JP7244336B2 - Mountain tunnel concrete thickness measuring method and measuring device - Google Patents
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Description
特許法第３０条第２項適用 ハイウェイテクノフェア２０１８ 開催日 平成３０年１１月２８日、２９日Article 30,
本発明は、山岳トンネルコンクリート厚測定方法および測定装置に関するものである。 The present invention relates to a mountain tunnel concrete thickness measuring method and measuring device.
従来、山岳トンネルのコンクリート厚として、主に吹付けコンクリートの吹付け厚と鏡吹付け厚、および覆工コンクリートの覆工巻厚を測定している。表１に測定概要を示す。 Conventionally, as the concrete thickness of mountain tunnels, the thickness of the shotcrete, the thickness of the shotcrete, and the lining thickness of the lining concrete are mainly measured. Table 1 shows an overview of the measurements.
前者の吹付けコンクリート工は、トンネル掘削面にコンクリートを吹付けて構築する。後者の覆工コンクリート工は、吹付けコンクリート表面に防水シートを張り付け、覆工施工位置に移動型枠を定置し、この空間にコンクリートを打ち込み、構築する。 The former, shotcrete construction, is constructed by spraying concrete on the tunnel excavation surface. In the latter lining concrete work, a waterproof sheet is attached to the surface of the shotcrete, a moving formwork is fixed at the lining construction position, and concrete is poured into this space.
これらのコンクリート厚は、設計で定められており、コンクリート硬化後、出来形管理基準にしたがって検測される。吹付け厚の検測は、通常、検測断面を定め、削孔した孔の中にメジャーを挿入して吹付け厚を測定し、記録することによって行われる。図５に検測結果例を示す。覆工巻厚は、脱型枠後の妻側コンクリート厚をメジャーで測定し、記録する。また、覆工コンクリート天端に設けた検測孔をメジャーで測定する。 These concrete thicknesses are determined by the design, and after the concrete has hardened, they are measured according to the finished form control standards. The spray thickness is usually measured by determining a section to be measured, inserting a tape measure into the drilled hole, measuring the spray thickness, and recording the results. FIG. 5 shows an example of measurement results. For the lining roll thickness, measure the gable-side concrete thickness after stripping the formwork and record it. Also, measure the inspection hole provided at the top of the lining concrete with a tape measure.
一方、従来のコンクリート覆工厚測定方法として、例えば特許文献１～５に記載の方法が知られている。
On the other hand, as conventional concrete lining thickness measuring methods, for example, methods described in
しかしながら、上記のコンクリート厚は、検測断面の測点位置で測定するので、点としての検測となり、コンクリート構造物の三次元空間での出来形を確認、評価することができない。 However, since the above-mentioned concrete thickness is measured at the measuring point position of the inspection section, it becomes the inspection as a point, and it is impossible to confirm and evaluate the completed shape of the concrete structure in the three-dimensional space.
また、メジャーによる吹付け厚の測定は、検測孔の位置出し、削孔、測定、写真撮影、記録などの手間がかかる。覆工巻厚の測定も同様に、位置出し、測定、写真撮影、記録の現地確認作業を基本とし、多大な労力と時間、手間を要する。 In addition, the measurement of spray thickness with a tape measure requires time and effort for locating the measurement hole, drilling, measuring, photographing, and recording. Similarly, the measurement of the lining thickness is based on positioning, measurement, photography, and on-site confirmation of records, which requires a great deal of labor, time, and effort.
また、検測の結果、コンクリート構造物の出来形不足が顕在化した場合には、その位置と規模を高精度に検出することは難しい。 Moreover, when the result of the inspection reveals that the concrete structure is lacking in finished form, it is difficult to detect its position and scale with high accuracy.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、覆工厚の空間分布を容易に把握することのできる山岳トンネルコンクリート厚測定方法および測定装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a mountain tunnel concrete thickness measuring method and a measuring apparatus capable of easily grasping the spatial distribution of the lining thickness.
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る山岳トンネルコンクリート厚測定方法は、トンネル内面に施工される覆工の覆工厚を測定する方法であって、覆工を施工する前のトンネル内面の３次元形状データと、覆工を施工した後の覆工の表面の３次元形状データをそれぞれ複数の計測点について３Ｄスキャナで取得するステップと、取得した３次元形状データに基づいてトンネル内面と覆工の表面の間の距離を算定することにより、覆工厚を測定するステップとを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve the object, a mountain tunnel concrete thickness measuring method according to the present invention is a method for measuring the lining thickness of a lining constructed on the inner surface of a tunnel. A step of acquiring three-dimensional shape data of the inner surface of the tunnel before construction and three-dimensional shape data of the surface of the lining after constructing the lining with a 3D scanner for each of a plurality of measurement points; measuring the lining thickness by calculating the distance between the inner tunnel surface and the surface of the lining according to the method.
また、本発明に係る他の山岳トンネルコンクリート厚測定方法は、上述した発明において、所定の基準表面上に仮想的な仮想単位平面を設定し、この仮想単位平面をトンネル内面と覆工の表面に対して仮想単位平面の法線方向に投影した領域に存在する計測点を選定するステップと、選定したトンネル内面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値と、選定した覆工の表面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値との差を算定することにより、覆工厚を測定するステップとを備えることを特徴とする。 Another method for measuring the concrete thickness of mountain tunnels according to the present invention is that in the above-described invention, a virtual unit plane is set on a predetermined reference surface, and this virtual unit plane is set on the inner surface of the tunnel and the surface of the lining. The step of selecting measurement points existing in the area projected in the normal direction of the virtual unit plane, the average value of the distance from the virtual unit plane of the selected measurement points on the inner surface of the tunnel, and the surface of the selected lining and measuring the lining thickness by calculating the difference from the average distance of the measurement points from the virtual unit plane.
また、本発明に係る山岳トンネルコンクリート厚測定装置は、トンネル内面に施工される覆工の覆工厚を測定する装置であって、覆工を施工する前のトンネル内面の３次元形状データと、覆工を施工した後の覆工の表面の３次元形状データをそれぞれ複数の計測点について取得する３Ｄスキャナと、取得した３次元形状データに基づいてトンネル内面と覆工の表面の間の距離を算定することにより、覆工厚を測定する測定手段とを備えることを特徴とする。 Further, a mountain tunnel concrete thickness measuring device according to the present invention is a device for measuring the lining thickness of a lining constructed on the inner surface of a tunnel, and includes three-dimensional shape data of the inner surface of the tunnel before constructing the lining, A 3D scanner that acquires 3D shape data of the surface of the lining after construction of the lining for each of multiple measurement points, and the distance between the inner surface of the tunnel and the surface of the lining based on the acquired 3D shape data. and measuring means for measuring the thickness of the lining by calculating.
また、本発明に係る他の山岳トンネルコンクリート厚測定装置は、上述した発明において、所定の基準表面上に仮想的な仮想単位平面を設定し、この仮想単位平面をトンネル内面と覆工の表面に対して仮想単位平面の法線方向に投影した領域に存在する計測点を選定する選定手段と、選定したトンネル内面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値と、選定した覆工の表面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値との差を算定することにより、覆工厚を測定する測定手段とを備えることを特徴とする。 Further, another mountain tunnel concrete thickness measuring device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, a virtual unit plane is set on a predetermined reference surface, and this virtual unit plane is set on the inner surface of the tunnel and the surface of the lining. On the other hand, the selection means for selecting measurement points existing in the area projected in the normal direction of the virtual unit plane, the average value of the distance from the virtual unit plane of the selected measurement points on the inner surface of the tunnel, and the selected lining surface measuring means for measuring the lining thickness by calculating the difference from the average value of the distances of the measurement points from the virtual unit plane.
本発明に係る山岳トンネルコンクリート厚測定方法によれば、トンネル内面に施工される覆工の覆工厚を測定する方法であって、覆工を施工する前のトンネル内面の３次元形状データと、覆工を施工した後の覆工の表面の３次元形状データをそれぞれ複数の計測点について３Ｄスキャナで取得するステップと、取得した３次元形状データに基づいてトンネル内面と覆工の表面の間の距離を算定することにより、覆工厚を測定するステップとを備えるので、測定結果を可視化することにより、覆工厚の空間分布を容易に把握することができるという効果を奏する。 According to the mountain tunnel concrete thickness measuring method according to the present invention, a method for measuring the lining thickness of a lining constructed on the inner surface of a tunnel, comprising: three-dimensional shape data of the inner surface of the tunnel before constructing the lining; A step of acquiring three-dimensional shape data of the surface of the lining after constructing the lining with a 3D scanner for each of a plurality of measurement points, and based on the acquired three-dimensional shape data, between the inner surface of the tunnel and the surface of the lining The step of measuring the lining thickness by calculating the distance produces an effect that the spatial distribution of the lining thickness can be easily grasped by visualizing the measurement result.
また、本発明に係る他の山岳トンネルコンクリート厚測定方法によれば、所定の基準表面上に仮想的な仮想単位平面を設定し、この仮想単位平面をトンネル内面と覆工の表面に対して仮想単位平面の法線方向に投影した領域に存在する計測点を選定するステップと、選定したトンネル内面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値と、選定した覆工の表面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値との差を算定することにより、覆工厚を測定するステップとを備えるので、仮想単位平面を用いて覆工厚を比較的精度よく測定することができるという効果を奏する。 Further, according to another mountain tunnel concrete thickness measuring method according to the present invention, a virtual unit plane is set on a predetermined reference surface, and this virtual unit plane is virtual with respect to the inner surface of the tunnel and the surface of the lining. A step of selecting measurement points existing in an area projected in the normal direction of the unit plane, an average value of the distance from the virtual unit plane of the selected measurement points on the inner surface of the tunnel, and the number of measurement points on the surface of the selected lining. and measuring the lining thickness by calculating the difference from the average value of the distance from the virtual unit plane, so that the lining thickness can be measured with relatively high accuracy using the virtual unit plane. Effective.
また、本発明に係る山岳トンネルコンクリート厚測定装置によれば、トンネル内面に施工される覆工の覆工厚を測定する装置であって、覆工を施工する前のトンネル内面の３次元形状データと、覆工を施工した後の覆工の表面の３次元形状データをそれぞれ複数の計測点について取得する３Ｄスキャナと、取得した３次元形状データに基づいてトンネル内面と覆工の表面の間の距離を算定することにより、覆工厚を測定する測定手段とを備えるので、測定結果を可視化することにより、覆工厚の空間分布を容易に把握することができるという効果を奏する。 Further, according to the mountain tunnel concrete thickness measuring device according to the present invention, the device measures the lining thickness of the lining constructed on the inner surface of the tunnel, and the three-dimensional shape data of the inner surface of the tunnel before constructing the lining A 3D scanner that acquires three-dimensional shape data of the surface of the lining after constructing the lining for each of a plurality of measurement points, and a space between the inner surface of the tunnel and the surface of the lining based on the acquired three-dimensional shape data. Since the measuring means is provided for measuring the lining thickness by calculating the distance, there is an effect that the spatial distribution of the lining thickness can be easily grasped by visualizing the measurement results.
また、本発明に係る他の山岳トンネルコンクリート厚測定装置によれば、所定の基準表面上に仮想的な仮想単位平面を設定し、この仮想単位平面をトンネル内面と覆工の表面に対して仮想単位平面の法線方向に投影した領域に存在する計測点を選定する選定手段と、選定したトンネル内面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値と、選定した覆工の表面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値との差を算定することにより、覆工厚を測定する測定手段とを備えるので、仮想単位平面を用いて覆工厚を比較的精度よく測定することができるという効果を奏する。 Further, according to another mountain tunnel concrete thickness measuring device according to the present invention, a virtual unit plane is set on a predetermined reference surface, and this virtual unit plane is virtual with respect to the inner surface of the tunnel and the surface of the lining. Selection means for selecting measurement points existing in the area projected in the normal direction of the unit plane, the average value of the distance from the virtual unit plane of the selected measurement points on the inner surface of the tunnel, and the measurement points on the surface of the selected lining and a measuring means for measuring the lining thickness by calculating the difference from the average value of the distance from the virtual unit plane, so that the lining thickness can be measured with relatively high accuracy using the virtual unit plane It has the effect of being able to
以下に、本発明に係る山岳トンネルコンクリート厚測定方法および測定装置の実施の形態について、山岳トンネルの内面に施工される吹付けコンクリートの吹付け厚、覆工コンクリートの覆工巻厚を測定する場合を例にとり、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 In the following, an embodiment of the mountain tunnel concrete thickness measuring method and measuring device according to the present invention will be described in the case of measuring the spraying thickness of the shotcrete and the lining thickness of the lining concrete to be constructed on the inner surface of the mountain tunnel. will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment.
（山岳トンネルコンクリート厚測定方法）
まず、本実施の形態に係る山岳トンネルコンクリート厚測定方法について説明する。
(Mountain Tunnel Concrete Thickness Measurement Method)
First, the mountain tunnel concrete thickness measuring method according to the present embodiment will be described.
図１に示すように、本実施の形態に係る山岳トンネルコンクリート厚測定方法は、以下のステップＳ１～Ｓ４の手順で行われる。 As shown in FIG. 1, the mountain tunnel concrete thickness measuring method according to the present embodiment is performed in the following steps S1 to S4.
ステップＳ１は、掘削素掘り表面（トンネル内面）の３次元形状データと、吹付けコンクリートを施工した後の吹付けコンクリート表面（以下、吹付け表面ということがある。）の３次元形状データをそれぞれ複数の計測点について３Ｄスキャナで取得するものである。 In step S1, the three-dimensional shape data of the excavation surface (the inner surface of the tunnel) and the three-dimensional shape data of the shotcrete surface after the shotcrete is applied (hereinafter sometimes referred to as the shot surface) are generated. A plurality of measurement points are acquired by a 3D scanner.
３Ｄスキャナは、周囲にレーザーを照射して周囲の形状を計測（デジタル測量）することによって、３次元形状データ（３次元の情報を持った点群データ）を取得するレーザースキャナからなる。３Ｄスキャナは、トンネル内空中心近傍に設置して測定することが望ましい。ここで取得される３次元形状データは、３Ｄスキャナのセンサー中心を原点とする直交座標系のデータである。 The 3D scanner consists of a laser scanner that acquires three-dimensional shape data (point group data with three-dimensional information) by irradiating a laser around and measuring (digital surveying) the surrounding shape. It is desirable to install the 3D scanner near the center of the air inside the tunnel for measurement. The three-dimensional shape data acquired here is data of an orthogonal coordinate system with the center of the sensor of the 3D scanner as the origin.
次のステップＳ２は、取得した３次元形状データに基づいて掘削素掘り表面と吹付け表面の間の距離を算定することにより、吹付け厚（覆工厚）を測定するものである。このステップの具体的な処理内容については後述する。 The next step S2 is to measure the spray thickness (lining thickness) by calculating the distance between the excavation surface and the spray surface based on the acquired three-dimensional shape data. The specific processing contents of this step will be described later.
次のステップＳ３は、吹付け表面（トンネル内面）の３次元形状データと、覆工コンクリートを施工した後の覆工コンクリート表面（以下、覆工表面ということがある。）の３次元形状データをそれぞれ複数の計測点について３Ｄスキャナで取得するものである。 In the next step S3, the three-dimensional shape data of the sprayed surface (tunnel inner surface) and the three-dimensional shape data of the lining concrete surface after construction of the lining concrete (hereinafter sometimes referred to as the lining surface) are collected. A plurality of measurement points are acquired by a 3D scanner.
次のステップＳ４は、取得した３次元形状データに基づいて吹付け表面と覆工表面の間の距離を算定することにより、覆工巻厚（覆工厚）を測定するものである。このステップの具体的な処理内容については後述する。 The next step S4 is to measure the lining roll thickness (lining thickness) by calculating the distance between the sprayed surface and the lining surface based on the acquired three-dimensional shape data. The specific processing contents of this step will be described later.
上記の処理手順により、吹付けコンクリート、覆工コンクリートのそれぞれを施工した後に吹付け厚、覆工巻厚を精度よく測定することができる。測定結果を空間分布として可視化することにより、吹付け厚、覆工巻厚の空間分布を容易に把握することができる。 According to the above procedure, the spray thickness and lining roll thickness can be measured with high accuracy after each of the shotcrete and the lining concrete is applied. By visualizing the measurement results as a spatial distribution, it is possible to easily grasp the spatial distribution of the spray thickness and the lining thickness.
次に、上記のステップＳ２、Ｓ４における覆工厚の測定方法の具体的内容について、ステップＳ２（吹付け厚の測定方法）の場合を例にとり説明する。 Next, specific details of the method of measuring the lining thickness in steps S2 and S4 will be described, taking the case of step S2 (the method of measuring the spray thickness) as an example.
この測定方法は、設計吹付け表面（所定の基準表面）上に仮想的な仮想単位平面を設定し、この仮想単位平面を掘削素掘り表面（トンネル内面）と吹付け表面（覆工の表面）に対して仮想単位平面の法線方向に投影した領域に存在する計測点を選定するステップと、選定した掘削素掘り表面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値と、選定した吹付け表面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値との差を算定することにより、吹付け厚（覆工厚）を測定するステップとを備える。 In this measurement method, a virtual unit plane is set on the design spraying surface (predetermined reference surface), and this virtual unit plane is used as the excavation surface (tunnel inner surface) and the spraying surface (lining surface). a step of selecting measurement points existing in an area projected in the normal direction of the virtual unit plane, an average value of the distances from the virtual unit plane of the measurement points on the selected excavation uncut surface, and the selected spraying measuring the spray thickness (lining thickness) by calculating the difference from the average distance of the measurement points on the surface from the virtual unit plane.
図２に覆工の設計と施工余裕の概念図を示す。吹付け表面は、一般に５～１５ｍｍ程度の凹凸状をなしている。掘削素掘り表面の地山は、地質により異なるが、同程度以上の凹凸状態である。上記のステップＳ２では、このような表面状態と表面の空間位置が異なる２表面の点群データを用いて、吹付け厚（覆工厚）を算定する。 Figure 2 shows a conceptual diagram of the lining design and construction allowance. The surface to be sprayed generally has irregularities on the order of 5 to 15 mm. The ground on the surface of excavation and uncut digging differs depending on the geology, but it is in a similar or more uneven state. In step S2 described above, the spraying thickness (lining thickness) is calculated using the point group data of the two surfaces having different surface states and surface spatial positions.
吹付け厚は、一般に３Ｄスキャナから測定面までの距離に比べて非常に小さいので、以下に示す仮想単位平面を用いた方法を適用することで、精度よく算定可能である。 Since the spray thickness is generally very small compared to the distance from the 3D scanner to the measurement surface, it can be accurately calculated by applying the method using the virtual unit plane shown below.
まず、上記のステップＳ１の吹付け表面と掘削素掘り表面に対する３Ｄスキャナによるデジタル測量において、トンネル内周方向、トンネル延長方向のそれぞれに対して０．５～１ｃｍ間隔以下に配置した計測点について出来形の点群データを取得する。 First, in the digital survey using a 3D scanner for the sprayed surface and the excavated surface in step S1 above, measurement points placed at intervals of 0.5 to 1 cm or less in each of the tunnel inner circumferential direction and the tunnel extension direction can be measured. Get the point cloud data of the shape.
次に、図３に示すように、トンネル座標系の設計吹付け線（設計吹付け表面）を基準表面とし、トンネル内周方向、トンネル延長方向のそれぞれに対して５～１０ｃｍ間隔で仮想単位平面を設定する。 Next, as shown in FIG. 3, the design spraying line (design spraying surface) of the tunnel coordinate system is used as a reference surface, and virtual unit planes are formed at intervals of 5 to 10 cm in the tunnel inner circumferential direction and the tunnel extension direction, respectively. set.
次に、掘削素掘り表面の点群データを用いて、トンネル座標系の仮想単位平面内に分布する計測点を選定する。選定された各計測点の仮想単位平面からの距離を計算し、これの平均値を仮想単位平面中心における計測点の離れとして算定し、掘削素掘り表面の計測点の３次元座標とする。 Next, using the point cloud data of the surface of the excavation and bare excavation, measurement points distributed within the virtual unit plane of the tunnel coordinate system are selected. The distance of each selected measuring point from the virtual unit plane is calculated, and the average value of these is calculated as the distance between the measuring points at the center of the virtual unit plane, and is used as the three-dimensional coordinates of the measuring points on the excavation surface.
吹付け表面の計測点についても同様の方法で、吹付け表面の点群データを用いて、計測点の離れ、仮想単位平面中心の３次元座標を算定する。 For the measurement points on the sprayed surface, the point group data of the sprayed surface are used in the same manner to calculate the three-dimensional coordinates of the separation of the measurement points and the center of the virtual unit plane.
仮想単位平面中心における掘削素掘り表面と吹付け表面の２表面間の離れ（距離）の吹付け厚ｔは、掘削素掘り表面の離れδｇと吹付け表面の離れδｃから、ｔ＝δｇ－δｃで算定することができる。この仮想単位平面を用いた方法によれば、表面状態と表面位置が異なる２表面の点群データから２表面間の距離（コンクリート厚）分布を比較的高精度に算定することが可能である。 The spraying thickness t, which is the separation (distance) between the two surfaces of the excavation surface and the spraying surface at the center of the virtual unit plane, is obtained from the separation δg of the excavation surface and the spraying surface δc, t = δg - δc can be calculated by According to the method using this virtual unit plane, it is possible to calculate the distance (concrete thickness) distribution between the two surfaces with relatively high accuracy from the point cloud data of the two surfaces having different surface states and surface positions.
算定した吹付け厚ｔは、吹付け表面の点群データを基準としてヒートマップ化し、ディスプレイなどに出力表示する。この場合、例えば、あらかじめ設定した設計厚（図２の設計吹付け厚＋余吹き厚）に満たないものを赤色、設計厚以上を黒色とする２値表示で出力表示してもよい。このように可視化すれば、設計厚に満たない部位を容易に把握することができる。 The calculated spraying thickness t is converted into a heat map based on the point cloud data of the spraying surface, and output and displayed on a display or the like. In this case, for example, a binary display may be provided in which the thickness less than the preset design thickness (the design spray thickness in FIG. 2+the after-blowing thickness) is red, and the thickness above the design thickness is black. By visualizing in this way, it is possible to easily grasp the parts that are less than the design thickness.
一方、覆工巻厚の測定（ステップＳ４）では、上記の吹付け厚の場合（ステップＳ２）と同様の方法で計算する。具体的には、上記のステップＳ２の吹付け表面を覆工表面とし、掘削素掘り表面を吹付け表面として計算する。上記のステップＳ２では、設計吹付け厚は一般に７～２０ｃｍ程度であり、掘削半径に比べて十分に小さいので、仮想単位平面を設計吹付け表面の１面に設定して厚さを近似的に求めている。しかしながら、覆工巻厚は３０～６０ｃｍと比較的大きくなるので、仮想単位平面を設計覆工表面（基準表面）と設計吹付け表面（基準表面）のそれぞれに設定し、つまり仮想単位平面を２平面に設定し、それぞれの離れを計算して覆工巻厚を算定することが測定精度の向上を図る上で望ましい。 On the other hand, in the measurement of the lining thickness (step S4), calculation is performed in the same manner as in the above case of the spray thickness (step S2). Specifically, the sprayed surface in step S2 is used as the lining surface, and the excavation surface is used as the sprayed surface for calculation. In step S2 above, the design spraying thickness is generally about 7 to 20 cm, which is sufficiently smaller than the excavation radius. Seeking. However, since the lining roll thickness is relatively large at 30 to 60 cm, a virtual unit plane is set for each of the design lining surface (reference surface) and the design spraying surface (reference surface). In order to improve the measurement accuracy, it is desirable to set the flat surface and calculate the distance between them to calculate the lining thickness.
図４に測定結果をヒートマップ化した空間分布の出力表示例を示す。出力表示例Ａは、吹付け出来形階調表示例である。出力表示例Ｂは、覆工厚階調表示例である。また、切羽鏡面についても同様の出力結果を得ることができる。 FIG. 4 shows an output display example of the spatial distribution obtained by converting the measurement results into a heat map. An output display example A is an example of a gradation display example of a ready-to-spray type. Output display example B is an example of lining thickness gradation display. A similar output result can also be obtained for the face mirror surface.
本実施の形態によれば、山岳トンネルのコンクリート構造物（吹付けコンクリート、覆工コンクリート）の表面を３Ｄスキャナで点群データとしてデジタル測量することにより、測定対象表面の凹凸状態（掘削素掘り表面、吹付け表面、覆工表面）とトンネル中心からの表面位置（施工目標線）が異なる２表面の点群データから２表面間の距離（コンクリート厚）を求めることができる。山岳トンネルのコンクリート構造物の出来形（吹付け表面、覆工表面）を可視化、数値化することにより、計画に対する余裕をリアルタイムに確認、照査、検測することができ、合理的な施工と施工管理を確実にすることが可能となる。また、従来できなかった２表面間の距離（コンクリート厚）の空間分布を可視化でき、構造物の設計に対する出来形不足の有無、余裕を空間的に確認、検測できるようになり、施工を確実にし、出来形を数値で保証することが可能となる。また、コンクリート構造物の出来形は、３次元形状データとして保存でき、トンネル内設備計画、構造物メンテナンスにも活用できる。 According to the present embodiment, by digitally surveying the surface of a concrete structure (shotcrete, lining concrete) of a mountain tunnel as point cloud data with a 3D scanner, the uneven state of the surface to be measured (excavation uncoiled surface , sprayed surface, lining surface) and the distance (concrete thickness) between the two surfaces can be obtained from point cloud data of two surfaces with different surface positions (construction target line) from the center of the tunnel. By visualizing and quantifying the finished form (blasted surface, lining surface) of the concrete structure of mountain tunnels, it is possible to confirm, verify, and inspect the allowance in real time, and rational construction and construction. It is possible to ensure management. In addition, it is possible to visualize the spatial distribution of the distance between two surfaces (concrete thickness), which was not possible in the past. It is possible to guarantee the finished form numerically. In addition, the finished shape of concrete structures can be saved as 3D shape data, which can be used for facility planning in tunnels and structural maintenance.
（山岳トンネルコンクリート厚測定装置）
次に、本実施の形態に係る山岳トンネルコンクリート厚測定装置について説明する。
(Mountain Tunnel Concrete Thickness Measuring Device)
Next, a mountain tunnel concrete thickness measuring device according to this embodiment will be described.
本実施の形態に係る山岳トンネルコンクリート厚測定装置は、上述した山岳トンネルコンクリート厚測定方法を装置として具現化したものであり、例えば入力部、記憶部、演算部、出力部とからなる。この山岳トンネルコンクリート厚測定装置は、例えばＣＰＵを有するコンピュータ、メモリ、ディスプレイ、キーボード等のハードウェア、これらハードウェアを用いて実行されるコンピュータプログラム等のソフトウェアにより構成することができる。 A mountain tunnel concrete thickness measuring device according to the present embodiment is an embodiment of the above-described mountain tunnel concrete thickness measuring method, and comprises, for example, an input section, a storage section, a calculation section, and an output section. This mountain tunnel concrete thickness measuring device can be composed of hardware such as a computer having a CPU, a memory, a display, a keyboard, etc., and software such as a computer program executed using these hardware.
入力部は、例えば３Ｄスキャナやキーボードなどで構成することができる。３Ｄスキャナは、覆工を施工する前のトンネル内面の３次元形状データ（点群データ）と、覆工を施工した後の覆工の表面の３次元形状データ（点群データ）をそれぞれ複数の計測点について取得する。３Ｄスキャナを用いた具体的な処理内容は、上記の山岳トンネルコンクリート厚測定方法のステップＳ１、Ｓ３で説明したものと同様であるので詳細な説明を省略する。 The input unit can be composed of, for example, a 3D scanner or a keyboard. The 3D scanner collects 3D shape data (point cloud data) of the inner surface of the tunnel before constructing the lining and 3D shape data (point cloud data) of the surface of the lining after constructing the lining. Get about measurement points. The specific processing contents using the 3D scanner are the same as those described in steps S1 and S3 of the method for measuring the thickness of concrete in mountain tunnels, so detailed description thereof will be omitted.
記憶部は、３Ｄスキャナで取得した３次元形状データ（点群データ）などを記憶するものである。記憶部は、例えばメモリなどの記憶媒体で構成することができる。 The storage unit stores three-dimensional shape data (point cloud data) obtained by the 3D scanner. The storage unit can be composed of a storage medium such as a memory, for example.
演算部は、例えばコンピュータとソフトウェアなどで構成することができる。演算部は、記憶部に記憶された３次元形状データ（点群データ）に基づいてトンネル内面と覆工の表面の間の距離を算定することにより、覆工厚を測定するものである。 The calculation unit can be configured by, for example, a computer and software. The calculation unit measures the lining thickness by calculating the distance between the inner surface of the tunnel and the surface of the lining based on the three-dimensional shape data (point cloud data) stored in the storage unit.
具体的には、この演算部は、選定手段と測定手段とからなる。選定手段は、所定の基準表面上に仮想的な仮想単位平面を設定し、この仮想単位平面をトンネル内面と覆工の表面に対して仮想単位平面の法線方向に投影した領域に存在する計測点を選定するものである。測定手段は、選定したトンネル内面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値と、選定した覆工の表面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値との差を算定することにより、覆工厚を測定するものである。この演算部の具体的な処理内容は、上記の山岳トンネルコンクリート厚測定方法のステップＳ２、Ｓ４で説明したものと同様であるので詳細な説明を省略する。 Specifically, this calculation unit comprises a selection means and a measurement means. The selection means sets a virtual unit plane on a predetermined reference surface, and measures existing in an area obtained by projecting this virtual unit plane onto the inner surface of the tunnel and the surface of the lining in the normal direction of the virtual unit plane. Select a point. The measurement means calculates the difference between the average distance from the virtual unit plane of the measurement points on the selected inner surface of the tunnel and the average distance from the virtual unit plane of the measurement points on the surface of the selected lining. , to measure the lining thickness. The specific processing contents of this calculation unit are the same as those explained in steps S2 and S4 of the mountain tunnel concrete thickness measuring method described above, so a detailed explanation will be omitted.
出力部は、上記の演算部による演算処理結果を出力するものである。出力部は、例えばディスプレイやプリンタなどで構成することができる。出力部による出力表示例は、図４の出力表示例Ａ、Ｂのようなものである。演算処理結果を可視化することにより、覆工厚の空間分布を容易に把握することができる。 The output unit outputs the result of arithmetic processing by the arithmetic unit. The output unit can be configured by, for example, a display or a printer. Examples of output display by the output unit are output display examples A and B in FIG. By visualizing the result of arithmetic processing, the spatial distribution of the lining thickness can be easily grasped.
このように構成した山岳トンネルコンクリート厚測定装置によれば、山岳トンネルのコンクリート構造物（吹付けコンクリート、覆工コンクリート）の表面を３Ｄスキャナで点群データとしてデジタル測量することにより、測定対象表面の凹凸状態（掘削素掘り表面、吹付け表面、覆工表面）とトンネル中心からの表面位置（施工目標線）が異なる２表面の点群データから２表面間の距離（コンクリート厚）を求めることができる。山岳トンネルのコンクリート構造物の出来形（吹付け表面、覆工表面）を可視化、数値化することにより、計画に対する余裕をリアルタイムに確認、照査、検測することができ、合理的な施工と施工管理を確実にすることが可能となる。また、従来できなかった２表面間の距離（コンクリート厚）の空間分布を可視化でき、構造物の設計に対する出来形不足の有無、余裕を空間的に確認、検測できるようになり、施工を確実にし、出来形を数値で保証することが可能となる。また、コンクリート構造物の出来形は、３次元形状データとして保存でき、トンネル内設備計画、構造物メンテナンスにも活用できる。 According to the mountain tunnel concrete thickness measuring device configured in this way, the surface of the concrete structure (shotcrete, lining concrete) of the mountain tunnel is digitally surveyed as point cloud data by a 3D scanner, thereby measuring the surface of the object to be measured. It is possible to obtain the distance (concrete thickness) between two surfaces from point cloud data of two surfaces with different unevenness (excavation surface, sprayed surface, lining surface) and surface position (construction target line) from the center of the tunnel. can. By visualizing and quantifying the finished form (blasted surface, lining surface) of the concrete structure of mountain tunnels, it is possible to confirm, verify, and inspect the allowance in real time, and rational construction and construction. It is possible to ensure management. In addition, it is possible to visualize the spatial distribution of the distance between two surfaces (concrete thickness), which was not possible in the past. It is possible to guarantee the finished form numerically. In addition, the finished shape of concrete structures can be saved as 3D shape data, which can be used for facility planning in tunnels and structural maintenance.
以上説明したように、本発明に係る山岳トンネルコンクリート厚測定方法によれば、トンネル内面に施工される覆工の覆工厚を測定する方法であって、覆工を施工する前のトンネル内面の３次元形状データと、覆工を施工した後の覆工の表面の３次元形状データをそれぞれ複数の計測点について３Ｄスキャナで取得するステップと、取得した３次元形状データに基づいてトンネル内面と覆工の表面の間の距離を算定することにより、覆工厚を測定するステップとを備えるので、測定結果を可視化することにより、覆工厚の空間分布を容易に把握することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, according to the mountain tunnel concrete thickness measuring method according to the present invention, a method for measuring the lining thickness of a lining to be constructed on the inner surface of a tunnel is A step of acquiring three-dimensional shape data and three-dimensional shape data of the surface of the lining after constructing the lining with a 3D scanner for each of a plurality of measurement points; and measuring the lining thickness by calculating the distance between the surfaces of the work, so that the spatial distribution of the lining thickness can be easily grasped by visualizing the measurement results.
また、本発明に係る他の山岳トンネルコンクリート厚測定方法によれば、所定の基準表面上に仮想的な仮想単位平面を設定し、この仮想単位平面をトンネル内面と覆工の表面に対して仮想単位平面の法線方向に投影した領域に存在する計測点を選定するステップと、選定したトンネル内面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値と、選定した覆工の表面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値との差を算定することにより、覆工厚を測定するステップとを備えるので、仮想単位平面を用いて覆工厚を比較的精度よく測定することができる。 Further, according to another mountain tunnel concrete thickness measuring method according to the present invention, a virtual unit plane is set on a predetermined reference surface, and this virtual unit plane is virtual with respect to the inner surface of the tunnel and the surface of the lining. A step of selecting measurement points existing in an area projected in the normal direction of the unit plane, an average value of the distance from the virtual unit plane of the selected measurement points on the inner surface of the tunnel, and the number of measurement points on the surface of the selected lining. and measuring the lining thickness by calculating the difference from the average value of the distance from the virtual unit plane. Therefore, the lining thickness can be measured with relatively high accuracy using the virtual unit plane.
また、本発明に係る山岳トンネルコンクリート厚測定装置によれば、トンネル内面に施工される覆工の覆工厚を測定する装置であって、覆工を施工する前のトンネル内面の３次元形状データと、覆工を施工した後の覆工の表面の３次元形状データをそれぞれ複数の計測点について取得する３Ｄスキャナと、取得した３次元形状データに基づいてトンネル内面と覆工の表面の間の距離を算定することにより、覆工厚を測定する測定手段とを備えるので、測定結果を可視化することにより、覆工厚の空間分布を容易に把握することができる。 Further, according to the mountain tunnel concrete thickness measuring device according to the present invention, the device measures the lining thickness of the lining constructed on the inner surface of the tunnel, and the three-dimensional shape data of the inner surface of the tunnel before constructing the lining A 3D scanner that acquires three-dimensional shape data of the surface of the lining after constructing the lining for each of a plurality of measurement points, and a space between the inner surface of the tunnel and the surface of the lining based on the acquired three-dimensional shape data. Since the measuring means for measuring the lining thickness is provided by calculating the distance, the spatial distribution of the lining thickness can be easily grasped by visualizing the measurement results.
また、本発明に係る他の山岳トンネルコンクリート厚測定装置によれば、所定の基準表面上に仮想的な仮想単位平面を設定し、この仮想単位平面をトンネル内面と覆工の表面に対して仮想単位平面の法線方向に投影した領域に存在する計測点を選定する選定手段と、選定したトンネル内面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値と、選定した覆工の表面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値との差を算定することにより、覆工厚を測定する測定手段とを備えるので、仮想単位平面を用いて覆工厚を比較的精度よく測定することができる。 Further, according to another mountain tunnel concrete thickness measuring device according to the present invention, a virtual unit plane is set on a predetermined reference surface, and this virtual unit plane is virtual with respect to the inner surface of the tunnel and the surface of the lining. Selection means for selecting measurement points existing in the area projected in the normal direction of the unit plane, the average value of the distance from the virtual unit plane of the selected measurement points on the inner surface of the tunnel, and the measurement points on the surface of the selected lining and a measuring means for measuring the lining thickness by calculating the difference from the average value of the distance from the virtual unit plane, so that the lining thickness can be measured with relatively high accuracy using the virtual unit plane can.
以上のように、本発明に係る山岳トンネルコンクリート厚測定方法および測定装置は、山岳トンネルの吹付けコンクリートの吹付け厚や、覆工コンクリートの覆工巻厚などの覆工厚を測定するのに有用であり、特に、覆工厚の空間分布を容易に把握するのに適している。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the mountain tunnel concrete thickness measuring method and the measuring device according to the present invention are used to measure the lining thickness of mountain tunnels, such as the shot thickness of shot concrete and the lining thickness of lining concrete. It is useful, and particularly suitable for easily grasping the spatial distribution of lining thickness.
Claims (2)
覆工を施工する前のトンネル内面の３次元形状データと、覆工を施工した後の覆工の表面の３次元形状データをそれぞれ複数の計測点について３Ｄスキャナで取得する取得ステップと、
取得した３次元形状データに基づいてトンネル内面と覆工の表面の間の距離を算定することにより、覆工厚を測定する測定ステップと、
所定の基準表面上に仮想的な仮想単位平面を設定し、この仮想単位平面をトンネル内面と覆工の表面に対して仮想単位平面の法線方向に投影した領域に存在する計測点を選定する選定ステップとを有し、
前記測定ステップは、選定したトンネル内面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値と、選定した覆工の表面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値との差を算定することにより、覆工厚を測定することを特徴とする山岳トンネルコンクリート厚測定方法。 A method for measuring the lining thickness of a lining constructed on the inner surface of a tunnel, comprising:
an acquisition step of acquiring, with a 3D scanner, 3D shape data of the inner surface of the tunnel before constructing the lining and 3D shape data of the surface of the lining after constructing the lining at a plurality of measurement points;
a measuring step of measuring the lining thickness by calculating the distance between the inner surface of the tunnel and the surface of the lining based on the acquired three-dimensional shape data ;
A virtual unit plane is set on a predetermined reference surface, and measurement points existing in an area obtained by projecting this virtual unit plane onto the inner surface of the tunnel and the surface of the lining in the normal direction of the virtual unit plane are selected. a selection step;
In the measuring step, the difference between the average value of the distance from the virtual unit plane of the measurement points on the selected tunnel inner surface and the average value of the distance from the virtual unit plane of the measurement points on the surface of the selected lining is calculated. A mountain tunnel concrete thickness measuring method , characterized in that the lining thickness is measured by :
覆工を施工する前のトンネル内面の３次元形状データと、覆工を施工した後の覆工の表面の３次元形状データをそれぞれ複数の計測点について取得する３Ｄスキャナと、
取得した３次元形状データに基づいてトンネル内面と覆工の表面の間の距離を算定することにより、覆工厚を測定する測定手段と、
所定の基準表面上に仮想的な仮想単位平面を設定し、この仮想単位平面をトンネル内面と覆工の表面に対して仮想単位平面の法線方向に投影した領域に存在する計測点を選定する選定手段とを備え、
前記測定手段は、選定したトンネル内面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値と、選定した覆工の表面の計測点の仮想単位平面からの距離の平均値との差を算定することにより、覆工厚を測定することを特徴とする山岳トンネルコンクリート厚測定装置。 A device for measuring the lining thickness of a lining constructed on the inner surface of a tunnel,
A 3D scanner that acquires three-dimensional shape data of the inner surface of the tunnel before constructing the lining and three-dimensional shape data of the surface of the lining after constructing the lining for each of a plurality of measurement points;
a measuring means for measuring the lining thickness by calculating the distance between the inner surface of the tunnel and the surface of the lining based on the acquired three-dimensional shape data ;
A virtual unit plane is set on a predetermined reference surface, and measurement points existing in an area obtained by projecting this virtual unit plane onto the inner surface of the tunnel and the surface of the lining in the normal direction of the virtual unit plane are selected. and a selection means,
The measuring means calculates the difference between the average value of the distance from the virtual unit plane of the measurement points on the selected tunnel inner surface and the average value of the distance from the virtual unit plane of the measurement points on the surface of the selected lining. A mountain tunnel concrete thickness measuring device characterized by measuring the lining thickness by
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