JP2005172586A - 推進装置先導体の推進方位計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小口径管路において先導体の推進方位を計測する。
【解決手段】先端部にカッターを有した先導体１２で地盤に孔を掘りつつ前進して管路１０を形成する推進装置の前記先導体に取り付けられた２次元位置センサである受光器１６と、該受光器に対する相対位置の定まった位置に取り付けられた方位センサ２０と、該受光器の後方位置に配設され、複数個のウェッジプリズムを組み合わせ、各ウェッジプリズムを独立して回転角度を制御できる駆動装置を有する光路屈折装置Ｕ１，Ｕ２と、該光路屈折装置の後方位置に配設されたレーザー光発射装置１４とを具備するよう構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内径が８００ｍｍ程度以下の、作業者が入れない小口径管路形成用の推進装置先導体の推進方位の計測装置に関するものである。

小口径の下水管や、電話等の通信ケーブルの敷設では、道路下等に、通常、深さ方向ではなく横方向に所定経路の管路を掘削敷設して行われる。この所定経路、即ち、計画線の通りに推進装置で掘り進みたいが、小口径管路では、内部で作業者がチェックすることはできない。このため、従来、電磁波の発信器と受信器とによって推進装置のカッターのある先導体位置を確認しつつ掘削作業を行っていた。しかし、この方法には幾つもの問題点があり、その問題を解決すべく、下記特許文献１には、１対のウェッジプリズムを組み合わせた光路屈折装置を使用した方法及び装置によって管路の曲がり具合を計測しつつ掘削する原理が開示されている。
特開２００１−５６２１８号公報

しかし、上記光路屈折装置を使用した原理的手法のみでは、掘り進んだ位置までの管路の曲がり具合は容易に計測でき、現時点での先導体の位置も判明しているが、これから掘り進もうとする方向（方位）を示す先導体の向き（方位）は不明である。管路先端部の地盤に硬度の偏りがある場合等では、先導体先端部のカッターが直進するとは限らず、不用意に方向を変える虞がある。従って、その向きが不明のまま掘り進めば、後で管路の修正を余儀なくされる虞がある。そこで、解決しようとする課題は、小口径管路において先導体の推進方位を計測することである。

請求項１に係る発明では、先端部にカッターを有した先導体で地盤に孔を掘りつつ前進して管路を形成する推進装置の前記先導体に取り付けられた２次元位置センサである受光器と、該受光器に対する相対位置の定まった位置に取り付けられた方位センサと、該受光器の後方位置に配設され、複数個のウェッジプリズムを組み合わせ、各ウェッジプリズムを独立して回転角度を制御できる駆動装置を有する光路屈折装置と、該光路屈折装置の後方位置に配設されたレーザー光発射装置とを具備することを特徴とする推進装置先導体の推進方位計測装置を提供する。
この方位センサは、前記光路屈折装置から受光器の所定位置に投射されたレーザー光の入口から所定の距離前方位置に、位置センサである他の受光器を配設して構成できる。
また、この位置センサが小さい場合は、方位センサの入口近くに凸レンズ等を配設して、その小さな位置センサに投射できるようにしてもよい。

本発明では、レーザー光発射装置から発射されたレーザー光は、光路屈折装置の駆動装置によって各ウェッジプリズムを必要角度回転させることによって、入射した方向に対して、該光路屈折装置から出るその投光照射方向を所定円錐体内の任意の方向に屈折（偏角）制御できる。従って、受光器の２次元位置センサの働きと合わせて、受光器からみて所定位置に在る方位センサに対してレーザー光を投射できる。その結果、受光器及び方位センサと一体の先導体の推進方位が判明する。

以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る小口径の横方向管路１０を掘削中の平面図を模式的に示している。図２は図１の要部の拡大図、図３は受光器１６部分の正面図である。掘削中の管路１０の先端位置には、先端に回転カッター（図示略）を装着した先導体１２が位置しており、その後部位置には２次元位置センサである受光器１６が、先導体の進行方向に対して直交するように固定されている。更にこの光センサの後方位置には、この例では２個の光路屈折装置Ｕ２，Ｕ１が配設されている。光路屈折装置Ｕ１は、管路の入口付近に位置しており、その後側には、レーザー光発射装置１４が設置されている。

各光路屈折装置は、既述の公報に原理を開示したものであり、１対のウェッジプリズムを対向配置し、各ウェッジプリズムに対して、夫々、エンコーダー付きのモータを配設しており、これにより各プリズムを独立して回転制御し、光路屈折装置に入射する光の方向を屈折させて、投光照射する方向を種々に制御できる。具体的には、２つのウェッジプリズムの頂角が小さい場合は、夫々の屈折角を合算した角度を最大角度とする屈折方向になる。従って、この最大屈折角度の２倍の頂角を有する円錐内の任意の方向にレーザー光を投光照射制御できる。その投射方向制御のために、既述の受光器１６と同様な機能の受光器を使用する。即ち、例えば、光路屈折装置Ｕ１から前方の光路屈折装置Ｕ２に対して所定屈折角度で投射するためには、その光路屈折装置Ｕ２に装着したり、或いは直ぐ傍に位置させた受光器に対して投射し、その受光位置をフードバックすることによって正確な制御を行う。

上記光路屈折装置を適数個配設することにより、曲がった管路においてもその先端部にレーザー光を投射できる。ここでは、入口の光路屈折装置Ｕ１から距離Ｌ１だけ前進した位置に２個目の光路屈折装置Ｕ２を配設しており、更にその前方に距離Ｌ２だけ離れた位置に、先導体１２の後部に固定した受光器１６が位置している。レーザー光発射装置１４から発射されたレーザー光の方向が所定方位方向、例えば方位基準の真北Ｎ方向とする。光路屈折装置Ｕ１によって投射されたレーザー光Ｂ１は屈折した角度分真北Ｎから偏角している（Ψ１）。このレーザー光Ｂ１を受けた光路屈折装置Ｕ２は、該装置の屈折角度分を加えて真北から方位角Ψ２の方向にレーザー光Ｂ２を投射する。

今から先導体１２の掘削すべき計画方向を１点鎖線ＣＬで示している。その計画方向ＣＬの方位角はΨ３である。前記受光器１６に対して相対位置の定まる位置に方位センサ２２を装着している。ここでは、受光器１６自体に対して筒状体の方位センサを、先導体の進行方向に対して、その筒の延伸方向が平行になるよう装着固定している。光路屈折装置Ｕ２と受光器１６との協働によって、レーザー光Ｂ２を方位センサの入口である所定位置Ｐに投射する。この筒状体の方位センサ２０には、位置Ｐから前方に距離Ｌ（例えば、２０ｃｍ）だけ離れた位置に、位置センサである他の受光器２２が配設されている。ここでは、受光器上の照射位置Ｐ２２と位置Ｐとを結ぶラインの平面視的角度が判ればよいので、１次元位置センサの機能があれば良いが、２次元位置センサの機能を有することが望ましい。レーザー光Ｂ２の照射位置Ｐ２２は、その受光器２２の中心位置Ｐ０とは限らず、一般にその中心位置から方位角が角度θ０だけずれている。その照射位置Ｐ２２の方位角をΨ２とする。

従って、次式１が成立する。
Ψ３ ＝ Ψ２ ＋ θ０ ・・・・・（１）
∴θ０ ＝ Ψ３ − Ψ２ ・・・・・（２）
従って、レーザー光Ｂ２が、受光器２２上で上記式２で示す角度θ０の位置に照射できれば、先導体１２は計画線の通りに、即ち、方位角Ψ３の方向に掘り進もうとしていることが判る。ところが、先導体１２が既述理由等種々の原因により、その進行方向を２点鎖線ＣＬ’の方向に方位角ΔΨだけ偏角させたとすれば、一体である方位センサと一緒に受光器２２も同じ角度偏寄することにより、受光器２２上のレーザー光Ｂ２の照射位置が変わる。即ち、受光器中心位置から角度θ（＝θ０＋ΔΨ）離れた位置を照射することになる。偏寄した方位センサを２０’で示している。

従って、次式３が成立する。
ΔΨ ＝ θ − θ０ ・・・・・・（３）
照射位置Ｐ２２の平面内ｘ方向座標をｘ２２とすれば、次式４が成立する。
ｔａｎθ ＝ ｘ２２／Ｌ ・・・・・（４）
従って、受光器２２の出力値ｘ２２から照射位置角度θが判り、この値θと、式２の既知の角度θ０を式３に代入すれば未知の角度ΔΨが求まる。従って、先導体の掘削方向の計画線からのずれが判り、掘削前に先導体の向きを修正できる。

上記説明では、２次元位置センサである受光器１６の原点位置Ｏと、方位センサ２０のレーザー光Ｂ２の入射する位置Ｐとが一致した場合で説明したが、管路２０の曲り状態計測のために、方位センサ２０をこの受光器１６の原点付近に設置できない場合がある。例えば、図３に示す取り付け形態となることが多い。記号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は光センサであり、受光器１６はこれらによってＸ，Ｙ座標の２次元位置センサの作用を果たす。装着された方位センサ２０の、外部からのレーザー光投射中心位置Ｐは、予め定まった座標（ＸＰ，ＹＰ）を有しているため、レーザー光Ｂ２をこの位置Ｐに投射するように、光路屈折装置Ｕ２と受光器１６との協働作用によって制御できる。従って、そのレーザー光照射方向の方位角を、以上で説明使用したΨ２と考えれば、同じ計算式が成り立つ。

方位センサ２０に使用する実際の受光器２２が小さくて、レーザー光Ｂ２による照射位置Ｐ２２が、その受光器の範囲を逸脱する場合は、レーザー光を受け入れる位置Ｐに、１個の凸レンズやレンズ群を配置して、受光器２２に照射可能に構成することができる。また、距離Ｌ１やＬ２を測る距離計は、既述公報にもあるように、波長の異なる複数のレーザー光の位相差から距離を検出する測距儀や、移動体の車輪回転角度を検出するエンコーダを使用したものや、連結ワイヤを繰り出すドラムの回転角度検出から算出するものや、既定の連結棒部材の接続使用本数（並びに端数）から算定する方式等がある。

本発明は、内径が８００ｍｍ程度以下の、作業者が入れない小口径管路形成用の推進装置先導体の推進方位の計測装置等に適用できる。

図１は本発明に係る推進装置先導体の推進方位計測装置適用の模式平面図である。 図２は図１の要部拡大図である。 図３は図１に使用の受光器部分の正面図である。

符号の説明

１０ 管路
１２ 先導体
１４ レーザー光発射装置
１６ 受光器
２０ 筒状体の方位センサ
２２ 他の受光器
ΔΨ 先導体の計画線方向からのずれ方位角度
Ｕ１，Ｕ２ 光路屈折装置

Claims (2)

1. 先端部にカッターを有した先導体で地盤に孔を掘りつつ前進して管路を形成する推進装置の前記先導体に取り付けられた２次元位置センサである受光器と、該受光器に対する相対位置の定まった位置に取り付けられた方位センサと、該受光器の後方位置に配設され、複数個のウェッジプリズムを組み合わせ、各ウェッジプリズムを独立して回転角度を制御できる駆動装置を有する光路屈折装置と、該光路屈折装置の後方位置に配設されたレーザー光発射装置とを具備することを特徴とする推進装置先導体の推進方位計測装置。
2. 前記方位センサは、前記光路屈折装置から前記受光器の所定位置に投射されたレーザー光の入口から所定の距離前方位置に、位置センサである他の受光器を配設している請求項１記載の推進装置先導体の推進方位計測装置。

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