JP2001140582A - 管体の推進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】先頭管体の位置を誤差を抑えて迅速に測定で
き、高精度で容易に、管体を計画軌道に沿って自動的に
曲線状に敷設できる管体の推進装置の提供。 【解決手段】推進装置Ｐの位置測定装置Ｍは、先頭管体
１１Ａの立坑２に対する２次元若しくは３次元の位置を
それぞれ測定・算出可能な距離測定装置３０とジャイロ
系測定装置４０とを具備する。距離測定装置３０は、推
進される管体近傍に掘削したボーリング孔４にセンサ部
３３を設けて、電磁波等で管体１１Ａの位置を精度良く
測定する。推進装置の制御装置５０は、ジャイロ系測定
装置の測定誤差を距離測定装置の測定結果で修正しつ
つ、先頭管体１１Ａの位置を精度良く認識して、計画軌
道に一致させるように、開口調整ジャッキ群１３を制御
して、管体１１Ａを推進させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、曲線状に推進され
る先頭の管体の位置を、位置測定装置で測定して、複数
の管体を計画軌道に沿って自動的に曲線状に敷設する管
体の推進装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、管体を曲線状に敷設する推進装置
では、特許第２６３０５５７号公報や特許第２８０８４
２１号公報等に記載されているものが知られていた。

【０００３】前者の特許第２６３０５５７号公報に記載
されている推進装置では、先頭管体が、水平方向の方位
を検出する方位センサと、鉛直方向の縦軸角を検出する
縦軸角センサとを備えて、先頭管体の方位角と縦軸角と
が検出され、制御装置が、中押し検出センサと元押しセ
ンサとの信号を用いて、先頭管体の推進距離を算出し、
所定の開口調整ジャッキ群を制御して、３次元の軌道に
沿って自動的に複数の管体を推進するものであった。

【０００４】後者の特許第２８０８４２１号公報に記載
されている推進装置では、隧道の一端側の立坑内にトー
タルステーションが設置されるとともに、先頭管体と隧
道の中間部位とに反射鏡が設置され、トータルステーシ
ョンから発する光波を、中間の反射鏡を経て、先頭管体
の反射鏡に反射させて折り返させ、再度、中間の反射鏡
を経て、トータルステーションに戻すことにより、立坑
からの先頭管体の３次元的位置を測定し、制御装置が、
所定の開口調整ジャッキ群を制御して、３次元の軌道に
沿って自動的に複数の管体を推進するものであった。

【０００５】

【発明が解決するための課題】しかし、前者の特許第２
６３０５５７号公報の推進装置では、方位センサと縦軸
角センサとに、各種原理に基づくジャイロが使用され、
これらのジャイロは、誤差が時間とともに増大する傾向
があることから、誤差の修正に手間がかかることとなっ
て、改善の余地があった。

【０００６】また、後者の特許第２８０８４２１号公報
の推進装置では、中間に配置させる反射鏡を、後方から
の光波を前方側の反射器に送ることができるように調整
するとともに、先頭管体の反射鏡を後方の反射器に正対
させるように調整して、光波をトータルステーションに
送り返す必要があることから、それらの反射器の調整が
微妙な調整であることから、手間がかかって、これま
た、改善の余地があった。

【０００７】本発明は、上述の課題を解決するものであ
り、先頭管体の位置測定を、誤差を抑えて、迅速に行な
え、かつ、高い精度で容易に、管体を計画軌道データに
沿って自動的に曲線状に敷設できる管体の推進装置を提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る推進装置
は、複数の管体が、最後部側の立坑に配置される元押し
ジャッキにより順次推進されるとともに、先頭の管体
が、該先頭管体の後続の管体との間に介在される開口調
整ジャッキ群によって、所定の方向に操作されながら、
隧道を掘削しつつ、前記複数の管体を曲線状に敷設する
にあたり、制御装置が、前記先頭管体の前記立坑に対す
る２次元若しくは３次元の位置を測定可能な位置測定装
置を利用して、前記先頭管体の位置を認識し、前記先頭
管体の推進位置を予め入力されていた計画軌道データに
一致させるように、前記開口調整ジャッキ群を制御し
て、前記複数の管体を曲線状に敷設する管体の推進装置
であって、前記位置測定装置が、前記先頭管体の計画軌
道位置に近接するように地表面から掘削されたボーリン
グ孔にセンサ部を配置させて、土中を通過可能な検査媒
体を利用して、前記ボーリング孔から推進された前記先
頭管体までの距離を測定する距離測定装置と、前記先頭
管体の軸方向における水平方向の方位角を測定可能なジ
ャイロ、若しくは、前記先頭管体の軸方向における水平
方向の方位角と前記先頭管体の軸方向における鉛直方向
の縦軸角とを測定可能なジャイロを備えて、前記先頭管
体の前記立坑からの２次元若しくは３次元の位置を測定
可能なジャイロ系測定装置と、の２種類を具備して構成
され、前記制御装置が、前記ジャイロ系測定装置からの
前記先頭管体の位置データに基づいて、前記計画軌道デ
ータに一致させるように、前記開口調整ジャッキ群を制
御し、前記先頭管体の前記ボーリング孔の側方に到達し
た時の、前記距離測定装置からの前記先頭管体の距離デ
ータに基づいて、前記先頭管体の位置データを算出し直
して、前記ジャイロ系測定装置の誤差を修正し、修正し
た前記ジャイロ系測定装置からの前記先頭管体の位置デ
ータに基づいて、その後、前記計画軌道データに一致さ
せるように、前記開口調整ジャッキ群を制御することを
特徴とする。

【０００９】前記ジャイロ系測定装置には、前記先頭管
体のロール角を測定可能として、前記制御装置に電気的
に接続されたロール角センサを設けることが望ましい。

【００１０】さらに、前記制御装置は、前記先頭管体の
位置を、地球固定座標系で認識して、前記計画軌道デー
タとの誤差を、前記先頭管体を基準とする管体座標系に
変換して、前記開口調整ジャッキ群を制御することが望
ましい。

【００１１】

【発明の効果】本発明に係る管体の推進装置では、先頭
管体の位置を測定する位置測定装置が、先頭管体の計画
軌道位置に近接するように地表面から掘削されたボーリ
ング孔にセンサ部を配置させて、電磁波や磁気等の土中
を通過可能な検査媒体を利用して、ボーリング孔から推
進された先頭管体までの距離を測定する距離測定装置
と、先頭管体の軸方向における水平方向の方位角を測定
可能なジャイロ、若しくは、先頭管体の軸方向における
水平方向の方位角と先頭管体の軸方向における鉛直方向
の縦軸角とを測定可能なジャイロを備えて、先頭管体の
立坑からの２次元若しくは３次元の位置を測定可能なジ
ャイロ系測定装置と、の２種類を具備して構成されてい
る。

【００１２】そして、制御装置が、ジャイロ系測定装置
からの先頭管体の位置データに基づいて、計画軌道デー
タに一致させるように、開口調整ジャッキ群を制御し、
さらに、先頭管体のボーリング孔の側方に到達した時
の、距離測定装置からの先頭管体の距離データに基づい
て、先頭管体の位置データを算出し直して、ジャイロ系
測定装置の誤差を修正し、修正したジャイロ系測定装置
からの先頭管体の位置データに基づいて、計画軌道デー
タに一致させるように、開口調整ジャッキ群を制御す
る。換言すると、制御装置は、ジャイロ系測定装置によ
って、常時、先頭管体の立坑からの位置を測定して、誤
差を生じても、その誤差を、距離測定装置の距離データ
に基づく先頭管体の位置データで、修正することができ
る。

【００１３】そのため、ジャイロ系測定装置のジャイロ
は、時間とともに増大するドリフト誤差等の誤差を生ず
るが、距離測定装置による先頭管体の位置データに基づ
いて、そのドリフト誤差等をキャンセルするように修正
することができ、その後のジャイロ系測定装置による先
頭管体の立坑からの位置の測定について、精度を向上さ
せることができる。

【００１４】また、ジャイロ系測定装置による先頭管体
の立坑からの位置の測定を、精度を向上させることがで
きることから、逆に、距離測定装置のセンサ部を配置さ
せるボーリング孔の間隔を延ばすことも可能となり、ボ
ーリング孔の掘削数を低減させることもできる。

【００１５】さらに、ジャイロ系測定装置による先頭管
体の立坑からの位置の測定は、連続的に行なえ、また、
ボーリング孔のセンサ部を配置させた距離測定装置は、
電磁波や磁気等の土中を通過可能な検査媒体を利用して
いるため、土中であっても、トータルステーション等を
利用する光学系の距離測定装置に比べて、迅速に、測定
を行なうことができる。

【００１６】さらにまた、電磁波や磁気等の土中を通過
可能な検査媒体を利用する距離測定装置は、トータルス
テーション等の光学系の距離測定装置に比べて、低コス
トであり、ボーリング孔等からの装置の回収も容易であ
ることから、工費を極めて低減することができる。

【００１７】したがって、本発明に係る管体の推進装置
では、先頭管体の位置測定を、誤差を抑えて、連続的、
かつ、迅速に行なえることから、高い精度で容易に、管
体を計画軌道データに沿って自動的に曲線状に敷設で
き、さらに、工費も低減することができる。

【００１８】そして、ジャイロ系測定装置が、先頭管体
のロール角を測定可能として、制御装置に電気的に接続
されたロール角センサを設けて構成されれば、３次元軌
道を推進される際に、先頭管体が、自然発生的にロール
しても、制御装置が、ロール角センサからその先頭管体
のロールを検知して、的確に、開口調整ジャッキ群を制
御することができる。

【００１９】さらに、制御装置が、先頭管体の位置を、
地球固定座標系で測定し、その測定値と計画軌道データ
との誤差を、先頭管体を基準とする管体座標系に変換し
て、開口調整ジャッキ群を制御すれば、先頭管体の横ず
れを的確に修正しつつ、高精度に管体を曲線状に敷設す
ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面に基づいて説明する。

【００２１】実施形態で使用する推進装置Ｐは、図１に
示すように、複数の鋼管やヒューム管等の管体１１、開
口調整ジャッキ１４、緩衝材１９、先頭の管体１１Ａの
前端に配置される掘削用のカッタ１２、元押しジャッキ
２３、位置測定装置Ｍ、及び、制御装置５０を備えて構
成されている。また、位置測定装置Ｍは、距離測定装置
３０とジャイロ系測定装置４０とを備えて構成されてい
る。

【００２２】開口調整ジャッキ１４は、油圧ジャッキを
利用するものであり、図２・３に示すように、管体１１
・１１相互の端面付近に、所定のブラケット（図符号省
略）を固着させて、上下左右から４５°ずらして４個ず
つ配設され、４個ずつで１つの開口調整ジャッキ群１３
を構成している。

【００２３】なお、図４・５に示すように、開口調整ジ
ャッキ１４として、それらの両端と管体１１の端面との
間に、鋼板製の当板１６と硬質ゴム・合成樹脂等の板材
からなる緩衝材１７とを配置させても良く、さらに、開
口調整ジャッキ群１３として、実施形態で設けた位置に
複数個ずつの開口調整ジャッキ１４を設けるようにして
も良い。

【００２４】また、管体１１を鋼管製とする場合には、
管体１１の端部側に、直接、開口調整ジャッキ１４の取
付ブラケットを固定させても良い。

【００２５】開口調整ジャッキ１４は、シリンダ１４ａ
内で往復移動可能なピストンロッド１４ｂのストローク
を検出可能なエンコーダ等からなる開口調整検出センサ
１５を備え、制御装置５０の後述する制御装置本体５１
からのコマンド信号に基づいて、図示しない電磁弁が作
動され、ピストンロッド１４ｂが所定のストロークに制
御されることとなる。

【００２６】このような開口調整ジャッキ１４を備えた
開口調整ジャッキ群１３では、管体１１・１１間の４個
の内の左右若しくは上下の２つずつの各々に、後述する
制御装置本体５１からのコマンド信号を入力させれば、
管体１１・１１間に所定の開口差を設けて、曲線状に管
体１１を推進させることができる。

【００２７】開口調整ジャッキ群１３は、後続の管体１
１が、先行する管体１１の掘削した隧道１に沿って進み
易いことから、必ずしも全ての管体１１・１１間に設け
る必要はない。そのため、実施形態の場合には、開口調
整ジャッキ群１３は、先頭の管体１１Ａを計画軌道に沿
って敷設するために、先頭管体１１Ａと第２番目の管体
１１Ｂとの間と、第２番目の管体１１Ｂと第３番目の管
体１１Ｃとの間と、に配設され、後方の管体１１間に
は、緩衝材１９を配設させている。

【００２８】緩衝材１９は、管体１１の端面に当接可能
な連続状若しくは断続的な円環状とした発泡合成樹脂材
から形成されて、一方の管体１１の端面に接着されてい
る。緩衝材１９は、先頭管体１１Ａの軌跡に追従して、
後続の管体１１相互間に開口差が生じようとする際、軌
跡の曲線の内側部位を圧縮させて、管体１１を先頭管体
１１Ａの曲線の軌跡に追従させるとともに、管体１１の
端面に働く推進力を平均化する役目を果す。そして、緩
衝材１９は、開口調整ジャッキ１４よりコストが安価な
ため、管体１１の敷設後に回収しなくとも良く、施工コ
ストの上昇を防ぐことができることから、工費の低減化
を図るために、実施形態の場合には、第３番目以後の管
体１１相互間に、この緩衝材１９を配設させている。

【００２９】また、管体１１・１１相互の縁周囲と開口
調整ジャッキ群１３若しくは緩衝材１９の周囲とには、
それらを覆う鋼板からなる円筒形の覆い管２０が配設さ
れている。覆い管２０は、図２〜５に示すように、管体
１１の後部外周面に固着されるとともに、管体１１の外
周面に配設されるゴムリング２１に圧接され、開口調整
ジャッキ群１３・緩衝材１９の周囲の水密性を確保する
こととなる。

【００３０】元押しジャッキ２３は、油圧ジャッキから
構成され、地表から５〜１０ｍの深さで管体１１を推進
させるためのものであって、計画軌道の始点となる位置
に掘削された立坑２内に複数配置され、立坑２の内周面
の一面を支持壁２６とし、各元押しジャッキ２３のピス
トンロッド２３ａを同時に伸ばして管体１１を推進させ
ることとなる。また、元押しジャッキ２３には、ピスト
ンロッド２３ａのストロークを検出するストローク計２
４が配置されている。

【００３１】また、各開口調整ジャッキ１４や元押しジ
ャッキ２３に油圧を供給する油圧源は、元押しジャッキ
２３の油圧源２８が、立坑２の近傍に配設され、各開口
調整ジャッキ１４の油圧源２９が、調整ジャッキ１４近
傍の管体１１内に配設されている。

【００３２】さらに、この推進装置Ｐでは、管体１１に
対してカッタ１２・開口調整ジャッキ群１３・緩衝材１
９等を予め組み付けた３つのＡ・Ｂ・Ｃのユニット単位
で推進させる。ユニットＡは、管体１１の前端にカッタ
１２を取り付けるとともに、先頭管体１１Ａの後端に開
口調整ジャッキ群１３と覆い管２０とを取り付けて構成
される。ユニットＢは、管体１１の後端に開口調整ジャ
ッキ群１３と覆い管２０とを取り付けて構成される。ユ
ニットＣは、管体１１の後端に緩衝材１９と覆い管２０
とを取り付けて構成される。

【００３３】そして、位置測定装置Ｍは、距離測定装置
３０とジャイロ系測定装置４０とを備えて構成されて、
距離測定装置３０は、計画軌道の側方に配置され、ジャ
イロ系測定装置４０は、ユニットＡの先頭管体１１Ａに
配置される。

【００３４】距離測定装置３０は、図１・６に示すよう
に、計画軌道の側方付近に掘削したボーリング孔４付近
の地表面３に配置される装置本体３１と、ボーリング孔
４内に配置されるセンサ部３３と、を備えて構成されて
いる。センサ部３３は、リード線３２で装置本体３１と
電気的に接続されるとともに、リード線３２を繰り出し
たり引っ張ることにより、ボーリング孔４内で重力によ
りその位置を変えることができる。

【００３５】ボーリング孔４は、先頭管体１１Ａの推進
に先だって、計画軌道に沿い、かつ、計画軌道から横に
ずれた位置で、適数個掘削しておく。これらのボーリン
グ孔４は、掘削し易いように直線状とし、図示したよう
に、鉛直方向から斜めに傾斜させるように掘削したり、
あるいは、鉛直方向に掘削して、形成しても良い。ま
た、ボーリング孔４は、最接近した先頭管体１１Ａとの
距離を、センサ部３３が先頭管体１１Ａを検出できる範
囲内の距離とすることが必要であり、例えば、１ｍ以内
とする。

【００３６】距離測定装置３０は、実施形態の場合、土
中を通過可能な検査媒体として、パルス電磁波を利用す
るものである。距離測定装置３０のボーリング孔４から
先頭管体１１Ａまでの距離の測定原理は、航空機や船舶
の位置を測定する公知のパルスレーダ方式と同様であ
り、５０ＭＨ_Z 乃至３ＧＨ_Z のパルス電磁波を利用し、
土中において、発進した電磁波が先頭管体１１Ａのカッ
タ１２の表面で反射して戻るまでの時間から、センサ部
３３と先頭管体１１Ａとの距離を測定し、その測定デー
タから、ボーリング孔４からの先頭管体１１Ａの位置を
算出することとなる。

【００３７】そして、センサ部３３には、半波長ダイポ
ール方式のアンテナを使用する。このアンテナでは、直
径を４０mm以内にすることができるため、センサ部３３
を挿入させるボーリング孔４の内径を小さくすることが
でき、ボーリング孔４の掘削が容易となる。

【００３８】さらに、距離測定装置３０によるボーリン
グ孔４からの先頭管体１１Ａの位置の算出について説明
すると、図７に示すように、予め、ボーリング孔４内の
ａの位置に、センサ部３３を配置させ、接近してくる先
頭管体１１Ａとの距離Ｌ₃ を測定する。このＬ₃ の値
は、先頭管体１１Ａの接近にともない、徐々に小さくな
り、先頭管体１１Ａの前端部がボーリング孔４の真横に
来た時、最小となる。そして、測定には、パルス電磁波
の反射を利用するので、Ｌ₃ は、図７に示すように、セ
ンサ部３３の中心ａと先頭管体１１Ａの中心Ｏを通る線
上における先頭管体１１Ａ外周面からの距離が測定され
る。

【００３９】ついで、リード線３２を繰り出し、センサ
部３３をｂ点に移して、センサ部３３の中心ｂと先頭管
体１１Ａの中心Ｏを通る線上における先頭管体１１Ａ外
周面からの距離Ｌ₄ を測定する。なお、先頭管体１１Ａ
の推進速度は、毎分６０mm程度あり、最小の値でＬ₃ を
測定した後、Ｌ₄ を測定しても、ボーリング孔４からの
先頭管体１１Ａの位置の算出に、支障は生じない。

【００４０】そして、先頭管体１１Ａの位置（Ｙ₀ ，Ｚ
₀ ）の算出では、まず、Ｒ₁ ・Ｒ₂が、 Ｒ₁ ＝Ｒ＋Ｌ₃ …(1) Ｒ₂ ＝Ｒ＋Ｌ₄ …(2) である。なお、Ｒは先頭管体１１の半径である。

【００４１】また、三角形Ｏａｂの余弦定理により、 cosθ＝（Ｒ₁ ² ＋Ｌ₂ ² −Ｒ₂ ² ）／（２×Ｒ₁ ×Ｌ₂ ）＝Ｅ…(3) となる。

【００４２】すると、 sinθ＝（１−Ｅ² ）^1/2 …(4) Ｏｃ＝Ｒ₁ ×（１−Ｅ² ）^1/2 …(5) ａｃ＝Ｒ₁ ×Ｅ …(6) ａｄ＝ａｃ× cosα＝Ｒ₁ ×Ｅ× cosα …(7) ｃｅ＝Ｏｃ× sinα＝Ｒ₁ ×（１−Ｅ² ）^1/2 × sinα …(8) Ｏｅ＝Ｏｃ× cosα＝Ｒ₁ ×（１−Ｅ² ）^1/2 × cosα …(9) ｃｄ＝ａｃ× sinα＝Ｒ₁ ×Ｅ× sinα …（10） となって、 Ｚ₀ ＝Ｚ₁ ＋ａｄ＋ｃｅ ＝Ｚ₁ ＋Ｒ₁ ｛Ｅ× cosα＋（１ーＥ² ）^1/2 × sinα｝…（11） Ｙ₀ ＝Ｙ₁ −Ｏｅ＋ｃｄ ＝Ｙ₁ −Ｒ₁ ｛（１ーＥ² ）^1/2 × cosα−Ｅ× sinα｝…（12） として、ボーリング孔４の地表点（０，０）からの先頭
管体１１Ａの中心位置（Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）を算出することが
でき、さらに、ボーリング孔４の地表点（０，０）の位
置を、立坑２からの位置に換算する演算を行なえば、先
頭管体１１Ａの立坑２からの位置データ（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ，
Ｚ₀ ）を算出することができる。この算出は、距離測定
装置３０から出力される測定データに基づいて、制御装
置５０の後述する制御装置本体５１が演算する。

【００４３】なお、Ｙ₁ ，Ｚ₁ は、ａ点の座標であり、
Ｙは左向きを正、Ｚは下向きを正としている。また、傾
きαは、ボーリング孔４の掘削時に予め測定しておき、
Ｌ₁及びＬ₂ については、センサ部３３と装置本体３１
とを接続するリード線３２の長さから算出する。さら
に、立坑２からのボーリング孔４の地表点位置は、ボー
リング孔４の掘削時に、予め、測定しておく。

【００４４】さらにまた、先頭管体１１Ａの中心位置
（Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）は、上記のように、ａ，ｂの２点の測定
データから算出しても良いし、あるいは、ａ，ｂ間で連
続的にセンサ部３３を利用して測定し、レーザ画像に表
示させて、先頭管体１１Ａの中心位置（Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）を
求めても良い。

【００４５】さらに、他のボーリング孔４に、先頭管体
１１Ａが接近する場合には、測定を終了させた地点の距
離測定装置４０を、新たに先頭管体１１Ａが接近するボ
ーリング孔４に配置させて、測定作業を行なえば、装置
３０を無駄なく使用することができる。

【００４６】そして、パルス電磁波を利用した距離測定
装置３０に関して、地表面３から深さ５〜１０ｍを推進
される先頭管体１１Ａを、直接、測定するには、能力的
に問題があるが、実施形態のように、ボーリング孔４を
利用して、ボーリング孔４と先頭管体１１Ａの外周面と
の距離を１ｍ程度以内とすれば、精度良く、先頭管体１
１Ａの中心位置（Ｙ₀ ，Ｚ₀ ）を求めることができる。

【００４７】ジャイロ系測定装置４０は、先頭管体１１
Ａにそれぞれ配置される横ジャイロ４１、縦ジャイロ４
２、及び、ロール角センサ４３、を備えて構成されてい
る。ロール角センサ４３は、重力を利用したセンサまた
はジャイロで構成されて、先頭管体１１Ａのロール角を
検出する。

【００４８】そして、横ジャイロ４１と縦ジャイロ４２
とは、ボーリング孔４を配置させた距離測定装置３０の
測定地点間を埋めて、連続的に先頭管体１１Ａの位置を
測定する役割を果たす。

【００４９】ジャイロは、各種原理に基づくものがあ
り、古くは、回転するコマの慣性を利用したフリージャ
イロが用いられ、近年では、流体ガスのコレオリ力を利
用したガス流体ジャイロ、棒の固有振動を利用した振動
ジャイロ、光ファイバの中を通るレーザ光の速度差を利
用したファイバジャイロ、リングレーザジャイロ等が用
いられている。

【００５０】そして、これらの中で、フリージャイロ
は、直接、角度を検出することができるが、他の形式の
ものは、角速度を検出し、その出力を積分して、角度信
号を得ている。これらの角速度を検出するジャイロで
は、主として、零点誤差とドリフト誤差とが生じ易い。
零点誤差は、利用スタート時点でキャンセルさせれば良
いが、ドリフト誤差は、そのままでは、キャンセルする
ことができず、時間の経過とともに、角度の誤差を増大
させてしまう。

【００５１】実施形態の位置測定装置Ｍでは、距離測定
装置３０が一つのボーリング孔４での測定を終了させた
時点で、精度の高い先頭管体１１Ａの位置ゲータを算出
でき、以後のジャイロ系測定装置４０による先頭管体１
１Ａの位置測定を、算出した位置データを基準に行なう
ことから、ジャイロ系測定装置４０のジャイロ４１・４
２の零点誤差は、距離測定装置３０の一つのボーリング
孔４での測定を終了させた時点で、自動的にキャンセル
される。また、ジャイロ４１・４２のドリフト誤差は、
距離測定装置３０からのデータにより求めた先頭管体１
１Ａの位置ゲータから、算出できて、その算出したドリ
フト誤差をキャンセルすれば、以後のジャイロ系測定装
置４０による先頭管体１１Ａの位置測定におけるドリフ
ト誤差の影響を、極力抑えることが可能となる。

【００５２】そして、実施形態の位置測定装置Ｍでは、
ジャイロ系測定装置４０の零点誤差やドリフト誤差を、
ボーリング孔４を利用した距離測定装置３０からのデー
タに基づいて、解消できることから、ジャイロ系測定装
置４０に使用するジャイロ４１・４２に安価なもの（例
えば、ファイバジャイロ）が使用可能となり、また、掘
削するボーリング孔４の間隔を長くすることも可能とな
って、ボーリング孔４の数を減らせることもあいまっ
て、工費を低減することが可能となる。

【００５３】ジャイロ系測定装置４０による先頭管体１
１Ａの位置の測定原理について述べると、先頭管体１１
Ａが２次元軌道を推進する場合には、図８に示すように
なり、距離測定装置３０からのデータによって求めた先
頭管体１１ＡのＸＹ平面での位置データを、ｘ₀ ，ｙ₀
とし、距離測定装置３０から求めた先頭管体１１ＡのＸ
Ｙ平面での方位角度データを、ψ₀ とし、先頭管体１１
Ａの推進速度を、ｖとする。また、距離測定装置３０の
測定時点以後において、ジャイロ系測定装置４０からの
先頭管体１１ＡのＸＹ平面での位置データ（変化分）
を、ｘ，ｙとし、ジャイロ系測定装置４０からの先頭管
体１１ＡのＸＹ平面での方位角度データ（変化分）を、
ψとすれば、 ｘ＝∫ｖ× cos（ψ₀ ＋ψ）×ｄｔ …（13） ｙ＝∫ｖ× sin（ψ₀ ＋ψ）×ｄｔ …（14） となり、（13）・（14）式から、ｘ，ｙを求めることが
でき、さらに、ｘ₀ ＋ｘ，ｙ₀ ＋ｙによって、先頭管体
１１Ａの位置を連続的に求めることができる。

【００５４】そして、先頭管体１１Ａが推進されて、つ
ぎのボーリング孔４の位置での距離測定装置３０からの
測定データから求めた先頭管体１１Ａの位置データを、
ｘ₁・ｙ₁ ・ψ₁ ，…，…，ｘ_n ・ｙ_n ・ψ_n とすれ
ば、 ボーリング孔４の配置地点毎に、ｘ₀ ＋ｘ → ｘ₁ ｙ₀ ＋ｙ → ｙ₁ ψ₀ ＋ψ → ψ₁ … ｘ_n-1 ＋ｘ → ｘ_n ｙ_n-1 ＋ｙ → ｙ_n ψ_ン-1 ＋ψ → ψ_n と置き換えることができ、ジャイロ系測定装置４０によ
るジャイロ４１の零点誤差やドリフト誤差を含めた誤差
を、それぞれ、キャンセルすることができる。

【００５５】つぎに、ジャイロ系測定装置４０のドリフ
ト誤差を、距離測定装置３０からのデータに基づいて、
最小限に抑える原理を説明する。先頭管体１１Ａが、例
えば、２次元の直線状の計画軌道に沿って推進される場
合、図９に示すように、ジャイロ４１のドリフト誤差に
より、推進されるにしたがって、ぶれていく。また、図
１０に、ドリフト誤差をキャンセルする制御ブロック図
を示す。

【００５６】なお、Ｙ_C は、計画軌道の横位置（ｍ） Ｙは、施工軌道の横位置（ｍ） Ｙ_E ＝Ｙ_C −Ｙ、 Ｙ_D は、ドリフト誤差に基づく横位置誤差である。

【００５７】そして、この場合には、直線の計画軌道で
あるから、Ｙ_C ＝０であり、先頭管体１１の推進は、Ｙ
_E ＝０となるように制御されるが、ドリフト誤差によっ
て、Ｙの値が、図９に示すように、先頭管体１１Ａの推
進にともなって、計画軌道の値からずれていく。そし
て、距離測定装置３０からのデータに基づいて、横位置
誤差Ｙ_D が算出される。また、この時、ドリフト誤差に
よって、先頭管体１１ＡのＸＹ平面での方位角度データ
は、ψ_D となっている。

【００５８】そのため、ψ_D を、ジャイロ４１の方位誤
差（rad ）とし、ｖを、先頭管体１１Ａの推進速度（ｍ
／ｓ）とし、ψ_DDを、ジャイロ４１のドリフト誤差（ra
d/s ）とすれば、 ψ_D ＝∫ψ_DD×ｄｔ …（15） Ｙ_D ＝∫ｖ× sin（ψ_D ）×ｄｔ …（16） となる。

【００５９】そのため、算出されたＹ_D の値から、（1
6）式に基づいて微分することにより、方位誤差ψ_D を
算出でき、さらに、（15）式に基づいて微分すれば、ド
リフト誤差ψ_DDを算出することができる。

【００６０】そして、図１０に示した制御ブロック図の
誤差修正回路では、Ｙ_D を入力させて、上記のψ_D とψ
_DDとを求め、ジャイロ４１からの方位角度データ（変化
分）からψ_DDの値を差し引き、また、ジャイロ４１から
の方位角度データ（変化分）を積分した方位信号からψ
_D を差し引いて、ドリフト誤差に基づくジャイロ４１か
らの出力データの誤差を、キャンセルすれば、以後、ド
リフト誤差の影響を、極力、最小に抑えることができ
る。

【００６１】なお、ドリフト誤差ψ_DDは、経時的にある
程度変動することから、図１０の制御ブロック図に示す
ように、キャンセルしても、完全に無くすことは困難で
ある。しかし、キャンセルしない場合に比べて、格段
に、誤差の影響を低減することができるため、距離測定
装置３０のためのボーリング孔４の設置間隔を長くする
ことに寄与できる。

【００６２】ちなみに、図１０に示した制御ブロック図
のシステムにより、ドリフト誤差を修正し、ジャイロ系
測定装置４０の測定精度を向上させることができること
を実証するために、上記システムのマセマティカルシュ
ミレーションを実施した結果を、図１１・１２に示す。
図１１・１２の縦軸は、横軸の２５倍に拡大してある。

【００６３】図１１は、ドリフト誤差をキャンセルしな
い時の経路であり、ドリフト誤差のために、施工軌道Ｙ
が、２次曲線状にずれている。図１２は、１０ｍ推進地
点において、ドリフト誤差をキャンセルした場合であ
り、キャンセル後、施工軌道Ｙは、計画軌道Ｙ_C と一致
している。ドリフト誤差ψ_DDの値が変動しない場合に
は、キャンセルすれば、このようにドリフト誤差の影響
を完全に無くすことができる。しかし、実際には、若干
の変動分があるため、ドリフト誤差をキャンセルした後
の施工軌道Ｙは、厳密には若干ずれることが避けられな
いが、ドリフト誤差をキャンセルしない場合に比べて、
格段にドリフト誤差の影響を抑えることができる。

【００６４】なお、図９・１１・１２は、直線状の計画
軌道に関するものであるが、曲線状の計画軌道の場合で
も、計画軌道と施工軌道との差の値は同じであり、図１
０のドリフト誤差のキャンセル方法は、曲線状の場合で
あっても直線状と同様であり、さらに、ジャイロ４２に
よる縦方向のドリフト誤差も横方向と同様であり、図１
０のドリフト誤差のキャンセル方法は、３次元の曲線状
の計画軌道の場合であっても、縦方向と横方向とのドリ
フト誤差をそれぞれキャンセルすることで、同様に、実
施することができる。

【００６５】そして、実施形態における推進装置Ｐの制
御装置５０は、立坑２の近傍に配設され、図１３に示す
ように、制御装置本体５１、表示器５２、指示計５３、
キーボード５４、操作盤５５、電源５７等を備えて構成
されている。また、制御装置５０は、各元押しジャッキ
２３を同時に作動させる図示しない作動スイッチを備え
ている。

【００６６】制御装置本体５１は、図１４に示すよう
に、２つの演算部５１ａ・５１ｂと所定の図示しない制
御部・記憶部とを備え、演算部５１ａに地球固定座標系
で表わした計画軌道データが入力される。そして、演算
部５１ａが、位置測定装置Ｍからの信号から、ユニット
Ａの位置を演算して算出し、計画軌道データとの誤差を
算出して、後述する管体座標系に変換し、誤差を無くす
ように、後述する開口調整ジャッキ群１３の操作量ＬＹ
・ＬＺを演算部５１ｂにインプットし、演算部５１ｂ
が、操作量ＬＹ・ＬＺに対応して開口調整ジャッキ群１
３を操作する水平コマンド信号と鉛直コマンド信号とを
出力する。

【００６７】なお、位置測定装置Ｍにおける距離測定装
置３０からのデータに基づいて先頭管体１１Ａの正確な
位置データの算出、ジャイロ系測定装置４０での先頭管
体１１Ａの位置データの算出、ドリフト誤差のキャンセ
ル等は、実施形態の場合、演算部５１ａで算出してい
る。

【００６８】また、制御装置本体５１の演算部５１ａに
入力される計画軌道データは、キーボード５４を利用し
て入力する。また、このデータは、入力後、表示器５２
で表示させ、確認することができるように構成されてい
る。

【００６９】つぎに、この制御装置本体５１の制御によ
る推進装置Ｐの各ユニットＡ・Ｂ・Ｃの推進について説
明する。

【００７０】なお、推進は、制御装置５０の図示しない
作動スイッチを操作して元押しジャッキ２３を逐次作動
させつつ、ユニットＡを埋設し、その後、ユニットＢ・
Ｃを順次埋設させて推進させる。

【００７１】この推進時、位置測定装置Ｍによって測定
されるユニットＡの位置は、横ジャイロ４１と縦ジャイ
ロ４２とを備えたジャイロ系測定装置４０により連続的
に測定され、ボーリング孔４の掘削位置にユニットＡの
先頭管体１１Ａが到達した時、距離測定装置３０からの
測定データに基づいて、正確なユニットＡの位置が認識
され、ジャイロ系測定装置４０のジャイロ４１・４２の
零点誤差とドリフト誤差とがキャンセルされて、それ以
後のユニットＡの位置が、修正された状態で、ジャイロ
系測定装置４０により連続的に測定されることとなる。

【００７２】また、３次元の計画軌道は、一般に、横の
軌道が、水平面に投影した軌道において、直線と円弧の
組み合わせで規定され、縦の軌道が、軌道を含む鉛直曲
面を垂直な平面に引き伸ばし、その平面での直線と円弧
の組み合わせで規定される（図１５・１６参照）。

【００７３】そして、図１５に示すように、立坑２から
計画軌道に沿ってユニットＡがＧ地点に到達したとす
る。図１５のＸＹＺは、地球に固定された軸、すなわ
ち、地球固定座標軸であり、０は、出発点の立坑２の位
置である。また、図１５の符号６１は、掘削中の３次元
軌道である。

【００７４】この３次元軌道６１は、既述したように、
ＸＹ平面に投影した水平面軌道６２と、垂直面軌道６４
と、で表わされる。垂直面軌道６４は、図１６に示すよ
うに、３次元軌道６１を含む鉛直曲面６３を垂直平面に
引き延ばした軌道である。Ｈは、水平面軌道の距離を表
わす。

【００７５】そして、実施形態の３次元軌道の自動推進
は、縦の垂直面軌道６４と横の水平面軌道６２とに分け
て制御系を組み、縦と横との時分割で行なう。すなわ
ち、所定時間毎、例えば、１０秒毎に切り換えて、縦と
横とを交互に制御する。制御されない休止期間は、休止
直前の値でホールドする。

【００７６】そして、Ｇ地点における計画軌道データを
読み出した値をｘ_c 、ｙ_c 、ｚ_c とし、位置測定装置Ｍ
を利用して制御装置本体５１の演算部５１ａが演算して
測定したユニットＡの位置をｘ、ｙ、ｚとすれば、両者
の差、 ｘ_e ＝ｘ_c −ｘ …（17） ｙ_e ＝ｙ_c −ｙ …（18） ｚ_e ＝ｚ_c −ｚ …（19） を零にするように、ユニットＡを制御すれば、計画軌道
に施工軌道を一致させることができる。

【００７７】さらに、ユニットＡには、開口調整ジャッ
キ群１３における放射状の４箇所に配置された複数の開
口調整ジャッキ１４が設けられており、開口調整ジャッ
キ群１３による後続のユニットＢとの開口調整によっ
て、横あるいは縦の開口調整した方向にユニットＡを旋
回させて進行させることができる。

【００７８】ただし、（17）〜（19）式は、地球固定座
標系の式であり、管体１１に固定された開口調整ジャッ
キ群１３を制御する場合には、（17）〜（19）式のｘ
_e ，ｙ _e ，ｚ_e を、ユニットＡを基準とする管体座標系
での横誤差（ユニットＡの軸方向と直交する横方向の誤
差）Ｙ_Beと縦誤差（ユニットＡの軸方向と直交する縦方
向の誤差）Ｚ_Beとに変換する必要が生ずる。この地球固
定座標系からの管体座標系への変換は、図１７・１８に
示すように、 Ｙ_Be＝ｙ_e × cosψ_c −ｘ_e × sinψ_c …（20） Ｚ_Be＝ｚ_e × cosθ_c −ｘ_e × sinθ_c …（21） となる。ここに、ψ_c は、計画軌道の方位角であり、θ
_c は、計画軌道の縦軸角である。

【００７９】そして、Ｙ_BeとＺ_Beとを零にするように、
開口調整ジャッキ群１３を制御すれば、ユニットＡを計
画軌道に施工軌道を一致させることができる。

【００８０】なお、制御装置本体５１の演算部５１ａに
予め入力されている３次元軌道６１の計画軌道データに
ついて説明すれば、水平面軌道６２での計画軌道は、一
般に直線と円弧で表わされることから、図１９に示すよ
うに、０を、立坑２の位置に対応する原点として、例え
ば、距離０〜Ｌ₅ を直線、距離Ｌ₅ 〜Ｌ₆ を円弧（半径
Ｒ₄ ）とし、計画軌道方位をψ_c 、計画軌道Ｘ方向距離
をｘ_c 、計画軌道Ｙ方向距離をｙ_c 、ＸＹ平面での推進
速度をＶ₁ とすれば、制御装置本体５１の演算部５１ａ
には、予め、距離０〜Ｌ₅ までは、（ｄψ_c ／ｄｔ）＝
０、距離Ｌ₅ 〜Ｌ₆ までは、（ｄψ_c ／ｄｔ）＝Ｖ₁ ／
Ｒ₄ 、及び、ψ_c の初期値ψ₀ が、それぞれ、インプッ
トされている。

【００８１】そのため、演算部５１ａが読み出しをｄｔ
毎に行ない、初期値ψ₀ を基準に、 ψ_c ＝ψ₀ ＋∫（ｄψ_c ／ｄｔ）×ｄｔ …（22） を演算部５１ａが演算し、さらに、 ｘ_c ＝∫Ｖ₁ ×cos ψ_c ×ｄｔ …（23） ｙ_c ＝∫Ｖ₁ ×sin ψ_c ×ｄｔ …（24） を演算すれば、ｘ_c ，ｙ_c を読み出すことができる。

【００８２】さらに、垂直面軌道６４での計画軌道も同
様に、図２０に示すように、例えば、距離０〜Ｌ₇ を直
線、距離Ｌ₇ 〜Ｌ₈ を円弧（半径Ｒ₅ ）とし、計画軌道
方位をθ_c 、計画軌道Ｚ方向距離をｚ_c 、ＨＺ平面での
推進速度をＶとすれば、制御装置本体５１の演算部５１
ａには、予め、距離０〜Ｌ₇ までは、（ｄθ_c ／ｄｔ）
＝０、距離Ｌ₇ 〜Ｌ₈ までは、（ｄθ_c ／ｄｔ）＝Ｖ／
Ｒ₅ 、及び、θ_c の初期値θ₀ が、それぞれ、インプッ
トされている。

【００８３】そのため、演算部５１ａが読み出しをｄｔ
毎に行ない、初期値θ₀ を基準に、 θ_c ＝θ₀ ＋∫（ｄθ_c ／ｄｔ）×ｄｔ …（25） を演算部５１ａが演算し、さらに、 ｚ_c ＝∫Ｖ× cosψ_c ×ｄｔ …（26） を演算すれば、ｚ_c を読み出すことができる。

【００８４】なお、推進速度Ｖ₁ は、 Ｖ₁ ＝Ｖ× cosθ_C …（27） により算出できる。

【００８５】また、推進速度Ｖは、元押しジャッキ２３
に装備したストローク計２４の単位時間変化で測定す
る。

【００８６】そして、（20）式のＹ_Beを零にする制御
は、ＰＩＤ制御理論により行なう。すなわち、 ＬＹ＝（Ｋ_D ×ｓ＋Ｋ_P ＋Ｋ_I ／ｓ）×Ｙ_Be …（28） を演算して、制御する。

【００８７】ここに、ＬＹ：横開口調整ジャッキストロ
ーク、 Ｋ_D ：微分ゲイン、 Ｋ_P ：比例ゲイン、 Ｋ_I ：積分ゲイン、 ｓ ：微分を表わす（ラプラス変換複素パラメータ）、 １／ｓ：積分を表わす（ラプラス変換複素パラメータ）
である。

【００８８】なお、Ｋ_D は、Ｙ_Beの高周波成分に有効で
あり、Ｋ_P は、Ｙ_Beの全周波数域に有効であり、Ｋ_I
は、Ｙ_Beの低周波成分に有効である。これらの値は、ユ
ニットＡの運動に合わせて、予め、適する値を設定して
おく。

【００８９】また、（21）式のＺ_Beを零にする制御も、
ＰＩＤ制御理論により行なう。すなわち、 ＬＺ＝（Ｋ_D ×ｓ＋Ｋ_P ＋Ｋ_I ／ｓ）×Ｚ_Be …（29） を演算して、制御する。

【００９０】ＬＺは、縦開口調整ストロークであり、Ｋ
_D 、Ｋ_P 、Ｋ_I は、（28）式と同様に、それぞれ、微分
ゲイン、比例ゲイン、積分ゲインであり、ｓも同様に、
微分を表わし（ラプラス変換複素パラメータ）、１／ｓ
も同様に、積分を表わす（ラプラス変換複素パラメー
タ）。

【００９１】なお、制御理論は、ＰＩＤ制御理論に限ら
れるものではなく、他の制御理論、例えば、最適制御理
論等によっても良いことは勿論である。

【００９２】そして、横方向の操作量ＬＹの制御は、図
３・５の左の２本の開口調整ジャッキ１４Ａ・１４Ｂと
右の２本の開口調整ジャッキ１４Ｃ・１４Ｄをそれぞれ
組みとして、左の開口調整ジャッキ１４Ａ・１４Ｂと右
の開口調整ジャッキ１４Ｃ・１４Ｄとを差動的に作動さ
せて行なう。また、縦方向の操作量ＬＺは、図３・５の
上側の左右の開口調整ジャッキ１４Ａ・１４Ｃと下側の
左右の開口調整ジャッキ１４Ｂ・１４Ｄとをそれぞれ組
みとして、上の開口調整ジャッキ１４Ａ・１４Ｃと下の
開口調整ジャッキ１４Ｂ・１４Ｄとを差動的に作動させ
て行なう。

【００９３】つぎに、ユニットＡが、その軸の周方向に
回転して、すなわち、ロール角を生じさせて推進された
場合について述べる。

【００９４】３次元軌道において、ピッチ角θがある値
を持って、ヨー角ψを変えるように、ユニットＡが推進
される時、自然発生的にロール角φが発生する。例え
ば、ピッチ角θが１０°で、ヨー角ψが９０°変化する
と、ロール角φは１０°となる。そして、上記の操作量
ＬＹは、水平面内での開口調整ジャッキ群１３の制御で
あり、また、操作量ＬＺは、鉛直面内での開口調整ジャ
ッキ群１３の制御である。そのため、ユニットＡがロー
ル角φを生じさせた場合には、これらの操作量ＬＹ・Ｌ
Ｚを座標変換して操作する必要が生ずる。

【００９５】この座標変換は、図２１に示すように、ユ
ニットＡがロール角φでロールした時、操作量ＬＹ・Ｌ
Ｚを、ユニットＡのロールした管体座標系の左右方向の
操作量（ＬＹ）と、上下方向の操作量（ＬＺ）とに変換
することとなる。

【００９６】そして、操作量ＬＹを（ＬＹ）と（ＬＺ）
とにより変換操作する時には、 （ＬＹ）＝ＬＹ× cosφ …（30） （ＬＺ）＝ＬＹ× sinφ …（31） に変換して、図３・５の開口調整ジャッキ１４Ａ・１４
Ｂと開口調整ジャッキ１４Ｃ・１４Ｄとを制御する。

【００９７】また、操作量ＬＺを（ＬＺ）と（ＬＹ）と
により変換操作する時には、 （ＬＺ）＝ＬＺ× cosφ …（32） （ＬＹ）＝−ＬＺ× sinφ …（33） に変換して、図３・５の開口調整ジャッキ１４Ａ・１４
Ｃと開口調整ジャッキ１４Ｂ・１４Ｄとを制御する。

【００９８】上記（30）・（31）・（32）・（33）式
は、ユニットＡに設置されたロール角センサ４３からの
信号を入力した演算部５１ｂが、ロール角φと演算部５
１ａからの操作量ＬＹ，ＬＺの値とを演算して、開口調
整ジャッキ群１３に水平・鉛直コマンド信号を出力して
制御することとなる。

【００９９】なお、上記のロール角φは、ユニットＡの
後方から見た右回りを正とし、また、ピッチ角θは、推
進方向での上向きを正とし、さらに、ヨー角ψは、右回
りを正としている。

【０１００】そして、ユニットＡが順次推進され、後続
のユニットＢと直後のユニットＣとの開口差について
は、計画軌道から曲線から割り出した理論的開口差Ｓを
利用して、ユニットＢとユニットＣとの間の開口調整ジ
ャッキ群１３を制御する。

【０１０１】理論的開口差Ｓは、 Ｓ＝Ｂｃ×Ｌ／Ｒ …（34） で算出される。ここに、Ｒは、計画軌道の曲線半径
（ｍ）、Ｂｃは、管（ユニット）の外径（mm）、Ｌは、
管（ユニット）の長さ（ｍ）である。

【０１０２】後続のユニットＢにおけるその直後のユニ
ットＣとの間の開口調整は、ユニットＢの先端が、計画
軌道の直線から曲線に移る始曲点に差し掛かった時から
開口調整を開始し、後続の直後のユニットＣの後端が始
曲点を通過する時、（34）式の開口差Ｓとなるように、
徐々に調整する。曲線途中では、その（34）式の開口差
Ｓを維持する。そして、計画軌道の曲線から直線に移る
終曲点に、ユニットＢの先端が差し掛かった時には、上
述と逆に、ユニットＢ・Ｃ間の開口調整は、（34）式の
開口差Ｓを徐々に減ずるようにし、後続の直後のユニッ
トＣの後端が終曲点に差し掛かった時に、開口差Ｓを零
とするように、調整する。

【０１０３】なお、開口調整ジャッキ群１３が、ユニッ
トＣ以後の後方に配置される場合にも、同様に制御す
る。

【０１０４】また、後続のユニットＢの移動距離の算出
は、制御装置本体５１の演算部５１ａにおいて、ユニッ
トＡの移動距離Ｌ₀ から、ジャイロ４１・４２からユニ
ットＢまでの長さを、減算すれば良い。ジャイロ４１・
４２からユニットＢまでの長さは、ピストンロッド１４
ｂを伸ばしていない状態でのジャイロ４１・４２の設置
位置から開口調整ジャッキ１４の後端までの距離と、開
口調整検出センサ１５からの信号に基く先頭の開口調整
ジャッキ群１３の平均ストロークと、を加算した値であ
る。

【０１０５】そして、ユニットＣ以後の後方に開口調整
ジャッキ群１３が配置される場合にも、同様である。

【０１０６】すなわち、後続のユニットの移動距離の算
出は、予め、埋設するユニットの標準長さ（開口調整ジ
ャッキ１４のピストンロッドを伸ばしていない状態での
覆い管２０を省いた各ユニットの長さ）を、順次、制御
装置本体５１に入力させておき、演算部５１ａにおい
て、ユニットＡからそのユニットまでの間に入った各ユ
ニットの標準長さを積算した長さと、開口調整検出セン
サ１５からの信号に基づく各開口調整ジャッキ群１３の
平均ストロークと、を加算した値に、さらに、ジャイロ
４１・４２の設置位置から先頭のユニットＢまでの距離
を加算した値を、ユニットＡの移動距離Ｌ₀ から、減算
すれば良い。

【０１０７】そして、実施形態の推進装置Ｐでは、立坑
２内に、順次、ユニットＡ、ユニットＢ、ユニットＣを
挿入させて、元押しジャッキ２３の推進力で、各ユニッ
トを推進させていけば、ジャイロ系測定装置４０の横・
縦ジャイロ４１・４２が、立坑２からのユニットＡの位
置を測定する。

【０１０８】そして、制御装置５０が、ジャイロ系測定
装置４０からのユニットＡの位置データに基づいて、計
画軌道データに一致させるように、開口調整ジャッキ群
１３を制御し、さらに、ユニットＡの各ボーリング孔４
の側方に到達した時の、距離測定装置３０からのユニッ
トＡの距離データに基づいて、ユニットＡの位置データ
を算出し直して、ジャイロ系測定装置４０の誤差を修正
し、修正したジャイロ系測定装置４０からのユニットＡ
の位置データに基づいて、計画軌道データに一致させる
ように、開口調整ジャッキ群１３を制御する。換言する
と、制御装置５０は、ジャイロ系測定装置４０によっ
て、常時、ユニットＡの立坑２からの位置を測定して、
誤差を生じても、その誤差を、距離測定装置３０の距離
データに基づくユニットＡの位置データで、修正するこ
とができる。

【０１０９】そのため、ジャイロ系測定装置４０のジャ
イロ４１・４２は、時間とともに増大するドリフト誤差
等の誤差を生ずるが、距離測定装置３０によるユニット
Ａの位置データに基づいて、そのドリフト誤差等をキャ
ンセルするように修正することができ、その後のジャイ
ロ系測定装置４０によるユニットＡの立坑２からの位置
の測定について、精度を向上させることができる。

【０１１０】また、ジャイロ系測定装置４０によるユニ
ットＡの立坑２からの位置の測定を、精度を向上させる
ことができることから、逆に、距離測定装置３０のセン
サ部３３を配置させるボーリング孔４の間隔を延ばすこ
とも可能となり、ボーリング孔４の掘削数を低減させる
こともできる。

【０１１１】さらに、ジャイロ系測定装置４０によるユ
ニットＡの立坑２からの位置の測定は、連続的に行な
え、また、ボーリング孔４のセンサ部３３を配置させた
距離測定装置３０は、土中を通過可能な検査媒体である
電磁波を利用しているため、土中であっても、トータル
ステーション等を利用する光学系の距離測定装置に比べ
て、迅速に、測定を行なうことができる。

【０１１２】さらにまた、土中を通過可能な電磁波を利
用する距離測定装置３０は、トータルステーション等の
光学系の距離測定装置に比べて、低コストであり、ボー
リング孔４等からの装置３３の回収も容易であることか
ら、工費を極めて低減することができる。

【０１１３】したがって、実施形態の係る管体の推進装
置Ｐでは、ユニットＡの位置測定を、誤差を抑えて、連
続的、かつ、迅速に行なえることから、高い精度で容易
に、管体を計画軌道データに沿って自動的に曲線状に敷
設でき、さらに、工費も低減することができる。

【０１１４】そして、実施形態では、ジャイロ系測定装
置３０が、ユニットＡのロール角φを測定可能として、
制御装置５０に電気的に接続されたロール角センサ４３
を設けて構成されており、３次元軌道を推進される際
に、ユニットＡが、自然発生的にロールしても、制御装
置５０が、ロール角センサ４３からそのユニットＡのロ
ールを検知して、的確に、開口調整ジャッキ群１３を制
御することができる。

【０１１５】さらに、実施形態では、制御装置５０が、
ユニットＡの位置を、地球固定座標系で測定し、その測
定値と計画軌道データとの誤差を、ユニットＡを基準と
する管体座標系に変換して、開口調整ジャッキ群１３を
制御しているため、先頭のユニットＡの横ずれを的確に
修正しつつ、高精度に管体１１を曲線状に敷設すること
ができる。

【０１１６】なお、掘削時の隧道１が長くなる場合に
は、管体１１・１１間に、元押しジャッキ２３と同様な
油圧を利用した中押しジャッキを設け、後部側の管体１
１に開口調整ジャッキ群１３を設け、中押しジャッキの
周囲の前後の管体１１相互間と、開口調整ジャッキ群１
３と、の周囲を覆う覆い管２０を配設したユニットＤ
を、適宜ユニットＣ間に配設させて、管体１１を推進さ
せれば良い。なお、中押しジャッキの作動は、制御装置
５０の図示しない作動スイッチを操作することにより、
元押しジャッキ２３と同様に作動させれば良い。

【０１１７】また、隧道１の曲率が大きく、隧道１のカ
ーブが急な場合等で、ユニットＡに後続のユニットが追
従し難い場合には、ユニットＣを用いることなく、ユニ
ットＡと、必要数のユニットＢと、上述のユニットＤを
利用して、推進させれば良い。

【０１１８】この場合の推進でも、制御装置本体５１の
制御は、上述と同様であり、開口調整時、後続のユニッ
トが変化点に差しかっかた時に、理論開口差Ｓを生ずる
ように、後続のユニットの開口調整ジャッキ群１３の各
開口調整ジャッキ１４を制御すれば良い。

【０１１９】さらに、実施形態では、位置測定装置Ｍの
距離測定装置３０が、土中を通過可能な検査媒体に、電
磁波を利用するものを示したが、図２２に示すように、
距離測定装置７０として、土中を通過可能な検査媒体に
磁気を利用したものを使用しても良い。

【０１２０】この距離測定装置７０は、フェーズロック
ループ回路を利用した磁力計で構成されるものであり、
ボーリング孔４に挿入させる励振コイル７３ａと検出コ
イル７３ｂとをセンサ部７３として、それ以外の指示計
７１ａ等の構成部品を装置本体７１として、ボーリング
孔４の地表面３に設置する。そして、予め、先頭管体１
１Ａに、合成樹脂製の窓等で覆って、例えば、数十ＫＨ
_Z の電流を流したコイル（図示せず）を設置しておく。

【０１２１】この距離測定装置７０では、図６に示すａ
点・ｂ点等のように、センサ部７３の深度を変化させ、
先頭管体１１Ａに配置させたコイルの変調磁界をセンサ
部７３が計測するものであり、ボーリング孔４の側方に
先頭管体１１Ａが推進されれば、変調磁界の計測値が最
大値となり、電磁波を利用した距離測定装置３０と同様
に、ボーリング孔４の地表点に対する先頭管体１１Ａの
位置を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の推進装置を示す図であ
る。

【図２】同実施形態の開口調整ジャッキ群を示す図であ
る。

【図３】図２の III− III部位の概略断面図を示す図で
ある。

【図４】開口調整ジャッキ群の変形例を示す図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ部位の概略断面図を示す図であ
る。

【図６】同実施形態の距離測定装置の使用態様を示す図
である。

【図７】同実施形態の距離測定装置による先頭管体の測
定作業を説明する図である。

【図８】同実施形態のジャイロ系測定装置による水平面
上での測定作業を説明する図である。

【図９】同実施形態のジャイロ系測定装置のドリフト誤
差をキャンセルする作業を説明する図である。

【図１０】同実施形態のジャイロ系測定装置のドリフト
誤差をキャンセルする制御を示す制御ブロック図であ
る。

【図１１】同制御ブロック図の制御によるマセマティカ
ルシュミレーションの結果を示すグラフ図であり、ドリ
フト誤差をキャンセルしていない状態を示す。

【図１２】同制御ブロック図の制御によるマセマティカ
ルシュミレーションの結果を示すグラフ図であり、ドリ
フト誤差をキャンセルした状態を示す。

【図１３】同実施形態に使用する制御装置の正面図であ
る。

【図１４】同実施形態の制御系のブロック図である。

【図１５】計画軌道を地球固定座標系で表した状態を示
す図である。

【図１６】計画軌道を垂直面軌道で表わした状態を示す
図である。

【図１７】水平面軌道での管体座標系による誤差修正を
説明する図である。

【図１８】垂直面軌道での管体座標系による誤差修正を
説明する図である。

【図１９】計画軌道データの水平面上での読み出しを説
明する図である。

【図２０】計画軌道データの垂直面上での読み出しを説
明する図である。

【図２１】管体座標系によるロール角の修正を説明する
図である。

【図２２】距離測定装置の他の実施形態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…隧道、 ２…立坑、 ４…ボーリング孔、 １１…管体、 １３…開口調整ジャッキ群、 ３０・７０…距離測定装置、 ３３・７３…センサ部、 ４０…ジャイロ系測定装置、 ４１…横ジャイロ、 ４２…縦ジャイロ、 ４３…ロール角センサ、 ５０…制御装置、 Ｍ…位置測定装置、 Ｐ…推進装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の管体が、最後部側の立坑に配置さ
   れる元押しジャッキにより順次推進されるとともに、先
   頭の管体が、該先頭管体の後続の管体との間に介在され
   る開口調整ジャッキ群によって、所定の方向に操作され
   ながら、隧道を掘削しつつ、前記複数の管体を曲線状に
   敷設するにあたり、 制御装置が、前記先頭管体の前記立坑に対する２次元若
   しくは３次元の位置を測定可能な位置測定装置を利用し
   て、前記先頭管体の位置を認識し、前記先頭管体の推進
   位置を予め入力されていた計画軌道データに一致させる
   ように、前記開口調整ジャッキ群を制御して、前記複数
   の管体を曲線状に敷設する管体の推進装置であって、 前記位置測定装置が、 前記先頭管体の計画軌道位置に近接するように地表面か
   ら掘削されたボーリング孔にセンサ部を配置させて、土
   中を通過可能な検査媒体を利用して、前記ボーリング孔
   から推進された前記先頭管体までの距離を測定する距離
   測定装置と、 前記先頭管体の軸方向における水平方向の方位角を測定
   可能なジャイロ、若しくは、前記先頭管体の軸方向にお
   ける水平方向の方位角と前記先頭管体の軸方向における
   鉛直方向の縦軸角とを測定可能なジャイロを備えて、前
   記先頭管体の前記立坑からの２次元若しくは３次元の位
   置を測定可能なジャイロ系測定装置と、 の２種類を具備して構成され、 前記制御装置が、 前記ジャイロ系測定装置からの前記先頭管体の位置デー
   タに基づいて、前記計画軌道データに一致させるよう
   に、前記開口調整ジャッキ群を制御し、 前記先頭管体の前記ボーリング孔の側方に到達した時
   の、前記距離測定装置からの前記先頭管体の距離データ
   に基づいて、前記先頭管体の位置データを算出し直し
   て、前記ジャイロ系測定装置の誤差を修正し、修正した
   前記ジャイロ系測定装置からの前記先頭管体の位置デー
   タに基づいて、その後、前記計画軌道データに一致させ
   るように、前記開口調整ジャッキ群を制御することを特
   徴とする管体の推進装置。
2. 【請求項２】 前記ジャイロ系測定装置が、前記先頭管
   体のロール角を測定可能として、前記制御装置に電気的
   に接続されたロール角センサを備えていることを特徴と
   する請求項１に記載の管体の推進装置。
3. 【請求項３】 前記制御装置が、前記先頭管体の位置
   を、地球固定座標系で認識して、前記計画軌道データと
   の誤差を、前記先頭管体を基準とする管体座標系に変換
   して、前記開口調整ジャッキ群を制御することを特徴と
   する請求項１若しくは請求項２に記載の管体の推進装
   置。