JP2020026697A - トンネル施工システム及びトンネル施工の支援方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル掘削断面を迅速に算定する。【解決手段】トンネル施工システム１は、切羽面１０１を掘削するブレーカ２と、ブレーカ２に設置されて、切羽面１０１に向けて複数の照射位置に測定光線ＬＳ１を出射すると共に、測定光線ＬＳ１を利用して切羽面１０１までの距離情報を得る計測装置６と、トンネル１００内に設置されて、トンネル１００内における計測装置６の位置情報を得るトータルステーション３と、切羽面１０１までの距離情報及び計測装置６の位置情報を利用して、掘削断面を算定する掘削断面算定部１９を含む情報処理装置７と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、トンネル施工システム及びトンネル施工の支援方法に関する。

特許文献１は、トンネル施工の際に行われるいわゆるこそく作業に関する技術を開示する。特許文献１の技術は、トンネル工事等において、アタリの有無を正確かつ迅速に検知し、当該アタリを除去することを、製品コストを抑えつつ実現する。

特開２０１３−１１７１３９号公報

山岳にトンネルを施工するとき、堅い地山に対して発破を行うことがある。発破によって切羽が得られる。発破は火薬を用いて地山を部分的に破砕するので、切羽には凹凸（不陸）が生じる。例えば、切羽の凸部は、その後の支保工の設置などに支障を生じることがあり得るので、除去する必要が生じる。また、切羽の凹部は、吹付材料によって埋め込まれる。つまり、切羽の不陸の状態によって、いくつかの作業が生じる。従って、トンネルの施工にあっては、トンネル掘削断面を迅速に算定して把握することが強く望まれている。

そこで、本発明は、トンネル掘削断面を迅速に算定することが可能なトンネル施工システム及びトンネル施工の支援方法を提供する。

本発明の一形態は、トンネルの施工において、地山に設けられた坑の切羽面に対して仕上げ作業を行うトンネル施工システムであって、切羽面を掘削する掘削部が取り付けられた移動基体を有する掘削装置と、移動基体に設置されて、切羽面に向けて複数の照射位置に測定光線を出射すると共に、測定光線を利用して切羽面までの距離に関する情報を得る距離センサと、トンネル内に設置されて、トンネル内における距離センサの位置に関する情報を得る位置センサと、切羽面までの距離に関する情報及び距離センサの位置に関する情報を利用して、掘削断面を算定する掘削断面算定部を含む情報処理装置と、を備える。

トンネル施工システムは、位置センサによってトンネル内における距離センサの位置を得る。そして、距離センサは、距離センサから切羽面までの距離を得る。ここで、距離センサは、移動基体に設置されている。従って、移動基体と共に距離センサは、移動できるので、計測を迅速に開始することができる。そして、これらの位置情報と距離情報とを利用して、掘削断面算定部は、切羽面の断面形状に関する情報を得る。その結果、トンネル施工システムは、トンネル掘削断面を迅速に算定することができる。

一形態において、距離センサは、照射位置を変えながら測定光線を周囲に出射するスキャナであってもよい。この距離センサによれば、切羽面までの距離を好適に得ることができる。

一形態において、情報処理装置は、掘削断面算定部で算定された掘削断面とトンネルの設計断面を比較するアタリ判定部を含んでもよい。この構成によれば、設計断面と、算定断面との比較をさらに迅速かつ正確に行うことが可能になる。その結果、除去が必要なアタリの有無を正確かつ迅速に判断できる。

一形態において、距離センサを覆うカバーを有し、カバーは、掘削部による掘削作業を行うときに距離センサを覆い、距離センサによる測定作業を行うときに距離センサを開放してもよい。この構成によれば、測定光線を出射する距離センサに対して、掘削作業時に生じ得るほこりが付着することを抑制できる。従って、測定光線を確実に切羽面に照射することが可能になるので、距離の測定をより確実に行うことができる。

一形態において、情報処理装置は、掘削装置の操作者から入力される入力情報を受け入れる入力部と、入力情報を位置センサに送信する送信部と、をさらに有し、位置センサは、送信部から送信された入力情報を利用して、距離センサの位置を検出する動作を行ってもよい。この構成によれば、トンネル内における掘削装置のおよその位置を示す入力情報を位置センサに提供することが可能になる。その結果、位置センサは、当該入力情報に基づいて、距離センサの位置を探索することができる。つまり、距離センサを探索するときに、入力情報を利用して、距離センサが存在する確率の高い場所から優先的に探索することが可能になる。従って、位置センサは、距離センサの位置情報をさらに迅速に得ることができる。

一形態において、アタリ判定部の結果に基づいて、トンネルの設計断面よりも内側に突出すると判定された切羽面の部分を示す指示光線を照射する指示光線照射部をさらに備えてもよい。この構成によれば、除去すべきアタリの位置が直接に示されるので、掘削装置を操作する作業者は、アタリの位置を容易に認識することができる。従って、アタリを除去する作業をさらに迅速かつ正確に行うことができる。

一形態において、トンネルの施工において、地山に設けられた坑の切羽面に対して行う掘削装置を用いた切羽面に対する仕上げ作業のためのトンネル施工の支援方法であって、掘削装置による切羽面の掘削を停止するステップと、掘削装置に設置された距離センサを利用して、切羽面に向けて複数の照射位置に測定光線を出射すると共に、測定光線を利用して切羽面までの距離に関する情報を得るステップと、トンネル内に設置された位置センサを利用して、トンネル内における距離センサの位置に関する情報を得るステップと、切羽面までの距離に関する情報及び距離センサの位置に関する情報を利用して、掘削断面を算定するステップと、を有する。

トンネル施工の支援方法は、まず、掘削装置による切羽面の掘削を停止する。その結果、距離センサの状態を静定するので、距離の測定を精度よく行うことが可能になる。次に、位置センサによってトンネル内における距離センサの位置を得る。そして、距離センサは、距離センサから切羽面までの距離を得る。ここで、距離センサは、移動基体に設置されている。従って、移動基体と共に距離センサは、移動できるので、計測を迅速に開始することができる。そして、これらの位置情報と距離情報とを利用して、掘削断面算定部は、切羽面の断面形状に関する情報を得る。その結果、トンネルの設計によって得られる設計断面と、システムによって得られる算定断面とを比較することにより、設計断面に対して内側に存在する地山の一部であるアタリの有無を判断することが可能になる。つまり、トンネル施工の支援方法は、除去が必要なアタリの有無を正確かつ迅速に判断することができる。

本発明によれば、トンネル掘削断面を迅速に算定できるトンネル施工システム及びトンネル施工の支援方法が提供される。

図１は、実施形態に係るトンネル施工システムの適用例を示す図である。 図２は、実施形態に係るトンネル施工システムの適用例を示す図である。 図３は、実施形態に係るトンネル施工システムの構成を示すブロック図である。 図４は、計測装置の構成を示す図である。 図５は、実施形態に係るトンネル施工の支援方法における主要なステップを示すフロー図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。なお、図１及び図２には、説明の便宜上、直交座標系を付す。当該座標系において、Ｘ軸方向はトンネルの奥行方向と一致する。Ｙ軸方向は、トンネルの幅方向と一致する。Ｚ軸方向は、トンネルの高さ方向（つまり鉛直方向）と一致する。

〔トンネル施工システム〕
図１及び図２に示すように、トンネル施工システム１は、山岳に施工されるトンネル１００の掘削工事に適用する。掘削作業では、削岩機などの機械を用いて地山を掘削したり、堅い地山に対して発破作業を行って、坑を形成する。掘削後の地山の露出面（以下、「切羽面１０１」と呼ぶ）は、不陸と呼ばれる凹凸を有する。不陸における凹部は、後の吹付材などにより埋め込まれる。しかし、設計断面よりも内側に露出した凸部は、支保工などの設置を妨げるため、除去する必要がある。従って、掘削後の地山の露出面の状態を迅速に把握することが望まれる。

設計断面よりも内側に露出した凸部を除去する作業は、切羽面１０１に対する仕上げ掘削作業である。このように切羽面１０１における除去すべき凸部を、アタリ１０２（図２参照）と呼ぶ。つまり、トンネル施工システム１は、設計断面Ｄ（図２参照）内に残った地山の一部であるアタリ１０２をブレーカ２によって除去し断面整形を行うためのシステムであって、アタリ１０２の有無を判断する。

トンネル施工システム１は、切羽面１０１の断面形状を計測および算定により取得し、ブレーカ２を操縦する作業者に当該断面の情報を提供する。このとき、トンネル施工システム１は、トンネル１００の設計時に設定される設計断面Ｄの情報と算定断面の情報を作業者に提供する。そうすると、作業者は、設計断面Ｄよりも内側に存在するアタリ１０２を迅速かつ正確に判断することが可能になる。つまり、トンネル施工システム１は、除去すべきアタリ１０２に関する情報を作業者に提供することができる。その結果、アタリ１０２の有無に関する判断作業と、アタリ１０２を除去する作業と、は、一人の作業者によって行うことが可能になる。

トンネル施工システム１は、ブレーカ２（掘削装置）と、トータルステーション３（位置センサ）と、距離計測ユニット４（距離センサ）と、を有する。

ブレーカ２は、バックホウを基体とする作業機械である。ブレーカ２は、アタリ１０２を除去する作業に用いる。ブレーカ２は、バックホウのバケットに変えて、ブームアーム２ａの先端に設けられた削岩機２ｂ（掘削部）を有する。また、ブレーカ２は、無限軌道機構を有する移動基体２ｇを備えており、トンネル１００内を自由に走行する。ブームアーム２ａは、その基端部が移動基体２ｇに枢支されており、上下及び前後に揺動可能である。

測量機器であるトータルステーション３は、例えば、トンネル１００の天井面１００ａなどに設置されている。トータルステーション３は、例えば、トンネル１００内に存在する機械の位置情報を取得する。例えば、トータルステーション３は、測定光線ＬＴ１を出射し、目標物において反射された光ＬＴ２に基づいて、目標物に関する位置情報などを得る。本実施形態では、トータルステーション３は、距離計測ユニット４の位置情報を取得する。この計測装置は、距離計測ユニット４は、後述するようにブレーカ２に取り付けられている。従って、トータルステーション３は、トンネル１００内におけるブレーカ２の位置情報を取得するとも言える。

距離計測ユニット４は、切羽面１０１の形状に関する情報を得る。例えば、距離計測ユニット４が得る情報は、切羽面１０１の断面形状に関する情報であるとも言える。距離計測ユニット４は、測定光線ＬＳ１を切羽面１０１に向けて出射し、切羽面１０１において反射されて再び距離計測ユニット４に戻った光ＬＳ２を利用して、切羽面１０１までの距離情報を得る。測定光線ＬＳ１の照射位置を変更することにより、複数の距離情報が得られる。そして、複数の距離情報を利用すれば、切羽面１０１の断面形状が得られる。

図３及び図４に示すように、距離計測ユニット４は、計測装置６と、情報処理装置７と、ディスプレイ８と、レーザポインタ９（指示光線照射部）と、を有する。計測装置６は、切羽面１０１までの距離情報を得る。情報処理装置７は、計測装置６が得た距離情報を用いて、いくつかの情報処理を行う。ディスプレイ８は、情報処理装置７によって算出された各種情報を表示する。また、ディスプレイ８は、作業者の操作を受け付ける。レーザポインタ９は、情報処理装置７によって検出されたアタリ１０２に対して指示光線ＬＰを照射する。

計測装置６は、ブレーカ２に取り付けられる。より具体的には、ブレーカ２は、作業者が搭乗するキャビン２ｄを備えており、計測装置６は、当該キャビン２ｄの屋根２ｅに固定される。このキャビン２ｄの屋根２ｅは、ブームアーム２ａを除き、ブレーカ２において最も高い位置であると言える。従って、計測装置６は、ブレーカ２における最上部に固定される。このような配置によれば、計測装置６から出射される測定光線ＬＳ１がブレーカ２によって妨げられないので、測定光線ＬＳ１の照射範囲を確保することができる。

計測装置６は、光波距離センサ１１と、スキャンボックス１２（カバー）と、傾斜計１３と、視準バー１４と、プリズム１６と、免振装置１７と、を有する。

図４に示すように、免振装置１７はキャビン２ｄに着脱可能に取り付けられている。免振装置１７は、ブレーカ２が発生させる振動から、光波距離センサ１１や傾斜計１３などを保護する。

免振装置１７上に視準バー１４が取り付けられている。視準バー１４は、一対のプリズム１６及びトータルステーション３と協働して、計測装置６の位置情報及び姿勢情報を得る。位置情報とは、トンネル１００に設定された基準座標系を用いて示す計測装置６の位置である。また、姿勢情報とは、基準座標系を用いて示す計測装置６の姿勢である。具体的には、Ｘ軸まわりの回転角度と、Ｚ軸まわりの回転角度と、である。視準バー１４は、所定方向に延びる棒状又は板状の部材であってよい。視準バー１４の両端には、それぞれプリズム１６が取り付けられている。プリズム１６間の距離は、位置情報及び姿勢情報を精度よく得るために、作業半径を侵さない程度に、可能な限り離間させるとよい。プリズム１６は、トータルステーション３から出射された測定光線ＬＳ１を反射する。プリズム１６は、誤認防止のために、シャッタ方式又は曇りガラス方式を採用してよい。

視準バー１４の中央部には、光波距離センサ１１が取り付けられている。例えば、光波距離センサ１１は、プリズム１６とプリズム１６との間の略中央に配置されている。光波距離センサ１１は、切羽面１０１に向けて複数の照射位置に測定光線ＬＳ１を出射する。そして、光波距離センサ１１は、測定光線ＬＳ１を利用して切羽面１０１までの距離情報を得る。この距離情報は、情報処理装置７に提供される。

視準バー１４上の光波距離センサ１１には、傾斜計１３が取り付けられている。傾斜計１３は、Ｘ軸まわりの視準バー１４の傾きに関する情報を得る。なお、傾斜計１３は、Ｘ軸に加えてさらにもう一つの測定軸を備えた２軸測定型を採用してもよい。

視準バー１４には、さらにスキャンボックス１２が取り付けられている。スキャンボックス１２は、光波距離センサ１１を収容する。つまり、光波距離センサ１１を保護する。また、スキャンボックス１２は、必要に応じて開閉可能に構成されている。例えば、スキャンボックス１２は、モータ駆動によって開閉可能な構成としてもよい。ここで言う「開状態（開放状態）」とは、光波距離センサ１１から切羽面１０１への測定光線ＬＳ１の出射を妨げない状態である。

なお、視準バー１４に取り付けられた光波距離センサ１１、スキャンボックス１２、傾斜計１３、及びプリズム１６の配置は、それぞれの機能を発揮し得る状態において、適宜変更してよい。

情報処理装置７は、光波距離センサ１１から提供された距離情報と、トータルステーション３から提供された位置情報及び姿勢情報と、を用いて、幾つかの情報処理を行う。例えば、情報処理装置７が行う処理は、算定断面情報を算出する処理、アタリ１０２の有無を判定する処理、ディスプレイ８の制御処理などを含む。情報処理装置７は、コンピュータである。情報処理装置７は、記録部に保存されたプログラムをメモリ上に展開し、当該プログラムをＣＰＵによって実行することにより、幾つかの機能的構成要素を実現する。

情報処理装置７は、例えば、計測装置６の一部として、視準バー１４上に設置されてもよい。また、情報処理装置７は、ブレーカ２のキャビン２ｄに設置されてもよい。キャビン２ｄに設置される場合には、例えば、情報処理装置７は、いわゆるタブレット型の情報処理端末のようにディスプレイ８と一体化されたものであってもよいし、ノート型のパーソナルコンピュータであってもよい。また、情報処理装置７は、いわゆる小型のデスクトップ型のパーソナルコンピュータであり、ディスプレイ８とは別体であってもよい。

情報処理装置７は、機能的構成要素として、情報取得部１８と、掘削断面算定部１９と、記録部２１と、アタリ判定部２２と、制御部２３と、送信部２４と、を有する。

情報取得部１８は、計測装置６から距離情報を受け入れる。また、情報取得部１８は、トータルステーション３から位置情報及び姿勢情報を受け入れる。さらに、情報取得部１８は、ディスプレイ８から操作情報を受け入れる。

掘削断面算定部１９は、算定断面情報を算定する。掘削断面算定部１９は、距離情報を用いて相対断面情報を算定する。この相対断面情報とは、光波距離センサ１１を基準とした断面情報である。つまり、相対断面情報は、トンネル１００におけるどの部分の断面であるかは不明である。次に、掘削断面算定部１９は、位置情報及び姿勢情報を用いて相対断面情報を絶対断面情報である算定断面情報に変換する。この変換処理によって、断面情報がトンネル１００におけるどの部分の断面であるかが判明する。

記録部２１は、設計断面情報を保持する。設計断面情報は、トンネル１００の設計時に設定される情報である。従って、設計断面情報は、トンネル１００の掘削時には、すでに記録部２１に記録されている。

アタリ判定部２２は、算定断面情報と設計断面情報とを用いて、アタリ１０２の有無を判定する。アタリ１０２は、設計断面Ｄが示す曲線よりも内側に存在する算定断面である。算定断面情報が複数の点群であるとき、当該算定点が設計断面曲線に対して内側に存在すると判定された場合に、当該算定点はアタリ１０２に対応することが把握できる。アタリ判定部２２は、判定の結果に応じて、算定点がアタリ１０２であることを示すタグ情報を付してもよい。

制御部２３は、計測装置６、ディスプレイ８及びトータルステーション３の動作を制御する。この制御には、光波距離センサ１１の動作制御、スキャンボックス１２の開閉制御、傾斜計１３の動作制御、ディスプレイ８の表示制御、トータルステーション３への情報提供制御などを含んでよい。また、制御部２３は、必要に応じて、これらに例示した制御とは別の制御を行ってもよい。

送信部２４は、制御部２３の指示に応じて、作業者により入力された位置情報をトータルステーション３に送信する。なお、送信部２４とトータルステーション３との通信は、有線通信及び無線通信を問わず採用できる。

ディスプレイ８は、情報処理装置７によって生成された各種情報を作業者に対して提供する。そして、ディスプレイ８は、作業者の操作を受け入れる。従って、ディスプレイ８は、情報を表示する表示部２６と、作業者の操作を受け入れる入力部２７と、を有する。このような機能を有する装置として、例えば、ディスプレイ８は、タッチ操作が可能なタッチパネルが挙げられる。例えば、作業者は、アタリ判定作業の開始をタッチパネル操作によって開始できる。また、後述するように、作業者は、トンネル１００におけるブレーカ２のおおよその位置に関する情報を、トータルステーション３に提供することができる。

ディスプレイ８は、例えば、ブレーカ２のキャビン２ｄ内に設置されてもよい。ディスプレイ８をキャビン２ｄに設置することにより、ブレーカ２の作業者に対してアタリ１０２の除去作業に要する情報を直接に提供することができる。従って、アタリ１０２の除去作業を一人の作業者によって行うことが可能になる。

ディスプレイ８に表示される各種情報には、可視化された算定断面情報、設計断面情報、スキャンボックス１２の開閉状態などを含む。例えば、算定断面情報は、二次元画像として表示されてもよい。

レーザポインタ９は、ディスプレイ８と同様に作業者に対して情報を提示する装置として機能する。ディスプレイ８にアタリ１０２に関する情報を表示する場合、ディスプレイ８上の位置と、実際の切羽面１０１上の位置とのアタリ１０２のマッチングは、作業者の視認によって行われる。つまり、作業者は、ディスプレイ８におけるアタリ１０２の位置を見て、切羽面１０１のどの位置に対応するか判断する必要が生じる。そこで、レーザポインタ９により、アタリ１０２に対して指示光線ＬＰを照射する。そうすると、作業者は、指示光線ＬＰによって示された切羽面１０１の位置がアタリ１０２であることを直接に知ることができる。従って、作業者は、迅速かつ正確にアタリ１０２の位置を知ることができる。

例えば、レーザポインタ９は、検出されたすべてのアタリ１０２に対して指示光線ＬＰを同時に照射してもよい。また、レーザポインタ９は、ディスプレイ８に表示されたアタリ１０２において、作業者がタッチ操作等により選択したアタリ１０２に対して指示光線ＬＰを照射してもよい。

〔トンネル施工の支援方法〕
以下、図５に示すフロー図を参照しつつ、上記のトンネル施工システム１を用いて行うトンネル施工の支援方法について説明する。

まず、地山の掘削を行う（ステップＳ１０）。

次に、アタリ検知動作を行う（ステップＳ２０）。まず、作業者は、ブレーカ２の運転を停止する（ステップＳ２１）。この停止とは、削岩機の駆動停止に加えて、ブレーカ２の本体（例えば、エンジン）の駆動を停止することも含めてよい。続いて、作業者は、トンネル１００におけるブレーカ２のおおよその位置情報をディスプレイ８を利用して入力する（ステップＳ２２）。おおよその位置情報は、例えば、トンネル１００を幅方向（Ｙ方向）に三分割し、「左」「中央」「右」のいずれのエリアに属するかを示すものとしてもよい。ディスプレイ８に入力された情報は、情報処理装置７に提供される。続いて、情報処理装置７は、当該位置情報を、トータルステーション３に送信する。続いて、トータルステーション３から距離計測ユニット４に関する位置情報及び姿勢情報を得る（ステップＳ２３）。トータルステーション３は、有線又は無線の通信によって、当該情報を情報処理装置７に送信する。

続いて、情報処理装置７は、スキャンボックス１２を開状態とする（ステップＳ２４）。続いて、情報処理装置７は、光波距離センサ１１を制御して、距離情報を得る（ステップＳ２５）。なお、ステップＳ２４、Ｓ２５は、一連の動作として行ってもよい。つまり、スキャンボックス１２が開状態となった後に、直ちに測定光線ＬＳ１の照射を開始してもよい。まず、光波距離センサ１１は、あらかじめ設定された互いに異なる複数の目標位置に向けて、測定光線ＬＳ１を連続的に照射する。なお、照射動作は、複数の目標点のそれぞれに照射するものであってもよい。光波距離センサ１１は、複数の距離情報を、情報処理装置７に送信する。続いて、情報処理装置７は、複数の距離情報を利用して、算定断面情報を算定する。この動作は、掘削断面算定部１９によって行われる。

続いて、情報処理装置７は、アタリ１０２の有無を判定する（ステップＳ２６）。この動作は、アタリ判定部２２によって行われる。この実施形態では、複数の測定点のそれぞれについて、設計断面Ｄよりも内側であるか否かを判定する。測定点が内側に存在すると判定されたとき（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、アタリ判定部２２は、当該測定点に対してアタリ１０２であることを示すタグ情報を付す（ステップＳ２６ａ）。一方、測定点が内側に存在しない、つまり測定点は設計断面Ｄよりも外側にあると判定されたとき（ステップＳ２６：ＮＯ）、アタリ判定部２２は、当該測定点に対してアタリ１０２でないことを示すタグ情報を付す（ステップＳ２６ｂ）。なお、アタリ１０２に該当しない場合には、タグ情報を付さなくてもよい。

なお、ステップＳ２６は、必要に応じてキャンセルしてもよい。つまり、アタリ１０２であるか否かの判断は必要に応じて省略してよい。この場合には、アタリ１０２であるか否かの判断は、ディスプレイ８を介して作業者が判断する。

続いて、情報処理装置７は、算定断面と設計断面Ｄとを重複させてディスプレイ８に表示する（ステップＳ２７）。この動作は、制御部２３によって行われる。さらに、ステップＳ２７では、タグ情報に基づいてアタリ１０２を強調表示してもよい。

続いて、情報処理装置７は、スキャンボックス１２を閉じる（ステップＳ２８）。そして、情報処理装置７は、算定断面情報とアタリ１０２を示すタグ情報とを利用して、切羽面１０１のアタリ１０２に指示光線ＬＰを照射する（ステップＳ２９）。なお、指示光線ＬＰの照射は、必要に応じて行うこととしてもよい。

次に、アタリ除去作業を行う（ステップＳ３０）。まず、作業者は、ブレーカ２の運転を開始する（ステップＳ３１）。続いて、作業者は、ブレーカ２を操作して、アタリ１０２を除去する（ステップＳ３２）。このステップＳ３２では、作業者は、ディスプレイ８に表示されたアタリ１０２の情報を参照しながら、作業を行ってもよい。また、作業者は、指示光線ＬＰによって差し示された位置を参照しながら、作業を行ってもよい。

上記のトンネル施工システム１及びトンネル施工の支援方法によれば、トータルステーション３によってトンネル１００内における光波距離センサ１１の位置を得る。そして、光波距離センサ１１は、光波距離センサ１１から切羽面１０１までの距離を得る。ここで、光波距離センサ１１は、ブレーカ２に設置されている。従って、ブレーカ２と共に光波距離センサ１１は、移動できるので、距離計測を迅速に開始することができる。そして、これらの位置情報と距離情報とを利用して、情報処理装置７の掘削断面算定部１９は、切羽面１０１の断面形状に関する情報を迅速に得ることができる。

その結果、トンネル１００の設計によって得られる設計断面Ｄと、システムによって得られる算定断面とを比較することにより、設計断面Ｄに対して内側に存在する地山の一部であるアタリ１０２の有無を判断することが可能になる。つまり、トンネル施工システム１は、作業者の経験値によらず、除去が必要なアタリ１０２の有無を正確かつ迅速に判断することができる。

上記のトンネル施工の支援方法では、ブレーカ２の運転を停止したのちに、アタリを検知するステップＳ２０を行う。その結果、計測装置６に不要な振動が印加されない状態で、距離の測定を行うことが可能になる。従って、距離測定の精度を向上させることができる。

上記のトンネル施工システム１及びトンネル施工の支援方法によれば、アタリ検知のための計測装置６が、ブレーカ２に取り付けられている。そうすると、アタリ検知作業に要する装置と、アタリ除去作業に要する装置と、を入れ替える必要がない。その結果、出来形の測量にかかわる工程及び時間を短縮することができる。

上記のトンネル施工システム１及びトンネル施工の支援方法によれば、切羽監視人は、切羽面１０１が形成された領域に近づく必要がない。従って、施工作業の安全性を高めることができる。

光波距離センサ１１は、照射位置を変えながら測定光線ＬＳ１を周囲に出射するスキャナである。このセンサによれば、切羽面１０１までの距離を好適に得ることができる。

情報処理装置７は、掘削断面算定部１９で算定された掘削断面とトンネルの設計断面Ｄを比較するアタリ判定部２２を含む。この構成によれば、設計断面Ｄと、算定断面との比較をさらに迅速かつ正確に行うことができる。

トンネル施工システム１は、光波距離センサ１１を覆うスキャンボックス１２を有する。スキャンボックス１２は、ブレーカ２による掘削作業を行うときに光波距離センサ１１を覆う。そして、スキャンボックス１２は、光波距離センサ１１による測定作業を行うときに光波距離センサ１１を開放する。この構成によれば、測定光線ＬＳ１を出射する光波距離センサ１１に対して、掘削作業時に生じ得るほこりが付着することを抑制できる。従って、測定光線ＬＳ１を切羽面１０１へ確実に照射することが可能になるので、距離の測定をより確実に行うことができる。

情報処理装置７は、ブレーカ２の作業者から入力される入力情報を受け入れる入力部２７と、入力情報をトータルステーション３に送信する送信部２４と、をさらに有する。トータルステーション３は、送信部２４から送信された入力情報を利用して、光波距離センサ１１の位置を検出する動作を行う。この構成によれば、トンネル１００におけるブレーカ２のおよその位置を示す入力情報をトータルステーション３に提供することが可能である。その結果、トータルステーション３は、当該入力情報に基づいて、光波距離センサ１１の位置を探索することができる。つまり、光波距離センサ１１を探索するときに、入力情報を利用して、光波距離センサ１１が存在する確率の高い場所から優先的に探索することが可能になる。従って、トータルステーション３は、光波距離センサ１１の位置情報をさらに迅速に得ることができる。

トンネル施工システム１は、アタリ判定部２２の結果に基づいて、トンネル１００の設計断面Ｄよりも内側に突出すると判定された切羽面１０１の部分を示す指示光線ＬＰを照射するレーザポインタ９をさらに備える。この構成によれば、除去すべきアタリ１０２の位置が直接に示されるので、ブレーカ２を操作する作業者は、アタリ１０２の位置を容易に理解することができる。従って、アタリ１０２を除去する作業をさらに迅速かつ正確に行うことができる。

以上、本発明について説明したが、上記本発明の構成に限定されることなく様々な形態で実施してよい。

例えば、ブレーカ２の位置情報を得る動作（ステップＳ２２、Ｓ２３）と、切羽面１０１までの距離情報を得る動作（ステップＳ２４、Ｓ２５）とは、逆の順に行ってもよい。つまり、切羽面１０１までの距離情報を得る動作（ステップＳ２４、Ｓ２５）を行った後に、ブレーカ２の位置情報を得る動作（ステップＳ２２、Ｓ２３）を行ってもよい。

例えば、アタリ判定部２２は、アタリ１０２の有無の判断だけでなく、例えば、余堀り及びアタリ量を数値的に算出してもよい。

例えば、光波距離センサ１１は、測定光線ＬＳ１の出射方向を変更しつつ出射する装置に変えて、あらかじめ定めた方向にのみ測定光線ＬＳ１を出射する複数の光波距離センサを有するものであってもよい。

１…トンネル施工システム、２…ブレーカ（掘削装置）、２ａ…ブームアーム、２ｂ…削岩機（掘削部）、２ｄ…キャビン、２ｅ…屋根、３…トータルステーション（位置センサ）、４…距離計測ユニット、６…計測装置、７…情報処理装置、８…ディスプレイ、９…レーザポインタ（指示光線照射部）、１１…光波距離センサ、１２…スキャンボックス（カバー）、１３…傾斜計、１４…視準バー、１６…プリズム、１７…免振装置、１８…情報取得部、１９…掘削断面算定部、２１…記録部、２２…アタリ判定部、２３…制御部、２４…送信部、２６…表示部、２７…入力部、１００…トンネル、１００ａ…天井面、１０１…切羽面、１０２…アタリ、ＬＰ…指示光線、ＬＳ１…測定光線、ＬＴ１…測定光線。

Claims (7)

1. トンネルの施工において、地山に設けられた坑の切羽面に対して仕上げ作業を行うトンネル施工システムであって、
   前記切羽面を掘削する掘削部が取り付けられた移動基体を有する掘削装置と、
   前記移動基体に設置されて、前記切羽面に向けて複数の照射位置に測定光線を出射すると共に、前記測定光線を利用して前記切羽面までの距離に関する情報を得る距離センサと、
   前記トンネル内に設置されて、前記トンネル内における前記距離センサの位置に関する情報を得る位置センサと、
   前記切羽面までの距離に関する情報及び前記距離センサの位置に関する情報を利用して、掘削断面を算定する掘削断面算定部を含む情報処理装置と、を備える、トンネル施工システム。
2. 前記距離センサは、前記照射位置を変えながら前記測定光線を周囲に出射するスキャナである、請求項１に記載のトンネル施工システム。
3. 前記情報処理装置は、掘削断面算定部で算定された前記掘削断面と前記トンネルの設計断面を比較するアタリ判定部を含む、請求項１又は２に記載のトンネル施工システム。
4. 前記距離センサを覆うカバーを有し、
   前記カバーは、前記掘削部による掘削作業を行うときに前記距離センサを覆い、前記距離センサによる測定作業を行うときに前記距離センサを開放する、請求項１〜３の何れか一項に記載のトンネル施工システム。
5. 前記情報処理装置は、
   前記掘削装置を操作する作業者から入力される入力情報を受け入れる入力部と、
   前記入力情報を前記位置センサに送信する送信部と、をさらに有し、
   前記位置センサは、前記送信部から送信された前記入力情報を利用して、前記距離センサの位置を検出する動作を行う、請求項１〜４の何れか一項に記載のトンネル施工システム。
6. 前記情報処理装置は、掘削断面算定部で算定された前記掘削断面と前記トンネルの設計断面を比較するアタリ判定部を含み、
   前記アタリ判定部の結果に基づいて、前記トンネルの設計断面よりも内側に突出すると判定された前記切羽面の部分を示す指示光線を照射する指示光線照射部をさらに備える、請求項１〜５の何れか一項に記載のトンネル施工システム。
7. トンネルの施工において、地山に設けられた坑の切羽面に対して行う掘削装置を用いた切羽面に対する仕上げ作業のためのトンネル施工の支援方法であって、
   前記掘削装置による前記切羽面の掘削を停止するステップと、
   前記掘削装置に設置された距離センサを利用して、前記切羽面に向けて複数の照射位置に測定光線を出射すると共に、前記測定光線を利用して前記切羽面までの距離に関する情報を得るステップと、
   前記トンネル内に設置された位置センサを利用して、前記トンネル内における前記距離センサの位置に関する情報を得るステップと、
   前記切羽面までの距離に関する情報及び前記距離センサの位置に関する情報を利用して、掘削断面を算定するステップと、を有する、トンネル施工の支援方法。

Images