JPH0563598B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、トンネルの掘削に際してトンネル断
面の形状を計測するためのさく岩機用トンネル断
面計測機に関するものである。

（従来技術） 一般に、トンネルの掘削に際しては、さく孔面
（トンネル断面）の形状を計測し、断面形状に見
合つてさく岩機によりさく孔すべきさく孔位置や
方向を予め定める必要がある。

従来、トンネル断面の計測は、トンネル内を直
進するレーザビームによつて定められるさく孔面
上の定点を基準として正規の直角座標系を設定
し、この正規の直角座標系の原点からトンネル断
面の各点までの距離および方向を計測することに
よつて行なうようにしている。

かかる従来のトンネル断面計測方式は、さく岩
機の台車を上記レーザビームによつて与えられる
定点を基準とする正規の直角座標系の原点に対し
て位置決めして設置することが極めて困難である
ため、その設置作業に長時間を要し、非能率なも
のであつた。

（発明の目的） 本発明の目的は、計測手段を正規の直交座標系
の原点に設置することなくトンネル内の任意の位
置においてトンネル断面の計測を行なうことがで
きるさく岩機用トンネル断面計測機を提供するこ
とである。

（発明の構成） このため本発明は、台車上のビームの基準点に
関して所定の位置にトランシツトなどの計測手段
を設け、台車をトンネル断面内の任意の位置に設
置した状態で、まずさく孔面上の定点について、
ブームの基準点から各定点までの距離および方向
を計測し、これら計測データをもとに上記定点を
基準として定められる正規の座標系と、ブームの
基準点を原点とするブームの座標系との間の座標
変換パラメータを演算するパラメータ演算手段を
設け、このパラメータ演算手段によつて演算され
た座標変換パラメータを用いて、トンネル断面上
の任意の点の方向が上記計測手段によつて計測さ
れると、直ちに当該点の正規の座標系における座
標値を演算する座標演算手段を設け、トンネル断
面上の各点を上記の要領で順次に計測することに
より、トンネル断面形状を正規の座標系で正確に
求めることができるようにして構成したものであ
る。

（発明の効果） 本発明によれば、台車の芯出しを行なう必要な
しにトンネル断面形状の正確な計測が行なえるの
で、トンネル断面形状の計測を著しく迅速化、容
易化することができる。

（実施例） 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を
説明する。

第１図に示すように、トンネル１の切羽面の直
前にはさく孔面２が設定され、そのさく孔面２上
にはトンネル１内を直進する２本のレーザビーム
L_B、L_Bによつて２つの定点Ｆ１，Ｆ２が設定さ
れる。そして、さく孔面２には、これら定点Ｆ
１，Ｆ２を基準とし、Ｘ軸、Ｙ軸がさく孔面２上
にある三次元直角座標系Ψ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が正規
の直交座標系として設定される。

一方、さく岩機３を乗架したブーム４の台車５
上には、ブーム４の基準点Ｏに対して所定の位置
に計測器６としてのトランシツトが設置される。
このトランシツト自体の構造ならびに機能は、測
量の分野において周知であるので具体的な説明を
省略する。

なお、第５図のさく孔面２上の各小円は、さく
孔位置を表わす。

第２図にブロツク構成を示すように、さく岩機
用トンネル断面計測機は、基本的には計測器６に
より計測されたデータを入力データとするコンピ
ユータによつて構成されこの計測器６を用いたト
ンネル断面形状の計測は、以下の要領で行なう。

() 座標返還パラメーター演算 計測器６により、まずレーザビームL_B、L_B
によつてさく孔面２上に与えられる定点Ｆ１，
Ｆ２の計測を行なう。この計測は、台車５をト
ンネル１の任意の位置に設置した状態で行なえ
ばよく、台車５の芯出しを行なう必要は無い。
前述したように、計測器６はブーム４の基準点
Ｏを基準として設置されており、計測はブーム
４の基準点Ｏから各定点Ｆ１，Ｆ２までの距離
および方向について行なう。このようにして得
られた各定点Ｆ１，Ｆ２に関するデータは、コ
ンピユータのソフトウエアとしてプログラム的
に設定される第１演算手段７（以下の演算手段
についても同じ）に入力される。

第１演算手段７は、計測によつて得られた各
定点Ｆ１，Ｆ２の距離および方向からブーム４
の基準点Ｏを原点とするブームの三次元直角座
標系φ（ｘ，ｙ，ｚ）における座標値を演算し
てこれをメモリー手段８に入力して記憶させ
る。このメモリー手段８には、前記正規の三次
元直角座標系Ψ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における定点Ｆ
１，Ｆ２の座標値が予めメモリされている。そ
こで、本発明にいう座標変換パラメータを演算
するパラメータ演算手段としての第２演算手段
９は、上記定点Ｆ１，Ｆ２のブームの直角座標
系φ（ｘ，ｙ，ｚ）における座標値との正規の
直角座標系Ψ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における座標値と
からこれら２つの座標系の間の変換パラメータ
を演算する。この演算手法は、２つの直角座標
系の間の座標変換方式として解析幾何学的によ
く知られた手法であるので、その詳しい説明は
省略する。上記第２演算手段９によつて演算さ
れた座標変換パラメータは、メモリー手段８に
格納記憶され、以下に行なうトンネル断面計測
に用いられる。

() トンネル断面計測 ついで、計測器６によりさく孔面２が交差す
るトンネル断面上の点Al，……，Aiのブーム
４の基準点Ｏからの方向を計測する。この場合
には、さく孔面２までのブーム４の基準点０か
らの距離（換言すれば、正規の直角座標系の原
点とブームに設定した直角座標系の原点との間
の相当位置）は、上記（）の定点計測によつ
て得られるデータから演算によつて求めること
ができるので、今回の計測では各点までの距離
の計測は行なう必要がない。

いま、例えばトンネル断面上の点Ａ２の方向
が計測されると、この計測データは第３演算手
段１０に入力される。そして、この第３演算手
段１０は、Ａ２について得られた方向の計測デ
ータから、まず、ブーム４の基準点Ｏを原点と
する三次元直角座標系φ（ｘ，ｙ，ｚ）での座
標値を演算し、これを第４演算手段１１に出力
する。

この第４演算手段１１は、本発明にいう座標
演算手段として構成され、具体的には上記第２
演算手段９によつて演算され、メモリ手段８に
メモリされている座標変換パラメータを用いて
上記点Ａ２の正規の三次元直角座標系Ψ（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）における座標値を求めるべく座標変換
を行なう。つまり、第４演算手段１１は、点Ａ
２の正規の直角座標系における座標値を簡単な
座標変換演を通して求めることができ、このよ
うにして求められた正規の直角座標系における
点Ａ２の座標値を表示器１２に表示する。

なお、実際の計測に際しては、さく孔面２上
で適当なスポツト光をトンネル断面に向けて照
射し、そのスポツト光をもとに１回の計測を行
なう。

上記のようにして、さく孔面２上のトンネル
断面の点Ａ１，……Aiの正規の三次元直角座
標系Ψ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における座標値が求めら
れると、これら計測点を適宜に結んで正規の直
角座標系におけるトンネル断面形状が正確に求
められることになる。

このようにして求められたトンネル断面形状
については、これに基づいてさく孔面２上にお
けるさく孔位置を当業者にとつてよく知られた
方法で順次に定め、以後はこのようにして求め
られたさく孔位置にしたがつてさく岩機による
さく孔を行なう。

以上のように、本発明では、台車を芯出しする
ことなく任意の位置に設置した状態のままで正規
の座標系におけるトンネル断面形状を正確かつ容
易に求めることができるのである。

なお、上記の実施例では、三次元の直角座標系
によつてトンネル断面形状を求めるようにした
が、例えば球面座標系等の三次元座標系に基づい
て断面形状を求めるようにしてもよいことはいう
までもない。

また、上記実施例では、２つの定点Ｆ１，Ｆ２
について距離および方向を夫々計測したが、台車
５の設置に際して、ブーム４の直角座標系φ（ｘ，
ｙ，ｚ）のｘ軸、ｙ軸が正規の直角座標系Ψ（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）のＸ軸、Ｙ軸と夫々平行となるように水
平姿勢を正しく設定すれば、座標変換パラメータ
は３個ですむので、一方の定点Ｆ１あるいはＦ２
についての計測で足りることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はトンネル内のさく岩機の設置状態を示
す説明図、第２図は本発明に係るさく岩機用トン
ネル断面計測機の全体概略構成説明図である。 １……トンネル、２……さく孔面、６……計測
器、７……パラメータ演算手段、１１……座標演
算手段、１２……表示器、CPU……中央演算処
理装置、Ψ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）……正規の三次元直角
座標系、φ（ｘ，ｙ，ｚ）……ブームの基準点を
原点とする三次元直角座標系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 台車上のブームの基準点に関して所定の位置
   に設置され、ブームの基準点から任意の点までの
   距離、方向を計測する計測手段と、 台車を任意の位置に設置した状態で、計測手段
   により切羽面直前に設定するさく孔面上の定点に
   ついて、上記ブームの基準点からの距離および方
   向が計測されると、これら計測値に基づいて、上
   記さく孔面上の定点を基準として定められる正規
   の座標系と、ブームの基準点を原点とする座標系
   との間の座標変換パラメータを演算するパラメー
   タ演算手段と、 台車を上記任意の位置に設置した状態で、さく
   孔面上にあるトンネル断面の任意の点のブームの
   基準点からの方向が計測手段により計測される
   と、この点の正規の座標系における座標値を演算
   する座標演算手段と、 座標演算手段により演算された断面上の座標値
   を表示する表示手段と、 上記各演算および表示に必要な一連の作動指令
   を出力する中央演算処理装置とを、 備えたことを特徴とするさく岩機用トンネル断面
   計測機。