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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】P2024170243
(43)【公開日】2024-12-06
(54)【発明の名称】打設空間計測装置及び計測方法
(51)【国際特許分類】
E21D 11/10 20060101AFI20241129BHJP
【ＦＩ】
E21D11/10 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023087292
(22)【出願日】2023-05-26
(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】515163483
【氏名又は名称】Ｋ’ｚシステム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】古賀 快尚
(72)【発明者】
【氏名】上岡 亮一
(72)【発明者】
【氏名】山口 和秀
【テーマコード（参考）】
2D155
【Ｆターム（参考）】
2D155AA02
2D155BA05
2D155BB02
2D155DA08
2D155LA13
(57)【要約】
【課題】トンネルの天端部において打設空間の容積を精度良く計測することができ、残コンクリートの発生を効果的に抑える打設空間計測装置及び計測方法を提案する。
【解決手段】打設空間計測装置１は、トンネルＴの天端部において覆工コンクリートＣの打設空間Ｓ１の容積を計測する。型枠１４の頂部１４ａ１の外面に設置されトンネルＴの軸方向に延在するレール２と、レール２に沿って走行しトンネルＴの軸方向を法線方向とする面内において打設空間Ｓ１の形状を計測する２次元スキャナ３と、２次元スキャナ３を牽引する牽引機構４と、２次元スキャナ３の位置を計測するエンコーダ５と、２次元スキャナ３とエンコーダ５とによって計測された計測結果に基づいて、打設空間Ｓ１の容積を算出する制御部６と、を備えている。
【選択図】図１
【解決手段】打設空間計測装置１は、トンネルＴの天端部において覆工コンクリートＣの打設空間Ｓ１の容積を計測する。型枠１４の頂部１４ａ１の外面に設置されトンネルＴの軸方向に延在するレール２と、レール２に沿って走行しトンネルＴの軸方向を法線方向とする面内において打設空間Ｓ１の形状を計測する２次元スキャナ３と、２次元スキャナ３を牽引する牽引機構４と、２次元スキャナ３の位置を計測するエンコーダ５と、２次元スキャナ３とエンコーダ５とによって計測された計測結果に基づいて、打設空間Ｓ１の容積を算出する制御部６と、を備えている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネルの天端部において、セントルの型枠の外面とトンネルの内面との間に形成される覆工コンクリートの打設空間の容積を計測する打設空間計測装置であって、
前記型枠の頂部の外面に設置され前記トンネルの軸方向に延在するレールと、
前記レールに沿って走行し、前記トンネルの軸方向を法線方向とする面内において前記打設空間の形状を計測する２次元スキャナと、
前記２次元スキャナを牽引する牽引機構と、
前記２次元スキャナの位置を計測するエンコーダと、
前記２次元スキャナと前記エンコーダとによって計測された計測結果に基づいて、打設空間の容積を算出する制御部と、を備えたことを特徴とする打設空間計測装置。
前記型枠の頂部の外面に設置され前記トンネルの軸方向に延在するレールと、
前記レールに沿って走行し、前記トンネルの軸方向を法線方向とする面内において前記打設空間の形状を計測する２次元スキャナと、
前記２次元スキャナを牽引する牽引機構と、
前記２次元スキャナの位置を計測するエンコーダと、
前記２次元スキャナと前記エンコーダとによって計測された計測結果に基づいて、打設空間の容積を算出する制御部と、を備えたことを特徴とする打設空間計測装置。
【請求項2】
前記牽引機構に前記エンコーダが一体に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の打設空間計測装置。
【請求項3】
前記レールは、前記型枠の頂部の外面に対して磁石で固定されていることを特徴とする請求項１に記載の打設空間計測装置。
【請求項4】
トンネルの天端部において打設空間の容積を計測する計測方法であって、
セントルの型枠の褄部側に牽引機構及びエンコーダを設置するとともに、前記型枠のラップ部側に２次元スキャナを配置し、前記牽引機構により前記ラップ部側から前記褄部側に向けて前記２次元スキャナを牽引し、前記２次元スキャナと前記エンコーダとによって計測された計測結果に基づいて、打設空間の容積を算出することを特徴とする計測方法。
セントルの型枠の褄部側に牽引機構及びエンコーダを設置するとともに、前記型枠のラップ部側に２次元スキャナを配置し、前記牽引機構により前記ラップ部側から前記褄部側に向けて前記２次元スキャナを牽引し、前記２次元スキャナと前記エンコーダとによって計測された計測結果に基づいて、打設空間の容積を算出することを特徴とする計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネル施工における打設空間計測装置及び計測方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、トンネル施工における打設空間を計測する技術として特許文献１，２に開示されたものが知られている。特許文献１は、覆工コンクリートを打設するための巻立空間の確認、及びこの巻立空間の覆工コンクリートの打設ボリュームの把握に用いる巻立空間測定方法に関するものである。特許文献１の技術では、トンネル内にセントルを据え付ける前に、トンネルの内壁面の出来形を三次元スキャナで計測してトンネルの内壁面の座標を取得し、トンネル内にセントルを据え付けた後に、セントルに設けた複数点のプリズムの三次元座標をトータルステーションで計測することにより、セントルの型枠表面の座標を取得している。そして特許文献１の技術では、トンネルの内壁面の座標とセントルの型枠表面の座標との差分から、覆工コンクリート打設前の巻立空間及び巻立空間における覆工コンクリートの打設ボリュームを測定している。
また、特許文献２は、打設管理システムに関するものである。特許文献２の技術では、打設空間の三次元モデルに基づいてコンクリートの最終天端位置を特定する最終天端位置特定処理と、打設中の打設現場を撮像装置が撮像した撮像情報に基づいて、打設中の打設現場の点群情報を取得する点群情報取得処理と、三次元モデルと群情報とに基づいて、打設中のコンクリートの天端位置を特定する天端位置特定処理と、三次元モデル、点群情報、天端位置、および、最終天端位置に基づいて、最終天端位置まで打設するのに必要な必要量を算出する必要量算出処理と、を備えている。
また、特許文献２は、打設管理システムに関するものである。特許文献２の技術では、打設空間の三次元モデルに基づいてコンクリートの最終天端位置を特定する最終天端位置特定処理と、打設中の打設現場を撮像装置が撮像した撮像情報に基づいて、打設中の打設現場の点群情報を取得する点群情報取得処理と、三次元モデルと群情報とに基づいて、打設中のコンクリートの天端位置を特定する天端位置特定処理と、三次元モデル、点群情報、天端位置、および、最終天端位置に基づいて、最終天端位置まで打設するのに必要な必要量を算出する必要量算出処理と、を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２２－６１４１７号公報
【特許文献2】特開２０２２－１７４３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献１の巻立空間測定方法は、躯体のように設計通りに型枠を組む工種を対象とした空間測定を行う場合に適している。一方、トンネル覆工を対象とした空間測定では、型枠の一部となる支保工仕上がり面（吹付けコンクリートの表面等）の出来形が施工の狙いに対して数ｃｍ程度の施工誤差を有することがあるため、特許文献１の測定方法に基づいて設計３Ｄモデルから残り体積を算出したとしても、バッチ式ミキサにおいて調整可能となる容量（０．２５ｍ３）に収まらない可能性がある。したがって、トンネル覆工を対象とした空間測定に対して適用性が低い。
また、特許文献２では、メタルフォームに基づく設計３Ｄモデルをベースとしているため、箱抜きを施工する区間に適用する場合に課題がある。トンネルは、線状構造物であるため、同一断面をトンネル線形（平面・縦断）に基づいて延伸して設計３Ｄモデルを作成することが多い。しかし、箱抜き部は、縦断・横断方向に断面変化を有するため、詳細に設計３Ｄモデルに反映することが難しく、特許文献２の手法を箱抜き部に適用しようとすると、高度な３Ｄモデルが必要となるため、その３Ｄモデルの作成に高度な技術と手間を要する。それに加え、箱抜き部は、一般的に、セントルに木製の箱抜き用型枠を取り付けて施工することとなるが、これらの取り付けは作業員の手作業で行うため、セントルセット誤差と箱抜き用型枠の施工誤差も積算される。
また、打設前に算出した１スパン分の予定数量が例えば１００ｍ３である場合には、４ｍ３の生コン車２５台分の運搬になるが、実際のところ、生コン車１台あたりの正確な体積は確認することができない（例えば、空気量の管理基準値：±２．５％、製造プラントの計量設備の精度：水±１％、セメント±１％、骨材±３％）。また、生コン車からコンクリートを荷下ろしする際、ドラム内にコンクリートが付着して残留する。そのため、出荷時のコンクリート数量と躯体に打設した真のコンクリート数量は一致しない。このため、多数の運搬を伴う打設では、これらの誤差が積算されるため、最終的な誤差がバッチ式ミキサにおいて調整可能となる容量（０．２５ｍ３）に収まらず、残コンクリートを低減するに至らないことが推察される。
本発明は、前記した課題を解決し、トンネルの天端部の打設作業において、打設空間の容積を精度良く計測することができ、残コンクリートの発生を効果的に抑えることができる打設空間計測装置及び計測方法を提案することを課題とする。
また、特許文献２では、メタルフォームに基づく設計３Ｄモデルをベースとしているため、箱抜きを施工する区間に適用する場合に課題がある。トンネルは、線状構造物であるため、同一断面をトンネル線形（平面・縦断）に基づいて延伸して設計３Ｄモデルを作成することが多い。しかし、箱抜き部は、縦断・横断方向に断面変化を有するため、詳細に設計３Ｄモデルに反映することが難しく、特許文献２の手法を箱抜き部に適用しようとすると、高度な３Ｄモデルが必要となるため、その３Ｄモデルの作成に高度な技術と手間を要する。それに加え、箱抜き部は、一般的に、セントルに木製の箱抜き用型枠を取り付けて施工することとなるが、これらの取り付けは作業員の手作業で行うため、セントルセット誤差と箱抜き用型枠の施工誤差も積算される。
また、打設前に算出した１スパン分の予定数量が例えば１００ｍ３である場合には、４ｍ３の生コン車２５台分の運搬になるが、実際のところ、生コン車１台あたりの正確な体積は確認することができない（例えば、空気量の管理基準値：±２．５％、製造プラントの計量設備の精度：水±１％、セメント±１％、骨材±３％）。また、生コン車からコンクリートを荷下ろしする際、ドラム内にコンクリートが付着して残留する。そのため、出荷時のコンクリート数量と躯体に打設した真のコンクリート数量は一致しない。このため、多数の運搬を伴う打設では、これらの誤差が積算されるため、最終的な誤差がバッチ式ミキサにおいて調整可能となる容量（０．２５ｍ３）に収まらず、残コンクリートを低減するに至らないことが推察される。
本発明は、前記した課題を解決し、トンネルの天端部の打設作業において、打設空間の容積を精度良く計測することができ、残コンクリートの発生を効果的に抑えることができる打設空間計測装置及び計測方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記課題を解決するための本発明の打設空間計測装置は、トンネルの天端部において、セントルの型枠の外面とトンネルの内面との間に形成される覆工コンクリートの打設空間の容積を計測するものである。打設空間計測装置は、前記型枠の頂部の外面に設置され前記トンネルの軸方向に延在するレールと、前記レールに沿って走行し、前記トンネルの軸方向を法線方向とする面内において前記打設空間の形状を計測する２次元スキャナと、前記２次元スキャナを牽引する牽引機構と、前記２次元スキャナの位置を計測するエンコーダと、前記２次元スキャナと前記エンコーダとによって計測された計測結果に基づいて、打設空間の容積を算出する制御部と、を備えている。
本発明では、打設作業の最終段階となるトンネルの天端部の打設作業において、覆工コンクリートの残必要量を精度良く計測することができるので、生コンクリートの発注や運搬に係る積算誤差の影響が小さく、残コンクリートの発生を効果的に抑えることができる。このことは、コンクリートガラの処分費の低減、コンクリート生産に伴うＣＯ２排出量の削減に寄与する。
また、２次元スキャナ及びエンコーダによる計測結果と、簡単な演算処理とによって容積を算出できるので、短時間で精度良く覆工コンクリートの残必要量を把握できる。また、算出した容積に基づいて、生コンクリート車の台数調整を行うことができるので、生コンクリート車の待ち時間を削減することが可能となり、生産性の向上を図ることができる。
前記牽引機構に前記エンコーダが一体に設けられていることが好ましい。この構成では、牽引機構へのエンコーダの取り付けや調整が不要となるので、覆工コンクリートの残必要量をスムーズに精度良く計測できる。また、トンネルの天端部への機器の設置及び計測後の撤去が容易である。
また、前記レールは、前記型枠の頂部の外面に対して磁石で固定されていることが好ましい。このように構成することで、型枠の頂部の外面に対するレールの設置及び計測後の撤去が容易である。
本発明では、打設作業の最終段階となるトンネルの天端部の打設作業において、覆工コンクリートの残必要量を精度良く計測することができるので、生コンクリートの発注や運搬に係る積算誤差の影響が小さく、残コンクリートの発生を効果的に抑えることができる。このことは、コンクリートガラの処分費の低減、コンクリート生産に伴うＣＯ２排出量の削減に寄与する。
また、２次元スキャナ及びエンコーダによる計測結果と、簡単な演算処理とによって容積を算出できるので、短時間で精度良く覆工コンクリートの残必要量を把握できる。また、算出した容積に基づいて、生コンクリート車の台数調整を行うことができるので、生コンクリート車の待ち時間を削減することが可能となり、生産性の向上を図ることができる。
前記牽引機構に前記エンコーダが一体に設けられていることが好ましい。この構成では、牽引機構へのエンコーダの取り付けや調整が不要となるので、覆工コンクリートの残必要量をスムーズに精度良く計測できる。また、トンネルの天端部への機器の設置及び計測後の撤去が容易である。
また、前記レールは、前記型枠の頂部の外面に対して磁石で固定されていることが好ましい。このように構成することで、型枠の頂部の外面に対するレールの設置及び計測後の撤去が容易である。
【0006】
前記課題を解決するための本発明の計測方法は、トンネルの天端部において打設空間の容積を計測する方法である。セントルの型枠の褄部側に牽引機構及びエンコーダを設置するとともに、前記型枠のラップ部側に２次元スキャナを配置し、前記牽引機構により前記ラップ部側から前記褄部側に向けて前記２次元スキャナを牽引し、前記２次元スキャナと前記エンコーダとによって計測された計測結果に基づいて、打設空間の容積を算出することを特徴とする。
本発明では、ラップ部側から褄部側に向けて２次元スキャナを牽引して計測するので、打設済覆工コンクリートに隣接する打設空間の容積を計測できる。これにより、生コンクリートの発注や運搬に係る積算誤差の影響が小さくなり、残コンクリートの発生を効果的に抑えることができる。
本発明では、ラップ部側から褄部側に向けて２次元スキャナを牽引して計測するので、打設済覆工コンクリートに隣接する打設空間の容積を計測できる。これにより、生コンクリートの発注や運搬に係る積算誤差の影響が小さくなり、残コンクリートの発生を効果的に抑えることができる。
【発明の効果】
【0007】
本発明の打設空間計測装置及び計測方法によれば、トンネルの天端部の打設作業において、打設空間の容積を精度良く計測することができ、残コンクリートの発生を効果的に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の第１実施形態に係る打設空間計測装置が適用されるトンネルを示す概要断面図である。
【図2】本発明の第１実施形態に係る打設空間計測装置が設置されたトンネルの天端部付近を示す拡大断面図である。
【図3】本発明の第１実施形態に係る打設空間計測装置を示す図であり、（ａ）は全体構成を示す側面図、（ｂ）は要部を拡大して示した側面図である。
【図4】本発明の第１実施形態に係る打設空間計測装置の２次元スキャナを示す拡大側面図である。
【図5】本発明の第１実施形態に係る打設空間計測装置の２次元スキャナを褄部側から見た状態を示す拡大図である。
【図6】本発明の第１実施形態に係る打設空間計測装置の牽引装置及びエンコーダを示す拡大図である。
【図7】本発明の第１実施形態に係る打設空間計測装置の容積算出システムを示すブロック図である。
【図8】本発明の第１実施形態に係る打設空間計測装置の制御部による容積の算出手順を説明するための図であり、（ａ）は２次元スキャナを用いてトンネルの断面積を算出する際の説明図、（ｂ）は２次元スキャナ及びエンコーダの計測結果に基づいて打設空間の容積を算出する際の説明図である。
【図9】本発明の第２実施形態に係る打設空間計測装置の２次元スキャナを示す拡大側面図である。
【図10】本発明の第２実施形態に係る打設空間計測装置の２次元スキャナを褄部側から見た状態を示す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本発明の打設空間計測装置及び計測方法について適宜図面を参照して詳細に説明する。以下の説明において、打設空間計測装置及び計測方法について「前後」「左右」「上下」を言うときは図１，図２等に示す方向を基準とするが、打設空間計測装置の使用方法（設置方向）を限定する趣旨ではない。また、各実施形態において、共通する部分には共通の符合を付し、重複する説明は省略する。
【0010】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態に係る打設空間計測装置１が適用されるトンネルＴを示す概要断面図である。
図１に示すように、打設空間計測装置１が適用されるトンネルＴの抗内には、セントル（スライドセントル）１０が設置されている。セントル１０は、トンネルＴの軸方向に敷設された移動用レール１１ｃに沿って移動可能である。セントル１０は、ガントリ１１と、ガントリ１１に支持された型枠１４とを備えている。
トンネルＴは、発破や機械掘削等により地山Ｇに造成された、例えば図示例のような馬蹄形や円形等の孔壁Ｔ１を備えている。孔壁Ｔ１と型枠１４との間に覆工コンクリートＣが打設される打設空間Ｓが形成される。なお、孔壁Ｔ１の内周面に吹付けコンクリートが施工されている場合は、型枠１４と吹付けコンクリートとの間に打設空間Ｓが形成される。
ガントリ１１は、形鋼等を適宜組み合わせることにより門型に形成された枠組み部材である。ガントリ１１は、左右一対の支持脚１１ａ，１１ａと、支持脚１１ａ，１１ａの上端部に架設された梁部材１１ｂと、を備えている。支持脚１１ａ，１１ａの下端部には、移動用レール１１ｃを走行するための図示しない車輪が設けられている。また、ガントリ１１は、打設時の作業員の足場や資材機器等の仮置き場として機能する作業足場１３を備えている。セントル１０の内空には、コンクリート打設管１５ａ～１５ｄが配設されている。
図１は第１実施形態に係る打設空間計測装置１が適用されるトンネルＴを示す概要断面図である。
図１に示すように、打設空間計測装置１が適用されるトンネルＴの抗内には、セントル（スライドセントル）１０が設置されている。セントル１０は、トンネルＴの軸方向に敷設された移動用レール１１ｃに沿って移動可能である。セントル１０は、ガントリ１１と、ガントリ１１に支持された型枠１４とを備えている。
トンネルＴは、発破や機械掘削等により地山Ｇに造成された、例えば図示例のような馬蹄形や円形等の孔壁Ｔ１を備えている。孔壁Ｔ１と型枠１４との間に覆工コンクリートＣが打設される打設空間Ｓが形成される。なお、孔壁Ｔ１の内周面に吹付けコンクリートが施工されている場合は、型枠１４と吹付けコンクリートとの間に打設空間Ｓが形成される。
ガントリ１１は、形鋼等を適宜組み合わせることにより門型に形成された枠組み部材である。ガントリ１１は、左右一対の支持脚１１ａ，１１ａと、支持脚１１ａ，１１ａの上端部に架設された梁部材１１ｂと、を備えている。支持脚１１ａ，１１ａの下端部には、移動用レール１１ｃを走行するための図示しない車輪が設けられている。また、ガントリ１１は、打設時の作業員の足場や資材機器等の仮置き場として機能する作業足場１３を備えている。セントル１０の内空には、コンクリート打設管１５ａ～１５ｄが配設されている。
【0011】
型枠１４は、トンネルＴの周方向及び軸方向に並ぶ複数のフォームにより形成されており、アーチ形状を呈している。複数のフォームは、ガントリ１１から鉛直方向や水平方向、斜め上方向や斜め下方向に延在する複数の支保部材１２により支持されている。複数のフォームは、セントル１０の天端部に位置する天フォーム１４ａと、天フォーム１４ａの両側に位置する側フォーム１４ｂ，１４ｂと、側フォーム１４ｂ，１４ｂの下部側に位置するインバートフォーム１４ｃ，１４ｃとを備えている。
側フォーム１４ｂの側方の打設空間Ｓには、箱抜き部１４ｅが形成されている。箱抜き部１４ｅは、覆工コンクリートＣにより埋没されないように枠材で囲われており、脱型後は、例えば、設備機器の設置や給排気配管等の設置場所として機能する。
セントル１０を構築する際には、トンネルＴの地面にガントリ１１を組み立てた後、支保部材１２や各種の中間部材等を介して天フォーム１４ａ、側フォーム１４ｂ、インバートフォーム１４ｃの順に組み付けられる。
側フォーム１４ｂの側方の打設空間Ｓには、箱抜き部１４ｅが形成されている。箱抜き部１４ｅは、覆工コンクリートＣにより埋没されないように枠材で囲われており、脱型後は、例えば、設備機器の設置や給排気配管等の設置場所として機能する。
セントル１０を構築する際には、トンネルＴの地面にガントリ１１を組み立てた後、支保部材１２や各種の中間部材等を介して天フォーム１４ａ、側フォーム１４ｂ、インバートフォーム１４ｃの順に組み付けられる。
【0012】
次に、打設空間計測装置１について説明する。図２は打設空間計測装置１が設置されたトンネルの天端部付近を示す拡大断面図、図３は打設空間計測装置１を示す図であり、（ａ）は全体構成を示す側面図、（ｂ）は要部を拡大して示した側面図である。図４は２次元スキャナ３を示す拡大側面図、図５は２次元スキャナ３を褄部ＴＵ側から見た拡大図、図６は打設空間計測装置１の牽引装置２０及びエンコーダ３０を示す拡大図である。また、図７は容積算出システムを示すブロック図である。
打設空間計測装置１は、トンネルＴの天端部において、セントル１０の型枠１４の外面とトンネルＴの孔壁Ｔ１（内面）との間に形成される覆工コンクリートＣの打設空間Ｓ１（図２において濃いドット模様を付した領域）の容積を計測するものである。
打設空間計測装置１は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、レール２と、レール２上を走行する２次元スキャナ３と、２次元スキャナ３を牽引する牽引機構４と、エンコーダ５とを備えている。また、打設空間計測装置１は、図７に示すように、２次元スキャナ３とエンコーダ５とで取得されたデータから天端部の打設空間Ｓ１の容積を算出する制御部６のほか、通信制御部７と、操作用の端末装置８とを備えている。
レール２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、天フォーム１４ａの頂部の外面に磁石２ａにより固定されており、トンネルＴの軸方向に延在している。レール２は、図５に示すように、上部及び下部に略Ｖ字状の溝部２ｂが形成された直線状のレールである。上部の溝部２ｂには、２次元スキャナ３をレール２に沿って走行させるためのガイド部材２ｃが挿入されている。一方、下部の溝部２ｂには、磁石２ａの留め具２ｄが挿入されている。磁石２ａは、所定間隔を空けて複数個（本実施形態では計４個）配設されている。なお、磁石２ａの数は適宜設定することができる。
打設空間計測装置１は、トンネルＴの天端部において、セントル１０の型枠１４の外面とトンネルＴの孔壁Ｔ１（内面）との間に形成される覆工コンクリートＣの打設空間Ｓ１（図２において濃いドット模様を付した領域）の容積を計測するものである。
打設空間計測装置１は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、レール２と、レール２上を走行する２次元スキャナ３と、２次元スキャナ３を牽引する牽引機構４と、エンコーダ５とを備えている。また、打設空間計測装置１は、図７に示すように、２次元スキャナ３とエンコーダ５とで取得されたデータから天端部の打設空間Ｓ１の容積を算出する制御部６のほか、通信制御部７と、操作用の端末装置８とを備えている。
レール２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、天フォーム１４ａの頂部の外面に磁石２ａにより固定されており、トンネルＴの軸方向に延在している。レール２は、図５に示すように、上部及び下部に略Ｖ字状の溝部２ｂが形成された直線状のレールである。上部の溝部２ｂには、２次元スキャナ３をレール２に沿って走行させるためのガイド部材２ｃが挿入されている。一方、下部の溝部２ｂには、磁石２ａの留め具２ｄが挿入されている。磁石２ａは、所定間隔を空けて複数個（本実施形態では計４個）配設されている。なお、磁石２ａの数は適宜設定することができる。
【0013】
２次元スキャナ３は、レール２上を走行し、レール２に沿って移動しながらトンネルＴの軸方向を法線方向とする面内において天端部の打設空間Ｓ１の形状を計測する。２次元スキャナ３は、図示しない電源から供給された電力により作動し、レーザーパルスのビームをトンネルＴの孔壁Ｔ１に向けて放射するとともに戻りビームを光学センサで検出することで、孔壁Ｔ１までの距離Ｌを正確に計測するものである。２次元スキャナ３の仕様としては、例えば、開口角度：３６０度、スキャン回数：２５回／秒、角度分解：０．０４度のものを用いることができ、１回の３６０度の計測で、０．０４度ごとに９０００件の距離データを計測可能である。２次元スキャナ３を移動させながら計測する場合、１回の計測で出力されるビームは厳密には同一平面上に存在しないが、打設空間Ｓ１の容積を算出するにあたっては、同一平面上で計測されたものとしている。
２次元スキャナ３は、ブラケット３１に取り付けられている。ブラケット３１は、平板状の基部３２と、基部３２の端部から立ち上がる取付部３３と、基部３２と取付部３３とを繋ぐ補強部３４とを有している。基部３２の下面には、ガイド部材２ｃ，２ｃを支持する板状の支持部材３５が取り付けられている。
２次元スキャナ３は、ブラケット３１に取り付けられている。ブラケット３１は、平板状の基部３２と、基部３２の端部から立ち上がる取付部３３と、基部３２と取付部３３とを繋ぐ補強部３４とを有している。基部３２の下面には、ガイド部材２ｃ，２ｃを支持する板状の支持部材３５が取り付けられている。
【0014】
牽引機構４は、ハンドルウインチであり、図６に示すように、基台４１と、左右一対の側板４２，４２と、回転ドラム４３と、減速部４４と、操作ハンドル４５とを備えている。牽引機構４（回転ドラム４３）の出力軸４３ａには、連結部材４６を介してエンコーダ５が一体的に取り付けられている。
基台４１は、図３（ｂ）に示すように、天フォーム１４ａの頂部１４ａ１における褄部側ＴＵの端部１４ａ２にボルト等により固定される。基台４１には、図６に示すように、左右一対の側板４２，４２と、エンコーダ５を支持するための支持板５１が取り付けられている。回転ドラム４３は、側板４２，４２の間に回転可能に支持されている。回転ドラム４３には、２次元スキャナ３を牽引するためのワイヤ４８（図３（ａ）（ｂ）参照）が巻回されている（図６では不図示）。回転ドラム４３は、操作ハンドル４５の回転操作で駆動される減速部４４を介して回転駆動される。減速部４４は、左側の側板４２の左側方に設けられている。操作ハンドル４５は、減速部４４の入力軸４４ａに取り付けられている。
基台４１は、図３（ｂ）に示すように、天フォーム１４ａの頂部１４ａ１における褄部側ＴＵの端部１４ａ２にボルト等により固定される。基台４１には、図６に示すように、左右一対の側板４２，４２と、エンコーダ５を支持するための支持板５１が取り付けられている。回転ドラム４３は、側板４２，４２の間に回転可能に支持されている。回転ドラム４３には、２次元スキャナ３を牽引するためのワイヤ４８（図３（ａ）（ｂ）参照）が巻回されている（図６では不図示）。回転ドラム４３は、操作ハンドル４５の回転操作で駆動される減速部４４を介して回転駆動される。減速部４４は、左側の側板４２の左側方に設けられている。操作ハンドル４５は、減速部４４の入力軸４４ａに取り付けられている。
【0015】
エンコーダ５は、牽引機構４（回転ドラム４３）の出力軸４３ａの回転から２次元スキャナ３の移動距離（位置）を計測するものである。エンコーダ５は、ロータリーエンコーダであり、例えば、１回転あたり１０００パルスを発生させて１パルスあたりの距離をカウントする。エンコーダ５は、図示しないケーブルを介して２次元スキャナ３に接続されており、２次元スキャナ３と通信を行っている。エンコーダ５による計測結果は、２次元スキャナ３に送出され、２次元スキャナ３による計測結果とともに制御部６に送出される（図７参照）。制御部６へのデータの送出は、通信制御部７を介して行われる。通信制御部７は、ルータの機能を有している。通信制御部７には、図７に示すように、２次元スキャナ３、制御部６及び端末装置８が、ネットワーク、例えばイーサーネットケーブルを介して接続されている。なお、ネットワークとしては、その他に、インターネットや電話通信網を利用することも可能である。
【0016】
制御部６は、通信制御部７を介して入力された２次元スキャナ３及びエンコーダ５による計測結果に基づいて、打設空間Ｓ１の容積を算出する。
図８は制御部６による容積の算出手順を説明するための図であり、（ａ）は２次元スキャナ３を用いてトンネルＴの断面積を算出する際の説明図、（ｂ）は２次元スキャナ３及びエンコーダ５の計測結果に基づいて打設空間Ｓ１の容積を算出する際の説明図である。
図８（ａ）に示すように、２次元スキャナ３は、２次元スキャナ３からトンネルＴの孔壁Ｔ１までの距離Ｌと角度θとを計測し、その計測結果を制御部６に送出する。なお、角度θは任意に設定することができる。
制御部６は、角度θの間隔に準じてそれぞれを三角形とみなし、各三角形の面積Ａ１～Ａｎを算出する。各三角形の面積Ａ１～Ａｎは、（Ｌ２／２）ｔａｎθ により求めることができる。そして、制御部６は、各三角形の面積Ａ１～Ａｎを積算し、断面積Ａを算出する。
次に、制御部６は、エンコーダ５の計測値から２次元スキャナ３の移動量を算出し、所定の移動量Ｍ毎に断面積Ａを乗算して、移動量Ｍ毎の区間体積Ｖ１～Ｖｎを算出する。そして、制御部６は、区間体積Ｖ１～Ｖｎを合算するとともに、区間体積Ｖ１～Ｖｎにおけるレール２の容積を減算して打設空間Ｓ１の容積を算出する。なお、レール２の容積は、２次元スキャナ３の移動量から算出してもよいし、予め算出して制御部６に記憶しておいてもよい。
制御部６は、打設空間Ｓ１の容積に基づいて、覆工コンクリートの打設の数量を算出する。
図８は制御部６による容積の算出手順を説明するための図であり、（ａ）は２次元スキャナ３を用いてトンネルＴの断面積を算出する際の説明図、（ｂ）は２次元スキャナ３及びエンコーダ５の計測結果に基づいて打設空間Ｓ１の容積を算出する際の説明図である。
図８（ａ）に示すように、２次元スキャナ３は、２次元スキャナ３からトンネルＴの孔壁Ｔ１までの距離Ｌと角度θとを計測し、その計測結果を制御部６に送出する。なお、角度θは任意に設定することができる。
制御部６は、角度θの間隔に準じてそれぞれを三角形とみなし、各三角形の面積Ａ１～Ａｎを算出する。各三角形の面積Ａ１～Ａｎは、（Ｌ２／２）ｔａｎθ により求めることができる。そして、制御部６は、各三角形の面積Ａ１～Ａｎを積算し、断面積Ａを算出する。
次に、制御部６は、エンコーダ５の計測値から２次元スキャナ３の移動量を算出し、所定の移動量Ｍ毎に断面積Ａを乗算して、移動量Ｍ毎の区間体積Ｖ１～Ｖｎを算出する。そして、制御部６は、区間体積Ｖ１～Ｖｎを合算するとともに、区間体積Ｖ１～Ｖｎにおけるレール２の容積を減算して打設空間Ｓ１の容積を算出する。なお、レール２の容積は、２次元スキャナ３の移動量から算出してもよいし、予め算出して制御部６に記憶しておいてもよい。
制御部６は、打設空間Ｓ１の容積に基づいて、覆工コンクリートの打設の数量を算出する。
【0017】
端末装置８は、作業者が使用する端末であり、例えば、スマートフォン、タブレット、ノート型等のパーソナルコンピュータである。端末装置８により、２次元スキャナ３及びエンコーダ５の各種設定の入力を行うことができる。また、端末装置８の表示画面には、２次元スキャナ３及びエンコーダ５の計測結果、制御部６により算出された断面積Ａ、移動量Ｍ毎の区間体積Ｖ１～Ｖｎ、打設空間Ｓ１の容積、覆工コンクリートの打設の数量等、種々のデータを表示することが可能である。なお、端末装置８は、必ずしも必要ではなく、制御部６に予め設定されたプログラム等によって自動的に計測されるように構成してもよい。
【0018】
次に打設空間計測装置１による計測方法について説明する。
打設空間計測装置１を設置するタイミングは、セントル１０をセットした後、覆工コンクリートＣを打設する前段階で行うことが好ましい。打設空間計測装置１の設置に際しては、まず、セントル１０の褄部ＴＵ側からレール２を設置し、天フォーム１４ａの頂部１４ａ１の端部１４ａ２に対してボルト等により牽引機構４を設置する。そして、ラップ部ＬＡ側のレール２上に２次元スキャナ３を設置する。そして、牽引機構４の回転ドラム４３からワイヤ４８を引出し、ワイヤ４８の先端部を２次元スキャナ３のブラケット３１に繋ぐ。また、２次元スキャナ３とエンコーダ５とを通信ケーブルで接続するとともに、２次元スキャナ３、制御部６及び端末装置８を、イーサーネットケーブルを介して通信制御部７に接続する。
その後、図１に示すように、コンクリート打設管１５ａを通じて、覆工コンクリートＣを供給し、インバートフォーム１４ｃ及び側フォーム１４ｂの側方の打設空間Ｓに覆工コンクリートＣの打設作業を行う。この際、箱抜き部１４ｅの周囲にも覆工コンクリートＣが回り込む。その後、コンクリート打設管１５ａからコンクリート打設管１５ｂに切り替え、さらに吹き上げ用のコンクリート打設管１５ｃに切り替えて、図２に示す打設高さＨ、例えば、天フォーム１４ａの左右端部が覆工コンクリートＣで覆われる程度の高さまで、覆工コンクリートＣを打設する。なお、打設高さＨは、２次元スキャナ３により計測可能な打設空間Ｓ１が天端部に残る高さに設定されている。つまり、２次元スキャナ３のレーザーパルスのビームが天フォーム１４ａの外形状や打設された覆工コンクリートＣで遮られることがなく、打設された覆工コンクリートＣの打設面（上面）の全体に到達できる高さまで、吹き上げ用のコンクリート打設管１５ｃを通じて覆工コンクリートＣが打設される。
打設空間計測装置１を設置するタイミングは、セントル１０をセットした後、覆工コンクリートＣを打設する前段階で行うことが好ましい。打設空間計測装置１の設置に際しては、まず、セントル１０の褄部ＴＵ側からレール２を設置し、天フォーム１４ａの頂部１４ａ１の端部１４ａ２に対してボルト等により牽引機構４を設置する。そして、ラップ部ＬＡ側のレール２上に２次元スキャナ３を設置する。そして、牽引機構４の回転ドラム４３からワイヤ４８を引出し、ワイヤ４８の先端部を２次元スキャナ３のブラケット３１に繋ぐ。また、２次元スキャナ３とエンコーダ５とを通信ケーブルで接続するとともに、２次元スキャナ３、制御部６及び端末装置８を、イーサーネットケーブルを介して通信制御部７に接続する。
その後、図１に示すように、コンクリート打設管１５ａを通じて、覆工コンクリートＣを供給し、インバートフォーム１４ｃ及び側フォーム１４ｂの側方の打設空間Ｓに覆工コンクリートＣの打設作業を行う。この際、箱抜き部１４ｅの周囲にも覆工コンクリートＣが回り込む。その後、コンクリート打設管１５ａからコンクリート打設管１５ｂに切り替え、さらに吹き上げ用のコンクリート打設管１５ｃに切り替えて、図２に示す打設高さＨ、例えば、天フォーム１４ａの左右端部が覆工コンクリートＣで覆われる程度の高さまで、覆工コンクリートＣを打設する。なお、打設高さＨは、２次元スキャナ３により計測可能な打設空間Ｓ１が天端部に残る高さに設定されている。つまり、２次元スキャナ３のレーザーパルスのビームが天フォーム１４ａの外形状や打設された覆工コンクリートＣで遮られることがなく、打設された覆工コンクリートＣの打設面（上面）の全体に到達できる高さまで、吹き上げ用のコンクリート打設管１５ｃを通じて覆工コンクリートＣが打設される。
【0019】
その後、２次元スキャナ３及びエンコーダ５を計測開始可能な状態にセットし、牽引機構４の操作ハンドル４５を回転操作して回転ドラム４３にワイヤ４８を巻き取る。これにより、２次元スキャナ３がラップ部ＬＡ側から褄部ＴＵ側に向けてレール２上を走行し、２次元スキャナ３及びエンコーダ５による計測結果が制御部６に送出される。
制御部６は、２次元スキャナ３から１処理９０００件の計測結果を取得して高速演算を行い、断面積Ａを算出する。また、制御部６は、エンコーダ５の計測結果を取得して、断面積Ａから区間体積Ｖ１～Ｖｎを算出し、打設空間Ｓ１の容積を算出する。
作業者は、算出された打設空間Ｓ１の容積に基づいて、生コンクリートの発注を行う。
制御部６は、２次元スキャナ３から１処理９０００件の計測結果を取得して高速演算を行い、断面積Ａを算出する。また、制御部６は、エンコーダ５の計測結果を取得して、断面積Ａから区間体積Ｖ１～Ｖｎを算出し、打設空間Ｓ１の容積を算出する。
作業者は、算出された打設空間Ｓ１の容積に基づいて、生コンクリートの発注を行う。
【0020】
その後、褄部ＴＵ側から２次元スキャナ３、牽引機構４及びレール２等を回収し、打設空間計測装置１を天フォーム１４ａ上から撤去する。そして、吹き上げ用のコンクリート打設管１５ｄを通じて打設空間Ｓ１に覆工コンクリートＣを打設する。
【0021】
以上説明した本実施形態の打設空間計測装置１によれば、打設作業の最終段階となるトンネルＴの天端部の打設作業において、覆工コンクリートＣの残必要量を精度良く計測することができるので、生コンクリートの発注や運搬に係る積算誤差の影響が小さく、残コンクリートの発生を効果的に抑えることができる。このことは、コンクリートガラの処分費の低減、コンクリート生産に伴うＣＯ２排出量の削減に寄与する。
また、２次元スキャナ３及びエンコーダ５による計測結果と、簡単な演算処理とによって容積を算出できるので、短時間で精度良く覆工コンクリートＣの残必要量を把握できる。また、算出した容積に基づいて、生コンクリート車の台数調整を行うことができるので、生コンクリート車の待ち時間を削減することが可能となり、生産性の向上を図ることができる。
また、牽引機構４にエンコーダ５が一体に設けられているので、牽引機構４へのエンコーダ５の取り付けや調整が不要となり、覆工コンクリートＣの残必要量をスムーズに精度良く計測できる。また、トンネルＴの天端部への牽引機構４及びエンコーダ５の設置及び計測後の撤去が容易である。
また、レール２は、天フォーム１４ａの頂部１４ａ１の外面に対して磁石２ａで固定されているので、頂部１４ａ１の外面に対するレール２の設置及び計測後の撤去が容易である。
また、覆工コンクリートＣの残必要量を計測するタイミングが箱抜き部１４ｅの打設を終了した後となるため、箱抜き部１４ｅに係る打設作業の影響を受けることがなく、覆工コンクリートＣの残必要量を精度良く計測することができる。
また、２次元スキャナ３及びエンコーダ５による計測結果と、簡単な演算処理とによって容積を算出できるので、短時間で精度良く覆工コンクリートＣの残必要量を把握できる。また、算出した容積に基づいて、生コンクリート車の台数調整を行うことができるので、生コンクリート車の待ち時間を削減することが可能となり、生産性の向上を図ることができる。
また、牽引機構４にエンコーダ５が一体に設けられているので、牽引機構４へのエンコーダ５の取り付けや調整が不要となり、覆工コンクリートＣの残必要量をスムーズに精度良く計測できる。また、トンネルＴの天端部への牽引機構４及びエンコーダ５の設置及び計測後の撤去が容易である。
また、レール２は、天フォーム１４ａの頂部１４ａ１の外面に対して磁石２ａで固定されているので、頂部１４ａ１の外面に対するレール２の設置及び計測後の撤去が容易である。
また、覆工コンクリートＣの残必要量を計測するタイミングが箱抜き部１４ｅの打設を終了した後となるため、箱抜き部１４ｅに係る打設作業の影響を受けることがなく、覆工コンクリートＣの残必要量を精度良く計測することができる。
【0022】
また、本実施形態の計測方法では、ラップ部ＬＡ側から褄部ＴＵ側に向けて２次元スキャナ３を牽引して計測するので、天端部の打設済覆工コンクリートに隣接する打設空間Ｓ１の容積（覆工コンクリートＣの残必要量）を計測できる。これにより、生コンクリートの発注や運搬に係る積算誤差の影響が小さくなり、残コンクリートの発生を効果的に抑えることができる。
【0023】
（第２実施形態）
次に、図９、図１０を参照して、第２実施形態の打設空間計測装置について説明する。本実形態が前記第１実施形態と異なるところは、レール２の側方に２次元スキャナ３が配置される点にある。
図９は第２実施形態に係る打設空間計測装置１の２次元スキャナ３を示す拡大側面図、図１０は、第２実施形態に係る打設空間計測装置１の２次元スキャナ３を褄部ＴＵ側から見た状態を示す拡大図である。
２次元スキャナ３は、図９、図１０に示すように、ブラケット３１Ａに取り付けられており、ブラケット３１Ａによりレール２の側方に配置されている。ブラケット３１Ａは、図１０に示すように、基部３２から上方に延在する側部３６と、側部３６に連続してレール２上に配置される上部３７とを備えている。基部３２、側部３６及び上部３７は、一体的に形成されており、褄部ＴＵ（図３（ｂ）参照）側から見て略クランク状を呈している。
基部３２の下面には、平板状の摺動板３９が取り付けられている。摺動板３９は、天フォーム１４ａの頂部１４ａ１の外面に対して摺動可能である。なお、摺動板３９は、摺動抵抗の小さい部材、例えば樹脂成形品により形成することが好ましい。側部３６は、レール２の側面に沿って基部３２の側縁部から立ち上がっている。上部３７は、側部３６の上端部に連続して形成されており、レール２の上面に延在している。上部３７の下面には、ガイド部材２ｃ，２ｃを支持する板状の支持部材３５が取り付けられている。
次に、図９、図１０を参照して、第２実施形態の打設空間計測装置について説明する。本実形態が前記第１実施形態と異なるところは、レール２の側方に２次元スキャナ３が配置される点にある。
図９は第２実施形態に係る打設空間計測装置１の２次元スキャナ３を示す拡大側面図、図１０は、第２実施形態に係る打設空間計測装置１の２次元スキャナ３を褄部ＴＵ側から見た状態を示す拡大図である。
２次元スキャナ３は、図９、図１０に示すように、ブラケット３１Ａに取り付けられており、ブラケット３１Ａによりレール２の側方に配置されている。ブラケット３１Ａは、図１０に示すように、基部３２から上方に延在する側部３６と、側部３６に連続してレール２上に配置される上部３７とを備えている。基部３２、側部３６及び上部３７は、一体的に形成されており、褄部ＴＵ（図３（ｂ）参照）側から見て略クランク状を呈している。
基部３２の下面には、平板状の摺動板３９が取り付けられている。摺動板３９は、天フォーム１４ａの頂部１４ａ１の外面に対して摺動可能である。なお、摺動板３９は、摺動抵抗の小さい部材、例えば樹脂成形品により形成することが好ましい。側部３６は、レール２の側面に沿って基部３２の側縁部から立ち上がっている。上部３７は、側部３６の上端部に連続して形成されており、レール２の上面に延在している。上部３７の下面には、ガイド部材２ｃ，２ｃを支持する板状の支持部材３５が取り付けられている。
【0024】
本実施形態では、第１実施形態で説明した作用効果と同様の作用効果が得られる。加えて、ブラケット３１Ａにより、レール２の側方に２次元スキャナ３が配置されるので、レール２の上側に２次元スキャナ３が配置される場合に比べて、天フォーム１４ａの外面からの２次元スキャナ３の突出量を小さくすることができる。これにより、天端部における打設空間Ｓ１の容積が比較的小さいトンネルＴにおいても、２次元スキャナ３と孔壁Ｔ１との距離Ｌを確保することができ、打設空間Ｓ１の容積の計測を好適に行うことができる。
【0025】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、前記第１，第２実施形態では、牽引機構４をハンドルウインチとして説明したが、これに限られることはなく、電動モータ等を駆動源として駆動される構成としてもよい。
また、前記第１，第２実施形態では、エンコーダ５が牽引機構４に一体的に設けられたものを示したが、これに限られることはなく、エンコーダ５を牽引機構４と別体に設けて、牽引機構４に取り付けるように構成してもよい。
また、前記第１，第２実施形態では、レール２が磁石２ａにより天フォーム１４ａの頂部１４ａ１の外面に固定される構成としたが、これに限られることはなく、その他の種々の固定具や固定機構を用いて頂部１４ａ１の外面に固定されるように構成してもよい。
例えば、前記第１，第２実施形態では、牽引機構４をハンドルウインチとして説明したが、これに限られることはなく、電動モータ等を駆動源として駆動される構成としてもよい。
また、前記第１，第２実施形態では、エンコーダ５が牽引機構４に一体的に設けられたものを示したが、これに限られることはなく、エンコーダ５を牽引機構４と別体に設けて、牽引機構４に取り付けるように構成してもよい。
また、前記第１，第２実施形態では、レール２が磁石２ａにより天フォーム１４ａの頂部１４ａ１の外面に固定される構成としたが、これに限られることはなく、その他の種々の固定具や固定機構を用いて頂部１４ａ１の外面に固定されるように構成してもよい。
【符号の説明】
【0026】
１ 打設空間計測装置
２ レール
２ａ 磁石
３ ２次元スキャナ
４ 牽引機構
５ エンコーダ
６ 制御部
１０ セントル
１４ 型枠 Ｔ トンネル
１４ａ１ 頂部
Ｃ 覆工コンクリート
Ｓ１ 打設空間
Ｔ トンネル
Ｔ１ 孔壁（内面）
２ レール
２ａ 磁石
３ ２次元スキャナ
４ 牽引機構
５ エンコーダ
６ 制御部
１０ セントル
１４ 型枠 Ｔ トンネル
１４ａ１ 頂部
Ｃ 覆工コンクリート
Ｓ１ 打設空間
Ｔ トンネル
Ｔ１ 孔壁（内面）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】