JP2001065286A - トンネル掘削機の位置検出装置 - Google Patents
トンネル掘削機の位置検出装置Info
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- JP2001065286A JP2001065286A JP24333599A JP24333599A JP2001065286A JP 2001065286 A JP2001065286 A JP 2001065286A JP 24333599 A JP24333599 A JP 24333599A JP 24333599 A JP24333599 A JP 24333599A JP 2001065286 A JP2001065286 A JP 2001065286A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 センサの数が少なくてすみ、簡単に且つ確実
にトンネル先頭位置を検出することができる掘削トンネ
ルの位置検出装置とする。 【解決手段】 ワイヤ１４の一端１４ａが固定された位
置であるトンネル掘削機１０の先方点Ａと、ワイヤ１４
の他端側にある巻取りリール１５が固定された位置であ
る後続管１２の後方点Ｂとの間で、ワイヤ１４が左右に
張り渡されている。トンネル掘削機１０と後続管１２と
の間に折れ角が発生すると、先方点Ａと後方点Ｂとの間
で張り渡されたワイヤ１４の距離が左右で変化する。こ
の距離の変化を捉えて折れ角を求めるべく、各巻取りリ
ール１５の近傍には、ワイヤ１４の長さを検出するスト
ロークセンサ１８Ｒ，１８Ｌが設けられる。
にトンネル先頭位置を検出することができる掘削トンネ
ルの位置検出装置とする。 【解決手段】 ワイヤ１４の一端１４ａが固定された位
置であるトンネル掘削機１０の先方点Ａと、ワイヤ１４
の他端側にある巻取りリール１５が固定された位置であ
る後続管１２の後方点Ｂとの間で、ワイヤ１４が左右に
張り渡されている。トンネル掘削機１０と後続管１２と
の間に折れ角が発生すると、先方点Ａと後方点Ｂとの間
で張り渡されたワイヤ１４の距離が左右で変化する。こ
の距離の変化を捉えて折れ角を求めるべく、各巻取りリ
ール１５の近傍には、ワイヤ１４の長さを検出するスト
ロークセンサ１８Ｒ，１８Ｌが設けられる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削機が
掘削を行い、掘削されたトンネル内でトンネル掘削機を
先頭として多数の後続管が直列に且つ互いに折曲可能に
連結されるトンネル掘削において、トンネル掘削機付近
に設定された管理点の位置を求める位置検出装置に関す
る。
掘削を行い、掘削されたトンネル内でトンネル掘削機を
先頭として多数の後続管が直列に且つ互いに折曲可能に
連結されるトンネル掘削において、トンネル掘削機付近
に設定された管理点の位置を求める位置検出装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、掘削中のトンネル掘削機の位置を
検出するものとしては、図８または図９に示すものがあ
る。
検出するものとしては、図８または図９に示すものがあ
る。
【０００３】図８に示したものは、電磁探査法による位
置検出を行うものであり、トンネル掘削機１０の中に設
置した誘導磁界発生装置４０の磁界を地上の誘導磁界検
出装置４２で検出し、トンネル掘削機１０の位置を割り
出すものである。水平位置はこの電磁探査法で測量し、
垂直位置は別途のレベル測定装置において測定する。
置検出を行うものであり、トンネル掘削機１０の中に設
置した誘導磁界発生装置４０の磁界を地上の誘導磁界検
出装置４２で検出し、トンネル掘削機１０の位置を割り
出すものである。水平位置はこの電磁探査法で測量し、
垂直位置は別途のレベル測定装置において測定する。
【０００４】また、図９に示したものは、光学的自動追
尾方式による位置検出を行うものであり、トータルステ
ーション４４をトンネル内に必要数配置して、トンネル
掘削機の位置を測量するものである。
尾方式による位置検出を行うものであり、トータルステ
ーション４４をトンネル内に必要数配置して、トンネル
掘削機の位置を測量するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示した電磁探査法による位置検出は、地上に建物等の構
造物がある場所または川がある場所等では使用できず、
また、道路がある場所では位置測定作業時間に制限があ
るという問題がある。また、磁性体の近傍では、誤差が
大きくなるという問題がある。
示した電磁探査法による位置検出は、地上に建物等の構
造物がある場所または川がある場所等では使用できず、
また、道路がある場所では位置測定作業時間に制限があ
るという問題がある。また、磁性体の近傍では、誤差が
大きくなるという問題がある。
【０００６】また、図９に示した光学的自動追尾方式に
よる位置検出は、光を用いるため、トンネルの施工曲線
の半径が小さくなると、見通しが悪くなり、そのため、
設置するべきトータルステーション４４の数が多くなる
という問題がある。
よる位置検出は、光を用いるため、トンネルの施工曲線
の半径が小さくなると、見通しが悪くなり、そのため、
設置するべきトータルステーション４４の数が多くなる
という問題がある。
【０００７】本発明はかかる従来の課題に鑑みなされた
もので、センサの数が少なくてすみ、簡単に且つ確実に
トンネル先頭位置を検出することができる掘削トンネル
の位置検出装置を提供することをその目的とする。
もので、センサの数が少なくてすみ、簡単に且つ確実に
トンネル先頭位置を検出することができる掘削トンネル
の位置検出装置を提供することをその目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項１記載の発明は、トンネル掘削機が掘削を行
い、掘削されたトンネル内でトンネル掘削機を先頭とし
て多数の後続管が直列に且つ互いに折曲可能に連結され
るトンネル掘削において、トンネル掘削機付近に設定さ
れた管理点の、掘削開始位置の掘削方向を１つの座標軸
にとったときの該座標軸に対して直交する２つの座標軸
のうちの所望座標軸における前記掘削開始位置からの変
位を求める位置検出装置であって、トンネル掘削機また
は先頭付近の後続管に設定された先方点と、先方点より
もさらに後方の後続管または掘削開始位置付近に設定さ
れた後方点との２点間に一対の線状部材を張り渡し、該
一対の線状部材を互いに、トンネル掘削機または後続管
の横断面で見て前記所望座標軸における異なる位置を通
るように且つトンネル掘削機及び後続管のそれぞれの壁
面を沿うように案内し、前記線状部材を用いて、前記２
点間の距離の変化を検出するストロークセンサをそれぞ
れ一対の線状部材に対応して設け、前記ストロークセン
サからの検出信号を受けて、一対の線状部材に対応する
それぞれのストロークセンサからの検出信号同士の差を
求め、この差から所望座標軸における前記管理点の掘削
開始位置からの変位を求める演算部を設けることを特徴
とする。
に請求項１記載の発明は、トンネル掘削機が掘削を行
い、掘削されたトンネル内でトンネル掘削機を先頭とし
て多数の後続管が直列に且つ互いに折曲可能に連結され
るトンネル掘削において、トンネル掘削機付近に設定さ
れた管理点の、掘削開始位置の掘削方向を１つの座標軸
にとったときの該座標軸に対して直交する２つの座標軸
のうちの所望座標軸における前記掘削開始位置からの変
位を求める位置検出装置であって、トンネル掘削機また
は先頭付近の後続管に設定された先方点と、先方点より
もさらに後方の後続管または掘削開始位置付近に設定さ
れた後方点との２点間に一対の線状部材を張り渡し、該
一対の線状部材を互いに、トンネル掘削機または後続管
の横断面で見て前記所望座標軸における異なる位置を通
るように且つトンネル掘削機及び後続管のそれぞれの壁
面を沿うように案内し、前記線状部材を用いて、前記２
点間の距離の変化を検出するストロークセンサをそれぞ
れ一対の線状部材に対応して設け、前記ストロークセン
サからの検出信号を受けて、一対の線状部材に対応する
それぞれのストロークセンサからの検出信号同士の差を
求め、この差から所望座標軸における前記管理点の掘削
開始位置からの変位を求める演算部を設けることを特徴
とする。
【０００９】先方点と後方点との間に張り渡された一対
の線状部材を用いて先方点と後方点との間の距離の変化
をストロークセンサによって検出する。この距離の変化
は、トンネル掘削機と後続管との間の折れ角に関係して
おり、一対のストロークセンサ間の検出信号の差を求め
ることにより、折れ角を求め、折れ角を求めることによ
り、管理点の所望座標軸における掘削開始位置からの変
位を求める。こうして、少ない数のストロークセンサで
簡単に且つ確実に管理点の掘削開始位置からの変位を検
出することができる。所望座標軸における掘削開始位置
からの変位を検出し、監視することで、例えば、トンネ
ル掘削機が目的地へ到達することができるかどうかを把
握することができる。また、一対のストロークセンサ間
の検出信号の差から求めた前記折れ角から、前記管理点
の掘削開始位置での掘削方向に沿った前記座標軸におけ
る掘削開始位置からの変位を求めることとしてもよい。
の線状部材を用いて先方点と後方点との間の距離の変化
をストロークセンサによって検出する。この距離の変化
は、トンネル掘削機と後続管との間の折れ角に関係して
おり、一対のストロークセンサ間の検出信号の差を求め
ることにより、折れ角を求め、折れ角を求めることによ
り、管理点の所望座標軸における掘削開始位置からの変
位を求める。こうして、少ない数のストロークセンサで
簡単に且つ確実に管理点の掘削開始位置からの変位を検
出することができる。所望座標軸における掘削開始位置
からの変位を検出し、監視することで、例えば、トンネ
ル掘削機が目的地へ到達することができるかどうかを把
握することができる。また、一対のストロークセンサ間
の検出信号の差から求めた前記折れ角から、前記管理点
の掘削開始位置での掘削方向に沿った前記座標軸におけ
る掘削開始位置からの変位を求めることとしてもよい。
【００１０】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の前記演算部は、トンネル掘削機が１つの後続管の長
さ分、進む毎に前記ストロークセンサからの検出信号を
受けて、ストロークセンサからの検出信号同士の差を順
次求め、前記先方点と前記後方点との間に張り渡された
一対の線状部材の間で生じた差異を逐次求める差異検出
手段と、前記差異検出手段で求められた少なくとも最新
よりも1回前の差異を記憶する差異記憶手段と、前記差
異記憶手段で記憶された1回前の差異と、差異検出手段
で求められた最新の差異との差を逐次求め、トンネル掘
削機とその直ぐ後方にある後続管との間の折れ角に相当
する角度を逐次求める折れ角演算手段と、折れ角演算手
段で逐次求められた折れ角を記憶する折れ角記憶手段
と、前記折れ角記憶手段で記憶された折れ角と、予め既
知であるトンネル掘削機または後続管と管理点との間の
相対位置と、前記後続管の長さを用いて、管理点の位置
を求める位置演算手段と、を備えることを特徴とする。
載の前記演算部は、トンネル掘削機が１つの後続管の長
さ分、進む毎に前記ストロークセンサからの検出信号を
受けて、ストロークセンサからの検出信号同士の差を順
次求め、前記先方点と前記後方点との間に張り渡された
一対の線状部材の間で生じた差異を逐次求める差異検出
手段と、前記差異検出手段で求められた少なくとも最新
よりも1回前の差異を記憶する差異記憶手段と、前記差
異記憶手段で記憶された1回前の差異と、差異検出手段
で求められた最新の差異との差を逐次求め、トンネル掘
削機とその直ぐ後方にある後続管との間の折れ角に相当
する角度を逐次求める折れ角演算手段と、折れ角演算手
段で逐次求められた折れ角を記憶する折れ角記憶手段
と、前記折れ角記憶手段で記憶された折れ角と、予め既
知であるトンネル掘削機または後続管と管理点との間の
相対位置と、前記後続管の長さを用いて、管理点の位置
を求める位置演算手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。
の形態を説明する。
【００１２】図１は、本発明の実施形態を表す図であ
る。この実施形態においては、推進工法におけるトンネ
ル掘削を例にとっており、１はトンネル、３は立坑を表
している。但し、推進工法に限らず、シールド工法等の
他の工法におけるトンネル掘削機に適用することも勿論
可能である。この推進工法におけるトンネル掘削機１０
は、立坑３から掘削を開始し、立坑３内にあるジャッキ
装置４により推進力を受けながら掘削を行うもので、ト
ンネル掘削機１０には、金属製の仮管またはヒューム管
の後続管１２が直列に連結され、最後尾にある後続管１
２の端面にジャッキ装置４からの推進力が作用し、最後
尾にある後続管１２の圧入を行い、この圧入が完了する
毎に、新たな後続管１２をセットして盛替が行われる。
トンネル掘削機１０と後続管１２、または後続管１２同
士は、水漏れ防止のためにゴム等の弾性材を介して連結
されており、互いに折曲可能に連結される。
る。この実施形態においては、推進工法におけるトンネ
ル掘削を例にとっており、１はトンネル、３は立坑を表
している。但し、推進工法に限らず、シールド工法等の
他の工法におけるトンネル掘削機に適用することも勿論
可能である。この推進工法におけるトンネル掘削機１０
は、立坑３から掘削を開始し、立坑３内にあるジャッキ
装置４により推進力を受けながら掘削を行うもので、ト
ンネル掘削機１０には、金属製の仮管またはヒューム管
の後続管１２が直列に連結され、最後尾にある後続管１
２の端面にジャッキ装置４からの推進力が作用し、最後
尾にある後続管１２の圧入を行い、この圧入が完了する
毎に、新たな後続管１２をセットして盛替が行われる。
トンネル掘削機１０と後続管１２、または後続管１２同
士は、水漏れ防止のためにゴム等の弾性材を介して連結
されており、互いに折曲可能に連結される。
【００１３】このトンネル掘削機１０と、その直ぐ後方
に連結される後続管１２との間には、本実施形態にかか
る位置検出装置を構成する一対の線状部材であるワイヤ
１４，１４が左右に張り渡されている。ワイヤ１４，１
４は、トンネル掘削機１０と後続管１２の壁面を沿うよ
うにして、トンネル掘削機１０及び後続管１２の内部に
適宜取り付けられたガイド１６を挿通している。以下、
説明のために、水平面をｘ−ｙ平面とし、図２に示すよ
うに、掘削開始位置Ｓ、即ち立坑３位置における掘削方
向をｙ座標軸とし、水平面においてｙ座標軸に直交する
座標軸をｘ座標軸とする。水平面（ｘ−ｙ平面）の座標
を求めるために、この実施形態では、図２及び図３に示
すように、一対のワイヤ１４，１４が、トンネル掘削機
１０及び後続管１２の横断面で見てｘ座標軸における異
なる位置を通るように、且つトンネル掘削機１０及び後
続管１２の壁面を沿うようにガイド１６，１６によって
案内されている。
に連結される後続管１２との間には、本実施形態にかか
る位置検出装置を構成する一対の線状部材であるワイヤ
１４，１４が左右に張り渡されている。ワイヤ１４，１
４は、トンネル掘削機１０と後続管１２の壁面を沿うよ
うにして、トンネル掘削機１０及び後続管１２の内部に
適宜取り付けられたガイド１６を挿通している。以下、
説明のために、水平面をｘ−ｙ平面とし、図２に示すよ
うに、掘削開始位置Ｓ、即ち立坑３位置における掘削方
向をｙ座標軸とし、水平面においてｙ座標軸に直交する
座標軸をｘ座標軸とする。水平面（ｘ−ｙ平面）の座標
を求めるために、この実施形態では、図２及び図３に示
すように、一対のワイヤ１４，１４が、トンネル掘削機
１０及び後続管１２の横断面で見てｘ座標軸における異
なる位置を通るように、且つトンネル掘削機１０及び後
続管１２の壁面を沿うようにガイド１６，１６によって
案内されている。
【００１４】ワイヤ１４，１４は、その一端１４ａ，１
４ａがトンネル掘削機１０に固定され、その他端側１４
ｂ，１４ｂが、後続管１２に固定された巻取りリール１
５に巻き解き、巻取り可能に巻回されており、巻取りリ
ール１５は、常時、ワイヤ１４を巻き取る方向に付勢さ
れている。従って、ワイヤ１４には、常時、張力が印加
され、ワイヤ１４の一端１４ａが固定された位置である
トンネル掘削機１０の先方点Ａと、ワイヤ１４の他端側
１４ｂにある巻取りリール１５が固定された位置である
後続管１２の後方点Ｂとの間で、ワイヤ１４が張り渡さ
れた状態となっている。
４ａがトンネル掘削機１０に固定され、その他端側１４
ｂ，１４ｂが、後続管１２に固定された巻取りリール１
５に巻き解き、巻取り可能に巻回されており、巻取りリ
ール１５は、常時、ワイヤ１４を巻き取る方向に付勢さ
れている。従って、ワイヤ１４には、常時、張力が印加
され、ワイヤ１４の一端１４ａが固定された位置である
トンネル掘削機１０の先方点Ａと、ワイヤ１４の他端側
１４ｂにある巻取りリール１５が固定された位置である
後続管１２の後方点Ｂとの間で、ワイヤ１４が張り渡さ
れた状態となっている。
【００１５】先方点Ａと後方点Ｂとの間の距離が変化す
ると、この距離の変化に対応してワイヤ１４が巻取りリ
ール１５から巻き解きまたは巻き取られて、ワイヤ１４
の長さが変化するので、この距離の変化を捉えるべく、
それぞれの巻取りリール１５の近傍には、ワイヤ１４の
長さを検出するストロークセンサ１８Ｒ，１８Ｌが設け
られる。各ストロークセンサ１８Ｒ，１８Ｌは、例え
ば、ワイヤー１４と接触するエンコーダ付の回転機構方
式、またはワイヤ１４の所定位置にマークを付け、該マ
ークを光学的に読み取る方式等の任意のものを使用する
ことができる。
ると、この距離の変化に対応してワイヤ１４が巻取りリ
ール１５から巻き解きまたは巻き取られて、ワイヤ１４
の長さが変化するので、この距離の変化を捉えるべく、
それぞれの巻取りリール１５の近傍には、ワイヤ１４の
長さを検出するストロークセンサ１８Ｒ，１８Ｌが設け
られる。各ストロークセンサ１８Ｒ，１８Ｌは、例え
ば、ワイヤー１４と接触するエンコーダ付の回転機構方
式、またはワイヤ１４の所定位置にマークを付け、該マ
ークを光学的に読み取る方式等の任意のものを使用する
ことができる。
【００１６】各ストロークセンサ１８は演算部２０に接
続されている。演算部２０は、任意の位置に配置するこ
とが可能であり、ストロークセンサ１８からの出力に基
づいて、位置を管理すべき管理点Ｃのｘ座標とｙ座標が
演算される。今、管理点Ｃをトンネル掘削機１０の先端
に設定する。演算部２０には、ストロークセンサ１８か
らの出力の他、別途設けた入力装置(入力手段)２１から
予め既知である管理点Ｃからトンネル掘削機１０の後端
辺と一方のワイヤ１４との交点までの距離Ｌｃ(図４参
照)と、該管理点Ｃから該交点とを結ぶ線分とトンネル
掘削機１０の長手方向とのなす角θｃ(図４参照)と、後
続管１２の長手方向の長さＬ(図４参照)と、一対のワイ
ヤ１４のｘ座標における長さｗ(図４参照)とが入力さ
れ、さらには、計画線の情報も入力される。
続されている。演算部２０は、任意の位置に配置するこ
とが可能であり、ストロークセンサ１８からの出力に基
づいて、位置を管理すべき管理点Ｃのｘ座標とｙ座標が
演算される。今、管理点Ｃをトンネル掘削機１０の先端
に設定する。演算部２０には、ストロークセンサ１８か
らの出力の他、別途設けた入力装置(入力手段)２１から
予め既知である管理点Ｃからトンネル掘削機１０の後端
辺と一方のワイヤ１４との交点までの距離Ｌｃ(図４参
照)と、該管理点Ｃから該交点とを結ぶ線分とトンネル
掘削機１０の長手方向とのなす角θｃ(図４参照)と、後
続管１２の長手方向の長さＬ(図４参照)と、一対のワイ
ヤ１４のｘ座標における長さｗ(図４参照)とが入力さ
れ、さらには、計画線の情報も入力される。
【００１７】演算部２０のブロック図を図５に示す。演
算部２０は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロプロセッ
サ等で構成することができ、その機能から実現される構
成として、ストロークセンサ１８Ｒとストロークセンサ
１８Ｌのそれぞれの出力の差異を求める差異検出手段２
２と、差異検出手段２２で求められた少なくとも最新よ
りも1回前の差異を記憶する差異記憶手段２４と、トン
ネル掘削機１０とその直ぐ後方に連結される接続管１２
との間の折れ角を演算する折れ角演算手段２６、折れ角
演算手段２６で演算された折れ角を記憶すると共に入力
装置２１で入力されたＬｃ、θｃ、Ｌ、計画線等を記憶
する折れ角等記憶手段２８及び管理点Ｃの座標を求める
位置演算手段３０を有する。各手段の動作は、以下で詳
述する。
算部２０は、ＣＰＵ及びメモリを含むマイクロプロセッ
サ等で構成することができ、その機能から実現される構
成として、ストロークセンサ１８Ｒとストロークセンサ
１８Ｌのそれぞれの出力の差異を求める差異検出手段２
２と、差異検出手段２２で求められた少なくとも最新よ
りも1回前の差異を記憶する差異記憶手段２４と、トン
ネル掘削機１０とその直ぐ後方に連結される接続管１２
との間の折れ角を演算する折れ角演算手段２６、折れ角
演算手段２６で演算された折れ角を記憶すると共に入力
装置２１で入力されたＬｃ、θｃ、Ｌ、計画線等を記憶
する折れ角等記憶手段２８及び管理点Ｃの座標を求める
位置演算手段３０を有する。各手段の動作は、以下で詳
述する。
【００１８】以下、この実施形態の作用を説明する。
【００１９】図４に示すように、トンネル掘削機１０と
直ぐ後方に連結される後続管１２との間に、折れ曲がり
が生じていた場合に、先方点Ａと後方点Ｂとの間に張り
渡された一対のワイヤ１４，１４間には長さの相違が生
じる。この長さの相違は、図４におけるＬ0に相当する
ものであり、一対のワイヤ１４，１４に対応して設けら
れた一対のストロークセンサ１８Ｒ，１８Ｌで検出され
るワイヤ１４，１４の長さの差を求めることによりこの
差Ｌ0は得られる。Ｌ0と、トンネル掘削機１０と後続管
１２との間でなす折れ角θ0の関係は、
直ぐ後方に連結される後続管１２との間に、折れ曲がり
が生じていた場合に、先方点Ａと後方点Ｂとの間に張り
渡された一対のワイヤ１４，１４間には長さの相違が生
じる。この長さの相違は、図４におけるＬ0に相当する
ものであり、一対のワイヤ１４，１４に対応して設けら
れた一対のストロークセンサ１８Ｒ，１８Ｌで検出され
るワイヤ１４，１４の長さの差を求めることによりこの
差Ｌ0は得られる。Ｌ0と、トンネル掘削機１０と後続管
１２との間でなす折れ角θ0の関係は、
【００２０】
【数１】 となる。但し、上記（１）式は折れ角θ0は小さいもの
としているが、折れ角θ0が大きくて上記（１）式では
誤差が大きくなる場合には、２辺の長さがそれぞれｗ
で、残りの１辺の長さがＬ0となった三角形における余
弦定理を用いて折れ角θ0を厳密に求めることとしても
良い。こうして、Ｌ0からトンネル掘削機１０と直ぐ後
方に連結された後続管１２との間の折れ角θ0が求めら
れる。図４において、直ぐ後方にある後続管１２が掘削
開始位置Ｓにあり、即ち、その後端のｙ座標がｙ＝０で
あったとすると、管理点Ｃの座標は、
としているが、折れ角θ0が大きくて上記（１）式では
誤差が大きくなる場合には、２辺の長さがそれぞれｗ
で、残りの１辺の長さがＬ0となった三角形における余
弦定理を用いて折れ角θ0を厳密に求めることとしても
良い。こうして、Ｌ0からトンネル掘削機１０と直ぐ後
方に連結された後続管１２との間の折れ角θ0が求めら
れる。図４において、直ぐ後方にある後続管１２が掘削
開始位置Ｓにあり、即ち、その後端のｙ座標がｙ＝０で
あったとすると、管理点Ｃの座標は、
【００２１】
【数２】 と表される。
【００２２】トンネル掘削機１０が掘削を開始し、直ぐ
後方にある後続管１２の圧入が完了し、図６(ａ)に示し
たように、トンネル掘削機１０が１段目に、直ぐ後方に
連結された後続管１２が０段目にある状態になったもの
とする。この状態において演算部２０の差異検出手段２
２では、２つのストロークセンサ１８Ｒ、１８Ｌの出力
を取り込み、２つのストロークセンサ１８Ｒ，１８Ｌの
差Ｄ0を求める。この差Ｄ0は、Ｄ0＝Ｌ0であり、１段目
と０段目の折れ角θ0に対応する長さであるから折れ角
演算手段２６では、上記(１)式を用いて１段目と０段目
の折れ角θ0を求める。求められた折れ角θ0は、折れ角
等記憶手段２８で一旦記憶される。位置演算手段３０で
は、折れ角θ0から（２）式を用いて、管理点Ｃの座標
（ｘ0，ｙ0）を求める。また、差異検出手段２２で差異
Ｄ0が求められると、この差異Ｄ 0は差異記憶手段２４に
も送られて記憶される。
後方にある後続管１２の圧入が完了し、図６(ａ)に示し
たように、トンネル掘削機１０が１段目に、直ぐ後方に
連結された後続管１２が０段目にある状態になったもの
とする。この状態において演算部２０の差異検出手段２
２では、２つのストロークセンサ１８Ｒ、１８Ｌの出力
を取り込み、２つのストロークセンサ１８Ｒ，１８Ｌの
差Ｄ0を求める。この差Ｄ0は、Ｄ0＝Ｌ0であり、１段目
と０段目の折れ角θ0に対応する長さであるから折れ角
演算手段２６では、上記(１)式を用いて１段目と０段目
の折れ角θ0を求める。求められた折れ角θ0は、折れ角
等記憶手段２８で一旦記憶される。位置演算手段３０で
は、折れ角θ0から（２）式を用いて、管理点Ｃの座標
（ｘ0，ｙ0）を求める。また、差異検出手段２２で差異
Ｄ0が求められると、この差異Ｄ 0は差異記憶手段２４に
も送られて記憶される。
【００２３】次いで、盛替が行われ、次の新たな後続管
１２の圧入が行われると、図６（ｂ）に示すように、ト
ンネル掘削機１０が２段目、直ぐ後方に連結された後続
管１２が１段目にある状態になる。この状態で、前述の
手順と同様に差異検出手段２２では、２つのストローク
センサ１８Ｒ、１８Ｌの出力を取り込み、２つのストロ
ークセンサ１８Ｒ，１８Ｌの差Ｄ1を求める。新たな後
続管１２は、先頭のトンネル掘削機１０及びその直ぐ後
方に連結された後続管１２が通ったトンネル孔をほぼ同
じように通るはずであるので、０段目と１段目との間の
折れ角θ0はそのまま維持される。従って、このとき得
られるストロークセンサ１８の差Ｄ1は、１段目と０段
目の折れ角θ0と、２段目と１段目の折れ角θ1の両方に
依存したものとなる。従って、折れ角演算手段２６で
は、今回差異検出手段２２で新たに求められた差異Ｄ1
から差異記憶手段２４に記憶されていた前回の差異Ｄ0
を差引いてＬ1＝Ｄ1−Ｄ0を求めた上で、(１)式と同
様、次の式に代入して、折れ角θ1を求める。即ち、折
れ角θ1は、
１２の圧入が行われると、図６（ｂ）に示すように、ト
ンネル掘削機１０が２段目、直ぐ後方に連結された後続
管１２が１段目にある状態になる。この状態で、前述の
手順と同様に差異検出手段２２では、２つのストローク
センサ１８Ｒ、１８Ｌの出力を取り込み、２つのストロ
ークセンサ１８Ｒ，１８Ｌの差Ｄ1を求める。新たな後
続管１２は、先頭のトンネル掘削機１０及びその直ぐ後
方に連結された後続管１２が通ったトンネル孔をほぼ同
じように通るはずであるので、０段目と１段目との間の
折れ角θ0はそのまま維持される。従って、このとき得
られるストロークセンサ１８の差Ｄ1は、１段目と０段
目の折れ角θ0と、２段目と１段目の折れ角θ1の両方に
依存したものとなる。従って、折れ角演算手段２６で
は、今回差異検出手段２２で新たに求められた差異Ｄ1
から差異記憶手段２４に記憶されていた前回の差異Ｄ0
を差引いてＬ1＝Ｄ1−Ｄ0を求めた上で、(１)式と同
様、次の式に代入して、折れ角θ1を求める。即ち、折
れ角θ1は、
【００２４】
【数３】 となる。求められた折れ角θ1は折れ角等記憶手段２８
で記憶されるとともに、位置演算手段３０では、折れ角
等記憶手段２８で記憶された折れ角θ0及びθ1を用い
て、管理点Ｃの座標（ｘ1、ｙ1）を求める。
で記憶されるとともに、位置演算手段３０では、折れ角
等記憶手段２８で記憶された折れ角θ0及びθ1を用い
て、管理点Ｃの座標（ｘ1、ｙ1）を求める。
【００２５】
【数４】 となる。以下、新しい後続管１２が圧入される度に、こ
の手順を繰り返すことにより、そのときの管理点Ｃの座
標（ｘi，ｙi）を求めることができる。座標（ｘ i，
ｙi）は、以下の一般式で表すことができる。
の手順を繰り返すことにより、そのときの管理点Ｃの座
標（ｘi，ｙi）を求めることができる。座標（ｘ i，
ｙi）は、以下の一般式で表すことができる。
【００２６】
【数５】 と表される。
【００２７】ｘ＝０を計画線とすれば、ｘiが管理点と
計画線との距離となる。
計画線との距離となる。
【００２８】こうして、２つのストロークセンサ１８
Ｒ，１８Ｌだけからの信号により、掘削と共に移動する
管理点Ｃのｘ，ｙ座標をそれぞれ求めることができる。
Ｒ，１８Ｌだけからの信号により、掘削と共に移動する
管理点Ｃのｘ，ｙ座標をそれぞれ求めることができる。
【００２９】図７は、本発明の第２の実施形態を表す図
である。第１の実施形態では、ワイヤをトンネル掘削機
１０と直ぐ後方に連結される後続管１２の間に渡って張
り渡していたが、この実施形態では、ワイヤ１４，１４
をトンネル掘削機１０から後続に連結されるすべての後
続管１２に渡って張り渡している点で前実施形態と異な
っている。即ち、ワイヤ１４，１４は、トンネル掘削機
１０と掘削開始位置Ｓとの間で張り渡されている。掘削
開始位置Ｓとなる立坑３では盛替が行われるため、トン
ネル掘削機１０の先方点Ａに、巻取りリール１５，１５
を固定し、最も後方にあって圧入が完了した後続管１２
の後方点Ｂにワイヤ１４の一端を固定し、巻取りリール
１５，１５付近に設けられたストロークセンサ１８Ｒ，
１８Ｌにより、ワイヤ１４の長さを検出する。盛替が行
われ、新しい後続管１２がセットされて新しい後続管１
２の圧入が完了すると、ワイヤ１４，１４を巻取りリー
ル１５，１５から引き出して、ひとつ前の後続管１２に
固定したときと相対的に同じ位置となる新しい後続管１
２の位置にワイヤ１４，１４の一端を固定する。
である。第１の実施形態では、ワイヤをトンネル掘削機
１０と直ぐ後方に連結される後続管１２の間に渡って張
り渡していたが、この実施形態では、ワイヤ１４，１４
をトンネル掘削機１０から後続に連結されるすべての後
続管１２に渡って張り渡している点で前実施形態と異な
っている。即ち、ワイヤ１４，１４は、トンネル掘削機
１０と掘削開始位置Ｓとの間で張り渡されている。掘削
開始位置Ｓとなる立坑３では盛替が行われるため、トン
ネル掘削機１０の先方点Ａに、巻取りリール１５，１５
を固定し、最も後方にあって圧入が完了した後続管１２
の後方点Ｂにワイヤ１４の一端を固定し、巻取りリール
１５，１５付近に設けられたストロークセンサ１８Ｒ，
１８Ｌにより、ワイヤ１４の長さを検出する。盛替が行
われ、新しい後続管１２がセットされて新しい後続管１
２の圧入が完了すると、ワイヤ１４，１４を巻取りリー
ル１５，１５から引き出して、ひとつ前の後続管１２に
固定したときと相対的に同じ位置となる新しい後続管１
２の位置にワイヤ１４，１４の一端を固定する。
【００３０】このような実施形態においても、１つの後
続管１２の圧入が完了するたびに、言い換えれば１つの
後続管１２の長さ分進む毎に、ストロークセンサ１８
Ｒ，１８Ｌの信号を演算部２０で取り込んで、折れ角を
逐次求めて、逐次求めた折れ角から現在の管理点の位置
を第１実施形態と同様の演算により求めることができ
る。また、管理点の位置を求めて、計画線からのずれを
測定することができる。
続管１２の圧入が完了するたびに、言い換えれば１つの
後続管１２の長さ分進む毎に、ストロークセンサ１８
Ｒ，１８Ｌの信号を演算部２０で取り込んで、折れ角を
逐次求めて、逐次求めた折れ角から現在の管理点の位置
を第１実施形態と同様の演算により求めることができ
る。また、管理点の位置を求めて、計画線からのずれを
測定することができる。
【００３１】以上の各実施形態において、鉛直方向の座
標、即ちｚ座標に関しては別途設けた圧力差から高低差
を求めるレベル測定装置を用いて求めることができる
が、ワイヤ１４，１４の他の対を、トンネル掘削機１０
及び後続管１２の横断面で見てｚ座標軸における異なる
位置を通るように、且つトンネル掘削機１０及び後続管
１２の壁面を沿うように案内することができる。これに
より、ｚ座標についても前実施形態のｘ座標と同様に求
めることができる。また、上記実施形態においては、ｘ
座標（またはｚ座標）と共にｙ座標を求めることとした
が、ｘ座標のみ（またはｚ座標のみ）を求めて、監視す
ることとしてもよい。これにより、トンネル掘削機１０
が掘削を開始した立坑３から、例えば目的とする次の立
坑３へ到達しうるｘ座標（またはｚ座標）位置にあるか
どうかを把握することができる。
標、即ちｚ座標に関しては別途設けた圧力差から高低差
を求めるレベル測定装置を用いて求めることができる
が、ワイヤ１４，１４の他の対を、トンネル掘削機１０
及び後続管１２の横断面で見てｚ座標軸における異なる
位置を通るように、且つトンネル掘削機１０及び後続管
１２の壁面を沿うように案内することができる。これに
より、ｚ座標についても前実施形態のｘ座標と同様に求
めることができる。また、上記実施形態においては、ｘ
座標（またはｚ座標）と共にｙ座標を求めることとした
が、ｘ座標のみ（またはｚ座標のみ）を求めて、監視す
ることとしてもよい。これにより、トンネル掘削機１０
が掘削を開始した立坑３から、例えば目的とする次の立
坑３へ到達しうるｘ座標（またはｚ座標）位置にあるか
どうかを把握することができる。
【００３２】また、トンネル掘削機１０にローリングが
生じると、測定誤差となるので、ローリング検出手段を
設け、ローリング角を補正することもできる。
生じると、測定誤差となるので、ローリング検出手段を
設け、ローリング角を補正することもできる。
【００３３】また、測定精度を上げるために、別途光学
測量器と併用することも可能である。例えば、掘削開始
位置から最初に直線的に掘削する部分まで、または掘削
開始位置から光が通る部分までについては、光学測量器
を用いて計画線より外れていないかどうかを測量するこ
とも可能である。
測量器と併用することも可能である。例えば、掘削開始
位置から最初に直線的に掘削する部分まで、または掘削
開始位置から光が通る部分までについては、光学測量器
を用いて計画線より外れていないかどうかを測量するこ
とも可能である。
【００３４】さらには、トンネル掘削機１０及び後続管
１２との間に、図１０に示すように、伸縮可能なカバー
３２を設けて、このカバー３２内をワイヤ１４が通過す
るようにして、泥等の影響を回避することも可能であ
る。
１２との間に、図１０に示すように、伸縮可能なカバー
３２を設けて、このカバー３２内をワイヤ１４が通過す
るようにして、泥等の影響を回避することも可能であ
る。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
線状部材を張り渡し、ストロークセンサによって、この
線状部材を用いて先方点と後方点との間の距離を求める
ことにより、管理点の掘削開始位置からの所望座標軸に
おける変位を求めることができるため、ストロークセン
サを多数用いる必要がなく低コストで構成することがで
き、施工曲線の半径が小さくなっても、または小口径と
なっても、さらには泥の多い等の悪環境下においても、
確実にトンネル掘削機付近にある管理点の掘削開始位置
からの所望座標軸における変位を求めることができる。
線状部材を張り渡し、ストロークセンサによって、この
線状部材を用いて先方点と後方点との間の距離を求める
ことにより、管理点の掘削開始位置からの所望座標軸に
おける変位を求めることができるため、ストロークセン
サを多数用いる必要がなく低コストで構成することがで
き、施工曲線の半径が小さくなっても、または小口径と
なっても、さらには泥の多い等の悪環境下においても、
確実にトンネル掘削機付近にある管理点の掘削開始位置
からの所望座標軸における変位を求めることができる。
【図１】本発明の第１実施形態を表す説明側面図であ
る。
る。
【図２】図１を水平面で切って見た説明断面図である。
【図３】図１の横断面図である。
【図４】本発明の原理を表す説明図である。
【図５】図２の演算部のブロック図である。
【図６】本発明の原理を表す説明図である。
【図７】本発明の第２実施形態を表す説明断面図であ
る。
る。
【図８】従来の電磁探査法による位置検出を表す説明図
である。
である。
【図９】従来の光学的自動追尾方式による位置検出を表
す説明図である。
す説明図である。
【図１０】本発明の変形例を示す要部説明図である。
１０ トンネル掘削機 １２ 後続管 １４ ワイヤ（線状部材） １８ ストロークセンサ ２０ 演算部 ２２ 差異検出手段 ２４ 差異記憶手段 ２６ 折れ角演算手段 ２８ 折れ角等記憶手段（折れ角記憶手段） ３０ 位置演算手段
Claims (2)
- 【請求項１】 トンネル掘削機が掘削を行い、掘削され
たトンネル内でトンネル掘削機を先頭として多数の後続
管が直列に且つ互いに折曲可能に連結されるトンネル掘
削において、トンネル掘削機付近に設定された管理点
の、掘削開始位置の掘削方向を１つの座標軸にとったと
きの該座標軸に対して直交する２つの座標軸のうちの所
望座標軸における前記掘削開始位置からの変位を求める
位置検出装置であって、 トンネル掘削機または先頭付近の後続管に設定された先
方点と、先方点よりもさらに後方の後続管または掘削開
始位置付近に設定された後方点との２点間に一対の線状
部材を張り渡し、 該一対の線状部材を互いに、トンネル掘削機または後続
管の横断面で見て前記所望座標軸における異なる位置を
通るように且つトンネル掘削機及び後続管のそれぞれの
壁面を沿うように案内し、 前記線状部材を用いて、前記２点間の距離の変化を検出
するストロークセンサをそれぞれ一対の線状部材に対応
して設け、 前記ストロークセンサからの検出信号を受けて、一対の
線状部材に対応するそれぞれのストロークセンサからの
検出信号同士の差を求め、この差から所望座標軸におけ
る前記管理点の掘削開始位置からの変位を求める演算部
を設けることを特徴とするトンネル掘削機の位置検出装
置。 - 【請求項２】 前記演算部は、トンネル掘削機が１つの
後続管の長さ分、進む毎に前記ストロークセンサからの
検出信号を受けて、ストロークセンサからの検出信号同
士の差を順次求め、前記先方点と前記後方点との間に張
り渡された一対の線状部材の間で生じた差異を逐次求め
る差異検出手段と、 前記差異検出手段で求められた少なくとも最新よりも1
回前の差異を記憶する差異記憶手段と、 前記差異記憶手段で記憶された1回前の差異と、差異検
出手段で求められた最新の差異との差を逐次求め、トン
ネル掘削機とその直ぐ後方に連結される後続管との間の
折れ角に相当する角度を逐次求める折れ角演算手段と、 折れ角演算手段で逐次求められた折れ角を記憶する折れ
角記憶手段と、 前記折れ角記憶手段で記憶された折れ角と、予め既知で
あるトンネル掘削機または後続管と管理点との間の相対
位置と、前記後続管の長さを用いて、管理点の位置を求
める位置演算手段と、を備えることを特徴とする請求項
1記載のトンネル掘削機の位置検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24333599A JP2001065286A (ja) | 1999-08-30 | 1999-08-30 | トンネル掘削機の位置検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24333599A JP2001065286A (ja) | 1999-08-30 | 1999-08-30 | トンネル掘削機の位置検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001065286A true JP2001065286A (ja) | 2001-03-13 |
Family
ID=17102301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24333599A Withdrawn JP2001065286A (ja) | 1999-08-30 | 1999-08-30 | トンネル掘削機の位置検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001065286A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006343114A (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | International Rescue System Institute | フレキシブルセンサチューブ |
| JP2007303076A (ja) * | 2006-05-08 | 2007-11-22 | Mcl Corporation:Kk | 小口径管掘進用装置と掘進システム |
| JP2008082804A (ja) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Tokyo Keisoku:Kk | リンク型変位計の測定方法およびリンク型変位計の測定装置 |
| JP2011075569A (ja) * | 2010-10-02 | 2011-04-14 | International Rescue System Institute | フレキシブルセンサチューブ |
| CN112177618A (zh) * | 2020-09-04 | 2021-01-05 | 中船重型装备有限公司 | 一种盾尾自动测量传感器专用安装底座 |
-
1999
- 1999-08-30 JP JP24333599A patent/JP2001065286A/ja not_active Withdrawn
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006343114A (ja) * | 2005-06-07 | 2006-12-21 | International Rescue System Institute | フレキシブルセンサチューブ |
| JP4641330B2 (ja) * | 2005-06-07 | 2011-03-02 | 特定非営利活動法人 国際レスキューシステム研究機構 | 走行ロボット自己位置同定システム、それを用いた人体位置特定システムおよびロボット追従システム |
| JP2007303076A (ja) * | 2006-05-08 | 2007-11-22 | Mcl Corporation:Kk | 小口径管掘進用装置と掘進システム |
| JP4611241B2 (ja) * | 2006-05-08 | 2011-01-12 | 株式会社エム・シー・エル・コーポレーション | 小口径管掘進用装置と掘進システム |
| JP2008082804A (ja) * | 2006-09-27 | 2008-04-10 | Tokyo Keisoku:Kk | リンク型変位計の測定方法およびリンク型変位計の測定装置 |
| JP4526523B2 (ja) * | 2006-09-27 | 2010-08-18 | 株式会社東京計測 | リンク型変位計の測定装置 |
| JP2011075569A (ja) * | 2010-10-02 | 2011-04-14 | International Rescue System Institute | フレキシブルセンサチューブ |
| CN112177618A (zh) * | 2020-09-04 | 2021-01-05 | 中船重型装备有限公司 | 一种盾尾自动测量传感器专用安装底座 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20061107 |