JPH05141974A

JPH05141974A - シールドトンネルの出来形測量方法及び装置

Info

Publication number: JPH05141974A
Application number: JP3310654A
Authority: JP
Inventors: Tadao Mikami; 忠雄三上; Hiroaki Mishima; 弘明三島; Minoru Suzuki; 稔鈴木; Yuji Hanamori; 裕司花森; Tsuneyasu Oonishi; 常康大西
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; Takenaka Doboku Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd; Takenaka Doboku Co Ltd
Priority date: 1991-11-26
Filing date: 1991-11-26
Publication date: 1993-06-08

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】シールド工法において、シールド機の掘進作
業後に組み立てたセグメントの位置が計画線路に対して
如何なる状況（裏込め注入の状況をも含む）にあるかの
所謂出来形を確認するため実施される、シールドトンネ
ルの出来形自動測量の方法及び装置を提供する。【構成】ターゲット部Ａをシールドトンネル３の掘進
作業終了後のセグメント４の内周面に当接状態に位置さ
せる。ターゲット部Ａを視準する測距測角儀５及びその
望遠鏡６に取り付けたテレビカメラ７などで構成され、
ターゲット部Ａを視準できる位置に設置されその基準点
を確認した検出部Ｂでターゲット部Ａを測量する。検出
部Ｂで得た測量情報はデータ処理部Ｃで処理し、シール
ドトンネル３の計画路線に対するセグメント４の位置を
演算処理し記録表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シールド工法におい
て、シールド機の掘進作業後に組み立てられたセグメン
トの位置が計画線路に対して如何なる状況（裏込め注入
の状況をも含む）にあるかの所謂出来形を確認するため
実施される、シールドトンネルの出来形自動測量の方法
及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シールド工法において、シールド
機の掘進作業後に組み立てられたセグメントの位置は、
シールド機の掘進動作に伴い少しずつ位置ずれを起こす
ことが知られており、セグメントリング毎に計画線路に
対する出来形の測量を行なうことが重要とされている。

【０００３】従来の出来形測量の方法及び装置として
は、予め設定したシールドトンネル内の基準点にレベル
及びトランシットを設置し、掘進作業終了後のセグメン
トの位置及び高さを各リング毎にスタッフを当てて測量
していた。

【０００４】

【本発明が解決しようとする課題】上述した従来の測量
方法は、言わば手作業であり、１日あたり１〜２回程
度、通常は昼休み又は作業終了時などを利用して、２〜
３名の作業員が各々レベル及びトランシット並びにスタ
ッフの担当を決めて持ち回り、測量していた。作業員の
坑内移動時間を含まないでも、出来形測量にのみ１時間
〜１時間３０分位もかかって面倒であった。

【０００５】特に最近はシールド工法の自動機械化が進
み、例えば特開昭６２−２９３１１５号公報に記載され
た位置姿勢自動測量装置等を応用したシールド方向制御
システムによるシールド機自動運転が行われ、その掘進
作業後にセグメントの組み立てを行っているが、同セグ
メントの出来形を逐一リアルタイムに測量し、その測量
データを前記シールド方向制御システムに常時フィード
バックすることにより、次のシールド機自動運転に反映
して精度、品質の高いシールドトンネルの施工を実現出
来ると考えられている。しかし、現在のところ、出来形
測量は前記したような手作業の段階であるから、シール
ド機自動運転が思うに任されないばかりか、人件費と時
間ばかり掛かる測量になっており、解決すべき課題にな
っている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上述した従来技術の課題
を解決するための手段として、この発明に係るシールド
トンネルの出来形測量方法は、図面に実施例を示したよ
うに、少なくとも２個の検出用輝点１、１と光波測距用
反射体２とを持つターゲット部Ａをシールドトンネル３
の掘進作業終了後の測量対象セグメント４の内周面に当
接状態に位置させ、前記ターゲット部Ａを視準する測距
測角儀５及びその望遠鏡６に取り付けたテレビカメラ７
などで構成され、且つ前記ターゲット部Ａを視準できる
位置に設置されその基準点を確認した検出部Ｂで前記タ
ーゲット部Ａを測量し、前記検出部Ｂで得た測量情報は
データ処理部Ｃで処理し、シールドトンネル３の計画路
線に対するセグメント４の位置を演算処理し記録表示す
ることをそれぞれ特徴とする．本発明において、前記タ
ーゲット部Ａは、浮揚体８により、又は作業員が手で支
える方法などで測量対象セグメント４の内周面に当接状
態に位置させることも特徴とする。

【０００７】第２の発明に係るシールドトンネルの出来
形測量装置は、やはり図面に実施例を示したとおり、少
なくとも２個の検出用輝点１、１と光波測距用反射体２
を備え、シールドトンネル３の掘進作業終了後の測量対
象セグメント４の内周面に当接状態に位置させられたタ
ーゲット部Ａと、前記ターゲット部Ａを視準する測距測
角儀５及びその望遠鏡６に取り付けたテレビカメラ７な
どで構成され、シールドトンネル３内の後方であって前
記ターゲット部Ａを視準可能な位置に設置された検出部
Ｂと、前記検出部Ｂによる視準が可能な既知の位置に設
置された基準点部Ｄと、前記検出部Ｂで得た測量情報を
処理し、前記ターゲット部Ａの位置及びシールドトンネ
ル３の計画線路に対するセグメント４の位置を演算処理
し記録表示するデータ処理部Ｃとから成ることを特徴と
する、上記第２の発明において、ターゲット部Ａは、ガ
ス浮揚体８又は動力式浮揚体９に保持され、浮揚体８を
介して測量対象セグメント４の内周面に当接状態に位置
させる構成であること、及び、ターゲット部Ａは、作業
員の手などによって支えられ測量対象セグメント４の内
周面に２個の接点で当接状態に位置される枠体３０に少
なくとも２個の検出用輝点１、１と光波測距用反射体２
とを設けた構成であること、もそれぞれ特徴とする。

【０００８】

【作用】検出部Ｂは、基準点部Ｄを視準することによっ
て自己の位置を測量し特定把握する。即ち、検出部Ｂの
測距測角儀５で基準点部Ｄを視準し、ＴＶカメラ７の十
字線に基準点部Ｄの検出用輝点の中心を合わせる操作に
より、基準点部Ｄまでの距離及び水平角並びに垂直角を
測定できる。前記測量情報に基き所謂後方交会法に基い
て自己の位置座標がデータ処理部Ｃにて演算処理され、
記録、表示される。検出部Ｂは、基準点部Ｄを視準する
のに必要な水平、垂直回転を遠隔操作可能であり、必要
に応じて何回でも自己の位置座標を特定把握することが
できる。前記のようにして自己位置が把握された検出部
Ｂを使用し、そのＴＶカメラ７がターゲット部Ａをとら
えるまで水平に回して視準し、前記基準点部Ｄからター
ゲットＡまでの振り角（水平回転角）と光波測距用反射
体２までの測距値、及びＴＶカメラ７でとらえたターゲ
ット部Ａの２個の検出用輝点１、１の位置座標を求めて
これをデータ処理部Ｃで演算処理することにより、計画
線路に対するセグメント４の位置、姿勢（出来形）を自
動測定し記録、表示する。

【０００９】図５において、セグメント４の中心Ｋは２
個の検出用輝点１，１を結ぶ線の中点を通る垂線の内方
に位置し、中心Ｋまでの距離Ｌは、次の数１で求められ
る。

【００１０】

【数１】

【００１１】従って、２個の検出用輝点１、１の位置を
求めることによってセグメント４の出来形は直ちに確認
できる。

【００１２】

【実施例】図１はシールドトンネル工事に実施した自動
測量装置の全体構成の概念図を示している。本実施例は
シールド機１０の位置、姿勢測量とセグメント４の出来
形測量とを併用する場合について示している。図中４が
シールド機１０の後方に組み込まれたセグメントであ
る。図中Ｔはシールド機１内に設置されたシールド機測
量用のターゲット部で、Ｂはシールド機１よりずっと後
方の環境の良い場所のセグメント２に取り付けて設置さ
れた検出部である。Ｃはデータ処理部、Ｄは既知の座標
位置に設置された基準点部である。図中Ａは前記シール
ド機測量用のターゲット部Ｔよりも手前で検出部Ｂの前
方の出来形確認を必要とするセグメント４の内周面に当
接状態に位置されたターゲット部である。ターゲット部
Ａは、図２に示したように空気より比重が小さいガスを
封入した偏平球状の浮揚体８によって測量対象セグメン
ト４の内周面に当接状態に位置せしめられる。浮揚体８
はセグメント４に対し２点の接触部をもつ方形状の接触
枠１１を上面部にもつ。浮揚体８は、その変形を防ぐ補
強枠１２を備えている。ターゲット部Ａは、図３Ａ、Ｂ
に詳示したように２個の検出用輝点１、１と光波測距用
反射テープ２とで構成されている。２個の検出用輝点
１、１は発光ダイオード（ＬＥＤ）より成り、細長い板
状の支持枠１３の前面に取り付けられている。支持枠１
３の背面側に電池ケース１４を設け、前記ＬＥＤの電池
１５がセットされている。２個の検出用輝点１、１は、
図３のように正面方向に見て、中点に位置する反射テー
プ２からの距離Ｅが等しい対称位置に設けられている。
なお、光波測距用反射テープ２は反射プリズムでも良い
が、重いのが欠点である。

【００１３】検出部Ｂは、前記出来形確認用のターゲッ
ト部Ａ又はシールド機１の測量用ターゲット部Ｔを視準
する測距測角儀５と、その望遠鏡６に取り付けたＴＶカ
メラ７とより成る。測距測角儀５は、水平回転を水平駆
動用モータにより、垂直回転は垂直駆動用モータにより
各々遠隔操作可能に構成されている。この検出部Ｂは、
ＴＶカメラ７が前記出来形確認用のターゲット部Ａをと
らえるまで測距測角儀５をモータで水平、垂直回転さ
せ、ＴＶカメラ７でとらえたターゲット部Ａの検出用輝
点１、１の映像信号を後述のデータ処理部Ｃへ出力す
る。測距部（光波距離計）はターゲット部Ａの光波測距
用反射テープ２までの距離を測定し、その測距値もデー
タ処理部Ｃに出力する。

【００１４】基準点部Ｄは、上記の検出部Ｂがターゲッ
ト部Ａを視準する前に、自己の位置座標を特定把握指せ
るためのものである。基準点部Ｄは光波測距用反射プリ
ズムと発光ダイオード等より成る輝点とを組み合わせた
２個のユニットから成り、各々は検出部Ｂで視準しやす
い既知の異なった２位置に設置されている。基準点部Ｄ
の設置位置は、検出部Ｂの前方又は後方のいずれでもよ
い。但し、シールド機１０の位置、姿勢測量又はセグメ
ント４の出来形測量の座標原点となるので、予め不動の
定点として測量された位置に設置される。

【００１５】検出部Ｂを出来形確認用ターゲット部Ａが
視準しやすい任意所望の位置に設置したときは、まず測
距測角儀５の水平度を出す。次に同測距測角儀５で二つ
の基準点部Ｄを視準して基準点部Ｄまでの距離及び水平
角並びに垂直角を検出する。基準点部Ｄの視凖は、望遠
鏡６に取付けたＴＶカメラ７を通じて基準点部Ｄの輝点
が望遠鏡６のレンズに付してある十字線と一致するよう
に各方向の駆動モータを遠隔操作して行ない、水平角、
垂直角を求める。また、測距部は光波測距用反射プリズ
ムまでの斜距離を測定する。これらの測定値はそれぞれ
後述のデータ処理部Ｃへ出力し、後方交会法に基づく演
算処理により測距測角儀５の位置座標を算出し記録、表
示させる。

【００１６】データ処理部Ｃは、前記検出部ＢのＴＶカ
メラ７で撮影したターゲット部Ａの映像信号を処理し、
移動する検出用輝点１、１の位置を一つのテレビフレー
ム毎に計測し自動的に追跡しながら座標データをデジタ
ル出力する移動物体位置計測装置１６と、その映像信号
を画像表示するモニターテレビ１７、及び前記測距測角
儀５で測定した反射テープ２までの距離及び前記移動物
体位置計測装置１６でデジタル出力された座標データに
基いてセグメント４の位置、姿勢を演算処理するパーソ
ナルコンピュータ１８と、その出力を画像表示するＣＲ
Ｔディスプレイ（モニター部）１９及び同出力を記録保
存するディスクユニット２０とにより構成されており、
シールドトンネル３内又は地上の事務所などに設置され
る。

【００１７】上述したように基準点部Ｄを視準すること
で自己の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を把握した検出部Ｂ
は、測距測角儀５によって基準点部Ｄからターゲット部
ＡをＴＶカメラ７でとらえるまで測距測角儀５を回転さ
せ、このときの基準点部Ｄからターゲット部Ａまでの水
平、垂直振り角が求まる。そして、測距部によるターゲ
ット部Ａにおける望遠鏡６の十字線の中心座標（Ｘ₀，
Ｙ₀，Ｚ₀）が求められる。

【００１８】従って、ＴＶカメラ７がとらえた移動物体
位置計測装置１６のモニターテレビ１７の画面上のＸ，
Ｙ基準線を前記望遠鏡６の十字線と一致させると、２個
の検出用輝点１，１の座標位置は、それぞれａ（Ｘ₁，
Ｙ₁，）、ｂ（Ｘ₂，Ｙ₂）として求まる（図４）。そ
こでこの座標位置出力をパーソナルコンピュータ１８へ
入力し演算処理させることにより、セグメント４の絶対
位置座標がわかる。

【００１９】セグメント４の中心位置Ｋを求める図式を
図５に示した。パーソナルコンピュータ１８は図５の図
式に基き、作用の項で述べた数１の式で演算処理を行な
い、セグメント４の中心位置Ｋを求めてその出来形が確
認される。要するに、上述したセグメント４の出来形確
認の測量は、シールド機１０の位置、姿勢自動測量のシ
ステム（トータルステーション部分）を併用して行なわ
れる。シールドトンネル３内の見通し空間に出来形確認
用のターゲット部Ａを浮遊移動させ、掘進作業終了後の
測量対象セグメント４を毎リング測定する。この測定は
１人の作業員だけで行なうことができ、５分〜１０分ぐ
らいの時間で行なえる。ターゲット部Ａは浮揚体８にて
セグメント４の天井部分に浮遊させるので、他の関連作
業の支障にならない。よって測定作業は随時に行なうこ
とができる。掘進作業進捗状況に合わせて随時測定可能
であるが、基本的には掘進作業終了後に行なうのが一般
的である。出来形確認の測定データは直ちにシールド機
１０の方向制御システムに常時フィードバックし、次の
シールド機自動運転に反映させる。

【００２０】

【その他の実施例】

(1) 図２のターゲット部Ａはガス浮揚体８に懸垂支持
された構成であるが、図６に示した実施例は逆に接触枠
１１の部分にターゲット部Ａを取付けた構成である。 (2) 図７Ａ，Ｂに示した実施例は、ガス浮揚体８が補
強リング２１で補剛された円筒形状であり、接触枠は持
たず、透明なガス浮揚体８の内部にターゲット部Ａが設
置されている。 (3) 図８Ａ，Ｂに示した実施例は、基本的に図７の実
施例と同様な構成であるが、ターゲット部Ａはガス浮揚
体８の下に懸垂支持されている。 (4) 図９に示した実施例は、ガス浮揚体８の下にプロ
ペラ２２をもつ動力浮揚装置（ジャイロ）９を取付けた
構成である。ターゲット部Ａは動力浮揚装置９の下に取
付けられている。ガス浮揚体８は、その上面に図２のよ
うな接触枠を持つ場合がある。 (5) 図１０は図１１に示したような態様で作業員が手
に持ち支える方法で使用されるターゲット部Ａを示して
いる。このターゲット部Ａは、内径が２〜５ｍのセグメ
ント４に適用されるもので、測量対象のセグメント４の
内周面へ２個の接点で当接される略三日月形状の２個の
枠体３０、３０を連結棒３１で対称配置に結合し、連結
棒３１の中間部位に支持棒３２を取付けた構成である。
前側の枠体３０の前面の略中央部に光波測距用の反射プ
リズム３３を取付け、その左右対称な位置に２個の検出
用輝点１、１が取付けられている。このターゲット部Ａ
によるセグメント４の中心Ｋを求める図式を図１２に示
した。ターゲットの中心からセグメント４の中心Ｋまで
の距離Ｌは、やはり作用の項で述べた数１の式で求めら
れる。

【００２１】データ処理部Ｃのパーソナルコンピュータ
１８は、上記数１の式でセグメント４の中心Ｋを求め、
そのセグメント４の出来形が確認される。

【００２２】

【本発明が奏する効果】本発明に係るシールドトンネル
の出来形測量方法及び装置によれば、出来形測量の自動
化を図れ、測量時間の短縮と省人化を図れる。特にシー
ルド方向制御システムによるシールド機自動運転におい
て、セグメントの出来形を逐一リアルタイムに測量し、
その測量データを前記シールド方向制御システムに常時
フィードバックすることにより、精度、品質に優れたシ
ールドトンネルの自動化施工を実現出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】シールド工法における出来形測量方法及び装置
の全体概念図である。

【図２】ガス浮揚式ターゲット部の正面図である。

【図３】Ａ，Ｂはターゲット部の平面図と正面図であ
る。

【図４】モニター画面の一例である。

【図５】ターゲット部Ａによるセグメントの中心位置を
求める説明図である。

【図６】ガス浮揚式ターゲット部の正面図である。

【図７】Ａ，Ｂはガス浮揚式ターゲット部の側面図と正
面図である。

【図８】Ａ，Ｂはガス浮揚式ターゲット部の側面図と正
面図である。

【図９】動力式浮揚ターゲット部の正面図である。

【図１０】Ａ，Ｂは手に持つ型式のターゲット部を示し
た正面図と側面図である。

【図１１】手に持つ型式のターゲット部の使用状態図で
ある。

【図１２】手に持つ型式のターゲット部によりセグメン
トの中心位置を求める説明図である。

【符号の説明】

１検出用輝点２光波測距用反射体３シールドトンネル４セグメント５測距測角儀６テレビカメラＡターゲット部Ｂ検出部Ｄデータ処理部８浮揚体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者鈴木稔東京都中央区銀座八丁目21番１号株式会社竹中土木内 (72)発明者花森裕司東京都中央区銀座八丁目21番１号株式会社竹中土木内 (72)発明者大西常康東京都中央区銀座八丁目21番１号株式会社竹中土木内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも２個の検出用輝点と光波測距用
反射体とを持つターゲット部をシールドトンネルの掘進
作業終了後のセグメントの内周面に当接状態に位置さ
せ、前記ターゲット部を視準する測距測角儀及びその望
遠鏡に取り付けたテレビカメラなどで構成され前記ター
ゲット部を視準できる位置に設置され、且つその基準点
を確認した検出部で前記ターゲット部を測量し、前記検
出部で得た測量情報をデータ処理部で処理し、シールド
トンネルの計画路線に対するセグメントの位置を演算処
理し記録表示することをそれぞれ特徴とする、シールド
トンネルの出来形測量方法。
【請求項２】ターゲット部は、浮揚体により、又は作業
員が手で支える方法などでセグメントの内周面に当接状
態に位置せしめられることを特徴とする、請求項１に記
載したシールドトンネルの出来形測量方法。
【請求項３】少なくとも２個の検出用輝点と光波測距用
反射体を備えておりシールドトンネルの掘進作業終了後
のセグメントの内周面に当接状態に位置させられたター
ゲット部と、前記ターゲット部を視準する測距測角儀及
びその望遠鏡に取り付けたテレビカメラなどで構成され
シールドトンネル内の後方であって前記ターゲット部を
視準可能な位置に設置された検出部と、前記検出部によ
る視準が可能な既知の位置に設置された基準点部と、前
記検出部で得た測量情報を処理し前記ターゲット部の位
置及びシールドトンネルの計画路線に対するセグメント
の位置を演算処理し記録表示するデータ処理部とから成
ることを特徴とする、シールドトンネルの出来形測量装
置。
【請求項４】ターゲット部は、ガス浮揚体又は動力式浮
揚体に保持され、浮揚体を介してセグメントの内周面に
当接状態に位置されることを特徴とする、請求項３に記
載したシールドトンネルの出来形測量装置。
【請求項５】ターゲット部は、作業員の手などによって
支えられ、セグメントの内周面に２個の接点で当接状態
に位置される枠体に少なくとも２個の検出用輝点と光波
測距用反射体とを設けた構成であることを特徴とする、
請求項３に記載したシールドトンネルの出来形測量装
置。