JP5730079B2 - トンネル施工情報投影方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの掘削工事において用いられ、トンネルの切り羽面に施工情報を投影するトンネル施工情報投影方法に関する。

一般にトンネルの掘削工事では、トンネル切り羽に削孔を穿設し、これに火薬を装薬し、爆破した後、ズリ出し、当たり取り、支保工、一次覆工、ロックボルトの打設を行う。これを１サイクルとして、大体１．５ｍ前後のピッチで掘削の施工サイクルを繰り返し行って掘進する。

切り羽面に対して、トンネルの施工に関連する情報を示すことができれば、施工の効率を向上させることができるので、これまでいくつかそのような提案がなされてきた。例えば、特許文献１（特開平５−７９８４１号公報）には、トンネル切り羽面に発破孔などをレーザーによってマーキングする技術が開示されている。
特開平５−７９８４１号公報

上記のような従来のシステムにおいては、切り羽へのマーキングのためにレーザーが用いられるので、基本的にスポット状の表示を１箇所において行えるのみであり、トンネル施工を支援するため、切り羽に表示する情報量が非常に限定的である、という問題があった。

上記のような問題を解決するために、請求項１に係る発明は、切り羽面に投影する投影データを記憶すると共に、前記投影データの水平方向及び垂直方向の縮尺を設定して出力するパーソナルコンピューターと、前記パーソナルコンピューターと接続され、前記パーソナルコンピューターからの入力に基づいて前記切り羽面に投影を行うプロジェクターと、からなるシステムを用いて、前記投影データとして水平方向のラインデータを投影しつつ、水平方向の縮尺設定値を決定して、水平方向縮尺設定値を記憶するステップと、前記投影データとして垂直方向のラインデータを投影しつつ、垂直方向の縮尺設定値を決定して、垂直方向縮尺設定値を記憶するステップと、前記投影データとして施工情報データを、記憶された前記水平方向縮尺設定値と前記垂直方向縮尺設定値に基づいて、水平方向及び垂直方向の縮尺を設定して投影するステップと、を実行することを特徴とするトンネル施工情報投影方法である。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載のトンネル施工情報投影方法において、前記施工情報データが設計断面形状データであることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１に記載のトンネル施工情報投影方法において、前記施工情報データがロックボルト施工データであることを特徴とする。

また、請求項５に係る発明は、請求項１に記載のトンネル施工情報投影方法において、
前記施工情報データが作業情報データであることを特徴とする。

本発明のトンネル施工情報投影方法によれば、トンネル施工時、切り羽面に表示する情報量を増大させることができるので、トンネル施工の支援に大きく資することが可能となる。

本発明の実施形態に係るトンネル施工情報投影方法で用いられるシステムの概略構成例を説明する図である。 本発明の実施形態に係るトンネル施工情報投影方法の利用例を説明する図である。 パーソナルコンピューターで実行されるプログラムの機能ブロック図である。 パーソナルコンピューターが記憶保持する投影データの構造を説明する図である。 キャリブレーション時における水平方向の縮尺設定処理のフローチャートを示す図である。 キャリブレーション時における垂直方向の縮尺設定処理のフローチャートを示す図である。 キャリブレーション時における切り羽面の様子を示す図である。 本発明の実施形態に係るトンネル施工情報投影方法における投影処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態に係るトンネル施工情報投影方法における投影処理のフローチャートを示す図である。 本発明の実施形態に係るトンネル施工情報投影方法による投影表示例を示す図である。 本発明の実施形態に係るトンネル施工情報投影方法による投影表示例を示す図である。 本発明の実施形態に係るトンネル施工情報投影方法による投影表示例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態に係るトンネル施工情報投影方法で用いられるシステムの概略構成例を説明する図である。

図１はトンネル掘削工事における切り羽付近で、本実施形態に係るトンネル施工情報投影方法を用いて、切り羽面に各種情報を投影表示する際の状況を示している。本実施形態に係るトンネル施工情報投影方法によれば、トンネルの切り羽面に種々の施工情報を投影することで、施工支援を行うものである。

本実施形態に係るトンネル施工情報投影方法においては、切り羽面に各種情報を投影表示するためにプロジェクター１０を用いる。プロジェクター１０としては、パーソナルコンピューターと接続可能で、当該パーソナルコンピューターから入力される画像データを投影表示することが可能であれば、どのようなものも用いることができるが、ある程度の光量の光源をもったものを用いることが好ましい。

プロジェクター１０から画像データ等を入力するためにパーソナルコンピューター２０が用いられる。このパーソナルコンピューター２０としては現在普及している汎用のものを用いることができる。パーソナルコンピューター２０のハードディスクなどの記憶部に
は、投影データや本実施形態に係るトンネル施工情報投影方法で利用されるプログラムが記憶される。

図２は本発明の実施形態に係るトンネル施工情報投影方法の利用例を説明する図であり、トンネルの模式的な上面図を示すものである。図２（Ａ）はトンネルの掘進距離（ＴＤ：Ｔｕｎｎｅｌ Ｄｉｓｔａｎｃｅ）がＴＤ₁である時の状態を示しており、図２（Ｂ）
は図２（Ａ）の状態からさらにトンネルを掘り進めて掘進距離がＴＤ₂となった時の状態
を示している。本実施形態に係るトンネル施工情報投影方法では、ある掘進距離に到達したときに、その切り羽に対して種々の施工情報を投影するものであり、そのために、図２（Ｃ）に示すように、図１にも示したように、プロジェクター１０とパーソナルコンピューター２０とを切り羽の前面にセッティングする。このとき、プロジェクター１０については、なるべくセンターライン上に設置する。以後、設置したプロジェクター１０については、今回表示を行う切り羽面に対して、プロジェクター１０による表示を全て終えるまで移動させないようにする。

次に、本実施形態に係るトンネル施工情報投影方法で用いられる、パーソナルコンピューター２０により実行されるプログラムの概要について図３を参照して説明する。図３はパーソナルコンピューター２０で実行されるプログラムの機能ブロック図である。

投影データ２１は、トンネルの切り羽面に投影するために用いられる基本のデータであり、「キャリブレーション用データ」と、「施工情報データ」とに大別することができる。図３はパーソナルコンピューター２０が記憶保持している投影データ２１の構造を説明する図である。

投影データ２１が記憶する「キャリブレーション用データ」としては、切り羽面において水平方向に長さＬのラインを投影することを想定した「基準水平ラインデータ」と、切り羽面において垂直方向に長さＬのラインを投影することを想定した「基準垂直ラインデータ」とがある。これらのラインデータは、プロジェクター１０が切り羽の前面にセッティングされた後に、投影時の縮尺を調整するために用いられる。なお、本実施形態においては、ラインデータとして、長さＬのラインを投影することを想定したものを利用しているが、これに限られるものではない。

また、投影データ２１が記憶する「施工情報データ」としては、「設計断面形状データ」、「ロックボルト施工データ」、「作業情報データ」とがあり、これらのデータが、トンネルの切り羽面に種々の施工情報としてプロジェクター１０によって投影される。なお、これらの「設計断面形状データ」、「ロックボルト施工データ」、「作業情報データ」は、キャリブレーション用の「基準水平ラインデータ」、「基準垂直ラインデータ」と同じ縮尺に基づいて、データ化されている。
「設計断面形状データ」は、設計断面の形状を記憶するデータである。また、「ロックボルト施工データ」は掘進距離（ＴＤ）に対応したロックボルト施工に関連する情報を保持するデータである。このようなデータは、打設するロックボルトの本数、それぞれのロックボルト打設角度などを含むものである。

また、「作業情報データ」は、切り羽面に対しプロジェクター１０によって投影表示を行うテキストデータである。このような「作業情報データ」には、例えば、トンネル施工における工程などを記述したテキストデータなどを含めることができる。

再び、図３に戻り、投影データ作成手段２２は、投影データ２１に記憶されるデータを、プロジェクター１０による投影可能な画像データに展開するものである。

また、投影位置調整手段２３は、投影データ作成手段２２で作成された画像データを変位させて、投影画像の位置を調整することを可能とする。投影位置調整手段２３によって画像データの変位を行わせるためには、パーソナルコンピューター２０のマウス、キーボードなどの入力デバイスが利用される。

また、水平方向縮尺設定手段２４は、投影データ作成手段２２で作成された画像データの水平方向の縮尺を設定することを可能とすると共に、設定した水平方向の縮尺設定値を記憶するものである。水平方向縮尺設定手段２４によって画像データの縮尺を設定するためには、パーソナルコンピューター２０のマウス、キーボードなどの入力デバイスが利用される。

また、垂直方向縮尺設定手段２５は、投影データ作成手段２２で作成された画像データの垂直方向の縮尺を設定することを可能とすると共に、設定した垂直方向の縮尺設定値を記憶するものである。垂直方向縮尺設定手段２５によって画像データの縮尺を設定するためには、パーソナルコンピューター２０のマウス、キーボードなどの入力デバイスが利用される。

以上のように構成されるシステムをセッティングし、キャリブレーションする方法について説明する。例えば、図２（Ｂ）のように所定の掘削距離までトンネルを掘り進めたとき、システムにより切り羽に対し、施工情報を投影しょうとした場合には、まず、図１に示すように各機器を設置する。このとき、プロジェクター１０については、なるべくセンターライン上に設置する。以後、設置したプロジェクター１０については、今回表示を行う切り羽面に対して、プロジェクター１０による表示を全て終えるまで移動させないようにする。

次に、上記のようにセッティングを確定させてから、プロジェクター１０による投影画像が適切な縮尺で投影されるようにキャリブレーションを行う。このキャリブレーションの方法について以下説明する。

図５はキャリブレーション時における水平方向の縮尺設定処理のフローチャートを示す図である。また、図７はキャリブレーション時における切り羽面の様子を示す図である。

本実施形態に係るトンネル施工情報投影方法においては、図７に示すように、まず、切り羽面に長さＬの基準定規を水平方向に設置する。ここで、基準定規を物理的に実体のあるものとして説明しているが、切り羽面上のマーキングにすることにより、基準定規に相当するものを切り羽面上で実現するようにしてもよい。

次に、上記の基準定規を基準として、プロジェクター１０による投影画像の縮尺が適切なものとなるように調節を行う。このための手順が図５に水平方向の縮尺設定処理のフローである。

図５において、ステップＳ１００で、水平方向の縮尺設定処理が開始されると、続く、ステップＳ１０１では、投影データ２１からキャリブレーション用のデータである基準水平ラインデータを取得する。

次のステップＳ１０２においては、投影データ作成手段２２によって、このデータに基づく、投影画像を展開して、プロジェクター１０により基準水平ラインを投影する。この基準水平ラインは、図７において、Ｐとして示されるものである。

次のステップＳ１０３では、入力デバイスによって投影位置調整手段２３と水平方向縮
尺設定手段２４とを操作し、基準定規と投影された基準水平ラインＰとを、重畳させる。これにより、水平方向縮尺設定手段２４における水平方向の縮尺設定値を決定することができる。そして、水平方向縮尺設定手段２４で決定された縮尺設定値を記憶する。

ステップＳ１０４では、処理を終了する。

以上で、水平方向の縮尺設定のためのキャリブレーションが終了する。同様の作業を垂直方向についても実施する。図示はしないが、まず、切り羽面に長さＬの基準定規を垂直方向に設置する。先ほど同様、この基準定規を切り羽面上のマーキングに代えることもできる。次に、上記の基準定規を基準として、プロジェクター１０による投影画像の垂直方向の縮尺が適切なものとなるように調節を行うために図６のフローを実施する。

図５において、ステップＳ２００で、垂直方向の縮尺設定処理が開始されると、続く、ステップＳ２０１では、投影データ２１からキャリブレーション用のデータである基準垂直ラインデータを取得する。

ステップＳ２０２においては、投影データ作成手段２２によって、このデータに基づく、投影画像を展開して、プロジェクター１０により基準垂直ラインを投影する。

ステップＳ２０３では、入力デバイスによって投影位置調整手段２３と垂直方向縮尺設定手段２４とを操作し、基準定規と投影された基準垂直ラインとを、重畳させる。これにより、垂直方向縮尺設定手段２４における垂直方向の縮尺設定値を決定することができる。そして、垂直方向縮尺設定手段２４で決定された縮尺設定値を記憶する。そして、ステップＳ２０４では、処理を終了する。

以上のような水平方向の縮尺設定と、垂直方向の縮尺設定とが完了すると、本実施形態に係るトンネル施工情報投影方法においては、複数の表示モードの下、種々のデータを切り羽面に投影することができるようになる。図８及び図９は本発明の実施形態に係るトンネル施工情報投影方法における投影処理のフローチャートを示す図である。このフローチャートはパーソナルコンピューター２０によって処理されるものである。

ステップＳ３００で、投影処理が開始されると、続いて、ステップＳ３０１に進み、ユーザーにより、設計断面形状ラインの表示モードが要求されているか否かが判定される。ステップＳ３０１による判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３０２に進み、投影データ２１に記憶されている設計断面形状データを、水平方向縮尺設定手段２４で記憶された水平方向縮尺設定値と、垂直方向縮尺設定手段２４で記憶された垂直方向縮尺設定値とに基づいて縮尺調整して、これをプロジェクター１０によって投影する。

ステップＳ３０２による投影により切り羽面に表示されるものは例えば、図１０のＬ１に示すようなものとなる。ユーザーからモード変更指示がある場合には、ステップＳ３０３による判定で、ステップＳ３０１に進む。

ステップＳ３０４においては、ユーザーにより、吹き付けラインの表示モードが要求されているか否かが判定される。ステップＳ３０４による判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３０５に進み、投影データに記憶されているオリジナルの設計断面形状データを外周にａオフセットしたデータを作成し、さらにこのデータを、水平方向縮尺設定手段２４で記憶された水平方向縮尺設定値と、垂直方向縮尺設定手段２４で記憶された垂直方向縮尺設定値とに基づいて縮尺調整して、これをプロジェクター１０によって投影する。ステップＳ３０５による投影により切り羽面に表示されるものは例えば、図１０のＬ２に示すようなものとなる。ユーザーからモード変更指示がある場合には、ステップＳ３０６に
よる判定で、ステップＳ３０１に進む。

ステップＳ３０７においては、ユーザーにより、掘削断面形状ラインの表示モードが要求されているか否かが判定される。ステップＳ３０７による判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３０８に進み、投影データに記憶されているオリジナルの設計断面形状データを外周にｂオフセットしたデータを作成し、さらにこのデータを、水平方向縮尺設定手段２４で記憶された水平方向縮尺設定値と、垂直方向縮尺設定手段２４で記憶された垂直方向縮尺設定値とに基づいて縮尺調整して、これをプロジェクター１０によって投影する。ステップＳ３０５による投影により切り羽面に表示されるものは例えば、図１０のＬ３に示すようなものとなる。ユーザーからモード変更指示がある場合には、ステップＳ３０９による判定で、ステップＳ３０１に進む。

ステップＳ３１０においては、ユーザーにより、ロックボルト表示モードが要求されているか否かが判定される。ステップＳ３１０による判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３１１に進み、投影データに記憶されているオリジナルのロックボルト施工データを、水平方向縮尺設定手段２４で記憶された水平方向縮尺設定値と、垂直方向縮尺設定手段２４で記憶された垂直方向縮尺設定値とに基づいて縮尺調整して、これをプロジェクター１０によって投影する。ステップＳ３１１による投影により切り羽面に表示されるものは例えば、図１１のＬｂに示すようなものとなる。ユーザーからモード変更指示がある場合には、ステップＳ３１２による判定で、ステップＳ３０１に進む。

テップＳ３１３で、ユーザーにより、作業情報表示モードが要求されているか否かが判定される。ステップＳ３１３による判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３１４に進み、投影データに記憶されているテキストデータである作業情報データを取得して、これをプロジェクター１０によって投影する。

ステップＳ３１４による投影により切り羽面に表示されるものは例えば、図１３のMに
示すようなものとなる。ユーザーからモード変更指示がある場合には、ステップＳ３１５による判定で、ステップＳ３０１に進む。

なお、本実施形態においては、作業情報表示モードで表示する情報を、投影データに記憶されているテキストデータであることを例に説明したが、作業情報表示モードで表示する情報については、パーソナルコンピューター２０から適宜入力された情報を表示するように構成することもできる。このような構成によれば、例えば、緊急で作業員に報知すべき事項などをパーソナルコンピューター２０から入力し、即座に切り羽面に表示させることができる。

ステップＳ３１６においては、ユーザーによって処理終了が要求されたか否かが判定される。当該判定がＹＥＳであるときにはステップＳ３１７に進み、処理を終了する。

以上のような本発明のトンネル施工情報投影方法によれば、トンネル施工時、切り羽面に表示する情報量を増大させることができるので、トンネル施工の支援に大きく資することが可能となる。

なお、上記の実施形態においては、プロジェクター１０により設計断面形状ライン、吹き付けライン、掘削断面形状ライン、ロックボルト情報、作業情報を投影表示する場合につき説明したが、本発明のトンネル施工情報投影方法では、これらに限らず、その他の種々の情報を切り羽面に投影表示するように設定することが可能である。

１０・・・プロジェクター
２０・・・パーソナルコンピューター
２１・・・投影データ
２２・・・投影データ作成手段
２３・・・投影位置調整手段
２４・・・水平方向縮尺設定手段
２５・・・垂直方向縮尺設定手段

Claims (4)

1. 切り羽面に投影する投影データを記憶すると共に、前記投影データの水平方向及び垂直方向の縮尺を設定して出力するパーソナルコンピューターと、
   前記パーソナルコンピューターと接続され、前記パーソナルコンピューターからの入力に基づいて前記切り羽面に投影を行うプロジェクターと、からなるシステムを用いて、
   前記投影データとして水平方向のラインデータを投影しつつ、水平方向の縮尺設定値を決定して、水平方向縮尺設定値を記憶するステップと、
   前記投影データとして垂直方向のラインデータを投影しつつ、垂直方向の縮尺設定値を決定して、垂直方向縮尺設定値を記憶するステップと、
   前記投影データとして施工情報データを、記憶された前記水平方向縮尺設定値と前記垂直方向縮尺設定値に基づいて、水平方向及び垂直方向の縮尺を設定して投影するステップと、を実行することを特徴とするトンネル施工情報投影方法。
2. 前記施工情報データが設計断面形状データであることを特徴とする請求項１に記載のトンネル施工情報投影方法。
3. 前記施工情報データがロックボルト施工データであることを特徴とする請求項１に記載のトンネル施工情報投影方法。
4. 前記施工情報データが作業情報データであることを特徴とする請求項１に記載のトンネル施工情報投影方法。

Images