JP2003247826A - 推進管の位置計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】起立配置のコンパス用光ファイバジャイロを無
くすことにより、装置構成を簡単にするとともに、口径
が３００mm未満の小口径推進管の場合でも対応可能とす
る。 【解決手段】位置計測装置１を、前記推進管１２の先導
体１３に設置されるとともに、鉛直軸回りにセンシング
コイルを巻込み、このセンシングコイルによりヨー角方
向の相対角度変化を検知する一軸型光ファイバジャイロ
２と、前記推進管１２の推進距離を測定する推進距離測
定手段８と、前記相対角度変化および推進距離の積分演
算により前記先導体１３の平面座標変化および推進管１
２の平面線形を算出するコンピューター７とから構成す
る。また、前記先導体１３内部に絶対レベルを検出する
レベルセンサ３を備え、前記コンピュータ７において前
記絶対レベル変化により先導体１３の高さ座標変化およ
び推進管１２の縦断線形を算出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、推進工法により敷
設される推進管の位置計測装置に係り、詳しくは機器構
成を簡易化させた推進管の位置計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より下水道等の新設または更新を目
的とした地下施工工事においては、元押しジャッキ等の
推進手段により推進管を敷設していく、いわゆる推進工
法が行われている。かかる推進工法においては、推進管
が常に移動するため、坑口から先導体までを直接測量し
なければならない。したがって、人手のみによる測量を
行ったのでは非常に時間が掛かり、掘進作業を円滑に進
めるのが困難である。特に、中口径以下の推進管では人
手のみでは、測量自体が困難を極める。このことから、
推進管の位置計測を迅速に行うために、様々な位置計測
装置が開発されている。

【０００３】具体的に代表的なものについて説明する
と、まず、図５に示される直線施工の場合は、発進立坑
５１内に設置したトータルステーション５２より直接視
準点５３を光波で視準して位置計測を行う一方、図６に
示される曲線施工の場合は、曲線の変曲点位置にプリズ
ム５４、５４…を設け、トータルステーション５２より
発した光波を前記プリズム５４、５４…により反射さ
せ、視準点５３に到達させて位置計測を行う位置計測装
置５０が知られている。

【０００４】次に、図７に示されるように、立坑部６１
においてトータルステーション６２により坑内に敷設し
たレール６５上を走行する走行計測ロボット（視準点）
６３を視準して、両者間の距離を計測するとともに、走
行部６４において前記走行計測ロボット６３により立坑
部停止位置（レール始端）６５ａを基準とした掘進部停
止位置（レール終端）６５ｂまでの距離を測定すること
により位置計測を行う位置計測装置６０が知られてい
る。

【０００５】他方、鉛直軸回りにセンシングコイルを巻
込み、このセンシングコイルによりヨー角方向の相対角
度変化を検知することにより変位角度を計測する方法が
知られているが、方位を検出するには、他に基準となる
絶対方位（真北）を検出する必要があるため、図８に示
されるように、鉛直軸回りにセンシングコイルを巻込ん
だ光ファイバジャイロ７１と、水平軸回りにセンシング
コイルを巻き込んだコンパス用光ファイバジャイロ７２
とを組み合わせる必要がある。前記コンパス用光ファイ
バジャイロの原理は、光ファイバジャイロ自体の回転角
速度の検出精度が非常に高いので、ループを起立させて
設置することにより、地球の自転による回転角速度を検
出することができ、検出された回転角速度は地球の回転
角速度のループ方向成分であるからこれを基にループが
臨んでいる方位、すなわち地球の自転を基準とした絶対
方位を計測することができるというものであり、このよ
うな推進管位置計測装置としては、例えば特開平7-3555
2号公報、特開平8-68641号等に記載されるものを挙げる
ことができる。

【０００６】前記ヨー角方向変位を検出する光ファイバ
ジャイロ（以下、ヨーレート用光ファイバジャイロとい
う。）と、絶対方位を検出するコンパス用光ファイバジ
ャイロとを組み合わせた位置計測装置の場合は、前記コ
ンパス用光ファイバジャイロによる計測中に地球の角速
度以外の角度成分が重畳されないようにする必要（以
下、動揺の影響という。）がある。この場合、推進管を
静止した状態で計測を行えば動揺の影響を排除できる
が、１回の計測に時間が掛かるため、施工効率を考える
と、推進と並行して計測が行えるようにする必要があ
る。そこで、前者の特開平7-35552号公報では、前記ヨ
ーレート用光ファイバジャイロにより検出された角速度
が所定の角速度以下の場合にのみ、動揺の影響がないと
してコンパス用光ファイバジャイロによる絶対方位の測
定結果を取得するようにし、後者の特開平8-68641号で
はヨーレート用光ファイバジャイロにて計測した方位の
変化分と、コンパス用光ファイバジャイロにて計測した
方位の変化分とが所定の精度で一致した場合には動揺の
影響がないとして、ヨーレート用光ファイバジャイロの
方位をコンパス用光ファイバジャイロで計測した方位で
較正するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、先ず前
記位置計測装置５０の場合、曲線施工時には推進管は曲
線であるのに対し、光波は直進しかできないので、正確
な位置計測を行うのが困難である。また坑内温度の上昇
により光波が屈曲してしまうなどの問題があった。

【０００８】他方、前記位置計測装置６０では、坑内に
ロボット用レールを敷設し、走行計測ロボットが走行で
きるスペースを確保しなければならないとともに、装置
が大掛かりになってしまうなどの問題がある。また、前
記レールの敷設精度により位置検出精度が影響を受ける
など問題もある。

【０００９】これに対し、前記位置計測装置７０では、
光波により直接視準するものではないので、曲線施工時
にも高精度で計測を行うことができ、走行ロボットも用
いないので、装置構成も比較的簡単で済ますことができ
るものの、絶対方位を基準として位置を検出するように
しているため、ヨーレート用光ファイバジャイロと、コ
ンパス用光ファイバジャイロとの両方を組み合わせて用
いなければならず、前記コンパス用光ファイバジャイロ
による検出精度を維持するための工夫が必要になる。ま
た、起立状態で設置されるコンパス用光ファイバジャイ
ロが推進管空間を占有するため、口径が３００mm未満の
小口径推進管の場合には前記計測装置７０を設置するこ
とができないなどの問題があった。

【００１０】そこで、本発明の主たる課題は、起立配置
のコンパス用光ファイバジャイロを無くしながらも精度
上十分な位置計測装置を提供すること、および前記起立
配置のコンパス用光ファイバジャイロを無くすことによ
り、装置構成を更に簡単にするとともに、口径が３００
mm未満の小口径推進管の場合でも対応可能とすることに
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の請求項１に係る発明として、推進工法により敷設され
る推進管の位置計測装置であって、前記位置計測装置
は、前記推進管の先導体内部に設置されるとともに、鉛
直軸回りにセンシングコイルを巻込み、このセンシング
コイルによりヨー角方向の相対角度変化を検知する一軸
型光ファイバジャイロと、前記推進管の推進距離を測定
する推進距離測定手段と、前記相対角度変化および推進
距離の積分演算により前記先導体の平面座標変化および
推進管の平面線形を算出するコンピューターと、からな
ることを特徴とする推進管の位置計測装置が提供され
る。

【００１２】請求項２に係る発明として、前記推進距離
測定手段は、推進管の元押しジャッキのストロークを検
出するストローク計または推進管の押込み距離を測定す
るロータリーエンコーダである請求項１記載の推進管の
位置計測装置が提供される。

【００１３】上記請求項１、２記載の発明によれば、推
進管の位置座標を小座標系、すなわち任意に設定したＸ
−Ｙ座標系で管理することを前提に、コンパス用光ファ
イバジャイロを無くし、ヨーレート用光ファイバジャイ
ロにより推進管の相対角度変化を検知するとともに、推
進距離測定手段により推進距離を測定し、コンピュータ
によって前記相対角度変化および推進距離の積分演算に
より前記推進管の位置座標を算出するようにしているた
め、推進管の位置計測を必要上十分な精度で行うことが
可能となる。また、装置構成を簡単にできるとともに、
口径が３００mm未満の小口径推進管の場合でも対応可能
となる。

【００１４】請求項３に係る発明として、前記位置計測
装置は、前記先導体内部に絶対レベルを検出するレベル
センサを備え、前記コンピュータにおいて前記絶対レベ
ル変化により先導体の高さ座標変化および推進管の縦断
線形を算出するようにしてある請求項１、２いずれかに
記載の推進管の位置計測装置が提供される。

【００１５】請求項４に係る発明として、前記レベルセ
ンサは、発進立坑側に設置された基準水位タンクと、こ
の基準水位タンクと水封ホースによって接続されるとと
もに、先導体に設置される相対水位計とからなり、前記
基準水位タンクを基準として前記先導体の絶対レベルを
検出するようにした計測装置である請求項３記載の推進
管の位置計測装置が提供される。

【００１６】上記請求項３，４記載の発明においては、
推進管に絶対レベルを検出するレベルセンサを備え、前
記コンピュータにおいて絶対レベル変化により先導体の
高さ座標変化および推進管の縦断線形を算出するように
したため、推進管の位置をＺ座標を含めて３次元的に管
理することが可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳述する。図１は本発明に係る位
置計測装置１を示す全体斜視図である。

【００１８】推進工法は、立坑１０内に元押しジャッキ
１１を設置し、この元押しジャッキ１１により推進管１
２を１ストローク毎に押込み推進させるようにしたもの
で、前記推進管１２の先端には掘削カッタを有するとと
もに、方向制御ジャッキ等を有する先導体１３を備えて
いる。前記元押しジャッキ１１により１ストロークの推
進を終えたならば、元押しジャッキ１１を引込み、所定
長さの推進管を前記推進管１２の後端部に接続し、再び
元押しジャッキ１１による押込みを繰り返し、連続した
推進管１２を地中に設置していく。

【００１９】本発明では前記推進管１２の位置（線形）
を管理するために、位置計測装置１として、前記先導体
１３内部に設置されヨー角方向の相対角度変化を検知す
る一軸型光ファイバジャイロ２と、前記元押しジャッキ
１１に取り付けられ、前記元押しジャッキ１１のストロ
ークを検出する推進距離測定手段８と、先導体１３の絶
対レベルを検出するレベルセンサ３と、前記相対角度変
化および推進距離の積分演算により前記先導体１３の平
面座標変化および推進管１２の平面線形を算出するとと
もに、前記絶対レベル変化により前記先導体１３の高さ
座標変化および推進管１２の縦断線形を算出するコンピ
ュータ７とから構成される装置を設けるようにしてい
る。

【００２０】前記光ファイバジャイロ２、推進距離測定
手段８およびレベルセンサ３と、コンピューター７との
間にはインターフェイス９が介在され、前記光ファイバ
ジャイロ２、推進距離測定手段８およびレベルセンサ３
により得られた計測信号（アナログ信号）が前記インタ
ーフェイス９により取り込まれ、デジタル信号に変換さ
れて前記コンピューター７に伝送されるようになってい
る。なお、図示の例では、前記コンピューター７には、
プリンター１４とリモートモデム１５とが接続され、該
コンピュータ７より算出された位置座標等の結果を前記
プリンター１４により出力したり、リモートモデム１５
によりインターネットを介して遠隔送信できるようにな
っている。

【００２１】前記光ファイバジャイロ２は図２に示され
るように、光ファイバジャイロ本体２Ａと下端面に固設
された取付け用ベース部２Ｂとからなり、前記光ファイ
バジャイロ本体２Ａの内部には、鉛直軸回りに石英ファ
イバよりなるセンシングコイル（図示せず）が巻き込ま
れている。前記センシングコイルでは、時計回りと反時
計回りにそれぞれ光波を通すと、両者の間に干渉位相差
が生ずる、いわゆる「サニャック効果」とよばれる原理
により、前記先導体１３のヨー角方向の相対角度変化を
検出する。そして、前記検出された相対角度変化信号
は、前記インターフェイス９と接続された信号ケーブル
２ａによりアナログ信号として前記インターフェイス９
を介してコンピュータ７に入力されるようになってい
る。

【００２２】一方、前記元押しジャッキ１１に設けられ
た推進距離測定手段８は、所謂ストロークセンサであ
り、ジャッキのストローク量を検出し、前記インターフ
ェイス９と接続された信号ケーブル８ａによりアナログ
信号として前記インターフェイス９を介してコンピュー
タ７に入力されるようになっている。前記推進距離測定
手段８としては、前記ストロークセンサ以外に、例えば
推進管の表面に接触し押込みに伴って転動するローラを
備え、このローラの回転量をロータリエンコーダ等によ
って計測するようにした距離測定手段等を用いるように
してもよい。

【００２３】他方、前記レベルセンサ３は、図３に示さ
れるように、発進立坑１０側に設置された基準水位タン
ク５と、この基準水位タンク５と水封ホース６によって
接続されるとともに、先導体１３内部に設置される相対
水位計４とからなる装置で、前記基準水位タンク５の水
位を基準とした前記相対水位計４の水位から前記先導体
１３の絶対レベルをリアルタイムに検出するようになっ
ている。

【００２４】すなわち、前記基準水位タンク５と相対水
位計４との間には水封ホース６を通じて所定水位で水が
封入され、前記基準水位タンク５が上部に設けられたフ
ック５ａにより立坑１０内の所定の高さ位置（既知）に
固定的に設置され、前記相対水位計４が先導体１３の内
部に設置され、先導体１３が推進に伴って上下方向位置
（Ｚ座標）が変化すると、相対水位計４内で水位が変化
するため、高精度圧力計により前記水位変化に伴う圧力
変化を電気的に検出し水位（絶対レベル）を計測するよ
うになっている。この計測信号は信号ケーブル４ａによ
り前記インターフェイス９を介してコンピュータ７に入
力されるようになっている。

【００２５】前記コンピュータ７では、前記光ファイバ
ジャイロ２により計測された相対角度変化と、前記推進
距離測定手段８によって計測された推進距離との積分演
算により前記先導体１３の平面座標変化およびこれの累
積から推進管の平面線形を算出するようになっていると
ともに、前記レベルセンサ３によって計測された絶対レ
ベルと、前記推進距離測定手段８によって計測された推
進距離との積分演算により前記先導体１３の高さ座標変
化およびこれの累積から推進管１２の縦断線形を算出す
るようになっている。

【００２６】前記コンピュータ７により算出された推進
管１２の位置計測結果は、前記先導体１３に設けられた
方向制御ジャッキの制御に反映され、図４に示されるよ
うに、前記方向制御ジャッキにより先導体１３の推進方
向が制御され、推進予定線（Ｘ軸）に沿って推進管１２
が進行するように制御される。

【００２７】

【発明の効果】以上詳説のとおり本発明によれば、起立
配置のコンパス用光ファイバジャイロを無くしながらも
精度上十分な位置計測を可能とする。また、前記起立配
置のコンパス用光ファイバジャイロを無くすことによ
り、装置構成が簡単になるとともに、口径が３００mm未
満の小口径推進管の場合でも対応可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る位置計測装置１の構成を示す全体
斜視図である。

【図２】光ファイバジャイロ２の斜視図である。

【図３】レベルセンサ３の装置構成図である。

【図４】コンピューター７による先導体１３の移動軌跡
のモニタ表示図である。

【図５】第１従来例に係る推進管直進施工時の位置計測
要領を示す図である。

【図６】第１従来例に係る推進管曲線施工時の位置計測
要領を示す図である。

【図７】第２従来例に係る推進管位置計測要領を示す図
である。

【図８】第３例に係る位置計測装置７０を示す斜視図で
ある。

【符号の説明】 １…位置計測装置、２…一軸型光ファイバジャイロ、３
…レベルセンサ、４…相対水位計、５…基準水位タン
ク、６…水封ホース、７…コンピューター、８…推進距
離測定手段、９…インターフェイス、１０…立坑、１１
…元押しジャッキ、１２…推進管、１３…先導体、１４
…プリンター、１５…リモートモデム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】推進工法により敷設される推進管の位置計
   測装置であって、前記位置計測装置は、前記推進管の先
   導体内部に設置されるとともに、鉛直軸回りにセンシン
   グコイルを巻込み、このセンシングコイルによりヨー角
   方向の相対角度変化を検知する一軸型光ファイバジャイ
   ロと、前記推進管の推進距離を測定する推進距離測定手
   段と、前記相対角度変化および推進距離の積分演算によ
   り前記先導体の平面座標変化および推進管の平面線形を
   算出するコンピューターと、からなることを特徴とする
   推進管の位置計測装置。
2. 【請求項２】前記推進距離測定手段は、推進管の元押し
   ジャッキのストロークを検出するストローク計または推
   進管の押込み距離を測定するロータリーエンコーダであ
   る請求項１記載の推進管の位置計測装置。
3. 【請求項３】前記位置計測装置は、前記先導体内部に絶
   対レベルを検出するレベルセンサを備え、前記コンピュ
   ータにおいて前記絶対レベル変化により先導体の高さ座
   標変化および推進管の縦断線形を算出するようにしてあ
   る請求項１、２いずれかに記載の推進管の位置計測装
   置。
4. 【請求項４】前記レベルセンサは、発進立坑側に設置さ
   れた基準水位タンクと、この基準水位タンクと水封ホー
   スによって接続されるとともに、先導体に設置される相
   対水位計とからなり、前記基準水位タンクを基準として
   前記先導体の絶対レベルを検出するようにした計測装置
   である請求項３記載の推進管の位置計測装置。