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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】P2023177113
(43)【公開日】2023-12-13
(54)【発明の名称】トンネルの出来形管理方法および装置
(51)【国際特許分類】
G01C 15/00 20060101AFI20231206BHJP
G01C 7/06 20060101ALI20231206BHJP
G01B 11/24 20060101ALI20231206BHJP
【ＦＩ】
G01C15/00 104A
G01C7/06
G01B11/24 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022089838
(22)【出願日】2022-06-01
(71)【出願人】
【識別番号】302060926
【氏名又は名称】株式会社フジタ
(74)【代理人】
【識別番号】100089875
【弁理士】
【氏名又は名称】野田 茂
(72)【発明者】
【氏名】三河内 永康
【テーマコード（参考）】
2F065
【Ｆターム（参考）】
2F065AA04
2F065AA06
2F065AA52
2F065AA53
2F065BB08
2F065CC40
2F065DD03
2F065FF11
2F065FF61
2F065GG04
2F065HH04
2F065JJ01
2F065LL62
2F065MM07
2F065MM16
2F065QQ03
2F065QQ21
2F065QQ24
2F065QQ25
2F065QQ28
2F065QQ31
2F065UU06
(57)【要約】
【課題】設備コストの低減、省人化、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。
【解決手段】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。
【選択図】図３
【解決手段】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。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
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、
ことを特徴とするトンネルの出来形管理方法。
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。
【請求項2】
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、
ことを特徴とする請求項１記載のトンネルの出来形管理方法。
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。
【請求項3】
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、
ことを特徴とする請求項１または２記載のトンネルの出来形管理方法。
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。
【請求項4】
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、
ことを特徴とする請求項１記載のトンネルの出来形管理方法。
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。
【請求項5】
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トンネルの出来形管理装置。
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。
【請求項6】
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、
ことを特徴とする請求項５記載のトンネルの出来形管理装置。
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。
【請求項7】
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、
ことを特徴とする請求項５または６記載のトンネルの出来形管理装置。
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。
【請求項8】
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、
ことを特徴とする請求項５または６記載のトンネルの出来形管理装置。
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。
【請求項9】
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、
ことを特徴とする請求項５または６記載のトンネルの出来形管理装置。
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。
【請求項10】
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、
ことを特徴とする請求項５または６記載のトンネルの出来形管理装置。
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【0002】
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。
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第５６３１５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
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。
【課題を解決するための手段】
【0005】
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。
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。
【発明の効果】
【0006】
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。
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。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】第１の実施の形態に係るトンネルの出来形管理方法が適用されるトンネルの正面断面図であり、スライドセントルを用いて二次覆工のコンクリートが打設された状態を示す。
【図2】第１の実施の形態に係るトンネルの出来形管理方法が適用されるトンネルの正面断面図であり、台車装置に取り付けられた３次元レーザースキャナーによってトンネルの３次元形状を測定する状態を示す。
【図4】第１の実施の形態に係るトンネルの出来形管理装置の構成を示すブロック図である。
【図5】トンネルの基準断面図と実測断面図とを重ね合わせて表示した管理情報の一例を示す説明図である。
【図6】第１の実施の形態に係るトンネルの出来形管理方法のフローチャートである。
【図7】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である。
【図9】第２の実施の形態に係るトンネルの出来形管理装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
（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。
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。
【0009】
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。
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。
【0010】
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。
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。
【0011】
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。
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。
【0012】
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。
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。
【0013】
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。
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。
【0014】
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。
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。
【0015】
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。
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。
【0016】
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。
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。
【0017】
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。
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。
【0018】
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。
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。
【0019】
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。
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。
【0020】
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。
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。
【0021】
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。
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
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。
【0024】
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）。
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）。
【0025】
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。
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。
【0026】
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。
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。
【0027】
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。
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。
【0028】
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。
【0029】
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。
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。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
（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。
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。
【0033】
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。
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。
【0034】
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。
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。
【0035】
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。
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。
【0036】
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。
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。
【0037】
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。
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。
【0038】
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。
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。
【0039】
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）。
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）。
【0040】
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。
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。
【0041】
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。
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。
【符号の説明】
【0042】
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
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
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】