JPS61130593A - 余掘測定システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、余掘測定システムに関し、特に、トンネル
の設計された断面に対して実際に掘削された内壁面につ
いての余掘量を知ることができるような余掘測定システ
ムに関するものである。

（従来の技術〕 一般に〜、トンネル掘削工事等にあっては、さく孔機に
て切羽面に発破孔をさく孔して、このさく孔Ｇコ、ダイ
ナマイト等を装薬して、発破をかけて岩盤を破砕する方
法が採られているが、この場合−１設計断面以上に掘れ
る余堀が発生する。

この余堀の量は、その時々の発破孔の位置とか、岩盤の
状態により変化するが、従来それを短時間で簡単に測定
できる適当な測定システムはなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

掘削の際、さく孔パターンが適正でないと余掘量は、大
きくなる傾向にあり１、この余堀がトンネルの設計断面
に対して太き（なると、コンクリートの使用量が多くな
り１４問題となる。また、余掘量を少なくしようとする
と設計断面より岩盤が突出する部分を生じ、その修正作
業も手間がかかる。

余堀を小さく抑えかつ必要な断面の破砕を可能とするさ
く孔パターンを設定することはなかなか難しいことであ
る。このような適正なさく孔パターンを設定するために
は、−発破毎の余掘量の把握が不可欠であり、その測定
システムの開発が望まれていた。

〔発明の目的〕

この発明は、このような従来技術の問題点を解決するも
のであって、さく孔装置を利用することにより特別の測
定装置を要せず、安価で簡便にトンネルの設計された断
面に対して実際に掘削された内壁面についての余堀の量
を知ることができ、もって余掘量を小さくするようさく
孔パターンを修正できるような余掘測定システムを提供
することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

このような目的を達成するために、この発明は、トンネ
ルの設計された断面に対応する内壁面に対して掘削され
た実際の内壁面にさく孔機を位置決めして、その座標を
読取って、設計された断面に対するずれ量を算出して余
堀の状態を知るというものであって、その手段は、ブー
ムを介して台車に支持されたさく孔機とこのさく孔機の
Ｘ、Ｙ。

Ｚ方向の移動位置を台車の基準位置に対して算出するた
めの情報を発生する位置検出装置とこの位置検出装置か
らの情報を受ける処理装置とメモリとを有するさく孔装
置と、このさく孔装置の芯出しのための装置とを備えて
いて、処理装置は、このさく孔装置が芯出しされたとき
にトンネル断面上でのさく孔装置が設定された位置を算
出し、さく孔機の先端が掘削された内壁面に接触する状
態にされたときに位置検出装置の情報とさく孔装置が設
定された位置の算出情報とに基づき接触した状態にある
さく孔機先端の位置を算出することにより、掘削された
内壁面の状態を測定するというものである。

〔作用〕

このようにさく孔機先端が掘削された内壁面に接触する
状態になったときの位置検出装置の情報からの位置につ
いての情報を得て、さく孔装置の設定位置との関係から
その位置座標を算出することにより内壁面の状態を測定
できるので、余堀量を知ることができる。

したがって、次の切羽面のさく孔位置を適切なさく孔パ
ターンへと修正してさく孔すれば、余掘量をコントロー
ルできるので、岩盤等の質が変化しても適切な断面の掘
さくを行うことが可能となる。

その結果、トンネル内壁に打設されるコンクリートの使
用量を適切な値にすることができる。

〔実施例〕

次に、この発明の一実施例について図面を参照して、具
体的に説明する。

第１図は、この発明の一実施例である余掘測定システム
を適用した制御部の処理の流れ図、第２図は、その制御
部のブロック図、第３図は、その測定状態の説明図、第
４図は、さく孔装置の位置決め状態の説明図、第５図は
、自動測定の場合の測定におけるトンネル断面について
の説明図、そして第６図は、自動測定の場合のメモリに
おける記憶テーブルの説明図である。なお、これら各図
において、同一のものは、同一の符号で示す。

第２図において、１０は、この制御部であって、処理装
置１）と入力装置１２、メモリ１３、さく化機１６、さ
く化機１６に対する位置決め作動機構１４及びその位置
検出装置１５、そしてカセットテープ記憶装置等からな
る外部記憶装置１７等から構成されている。

ここで、処理装置１）は、マイクロプロセッサ。

インタフェース等を有していて、入力装置１２は、操作
パネル上に配置され、各種のキーを有するキーボードと
コーグとを具えている。また、メモリ１３は、トンネル
の設計断面に対応する内壁面に対応する座標データが記
憶されている。

一方、位置決め作動機構１４は、位置検出装置１５から
の検出信号と目標位置情報に応じて動作し、目標位置情
報に対応する座標位置等にさく化機１６を位置決めする
。すなわちこれは、第３図に見るブーム６、ガイドシェ
ル５．さく化機１６の移動機構（図示せず）等の角度又
は位置を選択的に制御するものであって、ブーム６、ガ
イドシェル５等をそれぞれ所定の角度に設定し、さく化
機１６の移動機構を所定の位置に設定してさく化機１６
を切羽面の座標基準位置から見た所定の座標位置に所定
の角度で位置決めする。

ここに、位置決め作動機構１４は、所定の位置にさく化
機１６を位置決めするために、比較器。

シリンダ装置、そしてこれを制御する油圧電磁バルブ及
びバルブ駆動回路等を備えていて、比較器にて、現在位
置と処理装置１）から得た目標位置とを比較して、その
結果得た差信号をバルブ駆動回路に供給して、油圧電磁
バルブを介してシリンダ装置を作動し、さく化機１６を
目標位置に位置付ける。ここに前記比較器に与えられる
現在位置の情報は、位置検出装置１５から、それぞれ与
えられ、目標位置情報は、処理装置１）から指令信号と
して受ける。そして各さく孔［１６の位置決めが完了し
たときには、位置決め作動機構１４は、それぞれ制御装
置１）に位置決め完了信号を送出する。

位置検出装置１５は、さく化機１６の現在の角度と位置
とを検出するものであって、さく化機１６の移動機構、
ガイドシェル５．ブーム６、台車７等の可動部分に配置
されたロータリエンコーダと、このロータリエンコーダ
からの情報信号をデコードして所定のディジタル値に変
換する変換回路とを具えて構成され、所定の角度に設定
されたガイドシェル５．ブーム６の角度情報及びさく化
機１６の進退の距離に対応する情報を処理装置１）と位
置決め作動機構１４とに送出する。なお、この場合、位
置決め作動機構１４に対しては、変換回路の出力信号が
その比較器に加えられて、現在位置を示す情報信号とし
て取り扱われる。

さて、処理装置１）は、入力装置１２からの読込み指令
を示す入力信号に対応して、位置検出装置１５からのデ
ータを読込み、そのデータからさく化機１６の座標位置
をメモリ１３に記憶する。

この場合の座標データとしては、第５図に見るトンネル
１の切羽面９に対応し、その中心Ｏを基準として採られ
た座標であって、前記基準位置０からＸ方向（水平方向
ｉＸ）、Ｙ方向（垂直方向；Ｙ）にとった座標位置、さ
く化機１６のさく孔方向（Ｚ）を１つの単位として、そ
れぞれが算出され、これらがメモリ１３の所定番地に順
次テ：ジタル化した数値で記憶される。

次に、動作を説明すると、第４図に見るごとくトンネル
１の後方に配置されたレーザー装置３は、光線４を発生
して、さく孔装置１の切羽面９に対する座標基準位置の
芯出しを行うために利用される。

すなわち、芯出しとして、さく孔装置２のブーム６を制
御して、そのさく化機１６を支持するガイドシェル５上
に設けられた第１．第２のターゲット８ａ、８ｂに光線
４に合わせて、その時のブーム６の移動量から逆算して
、トンネル１の中心に一致し、切羽面９０手前に対応し
て設定され・るさく孔座標の原点位置Ｏを読込み、同時
に、切羽面９上に設定されるさく孔座標に対する台車７
の軸中心の座標位置（Ｘｏ　、　Ｙｏ　）を算出して、
これら原点位置Ｏと軸中心座標位置（Ｘｏ、Ｙｏ）をそ
れぞれメモリＩ３の所定の記憶領域に記憶する。

そして、第５図に見る所定のさく孔パターンＰに対応し
て切羽面９をさく孔して、さく孔装置２が後退し、さく
孔された孔に装薬して、発破が掛けられて、所定量の掘
削が行われる。

ここで、第１図に見るごとく、そのステップ■でさく孔
装置２が前進して、台車７を切羽面９に移動し、切羽面
９から所定の位置に対峙して設置する。そしてステップ
■で再び、前記芯出しが行われる。

次に、ステップ■にて、入力装置Ｉ２からさく孔方向で
あるＺ方向の値が入力されて、さく孔線】６が台車７の
基準位置からさく孔方向に一定距離、例えば１ｍの位置
にセットされるように処理装置から位置決め作動機構１
４に制御信号が送出されて、常に、さく孔線１６の先端
側がさく孔方向に対して１ｍの位置にあるように制御さ
れる。

次に、ステップ■で第４図に見るごと（、手動により、
掘削されたトンネル１内の内壁面に接するようにさく孔
線１６をＸＹ方向へ移動し、接触させる。そしてステッ
プ■にて入力装置１２から座標読込みキーが押下された
時点で、その時の座標情報（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の値を位置検
出装置１５からのデータとして処理装置１）が読込み、
それをメモリ１３に記憶する。

そして、ステップ■にて、測定が終了していないかを例
えば終了キーとかその測定数により判定し、ステップ■
からステップ■までの処理過程を測定が終了するまで循
環して、その処理を実行する。

このようにして、掘削されたトンネル１内の内壁面にお
いてほぼ所定間隔置きに、又はその凹凸の状態に応じて
必要な個所の座標を読取って行き、あるさく孔方向につ
いての余掘測定が終了すると、次に、Ｚ方向の値を更新
して、同様な余掘測定を繰り返して、切羽面９の付近ま
で行う。

次に、入力装置１２から余堀距離演算のキーを入力する
と、処理装置１）がこれを受付けて、ステップ■にてメ
モリ１３から余掘測定した座標に対して、第３図に見る
設計断面パターンＳ（黒線部参照）のうち、測定点に対
してそれに最も近い設計上の断面パターン上の点の座標
値を読出して、これと測定点の座標との距離を算出して
、それを余掘量として、ステップ■にてその測定点に対
応してメモリ１３に記憶して行く。

こうして得た測定座標値と余掘量のデータは、外部記憶
装置であるカセットテープ等の記憶装置１７に記憶され
て、さく孔装置２に搭載されたコンピュータ又は他のコ
ンピュータで処理されてディスプレイ上に表示され、又
はＸ−Ｙプロッタ上にブロッテングされる。

そしてその結果から、切羽面９をさく孔するさく孔パタ
ーンＰに修正が加えられて、より余掘量が少なくなる方
向へとさく孔位置を変更させることになる。

その結果、余堀が少なく、設計断面に近い形でトンネル
の掘削ができ、掘削された内壁面１ａを打設するコンク
リート量も少な（で済むことになる。

ところで、前記は、手動でさく孔線１６を位置決めして
いるが、これは、所定の余掘測定パターンに従って自動
で行うことができる。

第６図は、この場合の余掘測定パターンを記憶するメモ
リ１３の記憶テーブルの状態である。

次に、この自動処理について説明すると、入力装置１２
から入力された余掘測定パターン番号に従って、例えば
、メモリ１３がアクセスされ、所定の余掘測定パターン
情報Ｔを続出して、演算処理等をした結果を位置決め作
動機構１４に指令信号として送出して、さく孔線１６を
所定の測定位置ＴＩ、Ｔ２．Ｔ３．−．Ｔｎのうちの、
まず、ＴＩに設定し、その位置決め完了信号を受け、次
にさく孔線１６の移動機構を進退させる指令信号を送出
して、さく孔線１６を前進させる。そしてさく孔４ｉ１
６の前進距離を作動機構１４から受けて、掘削された内
壁面に接触する状態になるまでさく孔線を前進させて、
余掘測定パターンから得た距離の情報に対し、接触した
状態で検出されるさく孔線１６の距離のずれ量を余掘測
定番号位置について順次算出してメモリ１３に記憶する
。

ここで、メモリ１３には、切羽面９上にとられた基準位
置からＸ方向（水平方向ｉＸ）、Ｙ方向（垂直方向；Ｙ
）にとった座標位置、さく孔機１６のさく孔方向（Ｚ）
、さく孔機１６の進退距離（Ｌ）、余掘測定角（θ）を
１つの単位として、余掘測定番号対応に、第６図に見る
記憶テーブル２１の所定番地にデジタル化した数値で、
これらを記憶している。しかも、このような余掘測定番
号列は、余掘測定パターンに対応して、それぞれ特定番
地領域が割当られて記憶されているものである。

したがって、入力装置１２から余掘測定パターンを入力
することによって、これを検索することができる。

なお、この余掘測定パターンＴは、第５図に見るような
トンネルの設計上設定された断面に対して手前の位置に
所定の間隔で採られたものであって・、その設計上の断
面形状によってそれぞれ相違するものである。

まず、その第１バイト目である記憶位置２２は、余掘測
定が完了したか否かを示すフラグビット（第１ピントが
Ｏのとき、測定が完了していない。

第１ビツトが１のとき、さく孔が完了していることを示
している）と余掘測定番号（残り、７ビツト）とを記憶
する位置である。この余掘測定番号は、余掘測定番号の
順番に記憶すれば、このメモリ１３の番地をそのまま利
用して、省略してもよい。第２バイト目の記憶位置２３
は、Ｘ座標の記憶位置であり、第３バイト目の記憶位置
２４は、Ｙ座標の記憶位置である。また、第４バイト目
の２５は、余掘測定角（θ）を示していて、第５バイト
目の記憶位置２６は、さく孔機１６の設定距離（Ｌ）を
示しているものであって、第６バイト目の２７は、設計
断面からの余堀の値を記憶する位置である。

ここで、余掘測定パターンの（Ｘ、Ｙ）座標は、設計断
面から距離りだけ内側の位置に設定されているものであ
る。そしてこのＬだけ移動した位置が余掘量のＯ点位置
となり、そこからの前後距離が余掘量として算出される
ものである。

次に、余掘測定パターンに従った測定動作にっいて説明
する。

まず、さく孔装置２の余掘測定パターン番号をとＺ方向
の値とを入力すると、これらの情報を受けた処理装置１
）は、Ｚ方向の値をメモリ１３の所定位置に記憶して、
余掘測定パターン番号に基づきメモリ１３の対応する記
憶領域をアクセスする。そのアクセスされた領域には、
第５図に示した対応する余掘測定パターンの記憶テーブ
ル２１が記憶されていて、その一番目の余掘測定番号の
データがまず読出される。

ここで、処理装置１）は、さく孔機１６の第１番目の余
掘測定番号ＴＩ（Ｎ［Ｌｌ）を記憶位置２２をアクセス
して、探し、そこで、それに対応する記憶位置２３，２
４．２５を読出す。これらは、Ｘ、　Ｙ座標情報、さく
孔周θである。これらＸ。

Ｙ座標情報、さく孔周ｅ、と先に記憶したＺ方向の値と
を位置決め作動機構１４に送出して、位置決め作動機構
１４．によりさく孔機１６を余掘測定番号ＴＩに対応す
る所定の余掘測定位置に位置決めする。

そして、処理装置１）は、位置決め作動機構１４のさく
孔機１６に対する移動機構を制御して、トンネル１の内
壁面１ａに接触する方向に駆動して、その時の移動量を
位置検出装置１５から読取り、その値と、前記記憶テー
ブル２１の余掘測定番号ＴＩの記憶位置２６からデータ
Ｌを読出して、その差値を余掘量として、その次の記憶
位置２７の最初の欄２７ａに記憶する。

そして、余掘測定番号を更新して、Ｎ１）２に位置付け
て、同様な測定をする。

このような測定を余掘測定パターンの各番号について行
うことによりその余掘測定を実行する。

次に、Ｚ方向の値を更新してこれをメモリ１３の所定の
位置に順次記憶するとともに、同様な処理をして、同様
に、前記記憶テーブル２１の余掘測定番号の記憶位置２
６からデータＬを読出して、その差値を余堀量として、
その次の記憶位置２７の次の欄２７ｂに記憶する。

このようにして、Ｚ方向に対応して、記憶位置２７の区
分けされた欄に順次余掘測定データを記憶して行くもの
である。

こうして記憶されたデータは、前記実施例と同様に、次
のさく孔パターンの位置を修正するデータとして使用さ
れる。

この実施例では、自動的に直接余掘量についてのデータ
が得られるようにしているが、手動の例の場合と同様に
座標を自動的に読込み、そのデータから設計上の断面座
標情報と比較して、同様な余掘量についてのデータを得
るようにしてもよい。

さらに、これらの場合、設計断面から余掘量を算出して
いるが、これは、内壁面の測定データのみ算出するだけ
で、そのデータをもとにして、余掘量を別の計算機とか
、手計算等により算出してもよい。

実施例では、トンネル中心からさく孔装置の基準位置座
標を算出し、かつ接触点である位置をトンネルの中心か
ら見た座標を基準として得て、余掘量を算出しているが
、余掘量については、このような座標による算出に限定
されるものではな（、ブームが移動されさく孔機が掘削
された内壁面に接触する状態になったときの検出装置の
情報から、その接触点の位置とさく孔装置の基準位置と
の関係で算出するものであれば、その座標の採りかたを
問うものではない。

〔発明の効果〕

以上の説明から理解できるように、この発明は、ブーム
を介して台車に支持されたさく孔機とこのさく孔機のｘ
、ｙ、ｚ方向の移動位置を台車の基準位置に対して算出
するための情報を発生する位置検出装置とこの位置検出
装置からの情報を受ける処理装置とメモリとを有するさ
く孔装置と、このさく孔装置の芯出しのための装置とを
備えていて、処理装置は、このさく孔装置が芯出しされ
たときにトンネル断面上でのさく孔装置が設定された位
置を算出し、さく孔機の先端が掘削された内壁面に接触
する状態にされたときに位置検出装置の情報とさく孔装
置が設定された位置の算出情報とに基づき接触した状態
にあるさく孔機の位置を算出することにより、掘削され
た内壁面の状態を測定するというものであるので、さく
孔機が掘削された内壁面に接触する状態になったときの
位置検出装置の情報からの接触点の位置についての情報
を得ることができ、さく孔装置のを設定位置との関係か
らその位置を算出することにより、余掘量を知ることが
できる。

このようにさく孔装置を利用することにより、特別の測
定装置を要せず安価筒便に余掘量の測定ができるので、
その結果、さく孔パターンを適正なものへと修正でき、
余掘量をコントロールして岩盤等の質が変化しても適切
な掘さくを行うことが可能となり、トンネル内壁に打設
されるコンクリートの使用量を適切な値にすることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例である余掘測定システム
を適用した制御部の処理の流れ図、第２図は、その制御
部のブロック図、第３図は、その測定状態の説明図、第
４図は、さく孔装置の位置決め状態の説明図、第５図は
、自動測定の場合の測定におけるトンネル断面について
の説明図、そして第６図は、自動測定の場合のメモリに
おける記憶テーブルの説明図である。 １−−−−一トンネル、　　２−　　さく孔装置。 ３−・レーザ発生装置、４　・−・光線。 ５．１６−・−さく孔機、６−・ブーム。 ７−・台車、８ａ、８ｂ　−ターゲット９　・・−・切
羽面、　　１０　−　　制御部。 １）　−　　処理装置、　　ｌ　２−・入力装置。 １３−−−−メモリ、１４−・−・作動機構。 １５　−　　位置検出装置、１６−・−さく孔機。 １７−一外部記憶装置。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ブームを介して台車に支持されたさく孔機とこの
   さく孔機のＸ、Ｙ、Ｚ方向の移動位置を前記台車の基準
   位置に対して算出するための情報を発生する位置検出装
   置とこの位置検出装置からの前記情報を受ける処理装置
   とメモリとを有するさく孔装置と、このさく孔装置の芯
   出しのための装置とを備え、前記処理装置は、このさく
   孔装置が芯出しされたときにトンネル断面上での前記さ
   く孔装置が設定された位置を算出し、前記さく孔機の先
   端が掘削された内壁面に接触する状態にされたときに前
   記位置検出装置の情報と前記さく孔装置が設定された位
   置の算出情報とに基づき前記接触した状態にあるさく孔
   機先端の位置を算出することにより、前記掘削された内
   壁面の状態を測定することを特徴とする余掘測定システ
   ム。
2. （２）メモリにはトンネルの設計された断面に対応する
   内壁面に応じて所定間隔で採られた複数の測定点に対し
   、この測定点への位置決め情報が記憶されていて、処理
   装置は、さく孔装置が芯出しされたときにトンネル断面
   上でのさく孔装置が設定された位置を算出し、所定の測
   定位置に対応して前記メモリに記憶された対応する位置
   決め情報を読出して、そこにさく孔機を位置付け、かつ
   先端が内壁面に接触する状態になるまでさく孔機を移動
   する制御をし、前記設計された断面の形状に対する情報
   と前記さく孔装置が設定された位置の算出情報とに基づ
   き前記設計された断面の形状に対する距離のずれ量を前
   記測定点について算出して前記メモリに記憶することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の余掘測定システ
   ム。