JP2019173393A - 鋼製支保工の建て込み方法及び建て込みシステム - Google Patents

Abstract

【課題】支保工の建て込みに際して、支保工の測量対象部位の数が増えても測量機の台数を増やすことなく支保工の位置をリアルタイムに把握することのできる技術を提供する。【解決手段】トンネルの鋼製支保工を所定の設計位置に建て込む建て込み方法であって、３次元座標が既知又は測量機によって３次元座標が取得可能な複数のモーションキャプチャ用カメラによって鋼製支保工の予め定められた複数の定点に設置されたモーションキャプチャ用マーカーを撮影し、各モーションキャプチャ用カメラによって取得した撮影画像及び各モーションキャプチャ用カメラの３次元座標に基づいて各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標を取得し、取得した各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標に基づいて鋼製支保工を設計位置に建て込む。【選択図】図１０

Description

本発明は、鋼製支保工の建て込み方法及び建て込みシステムに関する。

トンネルを構築する工法として、ＮＡＴＭ工法(New Austrian Tunneling Method)が知
られている。ＮＡＴＭ工法は、地山が有する支保能力、強度を有効に利用してトンネルの安定を保つという考え方のもとに、吹付けコンクリート、ロックボルト、鋼製支保工等を用いて、地山と一体化したトンネル構造物を建設する工法である。

トンネル断面の崩落を防ぎ、断面を安定に支保する鋼製支保工は、円弧状に分割された一対の支保工を天端部（中央部）で相互連結することで形成され、鋼製支保工の建て込み作業が切羽近傍で行われる。トンネル支保工の建て込み作業は、支保工を把持して切羽に向けて移動させるエレクタを備えた作業車が用いられる。

従来、支保工にターゲットを取り付け、トータルステーションによりターゲットを自動で追尾してターゲットの位置を測量することで、支保工の位置を常時監視しながらエレクタ装置により支保工を所定の位置に建て込む方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特許第４５５９３４６号公報

しかしながら、上述したトータルステーションは、一台のトータルステーション同時に複数のターゲットを視準することはできないため、複数のターゲットの位置を同時に測量するためにはターゲットに対応する数のトータルステーションを使用する必要があった。また、一台のトータルステーションで複数のターゲットの位置を測量する場合、一台のトータルステーションで複数のターゲットを順次視準する必要があり、ターゲットの数が増えた場合に支保工の位置を迅速に把握することが難しいという実情があった。また、トータルステーションで視準するための測量用プリズム等といったターゲットは高価であることが多く、このようなターゲットを支保工に取り付ける場合、支保工の建て込みが完了した後、ターゲットを支保工から回収する必要があった。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、支保工の建て込みに際して、支保工の測量対象部位の数が増えても測量機の台数を増やすことなく支保工の位置をリアルタイムに把握することのできる技術を提供することにある。

上記課題の解決するために、本発明は以下の手段を採用した。すなわち、本発明は、トンネルの鋼製支保工を所定の設計位置に建て込む建て込み方法であって、３次元座標が既知又は測量機によって３次元座標が取得可能な複数のモーションキャプチャ用カメラによって前記鋼製支保工の予め定められた複数の定点に設置されたモーションキャプチャ用マーカーを撮影し、各モーションキャプチャ用カメラによって取得した撮影画像及び各モーションキャプチャ用カメラの３次元座標に基づいて各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標を取得し、取得した各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標に基づい
て前記鋼製支保工を前記設計位置に建て込むことを特徴とする。

また、本発明に係る鋼製支保工の建て込み方法は、前記鋼製支保工を着脱自在に把持するハンドを有する建て込み装置を用いて、前記鋼製支保工の建て込みを行っても良い。

また、本発明において、前記建て込み装置は、円弧状に分割された一対の鋼製支保工を着脱自在に把持する一対の前記ハンドを有し、前記モーションキャプチャ用マーカーは、前記一対の鋼製支保工の各々における少なくとも天端部と下端部に設置されており、前記一対のハンドの各々に前記一対の鋼製支保工の各々を把持した状態で前記一対の鋼製支保工の天端部に設けられた天端継手板同士を相互に連結することでアーチ状の鋼製支保工を形成する連結工程を有し、前記連結工程において、各モーションキャプチャ用カメラによって前記モーションキャプチャ用マーカーを撮影し、各モーションキャプチャ用カメラによって取得した撮影画像及び各モーションキャプチャ用カメラの３次元座標に基づいて各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標を取得し、取得した各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標に基づいて前記一対の鋼製支保工の前記天端継手板同士を当接させても良い。

また、本発明において、前記モーションキャプチャ用マーカーは、前記一対の鋼製支保工の各々における天端部と下端部の中間に位置する中間部に更に設置されていても良い。

また、本発明において、前記モーションキャプチャ用マーカーは、更に、前記一対のハンドの各々に設置されていても良い。

また、本発明において、前記複数のモーションキャプチャ用カメラは、前記建て込み装置における予め定められた複数の定点に設置されていても良い。

また、本発明において、前記建て込み装置における予め定められた定点に設置されているターゲットを３次元座標が既知の地点に設置された測量機によって自動追尾することで前記ターゲットの３次元座標を取得し、前記ターゲット及び各モーションキャプチャ用カメラの相対位置関係と、取得した前記ターゲットの３次元座標に基づいて各モーションキャプチャ用カメラの３次元座標を取得しても良い。

また、本発明は、鋼製支保工の建て込みシステムとして特定することができる。すなわち、本発明は、トンネルの鋼製支保工を所定の設計位置に建て込む建て込みシステムであって、前記鋼製支保工を着脱自在に把持するハンドを有する建て込み装置と、前記鋼製支保工の予め定められた複数の定点に設置されたモーションキャプチャ用マーカーと、３次元座標が既知又は測量機によって３次元座標が取得可能な複数のモーションキャプチャ用カメラと、前記ハンドを制御する管理コンピュータであって、各モーションキャプチャ用カメラによって取得した撮影画像及び各モーションキャプチャ用カメラの３次元座標に基づいて各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標を取得し、取得した各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標に基づいて前記鋼製支保工を前記設計位置に誘導する管理コンピュータと、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、支保工の建て込みに際して、支保工の測量対象部位の数が増えても測量機の台数を増やすことなく支保工の位置をリアルタイムに把握することができる。

図１は、実施形態１に係るトンネル支保工の側面図である。 図２は、実施形態１に係るトンネル支保構造を説明する図である。 図３は、実施形態１に係るエレクタ装置の上面図である。 図４は、実施形態１に係るエレクタ装置の側面図である。 図５は、実施形態１に係る連結構造を示す概略図である。 図６Ａは、実施形態１に係る第１天端継手板の正面図である。 図６Ｂは、実施形態１に係る第１天端継手板の背面図である。 図７Ａは、実施形態１に係る第２天端継手板の正面図である。 図７Ｂは、実施形態１に係る第２天端継手板の背面図である。 図８は、図５におけるＸ−Ｘ矢視断面図である。 図９は、実施形態１に係る雌型連結部と雄型連結部を連結した状態を示す図である。 図１０は、実施形態１に係るトンネル支保工の建て込みシステムの概略構成図である。 図１１は、実施形態１に係るエレクタ装置に設置されたターゲットを示す図である。 図１２は、実施形態１に係るエレクタ装置に設置されたカメラを示す図である。 図１３は、実施形態１に係るトンネル支保工の建て込み手順を説明する図である。 図１４は、実施形態２に係るトンネル支保工の建て込みシステムの概略構成図である。 図１５は、実施形態３に係るトンネル支保工の建て込みシステムの概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

＜実施形態１＞
図１は、実施形態１に係るトンネル支保工１０の側面図である。トンネル支保工１０は、トンネル掘削に伴い露出する地山の崩落防止のために、掘削直後の坑壁に沿って建て込まれるアーチ状の鋼製支保工であり、トンネル軸方向に沿って所定の建て込みピッチ毎に設置される。本実施形態におけるトンネル支保工１０は、Ｈ形断面を有するＨ形鋼によって形成されている。より詳しくは、トンネル支保工１０は、一対の円弧状の鋼製支保工１０Ｌ，１０Ｒの天端部（上端部）同士を一体に連結することでアーチ状に形成されている。以下、鋼製支保工１０Ｌを「左側鋼製支保工」と呼び、鋼製支保工１０Ｒを「右側鋼製支保工」と呼ぶ。左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒは左右対称な円弧形状を有している。

左側鋼製支保工１０Ｌは、第１本体部１１１、第１天端継手板１２１、第１底板１３１を有する。第１本体部１１１は、ウェブ１１１ａ、当該ウェブ１１１ａに直交する一対の地山側フランジ１１１ｂ及び内空側フランジ１１１ｃから構成されるＨ形鋼である。また、第１本体部１１１における一端には第１天端継手板１２１が溶接され、他端には第１底板１３１が溶接されている。第１天端継手板１２１及び第１底板１３１は四角形の鋼製平板であり、第１本体部１１１のＨ形断面に対して直交方向に延在している。右側鋼製支保工１０Ｒについても同様に、第２本体部１１２、第２天端継手板１２２、第２底板１３２を有する。第２本体部１１２は、ウェブ１１２ａ、当該ウェブ１１２ａに直交する一対の地山側フランジ１１２ｂ及び内空側フランジ１１２ｃから構成されるＨ形鋼である。また、第２本体部１１２における一端には第２天端継手板１２２が溶接され、他端には第２底板１３２が溶接されている。第２天端継手板１２２、第２底板１３２は四角形の鋼製平板であり、第２本体部１１２のＨ形断面に対して直交方向に延在している。第１天端継手板１２１及び第２天端継手板１２２には、ボルトを挿通するボルト穴が設けられており、当
該ボルト穴に挿通させたセンターボルト１４にナット１５を螺合させることで、第１天端継手板１２１及び第２天端継手板１２２が締結される。

図２は、実施形態１に係るトンネル支保工１０を適用したトンネル支保構造１を説明する図であり、トンネルＴの軸を通る鉛直断面の概略図である。本実施形態では、ＮＡＴＭ工法(New Austrian Tunneling Method)によってトンネルＴを構築する場合を例に説明す
る。

図２は、実施形態１に係るトンネル支保構造１を説明する図である。図２における符号３は、一次吹付けコンクリート層である。また、符号６は、二次吹付けコンクリート層である。なお、図２には、トンネル支保工１０の右側鋼製支保工１０Ｒが図示されている。本実施形態のトンネル構築方法において、切羽８の掘削によってトンネルＴの側面に地山７が露出した後、この地山７に対して一次コンクリートの吹付け施工が行われることで、一次吹付けコンクリート層３が形成される。その後、トンネル坑壁面に沿って一次吹付けコンクリート層３の内空側に上述したアーチ状のトンネル支保工１０が建て込まれる。トンネル支保工１０は、トンネルＴの坑口側に位置する既設のトンネル支保工１０に対して、切羽８側に隣接し、トンネルＴの軸方向に所定の間隔（例えば、１．０ｍ〜１．５ｍ程度）で配列される。トンネル支保工１０の建て込みは、一対のブーム先端に取り付けられたハンドを備えたエレクタ装置１００を用いて行われる。エレクタ装置１００は、本発明における建て込み装置の一例である。以下、トンネル支保工１０の建て込み方法について詳しく説明する。

図３は、実施形態１に係るエレクタ装置１００の上面図である。図４は、実施形態１に係るエレクタ装置１００の側面図である。エレクタ装置１００は台車としての作業車２００を有しており、自走可能な重機として構成されている。エレクタ装置１００は、同一構成の一対のブーム１７Ｌ，１７Ｒを備えている。一対のブーム１７Ｌ，１７Ｒは、これらに付設される駆動機構の作動によって伸縮動作、傾動動作、揺動動作、回動動作が自在である。また、各ブーム１７Ｌ，１７Ｒの先端には、同一構成の一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒが連結されている。一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒは、これらに付設される駆動機構の作動によって回転動作及び揺動動作が自在であり、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒをそれぞれ着脱自在に挟圧把持（保持）することができる。本実施形態においては、エレクタ装置１００における一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒに左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを把持した状態で各ハンド１８Ｌ，１８Ｒを駆動することで、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを天端部同士で連結する連結操作を行った後、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒがアーチ状に連結されることで形成されたトンネル支保工１０を所定の建て込み位置（設計位置）に建て込む。

次に、トンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ）の連結構造について説明する。図５は、実施形態１に係る左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを連結する連結構造３０を示す概略図である。連結構造３０は、左側鋼製支保工１０Ｌの第１天端継手板１２１、右側鋼製支保工１０Ｒの第２天端継手板１２２、第１天端継手板１２１に凹設された雌型連結部４０、第２天端継手板１２２に凸設された雄型連結部５０等を含む。図５は、左側鋼製支保工１０Ｌにおける第１天端継手板１２１と右側鋼製支保工１０Ｒの第２天端継手板１２２が連結構造３０を介して連結される前の状態、即ち、第１天端継手板１２１と第２天端継手板１２２が離間した状態を示している。

ここで、符号１２１ａは、第１天端継手板１２１の外面、符号１２１ｂは第１天端継手板１２Ｌの内面である。符号１２２ａは、第２天端継手板１２２の外面、符号１２２ｂは第２天端継手板１２２の内面である。図６Ａに、実施形態１に係る第１天端継手板１２１の正面図を示す。図６Ａには、第１天端継手板１２１の外面１２１ａ側から眺めた雌型連
結部４０が示されている。また、図６Ｂに、実施形態１に係る第１天端継手板１２１の背面図を示す。図６Ｂには、第１天端継手板１２１の内面１２１ｂ側から眺めた雌型連結部４０が示されている。更に、７Ａに、実施形態１に係る第２天端継手板１２２の正面図を示す。図７Ａには、第２天端継手板１２２の内面１２２ｂ側から眺めた雄型連結部５０が示されている。また、図７Ｂに、実施形態１に係る第２天端継手板１２２の背面図を示す。図７Ｂには、第２天端継手板１２２の外面１２２ａ側から眺めた雌型連結部４０が示されている。

なお、符号１２１ｃは第１天端継手板１２１の上縁、符号１２１ｄは第１天端継手板１２１の下縁、符号１２１ｅは第１天端継手板１２１の左右の側縁である。また、符号１２２ｃは第２天端継手板１２２の上縁、符号１２２ｄは第２天端継手板１２２の下縁、符号１２２ｅは第２天端継手板１２２の左右の側縁である。図７に、第１天端継手板１２１の高さ方向及び幅方向を図示し、図８に、第２天端継手板１２２の高さ方向及び幅方向を図示する。第１天端継手板１２１の高さ方向は側縁１２１ｅの延伸方向と平行であり、且つ、第１本体部１１１が第１天端継手板１２１と連結する位置におけるウェブ１１１ａの延伸方向と平行である。また、第１天端継手板１２１の幅方向は上縁１２１ｃ及び下縁１２１ｄの延伸方向と平行であり、且つ、第１本体部１１１が第１天端継手板１２１と連結する位置における地山側フランジ１１１ｂ及び内空側フランジ１１１ｃの延伸方向と平行である。また、第２天端継手板１２２の高さ方向は側縁１２２ｅの延伸方向と平行であり、且つ、第２本体部１１２が第２天端継手板１２２と連結する位置におけるウェブ１１２ａの延伸方向と平行である。第２天端継手板１２２の幅方向は上縁１２２ｃ及び下縁１２２ｄの延伸方向と平行であり、且つ、第２本体部１１２が第２天端継手板１２２と連結する位置における地山側フランジ１１２ｂ及び内空側フランジ１１２ｃの延伸方向と平行である。

図７Ａ及び図７Ｂに示すように、第１天端継手板１２１には、符号Ａ１で示される第１領域と、符号Ａ２で示される第２領域にそれぞれ雌型連結部４０が設けられている。第１領域Ａ１は、第１天端継手板１２１の平面領域のうち、第１本体部１１１のウェブ１１１ａを境に一方側に位置すると共に、地山側フランジ１１１ｂ、内空側フランジ１１１ｃ及びウェブ１１１ａによって囲まれた領域である。第２領域Ａ２は、第１天端継手板１２１における平面領域のうち、第１本体部１１１のウェブ１１１ａを境に他方側に位置すると共に、地山側フランジ１１１ｂ、内空側フランジ１１１ｃ及びウェブ１１１ａによって囲まれた領域である。

同様に、図８Ａ及び図８Ｂに示すように、第２天端継手板１２２には、符号Ａ１で示される第１領域と、符号Ａ２で示される第２領域にそれぞれ雌型連結部４０が設けられている。第１領域Ａ１は、第２天端継手板１２２における平面領域のうち、第２本体部１１２のウェブ１１２ａを境にして一方側に位置すると共に、地山側フランジ１１２ｂ、内空側フランジ１１２ｃ及びウェブ１１２ａによって囲まれた領域である。第２領域Ａ２は、第２天端継手板１２２の平面領域のうち、第２本体部１１２のウェブ１１２ａを境にして他方側に位置すると共に、地山側フランジ１１２ｂ、内空側フランジ１１２ｃ及びウェブ１１２ａによって囲まれた領域である。

まず、第２天端継手板１２２に凸設された雄型連結部５０について説明する。第２天端継手板１２２には、雄型連結部５０が設けられる位置に一対の開口孔１２２２が穿設されている。雄型連結部５０は、棒状の雄型係止部材５１を有している。雄型係止部材５１は、第２天端継手板１２２の開口孔１２２２よりも若干小径の軸部材であり、その基端部に雄ネジ５１ａが刻設されている。また、雄型係止部材５１の中間部には環状の鍔部５１ｂが設けられている。また、雄型係止部材５１の鍔部５１ｂよりも先端側の部位における外周部には、雄ネジ５１ｃが形成されている。雄型係止部材５１の雄ネジ５１ｃは、雄型係
止部材５１の外周に複数並設された周方向の雄側係止溝である。また、雄型係止部材５１の先端部５１ｄには、先端に向かって縮径するテーパ面５１ｅが形成されている。

また、第２天端継手板１２２の外面１２２ａ側における開口孔１２２２の周囲には、周囲よりも一段凹んだザグリ部１２２３が形成されている。雄型係止部材５１の鍔部５１ｂは、第２天端継手板１２２の開口孔１２２２の径よりも大きい。雄型係止部材５１の基端側を、第２天端継手板１２２の外面１２２ａ側から開口孔１２２２に挿通し、鍔部５１ｂをザグリ部１２２３に配置した状態で基端部の雄ネジ５１ａにナット５２を螺着する。その結果、雄型係止部材５１が第２天端継手板１２２から突出した状態で、第２天端継手板１２２に雄型係止部材５１を固定することができる。

次に、雌型連結部４０について説明する。第１天端継手板１２１は、雌型連結部４０が設けられる位置に一対の開口孔１２１２が穿設されており、その内面１２１ｂには金属製の円筒状のケーシング４１が溶接ｗｐなどによって固定されている。ケーシング４１は、その軸心を開口孔１２１２の略中央部に位置させている。ケーシング４１内には、収納室４２が形成されている。収納室４２の先部（前部）には、その内周面を後端側から先端側にかけて内径が徐々に縮径するテーパ面４３ａを有するテーパ穴４３が形成されている。また、収納室４２の中間部にはバネ収納部４２ａが形成されており、収納室４２の後部内周に雌ネジ４５が刻設されている。また、テーパ穴４３の先端部には、挿入口４８が開口形成されている。ケーシング４１の前端部に位置する挿入口４８は、第１天端継手板１２１に形成された開口孔１２１２と略同径で、開口孔１２１２と連通している。また、ケーシング４１が第１天端継手板１２１に固定された状態で挿入口４８が開口孔１２１２と重なった位置に配置されている。

また、テーパ穴４３内には、分割された雌型係止部材４６が軸方向に摺動可能に配置されている。本実施形態では、図８に示すように、周方向に３つに分割してなる楔形の雌型係止部材４６が、ケーシング４１の軸（前後）方向に摺動可能に配設されている。図８は、図５におけるＸ−Ｘ矢視断面図である。図８に示すように、周方向に３つに分割してなる楔形の雌型係止部材４６が、ケーシング４１の軸（前後）方向に摺動可能に配設されている。ここで、雌型係止部材４６の外面は、テーパ穴４３におけるテーパ面４３ａに沿って摺動可能なテーパ面４６ａとして形成されている。雌型係止部材４６のテーパ面４６ａは、先端側から後方にかけて外径が徐々に拡大している。更に、各雌型係止部材４６の内面には、雌ネジ４６ｂが形成されている。雌ネジ４６ｂは、各雌型係止部材４６の内面に、複数並設された周方向の雌側係止溝である。雌ネジ４６ｂは、ケーシング４１の軸心を中心とする円弧で且つ、軸心に沿った方向に刻設されている。以上より、複数個の雌型係止部材４６によって雌ネジ穴が形成され、各雌型係止部材４６のテーパ面４６ａがテーパ穴４３のテーパ面４３ａに沿って後退することにより、その雌ネジ穴が拡径され、前方（先方）へ移動することにより当該雌ネジ穴が縮径するようになる。なお、各雌型係止部材４６の内面に形成された雌ネジ４６ｂは、雄型係止部材５１の先端側外周部に形成された雄ネジ５１ｃと噛合させることができる。

また、収納室４２のバネ収納部４２ａには、雌型係止部材４６を前方（先方）に押圧（弾性付勢）する押圧部材である押圧ばね４４が、各雌型係止部材４６の後端に設けられるばね受け４７と蓋板４９との間に圧縮した状態で収納されており、押圧ばね４４の押圧力によって各雌型係止部材４６を常時前方に押圧している。蓋板４９は、収納室４２の後部内周側に刻設された雌ネジ４５に螺着されることで、押圧ばね４４を圧縮した状態に保持することができる。なお、蓋板４９の外面には、六角穴４９ａが設けられており、六角レンチによって蓋板４９をケーシング４１から着脱自在になっている。

以上のように構成される雌型連結部４０及び雄型連結部５０において、各雌型係止部材
４６の内面に形成された雌ネジ４６ｂと雄型係止部材５１の外周部に形成された雄ネジ５１ｃは、ネジピッチが、ＪＩＳに規定する細目ネジのピッチよりも小さく形成されている。また、本実施形態の雌型連結部４０では各雌型係止部材４６の内面に螺旋状の雌ネジ４６ｂを形成したが、雌ネジ４６ｂに代えて、各雌型係止部材４６の周方向に伸びる環状の山部と環状の谷部を交互かつ並行に配置した並行溝を各雌型係止部材４６の内面に設けても良い。同様に、雄型連結部５０においては、雄型係止部材５１の外周部に形成した雄ネジ５１ｃに代えて、雄型係止部材５１の周方向に伸びる環状の山部と環状の谷部を交互かつ並行に配置した並行溝を雄型係止部材５１の外周面に設けても良い。

次に、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを連結する際の連結構造３０の動作について説明する。図５に示すように、左側鋼製支保工１０Ｌにおける第１天端継手板１２１と右側鋼製支保工１０Ｒにおける第２天端継手板１２２を接近かつ対峙（対向）させた状態から、第１天端継手板１２１の開口孔１２１２に雄型連結部５０（雄型係止部材５１）が挿入されるように、第１天端継手板１２１及び第２天端継手板１２２の離間距離を徐々に狭めてゆく。

ここで、雄型係止部材５１の外径は、第１天端継手板１２１の開口孔１２１２及び雌型連結部４０（ケーシング４１）の挿入口４８よりも若干小径で、且つ、各雌型係止部材４６がテーパ穴４３（テーパ面４３ａ）の最前進位置に配置された状態で、各雌型係止部材４６によって形成される雌ネジ穴の直径よりも若干大径に設定されている。第２天端継手板１２２に凸設された雄型係止部材５１が第１天端継手板１２１の開口孔１２１２を通じて、雌型連結部４０の挿入口４８から侵入すると、押圧ばね４４の押圧力によって前端部にテーパ穴４３（テーパ面４３ａ）の最前進位置に位置決めされている各雌型係止部材４６の前端面４６ｃに雄型係止部材５１の先端部５１ｄが当接する。そして、雄型係止部材５１が押圧ばね４４の押圧力に抗して、各雌型係止部材４６をテーパ面４３ａに沿って、雌型連結部４０（ケーシング４１）の軸方向後方に向かって後退させることで、各雌型係止部材４６におけるテーパ面４６ａの雌ネジ４６ｂによって形成されている雌ネジ穴を拡径しつつ雄型係止部材５１が収納室４２内に挿入される。

そして、第１天端継手板１２１の外面１２１ａと第２天端継手板１２２の外面１２２ａとが当接することで面接触し、雌型連結部４０における収納室４２内への雄型係止部材５１の挿入が完了することで、それ以上の収納室４２内への雄型係止部材５１の挿入が停止されると、各雌型係止部材４６は押圧ばね４４の押圧力によって前方（先方）に押し戻されると共に、各雌型係止部材４６のテーパ面４６ａによって形成される雌ネジ穴が縮径する。その結果、図９に示すように、雌型連結部４０における各雌型係止部材４６の雌ネジ４６ｂ（雌側係止溝）及び雄型連結部５０における雄型係止部材５１の雄ネジ５１ｃ（雄側係止溝）が相互に噛合する。これによって、図１に示したように、第１天端継手板１２１及び第２天端継手板１２２が面接触した状態で、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒが一体に連結される。なお、本実施形態においては、雌型連結部４０に対して雄型係止部材５１が挿入及び係止された状態において、第１天端継手板１２１及び第２天端継手板１２２の各外縁同士の位置がすべて合致するように設定されている。すなわち、第１天端継手板１２１の雌型連結部４０と第２天端継手板１２２の雄型係止部材５１が連結された状態において、第１天端継手板１２１の上縁１２１ｃ、下縁１２１ｄ、一対の側縁１２１ｅがそれぞれ第２天端継手板１２２の上縁１２２ｃ、下縁１２２ｄ、一対の側縁１２２ｅに重なるようになっている。

ここで、図９に示したように、雌型連結部４０の雌ネジ４６ｂと雄型連結部５０（雄型係止部材５１）の雄ネジ５１ｃが噛合した状態で、第１天端継手板１２１及び第２天端継手板１２２を離反する方向に外力が作用した場合、雌型連結部４０における収納室４２から雄型係止部材５１を引き抜く方向に引き抜き力が作用する。この引き抜き力は、互いに
噛み合う雄ネジ５１ｃと雌ネジ４６ｂを介して各雌型係止部材４６に伝達される。ところで、各雌型係止部材４６のテーパ面４６ａは後方側から前方にかけて外径が徐々に縮小している。そのため、上記引き抜き力が各雌型係止部材４６に作用しても、各雌型係止部材４６がテーパ穴４３の前方に向かって変位することが制限される。すなわち、本実施形態に係る連結構造３０によれば、雌型連結部４０の収納室４２から雄型係止部材５１を引き抜く方向に外力が作用しても、当該外力に対抗して連結状態を維持することができる。つまり、実施形態における連結構造３０によれば、雌型連結部４０の挿入口４８から雄型連結部５０（雄型係止部材５１）を挿入する動作だけで、雌型連結部４０に対して雄型連結部５０が連結されるため、簡単に左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを一体に締結できる。また、雌型連結部４０における収納室４２から雄型係止部材５１を引き抜く方向に引き抜き力が作用しても、雌型連結部４０及び雄型連結部５０の連結が解除されることを抑制できる。

次に、実施形態１に係るトンネル支保工１０の建て込みシステムＳについて説明する。図１０は、実施形態１に係るトンネル支保工１０の建て込みシステムＳの概略構成図である。図１０中、符号３００はレーザ光による測距・測角儀（測量機）である自動追尾型トータルステーション、符号４００はトータルステーション３００を制御するトータルステーションコントローラ、符号５００はトータルステーションコントローラ４００と無線による送受信を可能とするトータルステーション側アンテナである。エレクタ装置１００は、操縦席に搭載されたディスプレイ装置であるモニタ１０１、管理コンピュータ１０２、エレクタ側アンテナ１０３、操作盤１０４、キーボード１０５、ポンティングデバイス１０６等を有する。

トータルステーション３００は、レーザ光を照射してプリズム等を含むターゲット９を自動追尾し、その測距・測角を行うことで、ターゲット９の位置を測定（測量）する測量機であり、レーザ照射、視準、視準の自動追尾等の機能を備えている。また、トータルステーション３００は、トンネルＴ内において座標が既知の地点（座標既知地点）に設置される。本実施形態では、ターゲット９をエレクタ装置１００における予め定められた位置に設置し、切羽８近傍でトンネル支保工１０の建て込みを行う際に、エレクタ装置１００に設置したターゲット９をトータルステーション３００によって自動追尾する。

トータルステーション３００の設置位置は、トータルステーション３００によるターゲット９の視準に障害が無い所であれば特に限定されないが、本実施形態では切羽８の後方、エレクタ装置１００によるトンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ）の建て込み位置よりもトンネルＴの坑口側の位置に設置され、エレクタ装置１００の後部側に設置したターゲット９を自動追尾する。トータルステーション３００は、例えば、三脚等の支持部材を用いてトンネル床面に設置しても良いし、トンネル内壁部に架設した架台上に設置しても良い。また、トータルステーション３００を、既知座標位置に設置された基準ターゲットを視準可能な位置に設置し、トータルステーション３００によって基準ターゲットを視準することでトータルステーション３００の自己設置位置における３次元座標（ｘ０，ｙ０，ｚ０）を求めるようにしても良い。

図１１は、実施形態１に係るエレクタ装置１００に設置されたターゲット９を示す図である。ターゲット９は、エレクタ装置１００のターゲット設置部Ｐ１に固定されるホルダ９１と、ホルダ９１の先端に設けられたプリズム９２を有する。

また、エレクタ装置１００に設置するターゲット９の数は特に限定されないが、本実施形態では複数のターゲット９をエレクタ装置１００に設置するようにしている。これにより、エレクタ装置１００の位置だけでなく、エレクタ装置１００の向きを精度良く把握することができ、ターゲット９と後述するモーションキャプチャ用カメラ５（図５を参照）
との相対位置関係に基づいてモーションキャプチャ用カメラ５の位置を精度良く求めることができる。なお、図１０に示す例では、エレクタ装置１００の後部における左側部、右側部、中央部にそれぞれターゲット９Ａ、９Ｂ、９Ｃが設置されている。なお、本明細書では、ターゲットを総称して、単にターゲット９と略記する場合がある。

また、本実施形態におけるトータルステーションコントローラ４００は、例えば携帯可能なコンピュータを含んで構成されている。トータルステーションコントローラ４００は、コンピュータに組み込まれたソフトウェアによってトータルステーション３００の各種の機構を自動制御すると共に、トータルステーション３００の測量データを処理する。更に、トータルステーションコントローラ４００は、エレクタ装置１００のエレクタ側アンテナ１０３との無線通信によりデータの送受信が可能であり、且つ、管理コンピュータ１０２からの指令によりトータルステーション３００の各種の機構を無線遠隔操作することが可能である。勿論、管理コンピュータ１０２とトータルステーションコントローラ４００相互の通信は、有線による通信であっても良い。

また、本実施形態における建て込みシステムＳは、トンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ）を建て込む際にモーションキャプチャ技術を利用してトンネル支保工１０の３次元位置情報を取得するモーションキャプチャシステムを有している。すなわち、図１０に示すように、本実施形態においては、トンネル支保工１０を建て込む際に、トンネル支保工１０の３次元位置情報を取得するための複数のモーションキャプチャ用マーカー４をトンネル支保工１０に装着する。図１０に示す例では、左側鋼製支保工１０Ｌの天端部（上端部）、下端部、天端部と下端部の中間に位置する中間部にそれぞれモーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｃが取り付けられている。同様に、右側鋼製支保工１０Ｒの天端部（上端部）、下端部、天端部と下端部の中間に位置する中間部にそれぞれモーションキャプチャ用マーカー４Ｄ〜４Ｆが取り付けられている。なお、本明細書ではモーションキャプチャ用マーカーを総称して、単にモーションキャプチャ用マーカー４と略記する場合がある。

なお、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒにおいて各モーションキャプチャ用マーカー４を設置するための設置位置は予め定められた定点であり、当該位置には予めペンキやシール等で目印が標示されている。また、本実施形態では、モーションキャプチャ用マーカー４は、左側鋼製支保工１０Ｌにおけるウェブ１１１ａと、右側鋼製支保工１０Ｒのウェブ１１２ａに対して設置される。

ここで、上述した左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの天端部（上端部）、下端部、中間部は、ある程度の広がりをもった領域を指している。よって、モーションキャプチャ用マーカー４Ａ（４Ｄ）は、左側鋼製支保工１０Ｌ（右側鋼製支保工１０Ｒ）の第１本体部１１１（第２本体部１１２）における天端側の端部寄りの予め定められた位置に配置されていれば良い。また、モーションキャプチャ用マーカー４Ｂ（４Ｅ）は、左側鋼製支保工１０Ｌ（右側鋼製支保工１０Ｒ）の第１本体部１１１（第２本体部１１２）における下端側の端部寄りの予め定められた位置に配置されていれば良い。また、モーションキャプチャ用マーカー４Ｃ（４Ｆ）は、左側鋼製支保工１０Ｌ（右側鋼製支保工１０Ｒ）の第１本体部１１１（第２本体部１１２）における天端部と下端部に挟まれる予め定められた位置に配置されていれば良い。

なお、モーションキャプチャ用マーカー４には、一般的なモーションキャプチャ技術に用いられる公知の反射マーカーを適宜用いることができる。また、モーションキャプチャ用マーカー４の形状は特に限定されず、例えば半球形状、球形状であっても良いし、シート形状を有していても良い。

また、エレクタ装置１００の前方には、予め定められた位置に複数のモーションキャプチャ用カメラ５が設置されている。複数のモーションキャプチャ用カメラ５は、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの連結作業及び建て込み作業を行う際に、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒに取り付けたモーションキャプチャ用マーカー４を時系列的に撮影するのに支障がない位置に設置されており、図１０に示す例ではエレクタ装置１００の前方における左側部、右側部、中央部にそれぞれモーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃが設置されている。また、各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃは、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒに取り付けたモーションキャプチャ用マーカー４を互いに異なる角度から撮影することができるように配置されている。なお、本明細書ではモーションキャプチャ用カメラを総称して、単にモーションキャプチャ用カメラ５と略記する場合がある。本実施形態では、３つのモーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃによって撮影した撮影画像データに基づいてモーションキャプチャ用マーカー４の動きを三角測量の原理で計測し、モーションキャプチャ用マーカー４の３次元位置情報を取得することができる。

図１２に示すように、モーションキャプチャ用カメラ５は、撮像素子５ａと、モーションキャプチャ用マーカー４に光束を照射する光照射装置５ｂを備えている。また、図１２における符号５ｃは、エレクタ装置１００のカメラ設置部Ｐ２に取り付けられるカメラホルダである。図１２に示す例では、エレクタ装置１００のカメラ設置部Ｐ２に位置が固定されたカメラホルダ５ｃにモーションキャプチャ用カメラ５が支持されているが、エレクタ装置１００のカメラ設置部Ｐ２に対してカメラホルダ５ｃは着脱式であっても良い。本実施形態におけるモーションキャプチャ用カメラ５は、光照射装置５ｂから赤外線を照射し、モーションキャプチャ用マーカー４からの反射光を撮像素子５ａが受光する赤外線カメラである。各モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆの表面は、光照射装置５ｂから照射された赤外線を反射する素材によって形成されている。なお、モーションキャプチャ用カメラ５における撮像素子５ａの光入射面には、光照射装置５ｂから放射される光束の分光特性に対応した光学フィルターが装着されていても良い。また、各モーションキャプチャ用カメラ５は、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒに取り付けられているモーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆがすべて撮影範囲に含まれるように、エレクタ装置１００に設置する際のカメラの向きや画角等が調整されている。更に、各モーションキャプチャ用カメラ５は、エレクタ装置１００に設置された状態において、その設置面から撮像素子５ａ中心までの高さは一定である。

また、モーションキャプチャ用カメラ５は、エレクタ装置１００のエレクタ側アンテナ１０３との無線通信によりデータの送受信が可能であり、モーションキャプチャ用マーカー４を時系列的に撮影した撮影画像データは、モーションキャプチャ用カメラ５からエレクタ装置１００の管理コンピュータ１０２に送信することができる。エレクタ装置１００の管理コンピュータ１０２は、モーションキャプチャ用カメラ５から受信した撮影画像データに対して画像処理を行う画像処理装置として機能し、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒに取り付けられたモーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆの各時間（フレーム毎）における３次元位置情報を求める。また、管理コンピュータ１０２とモーションキャプチャ用カメラ５相互の通信は、有線による通信であっても良い。

＜建て込み方法＞
次に、上述した建て込みシステムＳを用いたトンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ）の建て込み方法について説明する。図１３は、実施形態１に係るトンネル支保工１０の建て込み手順を説明する図である。

まず、ステップＳ１０１において、エレクタ装置１００を、右側ハンド１８Ｒにそれぞれ左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを把持した状態で切羽８近傍まで自走
させ、左側ブーム１７Ｌ及び右側ブーム１７Ｒを伸長及び傾動させると共に、左側ハンド１８Ｌ及び右側ハンド１８Ｒを回転させることで、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒをトンネル軸と直交するように移動させる。

次に、ステップＳ１０２において、トータルステーション３００、モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆを予め定められた位置に設置する。上記のように、トータルステーション３００は、エレクタ装置１００の後方における所定の座標既知地点に設置する。また、モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｃが、左側鋼製支保工１０Ｌの天端部（上端部）、下端部、中央部におけるウェブ１１１ａの所定位置にそれぞれ取り付けられ、モーションキャプチャ用マーカー４Ｄ〜４Ｆが右側鋼製支保工１０Ｒの天端部（上端部）、下端部、中央部におけるウェブ１１２ａの所定位置にそれぞれ取り付けられる。なお、本実施形態において、エレクタ装置１００に設置された各ターゲット９Ａ〜９Ｃと、各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃ相互における相対位置関係は既知であり、これらの位置に関するデータは管理コンピュータ１０２の記憶装置（メモリ、ストレージデバイス）に予め格納されている。なお、ターゲット９Ａ〜９Ｃ及びモーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃは、エレクタ装置１００に対して着脱式であっても良い。この場合は、本ステップにおいて、ターゲット９Ａ〜９Ｃ及びモーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃがエレクタ装置１００における所定の設置位置にそれぞれ設置される。また、その場合には、エレクタ装置１００において各ターゲット９Ａ〜９Ｃ及び各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃを設置するための設置位置には、予めペンキやシール等で目印が標示しておくことが好ましい。

次に、ステップＳ１０３において、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの位置をリアルタイムで計測しながら、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの天端部同士を連結する（連結工程）。本実施形態においては、管理コンピュータ１０２の記憶装置に「支保工モニタリング制御プログラム」が予めインストールされており、当該プログラムを実行することで支保工モニタリング制御が実行される。支保工モニタリング制御は、建て込み中における左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの位置を計測し、エレクタ装置１００のモニタ１０１に左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの位置をリアルタイムで表示させる制御である。

本実施形態における支保工モニタリング制御は、「支保工連結モード」と「支保工建て込みモード」という２種類のモードを選択して実行することができる。「支保工連結モード」は、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの天端部同士を連結する際に左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの位置をリアルタイムにモニタリングする制御であり、「支保工建て込みモード」は、連結して一体となった状態の左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを設計位置に誘導する際に左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの位置をリアルタイムにモニタリングする制御である。例えば、モニタ１０１の画面上に、支保工連結モード及び支保工建て込みモードを表す２つのアイコンを表示させておき、ポンティングデバイス１０６によるクリック操作によって何れかのアイコンが選択された場合に、対応するモードの支保工モニタリング制御を開始しても良い。

＜支保工連結モード＞
左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを連結する際、エレクタ装置１００のオペレータは、ポンティングデバイス１０６を介して「支保工連結モード」のアイコンを選択操作する。「支保工連結モード」が選択されると、管理コンピュータ１０２は、トータルステーションコントローラ４００を介してトータルステーション３００を無線遠隔操作し、各ターゲット９Ａ〜９Ｃを自動追尾して、各ターゲット９Ａ〜９Ｃの３次元座標を順次、自動測量する。上記の通り、トータルステーション３００は、座標既知地点（ｘ０
，ｙ０，ｚ０）に設置されているため、トータルステーション３００からレーザ光を照射して各ターゲット９Ａ〜９Ｃを視準して測距・測角を行うことで、各ターゲット９Ａ〜９Ｃの３次元座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を求めることができる。なお、トータルステーション３００による各ターゲット９の３次元座標に関する測量データは、トータルステーションコントローラ４００から管理コンピュータ１０２に順次無線送信される。

上記の通り、エレクタ装置１００に設置された各ターゲット９Ａ〜９Ｃと、各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃ相互における相対位置関係に関するデータは、管理コンピュータ１０２の記憶装置に格納されているため、管理コンピュータ１０２は、トータルステーション３００から取得した各ターゲット９Ａ〜９Ｃの３次元座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）に基づいて、各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃの３次元座標（ｘ１´，ｙ１´，ｚ１´）、（ｘ２´，ｙ２´，ｚ２´）、（ｘ３´，ｙ３´，ｚ３´）を求めることができる。管理コンピュータ１０２は、各ターゲット９Ａ〜９Ｃの３次元座標データ及び各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃの３次元座標データを、記憶装置に記憶させる。

本ステップにおいて、支保工モニタリング制御が開始された時点で、エレクタ装置１００は既に切羽８近傍に停車されている状態のため、本ステップにおいてエレクタ装置１００に設置された各ターゲット９及び各モーションキャプチャ用カメラ５の３次元座標を１回取得すれば、その後は、トンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ）を建て込み完了するまで左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの動きに合わせて各ターゲット９Ａ〜９Ｃの位置をトータルステーション３００によって測量する必要は無い。管理コンピュータ１０２は、本ステップにおいて求めた各ターゲット９Ａ〜９Ｃの３次元座標データ及び各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃの３次元座標データを、記憶装置に記憶させる。なお、各ターゲット９Ａ〜９Ｃの３次元座標の演算は、トータルステーションコントローラ４００で行わず、管理コンピュータ１０２側で行うようにしても良い。

支保工モニタリング制御において、管理コンピュータ１０２は、トータルステーションコントローラ４００の遠隔操作と併行して、各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃを遠隔操作し、モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆが装着された左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃに撮影させる。各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃは、全てのモーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆがそれぞれの撮影範囲に含まれるように左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを同時かつ時系列的に撮影する。以下、このようにして各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃによって撮影された画像を「モーションキャプチャ撮影画像」という。なお、管理コンピュータ１０２は、各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃによるモーションキャプチャ撮影画像の撮影に際して、光照射装置５ｂから赤外線を発光させる。このようにして、赤外線を反射する素材によって表面が形成されている各モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆからの反射光を撮像素子５ａが受光することとなり、モーションキャプチャ撮影画像には各モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆだけが明るく写るようになる（他の物体は暗く写る）。その結果、モーションキャプチャ撮影画像から、モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆの位置の抽出を精度良く行うことができる。

管理コンピュータ１０２は、各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃから受信したモーションキャプチャ撮影画像を記憶装置に記憶する。そして、管理コンピュータ１０２は、各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃによって同時刻に撮影された各モーションキャプチャ撮影画像に対して画像処理を行い、各モーションキャプチャ撮影画像上で抽
出される各モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆの２次元座標と、各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃの３次元座標に基づき、例えば三角測量の原理を利用して各モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆの３次元座標を演算する。このような、モーションキャプチャシステムにおけるマーカーの３次元座標の算出手法自体は公知であり、ここでの詳細な説明は割愛するが、例えばモーションキャプチャ撮影画像を２値化処理した２値画像に対してラベリング処理を行い、エピポーラマッチングアルゴリズムを利用することでモーションキャプチャシステムにおけるマーカーの３次元座標の算出手法が知られており、本実施形態でもこのような算出手法に基づいて各モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆの３次元座標を演算して求めることができる。

ここで、管理コンピュータ１０２の記憶装置には、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの各部形状及び寸法に関する設計データや、各モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆを設置する位置に関するマーカー位置データが格納されている。管理コンピュータ１０２は、記憶装置からマーカー位置データ、設計データ等を読み出し、読み出した各データと各モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆの３次元座標に基づいて、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの外形をモニタ１０１に表示する。また、支保工連結モードにおいて、管理コンピュータ１０２は、３次元座標系（例えば、トンネルＴの軸方向、高さ方向、幅方向）における左側鋼製支保工１０Ｌの第１天端継手板１２１と右側鋼製支保工１０Ｒの第２天端継手板１２２のずれ量（δｘ，δｙ，δｚ）を算出し、そのずれ量（δｘ，δｙ，δｚ）を左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの位置と併せてモニタ１０１に表示する。

支保工連結モードに係る支保工モニタリング制御では、時系列的に各モーションキャプチャ用カメラ５から管理コンピュータ１０２に送信されるモーションキャプチャ撮影画像に基づいて各モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆの３次元座標、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの位置、第１天端継手板１２１及び第２天端継手板１２２のずれ量（δｘ，δｙ，δｚ）等が時々刻々と算出され、その変化がモニタ１０１にリアルタイムで表示されるようになっている。そのため、エレクタ装置１００のオペレータは、モニタ１０１の表示画面を見ながら表示画面の表示情報に基づいて一対ハンド１８Ｌ，１８Ｒの何れか、或いは双方を動かして、第１天端継手板１２１及び第２天端継手板１２２が当接するように誘導することができる。その結果、第１天端継手板１２１の雌型連結部４０と、第２天端継手板１２２の雄型連結部５０（雄型係止部材５１）の位置を円滑に合わせ、雌型連結部４０に雄型係止部材５１を挿入させることで雄型係止部材５１を雌型連結部４０に係止することができる。これにより、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを容易に連結することができ、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを連結する際の作業効率を向上することができる。

＜支保工建て込みモード＞
上記のように、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを連結が完了すると、ステップＳ１０４において、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの位置をリアルタイムで計測しながら、一体に連結された左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを設計位置に建て込む（建て込み工程）。本ステップにおい、エレクタ装置１００のオペレータは、ポンティングデバイス１０６を介して「支保工建て込みモード」のアイコンを選択操作する。「支保工建て込みモード」が選択されると、管理コンピュータ１０２は、支保工連結モード時と同様、各モーションキャプチャ用カメラ５Ａ〜５Ｃから受信したモーションキャプチャ撮影画像に基づいて各モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆの３次元座標を求める。また、管理コンピュータ１０２は、支保工連結モード時と同様、記憶装置からマーカー位置データ、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの設計データ等を読み出し、読み出した各データと各モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆの３次元座標に基づいて、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの外
形をモニタ１０１に表示する。

また、管理コンピュータ１０２の記憶装置には、トンネルＴの線形データや断面データ、トンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ）を建て込む際の目標となるトンネル支保工１０毎の設計位置データが格納されている。管理コンピュータ１０２は、支保工建て込みモードに係る支保工モニタリング制御において、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの現在位置と設計位置とのずれ量（δｘ´，δｙ´，δｚ´）を算出し、モニタ１０１に画面表示する。例えば、左側鋼製支保工１０Ｌについては、第１本体部１１１における第１底板１３１の現在の位置と設計位置とのずれ量をモニタ表示しても良い。また、右側鋼製支保工１０Ｒについては、第２本体部１１２における第２底板１３２の現在の位置と設計位置とのずれ用をモニタ表示しても良い。

以上のように、支保工建て込みモードに係る支保工モニタリング制御では、時系列的に各モーションキャプチャ用カメラ５から管理コンピュータ１０２に送信されるモーションキャプチャ撮影画像に基づいて各モーションキャプチャ用マーカー４Ａ〜４Ｆの３次元座標、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの位置、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの現在位置と設計位置とのずれ量（δｘ´，δｙ´，δｚ´）等が時々刻々と算出され、その変化がモニタ１０１にリアルタイムで表示される。そのため、エレクタ装置１００のオペレータは、モニタ１０１の表示画面を見ながら表示画面に表示されている情報に基づいて一対ハンド１８Ｌ，１８Ｒを動かして、トンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ）を設計位置へと円滑に誘導し、当該設計位置に効率良く容易に建て込むことができる。

また、本実施形態におけるトンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ）の建て込み方法によれば、トンネル支保工１０に取り付けたモーションキャプチャ用マーカー４をモーションキャプチャ用カメラ５によって撮影したモーションキャプチャ撮影画像に基づいてトンネル支保工１０の位置をリアルタイムに精度よく計測することができる。

また、本実施形態におけるトンネル支保工１０の建て込み方法によれば、各モーションキャプチャ用カメラ５によってトンネル支保工１０に装着した複数のモーションキャプチャ用マーカー４を多点同時に撮影することができるため、モーションキャプチャ用マーカー４に対応する数のモーションキャプチャ用カメラ５を用いる必要は無い。すなわち、モーションキャプチャ撮影画像に基づいてモーションキャプチャ用マーカー４の位置を計測するために、複数（２台以上）のモーションキャプチャ用カメラ５によってモーションキャプチャ用マーカー４を異なる角度から撮影する必要があるが、トンネル支保工１０に装着するモーションキャプチャ用マーカー４の数（言い換えると、トンネル支保工１０の測量対象部位の数）が増えても、当該マーカー４の増量に応じてモーションキャプチャ用カメラ５の設置台数を増やす必要は無いという利点がある。なお、本実施形態において、エレクタ装置１００に３台のモーションキャプチャ用カメラ５を設けているが、これはトンネル支保工１０の建て込み時におけるモーションキャプチャ用マーカー４の位置検出精度をより一層高めるためのものであって、少なくとも２台のモーションキャプチャ用カメラ５によってモーションキャプチャ撮影画像することで、モーションキャプチャ用マーカー４の位置を検出することができる。

また、本実施形態において、モーションキャプチャ用カメラ５及びターゲット９が、エレクタ装置１００における予め定められた定点に設置されている。そのため、トータルステーション３００によって計測したターゲット９の３次元座標と、ターゲット９及びモーションキャプチャ用カメラ５の相対位置関係に基づいて、モーションキャプチャ用カメラ５の３次元座標を精度良く計測することができ、その結果、モーションキャプチャ用マー
カー４の位置検出の精度向上に資することができる。

また、本実施形態において、モーションキャプチャ用マーカー４は、一対の左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの各々における少なくとも天端部と下端部に設置するようにしている。左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒのように円弧状に延伸する長尺部材の両端にモーションキャプチャ用マーカー４を装着することで、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの連結時やその後の建て込み時において、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの位置を精度良くモーションキャプチャ撮影画像に基づいて特定することができるという利点がある。更に、本実施形態では、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの各々における天端部と下端部の中間に位置する中間部にもモーションキャプチャ用マーカー４を装着するようにしている。これによれば、建て込み時における左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの捻じれを精度良く把握することができるため、建て込み時における左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの状態をより一層精度良く把握することができる。

また、従来のようにトンネル支保工１０に非常に高価な測量用プリズムを取り付ける必要が無い。すなわち、本実施形態においては、安価なモーションキャプチャ用マーカー４をトンネル支保工１０に取り付けるため、設計位置への建て込みが完了したトンネル支保工１０からモーションキャプチャ用マーカー４を必ずしも回収する必要が無い。よって、本実施形態におけるトンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ）の建て込み方法によれば、モーションキャプチャ用マーカー４をトンネル支保工１０から回収する手間を省き、作業効率を高めることができる。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２に係るトンネル支保工１０の建て込みシステムＳ２について説明する。図１４は、実施形態２に係るトンネル支保工１０の建て込みシステムＳ２の概略構成図である。図１４に示す建て込みシステムＳ２は、モーションキャプチャシステムにおけるモーションキャプチャ用マーカー４の設置態様が実施形態１に係る建て込みシステムＳと相違し、他の点については共通である。

実施形態２の建て込みシステムＳ２においては、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの中間部にモーションキャプチャ用マーカーを装着せず、各支保工１０Ｌ，１０Ｒにおける天端部及び下端部にそれぞれモーションキャプチャ用マーカー４Ａ，４Ｂ，４Ｄ，４Ｅが取り付けられる。

また、実施形態２の建て込みシステムＳ２においては、エレクタ装置１００における一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒにそれぞれモーションキャプチャ用マーカー４が設けられている。一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒにそれぞれ取り付けるモーションキャプチャ用マーカー４の数は特に限定されないが、図１４に示す例では、それぞれに３つのモーションキャプチャ用マーカー４が設けられている。なお、一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒにそれぞれ取り付けるモーションキャプチャ用マーカー４は、ハンド１８Ｌ，１８Ｒにおいて予め定められた定点に取り付けられるようになっている。また、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの建て込み時において、一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒに左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒを把持した状態において、エレクタ装置１００に設置されたモーションキャプチャ用カメラ５から、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ、一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒにそれぞれ取り付けられたモーションキャプチャ用マーカー４が撮影範囲に含まれるように、モーションキャプチャ用カメラ５及びモーションキャプチャ用マーカー４の設置態様が調整されている。

本実施形態における建て込みシステムＳ２においては、各モーションキャプチャ用カメ
ラ５Ａ〜５Ｃが撮影したモーションキャプチャ撮影画像に基づいて、一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒにそれぞれ取り付けたモーションキャプチャ用マーカー４の３次元座標を求めることにより、一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒの位置、角度を精度良く把握することができる。これにより、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒの建て込み時における連結作業や、設計位置への建て込み作業を円滑に行うことができる。

＜実施形態３＞
次に、実施形態３に係るトンネル支保工１０の建て込みシステムＳ３について説明する。図１５は、実施形態３に係るトンネル支保工１０の建て込みシステムＳ３の概略構成図である。ここでは、実施形態３に係る建て込みシステムＳ３と、実施形態１に係る建て込みシステムＳとの相違点を中心に説明する。

実施形態３に係る建て込みシステムＳ３では、複数のモーションキャプチャ用カメラ５及びトータルステーション３００によって測量するためのターゲット９がエレクタ装置１００に設置されておらず、複数のモーションキャプチャ用カメラ５がトンネル内壁部に設置されている。例えば、トンネルＴの新設区間より坑口側の既設区間において、二次吹付けコンクリート層６によって埋没されずに露出しているトンネル支保工１０の内空側フランジ１１１ｃ，１１２ｃに磁石等といった適宜の吸着部材を用いてモーションキャプチャ用カメラ５が設置されていても良い。モーションキャプチャ用カメラ５は、３次元座標が既知の地点に設置されても良い。また、図１５に示す例では、各モーションキャプチャ用カメラ５にそれぞれターゲット９が設けられており、このターゲット９を事前にトータルステーション３００によって測量しておくことで各モーションキャプチャ用カメラ５の３次元座標を取得することができる。

その他、トンネル支保工１０（左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒ）の建て込み時における支保工モニタリング制御の概略については、実施形態１と同様である。なお、図１５に示す例では、３台のモーションキャプチャ用カメラ５を用いているが、少なくとも２台のモーションキャプチャ用カメラ５を用いてモーションキャプチャ撮影画像を撮影することで、左側鋼製支保工１０Ｌ及び右側鋼製支保工１０Ｒに取り付けられているモーションキャプチャ用マーカー４の３次元座標を特定することができる。

また、上述した各実施形態では、トンネル支保工１０を建て込む建て込み装置としてエレクタ装置１００を例に説明したがこれには限定されず、トンネル支保工１０を建て込むためのエレクタブームを備えたドリルジャンボやトンネルワークステーションによってトンネル支保工１０の建て込みを行っても良い。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明に係る鋼製支保工の建て込み方法はこれらに限られず、可能な限りこれらを組み合わせることができる。

１・・・トンネル支保構造
４・・・モーションキャプチャ用マーカー
５・・・モーションキャプチャ用カメラ
９・・・ターゲット
１０・・・トンネル支保工
１０Ｌ・・・左側鋼製支保工
１０Ｒ・・・右側鋼製支保工
４０・・・雌型連結部
４６・・・雌型係止部材
５０・・・雄型連結部
５１・・・雄型係止部材
１００・・・エレクタ装置
１０２・・・管理コンピュータ

Claims (8)

1. トンネルの鋼製支保工を所定の設計位置に建て込む建て込み方法であって、
   ３次元座標が既知又は測量機によって３次元座標が取得可能な複数のモーションキャプチャ用カメラによって前記鋼製支保工の予め定められた複数の定点に設置されたモーションキャプチャ用マーカーを撮影し、各モーションキャプチャ用カメラによって取得した撮影画像及び各モーションキャプチャ用カメラの３次元座標に基づいて各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標を取得し、取得した各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標に基づいて前記鋼製支保工を前記設計位置に建て込む、
   鋼製支保工の建て込み方法。
2. 前記鋼製支保工を着脱自在に把持するハンドを有する建て込み装置を用いて、前記鋼製支保工の建て込みを行う、請求項１に記載の鋼製支保工の建て込み方法。
3. 前記建て込み装置は、円弧状に分割された一対の鋼製支保工を着脱自在に把持する一対の前記ハンドを有し、
   前記モーションキャプチャ用マーカーは、前記一対の鋼製支保工の各々における少なくとも天端部と下端部に設置されており、
   前記一対のハンドの各々に前記一対の鋼製支保工の各々を把持した状態で前記一対の鋼製支保工の天端部に設けられた天端継手板同士を相互に連結することでアーチ状の鋼製支保工を形成する連結工程を有し、
   前記連結工程において、各モーションキャプチャ用カメラによって前記モーションキャプチャ用マーカーを撮影し、各モーションキャプチャ用カメラによって取得した撮影画像及び各モーションキャプチャ用カメラの３次元座標に基づいて各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標を取得し、取得した各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標に基づいて前記一対の鋼製支保工の前記天端継手板同士を当接させる、
   請求項２に記載の鋼製支保工の建て込み方法。
4. 前記モーションキャプチャ用マーカーは、前記一対の鋼製支保工の各々における天端部と下端部の中間に位置する中間部に更に設置されている、請求項３に記載の鋼製支保工の建て込み方法。
5. 前記モーションキャプチャ用マーカーは、更に、前記一対のハンドの各々に設置されている、請求項３又は４に記載の鋼製支保工の建て込み方法。
6. 前記複数のモーションキャプチャ用カメラは、前記建て込み装置における予め定められた複数の定点に設置されている、請求項２から５の何れか一項に記載の鋼製支保工の建て込み方法。
7. 前記建て込み装置における予め定められた定点に設置されているターゲットを３次元座標が既知の地点に設置された測量機によって自動追尾することで前記ターゲットの３次元座標を取得し、前記ターゲット及び各モーションキャプチャ用カメラの相対位置関係と、取得した前記ターゲットの３次元座標に基づいて各モーションキャプチャ用カメラの３次元座標を取得する、請求項６に記載の鋼製支保工の建て込み方法。
8. トンネルの鋼製支保工を所定の設計位置に建て込む建て込みシステムであって、
   前記鋼製支保工を着脱自在に把持するハンドを有する建て込み装置と、
   前記鋼製支保工の予め定められた複数の定点に設置されたモーションキャプチャ用マーカーと、
   ３次元座標が既知又は測量機によって３次元座標が取得可能な複数のモーションキャプ
   チャ用カメラと、
   前記ハンドを制御する管理コンピュータであって、各モーションキャプチャ用カメラによって取得した撮影画像及び各モーションキャプチャ用カメラの３次元座標に基づいて各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標を取得し、取得した各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標に基づいて前記鋼製支保工を前記設計位置に誘導する管理コンピュータと、
   を備える、鋼製支保工の建て込みシステム。

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