JP2017215167A - シールド掘進機の位置測量方法 - Google Patents
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Abstract
Description
シールド工法ではシールド掘進機が用いられる。シールド掘進機は、例えば、掘進機本体の外殻をなす筒状のスキンプレートと、このスキンプレートの前端部(切羽側端部)に設けられて地山を掘削するカッタヘッドと、スキンプレートの内側に設けられる推進ジャッキとを備える。
本発明は、このような実状に鑑み、シールド掘進機の位置測量を効率良く行うことを目的とする。
尚、本実施形態では、便宜上、トンネル掘進方向を前進方向として前後左右を規定している。また本実施形態では、いわゆる泥土圧式のシールド掘進機を例にとってシールド掘進機の構成を説明するが、シールド掘進機の種類はこれに限らない。
まず、図1(A)及び(B)に示すように、推進ジャッキ5を短縮した状態で、スキンプレート2内にて前述のエレクタ装置を用いて、セグメント7を組み立てて、新たなセグメントリングを構築する。この新たなセグメントリングは覆工体8を構成するものである。
このようにセグメントリングの構築とシールド掘進機1の推進とを繰り返すことで、覆工体8を含むシールドトンネルが構築される。
測量機20は、ターゲットTA1,TA2をそれぞれ自動で視準し得る(すなわち自動視準し得る)。この自動視準に関する技術ついては、例えば特許第5196725号公報に記載されているように周知であるので、その説明を省略する。
測量機20は、基準点24a,24bをそれぞれ自動で視準し得る(すなわち自動視準し得る)。
位置測量システム30は、測量機20と、推進ジャッキ5の伸長量を測定する伸長量測定センサ31と、処理装置32と、記録装置33と、表示装置34と、を備える。位置測量システム30のうち、処理装置32と、記録装置33と、表示装置34とについては、例えば、後続台車10か、又は、トンネル工事現場の詰所等に配置され得る。
尚、座標情報記憶部52は、トンネル設計上の座標系設定部51にて設定された座標系における基準点24a,24bの位置(座標)を更に記憶している。
表示装置34は、前述のシールド掘進機1の位置及び向きの時系列データを表示するものであり、例えばディスプレイである。
この測量機20の位置P0及び基準方向S0の特定について、図5(A)及び(B)を用いて説明する。
図5(A)は、平面視での、掘進開始前(掘進停止時)のシールド掘進機1の位置測量方法を示す。図5(B)は、トンネル設計上の座標系設定部51にて設定された座標系における測量機20の位置P0及び基準方向S0を示す。
θ0=arctan(y0/x0) (1)
X0=x0+Lcos(θ0+α0) (2)
Y0=y0+Lsin(θ0+α0) (3)
このターゲットTA2の位置の特定と同様にターゲットTA1の位置も特定され得る。
ステップS4では、掘進中におけるシールド掘進機1の位置(座標)及び向きのリアルタイムに測定する(シールド掘進機1の位置の自動測量を行う)。このリアルタイム測定について、図4、図6、及び図7を用いて説明する。
図6(A)は、平面視での、掘進中のシールド掘進機1の位置測量方法を示す。図6(B)は、トンネル設計上の座標系設定部51にて設定された座標系における測量機20の位置P0,P1及び基準方向S0,S1を示す。
図7は、推進ジャッキ5の伸長量JLと測量機20の移動距離SD及び後続台車10の移動距離CDとの関係を示す。
x1=x0+dx (4)
y1=y0+dy (5)
θ1=arctan(y1/x1)
=arctan{(y0+dy)/(x0+dx)} (6)
X1=x1+Lcos(θ1+α1) (7)
Y1=y1+Lsin(θ1+α1) (8)
このターゲットTA2の位置の特定と同様にターゲットTA1の位置も特定され得る。
以上のようにして、今回のシールド掘進機1の位置測量時におけるシールド掘進機1の位置(求点Kの位置)とシールド掘進機1の向きと特定することができる。
図8は、本実施形態における位置測量システム30の概略構成を示す。
図9は、本実施形態における後続台車10の車軸の回転角度RAと測量機20の移動距離SD及び後続台車10の移動距離CDとの関係を示す。
前述の第1実施形態と異なる点について説明する。
図10(A)〜(C)は、本実施形態におけるシールドトンネルの構築方法を示す。尚、図10(A)〜(C)は図1(A)〜(C)に対応するものである。
図11は、本実施形態における位置測量システム30の概略構成を示す。
前述の第1実施形態と異なる点について説明する。
本実施形態のステップS1において測量機21の位置及び基準方向を特定する方法は、前述の第1実施形態におけるステップS1での測量機20の位置P0及び基準方向S0の特定方法と同様である。すなわち、測量機21から基準点24a,24bを自動視準して測距・測角して、後方交会法を用いて、測量機21の位置及び基準方向を特定する。
測量機20から測量機21のターゲットを自動視準し、かつ、測量機21から測量機20のターゲットを自動視準して、測量機20,21の各々が測距・測角を行うことで、測量機20,21間の相対的な位置関係が把握され得る。ここで、前述のように、測量機21から基準点24a,24bを自動視準して測距・測角して、後方交会法を用いて、測量機21の位置及び基準方向を特定することができるので、これを前述の測量機20,21間の相対的な位置関係に反映させることで、測量機20の位置及び基準方向を特定することができる。
図12(A)〜(C)は、本変形例におけるシールドトンネルの構築方法を示す。尚、図12(A)〜(C)は図11(A)〜(C)に対応するものである。
本変形例では、後続台車10が1つの台車のみで構成されている。後続台車10の前側の上部に測量機20が設けられている。後続台車10の後側の上部に測量機21が設けられている。
2 スキンプレート
3 カッタヘッド
4 シールド隔壁
5 推進ジャッキ
7 セグメント
8 覆工体
9 牽引棒
10 後続台車
10a〜10d 台車
11 枕木
12 レール
13 軌道
20 測量機(第1の測距測角儀)
21 測量機(第2の測距測角儀)
24a,24b 基準点
30 位置測量システム
31 伸長量測定センサ
32 処理装置
33 記録装置
34 表示装置
41〜46 信号線
51 トンネル設計上の座標系設定部
52 座標情報記憶部
53 後続台車移動距離算出部
54 測量機移動距離算出部
55 測量機位置特定部
56 シールド掘進機位置特定部
57 時計
61 ロータリーエンコーダ
TA1,TA2 ターゲット
Claims (9)
- シールド掘進機に設けられたターゲットを視準し、かつ、前記シールド掘進機の掘進に追従して移動する第1の測距測角儀を用いて、前記シールド掘進機の掘進中に前記シールド掘進機の位置を測量する方法であって、
過去の測量時から今回の測量時までの前記第1の測距測角儀の移動距離を含む移動データを取得すること、
前記過去の測量時の前記第1の測距測角儀の位置及び基準方向を前記移動データに基づいて変更することにより、今回の測量時の前記第1の測距測角儀の位置及び基準方向を特定すること、
今回の測量時において、前記第1の測距測角儀から前記ターゲットを視準して、前記ターゲットの前記第1の測距測角儀からの相対位置を検出すること、及び、
前記特定された前記第1の測距測角儀の位置及び基準方向と、前記検出された前記ターゲットの前記第1の測距測角儀からの相対位置とに基づいて、前記シールド掘進機の位置を特定すること、
を含む、シールド掘進機の位置測量方法。 - 前記第1の測距測角儀は、前記シールド掘進機の掘進に追従して移動する後続台車に設けられており、
前記第1の測距測角儀の移動距離は、前記過去の測量時から今回の測量時までの前記後続台車の移動距離に基づいて算出される、請求項1に記載のシールド掘進機の位置測量方法。 - 前記後続台車の移動距離は、前記過去の測量時から今回の測量時までの前記シールド掘進機の推進ジャッキの伸長量に基づいて算出される、請求項2に記載のシールド掘進機の位置測量方法。
- 前記後続台車は、シールドトンネル内に敷設された軌道上を走行可能であり、
前記移動データは、前記後続台車が走行する前記軌道の線形データを更に含む、請求項2又は請求項3に記載のシールド掘進機の位置測量方法。 - 前記第1の測距測角儀は、前記シールド掘進機の掘進が停止されているときに、前記シールドトンネル内における前記後続台車より坑口側に設けられた基準点を視準する、請求項2〜請求項4のいずれか1つに記載のシールド掘進機の位置測量方法。
- 前記後続台車における前記シールド掘進機に近い側に前記第1の測距測角儀が設けられており、
前記後続台車における前記シールド掘進機から遠い側に、前記第1の測距測角儀とは別の第2の測距測角儀が設けられている、請求項2〜請求項4のいずれか1つに記載のシールド掘進機の位置測量方法。 - 前記後続台車は、直列に連結された複数の台車によって構成されており、
前記複数の台車のうち前記シールド掘進機に最も近い側の台車に前記第1の測距測角儀が設けられており、
前記複数の台車のうち前記シールド掘進機から最も遠い側の台車に、前記第1の測距測角儀とは別の第2の測距測角儀が設けられている、請求項2〜請求項4のいずれか1つに記載のシールド掘進機の位置測量方法。 - 前記第2の測距測角儀は、前記シールド掘進機の掘進が停止されているときに、前記シールドトンネル内における前記後続台車より坑口側に設けられた基準点を視準する、請求項6又は請求項7に記載のシールド掘進機の位置測量方法。
- 前記過去の測量時は、前回の測量時である、請求項1〜請求項8のいずれか1つに記載のシールド掘進機の位置測量方法。
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