JPH0424394A - Laser beam radiating method to facing surface of tunnel and device therefore - Google Patents

Laser beam radiating method to facing surface of tunnel and device therefore

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JPH0424394A
JPH0424394A JP2129357A JP12935790A JPH0424394A JP H0424394 A JPH0424394 A JP H0424394A JP 2129357 A JP2129357 A JP 2129357A JP 12935790 A JP12935790 A JP 12935790A JP H0424394 A JPH0424394 A JP H0424394A
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JP
Japan
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laser beam
tunnel
face
swing angle
line
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Application number
JP2129357A
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Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Inoue
隆博 井上
Hirofumi Kobayashi
弘文 小林
Kuniaki Yamazaki
山崎 邦晃
Takao Murakami
村上 隆生
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Toa Corp
Original Assignee
Toa Corp
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Publication date
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E21EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21DSHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/003Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
    • E21D9/004Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines using light beams for direction or position control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Abstract

PURPOSE:To accurately position a center line and the like by radiating laser beams which are radiated from a position separated from the facing surface of a tunnel by a specified distance, by means of 2 reflecting mirrors, and thereby describing the line of radiation on the facing surface with the swing angle of each mirror controlled. CONSTITUTION:Following equipment is provided for the facing surface 1 within a tunnel pit where the equipment is composed of a pedestal 13 such as a tripod and the like, a stationary reflecting mirror 28 reflecting laser beams (l) from the pedestal, a reflecting mirror 15A turning around the axis of (y), which reflecting the beams (l), and of a reflecting mirror 15B turning around the axis of (z), which reflects the beams (l) again, and a controller 16 controlling the swing angle of each reflecting mirror 15A and 15B is also provided. The line of irradiation is described on the facing surface with the swing angle of each reflecting mirror 15A and 15B suitably controlled by means of a controller 16, so that the irradiation pattern, the line movement of irradiation, and the size of an image irradiated are controlled so as to be determined. By this constitution, efficiency can thereby be enhanced with working time required for various alignment and the like shortened.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、トンネル掘削工事を行なう際に、坑内の切羽
にレーザ光を照射し、トンネル中心線、支保工建込み線
、掘削線、さらには発破パターンなどを描くことのでき
るトンネルの切羽面へのレーザ光照射方法及び装置に関
するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention irradiates a tunnel face with a laser beam during tunnel excavation work, and detects the tunnel center line, shoring line, excavation line, and relates to a method and apparatus for irradiating a tunnel face with a laser beam that can draw a blasting pattern or the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

トンネル掘削工事の際に、その切羽の掘削断面の中心線
を出すための従来方法としては、第16図に示す切羽面
1の上に、前もって測量により求めた2点A、Bを第1
7図及び第18図に示す2本のレーザ光源2A、2Bか
らのレーザ光iを照射して印示し、これを基に寸法割り
して中心点4を求め、下げ振りを中心点4に合わせてト
ンネル中心線3を求めていた。
During tunnel excavation work, the conventional method for determining the center line of the excavated cross section of the face is to place two points A and B, which were previously determined by survey, on the face 1 shown in Figure 16.
The laser beam i from the two laser light sources 2A and 2B shown in FIGS. 7 and 18 is irradiated and printed, the dimensions are divided based on this to find the center point 4, and the plumb stroke is aligned with the center point 4. I was looking for tunnel center line 3.

また、トンネル掘削時の支保工の建込み線を求めるには
、上記のトンネル掘削時の切羽面1上のレーザ光lの照
射による2点A、Bを基にし、建込み用ゲージ5を用い
て支保エフの根付は位置6を求めており、これを第19
図に示している。
In addition, in order to find the erection line of the shoring during tunnel excavation, use the erection gauge 5 based on the two points A and B irradiated with the laser beam 1 on the face 1 during tunnel excavation. The netsuke of the support F is seeking position 6, and this is the 19th position.
Shown in the figure.

一方、トンネル掘削工事において、銅製の支保工がない
断面パターンの掘削は、なんらかの手法でトンネル掘削
時の切羽面1に掘削線を表示する必要があり、その従来
方法を大別すると、ゲージ支保工による手法と、マーキ
ングによる手法がある。
On the other hand, in tunnel excavation work, when excavating a cross-sectional pattern without copper shoring, it is necessary to use some method to indicate the excavation line on face 1 during tunnel excavation. There are two methods: one using marking, and the other using marking.

そのゲージ支保工による方法は、掘削線に合致したパイ
プまたは軽量H鋼等の鋼製ゲージを製作し、これを用い
て前記第19図の支保エフの建込み位置を求めるのと同
じ方法で建込み掘削線を表示するものであり、−船釣に
掘削線が得られた後は、ゲージ支保工は取り外している
The method using gauge shoring is to fabricate a steel gauge such as a pipe or lightweight H steel that matches the excavation line, and use this to find the position of the shoring F shown in Figure 19 above. This is to display the excavation line, and after the excavation line has been obtained for boat fishing, the gauge shoring is removed.

また、マーキングによる手法は、第20図のトンネル中
心点10、すなわち、SLライン12とトンネル中心線
3の交点を出し、所定の半径でひも8、またはローブ、
棒等を回転させながら掘削マーキング線11を表示する
ものである。
In addition, the marking method is to find the tunnel center point 10 in FIG.
The excavation marking line 11 is displayed while rotating a rod or the like.

しかしながら、上記の従来技術においては、その手法に
手間ひまを要し、作業時間が多くかかって能率が悪いと
共に、再確認したい時は、最初から同じ手順を繰り返す
必要があり、直ちには確認できないという問題がある。
However, in the above-mentioned conventional technology, the method is labor-intensive, takes a lot of work time, and is inefficient, and when you want to reconfirm, you have to repeat the same procedure from the beginning, and confirmation cannot be done immediately. There's a problem.

また、マーキングによる掘削線の表示手法については、
掘削線の精度が悪く、余掘りが多くなり、吹付及び覆工
コンクリート量の喰込みが大きくなるので経済的でない
という問題があった。
In addition, regarding the method of displaying excavation lines by marking,
There was a problem that the accuracy of the excavation line was poor, excessive digging was required, and the amount of sprayed and lining concrete was increased, making it uneconomical.

さらに、カーブ施工においては、掘削切羽面上で、トン
ネル中心線の逃げ量を別途に考慮する必要があり、作業
が複雑になるという欠点があった。
Furthermore, in curve construction, it is necessary to separately consider the relief amount of the tunnel center line on the excavation face, which has the disadvantage of complicating the work.

一方、トンネル掘削における位置出しと、余掘り防止を
目的とし、掘削断面自動照射システムと称して、レーザ
光で切羽面に掘削線を照射する装置も開発されているが
、このシステムは、坑内の天井または側面に架台を組み
、その上にレーザ発光器を搭載した2軸旋回台を設けた
ものであり、その2軸旋回台を制御して切羽面に掘削線
をレーザ光で描くようにしたものである。
On the other hand, for the purpose of positioning during tunnel excavation and prevention of over-excavation, a device called an automatic excavation cross-section irradiation system has been developed that irradiates the excavation line on the face with laser light. A mount is installed on the ceiling or side, and a two-axis swivel table equipped with a laser emitter is installed on top of it.The two-axis swivel table is controlled to draw the excavation line on the face surface with laser light. It is something.

しかしながら、このシステムでは、レーザ発光器自体を
2軸旋回台で旋回制御するものであるため、その制御が
複雑であり、かつその旋回台は、レーザ発光器を支持し
ながら旋回するので、その重量もかさばり、システムの
移動も容易でないという問題があった。
However, in this system, the laser emitter itself is swivel-controlled using a two-axis swivel base, so the control is complicated, and since the swivel base rotates while supporting the laser emitter, its weight The problem was that it was bulky and the system was not easy to move.

一方、トンネル掘削時の切羽に発破をかける際には、ト
ンネル断面パターンや地山の岩質などを考慮して、発破
用の削孔位置、削孔個数、発破段数等の発破パターンを
作成し、これを基本として現場で作業員のイメージによ
る大体の位置に削孔し、発破を行なっている。
On the other hand, when blasting the face during tunnel excavation, a blasting pattern such as the location of the holes to be drilled, the number of holes to be drilled, and the number of blasting stages is created, taking into consideration the tunnel cross-sectional pattern and rock quality of the ground. Based on this, holes are drilled at the approximate locations imagined by workers on site and blasting is carried out.

このため、計画発破パターンとは多少異なった現場状況
に見合った削孔ができる反面、余掘りゃ掘残しが発生し
、作業時間の増加や、吹付コンクリート等の喰込み量が
多くなるという問題があった。
For this reason, while it is possible to drill holes that match the site conditions, which are slightly different from the planned blasting pattern, over-excavation can result in unexcavation, which increases work time and increases the amount of shotcrete etc. there were.

また、発破パターンの各削孔位置を座標化し、コンピュ
ータ制御を用いている無人化ロボットジャンボと称する
装置も開発されている。
Additionally, an unmanned robot called Jumbo, which uses computer control to coordinate each drilling position of a blasting pattern, has also been developed.

このロボットジャンボは、発破パターンをパーソナルコ
ンピュータで座標作成し、そのfEIに従って削孔機の
ビット位置が自動的に順次移動しながら削孔するもので
ある。しかしながら、岩質の状態が著しく変化する地山
に対しては人間の感覚による手法が優れており、ロボッ
トは全ての地山に対応できるものではなく、また、実際
に作業を行う坑夫にとっても、そのロボットそのものが
難かしすぎて、人的にもかなりの負担が強いられるとい
う問題がある。
This robot jumbo creates coordinates of a blasting pattern using a personal computer, and drills holes while automatically sequentially moving the bit position of the drilling machine according to the fEI. However, when it comes to geological formations where the rock quality changes significantly, methods based on human sensations are superior, and robots cannot handle all types of geological formations. The problem is that the robot itself is too difficult and requires a considerable burden on humans.

〔発明の解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

本発明は、前記従来の問題点を解決するためになされた
ものであり、トンネル掘削時の切羽面に掘削線などをレ
ーザ光により能率よく、しかも正確に描くことができ、
しかも比較的構造が単純で、簡便なトンネルの切羽面へ
のレーザ光照射方法及び装置を提供することを解決課題
としたものである。
The present invention was made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to efficiently and accurately draw an excavation line etc. on a face surface during tunnel excavation using a laser beam,
Moreover, it is an object of the present invention to provide a method and apparatus for irradiating laser light onto a tunnel face that is relatively simple in structure and easy to use.

〔課題を解決するための手段] 上記の課題を解決するための手段として、本発明のトン
ネルの切羽面へのレーザ光照射方法は、トンネル坑内の
切羽面から所定距離離れた位置で照射されたレーザ光を
2個の反射ミラーを介して切羽面に照射すると共に、上
記2個の反射ミラーの振り角の制御により照射線を切羽
面上に描くことにより、能率よく、かつ正確にトンネル
中心線、支保工建込み線などを明示できるものである。
[Means for Solving the Problems] As a means for solving the above problems, the method of irradiating a tunnel face with a laser beam of the present invention includes laser light irradiation at a position a predetermined distance from the face of a tunnel in a tunnel. By irradiating the laser beam onto the face through two reflecting mirrors and drawing an irradiation line on the face by controlling the swing angle of the two reflecting mirrors, the center line of the tunnel can be efficiently and accurately drawn. , can clearly indicate shoring construction lines, etc.

また、上記の本発明の方法を適用する装置としては、ト
ンネル坑内の切羽面に向って設けられる三脚等の架台上
に設けられるレーザ光照射器及びそのレーザ光照射器か
らのレーザ光を反射する振り角制御自在な2個の反射ミ
ラーと、その反射ミラーの振り角を制御するコントロー
ラとから構成されるものであるが、上記の三脚等の架台
は下げ振り測定可能なものとし、さらに三脚等の架台上
には、切羽面でのトンネル中心点までの距離を測定する
光波距離計などの距離測定器、そのトンネル中心点への
方位角を測定するジャイロコンパスなどの方位角測定器
、さらにレーザ光照射器の据付角度を検出するサーボ速
度計などの角度検出器を設け、これらの測定値や検出値
によりコントローラを介して反射ミラーの振り角を制御
すれば、より機能的なレーザ光照射線が得られることに
なる。
Further, as a device to which the above-mentioned method of the present invention is applied, there is a laser beam irradiator installed on a mount such as a tripod that is installed facing the face of the tunnel, and a device that reflects the laser beam from the laser beam irradiator. It is composed of two reflecting mirrors whose swing angle can be freely controlled, and a controller that controls the swing angle of the reflecting mirrors. On the stand are a distance measuring device such as a light wave distance meter that measures the distance to the tunnel center on the face, an azimuth measuring device such as a gyro compass that measures the azimuth to the tunnel center, and a laser. By installing an angle detector such as a servo speedometer that detects the installation angle of the light irradiator and controlling the swing angle of the reflecting mirror via a controller based on these measured values and detected values, a more functional laser beam irradiation line can be obtained. You will get it.

〔実施例〕〔Example〕

以下図面を参照して本発明の詳細な説明するが、第1図
は本発明の方法を適用してトンネル坑内の掘削断面にレ
ーザ光を照射する装置の構成を示す側面図、第2−A図
は第1図の三脚上の機器を示す平面図、第2−B図は第
2−A図のA−A断面図である。
The present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Fig. 1 is a side view showing the configuration of an apparatus for applying the method of the present invention to irradiate a laser beam to an excavated section in a tunnel; The figure is a plan view showing the equipment on the tripod in Fig. 1, and Fig. 2-B is a sectional view taken along line A-A in Fig. 2-A.

まず、この装置は、第1図、第2−A図及び第2−B図
に示すごとく、トンネル坑内の切羽面1に向って設けら
れる三脚等の架台13と、その三脚等の架台13上に設
けられるレーザ光照射器14、そのレーザ光照射器14
からのレーザ光!を反射する固定反射ミラー28、その
反射したレーザ光lを反射するy軸旋回用の反射ミラー
15A、その反射したレーザ光lをさらに反射する2軸
旋回用の反射ミラー15B、そして反射ミラー15A、
15Bの振り角を制御するコントローラ16とから構成
されているが、コントローラ16は反射ミラー15A、
15Bの振り角を適宜に制御して、切羽面l上に描く照
射線と、その描き方、すなわち、照射パターン、照射線
の移動、照射された像の大きさなどを決定する制御をす
るようになっており、図中で26はアンプ、27はスキ
ャナーを示し、そして三脚等の架台13には下げ振り1
8が設けられている。
First, as shown in Fig. 1, Fig. 2-A, and Fig. 2-B, this device consists of a mount 13 such as a tripod installed facing the face 1 inside the tunnel, and a mount 13 such as a tripod installed on the mount 13 such as the tripod. a laser beam irradiator 14 provided in the laser beam irradiator 14;
Laser light from! A fixed reflecting mirror 28 that reflects the reflected laser beam 1, a y-axis rotating reflecting mirror 15A that reflects the reflected laser beam 1, a biaxial rotating reflecting mirror 15B that further reflects the reflected laser beam 1, and a reflecting mirror 15A,
The controller 16 is configured to control the swing angle of the reflecting mirror 15A,
The swing angle of 15B is appropriately controlled to determine the irradiation line drawn on the face l and how to draw it, that is, the irradiation pattern, the movement of the irradiation line, the size of the irradiated image, etc. In the figure, 26 is an amplifier, 27 is a scanner, and a plumb bob 1 is mounted on a mount 13 such as a tripod.
8 is provided.

なお、本実施例では、固定反射ミラー28を設けている
が、レーザ光照射器14を反射ミラー15Aに対して直
角に配置すれば、固定反射ミラー28は不要である。
Although the fixed reflecting mirror 28 is provided in this embodiment, the fixed reflecting mirror 28 is not necessary if the laser beam irradiator 14 is arranged at right angles to the reflecting mirror 15A.

また、第2図のコントローラ16にAで示すのは、投映
パターンの、Bで示すのは映写パターンの、Cで示すの
は平行移動パターンの、Dで示すのは寸法の、Eで示す
のは入力モードの、そしてFで示すのは電源モードのそ
れぞれ選定コードであり、まず、投映パターンとして、
第3図に示す点60、直径61、半径63、半円64、
半楕円65の選定コードを有しており、半楕円について
はRz/Dyの入力による入力モードを使い、半径/直
径比を決定できるようになっている。
Further, in the controller 16 in Fig. 2, A indicates the projection pattern, B indicates the projection pattern, C indicates the parallel movement pattern, D indicates the dimension, and E indicates the projection pattern. is the selection code for the input mode, and F is the selection code for the power mode. First, as a projection pattern,
Point 60, diameter 61, radius 63, semicircle 64, shown in FIG.
It has a selection code for the semi-ellipse 65, and for the semi-ellipse, the radius/diameter ratio can be determined using an input mode by inputting Rz/Dy.

また、映写パターンとしては、第4図に示す直線、分割
線、円弧線の選定コードを有しており、分割点について
は入力モードで4等分、8等分、18等分が選定できる
ようになっており、さらに、円弧線については入力モー
ド30″円弧線、60°円弧線のいずれかを選択し、0
°から180°内を順次映写する。
In addition, the projection pattern has selection codes for straight lines, dividing lines, and circular arc lines shown in Figure 4, and the dividing points can be selected from 4, 8, and 18 in the input mode. , and for the arc line, select either the input mode 30'' arc line or 60° arc line, and set the input mode to 0.
Projection is performed sequentially within 180°.

さらに、平行移動パターンは、第5図に示すy軸と2軸
子行移動コードを有しており、各々別個にあるいは同時
に平行移動が可能であり、また最初に投映した場所を0
としてその移動距離がy軸、z軸とも表示されるように
なっている。
Furthermore, the parallel movement pattern has a y-axis and two-axis child row movement code shown in FIG.
The distance traveled is displayed on both the y-axis and the z-axis.

なお、第5図の平行移動パターンにおける平行移動範囲
はy軸で十賭であり、z軸で十紅である。
In addition, the parallel movement range in the parallel movement pattern of FIG. 5 is 10 degrees on the y-axis and 10 degrees on the z-axis.

次に、本発明を標点照準照射法として適用した実施例の
装置の構成を第6図の平面図に示しており、第2図とほ
ぼ同様な構成からなり、同じ部品は同じ部品番号で示し
ている。
Next, the configuration of an apparatus according to an embodiment in which the present invention is applied as a target target irradiation method is shown in the plan view of FIG. 6, which has almost the same configuration as that of FIG. It shows.

すなわち、この装置もレーザ光照射器14をトランシッ
ト用の三脚等の架台13に搭載し、コントローラ16で
照射映像を制御するものであり、ピッチングローリング
計、またはサーボ加速度計19はレーザ光照射器14の
長手方向と横方向との据付は角度を検出し、コントロー
ラ16で照射映像の角度補正を行ない、レーザ光照射器
14内のy軸の反射ミラー15A、z軸の反射ミラー1
5Bの振り角を調整することにより、傾きのない所定の
照射映像をトンネルの掘削する切羽面1に得るようにし
ている。なお、ピッチングローリング計、またはサーボ
加速度計19に代えて、気泡式の水準器を設けてもよい
That is, this device also has a laser beam irradiator 14 mounted on a mount 13 such as a tripod for transit, and controls the irradiation image with a controller 16. The installation in the longitudinal direction and the lateral direction is performed by detecting the angle, correcting the angle of the irradiated image using the controller 16, and adjusting the y-axis reflection mirror 15A and the z-axis reflection mirror 1 in the laser beam irradiator 14.
By adjusting the swing angle of 5B, a predetermined irradiation image without inclination can be obtained on the face 1 where the tunnel is excavated. Note that instead of the pitching rolling meter or the servo accelerometer 19, a bubble-type spirit level may be provided.

さらに、標点照準照射法のトンネル掘削の切羽面1への
照射手法は次の通りである。
Furthermore, the method of irradiating the tunnel excavation face 1 using the gauge point irradiation method is as follows.

また、第7図において、切羽面1のトンネル中心点Co
、すなわち、SLライン12と下げ振り中心線3との交
点を測量により求め印示する。
In addition, in FIG. 7, the tunnel center point Co of the face 1
That is, the intersection point between the SL line 12 and the plumb-down center line 3 is determined by surveying and printed.

次に、上記レーザ光照射装置を坑内に設置し、投映パタ
ーンの点投映をトンネル中心点Coと合致させる。そし
て、レーザ光照射器工4からトンネル中心線までの距離
Bc及びトンネルの切羽面1までの距離Lc、レーザ光
照射器14とトンネル中心点Coのレベル差)1cをコ
ントローラ16に入力し、初期投映水平角θcoと初期
投映垂直角θh。
Next, the laser beam irradiation device is installed in the mine, and the point projection of the projection pattern is made to coincide with the tunnel center point Co. Then, the distance Bc from the laser beam irradiator 4 to the tunnel center line, the distance Lc to the tunnel face 1, and the level difference (1c) between the laser beam irradiator 14 and the tunnel center point Co are input to the controller 16, and the initial Projection horizontal angle θco and initial projection vertical angle θh.

とを記憶させる。to remember.

そして、投映パターン、映写パターン、平行移動パター
ン、寸法をコントローラ16の選定コードA、B、C,
Dから選出し、掘削する切羽面1上に所定の投映像を描
くことにより1回目の照射を完了する。
Then, set the projection pattern, projection pattern, parallel movement pattern, and dimensions to the controller 16's selection code A, B, C,
The first irradiation is completed by drawing a predetermined projected image on the excavated face 1 selected from D.

次に、2回目以降の照射を次の容量で行なうが、まず第
8図において、1回目からの掘進距離ΔLcをコントロ
ーラ16に入力することにより、初期投映水平角θco
と初期投映垂直角θhoとの差を演算し、差角分△θc
o、△θhoだけy軸の反射ミラー15A、z軸の反射
ミラー15Bをコントローラ16で制御し、新しく掘削
した切羽面IAに投映像を描く。この2回目以降の投映
方式を第8図において示し、新しい切羽面IAのトンネ
ル中心点をCnで示しており、ここで投映水平角の差は
、 θcn−θco=tan−’(Bo   )−tan−
’  (”)Lc+ΔLc      Lc で、投映垂直角の差は、 c θhn−θho = tan−’ ()−tan−’ 
 (’)Lc+△Lc      Lc で表わされる。
Next, the second and subsequent irradiations are performed with the following capacity. First, in FIG. 8, by inputting the excavation distance ΔLc from the first time into the controller 16, the initial projection horizontal angle θ
and the initial projection vertical angle θho, and calculate the difference angle Δθc
The controller 16 controls the y-axis reflection mirror 15A and the z-axis reflection mirror 15B by the amount o and Δθho to draw a projected image on the newly excavated face IA. This second and subsequent projection method is shown in Fig. 8, and the tunnel center point of the new face IA is indicated by Cn, where the difference in the projection horizontal angle is θcn-θco=tan-'(Bo)-tan −
'('') Lc + ΔLc Lc, and the difference in the projection vertical angle is c θhn-θho = tan-'()-tan-'
It is expressed as (')Lc+ΔLcLc.

その後、レーザ光の識別がトンネル掘削切羽面上で可能
なまで、このような投映を続けるが、次の投映は、レー
ザ光照射器14などを移動させて前記第7図の初期から
設定をやり直す。
After that, such projection is continued until the laser beam can be identified on the tunnel excavation face surface, but for the next projection, the laser beam irradiator 14 etc. are moved and the settings are restarted from the initial stage shown in FIG. 7. .

次に、第9図の平面図及び第10図の側面図に示すのは
、本発明を座標入力投映法に適用した実施例の装置であ
り、第1図及び第2図と同じ部品は同じ部品番号で示し
ているが、この場合、三脚等の架台13上には、ジャイ
ロコンパス20と光波距離計21とを設け、レーザ光照
射器14とトンネル掘削切羽中心点の道路座標x、y、
zの位置座標を求め、コントローラ16でy軸用の反射
ミラー15A、z軸用の反射ミラー15Bを制御するこ
とにより、自動投映するものである。
Next, the plan view in FIG. 9 and the side view in FIG. Although indicated by part numbers, in this case, a gyro compass 20 and a light wave distance meter 21 are installed on a mount 13 such as a tripod, and a laser beam irradiator 14 and the road coordinates x, y,
Automatic projection is performed by determining the z position coordinate and controlling the y-axis reflecting mirror 15A and the z-axis reflecting mirror 15B using the controller 16.

この場合、コントローラ16は定点座標から方位と距離
によりレーザ標点座標を求め、コントローラ16にレー
ザ光照射器14のy軸の反射ミラー15A、z軸の反射
ミラー15Bの振り角を指示するものである。
In this case, the controller 16 determines the laser gauge coordinates from the fixed point coordinates based on the direction and distance, and instructs the controller 16 about the swing angles of the y-axis reflecting mirror 15A and the z-axis reflecting mirror 15B of the laser beam irradiator 14. be.

なお、第10図の三脚等の架台13Aは、光波距離計2
1で実測する道路座標点で、この三脚等の架台13Aに
は反射ミラー15Dと、下げ振り18Aとが設けられて
いる。
Note that the mount 13A such as a tripod in FIG.
At the road coordinate point actually measured in 1, a reflection mirror 15D and a plumb bob 18A are provided on this mount 13A, such as a tripod.

次に、上記の座標入力投映法の各座標関係を第11図に
示しているが、図中Aは実測した既知の座標点(X+、
)’+、Z+)で、Bはレーザ光照射器14の座標点(
xi、)’z、zz)で光波距離計21の位置でもあり
、Cが設計座標点(X3.y3.Z3)の道路センター
、Dが投映中心座標点(X4.)’4−24)のトンネ
ルセンターであり、そしてfCtlは上記点CとDとの
間のトンネル方向に直角な距離である。
Next, the coordinate relationships of the above coordinate input projection method are shown in FIG. 11, where A is the actually measured known coordinate point (X+,
)'+, Z+), B is the coordinate point of the laser beam irradiator 14 (
xi, )'z, zz) is also the position of the optical distance meter 21, C is the road center of the design coordinate point (X3.y3.Z3), and D is the projection center coordinate point (X4.)'4-24). is the tunnel center, and fCtl is the distance between points C and D above perpendicular to the tunnel direction.

さらに、Nは真北(+X)、Eは真東(+y)、そして
Tはトンネル方位を示している。
Furthermore, N indicates due north (+X), E indicates due east (+y), and T indicates the tunnel direction.

また、座標入力投映法のトンネル掘削切羽面すなわち第
11図のD点への投映手法の手順を次の項目で説明する
Further, the procedure of the coordinate input projection method for projecting onto the tunnel excavation face surface, that is, point D in FIG. 11 will be explained in the following items.

(LA)、  まず、任意の点、B点にレーザ光照射器
14を据え付け、A、C点の道路座標(x。
(LA), First, the laser beam irradiator 14 is installed at an arbitrary point, point B, and the road coordinates of points A and C (x.

y、z)を入力する。y, z).

(IB)、  次に、A点の道路座標(X +、y+、
Z +)+光波距離計21で実測したA−B点間の距離
fan、  B点からみたA点のジャイロコンパス20
で実測した方位θAmよりB点の道路座標(Xz、)’
t、Zz)を自動演算より求める。但し、2方向はレベ
ル方向をあられし、レベル計にて実測し、手入力を行う
ものとする。
(IB), Next, the road coordinates of point A (X +, y +,
Z +) + distance fan between points A and B actually measured with the light wave distance meter 21, gyro compass 20 of point A seen from point B
Road coordinates of point B (Xz, )' from the direction θAm actually measured at
t, Zz) are calculated automatically. However, for the two directions, the level direction shall be measured using a level meter and input manually.

C点の設計道路座標(X 3+ 3’ 3+ Z 3)
 +C−D点間の距離lcD、C点からみたD点の方位
θ。、よりD点の道路座標(x4゜)’ a、 Z 4
)を自動演算より求める。
Design road coordinates of point C (X 3+ 3' 3+ Z 3)
+ Distance lcD between points C and D, direction θ of point D as seen from point C. , the road coordinates of point D (x4°)' a, Z 4
) is determined by automatic calculation.

B点の道路座標CXt、’jt+Zt″)とD点の道路
座標(X4. y4. Za)から、B点からみたD点
の投映平面方位θlD+長手断面投映角度θ2を自動演
算より求める。
From the road coordinates of point B (CXt, 'jt+Zt'') and the road coordinates of point D (X4.y4.Za), the projection plane orientation θ1D+longitudinal section projection angle θ2 of point D viewed from point B is automatically calculated.

コントローラ16からθ。、θZの指令を受け、方位駆
動機でθIDを、レーザ光照射器14内の2軸反射ミラ
ー15Bで02を出し、レーザ点をD点に自動投映する
θ from the controller 16. , θZ, the azimuth driver outputs θID, the biaxial reflection mirror 15B in the laser beam irradiator 14 outputs 02, and the laser point is automatically projected onto point D.

(IF)、  投映パターン、映写パターン、平行移動
パターン、寸法を選定コードから選出して、掘削切羽面
上に所定の投映像を描く。
(IF) Select the projection pattern, projection pattern, parallel movement pattern, and dimensions from the selection code, and draw a predetermined projection image on the excavation face surface.

以上により1回目の投映が完了すると、次の(IE)。When the first projection is completed as described above, the next (IE).

(IC)。(IC).

(ID)。(ID).

要領で2回目以降の投映を行なう。Perform the second and subsequent projections according to the instructions.

(2A)、  レーザ光照射器14の位置、すなわちB
点を移動させるまで、新しいC点の設計道路座標(X3
.)’3.2*)、l。、θ。、をコントローラ16で
入力するのみで投映を行なう。
(2A), the position of the laser beam irradiator 14, that is, B
The design road coordinates of the new point C (X3
.. )'3.2*), l. , θ. Projection is performed simply by inputting , using the controller 16.

(2B)、  また、レーザ光照射器14のB点を移動
させると最初の(IA)項から設定をやり直す。
(2B), If point B of the laser beam irradiator 14 is moved, the settings are redone from the first item (IA).

次に、本発明の方法を、トンネル掘削切羽に発破をかけ
る発破用の削孔位置を示す発破パターンを投映するため
に適用した場合の実施例の装置を第12図に示しており
、第2図と同様に、レーザ光照射器14と2つの反射ミ
ラー15A、 15Bなどを、図示していない三脚等の
架台13上に取りつけると共に、パーソナルコンピュー
タ30、Ilo 31、コントローラ16を設けており
、パーソナルコンピュータ30を用いて発破パターンを
作成し、このデータをIlo 31及びコントローラ1
6に送ることにより、レーザ光照射器14からトンネル
掘削切羽面に第13図のごとき発破パターン32を映写
するものである。
Next, FIG. 12 shows an apparatus according to an embodiment in which the method of the present invention is applied to project a blasting pattern indicating the position of drilling holes for blasting a tunnel excavation face. Similarly to the figure, a laser beam irradiator 14, two reflecting mirrors 15A, 15B, etc. are mounted on a pedestal 13 such as a tripod (not shown), and a personal computer 30, an Ilo 31, and a controller 16 are provided. A blasting pattern is created using the computer 30, and this data is sent to the Ilo 31 and the controller 1.
6, a blasting pattern 32 as shown in FIG. 13 is projected from the laser beam irradiator 14 onto the tunnel excavation face surface.

この場合の各削孔点33の位置は、第14図に示すごと
く、トンネル設計掘削断面の半径Rに対する半径比と回
転角θで表示される極座標であられし、投映法について
は、前記の標点照準投映法、もしくは座標入力投映法を
採用するとよい。
In this case, the position of each drilling point 33 is expressed in polar coordinates as shown in FIG. It is advisable to adopt the point aiming projection method or the coordinate input projection method.

次に、以上に説明した本発明のトンネル掘削断面のレー
ザ光照射器装置のコントローラ16のブロックダイヤグ
ラムを第15図に示しており、コントローラ16で振り
角制御される2個の反射ミラー15A、15Bの向きを
この説明では、YとZとで説明している。
Next, FIG. 15 shows a block diagram of the controller 16 of the laser beam irradiator device for tunnel excavation cross section of the present invention described above, and the two reflecting mirrors 15A and 15B whose swing angle is controlled by the controller 16 are shown in FIG. In this explanation, the directions are explained using Y and Z.

(A)まず、Yパターン発生回路41、Zパターン発生
回路47は、投映パターンのY、Z座標データを各回路
で電圧として発生させ、順次後段に出力する。
(A) First, the Y pattern generation circuit 41 and the Z pattern generation circuit 47 generate Y and Z coordinate data of the projection pattern as voltages in each circuit, and sequentially output them to the subsequent stage.

(B)次に、パターン整形回路(1)42と、パターン
整形回路(It)48は、各座標データ入力信号をY、
Zの反射ミラーの駆動に必要な波形に整形する。
(B) Next, the pattern shaping circuit (1) 42 and the pattern shaping circuit (It) 48 convert each coordinate data input signal into Y,
The waveform is shaped to be necessary for driving the Z reflection mirror.

なお、パターン発生回路で発生させた電圧がデジタルの
場合はアナログに変換し、またパターン発生回路で発生
させた電圧がアナログの場合は波形を整形する。
Note that if the voltage generated by the pattern generation circuit is digital, it is converted to analog, and if the voltage generated by the pattern generation circuit is analog, the waveform is shaped.

(C)次に、Yレベル調整回路43と、Zレベル調整回
路49は、Y、Zレベルを手動または自動的に調整し、
各パターンの大きさを決める。
(C) Next, the Y level adjustment circuit 43 and the Z level adjustment circuit 49 manually or automatically adjust the Y and Z levels,
Decide on the size of each pattern.

(D)また、Y方向移動調整回路44と、Z方向移動調
整回路50は、パターンをY、Z方向に手動または自動
的に移動させる。
(D) Furthermore, the Y direction movement adjustment circuit 44 and the Z direction movement adjustment circuit 50 manually or automatically move the pattern in the Y and Z directions.

(E)そして、ドライバー(1)45と、ドライバー(
n)51は、Y、Zの反射ミラーを駆動するのに必要な
電力として供給するものである。
(E) And the driver (1) 45 and the driver (
n) 51 supplies the power necessary to drive the Y and Z reflection mirrors.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に説明した本発明のレーザ光照射方法及びその装置
を採用すれば、トンネル掘削切羽上のトンネル中心線、
支保工の建込み線、掘削線、さらには発破パターンなど
の表示が、−度の準備で長時間、例えば2週間程度にも
わたって使用できると共に、上記の各種の作業時間が短
縮でき、作業能率が著しく向上するという効果である。
By employing the laser beam irradiation method and apparatus of the present invention as explained above, the tunnel centerline on the tunnel excavation face,
The display of shoring erection lines, excavation lines, and even blasting patterns can be used for a long time, for example, about two weeks, with just one degree of preparation, and the various work times mentioned above can be shortened, making the work easier. This has the effect of significantly improving efficiency.

また、再確認したい時に、作業の制約を受けずにいつで
も簡単にレーザ光を投映でき、掘削のチエツク機構がそ
なわることになり、さらに従来のマーキングによる掘削
線の表示手法に比較して、掘削線の精度が高く、余掘り
が少なくなり、吹付け、覆工コンクリート量の喰込みが
減少するので経済的なトンネル掘削工事ができるという
効果がある。
In addition, when you want to reconfirm, you can easily project a laser beam at any time without being restricted by work, and there is a mechanism to check the excavation.Furthermore, compared to the conventional method of displaying excavation lines using markings, The accuracy of the excavation line is high, there is less over-excavation, and the amount of sprayed and lining concrete is reduced, making tunnel excavation work more economical.

また、カーブ施工についても、本発明を採用することで
、簡単にトンネル中心線、支保工の建込み線、そして掘
削線の表示ができ、その作業能率と精度が向上するとい
う利点がある。
Furthermore, by adopting the present invention for curve construction, it is possible to easily display the tunnel center line, shoring construction line, and excavation line, which has the advantage of improving work efficiency and accuracy.

一方、本発明を発破パターンの表示に適用した場合、計
画発破パターンと実際の地山の状況と対比しながら、削
孔位置を変更できるため、余掘りゃ掘残しが減少して、
吹付コンクリート等の喰込み量が減少するという効果が
ある。
On the other hand, when the present invention is applied to the display of blasting patterns, the drilling position can be changed while comparing the planned blasting pattern with the actual rock condition, which reduces the amount of unexcavation due to over-digging.
This has the effect of reducing the amount of penetration of shotcrete, etc.

特に、本発明では2個の反射ミラーでレーザ光をそれぞ
れ反射させ、しかもそれらの反射ミラーの振り角を制御
して照射線を切羽面に描いているので、レーザ光照射器
を旋回する場合に比べてその架台の構造が単純になると
共に、切羽面に照射する映像の応用範囲が広くなるとい
う利点を有している。
In particular, in the present invention, the laser beam is reflected by two reflecting mirrors, and the irradiation line is drawn on the face by controlling the swing angle of the reflecting mirrors, so when rotating the laser beam irradiator, Compared to this, it has the advantage that the structure of the frame is simpler and the range of application of the image irradiated onto the face is wider.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の方法を適用してトンネル坑内の掘削断
面にレーザ光を照射する装置の構成を示す側面図、第2
−A図は第1図の三脚上の機器を示す平面図、第2−B
図は第2−A図のA−A断面図、第3図は第1図の装置
の投映パターン図、第4図は第1図の装置による映写パ
ターン図、第5図は第1図の装置による平行移動パター
ン図、第6図は本発明を標点照準照射法に適用した装置
の三脚等の架台上の機器を示す平面図、第7図は第6図
の装置による初期投映図、第8図は第6図の装置による
2回目以降の投映図、第9図は本発明を座標入力投映法
に適用した装置の三脚等の架台上の機器を示す平面図、
第10図は第9図の配置側面図、第11図は第9図の装
置による座標関係を示す図、第12図は本発明を発破パ
ターン映写用に適用した装置の三脚等の架台上の機器な
どを示す構成図、第13図は第12図の装置による発破
パターンの一映写例を示す図、第14図は第12図の装
置による削孔位置の表示法の説明図、第15図は本発明
の装置に適用されるコントローラにおけるブロックダイ
ヤグラム、第16図、第17図及び第18図は従来のト
ンネル中心線の出し方の説明図、第19図は従来の支保
工の建込み位置の出し方の説明図、第20図は従来のマ
ーキングによる掘削線の表示法の説明図である。 ■・・・切羽面、13・・・三脚等の架台、14・・・
レーザ光照射器、15A、15B・・・反射ミラー、1
6・・・コントローラ、2・・・レーザ光。 第 図 第2−A図 第2−8図 第 図 第 図 第 図 第 図 第11 図 第13図 第20図 1゜
FIG. 1 is a side view showing the configuration of an apparatus for applying the method of the present invention to irradiate a laser beam onto an excavated section in a tunnel;
- Figure A is a plan view showing the equipment on the tripod in Figure 1, Figure 2-B
The figure is a sectional view taken along A-A in Figure 2-A, Figure 3 is a projection pattern diagram of the device in Figure 1, Figure 4 is a projection pattern diagram of the device in Figure 1, and Figure 5 is a diagram of the projection pattern of the device in Figure 1. 6 is a plan view showing equipment on a pedestal such as a tripod of the device applying the present invention to the gauging irradiation method; FIG. 7 is an initial projection diagram of the device shown in FIG. 6; FIG. 8 is a diagram of the second and subsequent projections by the apparatus shown in FIG. 6, and FIG. 9 is a plan view showing equipment on a mount such as a tripod of the apparatus to which the present invention is applied to the coordinate input projection method.
FIG. 10 is a side view of the arrangement of FIG. 9, FIG. 11 is a diagram showing the coordinate relationship of the device shown in FIG. 9, and FIG. 12 is a diagram showing the arrangement of the device shown in FIG. A configuration diagram showing the equipment, etc., FIG. 13 is a diagram showing an example of projection of a blasting pattern by the device shown in FIG. is a block diagram of a controller applied to the device of the present invention, FIGS. 16, 17, and 18 are explanatory diagrams of how to draw out the conventional tunnel center line, and FIG. 19 is a diagram of the conventional shoring position. FIG. 20 is an explanatory diagram of a method of displaying excavation lines using conventional markings. ■... Face, 13... Mount for tripod, etc., 14...
Laser light irradiator, 15A, 15B...Reflection mirror, 1
6...Controller, 2...Laser light. Figure 2-A Figure 2-8 Figure Figure 11 Figure 13 Figure 20 Figure 1゜

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、トンネル坑内の切羽面から所定距離離れた位置で照
射されたレーザ光を2個の反射ミラーを介して切羽面に
照射すると共に、上記2個の反射ミラーの振り角の制御
により照射線を切羽面上に描くトンネルの切羽面へのレ
ーザ光照射方法。 2、架台上に設けられるレーザ光照射器及び該レーザ光
照射器からのレーザ光を反射する振り角制御自在な2個
の反射ミラーと、上記反射ミラーの振り角を制御するコ
ントローラとからなるトンネルの切羽面へのレーザ光照
射装置。 3、架台上に設けられるジャイロコンパスと、光波距離
計と、レーザ光照射器及び該レーザ光照射器からのレー
ザ光を反射する振り角制御自在な2個の反射ミラーと、
上記反射ミラーの振り角を制御するコントローラとから
なるトンネルの切羽面へのレーザ光照射装置。
[Claims] 1. A laser beam irradiated at a position a predetermined distance from the face of the tunnel inside the tunnel is irradiated onto the face of the face via two reflecting mirrors, and the swing angle of the two reflecting mirrors is adjusted. A method of irradiating a tunnel face with laser light by drawing an irradiation line on the face using the control method. 2. A tunnel consisting of a laser beam irradiator provided on a pedestal, two reflecting mirrors that reflect the laser beam from the laser beam irradiator and whose swing angle can be freely controlled, and a controller that controls the swing angle of the reflecting mirrors. A device for irradiating laser light onto the face of the 3. A gyro compass, a light wave distance meter, a laser beam irradiator, and two reflecting mirrors that reflect the laser beam from the laser beam irradiator and whose swing angle can be freely controlled;
A laser beam irradiation device for a tunnel face, comprising a controller for controlling the swing angle of the reflecting mirror.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101123863B1 (en) * 2011-09-23 2012-03-16 배재대학교 산학협력단 System and method for surveying discontinuity distribution of tunnel face
JP2021085205A (en) * 2019-11-27 2021-06-03 大成建設株式会社 Steel support construction method

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