JP7845601B2 - Method and apparatus for managing the construction progress of tunnels - Google Patents
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Description
本発明は、山岳地などにおけるトンネルの出来形管理方法および装置に関する。 This invention relates to a method and apparatus for managing the construction progress of tunnels in mountainous areas and other similar locations.
従来から山岳地の岩盤を掘削して車両や鉄道が通る空間を構築するためにトンネル工事が行われている。
この場合、3次元レーザースキャナーを用いて掘削後あるいは一次覆工後のトンネルの3次元形状を計測し、その計測結果からトンネルの断面形状を演算し、計測された断面形状と設計された断面形状とを比較してトンネルの出来形を評価し、その評価結果に基づいて掘削作業の修正を行なうなどしてトンネルの施工を管理することが開示されている(特許文献1参照)。
また、一次覆工後に掘削した空間内にアーチ状のコンクリート(二次覆工)を構築し、3次元レーザースキャナーによりトンネルの3次元形状を計測し、その計測結果からトンネルの出来形を評価している。
Traditionally, tunnel construction has been carried out by excavating bedrock in mountainous areas to create spaces through which vehicles and railways can pass.
In this case, it is disclosed that a 3D laser scanner is used to measure the 3D shape of the tunnel after excavation or after the primary lining, the cross-sectional shape of the tunnel is calculated from the measurement results, the completed tunnel is evaluated by comparing the measured cross-sectional shape with the designed cross-sectional shape, and the tunnel construction is managed by making adjustments to the excavation work based on the evaluation results (see Patent Document 1).
Furthermore, after the primary lining is completed, an arch-shaped concrete structure (secondary lining) is constructed within the excavated space. The three-dimensional shape of the tunnel is then measured using a 3D laser scanner, and the completed tunnel structure is evaluated based on the measurement results.
ところで、このようなトンネルの3次元形状の計測に際しては、作業員が手作業で3次元レーザースキャナーを架台と共に運搬してトンネルの坑内に配置したり、あるいは、3次元レーザースキャナーを搭載した車両(自動車)を作業員が手作業で操縦して移動させ配置したりしていることから、架台や車両といった設備が必要となり、それらの設備を取り扱う手間がかかる不利がある。
また、作業員が3次元レーザースキャナーを手作業で配置するために、トンネル坑内の現場で長時間にわたって作業する必要があるため、作業員の安全確保や作業環境の向上を図る上で改善の余地がある。
本発明は前記事情に鑑み案出されたもので、本発明の目的は、設備コストの低減を図ると共に、省人化および作業効率の向上を図り、作業員の安全確保や作業環境の向上を図る上で有利なトンネルの出来形管理方法および装置を提供することにある。
Incidentally, when measuring the three-dimensional shape of such tunnels, workers manually transport the 3D laser scanner along with its stand and place it inside the tunnel, or workers manually operate and move a vehicle (automobile) equipped with the 3D laser scanner. This requires equipment such as stands and vehicles, and handling this equipment is time-consuming, which is a disadvantage.
Furthermore, because workers have to manually position the 3D laser scanners, they need to spend long hours working on-site inside the tunnel. Therefore, there is room for improvement in terms of ensuring worker safety and improving the working environment.
This invention was devised in view of the above circumstances, and the object of this invention is to provide a tunnel construction management method and apparatus that is advantageous in reducing equipment costs, reducing manpower and improving work efficiency, and ensuring worker safety and improving the working environment.
上述した目的を達成するために、本発明の一実施の形態は、トンネルの床面に前記トンネルの長手方向に沿って敷設されたスライドセントル用のレール上に移動可能に台車装置を配置し、前記トンネルの3次元形状を計測して3次元形状データを生成する3次元レーザースキャナーを前記台車装置に取り付け、二次覆工がなされたのち、前記台車装置を前記レール上で移動させ、前記3次元レーザースキャナーによる前記3次元形状の計測を行ない、前記3次元レーザースキャナーで計測された前記3次元形状データと、前記トンネルの設計データとに基づいて前記トンネルの出来形の管理を行なうための管理情報を生成することを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記管理情報は、前記3次元形状データに基づく前記トンネルの断面図と、前記設計データに基づく前記トンネルの断面図とを比較した画像情報を含むことを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記トンネルの所定箇所に基準ターゲットを配置し、前記3次元レーザースキャナーは前記基準ターゲットを計測することで前記トンネルの基準点を取得し、前記管理情報の生成に先立って、前記トンネルの3次元形状データは、前記3次元レーザースキャナーの機械中心を原点とする機械座標系から前記基準点を原点とする前記トンネルの現地座標系に変換される変換処理がなされることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記レールは、互いに平行して延在する一対のレール体で構成され、前記台車装置は、前記一対のレール体の一方に移動可能に配置された第1台車装置と、前記一対のレール体の他方に移動可能に配置された第2台車装置とを備え、前記3次元レーザースキャナーは、前記第1台車装置に取り付けられた第1台車用3次元レーザースキャナーと、前記第2台車装置に取り付けられた第2台車用3次元レーザースキャナーとを備え、前記3次元形状データは、前記第1台車用3次元レーザースキャナーおよび前記第2台車用3次元レーザースキャナーで計測されたそれぞれの3次元形状データが合成されることで生成されることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、掘削されたトンネルの床面に前記トンネルの長手方向に沿って敷設されたスライドセントル用のレール上に移動可能に配置された台車装置と、前記台車装置に取り付けられ、二次覆工がなされたのち、前記トンネルの3次元形状を計測して3次元形状データを生成する3次元レーザースキャナーと、前記3次元形状データと、前記トンネルの設計データとに基づいて前記トンネルの出来形の管理を行なうための管理情報を生成する情報処理装置とを備えることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記台車装置は、前記レールの延在方向に沿った長さを有し、前記3次元レーザースキャナーは、切羽面と反対側に位置する前記台車装置の長さ方向の端部に設けられていることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記3次元レーザースキャナーは複数個設けられ、前記各3次元レーザースキャナーは、前記トンネルの周壁面をその周方向に沿って分割して計測するように前記台車装置に取り付けられていることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記台車装置は、前記台車装置を前記レールに沿って自動的に移動させる駆動装置を備えていることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記情報処理装置は、前記トンネルの半径方向において前記スライドセントルの型枠部材の内側に配置されていることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記レールは、互いに平行して延在する一対のレール体で構成され、前記台車装置は、前記一対のレール体の一方に移動可能に配置された第1台車装置と、前記一対のレール体の他方に移動可能に配置された第2台車装置とを備え、前記3次元レーザースキャナーは、前記第1台車装置に取り付けられた第1台車用3次元レーザースキャナーと、前記第2台車装置に取り付けられた第2台車用3次元レーザースキャナーとを備え、前記情報処理装置は、前記第1台車用3次元レーザースキャナーおよび前記第2台車用3次元レーザースキャナーで計測されたそれぞれの3次元形状データを合成することによって前記3次元形状データを生成することを特徴とする。
To achieve the above-mentioned objectives, one embodiment of the present invention is characterized in that a trolley device is movably positioned on rails for a slide center laid along the longitudinal direction of the tunnel on the floor surface of the tunnel, a three-dimensional laser scanner is attached to the trolley device to measure the three-dimensional shape of the tunnel and generate three-dimensional shape data, the trolley device is moved on the rails after the secondary lining is completed, the three-dimensional shape is measured by the three-dimensional laser scanner, and management information for managing the completed state of the tunnel is generated based on the three-dimensional shape data measured by the three-dimensional laser scanner and the design data of the tunnel.
Furthermore, in one embodiment of the present invention, the management information is characterized in that it includes image information comparing a cross-sectional view of the tunnel based on the three-dimensional shape data with a cross-sectional view of the tunnel based on the design data.
Furthermore, in one embodiment of the present invention, a reference target is placed at a predetermined location in the tunnel, the three-dimensional laser scanner obtains a reference point of the tunnel by measuring the reference target, and prior to the generation of the management information, the three-dimensional shape data of the tunnel is transformed from a machine coordinate system with the machine center of the three-dimensional laser scanner as the origin to a local coordinate system of the tunnel with the reference point as the origin.
Furthermore, in one embodiment of the present invention, the rail is composed of a pair of rail bodies extending parallel to each other, the trolley device comprises a first trolley device movably arranged on one of the pair of rail bodies and a second trolley device movably arranged on the other of the pair of rail bodies, the three-dimensional laser scanner comprises a first trolley three-dimensional laser scanner attached to the first trolley device and a second trolley three-dimensional laser scanner attached to the second trolley device, and the three-dimensional shape data is generated by combining the three-dimensional shape data measured by the first trolley three-dimensional laser scanner and the second trolley three-dimensional laser scanner.
Furthermore, one embodiment of the present invention is characterized by comprising: a trolley device movably positioned on rails for a slide center laid along the longitudinal direction of the tunnel on the floor surface of an excavated tunnel; a three-dimensional laser scanner attached to the trolley device, which measures the three-dimensional shape of the tunnel and generates three-dimensional shape data after secondary lining has been completed; and an information processing device that generates management information for managing the completed state of the tunnel based on the three-dimensional shape data and the design data of the tunnel.
Furthermore, in one embodiment of the present invention, the trolley device has a length along the extending direction of the rail, and the three-dimensional laser scanner is provided at the longitudinal end of the trolley device located on the side opposite to the tunnel face.
Furthermore, one embodiment of the present invention is characterized in that a plurality of three-dimensional laser scanners are provided, and each three-dimensional laser scanner is attached to the trolley device so as to divide and measure the circumferential wall surface of the tunnel along its circumferential direction.
Furthermore, one embodiment of the present invention is characterized in that the trolley device is equipped with a drive device that automatically moves the trolley device along the rail.
Furthermore, one embodiment of the present invention is characterized in that the information processing device is located inside the formwork member of the slide center in the radial direction of the tunnel.
Furthermore, in one embodiment of the present invention, the rail is composed of a pair of rail bodies extending parallel to each other, the trolley device comprises a first trolley device movably arranged on one of the pair of rail bodies and a second trolley device movably arranged on the other of the pair of rail bodies, the three-dimensional laser scanner comprises a first trolley three-dimensional laser scanner attached to the first trolley device and a second trolley three-dimensional laser scanner attached to the second trolley device, and the information processing device generates the three-dimensional shape data by synthesizing the three-dimensional shape data measured by the first trolley three-dimensional laser scanner and the second trolley three-dimensional laser scanner.
本発明の一実施の形態によれば、二次覆工を行なうために使用される既存の移動式型枠であるスライドセントル用のレール上を移動する台車装置を設け、この台車装置に3次元レーザースキャナーを取り付けるため、従来のように架台や車両といった大掛かりな設備を設ける必要がなく、また、3次元レーザースキャナーと設備の配置作業やそれらの撤去作業が不要となるため、設備コストの低減、省人化、作業効率の向上を図る上で有利となる。
また、3次元レーザースキャナーが台車装置に搭載されているため、3次元レーザースキャナーと設備の配置作業やそれらの撤去作業のために作業員がトンネル坑内の現場で長時間にわたって作業する必要がないため、作業員の安全確保や作業環境の向上を図る上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、管理情報は、3次元形状データに基づくトンネルの断面図と、設計データに基づくトンネルの断面図とを比較した画像情報を含むものとしたので、それら2つの断面図を比較することでトンネルの施工の品質管理を的確に行なう上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、管理情報の生成に先立って、トンネルの3次元形状データは、3次元レーザースキャナーの機械中心を原点とする機械座標系から基準ターゲットに基づいて取得された基準点を原点とするトンネルの現地座標系に変換される変換処理がなされるようにしたので、基準ターゲットを配置するといった簡単な作業でトンネルの3次元形状データを的確に取得する上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、第1、第2台車用3次元レーザースキャナーによってトンネルの3次元形状データを計測できるため、第1、第2台車用3次元レーザースキャナーのそれぞれによってトンネルの周壁面を分割して計測することができる。そのため、トンネルの周壁面の全周にわたって3次元形状データの計測をきめ細かく正確に行なう上で有利となる。また、第1、第2台車用3次元レーザースキャナーによってトンネルの3次元形状データを計測できるため、トンネルの周壁面の3次元形状データの計測に要する計測時間の短縮化を図れ、計測動作の効率化を図る上で有利となる。また、第1、第2台車装置を別々のレール体上で走行させるので、第1、第2台車装置のコンパクト化、軽量化を図る上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、3次元レーザースキャナーは、切羽面と反対側に位置する台車装置の長さ方向の端部に設けられているので、3次元レーザースキャナーによるトンネルの3次元形状の計測を的確に行なう上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、各3次元レーザースキャナーがトンネルの周壁面をその周方向に沿って分割して計測するので、周壁面の全周にわたって3次元形状データの計測をきめ細かく正確に行なう上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、駆動装置により台車装置をレールに沿って自動的に移動させることができるので、計測作業の効率化を図る上で、また、作業者の負担を軽減する上でより有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、トンネルの壁面の一部が落下しても、情報処理装置を取り扱う作業者の作業員は、型枠部材で保護されるため、作業員の安全確保や作業環境の向上を図る上で有利となる。
According to one embodiment of the present invention, a trolley device is provided that moves on rails for slide centering, which is an existing mobile formwork used for secondary lining, and a 3D laser scanner is attached to this trolley device. This eliminates the need to set up large-scale equipment such as frames and vehicles as in the conventional method, and also eliminates the need for setting up the 3D laser scanner and equipment, as well as the work required to remove them. This is advantageous in terms of reducing equipment costs, saving manpower, and improving work efficiency.
Furthermore, because the 3D laser scanner is mounted on a trolley, workers do not need to spend long periods of time working on-site inside the tunnel for the placement and removal of the 3D laser scanner and other equipment. This is advantageous in terms of ensuring worker safety and improving the working environment.
Furthermore, according to one embodiment of the present invention, the management information includes image information comparing a cross-sectional view of the tunnel based on three-dimensional shape data with a cross-sectional view of the tunnel based on design data. Therefore, comparing these two cross-sectional views is advantageous for accurately managing the quality of tunnel construction.
Furthermore, according to one embodiment of the present invention, prior to the generation of management information, the three-dimensional shape data of the tunnel is transformed from a machine coordinate system with the machine center of the three-dimensional laser scanner as the origin to the on-site coordinate system of the tunnel with a reference point acquired based on a reference target as the origin. This is advantageous for accurately acquiring the three-dimensional shape data of the tunnel with a simple operation such as placing a reference target.
Furthermore, according to one embodiment of the present invention, since the three-dimensional shape data of the tunnel can be measured by the first and second bogie three-dimensional laser scanners, the circumferential wall surface of the tunnel can be divided and measured by each of the first and second bogie three-dimensional laser scanners. This is advantageous for precisely and accurately measuring the three-dimensional shape data over the entire circumference of the tunnel's circumferential wall surface. In addition, since the three-dimensional shape data of the tunnel can be measured by the first and second bogie three-dimensional laser scanners, the measurement time required to measure the three-dimensional shape data of the tunnel's circumferential wall surface can be shortened, which is advantageous for improving the efficiency of the measurement operation. Furthermore, since the first and second bogie devices run on separate rail bodies, it is advantageous for making the first and second bogie devices more compact and lighter.
Furthermore, according to one embodiment of the present invention, the three-dimensional laser scanner is provided at the longitudinal end of the trolley device located on the opposite side of the tunnel face, which is advantageous for accurately measuring the three-dimensional shape of the tunnel using the three-dimensional laser scanner.
Furthermore, according to one embodiment of the present invention, each three-dimensional laser scanner divides the tunnel's circumferential wall surface along its circumferential direction for measurement, which is advantageous for precisely and accurately measuring three-dimensional shape data over the entire circumference of the circumferential wall surface.
Furthermore, according to one embodiment of the present invention, the trolley device can be automatically moved along the rails by a drive device, which is advantageous in improving the efficiency of measurement work and reducing the burden on workers.
Furthermore, according to one embodiment of the present invention, even if a part of the tunnel wall falls, the worker handling the information processing device is protected by the formwork member, which is advantageous in ensuring worker safety and improving the working environment.
(第1の実施の形態)
以下、本発明の実施の形態に係るトンネルの出来形管理装置と共に、出来形管理方法について図面を参照して説明する。
まず、山岳地における一般的なトンネルの施工について説明する。
山岳地においては、発破工法や機械工法などの従来公知のさまざまな工法によってトンネルの掘削が行われる。
例えば、発破工法の場合には、発破作業終了後、現場作業員によりバックホウや削岩機を用いた掘削作業が行われ、発破作業および掘削作業によって発生した掘削ずりはホイールローダやダンプトラックなどの重機によりトンネルの坑外に搬出される。
掘削ずりの搬出後、鋼製支保工の建込みがなされ、ついで、切羽面近傍のトンネルの周壁面およびトンネルの床面に対してコンクリート吹き付け機によりコンクリートの吹付けがなされ、コンクリートによる一次覆工がなされる。
次に、ロックボルト挿通孔が周壁面に削孔されたのち、ロックボルト挿通孔にロックボルトが打設され地山の安定化が図られる。
また、トンネルが所定の長さ分掘削される毎に、トンネルの床面にレールが敷設され、移動式型枠であるスライドセントルをレール上で移動させ、周壁面に対向してスライドセントルを配置し、周壁面とスライドセントルとの間にコンクリートを打設することで覆工作業が行われ、コンクリートによる二次覆工がなされる。
このようなトンネルの掘削作業と覆工作業が繰り返してなされることでトンネルが施工されていく。
以下では、トンネルの掘削を発破工法を用いて行なう場合について説明するが、トンネルの掘削を機械工法などの発破工法以外の工法によって行なう場合についても本発明は無論適用可能である。
(First Embodiment)
The tunnel construction management device and construction management method according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
First, let's discuss typical tunnel construction methods in mountainous areas.
In mountainous areas, tunnel excavation is carried out using various conventionally known methods, such as blasting and mechanical excavation.
For example, in the case of blasting, after the blasting work is completed, excavation work is carried out by on-site workers using backhoes and rock drills, and the excavated spoil generated by the blasting and excavation work is transported out of the tunnel by heavy machinery such as wheel loaders and dump trucks.
After the excavated spoil is removed, steel supports are erected, and then concrete is sprayed onto the surrounding walls and floor of the tunnel near the face using a concrete spraying machine, completing the primary concrete lining.
Next, after rock bolt insertion holes are drilled into the surrounding wall surface, rock bolts are driven into the rock bolt insertion holes to stabilize the ground.
Furthermore, each time the tunnel is excavated to a predetermined length, rails are laid on the tunnel floor, and a movable formwork called a slide center is moved along the rails. The slide center is then positioned opposite the surrounding wall, and concrete is poured between the surrounding wall and the slide center to perform the lining work, resulting in a secondary concrete lining.
The tunnel is constructed through a process of repeated excavation and lining work.
The following description will focus on tunnel excavation using blasting methods, but the present invention is also applicable to tunnel excavation using methods other than blasting, such as mechanical excavation methods.
トンネルの出来形管理は、トンネルの掘削作業後、一次覆工後および二次覆工後においてそれぞれトンネルの3次元形状を計測し、計測したトンネルの3次元形状に基づいてトンネルの出来形を評価することによってなされる。
本実施の形態では、掘削作業後、一次覆工後のトンネルの出来形管理については、従来技術と同様に、人手を用いて3次元レーザースキャナーを運搬設置してトンネルの3次元形状を計測することでなされる。一方、二次覆工後のトンネルの出来形管理については、本発明が適用され、台車装置に取り付けた3次元レーザースキャナーを利用してトンネルの3次元形状を計測することでなされる。
Tunnel construction management is carried out by measuring the three-dimensional shape of the tunnel after excavation, after the primary lining, and after the secondary lining, and then evaluating the tunnel's construction based on the measured three-dimensional shape.
In this embodiment, after excavation and after the primary lining, the tunnel's completed shape is managed by manually transporting and setting up a 3D laser scanner, similar to the conventional method, to measure the tunnel's three-dimensional shape. On the other hand, the tunnel's completed shape is managed after the secondary lining, and the present invention is applied to measure the tunnel's three-dimensional shape using a 3D laser scanner mounted on a trolley device.
本実施の形態に係るトンネルの出来形管理装置10(以下単に出来形管理装置10という)について説明する前に、図1を参照してスライドセントル12について説明する。
スライドセントル12は、地山1に掘削されたトンネル2の床面2Cにトンネル2の長手方向に沿って敷設されたスライドセントル用のレール4上に移動可能に配置されるものであり、スライドセントル12は、レール4の延在方向に沿った長さと、レール4の延在方向と直交する幅とを有している。
なお、レール4は、トンネル2の長手方向と直交する幅方向に間隔をおいて互いに平行して床面2C上に敷設された一対のレール体4A、4Bを含んで構成されている。
スライドセントル12は、台車部18と、型枠部材20と、ジャッキ22とを含んで構成されている。
台車部18は、レール4上を走行する複数の車輪1802と、正面から見て門型を呈し、複数の車輪1802を支持する台車本体1804とを備えている。
台車本体1804は、正面から見て左右両側に位置する一対の側面部1804Aと、一対の側部の上端を接続する上面部1804Bとを備えている。
型枠部材20は、トンネル2の天端に対向する天端部2002と、天端部2002の両側にヒンジ2006を介して連結されトンネル2の側部に対向する一対の側部2004とを備えている。
ジャッキ22は、台車本体1804の上面部1804Bと型枠部材20の天端部2002との間に設けられた複数の天端側ジャッキ2202と、台車本体1804の一対の側面部1804Aと型枠部材20の一対の側部2004との間に設けられた複数の側部側ジャッキ2204とを備えている。
各天端側ジャッキ2202および各側部側ジャッキ2204が伸縮することで型枠部材20の天端部2002および一対の側部2004はトンネル2の半径方向に拡縮する。
すなわち、各ジャッキ22が伸長することによって、型枠部材20とトンネル2の天端および両側の側部との間に二次覆工のコンクリート6を打設するアーチ状の打設空間が形成される。
また、打設空間に打設されたコンクリート6の硬化後、各ジャッキ22が収縮することで型枠部材20は打設されたコンクリート6から脱型される。
型枠部材20が脱型されることで、スライドセントル12はレール4上で移動可能となる。
なお、トンネル2の二次覆工を行なう際、スライドセントル12は、切羽面2Aから300m以上離間した箇所に配置されている。
Before describing the tunnel construction management device 10 according to this embodiment (hereinafter simply referred to as the construction management device 10), the slide centerer 12 will be described with reference to Figure 1.
The slide center 12 is movably positioned on rails 4 for slide centers that are laid along the longitudinal direction of the tunnel 2 on the floor surface 2C of the tunnel 2 excavated in the ground 1. The slide center 12 has a length along the extending direction of the rails 4 and a width perpendicular to the extending direction of the rails 4.
The rail 4 is composed of a pair of rail bodies 4A and 4B laid parallel to each other on the floor surface 2C, spaced apart in the width direction perpendicular to the longitudinal direction of the tunnel 2.
The slide centerer 12 is composed of a trolley section 18, a formwork member 20, and a jack 22.
The bogie section 18 comprises a plurality of wheels 1802 that run on the rails 4, and a bogie body 1804 that has a gate-like shape when viewed from the front and supports the plurality of wheels 1802.
The bogie body 1804 comprises a pair of side sections 1804A located on both the left and right sides when viewed from the front, and an upper section 1804B that connects the upper ends of the pair of side sections.
The formwork member 20 includes a top end 2002 that faces the top of the tunnel 2, and a pair of side parts 2004 that are connected to both sides of the top end 2002 via hinges 2006 and face the sides of the tunnel 2.
The jack 22 comprises a plurality of top-side jacks 2202 provided between the upper surface 1804B of the trolley body 1804 and the top end 2002 of the formwork member 20, and a plurality of side-side jacks 2204 provided between a pair of side surfaces 1804A of the trolley body 1804 and a pair of side surfaces 2004 of the formwork member 20.
As each top-side jack 2202 and each side-side jack 2204 expands and contracts, the top end 2002 and the pair of side portions 2004 of the formwork member 20 expand and contract in the radial direction of the tunnel 2.
In other words, as each jack 22 extends, an arch-shaped pouring space is formed between the formwork member 20 and the top and both sides of the tunnel 2 for pouring the concrete 6 for the secondary lining.
Furthermore, after the concrete 6 poured into the pouring space hardens, the formwork members 20 are removed from the poured concrete 6 as each jack 22 contracts.
Once the formwork member 20 is removed from the mold, the slide centerer 12 becomes movable on the rail 4.
Furthermore, when the secondary lining of tunnel 2 is carried out, the slide center 12 is positioned at a location more than 300m away from the tunnel face 2A.
次に、本実施の形態に係る出来形管理装置10について説明する。
図2、図3に示すように、出来形管理装置10は、レール4上で移動可能に設けられた台車装置40と、台車装置40に取り付けられた3次元レーザースキャナー14と、情報処理装置16(コンピュータ)とを含んで構成されている。なお、図3においては、図面の簡素化を図るため、スライドセントル12については、型枠部材20のみを示しており、台車部18およびジャッキ22の図示は省略している。
台車装置40は、レール4上を走行する複数の車輪42と、正面から見て門型を呈し、複数の車輪42を支持する台車フレーム44とを備えている。
台車装置40は、予めスライドセントル12を挟んで切羽面2Aと反対側(抗口側)に配置されており、少なくともスライドセントル12によるコンクリートの打設時(二次覆工時)には、打設作業に支障がないように、スライドセントル12から離間した退避位置に移動されている。
本発明の一実施の形態では、台車フレーム44は、正面から見て左右両側に位置する一対の側部フレーム46Aと、一対の側部の上端を接続する上部フレーム46Bとを備えている。
なお、台車装置40は、後述する3次元レーザースキャナー14が取り付けられた状態でレール4上を移動できればよく、台車装置40の構造は限定されるものではない。
Next, the construction progress management device 10 according to this embodiment will be described.
As shown in Figures 2 and 3, the construction management device 10 is composed of a trolley device 40 that is movable on rails 4, a three-dimensional laser scanner 14 attached to the trolley device 40, and an information processing device 16 (computer). In Figure 3, in order to simplify the drawing, only the formwork member 20 of the slide center 12 is shown, and the trolley section 18 and jack 22 are not shown.
The trolley device 40 comprises a plurality of wheels 42 that run on the rails 4, and a trolley frame 44 that has a gate-like shape when viewed from the front and supports the plurality of wheels 42.
The trolley device 40 is initially positioned on the opposite side of the tunnel face 2A (the tunnel opening side), with the slide center 12 in between. At least during concrete pouring by the slide center 12 (secondary lining), it is moved to a retracted position away from the slide center 12 so as not to interfere with the pouring work.
In one embodiment of the present invention, the trolley frame 44 comprises a pair of side frames 46A located on both the left and right sides when viewed from the front, and an upper frame 46B connecting the upper ends of the pair of side frames.
Furthermore, the bogie device 40 only needs to be able to move along the rail 4 with the 3D laser scanner 14 (described later) attached, and the structure of the bogie device 40 is not limited.
また、本発明の一実施の形態では、図3に示すように、台車装置40は、台車装置40をレール4に沿って自動的に移動させる駆動装置41を備えている。
また、駆動装置41に設けられた操作部を作業者が操作することにより台車装置40の移動方向や移動速度、移動量を制御するようにしてもよい。
このように駆動装置41を設けると、人力によって台車装置40を移動させる必要がなく作業者の負担が軽減される。
また、駆動装置41によって台車装置40を自動的に移動させる際にその移動速度を一定に制御するようにすれば、後述する3次元レーザースキャナー14を用いたトンネル2の3次元形状の計測作業を効率的に行なう上で有利となる。
なお、駆動装置41は、例えば、モータなどの駆動源から供給される回転駆動力によって車輪42を回転駆動させてもよく、あるいは、台車装置40に取り付けたケーブルをトンネル2の床面2Cなどに設置した巻上装置によって巻き上げることで台車装置40を牽引して移動させるものであってもよく、従来公知の様々な構成が採用可能である。
Furthermore, in one embodiment of the present invention, as shown in Figure 3, the trolley device 40 is equipped with a drive device 41 that automatically moves the trolley device 40 along the rail 4.
Alternatively, the direction of movement, speed of movement, and amount of movement of the trolley device 40 may be controlled by an operator operating an operating unit provided on the drive device 41.
By providing the drive device 41 in this way, there is no need to move the trolley device 40 manually, thus reducing the burden on the worker.
Furthermore, if the trolley device 40 is automatically moved by the drive device 41 and its movement speed is controlled to be constant, it will be advantageous for efficiently performing the measurement of the three-dimensional shape of the tunnel 2 using the three-dimensional laser scanner 14, which will be described later.
The drive unit 41 may, for example, rotate the wheels 42 using rotational driving force supplied from a drive source such as a motor, or it may move the trolley unit 40 by pulling up a cable attached to the trolley unit 40 using a hoisting device installed on the floor surface 2C of the tunnel 2, and various conventionally known configurations can be adopted.
図2、図3に示すように、3次元レーザースキャナー14は、台車装置40に取り付けられ、本実施の形態では、3次元レーザースキャナー14は、第1、第2、第3の3次元レーザースキャナー14A、14B、14Cで構成されている。
各3次元レーザースキャナー14A、14B、14Cは、トンネル2の周壁面2Bをその周方向に沿って分割して計測するように台車装置40に取り付けられている。
第1の3次元レーザースキャナー14Aは、切羽面2Aと反対側に位置する上部フレーム46Bの端面で上部フレーム46Bの幅方向の中央箇所にブラケット15を介して着脱可能に取り付けられ、周壁面2Bの周方向のうち天端部分を計測するように設けられている。
第2、第3の3次元レーザースキャナー14B、14Cは、切羽面2Aと反対側に位置する一対の側部フレーム46Aの端面で側部フレーム46Aの長手方向(上下方向)の中央箇所にブラケット15を介して着脱可能に取り付けられ、周壁面2Bの周方向のうち天端部分を除く両側部を計測するように設けられている。
3次元レーザースキャナー14は、水平方向および垂直方向にレーザー光線を走査させ、レーザー光線が照射されたレーザー照射点からの反射光を受光することで、レーザー光線の水平角および鉛直角と、3次元レーザースキャナー14の中心点からレーザー照射点までの距離とからなるデータを取得し、それらデータから座標値(x,y,z)で表現される直交座標系のトンネル2の3次元形状データ(点群データともいう)を生成するものである。
本実施の形態では、3次元レーザースキャナー14は、トンネル2の周壁面2Bおよび床面2C(以下、周壁面2Bおよび床面2Cを含めて周壁面2Bという)の3次元形状データを計測するものである。
なお、3次元レーザースキャナー14は、トンネル2の周壁面2Bの全周にわたって3次元形状データを計測できればよく、3次元レーザースキャナー14の数は1個でもかまわない。
ただし、3次元レーザースキャナー14の計測範囲が限られている場合は、本実施の形態のように複数の3次元レーザースキャナー14のそれぞれによってトンネル2の周壁面2Bをその周方向に沿って分割して計測するようにすると、トンネル2の周壁面2Bの全周にわたって3次元形状データの計測をきめ細かく正確に行なう上で有利となる。
また、使用する3次元レーザースキャナー14の数は3個に限定されず、2個であっても4個以上であってもよいことは無論である。
3次元レーザースキャナー14は、自身の中心位置を機械座標の原点として備えており、3次元レーザースキャナー14で計測された3次元形状データは、後述する情報処理装置16によって、予め設定されたトンネル2の基準点を現地座標の原点とする3次元形状データに変換される。
本実施の形態では、例えば発破や重機による掘削作業などによって位置が変動しないトンネル2の箇所、例えば、スライドセントル12よりも後方に離間した箇所であるトンネル2の周壁面2Bや床面2Cに基準ターゲット24を配置しておく。
そして、3次元レーザースキャナー14は、基準ターゲット24を計測することで上記のトンネル2の基準点、言い換えると、トンネル2の現場座標の原点を取得する。
基準ターゲット24は、3次元レーザースキャナー14から照射されるレーザー光線を3次元レーザースキャナー14に向けて反射するように構成されている。
As shown in Figures 2 and 3, the 3D laser scanner 14 is mounted on a trolley device 40, and in this embodiment, the 3D laser scanner 14 is composed of first, second, and third 3D laser scanners 14A, 14B, and 14C.
Each of the three-dimensional laser scanners 14A, 14B, and 14C is mounted on a trolley device 40 to measure the circumferential wall surface 2B of the tunnel 2 by dividing it along its circumferential direction.
The first three-dimensional laser scanner 14A is detachably attached via a bracket 15 to the end face of the upper frame 46B, which is located on the opposite side of the tunnel face 2A, at the center of the upper frame 46B in the width direction, and is configured to measure the top portion of the peripheral wall surface 2B in the circumferential direction.
The second and third three-dimensional laser scanners 14B and 14C are detachably attached via brackets 15 to the end faces of a pair of side frames 46A located on the opposite side of the tunnel face 2A, at the center of the side frame 46A in the longitudinal direction (vertical direction), and are configured to measure both sides of the peripheral wall surface 2B in the circumferential direction, excluding the top surface.
The 3D laser scanner 14 scans a laser beam in the horizontal and vertical directions and receives reflected light from the laser irradiation point where the laser beam is projected. This data consists of the horizontal and vertical angles of the laser beam and the distance from the center point of the 3D laser scanner 14 to the laser irradiation point. From this data, it generates 3D shape data (also called point cloud data) of the tunnel 2 in a Cartesian coordinate system, expressed as coordinate values (x, y, z).
In this embodiment, the 3D laser scanner 14 measures the 3D shape data of the perimeter wall surface 2B and the floor surface 2C of the tunnel 2 (hereinafter, the perimeter wall surface 2B includes both the perimeter wall surface 2B and the floor surface 2C).
Furthermore, the 3D laser scanner 14 only needs to be able to measure 3D shape data over the entire circumference of the surrounding wall surface 2B of the tunnel 2, and one 3D laser scanner 14 is sufficient.
However, if the measurement range of the 3D laser scanner 14 is limited, dividing the peripheral wall surface 2B of the tunnel 2 along its circumferential direction and measuring it using multiple 3D laser scanners 14, as in this embodiment, is advantageous for precisely and accurately measuring 3D shape data over the entire circumference of the peripheral wall surface 2B of the tunnel 2.
Furthermore, the number of 3D laser scanners 14 used is not limited to three; it can be two, four or more, or any other number.
The 3D laser scanner 14 has its own center position as the origin of the machine coordinates, and the 3D shape data measured by the 3D laser scanner 14 is converted by the information processing device 16, which will be described later, into 3D shape data with a pre-set reference point of the tunnel 2 as the origin of the local coordinates.
In this embodiment, the reference target 24 is placed on the perimeter wall surface 2B or floor surface 2C of the tunnel 2, at a location in the tunnel 2 where its position does not change due to, for example, blasting or excavation work by heavy machinery, and at a location located behind the slide center 12.
The 3D laser scanner 14 then measures the reference target 24 to obtain the reference point of the tunnel 2, or in other words, the origin of the site coordinates of the tunnel 2.
The reference target 24 is configured to reflect the laser beam emitted from the 3D laser scanner 14 back towards the 3D laser scanner 14.
図4に示すように、情報処理装置16は、何れも不図示のCPU、ROM、RAM、ハードディスク装置、入出力インターフェースに加えて、入力装置26、出力装置28、外部記憶装置30を含んで構成されている。
ROMは所定の制御プログラムなどを格納し、RAMはワーキングエリアを提供するものである。
ハードディスク装置は、後述する記憶部32Aを構成すると共に、座標変換部32B、断面図生成部32C、管理情報生成部32Dを実現するための制御プログラムを格納している。
入出力インターフェースは、3次元レーザースキャナー14、入力装置26、出力装置28とのインターフェースを取るものである。
入力装置26は、情報処理装置16を取り扱う作業員(操作者)による操作入力を受け付けるものであり、キーボード、マウスを備えている。
出力装置28は、情報を出力するものであり、ディスプレイ、プリンタを備えている。
外部記憶装置30は、情報を記憶するものであり、外付けのハードディス装置や外付けのSSD(ソリッドステートドライブ装置)、あるいは、メモリカードやUSBメモリなどの半導体記録媒体、あるいは、DVDなどの光ディスク記録媒体などを含む。
なお、情報処理装置16は、トンネル2の半径方向において型枠部材20の内側に配置されており、情報処理装置16と3次元レーザースキャナー14とは有線ケーブルまたは無線回線を介して情報通信可能に接続されている。
As shown in Figure 4, the information processing device 16 is configured to include a CPU, ROM, RAM, hard disk drive, and input/output interface (not shown), as well as an input device 26, an output device 28, and an external storage device 30.
ROM stores predetermined control programs and other data, while RAM provides the working area.
The hard disk drive constitutes the storage unit 32A, which will be described later, and also stores control programs for realizing the coordinate transformation unit 32B, the cross-sectional view generation unit 32C, and the management information generation unit 32D.
The input/output interface connects to the 3D laser scanner 14, the input device 26, and the output device 28.
The input device 26 accepts operation input from an operator (worker) handling the information processing device 16, and is equipped with a keyboard and mouse.
The output device 28 outputs information and includes a display and a printer.
The external storage device 30 stores information and includes external hard disk drives, external SSDs (solid-state drives), semiconductor recording media such as memory cards and USB memory, and optical disc recording media such as DVDs.
The information processing device 16 is positioned inside the formwork member 20 in the radial direction of the tunnel 2, and the information processing device 16 and the 3D laser scanner 14 are connected via a wired cable or wireless line to enable information communication.
記憶部32Aは、施工するトンネル2の設計データを記憶するものである。
設計データは、掘削作業後(一次覆工前)の段階のトンネル2の断面形状を示すトンネル2の基準断面図(以下設計断面図という)、一次覆工のコンクリートの厚さ、二次覆工のコンクリート6の厚さなどの施工するトンネル2の形状を規定する様々な設計データを含む。
The memory unit 32A stores the design data for the tunnel 2 to be constructed.
The design data includes various design data that define the shape of the tunnel 2 to be constructed, such as a standard cross-sectional drawing of tunnel 2 (hereinafter referred to as the design cross-sectional drawing) showing the cross-sectional shape of tunnel 2 after excavation work (before primary lining), the thickness of the concrete for the primary lining, and the thickness of the concrete 6 for the secondary lining.
CPUがハードディスク装置の制御プログラムを実行することにより、座標変換部32B、断面図生成部32C、管理情報生成部32Dが実現される。
座標変換部32Bは、3次元レーザースキャナー14から供給される、3次元レーザースキャナー14の機械中心を原点とする機械座標の3次元形状データを、トンネル2の基準点を現地座標の原点とする3次元形状データに変換するものである。
The CPU executes a control program for the hard disk drive, thereby realizing the coordinate transformation unit 32B, the cross-sectional view generation unit 32C, and the management information generation unit 32D.
The coordinate transformation unit 32B converts the 3D shape data in machine coordinates, with the machine center of the 3D laser scanner 14 as the origin, supplied from the 3D laser scanner 14, into 3D shape data with the reference point of the tunnel 2 as the origin of the local coordinates.
断面図生成部32Cは、座標変換部32Bから供給されるトンネル2の現地座標で表現される3次元形状データに基づいてトンネル2の断面形状を示すトンネル2の実測断面図を生成するものである。
トンネル2の実測断面図は、例えば、入力装置26から入力されたトンネル2の長手方向の位置に対応する位置に対応して生成される。
The cross-sectional diagram generation unit 32C generates a measured cross-sectional diagram of the tunnel 2, which shows the cross-sectional shape of the tunnel 2, based on three-dimensional shape data expressed in the on-site coordinates of the tunnel 2 supplied by the coordinate transformation unit 32B.
The measured cross-sectional view of tunnel 2 is generated, for example, corresponding to a position corresponding to the longitudinal position of tunnel 2 input from input device 26.
管理情報生成部32Dは、断面図生成部32Cで生成された実測断面図と、設計データとに基づいて管理情報を生成するものである。
設計データは、掘削後のトンネルの設計断面を示す設計断面図、一次覆工のコンクリートの厚さ、二次覆工のコンクリート6の厚さなどを含んでいる。
管理情報生成部32Dは、設計断面図に対して、一次覆工のコンクリートの厚さを加味することで、一次覆工後におけるトンネル2の断面形状を示す第1基準断面図を生成することができる。
また、管理情報生成部32Dは、設計断面図に対して、一次覆工のコンクリートの厚さと二次覆工のコンクリートの厚さを加味することで、二次覆工後におけるトンネル2の断面形状を示す第2基準断面図を生成することができる。
すなわち、設計断面図、第1、第2基準断面図は、設計データに基づいて生成されるトンネルの断面図である。
The management information generation unit 32D generates management information based on the measured cross-sectional drawing generated by the cross-sectional drawing generation unit 32C and the design data.
The design data includes a design cross-sectional drawing showing the design cross-section of the tunnel after excavation, the thickness of the primary lining concrete, and the thickness of the secondary lining concrete 6.
The management information generation unit 32D can generate a first reference cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the tunnel 2 after the primary lining is constructed by taking into account the thickness of the concrete of the primary lining in addition to the design cross-sectional view.
Furthermore, the management information generation unit 32D can generate a second reference cross-sectional view showing the cross-sectional shape of the tunnel 2 after the secondary lining is installed by taking into account the thickness of the primary lining concrete and the thickness of the secondary lining concrete in addition to the design cross-sectional view.
In other words, the design cross-section, the first and second reference cross-sections are cross-sectional views of the tunnel generated based on the design data.
例えば、図5に示すように、管理情報MIは、実線で示す第2基準断面図34(以下、設計断面図および第1基準断面図も符号34として説明する)と、二点鎖線で示す実測断面図36とを比較した画像情報として生成される。
管理情報MIは、出力装置28であるディスプレイによって画像表示され、あるいは、プリンタによって印刷出力される。
画像表示あるいは印刷出力された管理情報MIを視認することで二次覆工後の掘削されたトンネル2の断面形状(輪郭)と、設計されたトンネル2の断面形状(輪郭)との差異やずれを確認することができる。
また、管理情報生成部32Dは、上記の画像情報とは別に、管理情報MIとして、第2基準断面図34で示されるトンネル2の断面形状と、実測断面図36で示されるトンネル2の断面形状とを比較して評価する様々な評価データを演算することが可能である。
なお、本実施の形態では、管理情報MIは、掘削作業後、一次覆工後および二次覆工後のトンネル2の出来形管理を行なうために用いることができればよく、本実施の形態で示された画像情報に限定されるものではなく、管理情報MIの構成や表示形態として従来公知の様々なものが採用可能である。
For example, as shown in Figure 5, the management information MI is generated as image information comparing the second reference cross-sectional view 34 (hereinafter, the design cross-sectional view and the first reference cross-sectional view will also be described as reference numeral 34) shown by a solid line and the measured cross-sectional view 36 shown by a dashed-dot line.
The management information MI is displayed as an image on the output device 28, which is a display, or printed out by a printer.
By visually inspecting the management information MI displayed as an image or printed out, it is possible to confirm the differences and discrepancies between the cross-sectional shape (outline) of the excavated tunnel 2 after secondary lining and the cross-sectional shape (outline) of the designed tunnel 2.
Furthermore, the management information generation unit 32D can calculate various evaluation data as management information MI, separate from the image information mentioned above, by comparing the cross-sectional shape of the tunnel 2 shown in the second reference cross-sectional view 34 with the cross-sectional shape of the tunnel 2 shown in the measured cross-sectional view 36.
In this embodiment, the management information MI only needs to be usable for managing the completed state of the tunnel 2 after excavation, primary lining, and secondary lining. It is not limited to the image information shown in this embodiment, and various conventionally known configurations and display formats can be adopted for the management information MI.
詳細に説明すると、二次覆工が終了した段階において、トンネル2の断面形状を計測することで、以下のような評価データ(管理情報MI)に基づいてトンネル2の出来形を評価、確認することができる。
例えば、第2基準断面図34で示されるトンネル2の断面形状の中心軸と二次覆工後の実測断面図で示されるトンネル2の断面形状の中心軸とのずれ量を評価データ(管理情報MI)として演算、評価することで、トンネル2の掘削が設計データ通り行われているか評価することができる。
また、第2基準断面図34で示されるトンネル2の断面形状と、実測断面図36で示される二次覆工後のトンネル2の断面形状とのずれ量とをトンネル2の周方向に沿って評価データ(管理情報MI)として演算、評価することで、トンネル2の掘削が設計データ通り行われているか評価することができる。
また、第2基準断面図34で示されるトンネル2の断面の面積と、実測断面図36で示される二次覆工後のトンネル2の断面の面積とのずれ量を評価データ(管理情報MI)として演算することで、トンネル2の掘削が設計データ通り行われているか評価することができる。
To explain in detail, once the secondary lining is completed, the cross-sectional shape of tunnel 2 can be measured, and the completed form of tunnel 2 can be evaluated and confirmed based on the following evaluation data (management information MI).
For example, by calculating and evaluating the amount of deviation between the central axis of the cross-sectional shape of tunnel 2 shown in the second reference cross-sectional diagram 34 and the central axis of the cross-sectional shape of tunnel 2 shown in the measured cross-sectional diagram after secondary lining, it is possible to evaluate whether the excavation of tunnel 2 is being carried out according to the design data.
Furthermore, by calculating and evaluating the difference between the cross-sectional shape of tunnel 2 shown in the second reference cross-sectional diagram 34 and the cross-sectional shape of tunnel 2 after secondary lining shown in the measured cross-sectional diagram 36 as evaluation data (management information MI) along the circumferential direction of tunnel 2, it is possible to evaluate whether the excavation of tunnel 2 is being carried out according to the design data.
Furthermore, by calculating the difference between the area of the tunnel 2 cross-section shown in the second reference cross-section diagram 34 and the area of the tunnel 2 cross-section after secondary lining shown in the measured cross-section diagram 36 as evaluation data (management information MI), it is possible to evaluate whether the excavation of tunnel 2 is being carried out according to the design data.
なお、本実施の形態では、掘削作業が終了した段階において、および、一次覆工が終了した段階において、従来技術と同様にトンネル2の坑内において不図示の3次元レーザースキャナーを手作業で運搬しトンネル2の坑内の適宜箇所に設置すると共に、設置した3次元レーザースキャナー14によってトンネル2の断面形状を計測し、その計測結果を情報処理装置16に入力することで、掘削作業後および一次覆工後のトンネル2の出来形の管理をそれぞれ行なう場合について説明する。
すなわち、以下のような評価データ(管理情報MI)を演算し、次の掘削作業の修正を図る場合について説明する。
例えば、掘削作業後、設計断面図34で示されるトンネル2の断面形状の中心軸と実測断面図36で示されるトンネル2の断面形状の中心軸とのずれ量を評価データ(管理情報MI)として演算することで、そのずれ量に基づいて掘削作業の修正を行なうことができる。
また、一次覆工後、第1基準断面図34で示されるトンネル2の断面形状の中心軸と実測断面図36で示されるトンネル2の断面形状の中心軸とのずれ量を評価データ(管理情報MI)として演算することで、そのずれ量に基づいて掘削作業の修正を行なうことができる。
In this embodiment, we will describe a method for managing the completed state of the tunnel 2 after excavation and after the initial lining, similar to the conventional method, in which a three-dimensional laser scanner (not shown) is manually transported into the tunnel 2 and installed at an appropriate location inside the tunnel 2, and the cross-sectional shape of the tunnel 2 is measured using the installed three-dimensional laser scanner 14. The measurement results are then input into the information processing device 16, respectively.
In other words, we will explain how to calculate evaluation data (management information MI) as follows and use it to modify the next excavation operation.
For example, after excavation work, the amount of deviation between the central axis of the cross-sectional shape of tunnel 2 shown in the design cross-sectional view 34 and the central axis of the cross-sectional shape of tunnel 2 shown in the measured cross-sectional view 36 can be calculated as evaluation data (management information MI), and the excavation work can be corrected based on that amount of deviation.
Furthermore, after the initial lining is completed, the amount of deviation between the central axis of the cross-sectional shape of tunnel 2 shown in the first reference cross-sectional diagram 34 and the central axis of the cross-sectional shape of tunnel 2 shown in the measured cross-sectional diagram 36 can be calculated as evaluation data (management information MI), and the excavation work can be corrected based on that amount of deviation.
また、設計断面図34あるいは第1基準断面図34で示されるトンネル2の断面形状と実測断面図36で示されるトンネル2の断面形状とのずれ量とをトンネル2の周方向に沿って評価データ(管理情報MI)として演算することで、トンネル2の掘削が不足している箇所あるいは掘削が過剰である箇所を特定し、掘削作業の修正を行なうことができる。 Furthermore, by calculating the difference between the cross-sectional shape of tunnel 2 shown in the design cross-sectional drawing 34 or the first reference cross-sectional drawing 34 and the cross-sectional shape of tunnel 2 shown in the measured cross-sectional drawing 36, along the circumferential direction of tunnel 2, evaluation data (management information MI) can be used. This allows for the identification of areas where tunnel 2 is under-excavated or over-excavated, and enables adjustments to the excavation work.
また、設計断面図34あるいは第1基準断面図34で示されるトンネル2の断面の面積と実測断面図36で示されるトンネル2の断面の面積とのずれ量を評価データ(管理情報MI)として演算することで、トンネル2の掘削が過剰あるいは過少であるかを判定し、その判定結果に基づいて掘削作業の修正を行なうことができる。
掘削作業の修正とは、具体的には、重機を用いた追加の掘削作業、および、次回の発破工程における削孔パターンの修正、装薬孔の増減、装薬孔に装填する爆薬の量の増減などである。
なお、一次覆工後において、上記掘削作業の修正を行なうために一次覆工のコンクリートと共に地山を部分的に掘削した場合は、その部分について一次覆工をやり直すことになる。
また、上述した3次元レーザースキャナー14を手作業で運搬、設置して掘削作業後あるいは一次覆工後のトンネル2の3次元形状を計測し、その計測結果から評価データ(管理情報MI)を生成して掘削作業後あるいは一次覆工後のトンネル2の出来形の評価を行ない、掘削作業の修正を行なう一連の作業については従来技術と同様である。
Furthermore, by calculating the difference between the area of the tunnel 2 cross-section shown in the design cross-section drawing 34 or the first reference cross-section drawing 34 and the area of the tunnel 2 cross-section shown in the measured cross-section drawing 36 as evaluation data (management information MI), it is possible to determine whether the excavation of tunnel 2 is excessive or insufficient, and to correct the excavation work based on the determination result.
Modifications to the excavation work specifically include additional excavation using heavy machinery, modifications to the drilling pattern in the next blasting process, increases or decreases the number of explosive holes, and increases or decreases the amount of explosives loaded into the explosive holes.
Furthermore, if, after the primary lining has been constructed, the ground is partially excavated along with the concrete of the primary lining in order to correct the excavation work described above, the primary lining will have to be redone in that section.
Furthermore, the process of manually transporting and setting up the aforementioned 3D laser scanner 14 to measure the 3D shape of the tunnel 2 after excavation or primary lining, generating evaluation data (management information MI) from the measurement results to evaluate the completed state of the tunnel 2 after excavation or primary lining, and making corrections to the excavation work is the same as in the conventional technology.
次に、図6のフローチャートを参照して本実施の形態の出来形管理方法の一例について説明する。
まず、発破や重機による切羽面2Aの掘削を行ない、掘削ずりの搬出を行なう(ステップS10)。
次いで、従来と同様に不図示の3次元レーザースキャナーを手作業により運搬し、トンネル2の坑内の適宜箇所に設置し、掘削後のトンネル2の3次元形状の計測を行い(ステップS12)、計測されたトンネル2の3次元形状に基づいて実測断面図と、設計データに基づく設計断面図とが管理情報MIとして生成され(ステップS14)、管理情報MIに基づいてトンネル2の掘削作業後における出来形を評価し、掘削作業の修正の有無を判断し(ステップS16)、必要に応じて掘削作業の修正を行なう(ステップS18)。
Next, an example of the construction progress management method of this embodiment will be described with reference to the flowchart in Figure 6.
First, the tunnel face 2A is excavated using blasting and heavy machinery, and the excavated spoil is removed (step S10).
Next, a 3D laser scanner (not shown) is transported manually, as in the conventional method, and installed at an appropriate location inside the tunnel 2 to measure the 3D shape of the tunnel 2 after excavation (step S12). Based on the measured 3D shape of the tunnel 2, a measured cross-sectional view and a design cross-sectional view based on design data are generated as management information MI (step S14). Based on the management information MI, the completed state of the tunnel 2 after excavation is evaluated, and it is determined whether or not the excavation work needs to be modified (step S16). If necessary, the excavation work is modified (step S18).
次に、コンクリート吹付け機によって掘削された切羽面2Aおよび周壁面2Bにコンクリートを吹き付けて一次覆工を行なう(ステップS20)。また、鋼製支保工の建込み、ロックボルトの打設も行なう。
次いで、ステップS14と同様に、不図示の3次元レーザースキャナーを手作業により運搬し、トンネル2の坑内の適宜箇所に設置し、一次覆工後のトンネル2の3次元形状の計測を行い(ステップS22)、計測されたトンネル2の3次元形状に基づいて実測断面図と、設計データに基づく第1基準断面図とが管理情報MIとして生成され(ステップS24)、管理情報MIに基づいてトンネル2の一次覆工後における出来形を評価し、掘削作業の修正の有無を判断し(ステップS26)、必要に応じて掘削作業および一次覆工の修正を行なう(ステップS28)。したがって、この修正作業は、部分的な一次覆工のやり直しなどを含む。
なお、ステップS26において掘削作業の修正が不要であると判断された場合は、ステップS28をスキップし、ステップS30に進む。
なお、ステップS26において掘削作業の修正が不要であると判断された場合は、ステップS22で得られた一次覆工後の実測断面図と、設計データに基づく第2基準断面図34(すなわち二次覆工後におけるトンネル2の断面形状)とを比較する(演算する)ことにより、以下のステップS32で実施される二次覆工の作業前に、二次覆工コンクリートの厚さを求めることが可能となる。
Next, concrete is sprayed onto the excavated face 2A and surrounding wall 2B using a concrete spraying machine to perform primary lining (step S20). Steel supports are also erected and rock bolts are driven in.
Next, similar to step S14, a 3D laser scanner (not shown) is manually transported and installed at an appropriate location inside tunnel 2 to measure the 3D shape of tunnel 2 after the primary lining (step S22). Based on the measured 3D shape of tunnel 2, a measured cross-sectional view and a first reference cross-sectional view based on design data are generated as management information MI (step S24). Based on the management information MI, the completed state of tunnel 2 after the primary lining is evaluated, and it is determined whether or not the excavation work needs to be corrected (step S26). If necessary, the excavation work and primary lining are corrected (step S28). Therefore, this correction work includes partial redoing of the primary lining.
If it is determined in step S26 that no modification to the excavation work is necessary, step S28 is skipped and the process proceeds to step S30.
Furthermore, if it is determined in step S26 that no modification to the excavation work is necessary, the thickness of the secondary lining concrete can be determined before the secondary lining work carried out in step S32 by comparing (calculating) the measured cross-sectional view after the primary lining obtained in step S22 with the second standard cross-sectional view 34 based on the design data (i.e., the cross-sectional shape of tunnel 2 after the secondary lining).
次に、スライドセントル12が一次覆工された箇所の近傍まで移動できるように床面2Cにレール4を敷設し、スライドセントル12を、このスライドセントル12を用いた二次覆工が可能となるように移動させ配置する(ステップS30)。なお、スライドセントル12の配置後、スライドセントル12を挟んで切羽面2Aと反対側のレール4上に台車装置40を設置し、台車装置40を駆動装置41により前述した退避位置に位置させておく。
次に、スライドセントル12の型枠部材20とトンネル2の周壁面2Bとの間に形成された打設空間にコンクリート6を打設して二次覆工を行なう(ステップS32)。
打設されたコンクリート6の硬化後、スライドセントル12を脱型し、3次元レーザースキャナー14によって二次覆工後の周壁面2Bの計測が可能となるように、スライドセントル12と台車装置40とを移動させる(ステップS34)。すなわち、それまで退避位置に位置していた台車装置40を、3次元レーザースキャナー14によって二次覆工後の周壁面2Bの計測が可能となるように駆動装置41により自動的に移動させると共に、台車装置40に取り付けられた3次元レーザースキャナー14よる計測に支障がないようにスライドセントル12を移動させる。
そして、台車装置40によって3次元レーザースキャナー14を移動させつつ、同時に二次覆工後のトンネル2の3次元形状を計測する(ステップS36)。なお、予め基準ターゲット24がトンネル2に配置されており、計測された3次元形状のデータに基準ターゲット24の位置が現地座標の原点として含まれる。
上記と同様に、3次元レーザースキャナー14によって計測されたトンネル2の3次元形状は、座標変換部32Bで変換され、断面図生成部32Cによって、計測されたトンネル2の3次元形状に基づく実測断面図36と、記憶部32Aから読み出された設計データに基づく第2基準断面図34とが管理情報MIとして生成される(ステップS38)。
作業者は、情報処理装置16から出力される管理情報MIに基づいてトンネル2の二次覆工後における出来形の評価を行なう(ステップS40)。
以下、ステップS10に戻って次のスパンの掘削作業、掘削作業の出来形の評価、評価に基づく修正作業、一次覆工、一次覆工の出来形の評価、評価に基づく修正作業、二次覆工、二次覆工の出来形の評価を上述と同様に繰り返して行なうことでトンネル2が順次施工されていく。
Next, rails 4 are laid on the floor surface 2C so that the slide center 12 can move to the vicinity of the area where the primary lining has been completed, and the slide center 12 is moved and positioned so that secondary lining using the slide center 12 can be carried out (step S30). After positioning the slide center 12, a trolley device 40 is installed on the rail 4 on the opposite side of the face surface 2A from the slide center 12, and the trolley device 40 is positioned in the aforementioned retraction position by the drive device 41.
Next, concrete 6 is poured into the pouring space formed between the formwork member 20 of the slide center 12 and the peripheral wall surface 2B of the tunnel 2 to perform secondary lining (step S32).
After the poured concrete 6 has hardened, the slide centerer 12 is removed, and the slide centerer 12 and the trolley device 40 are moved so that the perimeter wall surface 2B after the secondary lining can be measured by the 3D laser scanner 14 (step S34). That is, the trolley device 40, which was previously in a retracted position, is automatically moved by the drive device 41 so that the perimeter wall surface 2B after the secondary lining can be measured by the 3D laser scanner 14, and the slide centerer 12 is moved so as not to interfere with the measurement by the 3D laser scanner 14 attached to the trolley device 40.
Then, the 3D laser scanner 14 is moved by the trolley device 40, and at the same time, the 3D shape of the tunnel 2 after the secondary lining is measured (step S36). A reference target 24 is placed in the tunnel 2 in advance, and the position of the reference target 24 is included in the measured 3D shape data as the origin of the local coordinates.
Similarly to the above, the three-dimensional shape of the tunnel 2 measured by the three-dimensional laser scanner 14 is transformed by the coordinate transformation unit 32B, and the cross-sectional diagram generation unit 32C generates a measured cross-sectional diagram 36 based on the measured three-dimensional shape of the tunnel 2 and a second reference cross-sectional diagram 34 based on the design data read from the storage unit 32A as management information MI (step S38).
The worker evaluates the completed state of the tunnel 2 after the secondary lining based on the management information MI output from the information processing device 16 (step S40).
The process then returns to step S10 and repeats as described above: excavation work for the next span, evaluation of the completed excavation work, corrective work based on the evaluation, primary lining, evaluation of the completed primary lining, corrective work based on the evaluation, secondary lining, and evaluation of the completed secondary lining, thereby sequentially constructing tunnel 2.
以上説明したように、本実施の形態によれば、トンネル2の床面2Cにトンネル2の長手方向に沿って敷設されたスライドセントル用のレール4上に移動可能に台車装置40を配置し、トンネル2の3次元形状を計測して3次元形状データを生成する3次元レーザースキャナー14を台車装置40に取り付け、二次覆工がなされたのち、台車装置40をレール4上で移動させ、3次元レーザースキャナー14による3次元形状の計測を行ない、3次元レーザースキャナー14で計測された3次元形状データと、トンネル2の設計データとに基づいてトンネルの出来形の管理を行なうための管理情報を生成するようにした。
したがって、スライドセントル12用の既存のレール4上に設置した台車装置40によって3次元レーザースキャナー14を移動させれば済み、また、台車装置40は3次元レーザースキャナー14を取り付けるに足る簡素な構成で足りる。
そのため、従来のように3次元レーザースキャナー14を架台を介してトンネル2の床面2Cに配置したり、3次元レーザースキャナー14を搭載した車両を作業員が手作業で操縦してトンネル2内で移動させたりする場合に比較して、架台や車両といった大掛かりな設備を設ける必要がなく、また、3次元レーザースキャナー14と設備の配置作業やそれらの撤去作業が不要となるため、設備コストの低減、省人化、作業効率の向上を図る上で有利となる。
また、3次元レーザースキャナー14がスライドセントル12用の既存のレール4上を移動する台車装置40に取り付けられているため、3次元レーザースキャナー14と設備の配置作業やそれらの撤去作業のために作業員がトンネル2坑内の現場で長時間にわたって作業する必要がないため、作業員の安全確保や作業環境の向上を図る上で有利となる。
また、台車装置40がレール4上を移動する際に同時に3次元レーザースキャナー14によってトンネル2の3次元形状が計測できることから、トンネル2の3次元形状をトンネル2のトンネル軸方向(トンネル2の長手方向)に沿って連続的に計測できるため、二次覆工後のトンネル2の3次元形状をきめ細かくかつ効率的に計測する上で有利となり、二次覆工後のトンネル2の出来形の評価を効率的に行なう上でも有利となる。
また、台車装置40は、スライドセントル12とは独立して移動させることができ、かつ、スライドセントル12に比較して小型軽量で済むため、台車装置40をレール4上に沿って移動させながらトンネル2の3次元形状の計測を行なう作業を短時間で効率的に行なう上で有利となる。
また、台車装置40の駆動装置41によって台車装置40をレール4上に沿って自動的に移動させながらトンネル2の3次元形状の計測を行なうようにすれば、計測作業の効率化を図る上で、また、作業者の負担を軽減する上でより有利となる。
As described above, according to this embodiment, a trolley device 40 is movably positioned on rails 4 for slide centering laid along the longitudinal direction of the tunnel 2 on the floor surface 2C of the tunnel 2, a 3D laser scanner 14 is attached to the trolley device 40 to measure the 3D shape of the tunnel 2 and generate 3D shape data, and after the secondary lining is completed, the trolley device 40 is moved on the rails 4 to measure the 3D shape with the 3D laser scanner 14, and management information for managing the completed shape of the tunnel is generated based on the 3D shape data measured by the 3D laser scanner 14 and the design data of the tunnel 2.
Therefore, the 3D laser scanner 14 can be moved by a trolley device 40 installed on the existing rails 4 for the slide center 12, and the trolley device 40 only needs to have a simple configuration that is sufficient to mount the 3D laser scanner 14.
Therefore, compared to conventional methods such as placing the 3D laser scanner 14 on the floor 2C of the tunnel 2 via a frame, or having workers manually operate a vehicle equipped with the 3D laser scanner 14 to move it within the tunnel 2, this method eliminates the need for large-scale equipment such as frames and vehicles. Furthermore, it eliminates the need for the placement and removal of the 3D laser scanner 14 and other equipment, which is advantageous in reducing equipment costs, saving manpower, and improving work efficiency.
Furthermore, since the 3D laser scanner 14 is mounted on a trolley device 40 that moves along existing rails 4 for the slide center 12, workers do not need to spend long periods of time working on-site inside tunnel 2 for the placement of the 3D laser scanner 14 and other equipment, or for their removal. This is advantageous in ensuring worker safety and improving the working environment.
Furthermore, since the three-dimensional shape of the tunnel 2 can be measured by the three-dimensional laser scanner 14 simultaneously with the movement of the trolley device 40 on the rails 4, the three-dimensional shape of the tunnel 2 can be continuously measured along the tunnel axis direction (longitudinal direction of the tunnel 2). This is advantageous for measuring the three-dimensional shape of the tunnel 2 after secondary lining in detail and efficiently, and is also advantageous for efficiently evaluating the completed state of the tunnel 2 after secondary lining.
Furthermore, the trolley device 40 can be moved independently of the slide centering 12, and is smaller and lighter than the slide centering 12, which is advantageous for efficiently measuring the three-dimensional shape of the tunnel 2 in a short amount of time while moving the trolley device 40 along the rails 4.
Furthermore, if the trolley device 40 is automatically moved along the rail 4 by the drive device 41 of the trolley device 40 while measuring the three-dimensional shape of the tunnel 2, it will be more advantageous in terms of improving the efficiency of the measurement work and reducing the burden on the workers.
また、本実施の形態では、管理情報MIは、3次元形状データに基づくトンネル2の断面図である実測断面図36と、設計データに基づくトンネル2の断面図(第2基準断面図34)とを比較した画像情報を含むものとしたので、それら2つの断面図を比較することでトンネル2の施工の品質管理を的確に行なう上で有利となる。 Furthermore, in this embodiment, the management information MI includes image information comparing the measured cross-sectional view 36 of the tunnel 2 based on three-dimensional shape data with the cross-sectional view of the tunnel 2 based on design data (second reference cross-sectional view 34). Therefore, comparing these two cross-sectional views is advantageous for accurately managing the construction quality of the tunnel 2.
また、本実施の形態では、トンネル2の所定箇所に基準ターゲット24を配置し、3次元レーザースキャナー14は基準ターゲット24を計測することでトンネル2の基準点を取得し、管理情報MIの生成に先立って、トンネル2の3次元形状データは、3次元レーザースキャナー14の機械中心を原点とする機械座標系から基準点を原点とするトンネル2の現地座標系に変換される変換処理がなされるようにした。
したがって、基準ターゲット24を配置するといった簡単な作業でトンネル2の3次元形状データを的確に取得する上で有利となる。
Furthermore, in this embodiment, a reference target 24 is placed at a predetermined location in the tunnel 2, and the 3D laser scanner 14 obtains a reference point of the tunnel 2 by measuring the reference target 24. Prior to the generation of management information MI, a transformation process is performed to convert the 3D shape data of the tunnel 2 from a machine coordinate system with the machine center of the 3D laser scanner 14 as the origin to the local coordinate system of the tunnel 2 with the reference point as the origin.
Therefore, it is advantageous to accurately acquire 3D shape data of tunnel 2 through simple tasks such as positioning a reference target 24.
また、本実施の形態では、台車装置40は、レール4の延在方向に沿った長さを有し、3次元レーザースキャナー14は、切羽面2Aと反対側に位置する台車装置40の長さ方向の端部に設けられているので、3次元レーザースキャナー14によるトンネル2の3次元形状の計測を的確に行なう上で有利となる。 Furthermore, in this embodiment, the trolley device 40 has a length along the extension direction of the rail 4, and the three-dimensional laser scanner 14 is provided at the longitudinal end of the trolley device 40 located on the side opposite to the tunnel face 2A. This is advantageous for accurately measuring the three-dimensional shape of the tunnel 2 using the three-dimensional laser scanner 14.
また、本実施の形態では、情報処理装置16は、トンネル2の半径方向において型枠部材20の内側に配置されているので、例えば二次覆工後にトンネル2の周壁面2Bの一部が落下しても、情報処理装置16を取り扱う作業者の作業員は、型枠部材20で保護されるため、作業員の安全確保や作業環境の向上を図る上で有利となる。 Furthermore, in this embodiment, since the information processing device 16 is positioned inside the formwork member 20 in the radial direction of the tunnel 2, even if, for example, a portion of the perimeter wall surface 2B of the tunnel 2 falls after the secondary lining, the worker handling the information processing device 16 is protected by the formwork member 20. This is advantageous in ensuring worker safety and improving the working environment.
(第2の実施の形態)
次に第2の実施の形態に係る出来形管理方法および出来形管理装置について説明する。
なお、以下の実施の形態において第1の実施の形態と同様の部分、部材については同一の符号を付してその説明を省略し、異なる部分について重点的に説明する。
第2の実施の形態は、一対のレール体4A、4Bにそれぞれ独立した台車装置をそれぞれ移動可能に配置し、各台車装置にそれぞれ3次元レーザースキャナーを取り付けた点が第1の実施の形態と異なっている。
図7は第2の実施の形態に係るトンネルの出来形管理装置の正面図、図8は図7の側面図である。
(Second embodiment)
Next, a construction progress management method and construction progress management device according to a second embodiment will be described.
In the following embodiments, parts and components similar to those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and their descriptions will be omitted. The descriptions will focus on the differences.
The second embodiment differs from the first embodiment in that an independent trolley device is movably arranged on each of the pair of rail bodies 4A and 4B, and a three-dimensional laser scanner is attached to each trolley device.
Figure 7 is a front view of the tunnel construction management device according to the second embodiment, and Figure 8 is a side view of Figure 7.
前述したようにレール4は、一対のレール4A、4Bを含んで構成されている。
図7に示すように、レール体4A、4Bは、床面2Cに設置される底部4002と、底部4002の幅方向の中央から上方に起立する板状の腹部4004と、腹部4004の上端に設けられた頭部4006とを備えている。
As mentioned above, rail 4 is composed of a pair of rails 4A and 4B.
As shown in Figure 7, the rail bodies 4A and 4B each consist of a bottom portion 4002 installed on the floor surface 2C, a plate-shaped body portion 4004 that rises upward from the center of the width direction of the bottom portion 4002, and a head portion 4006 provided at the upper end of the body portion 4004.
図7、図8に示すように、台車装置40は、一方のレール本体4Aに移動可能に配置された第1台車装置40Aと、他方のレール本体4Bに移動可能に配置された第2台車装置40Bとを備え、各台車装置40A、40Bは独立してレール体4A、4B上を走行できるように図られている。
各台車装置40A、40Bは、台車フレーム48と、レール体4A、4B上を走行する複数の車輪とを含んで構成されている。
台車フレーム48は、レール体4A、4Bの長手方向に沿った長さと、レール体4A、4Bの長手方向と直交する幅と、上下方向の高さとを備えており、正面から見て矩形状の上部フレーム4802と、上部フレーム4802の下部両側から下方に延在する一対の脚部フレーム4804とを備えている。
As shown in Figures 7 and 8, the trolley device 40 comprises a first trolley device 40A movably positioned on one rail body 4A and a second trolley device 40B movably positioned on the other rail body 4B, and each trolley device 40A and 40B is designed to run independently on the rail bodies 4A and 4B.
Each trolley device 40A, 40B is composed of a trolley frame 48 and a plurality of wheels that run on rail bodies 4A, 4B.
The bogie frame 48 has a length along the longitudinal direction of the rail bodies 4A and 4B, a width perpendicular to the longitudinal direction of the rail bodies 4A and 4B, and a height in the vertical direction. It comprises a rectangular upper frame 4802 when viewed from the front, and a pair of leg frames 4804 extending downward from both sides of the lower part of the upper frame 4802.
複数の車輪は、台車フレーム48の長さ方向の両端寄りの箇所で、一対の脚部フレーム4804に回転可能に支持されている。
複数の車輪は、走行車輪50と、一対の案内車輪52とを備えている。
走行車輪50は、一対の脚部フレーム4804の上部に回転可能に支持され、レール体4A、4Bの頭部4006の上面を転動するものである。
一対の案内車輪52は、一対の脚部フレーム4804の下端に回転可能に支持され、レール体4A、4Bの腹部4004の両側面を挟持しつつ転動するものである。
これら複数の車輪によって台車フレーム48がレール体4A、4B上を安定して走行できるように図られている。
Multiple wheels are rotatably supported by a pair of leg frames 4804 near both ends of the bogie frame 48 in the longitudinal direction.
Each of the multiple wheels comprises a running wheel 50 and a pair of guide wheels 52.
The running wheels 50 are rotatably supported on the upper part of a pair of leg frames 4804 and roll on the upper surface of the heads 4006 of the rail bodies 4A and 4B.
A pair of guide wheels 52 are rotatably supported at the lower ends of a pair of leg frames 4804, and roll while gripping both sides of the underside 4004 of the rail bodies 4A and 4B.
These multiple wheels ensure that the bogie frame 48 can run stably on the rail bodies 4A and 4B.
また、図示しないが、第1の実施の形態と同様に、第1、第2台車装置40A、40Bには、各台車装置40A、40Bをレール4に沿って自動的に移動させる駆動装置がそれぞれ設けられている。
駆動装置は、例えば、モータなどの駆動源から供給される回転駆動力によって各走行車輪50を回転駆動させるものであればよく、また、駆動装置の具体的な構成は第1の実施の形態と同様に従来公知の様々な構成が使用可能である。
Although not shown in the figures, similar to the first embodiment, the first and second trolley devices 40A and 40B are each provided with a drive device that automatically moves each trolley device 40A and 40B along the rail 4.
The drive device can be any device that rotates each of the running wheels 50 by rotational driving force supplied from a drive source such as a motor, and the specific configuration of the drive device can be any of the conventionally known configurations, similar to those in the first embodiment.
3次元レーザースキャナー14は、第1台車装置40Aに取り付けられた第1台車用3次元レーザースキャナー54Aと、第2台車装置40Bに取り付けられた第2台車用3次元レーザースキャナー54Bとで構成されている。
各レーザースキャナー14Aは、切羽面2A(図3参照)と反対側に位置する上部フレーム4802の端面で上部フレーム4802の幅方向の中央箇所にブラケット15を介して着脱可能に取り付けられている。
本実施の形態では、第1台車用3次元レーザースキャナー54Aは、トンネル2の周壁面2Bのうち天端部の中央から周壁面2B(図2参照)の一方の半部に対して周方向に沿って計測するように設けられ、第2台車用3次元レーザースキャナー54Bは、トンネル2の周壁面2Bのうち天端部の中央から周壁面2Bの他方の半部に対して周方向に沿って計測するように設けられている。
本実施の形態では、トンネル2の周壁面2Bの全周を、第1台車用3次元レーザースキャナー54Aの計測範囲と第2台車用3次元レーザースキャナー54Bの計測範囲とで2分割した場合について説明するが、例えば、第1台車用3次元レーザースキャナー54Aの計測範囲と第2台車用3次元レーザースキャナー54Bの計測範囲とがトンネル2の天端部で一部重複しても構わない。要するに、第1台車用3次元レーザースキャナー54Aの計測範囲と第2台車用3次元レーザースキャナー54Bの計測範囲とが、トンネル2の周壁面2Bの全周をもれなくカバーしていればよい。
The 3D laser scanner 14 consists of a 3D laser scanner 54A for the first bogie, which is attached to the first bogie device 40A, and a 3D laser scanner 54B for the second bogie, which is attached to the second bogie device 40B.
Each laser scanner 14A is detachably attached via a bracket 15 to the end face of the upper frame 4802, which is located on the opposite side of the cutting face 2A (see Figure 3), at the center of the upper frame 4802 in the width direction.
In this embodiment, the first bogie 3D laser scanner 54A is provided to measure along the circumferential direction from the center of the top end of the circumferential wall surface 2B of the tunnel 2 to one half of the circumferential wall surface 2B (see Figure 2), and the second bogie 3D laser scanner 54B is provided to measure along the circumferential direction from the center of the top end of the circumferential wall surface 2B of the tunnel 2 to the other half of the circumferential wall surface 2B.
In this embodiment, we will describe a case where the entire circumference of the perimeter wall surface 2B of the tunnel 2 is divided into two measurement ranges: the measurement range of the first bogie 3D laser scanner 54A and the measurement range of the second bogie 3D laser scanner 54B. However, for example, the measurement ranges of the first bogie 3D laser scanner 54A and the second bogie 3D laser scanner 54B may partially overlap at the top of the tunnel 2. In short, it is sufficient that the measurement ranges of the first bogie 3D laser scanner 54A and the second bogie 3D laser scanner 54B completely cover the entire circumference of the perimeter wall surface 2B of the tunnel 2.
図9に示すように、第2の実施の形態の出来形管理装置の情報処理装置は、第1の実施の形態と同様の記憶部32A、座標変換部32B、断面図生成部32C、管理情報生成部32Dに加え、さらに、3次元形状データ合成部32Eを備えている。
3次元形状データ合成部32Eは、第1台車用3次元レーザースキャナー54Aおよび第2台車用3次元レーザースキャナー54Bで計測されたそれぞれの3次元形状データを合成することで、トンネルの3次元形状データを生成するものである。
3次元形状データ合成部32Eで生成されたトンネルの3次元形状データは、第1の実施の形態と同様に、座標変換部32Bに供給される。また、断面図生成部32C、管理情報生成部32Dの動作は第1の実施の形態と同様になされるため、具体的な説明は省略する。
As shown in Figure 9, the information processing device of the construction management device in the second embodiment includes a storage unit 32A, a coordinate transformation unit 32B, a cross-sectional view generation unit 32C, and a management information generation unit 32D, similar to those in the first embodiment, as well as a three-dimensional shape data synthesis unit 32E.
The 3D shape data synthesis unit 32E generates 3D shape data of the tunnel by synthesizing the 3D shape data measured by the 3D laser scanner 54A for the first bogie and the 3D laser scanner 54B for the second bogie.
The 3D shape data of the tunnel generated by the 3D shape data synthesis unit 32E is supplied to the coordinate transformation unit 32B, as in the first embodiment. Furthermore, the operation of the cross-sectional view generation unit 32C and the management information generation unit 32D is the same as in the first embodiment, so a detailed explanation is omitted.
また、第1台車装置40Aおよび第2台車装置40Bを移動させつつ二次覆工後のトンネル2の3次元形状を計測する点は、第1の実施の形態と同様である。
図6を流用して第1の実施の形態と同一の処理については説明を省略し、異なる処理について説明する。
打設されたコンクリート6の硬化後、スライドセントル12を脱型し、第1、第2台車用3次元レーザースキャナー54A、54Bによって二次覆工後の周壁面2Bの計測が可能となるように、スライドセントル12と第1、第2台車装置40A、40Bとを移動させる(ステップS34)。すなわち、それまで退避位置に位置していた第1、第2台車装置40A、40Bを、第1、第2台車用3次元レーザースキャナー54A、54Bによって二次覆工後の周壁面2Bの計測が可能となるように駆動装置により自動的に移動させると共に、第1、第2台車装置40A、40Bに取り付けられた第1、第2台車用3次元レーザースキャナー54A、54Bよる計測に支障がないようにスライドセントル12を移動させる。
そして、第1、第2台車装置40A、40Bによって第1、第2台車用3次元レーザースキャナー54A、54Bを移動させつつ、同時に二次覆工後のトンネル2の3次元形状を計測する(ステップS36)。
Furthermore, the measurement of the three-dimensional shape of the tunnel 2 after the secondary lining is performed while moving the first trolley device 40A and the second trolley device 40B is the same as in the first embodiment.
Using Figure 6, the explanation of the same process as in the first embodiment will be omitted, and the different processes will be described.
After the poured concrete 6 has hardened, the slide centerer 12 is demolded, and the slide centerer 12 and the first and second trolley devices 40A and 40B are moved so that the perimeter wall surface 2B after the secondary lining can be measured by the first and second trolley 3D laser scanners 54A and 54B (step S34). That is, the first and second trolley devices 40A and 40B, which were previously in a retracted position, are automatically moved by a drive device so that the perimeter wall surface 2B after the secondary lining can be measured by the first and second trolley 3D laser scanners 54A and 54B, and the slide centerer 12 is moved so as not to interfere with the measurement by the first and second trolley 3D laser scanners 54A and 54B attached to the first and second trolley devices 40A and 40B.
Then, the first and second bogie devices 40A and 40B move the three-dimensional laser scanners 54A and 54B for the first and second bogies, while simultaneously measuring the three-dimensional shape of the tunnel 2 after the secondary lining (step S36).
そして、図6には図示しないが、第1台車用3次元レーザースキャナー54Aおよび第2台車用3次元レーザースキャナー54Bで計測されたそれぞれの3次元形状データが3次元形状データ合成部32Eによって合成され、トンネルの3次元形状データが生成される。
そして、合成された3次元形状データは座標変換部32Bに供給され、トンネル2の3次元形状は、座標変換部32Bで変換され、断面図生成部32Cによって、計測されたトンネル2の3次元形状に基づく実測断面図36と、記憶部32Aから読み出された設計データに基づく第2基準断面図34とが管理情報MIとして生成される(ステップS38)。
以下、第1の実施の形態と同様の処理がなされる。
すなわち、作業者は、情報処理装置16から出力される管理情報MIに基づいてトンネル2の二次覆工後における出来形の評価を行なう(ステップS40)。
以下、ステップS10に戻って次のスパンの掘削作業、掘削作業の出来形の評価、評価に基づく修正作業、一次覆工、一次覆工の出来形の評価、評価に基づく修正作業、二次覆工、二次覆工の出来形の評価を上述と同様に繰り返して行なうことでトンネル2が順次施工されていく。
Although not shown in Figure 6, the 3D shape data measured by the 3D laser scanner 54A for the first bogie and the 3D laser scanner 54B for the second bogie are combined by the 3D shape data synthesis unit 32E to generate the 3D shape data of the tunnel.
The synthesized 3D shape data is then supplied to the coordinate transformation unit 32B, where the 3D shape of the tunnel 2 is transformed. The cross-sectional diagram generation unit 32C then generates a measured cross-sectional diagram 36 based on the measured 3D shape of the tunnel 2 and a second reference cross-sectional diagram 34 based on the design data read from the storage unit 32A as management information MI (step S38).
The following steps are performed in the same manner as in the first embodiment.
In other words, the worker evaluates the completed state of the tunnel 2 after the secondary lining based on the management information MI output from the information processing device 16 (step S40).
The process then returns to step S10 and repeats as described above: excavation work for the next span, evaluation of the completed excavation work, corrective work based on the evaluation, primary lining, evaluation of the completed primary lining, corrective work based on the evaluation, secondary lining, and evaluation of the completed secondary lining, thereby sequentially constructing tunnel 2.
以上説明したように第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様の効果が奏されることは無論のこと、以下の効果が奏される。
すなわち、第2の実施の形態では、一対のレール4A、4Bの一方に移動可能に配置された第1台車装置40Aと、一対のレール4A、4Bの他方に移動可能に配置された第2台車装置40Bとを設け、3次元レーザースキャナー14として、第1台車装置40Aに取り付けられた第1台車用3次元レーザースキャナー54Aと、第2台車装置40Bに取り付けられた第2台車用3次元レーザースキャナー54Bとを備え、3次元形状データは、第1台車用3次元レーザースキャナー54Aおよび第2台車用3次元レーザースキャナー54Bで計測されたそれぞれの3次元形状データが合成されることで生成されるようにした。
したがって、第1、第2台車用3次元レーザースキャナー54A、54Bによってトンネルの3次元形状データを計測できるため、第1、第2台車用3次元レーザースキャナー54A、54Bのそれぞれによってトンネル2の周壁面2Bを分割して計測することができる。
そのため、トンネル2の周壁面2Bの全周にわたって3次元形状データの計測をきめ細かく正確に行なう上で有利となる。
また、第1、第2台車用3次元レーザースキャナー54A、54Bによってトンネルの3次元形状データを計測できるため、トンネル2の周壁面2Bの3次元形状データの計測に要する計測時間の短縮化を図れ、計測動作の効率化を図る上で有利となる。
また、第1、第2台車装置40A、40Bを別々のレール体4A、4B上で走行させるので、第1の実施の形態に比較して、第1、第2台車装置40A、40Bのコンパクト化、軽量化を図る上で有利となる。
そのため、設備コストの低減を図れることは無論のこと、台車装置40の移動に要する手間を削減することで作業効率の向上を図る上で有利となる。また、台車装置40の占有スペースを削減でき、トンネル2内の作業空間を確保する上でも有利となる。
なお、第2の実施の形態では、第1、第2台車用3次元レーザースキャナー54A、54Bをそれぞれ1台ずつ設ける場合について説明したが、第1、第2台車用3次元レーザースキャナー54A、54Bをそれぞれ2台以上設けてもよく、その場合も、3次元形状データ合成部32Eによって各レーザースキャナーで計測された3次元形状データを合成するようにすればよい。
As explained above, the second embodiment not only achieves the same effects as the first embodiment, but also provides the following effects.
In other words, in the second embodiment, a first bogie device 40A is provided that is movably arranged on one of the pair of rails 4A and 4B, and a second bogie device 40B is provided that is movably arranged on the other of the pair of rails 4A and 4B. The three-dimensional laser scanner 14 includes a first bogie three-dimensional laser scanner 54A attached to the first bogie device 40A and a second bogie three-dimensional laser scanner 54B attached to the second bogie device 40B. The three-dimensional shape data is generated by combining the three-dimensional shape data measured by the first bogie three-dimensional laser scanner 54A and the second bogie three-dimensional laser scanner 54B.
Therefore, since the three-dimensional shape data of the tunnel can be measured by the first and second bogie three-dimensional laser scanners 54A and 54B, the peripheral wall surface 2B of the tunnel 2 can be divided and measured by the first and second bogie three-dimensional laser scanners 54A and 54B, respectively.
Therefore, this is advantageous for precisely and accurately measuring three-dimensional shape data over the entire circumference of the surrounding wall surface 2B of tunnel 2.
Furthermore, since the three-dimensional shape data of the tunnel can be measured using the three-dimensional laser scanners 54A and 54B for the first and second bogies, the measurement time required to measure the three-dimensional shape data of the perimeter wall surface 2B of the tunnel 2 can be shortened, which is advantageous in improving the efficiency of the measurement operation.
Furthermore, since the first and second bogie devices 40A and 40B are run on separate rail bodies 4A and 4B, this is advantageous in terms of making the first and second bogie devices 40A and 40B more compact and lighter compared to the first embodiment.
Therefore, not only can equipment costs be reduced, but the effort required to move the trolley device 40 is also reduced, which is advantageous in improving work efficiency. Furthermore, the space occupied by the trolley device 40 can be reduced, which is advantageous in securing working space within the tunnel 2.
In the second embodiment, the case in which one 3D laser scanner 54A and one 54B for the first and second bogies are provided was described. However, two or more 3D laser scanners 54A and 54B for the first and second bogies may be provided. In this case as well, the 3D shape data synthesis unit 32E should be used to synthesize the 3D shape data measured by each laser scanner.
1 地山
2 トンネル
2A 切羽面
2B 周壁面
2C 床面
4 レール
4A、4B レール体
4002 底部
4004 腹部
4006 頭部
6 コンクリート(二次覆工)
10 トンネルの施工管理装置
12 スライドセントル
14 3次元レーザースキャナー
14A 第1の3次元レーザースキャナー
14B 第2の3次元レーザースキャナー
14C 第3の3次元レーザースキャナー
15 ブラケット
16 情報処理装置
18 台車部
1802 車輪
1804 台車本体
1804A 側面部
1804B 上面部
20 型枠部材
2002 天端部
2004 側部
2006 ヒンジ
22 ジャッキ
2202 天端側ジャッキ
2204 側部側ジャッキ
24 基準ターゲット
26 入力装置
28 出力装置
30 外部記憶装置
32A 記憶部
32B 座標変換部
32C 断面図生成部
32D 管理情報生成部
32E 3次元形状データ合成部
34 基準断面図
36 実測断面図
40 台車装置
40A 第1台車装置
40B 第2台車装置
41 駆動装置
42 車輪
44 台車フレーム
46A 側部フレーム
46B 上部フレーム
48 台車フレーム
4802 上部フレーム
4804 脚部フレーム
50 走行車輪
52 案内車輪
54A 第1台車用3次元レーザースキャナー
54B 第2台車用3次元レーザースキャナー
MI 管理情報
1. Natural ground 2. Tunnel 2A. Face 2B. Surrounding wall 2C. Floor 4. Rails 4A, 4B. Rail body 4002. Bottom 4004. Web 4006. Head 6. Concrete (secondary lining)
10 Tunnel construction management device 12 Slide center 14 3D laser scanner 14A First 3D laser scanner 14B Second 3D laser scanner 14C Third 3D laser scanner 15 Bracket 16 Information processing device 18 Bogie section 1802 Wheels 1804 Bogie body 1804A Side section 1804B Top section 20 Formwork member 2002 Top section 2004 Side section 2006 Hinge 22 Jack 2202 Top side jack 2204 Side side jack 24 Reference target 26 Input device 28 Output device 30 External storage device 32A Storage unit 32B Coordinate transformation unit 32C Cross section generation unit 32D Management information generation unit 32E 3D shape data synthesis unit 34 Reference cross section 36 Measured cross section 40 Bogie device 40A First bogie device 40B Second bogie device 41, drive unit 42, wheels 44, bogie frame 46A, side frame 46B, upper frame 48, bogie frame 4802, upper frame 4804, leg frame 50, running wheels 52, guide wheels 54A, 3D laser scanner for first bogie 54B, 3D laser scanner MI for second bogie, management information
Claims (10)
前記トンネルの3次元形状を計測して3次元形状データを生成する3次元レーザースキャナーを前記台車装置に取り付け、
二次覆工がなされたのち、前記台車装置を前記レール上で移動させ、前記3次元レーザースキャナーによる前記3次元形状の計測を行ない、
前記3次元レーザースキャナーで計測された前記3次元形状データと、前記トンネルの設計データとに基づいて前記トンネルの出来形の管理を行なうための管理情報を生成する、
ことを特徴とするトンネルの出来形管理方法。 A trolley device is movably positioned on rails for a slide center laid along the longitudinal direction of the tunnel on the tunnel floor,
A three-dimensional laser scanner is attached to the trolley device to measure the three-dimensional shape of the tunnel and generate three-dimensional shape data.
After the secondary lining is completed, the trolley device is moved along the rails, and the three-dimensional shape is measured using the three-dimensional laser scanner.
Based on the three-dimensional shape data measured by the three-dimensional laser scanner and the tunnel design data, management information for managing the completed shape of the tunnel is generated.
A method for managing the construction progress of a tunnel, characterized by the following features.
ことを特徴とする請求項1記載のトンネルの出来形管理方法。 The management information includes image information comparing a cross-sectional view of the tunnel based on the three-dimensional shape data with a cross-sectional view of the tunnel based on the design data.
The tunnel construction management method according to feature 1.
前記3次元レーザースキャナーは前記基準ターゲットを計測することで前記トンネルの基準点を取得し、
前記管理情報の生成に先立って、前記トンネルの3次元形状データは、前記3次元レーザースキャナーの機械中心を原点とする機械座標系から前記基準点を原点とする前記トンネルの現地座標系に変換される変換処理がなされる、
ことを特徴とする請求項1または2記載のトンネルの出来形管理方法。 A reference target is placed at a predetermined location in the tunnel,
The three-dimensional laser scanner acquires the reference point of the tunnel by measuring the reference target,
Prior to the generation of the management information, the three-dimensional shape data of the tunnel is transformed from a machine coordinate system with the machine center of the three-dimensional laser scanner as the origin to the on-site coordinate system of the tunnel with the reference point as the origin.
A tunnel construction management method according to claim 1 or 2, characterized by the features described above.
前記台車装置は、前記一対のレール体の一方に移動可能に配置された第1台車装置と、前記一対のレール体の他方に移動可能に配置された第2台車装置とを備え、
前記3次元レーザースキャナーは、前記第1台車装置に取り付けられた第1台車用3次元レーザースキャナーと、前記第2台車装置に取り付けられた第2台車用3次元レーザースキャナーとを備え、
前記3次元形状データは、前記第1台車用3次元レーザースキャナーおよび前記第2台車用3次元レーザースキャナーで計測されたそれぞれの3次元形状データが合成されることで生成される、
ことを特徴とする請求項1記載のトンネルの出来形管理方法。 The rail is composed of a pair of rail bodies that extend parallel to each other.
The trolley device comprises a first trolley device movably arranged on one of the pair of rail bodies, and a second trolley device movably arranged on the other of the pair of rail bodies.
The three-dimensional laser scanner comprises a three-dimensional laser scanner for the first bogie attached to the first bogie device and a three-dimensional laser scanner for the second bogie attached to the second bogie device.
The aforementioned three-dimensional shape data is generated by combining the three-dimensional shape data measured by the three-dimensional laser scanner for the first bogie and the three-dimensional laser scanner for the second bogie.
The tunnel construction management method according to feature 1.
前記台車装置に取り付けられ、二次覆工がなされたのち、前記トンネルの3次元形状を計測して3次元形状データを生成する3次元レーザースキャナーと、
前記3次元形状データと、前記トンネルの設計データとに基づいて前記トンネルの出来形の管理を行なうための管理情報を生成する情報処理装置と、
を備えることを特徴とするトンネルの出来形管理装置。 A trolley device is movably positioned on rails for a slide center laid along the longitudinal direction of the tunnel on the floor surface of the excavated tunnel,
A 3D laser scanner is attached to the trolley device and, after the secondary lining is completed, measures the three-dimensional shape of the tunnel and generates three-dimensional shape data.
An information processing device that generates management information for managing the completed state of the tunnel based on the three-dimensional shape data and the tunnel design data,
A tunnel construction management device characterized by comprising the following features.
前記3次元レーザースキャナーは、切羽面と反対側に位置する前記台車装置の長さ方向の端部に設けられている、
ことを特徴とする請求項5記載のトンネルの出来形管理装置。 The trolley device has a length along the direction of extension of the rail,
The three-dimensional laser scanner is located at the longitudinal end of the trolley device, which is on the opposite side of the tunnel face.
The tunnel construction management device according to claim 5.
前記各3次元レーザースキャナーは、前記トンネルの周壁面をその周方向に沿って分割して計測するように前記台車装置に取り付けられている、
ことを特徴とする請求項5または6記載のトンネルの出来形管理装置。 Multiple 3D laser scanners are provided.
Each of the three-dimensional laser scanners is mounted on the trolley device to measure the circumferential wall surface of the tunnel by dividing it along its circumferential direction.
The tunnel construction management device according to claim 5 or 6, characterized in that it is a tunnel construction management device.
ことを特徴とする請求項5または6記載のトンネルの出来形管理装置。 The trolley device is equipped with a drive device that automatically moves the trolley device along the rail.
The tunnel construction management device according to claim 5 or 6, characterized in that it is a tunnel construction management device.
ことを特徴とする請求項5または6記載のトンネルの出来形管理装置。 The information processing device is located inside the formwork member of the slide center in the radial direction of the tunnel.
The tunnel construction management device according to claim 5 or 6, characterized in that it is a tunnel construction management device.
前記台車装置は、前記一対のレール体の一方に移動可能に配置された第1台車装置と、前記一対のレール体の他方に移動可能に配置された第2台車装置とを備え、
前記3次元レーザースキャナーは、前記第1台車装置に取り付けられた第1台車用3次元レーザースキャナーと、前記第2台車装置に取り付けられた第2台車用3次元レーザースキャナーとを備え、
前記情報処理装置は、前記第1台車用3次元レーザースキャナーおよび前記第2台車用3次元レーザースキャナーで計測されたそれぞれの3次元形状データを合成することによって前記3次元形状データを生成する、
ことを特徴とする請求項5または6記載のトンネルの出来形管理装置。 The rail is composed of a pair of rail bodies that extend parallel to each other.
The trolley device comprises a first trolley device movably arranged on one of the pair of rail bodies, and a second trolley device movably arranged on the other of the pair of rail bodies.
The three-dimensional laser scanner comprises a three-dimensional laser scanner for the first bogie attached to the first bogie device and a three-dimensional laser scanner for the second bogie attached to the second bogie device.
The information processing device generates the three-dimensional shape data by combining the three-dimensional shape data measured by the three-dimensional laser scanner for the first bogie and the three-dimensional laser scanner for the second bogie.
The tunnel construction management device according to claim 5 or 6, characterized in that it is a tunnel construction management device.
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