特開 2023-102419 地中変位計とトンネル函体群の変位計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023102419

(43)【公開日】2023-07-25

(54)【発明の名称】地中変位計とトンネル函体群の変位計測方法

(51)【国際特許分類】

   G01C 15/00 20060101AFI20230718BHJP

   E21D 9/093 20060101ALI20230718BHJP

【ＦＩ】

G01C15/00 102Z

G01C15/00 104A

E21D9/093 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022002889

(22)【出願日】2022-01-12

(71)【出願人】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】591284601

【氏名又は名称】株式会社演算工房

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 正嘉

(72)【発明者】

【氏名】林 稔

(72)【発明者】

【氏名】松村 匡樹

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AA02

2D054AA05

2D054AC01

2D054GA04

2D054GA62

2D054GA65

2D054GA82

(57)【要約】

【課題】地中変位計の一端を固定点に設置することを不要にしながら、計測精度の高い変位計測を実現する地中変位計と、この地中変位計を用いたトンネル函体群の変位計測方法を提供する。
【解決手段】地中変位計４０は、屈曲自在で、その軸方向Ｌに複数の三軸重力加速度センサ１５を備えている変位計本体１０と、変位計本体１０の軸方向Ｌの一端側に取付けられている取付治具２０と、取付治具２０に設置されている測量用ターゲット３０とを有する。取付治具２０は、変位計本体１０に着脱自在に取り付けられる取り付け部２１と、取り付け部２１から軸方向Ｌに延びている延長部２２と、延長部２２の一端に設けられて、測量用ターゲット３０が着脱自在に設置されるターゲット設置部２３とを有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

屈曲自在で、その軸方向に複数の三軸重力加速度センサを備えている、変位計本体と、
前記変位計本体の軸方向の一端側に取付けられている、取付治具と、
前記取付治具に設置されている、測量用ターゲットと、を有することを特徴とする、地中変位計。

【請求項2】

前記取付治具は、
前記変位計本体に着脱自在に取り付けられる、取り付け部と、
前記取り付け部から前記軸方向に延びている、延長部と、
前記延長部の一端に設けられて、前記測量用ターゲットが着脱自在に設置される、ターゲット設置部とを有していることを特徴とする、請求項１に記載の地中変位計。

【請求項3】

前記変位計本体に対する前記取付治具の取付位置と、前記測量用ターゲットの中心位置との間の少なくとも相対距離が既知となるようにして、前記取付治具を介して前記地中変位計に対して前記測量用ターゲットが設置されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の地中変位計。

【請求項4】

前記測量用ターゲットが、以下の形態のいずれか一種である、
（１）異なる方向から照射されるレーザーに対応する二つの再帰反射材からなるリフレクターが、共通の回動軸に対して回動自在に取り付けられている、第一形態、
（２）ホルダの上に、ガラス製で湾曲状の再帰反射材からなるリフレクターが露出している、第二形態、
（３）測量用プリズムである、第三形態、であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の地中変位計。

【請求項5】

地中において、複数のトンネル函体が連接されることにより形成されるトンネル函体群の変位計測方法であって、
前記トンネル函体群の内部には、屈曲自在でその軸方向に複数の三軸重力加速度センサを備えている地中変位計を設置し、該トンネル函体群の先頭側に位置する一つもしくは複数のトンネル函体、もしくは、該トンネル函体群の後方側に位置する一つもしくは複数のトンネル函体の内部にある前記地中変位計の一端側に、取付治具を介して測量用ターゲットを設置する、Ａ工程と、
測量用基準ターゲットを備えている発進基地からトラバース測量により、前記測量用ターゲットの三次元座標を求める、Ｂ工程と、有していることを特徴とする、トンネル函体群の変位計測方法。

【請求項6】

前記トンネル函体群は、その全延長が鉛直面内もしくは水平面内に延設する縦断線形が円形のトンネルであり、
前記Ａ工程では、前記トンネル函体群を形成する各トンネル函体のうち、前記円形の径方向内側の側面もしくは径方向外側の側面に沿って前記地中変位計を設置することを特徴とする、請求項５に記載のトンネル函体群の変位計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地中変位計とトンネル函体群の変位計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

地滑り地帯や護岸、橋梁、トンネル、鉄道、ダム、山留壁等、様々な構造物や地盤の変位計測が、地中変位計等を用いて行われている。地中変位計は、例えば所定長さのセグメントやパイプが相互に屈曲自在に接続されることによって形成されており、各セグメントには傾斜センサ等が内蔵されている。
従来の地中変位計を用いた変位計測方法は、例えば地中変位計の一端を、計測対象地盤等の所定深度まで埋設して固定点とし、固定点を基準として、地中変位計の各途中点や他端の変位量を傾斜センサ等による測定値に基づいて特定する方法により行われている。すなわち、変位計測に際して固定点を設けることが必須となっていることから、例えば地中の深部に固定点がある場合は、地中変位計の一端を固定点に設置するまでの作業に手間と時間を要するといった課題がある。
また、地中変位計の備える各傾斜センサ等の位置する各計測点に関する計測値は、計測前の初期値からの相対変位量であり、各計測点の三次元座標を特定するものではない。そのため、各計測点の変位後の三次元座標は、固定点等の基準点の三次元座標に関する計測精度の影響を受けることになり、各計測点の計測精度に関して改善の余地がある。

【0003】

以上のことから、地中変位計の一端を固定点に設置することを不要にしながら、計測精度の高い変位計測を実現する地中変位計が望まれる。

【0004】

ここで、特許文献１には、地中変位測定点のボーリング孔に挿入されて、地中の変位を求めるようにした地中変位測定装置が提案されている。この地中変位測定装置は、連結杆部とセンサ杆部が連結されることにより構成され、センサ杆部には、傾斜によるギャップの変化から角度を検出するセンサユニットと、センサユニットの検出信号を電気信号に変換する変換器ユニットとを備えている。連結杆部とセンサ杆部とが連結されて単位長さの地中変位計とし、この地中変位計が測定範囲に応じて複数本連結される。

【0005】

一方、特許文献２には、地中変位計測システムが提案されている。この地中変位計測システムは、地盤内に穿孔された直径１００ｍｍ程の孔に直径７５ｍｍ程の円筒状の地中埋設管が埋設され、地中埋設管の外周面にはその中心軸回り９０度ごとに板状の突設部が設けられ、地中埋設管の外周面に設けられた複数の突設部上には、地中埋設管の軸方向に沿って光ファイバセンサがそれぞれ配設されることにより構成されている。地中埋設管の内部には、車輪を備えた傾斜計がワイヤで懸吊され、地中埋設管の軸方向に沿って地中埋設管の内部に設けられた溝を車輪が走行することにより、地中埋設管の内部を傾斜計が移動できるようになっており、地中埋設管と地盤との間には充填材が充填されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平１０－１８５６３３号公報

【特許文献2】特開２００５－６１９８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載の地中変位測定装置と特許文献２に記載の地中変位計測システムはいずれも、複数のセンサのそれぞれの初期値からの相対変位を計測するものであることから、上記するように各計測点の計測精度に改善の余地がある技術であることに変わりはない。

【0008】

本発明は、地中変位計の一端を固定点に設置することを不要にしながら、計測精度の高い変位計測を実現する地中変位計と、この地中変位計を用いたトンネル函体群の変位計測方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記目的を達成すべく、本発明による地中変位計の一態様は、
屈曲自在で、その軸方向に複数の三軸重力加速度センサを備えている、変位計本体と、
前記変位計本体の軸方向の一端側に取付けられている、取付治具と、
前記取付治具に設置されている、測量用ターゲットと、を有することを特徴とする。

【0010】

本態様によれば、屈曲自在で複数の三軸重力加速度センサを備えている変位計本体の一端側に取付治具が取付けられ、取付治具に対して測量用ターゲットが設置されていることにより、変位計本体の他端を固定点に設置することなく、変位計本体の一端にある測量用ターゲットの三次元座標を測定することが可能になる。
また、この測量用ターゲットの三次元座標と、複数の三軸重力加速度センサの計測値等に基づき、変位計本体の途中位置の三次元座標を高精度に特定することができる。
例えば、トンネル周囲や地滑り地帯等における地盤変状計測においては、地中変位計の他端を地中の所定深度における固定点に設置することなく、当該地中変位計の他端を任意の深度位置に設置し、地中変位計の一端を例えば地上に位置合わせし、この一端に取付治具を介して測量用ターゲットを設置しておくことで、地上において変位後の測量用ターゲットの三次元座標を容易に計測することができる。また、この三次元座標に基づいて、地中変位計の途中の計測点における三次元座標を特定することができる。

【0011】

また、本発明による地中変位計の他の態様において、
前記取付治具は、
前記変位計本体に着脱自在に取り付けられる、取り付け部と、
前記取り付け部から前記軸方向に延びている、延長部と、
前記延長部の一端に設けられて、前記測量用ターゲットが着脱自在に設置される、ターゲット設置部とを有していることを特徴とする。

【0012】

本態様によれば、取付治具が取り付け部を備えていることで変位計本体への取り付け性が良好になり、取付治具がターゲット設置部を備えていることで測量用ターゲットの取り付け性が良好になる。さらに、取付治具が変位計本体の軸方向に延びている延長部を備えていることで、地盤の変位計測等においては、延長部を地表面から上方に突出させて、測量用ターゲットを地上の計測可能な高さレベルに設置することが可能になる。

【0013】

また、本発明による地中変位計の他の態様は、
前記変位計本体に対する前記取付治具の取付位置と、前記測量用ターゲットの中心位置との間の少なくとも相対距離が既知となるようにして、前記取付治具を介して前記地中変位計に対して前記測量用ターゲットが設置されていることを特徴とする。

【0014】

本態様によれば、変位計本体に対する取付治具の取付位置と、測量用ターゲットの中心位置との間の少なくとも相対距離が既知であることにより、測量用ターゲットの三次元座標が測定されると、この三次元座標と各三軸重力加速度センサの計測値等とに基づいて、各三軸重力加速度センサの三次元座標を高精度に特定することができる。
ここで、「少なくとも相対距離が既知」とは、相対距離のみが既知であることの他に、取付治具及び測量用ターゲットが地中変位計の軸方向からずれている場合は、さらにこの軸方向からの相対角度も含まれる。

【0015】

また、本発明による地中変位計の他の態様は、
前記測量用ターゲットが、以下の形態のいずれか一種である、
（１）異なる方向から照射されるレーザーに対応する二つの再帰反射材からなるリフレクターが、共通の回動軸に対して回動自在に取り付けられている、第一形態、
（２）ホルダの上に、ガラス製で湾曲状の再帰反射材からなるリフレクターが露出している、第二形態、
（３）測量用プリズムである、第三形態、であることを特徴とする。

【0016】

本態様によれば、地中変位計として、二つの再帰反射材が共通の回動軸に対して回動自在に取り付けられているリフレクター（第一形態）や、ガラス製で湾曲状の再帰反射材からなるリフレクター（第二形態）、一般の測量用プリズム（第三形態）のいずれか一種が適用されることにより、計測対象に応じた計測可能性と計測効率性のある測量用ターゲットを選定することができる。
例えば、第一形態や第二形態を適用することにより、曲線区間を備えたトンネル函体群の縦断線形（の変位計測）の中でも、曲線区間における効率的な計測を実現できる。

【0017】

また、本発明によるトンネル函体群の変位計測方法の一態様は、
地中において、複数のトンネル函体が連接されることにより形成されるトンネル函体群の変位計測方法であって、
前記トンネル函体群の内部には、屈曲自在でその軸方向に複数の三軸重力加速度センサを備えている地中変位計を設置し、該トンネル函体群の先頭側に位置する一つもしくは複数のトンネル函体、もしくは、該トンネル函体群の後方側に位置する一つもしくは複数のトンネル函体の内部にある前記地中変位計の一端側に、取付治具を介して測量用ターゲットを設置する、Ａ工程と、
測量用基準ターゲットを備えている発進基地からトラバース測量により、前記測量用ターゲットの三次元座標を求める、Ｂ工程と、有していることを特徴とする。

【0018】

本態様によれば、トンネル函体群の内部に、屈曲自在で複数の三軸重力加速度センサを備えている地中変位計を設置し、トンネル函体群の先頭側もしくは後方側に位置するトンネル函体の内部にある地中変位計の一端側に、取付治具を介して測量用ターゲットを設置しておき、トラバース測量によって測量用ターゲットの三次元座標を求めることにより、トンネル函体群の複数の測定点の三次元座標を高精度に測定することができる。

【0019】

ここで、「トンネル函体群の先頭側に位置する一つもしくは複数のトンネル函体の内部にある地中変位計の一端側に、取付治具を介して測量用ターゲットを設置する」形態は、例えば推進工法を適用してトンネル函体群を施工する際の計測方法である。先頭側に位置する一つもしくは複数のトンネル函体には、先頭に位置する一つのトンネル函体、先頭に位置する二つのトンネル函体等や、例えば先頭から二つ目のトンネル函体や三つ目のトンネル函体等を意味している。
掘進機の後方に位置してトンネル函体群の先頭に位置する例えば一つのトンネル函体の内部の地中変位計に測量用ターゲットを設置すると、推進工法において先頭のトンネル函体は常にトンネル函体群の先頭に位置していることから、トンネル函体群の先頭のトンネル函体の推進に応じた三次元座標を随時計測することができる。また、トンネル函体群の途中に位置するトンネル函体や後方に位置するトンネル函体の各三次元座標も、先頭に位置するトンネル函体と同様に随時計測することができる。

【0020】

また、「トンネル函体群の後方側に位置する一つもしくは複数のトンネル函体の内部にある地中変位計の一端側に、取付治具を介して測量用ターゲットを設置する」形態は、例えばシールド工法を適用してトンネル函体群を施工する際の計測方法である。
本態様の変位計測方法は、水平面内や傾斜面内等で直線の縦断線形を有するトンネル函体群の変位計測に適用できることは勿論であるが、屈曲自在な地中変位計を利用することから、曲線区間を備えたトンネル函体群の変位計測に好適である。
この変位計測方法において適用される測量用ターゲットには、上記するように、二つの再帰反射材が共通の回動軸に対して回動自在に取り付けられているリフレクター（第一形態）や、ガラス製で湾曲状の再帰反射材からなるリフレクター（第二形態）、一般の測量用プリズム（第三形態）のいずれか一種を適用できるが、曲線区間を備えたトンネル函体群の変位計測においては、第一形態もしくは第二形態の適用が望ましい。

【0021】

また、本発明によるトンネル函体群の変位計測方法の他の態様において、
前記トンネル函体群は、その全延長が鉛直面内もしくは水平面内に延設する縦断線形が円形のトンネルであり、
前記Ａ工程では、前記トンネル函体群を形成する各トンネル函体のうち、前記円形の径方向内側の側面もしくは径方向外側の側面に沿って前記地中変位計を設置することを特徴とする。

【0022】

本態様によれば、トンネル函体群が、鉛直面内もしくは水平面内に延設する縦断線形が円形のトンネルである場合、すなわち、トンネル函体群の全区間が曲線区間であって変位計測の難易度が極めて高いトンネル函体群に対しても、高精度で効率的な変位計測を実現できる。また、「各トンネル函体の円形の径方向内側の側面に沿って地中変位計を設置する」ことにより、地中変位計の延長を可及的に短くしながら各トンネル函体の地中変位を計測でき、「各トンネル函体の円形の径方向外側の側面に沿って地中変位計を設置する」ことにより、三次元レーザー測定器による視準範囲を可及的に長くすることができる。

【発明の効果】

【0023】

本発明の地中変位計とトンネル函体群の変位計測方法によれば、地中変位計の一端を固定点に設置することを不要にしながら、計測精度の高い変位計測を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施形態に係る地中変位計の一例を示す図である。

【図2】測量用ターゲットの他の例を示す図である。

【図3】実施形態に係る変位計測方法により変位計測される、トンネル函体群の一例を示す図である。

【図4】掘進機とトンネル函体群の先頭側に位置する複数のトンネル函体と、トンネル函体群の内部に配設されている地中変位計を示す図である。

【図5】実施形態に係る変位計測方法の一例を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、実施形態に係る地中変位計とトンネル函体群の変位計測方法について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

【0026】

［実施形態に係る地中変位計］
はじめに、図１及び図２を参照して、実施形態に係る地中変位計の一例について説明する。ここで、図１は、実施形態に係る地中変位計の一例を示す図であり、図２は、測量用ターゲットの他の例を示す図である。

【0027】

地中変位計４０は、屈曲自在で、その軸方向Ｌに複数（図示例は四つ）の三軸重力加速度センサ１５を備えている変位計本体１０と、変位計本体１０の軸方向Ｌの一端側に取付けられている取付治具２０と、取付治具２０に設置されている測量用ターゲット３０とを有する。ここで、変位計本体１０の軸方向Ｌはその長手方向と同義である。

【0028】

変位計本体１０は、複数（図示例は四つ）のセンサセグメント１１を有し、隣接するセンサセグメント１１同士が関節１２を介してＸ１方向に屈曲自在に接続されることにより構成されている。ここで、関節１２は、例えば三軸方向に回転もしくは回動自在である、多関節である。各センサセグメント１１の先端の内部に三軸重力加速度センサ１５が内蔵されている。

【0029】

ここで、三軸重力加速度センサ１５は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）等のセンサである。

【0030】

取付治具２０は、変位計本体１０に着脱自在に取り付けられる取り付け部２１と、取り付け部２１から軸方向Ｌに延びている延長部２２と、延長部２２の一端に設けられて、測量用ターゲット３０が着脱自在に設置されるターゲット設置部２３とを有している。

【0031】

取り付け部２１は、例えば二つの半割部材２１ａが不図示の蝶番を介して回動自在に形成されており、二つの半割部材２１ａの内部にセンサセグメント１１の端部を収容し、二つの半割部材２１ａを回動させて双方の端部同士を固定することにより、取り付け部２１がセンサセグメント１１の側面を挟持しながら固定される。

【0032】

延長部２２は、センサセグメント１１の軸方向Ｌに沿って延設する部材であり、端部に位置するセンサセグメント１１から所定の離間を置いた位置に測量用ターゲット３０を位置合わせするための部材である。例えば、地中変位計４０が地盤に埋設されて使用される場合、地表近傍にセンサセグメント１１の端部が配設され、そこから延長部２２の長さだけ地上に突出した位置に、測量用ターゲット３０を位置合わせすることができる。

【0033】

ターゲット設置部２３は、測量用ターゲット３０が固定される部材であり、固定対象の測量用ターゲットに応じて様々な形態が適用される。

【0034】

例えば、屈曲自在な変位計本体１０を不図示のリールに巻装しておき、リールから変位計本体１０を巻き出しながらその延長を延ばすことができる。以下で説明するトンネル函体群の変位計測方法では、掘進機の発進基地にリールを設置しておき、トンネル函体群の施工に応じて変位計本体１０を順次巻き出しながらその長さを延ばして使用する。

【0035】

図１に示す測量用ターゲット３０は、ホルダ３１の上に、ガラス製で湾曲状（図示例は半球状）の再帰反射材からなるリフレクター３２が露出しているターゲット（第二形態）である。再帰反射材からなるリフレクター３２は、三次元レーザー測定器６０（図５参照）から照射されたレーザーＬＳの照射角度θ１と同じ反射角度θ１で、レーザーＬＳを三次元レーザー測定器６０に反射させる。三次元レーザー測定器６０は自身の三次元座標が特定されており、三次元レーザー測定器６０がリフレクター３２にて反射したレーザーＬＳを受光し、リフレクター３２までの距離計測、水平角計測、及び高度角計測（測距と測角）を行うことができる。ここで、三次元レーザー測定器６０には、トータルステーションも含まれる。

【0036】

また、図１に示すように、湾曲状（半球状）の再帰反射材からなるリフレクター３２を適用することにより、様々な方向からレーザーＬＳを入射させ、入射角度と同じ角度で反射させることができるため、一般的な測量用ターゲットのように、計測者が三次元レーザー測定器に対して測量用ターゲットを正対させる操作を不要にでき、さらには、以下で説明する曲線区間を備えたトンネル函体群の変位計測のように、曲線区間において、リフレクター３２を挟む位置にある二台の三次元レーザー測定器にて効率的な変位計測を行うことができる。

【0037】

リフレクター３２の中心位置と、センサセグメント１１の端部との間の相対距離ｔは既知となっている。そのため、三次元レーザー測定器にてリフレクター３２の中心位置を視準して三次元座標を測定すると、この基点の三次元座標と、各センサセグメント１１がその先端に内蔵している三軸重力加速度センサ１５による計測値と、センサセグメント１１の長さとに基づいて、各センサセグメント１１の先端における三次元座標が特定される。

【0038】

従って、センサセグメント１１の長さがトンネル函体の長さに設定されている場合は、掘進方向の先頭に位置するトンネル函体の先端にある測量用ターゲット３０の三次元座標が測定され、この三次元座標と各トンネル函体の先端にある三軸重力加速度センサ１５の計測値とセンサセグメント１１（トンネル函体）の長さに基づいて、各トンネル函体の地中における三次元座標（絶対座標）が特定され、各トンネル函体の地中変位量が特定される。

【0039】

ここで、取付治具２０の長手方向と変位計本体１０の軸方向Ｌが一致していない場合は、軸方向Ｌに対する取付治具２０の相対角度も既知としておき、ともに既知である相対距離ｔと相対角度とに基づいて、リフレクター３２の三次元座標から取付治具２０の取り付けられているセンサセグメント１１の先端の三次元座標を特定することが可能になる。

【0040】

図２に、他の形態の測量用ターゲット５０を示している。この測量用ターゲット５０は、異なる方向から照射されるレーザーＬＳに対応する二つの再帰反射材からなるリフレクター５３，５４（プリズム）が、共通の回動軸５１に対してＸ２方向に回動自在に取り付けられているターゲット（第一形態）である。

【0041】

測量用ターゲット３０と同様に、測量用ターゲット５０も例えば二台の三次元レーザー測定器を使って測量を行う際に視準するためのターゲットである。測量用ターゲット５０が備えるリフレクター５３，５４は、それぞれ対応する三次元レーザー測定器に正対されるように、回動軸５１を中心として所望に回動される。

【0042】

回動軸５１は、環状のリング体５２の径方向に架け渡されており、回動軸５１の両端が不図示の留め金具を介してリング体５２に固定される。リング体５２には、連結部５５を介してホルダ５６が取り付けられる。ホルダ５６は、測量用ターゲット５０を取付治具のターゲット設置部に設置するための部材である。

【0043】

三次元レーザー測定器による測量にて視準される再帰反射材からなるリフレクター５３，５４は、三次元レーザー測定器から照射されたレーザーを反射させるガラス製の反射体であり、入射角θ２で入射したレーザーを平行に反射光として戻すためのコーナーキューブリフレクタを備えている。

【0044】

測量用ターゲットとしては、一般に使用される測量用プリズム（第三形態で図示略）が適用されてもよいが、以下で説明する曲線区間を備えたトンネル函体群の変位計測には、計測可能性と計測効率性の観点から測量用ターゲット３０，５０のいずれか一方が適用されるのがよい。

【0045】

図示する地中変位計４０によれば、屈曲自在で複数の三軸重力加速度センサ１５を備えている変位計本体１０の一端側に取付治具２０が取付けられ、取付治具２０に対して測量用ターゲット３０が設置されていることにより、変位計本体１０の他端を固定点に設置することなく、変位計本体１０の一端にある測量用ターゲット３０の三次元座標を測定することができる。また、この測量用ターゲット３０の三次元座標と、複数の三軸重力加速度センサ１５の計測値やセンサセグメント１１の長さ等に基づき、変位計本体１０の途中位置の三次元座標を高精度に特定することができる。

【0046】

［実施形態に係るトンネル函体群の変位計測方法］
次に、図３乃至図５を参照して、実施形態に係るトンネル函体群の変位計測方法の一例について説明する。ここで、図３は、実施形態に係る変位計測方法により変位計測されるトンネル函体群の一例を示す図である。また、図４は、掘進機とトンネル函体群の先頭側に位置する複数のトンネル函体と、トンネル函体群の内部に配設されている地中変位計を示す図であり、図５は、実施形態に係る変位計測方法の一例を説明する図である。

【0047】

図３に示す例では、地中Ｇにおいて施工済みの本線トンネルＨＴ（例えば本線シールドトンネル）と、その側方にあるランプトンネルＲＴ（例えばランプシールドトンネル）とを地中で接続して拡幅するに当たり、ランプトンネルＲＴを利用してその下方に鉛直に延設する発進基地となる立坑Ｔを施工する。

【0048】

立坑Ｔは、鉛直方向に所定間隔で配設される切梁Ｋにより、土圧や土水圧を支保しながら所定深度まで造成され、立坑Ｔの下方に反力架台Ｓを設置し、反力架台Ｓに対して元押しジャッキＢＪを備える元押し装置ＢＤを設置する。

【0049】

ランプトンネルＲＴから立坑Ｔを介して、元押し装置ＢＤの前方にトンネル函体８０（推進函体）が順次吊り下ろされ、推進方向前方に位置する掘進機７０の後方において複数のトンネル函体８０が連接され、複数のトンネル函体８０により形成されるトンネル函体群９０が地中ＧをＹ方向に推進されることにより、鉛直面内にある円周トンネル１００を施工する。

【0050】

この円周トンネル１００の施工に際して、トンネル函体群９０の延伸に応じて随時各トンネル函体８０の地中変位を計測する際に、実施形態に係る変位計測方法を適用する。

【0051】

ここで、図３に示す円周トンネル１００の施工に際しては、連接される複数のトンネル函体群９０が一定の長さとなった段階で、その後方に中押しジャッキＮＪが設置され、元押しジャッキＢＪと中押しジャッキＮＪの双方のジャッキ推力によりトンネル函体群９０が推進されるようになっている。図示例では、三基の中押しジャッキＮＪの前後に、トンネル函体群９０により形成される四つの計測単位ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４を設け、各計測単位ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４において固有の計測を行うようにしている。

【0052】

掘進機７０に近い計測単位ＡＲ１は、トンネル函体群９０の中でも推進方向前方に位置する計測単位である。計測単位ＡＲ１から後方側に順に、計測単位ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４が続く。

【0053】

図４に示すように、掘進機７０は、前胴７１と後胴７２を備え、双方の間に不図示の推進ジャッキ（掘進機自身の推進の他にも、掘進機の方向制御を行うジャッキ）を備えている。掘進機７０の正面視形状は、例えば横長の矩形であり、その前面には、例えば複数のカッタヘッド７３が配設されている。

【0054】

各カッタヘッド７３には、その側方からコピーカッタ７４が出入り自在に内蔵されており、余掘り部Ｅの造成の際には、各カッタヘッド７３からコピーカッタ７４が外側へ張り出し、カッタヘッド７３の回転に応じて回転するコピーカッタ７４により、余掘り部Ｅの造成が行われる。この際、コピーカッタ７４の張り出し長の調整により、余掘り部Ｅの大きさを所望に調整できる。

【0055】

カッタヘッド７３が回転しながら掘進機７０が計画縦断線形に沿って掘進方向に掘進する過程で、掘進機７０と後続のトンネル函体群９０の側方には、所定幅の余掘り部Ｅが造成され、掘進機７０から余掘り部Ｅに対して滑材Ｕが充填される。正面視矩形の掘進機７０の周囲には、所定幅の矩形枠状の余掘り部Ｅが造成されることになる。

【0056】

計測単位ＡＲ１の先頭に位置するトンネル函体８０から後方の各トンネル函体８０に亘り、それらの内部には変位計本体１０が設置されており、各トンネル函体８０の長さとセンサセグメント１１の長さが同一もしくは略同一であり、トンネル函体８０のリング継手８１と地中変位計４０の関節１２が位置合わせされている。

【0057】

計測単位ＡＲ１の先頭に位置するトンネル函体８０の端部には、取付治具２０を介して測量用ターゲット３０が位置合わせされている。

【0058】

図３に示す立坑Ｔから掘進機７０が地中Ｇに掘進し、後続のトンネル函体８０が順次押し出されて一定長さのトンネル函体群９０が形成された段階で、トンネル函体群９０の変位計測を実施する。

【0059】

立坑Ｔの下端には、測量用ターゲット３０Ｅ（測量用基準ターゲットの一例）が設置されており、この測量用ターゲット３０Ｅの三次元座標は、上方のランプトンネルＲＴからの計測により測定されている。ここで、測量用ターゲット３０Ｅには、上記する第一形態乃至第三形態のいずれの測量用ターゲットが適用されてもよい。

【0060】

当初、地中Ｇには、図３における計測単位ＡＲ１のみしか形成されていない。計測単位ＡＲ１が地中Ｇに形成される途中段階（例えば計測単位ＡＲ１の半分の長さ範囲が施工された段階）において、トンネル函体群９０の内部に三次元レーザー測定器６０Ａを設置する。また、先頭のトンネル函体８０の端部には、取付治具２０を介して測量用ターゲット３０が設置されている（以上、Ａ工程）。

【0061】

そこで、トラバース測量により、立坑Ｔにあって三次元座標が既知の測量用ターゲット３０Ｅを三次元レーザー測定器６０Ａにて視準した後、掘進方向前方にある測量用ターゲット３０を視準して測距と測角を行うことにより、三次元レーザー測定器６０にて測量用ターゲット３０の三次元座標（図４におけるＰ１（ｘ１，ｙ１，ｚ１））を測定する（以上、Ｂ工程）。

【0062】

また、測量用ターゲット３０の三次元座標が測定されることにより、この三次元座標と、後続の各トンネル函体８０の先端にある三軸重力加速度センサ１５による計測値やセンサセグメント１１の長さ（トンネル函体８０の長さ）に基づいて、各トンネル函体８０の先端の三次元座標（図４において、先頭から二基目の先端位置の三次元座標Ｐ２（ｘ２，ｙ、ｚ２）や三基目の先端位置の三次元座標Ｐ３（ｘ３，ｙ３，ｚ３）等）を特定することができる。

【0063】

計測単位ＡＲ１の推進が進行し、計測単位ＡＲ１を構成するトンネル函体群９０が地中Ｇに形成された段階では、三次元レーザー測定器６０Ａにて視準可能な後方位置において、別途の測量用ターゲット３０Ａを設置する。

【0064】

計測単位ＡＲ１に次いで計測単位ＡＲ２が地中Ｇに形成される過程で、計測単位ＡＲ２を構成するトンネル函体群９０の内部にある三次元レーザー測定器６０Ｂによってトラバース測量を行い、立坑Ｔにある測量用ターゲット３０Ｅを視準した後、掘進方向前方の計測単位ＡＲ１にある測量用ターゲット３０Ａを視準する。この視準により、三次元レーザー測定器６０Ｂにて測量用ターゲット３０Ａの三次元座標が測定される。

【0065】

次に、計測単位ＡＲ１にある三次元レーザー測定器６０Ａにて、あらためてトラバース測量を行う。具体的には、三次元レーザー測定器６０Ｂにて三次元座標が測定された測量用ターゲット３０Ａを視準した後、掘進方向前方にある測量用ターゲット３０を視準して、トンネル函体群９０の先頭にある測量用ターゲット３０の三次元座標をあらためて測定する。

【0066】

推進工法では、推進の過程で掘進機７０が蛇行し、施工されるトンネル函体群９０の縦断線形が計画線形からずれる地中変位が生じ得る。そこで、この変位計測では、長さが随時延長されるトンネル函体群９０の後方に測量用ターゲット３０を随時設置しながら、発進基地Ｔ側にある三次元レーザー測定器６０にて発進基地Ｔにある測量用ターゲット３０Ｅを視準し、次いで前方にある他の測量用ターゲット３０を視準するトラバース測量を行って測量用ターゲット３０の三次元座標を測定する。そして、図５に示すように、前方にある別途の三次元レーザー測定器６０にて同様にトラバース測量を行い、後方にあって三次元座標が既に測定されている測量用ターゲット３０を視準した後、トンネル函体群９０の先頭のトンネル函体８０にある測量用ターゲット３０を視準することにより、トンネル函体群９０の先頭にある測量用ターゲット３０の最新の三次元座標を測定することができる。

【0067】

図３に戻り、計測単位ＡＲ２に次いで、計測単位ＡＲ３を構成するトンネル函体群９０が地中Ｇに施工される。計測単位ＡＲ３の内部には、固有の三次元レーザー測定器６０Ｃと測量用ターゲット３０Ｃが設置される。さらに、計測単位ＡＲ３に次いで、計測単位ＡＲ４を構成するトンネル函体群９０が地中Ｇに施工される。計測単位ＡＲ４の内部には、固有の三次元レーザー測定器６０Ｄと測量用ターゲット３０Ｄが設置される。

【0068】

計測単位ＡＲ４の内部のうち、発進基地Ｔ側には別途の三次元レーザー測定器６０Ｅも設置され、三次元レーザー測定器６０Ｅによるトラバース測量から順に、三次元レーザー測定器６０Ｄ，６０Ｃ，６０Ｂ，６０Ａの順にトラバース測量が実行されることで、円周トンネル１００の複数の測定位置における地中の三次元座標（絶対座標）が測定され、各測定位置における地中変位量が特定される。

【0069】

図示する変位計測方法によれば、図示例のように曲線区間を有していて難易度が極めて高いトンネル函体群９０の変位計測においても、高精度で効率的な変位計測を実現できる。

【0070】

尚、実施形態に係るトンネル函体群の変位計測方法は、図示例のように鉛直面内における円周トンネル１００の施工の際の変位計測の他にも、水平面内における円周トンネルや縦断線形が直線のトンネル等、様々な縦断線形のトンネルの施工の際に適用できる。

【0071】

また、実施形態に係るトンネル函体群の変位計測方法は、図示例のように推進工法の他にも、シールド工法を用いたトンネルの施工の際にも適用できる。シールド工法を用いたトンネル施工時の変位計測では、図示例と反対に、トンネル函体群の後方側に位置する一つもしくは複数のトンネル函体の内部にある地中変位計の一端側に、取付治具を介して測量用ターゲットを設置し、トラバース測量を順次行う方法が適用される。

【0072】

上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

【符号の説明】

【0073】

１０：変位計本体
１１：センサセグメント
１２：関節
１５：三軸重力加速度センサ
２０：取付治具
２１：取り付け部
２２：延長部
２３：ターゲット設置部
３０、３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ：測量用ターゲット（第二形態）
３１：ホルダ
３２：リフレクター
４０：地中変位計
５０：測量用ターゲット（第一形態）
５１：回動軸
５２：リング体
５３，５４：リフレクター
５５：連結部
５６：ホルダ
６０，６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄ，６０Ｅ：三次元レーザー測定器
７０：掘進機
７１：前胴
７２：後胴
７３：カッタヘッド
７４：コピーカッタ
８０：トンネル函体
８１：リング継手
９０：トンネル函体群
１００：円周トンネル
Ｌ：軸方向
ＬＳ：レーザー
Ｇ：地盤（地中）
ＨＴ：本線トンネル
ＲＴ：ランプトンネル
Ｔ：立坑（発進基地）
Ｋ：切梁
Ｓ：反力架台
ＢＤ：元押し装置
ＢＪ：元押しジャッキ
ＮＪ：中押しジャッキ
ＡＲ１，ＡＲ２，ＡＲ３，ＡＲ４：計測単位
Ｅ：余掘り部
Ｕ：滑材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】