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技術 切羽面監視方法

出願人 鹿島建設株式会社株式会社レクザム明治コンサルタント株式会社株式会社エス・ケー・ラボ
発明者 伊達健介大畑俊輔佐藤一成山本拓治横田泰宏納谷宏久保徹也辻村幸治
出願日 2014年6月23日 (5年10ヶ月経過) 出願番号 2014-128305
公開日 2016年1月18日 (4年3ヶ月経過) 公開番号 2016-008399
状態 特許登録済
技術分野 立坑・トンネルの掘削技術 測量一般
主要キーワード 半ロック 照射目標位置 計測ピッチ 反射ターゲット 機械掘削 進行距離 押し出し量 発破掘削
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2016年1月18日)のものです。
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図面 (7)

課題

レーザ距離計によって切羽面までの距離を計測できる範囲を広げ、盛替え頻度を容易に軽減できる切羽面監視方法を提供する。

解決手段

トンネル1の坑内Aに設置されたレーザ距離計3によって切羽面5の押し出し量監視する切羽面監視方法であって、レーザ距離計3によって、切羽面5までの距離を計測する切羽面測定工程と、繰り返し実行される切羽面進行工程による切羽面5の進行によってレーザ距離計3から切羽面5までの距離が離れ、レーザ距離計3での計測距離の精度が不十分である場合に、レーザ距離計3を取り外して、切羽面5に近い位置に再設置する盛替え工程と、を備え、盛替え工程にてレーザ距離計3を再設置した際にはレーザ距離計3にNDフィルター31を装着してレーザ光Lまたは反射光Rを減光し、切羽面5の進行の結果、距離の計測に減光不要と判断される場合には、NDフィルター31を計測器から取り外すことを特徴とする。

概要

背景

トンネル施工の際には、地盤掘削土砂や土岩の搬出ズリ出し)を行って切羽面を形成し、更に、切羽面に吹付コンクリートの一次吹き付けを行う。その後、支保工の建て込み、二次吹付けロックボルトの設置等を行って一連の工程が終了し、この一連の工程を繰り返し実行することで坑道を形成する。

上記の一連の工程(1サイクル)には、最低でも4時間は必要とされ、その約半分の時間は、切羽面に一次吹き付けを行った後の工程、つまり、支保工の建て込み、二次吹付け、ロックボルトの設置等の工程に割かれる。したがって、これらの後半の工程は、全体の工程のなかでも多くの時間を要する重要な工程であり、長時間の、その重要な工程を、安全に、且つ確実に実行するためにも、切羽面の崩落監視は重要である。そのため、従来からレーザ距離計を用いて切羽面までの距離(押し出し量)を随時計測し、押し出し量の変位に応じて崩落の予測を行う監視方法が行われていた(特許文献1参照)。

レーザ距離計を用いて切羽面までの距離を計測する場合、まずはトンネル天端に設置した台にレーザ距離計を設置し、そこから切羽面にレーザ光照射して、その距離をリアルタイム(例えば、1秒〜1分程度の計測ピッチ)で測定する。その際、計測した距離の変位を割り出すことで切羽面の押し出し量の変位を割りだす。しかしながら、切羽面の進行に伴い、レーザ距離計から切羽面までの距離が離れて、レーザ距離計での計測限界に達してしまうと、最早、信頼性の高い計測はできなくなるため、トンネルの天端に設置した台を取り外し、より切羽面に近い天端に台を再設置する必要がある。この作業は、盛替えと呼ばれている。

概要

レーザ距離計によって切羽面までの距離を計測できる範囲を広げ、盛替えの頻度を容易に軽減できる切羽面監視方法を提供する。トンネル1の坑内Aに設置されたレーザ距離計3によって切羽面5の押し出し量を監視する切羽面監視方法であって、レーザ距離計3によって、切羽面5までの距離を計測する切羽面測定工程と、繰り返し実行される切羽面進行工程による切羽面5の進行によってレーザ距離計3から切羽面5までの距離が離れ、レーザ距離計3での計測距離の精度が不十分である場合に、レーザ距離計3を取り外して、切羽面5に近い位置に再設置する盛替え工程と、を備え、盛替え工程にてレーザ距離計3を再設置した際にはレーザ距離計3にNDフィルター31を装着してレーザ光Lまたは反射光Rを減光し、切羽面5の進行の結果、距離の計測に減光不要と判断される場合には、NDフィルター31を計測器から取り外すことを特徴とする。

目的

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、レーザ距離計によって切羽面までの距離を計測できる範囲を広げ、盛替えの頻度を容易に軽減できる切羽面監視方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

トンネル坑内に設置された計測器により、前記トンネルの切羽面レーザ光照射し、前記切羽面からの反射光捕捉して前記切羽面までの距離を計測し、計測した距離に基づいて前記切羽面の押し出し量監視する切羽面監視方法であって、前記切羽面を掘削すると共に、掘削で生じた土岩を除去して切羽面を進行させる切羽面進行工程と、前記計測器によって、前記切羽面までの距離を計測する切羽面測定工程と、繰り返し実行される前記切羽面進行工程による前記切羽面の進行の結果、前記計測器から前記切羽面までの距離が離れ、前記計測器で計測される距離の精度が不十分であると判断される場合に、前記計測器を取り外して、前記切羽面に近い位置に再設置する盛替え工程と、を備え、前記盛替え工程にて前記計測器を再設置した際には前記計測器にNDフィルターを装着して前記レーザ光、及び前記反射光の少なくとも一方を減光し、前記切羽面の進行の結果、距離の計測に減光不要と判断される場合には、前記NDフィルターを前記計測器から取り外すことを特徴とする切羽面監視方法。

請求項2

前記切羽面進行工程によって形成された前記切羽面上に吹付コンクリート施工する一次支保工程を行い、前記一次支保工程の後で、前記切羽面上の前記レーザ光の照射目標位置に、前記吹付コンクリートよりも反射率が高いターゲット部を設置することを特徴とする請求項1記載の切羽面監視方法。

請求項3

前記盛替え工程において、前記計測器で計測される距離の精度が不十分であると判断される場合とは、少なくとも、前記計測器で計測される距離の振れ幅が所定の閾値を超えた場合、前記計測器で捕捉される前記反射光の光量が所定の閾値未満となった場合、及び前記計測器で計測される距離が予め設定した距離に到達した場合のいずれか一つであることを特徴とする請求項1または2記載の切羽面監視方法。

請求項4

前記計測器にNDフィルターを装着した後、距離の計測に減光不要と判断される場合とは、少なくとも、前記計測器で計測される距離の振れ幅が所定の閾値を超えた場合、前記計測器で捕捉される前記反射光の光量が所定の閾値未満となった場合、及び前記計測器で計測される距離が予め設定した距離に到達した場合のいずれか一つであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項記載の切羽面監視方法。

請求項5

前記盛替え工程において、前記計測器を再設置する際の前記切羽面に近い位置とは、切羽面進行工程に支障を来さず、且つ前記計測器の破損を防ぐことができると認められる適正距離である、請求項1〜4のいずれか一項記載の切羽面監視方法。

請求項6

前記適正距離とは、前記切羽面からの距離が10m以上、且つ20m未満である、請求項5記載の切羽面監視方法。

技術分野

0001

本発明は、トンネル切羽面押し出し量監視するための監視方法に関する。

背景技術

0002

トンネル施工の際には、地盤掘削土砂や土岩の搬出ズリ出し)を行って切羽面を形成し、更に、切羽面に吹付コンクリートの一次吹き付けを行う。その後、支保工の建て込み、二次吹付けロックボルトの設置等を行って一連の工程が終了し、この一連の工程を繰り返し実行することで坑道を形成する。

0003

上記の一連の工程(1サイクル)には、最低でも4時間は必要とされ、その約半分の時間は、切羽面に一次吹き付けを行った後の工程、つまり、支保工の建て込み、二次吹付け、ロックボルトの設置等の工程に割かれる。したがって、これらの後半の工程は、全体の工程のなかでも多くの時間を要する重要な工程であり、長時間の、その重要な工程を、安全に、且つ確実に実行するためにも、切羽面の崩落の監視は重要である。そのため、従来からレーザ距離計を用いて切羽面までの距離(押し出し量)を随時計測し、押し出し量の変位に応じて崩落の予測を行う監視方法が行われていた(特許文献1参照)。

0004

レーザ距離計を用いて切羽面までの距離を計測する場合、まずはトンネルの天端に設置した台にレーザ距離計を設置し、そこから切羽面にレーザ光照射して、その距離をリアルタイム(例えば、1秒〜1分程度の計測ピッチ)で測定する。その際、計測した距離の変位を割り出すことで切羽面の押し出し量の変位を割りだす。しかしながら、切羽面の進行に伴い、レーザ距離計から切羽面までの距離が離れて、レーザ距離計での計測限界に達してしまうと、最早、信頼性の高い計測はできなくなるため、トンネルの天端に設置した台を取り外し、より切羽面に近い天端に台を再設置する必要がある。この作業は、盛替えと呼ばれている。

先行技術

0005

特開2005−331363号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、この盛替えは、非常に手間を要する作業であり、できるだけ盛替えの頻度を少なくしたいところであったが、実際には、安全面にも配慮する必要があって、盛替えの頻度を軽減することはかなり難しかった。

0007

本発明は、以上の課題を解決することを目的としており、レーザ距離計によって切羽面までの距離を計測できる範囲を広げ、盛替えの頻度を容易に軽減できる切羽面監視方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

本発明は、トンネルの坑内に設置された計測器により、トンネルの切羽面にレーザ光を照射し、切羽面からの反射光捕捉して切羽面までの距離を計測し、計測した距離に基づいて切羽面の押し出し量を監視する切羽面監視方法であって、切羽面を掘削すると共に、掘削で生じた土岩を除去して切羽面を進行させる切羽面進行工程と、計測器によって、切羽面までの距離を計測する切羽面測定工程と、繰り返し実行される切羽面進行工程による切羽面の進行の結果、計測器から切羽面までの距離が離れ、計測器で計測される距離の精度が不十分であると判断される場合に、計測器を取り外して、切羽面に近い位置に再設置する盛替え工程と、を備え、盛替え工程にて計測器を再設置した際には計測器にNDフィルターを装着してレーザ光、及び反射光の少なくとも一方を減光し、切羽面の進行の結果、距離の計測に減光不要と判断される場合には、NDフィルターを計測器から取り外すことを特徴とする。

0009

従来のいわゆるレーザ距離計では、切羽面に近づけ過ぎてしまうと、反射光の光量が多すぎて計測不能となり、従って、切羽面からは、ある程度遠ざける必要がある。一方で、切羽面が進行して離れ過ぎると計測不能になるため、どうしても計測可能な範囲は限られてくる。一方で、本発明では、盛替え工程にて計測器を再設置した際には計測器にNDフィルターを装着してレーザ光、及び反射光の少なくとも一方を減光するので、反射光の光量が多すぎるという影響を排除でき、計測器をできるだけ切羽面に近づけることができる。更に、切羽面が進行して減光不要と判断される場合には、NDフィルターを計測器から取り外すだけで継続しての計測が可能になる。したがって、計測器によって計測できる切羽面までの距離を広げることができ、盛替えの頻度を容易に軽減できて盛替えに要する作業量を大幅に軽減できる。その結果、全体工程の短縮にも貢献できる。

0010

また、切羽面進行工程によって形成された切羽面上に吹付コンクリートを施工する一次支保工程を行い、一次支保工程の後で、切羽面上のレーザ光の照射目標位置に、吹付コンクリートよりも反射率が高いターゲット部を設置すると好適である。切羽面上に吹付コンクリートを施工することで、切羽面上は凹凸になり、反射効率が低下する。そのため、ターゲット部をレーザ光の照射目標位置に設置することで、反射光の光量を増すことができ、計測器によって計測できる距離を広げるのに有効である。

0011

また、盛替え工程において、計測器で計測される距離の精度が不十分であると判断される場合とは、少なくとも、計測器で計測される距離の振れ幅が所定の閾値を超えた場合、計測器で捕捉される反射光の光量が所定の閾値未満となった場合、及び計測器で計測される距離が予め設定した距離に到達した場合のいずれか一つであると好適である。盛替えを必要とする時期を客観的指標によって判断でき、計測精度の低下防止に有効である。

0012

また、計測器にNDフィルターを装着した後、距離の計測に減光不要と判断される場合とは、少なくとも、計測器で計測される距離の振れ幅が所定の閾値を超えた場合、計測器で捕捉される反射光の光量が所定の閾値未満となった場合、及び計測器で計測される距離が予め設定した距離に到達した場合のいずれか一つであると好適である。NDフィルターを取り外す時期を客観的な指標によって判断でき、計測精度の低下防止に有効である。

0013

また、盛替え工程において、計測器を再設置する際の切羽面に近い位置とは、切羽面進行工程に支障を来さず、且つ計測器の破損を防ぐことができると認められる適正距離であると好適である。切羽面進行工程に支障を来さず、且つ計測器の破損を防ぐことができるので、作業に支障を来す虞が無い位置まで安心して計測器を接近させることができる。

0014

また、上記の適正距離とは、切羽面からの距離が10m以上、且つ20m未満であると好適である。この距離であれば、切羽面進行工程に支障を来さず、且つ計測器の破損を防ぐことができると認められるからである。

発明の効果

0015

本発明によれば、計測器によって切羽面までの距離を計測できる範囲を広げ、盛替えの頻度を容易に軽減できる。

図面の簡単な説明

0016

本発明の実施形態に係る切羽面監視方法の盛替え工程、及び切羽面測定工程を簡易的に示す斜視図である。
本実施形態に係るレーザ距離計を模式的に示し、盛替え工程直後の切羽面測定工程を示す説明図である。
本実施形態に係るレーザ距離計を模式的に示し、NDフィルターをレーザ距離計から取り外した後の切羽面測定工程を示す説明図である。
地山を掘削してトンネルを形成する際に繰り返し実行される前半の工程を模式的に示しており、(a)は掘削工程を示す断面図、(b)はズリ出し工程を示す断面図、(c)は1次支保工程を示す断面図である。
地山を掘削してトンネルを形成する際に繰り返し実行される後半の工程を模式的に示しており、(a)は坑内に鋼製支保工を設置している工程を示す断面図であり、(b)は二次支保工程を示す断面図である。
本発明の実施形態に係る切羽面監視方法の切羽面測定工程及び盛替え工程を模式的に示す断面図であり、(a)はNDフィルターを装着したレーザ距離計によって切羽面までの距離を測定している状態を示す断面図であり、(b)はレーザ距離計からNDフィルターを取り外して切羽面までの距離を計測している状態を示す断面図であり、(c)は盛替え工程を実施している状態を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

0017

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。

0018

山岳トンネル工事では、作業員が切羽面に近い位置で作業するため、安全管理上、常に切羽面の状況を監視し、地山の目に見えない微妙な変位、つまり切羽面の押し出し量を監視して切羽面の崩落予測をすることは非常に重要である。

0019

切羽面の押し出し量を監視するため、本実施形態では高精度のレーザ距離計を利用している。最初に、図面を参照してレーザ距離計について説明する。

0020

図1図2及び図3に示されるように、坑内Aの天端には、レーザ距離計(計測器)3が設置される設置台2が取り付けられている。レーザ距離計3は、レーザ光Lの照射方向が、切羽面5側を向くように設置台2に設置される。レーザ距離計3(図2図3参照)は、レーザダイオードを有して切羽面5の照射目標位置Mにレーザ光Lを照射する照射部3aと、切羽面5の照射目標位置Mで反射した反射光Rを受光する受光素子を有する受光部3bと、照射部3aからのレーザ光Lの照射を制御するとともに、受光部3bでの反射光Rの捕捉を監視する制御演算部3cと、を備えている。なお、本実施形態では、照射目標位置Mに反射板(ターゲット部)Tを設置しており、受光部3bでは、反射板Tで反射した反射光Rを捕捉している。

0021

制御演算部3cは、CPU,RAM,ROMなどが実装された制御基板メモリ及び各種制御信号送受信を行う通信モジュールなどを備えており、制御基板が所定のプログラムに従って動作処理を行うことにより、各種機能を実現する。

0022

具体的に説明すると、制御演算部3cは、照射部3aを制御して一定間隔(例えば、1秒〜1分程度)でレーザ光Lを照射させる(レーザ光照射機能)。さらに、各回のレーザ光Lの照射から反射光Rの到達までの時間差を割りだし、その結果、各回におけるレーザ距離計3から切羽面5までの距離を演算する(演算機能)。また、制御演算部3cは、演算結果としての距離データ表示装置4に送信する(送信機能)。なお、レーザ光Lを一定間隔で照射するタイミングは、監視の精度を高めるために数秒が好ましいが、数分であってもよい。

0023

レーザ距離計3には、減光ユニット30が着脱自在に装着される。減光ユニット30は、NDフィルター31を備えている。NDフィルター31は、照射部3aから照射されるレーザ光L及び反射板T(照射目標位置M)で反射した反射光Rの少なくとも一方を減光させる。例えば、減光ユニット30の装着により、NDフィルター31が照射部3aに対面するように設置された場合には、照射部3aから照射されたレーザ光Lは減光して切羽面5の反射板Tに照射される。また、NDフィルター31が受光部3bに対面するように設置された場合には、反射光Rは減光して受光部3bに到達する。

0024

表示装置4では、レーザ距離計3から送信された距離データに基づき、時間の経過に対する距離の変化、つまり切羽面5の押し出し量を出力する。表示装置4は、例えば、所定のソフトウェアを実装したPCやモニタなどである。表示装置4では、押し出し量の変位の振れを監視しており、押し出し量の変位の振れが所定の値を超え、その傾向が崩落の可能性を示唆する程大きくなると、例えば、警報を鳴らすなどの注意喚起を図る。なお、崩落予測のための評価の基準となる所定の値は地山の性状によって異なる。しかしながら、安全側の厳しい基準値を規定して共通化することも可能である。また、表示装置4を設けることなく、代わりにレーザ距離計3において崩落予測を行う仕様とすることも可能である。

0025

次に、図4、及び図5を参照し、地山を掘削してトンネル1を形成する工程を説明しながら、本実施形態に係る切羽面監視方法を説明する。

0026

図4、及び図5は、トンネル1を形成している途中の工程を示している。トンネル1の坑内Aには、既に鋼製支保工11が設置されており、更に、坑壁1aには二次吹付コンクリートCbが吹き付けられている。また、トンネル1には、坑口Maから坑内Aに向かって送風管12が設置されており、坑内Aは、適宜に風が送り込まれている。

0027

トンネル1の最奥となる切羽面5には、火薬Bを設置するための削孔が行われる。削孔によって形成された穴には火薬Bが設置され、発破が行われて掘削工程が実行される(図4(a)参照)。次に、掘削工程によって生じた土岩Dを除去するズリだし工程が実行される(図4(b)参照)。掘削工程、及びズリだし工程は、切羽面進行工程である。

0028

なお、本実施形態では、掘削工程として発破掘削を例示するが、ブレーカーロードヘッダーなどを用いて掘削する機械掘削であっても良い。なお、機械掘削によって形成される切羽面5の方が、発破掘削によって形成される切羽面5に比べ、押し出し量を監視する必要性が高い場合もある。

0029

次に、切羽面進行工程によって形成された新たな切羽面5、及びその周囲の坑壁1aに対し、一次吹付コンクリートCaを施工する一次支保工程を実行する(図4(c)参照)。なお、一次支保工程の後で、切羽面5上のレーザ光Lの照射目標位置Mに、一次吹付コンクリートよりも反射率が高い反射板(ターゲット部)Tを設置する。なお、切羽面5からの反射光Rによって押し出し量監視のための十分なデータを取得可能な場合には、反射板Tを省略する事も可能である。

0030

反射板Tの設置後、また、反射板Tを省略した場合には一次吹付コンクリートCaの吹き付け後、切羽面測定工程を開始する(図3参照)。切羽面測定工程を開始すると、レーザ距離計3から反射板Tにレーザ光Lを照射し、反射板Tで反射した反射光Rを捕捉して反射板Tまでの距離を計測する。その後、切羽面測定工程は、後続の工程が実行されている間継続し、例えば、切羽面進行工程の掘削工程の前まで継続して切羽面5の押し出し量を測定する。

0031

切羽面測定工程を行って切羽面5の押し出し量を監視しながら、トンネル1の坑内Aでは、既に設置されている鋼製支保工11の切羽面5寄りに並んで鋼製支保工11の建て込みを行う(図5(a)参照)。更に、坑壁1aに二次吹付コンクリートCbを吹き付け、ロックボルトを打設する二次支保工程を実行する(図5(b)参照)。

0032

以上の切羽面進行工程、一次支保工程、二次支保工程を繰り返し実行することで切羽面5を進行させ、また、繰り返し実行される切羽面進行工程の間、例えば、二次支保工程を実施している際中には、継続して切羽面測定工程を実施することで切羽面5の押し出し量を監視する。

0033

なお、掘削パターンには、いくつかの態様があり、例えば、全断面掘削の場合には、上半施工の後に下半施工を行う。上半施工では、上半掘削、上半一次吹付け(一次吹付コンクリートの施工)、上半鋼製支保工の建て込み、上半二次吹付け(二次吹付コンクリートの施工)、上半ロックボルトの打設を行う。また、下半施工では、下半掘削、下半一次吹付け(一次吹付コンクリートの施工)、下半鋼製支保工の建て込み、下半二次吹付け(二次吹付コンクリートの施工)、下半ロックボルトの打設を行う。そして、上半施工における上半一次吹付けの後で切羽面測定工程を開始したり、上半一次吹付けの後で反射板を設置して切羽面測定工程を開始したりすることができる。

0034

また、AGF工法などの補助工法が入る場合には、切羽面の進行が止まっているので、その間、切羽面測定工程を繰り返し実行し、押し出し量を監視することができる。また、長期の休みや週末なども同様に切羽面の進行が止まっているので、その間、切羽面測定工程を繰り返し実行し、押し出し量を監視することができる。

0035

次に図6を参照して盛替え工程と切羽面測定工程との関係について説明する。切羽面5の進行によってレーザ距離計3と切羽面5との距離が、例えば40m以上まで離れると(図6(c)参照)、レーザ距離計3による計測が不安定になる。その結果、計測距離の精度が不十分になったと判断されるので、盛替え工程を実施してレーザ距離計3を切羽面5に近い位置まで移動して再設置する。

0036

なお、レーザ距離計3での計測距離の精度が不十分であると判断される場合とは、例えば、レーザ距離計3によって繰り返し計測される切羽面5までの距離の振れ幅が大きくなり、その振れ幅が信頼性評価の基準として規定した所定の閾値を超えてしまう場合や、レーザ距離計3の受光部3bで捕捉される反射光Rの光量が、精度保持に必要とされる所定の閾値未満となってしまう場合などである。また、レーザ距離計3の性能上、あるいは経験的に、計測精度が不十分になる距離が解っている場合には、この距離を予め設定しておき、この距離に到達した場合に計測距離の精度が不十分であると判断することもできる。上記の各場合において計測距離の精度が不十分であると判断することで、盛替えを必要とする時期を客観的な指標によって判断でき、計測精度の低下防止に有効である。

0037

本実施形態に係るレーザ距離計3は、減光ユニット30を装着しない状態で、例えば、70m程度までの距離を精度良く計測できる仕様になっている。一方で、レーザ距離計3と切羽面5までの距離が20m未満まで近づくと、今度は、照射されるレーザ光Lの光量が多すぎ、その結果、受光部3bで捕捉される反射光Rの光量が多過ぎて計測が不安定になってしまう。そのため、本実施形態では、盛替え工程によってレーザ距離計3を切羽面5に近づける際、レーザ距離計3に減光ユニット30を装着し、受光部3bで捕捉される反射光Rの光量が適切となる程度に減光させる。

0038

NDフィルター31を備えた減光ユニット30をレーザ距離計3に装着することで、レーザ距離計3を10m未満にまで接近させて再設置できる。しかしながら、レーザ距離計3を10m未満にまで接近させると、今度は、掘削工程やズル出し工程などの切羽面進行工程に支障を来す虞があり、また、レーザ距離計3の破損を招く可能性がある。そこで、本実施形態では、切羽面5に接近させて再設置する適正距離Eを切羽面5から10m以上、20m未満の範囲としている。切羽面5までの距離が10m以上になると、切羽面進行工程に支障を来さず、且つレーザ距離計3の破損を防ぐことができる。また、20m未満であれば、盛替えの頻度を減らす意味で有効である。

0039

切羽面進行工程を繰り返し実行し(図6(a)参照)、レーザ距離計3と切羽面5との距離が、例えば20m以上まで離れると(図6(b)参照)、逆にレーザ距離計3による計測精度が不安定になる。その結果、距離の計測に減光不要と判断されるので、レーザ距離計3から減光ユニット30を取り外す。

0040

なお、距離の計測に減光不要と判断される場合とは、例えば、レーザ距離計3によって繰り返し計測される切羽面5までの距離の振れ幅が大きくなり、その振れ幅が減光不要を判断するための基準として規定した所定の閾値を超えてしまう場合や、レーザ距離計3の受光部3bで捕捉される反射光Rの光量が、精度保持に必要とされる所定の閾値未満となってしまう場合などである。また、レーザ距離計3の性能上、あるいは経験的に、計測精度が不十分になる距離が解っている場合には、この距離を予め設定しておき、この距離に到達した場合に距離の計測に減光不要と判断することもできる。上記の各場合において距離の計測に減光不要と判断することで、NDフィルター31を取り外す時期を客観的な指標によって判断でき、計測精度の低下防止に有効である。

0041

その後、切羽面進行工程を繰り返し実行し(図6(c)参照)、レーザ距離計3と切羽面5との距離が、例えば70m以上まで離れると、上述同様に盛替え工程を実施し、レーザ距離計3に減光ユニット30を装着して適正距離Eまで移動させる。

0042

本実施形態に係る切羽面監視方法では、盛替え工程にてレーザ距離計3を再設置した際にはレーザ距離計3にNDフィルター31を装着してレーザ光L、及び反射光Rの少なくとも一方を減光するので、反射光Rの光量が多すぎるという影響を排除でき、レーザ距離計3をできるだけ切羽面5に近づけることができる。更に、切羽面5が進行して減光不要と判断される場合には、NDフィルター31をレーザ距離計3から取り外すだけで継続しての計測が可能になる。したがって、レーザ距離計3によって計測できる切羽面5までの距離を広げることができ、盛替えの頻度を容易に軽減できて盛替えに要する作業量を大幅に軽減できる。その結果、全体工程の短縮にも貢献できる。

0043

なお、本実施形態では、坑壁1aの天端にレーザ距離計3を設置しており、側壁に設ける場合に比べ、坑内Aの建設機械にレーザ光Lの照射を遮られる回数を減らすことができ、計測そのものに支障来す虞が少ない。

0044

なお、切羽面5には、一次吹付コンクリートCaが施工されており、切羽面5には、かなりの凹凸が存在する。つまり、切羽面5にレーザ光Lを照射した場合には反射光Rが拡散してしまい、レーザ距離計3で捕捉できる反射光Rの光量が小さくなる。そこで、切羽面5の照射目標位置Mに一次吹付コンクリートCaよりも反射率の高い反射板(ターゲット部)Tを設置している。反射板Tは、例えばアンカーピン等によって切羽面5に固定することができる。反射板Tを照射目標位置Mに設置することで、レーザ距離計3で捕捉できる反射光Rの光量を増すことができ、レーザ距離計3によって計測できる距離を広げるのに有効である。

0045

以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。

0046

[実施例1]
実施例1で用いたレーザ距離計について表1を参照して説明する。なお、表1に示される実験結果は、NDフィルターを備えた減光ユニットを取り外した状態での実験結果であり、また、切羽面には反射ターゲット(ターゲット部)を設置して実験を行った。なお、このレーザ距離計の場合、レーザ光の照射目標位置までの距離とレーザ光の半径は、10mで6mm、50mで30mm、100mで60mmとなる。このレーザ距離計によれば、10m離れた距離を±1.0mmの誤算範囲で計測できる。

0047

0048

表1に示されるように、本実施例に係るレーザ距離計の場合、10mではデータを取得できず、計測不能となった。一方で、少なくとも30m、50m、70mでは良好なデータを取得でき、20m〜70mの範囲で良好なデータを取得できることを確認した。また、100m、140mでは、距離が離れすぎてしまい、データを取得することはできたが、ブレが大きく、要求精度である±0.3mmを満たすことはできなかった。なお、反射ターゲットを取り外した場合には、10mの距離であっても良好なデータを取得することができた。

0049

また、このレーザ距離計にNDフィルターを備えた減光ユニットを装着して同様の実験を行ったところ、反射ターゲットを設置した状態でありながら、10mの距離で良好なデータを取得することができた。

0050

上記のレーザ距離計を用いた第1実施例に係る切羽面監視方法の場合、減光ユニットを取り外した状態では、切羽面の進行に伴ってレーザ距離計から切羽面までの距離が70mを超えると盛替え工程を実施する必要が生じた。この盛替え工程の際にNDフィルターを備えた減光ユニットをレーザ距離計に装着することで切羽面から10mの位置まで近づけても計測精度を落とすことなく、切羽面の押し出し量を監視できることを確認した。

0051

次に、切羽面の進行に伴ってレーザ距離計から切羽面までの距離が20mを超えると、減光不要と判断される状況となった。そこで、NDフィルターを備えた減光ユニットをレーザ距離計から取り外すことで継続して計測精度を落とすことなく、切羽面の押し出し量を監視できることを確認した。

0052

その後、切羽面の進行に伴ってレーザ距離計から切羽面までの距離が70mを超えると、再び盛替え工程を実施した。つまり、1回の盛替え工程によって切羽面からレーザ距離計までの距離が10mから始まり、70m程度に到達するまで精度よく切羽面の押し出し量を監視することができた。

0053

[比較例1]
比較例1に係る切羽面監視方法では、実施例1と同様のレーザ距離計を使用して測定工程を実施したが、NDフィルターの装着は行わなかった。なお、本比較例では、切羽面に反射ターゲットを設置して実験を行った。

0054

本比較例に係る盛替え工程では、切羽面から20mの位置までしか近づけることは出来ず、結果的に1回の盛替え工程によって切羽面からレーザ距離計までの距離が20m〜70mの範囲でしか精度よく切羽面の押し出し量を監視することができなかった。なお、切羽面に反射ターゲットを設置しなかった場合には、切羽面から10mの位置まで近づけることができたが、今度は、切羽面からの距離を70mまで遠ざけた状態での測定を行うことは出来なかった。

0055

[実施例1及び比較例1の比較]
切羽面の進行距離が同じ場合(例えば、200m)において、実施例1は、比較例1に比べ、大幅に盛替えの頻度を減らすことができることを確認した。その結果、トンネルを形成する際の作業効率を大幅に向上させることができた。

0056

1…トンネル、3…レーザ距離計(計測器)、5…切羽面、31…NDフィルター、A…坑内、Ca…一次吹付コンクリート、D…土岩、R…反射光、L…レーザ光、E…適正距離、T…反射板(ターゲット部)。

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