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(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】P2023167844
(43)【公開日】2023-11-24
(54)【発明の名称】トンネル切羽監視方法
(51)【国際特許分類】
G01C 15/00 20060101AFI20231116BHJP
E21D 9/093 20060101ALI20231116BHJP
【ＦＩ】
G01C15/00 104A
G01C15/00 103A
E21D9/093 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022079344
(22)【出願日】2022-05-13
【新規性喪失の例外の表示】新規性喪失の例外適用申請有り
(71)【出願人】
【識別番号】000150110
【氏名又は名称】株式会社竹中土木
(71)【出願人】
【識別番号】591284601
【氏名又は名称】株式会社演算工房
(71)【出願人】
【識別番号】595160927
【氏名又は名称】計測技研株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100174207
【弁理士】
【氏名又は名称】筬島 孝夫
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 裕考
(72)【発明者】
【氏名】市川 晃央
(72)【発明者】
【氏名】芥川 真一
(72)【発明者】
【氏名】林 稔
(72)【発明者】
【氏名】橋村 義人
(72)【発明者】
【氏名】岡本 剛司
(72)【発明者】
【氏名】藤原 伸輝
【テーマコード（参考）】
2D054
【Ｆターム（参考）】
2D054GA10
2D054GA15
2D054GA60
2D054GA65
2D054GA82
(57)【要約】
【課題】計測精度を高めたトンネル切羽監視方法を通じて施工性、経済性、及び合理性に優れた山岳トンネル施工を実現することができる、トンネル切羽監視方法を提供する。
【解決手段】３Ｄレーザースキャナ２でトンネル切羽１をスキャンして３次元点群データを収集し、３次元点群データを転送し、トンネル切羽１を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外すること等により、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見する。
【選択図】図１
【解決手段】３Ｄレーザースキャナ２でトンネル切羽１をスキャンして３次元点群データを収集し、３次元点群データを転送し、トンネル切羽１を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外すること等により、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネル工事におけるトンネル切羽を３Ｄレーザースキャナで常時監視し、トンネル切羽の状況をリアルタイムに把握するトンネル切羽監視方法であって、
前記３Ｄレーザースキャナで前記トンネル切羽をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを転送し、前記トンネル切羽を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、
前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外すること、
前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見することを特徴とする、トンネル切羽監視方法。
前記３Ｄレーザースキャナで前記トンネル切羽をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを転送し、前記トンネル切羽を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、
前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外すること、
前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見することを特徴とする、トンネル切羽監視方法。
【請求項2】
トンネル工事におけるトンネル切羽を３Ｄレーザースキャナで常時監視し、トンネル切羽の状況をリアルタイムに把握するトンネル切羽監視方法であって、
前記３Ｄレーザースキャナで前記トンネル切羽をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを転送し、前記トンネル切羽を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、
前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外すると共に、前記３次元点群データの初期計測点からの押出し方向距離が、予め設定した許容範囲内に前記初期以降計測点が位置していない当該初期計測点も算出対象から除外すること、
前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見することを特徴とする、トンネル切羽監視方法。
前記３Ｄレーザースキャナで前記トンネル切羽をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを転送し、前記トンネル切羽を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、
前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外すると共に、前記３次元点群データの初期計測点からの押出し方向距離が、予め設定した許容範囲内に前記初期以降計測点が位置していない当該初期計測点も算出対象から除外すること、
前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見することを特徴とする、トンネル切羽監視方法。
【請求項3】
前記平面距離における前記初期計測点から予め設定した許容範囲内は、前記初期計測点から半径２５ｍｍの範囲内に設定することを特徴とする、請求項１又は２に記載したトンネル切羽監視方法。
【請求項4】
前記押し出し方向距離における前記初期計測点から予め設定した許容範囲内は、前記初期計測点から±１００ｍｍ程度の範囲内に設定することを特徴とする、請求項２に記載したトンネル切羽監視方法。
【請求項5】
前記トンネル切羽に対する前記３Ｄレーザースキャナによる計測は、計測距離が３０ｍ～７０ｍ、計測点間隔が４ｃｍ～１０ｃｍ、計測範囲角度が８０°～９０°の測定条件で行うことを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載したトンネル切羽監視方法。
【請求項6】
前記トンネル切羽に対する前記３Ｄレーザースキャナによる計測は、計測距離が３０～７０ｍ、計測点間隔が５ｃｍ、計測範囲角度が８０°の測定条件で行うことを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載したトンネル切羽監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネル切羽監視方法に関し、さらに言えば、山岳トンネルの施工におけるトンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見するために常時監視し、トンネル切羽の状況をリアルタイムに把握可能なトンネル切羽監視方法の技術分野に属する。
【背景技術】
【0002】
山岳トンネルの施工において、重機による岩盤掘削作業、穿孔した発破孔に爆薬を装填する作業、岩盤を支える鋼製支保工を建て込む作業、コンクリートに吹き付けた後で岩盤へロックボルトを打ち込む作業など、トンネル切羽に作業員が近接して行う作業が多いため、切羽面からの落石等の肌落ちや崩落、崩壊による労働災害（以下、肌落ち災害と略す。）がたびたび発生している。
前記肌落ち災害の発生状況の一例を示すと、６％が死亡し、４２％が休業１ヶ月以上となっており発生した場合の重篤度が高くなっている（厚生労働省：山岳トンネル工事の切羽における肌落ち災害防止対策に係るガイドライン，２０１８年１月）。
前記肌落ち災害の発生状況の一例を示すと、６％が死亡し、４２％が休業１ヶ月以上となっており発生した場合の重篤度が高くなっている（厚生労働省：山岳トンネル工事の切羽における肌落ち災害防止対策に係るガイドライン，２０１８年１月）。
【0003】
そこで、本出願人らは、近年、前記肌落ち災害を適時に予見可能なトンネル切羽監視方法を開発した（特許文献１参照）。この特許文献１に係る技術は、レーザー距離計等を用いた切羽挙動把握手段により、トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見するための監視を常時行い、予め設定しておいた管理基準値を超えた場合等にトンネル切羽で起きている地山の押し出し挙動を即座にトンネル工事関係者に知らせ、リアルタイムにトンネル切羽の状況を把握できることにより、前記肌落ち災害の抑制に寄与するものである（請求項１等の記載参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１９－１９９７０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記特許文献１に係るトンネル切羽監視方法は、上記したように、レーザー距離計等を用いた切羽挙動把握手段により、トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見するための監視を常時行い、リアルタイムにトンネル切羽の状況を把握できるので、非常に有益な技術ではある。
【0006】
しかしながら、前記切羽挙動把握手段の中で３Ｄレーザースキャナを採用した場合、３Ｄレーザースキャナの性能上どうしても経時的に同じ場所を狙って照射（スキャン）することができず、トンネル切羽の押し出し量に誤差が生じていたり、レーザーがトンネル切羽の手前の重機や機器に照射（誤射）した場合の押し出し量もそのまま採用していたりしていた課題を本出願人らは知見し、まだまだ改善の余地があると判断した。
仮に、前記課題を解決することにより前記３Ｄレーザースキャナによる計測精度（計測処理精度）を更に高めることができれば、前記切羽の挙動（押し出し量等）をより正確に把握でき、前記肌落ち災害を抑制できることはもとより、山岳トンネル施工の作業効率を高めることができる等、非常に有益な技術になることは明らかである。
仮に、前記課題を解決することにより前記３Ｄレーザースキャナによる計測精度（計測処理精度）を更に高めることができれば、前記切羽の挙動（押し出し量等）をより正確に把握でき、前記肌落ち災害を抑制できることはもとより、山岳トンネル施工の作業効率を高めることができる等、非常に有益な技術になることは明らかである。
【0007】
具体的に、例えば、３Ｄレーザースキャナによる従来の計測方法によれば、実際には前記管理基準時に到達していないにも拘わらず到達したと判断してトンネル切羽に作業員が近接して行う作業を中断・中止していたものを、前記切羽の挙動をより正確に把握することにより、前記管理基準時にまだ到達していないことを正確に把握し、当該作業を継続して行うことで山岳トンネル施工の作業効率を高めることができる。よって、計測精度（計測処理精度）をより高めたトンネル切羽監視方法を通じて施工性、経済性、及び合理性に優れた山岳トンネル施工を実現することができる。
【0008】
本発明は、上述した背景技術の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、３Ｄレーザースキャナによる従来の計測方法に一手間加える等の工夫を施して計測精度（計測処理精度）を高めることにより、計測精度をより高めたトンネル切羽監視方法を通じて施工性、経済性、及び合理性に優れた山岳トンネル施工を実現することができる、トンネル切羽監視方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上述の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るトンネル切羽監視方法は、トンネル工事におけるトンネル切羽を３Ｄレーザースキャナで常時監視し、トンネル切羽の状況をリアルタイムに把握するトンネル切羽監視方法であって、
前記３Ｄレーザースキャナで前記トンネル切羽をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを転送し、前記トンネル切羽を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、
前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外すること、
前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見することを特徴とする。
前記３Ｄレーザースキャナで前記トンネル切羽をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを転送し、前記トンネル切羽を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、
前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外すること、
前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見することを特徴とする。
【0010】
請求項２に記載した発明に係るトンネル切羽監視方法は、トンネル工事におけるトンネル切羽を３Ｄレーザースキャナで常時監視し、トンネル切羽の状況をリアルタイムに把握するトンネル切羽監視方法であって、
前記３Ｄレーザースキャナで前記トンネル切羽をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを転送し、前記トンネル切羽を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、
前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データの初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外すると共に、前記３次元点群データの初期計測点からの押出し方向距離が、予め設定した許容範囲内に前記初期以降計測点が位置していない当該初期計測点も算出対象から除外すること、
前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見することを特徴とする。
前記３Ｄレーザースキャナで前記トンネル切羽をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを転送し、前記トンネル切羽を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、
前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データの初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外すると共に、前記３次元点群データの初期計測点からの押出し方向距離が、予め設定した許容範囲内に前記初期以降計測点が位置していない当該初期計測点も算出対象から除外すること、
前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見することを特徴とする。
【0011】
請求項３に記載した発明は、請求項１又は２に記載したトンネル切羽監視方法において、前記平面距離における前記初期計測点から予め設定した許容範囲内は、前記初期計測点から例えば、半径２５ｍｍの範囲内に設定することを特徴とする。
【0012】
請求項４に記載した発明は、請求項２に記載したトンネル切羽監視方法において、前記押し出し方向距離における前記初期計測点から予め設定した許容範囲内は、前記初期計測点から±１００ｍｍ程度の範囲内に設定することを特徴とする。
【0013】
請求項５に記載した発明は、請求項１～４のいずれか１項に記載したトンネル切羽監視方法において、前記トンネル切羽に対する前記３Ｄレーザースキャナによる計測は、計測距離が３０ｍ～７０ｍ、計測点間隔が４ｃｍ～１０ｃｍ、計測範囲角度が８０°～９０°の測定条件で行うことを特徴とする。
【0014】
請求項６に記載した発明は、請求項１～４のいずれか１項に記載したトンネル切羽監視方法において、前記トンネル切羽に対する前記３Ｄレーザースキャナによる計測は、計測距離が３０～７０ｍ、計測点間隔が５ｃｍ、計測範囲角度が８０°の測定条件で行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本発明に係るトンネル切羽監視方法によれば、前記３Ｄレーザースキャナで前記トンネル切羽をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを転送し、前記トンネル切羽を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データの初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外し、前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見するので、前記３次元点群データを全て除外することなくそのままメッシュ内で平均化する従来技術と比し、トンネル切羽の押し出し量の計測精度（計測処理精度）を非常に高めることができる。
よって、３Ｄレーザースキャナによる従来の計測方法であれば、実際には前記管理基準時に到達していないにも拘わらず到達したと判断してトンネル切羽に作業員が近接して行う作業を中断・中止していたものを、前記切羽の挙動をより正確に把握することにより、前記管理基準時にまだ到達していないことを正確に把握し、当該作業を継続して行うことで山岳トンネル施工の作業効率を高めることができる。
したがって、計測精度をより高めたトンネル切羽監視方法を通じて施工性、経済性、及び合理性に優れた山岳トンネル施工を実現することができる。
よって、３Ｄレーザースキャナによる従来の計測方法であれば、実際には前記管理基準時に到達していないにも拘わらず到達したと判断してトンネル切羽に作業員が近接して行う作業を中断・中止していたものを、前記切羽の挙動をより正確に把握することにより、前記管理基準時にまだ到達していないことを正確に把握し、当該作業を継続して行うことで山岳トンネル施工の作業効率を高めることができる。
したがって、計測精度をより高めたトンネル切羽監視方法を通じて施工性、経済性、及び合理性に優れた山岳トンネル施工を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明に係るトンネル切羽監視方法の計測実施概要を模式的に示した説明図である。
【図2】本発明に係るトンネル切羽監視方法の一例を示したフローチャートである。
【図3】本発明に係るトンネル切羽監視方法の一工程を説明するための概略図である。
【図4】本発明に係るトンネル切羽監視方法の一工程を説明するための概略図である。
【図5】本発明に係るトンネル切羽監視方法の一工程を説明するための概略図である。
【図6】本発明に係るトンネル切羽監視方法の計測処理結果を例示したメッシュデータである。
【図7】本発明に係るトンネル切羽監視方法における採用したパラメータ（数値）の根拠を説明するための表である。
【図8】従来の計測方法の計測処理結果を例示したメッシュデータである。
【図9】３Ｄレーザースキャナでトンネル切羽をスキャンして得た情報データである。
【図10】３Ｄレーザースキャナでトンネル切羽をスキャンして得た情報データである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0017】
次に、本発明に係るトンネル切羽監視方法の実施例を図面に基づいて説明する。
【0018】
本発明に係るトンネル切羽監視方法は、トンネル工事におけるトンネル切羽を３Ｄレーザースキャナで常時監視し、トンネル切羽の状況をリアルタイムに把握するトンネル切羽監視方法であって、
前記３Ｄレーザースキャナで前記トンネル切羽をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを転送し、前記トンネル切羽を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、
前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外すること、
前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見することを特徴とする。
ちなみに、本明細書において前記「平面距離」とは、トンネル切羽面を正面方向から二次元的に見た場合の点（初期計測点）と点（初期以降計測点）との最短距離を云う。
前記３Ｄレーザースキャナで前記トンネル切羽をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを転送し、前記トンネル切羽を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行う過程において、
前記一連の計測作業毎に、前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用し、前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出し、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外すること、
前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見することを特徴とする。
ちなみに、本明細書において前記「平面距離」とは、トンネル切羽面を正面方向から二次元的に見た場合の点（初期計測点）と点（初期以降計測点）との最短距離を云う。
【0019】
すなわち、本発明に係るトンネル切羽監視方法は、前記３Ｄレーザースキャナで前記トンネル切羽をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを転送し、前記トンネル切羽を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する一連の計測作業を連続的に繰り返し行うことを大前提として、前記一連の計測作業を行いながら、前記一連の計測作業毎に以下の各ステップ（工程）を繰り返して行う。
（第１ステップ）前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用するステップ。
（第２ステップ）前記採用した前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出するステップ。
（第３ステップ）予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外するステップ。
（第４ステップ）前記３次元点群データの初期計測点からの押出し方向距離が、予め設定した許容範囲内に前記初期以降計測点が位置していない当該初期計測点も算出対象から除外するステップ。
（第５ステップ）前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値を求めるステップ。
（第６ステップ）前記求めた平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見するステップ。
（第１ステップ）前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用するステップ。
（第２ステップ）前記採用した前記初期計測点と前記初期以降計測点との押し出し量の差を算出するステップ。
（第３ステップ）予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外するステップ。
（第４ステップ）前記３次元点群データの初期計測点からの押出し方向距離が、予め設定した許容範囲内に前記初期以降計測点が位置していない当該初期計測点も算出対象から除外するステップ。
（第５ステップ）前記メッシュデータの各メッシュ内に位置する複数の前記初期計測点に係る算出した前記押し出し量の差の平均値を求めるステップ。
（第６ステップ）前記求めた平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見するステップ。
【0020】
よって、先ずは、本発明に係るトンネル切羽監視方法の根幹となる前記一連の計測作業について説明し、次に、前記各ステップについて説明する。
なお、あくまでも一例として、本実施例に係るトンネルの形態等の概要は以下の通りである。
（トンネル形態等の概要）
トンネル長さ（Ｌ）が３０５ｍ、掘削断面積（トンネル切羽面積）が約１０２～１０５ｍ２、掘削幅が１５ｍ、掘削高さが７．２ｍ、全長の約９３％が１．５Ｄ以下の小土被り。
なお、あくまでも一例として、本実施例に係るトンネルの形態等の概要は以下の通りである。
（トンネル形態等の概要）
トンネル長さ（Ｌ）が３０５ｍ、掘削断面積（トンネル切羽面積）が約１０２～１０５ｍ２、掘削幅が１５ｍ、掘削高さが７．２ｍ、全長の約９３％が１．５Ｄ以下の小土被り。
【0021】
＜前記一連の計測作業についての説明＞
本発明に係るトンネル切羽監視方法における一連の計測作業とは、図１に模式的に示したように、３Ｄレーザースキャナ２でトンネル切羽１をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを端末等に転送し（図９、図１０参照）、前記トンネル切羽１を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する作業である。
本発明に係るトンネル切羽監視方法における一連の計測作業とは、図１に模式的に示したように、３Ｄレーザースキャナ２でトンネル切羽１をスキャンして３次元点群データを収集し、当該３次元点群データを端末等に転送し（図９、図１０参照）、前記トンネル切羽１を複数のメッシュに分割したメッシュデータに変換する作業である。
【0022】
前記３Ｄレーザースキャナ２による計測は、計測距離（Ｌ）を３０ｍ～７０ｍ、計測点間隔（Ｈ）を４ｃｍ～１０ｃｍ、計測範囲角度（θ）を８０°～９０°の測定条件で行うことが好ましい。ちなみに本実施例では、一連（１回）の計測作業を５分以内（スキャン時間は２．５分以内）で行うことを条件（目標）とし、計測距離（Ｌ）を３０ｍ～７０ｍ、計測点間隔（Ｈ）を５ｃｍ、計測範囲角度（θ）を８０°の測定条件で行った。この測定条件の数値を採用した根拠を図７に示す。当該根拠の詳しい説明は割愛するが、計測点間隔（Ｈ）は５ｃｍから４ｃｍに小さくすると３次元点群データ（取得点数）が約２２，０００点から約４１，０００点と倍近くなり、スキャン時間も１３７秒から２７２秒と倍程度になったこと等を勘案した。
ちなみに、図１中の符号ＣＬは、トンネルのセンターラインを示し、符号ＳＬは、トンネルのスプリングラインを示している。
ちなみに、図１中の符号ＣＬは、トンネルのセンターラインを示し、符号ＳＬは、トンネルのスプリングラインを示している。
【0023】
前記メッシュデータは、特に説明するまでもなく種々のバリエーションがあるが、本実施例では、図６に例示したように、前記トンネル切羽１を複数（多数）のメッシュ状（例えば、０．５ｍ×０．５ｍ～１．０ｍ×１．０ｍのブロック）に分割したデータである。
【0024】
（初期計測作業）
前記一連の計測作業の過程において、最初に計測し取得した初期計測点（３次元点群データ）は、その後に連続的に行う初期以降計測点と比較するための基準となる初期値データとして保存する。
具体的には、先ず、図２に示すように、前記３Ｄレーザースキャナ２により初期値計測を行った（Ｆ１参照）。次に、前記３Ｄレーザースキャナ２を前記トンネル切羽１に向けてスキャン（照射）して収集した前記２２，０００点余りの初期計測点（３次元点群データ）を、分割した多数のブロック（メッシュ領域）毎に区画し、当該ブロック毎に押し出し方向（ＴＤ方向）の押し出し量（ＴＤ）の平均値を算出する（Ｆ２参照）。次に、図３に概略的に示したように、重機３に照射する等して前記ＴＤ方向の許容範囲内（前記平均値（ブロック平均値）から例えば、±１００ｍｍ（符号Ｂ参照））に収まらない数値（図３の×印参照）は、誤認したと処理し（Ｆ３参照）、データ無効として採用しないことにした（Ｆ０参照）。
次に、前記データ無効と判断した数値を除いた前記ＴＤ量の有効データ（３次元点群データ）をブロック（分割メッシュ領域）毎に平均化し、初期値データとして保存する（Ｆ４参照）。
前記一連の計測作業の過程において、最初に計測し取得した初期計測点（３次元点群データ）は、その後に連続的に行う初期以降計測点と比較するための基準となる初期値データとして保存する。
具体的には、先ず、図２に示すように、前記３Ｄレーザースキャナ２により初期値計測を行った（Ｆ１参照）。次に、前記３Ｄレーザースキャナ２を前記トンネル切羽１に向けてスキャン（照射）して収集した前記２２，０００点余りの初期計測点（３次元点群データ）を、分割した多数のブロック（メッシュ領域）毎に区画し、当該ブロック毎に押し出し方向（ＴＤ方向）の押し出し量（ＴＤ）の平均値を算出する（Ｆ２参照）。次に、図３に概略的に示したように、重機３に照射する等して前記ＴＤ方向の許容範囲内（前記平均値（ブロック平均値）から例えば、±１００ｍｍ（符号Ｂ参照））に収まらない数値（図３の×印参照）は、誤認したと処理し（Ｆ３参照）、データ無効として採用しないことにした（Ｆ０参照）。
次に、前記データ無効と判断した数値を除いた前記ＴＤ量の有効データ（３次元点群データ）をブロック（分割メッシュ領域）毎に平均化し、初期値データとして保存する（Ｆ４参照）。
【0025】
（初期以降計測作業）
＜（第１ステップ）についての説明＞
次に、前記３Ｄレーザースキャナにより、前記（第１ステップ）を実施するための初期以降計測点を取得するための変位計測を行う（Ｆ５参照）。この計測作業は改めて書くまでもなく、前記繰り返し行う一連の計測作業の過程に含まれているのでその説明は割愛する。
前記計測作業の結果、前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用する第１ステップを行う。
具体的には、図４に概略的に示したように、前記多数（約２２，０００点）ある初期以降計測点のなかで前記初期計測点と、平面距離（座標）で最も近い初期以降計測点を検索し（Ｆ６参照）、その最も近い初期以降計測点（近接点）が前記予め設定した許容範囲内（例えば、前記初期計測点から半径２５ｍｍの範囲内）に位置しているか否かを判定する（Ｆ７参照）。
＜（第１ステップ）についての説明＞
次に、前記３Ｄレーザースキャナにより、前記（第１ステップ）を実施するための初期以降計測点を取得するための変位計測を行う（Ｆ５参照）。この計測作業は改めて書くまでもなく、前記繰り返し行う一連の計測作業の過程に含まれているのでその説明は割愛する。
前記計測作業の結果、前記３次元点群データにおける初期計測点からの平面距離が、予め設定した許容範囲内に位置し、かつ前記初期計測点に最も近い初期以降計測点を採用する第１ステップを行う。
具体的には、図４に概略的に示したように、前記多数（約２２，０００点）ある初期以降計測点のなかで前記初期計測点と、平面距離（座標）で最も近い初期以降計測点を検索し（Ｆ６参照）、その最も近い初期以降計測点（近接点）が前記予め設定した許容範囲内（例えば、前記初期計測点から半径２５ｍｍの範囲内）に位置しているか否かを判定する（Ｆ７参照）。
【0026】
＜（第２ステップ）についての説明＞
次に、前記許容範囲内に位置する初期以降計測点は、前記初期計測点の押し出し量（ＴＤ）と前記初期以降計測点の押し出し量（ＴＤ）との差を算出する（Ｆ８参照）。
次に、前記許容範囲内に位置する初期以降計測点は、前記初期計測点の押し出し量（ＴＤ）と前記初期以降計測点の押し出し量（ＴＤ）との差を算出する（Ｆ８参照）。
【0027】
＜（第３ステップ）についての説明＞
次に、前記許容範囲内に位置していない初期以降計測点は、データ無効として採用しない（Ｆ０）。すなわち、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外する。
次に、前記許容範囲内に位置していない初期以降計測点は、データ無効として採用しない（Ｆ０）。すなわち、予め設定した許容範囲内に初期以降計測点が位置していない前記初期計測点は算出対象から除外する。
【0028】
＜（第４ステップ）についての説明＞
前記ステップ３と同時期に、図５に例示したように、前記３次元点群データの初期計測点からの押出し方向距離が、予め設定した許容範囲（ブロック毎の押し出し量（ＴＤ）の平均値から例えば、±１００ｍｍ（符号Ｃ参照））内に前記初期以降計測点が位置していない（図５の×印参照）当該初期計測点も算出対象から除外する（Ｆ９参照）。
なお、この第４ステップを実施しなくても、従来よりも十分に精度（確度）の高い計測結果を収集することはできる（請求項１記載の発明）。
前記ステップ３と同時期に、図５に例示したように、前記３次元点群データの初期計測点からの押出し方向距離が、予め設定した許容範囲（ブロック毎の押し出し量（ＴＤ）の平均値から例えば、±１００ｍｍ（符号Ｃ参照））内に前記初期以降計測点が位置していない（図５の×印参照）当該初期計測点も算出対象から除外する（Ｆ９参照）。
なお、この第４ステップを実施しなくても、従来よりも十分に精度（確度）の高い計測結果を収集することはできる（請求項１記載の発明）。
【0029】
＜（第５ステップ）についての説明＞
次に、前記第４ステップで除外した数値を除いた前記ＴＤ量の有効データ（３次元点群データ）をブロック（分割メッシュ領域）毎に平均化する（Ｆ１０参照）。
次に、前記第４ステップで除外した数値を除いた前記ＴＤ量の有効データ（３次元点群データ）をブロック（分割メッシュ領域）毎に平均化する（Ｆ１０参照）。
【0030】
＜（第６ステップ）についての説明＞
前記第１ステップから第５ステップまでの工程（１ローテーション５分）を連続的に行いつつ、前記平均化した平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見する。具体的には、メッシュデータに係る各ブロック毎に求めた当該平均値から、前記保存しておいた前記初期値データ（前記Ｆ４参照）を差し引いた押し出し量を求め、これを保存し、端末等にメッシュデータ（図６参照）として表示する（Ｆ１１参照）。これらの情報を基に、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見することが可能となる。
前記第１ステップから第５ステップまでの工程（１ローテーション５分）を連続的に行いつつ、前記平均化した平均値に基づき、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見する。具体的には、メッシュデータに係る各ブロック毎に求めた当該平均値から、前記保存しておいた前記初期値データ（前記Ｆ４参照）を差し引いた押し出し量を求め、これを保存し、端末等にメッシュデータ（図６参照）として表示する（Ｆ１１参照）。これらの情報を基に、前記トンネル切羽の肌落ちや崩落・崩壊を予見することが可能となる。
【0031】
ちなみに、上述した計測処理を行うことで、前記図６から分かるように、±３ｍｍ以内の誤差でトンネル切羽１の変位計測を行うことが可能となった。一方、図８は、前記３次元点群データを全て除外することなくそのままメッシュ内で平均化した従来技術による計測処理結果を示す。０．５ｍ×０．５ｍに対して１．０ｍ×１．０ｍとメッシュの大きさに多少の相違はあるものの、前記従来技術による計測処理結果によれば、外周部の異常値を除いても±１３ｍｍ程度の誤差があり、本発明に係る計測処理結果との差は歴然としている。
【0032】
そして、前記トンネル切羽１の肌落ちや崩落・崩壊を予見した場合、必要に応じて適宜、スマートフォンやタブレット、ＰＣ等の端末機器にてメールを発信して、トンネル切羽１の状況を映像データ及び／又は画像データで工事関係者（全員）に通知する。この種の公知手段は、本出願人らが出願し既に公開されている前記特許文献１に一層詳細に説明されていることを念のため特記しておく。
【0033】
以上に本発明の実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。
例えば、３Ｄレーザースキャナ２は、ライカのマルチステーション Ｎｏｖａ ＭＳ６０（１０００pts／秒、測定範囲３００ｍ、スキャン範囲１０００ｍ）を使用したが勿論これに限定されず、３Ｄレーザースキャナであれば良い。
また、３Ｄレーザースキャナ２の設置位置は、トンネル切羽１の作業時の重機をできるだけ避け、切羽の見通しが良いトンネル切羽の天端が好ましい。
例えば、３Ｄレーザースキャナ２は、ライカのマルチステーション Ｎｏｖａ ＭＳ６０（１０００pts／秒、測定範囲３００ｍ、スキャン範囲１０００ｍ）を使用したが勿論これに限定されず、３Ｄレーザースキャナであれば良い。
また、３Ｄレーザースキャナ２の設置位置は、トンネル切羽１の作業時の重機をできるだけ避け、切羽の見通しが良いトンネル切羽の天端が好ましい。
【符号の説明】
【0034】
１ トンネル切羽
２ ３Ｄレーザースキャナ
３ 重機
２ ３Ｄレーザースキャナ
３ 重機
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】