JP2001021356A - 地中掘進機の位置計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘進位置の計測時に計測ユニットが光源の光
を受光できなくなったときにその原因を遠隔探知できる
地中掘進機の位置計測装置を提供する。 【解決手段】 計測基点、中間計測点及び被計測点を順
次設定して、隣合う計測ユニットに拡散光を発する光源
１ａ，１ｂと隣合う前方、後方の光源１ａ，１ｂからの
拡散光を集光するレンズ２ａ，２ｂと集光した光の受光
位置を検出する受光部３ａ，３ｂとを有する計測ユニッ
ト４０を各計測点に設置して、各計測ユニット４０での
検出結果に基づいて得られる各光源４２の方向のデータ
と、別途収集した隣接する計測ユニット４０間の各距離
のデータとに基づいて計測基点に対する被計測点の位置
を計測するとともに、計測ユニット４０の各光源１ａ，
１ｂの光をその計測ユニット４０の受光部３ａ，３ｂの
双方で受光できるように反射鏡５ａ〜５ｄを配置し、当
該計測ユニット４０が計測時に故障で受光不能になった
ときにそれの光源１ａ，１ｂを点灯して故障原因を遠隔
探知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲線経路を掘進す
る地中掘進機における掘進位置の計測に用いられる地中
掘進機の位置計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地下坑を掘削しながら地中を掘進する地
中掘進機でカーブした地下坑を掘削するには、地中掘進
機が計画路線（予め設定された掘進経路）に沿って正し
く掘進しているかどうかを知るため、その掘進位置を確
認しなければならない。この種の地中掘進機としては、
人が入れない小口径の管を地中に埋設する小口径管推進
機、人が入れる大口径の管を地中に埋設するセミシール
ド機さらにはシールド掘進機を挙げることができる。

【０００３】地中掘進機の掘進位置を確認するには、通
常、発進立坑等の地中掘進機の掘進の出発点となる地点
及び地中掘進機内にそれぞれ計測基点及び被計測点を設
定するとともに、地中掘進機の掘進の進展に応じてこれ
らの中間位置の掘進経路上に適宜中間計測点を設定す
る。そして、後に詳述するように、これらの計測点間の
各距離を計測するほか、各計測点とその隣の計測点とを
結ぶ線分が基準線に対してなす角度を順次計測し、これ
らの計測結果に基づいて地中掘進機の掘進位置を演算に
より求めるようにしている。

【０００４】地中掘進機の位置計測においては、これま
で、こうした角度を計測するのに、トランシットを用い
て計測する方法が一般的に採用されている。このトラン
シットによる角度の計測方法は、人的能力に依存する方
法であるため、熟練技術者等人手を要するだけでなく一
回の測量時間が長くなる。さらに、手狭な坑内で測量し
なければならないため、測量作業に多大の労力と危険が
伴う。こうした問題に対応して、従来、この種の地中掘
進機の掘進位置計測技術として、掘進位置の計測の際
に、角度をトランシットによらないでレーザビームで光
学的に計測する方法を採り入れたものがある。

【０００５】こうした方法を採り入れた地中掘進機の掘
進位置計測技術として、例えば特開昭６１ー４５０９２
号公報に記載されたシールド掘進機の方向検出装置を挙
げることができる。この従来例の装置は、「前方のトン
ネル内へ向けて照射する第１レーザビーム発振器と前方
からのレーザビームを受光することができる第１レーザ
ビーム受光器とをサーボモータでＸ方向（ヨーイング方
向）、Ｙ方向（ピッチング方向）に回転できるように架
台に取り付け、かつ、その回転角度をセンサで検知でき
るようにした計測用機器をトンネルの入口部に設置する
とともに、後方の第１レーザビーム受光器へ向けて照射
する第２レーザビーム発振器と後方の第１レーザビーム
発振器からのレーザビームを受光することができる第２
レーザビーム受光器と前方のシールド掘進機方向に向け
て照射する第３レーザビーム発振器とをサーボモータで
Ｘ，Ｙ方向に回転できるように架台に取り付け、かつ、
その回転角度をセンサで検知できるようにした計測用の
中継器をトンネルの中間部に設置し、また、後方の第２
レーザビーム発振器からのレーザビームを受光すること
ができ、かつ、Ｘ，Ｙ方向及びローリング角を検知可能
にした第３レーザビーム受光器とピッチングローリング
計とをシールド掘進機に取り付けるようにした」装置で
ある。

【０００６】この従来例の装置は、計測用の光源とし
て、収束度の高いレーザ光であるレーザビームを用い、
このレーザビームをレーザビーム受光器の所定位置に照
射するように、レーザビーム発振器をヨーイング方向や
ピッチング方向に回転操作してその回転角度を検知し、
検知した回転角度に基づいて、シールド掘進機の計画線
からのずれ位置をコンピュータで演算して求めるように
している。そのため、地中掘進機の掘進位置を計測する
際、レーザビームを受光部としてのレーザビーム受光器
の所定位置に的確に当てるようにレーザビーム発振器を
回転させる操作を要して操作が複雑であるばかりでな
く、サーボモータ等レーザビーム発振器を回転させるた
めの回転機構を要して機構も複雑になり、これに伴って
種々の問題がもたらされることとなる。例えば、こうし
た回転機構を設けたことにより、装置が地下坑内に配置
するものにしては大型化し、製作費が割高になるのは勿
論のこと、回転機構が機械的なものであるために、光学
的な誤差に機械的な誤差が加わって高い計測精度を確保
することが困難であるとともに振動に対しても弱い。

【０００７】こうしたことから、出願人は、計測用の光
源として、レーザビームよりも広い領域を照らせる拡散
光を用いて、レーザビームのように光を受光部に当てる
ための操作は要せず機械的な計測誤差や振動による計測
誤差も生じないようにした、これまで実施されたことの
ない斬新的な技術の開発を進ている。その技術開発の過
程で生まれた発明は、すでに特許出願されており、その
代表的なものとして、特開平１０ー２９３０２８号に係
る発明を挙げることができる。この発明は、図５に示す
ように、基点計測ユニット４０ａと被測点計測ユニット
４０ｂとの間の地下坑２０内に適宜の数の中間計測ユニ
ット４０を配置し、これら各計測ユニット４０，４０
ａ，４０ｂがそれぞれ隣合う他の計測ユニットの光源の
拡散光を凸レンズで集めて受光部で受光してその受光位
置を検出し、これにより得られる各光源の方向に関する
角度のデータと隣合う各計測ユニット４０，４０ａ，４
０ｂ間の距離に関するデータとに基づいて地中掘進機の
掘進位置を計測するようにしたものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】この地中掘進機の位置
計測装置は、基点計測ユニット４０ａや各中間計測ユニ
ット４０がこれと隣合う光源の光を受光することにより
初めて地中掘進機の掘進位置の計測が可能となるもので
あって、これらの計測ユニット４０，４０ａのうちの１
台でも受光できない事態になると、掘進位置の計測が不
可能となる。例えば、図５に示す地中掘進機の位置計測
装置において、地下坑２０内に設置された計測ユニット
４０，４０ａ，４０ｂのうち［３］の中間計測ユニット
４０が何らかの原因でこれと隣合う［２］及び［４］の
中間計測ユニット４０の光源の光を受光できなくなった
とすると、［２］及び［４］の中間計測ユニット４０で
光の受光位置を検出できたとしても、掘進位置の計測そ
れ自体が不可能になるため、オペレータは、地中掘進機
の掘進位置を知ることができず、もはや、地下坑２０の
施工を進めることができなくなる。

【０００９】こうしたことから、［３］の中間計測ユニ
ット４０が受光できなくなったときには、正常な状態に
戻すようにその原因を究明する必要がある。［３］の中
間計測ユニット４０が受光できない主要な原因として
は、［３］の中間計測ユニット４０の受光部が故障して
いる、［２］及び［４］の各中間計測ユニット４０の光
源が故障している、［３］の中間計測ユニット４０が
［２］及び［４］の各中間計測ユニット４０の光源の光
を受光する上で適切に設置されていない、という種々の
原因を挙げることができる。そのため、その原因を普通
の方法により直接的に調べようとすると、［２］、
［３］及び［４］の少なくとも３台の中間計測ユニット
４０を狭い坑内から回収することが必要となり、原因の
究明に多大の手間と困難が伴う。

【００１０】本発明は、こうした従来の技術にみられる
問題を解消しようとするものであって、その技術課題
は、地中掘進機の掘進位置の計測時に計測ユニットが光
源の光を受光できなくなったときにその原因を遠隔的に
探査することができる地中掘進機の位置計測装置を提供
することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のこうした技術課
題は、「地下坑を掘削しながら地中を掘進する地中掘進
機の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に配置し
その掘進位置の指標となる被計測点の位置を、掘進方向
後方に配置し計測の基点となる計測基点との位置関係で
計測する地中掘進機の位置計測装置」を次のように構成
することにより達成される。

【００１２】前方に拡散光を発する光源と少なくとも前
方の光源からの拡散光を集光する集光手段と集光手段で
集光した光源からの光を受光してその受光位置を検出す
る受光部とを有し計測基点を設定する基点計測ユニット
と、少なくとも後方に拡散光を発する光源を有し被計測
点を設定する被測点計測ユニットと、前方及び後方に拡
散光を発する各光源と前方及び後方の光源からの拡散光
をそれぞれ集光する集光手段と集光手段でそれぞれ集光
した各光源からの光をそれぞれ受光してその受光位置を
検出する各受光部とを有し地下坑における基点計測ユニ
ットと被測点計測ユニットとの間に配置される少なくと
も一つの中間計測ユニットと、基点計測ユニット及び中
間計測ユニットでの光の受光位置に関するデータに基づ
いて得られる各光源の方向に関するデータと隣合う各計
測ユニット間の距離に関するデータとに基づいて、計測
基点に対する被計測点の相対位置を演算して計測するよ
うにするとともに、中間計測ユニットは、その中間計測
ユニットの各受光部で受光されるように光を発すること
のできる発光手段を有して、この発光手段を非計測時に
作動させ得るように構成する。

【００１３】本発明の地中掘進機の位置計測装置は、こ
のように光源として特に拡散光を発する光源を用いて拡
がりをもつ光でレーザビームよりも広い領域を照らせる
ようにしているため、光源にレーザビームを用いる従来
の技術のように光源の光を受光部に当てるための操作を
要せず、ひいては、その操作を可能にするための回転機
構を設ける必要がなくなって、その回転機構に起因する
機械的な計測誤差も生じない。

【００１４】また、その拡がりをもつ各光源の光を中間
計測ユニットに集めてその受光位置を検出し、その受光
位置に関するデータに基づいて前方及び後方の双方の光
源の方向に関するデータを得るようにしているため、中
間計測ユニットが外力によりピッチング方向やヨーイン
グ方向に振動しても計測誤差が生じにくい。また、こう
したことから、中間計測ユニットを計測点に設置する際
に、位置設定さえ正確に行えば、その取付姿勢が多少不
統一であっても、取付姿勢の影響を受けることなく地中
掘進機の掘進位置を正しく計測することができる。一
方、基点計測ユニットでは、前方の光源からの光の受光
位置を受光部で検出し、その受光位置に関するデータに
基づいて前方の光源の方向に関するデータを得て、地中
掘進機が発進したときの実際の発進方向を検出すること
ができる。また、被測点ユニットでは、後方の光源の方
向を検出してピッチング方向やヨーイング方向の掘削機
の姿勢を検出することができ、そのため、別途、掘削機
の姿勢検出用の計測器を新設しないでも済む。

【００１５】こうした地中掘進機の位置計測装置におい
て、本発明では、特に、中間計測ユニットが、その各受
光部で受光されるように光を発することのできる発光手
段を有するので、地中掘進機の掘進位置の計測時に中間
計測ユニットのどれかが光源の光を受光できなくなる異
常事態が発生したときに発光手段を作動させてその受光
に関与していない当該中間計測ユニットの光源の一つを
受光部に受光させて受光の有無を識別することにより、
当該中間計測ユニットが受光できない原因が少なくとも
当該中間計測ユニット自身にあるのか否か、その異常事
態の原因を遠隔的に探査することができる。したがっ
て、本発明によれば、地中掘進機の掘進位置の計測時に
計測ユニットが光源の光を受光できなくなったときにそ
の原因を遠隔的に探査することができて、普通の方法で
原因を究明する場合に比べて手間や困難が伴わない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明が実際上どのように
具体化されるのかを示す具体化例を図１乃至図５に基づ
いて説明することにより、本発明の実施の形態を明らか
にする。図１は、本発明の具体化例の地中掘進機の位置
計測装置に使用する中間計測ユニットの例を示す断面
図、図２は、図１の中間計測ユニットの前面図、図３
は、本発明の具体化例の地中掘進機の位置計測装置にお
ける故障判断装置の第一段階の作用を説明するための流
れ図、図４は、本発明の具体化例の地中掘進機の位置計
測装置における故障判断装置の第二段階の作用を説明す
るための流れ図、図５は、本発明や従来の技術に係る地
中掘進機の位置計測装置により地中掘進機の掘進位置を
計測している状態の全体像を概略的に示す図である。な
お、図５は、本発明及び従来の技術に共通の図であり、
同図における各計測ユニット４０，４０ａ，４０ｂは、
本発明と従来の技術とでは基本的な構造が同じでも細部
の構造が異なるが、説明の便宜上同一符号を付して表
す。

【００１７】まず、本発明の具体化例の基本的な技術内
容を図１、図２及び図５に基づいて説明する。本発明の
地中掘進機の位置計測装置では、地中掘進機の掘進位置
の指標となる被計測点の位置を計測の基点となる計測基
点との位置関係で計測する。その使用態様の一例を図５
に基づいて概説する。１０は地中掘進機の主要部をなす
掘削機、２０はシールド掘進機で掘削した坑道又は管推
進機で掘削した管渠等の地下坑、３０は地中掘進機の掘
進の出発点となる発進立坑である。掘削機１０は、管推
進機及びシールド掘進機等、地下坑を掘削しながら地中
を掘進する地中掘進機の掘削機であれば、何れのもので
もよい。地下坑２０は、管推進機であれば、ヒューム
管、鋼管等の埋設管で坑壁が形成され、シールド掘進機
であれば、鋼製又はコンクリート製のセグメントで坑壁
が形成される。

【００１８】４０ａは計測基点を設定する基点計測ユニ
ット、４０ｂは被計測点を設定する被測点計測ユニッ
ト、４０は地下坑２０内におけるこれら基点計測ユニッ
ト４０ａと被測点計測ユニット４０ｂとの間に設定され
た中間計測点に配置される中間計測ユニットである。中
間計測ユニット４０は、地中掘進機の掘進の進展に応じ
て一つ以上所望の数配置するが、ここでは、説明の便宜
上、三つの中間計測ユニット４０を配置した例を示して
いる。これらの計測ユニット４０，４０ａ，４０ｂは、
後に詳述するように、図示しない中央演算処理装置にそ
れぞれ通信ラインで接続されている。この中央演算処理
装置では、通信ラインを通じて入力される各計測ユニッ
ト４０，４０ａ，４０ｂでの検出結果に基づいて地中掘
進機の掘進位置を演算する。この中央演算処理装置での
演算結果やその演算結果に基づいて得られる情報は、オ
ペレータの操縦の便のために数値やグラフで図示しない
表示装置に表示される。

【００１９】地中掘進機の掘進位置を光で計測する場
合、その計測の基点となる計測基点と掘進中の地中掘進
機の現在位置を表すための指標となり得るような被計測
点を設定する必要があるが、基点計測ユニット４０ａ
は、計測基点を設定する役割を果たし、被測点計測ユニ
ット４０ｂは、被計測点を設定する役割を果たす。基点
計測ユニット４０ａは、通常、発進立坑３０に設置し、
被測点計測ユニット４０ｂは、通常、掘削機１０（シー
ルド工事ではシールド掘進機、管推進工事では先導体）
にそれぞれ設置する。基点計測ユニット４０ａ、中間計
測ユニット４０及び被測点計測ユニット４０ｂは、大別
すると、隣合う計測ユニットに対して拡散光を発する光
源と、隣合う計測ユニットの光源から拡散光を受けてそ
の光の方向を検出するように構成された光源方向検出手
段とからなっていて、何れも、基本的な構造は変わらな
い。

【００２０】各計測ユニット４０，４０ａ，４０ｂは、
このように、何れも基本的な構造は変わらないので、各
計測ユニット４０，４０ａ，４０ｂを代表して中間計測
ユニット４０の構造を図１及び図２に基づいて説明し、
併せて、他の計測ユニット４０ａ，４０ｂの構造も明ら
かにする。中間計測ユニット４０は、大別すると、隣合
う前方の計測ユニット及び後方の計測ユニットに向けて
それぞれ拡散光を発することができる前方光源１ａ及び
後方光源１ｂと、隣合う前方の計測ユニットの後方光源
１ｂ及び後方の計測ユニットの前方光源１ａからの拡散
光をそれぞれ集めることのできる集光手段としての凸レ
ンズ２ａ及び凸レンズ２ｂと、凸レンズ２ａ及び凸レン
ズ２ｂでそれぞれ集められた前方の計測ユニットの後方
光源１ｂ及び後方の計測ユニットの前方光源１ａからの
光をそれぞれ受光してその受光位置を検出する受光部３
ａ及び受光部３ｂとを有し、これらの要素を一体化して
ユニットをなすように構成している。

【００２１】光源１ａ，１ｂには、発光ダイオードのよ
うな拡散光を発するいわゆる点光源のようなものを用い
る。すなわち、レーザビームのような収束度の高い光線
を発するものは用いることができないが、基本的には、
微小なエリアから放射状に拡がる拡散光を発するような
ものであれば、設計上、適宜選択して使用することがで
きる。したがって、こうした条件に適うものであれば、
半導体レーザによるレーザ光のようなものであっても、
適宜使用することができる。受光部３ａ，３ｂには、Ｃ
ＣＤ撮像素子（ＣＣＤはＣｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ
−Ｄｅｖｉｃｅの略称である。）のような位置検出素子
を用いる。このＣＣＤ撮像素子は、一次元のラインセン
サでもよいが、ここでは、二次元の面センサを使用する
ことを前提にして説明する。受光部３ａ，３ｂに用いる
位置検出素子は、フォトダイオードの表面抵抗を利用し
て光スポットの位置を知ることのできるＰＳＤ（Ｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ−Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ−Ｄｅｖｉｃｅ）のよ
うなものでもよく、要は、集光手段で集められた光を受
光してその受光した光の位置を検出できるものであれ
ば、その種類は限定されない。

【００２２】中間計測ユニット４０は、以上述べた光源
１ａ，１ｂ、凸レンズ２ａ，２ｂ及び受光部３ａ，３ｂ
のほか、本発明の独自の工夫を具体化するための手段の
例として、それぞれの光源１ａ，１ｂの光を双方の受光
部３ａ，３ｂで受光され得るようにするための反射鏡５
ａ〜５ｄを備えているが、ここでは、本発明のベースと
なる基本的な技術内容を説明しているので、その詳細は
後に説明する。中間計測ユニット４０は、以上のほか、
付帯的構造としてコントローラ４、透明ガラス製の透明
板６及びケース７を備えている。各凸レンズ２ａ，２ｂ
と受光部３ａ，３ｂとは、互いに平行に配置して中間計
測ユニット４０のケース７内に取り付けられており、光
源１ａ，１ｂもケース７内に取り付けられている。透明
板６は、中間計測ユニット４０のケース７の前後に設け
た各光採取孔に覆うように取り付けられ、ケース７の気
密性を保持するとともにケース７内の光源１ａ，１ｂや
凸レンズ２ａ，２ｂ等を防護する。コントローラ４は、
ケース７に内蔵されて、光源１ａ，１ｂや受光部３ａ，
３ｂが電気的に接続されるとともに、図示しないケーブ
ルにより、前記通信ラインを通じて前記中央演算処理装
置に接続される。

【００２３】このコントローラ４は、光源１ａ，１ｂを
発光させるための電源部、受光部３ａ，３ｂで検出した
光の位置に関する画像データを数値データに変換して処
理するためのデータ処理部及びこのデータ処理部で処理
したデータを中央演算処理装置に出力するための通信処
理部等から構成される。このコントローラ４のデータ処
理部では、後に詳述するように、受光部３ａ，３ｂで検
出した光の位置のデータを各光源１ａ，１ｂの方向のデ
ータに変換したりその変換したデータを補正したりする
ための演算も行う。前記ケーブルは、コントローラ４の
通信処理部と中央演算処理装置との間で通信信号を送受
信するための信号路や中間計測ユニット４０に電源電流
を導くための電路を内蔵している。

【００２４】次に、こうした中間計測ユニット４０の受
光部３ａ，３ｂでの受光位置の検出結果に基づいて前後
に隣合う計測ユニットの光源１ｂ，１ａの方向を検出す
る原理を説明する。

【００２５】各受光部３ａ，３ｂには、それぞれの受光
面にＸ−Ｙ平面座標が予め設定されている。それゆえ、
各受光部３ａ，３ｂは、光源１ａ，１ｂからの拡散光が
結像すると、その結像位置すなわち集光した拡散光の受
光位置をＸ，Ｙ軸の座標点として検出することができ
る。こうして拡散光の受光位置が検出されると、その検
出結果に基づいて各光源１ａ，１ｂの方向を演算により
検出することができる。これらの各光源１ａ，１ｂの方
向は、中間計測ユニット４０の基準線Ｇに対して各光源
１ａ，１ｂの光軸Ｄ（各光源１ａ，１ｂの拡散光が前後
方向に直進するときの各出発点の中心位置とレンズ２
ａ，２ｂの中心位置とをそれぞれ結ぶ各線）のなす角度
で表すことができる。前記中間計測ユニット４０の基準
線Ｇは、通常はレンズ２ａ，２ｂの光軸Ｃ（レンズ２
ａ，２ｂの中心を通りこれに直交する軸線）に合わせる
ように設定する。

【００２６】各光源１ａ，１ｂの方向を表す前記の角度
は、具体的には、各光源１ａ，１ｂの方向の水平方向の
成分（レンズ２ａ，２ｂの光軸Ｃと各光源１ａ，１ｂの
光軸Ｄを水平面上へ正投影した線同士のなす角度）と垂
直方向の成分（レンズ２ａ，２ｂの光軸Ｃと各光源１
ａ，１ｂの光軸Ｄをレンズ２ａ，２ｂの光軸Ｃと平行な
垂直面上へ正投影した線同士のなす角度）とで特定する
ことができる。したがって、各光源１ａ，１ｂの方向の
水平方向の成分及び垂直方向の成分がゼロであること
は、各光源１ａ，１ｂの光軸Ｄがレンズ２ａ，２ｂの光
軸Ｃ上を通っていることに相当し、その場合、各光源１
ａ，１ｂの拡散光は、各受光部３ａ，３ｂのＸ−Ｙ平面
座標上の原点に結像する。

【００２７】これら各光源１ａ，１ｂの方向の水平方向
の成分及び垂直方向の成分は、レンズ２ａ，２ｂの光軸
Ｃ上を通る各光源１ａ，１ｂの光軸Ｄがそれぞれレンズ
２ａ，２ｂに入射した後、レンズ２ａ，２ｂの中心位置
から受光部３ａ，３ｂに到達するまでの距離（この値は
中間計測ユニット４０の仕様により定まる既知の値であ
る。）と、受光部３ａ，３ｂへの各光源１ａ，１ｂの拡
散光の結像位置のＸ軸方向の成分及びＹ軸方向の成分と
の関係から演算により求めることができる。こうした演
算は、中央演算装置４で行ってもよいが、光源１ａ，１
ｂの方向の水平方向の成分及び垂直方向の成分は、前記
の拡散光の結像位置のＸ軸方向の成分及びＹ軸方向の成
分が検出されれば、一義的に定まる値であって機械的に
求められるので、ここに示す例ではコントローラ４で求
めている。

【００２８】中間計測ユニット４０は、以上述べたよう
に光源１ａ，１ｂと集光手段としてのレンズ２ａ，２ｂ
と受光部３ａ，３ｂとを基本的な手段として備え、これ
らをケース内に組み込んでユニット状に一体構成してい
る。これに対し、基点計測ユニット４０ａは、前方に拡
散光を発する光源１ａと前方の光源１ｂからの拡散光を
集光するレンズ２ａとこのレンズ２ａで集光した光を受
光してその受光位置を検出する受光部３ａとを備えてい
る。また、被測点計測ユニット４０ｂは、後方に拡散光
を発する光源１ｂと後方の光源１ａからの拡散光を集光
する凸レンズ２ｂとこのレンズ２ｂで集光した光を受光
してその受光位置を検出する受光部３ｂとを備えてい
る。換言すると、基点計測ユニット４０ａ及び被測点計
測ユニット４０ｂは、それぞれ、中間計測ユニット４０
における前方側半分の機能及び後方側半分の機能を果た
す構造を備えており、この点を除けば、中間計測ユニッ
ト４０の構造と本質的な差異はない。

【００２９】したがって、基点計測ユニット４０ａ及び
被測点計測ユニット４０ｂには、中間計測ユニット４０
をそのまま使用し、セットする際にそれぞれ前方側半分
及び後方側半分だけが働くようにしたり、ソフト上、そ
れぞれ前方側半分及び後方側半分だけを活かすようにし
てもよい。このように中間計測ユニット４０に用いられ
る計測ユニットを基点計測ユニット４０ａや被測点計測
ユニット４０ｂに兼用するようにすれば、製作する機器
の種類を少なくできてそれらの製作を省力化することが
できるだけでなく、使用する機器の種類も少なくできて
機器の使用上の便もよい。

【００３０】こうした基点計測ユニット４０ａや被測点
計測ユニット４０ｂに必要な構造は、図２の中間計測ユ
ニット４０が備えているので、基点計測ユニット４０ａ
や被測点計測ユニット４０ｂに中間計測ユニット４０を
そのまま使用して、中間計測ユニット４０を計測基点や
被計測点にセットするときに必要な構造だけをソフト上
活かすようにしてもよい。このように中間計測ユニット
４０を基点計測ユニット４０ａや被測点計測ユニット４
０ｂに兼用するようにすれば、製作する機器の種類を少
なくできてそれらの製作を省力化することができるだけ
でなく、使用する機器の種類も少なくできて機器の使用
上の便もよい。

【００３１】図５は、こうした計測ユニット４０ａ，４
０ｂの間に複数個の中間計測ユニット４０を配置し、隣
合う計測ユニット間で拡散光を照射して地中掘進機の掘
進位置を計測するときの態様を示している。図５におい
て、Ｖは、隣合う計測ユニット間の基準点Ｐ（通常、レ
ンズ２ａ，２ｂの光軸Ｃ上で両レンズ２ａ，２ｂ間の真
中の点に設定する。）同士を結ぶ直線を表し、この明細
書では、こうした直線を見通し線と称する。各光源１
ａ，１ｂやレンズ２ａ，２ｂの位置と基準点Ｐとの間の
距離は、各計測ユニット４０，４０ａ，４０ｂ間の距離
と比べてごく僅少であるので、前述の各光源１ａ，１ｂ
の光軸Ｄ（各光源１ａ，１ｂの拡散光が前後方向に直進
するときの各出発点の中心位置とレンズ２ａ，２ｂの中
心位置とをそれぞれ結ぶ各線）は、この見通し線Ｖとほ
とんど一致し、それゆえ、超高精度の計測を要求しない
限り、光軸Ｄを見通し線Ｖとみなすことができる。な
お、超高精度の計測を要求するときには、各光源１ａ，
１ｂの方向の水平方向の成分及び垂直方向の成分をコン
トローラ４により演算で求める際に補正するようにすれ
ばよい。

【００３２】図５には、基点計測ユニット４０ａと被測
点計測ユニット４０ｂとの間に三つの中間計測ユニット
４０を設置した例を示しているが、これらの計測ユニッ
ト４０ａ，４０ｂの間には、地中掘進機の掘進距離や地
下坑２０のカーブの状態等を考慮しながら、一つ以上所
望の数の中間計測ユニット４０を、互いに見通すことの
できる適当間隔を置いて設置することができる。

【００３３】地中掘進機の掘進位置を計測する場合、前
後、上下、左右の３次元の位置座標上における計測基点
（座標の原点）に対する被計測点の相対位置を演算して
計測する。したがって、地中掘進機の掘進位置は、掘進
方向である前後方向の座標点に対応して上下方向の座標
点及び左右方向の座標点が求められて特定される。ま
た、これに対応して、光源１ａ，１ｂの方向に関する角
度も前述したように水平方向の成分及び垂直方向の成分
として求められて特定される。３次元の位置座標を設定
する場合、演算の便のため、座標の原点を計測基点に一
致させ、前後方向の座標軸を発進基準方向（地中掘進機
の発進時における予め設定した基準となる掘進路線の方
向）に一致させる。各計測ユニット４０，４０ａ，４０
ｂを各計測点に設置する場合には、基点計測ユニット４
０ａについてはその基準線Ｇを発進基準方向に合わせ、
被測点ユニット４０ｂについては掘削機１０の中心軸線
の方向に合わせるように姿勢を調整するが、中間計測ユ
ニット４０については、予め定めた位置に設置するだけ
で姿勢までも調整する必要はない。

【００３４】中間計測ユニット４０では、光の受光位置
に関する検出結果に基づいて隣合う前方の計測ユニット
の後方光源１ｂの方向や後方の計測ユニットの前方光源
１ａの方向を検出する。これらの光源１ａ，１ｂの方向
のうち、前方の計測ユニットの後方光源１ｂの方向は、
中間計測ユニット４０の基準線Ｇとその基準線Ｇの前方
側の見通し線Ｖとのなす角度で表すことができ、後方の
計測ユニットの前方光源１ａの方向は、中間計測ユニッ
ト４０の基準線Ｇとその基準線Ｇの後方側の見通し線Ｖ
とのなす角度で表すことができる。基点計測ユニット４
０ａでは、隣合う前方の中間計測ユニット４０の後方光
源１ｂの方向を検出し、これにより地中掘進機が発進し
たときの実際の発進方向を検出する。この発進方向は、
前記したように基点計測ユニット４０ａの基準線Ｇを発
進基準方向に合わせていることから、その基準線Ｇと見
通し線Ｖとのなす角度で表すことができる。

【００３５】この地中掘進機の位置計測装置では、こう
した発進方向に関する角度に関するデータを得るのと並
行して、隣合う各計測ユニット４０，４０ａ，４０ｂ間
の距離に関するデータを適宜の方法で収集する。これら
角度や距離に関するデータが得られると、地中掘進機の
掘進位置は一義的に定まるので、これらのデータから計
測基点に対する被計測点の相対位置を３次元の位置座標
における座標点として求めることができる。したがっ
て、地中掘進機の掘進位置すなわち計測基点に対する被
計測点の相対位置は、帰するところ、基点計測ユニット
４０ａや各中間計測ユニット４０での検出結果から得ら
れる光源１ａ，１ｂの方向に関するデータと、隣合う各
計測ユニット４０，４０ａ，４０ｂ間の距離に関するデ
ータとに基づいて演算により計測することができる。

【００３６】こうした演算は、各計測ユニット４０，４
０ａ，４０ｂから通信ラインを通じて入力される各光源
１ａ，１ｂの方向に関するデータや別途計測されて入力
される距離に関するデータに基づいて中央演算処理装置
により行われる。この中央演算処理装置には表示装置が
接続されているため、中央演算処理装置で演算された地
中掘進機の現在位置は、この表示装置に表示されて、地
中掘進機の現在位置に関する信頼性の高い情報をオペレ
ータにリアルタイムに提供することができる。なお、被
測点ユニット４０ｂの受光部３ｂは、隣合う後方の中間
計測ユニット４０の前方光源１ａの方向を検出すること
により、ピッチング方向やヨーイング方向の掘削機１０
の姿勢を検出する働きをする。それゆえ、地中掘進機に
通常設けられていたピッチング計やヨーイング計等の掘
削機の姿勢検出用の計測器を別途新設しないでも、掘削
機１０の姿勢を検出することができる。

【００３７】隣合う各計測ユニット４０，４０ａ，４０
ｂ間の距離を計測する方法について述べると、地中掘進
機が管推進機である場合には、例えば、埋設済みの埋設
管の数により算出される距離データと元押しジャッキの
ストローク計で検出される距離データとに基づいて計測
する方法を挙げることができる。また、地中掘進機がシ
ールド掘進機である場合には、例えば、セグメントの種
類と数に基づいて算出される距離データとシールドジャ
ッキのストローク計で検出される距離データとに基づい
て計測する方法を挙げることができる。これらの方法
は、何れも、管推進機やシールドジャッキに通常付設さ
れている元押しジャッキのストローク計やシールドジャ
ッキのストローク計を距離の計測にも活用することがで
きて、距離の計測のために特別の距離計測手段を新設す
る必要がない。

【００３８】本地中掘進機の位置計測装置では、光源１
ａ，１ｂからの拡散光を各計測ユニット４０，４０ａ，
４０ｂにおいてレンズ２ａ，２ｂで集光し、その集光し
た光を受光部３ａ，３ｂで受光してその受光位置を検出
することにより、前方の光源４１や後方の光源４２の方
向を検出するようにしている。その場合、光源として特
に拡散光を発することのできる光源１ａ，１ｂを用いて
拡がりをもつ光でレーザビームよりも広い領域を照らせ
るようにしているため、ウエッジプリズムを回動させる
ことによりレーザビームを受光部に当てる従来の技術で
行われているような操作は行わなくても済む。その結
果、こうした操作を可能にするための回転機構を設ける
必要もなくなるため、従来の技術とは異なり、回転機構
に起因する機械的な計測誤差も生じない。また、拡散光
の光源１ａ，１ｂは、このように照射領域が広いため、
各計測ユニット４０，４０ａ，４０ｂや光源１ａ，１ｂ
が外力により振動しても、各計測ユニット４０，４０
ａ，４０ｂを常に照らすことができて計測に支障が生じ
ることもない。

【００３９】特に中間計測ユニット４０では、受光部３
ａ，３ｂの受光位置により隣合う前方の光源４１及び後
方の光源４２の双方の光源の方向を検出するようにして
いるため、これらの検出結果から求められる隣合う前後
の見通し線Ｖの角度関係は、中間計測ユニット４０がピ
ッチング方向やヨーイング方向に変位しても（上下方向
や左右方向に揺動しても）変動しない。そのため、この
地中掘進機の位置計測装置では、中間計測ユニット４０
が外力によりピッチング方向やヨーイング方向に振動し
ても、計測誤差が生じにくい。また、こうしたことか
ら、中間計測ユニット４０を計測点に取り付ける際に、
位置設定さえ正確に行えば、取付姿勢が不統一であって
も、その取付姿勢の影響を受けることなく地中掘進機の
掘進位置を正しく計測することができる。

【００４０】図５に示す例では、計測基点を発進立坑３
内に設定して、基点計測ユニット４０ａでは隣合う前方
の中間計測ユニット４０の後方光源４２の方向だけを検
出するようにしているが、発進立坑３０の前方の地下坑
２０内に発進立坑３０との位置関係を特定した上で計測
基点を設定し、この前方の計測基点に向けて拡散光を発
する光源を発進立坑３０内に設置して、この光源と前記
後方光源４２の双方の光源方向を基点計測ユニット４０
ａで検出するようにしてもよい。計測基点を発進立坑３
内に設定した場合、高精度の計測を行うには、基点計測
ユニット４０ａについてその基準線を発進基準方向に合
わせるように取付姿勢を精度よく調整する困難な作業を
必要とするが、このように計測基点を発進立坑３０前方
の地下坑２０内に設定した場合には、基点計測ユニット
４０ａでも、中間計測ユニット４０と同様、取付姿勢の
影響を受けることなく正しく計測できるため、取付姿勢
を調整しなくても、高精度の計測を簡便に行うことがで
きる。本発明を具体化する場合には、これら何れの方法
を採用してもよく、計測基点には、少なくとも隣合う前
方の中間計測ユニット４０の光源４２からの拡散光を集
光してその受光位置を検出することができる基点計測ユ
ニット４０ａを設置するようにすれば、地中掘進機の位
置計測の目的は達成することができる。

【００４１】本発明の地中掘進機の位置計測装置を実際
上具体化する場合、ここに示す例では、以上のような地
中掘進機の位置計測装置をベースにして、図１に示すよ
うに内部に反射鏡５ａ〜５ｄを配置して中間計測ユニッ
ト４０を構成する。これらの反射鏡５ａ〜５ｄを図１に
示すように配置したことにより、中間計測ユニット４０
の各光源１ａ，１ｂは、単に隣合う前方、後方の計測ユ
ニットに向けて拡散光を発するだけではなく、その中間
計測ユニット４０内の二つの受光部３ａ，３ｂで受光さ
れるように光を発することもできるようになる。すなわ
ち、図１に示すように、光源１ａの光は、反射鏡５ａに
反射されて受光部３ａで受光されるようにもなるし、反
射鏡５ａ、反射鏡５ｃ及び反射鏡５ｂで順次反射されて
受光部３ｂで受光されるようにもなる。同様にして、光
源１ｂの光は、反射鏡５ｂに反射されて受光部３ｂで受
光されるようにもなるし、反射鏡５ｂ、反射鏡５ｄ及び
反射鏡５ａで順次反射されて受光部３ａで受光されるよ
うにもなる。

【００４２】すでに述べたように、図５の地中掘進機の
位置計測装置において、例えば、計測ユニット４０，４
０ａ，４０ｂのうち［３］の中間計測ユニット４０が何
らかの原因で［２］及び［４］の中間計測ユニット４０
の光源１ａ，１ｂの光を受光できなくなったとすると、
［２］及び［４］の中間計測ユニット４０で光の受光位
置を検出できたとしても、掘進位置の計測それ自体が不
可能になるため、その原因を究明する必要がある。しか
しながら、その原因は、［３］の中間計測ユニット４０
の受光部３ａ，３ｂが故障している、［２］及び［４］
の各中間計測ユニット４０の光源１ａ，１ｂが故障して
いる、［３］の中間計測ユニット４０が［２］及び
［４］の各中間計測ユニット４０の光源１ａ，１ｂの光
を受光する上で適切に設置されていない等種々あるた
め、中間計測ユニット４０を坑内から回収するという直
接的な方法で原因を究明しようとすると、多大の手間と
困難が伴う。本地中掘進機の位置計測装置では、前記の
ように反射鏡５ａ〜５ｄを内部に配置して中間計測ユニ
ット４０を構成することにより、こうした問題を解消で
きるようにするための故障判断装置を構成している。こ
の故障判断装置は、地中掘進機の掘進位置の計測時に計
測ユニットが光源の光を受光できなくなったときにその
原因を遠隔的に探査することができる。

【００４３】そこで、［３］の中間計測ユニット４０が
［２］の中間計測ユニット４０の前方光源１ａ及び
［４］の中間計測ユニット４０の後方光源１ｂの光を受
光できない異常が発生した場合を例にして、こうした故
障判断装置の仕組みを、図３及び図４の流れ図を用いて
説明する。この故障判断装置は、異常の原因がどの計測
ユニットにあるかのレベルまで探査できるようにした一
次探査機構と、異常の原因が一次探査機構で探査した計
測ユニット中の光源及び受光部の何れにあるかのレベル
まで詳細に探査できるようにした二次探査機構とからな
る。このうち、一次探査機構の仕組みを図３に、二次探
査機構の仕組みを図４に示している。

【００４４】まず、一次探査機構の仕組みを、図３を用
いて説明する。［３］の中間計測ユニット４０が［２］
及び［４］の中間計測ユニット４０の光源１ａ，１ｂの
光を受光できなくなったとき、処理１００で［３］の中
間計測ユニット４０の光源１ａを点灯すると、同中間計
測ユニット４０の受光部３ａは、処理１１０でその光源
１ａの光を受光する。そうすると、処理１１１に移行
し、処理１１１では、受光部３ａが実際に光源１ａの光
を受光しているか否か、すなわち受光ありか否かを判定
する。その結果、受光ありと判定されたときには、受光
部３ａに異常なしとの１２０に示す結果１の判断と、光
源１ａに異常なしとの１２１に示す結果２の判断をそれ
ぞれ下し、処理１３０に移行する。受光ありか否かの判
定は、受光部３ａに例えばＣＣＤカメラを用いた場合、
ＣＣＤカメラの画面に何らかの画像が写っているか否か
で行う。その場合、その画像の明るさが設定値以上であ
るときは何らかの画像が写っている、すなわち受光あり
と判断する。一方、処理１１１で受光ありと判定されな
かったときには、光源１ａ又は受光部３ａに異常ありと
の１２２に示す結果３の判断を下し、同じく処理１３０
に移行する。

【００４５】処理１３０に移行すると、今度は、［３］
の中間計測ユニット４０の光源１ｂを点灯する。こうし
て光源１ｂを点灯すると、［３］の中間計測ユニット４
０の受光部３ｂは、処理１４０でその光源１ａの光を受
光する。そうすると、処理１４１に移行し、処理１４１
では、受光部３ｂが実際に光源１ｂの光を受光している
か否か、すなわち受光ありか否かを判定する。その結
果、受光ありと判定されたときには、受光部３ｂに異常
なしとの１５０に示す結果４の判断と、光源１ｂに異常
なしとの１５１に示す結果５の判断とをそれぞれ下し、
処理１６０に移行する。一方、処理１４１で受光ありと
判定されなかったときには、光源１ｂ又は受光部３ｂに
異常ありとの１５２に示す結果６の判断を下し、後に詳
述する処理２００に移行する。受光部３ｂ及び光源１ｂ
に異常なしの結果４及び結果５の判断が下され処理１６
０に移行すると、処理１６０では、光源１ａ又は受光部
３ａに異常ありとの１２２に示す結果３の判断が下され
たか否か、すなわち結果３に異常ありか否かが確認され
る。その結果、異常ありのときには、前記の処理２００
に移行し、異常ありでないときには、［３］の中間計測
ユニット４０の全ての光源１ａ，１ｂ及び受光部３ａ，
３ｂに異常がないこととなり、この故障判断装置の一次
探査機構による処理を終了する。

【００４６】この一次探査機構によれば、当該中間計測
ユニット４０について、光源１ａ、受光部３ａの少なく
とも一方及び光源１ｂ、受光部３ｂの少なくとも一方に
異常があるか否かのレベルで異常を探査することができ
る。したがって、［３］の中間計測ユニット４０が
［２］の中間計測ユニット４０の前方光源１ａ及び
［４］の中間計測ユニット４０の後方光源１ｂの光を受
光できない異常が発生した場合において、［３］の中間
計測ユニット４０の受光部３ａ、光源１ａ及び受光部３
ｂ、光源１ｂの何れにも異常がないとの結果１、結果２
及び結果４、結果５の判断が下されたときは、［３］の
中間計測ユニット４０の両隣の［２］及び［４］の中間
計測ユニット４０について、以上述べたのと同様の図３
の処理を行う。その結果、［２］の中間計測ユニット４
０に結果３、［４］の中間計測ユニット４０に結果６の
判断が下されたときには、［２］の中間計測ユニット４
０の前方光源１ａ及び［４］の中間計測ユニット４０の
後方光源１ｂに異常があると推断することができる。

【００４７】また、［２］の中間計測ユニット４０の前
方光源１ａに異常なしとの結果３、［４］の中間計測ユ
ニット４０の後方光源１ｂに異常なしとの結果６の判断
が下されたときには、計測機器そのものには問題がない
ことになる。したがって、この場合には、［３］の中間
計測ユニット４０自体が極端に傾いていたりその向きが
きわめて不適切であったする等、［３］の中間計測ユニ
ット４０の設置状態が［２］及び［４］の各中間計測ユ
ニット４０の光源１ａ，１ｂの光を受光する上で適切な
状態にないと判断することができる。

【００４８】一方、［３］の中間計測ユニット４０の光
源１ａ又は受光部３ａに異常ありとの結果３の判断及び
光源１ｂ又は受光部３ｂに異常ありとの結果６の判断が
下されたときには、その受光部３ａ及び受光部３ｂに異
常があるものと推定することができる。なぜならば、仮
に、光源１ａ，１ｂに異常があり受光部３ａ，３ｂに異
常がないものとすると、［２］及び［４］の各中間計測
ユニット４０の光源１ａ，１ｂにも異常があることにな
って、［３］の中間計測ユニット４０の光源１ａ，１ｂ
とこれと隣合う前後の光源１ａ，１ｂとが同時に故障し
ていることになるが、こうした光源の同時故障は、稀に
しか起り得ないからである。［３］の中間計測ユニット
４０について、このように結果３及び結果６の判断が下
されたときは、その計測機器そのものに問題があること
になるので、何れにしても中間計測ユニット４０を回収
し、異常の原因を究明して修理する必要がある。以上の
ように、一次探査機構によれば、当該中間計測ユニット
４０が受光できなくなった原因がどの中間計測ユニット
４０にあるかを遠隔探査することができて、普通の方法
で原因を究明する場合に比べて手間や困難が伴わない。
したがって、中間計測ユニット４０にこの一次探査機構
を設けるだけでも所期の目的は達成することができる。

【００４９】しかしながら、この地中掘進機の位置計測
装置では、前記の結果３及び結果６の判断が下されたも
のについて更に詳細に原因が究明できるように、中間計
測ユニット４０に二次探査機構を設けて、第二段階の処
理である異常個所詳細診断処理２００を引き続き行うよ
うにしている。そこで、この異常個所詳細診断処理の内
容を、図４を用いて説明する。

【００５０】この異常個所詳細診断処理では、まず、処
理２０１において、前記図３の処理で光源１ａ又は受光
部３ａに異常ありとの結果３の判断が下されたか否か、
すなわち結果３が異常であるか否かを判定する。ここ
で、結果３が異常であると判定されなかった場合とは、
結果６だけが異常である場合、すなわち、光源１ｂ及び
受光部３ｂの少なくとも一方に異常があり、光源１ａ及
び受光部３ａには異常がない場合である。処理２０１で
の判定の結果、結果３が異常であると判定されなかった
ときには、処理２１０に移行し、［３］の中間計測ユニ
ット４０の光源１ａ，１ｂのうち、異常のないことが図
３の処理で確認されている光源１ａを点灯する。こうし
て光源１ａを点灯すると、［３］の中間計測ユニット４
０の受光部３ｂは、処理２２０でその光源１ａの光を受
光する。そうすると、処理２２３に移行し、処理２２３
では、受光部３ｂが実際に光源１ａの光を受光している
か否か、すなわち受光があるか否かを判定する。その結
果、受光があると判定されなかったときには、受光部３
ｂが異常のない光源１ａで受光できなかったのであるか
ら、受光部３ｂに異常ありとの２３０に示す結果７の判
断を下す。また、受光があると判定されたときには、光
源１ｂに異常ありとの２３１に示す結果８の判断を下
す。

【００５１】一方、処理２０１で結果３が異常であると
判定されたときには、処理２０２に移行して、処理２０
２では、前記図３の処理で光源１ｂ又は受光部３ｂに異
常ありとの結果６の判断が下されたか否か、すなわち結
果６が異常であるか否かを判定する。ここで、結果６が
異常であると判定されなかった場合とは、結果３だけが
異常である場合、すなわち、光源１ａ及び受光部３ａの
少なくとも一方に異常があり、光源１ｂ及び受光部３ｂ
には異常がない場合である。処理２０２での判定の結
果、結果６が異常であると判定されなかったときには、
処理２１１に移行し、異常のないことがすでに確認され
ている光源１ｂを点灯する。こうして光源１ｂを点灯す
ると、［３］の中間計測ユニット４０の受光部３ａは、
処理２２１でその光源１ｂの光を受光する。そうする
と、処理２２４に移行し、処理２２４では、受光部３ａ
が実際に光源１ｂの光を受光しているか否か、すなわち
受光があるか否かを判定する。その結果、受光があると
判定されなかったときには、受光部３ｂに異常ありとの
２３２に示す結果９の判断を下す。また、受光があると
判定されたときには、光源１ｂに異常ありとの２３３に
示す結果１０の判断を下す。結果３及び結果６の一方だ
けに異常があるときには、以上の図４の処理により
［３］の中間計測ユニット４０内の異常個所まで特定す
ることができる。

【００５２】次に、前記処理２０２で結果６が異常であ
ると判定された場合の処理すなわち結果３及び結果６の
双方に異常がある場合の処理について述べる。処理２０
２で結果６が異常であると判定された場合には、処理２
０２のＹＥＳのところに示すように、すでに述べた処理
２１０，２２０，２２３及び処理２１１，２２１，２２
４を実施する。すなわち、光源１ａを点灯してその光源
１ａの光を受光部３ｂで受光し、受光部３ｂに受光があ
るか否かを判定する２１０，２２０，２２３の処理を行
うとともに、光源１ａを点灯してその光源１ｂの光を受
光部３ａで受光し、受光部３ａに受光があるか否かを判
定する２１１，２２１，２２４の処理を行う。これらの
処理の結果、受光部３ｂに受光があるとの判定結果が得
られたときには、光源１ａ及び受光部３ｂには異常がな
く、光源１ｂ及び受光部３ａに異常があるということに
なる。また、受光部３ａに受光があるとの判定結果が得
られたときには、光源１ｂ及び受光部３ａには異常がな
く、光源１ａ及び受光部３ｂに異常があるということに
なる。

【００５３】受光部３ａ及び受光部３ｂに受光があると
判定されなかったときとは、光源１ａ及び光源１ｂの双
方、受光部３ａ及び受光部３ｂの双方又はこれらの全部
に異常がある場合であり、このような場合には、［３］
の中間計測ユニット４０内の異常個所を厳密には特定す
ることはできない。しかしながら、このようなケース
は、実際上はほとんど起りえないことであり、こうした
ケースで中間計測ユニット４０内の異常個所が特定でき
ないとしても、実用上は支障がない。この故障判断装置
においては、以上の処理により、［３］の中間計測ユニ
ット４０が受光不能になったときの原因の遠隔的探査を
一応終了する。図１及び図２には図示していないが、図
１の一次探査機構及び図２の二次探査機構では、各光源
１ａ，１ｂの点灯後、各受光部３ａ，３ｂの受光の有無
を判定する各処理過程において、その処理が終了する都
度、点灯している光源１ａ，１ｂを自動的に消灯させる
ように指令する。

【００５４】［３］の中間計測ユニット４０内の異常個
所が二次探査機構で厳密に特定できない場合において更
に原因を究明したいときには、［３］の中間計測ユニッ
ト４０の光源１ａ及び光源１ｂの拡散光を、それぞれ
［２］の中間計測ユニット４０の受光部３ｂ及び［４］
の中間計測ユニット４０の受光部３ａに向けて発して、
これらの受光部３ａ及び受光部３ｂが受光しているか否
か調べればよい。その結果、両受光部３ａ及び受光部３
ｂが受光したときには、［３］の中間計測ユニット４０
の光源１ａ及び光源１ｂに異常がなく、［３］の中間計
測ユニット４０内の受光部３ａ及び受光部３ｂに異常が
あると判断できるし、受光しなかったときには、［３］
の中間計測ユニット４０内の光源１ａ及び光源１ｂの双
方に異常があり、［３］の中間計測ユニット４０内の受
光部３ａ及び受光部３ｂには、異常がないと推断するこ
とができる。

【００５５】また、［２］及び［４］の中間計測ユニッ
ト４０について図３及び図４の処理を行って、［２］の
中間計測ユニット４０の光源１ｂ及び［４］の中間計測
ユニット４０の光源１ａに異常があるか否かを判断する
ことにより、［３］の中間計測ユニット４０内の異常個
所を絞り込むこともできる。すなわち、図３及び図４の
処理の結果、［２］の中間計測ユニット４０の光源１ｂ
及び［４］の中間計測ユニット４０の光源１ａに異常が
ないと判断されたときには、少なくとも［３］の中間計
測ユニット４０内の受光部３ａ及び受光部３ｂに異常が
あると判断できる。また、それらの光源１ｂ及び光源１
ａに異常があると判断されたときには、［３］の中間計
測ユニット４０内の受光部３ａ及び受光部３ｂには異常
がなく、［３］の中間計測ユニット４０内の光源１ａ及
び光源１ｂに異常があると高い確率で推断することがで
きる。しかしながら、こうしたケースは、［２］、
［３］及び［４］の中間計測ユニット４０の全ての光源
１ａ，１ｂに異常があるケースであるから、電源や配線
系統に故障がある場合以外にはほとんど起こりえないケ
ースであるといえる。

【００５６】以上述べた故障判断装置において、一次探
査機構では、当該中間計測ユニット４０の受光部３ａ，
３ｂが受光できなくなった場合に、その受光に関与して
いない当該中間計測ユニット４０の光源１ａ，１ｂの一
つを受光部３ａ，３ｂに受光させて受光の有無を識別す
ることにより、当該中間計測ユニット４０内の計測機器
に異常があるか否かを判断できるようにしている。その
ため、当該中間計測ユニット４０が受光できない原因が
当該中間計測ユニット４０自身にあるのか発光側の中間
計測ユニット４０にあるのかを判別することができる。
したがって、この一次探査機構を地中掘進機の位置計測
装置に設ければ、当該中間計測ユニット４０が受光でき
なくなった原因がどの中間計測ユニット４０にあるかを
遠隔探査することができて、その異常の原因を普通の方
法で究明する場合に比べて手間や困難が伴わない。

【００５７】また、二次探査機構では、一次探査機構で
利用した光源１ａ，１ｂの他の一つを利用して受光部３
ａ，３ｂの受光機能の存否を探知することにより二つの
光源１ａ，１ｂで二重に探知するため、仮に一方の光源
に異常があるときでも他方の光源でその受光機能の存否
を探知することができて、当該中間計測ユニット４０の
受光部３ａ，３ｂに異常があるか否かを適正に判断する
ことができる。したがって、この二次探査機構を一次探
査機構と共に地中掘進機の位置計測装置に設ければ、当
該中間計測ユニット４０が受光できなくなった原因がど
の中間計測ユニット４０にあるかを一層確実に遠隔探査
することができるとともに、その原因が中間計測ユニッ
ト４０内の受光部３ａ，３ｂにあるのか否かの異常個所
も遠隔探査することができて、中間計測ユニット４０の
修復作業を迅速かつ適確に行うことができる。図１及び
図２に示す各探査機構では、中間計測ユニット４０の光
源１ａ，１ｂを異常探査用の光源に兼用しているため、
中間計測ユニットの光源１ａ，１ｂを地中掘進機の位置
計測のためだけではなく、中間計測ユニット４０が受光
できない原因の探査にも利用できて、一つの光源１ａ，
１ｂを有効に活用することができるとともに中間計測ユ
ニット４０内の配線も複雑化しない。

【００５８】図１に示す例では、中間計測ユニット４０
の各光源１ａ，１ｂの光を、その内部の反射鏡５ａ〜５
ｄで導いて中間計測ユニット４０内の各受光部３ａ，３
ｂに受光させ得るようにしているが、こうした反射鏡５
ａ〜５ｄを省略して、各光源１ａ，１ｂを、その少なく
とも一部の光が各受光部３ａ，３ｂに当たるように、中
間計測ユニット４０内に配置してもよい。中間計測ユニ
ット４０の異常原因を遠隔探査する場合、図１に示す例
では、中間計測ユニット４０の計測用の光源１ａ，１ｂ
を用いているが、こうした計測用の光源１ａ，１ｂを用
いないで、異常探査専用の光源を中間計測ユニット４０
に別途設けてもよく、要は、中間計測ユニット４０の各
受光部３ａ，３ｂで受光されるように光を発し得る発光
手段を有するように、中間計測ユニット４０を構成すれ
ばよい。

【００５９】図３の一次探査機構だけを地中掘進機の位
置計測装置に設ける場合、こうした発光手段は少なくと
も一つ設ければよい。この一次探査機構と共に図４の二
次探査機構を地中掘進機の位置計測装置に設ける場合、
こうした発光手段は二つ以上設けることとし、その数は
多ければ多いほど、受光部３ａ，３ｂの受光機能の存否
をそれらの発光手段で幾重にもに探知することができ
て、異常個所の遠隔探査をより確実に行うことができ
る。

【００６０】前記したように、発光手段を中間計測ユニ
ット４０の光源１ａ，１ｂで兼用しないで異常探査専用
の光源を別途設けるようにした場合には、発光手段の光
を隣合う計測ユニットに向けることについて配慮する必
要がないので、発光手段の光を受光部３ａ，３ｂで受光
させる上で望ましい中間計測ユニット４０の位置に発光
手段を配置するようにその配置を選択することができ
る。また、このように発光手段を中間計測ユニット４０
の光源１ａ，１ｂで兼用しないようにした場合には、そ
の使用頻度を著しく減少させることができて発光手段の
故障率を少なくすることができるとともに、発光手段
は、遠方に光を送ることなく中間計測ユニット４０内の
受光部３ａ，３ｂにだけ光を送ればよいので、発光手段
には、受光部３ａ，３ｂの異常を探査する上で最適なも
のを選択することができる。

【００６１】ここでは、中間計測ユニット４０に一次探
査機構や二次探査機構を設ける例を示したが、こうした
探査機構は、基点計測ユニット４０ａや被測点ユニット
４０ｂにも、以上述べた態様に準じて当然設けることが
できる。その場合において二次探査機構を設けるときに
は、二つの光源１ａ，１ｂを有する中間計測ユニット４
０を基点計測ユニットや被測点ユニットに兼用したとき
は別にして、そうでないときには、基点計測ユニット４
０ａや被測点ユニット４０ｂに異常探査専用の光源を追
加して設ける必要がある。以上述べた探査機構は、例え
ば、発進立坑３０の近くに設ける計測ユニット４０，４
０ａや作業員のいるシールド掘進機本体内に設ける被側
点計測ユニット４０ｂ等、地下坑内からの回収や異常原
因の究明にそれほど手間がかからない個所に設置する計
測ユニットについては、必ずしも設ける必要はなく、周
辺条件に応じて適宜選択して設けるようにすればよい。

【００６２】ここでは、中間計測ユニット４０として、
前方及び後方の拡散光を集光するための二枚のレンズ３
ａ，３ｂを有しそれらの背後にそれぞれ受光部３ａ，３
ｂを配置したものを用い、こうした中間計測ユニット４
０に本発明を具体化した例を示したが、前方及び後方の
拡散光の入射を阻止しない位置に受光部３ａ，３ｂを設
けてこれらの各拡散光を共通のレンズで集光するように
するとともにその集光した各拡散光を反射プリズム等の
反射手段で受光部３ａ，３ｂに導くようにした中間計測
ユニット４０に本発明を適用することができる。

【００６３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、「地下坑を掘削しながら地中を掘進する地中掘進機
の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に配置しそ
の掘進位置の指標となる被計測点の位置を、掘進方向後
方に配置し計測の基点となる計測基点との位置関係で計
測する地中掘進機の位置計測装置」を構成する場合、
「課題を解決するための手段」の項に示したように構成
しているので、本発明によれば、地中掘進機の掘進位置
の計測時に計測ユニットが光源の光を受光できなくなっ
たときにその原因を遠隔的に探査することができる地中
掘進機の位置計測装置が得られる。その結果、本発明の
地中掘進機の位置計測装置では、その異常の原因を普通
の方法で究明する場合に比べて手間や困難が伴わない。
一方、地中掘進機の位置計測の際には、計測時に光源の
光を受光部に当てる操作は要せず、機械的な計測誤差や
振動による計測誤差が生じにくいとともに、中間計測ユ
ニットを設置する際に位置設定さえ正確に行えば、その
取付姿勢が多少不統一であっても、取付姿勢の影響を受
けることなく地中掘進機の掘進位置を正しく計測できる
という効果を発揮する。また、被測点ユニットでは、ピ
ッチング方向やヨーイング方向の掘削機の姿勢を検出す
ることができて掘削機の姿勢検出用の計測器を別途設け
なくても済む。

【００６４】以上の効果を発揮することに加え、本発明
を具体化する場合に、特に、特許請求の範囲の請求項２
に記載のように具体化すれば、発光手段の光を受光部で
受光させる上で望ましい中間計測ユニットの位置に発光
手段を配置するようにその配置を選択することができ
る。また、その発光手段の使用頻度を著しく減少させる
ことができて発光手段の故障率を少なくすることができ
るとともに、発光手段には、受光部の異常を探査する上
で最適なものを選択することができる。本発明を具体化
する場合に、特に、特許請求の範囲の請求項３に記載の
ように具体化すれば、中間計測ユニットの光源を地中掘
進機の位置計測のためだけではなく、中間計測ユニット
が受光できない原因の探査にも利用できて、一つの光源
を有効に活用することができるとともに、中間計測ユニ
ット内の配線も複雑化しない。本発明を具体化する場合
に、特に、特許請求の範囲の請求項４に記載のように具
体化すれば、当該中間計測ユニットが受光できなくなっ
た原因を一層確実に遠隔探査することができるととも
に、その原因が中間計測ユニット内の受光部にあるのか
否かの異常個所も遠隔探査することができて、中間計測
ユニットの修復作業を迅速かつ適確に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体化例の地中掘進機の位置計測装置
に使用する中間計測ユニットの例を示す断面図である。

【図２】図１の中間計測ユニットの前面図である。

【図３】本発明の具体化例の地中掘進機の位置計測装置
における故障判断装置の第一段階の作用を説明するため
の流れ図である。

【図４】本発明の具体化例の地中掘進機の位置計測装置
における故障判断装置の第二段階の作用を説明するため
の流れ図である。

【図５】本発明や従来の技術に係る地中掘進機の位置計
測装置により地中掘進機の掘進位置を計測している状態
の全体像を概略的に示す図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 光源 ２ａ，２ｂ 凸レンズ ３ａ，３ｂ 受光部 ４ コントローラ ５ａ〜５ｄ 反射鏡 １０ 掘削機 ２０ 地下坑 ３０ 発進立坑 ４０ 中間計測ユニット ４０ａ 基点計測ユニット ４０ｂ 被測点計測ユニット Ｃ レンズの光軸 Ｄ 光源の光軸 Ｇ 基準線 Ｐ 基準点 Ｖ 隣合う計測ユニット間の見通し線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 美野本 泰 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 下村 義昭 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 2D054 AA01 AA02 GA02 GA04 GA62 GA82

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地下坑を掘削しながら地中を掘進する地
   中掘進機の掘進位置の計測に用いられ、掘進方向前方に
   配置しその掘進位置の指標となる被計測点の位置を、掘
   進方向後方に配置し計測の基点となる計測基点との位置
   関係で計測する地中掘進機の位置計測装置であって、前
   方に拡散光を発する光源と少なくとも前方の光源からの
   拡散光を集光する集光手段と集光手段で集光した光源か
   らの光を受光してその受光位置を検出する受光部とを有
   し計測基点を設定する基点計測ユニットと、少なくとも
   後方に拡散光を発する光源を有し被計測点を設定する被
   測点計測ユニットと、前方及び後方に拡散光を発する各
   光源と前方及び後方の光源からの拡散光をそれぞれ集光
   する集光手段と集光手段でそれぞれ集光した各光源から
   の光をそれぞれ受光してその受光位置を検出する各受光
   部とを有し地下坑における基点計測ユニットと被測点計
   測ユニットとの間に配置される少なくとも一つの中間計
   測ユニットと、基点計測ユニット及び中間計測ユニット
   での光の受光位置に関するデータに基づいて得られる各
   光源の方向に関するデータと隣合う各計測ユニット間の
   距離に関するデータとに基づいて、計測基点に対する被
   計測点の相対位置を演算して計測するようにするととも
   に、中間計測ユニットは、その中間計測ユニットの各受
   光部で受光されるように光を発することのできる発光手
   段を有して、この発光手段を非計測時に作動させ得るよ
   うにしたこと特徴とする地中掘進機の位置計測装置。
2. 【請求項２】 発光手段として、中間計測ユニットの光
   源とは別の光源を別途設けたことを特徴とする請求項１
   記載の地中掘進機の位置計測装置。
3. 【請求項３】 発光手段を中間計測ユニットの光源で兼
   用するようにしたことを特徴とする請求項１記載の地中
   掘進機の位置計測装置。
4. 【請求項４】 発光手段を中間計測ユニットの光源で兼
   用する場合、中間計測ユニットの各光源の光を中間計測
   ユニットの各受光部の双方で受光され得るように構成し
   たことを特徴とする請求項３記載の地中掘進機の位置計
   測装置。