JP2001090477A

JP2001090477A - 位置検知方法および装置

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Publication number: JP2001090477A
Application number: JP27361599A
Authority: JP
Inventors: Tomonori Sato; 藤知則佐
Original assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Current assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Priority date: 1999-09-28
Filing date: 1999-09-28
Publication date: 2001-04-03
Anticipated expiration: 2019-09-28
Also published as: JP4229350B2

Abstract

(57)【要約】【課題】自動追尾装置による位置検知ができないよう
な長距離、曲線あるいは管の撓みが生じた場合において
も、確実に位置検出ができる噴流式推進工法の位置検知
方法およびその装置を提供する。【解決手段】プリズム（３）を用いて視準する自動追
尾手段（１２）により位置検知し、その自動追尾手段
（１２）による視準が不能の場合には３軸ジャイロ
（４）による位置計測に切り換え、ジャイロドリフトと
ロケータ誤差とを比較し、ジャイロドリフトがロケータ
誤差より小さい場合にはジャイロ（４）により位置計測
を行い、ジャイロドリフトがロケータ誤差より大きい場
合にはロケータ（１５）で位置計測して、その値をジャ
イロ（４）の位置計測値に置き換える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼管先端に掘削手
段を回転自在に設け、該掘削手段により地盤を掘削しつ
つ推進する推進工法（例えば、スクラムモール工法等）
で用いられる位置検知方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、小口径の噴流式推進工法における
推進機の位置計測には、発光ダイオード付きターゲット
を推進機先端部に設置し、後方からＴＶカメラ搭載のセ
オドライトで視準して位置ずれを検知する等の方法で行
われていた。しかし、この検知方法では、管に撓みが生
じた場合や、掘削された推進孔が曲折している場合、長
距離になった場合等において、ターゲットが視認できな
いという問題点があった。或いは、あるいは、曲線時に
計測できないといった問題点があった。

【０００３】また、この他に、推進機にセンサを設けて
地上に設置したロケータで追尾したり、ジャイロを設け
て位置を計測する等の方法がある。しかし、ロケータで
は、センサと検知装置との間の地中に大きな金属物や高
圧線などある場合や、センサと検知装置の間の地表面に
鉄道の架線などがあって強力な電磁波が発生している場
合などでは、検知できないことがある。また、ジャイロ
では、誤差が逐次累積されるので、長時間の使用では、
その位置計測精度（正確さ）が不十分となる場合がある
という問題点を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点に鑑みて提案されたものであり、噴流式推進工法で用
いられ、且つ、どの様な状況下においても容易且つ正確
に位置検知を行うことが出来る様な方法および装置の提
供を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の位置検知方法
は、鋼管先端に掘削手段を回転自在に設け、該掘削手段
により地盤を掘削しつつ推進する推進工法で用いられる
位置検知方法において、プリズムを用いて視準する自動
追尾手段によって位置検知する視準位置検知工程と、前
記自動追尾手段による視準が不能の場合に３軸ジャイロ
による位置計測に切り換える切換工程と、ジャイロドリ
フトとロケータ誤差とを比較する比較工程と、ジャイロ
ドリフトがロケータ誤差より小さい場合或いはロケータ
による位置計測が不可能な場合にジャイロにより位置計
測を行うジャイロ位置計測工程と、ジャイロドリフトが
ロケータ誤差より大きい場合にロケータで位置計測を行
うロケータ位置計測工程、とを有している。

【０００６】また本発明の位置検知装置は、鋼管先端に
掘削手段を回転自在に設け、該掘削手段により地盤を掘
削しつつ推進する推進工法で用いられる位置検知装置に
おいて、地上部には、ロケータ検知装置と、操作機側に
設けられており且つプリズムを用いて視準する自動追尾
手段と、制御手段とを備え、推進機側には、自動追尾手
段用のプリズムと、３軸ジャイロと、前記ロケータ用の
センサとを備えており、前記制御手段は、自動追尾手段
による視準が不能の場合にはジャイロまたはロケータの
いずれかによる位置計測を行い、ジャイロドリフトがロ
ケータ誤差より小さい場合或いはロケータによる位置計
測が不可能な場合には前記ジャイロによる位置計測を行
い、ジャイロドリフトがロケータ誤差より大きい場合に
はロケータで位置計測を行う様に構成されている。

【０００７】上記のように構成された本発明によれば、
プリズム、３軸ジャイロおよびロケータ用センサを備え
た推進機によって掘進を開始し、まず操作機側から自動
追尾手段でプリズムを追尾して位置を検知し、視準が不
能の場合には３軸ジャイロによる位置計測に切り換え
る。そして、ジャイロドリフトとロケータ誤差とを比較
し、ジャイロドリフトがロケータ誤差より小さい場合に
はジャイロによって位置計測を行い、ジャイロドリフト
がロケータ誤差より大きい場合にはロケータにより位置
計測を行ってその値をジャイロの位置計測値に置き換
え、その計測値は操作機側に伝送されて掘削が進行され
る。この様に、視準範囲では簡易かつ確実な自動追尾手
段により、そして、視準不能の場合にはジャイロまたは
ロケータによる位置計測に切換えられ、誤差がチェック
されてより正確な手段が選択されて推進される。換言す
れば、本発明によれば、掘削中の地盤の状況や掘削位置
により、プリズムを用いた自動追尾手段、ジャイロ、ロ
ケータの内で、最も誤差が小さい掘削方式を選択して、
掘削位置を決定し、噴流式推進工法を施行することが出
来る。

【０００８】ここで、前記掘削手段として、例えばジェ
ット噴出手段（例えばノズル）を有するモニタを用いる
ことが出来る。この場合、当該モニタを鋼管先端に回転
自在に設け、該モニタから噴出されるジェット噴流によ
り地盤を掘削しつつ推進する噴流式推進工法が行われ
る。或いは、前記掘削手段としては、切羽側の面に掘削
用チップを多数設けた機械的な掘削用ビットを採用する
ことも可能である。

【０００９】本発明の位置検出方法の実施に際しては、
鋼管先端に掘削手段を回転自在に設け、該掘削手段によ
り地盤を掘削しつつ推進する推進工法で用いられる軌道
修正方法であって、前記掘削手段は、ばね機構により前
記鋼管の先端部に傾斜可能に支持され、駆動源により回
転し、半径方向に伸縮する姿勢制御用シリンダの回転お
よび伸縮により傾斜角度および傾斜方向が制御される様
に構成されており、軌道修正を必要とするか否かを判断
する判断工程と、軌道修正を必要としない場合に駆動源
により掘削手段を正転し且つジェット噴流を噴射しつつ
直線的に推進する直線掘進工程と、軌道修正を必要とす
る場合に掘削手段を所定方向に傾斜させて前記掘削手段
を推進することにより軌道を修正する軌道修正工程とを
含み、該軌道修正工程は、駆動源により掘削手段を逆転
してワンウエイクラッチの作動方向に回動して姿勢制御
用シリンダを円周方向の所定位置へ配置せしめる工程
と、姿勢制御用シリンダを伸長して掘削手段を所定方向
に傾斜させ且つ当該掘削手段を推進することにより軌道
を修正する工程と、軌道の修正が完了したら姿勢制御用
シリンダを縮め掘削手段の傾斜を戻して直線掘進を再開
する工程、とを有している軌道修正方法と組み合わせて
用いることが好ましい。

【００１０】また、本発明の位置検出装置の実施に際し
ては、鋼管先端に掘削手段を回転自在に設け、該掘削手
段により地盤を掘削しつつ推進する推進工法で用いられ
る軌道修正装置であって、前記掘削手段を前記鋼管内先
端部にばね機構を介して傾斜可能に支持し、前記掘削手
段は先端回転部を有し、該先端回転部をワンウエイクラ
ッチを介して回転駆動する駆動源を設け、半径方向へ伸
縮可能に構成されている姿勢制御用シリンダを前記先端
回転部に設け、制御手段を有し、該制御手段は、掘削手
段を所定方向に傾斜させて軌道修正することを必要とす
る場合に、駆動源により掘削手段を逆転してワンウエイ
クラッチの作動方向に回動し、前記姿勢制御用シリンダ
を円周方向の所定位置まで移動し、前記姿勢制御用シリ
ンダを半径方向に伸長する様に構成されている軌道修正
装置と組み合わせて用いることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。図１において、地上部Ｇにはロケー
タ検知装置１５が配設され、また、推進機１の操作機Ｃ
側には操作盤１１（制御手段）および自動追尾式トータ
ルステーション１２が設置されている。そして、掘進す
る推進機１にはその自動追尾式トータルステーション１
２の対向位置にプリズム３が設けられて自動追尾手段が
構成され、さらに３軸ジャイロ４、前記ロケータ用のセ
ンサ５、および多重伝送装置６が設けられて前記操作盤
１１に配線Ｌされている。

【００１２】こうして、推進機１の多重伝送装置６から
配線Ｌにより、また、ロケータ検知装置１５からはアン
テナを介して無線によってそれぞれ位置データが操作機
側の操作盤１１に伝達され、表示装置にはそのデータ、
例えば計画線からのずれが表示される。そして、自動追
尾手段による視準が不能の場合には、ジャイロまたはロ
ケータによる位置計測に切換えるように操作機側から制
御されている。

【００１３】以下、図２のフローチャートを参照して本
発明による検知方法の手順を説明する。掘進を開始する
と、まず自動追尾式トータルステーション１２での検知
によりスタートする（ステップＳ１）。そして、同ステ
ーション１２にて推進機１のプリズム３を追尾し、それ
が見えるか否か判定する（ステップＳ２）。その結果
が、Ｙｅｓであれば繰り返し、Ｎｏであれば、３軸ジャ
イロによる計測に切換える（ステップＳ３）。

【００１４】そして、３軸ジャイロの計測で掘進し、掘
削深度および掘削時間から演算されるジャイロドリフト
がロケータ誤差以下か否か判定する（ステップＳ４）。
その結果が、Ｙｅｓであれば、ジャイロによる位置計測
で掘進し、Ｎｏであれば、ロケータによる位置計測を行
い、ジャイロによる計測値を補正する。こうしてステッ
プＳ７に進んで所定の掘削が終了したか否か判定し、Ｎ
ｏであれば、ステップＳ４に戻り、Ｙｅｓであれば掘削
を終了する。

【００１５】以下、図３−図９を参照して、図１及び図
２で説明した本発明の位置検知方法および装置の実施形
態と、好適に組み合わされる軌道修正方法及び装置につ
いて説明する。

【００１６】図３において、二重の鋼管１１５は外管１
１６および内管１１７で構成され、その先端の内部に
は、全体を符号Ｍで示すモニタの軌道修正装置１１０が
挿入されている。その軌道修正装置１１０は、軸受部１
０４が支持スプリング１０８によって傾斜可能に支持さ
れている。

【００１７】モニタＭの先端回転部１０１の先端部（図
３における右側端部）には、掘削用のジェット噴流Ｊ
２、Ｊ２（通常のジェット噴流：交差噴流を構成しない
ジェット噴流）を噴射する噴射ノズルＮ１、Ｎ１が設け
られいる。また、先端回転部１０１の側面には、ジェッ
ト噴流Ｊ２、Ｊ２で穿孔された孔を半径方向に拡径する
ため、交差噴流Ｊ１を形成する一対ノノズルＮ１、Ｎ１
が設けられている。さらに先端回転部１０１は、後端部
（図３における左側端部）に設けられた油圧モータ１０
５（駆動手段）によって、駆動されている。

【００１８】先端回転部１０１は符号１０２で示す制御
シリンダ部を有しており、該制御シリンダ部１０２に
は、その外周部に半径方向に伸縮する姿勢制御用シリン
ダ１０６が設けられている。（換言すれば、姿勢制御用
シリンダ１０６は先端回転部１０１に設けられてい
る。）この姿勢制御用シリンダ１０６は、油圧モータ１
０５による逆転時には、図示しないワンウエークラッチ
によって先端回転部１０１と共に回転するように構成さ
れている。なお、図示しないワンウエークラッチによれ
ば、一方向の回転は伝達されるが、他方向の回転は伝達
されない。制御シリンダ部１０２の後方（図３では左
方）には、油スイベル部１０３が設けられて制御シリン
ダ駆動用の油が供給されており、そして前記軸受部１０
４を隔てた後方には水スイベル部１０７が設けられて水
が供給されている。

【００１９】次に、図４〜図６を参照し、軌道修正方法
を説明する。まず、図４には、直線掘進時の状態が示さ
れている。先端回転部１０１は、油圧モータ１０５によ
って正回転（Ａ）で駆動され、その噴射ノズルからジェ
ット噴流Ｊ１、Ｊ２が噴出されて掘削が行われ、鋼管１
１５は直線で推進される。

【００２０】図５〜図８には軌道修正の状態が示されて
いる。まず、図５に示すように、油圧モータ１０５を逆
回転すると、図示の実施形態においては逆回転方向はワ
ンウエイクラッチの作動方向であるので、図示しないワ
ンウエイクラッチの作動により制御シリンダ部１０２が
（逆）回転（図５の矢印Ｃ）し、制御シリンダ部１０２
の外周部に設けられた制御用シリンダ１０６を、修正方
向の逆方向に向けて停止させる。すなわち、制御用シリ
ンダ１０６を周方向の所定位置まで回転移動させる。そ
して、図６に示すように、制御用シリンダ１０６を伸長
して内管１１７内周に当接させると、モニタ１１０はス
プリング１０８で支持されているので、容易に所定角度
に傾斜させることができる。

【００２１】そこで油圧モータ１０５を正回転させ（矢
印Ａ方向）、ジェット噴射して推進を再開すると、図７
に示すように符号ａ側が（クロスジェットＪ１による）
余堀量が少なくなり、且つ、外管１１６の符号ａ側の領
域が地盤に対して「そり」の様に作用して、矢視Ｘ方向
に軌道が修正される。軌道の修正が完了したら、制御用
シリンダ１０６を縮め、モニタ１１０の傾斜を戻す。そ
して、油圧モータ１０５を正転駆動（矢印Ａ方向）し
て、直線掘進を再開する（図６）。

【００２２】上記軌道修正方法の制御手順を、図７のフ
ローチャートを参照しつつ、さらに説明する。推進開始
は、まずステップＳ１１でジェット噴射を行い、ステッ
プＳ１２にて油圧モータ１０５の正転によって先端回転
部１０１を回転させる（図４）。

【００２３】そして、ステップＳ１３では、軌道修正が
必要か否か判断し、ＮｏであればステップＳ１９へ進
み、Ｙｅｓであれば、ステップＳ１４に進む。なお、軌
道修正が必要であるか否かについては、ジャイロ或いは
ロケータ等を使用する公知技術により、判断することが
可能である。

【００２４】ステップＳ１４では、軌道修正のために、
まず油圧モータ１０５を逆転（ワンウェイクラッチが作
動する回転方向）させて、姿勢制御用シリンダ１０６を
所定の方向に向ける（図５の状態）。そして、ステップ
Ｓ１５で、姿勢制御用シリンダ１０６を伸ばしてモニタ
１１０を傾ける（図６で示す状態）。次に、ステップＳ
１６に進み、油圧モータ１０５を正転させ、先端回転部
１０１を回転して推進する。

【００２５】ステップＳ１７では軌道が修正されたか否
か判断し、Ｎｏであれば、ステップＳ１４に戻って軌道
の修正ルーチンを繰り返し、Ｙｅｓであれば、ステップ
Ｓ１８に進んで姿勢制御シリンダ１０６を縮め、モニタ
１１０の傾きを戻す。ステップＳ１９では、掘進の目標
に到達したか否か判断し、到達していなければ（ステッ
プＳ１９がＮｏ）、ステップＳ１２に戻る。一方、掘進
の目標位置に到達したのであれば（ステップＳ１９がＹ
ｅｓ）、推進を終了する。

【００２６】図３−図９で説明した軌道修正方方及び装
置では、掘削手段が噴射ノズルＮ１、Ｎ２を有するモニ
タ１であり、噴射ノズルＮ１、Ｎ２からの交差噴流Ｊ
１、Ｊ２により地盤を掘削しつつ推進する場合に関する
ものである。これに対して、掘削手段として機械的な掘
削用ビットを用いている軌道修正方方及び装置が、図１
０、図１１で示されている。

【００２７】図１０及び図１１においては、全体を符号
Ｍａで示す掘削用部材の先端回転部１０１ａには、掘削
用ビット１５０が設けられており、該ビット１５０の円
形の端面の切羽側には掘削用チップ１５２が複数設けら
れている。ここで、図１０は直進時を示しており、姿勢
制御用シリンダ１０６は収縮した状態となっている。こ
れに対して、図１１は軌道修正時を示しており、姿勢制
御用シリンダ１０６は伸長している。図１０、図１１の
軌道修正方法及び装置における掘削手段以外の構成及び
作用効果については、図３−図９の軌道修正方法及び装
置と同様である。

【００２８】なお、図示の実施形態はあくまでも例示で
あり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記載ではな
い。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成さ
れ、以下の効果を奏する。（１）視準可能範囲では簡易かつ確実な自動追尾手段
によって位置検知ができる。（２）自動追尾手段によって視準不能な長距離、曲線
あるいは管の撓みが生じた場合においても、ジャイロま
たはロケータのいずれかによる位置計測に切換えられ、
確実に位置検出ができる。（３）その場合には、より正確な計測が選択され、ま
た、測定不能、あるいは繁雑な処理を避けることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す斜視図。

【図２】本発明の検知方法の手順を示すフローチャート
図。

【図３】本発明の検知方法及び手段と好適に組み合わせ
ることが出来る軌道修正装置の構成を示す断面図。

【図４】図３の装置を用いた直線掘進時を示す断面図。

【図５】図３の装置における制御シリンダの回転状態を
示す断面図。

【図６】図３の装置において制御シリンダの伸長による
モニタ傾斜状態を示す断面図。

【図７】図３の装置におけるモニタ傾斜による軌道修正
の推進状態を示す断面図。

【図８】図３の装置における直進再開推進状態を示す断
面図。

【図９】図３の装置を用いた軌道修正のフローチャート
図。

【図１０】本発明の検知方法及び手段と好適に組み合わ
せることが出来る軌道修正装置のその他の例における直
線掘進時を示す断面図。

【図１１】図１０の軌道修正装置における制御シリンダ
の伸長によるモニタ傾斜状態を示す断面図。

【符号の説明】

１・・・推進機３・・・プリズム４・・・３軸ジャイロ５・・・ロケータセンサ部６・・・多重伝送装置１１・・・推進機操作盤１２・・・自動追尾式トータルステーション１５・・・ロケータ地上検知部１０１・・・先端回転部１０２・・・制御シリンダ部１０３・・・油スイベル部１０４・・・軸受部１０５・・・油圧モータ１０６・・・姿勢制御用シリンダ１０７・・・水スイベル部１０８・・・モニタ支持スプリング１１０・・・軌道修正装置１１５・・・鋼管１５０・・・掘削用ビット１５２・・・掘削用チップＭ・・・モニタＭａ・・・掘削用部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼管先端に掘削手段を回転自在に設け、
該掘削手段により地盤を掘削しつつ推進する推進工法で
用いられる位置検知方法において、プリズムを用いて視
準する自動追尾手段によって位置検知する視準位置検知
工程と、前記自動追尾手段による視準が不能の場合に３
軸ジャイロによる位置計測に切り換える切換工程と、ジ
ャイロドリフトとロケータ誤差とを比較する比較工程
と、ジャイロドリフトがロケータ誤差より小さい場合或
いはロケータによる位置計測が不可能な場合にジャイロ
により位置計測を行うジャイロ位置計測工程と、ジャイ
ロドリフトがロケータ誤差より大きい場合にロケータで
位置計測を行うロケータ位置計測工程、とを有すること
を特徴とする位置検知方法。
【請求項２】鋼管先端に掘削手段を回転自在に設け、
該掘削手段により地盤を掘削しつつ推進する推進工法で
用いられる位置検知装置において、地上部には、ロケー
タ検知装置と、操作機側に設けられており且つプリズム
を用いて視準する自動追尾手段と、制御手段とを備え、
推進機側には、自動追尾手段用のプリズムと、３軸ジャ
イロと、前記ロケータ用のセンサとを備えており、前記
制御手段は、自動追尾手段による視準が不能の場合には
ジャイロまたはロケータのいずれかによる位置計測を行
い、ジャイロドリフトがロケータ誤差より小さい場合或
いはロケータによる位置計測が不可能な場合には前記ジ
ャイロによる位置計測を行い、ジャイロドリフトがロケ
ータ誤差より大きい場合にはロケータで位置計測を行う
様に構成されていることを特徴とする位置検知装置。