JP7283708B2

JP7283708B2 - 走向傾斜測定装置及び走向傾斜の測定方法

Info

Publication number: JP7283708B2
Application number: JP2022078227A
Authority: JP
Inventors: 誠宇田; 孝仁舟橋; 俊滉小山; 宏史宮原
Original assignee: Mac Co Ltd
Current assignee: Mac Co Ltd
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2022-05-11
Publication date: 2023-05-30
Anticipated expiration: 2038-02-27
Also published as: JP2022109302A

Description

本発明は、トンネル掘削工事における切羽で露出する地層面の走向と傾斜を測定する走向傾斜測定装置及び走向傾斜の測定方法に関する。

従来から、トンネル工事において、前方探査により切羽の先の岩盤・地質状況を推測することが非常に重要である。この前方探査技術には、ボーリング探査、ＴＳＰ（発破反射波）探査、弾性波探査、電気探査、削岩機探査等があるものの、最も重要なのが、岩盤面や地層面の走向傾斜を日々の切羽観察調査で測定することである。
しかしながら、走向傾斜を測定するには、クリノメータという測定器具で切羽の地層面を直接測定する必要があり、急いで測定する必要があった。

そこで、安全性を確保しつつ、切羽を観測するシステムが提案されている（特許文献１参照）。
特許文献１で提案されたシステムでは、切羽を撮像した撮像画像データから亀裂の位置座標を測定するものである。

しかしながら、撮像画像データから亀裂の位置座標を測定するためには、コンピュータの処理負荷が高く、位置座標を算出するために時間がかかったり、撮像画像の写り具合によっては亀裂が検出できなかったりといった問題があった。

特開平１１－６２４６５号公報

そこで本発明では、トンネルの切羽で露出する地層面の走向と傾斜を安全かつ正確に測定する走向傾斜測定装置及び走向傾斜の測定方法を提供することを目的とする。

この発明は、トンネルの切羽において露出する地層面における測点までの距離と、基準方向に対する角度を測定する測定手段と、仮想面を構成可能な少なくとも三点の前記測点の三次元座標位置である測定結果に基づいて前記地層面と水平面との交線の方向である走向及び該走向と水平面とでなす角度である傾斜を算出する算出手段と、前記測定手段における前記測点に対する測定方向と距離測定とを制御する制御部が備えられ、前記制御部は、四点以上の前記測点を測定し、前記算出手段は、測定した四点以上の前記測点の測定結果から構成され、前記地層面における同じ箇所を含む、ふたつ以上の仮想三角面のそれぞれについて前記走向及び前記傾斜を算出する走向傾斜測定装置であることを特徴とする。

また、この発明は、トンネルの切羽において露出する地層面における測点までの距離と、基準方向に対する角度とを、仮想面を構成する少なくとも三点測定する測定工程と、少なくとも三点の前記測点の測定結果に基づいて前記地層面と水平面との交線の方向である走向及び該走向と水平面とでなす角度である傾斜を算出する算出工程とを行い、前記測定工程において、四点以上の前記測点を測定し、前記算出工程において、測定した四点以上の前記測点の測定結果から構成され、前記地層面における同じ箇所を含む、ふたつ以上の仮想三角面のそれぞれについて前記走向及び前記傾斜を算出する走向傾斜の測定方法であることを特徴とする。

上記測定手段は、トータルステーションや光波測距儀としてもよい。
上述の基準方向に対する角度、基準方向に対する水平方向及び垂直方向のうち少なくとも一方の回転角をいう。

上記地層面は、露出する断層、亀裂面、あるいは岩塊の掘削面や不連続面などである。

上記走向傾斜測定装置は、装置単体で構成してもよいし、複数の装置で構成されたユニットで構成されてもよい。

「上述の仮想面を構成可能な三点」は直線状に並んでいない三点であり、「仮想面を構成可能な少なくとも三点」は、直線状に並んでいない三点で仮想面が構成できれば、それ以上の測点は仮想面上の測点であってもよいし、仮想面上にはない測点であってもよい。

上記「四点以上の前記測点」は、仮想面を構成できる三点以外は他の二点とを結ぶ直線上にあってもよいし、直線上になくてもよい。
また、「四点以上の前記測点」は、仮想面を構成できる三点を含めてランダム配置されていてもよいし、例えば格子状配置や千鳥状配置など、所定間隔を隔てるとともに、所定方向に配置されていてもよい。なお、仮想三角面は、三角面が構成できれば、その他の測点を付加して多角形面を構成してもよい。

この発明により、トンネルの切羽で露出する地層面の走向と傾斜を安全かつ正確に測定することができる。
詳述すると、測定手段によって、トンネルの切羽において露出する地層面における、仮想面を構成可能な三点の前記測点までの距離と、基準方向に対する角度を測定することができる。そして、算出手段によって、三次元座標位置である測定結果に基づいて前記地層面と水平面との交線の方向である走向及び該走向と水平面とでなす角度である傾斜を算出することができる。
これにより、切羽で露出する地層面をクリノメータによって直接測定する場合に比べ、地層面の走向と傾斜を安全かつ正確に測定することができる。

また、前記制御部は、四点以上の前記測点を測定し、前記算出手段は、測定した四点以上の前記測点の測定結果から構成されるふたつ以上の仮想三角面に基づいて前記走向及び前記傾斜を算出するため、地層面の走向と傾斜を誤差の少なく測定することができる。

詳述すると、人工物でない地層面において測定した測点のうち一点が、例えば地層面から凹状あるいは凸状となる位置である場合、三点の前記測点で構成される仮想三角面は地層面の主たる方向に対して大きく傾く可能性があるが、異なるふたつ以上の仮想三角面を構成する測点を測定することで、上述のような凹状あるいは凸状となる位置の測点以外で仮想三角面を構成でき、地層面の走向と傾斜を誤差の少なく測定することができる。

またこの発明の態様として、前記算出手段は、測定した四点以上の前記測点の測定結果から大きさ及び向きのうち少なくとも一方が異なるふたつ以上の仮想三角面に基づいて前記走向及び前記傾斜を算出してもよい。
この発明により、大きさ及び向きのうち少なくとも一方が異なるふたつ以上の仮想三角面を構成する測点を測定することで、地層面の走向と傾斜について誤差がより少ない測定結果を得ることができる。

この発明の態様として、前記測定手段は、前記測点に対してレーザ光を照射するとともに、前記測点で反射した反射レーザ光を受光して、前記測点までの距離を測定するノンプリズム型トータルステーションであってもよい。

上述の「前記ノンプリズム型トータルステーションにおける前記測点に対する測定方向と距離測定とを制御する」とは、前記測点を測定した際の基準方向に対する前記ノンプリズム型トータルステーションにおける水平方向及び垂直方向のうち少なくとも一方の回転角を制御するとともに、距離測定の実行を制御することをいう。

この発明により、より安全に地層面の走向と傾斜を測定することができる。
詳述すると、ノンプリズム型トータルステーションを用いることにより、切羽の測点にプリズムをセットすることなく、測点の三次元座標を測定することができる。また、制御部が、前記ノンプリズム型トータルステーションにおける前記測点に対する測定方向と距離測定とを制御するため、一人での測点の測定を実行することができる。
また、複数の測点の測定を人為的に行う場合に比べて、正確性及び迅速性が高く、より安全に地層面の走向と傾斜を測定することができる。

またこの発明の態様として、少なくとも三点の前記測点うち最初に測定する前記測点を第１測点とし、前記制御部は、前記第１測点から所定間隔を隔てた二点以上の前記測点の測定を制御してもよい。
この発明により、所定間隔を隔てた複数の測点の測定結果に基づいて、地層面の走向と傾斜を測定することができる。

詳しくは、単に複数の測点を測定する場合、測点間隔が小さいと測定結果に大きな誤差が生じる可能性があるが、所定間隔を隔てた複数の測点の測定結果に基づいて地層面の走向と傾斜を測定するため、所定の精度で測定することができる。

またこの発明の態様として、前記所定間隔を、クリノメータの寸法に基づく基準距離としてもよい。
この発明により、地層面の走向と傾斜との測定として一般化されたクリノメータによる測定と同程度以上の測定精度で測定することができる。

本発明により、トンネルの切羽で露出する地層面の走向と傾斜を安全かつ正確に測定する走向傾斜測定装置及び走向傾斜の測定方法を提供することができる。

走向傾斜測定の概略斜視図。走向傾斜測定システムの概略ブロック図。走向傾斜測定システムで測定する切羽の概略斜視図。走向傾斜測定システムで測定する切羽の概略説明図。走向傾斜測定のフローチャート。走向傾斜測定の算出処理についてのフローチャートによる説明図。測点による仮想三角面についての概略説明図。測点による仮想三角面についての概略説明図。測点による仮想三角面についての概略説明図。

この発明の一実施形態を以下図面と共に説明する。
図１は走向傾斜測定の概略斜視図を示し、図２は走向傾斜測定システム１の概略ブロック図を示し、図３は走向傾斜測定システム１で測定する切羽Ｆの概略斜視図を示し、図４は走向傾斜測定システム１で測定する切羽Ｆの概略説明図を示している。詳しくは、図４（ａ）は切羽Ｆの拡大縦断面図を示し、図４（ｂ）は切羽Ｆの拡大平面図を示している。

図５は走向傾斜測定のフローチャートを示し、図６は走向傾斜測定の算出処理についてのフローチャートによる説明図を示している。詳しくは、図６（ａ）はひとつの仮想三角面Ｖｔによって走向傾斜を測定する場合のフローチャートを示し、図６（ｂ）は複数の仮想三角面Ｖｔによって走向傾斜を測定する場合のフローチャートを示している。

図７乃至図９は測点による仮想三角面Ｖｔについての概略説明図を示している。詳述すると、図７は４点の測点Ｋ１乃至Ｋ４によって向き異なる仮想三角面Ｖｔ１、Ｖｔ２を構成する場合の説明図を示し、図８は８点の測点Ｋ５乃至Ｋ１２によって４つの仮想三角面Ｖｔ３乃至Ｖｔ６を構成する場合の説明図を示し、図９は６点の測点Ｋ１３乃至Ｋ１８によってふたつの大きさの異なる仮想三角面Ｖｔ７、Ｖｔ８を構成する場合の説明図を示している。

図７（ａ）は向きの異なるふたつの仮想三角面Ｖｔを構成する四つの測点Ｋ１乃至Ｋ４の配置の概略図を示し、図７（ｂ）及び図７（ｃ）は大きさの異なるふたつの仮想三角面Ｖｔ１，Ｖｔ２を示している。
図８（ａ）は４つの仮想三角面Ｖｔを構成する場合の８点の測点Ｋ５乃至Ｋ１２の配置の概略図を示し、図８（ｂ）乃至図８（ｅ）は４つの仮想三角面Ｖｔ３乃至Ｖｔ６を示している。
図９（ａ）は大きさの異なるふたつの仮想三角面Ｖｔ７，Ｖｔ８を構成する６つの測点Ｋ１３乃至Ｋ１８の配置の概略図を示し、図９（ｂ）及び図９（ｃ）は大きさの異なるふたつの仮想三角面Ｖｔ７，Ｖｔ８を示している。

走向傾斜測定システム１は、トンネルＴｎの切羽Ｆにおいて露出する岩盤や地層などの露出地層面Ｓにおける走向と傾斜（以下において走向傾斜という）を算出するシステムであり、測定手段に相当するトータルステーション１０と、算出手段に相当する算出部２２を備えたコントロールボックス２０と、現場管理事務所などに配置した管理ＰＣ３０とで構成している。

走向傾斜測定システム１で走向傾斜を測定する切羽Ｆは、トンネル工事において掘進方向における掘削面であり、切羽Ｆより前方の岩盤・地質状況を予測することが掘進にとって非常に重要であり、さまざまな前方探査方法はあるものの、日々の切羽観察調査において測定した露出地層面Ｓの走向傾斜が有益な情報となる。

そのため、走向傾斜測定システム１では、露出地層面Ｓに設けた測点Ｋをトータルステーション１０で測定し、トータルステーション１０で測定した測定結果に基づいてコントロールボックス２０で露出地層面Ｓの走向傾斜を算出するとともに、管理ＰＣ３０で管理するように構成している。

なお、走向傾斜は、図３に示すように、切羽Ｆの露出地層面Ｓと、仮想水平面Ｖｈとが交わる仮想交線ＣＬの方向角Ｄａを走向といい、仮想水平面Ｖｈに対する露出地層面Ｓの鉛直方向の傾斜角度Ｔａを傾斜という。このとき、方向角Ｄａは、南北方向をＸ軸方向、東西方向をＹ軸方向とした平面座標系において真北からの方向角を示している。

走向傾斜測定システム１を構成するトータルステーション１０は、ノンプリズム型のトータルステーションであり、制御部１１、測定部１２、駆動部１３、記憶部１４、及び通信部１５など、表示部や操作部などの標準的な装備に加えて少なくとも測点Ｋまでの距離及び基準方向に対する方向を測定可能な構成を備えている。

制御部１１は、ＣＰＵ等で構成され、後述する記憶部１４に記憶する各種プログラムを実行して、制御部１１に接続された各要素を制御するように構成している。
測定部１２は、図１におけるａ部拡大図に図示するように、測点Ｋを視準し、測点Ｋに向けてレーザ光を照射し、測点Ｋで反射した反射レーザ光を受光して、測点Ｋまでの距離を測定することができる。また、測点Ｋまでの距離を測定した際のレーザ光の照射方向、つまり、基準方向からの水平方向及び鉛直方向の方向角を特定することができる。

駆動部１３は、測定部１２によるレーザ光の照射方向が所定方向に向くように駆動する機構であり、モータやアクチュエータ等の駆動機構によって構成されている。
記憶部１４は、ＲＯＭやＲＡＭ、あるいはＳＳＤで構成され、トータルステーション１０における各要素を制御するための各種プログラムを記憶するとともに、測定部１２で測定した測点Ｋの測定結果データや、基準点の座標値データなどを記憶している。

通信部１５は、後述するコントロールボックス２０の通信部２５と無線通信可能に構成されており、通信部２５と直接赤外線や所定周波数の無線で通信可能に接続されてもよいし、インターネット網を介して接続されていてもよい。また、通信部２５を介してコントロールボックス２０とは無線のみならず、有線で通信可能に構成してもよい。

このように構成されたトータルステーション１０では、測定部１２、駆動部１３、記憶部１４及び通信部１５は、制御部１１に接続され、制御部１１の制御に基づいて稼働するように構成されている。

トータルステーション１０とで走向傾斜測定システム１を構成するコントロールボックス２０は、トータルステーション１０による測定結果に基づいて露出地層面Ｓの走向傾斜を算出する制御装置であり、制御部２１、算出部２２、表示操作部２３、記憶部２４、及び通信部２５などで構成している。

なお、図１におけるｂ部拡大図に図示するように、コントロールボックス２０はタブレットで構成してもよいし、ノート型のパーソナルコンピュータで構成してもよいし、デスクトップ型のパーソナルコンピュータで構成してもよい。

制御部２１は、ＣＰＵ等で構成され、後述する記憶部２４に記憶する各種プログラムを実行して、制御部２１に接続された各要素を制御するように構成している。
算出部２２は、ＣＰＵ等の演算処理部で構成され、後述する記憶部２４に記憶する各種プログラムを実行して、制御部２１に接続された各要素を制御するように構成している。

タブレットで構成したコントロールボックス２０の表示操作部２３は、出力表示部を構成するディスプレイがタッチパネルで構成され、トータルステーション１０によう露出地層面Ｓの走向傾斜を測定するための入力操作や、各種設定事項の入力操作を行う操作表示画面で構成している。なお、コントロールボックス２０においてタッチパネルで構成された表示操作部２３には、トータルステーション１０によって測定された測定結果が表示されるように構成している。

記憶部２４は、ＲＯＭやＲＡＭ、あるいはＳＳＤで構成され、コントロールボックス２０を制御するための各種プログラムを記憶するとともに、トータルステーション１０から受信した測点Ｋの測定結果データや算出部２２で算出した走向傾斜データなどを記憶している。

通信部２５は、上述のトータルステーション１０の通信部１５と無線通信可能に構成されており、通信部２５と直接赤外線や所定周波数の無線で通信可能に接続されてもよいし、インターネット網を介して接続されていてもよい。また、上述したように、通信部１５を介してトータルステーション１０とを有線で通信可能に構成してもよい。

管理ＰＣ３０は、Ｔｎから離れた現場管理事務所等に配置され、コントロールボックス２０で算出された走向傾斜のデータを管理するパーソナルコンピュータであり、制御部３１、操作部３３、記憶部３４、及び通信部３５などで構成している。

制御部３１は、ＣＰＵ等で構成され、後述する記憶部３４に記憶する各種プログラムを実行して、制御部３１に接続された各要素を制御するように構成している。
操作部３３は、キーボードやマウスなどで構成され、記憶部３４に記憶した走向傾斜データを表示したり、データ整理したりするように構成している。

記憶部３４は、ＲＯＭやＲＡＭ、あるいはＳＳＤで構成され、管理ＰＣ３０を制御するための各種プログラムを記憶するとともに、コントロールボックス２０から受信した走向傾斜データなどを記憶している。
通信部３５は、上述のコントロールボックス２０の通信部２５と、例えばＬＡＮ回線ｉなどを介して通信可能に接続されている。

このように構成した走向傾斜測定システム１を用いて露出地層面Ｓの走向傾斜を測定するには、コントロールボックス２０の算出部２２により、例えば、図７（ａ）に示すように露出地層面Ｓにおける仮想三角面Ｖｔを構成する三点の測点Ｋ１乃至Ｋ３（式１参照）を測定し、三点の測点Ｋ１乃至Ｋ３で構成された仮想三角面Ｖｔを含む露出地層面Ｓを式２にて表す。

ａＸ＋ｂＹ＋ｃＺ＋ｄ＝０・・・（式２）

この露出地層面Ｓと平行でない、すなわち法線ベクトル（ａ，ｂ，ｃ）と異なる法線ベクトルを有する平面Ｓ_０（式３参照）と露出地層面Ｓとの交線ベクトル（仮想交線ＣＬ）は、（ａ，ｂ，ｃ）及び（ａ_０，ｂ_０，ｃ_０）のそれぞれと直交するため、それぞれとの内積がゼロとなるベクトル（ａ_１，ｂ_１，ｃ_１）を算出する。
ａ_０Ｘ＋ｂ_０Ｙ＋ｃ_０Ｚ＋ｄ_０＝０・・・（式３）

そして、平面Ｓ_０のうちＸＹ平面（Ｚ＝０）である仮想水平面Ｖｈの場合におけるベクトル（ａ_１，ｂ_１，ｃ_１）つまり仮想交線ＣＬの方向角Ｄａが露出地層面Ｓの走向となる。

また、露出地層面Ｓの傾斜は法線ベクトル（ａ，ｂ，ｃ）の各成分に基づいて仮想水平面Ｖｈに対する傾斜角度Ｔａを、式４にて表される角度から算出し、露出地層面Ｓの傾斜とする。

Ｔａ＝ｔａｎ^－１（（（ａ^２＋ｂ^２）^１／２）／ｃ）・・・（式４）

このようにして、コントロールボックス２０の算出部２２によって、露出地層面Ｓの走向傾斜を算出する走向傾斜測定システム１を用いて、露出地層面Ｓの走向傾斜を測定する測定方法について、図５乃至図９とともに説明する。

まず、露出地層面Ｓの走向傾斜を測定するために、トンネルＴｎ内にトータルステーション１０をセットする（ステップｓ１）。このとき、少なくとも平面座標系における座標値が既知である基準点において、切羽Ｆがよく見える箇所にセットする。なお、トータルステーション１０の測定精度上、切羽Ｆから１００ｍ以内の範囲にセットすることで精度のよい測定を行うことができる。

そして、トータルステーション１０をセットした基準点を機械点Ｍｐとして、トータルステーション１０で座標値が既知である基準点をバックポイントＢｐとして視準し、機械点Ｍｐに対するバックポイントＢｐを視準する方向を基準方向とする。なお、トータルステーション１０を自動でバックポイントＢｐを視準するように構成してもよい。

続いて、露出地層面Ｓにおける測点Ｋについてコントロールボックス２０を用いて入力する（ステップｓ２）。具体的には、測点Ｋの点数や、測点Ｋ同士の間隔（以下において測点間距離Ｉｓという）などを入力する。このとき、測点間距離Ｉｓは、走向傾斜を測定する測定治具であるクリノメータ（図示省略）の長辺と同じ１０ｃｍに設定するとよい。

測点Ｋの点数が三点である場合、仮想三角面Ｖｔは一つしか設定できないが、例えば、図７（ａ）に示すように、測点Ｋ１乃至Ｋ４のように四点の測点Ｋを測定すると、図７（ｂ）に示す仮想三角面Ｖｔ１と図７（ｃ）に示す仮想三角面Ｖｔ２とのように向きが異なるふたつの仮想三角面Ｖｔを設定することができる。

具体的には、測点Ｋ１に対して同じ測点間距離Ｉｓの測点Ｋ２，Ｋ３に対して、測点Ｋ４が同じ測点距離で設定されている。そして、図７（ｂ）に示すような測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３で構成する仮想三角面Ｖｔ１と、図７（ｃ）に示すような測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ４で構成する仮想三角面Ｖｔ２とは、同じ大きさであるが、測点Ｋ１，Ｋ２との間の垂直線（図７において上下方向の線）に対して対称な向きである。

なお、図７では測点間距離Ｉｓを等しく設定した測点Ｋ１乃至Ｋ４は正方形に配置されるが、測点Ｋ１，Ｋ２に対して測点Ｋ３や測点Ｋ４を適宜配置し、例えば長方形状、台形状、平行四辺形状など適宜の仮想形状を構成できるように、配置してもよい。さらには、４点以上で構成してもよい。

また、図８（ａ）に示すように、測点Ｋ５乃至Ｋ１２の８点の測点Ｋを測定することで、大きさは同じであるが、向きがそれぞれ９０度ずつ異なる４つの仮想三角面Ｖｔ３乃至Ｖｔ６（図８（ｂ）乃至（ｅ）参照）を構成することができる。

具体的には、図８（ａ）に示すように、測点Ｋ５に対して同じ測点間距離Ｉｓの測点Ｋ７，Ｋ１０に対して、測点Ｋ１２が同じ測点距離で設定し、測点Ｋ５と測点Ｋ７との中間に測点Ｋ６、測点Ｋ５と測点Ｋ１０の中間に測点Ｋ８、測点Ｋ７と測定部１２との中間に測点Ｋ９、並びに測点Ｋ１０と測点Ｋ１２の中間に測点Ｋ１１を設けている。

そして、図８（ｂ）に示すように、測点Ｋ５、測点Ｋ７，Ｋ１１で仮想三角面Ｖｔ３を構成し、図８（ｃ）に示すように、測点Ｋ６、測点Ｋ１２，Ｋ１０で仮想三角面Ｖｔ４を構成し、図８（ｄ）に示すように、測点Ｋ５、測点Ｋ９，Ｋ１０で仮想三角面Ｖｔ５を構成し、図８（ｅ）に示すように、測点Ｋ８、測点Ｋ７，Ｋ１２で仮想三角面Ｖｔ６を構成することができる。

なお、仮想三角面Ｖｔ３と仮想三角面Ｖｔ４とは上下対称な向きであり、仮想三角面Ｖｔ５と仮想三角面Ｖｔ６とは左右対称な向きとなる。そして、仮想三角面Ｖｔ５と仮想三角面Ｖｔ６とは仮想三角面Ｖｔ３と仮想三角面Ｖｔ４に対して９０度交差する方向の向きとなる。

また、図９に示すように、測点Ｋ１３乃至Ｋ１８の６点の測点Ｋを測定することで、形状や向きは同じであるが、大きさが異なる仮想三角面Ｖｔ７及びＶｔ８（図９（ｂ），（ｃ）参照）を構成することができる。

具体的には、図９（ａ）に示すように、測点Ｋ１３，Ｋ１６，Ｋ１８を同じ測点間距離Ｉｓで設定するとともに、測点Ｋ１４，Ｋ１５，Ｋ１７を同じ測点間距離Ｉｓで設定する。
そして、図９（ｂ）に示すように、測点Ｋ１４，Ｋ１５，Ｋ１７で仮想三角面Ｖｔ７を構成し、図９（ｃ）に示すように、測点Ｋ１３，Ｋ１６，Ｋ１８で仮想三角面Ｖｔ８を構成することができる。そして、仮想三角面Ｖｔ７と仮想三角面Ｖｔ８とは向きも形状も同じであるが大きさが異なる相似形状である。

なお、仮想三角面Ｖｔ７の測点Ｋ１４を、仮想三角面Ｖｔ８の測点Ｋ１３と一致させる、つまり測点Ｋ１３を測点Ｋ１４として用いることで、測定する測点Ｋの数を減らすことができる。また、図９では、仮想三角面Ｖｔ７と仮想三角面Ｖｔ８とは大きさが異なるものの、相似形状で形成したが、大きさとともに形状が異なる仮想三角面Ｖｔを設定してもよい。

そして、露出地層面Ｓにおいて測定する複数の測点Ｋのうち基準となる第１測点Ｋｆを視準して、操作入力することで第１測点Ｋｆの測定を開始することができる（測定処理：ステップｓ３）。この測定処理では、第１測点Ｋｆにレーザ光を照射し、第１測点Ｋｆで反射した反射レーザ光を入射することで、トータルステーション１０から第１測点Ｋｆまでの距離を測定できるとともに、基準方向に対する角度を読み取ることができる。

続いて、他の測点Ｋを計測するため、走向傾斜測定システム１は、制御部１１によって駆動部１３を制御してトータルステーション１０を他の測点Ｋに向いてレーザ光を照射できるように駆動させてから、次の測点Ｋについて測定する。

このとき、制御部１１は、測定した第１測点Ｋｆの距離情報に基づいて、露出地層面Ｓにおける測点Ｋ同士の間隔が操作入力された測点間距離Ｉｓとなるような角度で駆動部１３を駆動させてから測点Ｋに対して測定する。これを、操作入力された測点数分繰り返す。そして、測定部１２によって測定した第１測点Ｋｆを含む測点Ｋの測定結果を記憶部１４に記憶するとともに、通信部１５を介してコントロールボックス２０に送信する。

通信部２５を介してトータルステーション１０から送信された測定結果情報に基づき、算出部２２によって、上述したような算出方法で仮想三角面Ｖｔの方向や露出地層面Ｓの走向傾斜を算出する（算出処理：ステップｓ４）。

具体的には、算出部２２は、図６（ａ）に示すように、今回の測点Ｋの測定結果を読込み（ステップｔ１）、読み込んだ測点Ｋ１乃至Ｋ３で構成する仮想三角面Ｖｔの方向や走向傾斜を算出する（ステップｔ２）。

次に、四点以上の測点Ｋに基づいて算出する算出処理について、図７に示すように四点の測点Ｋ（Ｋ１乃至Ｋ４）を測定し、複数の仮想三角面Ｖｔ１、Ｖｔ２を設定した場合を例として、説明する。
四点以上の測点Ｋを測定した場合、図６（ｂ）に示すように、測定結果を読込む（ステップｕ１）。そして、読み込んだ複数の測点Ｋの測定結果から、仮想三角面Ｖｔを構成する測点を抽出する（ステップｕ２）。

図７に示す測点Ｋ１乃至Ｋ４の場合、仮想三角面Ｖｔ１を構成する測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３を抽出する。そして、抽出した測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３の測定結果から測点Ｋ１乃至Ｋ３で構成する仮想三角面Ｖｔ１の方向や走向傾斜を算出する（ステップｕ３）。

これをすべての仮想三角面Ｖｔに対して行う（ステップｕ４）。具体的には、仮想三角面Ｖｔ２を構成する測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ４を抽出し、抽出した測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ４の測定結果から測点Ｋ１，Ｋ２，Ｋ４で構成する仮想三角面Ｖｔ２の方向や走向傾斜を算出する（ステップｕ３）。

次に、複数の仮想三角面Ｖｔの算出した走向傾斜を比較する（ステップｕ５）。露出地層面Ｓが均一な平面である場合、露出地層面Ｓ上のいずれの測点Ｋで構成した仮想三角面Ｖｔに基づいて算出した傾斜方向は一致するが、自然物であり、表面が凹凸状である露出地層面Ｓ上の仮想三角面Ｖｔは、仮想三角面Ｖｔを構成する測点Ｋによって走向傾斜は異なってくる。そのため、複数の測点Ｋによって構成される仮想三角面Ｖｔの走向傾斜を比較することで測定精度を向上することができる。

そのための比較方法はいろいろあるが、例えば、複数の仮想三角面Ｖｔに基づく走向傾斜を平均して露出地層面Ｓの走向傾斜としたり、三面以上の仮想三角面Ｖｔに基づく場合、複数の走向傾斜を近似するグループとそれ以外で分け、近似するグループ内の走向傾斜で平均値としたりすることができる。また、走向傾斜同士を直接比較するのではなく、仮想三角面Ｖｔを構成する測点Ｋを比較し、大きくずれる測点Ｋを含んで構成する仮想三角面Ｖｔを除外するように構成してもよい。

なお、上述のような算出処理により算出された走向傾斜を、ステップｓ４において、記憶部２４に記録するとともに、管理ＰＣ３０に送信して管理ＰＣ３０の記憶部３４で記憶して管理し（ステップｓ５）、露出地層面Ｓの走向傾斜の測定を終了する。

上述したように、走向傾斜測定システム１は、トンネルＴｎの切羽Ｆにおいて露出する露出地層面Ｓにおける測点Ｋまでの距離と、基準方向に対する角度を測定するトータルステーション１０と、仮想水平面Ｖｈを構成可能な少なくとも三点の測点Ｋの三次元座標位置である測定結果に基づいて露出地層面Ｓと仮想水平面Ｖｈとの仮想交線ＣＬの方向である走向及び露出地層面Ｓと仮想水平面Ｖｈとでなす角度である傾斜を算出する算出部２２を有するコントロールボックス２０とを備えている。

また、走向傾斜測定システム１を用いた走向傾斜の測定方法は、トンネルＴｎの切羽Ｆにおいて露出する露出地層面Ｓにおける測点Ｋまでの距離と、基準方向に対する角度とを、仮想水平面Ｖｈを構成する少なくとも三点測定する測定処理（ステップｓ３）と、少なくとも三点の測点Ｋの測定結果に基づいて露出地層面Ｓと仮想水平面Ｖｈとの仮想交線ＣＬの方向である走向及び露出地層面Ｓと仮想水平面Ｖｈとでなす角度である傾斜を算出する算出処理（ステップｓ４）とを行う。

このため、安全かつ正確にトンネルＴｎの切羽Ｆで露出する露出地層面Ｓの走向と傾斜を測定することができる。
詳述すると、トータルステーション１０によって、トンネルＴｎの切羽Ｆにおいて露出する露出地層面Ｓにおける、仮想水平面Ｖｈを構成可能な少なくとも三点の測点Ｋまでの距離と、基準方向に対する角度を測定することができる。そして、算出部２２によって、三次元座標位置である測定結果に基づいて露出地層面Ｓと仮想水平面Ｖｈとの仮想交線ＣＬの方向である走向及び露出地層面Ｓと仮想水平面Ｖｈとでなす角度である傾斜を算出することができる。
これにより、切羽Ｆで露出する露出地層面Ｓをクリノメータによって直接測定する場合に比べ、露出地層面Ｓの走向と傾斜を安全かつ正確に測定することができる。

また、トータルステーション１０は、測点Ｋに対してレーザ光を照射するとともに、測点Ｋで反射した反射レーザ光を受光して、測点Ｋまでの距離を測定するノンプリズム型であり、トータルステーション１０における測点Ｋに対する測定方向と距離測定とを制御する制御部１１を備えたことにより、露出地層面Ｓの走向と傾斜をより安全に測定することができる。

詳述すると、ノンプリズム型のトータルステーション１０を用いることにより、切羽Ｆの測点Ｋにプリズムをセットすることなく、測点Ｋの三次元座標を測定することができる。また、制御部１１が、トータルステーション１０における測点Ｋに対する測定方向と距離測定とを制御するため、一人での測点Ｋの測定を実行することができる。
また、複数の測点Ｋの測定を人為的に行う場合に比べて、正確性及び迅速性が高く、露出地層面Ｓの走向と傾斜をより安全に測定することができる。

また、少なくとも三点の測点Ｋうち最初に測定する測点Ｋを第１測点Ｋｆとし、制御部１１は、第１測点Ｋｆから所定間隔を隔てた二点以上の前記測点Ｋの測定を制御するため、所定間隔を隔てた複数の測点Ｋの測定結果に基づいて、露出地層面Ｓの走向と傾斜を測定することができる。

詳しくは、単に複数の測点Ｋを測定する場合、測点間距離Ｉｓが小さいと測定結果に大きな誤差が生じる可能性があるが、所定間隔を隔てた複数の測点Ｋの測定結果に基づいて露出地層面Ｓの走向と傾斜を測定するため、所定の精度で測定することができる。

また、所定間隔を、クリノメータの長辺寸法に基づく基準距離とすることで、露出地層面Ｓの走向と傾斜との測定として一般化されたクリノメータによる測定と同程度以上の測定精度で測定することができる。

また、制御部１１は、四点以上の測点Ｋを測定し、算出部２２は、測定した四点以上の測点Ｋの測定結果から構成されるふたつ以上の仮想三角面Ｖｔに基づいて走向及び傾斜を算出することで、露出地層面Ｓの走向と傾斜を誤差の少なく測定することができる。

詳述すると、人工物でない露出地層面Ｓにおいて測定した測点Ｋのうち一点が、例えば露出地層面Ｓから凹状あるいは凸状となる位置である場合、三点の測点Ｋで構成される仮想三角面Ｖｔは露出地層面Ｓの主たる方向に対して大きく傾く可能性があるが、異なるふたつ以上の仮想三角面Ｖｔを構成する測点Ｋを測定することで、上述のような凹状あるいは凸状となる位置の測点Ｋ以外で仮想三角面Ｖｔを構成できるため、露出地層面Ｓの走向と傾斜を誤差の少なく測定することができる。

また、算出部２２は、測定した四点以上の測点Ｋの測定結果から大きさ及び向きのうち少なくとも一方が異なるふたつ以上の仮想三角面Ｖｔに基づいて走向及び傾斜を算出することで、大きさ及び向きのうち少なくとも一方が異なるふたつ以上の仮想三角面Ｖｔを構成する測点Ｋを測定することで、露出地層面Ｓの走向と傾斜について誤差がより少ない測定結果を得ることができる。

以上、本発明の構成と、前述の実施態様との対応において、トンネルはトンネルＴｎに対応し、
以下同様に、
切羽は切羽Ｆに対応し、
地層面は露出地層面Ｓに対応し、
測点は測点Ｋに対応し、
基準方向は基準方向に対応し、
測定手段はトータルステーション１０に対応し、
仮想面は仮想水平面Ｖｈに対応し、
交線は仮想交線ＣＬに対応し、
算出手段は算出部２２に対応し、
走向傾斜測定装置は走向傾斜測定システム１に対応し、
ノンプリズム型トータルステーションはトータルステーション１０に対応し、
制御部は制御部１１に対応し、
仮想三角面は仮想三角面Ｖｔに対応し、
測定工程は測定処理（ステップｓ３）に対応し、
算出工程は算出処理（ステップｓ４）に対応するが、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

例えば、上述の説明では、制御部１１の制御によって駆動部１３を駆動させてトータルステーション１０を次の測点Ｋを測定できるように構成したが、コントロールボックス２０の表示操作部２３でトータルステーション１０を操作して次の測点Ｋを測定するように構成してもよい。
また、トータルステーション１０をノンプリズム型で構成したが、一般的なトータルステーションや光波測距儀を用い、測点Ｋにプリズムをセットして測点Ｋを測定してもよい。

また、上述の説明では、トータルステーション１０とコントロールボックス２０とで走向傾斜測定システム１を構成したが、トータルステーション１０とコントロールボックス２０とを一体構成してもよいし、コントロールボックス２０における算出部２２をトータルステーション１０に備え、測点Ｋを測定したトータルステーション１０内部で露出地層面Ｓの走向傾斜を算出できるように構成してもよい。

さらにまた、上述の説明では、切羽Ｆの露出地層面Ｓにおける測点Ｋを直接測定したが、切羽Ｆの露出地層面Ｓに沿って測定用板をセットし、測定用板の表面の測点Ｋを測定してもよい。その場合、切羽Ｆから離れて露出地層面Ｓに測定用板をセットできるように、長尺の柄の先に、フレキシブルジョイント等により角度調整が可能な状態でセットされた状態の測定用板を露出地層面Ｓに沿わせて測定し、露出地層面Ｓの走向傾斜を算出できるように構成してもよい。

１…走向傾斜測定システム
１０…トータルステーション
１１…制御部
２２…算出部
ＣＬ…仮想交線
Ｆ…切羽
Ｋ…測点
Ｓ…露出地層面
Ｔｎ…トンネル
Ｖｈ…仮想水平面
Ｖｔ…仮想三角面
ｓ３…測定処理
ｓ４…算出処理

Claims

トンネルの切羽において露出する地層面における測点までの距離と、基準方向に対する角度を測定する測定手段と、
仮想面を構成可能な少なくとも三点の前記測点の三次元座標位置である測定結果に基づいて前記地層面と水平面との交線の方向である走向及び該走向と水平面とでなす角度である傾斜を算出する算出手段と、
前記測定手段における前記測点に対する測定方向と距離測定とを制御する制御部が備えられ、
前記制御部は、四点以上の前記測点を測定し、
前記算出手段は、測定した四点以上の前記測点の測定結果から構成され、前記地層面における同じ箇所を含む、ふたつ以上の仮想三角面のそれぞれについて前記走向及び前記傾斜を算出する
走向傾斜測定装置。
前記算出手段は、
測定した四点以上の前記測点の測定結果から大きさ及び向きのうち少なくとも一方が異なるふたつ以上の仮想三角面のそれぞれについて前記走向及び前記傾斜を算出する
請求項１に記載の走向傾斜測定装置。
前記測定手段は、
前記測点に対してレーザ光を照射するとともに、前記測点で反射した反射レーザ光を受光して、前記測点までの距離を測定するノンプリズム型トータルステーションである
請求項１又は２に記載の走向傾斜測定装置。
少なくとも三点の前記測点うち最初に測定する前記測点を第１測点とし、
前記制御部は、
前記第１測点から所定間隔を隔てた二点以上の前記測点の測定を制御する
請求項１乃至３のうちいずれかに記載の走向傾斜測定装置。
トンネルの切羽において露出する地層面における測点までの距離と、基準方向に対する角度とを、仮想面を構成する少なくとも三点測定する測定工程と、
少なくとも三点の前記測点の測定結果に基づいて前記地層面と水平面との交線の方向である走向及び該走向と水平面とでなす角度である傾斜を算出する算出工程とを行い、
前記測定工程において、四点以上の前記測点を測定し、
前記算出工程において、
測定した四点以上の前記測点の測定結果から構成され、前記地層面における同じ箇所を含む、ふたつ以上の仮想三角面のそれぞれについて前記走向及び前記傾斜を算出する
走向傾斜の測定方法。