）、（Ｃ）の工程を行い、改めて前記計測ポイントを設定し直して前記（Ｄ）の工程を行う工程と、
   （Ｆ）前記各（Ｄ）の工程と並行して、同一の計測ポイントにおけるリアルタイムな計測データの変位に基づき切羽の押し出し量を監視する工程と、
   から成るトンネル切羽の水平監視方法と、および、
   （ａ）前記鉛直監視用計測装置を、切羽の天端部を通過する鉛直方向ラインを監視する適正な部位に設置する工程と、
   （ｂ）前記鉛直方向ラインにおける前記切羽の天端部と地面部との間の範囲内で複数の計測ポイントを設定する工程と、
   （ｃ）前記鉛直監視用計測装置のレーザー距離計を前記計測ポイントに合致する回動角度で鉛直方向に回動させつつレーザー光を照射し、各計測ポイントの照射点までの距離を計測する工程を連続的に繰り返し行う工程と、
   （ｄ）切羽の掘削進捗状況に応じて前記（ｂ）の工程を行い、改めて前記計測ポイントを設定し直して前記（ｃ）の工程を行う工程と、
   （ｅ）前記各（ｃ）の工程と並行して、同一の計測ポイントにおけるリアルタイムな計測データの変位に基づき切羽の押し出し量を監視する工程と、
   から成るトンネル切羽の鉛直監視方法とを同時期に行うことを特徴とする、トンネル切羽の簡易監視方法。
3. 前記水平監視用計測装置は、トンネルのスプリングラインと天頂部との間の１／２以上、３／４以下の高さで、トンネル支保工の一側部又は両側部に設置することを特徴とする、請求項１又は２に記載したトンネル切羽の簡易監視方法。
4. 前記水平監視用計測装置をトンネル支保工の両側部に設置するときは、切羽との距離を互いに異なるように設置し、一方の水平監視用計測装置の盛り替え時にも水平監視用計測装置による計測が中断しない構成とすることを特徴とする、請求項３に記載したトンネル切羽の簡易監視方法。
5. 前記水平監視用計測装置は、上下方向にも回動制御して照射できる構成とし、前記水平一直線上の計測ポイントを複数の段状に設定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載したトンネル切羽の簡易監視方法。
6. 前記切羽の押し出し量の変位が、設定した管理基準値を超えた場合に警報手段を作動させることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載したトンネル切羽の簡易監視方法。
7. 前記請求項１又は２に記載したトンネル切羽の簡易監視方法に用いる水平監視用計測装置であって、
   切羽等のトンネルの坑内面にレーザー光を照射して照射点で反射されたレーザー光を検知することで前記照射点までの距離を計測するレーザー距離計と、
   前記レーザー距離計の水平方向の旋回と停止を可能にする水平方向旋回装置と、
   前記水平方向旋回装置の任意の角度での旋回と停止を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする、水平監視用計測装置。
8. 前記請求項１又は２又は５に記載したトンネル切羽の簡易監視方法に用いる水平監視用計測装置であって、
   切羽等のトンネルの坑内面にレーザー光を照射して照射点で反射されたレーザー光を検知することで前記照射点までの距離を計測するレーザー距離計と、
   前記レーザー距離計の水平方向の旋回と停止を可能にする水平方向旋回装置と、前記レーザー距離計の上下方向の回動と停止を可能にする上下方向回動装置と、
   前記水平方向旋回装置の任意の角度での旋回と停止を制御する制御装置と、前記上下方向回動装置の任意の角度での回動と停止を制御する制御装置と、
   を備えることを特徴とする、水平監視用計測装置。

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