JPH07198380A - 測量方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】掘進機の位置の測距測角を迅速に行い、掘進機
の位置のリアルタイム測量を可能にする。 【構成】シールド掘進坑内の後方台車に沿って走行する
測距測角儀で、基準点を基にシールド掘進機と基準点の
間の仮基準点と該測距測角儀の位置を順次検出して、シ
ールド掘進機の位置を検出するシールド測量方法におい
て、基準点および仮基準点に、各反射プリズムに対応し
てシャッターが開閉するボックス内に反射プリズムを格
納したボックスを設置し、どちらかの一方のシャッター
を開き、他方のシャッターを閉じて、開いたシャッター
に対応する反射プリズムを利用して測距測角を行い、次
に、その開いていたシャッターを閉じ、閉じていたシャ
ッターを開き、その開いたシャッターに対応する反射プ
リズムを利用して測距測角を行ない、シールド掘進機の
位置を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シールド掘進あるい
は推進坑内等のトンネル坑内における測量方法に関する
ものである。さらに詳しくは、この発明は、計画線に沿
ってのトンネルの築造を高精度にかつ迅速に行なうため
の測量方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】近年、地下空間の高度利用へ
の要請が高まるとともに、シールド掘削や推進工法等に
よるトンネル築造への期待も大きなものとなっており、
これに対応してその技術の一層の高度化が強く求められ
ている。周知のように、トンネル築造においては、計画
通りの線形に沿ってトンネルを敷設することが技術的に
も必須の条件となっており、特に、機械的の掘進してい
くシールド工法や推進工法においてはそのための掘進機
の位置の正確な測量が極めて大切な要件となっている。

【０００３】このような掘進機の位置測定とトンネルの
計画線に沿っての築造のための測量においては、従来よ
り、人力による測量の方法と、自動測量による方法とが
知られている。このうちの人力による測量方法として
は、センター測量（トラバース測量）とオフセット測量
が主流となっており、また人力に代わる自動測量の方法
としては、レーザー測距測角儀やジャイロコンパスを用
いる方法がある。

【０００４】この後者の自動測量方法は、人力による測
量に比べてはるかに合理的で、人力による測量がシール
ド掘進の合間に行なわれるのに比べ、掘進中でも常時測
量することができ、測量精度のばらつきも小さいため、
徐々に普及し始めている。しかしながら、このように優
れた利点を有する自動測量方法ではあるが、レーザー測
距測角儀を用いる方法においては、トンネル線形が曲線
の場合、レーザー測距測角儀の盛り替え回数が増加し、
また、レーザー測距測角儀とシールド掘進機との間に障
害物があるとレーザー光が遮られる等の欠点がある。ま
た、ジャイロコンパスを使用する方法の場合には、シー
ルド掘進機が水平方向へ同じ角度で横移動したときに、
ジャイロコンパスは移動する前後で同方向を指針してい
るために、あたかもその同方向に進んでいるかのように
計測され、それが誤差となって現れるという欠点があ
る。

【０００５】そこで、この発明の発明者らは、シールド
工法等における自動測量の方法の特長を生かしつつ、こ
れまでの自動測量方法の欠点を解消し、計画線に沿って
のトンネルの築造が可能な、高効率および高精度のトン
ネル測量の方法をすでに提案している。この方法は、掘
進坑内の後方台車に沿って走行する測距測角儀で、基準
点を基に掘進機と基準点の間の仮基準点と該測距測角儀
の位置を順次検出して、掘進機の位置を検出することを
特徴としている。

【０００６】図１はこの発明の発明者らがすでに提案し
ている測量方法の一連の手順を説明したものである。ま
た、図２〜図５はこの手順に具体例に沿って説明したも
のである。すなわち、まず図２の状態において、位置
（ａ）に位置する移動台車（２０）に搭載されている測
距測角儀（２１）から後方台車の後方の２点の基準点に
位置する反射プリズム（ｂ）（ｃ）を水平・鉛直にモー
タ駆動させ、２点を順次視準したところで三角測量の要
領で、測距測角儀の三次元座標位置を求める。次に図３
に示したように、三次元座標位置が求められている測距
測角儀（２１）を水平・鉛直に回転させ、見通せる２点
の適当な位置に設置してある反射プリズム（ｄ）（ｅ）
を視準し、２点の反射プリズム（ｄ）（ｅ）の三次元座
標位置を求め、２点の仮基準点とする。次に図４に示し
たように、測距測角儀（２１）を搭載した移動台車（２
０）が自動的に位置（ａ）から位置（ｆ）に移動したと
して、この位置（ｆ）に移動した測距測角儀（２１）か
ら、仮基準点に位置する反射プリズム（ｄ）（ｅ）を視
準して三角測量の要領で測距測角儀の三次元座標位置を
求める。そして図５に示したように、座標位置が既知と
なった仮基準点と測距測角儀（２１）から掘進機に設置
してある反射プリズム（ｇ）を視準し、反射反射プリズ
ムの三次元座標位置を求め、掘進機（２４）の位置を自
動測量する。

【０００７】以上の通りの測量方法により、高効率およ
び高精度の自動測量が可能となる。しかしながら、その
後のこの発明者の検討によって、以上測量方法において
も、さらに改良の余地があることがわかった。それと言
うのも、従来の測量方法における距離を測定する距離光
は、例えば、図６に例示したように、一般的約±２０分
の広がりを持ちながら照射し、自動追尾式測距測角儀は
反射プリズム（ｈ，ｉ）によって反射してきた光の加重
中心を追尾する構造となっているので、自動追尾式測距
測角儀が反射プリズム（ｈ，ｉ）の中心を追尾するため
には、ひとつの反射プリズム（ｈ）を自動追尾したとき
に、一方の反射プリズム（ｉ）が追尾中の光波の広がり
（２５）の範囲外に位置するように配置しなければなら
ない。

【０００８】このため、例えば図６に例示したように、
２つの反射プリズム間隔（２６）は１ｍ以上の距離を置
く必要があり、その結果、例えば、２点の切羽側の反射
プリズムを用いて掘進機の位置を計測するだけでも約９
０秒間を要し、掘進機の位置のリアルタイム測量が不可
能であった。またさらに、このような計測中に生じるタ
イムラグの間に、掘進機の位置がずれてしまうことがた
びたびあり、そのため、測距測角に大きな誤差が生じて
しまうことがあった。

【０００９】この発明は、以上の通りの事情に鑑みてな
されたものであり、これまでの自動測量方法の欠点を解
消して、高精度で迅速なシールド測量方法を提供するこ
とを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するものとして、トンネル掘進坑内の後方台車に
沿って走行する測距測角儀で、基準点を基に掘進機と基
準点の間の仮基準点と該測距測角儀の位置を順次検出し
て、掘進機の位置を検出する測量方法において、基準点
および仮基準点で、反射プリズムに対応して光波の広が
り範囲内に配置した少くとも二つの反射プリズムのうち
の一つにより、シャッターの開放によって、もしくはプ
リズムの移動によって測距および測角を行ない、次に、
これとは別の反射プリズムにより、シャッターの開放に
よって、もしくはプリズムの移動によって測距または測
角を行ない、掘進機の位置姿勢を検出することを特徴と
する測量方法を提供する。

【００１１】さらにこの発明においては、前記の測量方
法において、測距測角儀の旋回角度をデータとして外部
に取り出し、計算処理して掘進機の位置姿勢を検出する
ことを特徴とする測量方法をも提供する。

【００１２】

【作用】つまりこの発明においては、例えば、図７に例
示したように、各反射プリズムに対応して、シャッター
（２７）が開閉するボックス内に反射プリズムを格納
し、どちらかの一方のシャッター（２７）を開き、他方
のシャッター（２７）を閉じて、開いたシャッター（２
７）に対応した反射プリズム（ｈ）を利用して測距測角
を行ない、次に、その開いていたシャッター（２７）を
閉じ、閉じていたシャッター（２７）を開き、その開い
たシャッター（２７）に対応する反射プリズム（ｉ）を
利用して測距測角を行なう。

【００１３】このようにシャッターを介して反射プリズ
ムを利用することにより、光波の広がり（２５）を考慮
する必要がなく、各反射プリズム（ｈ，ｉ）を接近させ
ることが可能となり、このような接近した各反射プリズ
ム（ｈ，ｉ）の配置により、自動追尾式測距測角儀の旋
回、追尾時間を大幅に短縮できる。したがって、例え
ば、２点の切羽側の反射プリズムを用いてシールド工
法、あるいは推進工法における掘進機の位置を計測する
のに約１５秒程しか要さず、掘進機の位置のリアルタイ
ム測量が十分可能となった。

【００１４】またさらに、このような計測中に生じるタ
イムラグは非常に少ないために、掘進機の位置のずれ
が、最小限にとどめることができ、信頼性の高い測距測
角データが得られる。シャッター開閉方式に代えて、反
射プリズムそのものが移動するようにしてもよい。

【００１５】もちろんこの発明における測量方法におい
ては、従来からの測量方法と同様に、ア）２つの反射プ
リズムの測角データとどちらか一方の距離データ、イ）
例えば図８に例示したように、ひとつの反射プリズム
（ｈ）の測距測角データと自動追尾式測距測角儀の旋回
角が０になるように一方の反射プリズム（ｉ）を移動さ
せた場合のその移動量（Ｉ）、ウ）２つの反射プリズム
の測角値と掘進機のジャキストローク値から求めた推進
量、のいずれかを採用することにより、掘進機の位置を
正確にかつ迅速に計測する。

【００１６】もちろん、（イ）の場合には、反射プリズ
ムを上下に移動するための設備が必要となる。またさら
に、この発明におていは、測距測角儀の旋回角度をデー
タとして外部に取り出し、計算処理して掘進機の位置姿
勢をリアルタイムに検出してもよい。つまり、この発明
における測距測角儀は、プリズムから反射されてきた光
量をもとに、その内部で反射光量の加重中心を求め、旋
回角度を決定し、実際に旋回動作に移り、そして、測角
を行なっているので、旋回角度をデータとして外部に取
り出し計算するだけで、瞬時にかつリアルタイムに掘進
機の位置姿勢を計測することが可能となる。

【００１７】さらにこの発明の測量方法についてさらに
詳しく説明する。

【００１８】

【実施例】この発明の測量方法と、従来のシャッターが
付いていない反射プリズムを用いての測量方法におい
て、掘進機の位置の計測精度を計算し、その精度を比較
検討した。この発明の測量方法において、各反射プリズ
ムの間隔を１ｍと仮定すると、一般的に、自動追尾式測
距測角儀の測角精度が１０秒であるので、切羽側の反射
プリズムの位置精度は、反射プリズムと自動追尾式測距
測角儀までの距離を３０，０００ｍとすると、 ｓｉｎ（１０°）×３０，０００＝１．５ｍｍ となる。

【００１９】つまり、各反射プリズムの間隔１ｍにおい
て、シールド掘進機の位置の精度は、約１．５ｍｍ×２
（反射プリズム２個）＝３ｍｍの誤差が生じる。したが
って、この発明の方法を用いてのシールド機計測の方位
誤差は、最大で０．１７°である。一方、従来のシール
ド測量方法においては、ジャイロコンパスを用いた場
合、一般的にシールド機計測の方位誤差は、０．２°で
あることから、この発明の方法における精度は非常に高
いこととなる。

【００２０】

【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、シールド掘進工法あるいは推進工法において、反射
プリズムをその反射プリズムに対応したシャッターを備
えたボックス内に接近させて配置することにより、ある
いは反射プリズムを移動自在とすることにより、掘進機
の位置の測距測角が迅速に行え、掘進機の位置のリアル
タイム測量が十分可能となった。

【００２１】またさらに、このような計測中に生じるタ
イムラグが非常に少ないために、掘進機の位置のずれ
が、最小限にとどめることができ、信頼性の高い測距測
角データが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の発明者が提案した測量方法の概要を
示したプロセスブロック図である。

【図２】この発明の発明者がすでに提案した測量法の第
１ステップを示した平面図である。

【図３】この発明の発明者がすでに提案した測量法の第
２ステップを示した平面図である。

【図４】この発明の発明者が提案した測量法の第３ステ
ップを示した平面図である。

【図５】この発明の発明者が提案した測量法の第４ステ
ップを示した平面図である。

【図６】この発明の発明者が提案した測量方法における
反射プリズムの配置を示した概略図である。

【図７】この発明の測量方法における反射プリズムの配
置を示した概略図である。

【図８】この発明の測量方法における反射プリズムの配
置を示した概略図である。

【符号の説明】

ｂ，ｃ 基準点に位置する反射プリズム ｄ，ｅ，ｇ 仮基準点に位置する反射プリズム ２０ 移動計測台車 ２１ モータ駆動測距測角儀 ２２ 走行用軌道 ２３ 後方台車 ２４ 掘進機 ２５ 光波の広がり ２６ 反射プリズム間隔 ２７ シャッター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘進坑内の後方台車に沿って走
   行する測距測角儀で、基準点を基に掘進機と基準点の間
   の仮基準点と該測距測角儀の位置を順次検出して、掘進
   機の位置を検出する測量方法において、基準点および仮
   基準点で、反射プリズムに対応して光波の広がり範囲内
   に配置した少くとも二つの反射プリズムのうちの一つに
   より、シャッターの開放によって、もしくはプリズムの
   移動によって測距および測角を行ない、次に、これとは
   別の反射プリズムにより、シャッターの開放によって、
   もしくはプリズムの移動によって測距または測角を行な
   い、掘進機の位置姿勢を検出することを特徴とする測量
   方法。
2. 【請求項２】 請求項１の測量方法において、測距測角
   儀の旋回角度をデータとして外部に取り出し、計算処理
   して掘進機の位置姿勢を検出することを特徴とする測量
   方法。