JP2002090141A - 先導体位置計測方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 曲がりを有する比較的小口径のトンネルを掘
る先導体の位置及び姿勢を、自動的に且つ連続的に計測
することができる先導体位置計測方法を提供する。 【解決手段】 受光器２７を先導体２１に搭載し、一対
のウェジプリズムを組み合わせて光の屈折を制御する光
路屈折装置１１…を、先導体２１に連結される先導体後
続治具３２に取り付け、発進立坑２２のレーザー照準機
４１から射出されるレーザー光を曲げて受光器２７まで
届くようにし、曲がった光の経路を知ることで先導体２
１の位置を計測した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中に通信用ケー
ブル、電線、上下水道管、ガス管等などを通すためのト
ンネルを掘る先導体の位置を先導体位置測定方法及び装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通信用ケーブル、電線、上下水道管、ガ
ス管等を地中に埋設する管路の敷設工事には、近年開削
工法ではなく推進工法が通常採用される。この推進工法
では、管路の一端となる位置に発進立坑が堀られ、管路
の他端となる位置に到達立坑が掘られる。発進立坑内に
は先導体及び元押装置が設置される。この元押装置で先
導体を地中内の水平方向に押し出すと、先導体が推進さ
れる。先導体が所定のストロークだけ前進したときに、
先導体の後部に推進管が連結され、その後再び元押装置
により推進管と共に先導体が前進させられる。このよう
な工程の繰り返しで順次推進管が繋げられ、先導体を到
達立坑まで前進させることによって管路が構築される。

【０００３】粘性地盤や砂質地盤の場合は、先導体とし
て圧入ヘッドを備える圧入方式のものが用いられ、砂礫
地盤や玉石地盤の場合は、回転式のカッタヘッドを備え
る掘削方式のものが用いられる。元押装置としては油圧
ジャッキ等が用いられる。圧入方式では口径３００〜４
００ｍｍの推進管を最大５００ｍ程度の長さまで堀り進
めることができ、掘削方式では最大口径６００ｍｍの推
進管を最大２５０ｍ程度まで掘り進めることができる。

【０００４】先導体には油圧ジャッキ等からなる方向修
正機構が設けられる。この方向修正機構を制御すること
により、直線掘進だけでなく曲線掘進にも対応できる。
推進工法の施工に当たっては、先導体を計画線に沿って
掘進させるために、あるいは土の影響により先導体が計
画線からずれるのを防止するために、地中を掘進する先
導体の水平及び垂直方向の位置を先導体位置計測装置に
よって逐次計測する。掘進する先導体が所定の計画線か
らずれたときに、先導体の掘進方向を修正するように方
向修正機構を駆動し、先導体が計画線に沿って掘進する
ようにしている。

【０００５】先導体の位置を計測する方法として、従来
から電磁法、レーザターゲット法等が知られている。電
磁法では、先導体に磁場を発生する発振器が設置され、
地上に発振器から発生する磁場を受信する受信器が設置
され、磁場の強さから先導体の位置が計測される。

【０００６】レーザターゲット法では、図２３及び図２
４に示すように、発進立坑１にレーザ光を射出するレー
ザ照準機が設けられ、先導体２にレーザ受光装置として
のターゲット３が設けられる。レーザ照準機は、基準線
・計画線上に直線のレーザ光を射出する。ターゲット３
上に照射されたレーザ光の位置４に基づいて計画線から
の先導体のずれ量が計測される。

【０００７】このレーザターゲット法の応用として、曲
がった計画線に沿って掘進する先導体の位置を計測する
計測装置（特開平５−３４０１８６号公報参照）も知ら
れている。この計測装置では、図２５に示すように、測
角機能を有するレーザ照準機５がトンネル内に設置さ
れ、測距儀を有するウェッジプリズム６がレーザ照準機
よりも前方に設けられ、反射プリズムを有するターゲッ
ト７が先導体８に設けられている。ウェッジプリズム６
はレーザ照準機５から射出されるレーザ光を屈折する。
あらかじめ測定されるレーザ照準機５とウェッジプリズ
ム６との間の距離Ｌ１、ウェッジプリズムの屈折角θ
１、測距儀が測定したウェッジプリズム６と先導体８と
の間の距離Ｌ２、及びターゲット７上のレーザスポット
の照射位置（Δｘ，Δｙ）から先導体８の位置が計測さ
れる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記電
磁法にあっては、地上部に建物等がある場合には建物等
を避けて計測しなければならず、連続的な計測ができな
い。また計測するに当たり、計測の毎に受信器をセット
し、受信器そのもの位置をトランシット等で測量する必
要があるので、手間がかかるという問題もある。

【０００９】レーザ法にあっては、計画線が直線の場合
にしか適用できず曲線の場合に適用できない。またレー
ザ光がターゲットの受光面から外れそうになったとき
は、レーザ照準機を水平垂直方向に振り、手動で再びタ
ーゲットにレーザ光が当たるようにする必要がある。こ
れにより先導体の位置の計測が中断され、連続的に先導
体の位置を計測できないという問題がある。

【００１０】特開平５−３４０１８６号公報記載の測定
装置にあっても、曲線施工が進んでレーザ光がターゲッ
トの受光面から外れそうになったときは、ウェッジプリ
ズムを回転させたり、あるいは測距儀を有するウェッジ
プリズムを先導体側に進め、測角機能を有する他のウェ
ッジプリズムを設置し、手動で再びターゲットにレーザ
光が当たるようにする必要がある。これにより先導体の
位置の計測が中断され、連続的に先導体の位置を計測で
きないという問題がある。また、測距儀で先導体側のウ
ェッジプリズム６と先導体８との間の距離Ｌ２を測定す
る必要があるが、測距儀はウェッジプリズムに比べて大
きいので小口径のトンネル内に設置するのには適さず、
小口径の先導体の位置を計測することができない。

【００１１】そこで、本発明は、曲がりを有する比較的
小口径のトンネルを掘る先導体の位置及び姿勢を、自動
的に且つ連続的に計測することができる先導体位置計測
方法及び装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以下、本発明について説
明する。

【００１３】上記課題を解決するために、本発明者は、
受光器を先導体に搭載し、複数のウェジプリズムを組み
合わせて光の屈折を制御する光路屈折装置を、先導体に
連結される先導体後続治具に取り付け、発進立坑から射
出される光を曲げて受光器まで届くようにし、曲がった
光の経路を知ることで先導体の位置を計測した。すなわ
ち、所定の計画線に沿って掘進する先導体の位置を、光
を使用して計測する先導体位置計測方法であって、前記
先導体に連結されると共に前記先導体と一緒に移動する
先導体後続治具に、複数のウェッジプリズムを組み合わ
せて光の屈折を制御する少なくとも一つの光路屈折装置
を固定し、前記先導体に光が照射される受光器を固定
し、発進立坑から射出される光を光路屈折装置で屈折し
て前記受光器まで届くようにし、前記光路屈折装置によ
る光の屈折角、前記光路手動で屈折装置間の距離及び前
記光路屈折装置から前記受光器までの距離に基づいて前
記先導体の位置を計測することを特徴とする先導体位置
計測方法により、上述した課題を解決した。

【００１４】この発明によれば、先導体と共に移動する
先導体後続治具に光路屈折装置を固定するので、光路屈
折装置間の距離及び先導体と光路屈折装置間の距離が常
に一定に保たれ、初めに先導体後続治具に光路屈折装置
を固定した位置から、測距儀等で測定することなく、光
路屈折装置間の距離及び先導体と光路屈折装置間の距離
を知ることができる。また、光路屈折装置の複数のウェ
ッジプリズムを回転すると、光を任意の方向に屈折する
ことができ、複数のウェッジプリズムの回転角から光路
屈折装置の屈折角を知ることができる。これらの光路屈
折装置による光の屈折角、前記光路屈折装置間の距離及
び前記光路屈折装置から前記受光器までの距離に基づい
て前記先導体の位置を自動的に計測することができる。
トンネル内には、大きさの小さい受光器、ウェッジプリ
ズム（光路屈折装置）しか配置されないので、小口径の
トンネルを掘進する先導体の位置を計測するのに最適な
先導体位置計測方法が得られる。

【００１５】また、本発明は、前記複数のウェッジプリ
ズムそれぞれの回転角度を操作して、光が前記受光器を
照射するように前記受光器の出力値をフィードバック制
御し、前記発進立坑から射出される光が自動的に前記受
光器まで届くようにしたことを特徴とする。

【００１６】この発明によれば、受光器の出力値をフィ
ードバック制御し、発進立坑から射出される光が自動的
に前記受光器で届くようにしているので、自動的に先導
体の位置を計測することができる。また、発進立坑から
照射される光が常に受光器を照射しているので、光が受
光器から外れることがなく、この結果先導体の位置の計
測を中断する必要がなくなり、先導体の位置を連続的に
測定することができる。

【００１７】また、本発明は、前記光路屈折装置それぞ
れに光路屈折装置用受光器を設け、直前の光路屈折装置
における複数のウェッジプリズムそれぞれの回転角度を
操作して、光が直後の光路屈折装置を照射するように直
後の光路屈折装置用受光器の出力値をフィードバック制
御し、直前の光路屈折装置で屈折される光が自動的に直
後の光路屈折装置まで届くようにしたことを特徴とす
る。

【００１８】この発明によれば、計画線がどのように曲
がっていても、発進立坑から射出される光を先導体の受
光器まで確実に届かせることができる。

【００１９】また、本発明は、前記複数のウェッジプリ
ズムそれぞれの回転角度に基づいて前記光路屈折装置の
屈折角を算出することを特徴とする。

【００２０】この発明によれば、光路屈折装置による光
の屈折角を高精度に且つ容易に算出することができる。

【００２１】また、本発明は、前記先導体が、前記先導
体（受光器の中心）に届いた光を透過させる透過部と、
前記透過部と一定間隔を開け、透過された光が照射され
る位置センサとを備え、前記透過部と前記位置センサ間
との距離及び前位置センサに照射された光の位置に基づ
いて前記先導体の姿勢を計測することを特徴とする。

【００２２】受光器に光が照射するように光の屈折角を
制御しているので、光が受光器上の一定位置、例えば常
に受光器の中心に光が照射するようにすることができ
る。この光が受光器の中心に届くことを利用し、受光器
の中心に届いた光を透過部によって透過させ、透過部か
ら一定間隔開けて配置した２次元の位置センサ上での光
の照射位置を測定すると、先導体の姿勢を計測すること
ができる。

【００２３】また、本発明は、前記透過部がレンズから
構成されることを特徴とする。

【００２４】この発明によれば、レンズによって位置セ
ンサ上にレーサ光の焦点を結ぶことができ、先導体の姿
勢を正確に計測することができる。

【００２５】また、本発明は、前記先導体が、前記先導
体（受光器の中心）に届いた光を複数のウェッジプリズ
ムを組み合わせて屈折する先導体用光路屈折装置と、前
記先導体用光路屈折装置と所定の間隔を開け、前記先導
体用光路屈折装置で屈折された光が照射される姿勢計測
用受光器を備え、光が前記姿勢計測用受光器を照射する
ように前記姿勢計測用受光器の出力値をフィードバック
制御し、前記先導体に届いた光が自動的に前記姿勢計測
用受光器に届くようにし、前記先導体用光路屈折装置に
おける前記複数のウェッジプリズムそれぞれの回転角度
に基づいて前記先導体の姿勢を計測することを特徴とす
る。

【００２６】この発明によれば、光が受光器の中心に届
くことを利用し、受光器の中心に届いた光を、自動的に
姿勢計測用受光器に届くように先導体用光路屈折装置に
よって屈折することによって、先導体の姿勢を計測する
ことができる。

【００２７】さらに、本発明は、先導体が計画線の終端
に位置するときに発進立坑から射出される光が前記受光
器に届くように、あらかじめ決定された前記光路屈折装
置の設置個数及び設置間隔によって掘進を行い、発進立
坑に前記光路屈折装置のうちの一つを残しておいて前記
先導体後続治具に固定された残りの光路屈折装置を先導
体と一緒に移動させ、あらかじめ決定された前記光路屈
折装置の設置個数及び設置間隔では、先導体が計画線の
途中に位置するときに発進立坑から照射される光が前記
受光器を照射できなくなると予測されると、前記光路屈
折装置をさらに配置し、先導体が計画線の途中に位置す
るときにも発進立坑から射出される光が前記受光器に届
くようにすることを特徴とする。

【００２８】この発明によれば、先導体が計画線上のど
こに位置しても、先導体の位置を連続的に計測すること
ができる。

【００２９】また、本発明は、所定の計画線に沿って掘
進する先導体の位置を、光を使用して計測する先導体位
置計測装置であって、発進立坑から光を射出する発光装
置と、前記先導体に連結されると共に前記先導体と一緒
に移動する先導体後続治具に固定され、前記発光装置か
ら射出される光を屈折する少なくとも一つの光路屈折装
置と、光の屈折を制御する制御装置と、前記先導体に固
定され、光が照射される受光器と、前記光路屈折装置に
よる前記光の屈折角、前記光路屈折装置間の距離及び前
記光路屈折装置から前記受光器までの距離に基づいて前
記先導体の位置を計測する演算装置とを備え、前記光路
屈折装置それぞれは、回転自在に設けられた一対のウェ
ッジプリズムと、この一対のウェッジプリズムそれぞれ
を個別に回転する一対の駆動部と、前記一対のウェッジ
プリズムそれぞれの回転角を検出する一対の角度検出部
と、を有し、前記制御装置は、前記ウェッジプリズムの
回転角度を操作して、光が前記受光器を照射するように
前記受光器の出力値をフィードバック制御し、前記発光
装置から射出される光が自動的に前記受光器まで届くよ
うにすることを特徴とする管路計測装置としても構成す
ることができる。

【００３０】この発明によれば、先導体と一緒に移動す
る先導体後続治具に光路屈折装置を固定するので、光路
屈折装置間の距離及び先導体と光路屈折装置間の距離が
常に一定に保たれ、初めに先導体後続治具に光路屈折装
置を固定した位置から光路屈折装置間の距離及び先導体
と光路屈折装置間の距離を、、測距儀等で測定すること
なく知ることができる。また、光路屈折装置の複数のウ
ェッジプリズムを回転すると、光を任意の方向に屈折す
ることができ、複数のウェッジプリズムの回転角から光
路屈折装置の屈折角を知ることができる。これらの光路
屈折装置による光の屈折角、前記光路屈折装置間の距離
及び前記光路屈折装置から前記受光器までの距離に基づ
いて前記先導体の位置を自動的に計測することができ
る。また、トンネル内には、大きさの小さい受光器、ウ
ェッジプリズム（光路屈折装置）しか配置されないの
で、小口径のトンネルを掘進する先導体の位置を計測す
るのに最適な先導体位置計測方法が得られる。さらに、
受光器の出力値をフィードバック制御し、発進立坑から
射出される光が自動的に前記受光器で届くようにしてい
るので、自動的に先導体の位置を計測することができ
る。また、発進立坑から照射される光が常に受光器を照
射しているので、光が受光器から外れることがなく、こ
の結果先導体の位置の計測を中断する必要がなくなり、
先導体の位置を連続的に測定することができる。

【００３１】また、本発明は、前記光路屈折装置それぞ
れに光路屈折装置用受光器が設けられ、前記制御装置
は、直前の光路屈折装置における複数のウェッジプリズ
ムそれぞれの回転角度を操作して、光が直後の光路屈折
装置を照射するように直後の光路屈折装置用受光器の出
力値をフィードバック制御し、直前の光路屈折装置で屈
折される光が自動的に直後の光路屈折装置まで届くよう
にすることを特徴とする。

【００３２】この発明によれば、上述のように、計画線
がどのように曲がっていても、発進立坑から射出される
光を先導体の受光器まで確実に届かせることができる。

【００３３】また、本発明は、前記演算装置が、前記一
対の角度検出部それぞれの検出値に基づいて前記光路屈
折装置の屈折角を算出することを特徴とする。

【００３４】この発明によれば、演算装置で光路屈折装
置による光の屈折角を高精度に且つ容易に算出すること
ができる。

【００３５】また、本発明は、前記先導体が、前記受光
器（の中心）に届いた光を透過させる透過部と、前記透
過部と一定間隔を開け、透過された光が照射される位置
センサとを備え、前記演算装置は、前記透過部と前記位
置センサ間との距離及び前記位置センサに照射された光
の位置に基づいて前記先導体の姿勢を計測することを特
徴とする。

【００３６】この発明によれば、上述のように先導体の
姿勢を計測することができる。

【００３７】また、本発明は、前記先導体が、前記先導
体（受光器の中心）に届いた光を複数のウェッジプリズ
ムを組み合わせて屈折する先導体用光路屈折装置と、前
記先導体用光路屈折装置と所定の間隔を開け、前記先導
体用光路屈折装置で屈折された光が照射される姿勢計測
用受光器を備え、前記先導体用光路屈折装置は、回転自
在に設けられた一対のウェッジプリズムと、この一対の
ウェッジプリズムそれぞれを個別に回転する一対の駆動
部と、前記一対のウェッジプリズムそれぞれの回転角を
検出する一対の角度検出部と、を有し、前記制御装置
は、前記ウェッジプリズムの回転角度を操作して、光が
前記姿勢計測用受光器を照射するように前記姿勢計測用
受光器の出力値をフィードバック制御し、前記先導体に
届いた光が自動的に前記姿勢計測用受光器まで届くよう
にし、前記演算装置は、前記先導体用光路屈折装置にお
ける前記複数のウェッジプリズムそれぞれの回転角度に
基づいて前記先導体の姿勢を計測することを特徴とす
る。

【００３８】この発明によれば、上述のように先導体の
姿勢を計測することができる。

【００３９】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態にお
ける先導体位置計測装置が適用される推進工法を示す。
先導体２１は発進立坑２２から到達立坑２３に向かって
所定の計画線２４に沿ってトンネルを掘進する。ジャッ
キ等の元押装置により発進立坑２２から先導体２１が一
定のストロークずつ押される。先導体２１が元押装置に
よって一定のストロークを前進する都度、先導体２１の
後部に順次推進管が継ぎ足される。本発明の先導体位置
計測装置は、掘進中の先導体２１の推進位置２５、例え
ば初期設定基準線２６に対する先導体の距離を自動的
に且つ連続的に計測する。図２に示すように、この距離
と初期設定基準線２６から計画線２４までの距離と
が比較され、−が先導体の計画線２４からのずれ量
とされる。ずれ量が０となるように先導体２１の掘
削が制御されている。

【００４０】図３は先導体２１を示す。先導体は、前部
ユニット２１ａと後部ユニット２１ｂとに分割され、こ
れら前部ユニット２１ａと後部ユニット２１ｂとが中折
れ機構２１ｃを介して屈曲可能に連結されている周知の
構成からなる。前部ユニット２１ａの先端部には方向修
正機構２１ｄを介して先端ヘッド２１ｅが設けられ、ま
た後部ユニット２１ｂの後端部には受光器２７が設けら
れる。

【００４１】図４は、先導体２１に取り付けられる受光
器２７及び姿勢計測部を示す。図中（Ａ）は斜視図を示
し、図中（Ｂ）はレンズの中心線方向の断面図を示す。
受光器２７は姿勢計測部２８のレンズ３０の周囲にその
中心から一定間隔を開けて配置された３個ないし４個の
光電センサ２９…から構成される。レーザ光の屈折の制
御については後述するが、レーザ光は常に受光器２７の
中心（レンズ３０の中心）に届くようにその屈折角が制
御されている。

【００４２】姿勢計測部２８は、受光器２７の中心に届
いた光を透過させる透過部としてのレンズ３０と、レン
ズ３０と一定間隔を開け、透過された光が照射される２
次元の位置センサ３１とを備える。先導体２１の姿勢
は、受光器２７の中心にレーザ光が届いていることを利
用し、２次元位置センサ３１からの出力に基づいて算出
される。この姿勢の算出方法についても後述する。な
お、受光器２７には４つの光電センサを組合せた２軸光
電センサの他、ＣＣＤカメラ等の撮影素子が用いられて
も良い。透過部にはレンズ３０以外にもレーザ光を単に
通過させるのみの小径のピンホールが用いられても良
い。

【００４３】図５は、先導体２１に連結される先導体後
続治具を示す。先端ヘッドで地山を掘削する際、掘削さ
れた土砂は泥土に変換され、先導体２１内に設けた土砂
圧送ポンプによって先導体後続治具３２を介して発進立
坑まで圧送される。こうしてできたトンネルに推進管３
３が敷設される。先導体を搬送する排土管３４は、先導
体後続治具３２と一体化しており、周囲には、推進工法
に必要とされる各種電線、油圧ホース等が設けられる。
先導体２１の後部に順次推進管３３が継ぎ足されるのと
同時に、これらの電線、油圧ケーブル、先導体後続治具
３２等が順次継ぎ足される。この先導体後続治具３２は
推進管３３の内部に上下方向および左右方向に拘束さ
れ、ガイドローラ３５，３６で先導体と一緒に移動可能
となっている。また、図６に示すように先導体後続治具
３２の単位管の両端には、ローリングしにくいようにロ
ーリング防止ピン３７ａ及びローリング防止溝３７ｂが
設けられている。一対のウェッジプリズムを有する光路
屈折装置としてのプリズムユニット１１及びプリズムユ
ニット１１を制御する制御装置４２は、この先導体後続
治具３２に取付け板３９を介して固定されている。上述
のように先導体後続治具３２は推進管３３の内部に上下
方向および左右方向に拘束されているので、推進管３３
の管軸から一定位置にプリズムユニット１１を配置する
ことができる。

【００４４】図７は、本発明の先導体位置計測装置の全
体システム構成図を示す。この先導体位置計測測装置
は、発進立坑からレーザ光を射出する発光装置としての
レーザ照準機４１と、先導体２１に連結されると共に先
導体２１と一緒に移動する先導体後続治具３２に固定さ
れ、レーザ照準機４１から射出される光を屈折するプリ
ズムユニット１１…と、レーザ光の屈折を制御する制御
装置４２…と、先導体２１に固定される受光器２７と、
プリズムユニット１１…によるレーザ光の屈折角（θ
１，θ２，θ３）、プリズムユニット１１…間の距離
（Ｌ１，Ｌ２）及びプリズムユニット１１から受光器２
７までの距離（Ｌ３）に基づいて先導体２１の位置を計
測する演算装置４３とを備える。レーザ照準機４１及び
レーザ光を最初に屈折するプリズムユニット１１は、発
進立坑２２内に設けられる。

【００４５】図８はプリズムユニット１１示す。図中
（Ａ）は正面図を示し、図中（Ｂ）は側面図を示す。各
プリズムユニット１１は内部に一対のウェッジプリズム
１３ａ，１３ｂを有する。各プリズムユニット１１には
光路屈折装置用受光器４４が設けられる。この光路屈折
装置用受光器はウェッジプリズム１３ａ，１３ｂの周囲
にその中心から一定間隔を開けて配置された３個ないし
４個の光電センサ４５…から構成される。なお、光路屈
折装置用受光器４４には４つの光電センサを組合せた２
軸光電センサの他、ＣＣＤカメラ等の撮影素子が用いら
れても良い。

【００４６】図９は、プリズムユニット１１の断面図を
示す。プリズムユニット１１は、円筒状のケース１２
と、このケース１２内に回転自在に設けられる一対のウ
ェッジプリズム１３ａ，１３ｂと、この一対のウェッジ
プリズム１３ａ，１３ｂそれぞれを個別に回転させる駆
動部としてのモータ１４ａ，１４ｂと、ウェッジプリズ
ム１３ａ，１３ｂの回転角をデジタル式に検出する角度
検出部としてのエンコーダ１５ａ，１５ｂとを備える。
モータ１４ａ，１４ｂとエンコーダ１５ａ，１５ｂとは
一体になっている。また、塵等が付着するのを防止する
ために、ウェッジプリズムは保護ガラス１６で覆われて
いる。なお、角度検出部はデジタル的に検出するエンコ
ーダ１５ａ，１５ｂに限られることなく、アナログ的に
検出するポテンションメータであってもよい。

【００４７】図１０に示すように、ウェッジプリズム１
３ａ，１３ｂは、円筒状のレンズの第２面１７にテーパ
をつけたプリズムである。このウェッジプリズム１３
ａ，１３ｂの第１面１８にビームが垂直に入射すると、
入射した光線は屈折角δで屈折する。ここで、屈折角δ
とウェッジ頂角ｗの関係は、以下の式で表される。

【００４８】

【式１】 ここで、ｎは屈折率である。

【００４９】図１１は、２つのウェッジプリズム１３
ａ，１３ｂを組み合わせた場合を示す。２つのウェッジ
プリズム１３ａ，１３ｂは同じ材質で、しかも同じウェ
ッジ頂角ｗを有する。この図に示すように、２つのウェ
ッジプリズム１３ａ，１３ｂを傾斜面１９が平行になる
ように近接配置すると、ウェッジプリズム１３ａ，１３
ｂを通過したビームは、平行なガラスを通過するのと同
様に直進する。一方、図１２に示すように、ウェッジプ
リズム１３ａ，１３ｂを第１面１８の法線と平行な軸の
回りに別々に回転することによって、所定の尖った円錐
体内部の任意の方向にレーザ光を屈折（偏向）すること
ができる。このときの最大屈折角は、ウェッジ頂角ｗが
小さい場合は２つのウェッジプリズムの屈折角δを合算
した２δになる。したがってレーザ光は直径４δの円内
を照射する。

【００５０】２個のウェッジプリズム１３ａ，１３ｂそ
れぞれの回転角から、組み合わせた場合の屈折角および
屈折方向の算出方法について説明する。ウェッジプリズ
ム１３ａ，１３ｂのそれぞれの回転角はエンコーダ１５
ａ，１５ｂで検出され、組み合わせた場合の屈折角度は
演算装置４３（図７参照）で算出される。演算装置４３
はＣＰＵ等を有する計算機からなり、ウェッジプリズム
１３ａ，１３ｂの回転角から各プリズムユニット１１の
屈折角を算出し、さらにプリズムユニット１１…の屈折
角θ１〜θ３の値、およびプリズムユニット１１…間の
距離Ｌ１〜Ｌ２、奥側のプリズムユニット１１と受光器
２７間の距離Ｌ３の値に基づいて、光路を折れ線グラフ
を引くようにトレースして先導体の位置を算出する。ま
た、この演算装置４３は、姿勢計測部２８のレンズ３０
と２次元位置センサ３１間との距離及び２次元位置セン
サ３１に照射された光の位置に基づいて先導体２１の姿
勢を算出する（図２０参照）。先導体２１の姿勢の算出
方法については後述する。

【００５１】図１３に示すように、ウェッジプリズム１
３ａ，１３ｂ（以下ウェッジプリズム１３ａをプリズム
１といい、ウェッジプリズム１３ｂをプリズム２とい
う）の中心線上にレーザ光を入射すると、プリズム１が
レーザ光を屈折角δ１で屈折し、プリズム２がさらにレ
ーザ光を屈折角δ２で屈折する。この屈折角δ１，δ２
が得られるプリズム１の回転角をψ１，プリズム２の回
転角をψ２とする。プリズム１，２の一番厚いところと
一番薄いところを結んだ線が水平となる位置を基準と
し、回転角ψ１，ψ２はこの位置からの角度を表してい
る。

【００５２】ここで、ウェッジ頂角ｗが微少であること
から、計算を簡単にするためにδ１，δ２ともに微少と
し、ウェッジプリズム２の第1面にもレーザ光が垂直に
入射すると仮定する。図１４は、レーザ光に対して直交
する面にＸ軸，Ｙ軸をとり、プリズム１の屈折角δ１
（図中（ａ））およびプリズム２の屈折角δ２（図中
（ｂ））をベクトル表示したものである。この図からプ
リズム１に関して以下の計算式が成立する。

【００５３】

【式２】 また、プリズム２に関しても同様に以下の計算式が成立
する。

【００５４】

【式３】 式２および式３からプリズム１とプリズム２を合算した
場合のＸ方向の合成成分δTXは、以下の式４で表され
る。

【００５５】

【式４】 同様に、Ｙ方向の合成成分は、以下の式５で表される。

【００５６】

【式５】 したがって、合成屈折角δT、合成屈折方向ψTは以下の
式６で表される。

【００５７】

【式６】 ここで、プリズム２個の差角ΔψをΔψ＝ψ１−ψ２と
すると、δTは以下の式７で表される。

【００５８】

【式７】

【００５９】これらの計算式を用いることで、２個のプ
リズム１，２それぞれの回転角から、組み合わせた場合
の合成屈折角δＴおよび合成屈折方向ψＴを簡単に算出
することができる。なお、プリズム１，２の屈折角δ
1，δ2はプリズムによって一定の値を保ち、この屈折角
は計算機のメモリに記憶されている。異なる屈折角のプ
リズム１，２を使用する場合は、メモリに複数の屈折角
が記憶される。

【００６０】図７に示すように制御装置４２は、プリズ
ムユニット１１における一対のプリズム１，２それぞれ
の回転角度を操作して、光が直後のプリズムユニットを
照射するように直後の光路屈折装置用受光器４４の出力
値をフィードバック制御し、プリズムユニット１１で屈
折される光が自動的に直後のプリズムユニット１１まで
届くようにし、最終的にはレーザ照準機４１から射出さ
れるレーザ光が自動的に受光器２７まで届くようにして
いる。各制御装置４２は、レーザ光が光路屈折装置用受
光器４４あるいは受光器２７の中心にないときは、あら
かじめ定めたアルゴリズムでプリズム１，２それぞれを
回転し、光路屈折装置用受光器４４あるいは受光器２７
の中心にくるようにプリズム１，２を操作する。このと
きのプリズム１，２の回転角ψ１，ψ２から上述の計算
式を用いて合成屈折角δT（図１のθ１〜θ３）、合成
屈折方向ψTが算出される。

【００６１】レーザ光を光路屈折装置用受光器４４ある
いは受光器２７の中心にもっていくように制御装置４２
で実行されるソフトウェアサーボのアルゴリズムについ
て説明する。このソフトウェアサーボは、プリズム１，
２の回転角度を操作して、レーザ光が受光器２７の中心
を照射するように光路屈折装置用受光器４４あるいは受
光器２７の出力値をフィードバック制御している。以下
受光器２７についてのみ説明するが、光路屈折装置用受
光器４４についても全く同様である。

【００６２】図１５は、アルゴリズムのフローチャート
を示す。まず、受光器２７からの入力レベルがｅ１以上
であるか否かを判断する（ステップＳ１）。受光器２７
が中心から＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙの４方向に延びる４
つの光電センサを組み合わせた２軸光電センサの場合、
レーザ光が中心にあれば出力値が０になる。受光器２７
からの入力レベル＜ｅ１の場合は、レーザ光が受光器２
７の中心にあるとして、プリズム１，２の回転角を操作
しない。受光器２７からの入力レベル≧ｅ１の場合は、
レーザ光が受光器２７の中心にないので、レーザ光が受
光器２７の中心にくるように以下の処理を行う。

【００６３】まずプリズム座標系で、Ｘ０，Ｙ０，ψＴ
を算出する（ステップＳ２）。次に、受光器座標系でＸ
１，Ｙ１を検出する（ステップＳ３）。プリズム座標系
は、図１６および図１７に示すように、プリズムユニッ
ト１１からプリズム中心線を延長して受光器上の平面と
交差する点Ｐを原点とした座標系をいい、受光器座標系
は受光器２７の中心を原点とした座標系をいう。この図
１６および図１７で、レーザ光の受光器２７上の照射位
置をプリズム座標系で示したものがｖ０ベクトルで、受
光器座標系で示したものがｖ１ベクトルである。レーザ
光が受光器２７の中心を照射するためには、ｖ１ベクト
ルが０となればよい。プリズム座標系のｖ０ベクトルの
Ｘ方向成分、Ｙ方向成分それぞれをＸ０，Ｙ０とする
と、上述のプリズムの合成屈折角δTから、Ｘ０＝δＴ
Ｘ×Ｌ１，Ｙ０＝δＴＹ×Ｌ１と算出される。ここで、
Ｌ１はプリズムから受光器までの距離である。そして、
ψＴは上述の合成屈折方向から算出される（ステップＳ
２）。また、受光器座標系において、受光器２７の検出
値からＸ１，Ｙ１が検出され、計算式θ１＝ｔａｎ
^-1（Ｙ１／Ｘ１）からθ１が算出される（ステップＳ
３）。受光器２７の精度が高く、座標Ｘ１，Ｙ１が高精
度に得られると、このＸ１，Ｙ１に基づいてプリズムを
操作して受光器２７の中心を照射するように合成屈折角
δＴを変化させればよいが、一般に受光器２７の精度は
それほど高くないので以下のような処理が必要になる。

【００６４】ψＴとθ１を比較し、一致する方向に差角
Δψを一定に保ったままプリズム２枚を同時に回し、ψ
Ｔを変える（ステップＳ４）。図１８に示すように、２
つのプリズムの差角Δψを一定に保ったままプリズム２
枚を同時に回すと、プリズム座標系でのｖ０ベクトル
は、絶対値を保ったまま、原点Ｐを中心として回転す
る。ψＴとθ１とが等しくなるまで（図中２点鎖線の位
置から実線の位置まで）回転すると、ｖ１ベクトルとｖ
０ベクトルとは重なる。このステップＳ４では、ｖ０ベ
クトルとｖ１ベクトルとの方向を合わせている。なお、
プリズムの１回の回転量は振動しないように差の１／２
とされる。

【００６５】次に、｜ｖ１｜と｜ｖ０｜を比較し、ψＴ
を一定に保ったまま、｜ｖ１｜が０となるように差角Δ
ψを変化する。図１９に示すように、２枚のプリズムを
相反する方向へ同じ量回転すると、プリズム座標系での
ｖ０ベクトルは、ψＴを一定に保ったまま、絶対値｜ｖ
０｜を変化する。この図に示すように、２枚のプリズム
の差角Δψを｜ｖ１｜が０となるように変化すると、ｖ
０ベクトルの絶対値が図中２点鎖線の位置から実線の位
置まで変化する。すなわち、ステップＳ５では、ｖ１ベ
クトルの絶対値を０となるようにしている。ここで、｜
ｖ１｜＝√（Ｘ１²＋Ｙ１²），｜ｖ０｜＝Ｌ１√（δＴ
Ｘ²＋δＴＹ²）で表される。なお、差角Δψの１回の変
化量は、振動しないように差の１／２とされる。

【００６６】次に、ステップＳ５での差角Δψの変化量
が例えば１０″以下であるか否かを判断する（ステップ
Ｓ６）。１０″以下であれば、レーザ光が受光器２７の
中心を照射しているとして、スタートに戻る。１０″以
下でなければ、ステップ２〜ステップ５を繰り返し、再
びｖ１ベクトルが０になるようにプリズムの回転角を操
作する。

【００６７】このようにして、制御装置４２は直前のプ
リズムユニット１１における一対のウェッジプリズム１
３ａ，１３ｂそれぞれの回転角度を操作して、レーザ光
が直後の光路屈折装置用受光器４４あるいは受光器２７
を自動的に照射するようにしている。十文字状に配置さ
れた光路屈折装置用受光器４４あるいは受光器２７の中
心は、プリズムユニット１１の中心（ウェッジプリズム
１３ａ，１３ｂの回転中心）と一致しているので、レー
ザ光はプリズムユニット１１の中心を照射する。そし
て、順次直後のプリズムユニット１１を照射するように
プリズムユニット１１が制御され、最終的にはレーザ照
準機４１から射出されるレーザ光が自動的に先導体２１
の受光器２７まで届く。レーザ光が受光器２７の中心を
照射しているときのプリズムユニット１１の合成屈折角
δＴを算出すれば、図７に示すようなプリズムユニット
１１の屈折角θ１〜θ３を求めることができる。

【００６８】本発明によれば、先導体２１と共に移動す
る先導体後続治具３２にプリズムユニット１１…が固定
されるので、プリズムユニット１１…間の距離（Ｌ１，
Ｌ２）及び先導体２１とプリズムユニット１１間の距離
（Ｌ３）が常に一定に保たれ、初めに先導体後続治具３
２にプリズムユニット１１を固定した位置から、プリズ
ムユニット１１…間の距離（Ｌ１，Ｌ２）及び先導体２
１とプリズムユニット１１間の距離（Ｌ３）を、測距儀
等で測定しなくても知ることができる。また、上述のよ
うにプリズムユニット１１の一対のウェッジプリズム１
３ａ，１３ｂを回転すると、レーザ光を任意の方向に屈
折することができ、一対のウェッジプリズム１３ａ，１
３ｂの回転角からプリズムユニット１１の屈折角を知る
ことができる。これらのプリズムユニットに１１…よる
光の屈折角、プリズムユニット１１…間の距離及びプリ
ズムユニット１１から前記受光器２７までの距離に基づ
いて先導体２１の位置を自動的に計測することができ
る。また、トンネル内には、大きさの小さい受光器２
７、プリズムユニット１１…しか配置されないので、小
口径のトンネルを掘進する先導体２１の位置を計測する
のに最適な先導体位置計測装置が得られる。

【００６９】プリズムユニット１１…の配置方法につい
て説明する。まず、図１に示すように、先導体２１が計
画線２４の終端（到達立坑２３）に位置するときに発進
立坑２２から射出される光が先導体２１の受光器２７に
届くように、プリズムユニット１１…の設置個数及び設
置間隔をあらかじめ決定する。あらかじめ決定されたプ
リズムユニット１１…の設置個数及び設置間隔によって
掘進を行い、図７に示すように発進立坑２２にプリズム
ユニット１１…のうちの一つを残しておいて先導体後続
治具３２に固定された残りのプリズムユニット１１，１
１を先導体２１と一緒に移動させ、先導体２１の位置を
計測する。次に、あらかじめ決定されたプリズムユニッ
ト１１…の設置個数及び設置間隔では、先導体２１が計
画線の途中に位置するときに発進立坑２２から照射され
るレーザ光が受光器２７を照射できなくなると予測され
ると、プリズムユニット１１が新たに配置される。そし
て、先導体２１が計画線の２４途中に位置するときにも
発進立坑２２から射出されるレーザ光が受光器２７に届
くようにする。例えば、計画線２４の途中に曲率半径の
小さく曲がりの急な円弧がある場合は、その円弧から到
達立坑２３までは円弧でもレーザ光が届くように新たに
プリズムユニット１１が設置され、プリズムユニット１
１…間の距離が短くなる。このようにプリズムユニット
１１…を配置すると、先導体２１が計画線２４上のどこ
に位置しても、先導体２１の位置を連続的に計測するこ
とができる次に先導体２１の姿勢の計測方法について説
明する。

【００７０】図２０は、先導体２１の姿勢計測部２８を
示す。図中（Ａ）は姿勢計測部の断面を示し、図中
（Ｂ）は位置センサ３１の正面図を示す。上述のよう
に、姿勢計測部２８は受光器２７の中心に届いたレーザ
光を透過させるレンズ３０と、レンズ３０から一定間隔
Ｌ開けて配置され、透過されたレーザ光が照射される２
次元の位置センサ３１とを備える。先導体２１の姿勢が
変化すると、位置センサ３１上でのレーザ光の照射位置
が変化する。姿勢計測部２８は、受光器２７の中心に届
いたレーザ光を先導体２１の内部に取り込み、ヨーイン
グ角を計測する。演算装置４３（図７参照）は２次元の
位置センサ３１上でのレーザ光の照射位置から先導体２
１の姿勢を算出する。２次元の位置センサ３１には、２
軸の光電センサあるいはＣＣＤカメラ等が用いられる
が、ここでは２軸の光電センサを用いた場合について説
明する。

【００７１】まず、２次元の位置センサ３１によってレ
ーザ光の照射位置４８のＸ座標及びＹ座標が計測され
る。位置センサ３１は、例えば（Ｘ軸方向＋０．５Ｖ、
Ｙ軸方向＋１Ｖ）のように電圧値（ｅｘ，ｅｙ）を出力
する。演算装置４３は、この電圧値にスケールファクタ
ーＫ（電圧を変位に変換する係数）を乗じてレーザ光の
照射位置（Ｋ・ｅｘ，Ｋ・ｅｙ）を算出する。次に、演
算装置４３は、レンズ３０の中心にレーザ光が透過して
いることから下記の計算式に基づいて近似的にヨーイン
グ角ψ（水平面内での先導体２１の回転角）を算出す
る。なお、先導体２１の計画線に対する水平面内でのす
れを測定するのが目的なので、先導体２１のヨーイング
角ψを知ることが最も重要である。

【００７２】

【式８】ψ＝ｔａｎ^-1（Ｋ・ｅｘ／Ｌ）

【００７３】ここでは、計算を簡単にするためにピッチ
ング角θ（垂直面内での先導体の回転角）及びローリン
グ角φを０としている。先導体のヨーイング角ψを厳密
に算出する場合には、ローリング角φ及びピッチング角
θの影響を考慮した３×３のマトリクスのオイラー変換
式が使用される。先導体のローリング角φは、先導体に
取り付けられるローリング計から測定される。

【００７４】上述のヨーイング角ψを求めるのと同様に
ピッチング角θも求めることができる。位置センサ３１
によって先導体のピッチング角θを求めると、先導体２
１に別途傾斜計を設ける必要がなくなる。

【００７５】図２１及び図２２は、姿勢計測部の他の例
を示す。この例において、先導体２１には、先導体２１
（受光器２７の中心）に届いた光を一対のウェッジプリ
ズムを組み合わせて屈折する先導体用プリズムユニット
５１と、先導体用プリズムユニット５１と所定の間隔Ｌ
を開け、先導体用プリズムユニット５１で屈折されたレ
ーザ光が照射される姿勢計測用受光器５２が設けられ
る。先導体用プリズムユニット５１は、上述のプリズム
ユニット１１と同様な構成を有し、姿勢計測用受光器５
２は上述の受光器２７と同様に２軸光電センサ等から構
成される。

【００７６】制御装置（図示せず）は、ウェッジプリズ
ム５２ａ，５２ｂの回転角度を操作して、レーザ光が姿
勢計測用受光器５２を照射するように姿勢計測用受光器
５２の出力値をフィードバック制御し、受光器２７の中
心に届いたレーザ光が自動的に姿勢計測用受光器に届く
ようにする。演算装置４３は、先導体用プリズムユニッ
ト５１における一対のウェッジプリズム５２ａ，５２ｂ
それぞれの回転角度に基づいて先導体用プリズムユニッ
ト５１の屈折角θを算出する。このようにしても先導体
用プリズムユニット５１の屈折角θから先導体２１の姿
勢を計測する。

【００７７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
先導体と共に移動する先導体後続治具に光路屈折装置を
固定するので、光路屈折装置間の距離及び先導体と光路
屈折装置間の距離が常に一定に保たれ、初めに先導体後
続治具に光路屈折装置を固定した位置から、測距儀等で
測定することなく、光路屈折装置間の距離及び先導体と
光路屈折装置間の距離を知ることができる。また、光路
屈折装置の複数のウェッジプリズムを回転すると、光を
任意の方向に屈折することができ、複数のウェッジプリ
ズムの回転角から光路屈折装置の屈折角を知ることがで
きる。これらの光路屈折装置による光の屈折角、前記光
路屈折装置間の距離及び前記光路屈折装置から前記受光
器までの距離に基づいて前記先導体の位置を自動的に計
測することができる。トンネル内には、大きさの小さい
受光器、ウェッジプリズム（光路屈折装置）しか配置さ
れないので、小口径のトンネルを掘進する先導体の位置
を計測するのに最適な先導体位置計測方法が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における先導体位置計測装
置が適用される推進工法を示す平面図。

【図２】先導体の計画線からのずれを示す概略図。

【図３】先導体を示す平面図。

【図４】先導体に取り付けられる受光器及び姿勢計測部
を示す図（図中（Ａ）は斜視図を示し、図中（Ｂ）はレ
ンズの中心線方向の断面図を示す）。

【図５】先導体後続治具を示す管軸と直交する方向の断
面図。

【図６】先導体後続治具を示す側面図。

【図７】先導体位置計測装置の全体システム構成図。

【図８】プリズムユニットを示す図（図中（Ａ）は正面
図を示し、図中（Ｂ）は側面図を示す）。

【図９】プリズムユニットを示す断面図。

【図１０】ウェッジプリズムを示す断面図。

【図１１】組み合わせたウェッジプリズムを示す断面
図。

【図１２】入射光線を屈折するウェッジプリズムを示す
斜視図。

【図１３】入射光線の屈折を座標系で示す図。

【図１４】屈折角をベクトルで示す図（図中（ａ）はプ
リズム１を示し、図中（ｂ）はプリズム２を示す。）

【図１５】ソフトウェアサーボのアルゴリズムを示すフ
ローチャート。

【図１６】受光器上でのレーザ光の照射位置を示す図。

【図１７】プリズム座標系と受光器座標系を示すグラ
フ。

【図１８】プリズム座標系と受光器座標系を示すグラ
フ。

【図１９】プリズム座標系と受光器座標系を示すグラ
フ。

【図２０】姿勢計測部を示す図（図中（Ａ）は姿勢計測
部の断面を示し、図中（Ｂ）は位置センサ３１の正面図
を示す）。

【図２１】他の例の姿勢計測部が組み込まれた先導体を
示す平面図。

【図２２】他の例の姿勢計測部の水平方向の断面図。

【図２３】従来のレーザ法による計測を示す平面図。

【図２４】従来のレーザ法によるずれ量を示す概略図。

【図２５】従来の曲がった管路を計測する計測装置を示
す平面図。

【符号の説明】

１１ プリズムユニット（光路屈折装置） １３ａ，１３ｂ ウェッジプリズム １４ａ，１４ｂ モータ（駆動部） １５ａ，１５ｂ エンコーダ（角度検出部） ２１ 先導体 ２２ 発進立坑 ２４ 計画線 ２７ 受光器 ３０ レンズ（透過部） ３１ 位置センサ ３２ 先導体後続治具 ４２ 制御装置 ４３ 演算装置 ４４ 光路屈折装置用受光器 ５１ 先導体用プリズムユニット（先導体用光路屈折装
置） ５２ 姿勢計測用受光器 θ１〜θ３ 屈折角 Ｌ１〜Ｌ３ 距離

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 島田 徹 東京都台東区元浅草３丁目18番10号 アイ レック技建株式会社内 (72)発明者 高木 博 神奈川県鎌倉市上町屋345番地 三菱プレ シジョン株式会社内 Ｆターム(参考） 2D054 AA02 AC18 AD02 DA12 GA04 GA42 GA62 GA65 GA82 GA92

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の計画線に沿って掘進する先導体の
   位置を、光を使用して計測する先導体位置計測方法であ
   って、 前記先導体に連結されると共に前記先導体と一緒に移動
   する先導体後続治具に、複数のウェッジプリズムを組み
   合わせて光の屈折を制御する少なくとも一つの光路屈折
   装置を固定し、前記先導体に光が照射される受光器を固
   定し、発進立坑から射出される光を光路屈折装置で屈折
   して前記受光器まで届くようにし、前記光路屈折装置に
   よる光の屈折角、前記光路屈折装置間の距離及び前記光
   路屈折装置から前記受光器までの距離に基づいて前記先
   導体の位置を計測することを特徴とする先導体位置計測
   方法。
2. 【請求項２】 前記複数のウェッジプリズムそれぞれの
   回転角度を操作して、光が前記受光器を照射するように
   前記受光器の出力値をフィードバック制御し、前記発進
   立坑から射出される光が自動的に前記受光器まで届くよ
   うにしたことを特徴とする請求項１に記載の管路計測方
   法。
3. 【請求項３】 前記光路屈折装置それぞれに光路屈折装
   置用受光器を設け、直前の光路屈折装置における複数の
   ウェッジプリズムそれぞれの回転角度を操作して、光が
   直後の光路屈折装置を照射するように直後の光路屈折装
   置用受光器の出力値をフィードバック制御し、直前の光
   路屈折装置で屈折される光が自動的に直後の光路屈折装
   置まで届くようにしたことを特徴とする請求項２に記載
   の管路計測方法。
4. 【請求項４】 前記複数のウェッジプリズムそれぞれの
   回転角度に基づいて前記光路屈折装置の屈折角を算出す
   ることを特徴とする請求項２または３に記載の管路計測
   方法。
5. 【請求項５】 前記先導体は、前記先導体に届いた光を
   透過させる透過部と、前記透過部と一定間隔を開け、透
   過された光が照射される位置センサとを備え、前記透過
   部と前記位置センサ間との距離及び前位置センサに照射
   された光の位置に基づいて前記先導体の姿勢を計測する
   ことを特徴とする請求項１ないし４いずれかに記載の先
   導体位置計測方法。
6. 【請求項６】 前記透過部はレンズから構成されること
   を特徴とする請求項５に記載の先導体位置計測方法。
7. 【請求項７】 前記先導体は、前記先導体に届いた光を
   複数のウェッジプリズムを組み合わせて屈折する先導体
   用光路屈折装置と、前記先導体用光路屈折装置と所定の
   間隔を開け、前記先導体用光路屈折装置で屈折された光
   が照射される姿勢計測用受光器を備え、 光が前記姿勢計測用受光器を照射するように前記姿勢計
   測用受光器の出力値をフィードバック制御し、前記先導
   体に届いた光が自動的に前記姿勢計測用受光器に届くよ
   うにし、 前記先導体用光路屈折装置における前記複数のウェッジ
   プリズムそれぞれの回転角度に基づいて前記先導体の姿
   勢を計測することを特徴とする請求項１ないし４いずれ
   かに記載の先導体位置計測方法。
8. 【請求項８】 先導体が計画線の終端に位置するときに
   発進立坑から射出される光が前記受光器に届くように、
   あらかじめ決定された前記光路屈折装置の設置個数及び
   設置間隔によって掘進を行い、 発進立坑に前記光路屈折装置のうちの一つを残しておい
   て前記先導体後続治具に固定された残りの光路屈折装置
   を先導体と一緒に移動させ、 あらかじめ決定された前記光路屈折装置の設置個数及び
   設置間隔では、先導体が計画線の途中に位置するときに
   発進立坑から照射される光が前記受光器を照射できなく
   なると予測されると、前記光路屈折装置をさらに配置
   し、 前記先導体が前記計画線の途中に位置するときにも前記
   発進立坑から射出される光が前記受光器に届くようにす
   ることを特徴とする請求項１ないし６に記載の先導体位
   置計測方法。
9. 【請求項９】 所定の計画線に沿って掘進する先導体の
   位置を、光を使用して計測する先導体位置計測装置であ
   って、 発進立坑から光を射出する発光装置と、前記先導体に連
   結されると共に前記先導体と一緒に移動する先導体後続
   治具に固定され、前記発光装置から射出される光を屈折
   する少なくとも一つの光路屈折装置と、前記光路屈折装
   置による光の屈折を制御する制御装置と、前記先導体に
   固定され、光が照射される受光器と、前記光路屈折装置
   による前記光の屈折角、前記光路屈折装置間の距離及び
   前記光路屈折装置から前記受光器までの距離に基づいて
   前記先導体の位置を計測する演算装置とを備え、 前記光路屈折装置それぞれは、回転自在に設けられた一
   対のウェッジプリズムと、この一対のウェッジプリズム
   それぞれを個別に回転する一対の駆動部と、前記一対の
   ウェッジプリズムそれぞれの回転角を検出する一対の角
   度検出部と、を有し、 前記制御装置は、前記ウェッジプリズムの回転角度を操
   作して、光が前記受光器を照射するように前記受光器の
   出力値をフィードバック制御し、前記発光装置から射出
   される光が自動的に前記受光器まで届くようにすること
   を特徴とする管路計測装置。
10. 【請求項１０】 前記光路屈折装置それぞれに光路屈折
    装置用受光器が設けられ、 前記制御装置は、直前の光路屈折装置における複数のウ
    ェッジプリズムそれぞれの回転角度を操作して、光が直
    後の光路屈折装置を照射するように直後の光路屈折装置
    用受光器の出力値をフィードバック制御し、直前の光路
    屈折装置で屈折される光が自動的に直後の光路屈折装置
    まで届くようにすることを特徴とする請求項９に記載の
    管路計測装置。
11. 【請求項１１】 前記演算装置は、前記一対の角度検出
    部それぞれの検出値に基づいて前記光路屈折装置の屈折
    角を算出することを特徴とする請求項９または１０に記
    載の管路計測装置。
12. 【請求項１２】 前記先導体は、前記受光器に届いた光
    を透過させる透過部と、前記透過部と一定間隔を開け、
    透過された光が照射される位置センサとを備え、 前記演算装置は、前記透過部と前記位置センサ間との距
    離及び前記位置センサに照射された光の位置に基づいて
    前記先導体の姿勢を計測することを特徴とする請求項９
    ないし１１いずれかに記載の先導体位置計測装置。
13. 【請求項１３】 前記先導体は、前記先導体に届いた光
    を複数のウェッジプリズムを組み合わせて屈折する先導
    体用光路屈折装置と、前記先導体用光路屈折装置と所定
    の間隔を開け、前記先導体用光路屈折装置で屈折された
    光が照射される姿勢計測用受光器を備え、 前記先導体用光路屈折装置は、回転自在に設けられた一
    対のウェッジプリズムと、この一対のウェッジプリズム
    それぞれを個別に回転する一対の駆動部と、前記一対の
    ウェッジプリズムそれぞれの回転角を検出する一対の角
    度検出部と、を有し、 前記制御装置は、前記ウェッジプリズムの回転角度を操
    作して、光が前記姿勢計測用受光器を照射するように前
    記姿勢計測用受光器の出力値をフィードバック制御し、
    前記先導体に届いた光が自動的に前記姿勢計測用受光器
    まで届くようにし、 前記演算装置は、前記先導体用光路屈折装置における前
    記複数のウェッジプリズムそれぞれの回転角度に基づい
    て前記先導体の姿勢を計測することを特徴とする請求項
    ９ないし１１いずれかに記載の先導体位置計測装置。