JP2001208540A - トンネル掘進位置の測量方法及びその測量装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削中に人手を要せず自動的に高精
度測量を進め、何時でもトンネルの位置と形状を確認で
きるトンネル掘進位置の測量方法を提供する。 【解決手段】 本発明のトンネル掘進位置の測量方法
は、トンネルの所定位置の軸線方向に対するトンネル掘
削装置の先導掘削機４の軸線方向の角度差を検出する角
度測定手段１と、先導掘削機の掘進距離測定手段２と、
角度測定手段の出力と掘進距離測定手段の出力とから先
導掘削機の移動軌跡を演算し且つトンネルの形状並びに
先端位置を出力する演算手段３とを備えた測量装置を用
いて、トンネル掘削装置の掘進方向の変化角度を検出す
ると共にトンネル掘削装置の先導掘削機の掘進距離を測
定し、変化角度と掘進距離から積分演算して掘進後の先
導掘削機の到達位置と以後の指向方向とを求め、以後同
様の操作を反復して、先導掘削機の移動軌跡として掘削
されたトンネルの形状を求めるものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトンネル掘進位置を
測量する方法並びにそれに用いる装置に係り、特にトン
ネルを曲折して掘進するような場合においても、掘削さ
れたトンネルの位置、特にトンネル先端の位置を地上か
ら正確に測量するための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネルは、その出発地点と到着地点又
は中継地点との間を、最短距離で結ぶように掘削するの
が望ましいとされているが、現実にはこれらの各地点の
間に種々の障害があることも多く、直線的なトンネルを
設けることができるとは限らない。特にトンネルの掘削
を開始したのちに障害を発見して、予定した掘削経路を
通れなくなったような場合、経路を変更しまたは修正し
て目的地点までトンネルを到達させようとしても、トン
ネルの到達位置が到達目標位置よりずれてしまうことが
ある。そうすると、トンネルの使用目的によっては、ト
ンネル到達位置の修正が必要となることもあり、経済的
損失が生ずる。

【０００３】このようなトンネル到達位置の誤差は、ト
ンネル掘削工法の機械化が進んでも必ずしも無くなるこ
とはなく、トンネル到達位置の精度を高めるには限度が
あるため、トンネル先端が到達目標地点よりまだ離れた
位置にあるときに、トンネルの位置を正確に測量して、
掘進方向を修正する方法が採られている。しかし、トン
ネルの出発位置から先端位置までの経路が既に屈曲して
いるような場合には、トンネルの形状を正確に測量し
て、掘削位置とその掘進方向を高精度で決定することは
容易ではなく、特に作業者が立ち入って測量などを行う
ことができない小径のトンネル等では、その形状やトン
ネル先端位置を高精度で測量することは困難とされてい
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、離れ
た２地点間にトンネルを建設するに際して、トンネル到
達予定地点に向かって正確にトンネル掘削を進めるため
に、トンネルの掘削作業中の任意の時点でも、トンネル
先端位置とその掘進方向とを、熟練した測量技術を必要
とせずに高精度で測定できる、新規なトンネル掘進位置
の測量方法、並びにそれに使用する測量装置を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するこ
とができる本発明のトンネル掘進位置の測量方法は、ト
ンネル掘削装置の掘進方向の変化角度を検出すると共に
該トンネル掘削装置の先導掘削機の掘進距離を測定し、
該変化角度と該掘進距離から積分演算して掘進後の該先
導掘削機の到達位置と以後の指向方向とを求め、以後同
様の操作を反復して、該先導掘削機の移動軌跡として掘
削されたトンネルの形状を求めることを特徴とする。

【０００６】本発明のトンネル掘進位置の測量方法にお
ける前記の掘進方向の変化角度は、トンネルの所定位置
における軸線方向を基準として、前記先導掘削機の軸線
方向の俯仰方向及び左右方向の変化角度を、光ファイバ
グレーティング型角度センサを利用して検出し求めるこ
とにすれば、トンネルの形状が複雑に曲がりくねってい
る場合でも、或いは掘削の進行中であっても、高精度で
迅速に測量を実施することができ、到達目標地点に向か
って正確にトンネル掘削を進めることができる。

【０００７】また、本発明のトンネル掘進位置の測量方
法において、前記掘進方向の変化角度を検出するに当た
り、剛直な光ファイバ部と可撓性の光ファイバグレーテ
ィング型の角度センサ部とを交互かつ直列に複数組接続
してなる角度検知ユニットの先端部を、前記先導掘削機
に対して固定姿勢で結合し、該角度検知ユニットの固定
姿勢の基端部へ入力する基準光のスペクトルと該角度セ
ンサ部のそれぞれからの反射光を含んで該基端部から出
力された検知光のスペクトルとを比較して、該基端部の
姿勢に対する該先端部の姿勢の変化量を演算し、その結
果を前記先導掘削機の姿勢の変化角度として検出するこ
とが、特に好ましい。

【０００８】そして、本発明のトンネル掘進位置の測量
方法を実施するに適したトンネル掘進位置の測量装置
は、トンネルの所定位置の軸線方向に対するトンネル掘
削装置の先導掘削機の軸線方向の角度差を検出する角度
測定手段と、該先導掘削機の掘進距離測定手段と、該角
度測定手段の出力と該掘進距離測定手段の出力とから該
先導掘削機の移動軌跡を演算し且つ該トンネルの形状並
びに先端位置を出力する演算手段とを備えたことを特徴
とするものである。

【０００９】本発明のトンネル掘進位置の測量装置にお
ける前記角度測定手段は、必ずしも限定されるものでは
ないが、剛直な光ファイバ部と可撓性の光ファイバグレ
ーティング型の角度センサ部とを交互かつ直列に複数組
接続してなり、その先端部が前記先導掘削機に対して固
定姿勢で結合された角度検知ユニットと、該角度検知ユ
ニットの基端部を姿勢が固定している光コネクタ部を介
して結合し、該基端部へ入力する基準光のスペクトルと
該角度センサ部のそれぞれからの反射光を含んで該基端
部から出力された検知光のスペクトルとを比較して該基
端部の姿勢に対する該先端部の姿勢の変化量を演算し、
その結果を前記先導掘削機の姿勢の変化角度として検出
する演算ユニットとを、少なくとも備えてなるものが、
好ましい。

【００１０】そして、 前記の角度測定手段における角
度検知ユニットは、前記光ファイバ部と前記角度センサ
部とを少なくとも１組含む単位ユニットの２個以上を、
剛直な光コネクタを介して結合してなるものであると、
トンネル掘削工法やトンネル径の大小、トンネルの長短
に応じてそれぞれ最適の装置を構成することができるの
で、特に好ましい。

【００１１】また、本発明のトンネル掘進位置の測量装
置における掘進距離測定手段は、前記先導掘削機の掘進
方向移動距離を計測して、その出力信号を前記演算手段
に対して送出できるよう構成されていることが、好まし
い。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明のトンネル掘進位置の測量
装置は、図１に示すような構成を有するものであって、
トンネル掘削装置において、トンネル先端にあって掘削
を進める先導掘削機の掘進方向が、俯仰又は左右方向に
変化したときに、その変化角度を検出するための角度測
定手段１を備えており、また、先導掘削機の掘進距離を
積算計測するための掘進距離測定手段２を備えていて、
トンネルの入口から掘進すると共に先導掘削機の掘進方
向と掘進距離とを測定し、これらの測定データを演算し
て先導掘削機の掘進軌跡を求めるための演算手段３を備
え、トンネル掘進位置を自動的に測量するものである。

【００１３】本発明における角度測定手段１としては、
俯仰角度と左右角度との変化をそれぞれ検出できる角度
センサを利用することができる。こうした角度センサと
しては、必ずしも限定されるものではないが、特に測定
精度が高く、取り扱いが容易であって、電磁気等による
ノイズ障害を受けにくい点から、例えば光ファイバにブ
ラッグ反射格子を設けた光学式歪みセンサなどを、好適
に利用することができる。

【００１４】以下、この光学式歪みセンサを利用した角
度センサを用いた測量装置を例として、本発明のトンネ
ル掘進位置の測量装置および測量方法について説明す
る。光ファイバグレーティング型の歪みセンサは、図２
にその構造の概念を示すが、光ファイバａのコア部分ｂ
に、周期が１０^-6ｍ以下の均一な光学的スリットｃを連
続して多数設けて、ブラッグ格子部ｄを形成したもので
ある。このような歪みセンサＳは、長さは通常１ｃｍ以
下であるが、その両端には光ファイバ部分を残してあ
り、その端部に光コネクタを介して別な光ファイバを直
列に接続し、実際に使用する形態の歪みセンサとする。

【００１５】そして、光ファイバの一方端から光を入射
させると、その光はブラッグ格子部ｄにおいて、特定の
波長の光のみを選択的に反射し、それ以外の波長の光は
透過する。この反射光の波長（λ_B ）は、ブラッグ格子
部ｄのコアの平均屈折率をｎ ₀ 、格子間隔をΛとしたと
き、λ_B ＝２ｎ₀ Λという式に従う。従って、歪みが生
ずる位置に歪みセンサＳを置いたとき、格子間隔が歪み
の大きさに応じて変化するので、反射光の波長も変化す
る。そこで、光ファイバの光入射端に戻ってきた反射光
のスペクトルを調べ、波長の変化を検出することによ
り、歪みの大きさを測定することができるものである。

【００１６】本発明のトンネル掘進位置の測量装置にお
ける角度測定手段１は、前記のように角度検知ユニット
１１と演算ユニット１２とを備えてなるものであるが、
その角度検知ユニット１１は、角度センサ部１１ａと光
ファイバ部１１ｂとを、直列に接続して組み立てたもの
である。そして、この角度センサ部１１ａは、上記の歪
みセンサＳを利用した角度センサＡを組み込んで構成さ
れている。この角度センサＡは、例えば図３にその断面
構造を示すように、センサ軸Ａ1 に対して回転対称的に
複数個、例えば４個の歪みセンサＳ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ
4 を配置し、全体を柔軟な充填材Ａ2 で固定したうえ、
可撓性の保護材Ａ3 で被覆してなるものを好適に用い得
るが、このような構造に限定されるものではない。。

【００１７】上記のような角度センサＡの両端部には、
それぞれ４端子の光コネクタを先端に固定した剛直な接
続腕が延設されるが、その際に、例えば歪みセンサＳ1
は上方に位置し、また歪みセンサＳ3 は下方に位置する
ように位置決めされ、従って歪みセンサＳ2 とＳ4 はそ
れぞれ左右に位置するようになる。更に、このような角
度センサＡを組み込んだ角度センサ部１１ａの端部に位
置する光コネクタも、歪みセンサＳ1 と接続する端子が
上方に位置するようにし、かつ光コネクタ自体も、その
上方位置の信号を出力する端子の位置が、容易に識別で
きるような外観形状を備えていることが望ましい。

【００１８】このような構成を有する角度センサ部１１
ａは、その軸を先導掘削機の進行方向と一致するように
設置したとき、例えば前方端が右側に曲がると、右側の
歪みセンサＳ4 が圧縮されると共に、左側の歪みセンサ
Ｓ2 が伸長されるので、それぞれの出力を演算して歪み
の差を求めることにより、右側へ向かう角度の大きさを
知ることができる。また前方端が左側に曲がるときは、
同様にして左側へ向かう角度の大きさを知ることができ
る。そして、前方端が上方又は下方に曲がるときも、上
方位置の歪みセンサＳ1 の出力と、下方位置の歪みセン
サＳ3 の出力とを、同様に演算することにより、上方又
は下方へ向かう角度の大きさを知ることができるのであ
る。

【００１９】角度検知ユニット１１は、このような角度
センサ部１１ａの一方端に設けた光コネクタに対し、光
ファイバ部１１ｂを直列に接続してなるものである。そ
して、その光ファイバ部１１ｂは、適宜の長さを有する
４本組の光ファイバを剛直な保護管内に挿通し、両端を
保護管の端部に固定するように設けてあり、４本組の光
ファイバの末端に結合される光コネクタは、角度センサ
部１１ａの光コネクタと結合できる形状を持っているも
のである。なお、光ファイバ部１１ｂに設けられた４端
子の光コネクタも、角度センサ部１１ａの光コネクタと
同様に、上方の端子と接続される光ファイバは上方の歪
みセンサＳ1 の信号を伝送するものであることが、容易
に識別できる形状を備えていることが望ましい。

【００２０】上記のような１個の角度センサ部１１ａ
に、光コネクタを介して１個の光ファイバ部１１ｂを直
列に接続すると、最も基本的な形態の角度検知ユニット
１１が形成される。こうして形成された角度検知ユニッ
ト１１は、用いられている光コネクタがいずれも剛直な
保護管に固定されているので、角度検知ユニット１１に
対して撓み力が加わると、それによる撓みは角度センサ
部１１ａに集中するので、角度センサＡの歪みとして検
知され、４本組の光ファイバで形成された光ファイバ部
１１ｂにより出力されるものである。

【００２１】本発明における角度検知ユニット１１は、
光ファイバ部１１ｂの長さの異なるものを複数種類用意
しておき、使用する現場の状況に応じて適宜のものを選
択して使用することができる。そしてまた、複数個の角
度検知ユニット１１を直列に接続して、複数個の角度セ
ンサ部１１ａを備えた一体の角度検知ユニット１１とし
て使用することもできる。このような場合は、例えば使
用する現場の状況の変化に応じて、逐次に角度検知ユニ
ット１１の追加、或いは取り外しをすることにより、角
度検知ユニットの延長、或いは短縮を行うことができ
る。ただし、このように複数個の角度センサ部１１ａを
備えた角度検知ユニット１１の場合では、上方に位置し
ている歪みセンサＳ1 のそれぞれが直列に接続されてい
て、捩じれていないことが必要である。角度検知ユニッ
ト１１がこのように構成されることにより、全ての上方
位置の信号は、まとまって基端部の光コネクタの上方の
端子から出力され、同様に右側位置の信号、左側位置の
信号、更に下方位置の信号も、それぞれまとまって、基
端部の光コネクタの該当する端子から出力されるもので
ある。

【００２２】このような角度検知ユニット１１を、トン
ネルの掘進位置を測量するのに用いるに当たっては、先
ず、角度検知ユニット１１の先端部をトンネル掘削装置
の先導掘削機４に固定する。この固定方法としては、例
えば図４に示すように、角度センサ部１１ａの先端部に
設けた光コネクタなどを利用して、先導掘削機４の一
部、好ましくは内壁面などに固定して設けた角度検知ユ
ニット取付具４１に、結合して固定する方法を用いるこ
とができるが、特には限定されることなく、適宜の手段
を用いて固定してもよい。

【００２３】また、角度検知ユニット１１の基端部に設
けた光コネクタは、演算ユニット１２の出入力用光コネ
クタ１２ａに接続されるが、この光コネクタ１２ａは、
演算ユニット１２と一体、または別体に設けられていて
もよい。しかし、この光コネクタ１２ａは、先導掘削機
４の姿勢測定における姿勢の基準となるものであるの
で、例えばトンネルの出発地点より外などの安定な基盤
の上に設けられていて、装置の作動中、すなわちトンネ
ル掘削装置の稼働中は、姿勢が一定で変化しないように
保たれていることが望ましい。

【００２４】本発明における演算ユニット１２には、基
準光発生装置１３が付随して設けられていて、光コネク
タ１２ａを介して角度検知ユニット１１に基準光を送り
出すようになっている。そして、角度検知ユニット１１
に組み込まれた角度センサ部１１ａは、基準光を受けて
それぞれの角度センサ部１１ａでの、屈曲の角度と方向
の情報を含む反射光を出力するが、これは、まとまった
検知光として光コネクタ１２ａから入力される。そし
て、演算ユニット１２の一部を構成する信号分離装置１
２ｂで、基準光と比較されてそれぞれの角度センサ部１
１ａからの屈曲情報信号を分離し、次いで、同じく演算
ユニット１２の一部を構成する姿勢演算装置１２ｃで、
これらの屈曲情報信号を処理して、それぞれの角度セン
サ部１１ａに対応する個別屈曲度を演算し、更にこの個
別屈曲度を積算して先導掘削機４の姿勢を演算する。こ
うしてトンネル入口位置から最終位置までのトンネル軸
心位置の変化経過を算出し、これを演算手段３に対して
出力する。

【００２５】また本発明のトンネル掘進位置の測量装置
には、先導掘削機４がトンネル入口から掘進した距離の
測定手段が含まれている。このような掘進距離測定手段
２としては、例えば先導掘削機４が地盤Ｅに対して相対
的に移動した距離を、機械的または物理的に検出し積算
する装置、先導掘削機４に続いて地盤Ｅ中に押し込まれ
るトンネル壁形成用管の長さを積算する装置、先導掘削
機４を地盤Ｅ中に押し込むときのジャッキ等の作動距離
を積算する装置、或いは先導掘削機４に先端が取り付け
られていて、先導掘削機４の前進につれてトンネル内に
引き込まれる距離測定索などの、長さを積算する装置な
どがあるが、測定された先導掘削機４の移動距離の信号
を、演算手段３に対して入力することができるものであ
れば、特に限定されることなく使用することができる。

【００２６】本発明のトンネル掘進位置の測量装置にお
いて、角度測定手段１で求められたトンネル軸心位置の
変化経過に関する情報信号と、掘進距離測定手段２で求
められた先導掘削機４の移動距離に関する情報信号と
は、それぞれ時間の経過に対応するデータとして演算手
段３に入力され、これから先導掘削機４が地盤Ｅの中を
移動した軌跡が演算される。このような先導掘削機４の
軌跡は、演算手段３により情報信号の入力と同時に、自
動的に演算が進められることが望ましく、更には演算結
果は逐次に記憶装置３１内に蓄積されることが好まし
い。このように本発明の装置が自動的に演算できるよう
に構成されているときは、トンネルの掘進位置の測量を
無人で行うことができ、しかも必要なときには、何時で
も記憶装置３１から最新の演算結果を読みだして、図形
または数値などの任意の形態で表示させることができる
ので、トンネル掘削工事の効率化に大きく貢献できる。

【００２７】本発明のトンネル掘進位置の測量方法は、
トンネルの径が小さくて作業者が入り難く、従って人手
による正確な測量を行うことが容易でない場合などに、
実施するに適している。そこで、マンホールの間に小径
の管路を建設する際などに採用されることが多い、推進
工法によるトンネル掘削の場合を例として、本発明の測
量方法を説明する。

【００２８】先ず、トンネル発進位置のマンホール内
に、トンネル掘削用の推進装置と掘削された土砂の排出
設備を設置し、マンホール壁面に設けた坑口Ｄに先導掘
削機４を据えつける。その一方で、マンホールの外に
は、トンネル掘進位置の測量装置を構成する演算ユニッ
ト１２、基準光発生装置１３、演算手段３などを設置す
る。そして、先導掘削機４に土砂送出管５とトンネル管
６を結合すると共に、先導掘削機４の内壁にボルトで固
定した角度検知ユニット取付具４１に、角度検知ユニッ
ト１１の先端を確実に嵌着する。従って角度検知ユニッ
ト１１は、トンネル管６内を通して後端から引き出さ
れ、マンホールの外の、角度測定手段の一部である演算
ユニット１２に、光コネクタ１２ａを介して接続される
ことになる。

【００２９】こうして先導掘削機４の発進の準備が整っ
た後に推進装置を作動させて、最初の掘進工程を開始す
る。そうすると、トンネル管６の後端をジャッキで押す
と共に土砂送出機を運転し、先導掘削機４により取り込
まれた土砂を、土砂送出管５を通してその後端から排出
する。こうして先導掘削機４が地盤Ｅ内を前進している
間、マンホールの外のトンネル掘進位置の測量装置を稼
働して、角度検知ユニット１１にそれぞれ設けられた角
度センサ部１１ａの屈曲角度の変化と、図示しない掘進
距離測定手段２から演算手段３に送り込まれた掘進距離
測定値とを、それぞれ演算手段３に付属した表示器３２
上で監視していると、先導掘削機４に引かれてゆく角度
検知ユニット１１の、形状の変化が読み取れる。

【００３０】このようにしてトンネル管６の１個分が地
盤Ｅ内に押し込まれたとき、推進装置を停止してジャッ
キを後退させ、角度検知ユニット１１を適宜のコネクタ
結合位置で一旦切り離したのち、先行のトンネル管６の
後端に接続環を結合し、２番目の土砂送出管５とトンネ
ル管６を結合すると共に、切り離した角度検知ユニット
１１を元通りに結合する。このようにして次の掘進工程
に入るが、その後の作業は最初の掘進工程と全く同様に
進む。しかし、角度検知ユニット１１の形状は、先端付
近の角度センサ部１１ａの屈曲角度の変化が少なくな
り、最後尾のトンネル管６付近の角度センサ部１１ａの
屈曲角度の変化が、大きくなっていることが分かる。

【００３１】以上のような掘進工程を反復してトンネル
の掘進を進めると、先導掘削機４が直進している間は、
最先端付近の角度センサ部１１ａの屈曲角度は安定し
て、直進方向を示している。そこで、先導掘削機４に内
蔵してあるジャッキで、先導掘削機４の前端にある切羽
環４２を傾けると、先導掘削機４の掘進方向が次第に傾
き、それにつれて最先端付近の角度センサ部１１ａの屈
曲角度が大きくなってゆくことが、演算手段３に付属し
た表示器３２上に表示され、それと同時に先導掘削機４
の掘進距離の増加と、先導掘削機４の掘進軌跡の形状が
表示される。そして、これらの表示および表示の基礎と
なる測定データ並びに演算結果も、記憶装置３１内に蓄
積される。

【００３２】本発明のトンネル掘進位置の測量方法に従
って、トンネルの掘進中に先導掘削機４の位置とその姿
勢とを継続して測定し、逐次に記録してゆくことによ
り、掘削されたトンネルの経路位置を全て把握すること
ができるほか、掘削途中で通過地点の変更や経路の変更
などを行った上、トンネルが到達目的地点に正しく到達
できるように、掘削機を誘導することも容易となる。そ
して、本発明のトンネル掘進位置の測量方法の精度は、
トンネル掘進位置における掘削機の姿勢と移動距離を測
定精度によって左右されるが、特に掘削機の掘進方向が
変化角度を検出するセンサとして、ブラッグ反射格子を
設けた光ファイバー式センサを、複数個組み合わせて用
いることにより、極めて高い精度で正確な測量を行うこ
とができる。

【００３３】

【発明の効果】本発明のトンネル掘進位置の測量方法
は、トンネルの所定位置の軸線方向に対するトンネル掘
削装置の先導掘削機の軸線方向の角度差を検出する角度
測定手段と、該先導掘削機の掘進距離測定手段と、該角
度測定手段の出力と該掘進距離測定手段の出力とから該
先導掘削機の移動軌跡を演算し且つ該トンネルの形状並
びに先端位置を出力する演算手段とを備えた測量装置を
用いて、トンネル掘削装置の掘進方向の変化角度を検出
すると共に該トンネル掘削装置の先導掘削機の掘進距離
を測定し、該変化角度と該掘進距離から積分演算して掘
進後の該先導掘削機の到達位置と以後の指向方向とを求
め、以後同様の操作を反復して、該先導掘削機の移動軌
跡として掘削されたトンネルの形状を求めるものであ
り、人手をかけることなく自動的に連続測量を行うこと
ができ、トンネル掘削工事の作業能率を大幅に改善でき
る効果がある。また、特に該角度測定手段として光ファ
イバグレーティング型の角度センサを用いることによ
り、ノイズによる測定妨害を受け難いので、測量精度が
高くかつ安定であり、しかも取扱いが容易であって熟練
を要せず、種々の作業現場の環境下に移動しても、直ち
に実施できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のトンネル掘進位置の測量装置の構成を
示す概念図である。

【図２】本発明のトンネル掘進位置の測量装置に用いら
れる角度センサに利用される光ファイバグレーティング
型歪みセンサの、構造を示す概念図である。

【図３】本発明のトンネル掘進位置の測量装置に用いら
れる角度センサの例の断面構造を示す概念図である。

【図４】本発明のトンネル掘進位置の測量装置における
角度検知ユニットの構成、およびそれを先導掘削機に取
り付ける手段を説明する斜視図である。

【図５】本発明のトンネル掘進位置の測量方法の実施状
況の説明図である。

【符号の説明】

Ｅ 地盤 Ｄ 坑口 Ｓ 歪みセンサ ａ 光ファイバ ｂ コア部分ｂ ｃ 光学的スリット ｄ ブラッグ格子部 Ａ 角度センサ Ａ1 センサ軸 Ａ2 充填材 Ａ3 保護材 １ 角度測定手段 １１ 角度検知ユニット １１ａ 角度センサ部 １１ｂ 光ファイバ部 １２ 演算ユニット １２ａ 光コネクタ １２ｂ 信号分離装置 １２ｃ 姿勢演算装置 １３ 基準光発生装置 ２ 掘進距離測定手段 ３ 演算手段 ３１ 記憶装置 ３２ 表示器 ４ 先導掘削機 ４１ 角度検知ユニット取付具 ４２ 切羽環 ５ 土砂送出管 ６ トンネル管

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘削装置の掘進方向の変化角度
   を検出すると共に該トンネル掘削装置の先導掘削機の掘
   進距離を測定し、該変化角度と該掘進距離から積分演算
   して掘進後の該先導掘削機の到達位置と以後の指向方向
   とを求め、以後同様の操作を反復して、該先導掘削機の
   移動軌跡として掘削されたトンネルの形状を求めること
   を特徴とする、トンネル掘進位置の測量方法。
2. 【請求項２】 前記掘進方向の変化角度は、トンネルの
   所定位置における軸線方向を基準として、前記先導掘削
   機の軸線方向の俯仰方向及び左右方向の変化角度を、光
   ファイバグレーティング型角度センサを利用して検出し
   求めることを特徴とする、請求項１に記載のトンネル掘
   進位置の測量方法。
3. 【請求項３】 前記掘進方向の変化角度を検出するに当
   たり、剛直な光ファイバ部と可撓性の光ファイバグレー
   ティング型の角度センサ部とを交互かつ直列に複数組接
   続してなる角度検知ユニットの先端部を、前記先導掘削
   機に対して固定姿勢で結合し、該角度検知ユニットの固
   定姿勢の基端部へ入力する基準光のスペクトルと該角度
   センサ部のそれぞれからの反射光を含んで該基端部から
   出力された検知光のスペクトルとを比較して、該基端部
   の姿勢に対する該先端部の姿勢の変化量を演算し、その
   結果を前記先導掘削機の姿勢の変化角度として検出す
   る、請求項１又は２に記載のトンネル掘進位置の測量方
   法。
4. 【請求項４】 トンネルの所定位置の軸線方向に対する
   トンネル掘削装置の先導掘削機の軸線方向の角度差を検
   出する角度測定手段と、該先導掘削機の掘進距離測定手
   段と、該角度測定手段の出力と該掘進距離測定手段の出
   力とから該先導掘削機の移動軌跡を演算し且つ該トンネ
   ルの形状並びに先端位置を出力する演算手段とを備えた
   ことを特徴とするトンネル掘進位置の測量装置。
5. 【請求項５】 前記角度測定手段は、剛直な光ファイバ
   部と可撓性の光ファイバグレーティング型の角度センサ
   部とを交互かつ直列に複数組接続してなり、その先端部
   が前記先導掘削機に対して固定姿勢で結合された角度検
   知ユニットと、該角度検知ユニットの基端部を姿勢が固
   定している光コネクタ部を介して結合し、該基端部へ入
   力する基準光のスペクトルと該角度センサ部のそれぞれ
   からの反射光を含んで該基端部から出力された検知光の
   スペクトルとを比較して該基端部の姿勢に対する該先端
   部の姿勢の変化量を演算し、その結果を前記先導掘削機
   の姿勢の変化角度として検出する演算ユニットとを、少
   なくとも備えてなる、請求項４に記載のトンネル掘進位
   置の測量装置。
6. 【請求項６】 前記角度検知ユニットは、前記光ファイ
   バ部と前記角度センサ部とを少なくとも１組含む単位ユ
   ニットの２個以上を、剛直な光コネクタを介して結合し
   てなる、請求項５に記載のトンネル掘進位置の測量装
   置。
7. 【請求項７】 前記掘進距離測定手段は、前記先導掘削
   機の掘進方向移動距離を計測して、その出力信号を前記
   演算手段に対して送出できるよう構成されている、請求
   項４乃至６のいずれかに記載のトンネル掘進位置の測量
   装置。