JPH01221613A - トンネルの測量装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｒ産業上の利用分野１ 本発明はトンネルの測量装置に関するもので、特に、人
が立って入れないような小口径トンネルにおいても、連
続してかつ自動的に測量し、トンネル計画線上に沿って
正確に制御せんとするためのトンネルの測量装置に関す
るものである。

ｒ従来の技術１ 従来、この種の測量にはレーザー発振器とレーザ光測距
儀を有したターゲット自動追従レーザー式トランシット
を使用し、シールド掘進機の後部等の掘進中のトンネル
の掘進先端側には該トランシットよりの照射レーザー光
を入射方向に反射する反射鏡を装着する。そして、該反
射鏡はトンネルの掘進に伴なって移動するので、該トラ
ンシットから発射されたレーザー光は自動追従装置によ
り該反射鏡を捕え、このトランシットにより測角し、ま
た反射レーザー光をレーザ光測距儀で受けてターゲット
までの距離の測定を行なうようになっている。

ｒ発明が解決しようとする問題点１ しかし、上記従来の測量装置では反射鏡（シールド掘進
機）位置は測量することができるも、該反射鏡が直進方
向と直交状態に有るか否か、すなわち現在の掘進が直進
しているか否かの測量まではできなかった。

そこで、本発明は上記欠点に鑑みなされたもので、シー
ルド掘進機等の掘進先端部の位置ばかりでなく、現在の
掘進方向までをも測量することのできるトンネルの測量
装置を提供することを目的としたものである。

ｒ問題点を解決するための手段」 上記の目的に沿い、先述特許請求の範囲を要旨とする本
発明の構成は前述問題点を解決するために、立坑６内等
の座標が既知の点にレーザー発振器とレーザー光測距儀
とを有したトランシット５を、掘進中のトンネルの掘進
先端側には該トランシット５よりの照射レーザー光１２
を入射方向に反射する反射＃Ｊｔ９を配設し、上記反射
鏡９の前方部位には、一対の駆動源１６．１６により縦
横方向に変位可能となした盤１１と該盤１１の縦横の変
位量を検出する一対の変位計１５．１５とを有し、該盤
１１にはレーザー光通過孔１４を設けると共に、該レー
ザー光通過孔１４の外周部位には照射レーザー光の受光
面積差によって該レーザー光通過孔１４をあいだにした
対向部位間で電圧差を生じこの電圧差によって上記駆動
源１４．１４を作動して常にレーザー光がレーザー光通
過孔１４の中心を通るように該盤１１を自動的に移動す
るための複数の光電変換体１３，１３．１３…を固定し
てなる一対のレーザー光変位計８．８を、その両盤１１
．１１を所定の間隔を有して平行に配設してなるレーザ
ー光入射角測定装置１０を配設してなる技術的手段を講
じたものである。

ｒ作用１ それ故、本発明トンネルの測定装置は、トランシット５
より反射鏡９に照射され反射するレーザー光線を受けて
該反射鏡９までの距１１（すなわち、掘進中のトンネル
先端部までの距離）を測定し、この距離と該トランシッ
ト５によフて測定された該レーザー光線の発射角度を演
算すると該反射鏡９の位置を正確に測定することができ
るのは従来と同じである。

また、本発明のレーザー光入射角測定装置１０は、上記
トランシット５より照射されるレーザー光が両盤ｉｆ；
１１のレーザー光通過孔１４．１４の中心を通過するよ
うに移動するため、この両盤ｉｔ、ｔｔの変位量を比較
することで該レーザー光の入射角度を知ることができ、
この入射角度を上記した反射鏡９までの距離及びトラン
シット５よりのレーザー光の照射角度とともに演算すれ
ば該反射鏡９の三次元的角度変化（すなわち、トンネル
の掘進方向）を測量することができるものである。

ｒ実施例１ 次に、本発明の実施例を第１図乃至第７図に示すトンネ
ル軸が湾曲して掘進される例に従って説明すれば以下の
通りである。

図中、１はシールド掘進機、２は地盤、３は該シールド
掘進機１で掘削中のトンネルで、このトンネル３は、通
常、立坑６を掘削してこの立坑６より掘削が開始される
のは従来と同じである。

そして、本発明性上記立坑６内等の座標が既知の点にト
ランシット５を設置する。

上記トランシット５は、レーザー発振器とレーザー光測
距儀とを有し、さらに、ターゲット自動追従装置を有し
た従来公知なもので、掘削に伴なって変位するターゲッ
トである反射鏡９にレーザー光１２を照射してその反射
光で該反射鏡９までの距離を測定する。また、ターゲッ
ト自動追従装置は反射受光センサーと、トランシットを
所定の座標点を中心に上下方向と左右方向とに回動する
一対の駆動源とを有してなり、この一対の駆動源は反射
受光センサーの検出値によって制御され反射光が反射受
光センサーより外れんとするとトランシットを自動的に
回動して常に反射光が反射受光センサーに受光されるよ
う、すなわちターゲットが変位してもレーザー発振器よ
りのレーザー光線が常にターゲットに照射されるように
自動的に追従するようになしてあり、このターゲット自
動追従の際のレーザー光線の照射角度の変化で既知座標
点とターゲットとを結ぶ直線の三次元的な角度を測定す
ることができるようになしである。

そして、トンネルの掘進先端部の適所、図示例ではシー
ルド掘進機１の後面部に、トランシット５よりのレーザ
ー光１２を反射する反射鏡９を配設しである。この反射
鏡９も従来公知なものが使用でき、通常はプリズム式反
射鏡からなり入射方向に反射するものが使用される。

さらに、上記反射鏡９の前方部位（トランシット５側）
には、駆動源１４により縦横方向に変位可能となした盤
１１と該盤１１の変位量を検出する変位計１５とを有し
、該盤１１にはレーザー光通過孔１４を設けると共に、
該レーザー光通過孔１４の外周部位には照射レーザー光
の受光面積差によって該レーザー光通過孔１４をあいだ
にした対向部位間で電圧差を生じこの電圧差によって上
記駆動源１４を作動して常にレーザー光がレーザー光通
過孔１４の中心を通るように該盤１１を自動的に移動す
るための複数の光電変換体１３，１３．１３…を固定し
てなるレーザー光変位計８．８を一対該盤１１．１１を
所定の間隔を有して平行に配設してなるレーザー光入射
角測定装置１０を配設してなる。

すなわち、上記レーザー光入射角測定装置１０は一対の
レーザー光変位計８．８で構成され、このレーザー光変
位計８は、レーザー光通過孔１４の上下部位に一対の太
陽電池からなる光電変換体。

１３．１３を左右部位にもう一対の太陽電池からなる光
電変換体１３．１３を固着した盤１１と、この盤１１の
支えとなるＸ軸方向送り螺子杆１７ａ、１７ａ及びＹ軸
方自送り螺子杆１７ｂ、１７ｂと、このＸ軸方向送り螺
子杆１７ａとＹ軸方自送り螺子杆１７ｂとを回動する一
対のサーボモータよりなる駆動源１６．１６とを有して
なる。そして、一方の該駆動源１６は上下方向に対をな
す光電変換体１３．１３にレーザー光が不均等に照射さ
れると電圧差を生じ、この電圧差により正逆転して盤１
０を上下方向に移動（第４図例ではＸ軸方向送り螺子杆
１７ａ、１７ａは固定部適所に軸承され、該駆動源１６
は固定部適所に固定してあり、この駆動源１６の回転で
歯車等を介してＸ軸方向送り螺子杆１７ａ、１７ａが回
転し、もって枠１７ｃが螺進退して、その結果盤１０を
上下方向に移動する）させる。また、他方の駆動源１６
は上記枠１７ｃ上に固定され、Ｙ軸方向送り螺子杆１７
ｂ、１７ｂも該枠１７ｃ上に軸承され、左右方向に対を
なす光電変換体１３．１３にレーザー光が不均等に照射
されると電圧差を生じ、この電圧差により該他方側の駆
動源１６が正逆転し、どの駆動源１６の回転で歯車等を
介してＹ軸方向送り螺子杆１７ｂ、１７ｂが回転し、も
ってこのＹ軸方向送り螺子杆１７ｂ、１７ｂに螺合する
盤１０を左右方向にＢ動させるようになっているしたが
って、通孔１４を間にして上下に対向する光電変換体１
３．１３のあいだと左右に対向する光電変換体１３．１
３のあいだとの夫々に出力電圧差が生じた場合は、対応
する駆動源１６．１６のいずれかが正転か逆転し盤１１
を移動させその出力電圧を等しくなるようになし、もっ
て通孔１４の中心を常にレーザー光が通過するようにな
っている。

また、上記盤１１．１１の変位量を測定する変位計１５
は上下方向の変位量と左右方向の変位量とを夫々測定す
るよう一対配設されてなるが、この変位計は突出ロッド
の先端が盤１１に常に圧接されるか連結され、該ロッド
の出入量を電機的信号値として出力する従来公知なもの
が使用できるなお、前述した反射鏡９はシールド掘進機
１の後面等の所定の位置に固定してもよいが、本実施例
ではトンネル掘進先端側の盤１１に連結し、該盤１１と
一体的に移動するようになしである。

そして、本実施例においてはトンネル３の屈曲部内にレ
ーザー光を屈折するレーザー光屈折体７を配設しである
。

このレーザー光屈折体７はトンネル３が屈曲している場
合トランシット５より直進するレーザー光が直接反射鏡
９を照射できない場合が想定されるので、トランシット
５と反射鏡９との両者が見渡せる場所に配設し、一端側
より入射したレーザー光を屈折して反射鏡９に照射する
ようになしである。

上記レーザー光屈折体７は、図では必ずしも明確ではな
いが、一対の駆動源２１ａ、２１ｂで屈折方向を所定の
範囲で変更することができるようになしである。すなわ
ち、このレーザー光屈折体７は複数のプリズム、例えば
二枚のプリズムを重合して構成し、−枚のプリズムを駆
動源２１ａで回動すると、屈曲したレーザー光は該プリ
ズムの中心軸を通る所定の半径ｒ１の円上を移動（この
移動を相対方位の移動という）し、また二枚のプリズム
を駆動源２１ｂで同方向に同じ回転角度となるように回
転すると屈曲したレーザー光は該プリズムの中心軸を中
心とする所定の半径ｒ２の円上を移動（この移動を結合
方位の移動という）し、この相対方位と結合方位との移
動によって入射光を所定の方向に屈折させることができ
るようになしであるものが使用される。そして、この両
型動源２１ａ、２１ｂに出力した信号は角度変化分に換
算されどの方向にレーザー光を屈折したかを知るように
使用し、また前述したレーザー光変位計８．８の測定値
を使用して、レーザー光が盤１０の移動によっても受光
が不能となる以前に両型動源２１ａ、２１ｂを作動せし
めて屈折方向を該盤１０の移動範囲で受光可能な状態に
補正するようになしである。なお、このレーザー光屈折
体７は、レーザー光を所望の方向に屈折できるものであ
れば上記例に限定されることなく種々公知なものが使用
できるものである。

そして、このレーザー光屈折体７には、第２反射１ｌｔ
１９が配設されている。この第２反射鏡１９は、トラン
シット５から照射されたレーザー光１２を反射して、上
記レーザー光屈折体７のトランシット５からの距離を測
定するものであり、第３図例ではレーザー光屈折体７の
上部に配設されてなり、トランシット５を所定角度回動
じてこの第２反射鏡１９にレーザー光１２”を照射する
ようになしであるが、トランシット５をそのままにして
第２反射鏡を回動または移動して常時はレーザー光１２
がレーザー光屈折体７を通過し、必要時に移動した第２
反射鏡１９でレーザー光を反射するようになしてもよい
。

そして、上記レーザー光屈折体７は、トンネル内の固定
位置に変位不能に配設するこが望ましいが、推進工法の
場合は掘進にともなってトンネル内壁が移動するし、シ
ールド工法の場合においても切刃より相当手前側におて
もシールド掘進機１の推進ジヤツキ等の影響を受けて、
実際には該し一ザー光屈折体７を所定の位置に変位不能
に固定しておくことは困難である。

したがフて、本実施例では、レーザー光屈折体７にも第
２レーザー光入射角測定装置１０°を配設しである。こ
の第２はレーザー光入射角測定装置１０°は前述したレ
ーザー光入射角測定装置１０と略同構造で、レーザー光
屈折体フに入射されるレーザー光入射角度を測定し、も
ってレーザー光屈折体７の変位量を測定するもので、該
レーザー光屈折体７は一方の盤１１°に固定しである。

ここで、理解を容易にするため、第６図及び第７図の座
標軸Ｘ、Ｙ、Ｚとする三次元座標で表した測量原理図で
測量原理を説明する。

ターゲット自動追従レーザー式トランシット５の位置を
Ａル−ザー光屈折体７の位置をＢ、トンネル掘進機に配
した反射鏡９の位置をＣとする、但し、Ａは既知の座標
点である。

先ず第６図において符号１２°で示される実線はトラン
シット５より上記第２反射鏡１９に照射されるレーザー
光を示すものである。

そして、ｅｘ　　（上下方向角度）、ｅｚ（左右方向角
度）、ＩＬ、（Ａ−８間の距１１）はトランシット５に
よって測定される。したがって、Ｂ点の座標（Ｘａ　、
　Ｙａ　、　　Ｚａ　）は、Ｘｌｌ　＝ＪＺａ　ｃｏｓ
θ２　Ｘ　ＣＯ，Ｓ　８ｘＹＢ＝ｕ、ｃｏｓθｚ　ｘ　
ｓ　ｔ　ｎ　ｅ　ｘＺ、　＝ｊ！Ｂｃ　ｏ　ｓ　ｅｚｘ
　ｔ　ａ　ｎθ×により計算することができる。

次ぎに０点の座標（Ｘｃ　、　Ｙｃ　、　Ｚｃ　）も上
記と同様な計算となるが、 １３　　　：レーザー光１２′から即知となる。

ｊ２Ｂ＋ＪＺｃ　：レーザー光１２から即知となる。但
し、ＸＣはＢ−０間の距離 ｅｘｓ、　ｅｘｚ：　（イ）　　ｅｘＩ（トランシット
５の上下方向角度）、ｅｚｌ（ｔ−ア ランジット５の左右方向角度） はトランシット５から既知 （ロ）　θＸ２（レーザー屈曲体 への上下方向入射角）、ｅｚｚ（ レーザー屈曲体への左右方向大 射角）は、第２レーザー光入射 角測定装置１０°の測定値より 計算可能。

（ハ）　　　ｅｘ３（レーザー屈曲体 で屈折されたレーザー光の上下 方向角度）、θ８□（レーザー屈 油体で屈折されたレーザー光の 左右方向角度）は上記ｅｘｚ、ｅ ｚ２と駆動源２１ａ、２１ｂの作 動量とで計算可能。

以上（イ）、（ロ）、（ハ）から０点の座標は演算可能
となる。

次にトンネル掘進機１の姿勢（反射鏡９の三次元的角度
でトンネルの掘進方向に相当）であるが、レーザー光１
２の座標軸に対する位置及び方向は演算から即知となる
ので、このレーザー光１２とトンネル掘進機１に取付け
たレーザー光入射角測定装置１０の測定値とから三次元
的、な姿勢を計算することができる。

以上の演算は、トランシット５とレーザー屈曲体７とレ
ーザー光入射角測定装置１０．１０°の各測定部からの
信号を信号線４を介して制御回路３１内に入力して行な
われ、その結果は表示部３２に表示したり、トンネル掘
進機１の作動を制御する信号として使用される。

なお、トンネル３の屈曲部が非常に長くなったり、複雑
に屈曲する場合はレーザー光屈折体７を複数使用するこ
とで対処することができるものであり、トンネル３が直
進する場合はレーザー光屈折体７を省略することができ
るものである。

ｒ発明の効果」 本発明トンネルの測定装置は上記のごときであるので、
トンネル掘進機１の位置等のトンネル先端の位置を連続
して常時知ることができ、トンネル３の掘進精度を向上
することができるものである。

特に本発明は、トンネル掘進先端の位置ばかりでなく、
レーザー光入射角測定装置１０によりトンネル掘進機１
等の掘進先端部の三次元的な姿勢が常時測量されるため
、トンネル３の掘進精度を従来に比して顕著に向上せし
めることができるトンネルの測定装置を提供することが
できものである。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明装置を使用しているトンネルの縦断面図
、第２図同トンネルの平面図、第３図はトンネル掘進機
の後部に配設される測定装置部の断面図、第４図は該測
定装置部の正面図、第５図はレーザー光屈折体部の断面
図、第６図及び第７図は測量原理を説明する三次元座標
図である。 １〜トンネル掘進機　　　２〜地盤　　　３〜トンネル
　　　４〜ターゲツト装置　　　５〜タ一ゲツト自動追
従レーザー式トランシット６〜立坑　　　７〜レ一ザー
光屈折体　　　８〜レ一ザー変位計　　　９〜反射鏡　
　　１０〜レーザー光入射角測定装置　　　１１〜盤体
１２，１２ａ〜レーザー光　　　１３〜光電変換体　　
　１４〜レ一ザー光通過孔　　　１５〜変位計　　　１
９〜プリズム式反射鏡

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 立坑６内等の座標が既知の点にレーザー発振器とレーザ
   ー光測距儀とを有したトランシット５を、掘進中のトン
   ネルの掘進先端側には該トランシット５よりの照射レー
   ザー光１２を入射方向に反射する反射鏡９を配設し、 上記反射鏡９の前方部位には、一対の駆動源１６，１６
   により縦横方向に変位可能となした盤１１と該盤１１の
   縦横の変位量を検出する一対の変位計１５，１５とを有
   し、該盤１１にはレーザー光通過孔１４を設けると共に
   、該レーザー光通過孔１４の外周部位には照射レーザー
   光の受光面積差によって該レーザー光通過孔１４をあい
   だにした対向部位間で電圧差を生じこの電圧差によって
   上記駆動源１４，１４を作動して常にレーザー光がレー
   ザー光通過孔１４の中心を通るように該盤１１を自動的
   に移動するための複数の光電変換体１３，１３，１３…
   を固定してなる一対のレーザー光変位計８，８を、その
   両盤１１，１１を所定の間隔を有して平行に配設してな
   るレーザー光入射角測定装置１０を配設してなるトンネ
   ルの測量装置。