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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-11-17
(45)【発行日】2023-11-28
(54)【発明の名称】トンネル内面形状測定システム
(51)【国際特許分類】
E21D 9/06 20060101AFI20231120BHJP
【ＦＩ】
E21D9/06 301Z
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2023096072
(22)【出願日】2023-06-12
【審査請求日】2023-06-15
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000001373
【氏名又は名称】鹿島建設株式会社
(73)【特許権者】
【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】100129425
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 護晃
(74)【代理人】
【識別番号】100168642
【弁理士】
【氏名又は名称】関谷 充司
(74)【代理人】
【識別番号】100099623
【弁理士】
【氏名又は名称】奥山 尚一
(74)【代理人】
【識別番号】100125380
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 綾子
(74)【代理人】
【識別番号】100142996
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 聡二
(74)【代理人】
【識別番号】100166268
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 祐
(74)【代理人】
【識別番号】100217076
【弁理士】
【氏名又は名称】宅間 邦俊
(72)【発明者】
【氏名】紀伊 吉隆
(72)【発明者】
【氏名】橋村 義人
(72)【発明者】
【氏名】入江 耀
【審査官】松本 泰典
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－２１５１６７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－２３６８７０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－００２７８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０４２４００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－２８８５４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０２１３２７（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１１２２２９３７５（ＣＮ，Ａ）
【文献】米国特許第０５２７４４３７（ＵＳ，Ａ）
【文献】特許第７１３３８８８（ＪＰ，Ｂ１）
【文献】特開平７－２２４６００（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第５９６９９６４（ＪＰ，Ｂ２）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｄ ９／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基準線に沿うようにシールド機によって構築されるトンネルの内面形状を測定するシステムであって、前記シールド機の掘進に追従して前記トンネル内を移動可能な第１の台車と、
前記第１の台車に設けられて前記トンネルの内面形状の測定に用いられる第１の距離センサと、
前記基準線の向きに対する前記第１の台車の向きのずれを特定する第１の特定部と、
を備え、
前記第１の特定部にて特定されたずれに基づいて、前記第１の距離センサの距離測定値が補正される、トンネル内面形状測定システム。
【請求項2】
前記第１の特定部は、前記第１の台車に設けられた第１のトータルステーションと、
前記第１の台車に設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される第１のターゲットと、
前記トンネル内に設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される基準点と、
を備える、請求項１に記載のトンネル内面形状測定システム。
【請求項3】
前記第１の特定部は、前記第１の距離センサに設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される第２のターゲットを更に備える、請求項２に記載のトンネル内面形状測定システム。
【請求項4】
前記シールド機と前記第１の台車との間に配置されて前記第１の台車と共に前記トンネル内を移動可能な第２の台車と、前記シールド機と前記第２の台車との間に設けられるか、又は、前記第２の台車に設けられて、前記トンネルの内面形状の測定に用いられる第２の距離センサと、
前記基準線の向きに対する前記第２の台車の向きのずれを特定する第２の特定部と、
を更に備え、
前記第２の特定部にて特定されたずれに基づいて、前記第２の距離センサの距離測定値が補正される、請求項１～請求項３のいずれか１つに記載のトンネル内面形状測定システム。
【請求項5】
前記シールド機と前記第１の台車との間に配置されて前記第１の台車と共に前記トンネル内を移動可能な第２の台車と、前記シールド機と前記第２の台車との間に設けられるか、又は、前記第２の台車に設けられて、前記トンネルの内面形状の測定に用いられる第２の距離センサと、
前記基準線の向きに対する前記第２の台車の向きのずれを特定する第２の特定部と、
を更に備え、
前記第２の特定部にて特定されたずれに基づいて、前記第２の距離センサの距離測定値が補正され、
前記第２の特定部は、
前記第２の台車に設けられた第２のトータルステーションと、
前記第２の台車に設けられて前記第２のトータルステーションによって視準される第３のターゲットと、
前記第２のトータルステーションに設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される第４のターゲットと、
を備える、請求項２又は請求項３に記載のトンネル内面形状測定システム。
【請求項6】
前記第２の特定部は、前記第２の距離センサに設けられて前記第２のトータルステーションによって視準される第５のターゲットを更に備える、請求項５に記載のトンネル内面形状測定システム。
【請求項7】
前記第４のターゲットは、前記第１のトータルステーションと前記第４のターゲットとの間に設けられた中継用プリズムを介して、前記第１のトータルステーションによって視準される、請求項５に記載のトンネル内面形状測定システム。
【請求項8】
前記第１の特定部は、
前記トンネル内における前記第１の台車より後方に設けられた第１のトータルステーションと、
前記第１の台車に設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される第１のターゲットと、
前記トンネル内における前記第１のトータルステーションより後方に設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される基準点と、
を備える、請求項１に記載のトンネル内面形状測定システム。
【請求項9】
前記第１の特定部は、前記第１の距離センサに設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される第２のターゲットを更に備える、請求項８に記載のトンネル内面形状測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、シールド機によって構築されるトンネルの内面形状を測定するシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
道路や鉄道等の管路として用いられるシールドトンネルは、シールド工法により構築される。シールド工法ではシールド機が用いられる。シールド機は、例えば、筒状のスキンプレートと、カッタヘッドと、推進ジャッキとを備える。スキンプレートは、シールド機の本体の外殻をなす。カッタヘッドは、スキンプレートの前端部（切羽側端部）に設けられて地山を掘削する。推進ジャッキは、スキンプレートの内側に設けられる。
【0003】
シールド工法では、例えば、地山に発進立坑と到達立坑とを構築し、発進立坑から到達立坑へ向けてシールド機で地山を掘削しながら、スキンプレートの後部の内方で次々にセグメントをトンネル周方向に組み立ててセグメントリングを構築する。そして、隣接するセグメントリング同士をトンネル軸方向で連結することで筒状の覆工体を構築する。シールド機は、シールド機の後方のセグメントリングを推進ジャッキで後方へ押圧する。シールド機は、推進ジャッキの押圧力の反力として発生する推力によって、地山を掘削しながら前進する。
【0004】
特許文献１には、シールド機のスキンプレートのテール部内に配置された距離センサを用いてセグメントリングまでの距離を測定し、この測定結果に基づいてセグメントリングの真円度を把握することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第５９６９９６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
シールドトンネルは、その設計線形に対応する基準線に沿うように構築され得る。この基準線は直線部と曲線部とを含み得る。トンネルの真円度の測定では、基準線に対して垂直な断面である設計断面と、トンネルの真円度の測定が実際に行われる断面である測定断面とが一致することが好ましい。しかしながら、トンネルの曲線部の施工時には、測定断面が設計断面に対してずれかねない。このずれは、トンネルの真円度の測定に誤差を生じさせていた。
【0007】
本発明は、このような実状に鑑み、トンネルの真円度の把握を含む、トンネルの内面形状の測定を精度よく行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
そのため本発明の一側面によると、基準線に沿うようにシールド機によって構築されるトンネルの内面形状を測定するシステムが提供される。このシステムは、シールド機の掘進に追従してトンネル内を移動可能な第１の台車と、第１の台車に設けられてトンネルの内面形状の測定に用いられる第１の距離センサと、基準線の向きに対する第１の台車の向きのずれを特定する第１の特定部と、を備える。このシステムでは、第１の特定部にて特定されたずれに基づいて、第１の距離センサの距離測定値が補正される。
【発明の効果】
【0009】
本発明の一側面によれば、トンネルの内面形状の測定を精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の第１実施形態におけるシールド機の概略構成を示す図である。
【図2】前記第１実施形態における曲線施工時のトンネルの平面図である。
【図3】前記第１実施形態における第１の距離センサの概略構成を示す図である。
【図4】前記第１実施形態における第１の距離センサの測定断面と設計断面とを示す図である。
【図5】前記第１実施形態におけるシステムの概略構成を示す図である。
【図6】前記第１実施形態における第１の距離センサの距離測定値の補正方法を示すフローチャートである。
【図7】前記第１実施形態における方向角差の特定方法を示すフローチャートである。
【図8】前記第１実施形態における補正値の算出方法を説明するための図である。
【図9】前記第１実施形態における補正値の一例を示す表である。
【図10】前記第１実施形態におけるトンネルの内面形状の測定結果の一例を示す図である。
【図11】本発明の第２実施形態におけるシールド機の概略構成を示す図である。
【図12】前記第２実施形態における曲線施工時のトンネルの平面図である。
【図13】前記第２実施形態における第２の距離センサの概略構成を示す図である。
【図14】前記第２実施形態における第２の距離センサの測定断面と設計断面とを示す図である。
【図15】前記第２実施形態におけるシステムの概略構成を示す図である。
【図16】前記第２実施形態における第２の距離センサの距離測定値の補正方法を示すフローチャートである。
【図17】前記第２実施形態における方向角差の特定方法を示すフローチャートである。
【図18】本発明の第３実施形態における曲線施工時のトンネルの平面図である。
【図19】本発明の第４実施形態における曲線施工時のトンネルの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0012】
図１は、本発明の第１実施形態におけるシールド機の概略構成を示す。尚、本実施形態では、便宜上、トンネル掘進方向ＥＤを前進方向として前後左右を規定している。また本実施形態では、いわゆる泥土圧式のシールド機を例にとってシールド機の構成を説明する。しかしながら、シールド機は泥土圧式に限らない。
【0013】
シールド機１は、シールドトンネルの施工に用いられる。シールド機１は、円筒状のスキンプレート２と、掘削用のカッタヘッド３と、シールド隔壁（バルクヘッド）４とを備える。スキンプレート２は、シールド機１の本体の外殻をなす。カッタヘッド３は、スキンプレート２の前端部に設けられる。シールド隔壁４は、カッタヘッド３から間隔を空けて後方に配置される。
【0014】
カッタヘッド３はシールド隔壁４に回転自在に支持されている。カッタヘッド３は、シールド隔壁４の後面に設置された駆動用モータ（図示せず）を駆動源として、回転しながら地山を掘削する。
【0015】
カッタヘッド３とシールド隔壁４との間には、これらとスキンプレート２とによりカッタチャンバが区画形成されている。このカッタチャンバ内では、カッタヘッド３による掘削で生じた掘削土砂が滞留する。シールド機１は、このカッタチャンバ内の掘削土砂をシールド隔壁４の後方に搬出するスクリューコンベア（図示せず）を備えている。
【0016】
シールド機１は、シールド隔壁４の後方のスキンプレート２内に、エレクタ装置（図示せず）を備える。このエレクタ装置は、円弧状断面を有するセグメント７を組立ててセグメントリングを構築すると共に、隣接するセグメントリング同士をトンネル軸方向で連結することで円筒状の覆工体８を構築する。ここにおいて、覆工体８を含むトンネルは、その設計線形に対応する基準線ＳＬに沿うようにシールド機１によって構築される。基準線ＳＬは、トンネル軸方向に延びる仮想線である。
【0017】
シールド機１のスキンプレート２より内側には、複数の推進ジャッキ５が、スキンプレート２の内面に沿ってスキンプレート２の周方向に互いに間隔を空けて配置されている。推進ジャッキ５は、シリンダとロッドとにより構成される油圧ジャッキであり、伸縮自在である。推進ジャッキ５のシリンダは、その前端がスキンプレート２に固定されており、後端側にて、推進ジャッキ５のロッドが進出・退入可能となっている。推進ジャッキ５のロッドの後端部を既設のセグメント７に当接させた状態で推進ジャッキ５を伸長作動させることにより、シールド機１は推進力を得ることができる。このようにして、推進ジャッキ５は、既設のセグメント７から反力を取ってシールド機１を推進させる。
【0018】
覆工体８内におけるシールド機１の後方には牽引棒９を介して複数の台車（いわゆる後続台車）１０が連結されている。本実施形態では、複数の台車１０が、４つの台車１０ａ～１０ｄによって構成される例を示している。しかしながら、台車１０は１つ以上の任意の個数であり得る。台車１０には、シールド機１を作動させるための油圧機器や電気設備等が設けられている。
【0019】
台車１０ａ～１０ｄはトンネル軸方向に沿って直列に連結されている。台車１０ａ～１０ｄは、隣接する台車同士で相対的に左右方向に揺動可能なように、連結手段を介して直列に連結されている。尚、台車１０ａ～１０ｄは、後方から前方に向かって、台車１０ａ、台車１０ｂ、台車１０ｃ、台車１０ｄの順に並んでいる。ここにおいて、台車１０ａ～１０ｄのうち最も後側の台車１０ａが、本発明の「第１の台車」に対応する。台車１０ａ～１０ｄのうち最も前側の台車１０ｄが、本発明の「第２の台車」に対応する。台車１０ｄは、シールド機１と台車１０ａとの間に配置されて台車１０ａと共に覆工体８内（トンネル内）を移動可能である。
【0020】
覆工体８の底部には枕木１１が設けられている。枕木１１の上面側には、台車１０ａ～１０ｄが走行するための左右一対のレール１２がトンネル軸方向に沿って敷設されている。ここで、軌道１３は、枕木１１とレール１２とにより構成されている。台車１０ａ～１０ｄは軌道１３上（特にレール１２上）を走行可能である。
【0021】
シールド機１には、図示しないヒンジ機構を介して、牽引棒９の前端が取り付けられている。牽引棒９の後端は、図示しないヒンジ機構を介して、台車１０ｄの先頭部に取り付けられている。これにより、牽引棒９は、シールド機１に対して左右方向に揺動することができ、更に、台車１０ｄは、牽引棒９に対して左右方向に揺動することができる。
【0022】
台車１０ａ～１０ｄは、レール１２によって案内されながら、牽引棒９を介してシールド機１により牽引されつつ、シールド機１の掘進に追従して、軌道１３上を前進する。
【0023】
次に、シールドトンネルの構築方法について図１を用いて説明する。
まず、推進ジャッキ５を短縮した状態で、スキンプレート２内にて前述のエレクタ装置を用いて、セグメント７を組み立てて、新たなセグメントリングを構築する。この新たなセグメントリングは覆工体８を構成するものである。
まず、推進ジャッキ５を短縮した状態で、スキンプレート２内にて前述のエレクタ装置を用いて、セグメント７を組み立てて、新たなセグメントリングを構築する。この新たなセグメントリングは覆工体８を構成するものである。
【0024】
次に、推進ジャッキ５を伸長作動させることにより、シールド機１を推進させる。
このようにセグメントリングの構築とシールド機１の推進とを繰り返すことで、覆工体８を含むトンネルが構築される。
このようにセグメントリングの構築とシールド機１の推進とを繰り返すことで、覆工体８を含むトンネルが構築される。
【0025】
次に、トンネルの内面形状を測定するシステム（トンネル内空形状測定システム）２０について、前述の図１に加えて、図２～図５を用いて説明する。図２は、曲線施工時のトンネルの平面図である。図３は、第１の距離センサＥ１の概略構成を示す図である。図４は、第１の距離センサＥ１の測定断面ＭＰと設計断面ＳＰとを示す図である。図５は、システム２０の概略構成を示す図である。尚、図２では、図示簡略化のため、前述の牽引棒９及び軌道１３等の図示を省略している。
【0026】
【0027】
台車１０ａの上部かつ後端部には、左右一対の第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２が互いに間隔を空けて配置されている。第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２は反射プリズム等により構成されている。第１のトータルステーションＭ１は、第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２をそれぞれ自動で視準し得る。この自動視準に関する技術については、例えば特許第５１９６７２５号公報に記載されているように周知であるので、その説明を省略する。
【0028】
平面視で、第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２を通る直線（仮想線）は、図４に示す測定断面ＭＰと平行になるように設定されている。そして、図２に示す台車１０ａの向き（台車１０ａの前面及び後面の向き）ｕ１は、図４に示す測定断面ＭＰと直交する。ここで、図４に示す設計断面ＳＰは、基準線ＳＬと直交する。基準線ＳＬの直線部に沿う、トンネルの直線施工時には、設計断面ＳＰと測定断面ＭＰとが略一致する。これに対し、基準線ＳＬの曲線部に沿う、トンネルの曲線施工時には、設計断面ＳＰに対して測定断面ＭＰが傾斜し得る（例えば、図４に示す、後述する方向角差Δθ１分、傾斜し得る）。
【0029】
台車１０ａの後部には、第１の距離センサＥ１が設けられている。本実施形態では、第１の距離センサＥ１は、覆工体８を構成するセグメントリングの中心に位置するように台車１０ａに取り付けられている。しかしながら、第１の距離センサＥ１は、セグメントリングの中心からずれた位置に配置されてもよい。
【0030】
図１～図３に示すように、第１の距離センサＥ１は、本体部１５と回転部１６とを備える回転式のレーザー距離センサである。本体部１５は台車１０ａに固定されている。回転部１６は本体部１５より後方に位置する。回転部１６は本体部１５に対して回転自在である。回転部１６の回転軸は、測定断面ＭＰに直交する。第１の距離センサＥ１は、回転部１６から覆工体８の内面（トンネルの内面）に向けてトンネル径方向にレーザー光ＬＺを照射し、その反射光により、第１の距離センサＥ１と覆工体８の内面との間の距離を検出する。このレーザー光ＬＺの照射方向は、回転部１６の回転軸に対して垂直は方向である。ここで、回転部１６を本体部１５に対して回転させると、覆工体８の内面においてレーザー光ＬＺが照射される位置が、覆工体８の周方向に沿って移動する。すなわち、第１の距離センサＥ１は、レーザー光ＬＺの照射方向を変更可能に構成されている。回転部１６を本体部１５に対して回転させつつ回転部１６からレーザー光ＬＺを照射する場合において、レーザー光ＬＺの照射可能範囲が、測定断面ＭＰに対応し得る。
【0031】
第１の距離センサＥ１の回転部１６の後端部には、第２のターゲットＴＥ１が設けられている。第２のターゲットＴＥ１は反射プリズム等により構成されている。第１のトータルステーションＭ１は、第２のターゲットＴＥ１を自動で視準し得る。ここで、第２のターゲットＴＥ１は、第１の距離センサＥ１の本体部１５に対して、回転部１６と同軸的かつ一体的に回転自在である。
【0032】
図１及び図２に示すように、覆工体８内（トンネル内）における台車１０ａの後方（すなわち台車１０ａより坑口側）には、複数の基準点Ｎ１，Ｎ２が設けられている。基準点Ｎ１，Ｎ２は反射プリズム等により構成されている。尚、本実施形態では、覆工体８内に設けられる基準点が２つである。しかしながら、覆工体８内に設けられる基準点が３つ以上であってもよいことは言うまでもない。第１のトータルステーションＭ１は、基準点Ｎ１，Ｎ２をそれぞれ自動で視準し得る。
【0033】
図５に示すように、トンネルの内面形状を測定するシステム２０は、第１のトータルステーションＭ１と、第１の距離センサＥ１と、処理装置２１と、記録装置２２と、表示装置２３とを備える。処理装置２１と、記録装置２２と、表示装置２３とについては、例えば、台車１０ａ～１０ｄのいずれかか、又は、トンネル工事現場の詰所等に配置され得る。
【0034】
第１のトータルステーションＭ１と処理装置２１とは信号線３１を介して接続されている。第１の距離センサＥ１と処理装置２１とは信号線３２を介して接続されている。処理装置２１と記録装置２２とは信号線３３を介して接続されている。処理装置２１と表示装置２３とは信号線３４を介して接続されている。尚、本実施形態では、第１のトータルステーションＭ１と、第１の距離センサＥ１と、処理装置２１と、記録装置２２と、表示装置２３とを信号線３１～３４で接続することで相互間の通信を行っている。しかしながら、信号線３１～３４の少なくとも１つを無線通信機器（送信機及び受信機）に変更して相互間の無線通信を行うようにしてもよい。
【0035】
処理装置２１は、ＣＰＵ、メモリ、ハードディスク等を備え、各種演算処理を行う。処理装置２１は、トンネル設計上の座標系設定部４１と、座標情報記憶部４２と、方向角差特定部４３と、距離測定値補正部４４と、トンネル内面形状特定部４５と、を有する。
【0036】
本実施形態において、トンネル設計上の座標系設定部４１は、トンネル設計上の２次元座標系（直交座標系）を設定する。しかしながら、トンネル設計上の座標系設定部４１がトンネル設計上の３次元座標系を設定してもよいことは言うまでもない。
【0037】
座標情報記憶部４２は、トンネル設計上の座標系設定部４１にて設定された座標系における基準線ＳＬの位置（座標）と、基準線ＳＬの曲線部の中心（曲率中心）の位置（座標）と、基準点Ｎ１，Ｎ２の位置（座標）とを記憶している。
【0038】
方向角差特定部４３では、基準線ＳＬの向きｕ０に対する台車１０ａの向きｕ１のずれを表わす、基準線ＳＬと台車１０ａとの方向角差Δθ１（図２参照）を特定する。ここで、前述のように、基準線ＳＬが設計断面ＳＰと直交している。また、前述のように、台車１０ａの向き（台車１０ａの前面及び後面の向き）ｕ１が、測定断面ＭＰと直交している。従って、この方向角差Δθ１は、設計断面ＳＰと測定断面ＭＰとがなす角に対応する（図４参照）。尚、本発明の「第１の特定部」には、第１のトータルステーションＭ１と、第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２と、第２のターゲットＴＥ１と、基準点Ｎ１，Ｎ２とが含まれ得る。
【0039】
距離測定値補正部４４では、方向角差特定部４３にて特定された方向角差Δθ１に基づいて、第１の距離センサＥ１の距離測定値（第１の距離センサＥ１によって測定された距離の測定値）を補正する。
【0040】
トンネル内面形状特定部４５では、距離測定値補正部４４にて補正された距離測定値を用いて、設計断面ＳＰにおける覆工体８の内面形状（トンネルの内面形状）を特定する。
【0041】
記録装置２２はプリンタと記憶装置との少なくとも一方を含む。記録装置２２がプリンタを含む場合には、当該プリンタによって、設計断面ＳＰにおける覆工体８の内面形状（トンネルの内面形状）が紙等に印刷される。記録装置２２が記憶装置を含む場合には、当該記憶装置が、設計断面ＳＰにおける覆工体８の内面形状（トンネルの内面形状）を記憶する。
【0042】
表示装置２３は、設計断面ＳＰにおける覆工体８の内面形状（トンネルの内面形状）を表示するものであり、例えばディスプレイである。
【0043】
図６は、システム２０にて実施される、第１の距離センサＥ１の距離測定値の補正方法を示すフローチャートである。このフローは、所定の距離的間隔又は時間的間隔で（例えば、１セグメントリング分の掘進毎に）繰り返されてもよい。このフローは、トンネルの曲線施工時に実施されるのが好ましい。
【0044】
まず、シールド機１の掘進停止時に、第１の距離センサＥ１の回転部１６を回転させつつ回転部１６からレーザー光ＬＺを照射することで、覆工体８の周方向の複数点での、第１の距離センサＥ１と覆工体８の内面との間の距離を測定する。
【0045】
次に、ステップＳ１にて、処理装置２１の距離測定値補正部４４が、第１の距離センサＥ１の距離測定値を取得する。この第１の距離センサＥ１の距離測定値は、レーザー光ＬＺの照射方向に対応する角度α（後述する図８及び図９参照）と関連付けられた状態で、距離測定値補正部４４によって取得され得る。
【0046】
次に、ステップＳ２にて、処理装置２１の方向角差特定部４３が、基準線ＳＬと台車１０ａとの方向角差Δθ１を特定する。
【0047】
【0048】
まず、ステップＳ１１にて、第１のトータルステーションＭ１により、基準点Ｎ１，Ｎ２を視準する。これにより、第１のトータルステーションＭ１の位置（座標）が特定される。
【0049】
次に、ステップＳ１２にて、第１のトータルステーションＭ１により、第２のターゲットＴＥ１を視準する。これにより、第１の距離センサＥ１の位置（座標）が特定される。
【0050】
次に、ステップＳ１３にて、第１のトータルステーションＭ１により、第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２を視準する。これにより、第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２の各々の位置（座標）が特定される。尚、ステップＳ１３は、ステップＳ１２に先立って実施されてもよい。
【0051】
次に、ステップＳ１４にて、第１の距離センサＥ１の座標（第２のターゲットＴＥ１の座標）と第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２の座標とに基づいて、方向角差Δθ１を特定する。
【0052】
ここで、ステップＳ１４にて実施される処理の一例について、図２を参照しつつ説明する。ここにおいて、第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２、及び第１の距離センサＥ１の座標を、それぞれ、以下のように仮定し、また、基準線ＳＬの曲線部の中心（曲率中心）ＣＣの座標を以下のように仮定する。
【0053】
ＴＲ１：（ｘ，ｙ）＝（ｘ１，ｙ１）
ＴＲ２：（ｘ，ｙ）＝（ｘ２，ｙ２）
Ｅ１：（ｘ，ｙ）＝（ｘ３，ｙ３）
ＣＣ：（ｘ，ｙ）＝（０，０）
ＴＲ２：（ｘ，ｙ）＝（ｘ２，ｙ２）
Ｅ１：（ｘ，ｙ）＝（ｘ３，ｙ３）
ＣＣ：（ｘ，ｙ）＝（０，０）
【0054】
第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２を通る直線（仮想線）の方程式は、以下の式（１）となる。
【0055】
ｙ＝Ａｘ＋ｙ１－Ａｘ１ …（１）
ここで、
Ａ＝（ｙ２－ｙ１）／（ｘ２－ｘ１）
である。
ここで、
Ａ＝（ｙ２－ｙ１）／（ｘ２－ｘ１）
である。
【0056】
曲率中心ＣＣと第１の距離センサＥ１とを通る直線（仮想線）の方程式は、以下の式（２）となる。
【0057】
ｙ＝Ｂｘ …（２）
ここで、
Ｂ＝ｙ３／ｘ３
である。
ここで、
Ｂ＝ｙ３／ｘ３
である。
【0058】
ここにおいて、第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２を通る直線（仮想線）は図４の測定断面ＭＰに対応する。また、曲率中心ＣＣと第１の距離センサＥ１とを通る直線（仮想線）は、図４の設計断面ＳＰに対応する。従って、式（１）で表される直線と式（２）で表される直線とがなす角度が、図４に示す方向角差Δθ１に対応する。よって、方向角差Δθ１は、二直線がなす角を求める公式により、以下の式（３）により表される。
【0059】
Δθ１＝ａｒｃｔａｎ｛（Ａ－Ｂ）／（１＋Ａ・Ｂ）｝ …（３）
ここで、
Ａ＝（ｙ２－ｙ１）／（ｘ２－ｘ１）
Ｂ＝ｙ３／ｘ３
である。
ここで、
Ａ＝（ｙ２－ｙ１）／（ｘ２－ｘ１）
Ｂ＝ｙ３／ｘ３
である。
【0060】
すなわち、式（３）を用いることで、第１の距離センサＥ１の座標と第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２の座標とに基づいて、方向角差Δθ１を特定することができる。
【0061】
一例として、第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２、及び第１の距離センサＥ１の座標（単位はメートルである）を、それぞれ、以下のように仮定する。
【0062】
ＴＲ１：（ｘ，ｙ）＝（ｘ１，ｙ１）＝（１１７９８，９６２８５）
ＴＲ２：（ｘ，ｙ）＝（ｘ２，ｙ２）＝（１２１５８，１０２２７５）
Ｅ１：（ｘ，ｙ）＝（ｘ３，ｙ３）＝（１２３２７，９９２５９）
ＴＲ２：（ｘ，ｙ）＝（ｘ２，ｙ２）＝（１２１５８，１０２２７５）
Ｅ１：（ｘ，ｙ）＝（ｘ３，ｙ３）＝（１２３２７，９９２５９）
【0063】
前述の各値を式（３）に代入すると、
Δθ１＝３．６［ｄｅｇ］
となる。
Δθ１＝３．６［ｄｅｇ］
となる。
【0064】
ステップＳ２（ステップＳ１１～Ｓ１４）にて方向角差Δθ１が特定された後、ステップＳ３にて、処理装置２１の距離測定値補正部４４が、方向角差Δθ１に基づいて、第１の距離センサＥ１の距離測定値を補正する。
【0065】
この補正された結果である、補正された距離測定値Ｗ１と、補正される前の距離測定値（当初の距離測定値）Ｗ０と、方向角差Δθ１に基づいて得られる補正値Ｃとには、以下の式（４）の関係がある。
【0066】
Ｗ１＝Ｃ・Ｗ０ …（４）
【0067】
つまり、距離測定値補正部４４では、第１の距離センサＥ１の当初の距離測定値Ｗ０に、補正値Ｃをかけることで、補正された距離測定値Ｗ１を得ることができる。
【0068】
【0069】
図８は、シールド機１の切羽側から見た、設計断面ＳＰにおける２次元座標系（直交座標系）を示す。図８に示すｍ軸はシールド機１の幅方向（左右方向）に対応する。図８に示すｎ軸はシールド機１の鉛直方向（上下方向）に対応する。図８に示す座標系の原点Ｏは基準線ＳＬに対応する。図８に示す角度αは、ｎ軸の正の方向（真上）を０度とし、切羽側から見て、原点Ｏ周りに時計回りに増加するように設定されている。ここで、本実施形態では、原点Ｏに第１の距離センサＥ１が位置し得る。ゆえに、角度αは、第１の距離センサＥ１におけるレーザー光ＬＺの照射方向に対応し得る。
【0070】
図８に破線で示されている円Ｓ１は、設計断面ＳＰにおける覆工体８の内面（トンネルの内面）の設計形状を示している。円Ｓ１は、原点Ｏを中心とする半径ｒの円形である。
【0071】
図８に実線で示されている楕円Ｌ１は、円Ｓ１の測定断面ＭＰへの写像を示している。ここで、図８に示すように、楕円Ｌ１の長軸の長さを「ａ×２」とし、短軸の長さを「ｂ×２」とすると、楕円Ｌ１の方程式は、以下の式（５）で表される。
【0072】
（ｍ２／ａ２）＋（ｎ２／ｂ２）＝１ …（５）
【0073】
ここにおいて、設計断面ＳＰと測定断面ＭＰとがなす角（方向角差Δθ１）を考慮すると、以下の式（６）及び（７）が得られる。
【0074】
ａ＝ｒ／ｃｏｓΔθ１ …（６）
ｂ＝ｒ …（７）
ｂ＝ｒ …（７）
【0075】
一方、覆工体８の内面（トンネルの内面）の形状測定の方程式は、以下の式（８）となり、図８における直線Ｌ２に対応する。
【0076】
ｎ＝ｍ・ｔａｎ（２７０－α） …（８）
【0077】
【0078】
【0079】
図９に示すように、角度αに応じて、楕円Ｌ１上の点Ｐの座標（ｍ，ｎ）が算出される。この座標（ｍ，ｎ）に基づいて、原点Ｏから楕円Ｌ１上の点Ｐまでの距離（換算距離）ｒ’が算出される。補正値Ｃは、以下の式（９）により算出される。
【0080】
Ｃ＝ｒ／ｒ’ …（９）
【0081】
このようにして、方向角差Δθ１及び角度αに応じた補正値Ｃが算出される。つまり、図９は、補正値Ｃの一例を示している。
【0082】
本実施形態では、ステップＳ２（ステップＳ１１～Ｓ１４）の後に補正値Ｃを算出している。しかしながら、ステップＳ２（ステップＳ１１～Ｓ１４）に先立って、あらゆる方向角差Δθ１及び角度αに対応する補正値Ｃを予め算出しておき、それを距離測定値補正部４４に記憶させておいてもよい。例えば、方向角差Δθ１と角度αと補正値Ｃとの関係を示すマップを距離測定値補正部４４に記憶させておいてもよい。
【0083】
このようにして、第１の距離センサＥ１の距離測定値が補正される。
【0084】
この後、処理装置２１のトンネル内面形状特定部４５では、第１の距離センサＥ１の補正された距離測定値Ｗ１に基づいて、設計断面ＳＰにおける覆工体８の内面形状（トンネルの内面形状）を特定する。
【0085】
図１０は、トンネルの内面形状の測定結果の一例を示している。具体的には、図１０は、表示装置２３にて表示されている、設計断面ＳＰにおける覆工体８の内面形状（トンネルの内面形状）Ｔと、前述の円Ｓ１とを示している。この内面形状Ｔは、第１の距離センサＥ１の補正された距離測定値Ｗ１から得られる座標をプロットしたものである。例えば図１０に示す表示に基づいて、覆工体８の内面（トンネルの内面）の真円度の測定を容易に行うことができる。つまり、覆工体８の真円度（トンネルの真円度）を容易に測定できる。
【0086】
本実施形態によれば、基準線ＳＬに沿うようにシールド機１によって構築されるトンネルの内面形状を測定するシステム２０は、シールド機１の掘進に追従してトンネル内を移動可能な台車１０ａ（第１の台車）と、台車１０ａに設けられてトンネルの内面形状の測定に用いられる第１の距離センサＥ１と、基準線ＳＬの向きｕ０に対する台車１０ａの向きｕ１のずれを特定する第１の特定部と、を備える。システム２０では、第１の特定部にて特定されたずれに基づいて、第１の距離センサＥ１の距離測定値が補正される。これにより、トンネルの内面形状の測定を精度よく行うことができる。
【0087】
また本実施形態によれば、第１の特定部は、台車１０ａ（第１の台車）に設けられた第１のトータルステーションＭ１と、台車１０ａに設けられて第１のトータルステーションＭ１によって視準される第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２と、トンネル内に設けられて第１のトータルステーションＭ１によって視準される基準点Ｎ１，Ｎ２と、を備える。これにより、台車１０ａの位置及び向きｕ１を簡易にかつ精度よく把握することができる。
【0088】
また本実施形態によれば、第１の特定部は、第１の距離センサＥ１に設けられて第１のトータルステーションＭ１によって視準される第２のターゲットＴＥ１を更に備える。これにより、第１の距離センサＥ１の位置を簡易にかつ精度よく把握することができる。
【0089】
尚、本実施形態において、第１の特定部は、第１の距離センサＥ１に設けられている第２のターゲットＴＥ１を第１のトータルステーションＭ１によって視準することにより、第１の距離センサＥ１の位置を直接的に把握している。しかしながら、第１の特定部は、台車１０ａの位置及び向きｕ１が把握されている場合に、把握されている台車１０ａの位置及び向きｕ１に基づいて、第１の距離センサＥ１の位置を間接的に把握してもよい。
【0090】
また、第１の特定部における台車１０ａの位置及び向きｕ１の把握は、台車１０ａの変位（位置変化の時間的推移）に基づいてもよい。この台車１０ａの変位は、シールド機１の推進ジャッキ５の伸長量に基づいて算出されてもよい。また、この台車１０ａの変位は、シールド機１の推進ジャッキ５の伸長量と、軌道１３の座標（レール１２の敷設位置）とに基づいて算出されてもよい。軌道１３の座標は、座標情報記憶部４２にて記憶され得る。
【0091】
本実施形態では、トンネル設計上の２次元座標系を設定した上で、基準線ＳＬの向きｕ０に対する台車１０ａの向きｕ１のずれ（方向角差Δθ１）に基づいて、第１の距離センサＥ１の距離測定値を補正している。この点、トンネル設計上の３次元座標系を設定した上で、基準線ＳＬの向きｕ０に対する台車１０ａの向きｕ１のずれに基づいて、第１の距離センサＥ１の距離測定値を補正してもよいことは言うまでもない。
【0092】
次に、本発明の第２実施形態について、図１１～図１５を用いて説明する。
図１１は、本実施形態におけるシールド機１の概略構成を示す。図１２は、本実施形態における曲線施工時のトンネルの平面図である。図１３は、第２の距離センサＥ２の概略構成を示す図である。図１４は、第２の距離センサＥ２の測定断面ＭＰと設計断面ＳＰとを示す図である。図１５は、システム２０の概略構成を示す図である。尚、図１２では、図示簡略化のため、前述の牽引棒９及び軌道１３等の図示を省略している。
前述の第１実施形態と異なる点について説明する。
図１１は、本実施形態におけるシールド機１の概略構成を示す。図１２は、本実施形態における曲線施工時のトンネルの平面図である。図１３は、第２の距離センサＥ２の概略構成を示す図である。図１４は、第２の距離センサＥ２の測定断面ＭＰと設計断面ＳＰとを示す図である。図１５は、システム２０の概略構成を示す図である。尚、図１２では、図示簡略化のため、前述の牽引棒９及び軌道１３等の図示を省略している。
前述の第１実施形態と異なる点について説明する。
【0093】
【0094】
台車１０ｄの上部かつ前端部には、左右一対の第３のターゲットＴＦ１，ＴＦ２が互いに間隔を空けて配置されている。第３のターゲットＴＦ１，ＴＦ２は反射プリズム等により構成されている。第２のトータルステーションＭ２は、第３のターゲットＴＦ１，ＴＦ２をそれぞれ自動で視準し得る。
【0095】
平面視で、第３のターゲットＴＦ１，ＴＦ２を通る直線（仮想線）は、図１４に示す測定断面ＭＰと平行になるように設定されている。そして、図１２に示す台車１０ｄの向き（台車１０ｄの前面及び後面の向き）ｕ２は、図１４に示す測定断面ＭＰと直交する。ここで、図１４に示す設計断面ＳＰは、基準線ＳＬと直交する。基準線ＳＬの直線部に沿う、トンネルの直線施工時には、設計断面ＳＰと測定断面ＭＰとが略一致する。これに対し、基準線ＳＬの曲線部に沿う、トンネルの曲線施工時には、設計断面ＳＰに対して測定断面ＭＰが傾斜し得る（例えば、図１４に示す、後述する方向角差Δθ２分、傾斜し得る）。
【0096】
台車１０ｄの前部には、第２の距離センサＥ２が設けられている。本実施形態では、第２の距離センサＥ２は、覆工体８を構成するセグメントリングの中心に位置するように台車１０ｄに取り付けられている。しかしながら、第２の距離センサＥ２は、セグメントリングの中心からずれた位置に配置されてもよい。また、第２の距離センサＥ２は、シールド機１と台車１０ｄとの間の足場やフレームなど（図示せず）に設けられてもよい。この足場やフレームなどは、シールド機１と台車１０ｄとの少なくとも一方に連結され得る。
【0097】
図１１～図１３に示すように、第２の距離センサＥ２は、第１の距離センサＥ１と同様の構成である。第２の距離センサＥ２も、本体部１５と回転部１６とを備える回転式のレーザー距離センサである。本体部１５は台車１０ｄに固定されている。回転部１６は本体部１５より前方に位置する。回転部１６の回転軸は、測定断面ＭＰに直交する。第２の距離センサＥ２は、回転部１６から覆工体８の内面（トンネルの内面）に向けてトンネル径方向にレーザー光ＬＺを照射し、その反射光により、第２の距離センサＥ２と覆工体８の内面との間の距離を検出する。このレーザー光ＬＺの照射方向は、回転部１６の回転軸に対して垂直は方向である。ここで、回転部１６を本体部１５に対して回転させると、覆工体８の内面においてレーザー光ＬＺが照射される位置が、覆工体８の周方向に沿って移動する。すなわち、第２の距離センサＥ２も、第１の距離センサＥ１と同様に、レーザー光ＬＺの照射方向を変更可能に構成されている。回転部１６を本体部１５に対して回転させつつ回転部１６からレーザー光ＬＺを照射する場合において、レーザー光ＬＺの照射可能範囲が、測定断面ＭＰに対応し得る。
【0098】
第２のトータルステーションＭ２には、第４のターゲットＴＡが設けられている。第４のターゲットＴＡは反射プリズム等により構成されている。第１のトータルステーションＭ１は、第４のターゲットＴＡを自動で視準し得る。
【0099】
第２の距離センサＥ２の回転部１６の前端部には、第５のターゲットＴＥ２が設けられている。第５のターゲットＴＥ２は反射プリズム等により構成されている。第２のトータルステーションＭ２は、第５のターゲットＴＥ２を自動で視準し得る。ここで、第５のターゲットＴＥ２は、第２の距離センサＥ２の本体部１５に対して、回転部１６と同軸的かつ一体的に回転自在である。
【0100】
図１５に示すように、本実施形態では、第２のトータルステーションＭ２と処理装置２１とは信号線３５を介して接続されている。第２の距離センサＥ２と処理装置２１とは信号線３６を介して接続されている。尚、本実施形態では、第２のトータルステーションＭ２と、第２の距離センサＥ２と、処理装置２１とを信号線３５，３６で接続することで相互間の通信を行っている。しかしながら、信号線３５，３６の少なくとも１つを無線通信機器（送信機及び受信機）に変更して相互間の無線通信を行うようにしてもよい。
【0101】
方向角差特定部４３では、基準線ＳＬの向きｕ０に対する台車１０ｄの向きｕ２のずれを表わす、基準線ＳＬと台車１０ｄとの方向角差Δθ２（図１２参照）を特定する。ここで、前述のように、基準線ＳＬが設計断面ＳＰと直交している。また、前述のように、台車１０ｄの向き（台車１０ｄの前面及び後面の向き）ｕ２が、測定断面ＭＰと直交している。従って、この方向角差Δθ２は、設計断面ＳＰと測定断面ＭＰとがなす角に対応する（図１４参照）。尚、本発明の「第２の特定部」には、第２のトータルステーションＭ２と、第３のターゲットＴＦ１，ＴＦ２と、第４のターゲットＴＡと、第５のターゲットＴＥ２と、が含まれ得る。本実施形態においても、方向角差特定部４３にて、方向角差Δθ１が特定され得る。
【0102】
距離測定値補正部４４では、方向角差特定部４３にて特定された方向角差Δθ２に基づいて、第２の距離センサＥ２の距離測定値（第２の距離センサＥ２によって測定された距離の測定値）を補正する。尚、本実施形態においても、距離測定値補正部４４にて、第１の距離センサＥ１の距離測定値が補正され得る。
【0103】
図１６は、システム２０にて実施される、第２の距離センサＥ２の距離測定値の補正方法を示すフローチャートである。このフローは、所定の距離的間隔又は時間的間隔で（例えば、１セグメントリング分の掘進毎に）繰り返されてもよい。このフローは、トンネルの曲線施工時に実施されるのが好ましい。
【0104】
まず、シールド機１の掘進停止時に、第２の距離センサＥ２の回転部１６を回転させつつ回転部１６からレーザー光ＬＺを照射することで、覆工体８の周方向の複数点での、第２の距離センサＥ２と覆工体８の内面との間の距離を測定する。
【0105】
次に、ステップＳ２１にて、処理装置２１の距離測定値補正部４４が、第２の距離センサＥ２の距離測定値を取得する。この第２の距離センサＥ２の距離測定値は、レーザー光ＬＺの照射方向に対応する角度α（図８及び図９参照）と関連付けられた状態で、距離測定値補正部４４によって取得され得る。
【0106】
次に、ステップＳ２２にて、処理装置２１の方向角差特定部４３が、基準線ＳＬと台車１０ｄとの方向角差Δθ２を特定する。
【0107】
【0108】
まず、ステップＳ１１にて、第１のトータルステーションＭ１により、基準点Ｎ１，Ｎ２を視準する。これにより、第１のトータルステーションＭ１の位置（座標）が特定される。
【0109】
次に、ステップＳ３１にて、第１のトータルステーションＭ１により、第４のターゲットＴＡを視準する。これにより、第２のトータルステーションＭ２の位置（座標）が特定される。
【0110】
次に、ステップＳ３２にて、第２のトータルステーションＭ２により、第５のターゲットＴＥ２を視準する。これにより、第２の距離センサＥ２の位置（座標）が特定される。
【0111】
次に、ステップＳ３３にて、第２のトータルステーションＭ２により、第３のターゲットＴＦ１，ＴＦ２を視準する。これにより、第３のターゲットＴＦ１，ＴＦ２の各々の位置（座標）が特定される。尚、ステップＳ３３は、ステップＳ３２に先立って実施されてもよい。
【0112】
次に、ステップＳ３４にて、第２の距離センサＥ２の座標（第５のターゲットＴＥ２の座標）と第３のターゲットＴＦ１，ＴＦ２の座標とに基づいて、方向角差Δθ２を特定する。この方向角差Δθ２の特定方法は、前述の方向角差Δθ１の特定方法と同様であるので、その説明を省略する。
【0113】
ステップＳ２２（ステップＳ１１，Ｓ３１～Ｓ３４）にて方向角差Δθ２が特定された後、ステップＳ２３にて、処理装置２１の距離測定値補正部４４が、方向角差Δθ２に基づいて、第２の距離センサＥ２の距離測定値を補正する。この第２の距離センサＥ２の距離測定値を補正方法は、前述の第１の距離センサＥ１の距離測定値を補正方法と同様であるので、その説明を省略する。
【0114】
この後、処理装置２１のトンネル内面形状特定部４５では、第２の距離センサＥ２の補正された距離測定値に基づいて、設計断面ＳＰにおける覆工体８の内面形状（トンネルの内面形状）を特定する。
【0115】
特に本実施形態によれば、システム２０は、シールド機１と台車１０ａ（第１の台車）との間に配置されて台車１０ａと共にトンネル内を移動可能な台車１０ｄ（第２の台車）と、シールド機１と台車１０ｄとの間に設けられるか、又は、台車１０ｄに設けられて、トンネルの内面形状の測定に用いられる第２の距離センサＥ２と、基準線ＳＬの向きｕ０に対する台車１０ｄの向きｕ２のずれを特定する第２の特定部と、を更に備える。システム２０では、第２の特定部にて特定されたずれに基づいて、第２の距離センサＥ２の距離測定値が補正される。これにより、トンネルの内面形状の測定を精度よく行うことができる。
【0116】
また本実施形態によれば、第２の特定部は、台車１０ｄ（第２の台車）に設けられた第２のトータルステーションＭ２と、台車１０ｄに設けられて第２のトータルステーションＭ２によって視準される第３のターゲットＴＦ１，ＴＦ２と、第２のトータルステーションＭ２に設けられて第１のトータルステーションＭ１によって視準される第４のターゲットＴＡと、を備える。これにより、台車１０ｄの位置及び向きｕ２を簡易にかつ精度よく把握することができる。
【0117】
また本実施形態によれば、第２の特定部は、第２の距離センサＥ２に設けられて第２のトータルステーションＭ２によって視準される第５のターゲットＴＥ２を更に備える。これにより、第２の距離センサＥ２の位置を簡易にかつ精度よく把握することができる。
【0118】
尚、本実施形態において、第２の特定部は、第２の距離センサＥ２に設けられている第５のターゲットＴＥ２を第２のトータルステーションＭ２によって視準することにより、第２の距離センサＥ２の位置を直接的に把握している。しかしながら、第２の特定部は、台車１０ｄの位置及び向きｕ２が把握されている場合に、把握されている台車１０ｄの位置及び向きｕ２に基づいて、第２の距離センサＥ２の位置を間接的に把握してもよい。
【0119】
また、第２の特定部における台車１０ｄの位置及び向きｕ２の把握は、台車１０ｄの変位（位置変化の時間的推移）に基づいてもよい。この台車１０ｄの変位は、シールド機１の推進ジャッキ５の伸長量に基づいて算出されてもよい。また、この台車１０ｄの変位は、シールド機１の推進ジャッキ５の伸長量と、軌道１３の座標（レール１２の敷設位置）とに基づいて算出されてもよい。軌道１３の座標は、座標情報記憶部４２にて記憶され得る。
【0120】
本実施形態では、トンネル設計上の２次元座標系を設定した上で、基準線ＳＬの向きｕ０に対する台車１０ｄの向きｕ２のずれ（方向角差Δθ２）に基づいて、第２の距離センサＥ２の距離測定値を補正している。この点、トンネル設計上の３次元座標系を設定した上で、基準線ＳＬの向きｕ０に対する台車１０ｄの向きｕ２のずれに基づいて、第２の距離センサＥ２の距離測定値を補正してもよいことは言うまでもない。
【0121】
次に、本発明の第３実施形態について、図１８を用いて説明する。
図１８は、本実施形態における曲線施工時のトンネルの平面図である。尚、図１８では、図示簡略化のため、前述の牽引棒９及び軌道１３等の図示を省略している。
前述の第２実施形態と異なる点について説明する。
図１８は、本実施形態における曲線施工時のトンネルの平面図である。尚、図１８では、図示簡略化のため、前述の牽引棒９及び軌道１３等の図示を省略している。
前述の第２実施形態と異なる点について説明する。
【0122】
本実施形態では、台車１０ｂの右側の上部と、台車１０ｃの左側の上部とに、それぞれ、中継用プリズムＱが設けられている。すなわち、中継用プリズムＱは、第１のトータルステーションＭ１と、第２のトータルステーションＭ２の第４のターゲットＴＡとの間に設けられている。そして、第１のトータルステーションＭ１は、中継用プリズムＱを介して、第４のターゲットＴＡを自動で視準し得る。尚、中継用プリズムＱは反射プリズム等により構成されている。
【0123】
特に本実施形態によれば、第４のターゲットＴＡは、第１のトータルステーションＭ１と第４のターゲットＴＡとの間に設けられた中継用プリズムＱを介して、第１のトータルステーションＭ１によって視準される。これにより、トンネルの曲線施工時に、第１のトータルステーションＭ１が第４のターゲットＴＡを直接的に視準できない場合であっても、第１のトータルステーションＭ１は、中継用プリズムＱを介して、第４のターゲットＴＡを間接的に視準することができる。
【0124】
前述の第２及び第３実施形態では、第２のトータルステーションＭ２に第４のターゲットＴＡを設けている。これに加えて、又は、これに代えて、第１のトータルステーションＭ１に、反射プリズム等により構成される第６のターゲットを設けてもよい。第６のターゲットは、第２のトータルステーションＭ２によって視準される。また、第６のターゲットは、第２のトータルステーションＭ２と第６のターゲットとの間に設けられた中継用プリズムＱを介して、第２のトータルステーションＭ２によって視準されてもよい。このようにして、第１のトータルステーションＭ１と第２のトータルステーションＭ２との相対的な位置関係を把握してもよい。
【0125】
次に、本発明の第４実施形態について、図１９を用いて説明する。
図１９は、本実施形態における曲線施工時のトンネルの平面図である。尚、図１９では、図示簡略化のため、前述の牽引棒９及び軌道１３等の図示を省略している。
前述の第１実施形態と異なる点について説明する。
図１９は、本実施形態における曲線施工時のトンネルの平面図である。尚、図１９では、図示簡略化のため、前述の牽引棒９及び軌道１３等の図示を省略している。
前述の第１実施形態と異なる点について説明する。
【0126】
本実施形態では、第１のトータルステーションＭ１が、覆工体８内（トンネル内）における、台車１０ａより後方、かつ、基準点Ｎ１，Ｎ２より前方に配置されている。本実施形態においても、前述の第１の特定部には、第１のトータルステーションＭ１と、第１のターゲットＴＲ１，ＴＲ２と、第２のターゲットＴＥ１と、基準点Ｎ１，Ｎ２とが含まれ得る。
【0127】
前述の第１～第４実施形態では、台車１０が複数ある例を示した。しかしながら、台車１０が１つのみであってもよい。台車１０が１つのみである場合には、当該台車１０が本発明の「第１の台車」及び「第２の台車」に対応し得る。
【0128】
前述の第１～第４実施形態では泥土圧式のシールド機１を用いて説明した。しかしながら、シールド機１は泥土圧式に限らない。例えば、シールド機１は泥水式であってもよい。また、前述の第１～第４実施形態において、シールド機１は、いわゆる中折れ式であってもよい。
【0129】
前述の第１～第４実施形態では、トンネルの内面形状が円形である例を示した。しかしながら、トンネルの内面形状は円形に限らない。例えば、トンネルの内面形状は、楕円形又は矩形であってもよい。
【0130】
また、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。
尚、出願当初の請求項は以下の通りであった。
［請求項１］
基準線に沿うようにシールド機によって構築されるトンネルの内面形状を測定するシステムであって、
前記シールド機の掘進に追従して前記トンネル内を移動可能な第１の台車と、
前記第１の台車に設けられて前記トンネルの内面形状の測定に用いられる第１の距離センサと、
前記基準線の向きに対する前記第１の台車の向きのずれを特定する第１の特定部と、
を備え、
前記第１の特定部にて特定されたずれに基づいて、前記第１の距離センサの距離測定値が補正される、トンネル内面形状測定システム。
［請求項２］
前記第１の特定部は、
前記第１の台車に設けられた第１のトータルステーションと、
前記第１の台車に設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される第１のターゲットと、
前記トンネル内に設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される基準点と、
を備える、請求項１に記載のトンネル内面形状測定システム。
［請求項３］
前記第１の特定部は、前記第１の距離センサに設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される第２のターゲットを更に備える、請求項２に記載のトンネル内面形状測定システム。
［請求項４］
前記シールド機と前記第１の台車との間に配置されて前記第１の台車と共に前記トンネル内を移動可能な第２の台車と、
前記シールド機と前記第２の台車との間に設けられるか、又は、前記第２の台車に設けられて、前記トンネルの内面形状の測定に用いられる第２の距離センサと、
前記基準線の向きに対する前記第２の台車の向きのずれを特定する第２の特定部と、
を更に備え、
前記第２の特定部にて特定されたずれに基づいて、前記第２の距離センサの距離測定値が補正される、請求項１～請求項３のいずれか１つに記載のトンネル内面形状測定システム。
［請求項５］
前記シールド機と前記第１の台車との間に配置されて前記第１の台車と共に前記トンネル内を移動可能な第２の台車と、
前記シールド機と前記第２の台車との間に設けられるか、又は、前記第２の台車に設けられて、前記トンネルの内面形状の測定に用いられる第２の距離センサと、
前記基準線の向きに対する前記第２の台車の向きのずれを特定する第２の特定部と、
を更に備え、
前記第２の特定部にて特定されたずれに基づいて、前記第２の距離センサの距離測定値が補正され、
前記第２の特定部は、
前記第２の台車に設けられた第２のトータルステーションと、
前記第２の台車に設けられて前記第２のトータルステーションによって視準される第３のターゲットと、
前記第２のトータルステーションに設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される第４のターゲットと、
を備える、請求項２又は請求項３に記載のトンネル内面形状測定システム。
［請求項６］
前記第２の特定部は、前記第２の距離センサに設けられて前記第２のトータルステーションによって視準される第５のターゲットを更に備える、請求項５に記載のトンネル内面形状測定システム。
［請求項７］
前記第４のターゲットは、前記第１のトータルステーションと前記第４のターゲットとの間に設けられた中継用プリズムを介して、前記第１のトータルステーションによって視準される、請求項５に記載のトンネル内面形状測定システム。
尚、出願当初の請求項は以下の通りであった。
［請求項１］
基準線に沿うようにシールド機によって構築されるトンネルの内面形状を測定するシステムであって、
前記シールド機の掘進に追従して前記トンネル内を移動可能な第１の台車と、
前記第１の台車に設けられて前記トンネルの内面形状の測定に用いられる第１の距離センサと、
前記基準線の向きに対する前記第１の台車の向きのずれを特定する第１の特定部と、
を備え、
前記第１の特定部にて特定されたずれに基づいて、前記第１の距離センサの距離測定値が補正される、トンネル内面形状測定システム。
［請求項２］
前記第１の特定部は、
前記第１の台車に設けられた第１のトータルステーションと、
前記第１の台車に設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される第１のターゲットと、
前記トンネル内に設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される基準点と、
を備える、請求項１に記載のトンネル内面形状測定システム。
［請求項３］
前記第１の特定部は、前記第１の距離センサに設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される第２のターゲットを更に備える、請求項２に記載のトンネル内面形状測定システム。
［請求項４］
前記シールド機と前記第１の台車との間に配置されて前記第１の台車と共に前記トンネル内を移動可能な第２の台車と、
前記シールド機と前記第２の台車との間に設けられるか、又は、前記第２の台車に設けられて、前記トンネルの内面形状の測定に用いられる第２の距離センサと、
前記基準線の向きに対する前記第２の台車の向きのずれを特定する第２の特定部と、
を更に備え、
前記第２の特定部にて特定されたずれに基づいて、前記第２の距離センサの距離測定値が補正される、請求項１～請求項３のいずれか１つに記載のトンネル内面形状測定システム。
［請求項５］
前記シールド機と前記第１の台車との間に配置されて前記第１の台車と共に前記トンネル内を移動可能な第２の台車と、
前記シールド機と前記第２の台車との間に設けられるか、又は、前記第２の台車に設けられて、前記トンネルの内面形状の測定に用いられる第２の距離センサと、
前記基準線の向きに対する前記第２の台車の向きのずれを特定する第２の特定部と、
を更に備え、
前記第２の特定部にて特定されたずれに基づいて、前記第２の距離センサの距離測定値が補正され、
前記第２の特定部は、
前記第２の台車に設けられた第２のトータルステーションと、
前記第２の台車に設けられて前記第２のトータルステーションによって視準される第３のターゲットと、
前記第２のトータルステーションに設けられて前記第１のトータルステーションによって視準される第４のターゲットと、
を備える、請求項２又は請求項３に記載のトンネル内面形状測定システム。
［請求項６］
前記第２の特定部は、前記第２の距離センサに設けられて前記第２のトータルステーションによって視準される第５のターゲットを更に備える、請求項５に記載のトンネル内面形状測定システム。
［請求項７］
前記第４のターゲットは、前記第１のトータルステーションと前記第４のターゲットとの間に設けられた中継用プリズムを介して、前記第１のトータルステーションによって視準される、請求項５に記載のトンネル内面形状測定システム。
【符号の説明】
【0131】
１ シールド機
５ 推進ジャッキ
７ セグメント
８ 覆工体
９ 牽引棒
１０ 台車
１０ａ 台車（第１の台車）
１０ｂ 台車
１０ｃ 台車
１０ｄ 台車（第２の台車）
１２ レール
１３ 軌道
１５ 本体部
１６ 回転部
２０ システム（トンネル内空形状測定システム）
２１ 処理装置
２２ 記録装置
２３ 表示装置
３１～３６ 信号線
４１ トンネル設計上の座標系設定部
４２ 座標情報記憶部
４３ 方向角差特定部
４４ 距離測定値補正部
４５ トンネル内面形状特定部
ｕ０～ｕ２ 向き
Ｅ１ 第１の距離センサ
Ｅ２ 第２の距離センサ
ＬＺ レーザー光
Ｍ１ 第１のトータルステーション
Ｍ２ 第２のトータルステーション
ＭＰ 測定断面
Ｎ１，Ｎ２ 基準点
ＳＬ 基準線
ＳＰ 設計断面
ＴＲ１，ＴＲ２ 第１のターゲット
ＴＥ１ 第２のターゲット
ＴＦ１，ＴＦ２ 第３のターゲット
ＴＡ 第４のターゲット
ＴＥ２ 第５のターゲット
Ｑ 中継用プリズム
Δθ１，Δθ２ 方向角差
５ 推進ジャッキ
７ セグメント
８ 覆工体
９ 牽引棒
１０ 台車
１０ａ 台車（第１の台車）
１０ｂ 台車
１０ｃ 台車
１０ｄ 台車（第２の台車）
１２ レール
１３ 軌道
１５ 本体部
１６ 回転部
２０ システム（トンネル内空形状測定システム）
２１ 処理装置
２２ 記録装置
２３ 表示装置
３１～３６ 信号線
４１ トンネル設計上の座標系設定部
４２ 座標情報記憶部
４３ 方向角差特定部
４４ 距離測定値補正部
４５ トンネル内面形状特定部
ｕ０～ｕ２ 向き
Ｅ１ 第１の距離センサ
Ｅ２ 第２の距離センサ
ＬＺ レーザー光
Ｍ１ 第１のトータルステーション
Ｍ２ 第２のトータルステーション
ＭＰ 測定断面
Ｎ１，Ｎ２ 基準点
ＳＬ 基準線
ＳＰ 設計断面
ＴＲ１，ＴＲ２ 第１のターゲット
ＴＥ１ 第２のターゲット
ＴＦ１，ＴＦ２ 第３のターゲット
ＴＡ 第４のターゲット
ＴＥ２ 第５のターゲット
Ｑ 中継用プリズム
Δθ１，Δθ２ 方向角差
【要約】
【課題】トンネルの内面形状の測定を精度よく行う。
【解決手段】基準線ＳＬに沿うようにシールド機１によって構築されるトンネルの内面形状を測定するシステム２０は、シールド機１の掘進に追従してトンネル内を移動可能な台車１０ａと、台車１０ａに設けられてトンネルの内面形状の測定に用いられる第１の距離センサＥ１と、基準線ＳＬの向きｕ０に対する台車１０ａの向きｕ１のずれを特定する第１の特定部と、を備える。システム２０では、第１の特定部にて特定されたずれに基づいて、第１の距離センサＥ１の距離測定値が補正される。
【選択図】図２
【解決手段】基準線ＳＬに沿うようにシールド機１によって構築されるトンネルの内面形状を測定するシステム２０は、シールド機１の掘進に追従してトンネル内を移動可能な台車１０ａと、台車１０ａに設けられてトンネルの内面形状の測定に用いられる第１の距離センサＥ１と、基準線ＳＬの向きｕ０に対する台車１０ａの向きｕ１のずれを特定する第１の特定部と、を備える。システム２０では、第１の特定部にて特定されたずれに基づいて、第１の距離センサＥ１の距離測定値が補正される。
【選択図】図２
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
