JPH0324969B2

JPH0324969B2 -

Info

Publication number: JPH0324969B2
Application number: JP59004884A
Authority: JP
Inventors: Seiji Fujishima; Hisanori Murakami; Yukihiko Hisawa; Tetsuya Okamoto
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1984-01-17
Filing date: 1984-01-17
Publication date: 1991-04-04
Also published as: JPS60149912A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はトンネルの略中心点からトンネル壁ま
での距離を測定するトンネル断面測距装置に関す
る。

［従来の技術］トンネルの掘削技術は種々知られており、岩盤
に発破孔を穿孔し、火薬を装填して発破をかけ、
そしてずりを搬出してトンネル壁にコンクリート
を吹付けるものがNATM工法（New Austraian
Tonnels Method）として知られている。ところ
でこのNATM工法によつてトンネルを掘進する
ときは、地山の挙動を把握するため発破直後のト
ンネルの断面計測は重要な作業となつている。ま
た余掘量と発破方式の関係を明確にし、低コスト
で掘進するためにも発破直後のトンネルの断面を
把握することは必要である。しかしながら、現在
までトンネルの断面形状の計測は行われず、その
代りに内空変位の測定が行われているにすぎな
い。この内空変位測定法は、トンネルの１断面計
測につき、３ケ所のアンカボルトの取付けが必要
であり、このため測定時期に制約を受けるという
欠点があり、また３ケ所相互間の距離をテープに
よつて測定するため、そのための足場が必要であ
り、測定に時間がかかり、更にはテープ尻手部分
が重いためテープテンシヨンが充分に張れず、若
干の誤差が生ずる。

他方、特開昭56−82409号公報には、レーザー
光線を一平板状に照射し、該照射方向を180゜回転
させる装置が示されている。しかし、この公知技
術は、建造物の天井や壁面等の正位置をレーザー
光線により指示するものであつて、測距装置に関
するものではない。

また、特開昭57−45406号公報には、レーザー
発振器から発振されたレーザー光線を任意方向に
偏向させ、対象物からの反射光をレンズ及びフオ
トセルアレイにより検出し、対象物の三次元座標
を測定する三次元座標装置が示されている。

しかし、この公知技術は、レーザー光線の反射
位置を高精度で測定する例えば位置決め装置に関
するものであり、また、レーザー光線を走査した
線内の距離測定を連続的に行うことができる。し
かし、フオトセルアレイを回動して入射光に向け
る手段がなく、かつ、走査の範囲は、フオトセル
アレイの長さ及び２個のレンズの合成レンズの焦
点距離で決定されるので、測定距離の大幅な変化
に対応することはできない。したがつて、トンネ
ル断面のように表面がラフで、かつ、凹凸があり
不定形で大きい形状を短時間に測定することはで
きない。

したがつて本発明の目的は、発破直後のトンネ
ルの断面形状が正確に、かつ短時間に測定できる
トンネル断面測距装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］本発明によれば、架台上に水平軸を中心に回動
できる台座と、該台座上にそれぞれの中心線が一
線となるように配置されたレーザー発振管と、該
レーザー発振管から発振されたレーザー光線を直
角に屈折するプリズムと、該プリズムで直角に屈
折されトンネル壁面のレーザーマークから反射さ
れたレーザー光線を捕捉する前記水平軸と平行な
水平軸を中心に回動できる固体撮像素子カメラと
を備えている。

本発明の実施に際し、レーザートランシツタ、
ペンタプリズム及び演算装置を設けると共に、台
座にレーザービームターゲツト及びレーザービー
ムパイプを設け、架台をトンネル内の略中心点に
セツトするのが好ましい。

［作用］上記のように構成されたトンネル断面測距装置
においては、レーザー発振管からのレーザー光線
がトンネル壁面で反射され、その反射光線を固体
撮像素子カメラで回動して受け、その固体撮像素
子カメラの角度を測定することによつて、トンネ
ルの各断面の形状を正確に求めることができる。

本発明では、レーザー光線が測定に用いられる
ので、トンネル壁面にアンカボルトの取付けのよ
うな加工を必要としないので、発破後即時に壁面
までの距離を測定できる。またレーザー光線につ
て光学的に測定するため従来の方法に比べて高精
度であり、更には測定結果は演算装置で処理され
るので、自動化或いは省力化ができ、計測データ
をコンピユータにより処理する場合はオンライン
若しくはバブルメモリによるオフラインでつなぐ
ことができ、人手による入力が省けるという利点
も有する。

［実施例］以下図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。

本発明を実施したトンネル断面測距装置を用い
た測量装置は、レーザートランシツト１と、ペン
ダプリズム１０と、演算装置２０と、そしてトン
ネル断面測距器機３０とから成つている。

レーザートランシツト１の構造は、それ自体当
業者によく知られた通りのもので三脚２の上に本
体４が取付けられている。この本体に設けたレー
ザー発振管３７（第２図）からレーザーを発する
ことができるようになつている。ペンタプリズム
１０も三脚１１の上に取付けられ、そしてこのプ
リズム１０によつてレーザービームは屈折される
ようになつている。また演算装置２０も周知のも
ので構成されている。すなわち後述する測定値を
演算する演算器２１、デイスプレー２２、プリン
ター２３、コンピユータ２４等から成つていて、
これらがセツトになつて机上に載置されている。

トンネル断面測距器機３０は、第２図および第
３図に示すように、架台３１を支持固定している
三脚３２と、架台３１の上に取付けられている器
機本体部分３３とから成つている。器機本体部分
は、台座３４と、この台座３４を枢軸点３５を中
心に回動させる台座トランスジユーサ３６とから
成り、台座の上にはレーザー発振管３７が、その
略中心部分に載置され、図において左方にプリズ
ム３８が、また右方には固体撮像素子カメラ３９
と、レーザービームターゲツト４０、レーザービ
ームパイプ４１等が取付けられている。そして固
体撮像素子カメラ３９は、トランスジユーサ３６
によつて、第２図において鎖線で示す位置へ枢支
点４３を中心にして揺動できるようになつてい
る。台座トランスジユーサ３６には、歯車４４、
駆動モータ４５から成つていて、駆動モータ４５
を適当に操作すると台座３４が枢支点３５を中心
にして所定の範囲揺動するようになつている。な
お第２図および第３図に示されているように、レ
ーザー発振管３７、プリズム３８、固体撮像素子
カメラ３９は、台座３４上に一線上に配置され、
レーザー発振管３７から出たレーザー光線Ｂはプ
リズム３８によつて直角に屈折され、トンネルの
適当な位置にセツトされたレーザーマークによつ
て反射されカメラ３９でそのレーザー光線がキヤ
ツチされるようになつている。

次にこの装置を用いたトンネル断面測定法につ
いて説明する。まず測定の原理を第４図によつて
説明すると、固体撮像素子カメラ３９とプリズム
３８との距離とすると、プリズム３８からトン
ネルＴの壁面のレーザーマーク５０までの距離Ｌ
は、Ｌ＝tanθで与えられる。

すなわちレーザー発振管３７から出たレーザー
光線がプリズムによつて直角に屈折されてレーザ
ーマーク５０に達し、このマークで反射された光
線が固体撮像素子カメラ３９でキヤツチされる
が、そのときの入射角度θがこのカメラで読みと
られる。するとプリズムからマークまでの距離す
なわちトンネル断面測距器機３０から壁面までの
距離Ｌは、Ｌ＝tanθで与えられ、この値は演算
装置２０で直に計算される。

上述の原理によつてトンネルの断面距離が測定
できるが、トンネル断面測距器機３０の据付け方
法について第５図および第６図を参照して説明す
る。既に掘削されたトンネル内の適当な位置にレ
ーザートランシツト１，１を所定の間隔をおいて
セツトし、そしてレーザー光線をトンネルＴに平
行に発進させ、ペンタプリズム１０で直角に屈折
させる。ペンタプリズム１０で屈折した光線Ａ
を、一方のレーザートランシツト１から発したレ
ーザー光線Ｃと直角に交わるように調整する。す
るとレーザー光線ＡはトンネルＴの長手方向に対
して直角でかつ水平になつている筈であるから、
この光線上にレーザービームターゲツト４０、レ
ーザービームパイプ４１等を利用してトンネル断
面測距器機３０をセツトする。セツトが終つた
ら、前述した方法によつてトンネルＴの壁面Ｓま
での距離L₁，L₂，L₃，……Lnを測定する。この
とき、台座トランスジユーサ３６によつて台座を
回転させて、次々にL₁，L₂……を測定すること
は明らかである。そしてこのL₁，L₂……は演算
装置２０で計算され、デイスプレイ２２で表示さ
れたれ、プリントされたり、或いはコンピユータ
に入力されたりされる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によると、レーザ
ー光線によつてトンネル断面形状が測定或いは計
算されるので、測定が正確で敏速である。したが
つて発破後に地山の挙動が即時に把握でき、火薬
の装填量、１回宛の掘進量、コンクリートの打設
量等を知ることができ、低コストにトンネルの掘
進ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施したトンネル断面測距機
を含む測量装置を示す模式図、第２図は本発明の
一実施例を示す正面図、第３図はその平面図、第
４図は測定原理を説明するための正面図、第５図
はトンネル断面測距器機の据付け方法を示す平面
図、第６図はその測定法を示す正面図である。１…レーザートランシツト、１０…ペンタプリ
ズム、２０…演算装置、３０…トンネル断面測距
器機、３４…台座、３７…レーザー発振管、３８
…プリズム、３９…固体撮像素子カメラ。

Claims

【特許請求の範囲】

１架台上に水平軸を中心に回動できる台座と、
該台座上にそれぞれの中心線が一線となるように
配置されたレーザー発振管と、該レーザー発振管
から発振されたレーザー光線を直角に屈折するプ
リズムと、該プリズムで直角に屈折されトンネル
壁面のレーザーマークから反射されたレーザー光
線を捕捉する前記水平軸と平行な水平軸を中心に
回動できる固体撮像素子カメラとを備えているこ
とを特徴とするトンネル断面測距装置。