JP2007113385A

JP2007113385A - 推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置

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Publication number: JP2007113385A
Application number: JP2006221833A
Authority: JP
Inventors: Juro Hamada; 十郎濱田
Original assignee: YASUDA ENGINEERING KK
Current assignee: YASUDA ENGINEERING KK
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2006-08-16
Publication date: 2007-05-10
Anticipated expiration: 2026-08-16
Also published as: JP4573815B2

Abstract

【課題】従来のようにターゲットからの反射光を利用せずに距離の計測やシールド掘進機の位置や姿勢の確認ができ、中間計測機に傾斜計等を搭載しやすい構成とし、更に中間計測機の埋設管内での移動がスムースにできるシールド掘進機の推進方向制御装置を提供する。
【解決手段】シールド掘進機１に設けられ、後方に向けて発光する面光源からなるターゲット１Ｂと、シールド掘進機の水平方向または埋設管の延長方向の傾斜角度を計測する傾斜計１Ｃと、立抗４内に設けられターゲットの発光を撮像してターゲットの変位量を確認するカメラまたは撮像装置５と、カメラまたは撮像装置によって確認されたターゲットの変位量と距離と傾斜計の角度とにもとづいてシールド掘進機の位置及び姿勢を求める演算手段２６とを備え、演算手段の演算結果にもとづいてシールド掘進機の推進方向と、推進計画線との誤差を演算し、シールド掘進機の推進方向を制御するもの。
【選択図】図２

Description

この発明は、推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置に関するものである。

地中に埋設管を敷設する場合、シールド掘進機によって地中を掘削しながら上記シールド掘進機に接続された複数の埋設管を推し進めて敷設する推進シールド工法が採用されることが多い。

上記推進シールド工法において、埋設管を計画した位置に敷設するには、地中を掘進するシールド掘進機の推進軌跡及び推進姿勢を管理する必要がある。
そのための手段として、シールド掘進機に光反射手段からなるターゲットと、後述する後方のターゲットに向けて拡散光を投射する光源と、後方のターゲットからの反射光を撮像するカメラまたは撮像手段とを設けると共に、シールド掘進機に接続された複数の埋設管内に所定間隔ごとに中間計測機を設け、この中間計測機に前方または後方のシールド掘進機または中間計測機のターゲットに向けて拡散光を投射する光源と、前方または後方のターゲットからの反射光を受光する受光部と、受光部で確認された投射光と反射光との波長のずれから前方のターゲットとの距離を計測する光波距離計と、前方または後方のターゲットを撮像し、ターゲットの変位を計測して掘進計画線に対するターゲットのずれ角と姿勢を確認するカメラまたは撮像手段とを設けていた。（例えば特許文献１参照）。

特開２００４−１８４０９４号公報

従来の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は上記のように構成され、光源から前方のターゲットに向けて光を投射し、ターゲットからの反射光を受光して距離の計測とシールド掘進機の位置及び姿勢を確認していたが、例えば光源からの投射光がレーザ光線である場合、レーザ光線の光束径（スポット径）が距離に比例して大きく、暗くなり、ほぼ１５０ｍ以上になると距離の計測や位置及び姿勢の確認ができなくなるという問題点があった。

また、前方のターゲットに向けて拡散光を投射する光源と後方のターゲットに向けて拡散光を投射する光源、前方のターゲットからの反射光を受光する受光部と後方のターゲットからの反射光を受光する受光部、前方向けの受光部データにもとづいて距離を計測する光波距離計と後方向けの受光部データにもとづいて距離を計測する光波距離計、前方のターゲットの変位を確認するカメラまたは撮像手段と後方のターゲットの変位を確認するカメラまたは撮像手段をそれぞれ背中合わせに一体化して中間計測機に搭載していたため、ポンプやデータ伝送ユニット、傾斜計などを中間計測機に配設しようとする場合に、カメラまたは撮像手段や光源、ターゲット等の設置位置との関係で支障になることがあった。

更に、中間計測機には、その下面四隅に車輪を設け、中間計測機が埋設管内を管の延長方向に移動し得るようにされていたが、埋設管との摩擦抵抗が大きいため、故障の場合等における出し入れ作業がスムースにできないという問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ターゲットからの反射光を利用せずに距離の計測やシールド掘進機の位置や姿勢の確認ができると共に、中間計測機にポンプやデータ伝送ユニット、傾斜計などを搭載しやすい構成とし、更に、中間計測機の埋設管内での移動がスムースに行なえるようにした推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は、シールド掘進機の後方に埋設管を結合した推進体を立抗から掘削しながら推進させ、上記埋設管によって形成される管路を敷設する推進シールド工法において、上記シールド掘進機に設けられ、後方に向けて発光する面光源からなるターゲットと、上記シールド掘進機に設けられ、上記シールド掘進機の水平方向または埋設管の延長方向の傾斜角度を計測する傾斜計と、上記立抗内に設けられ、上記ターゲットの発光を撮像し上記ターゲットの変位量を確認するカメラまたは撮像手段と、上記ターゲットと上記カメラまたは撮像手段との距離を計測する手段と、上記カメラまたは撮像手段によって確認された上記ターゲットの変位量と上記距離と上記傾斜計の角度とにもとづいて上記シールド掘進機の位置及び姿勢を求める演算手段とを備え、上記演算手段の演算結果にもとづいて上記シールド掘進機の推進方向と、推進計画線との誤差を演算し、上記シールド掘進機の推進方向を制御するようにしたものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、シールド掘進機の後方に埋設管を結合した推進体を立抗から掘削しながら推進させ、上記埋設管によって形成される管路を敷設する推進シールド工法において、上記シールド掘進機に設けられ、後方に向けて発光する面光源からなるターゲットと、前方のターゲットの発光を撮像し前方のターゲットの変位量を確認する前方用カメラまたは撮像手段と、後方のターゲットの発光を撮像し後方のターゲットの変位量を確認する後方用カメラまたは撮像手段と、前方のカメラまたは撮像手段に向けて発光する面光源からなる前方用ターゲットと、後方のカメラまたは撮像手段に向けて発光する面光源からなる後方用ターゲットと、水平方向または埋設管の延長方向の傾斜角度を計測する傾斜計とを配設し、上記埋設管内に所定間隔で移動可能に設置される複数台の中間計測機と、上記立抗内に設けられ、最後方に位置する上記中間計測機の後方用ターゲットの発光を撮像し、その後方用ターゲットの変位量を確認するカメラまたは撮像手段と、上記カメラまたは撮像手段によって確認された最後方の中間計測機の後方用ターゲットの変位量と、その後方用ターゲットと上記カメラまたは撮像手段との距離と最後方の中間計測機の傾斜計の角度とにもとづいて上記最後方の中間計測機の位置及び姿勢を求めると共に、最後方の中間計測機の前方用カメラまたは撮像手段によって更に前方に位置する中間計測機またはシールド掘進機の後方用ターゲットの発光を撮像して確認された後方用ターゲットの変位量と、中間計測機間の距離またはシールド掘進機と中間計測機との距離と、前方に位置する中間計測機またはシールド掘進機の傾斜計の角度とにもとづいて前方に位置する中間計測機またはシールド掘進機の位置及び姿勢を求める演算手段とを備え、上記演算手段の演算結果にもとづいて上記シールド掘進機の推進方向と、推進計画線との誤差を演算し、上記シールド掘進機の推進方向を制御するようにしたものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、中間計測機が、上記埋設管内に回転可能に配設されたローラ上を上記シールド掘進機の推進方向に移動し得るようにされ、上記前方用及び後方用ターゲットと、上記前方用及び後方用カメラまたは撮像手段と、上記傾斜計とを搭載した台車と、上記台車の両側に設けられ、上記埋設管の内壁との接触時に回転し得るようにされた側方ローラとを有するものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は更に、各中間計測機が隣接する台車間を所定の長さの連結杆によって相互に変位し得るように結合されているものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は更にまた、前方用ターゲットと前方用カメラまたは撮像手段とからなる前方用装置と、上記後方用ターゲットと後方用カメラまたは撮像手段とからなる後方用装置とを上記台車上で離隔して配設し、上記前方用装置と後方用装置との間に上記傾斜計を配設したものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、前方用装置と後方用装置を、上記台車上に離隔して設けられた一対の回転台上にそれぞれ配設したものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、シールド掘進機に電磁波を送信する送信コイルを装着すると共に、上記シールド掘進機の到達予定位置に上記電磁波の受信コイルを設け、上記受信コイルの受信強度にもとづいて上記シールド掘進機を上記受信コイル位置に誘導するようにしたものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、受信コイルがほぼ９０度の角度で保持された２つのコイルから構成されているものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、送信コイルがシールド掘進機の外周に形成された溝内に巻回されると共に、上記溝内の上記送信コイルの外周側に樹脂を充填して構成されたものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、
送信コイルがシールド掘進機の外周に形成された溝内に巻回されると共に、上記溝内の上記送信コイルの外周側に樹脂を充填して構成され、上記溝の上記シールド掘進機の推進方向側で上記シールド掘進機の外周に保護鉄板を設けたものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、
ターゲット及び前方用ターゲット並びに後方用ターゲットの少なくとも１つの面光源をカラー光源としたものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、
ターゲット及び前方用ターゲット並びに後方用ターゲットの少なくとも１つの面光源を円形に形成したものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、
面光源全体を点滅し得るように構成し、あるいは上記面光源を複数の領域に区分し、所定の領域のみを選択的に点滅し得るように構成したものである。

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は上記のように構成され、ターゲットを構成する面光源の光をカメラまたは撮像手段によって直視するようにしたため、ターゲットとカメラまたは撮像手段間の距離が大になっても光線が広がることがなく、確実に捕らえることができて距離や位置、姿勢の確認、演算などが容易にでき精度が一段と向上するものである。

また、カメラまたは撮像手段の焦点位置とターゲットの設置位置を同じにすることが可能であるため、誤差を小さくすることができる。
また、中間計測機は台車が埋設管内に配設されたローラ上を移動する構成とされ、更に台車の両側に埋設管の内壁との接触時に回転する側方ローラを設けたため、中間計測機の埋設管内の移動が非常にスムースに行なわれ、故障時などにおける出し入れ作業が容易となる。

更に、中間計測機の台車で、前方用ターゲットと前方用カメラまたは撮像手段とからなる前方用装置と、後方用ターゲットと後方用カメラまたは撮像手段とからなる後方用装置とを予め計測した寸法だけ離隔して配設し、両者間に十分なスペースを確保するようにしたため、計測には支障を来たすことなく、上記のスペースに傾斜計やポンプ、データ伝送ユニットなどを配設することができる。

また、中間計測機に搭載された傾斜計は、水平方向または埋設管の延長方向に対する傾斜度を計測するため、従来のターゲットの変位によってシールド掘進機または中間計測機の周面方向の傾斜を計測する方法では、中間計測機が複数台あった場合には誤差が複数台分だけ積算されるのに対してこの発明では個々の傾斜計の計測結果をそのまま利用することができるため、中間計測機が複数台あっても誤差が積算されず、従って精度が高くなる。

更にまた、前方用装置と後方用装置は、それぞれ中間計測機の台車上に設けられた回転台上に配設されているため、シールド掘進機の推進方向が大きなカーブとなるような箇所では回転台を回転させることにより予めカメラまたは撮像手段の角度を現地カーブに合わせることが可能になる。

また、シールド掘進機に電磁波を送信する送信コイルを装着すると共に、到達予定位置に上記電磁波の受信コイルを設けたため、シールド掘進機を正確に容易に到達位置に誘導することができる。特に、送信コイルと受信コイルとの間に相当な距離がある状態では、電磁波による誘導は大きな誤差を含むが、両コイルが近づけば近づくほど電磁波の強度が大となるため、シールド掘進機を到達位置に正確に誘導することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１によるシールド掘進機及びこれに列状に接続された複数の埋設管から構成される推進体の構成及び推進体が直線状のトンネルを掘削する場合のシールド掘削の状況を説明する概略図で、（ａ）は推進体を上方から見た状態を示す平面図、（ｂ）は同じく推進体を側方から見た状態を示す縦断面図であり、埋設管の図示は省略している。

地中に埋設管を敷設する場合、掘削開始位置に形成された立抗からシールド掘進機によって地中を掘削しながらシールド掘進機に接続した埋設管を立抗から押し出しながら埋設管を所定の推進計画線に沿って敷設する推進シールド工法が採用されている。

この工法は周知のように、カッタヘッド１Ａに図示しないパイプによって例えば泥水を供給しながら掘削を進め、掘削した泥を泥水と共に別のパイプで排出しながら掘削を行なうと共に、シールド掘進機の位置及び推進方向を計測して推進計画線に沿うよう制御するものである。

シールド掘進機１は地中３を掘削するカッタヘッド１Ａ及びカッタヘッドの位置と推進方向を計測するための例えばＬＥＤからなる面光源を有するターゲット１Ｂと、シールド掘進機のカッタヘッド回転方向または埋設管の延長方向の傾斜角を計測する傾斜計１Ｃと、計測結果にもとづいてカッタヘッド１Ａの推進方向を制御するジャッキ１Ｄ、１Ｅとを備えた掘進機本体１Ｆから構成されている。なお、ターゲット１ＢはＬＥＤ等の発光体を縦横に複数配設して面光源を形成するようにされている。

シールド掘進機１の後方には立抗４から押し出された複数の埋設管２が接続され、シールド掘進機１と共に推進体を形成している。
立抗４内にはカメラまたはＣＣＤ等の撮像手段（以下、単にカメラという）５がセオドライトまたはトランシットに装着された形で設置され、複数の埋設管２の内部空間を介してシールド掘進機１のターゲット１Ｂからの光を撮像し、推進計画線に対応する基準位置からの変位量を計測し、このデータをパソコン６に伝送する。

パソコン６ではターゲット１Ｂとカメラ５との間の距離Ｌを加味してターゲット１Ｂの推進計画線からの変位量△ｘ、△ｙを演算する。この演算にもとづいて、自動ジャッキ制御装置７が掘進機本体１Ｆに制御信号を送り、ジャッキ１Ｄ、１Ｅの押し出し量を調整してカッタヘッド１Ａの推進方向を制御し推進計画線に沿うように制御する。

距離Ｌの計測方法としては、立抗４に設置される埋設管押し出し用の元押しジャッキ（図示せず）のロータリーエンコーダ等による押し出し長さの累計によって算出する場合や、ターゲットのモニターに写る寸法によって計算する場合、あるいは押し出した埋設管の長さの累計によって求める場合等がある。

実施の形態１は以上のように構成され、ターゲット１ＢがＬＥＤなどからなる面光源として構成され、この面光源の光をカメラ５によって直接撮像する結果、距離による光の広がりがないため、従来のように、ターゲットを反射体で構成し、カメラ側に設けた光源からの光をターゲットで反射させ、この反射光をカメラで撮像する方式に比して、長距離の撮像を的確になし得るものである。

また、上記ターゲット１Ｂ及び後述する実施の形態２で示される前方用ターゲット８２並びに後方用ターゲット８５を含めて、それぞれの面光源全体をカラー光源として構成し、例えば緑色の光を発するようにすれば、掘削路の一部から太陽光が侵入するようなことがあっても面光源を容易に確認することができるため、基準位置からの変位量の計測誤差が少なくなるものである。なお、面光源のカラーは緑色に限定されるものではなく、他の色を採用しても同様な効果を期待することができる。

上述したターゲット１Ｂ、８２及び８５の面光源の形状は、一例として図４に逆Ｕ字状に形成した場合を示しているが、このような形状に限定されるものではなく、例えば円形に形成してもよい。また、円形以外の如何なる形状を採用してもよく、いずれの形状においても同様の効果を期待することができる。

上述したターゲット１Ｂ、８２及び８５の面光源はまた、面光源全体を点滅させるように構成してもよいし、面光源を複数の領域に区分し、所定の領域のみを選択的に点滅させるように構成してもよい。図８は、逆Ｕ字状に形成されたターゲット１Ｂの所定の領域を点滅させる場合について点滅領域の区分の仕方の一例を示すもので、（ａ）は点滅領域を４個所設定する場合、（ｂ）は点滅領域を２個所設定する場合を示している。

即ち（ａ）の場合には、逆Ｕ字状のコーナー部１ＢＡの２個所と、先端部１ＢＢの２個所の合計４個所を点滅領域とし、（ｂ）の場合には、逆Ｕ字状のコーナー部から先端部に至る立ち下り直線部１ＢＣの２個所を点滅領域としている。

このように、面光源を複数の領域に区分し、所定の領域のみを選択的に点滅させるか面光源全体を点滅させることにより、面光源が白色光源である場合でも光源の確認が容易となるため、特に掘削距離が大きくなって通常の光源あるいは面光源では確認が困難となるような場合に効果を発揮し、相当大きな距離になっても容易に確認することができて計測装置の誤動作を防止することができる。なお、このような効果は面光源がカラー光源である場合には一段と強化される。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図２は、シールド掘進機及びこれに接続された複数の埋設管から構成される推進体によって曲線トンネルの推進計画線に沿ったシールド掘削を行なう状況を説明する概略図で、（ａ）は推進体を上方から見た状態を示す平面図、（ｂ）は同じく推進体を側方から見た状態を示す縦断面図で、いずれの図もシールド掘進機に接続された複数の埋設管の図示を省略している。また、これらの図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。

この実施の形態では曲線トンネルの推進計画線に沿って掘削推進するシールド掘進機１のターゲット１Ｂの推進計画線からの水平方向のずれ△ｘと垂直方向のずれ△ｙを演算するデータを求めるために、複数の埋設管２内に所定の間隔で複数の中間計測機８Ａ〜８Ｄを配設したものである。

即ち、シールド掘進機１に設けられたターゲット１Ｂと、各中間計測機８Ａ〜８Ｄと、立抗４内に設けられたカメラ５とから得られるデータにもとづいて△ｘ、△ｙを演算しようとするものである。中間計測機８Ａ〜８Ｄの具体的構成は後述することとして、ここでは中間計測機に搭載された計測手段についてのみ説明する。また、中間計測機８Ａ〜８Ｄは、いずれも同じ構成とされているため、その中の一つ８Ａについてのみ説明する。
なお、中間計測機の相互間隔は後述するように所定の長さに保持されている。

中間計測機８Ａは適宜の大きさを有する平板状の台車８１を有し、その上に以下に述べる各装置が搭載されている。即ち、前方に向けて発光するＬＥＤ等からなる面光源を有する前方用ターゲット８２と、前方に向けて配設され、前方に位置するターゲットの発光を撮像する前方用カメラ８３とを一体化して前方用装置８４を構成し、台車８１の前方寄りの位置に設置している。

また、後方に向けて発光するＬＥＤ等からなる面光源を有する後方用ターゲット８５と、後方に向けて配設され、後方に位置するターゲットの発光を撮像する後方用カメラ８６とを一体化して後方用装置８７を構成し、台車８１の後方寄りの位置に設置している。

前方用装置８４と後方用装置８７とは電気的には接続されているが両者間には十分なスペースが設けられ、そのスペースに傾斜計８８が設置されている。この傾斜計は台車８１の水平方向または埋設管の延長方向の傾斜角を計測し得るようにされている。上記スペースにはまた、図示していないが、データ伝送ユニットやポンプなども設置されている。

計測に際しては、立抗４内のカメラ５によって最後部の中間計測機８Ｄの後方用ターゲット８５の発光を撮像して後方用ターゲット８５の変位データを採取すると共に、中間計測機８Ｄの後方用カメラ８６によって立抗４内のターゲットの発光を撮像し、その相対的変位データを採取する。また、傾斜計８８による角度データも採取する。

次いで、最後部の中間計測機８Ｄの前方用カメラ８３によって、その前方に位置する中間計測機８Ｃの後方用ターゲット８５の発光を撮像して変位データを採取し、傾斜計８８の角度データを採取すると共に、中間計測機８Ｃの前方用カメラ８３によって更にその前方に位置する中間計測機８Ｂの後方用ターゲット８５の発光を撮像して変位データを採取する。

このような計測を各中間計測機８Ａ〜８Ｄ間及びシールド掘進機１との間で繰り返し、それぞれから採取されたデータをパソコン６に伝送して△ｘ及び△ｙを演算し、シールド掘進機１の掘進方向を修正するようにしている。
この結果、シールド掘進機１及び複数の埋設管２からなる推進体は曲線トンネルの推進計画線に沿って推進することになる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態３による中間計測機の構成及び埋設管内での移動状況を示す概略図で、（ａ）は埋設管内での配設状況を示す側面図、（ｂ）は同じく平面図である。また、図４は、埋設管内での配設状況を埋設管の延長方向から見た状況を示す正面図、図５は、前方用装置、後方用装置と回転台及び傾斜計、データ伝送ユニットの配置関係を示す平面図である。

埋設管２内では図４に示すように、パイプ支持機構１０が底部に設けられ、送泥管１１と排泥管１２とが支承されると共に、車輪１３によって埋設管２の延長方向に移動可能に構成されている。パイプ支持機構１０の上部には床材１４が支承され、その上面に３個のローラ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃが回転可能に支持されている。

このローラは、図３（ｂ）に示すように、埋設管２の一端においてのみ３個が配設されるが、中間部から他端にかけては中央のローラ１５Ｂのみが一定間隔を保って配設されている。このように構成する理由については後述する。

ローラ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ上には上述した中間計測機８Ａを構成する台車８１が載置され、埋設管２の延長方向に移動し得るようにされている。なお、台車８１の移動に際してその両側部が埋設管２の内壁と接触して移動に支障を来たす場合が考えられるため、台車の両側には前後に１個ずつ側方ローラ１６Ａ、１６Ｂが設けられ、スムースな移動ができるようにされている。

また、台車８１には２個の回転台１７が離隔して設けられ、それぞれに上述した前方用装置８４及び後方用装置８７が載置されて回転可能とされている。
図中、８９はデータ伝送ユニット、９０は台車上の各装置を覆うカバーである。

台車８１の相互間は所定の長さの連結杆１８によって水平方向の変位、垂直方向の変位が可能なように連結されている。
このように連結された複数台の中間計測機８Ａ〜８Ｄが埋設管２内を移動する際、曲線部分では図３（ｂ）に示すように、連結杆１８の中央部が中央のローラ１５Ｂ上から外れて曲線の中心側に移動し、スムースに移動できなくなる場合が生じる恐れがあるが、この時、ローラ１５Ａまたは１５Ｃで連結杆１８の一部を下方から支承することにより中間計測機の移動に支障を来たさないようにしている。このような作用は埋設管２の全長にわたって３個のローラ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを設けてなくても十分に行なわれるため、図示の例では埋設管２の端部の１箇所だけに３個のローラ１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃを設置し、その他の箇所は中央のローラ１５Ｂのみとしている。

実施の形態３は上記のように構成され、平板状の台車８１の下面をローラで支承し、両側には側方ローラを設けた構成としているため、埋設管内をスムースに移動することができる。また、台車上に回転台を設けてターゲットとカメラとからなる前方用装置及び後方用装置を回転可能に支承しているため、ターゲットやカメラの角度を現地カーブに合わせて設定することが可能であり、きついカーブに対しても容易に計測を行なうことができる。

また、ターゲットとカメラとを一体化した前方用装置と後方用装置とを離隔して設け、その間に十分なスペースを確保するようにしているため、傾斜計やデータ伝送ユニット等の設置が容易となる他、このような中間障害物が設けられる場合には、ターゲットやカメラとの位置関係を予め計測しておくことにより支障なく計測を行なうことができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態６による電磁波を用いたシールド掘進機の誘導方式を示す概略図で、（ａ）は電磁波による誘導方式の原理を説明するための説明図、（ｂ）は地中での誘導方式を説明する概略断面図である。

推進シールド工法において、シールド掘進機を所定の推進計画線に沿って掘削しながら推進させ、到達予定位置に正確に到達させるのは容易ではない。このため、実施の形態４は電磁波の磁力線による吸引作用を利用してシールド掘進機を到達予定位置に誘導しようとするものである。

先ず、この方式の原理について説明する。図６（ａ）に示すように、シールド掘進機１に送信コイル２０を巻回し、この送信コイル２０に電流を流すと、シールド掘進機１が鉄心の作用をして強力な磁場が形成され電磁波が発生される。
シールド掘進機１に巻回する送信コイル２０は、例えば図７に示すように、カッタヘッド１Ａの外周に深さ20mmから30mmの溝１Ｇを１個または２個形成し、その溝１Ｇ内に例えばエナメル線からなる送信コイル２０を数１０回、巻回し、送信コイル２０の外周側にエポキシ樹脂１Ｈを充填して溝１Ｇを塞ぐようにしている。なお、エポキシ樹脂１Ｈはその表面部分が掘進時に砂礫によって削り取られるため、これを防止するために溝１Ｇのカッタ側でカッタヘッド１Ａの外周に保護鉄板１Ｊを装着している。

一方、シールド掘進機１の到達予定位置に受信コイル２１を設けると、この受信コイル２１が送信コイル２０から発せられた電磁波の磁場センサーとして機能し、磁力線に対応した出力を得ることができるため、磁力線の方向にシールド掘進機１を誘導することにより到達予定位置に到達させることができる。

詳述すると、送信コイル２０から送信される磁場を地球磁場（直流磁場）と区別するために送信側では交流磁場が用いられ、受信側では９０度の角度で配置された２つのコイルによって受信コイル２１が形成される。

送信コイル２０と受信コイル２１とが共に推進計画線上にあれば、受信コイル２１の２つのコイルの出力は同じ大きさとなるが、シールド掘進機１の送信コイル２０が推進計画線上にない場合は２つのコイルの出力が異なる。出力の異なり方はシールド掘進機１の推進計画線に対するずれ方向によって一方のコイルの出力が他方のコイルの出力より小さくなるため、２つのコイルの出力の違いに応じてシールド掘進機１の推進方向を制御することにより到達予定位置に容易に誘導することができる。

更に詳しく説明すると、受信コイル２１によって得られた出力は後述する受信機内でバンドパスフィルターにかけられて送信周波数と同一の波が抽出される。
次に、増幅器によって信号強度を増幅した後、ＡＤ変換機を経てアナログデータをデジタル化する。

デジタル化、数値化された波をフーリェ変換処理することにより、送信波形と同位相の波の強度を得ると共に、これをコンピュータに入力してグラフィック表示を行ない、シールド掘進機１の推進方向として表示させる。

図６（ｂ）は上述した内容で推進シールド工法を実施する場合の送信コイルと受信コイルの配置関係等を示したものである。送信コイル２０を巻回したシールド掘進機１は立抗４の掘削開始点から推進計画線に沿って掘削を開始し、受信コイル２１は到達予定位置に鉄のライナープレート、鉄のケーシングあるいは鉄筋コンクリートなどによって形成された到達立抗２２内で、抗口２３から到達立抗２２の外方に向けて突設されたパイプ２４内に設置される。

送信機１９から送られる電流によってシールド掘進機１の送信コイル２０が付勢され、電磁波が出力される。受信コイル２１の出力は受信機２５に入力され、上述の処理が行なわれた後、コンピュータ２６によってシールド掘進機１の推進方向が演算され、演算結果が自動ジャッキ制御装置７を経てシールド掘進機１に与えられる。なお、図６では受信機２５とコンピュータ２６とを伝送線で接続し、受信機２５で受信したデータを伝送線を介してコンピュータ２６に伝送する例を示しているが、受信機２５のデータを無線によってコンピュータ２６に伝送するようにしてもよい。

この実施の形態は上記のように構成され、送信コイルと受信コイルとの距離が近づけば近づくほど電磁波の強度が大きくなり、受信コイルの出力が大きくなるため、シールド掘進機１の推進方向を制御し易くなり、到達予定位置に容易に到達させることができる。
また、受信機のデータをコンピュータに無線で伝送するようにすれば、路上の配線が不要となり、配線の損傷の恐れがなくなる他、掘削開始点の立抗４と到達立抗２２との距離が数百ｍになるような場合には、配線を省略できる効果が大きい。

この発明の実施の形態１による推進体の構成及び直線状のトンネルを掘削する場合の状況を説明する概略図で、（ａ）は推進体を上方から見た状態を示す平面図、（ｂ）は同じく推進体を側方から見た状態を示す縦断面図である。この発明の実施の形態２による曲線トンネルを掘削する場合の状況を説明する概略図で、（ａ）は推進体を上方から見た状態を示す平面図、（ｂ）は同じく推進体を側方から見た状態を示す縦断面図である。この発明の実施の形態３による中間計測機の構成及び埋設管内での移動状況を示す概略図で、（ａ）は埋設管内での配設状況を示す側面図、（ｂ）は同じく平面図である。埋設管内での中間計測機の配設状況を埋設管の延長方向から見た状況を示す正面図である。前方用装置、後方用装置と回転台及び傾斜計、データ伝送ユニットの配置関係を示す平面図である。この発明の実施の形態４による電磁波を用いたシールド掘進機の誘導方式を示す概略図で、（ａ）は電磁波による誘導方式の原理を説明するための説明図、（ｂ）は地中での誘導方式を説明する概略断面図である。実施の形態４の他の実施例を示す概略図である。ターゲットの面光源における所定の領域を点滅させる場合の点滅領域の区分の仕方の一例を示すもので、（ａ）は点滅領域を４個所設定する場合、（ｂ）は点滅領域を２個所設定する場合を示している。

符号の説明

１シールド掘進機、１Ａカッタヘッド、１Ｂターゲット、１Ｃ傾斜計、
１Ｄ、１Ｅジャッキ、１Ｆ推進機本体、１Ｇ溝、１Ｈエポキシ樹脂、
１Ｊ保護鉄板、２埋設管、３地面、４立抗、５カメラ、
６パソコン、７自動ジャッキ制御装置、８Ａ〜８Ｄ中間計測機、
８１台車、８２前方用ターゲット、８３前方用カメラ、
８４前方用装置、８５後方用ターゲット、８６後方用カメラ、
８７後方用装置、８８傾斜計、８９データ伝送ユニット、
１０パイプ支持機構、１１送泥管、１２排泥管、１３車輪、
１４床材、１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃローラ、１６Ａ、１６Ｂ側方ローラ、
１７回転台、１８連結杆、１９送信機、２０送信コイル、
２１受信コイル、２２到達立抗、２３抗口、２４パイプ、
２５受信機、２６コンピュータ。

Claims

シールド掘進機の後方に埋設管を結合した推進体を立抗から掘削しながら推進させ、上記埋設管によって形成される管路を敷設する推進シールド工法において、上記シールド掘進機に設けられ、後方に向けて発光する面光源からなるターゲットと、上記シールド掘進機に設けられ、上記シールド掘進機の水平方向または上記埋設管の延長方向の傾斜角度を計測する傾斜計と、上記立抗内に設けられ、上記ターゲットの発光を撮像し上記ターゲットの変位量を確認するカメラまたは撮像手段と、上記ターゲットと上記カメラまたは撮像手段との距離を計測する手段と、上記カメラまたは撮像手段によって確認された上記ターゲットの変位量と上記距離と上記傾斜計の角度とにもとづいて上記シールド掘進機の位置及び姿勢を求める演算手段とを備え、上記演算手段の演算結果にもとづいて上記シールド掘進機の推進方向と、推進計画線との誤差を演算し、上記シールド掘進機の推進方向を制御するようにしたことを特徴とする推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。
シールド掘進機の後方に埋設管を結合した推進体を立抗から掘削しながら推進させ、上記埋設管によって形成される管路を敷設する推進シールド工法において、上記シールド掘進機に設けられ、後方に向けて発光する面光源からなるターゲットと、前方のターゲットの発光を撮像し前方のターゲットの変位量を確認する前方用カメラまたは撮像手段と、後方のターゲットの発光を撮像し後方のターゲットの変位量を確認する後方用カメラまたは撮像手段と、前方のカメラまたは撮像手段に向けて発光する面光源からなる前方用ターゲットと、後方のカメラに向けて発光する面光源からなる後方用ターゲットと、水平方向または上記埋設管の延長方向の傾斜角度を計測する傾斜計とを配設し、上記埋設管内に所定間隔で移動可能に設置される複数台の中間計測機と、上記立抗内に設けられ、最後方に位置する上記中間計測機の後方用ターゲットの発光を撮像し、その後方用ターゲットの変位量を確認するカメラまたは撮像手段と、上記カメラまたは撮像手段によって確認された最後方の中間計測機の後方用ターゲットの変位量と、その後方用ターゲットと上記カメラまたは撮像手段との距離と最後方の中間計測機の傾斜計の角度とにもとづいて上記最後方の中間計測機の位置及び姿勢を求めると共に、最後方の中間計測機の前方用カメラまたは撮像手段によって更に前方に位置する中間計測機またはシールド掘進機の後方用ターゲットの発光を撮像して確認された後方用ターゲットの変位量と、中間計測機間の距離またはシールド掘進機と中間計測機との距離と、前方に位置する中間計測機またはシールド掘進機の傾斜計の角度とにもとづいて前方に位置する中間計測機またはシールド掘進機の位置及び姿勢を求める演算手段とを備え、上記演算手段の演算結果にもとづいて上記シールド掘進機の推進方向と、推進計画線との誤差を演算し、上記シールド掘進機の推進方向を制御するようにしたことを特徴とする推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。
上記中間計測機は、上記埋設管内に回転可能に配設されたローラ上を上記シールド掘進機の推進方向に移動し得るようにされ、上記前方用及び後方用ターゲットと、上記前方用及び後方用カメラまたは撮像手段と、上記傾斜計とを搭載した台車と、上記台車の両側に設けられ、上記埋設管の内壁との接触時に回転し得るようにされた側方ローラとを有することを特徴とする請求項２記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。
上記各中間計測機は隣接する台車間を所定の長さの連結杆によって相互に変位し得るように結合されていることを特徴とする請求項３記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。
上記前方用ターゲットと前方用カメラまたは撮像手段とからなる前方用装置と、上記後方用ターゲットと後方用カメラまたは撮像手段とからなる後方用装置とを上記台車上で離隔して配設し、上記前方用装置と後方用装置との間に上記傾斜計を配設したことを特徴とする請求項２または請求項３記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。
上記前方用装置と後方用装置は、上記台車上に離隔して設けられた一対の回転台上にそれぞれ配設されたことを特徴とする請求項５記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。
上記シールド掘進機に電磁波を送信する送信コイルを装着すると共に、上記シールド掘進機の到達予定位置に上記電磁波の受信コイルを設け、上記受信コイルの受信強度にもとづいて上記シールド掘進機を上記受信コイル位置に誘導するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。
上記受信コイルはほぼ９０度の角度で保持された２つのコイルから構成されることを特徴とする請求項７記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。
上記送信コイルはシールド掘進機の外周に形成された溝内に巻回されると共に、上記溝内の上記送信コイルの外周側に樹脂を充填して構成されたことを特徴とする請求項７記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。
上記送信コイルはシールド掘進機の外周に形成された溝内に巻回されると共に、上記溝内の上記送信コイルの外周側に樹脂を充填して構成され、上記溝の上記シールド掘進機の推進方向側で上記シールド掘進機の外周に保護鉄板を設けたことを特徴とする請求項７記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。
上記ターゲット及び前方用ターゲット並びに後方用ターゲットの少なくとも１つの面光源をカラー光源としたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。
上記ターゲット及び前方用ターゲット並びに後方用ターゲットの少なくとも１つの面光源を円形に形成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。
上記面光源全体を点滅し得るように構成し、あるいは上記面光源を複数の領域に区分し、所定の領域のみを選択的に点滅し得るように構成したことを特徴とする請求項１１または請求項１２記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。