JP7004510B2 - 測量用ターゲットおよび内空変位測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、測量用ターゲットおよび内空変位測定方法に関する。

トンネル施工では、日常的に地山や支保部材等の変位測定を行うことで、工事の安全性および経済性を確保している。定期的にトンネルの状況を測定すれば、切羽前方の地山状況を予測することができるとともに、支保構造の適否を判断することができる。このような計測には、天端沈下測定、内空変位測定等がある。

天端沈下測定および内空変位測定（以下、単に「変位測定」という。）は、一定間隔毎に管理断面を設定し、当該管理断面に設置された測量用ターゲットの座標を定期的に測量することにより行う。内空変位測定において地山の変位を精度良く測定する測量用ターゲットの一例として、地山に固定された鉄筋棒と、この鉄筋棒の頭部（地山から突出した部分）に溶接されたプレート（ターゲット本体）とにより構成されたものがある。

施工時のトンネル坑内では、限られたスペース内においてドリルジャンボ、吹き付けロボット、バックホウ等の複数の重機が稼働している。そのため、地山から突出するように設置されたターゲットは、重機に接触して破損するおそれがある。また、発破工法によるトンネル掘削では、発破時の爆風や飛来した岩石等によってターゲットが破損するおそれがある。
そのため、特許文献１には、測量時の装着および測量終了後の撤去が容易な測量用ターゲットとして、磁石を利用して支保工に固定する測量用ターゲットが開示されている。

特開２００４－３０１６４２号公報

特許文献１の測量用ターゲットは、支保工に固定されているため、支保工の変形を測定することはできるものの、地山に生じた変位を直接測定することはできない。また、特許文献１の測量用ターゲットを利用して測定される変位量は、支保工に生じた変位であるため、地山の変位と差異があり、地山の変形を過小に評価する場合もある。
このような観点から、本発明は、重機や飛来物等が接触することを回避することができ、かつ、地山の変位を適切に計測することができる測量用ターゲットおよび内空変位測定方法を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の測量用ターゲットは、地山に固定される第一部材と、前記第一部材に着脱可能に装着される第二部材とを備えるものであって、前記第一部材は地山に固定されるアンカー材と前記アンカー材の頭部に固定された半球状の第一接続部材とを有し、前記第二部材は前記第一接続部材に嵌合可能な椀形状に形成された第二接続部材と前記第二接続部材に固定されたターゲット部材とを有し、前記第一接続部材の表面には前記アンカー材の軸方向に沿った形状の突条である凸部が形成されており、前記第二接続部材の内面には前記凸部に対応する位置に前記凸部と係合可能な凹部が形成されていて、前記第一接続部材および前記第二接続部材のうちの少なくとも一方に磁石が固定されており、前記第一接続部材および前記第二接続部材が前記磁石を介して固定されることを特徴としている。

かかる測量用ターゲットは、地山に直接固定される。つまり、本発明の測量用ターゲットを用いて測量を行えば、地山の変位を高精度に測定することができる。また、地山に固定された第一部材に対して、ターゲット部材を備える第二部材が着脱可能であるため、測量時以外は第二部材を撤去することができる。こうすることで、ターゲットに重機等が接触して破損することや、発破時の爆風や飛来した岩石などよってターゲットが破損することを防止できる。

また、前記第一接続部材に凸部が形成されているとともに、前記第二接続部材に前記凸部と係合可能な凹部が形成されているため、凸部と凹部とを係合することで、ターゲットの向き（方向）の設定（位置決め）が完了し、ターゲットを計測毎に同じ位置に設置する際の作業性の向上を図ることができる。

また、本発明の内空変位測定方法は、地山に固定された第一部材に、ターゲットが形成された第二部材を装着する装着作業と、前記ターゲットをトータルステーションで視準する測定作業と、前記第二部材を前記第一部材から撤去する撤去作業とを備えており、前記装着作業では、前記第一部材の頭部に固定された第一接続部材と、前記第二部材に形成された第二接続部材とを磁石を介して固定することを特徴としている。

かかる内空変位測定方法によれば、地山に固定されたターゲットを測定するため、地山の変位を適切に測定することができる。また、第一部材と第二部材が磁石を介して固定されているため、着脱が容易である。本発明によれば、測定後にはターゲットを撤去するので、トンネル掘削作業時等においてターゲットが破損することを防止できる。

本発明の測量用ターゲットおよび内空変位測定方法によれば、重機や飛来物等が接触することを回避することができ、かつ、地山の変位を適切に計測することが可能になる。

（ａ）は測量用ターゲットが設置されたトンネルの横断図、（ｂ）は同縦断図である。 （ａ）は第一の実施形態に係る測量用ターゲットの設置状況を示す側面図、（ｂ）は同測量用ターゲットの分解斜視図である。 図２に示す測量用ターゲットであって、（ａ）は第一部材の上面図、（ｂ）は第一部材の側面図、（ｃ）は第二接続部材の上面図、（ｄ）は第二部材の側面図である。 （ａ）は測量用ターゲットの設置方法の削孔状況の断面図、（ｂ）は同第一部材の設置状況の断面図、（ｃ）は内空変位測定方法の装着作業の断面図、（ｄ）は同測定作業および撤去作業の断面図である。 （ａ）は第二の実施形態に係る測量用ターゲットの設置状況を示す側面図、（ｂ）は同測量用ターゲットの分解斜視図である。 （ａ）は図５の測量用ターゲットの設置方法の削孔状況の断面図、（ｂ）は同第一部材の設置状況の断面図、（ｃ）は内空変位測定方法の装着作業の断面図、（ｄ）は同測定作業および撤去作業の断面図である。

＜第一の実施形態＞
第一の実施形態では、トンネル１の内空変位測定に使用する測量用ターゲット２について説明する。内空変位測定は、トンネル１の掘進に伴い、一定間隔毎に設定された管理断面において、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、トンネル１の側壁および天端部に設定された測量用ターゲット２を、トータルステーションＴＳで測定することにより行う。

本実施形態では、測量用ターゲット２を上半（ＳＬよりも上の部分）に３点、下半（ＳＬよりも下の部分）に２点（合計５点）設置する。なお、測量用ターゲット２の数および配置は限定されるものではなく、トンネル１の断面形状や地山状況に応じて適宜設定すればよい。例えば、トンネル１が大断面トンネルの場合は、測量用ターゲット２の数を増やしてもよい。なお、図面において、符号１１は吹付けコンクリート、符号１２は鋼製支保工である。

本実施形態の測量用ターゲット２は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、第一部材３と第二部材４とを備えている。
第一部材３は、トンネル１の側壁または頂部において、地山Ｇに固定される部材である。第一部材３は、地山Ｇに固定されるアンカー材３１と、アンカー材３１の頭部に形成された第一接続部材（雄部材）３２とを有する。

アンカー材３１は、地山Ｇに差し込まれる鉄筋棒である。アンカー材３１の長さは限定されるものではないが、地山Ｇに対して十分な定着長を確保できる長さとする。アンカー材３１の先端部は、先端に行くにしたがって縮径する円錐状を呈している。なお、アンカー材３１を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、鋼棒や金属管等であってもよい。また、アンカー材３１の先端形状および外径（鉄筋径）も限定されるものではない。

第一接続部材３２は、エポキシ樹脂からなり、図３（ａ）および（ｂ）に示すように、半球状を呈している。第一接続部材３２の高さ寸法は、吹付けコンクリート１１の厚さよりも小さくする。こうすることで、第一部材３をトンネル１の側壁または頂部に固定した際に、第一接続部材３２が吹付けコンクリート１１の表面から突出することがない（図２（ａ）参照）。なお、第一接続部材３２の材料及び形状寸法は限定されるものではなく、例えば、金属や合成樹脂であってもよい。第一接続部材３２は、アンカー材３１の頭部を巻き込んだ状態で形成されていることで、アンカー材３１の頭部に固定されている。第一接続部材３２の成形方法は限定されるものではないが、例えば、アンカー材３１の頭部を囲うように設けられた型枠内にエポキシ樹脂を流し込むことにより形成すればよい。なお、第一接続部材３２が金属の場合には、アンカー材３１の頭部に溶接してもよい。また、第一接続部材３２は、治具を介してアンカー材３１の頭部に固定してもよい。

第一接続部材３２の表面には、複数の凸部（突起）３３が形成されている。本実施形態の凸部３３は、第一接続部材３２の外面に、アンカー材３１の軸方向に沿って形成された突条である。なお、凸部３３の形状は限定されるものではない。また、凸部３３は、必要に応じて形成すればよい。第一接続部材３２の端面には、金属板３４が固定されている。金属板３４は、第一接続部材３２の端面に面するように配設されている。なお、金属板３４の表面は、第一接続部材３２の一部（エポキシ樹脂の一部）によって覆われていてもよい。また、金属板３４は、アンカー材３１の端面に固定されていてもよい。本実施形態の金属板３４は、環状を呈しているが、金属板３４の形状は限定されるものではない。

第二部材４は、図２（ａ）および（ｂ）に示すように、第一部材３に着脱可能に装着される部材である。第二部材４は、第一接続部材３２に嵌合可能に形成された第二接続部材（雌部材）４１と、第二接続部材４１に固定されたターゲット部材４２とを有する。

第二接続部材４１は、エポキシ樹脂からなり、図２（ｂ）および図３（ｄ）に示すように、椀形状を呈している。なお、第二接続部材４１の材料は、所定の形状に形成することが可能な材料であれば限定されるものではなく、例えば、金属や合成樹脂であってもよい。第二接続部材４１の内面形状は、第一接続部材３２の外面形状と同形状である。すなわち、第二接続部材４１は、第一接続部材３２を挿入可能に構成されている。第二接続部材４１の内面には、図２（ｂ）に示すように、第一接続部材３２の凸部３３に対応する位置に、凹部４３が形成されている。凹部４３は、凸部３３と同形状を呈していて、凸部３３と係合可能である。また、図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、第二接続部材４１の頂部（図３（ｄ）において上端部）には、ターゲット部材４２を固定するための固定部４４が形成されている。本実施形態の固定部４４は、雌ネジ孔であって、ナットを第二接続部材４１に固定することにより形成されている。なお、固定部４４の構成は雌ネジ孔に限定されるものではなく、例えば、治具であってよい。第二接続部材４１の頂部には、図３（ｄ）に示すように、固定部４４とともに、磁石５が固定されている。磁石５の固定方法は限定されるものではないが、本実施形態では、第二接続部材４１の本体部分と固定部４４とにより挟持する。なお、固定部４４は、第二接続部材４１の内面に設置された受け板（図示せず）に、ビス４５により固定する。ビス４５は、固定部４４の外周に形成されたフランジ４４１を貫通し、受け板に螺入される。固定部４４の固定方法は限定されるものではない。

図３（ｄ）に示すように、ターゲット部材４２は、板状のターゲット本体４６と、固定部４４に螺合可能な雄ネジ部材４７とを備えている。ターゲット本体４６の表面は、トータルステーションＴＳから照射されたレーザー光を反射可能に構成されている。ターゲット本体４６の背面には、雄ネジ部材４７が一体に固定されている。雄ネジ部材４７は、例えば、端部にネジ加工が施された鋼棒を、ターゲット本体４６に溶接することにより形成すればよい。ターゲット部材４２は、固定部４４に雄ネジ部材４７を螺合することにより、第二接続部材４１に固定する。なお、ターゲット部材４２（ターゲット本体４６）は、第二接続部材４１に一体に形成されていてもよい。また、ターゲット部材４２は、プリズムであってもよい。

第一部材３は、管理断面における掘削および支保工の設置が完了した後、トンネル１の側壁に設置する。
まず、図４（ａ）に示すように、測量用ターゲット２の設置個所にアンカー材挿入孔６を形成する。本実施形態では、ハンマードリルを利用して、吹付けコンクリート１１および地山Ｇを削孔することにより、アンカー材挿入孔６を形成する。なお、アンカー材挿入孔６の形成方法は限定されるものではない。このとき、吹付けコンクリート１１では、第一接続部材３２を収容することが可能となるように、削孔径を第一接続部材３２の外径よりも大きくしておく（図４（ｂ）参照）。
次に、図４（ｂ）に示すように、第一部材３のアンカー材３１をアンカー材挿入孔６に挿入する。このとき、必要に応じてアンカー材挿入孔６に固化材を充填する。固化材は限定されるものではないが、例えば、モルタルを使用すればよい。

内空変位測定方法は、図４（ｃ）に示すように、まず、第一部材３に第二部材４を装着する（装着作業）。第二部材４は、第一接続部材３２に第二接続部材４１を嵌合することにより装着する。第二部材４は、磁石５の磁力により第一部材３に固定される（図４（ｄ）参照）。このとき、凸部３３と凹部４３（図３参照）とを係合させることで、ターゲット部材４２の向きが設定される。
第一部材３に第二部材４を装着したら、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、トータルステーションＴＳで測量用ターゲット２（ターゲット部材４２）を視準する（測定作業）。
トータルステーションＴＳによる測定が完了したら、図４（ｄ）に示すように、第二部材４を第一部材３から撤去する（撤去作業）。

本実施形態の測量用ターゲット２は、地山Ｇに直接固定されているため、地山Ｇの変位を高精度に測定することができる。
また、地山Ｇに直接固定された第一部材３に対して、第二部材４が磁石５を介して固定されているため、着脱が容易である。そして、測量後に第二部材４を撤去すると、ターゲット部材４２に重機等が接触して破損することや、発破時の爆風や飛来した岩石などよってターゲット部材４２が破損することを防止できる。

また、第一接続部材３２の凸部３３と第二接続部材４１の凹部４３とを係合させることで、ターゲット本体４６の向きを容易に設定することができる。その結果、測量を早期に着手することが可能となる。
測量用ターゲット２は、設置作業が容易なため、管理断面の掘削後、速やかにトンネル１の側壁に設置することができ、その結果、速やかに初期値を計測することができる。すなわち、本実施形態の測量用ターゲット２を利用すれば、トンネル変位測量をすばやくかつ高精度に行うことが可能となる。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態では、第一の実施形態と同様に、トンネル１の内空変位測定に使用する測量用ターゲット２について説明する（図１参照）。なお、測量用ターゲット２の数及び配置は、第一の実施形態と同様とする。
本実施形態の測量用ターゲット２は、図５（ａ）に示すように、第一部材３と第二部材４とを備えている。
第一部材３は、トンネル１の側壁または頂部において、地山Ｇに固定される部材である。第一部材３は、地山Ｇに固定されるアンカー材３１と、アンカー材３１の頭部に形成された第一接続部材（雌部材）３２とを有する。

アンカー材３１は、地山Ｇに差し込まれる鉄筋棒である。なお、アンカー材３１の詳細は、第一の実施形態で示した内容と同様なため詳細な説明は省略する。
本実施形態の第一接続部材３２は、図５（ｂ）に示すように、筒状部材により構成されている。本実施形態では、第一接続部材３２として、高ナットを使用するが、第一接続部材３２を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、金属管であってもよい。
アンカー材３１の頭部には、雄ネジが形成されている。第一接続部材３２は、アンカー材３１の頭部に螺合されている。なお、第一接続部材３２の固定方法は限定されるものではなく、例えば、アンカー材３１に溶接してもよい。

第二部材４は、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、第一部材３に着脱可能に装着される部材である。第二部材４は、第一接続部材３２に嵌合可能に形成された第二接続部材（雄部材）４１と、第二接続部材４１に固定されたターゲット部材４２とを有する。
本実施形態の第二接続部材４１は、円形の鋼板からなる。第二接続部材４１の中央部には、固定部４４が形成されている。また、第二接続部材４１の一方の面（第一部材３側の面）には、磁石５が一体に固定されているとともに、第一接続部材３２に挿入可能な突起４８が形成されている。なお、第二接続部材４１の構成は限定されるものではなく、例えば、矩形状の鋼板であってもよい。

ターゲット部材４２は、いわゆるプリズムである。ターゲット部材４２には、第二接続部材４１に螺合可能な雄ネジ部材４７が固定されてなる。ターゲット部材４２は、固定部４４に雄ネジ部材４７を螺合することにより、第二接続部材４１に固定する。なお、ターゲット部材４２は、第二接続部材４１に一体に形成されていてもよい。

第一部材３は、管理断面における掘削および支保工の設置が完了した後、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、トンネル１の側壁に設置する。第一部材３の設置方法は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
内空変位測定方法は、図６（ｃ）に示すように、まず、第一部材３に第二部材４を装着する（装着作業）。第二部材４は、第一接続部材３２に第二接続部材４１の突起４８を挿入することにより装着する。第二部材４は、図６（ｄ）に示すように、磁石５の磁力により第一部材３に固定される。
第一部材３に第二部材４を装着したら、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、トータルステーションＴＳで測量用ターゲット２（ターゲット部材４２）を視準する（測定作業）。
トータルステーションＴＳによる測定が完了したら、図６（ｄ）に示すように、第二部材４を第一部材３から撤去する（撤去作業）。

本実施形態の測量用ターゲット２によれば、第一の実施形態の測量用ターゲット２と同様の作用効果を得ることができる。
なお、第二の実施形態の測量用ターゲット２は、ターゲット部材４２としてプリズムを使用しているため、レーザ光の照射角度にかかわらず、同じ点を測定することが可能である。つまり、ターゲット部材４２の向きを詳細に設定する必要がないため、測量用ターゲット２の設置作業を簡易に行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
前記実施形態では、第二接続部材４１に磁石５が固定されている場合について説明したが、磁石５は、第一接続部材３２に固定されていてもよいし、第一接続部材３２と第二接続部材４１との両方に固定されていてもよい。

１ トンネル
１１ 吹付けコンクリート
２ 測量用ターゲット
３ 第一部材
３１ アンカー材
３２ 第一接続部材
３３ 凸部
３４ 金属板
４ 第二部材
４１ 第二接続部材
４２ ターゲット部材
４３ 凹部
５ 磁石

Claims (2)

1. 地山に固定される第一部材と、
   前記第一部材に着脱可能に装着される第二部材と、を備える測量用ターゲットであって、
   前記第一部材は、地山に固定されるアンカー材と、前記アンカー材の頭部に固定された半球状の第一接続部材と、を有し、
   前記第二部材は、前記第一接続部材に嵌合可能な椀形状に形成された第二接続部材と、前記第二接続部材に固定されたターゲット部材と、を有し、
   前記第一接続部材の表面には、前記アンカー材の軸方向に沿った形状の突条である凸部が形成されており、
   前記第二接続部材の内面には、前記凸部に対応する位置に、前記凸部と係合可能な凹部が形成されていて、
   前記第一接続部材および前記第二接続部材のうちの少なくとも一方に磁石が固定されており、
   前記第一接続部材および前記第二接続部材が前記磁石を介して固定されることを特徴とする、測量用ターゲット。
2. 請求項１に記載の測量用ターゲットを使用する内空変位測定方法であって、
   地山に固定された前記第一部材に、ターゲットが形成された前記第二部材を装着する装着作業と、
   前記ターゲットをトータルステーションで視準する測定作業と、
   前記第二部材を前記第一部材から撤去する撤去作業と、を備え、
   前記装着作業では、前記第一部材の頭部に固定された前記第一接続部材と、前記第二部材に形成された前記第二接続部材とを磁石を介して固定することを特徴とする、内空変位測定方法。

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