JP2808421B2 - 隧道の位置測定装置と管体の推進装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光波を利用して曲
線状の隧道の所定位置を測定する位置測定装置と、その
位置測定装置を利用して管体を計画軌道に沿って自動的
に曲線状に敷設できる管体の推進装置と、に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】従来、隧道の所定地点
の位置の測定は、赤外線や可視光等の光波を利用した光
波距離計により、距離を測定し、トランシットにより角
度を測定して、位置の測定をすることとなっていた。ま
た、これらの光波距離計とトランシットとの２つの機能
を備えたトータルステーションにより、位置の測定を行
なう場合もあった。

【０００３】しかし、これらの装置を使用しても、光は
直進するため、隧道の見通しできる範囲の測定に限ら
れ、見通しできない曲線状の部分では、人が隧道の中に
入って、見通しできる直線毎に機器を移設しながら測定
し、複数の折線として位置を測定することとなってい
た。

【０００４】そのため、位置の測定には、多大の時間を
必要とし、また、人が隧道の中に入って計測することに
よる安全性にも改善の余地があった。

【０００５】これらの問題解決のため、隧道に人が入ら
ずに、位置を測定できる技術として、特開昭６１−２１
９８７２号公報では、レーザビーム発射手段と受光手段
とを、見通し範囲内の一定距離を保って隧道内を移動で
きるように、ガイドで案内させるようにして、測定する
技術が開示されている。

【０００６】しかし、この技術では、隧道内に別途ガイ
ドを敷設する必要が生じ、設備費が増大するとともに、
設置時の隧道内の作業の危険性が回避できない。

【０００７】また、特開平５−６１５３８号公報では、
隧道内にレール等を引いて台車を走行させるとともに、
一定区間毎に、超音波を受信して台車の位置の誤差を検
知し、台車における車輪の回転から算出した移動距離を
修正する検知手段を配置させ、測定する技術が開示され
ている。

【０００８】しかし、この技術でも、隧道内にレールや
超音波受信器等を設置しなければならず、設備費が増大
し、また、設置時の安全性も考慮する必要が生ずる。

【０００９】なお、台車を利用した曲線軌道の位置検出
に関しては、他に、特開平５−２８０９８２号公報、特
開平６−１３７０６８号公報、特開平６−１３７０７１
号公報、特開平６−１３７０７２号公報、特開平６−１
５８９８２号公報等が知られているが、これらも、上述
と同様な課題が生じていた。

【００１０】本発明の第１の目的は、上述の課題を解決
するものであり、見通しできない曲線状の隧道であって
も、人が入ることを極力無くし、簡便かつ低コストで、
正確に隧道内の所定位置を測定できる隧道の位置測定装
置を提供することである。

【００１１】また、本発明の第２の目的は、隧道を掘削
しつつ管体を曲線状に推進させて敷設するにあたり、推
進開始地点の隧道の竪坑に対する先頭管体の位置を測定
しつつ、先頭管体の位置に応じて先頭管体を所定の方向
に向けて掘削しつつ推進させ、精度良く、管体を計画軌
道に沿って自動的に曲線状に敷設できる管体の推進装置
を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に係る位置測定装
置は、隧道内の所定位置に配置されて、発光部及び受光
部を有した光学部と、該光学部を上下左右へ振り可能な
回動手段と、該回動手段の作動を制御するとともに前記
光学部からの信号を電気的に処理して距離と角度とを測
定する制御部と、を備えたトータルステーションと、該
トータルステーションから離れた測定地点に配置され
て、前記トータルステーションの発光部から発する光波
を入射して反射させる鏡部と、該鏡部を上下左右へ振り
可能な回動手段と、を備えた先頭反射器と、前記トータ
ルステーションと前記先頭反射器との間に、所定数配置
されて、前記トータルステーションの発光部及び前記先
頭反射器の鏡部から入射する光波を所定方向に反射させ
る鏡部と、該鏡部を上下左右へ振り可能な回動手段と、
を備えた中間反射器と、を具備するとともに、前記先頭
反射器と前記中間反射器との鏡部を、それぞれ、平面鏡
と、該平面鏡の周囲に固定されて、入射する光波を入射
方向に反射するコーナキューブ反射鏡と、から構成し、
前記トータルステーション・前記先頭反射器・前記中間
反射器の回動手段を作動させて、前記光学部と前記先頭
反射器及び前記中間反射器の鏡部とを所定方向に向け
て、前記トータルステーションの発光部から発する光波
を、前記中間反射器の鏡部を経て、前記先頭反射器の鏡
部に反射させ、再度、前記中間反射器の鏡部を経て、前
記トータルステーションの受光部に送り返すことによ
り、前記トータルステーションに対する前記先頭反射器
を配置させた測定地点の２次元若しくは３次元の位置を
測定するものである。

【００１３】

【００１４】

【００１５】 本発明に係る推進装置は、複数の管体
が、最後部側の竪坑に配置される元押しジャッキにより
順次推進されるとともに、先頭の管体の前端側に配置さ
れる先導管が、前記先頭管体の後続の管体との間に介在
される開口調整ジャッキ群によって、所定の方向で、隧
道を掘削しつつ、前記複数の管体を曲線状に敷設するに
あたり、前記先頭管体の前記竪坑に対する２次元若しく
は３次元の位置を測定する位置測定装置からの信号を入
力させた制御装置が、予め入力されていたデータに基い
て、前記開口調整ジャッキ群を制御することにより、前
記複数の管体を曲線状に敷設する管体の推進装置であっ
て、前記位置測定装置が、前記竪坑に配置されて、発光
部及び受光部を有した光学部と、該光学部を上下左右へ
振り可能な回動手段と、該回動手段の作動を制御すると
ともに前記光学部からの信号を電気的に処理して距離と
角度とを測定する制御部と、を備えたトータルステーシ
ョンと、前記先頭管体に配置されて、前記トータルステ
ーションの発光部から発する光波を入射して反射させる
鏡部と、該鏡部を上下左右へ振り可能な回動手段と、を
備えた先頭反射器と、前記竪坑と前記先頭反射器との間
の管体に、所定数配置されて、前記トータルステーショ
ンの発光部及び前記先頭反射器の鏡部から入射する光波
を所定方向に反射させる鏡部と、該鏡部を上下左右へ振
り可能な回動手段と、を備えた中間反射器と、を具備す
るとともに、前記先頭反射器と前記中間反射器との鏡部
を、それぞれ、平面鏡と、該平面鏡の周囲に固定され
て、入射する光波を入射方向に反射するコーナキューブ
反射鏡と、から構成し、前記制御装置を、前記位置測定
装置における前記トータルステーションの制御部と、前
記先頭反射器・前記中間反射器の回動手段とに、電気的
に接続させ、前記制御装置により、前記トータルステー
ションの光学部と、前記先頭反射器及び前記中間反射器
の鏡部と、を上下左右に振らせて所定方向に向かせ、前
記トータルステーションの発光部から発する光波を、前
記中間反射器の鏡部を経て、前記先頭反射器の鏡部に反
射させ、再度、前記中間反射器の鏡部を経て、前記トー
タルステーションの受光部に送り返し、前記トータルス
テーションに対する前記先頭反射器を配置させた測定地
点の２次元若しくは３次元の位置を測定する構成よりな
ることを特徴とする。

【００１６】

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面に基づいて説明する。

【００１８】実施形態の位置測定装置Ｍは、図１と図２
に示すように、隧道１の一端に配置されるトータルステ
ーション３と、隧道１の測定地点である他端に配置され
る先頭反射器７と、隧道１内のトータルステーション３
と先頭反射器７とを見通しできる位置に配置される中間
反射器８と、トータルステーション３や反射器７・８の
作動を制御する制御装置１２と、を備えて構成されてい
る。なお、中間反射器８は、隧道１の曲線状況によっ
て、適宜、増加させても良い。

【００１９】トータルステーション３は、電子式デジタ
ルセオドライトと光波距離計とが一体となって、電子光
学的に測定地点の距離と角度を測定して、それらの値を
デジタル表示できる公知のものであり、赤外線のビーム
を発する発光部４ａ及び発光部４ａから発した光波を受
光する受光部４ｂを有した光学部４と、光学部４を上下
左右に振り可能な回動手段５と、回動手段５の作動を制
御するとともに光学部４からの信号を電気的に処理して
距離と角度を測定する制御部６と、を備えて構成されて
いる。

【００２０】なお、発光部４ａから発する赤外線ビーム
は細く絞られているが、ある程度広がりを持つことか
ら、受光部４ｂは、反射光における最も光の受光強度の
高い点を測定することとなる。

【００２１】また、トータルステーション３の制御部６
は、距離と角度の測定データを電気信号として出力する
ことができ、ＲＳ−４２２やＧＰ−ＩＰ等のインターフ
ェースを介在させて、パーソナルコンピュータからなる
制御装置１２に接続させることにより、一連の測定の計
算処理の他、表や地図の作成までも可能となるものであ
る。

【００２２】さらに、回動手段５は、後述する反射器７
・８の回動手段１０と同様に、光学部４を支持するジン
バルと、光学部４を上下方向に回動させるようにジンバ
ルに連結される縦サーボモータと、光学部４を左右方向
に回動させるようにジンバルを保持する横サーボモータ
と、を備えて構成されている。こられの各サーボモータ
には、エンコーダが内蔵されている。

【００２３】先頭反射器７と中間反射器８は、図３に示
すように、共に、トータルステーション３の発光部４ａ
が発する光波を反射させる鏡部９と、鏡部９を上下左右
に回動可能な回動手段１０と、から構成されている。

【００２４】鏡部９は、円形の平面鏡９ａと、平面鏡９
ａの周囲に固定されて、入射する光波を入射方向に反射
させるコーナキューブ反射鏡９ｂと、から構成されてい
る。コーナキューブ反射鏡９ｂは、自転車の後部フレー
ム等に配設されて、夜間、自動車のライトを反射する役
目を果すものと等価の、小型の互いに直交する三面の平
面鏡が組み合わされた構造としており、これを多数並べ
てプラスチック材により円環状に形成されたものであ
る。

【００２５】回動手段１０は、鏡部９を支持するジンバ
ル１０ａと、鏡部９を上下方向に回動させるようにジン
バル１０ａに連結される縦サーボモータ１０ｂと、鏡部
９を左右方向に回動させるようにジンバル１０ａを保持
する横サーボモータ１０ｃと、から構成されている。ま
た、各サーボモータ１０ｂ・１０ｃには、それぞれの回
動軸の回転角度をデジタル量として読み取るエンコーダ
が内蔵されている。

【００２６】制御装置１２は、電源回路を有し、先頭反
射器７・中間反射器８の各モータ１０ｂ・１０ｃやトー
タルステーション３の制御部６に、図示しないリード線
を利用して、電気的に接続され、各部の作動を制御する
ものである。

【００２７】この位置測定装置Ｍを使用して、先頭反射
器７の配置された測定地点の位置を測定する場合には、
制御装置１２が、図４〜６に示すように、所定の制御を
行なって、初期動作、中間反射器８の横粗正対と縦粗正
対、初期設定、中間反射器８の精正対、中間反射器８の
横設定と縦設定、先頭反射器７の設定等、をステップ１
０１〜１３７の手順で行なうこととなる。

【００２８】なお、トータルステーション３の光学部４
と先頭反射鏡７とは、当初、隧道１の中心線に正対して
おり、光学部４が、基準線Ｃ１に沿い、先頭反射器７の
鏡部９が、基準線Ｃ２と直交している。

【００２９】(A) 初期動作では、まず、ステップ１０１
において、制御装置１２がオンされ、ステップ１０２・
１０３において、中間反射器８の横サーボモータ１０ｃ
を作動させて、中間反射器８のコーナキューブ反射鏡９
ｂを、大旨の横角度ψ₄ 分回転させ、また、ステップ１
０４・１０５において、中間反射器８の縦サーボモータ
１０ｂを作動させて、中間反射器８のコーナキューブ反
射鏡９ｂを、大旨の縦角度θ₄ 分回転させて、中間反射
器８の鏡部９をトータルステーション３に略正対させ
る。

【００３０】(B) 中間反射器８の横粗正対では、まず、
ステップ１０６において、制御部６を介して回動手段５
を作動させ、トータルステーション３の光学部４を、ゆ
っくり、例えば±２°の範囲で左右に往復操作させる。

【００３１】するとその際、トータルステーション発光
部４ａからのビームが、中間反射器８のコーナキューブ
反射鏡９ｂで反射して、受光部４ｂが受光する。そし
て、平面鏡９ａにビームが当たっている時には、中間反
射器８がトータルステーション３に精正対していないこ
とから、反射しても受光部４ｂは受光しない。

【００３２】そのため、トータルステーション３の左右
の一走査で、図７に示すように、受光する部分を基に、
平面鏡９ａの左右方向の中央位置を求めることができ、
ステップ１０７・１０８において、その中央角度にトー
タルステーション３の光学部４を固定する。

【００３３】この時のトータルステーション３の光学部
４は、当初向いていた基準線Ｃ１から、図１と図８に示
すように、水平に角度ψ₁ ずれることとなり、ステップ
１０９において、その横角度ψ₁ を制御装置１２が記憶
する。

【００３４】(C) 中間反射器８の縦粗正対では、横粗正
対と同様な操作で縦方向に行なうものであり、まず、ス
テップ１１０において、トータルステーション３の光学
部４を、ゆっくり、例えば±２°の範囲で上下に往復操
作させる。その際、トータルステーション発光部４ａか
らのビームが、中間反射器８のコーナキューブ反射鏡９
ｂで反射して、受光部４ｂが受光し、平面鏡９ａにビー
ムが当たっている時には、中間反射器８がトータルステ
ーション３に精正対していないことから、反射しても受
光部４ｂは受光しない。

【００３５】したがって、トータルステーション３の上
下の一走査で、受光する部分を基に、平面鏡９ａの上下
方向の中央位置を求めることができ、ステップ１１１・
１１２において、その中央角度にトータルステーション
３の光学部４を固定すれば、この時のトータルステーシ
ョン３の光学部４は、中間反射器８の平面鏡９ａの中心
に向くこととなる。

【００３６】またこの時、図２と図８に示すように、当
初向いていた基準線Ｃ１から、上下に角度θ₁ ずれるこ
ととなり、ステップ１１３において、その角度θ₁ を制
御装置１２が記憶する。

【００３７】(D) 中間反射器８の精正対では、ステップ
１１４において、中間反射器８の縦サーボモータ１０ｂ
と横サーボモータ１０ｃとを周波数を変えて、同時に作
動させる。例えば、縦サーボモータ１０ｂを０．１Ｈｚ
（１０秒間に１回の割合でゆっくり往復作動させる）と
し、横サーボモータ１０ｃを１Ｈｚ（１秒間に１回の割
合で往復作動させる）として、振幅を±１°とする。

【００３８】そして、トータルステーション３の発光部
４ａからビームを発すれば、中間反射器８の平面鏡９ａ
の中心にビームが当たっており、上下左右の±１°の範
囲で細かく走査され、何れかの地点で平面鏡９ａが受光
部４ｂと正対して、受光部４ｂが受光強度を最大とする
こととなり、ステップ１１５において、その最大受光強
度の時点で中間反射器８の平面鏡９ａを固定すれば、平
面鏡９ａは、トータルステーション３の光学部４と正対
することとなる。この時の中間反射器平面鏡９ａの中心
点を基準とした平面鏡９ａの水平線方向の角度が、図１
に示す基準線Ｃ３方向となり、中間反射器平面鏡９ａの
中心点を基準とした平面鏡９ａの鉛直線方向の角度が、
図２に示す基準線Ｃ４方向となる。

【００３９】また、この時点で、中間反射器８の平面鏡
９ａがトータルステーション３の光学部４と正対してお
り、トータルステーション３と中間反射器８の配置位置
との距離Ｌ₁ （図８参照）を測定可能となるため、ステ
ップ１１６において、制御部６を作動させて、距離Ｌ₁
を測定させて、その距離Ｌ₁ を制御装置１２が記憶す
る。

【００４０】(E) 初期設定では、ステップ１１７・１１
８において、先頭反射器７の横サーボモータ１０ｃを作
動させて、基準線Ｃ２から、先頭反射器７の鏡部９を大
旨の横角度ψ₃ 分回転させるとともに、ステップ１１９
・１２０において、先頭反射器７の縦サーボモータ１０
ｂを作動させて、基準線Ｃ２から、先頭反射器７の鏡部
９を大旨の縦角度θ₃ 分回転させて、先頭反射器７の鏡
部９を中間反射器８の方向に大旨正対させる。

【００４１】ついで、ステップ１２１・１２２におい
て、中間反射器８の鏡部９を、横サーボモータ１０ｃを
作動させて、図１に示す大旨の横角度ψ₄ 分回転させる
とともに、ステップ１２３・１２４において、中間反射
器８の鏡部９を、縦サーボモータ１０ｂを作動させて、
図２に示す大旨の縦角度θ₄ 分回転させる。

【００４２】(F) 中間反射器８の横設定では、ステップ
１２５において、中間反射器８の横サーボモータ１０ｃ
を作動させて、中間反射器８の鏡部９を例えば±２°の
範囲で左右に回転走査させる。

【００４３】この時、トータルステーション発光部４ａ
からのビームが、中間反射器８の平面鏡９ａを経て、先
頭反射器７のコーナキューブ反射鏡９ｂで反射し、再
度、中間反射器８の平面鏡９ａを経て、受光部４ｂが受
光し、先頭反射器７の平面鏡９ａにビームが当たってい
る時には、先頭反射器７が中間反射器８に精正対してい
ないことから、反射しても受光部４ｂは受光しない。

【００４４】したがって、中間反射器８の左右の一走査
で、受光する部分を基に、先頭反射器７の鏡部９（平面
鏡９ａ）の中心点に対して発光部４ａのビームを当てる
ことのできる左右方向の中間反射器８の角度を求めるこ
とができ、ステップ１２６・１２７において、その角度
に中間反射器８の鏡部９を固定すれば、この時の中間反
射器８の鏡部９は、図１に示すように、鏡部９（平面鏡
９ａ）の中心点を基準とした水平線方向の角度が、基準
線Ｃ３から横角度ψ₄ の角度となる。

【００４５】そして、ステップ１２８において、制御装
置１２は、９０°から横角度ψ₄ を引いた横角度ψ₂ を
記憶する。

【００４６】(G) 中間反射器８の縦設定では、ステップ
１２９において、中間反射器８の縦サーボモータ１０ｂ
を作動させて、中間反射器８の鏡部９を例えば±２°の
範囲で上下に回転走査させる。

【００４７】この時、トータルステーション発光部４ａ
からのビームが、中間反射器８の平面鏡９ａを経て、先
頭反射器７のコーナキューブ反射鏡９ｂで反射し、再
度、中間反射器８の平面鏡９ａを経て、受光部４ｂが受
光し、先頭反射器７の平面鏡９ａにビームが当たってい
る時には、先頭反射器７が中間反射器８に精正対してい
ないことから、反射しても受光部４ｂは受光しない。

【００４８】したがって、中間反射器８の上下の一走査
で、受光する部分を基に、先頭反射器７の鏡部９（平面
鏡９ａ）の中心点に対して発光部４ａのビームを当てる
ことのできる上下方向の中間反射器８の角度を求めるこ
とができ、ステップ１３０・１３１において、その角度
に中間反射器８の鏡部９を固定すれば、この時の中間反
射器８の鏡部９は、図２に示すように、鏡部９（平面鏡
９ａ）の中心点を基準とした鉛直線方向の角度が、基準
線Ｃ４から縦角度θ₄ の角度となる。

【００４９】そして、ステップ１３２において、制御装
置１２は、９０°から縦角度θ₄ を引いた縦角度θ₂ を
記憶する。

【００５０】(H) 先頭反射器７の設定では、ステップ１
３３において、先頭反射器７の縦サーボモータ１０ｂと
横サーボモータ１０ｃとを周波数を変えて、同時に作動
させる。例えば、縦サーボモータ１０ｂを０．１Ｈｚと
し、横サーボモータ１０ｃを１Ｈｚとして、振幅を±１
°とする。

【００５１】そして、トータルステーション３の発光部
４ａからビームを発すれば、中間反射器８の精正対と同
様に、上下左右の±１°の範囲で細かく走査され、何れ
かの地点で先頭反射器７の平面鏡９ａが中間反射器８と
正対して、受光部４ｂが受光強度を最大とすることとな
り、ステップ１３４において、その最大受光強度の時点
で先頭反射器７の平面鏡９ａを固定すれば、先頭反射器
７の平面鏡９ａは、中間反射器８と正対することとな
る。

【００５２】この時、図１に示すように、先頭反射器平
面鏡９ａの中心点を基準とする平面鏡９ａの水平線方向
の、基準線Ｃ２からの横角度は、ψ₃ となり、ステップ
１３５において、その横角度ψ₃ を制御装置１２が記憶
する。

【００５３】また、この時、図２に示すように、先頭反
射器平面鏡９ａの中心点を基準とする平面鏡９ａの鉛直
線方向の、基準線Ｃ２からの縦角度は、θ₃ となり、ス
テップ１３６において、その縦角度θ₃ を制御装置１２
が記憶する。

【００５４】また、この時点で、先頭反射器７の平面鏡
９ａが中間反射器８と正対しており、トータルステーシ
ョン３と先頭反射器７の配置位置との距離（Ｌ₁ ＋Ｌ
₂ ）を測定可能となるため、ステップ１３７において、
制御部６を作動させて、距離（Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ）を測定させ
て、その距離（Ｌ₁ ＋Ｌ₂ ）を制御装置１２が記憶す
る。

【００５５】ついで、制御装置１２では、（Ｌ₁ ＋Ｌ
₂ ）からＬ₁ を減ずれば、Ｌ₂ が求められる。

【００５６】そして、基準線Ｃ１に対する基準線Ｃ２の
横角度ψと縦角度θとは、 ψ＝ψ₁ ＋２ψ₂ ＋ψ₃ …(1) θ＝θ₁ ＋２θ₂ ＋θ₃ …(2) で表され、制御装置１２において、(1) ・(2) 式を演算
すればψとθとを算出することができる。

【００５７】そのため、実施形態の位置測定装置Ｍで
は、Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、ψ₁ 、ψ₂ 、ψ₃ 、ψ、θ₁ 、θ₂ 、
θ₃ 、θ、の所量が自動的に測定若しくは算出されるこ
とから、トータルステーション３からの測定地点である
先頭反射器７の配置位置を自動的に測定することができ
ることとなる。

【００５８】そのため、実施形態の位置測定装置Ｍで
は、見通しできない曲線状の隧道１であっても、トータ
ルステーション３・先頭反射器７・中間反射器８を所定
位置に配置させるだけで、隧道１内に人が入らなくと
も、簡便かつ低コストで、正確に隧道１内の所定の測定
地点の位置測定が行なえることとなる。

【００５９】ちなみに、実施形態の位置測定装置Ｍの測
定精度について述べると、本測定装置Ｍの距離の測定精
度は、トータルステーション３のみの精度であり、角度
の測定精度は、トータルステーション３を含めた各部モ
ータのエンコーダの誤差の合計となる。そして、公知の
トータルステーションの一例では、距離誤差の標準偏差
が１Kmにおいて２mmであり、角度誤差の標準偏差が０．
５″である。公知のエンコーダの一例では、角度誤差の
標準偏差が約２″である。光中継点が１箇所で、反射器
を先頭反射器７と中間反射器８との２個使用する場合で
は、角度誤差の標準偏差は、約３″、即ち、約１万分の
８度となる。そのため、本測定装置Ｍでは、高精度に測
定地点の位置の測定を行なうことができる。

【００６０】なお、中間反射器８の数を増加させるよう
に隧道１がさらに曲っているような場合には、トータル
ステーション３に最も近い中間反射器の初期動作・横粗
正対・縦粗正対・精正対、最も近いものと次の中間反射
器の初期設定、最も近い中間反射器の横設定・縦設定、
次の中間反射器の設定（最も近い中間反射器に対する次
の中間反射器の精正対）を行ない（これらは、図４〜６
に示すステップ１０１〜１３７までの制御と同様であ
る）、後は、順次、増加した中間反射器８の個数分、ス
テップ１１７〜１３７を繰返せば良い。

【００６１】また、その際、図４〜６のステップ１０６
・１１０・１１４・１２５・１２９・１３３の±２°や
±１°は、隧道１の形により、適宜変更することが望ま
しい。

【００６２】さらに、実施形態では、３次元の位置測定
について説明したが、２次元の隧道の測定地点の測定で
は、トータルステーション３の光学部４や反射器７・８
の鏡部９を鉛直方向に傾斜させずに直立させ、位置測定
装置Ｍの横角度の信号のみを使用して各部を制御すれば
良い。

【００６３】さらにまた、実施形態では、制御装置１２
を利用し、自動化して、測定地点を測定するようにした
が、勿論、制御装置１２を利用することなく、トータル
ステーション３の光学部４・先頭反射器７・中間反射器
８の回動手段５・１０を自動制御することなく、手動に
より、逐次操作するようにしても良い。

【００６４】ちなみに、上記位置測定装置Ｍの測定結果
は、隧道１のセンターラインに対するものではなく、光
波の中継点（中間反射器８の配置位置）を結ぶ折線に対
するものである。そのため、曲線の隧道１のセンターラ
イン上での測定とする場合には、測定結果を変換する必
要がある。

【００６５】そして、光波の中継点をセンターライン上
に置く場合には、前記の折線からセンターライン曲線へ
の変換が正確に行ない易いが、光波の中継点をセンター
ライン上からオフセットして置く場合に比べて、見通し
できる距離が短くなる。そのため、光波の中継点をセン
ターラインから見通し距離が長くなるようにオフセット
して置く場合には、光波中継点の数を、センターライン
上に設置する場合より減少させることができる。しか
し、この場合には、折線測定値から実際のセンターライ
ン曲線長への変換が近似的にしか行なえない。

【００６６】そこで、中継点をセンターライン上に置く
場合と、センターライン上からオフセットして置く場合
とについて、測定した折線距離からセンターライン曲線
距離への変換について説明する。

【００６７】曲線部の測量視準線と曲線部のセンターラ
インとの開きは、管内径Ｄの１／２以内でなければ、見
通しできないので、実際には、余裕をみて、０．４５Ｄ
として光波中継点までの最大測量長を求める。これによ
って、光波中継点（中間反射器８）の必要数を知ること
ができる。

【００６８】図９に折線からセンターライン長への変換
のために関係位置の図を示す。図９において、直線から
曲線への変化点を原点（０，０）Ｃとし、トータルステ
ーション設置点をＡとし、ＡＣの延長線をｘ軸とする。
ｘ軸と直交する軸をｙ軸とする。線ＡＰＱは、曲線のセ
ンターラインを見通しできる最長の直線である。

【００６９】 直線ＰＱ（長さ）＝｛（Ｒ−η）² −（Ｒ−Ｍ）² ｝^1/2 ＝｛η² −２Ｒη＋Ｍ（２Ｒ−Ｍ）｝^1/2 …(3) △ＡＣＰと△ＯＰＱとが相似形であるから、 η／ｌ₀ ＝線ＰＱ（長さ）／（Ｒ−Ｍ） …(4) (3) ・(4) 式よりつぎの(5) 式が求められ、 η＝［−Ｒ＋｛Ｒ² ＋ＭＫ₁ （２Ｒ−Ｍ）｝^1/2 ］／Ｋ₁ …(5) 但、Ｋ₁ ＝｛（Ｒ−Ｍ）／ｌ₀ ｝² −１、また、η＞０
となる。

【００７０】直線ＡＢの方程式は(6) 式の如く、 ｙ＝（η／ｌ₀ ）ｘ＋η …(6) となる。

【００７１】半径Ｒの円の方程式(7) 式の如く、 Ｒ² ＝ｘ² ＋（Ｒ−ｙ）² …(7) となる。

【００７２】(5) 〜(7) 式よりつぎの(8) 式が求めら
れ、 ｘ＝ｌ₀ ｛η（Ｒ−η）＋Ｋ₁ ｝／（ｌ₀ ²＋η² ） …(8) となる。

【００７３】また、曲線ＢＣの長さは、つぎの(9) 式と
なり、 曲線ＢＣ（長さ）＝ｌ_C ＝Ｒsin^-1 （ｘ／Ｒ） …(9) となる。

【００７４】トータルステーションから曲線のセンター
ライン上の測量可能長Ｌ₀ は、 Ｌ₀ ＝ｌ_O ＋ｌ_C …(10) となる。

【００７５】すなわち、曲線のセンターライン上の光中
継点をおく場合の最大計測可能なｘ座標は、(8) 式で示
され、その時のセンターライン長の長さは、(10)式で示
されることとなる。

【００７６】つぎに、光波中継点の位置は、隧道のセン
ターラインより曲線の外側にオフセットして置いた方が
センターライン上に置くよりも見通しできる距離が長く
なる。この場合の測定結果からセンターライン上の長さ
への換算について述べる。

【００７７】図１０において、点Ａは、トータルステー
ションの位置であり、点Ｂは、光波の中継点であり、セ
ンターラインよりＬ₃ だけ曲線の外側にオフセットして
ある。点Ｅは、測定地点であり、点Ｃは、直線と曲線と
の変化点である。

【００７８】また、軌道の計画曲線より、α₁ 、α₂ 、
α₃ 、Ｌ₃ 、Ｌ₄ 、Ｒは既知であるものとする。

【００７９】これらの値からＬ₁ は、三角形の余弦定理
を使って、 Ｌ₁ ＝（Ｒ＋Ｌ₃ ）² ＋Ｒ² ＋Ｌ₄ ² −２（Ｒ＋Ｌ₃ ）（Ｒ² ＋Ｌ₄ ²）^1/2 cos （α₁ ＋α₂ ）…(11) となる。

【００８０】Ｌ₁ の測定値をＬ₁ ′とすると、Ｌ₁ とＬ
₁ ′との差が計画軌道と実際の軌道との差であり、これ
をΔＬ₁ とする。

【００８１】Ｌ₂ に関しても、三角形の余弦定理を使っ
て、 Ｌ₂ ＝Ｒ² ＋（Ｒ＋Ｌ₃ ）² −２Ｒ（Ｒ＋Ｌ₃ ）cos α₃ …(12) となる。

【００８２】Ｌ₂ の測定値をＬ₂ ′とすると、Ｌ₂ とＬ
₂ ′との差が計画軌道と実際の軌道との差であり、これ
をΔＬ₂ とする。

【００８３】一方、ＡＥ間のセンターラインの長さＬ
は、 Ｌ＝Ｌ₄ ＋Ｒ（α₂ ＋α₃ ） …(13) となる。

【００８４】厳密な意味におけるＬの計画軌道上の値と
実際の軌道の値との差は求められないが、近似的、また
は実用的には、ＬにΔＬ₁ とΔＬ₂ とを加えた値（ΔＬ
₁ とΔＬ₂ は正または負の値）でもって、実際のセンタ
ーライン長とすれば良い。

【００８５】したがって、 ＡＥ間のセンターラインの長さ＝Ｌ＋ΔＬ₁ ＋ΔＬ₂ ＝Ｌ₄ ＋Ｒ（α₂ ＋α₃ ）＋ΔＬ₁ ＋ΔＬ₂ ＝Ｌ₄ ＋Ｒ（α₂ ＋α₃ ）＋Ｌ₁ −Ｌ₁ ′（測定値）＋Ｌ₂ −Ｌ₂ ′（測定値） ＝Ｌ₄ ＋Ｒ（α₂ ＋α₃ ）＋（Ｒ＋Ｌ₃ ）² ＋Ｒ² ＋Ｌ₄ ² −２（Ｒ＋Ｌ₃ ）（Ｒ² ＋Ｌ₄ ²）^1/2 cos （α₁ ＋α₂ ）−Ｌ₁ ′（測定値） ＋Ｒ² ＋（Ｒ＋Ｌ₃ ）² −２Ｒ（Ｒ＋Ｌ₃ ）cos α₃ −Ｌ₂ ′（測定値） …(14) なお、上述では、光波中継点が１個の場合について説明
したが、光波中継点間の直線距離Ｌ_n は(11)・(12)式で
求められる。また、センターライン曲線は、曲線中心に
占める角度α_n から(13)式によって求められることか
ら、光波中継点が複数の場合であっても、(14)式を応用
して、１計画軌道の直線距離Ｌ_n と測定値Ｌ_n ′の差、
ΔＬ_n をセンターライン曲線の計画軌道に加えることに
より、センターライン曲線長を実用的に求めることがで
きる。

【００８６】つぎに、本発明の実施形態の推進装置Ｐに
ついて説明すると、この推進装置Ｐは、図１１に示すよ
うに、複数のヒューム管等の管体５１、開口調整ジャッ
キ５３、緩衝材５５、先頭の管体５１Ａの前端側に配置
される刃口やシールド機等からなる先導管６２、元押し
ジャッキ６３、制御装置６８、及び、位置測定装置Ｍを
備えて構成されている。

【００８７】開口調整ジャッキ５３は、油圧ジャッキを
利用するものであり、図１２・１３に示すように、管体
５１・５１相互の端面付近に、所定のブラケット（図符
号省略）を固着させて、上下左右から４５°ずらして４
個ずつ配設され、４個ずつで１つの開口調整ジャッキ群
５２を構成することとなる。

【００８８】なお、大径の管体５１の場合には、図１４
・１５に示すように、開口調整ジャッキ５２を大型化さ
せて、それらの両端と管体５１の端面との間に、鋼板製
の当板５６と硬質ゴム板からなる緩衝材５７とを配置さ
せても良く、さらに、開口調整ジャッキ群５２として、
実施例で設けた位置に複数個ずつの開口調整ジャッキ５
３を設けるようにしても良い。

【００８９】また、これらの開口調整ジャッキ５３に
は、油圧ジャッキのピストンロッド５３ａのストローク
を検出可能な差動トランス等からなる開口調整検出セン
サ５４が配置されており、各開口調整ジャッキ５３は、
後述する制御装置本体６９の制御により、図示しない電
磁弁を介して、ストロークを作動制御されることとな
る。

【００９０】このような開口調整ジャッキ５３を備えた
開口調整ジャッキ群５２では、管体５１・５１間の４個
の内の左右若しくは上下の２つずつの各々に、制御装置
本体６９からのコマンド信号を入力させれば、管体５１
・５１間に所定の開口差を設けることができる。

【００９１】そして、実施形態の場合には、開口調整ジ
ャッキ群５２が、先頭の管体５１Ａを計画軌道に沿って
敷設するために、先頭管体５１Ａと第２番目の管体５１
Ｂとの間と、第２番目の管体５１Ｂと第３番目の管体５
１Ｃとの間と、に配設されている。

【００９２】すなわち、特公平１−５６２４０号公報に
記載されているように、先行の管体と後続の管体との間
の開口調整を、隧道の変化点（直線部から曲線部が始ま
る始曲点、曲線部から他の曲線部が始まる変曲点、及
び、曲線部から直線部が始まる終曲点等）に、先行の管
体と後続の管体とが到達した時の２回行ない、さらに、
後続の管体とさらにその後続の管体との開口調整を、後
続の管体が変化点に到達した時に１回行なえば、先行の
管体を、つぎの隧道の変化点まで、曲線状の計画軌道に
沿って推進させることができ、先行の管体を計画軌道に
沿って推進させる場合には、先行と後続の管体相互の間
と、後続とさらにその後続の管体相互間に、開口調整部
材（開口調整ジャッキ）を配置させれば、後述する緩衝
材５５の作用とあいまって、後続の管体を先行の管体に
追従させて、計画軌道に沿って精度良く推進させ易くな
るからである。

【００９３】緩衝材５５は、管体５１の端面に当接可能
な連続状若しくは断続的な円環状として、発泡プラスチ
ック材から形成され、一方の管体５１の端面に接着され
ている。緩衝材５５は、先頭管体５１Ａの軌跡に追従し
て、後続の管体５１相互間に開口差が生じようとする
際、軌跡の曲線の内側部位を圧縮させて、管体５１を先
頭管体５１Ａの曲線の軌跡に追従させるとともに、管体
５１の端面に働く推進力を平均化する役目を果すことと
なる。そして、緩衝材５５は、開口調整ジャッキ５３よ
りコストが安価なため、管体５１の敷設後に回収しなく
とも良く、施工コストの上昇を防ぐことができることか
ら、工費の低減化を図るために、実施例の場合には、第
３番目以後の管体５１相互間に、この緩衝材５５を配設
させている。

【００９４】そして、管体５１・５１相互の縁周囲と開
口調整ジャッキ群５２若しくは緩衝材５５の周囲とに
は、それらを覆う鋼板からなる円筒形の覆い管６０が配
設されている。覆い管６０は、図１２〜１５に示すよう
に、管体５１の後部外周面に固着されるとともに、管体
５１の外周面に配設されるゴムリング６１に圧接され、
開口調整ジャッキ群５２の周囲の水密性を確保すること
となる。

【００９５】元押しジャッキ６３は、油圧ジャッキから
構成され、管体５１を推進させるためのものであって、
計画軌道の始点となる位置に掘削された竪坑６５内に複
数配置され、竪坑６５の内周面の一面を支持壁６６と
し、各元押しジャッキ６３のピストンロッド６３ａを同
時に伸ばして管体５１を推進させることとなる。なお、
ピストンロッド６３ａのストロークは、管体５１の全長
より短いため、鋼板等からなるスペーサ６４を複数利用
して管体５１を推進させることとなる。ちなみに、各ピ
ストンロッド６３ａのストロークが大きければ、スペー
サ６４は不要となる。

【００９６】なお、各開口調整ジャッキ５３、元押しジ
ャッキ６３、油圧を供給する油圧源６７は、竪坑６５の
近傍に配設されている。

【００９７】また、この推進装置Ｐでは、管体５１に対
して先導管６２・開口調整ジャッキ群５２・緩衝材５５
等を予め組み付けた３つのＡ・Ｂ・Ｃのユニット単位で
推進させる。ユニットＡは、管体５１の先端に先導管６
２を取り付けるとともに、管体５１の後端に開口調整ジ
ャッキ群５２と覆い管６０とを取り付けて構成される。
ユニットＢは、管体５１の後端に開口調整ジャッキ群５
２と覆い管６０とを取り付けて構成される。ユニットＣ
は、管体５１後端に緩衝材５５と覆い管６０とを取り付
けて構成される。

【００９８】さらに、ユニットＡの先頭管体５１Ａに
は、位置測定装置Ｍの先頭反射器７が設置されている。
先頭反射器７の設置位置は、距離の算出が容易なよう
に、隧道１のセンターライン上となる先頭管体５１Ａの
中央位置に配置させることが望ましい。

【００９９】また、曲線の途中の管体５１には、位置測
定装置Ｍの中間反射器８が設置されている。中間反射器
８の設置は、既述の説明で述べたように、光中継点の数
が最低となるように、予め、計画軌道上にて計画してお
き、該当する管体５１を竪坑６５に入れる時点で、その
管体５１にセンターラインからのオフセット量等も考慮
して、設置しておく。

【０１００】そして、位置測定装置Ｍのトータルステー
ション３は、竪坑６５における計画軌道のセンターライ
ン上に設置されている。

【０１０１】なお、推進装置Ｐに使用する位置測定装置
Ｍの制御装置１２は、竪坑６５近傍に配置されている
が、制御装置１２の機能を制御装置本体６９に兼用させ
るようにしても良い。

【０１０２】また、先頭反射器７や中間反射器８のサー
ボモータ１０ｂ・１０ｃ等から伸びて制御装置１２に接
続されるリード線・センサ５４から伸びるリード線・ジ
ャッキ５３から伸びる油圧配管等は、省略してあるが、
管体５１を順次増設させる際に、竪坑６５内において、
新たな管体５１を増設させる毎に新たに継ぎ足したり、
あるいは、掘削する隧道１の長さ分、予め、準備して反
射器７・８等に接続させておいても良い。そのため、隧
道１内に人が入ることなく、リード線等を設置できる。

【０１０３】制御装置６８は、竪坑６５の近傍に配設さ
れ、図１６に示すように、制御装置本体６９、表示器７
０、指示計７１、キーボード７２、操作盤７３、電源７
４等を備えて構成されている。また、制御装置６８は、
各元押しジャッキ６３を同時に作動させる図示しない作
動スイッチを備えている。

【０１０４】制御装置本体６９は、図１７に示すよう
に、２つの演算部６９ａ・６９ｂと所定の図示しない制
御部・記憶部とを備え、計画軌道を３次元で表したｘｙ
ｚ座標のデータが入力されるとともに、演算部６９ｂに
よって、計画軌道のｘｙｚ座標データから求めた水平方
向位置及び鉛直方向位置と、位置測定装置Ｍによって測
定した水平方向位置と鉛直方向位置と、の誤差を無くす
ように、クローズドループ制御（フィードバック制御）
するものである。

【０１０５】なお、一般に、クローズドループ制御で
は、ループ内に構成要素の個々のゲインの積であるルー
プゲインを大にして、誤差信号を零にするように制御す
る。そして、演算部６９ｂは、一般に調節計と呼ばれる
制御機器の役目をする部分である。調節計は、ＰＩＤ特
性、即ち、Ｐ（比例）、Ｉ（積分）、Ｄ（微分）の各特
性を合成した特性を有しており、制御すべき対象の特性
に合わせて、ＰＩＤの各特性を調整し得るようになって
いる。Ｐは全周波数帯域のゲインを調節する役目をし、
Ｉは低周波帯域のみ、Ｄは高周波帯域のみのそれぞれの
ゲインを調節する役目をする。このＰＩＤの各ゲインを
制御対象に合せて調節し、ループゲインを高くすること
によって、誤差信号を零にする制御をする。誤差信号が
零になれば、計画軌道の座標位置と位置計測装置Ｍの位
置信号とが一致し、ユニットＡを計画軌道に正確に一致
させて敷設することができる。

【０１０６】制御装置本体６９に入力される３次元の座
標データは、図１８に示すように、計画軌道の多数の箇
所におけるｘとｙとｚの値であり、キーボード７２を利
用して制御装置本体６９に入力する。なお、このデータ
は、計画軌道をドラムスキャナやカーブトレーサ等の図
形読取装置を利用して制御装置本体６９に直接入力させ
ても良い。また、このデータは、入力後、表示器７０で
表示させ、確認することができるように構成されてい
る。

【０１０７】この制御装置本体６９の制御による推進装
置Ｐの各ユニットＡ・Ｂ・Ｃの推進は、つぎのようにし
て行なう。

【０１０８】なお、推進は、制御装置６８の図示しない
作動スイッチを操作して元押しジャッキ６３を逐次作動
させつつ、ユニットＡを埋設し、その後、ユニットＢ・
Ｃを順次埋設させて推進させることとなる。

【０１０９】ａ．まず、位置測定装置Ｍは、逐次作動さ
れて、先頭のユニットＡの移動した位置（ｘ，ｙ，ｚ）
を測定して、距離と角度の信号を制御装置本体６９へ出
力する。

【０１１０】なお、位置測定装置Ｍは、図４〜６のフロ
ーチャートに示す制御により、位置測定を行なっていく
が、計画軌道に沿って、先頭反射器７と中間反射器８と
が推進され始めれば、トータルステーション３の発光部
４ａからのビームが、各反射器７・８の鏡部９の略中央
に当っているため、ステップ１０６・１１０・１２５・
１２９で振る振幅を小さく、例えば、±０．１°程度と
して、順次行なえば良い。

【０１１１】ｂ．演算部６９ａは、ｘｙｚ座標データか
ら計画軌道の各点におけるｄＬの成分のｄｙとｄｘとｄ
ｚを求め、各点の接線方向の水平方向成分の角度ψ₀ と
鉛直方向成分の角度θ₀ とを、ψ₀ ＝tan ^-1（ｄｙ／ｄ
ｘ）、θ₀ ＝tan ^-1（ｄｚ／ｄｘ）として演算して求め
る。

【０１１２】また、各点までの計画軌道上での長さＬ₀
と、Ｌ₀ 位置における水平方向位置ｙ₀ 、鉛直方向位置
ｚ₀ を、 Ｌ₀ ＝∫（（ｄｙ）² ＋（ｄｘ）² ＋（ｄｚ）² ）^1/2 ｙ₀ ＝∫（ｄｙ） ｚ₀ ＝∫（ｄｚ） として演算し、各点での角度ψ₀ 、θ₀ とともにそれら
の値を記憶部に記憶させる。

【０１１３】ｃ．演算部６９ｂにおいて、位置測定装置
Ｍから出力される折線距離Ｌ₁ 、Ｌ ₂ から、(14)式を演
算し（測定した折線距離Ｌ₁ をＬ₁ ´、Ｌ₂ をＬ₂ ´と
して(14)式に代入して演算する）、センターライン長Ｌ
に変換した値を算出する。

【０１１４】また、折線距離Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、横角度ψ、縦
角度θから、つぎのようにして位置測定値ｙ、ｚを求め
る。

【０１１５】この求め方は、Ｌ₁ 区間では、図８より、 ｙ₁ ＝Ｌ₁ cos θ₁ sin ψ₁ …(15) ｚ₁ ＝Ｌ₁ sin θ₁ …(16) となる。

【０１１６】つぎに、Ｌ₂ 区間では、図８より、 ｙ₂ ＝Ｌ₂ cos （２θ₂ ＋θ₃ ）sin （２ψ₂ ＋ψ₃ ） …(17) ｚ₂ ＝Ｌ₂ sin （２θ₂ ＋θ₃ ） …(18) となる。

【０１１７】これらを合成して、 ｙ＝Ｌ₁ cos θ₁ sin ψ₁ ＋Ｌ₂ cos （２θ₂ ＋θ₃ ）sin （２ψ₂ ＋ψ₃ ） …(19) ｚ＝Ｌ₁ sin θ₁ ＋Ｌ₂ sin （２θ₂ ＋θ₃ ） …(20) となる。

【０１１８】そして、センターライン長Ｌに変換した値
に等しく対応して、さきに記憶部に記憶させたＬ₀ を読
み出し、さらに、そのＬ₀ に対応したψ₀ 、θ₀ 、ｙ
₀ 、ｚ ₀ を読み出して、 （ψ₀ −ψ）×（Ｋ_I ／Ｓ＋Ｋ_P ＋Ｋ_D Ｓ）と、 （θ₀ −θ）×（Ｇ_I ／Ｓ＋Ｇ_P ＋Ｇ_D Ｓ）と、 （ｙ₀ −ｙ）×（Ｈ_I ／Ｓ＋Ｈ_P ＋Ｈ_D Ｓ）と、 （ｚ₀ −ｚ）×（Ｊ_I ／Ｓ＋Ｊ_P ＋Ｊ_D Ｓ）と、 を演算する。なお、Ｋ_I 、Ｇ_I 、Ｈ_I 、Ｊ_I は積分ゲイ
ン、Ｋ_P 、Ｇ_P 、Ｈ_P 、Ｊ_P は比例ゲイン、Ｋ_D 、Ｇ
_D 、Ｈ_D 、Ｊ_D は微分ゲインである。また、１／Ｓは積
分、Ｓは微分を表す。さらに、上記の積分ゲイン、比例
ゲイン、微分ゲインの各々の値は、ＰＩＤ制御の各制御
ゲインであり、制御対象に合せて、予め定めておく。

【０１１９】そして、上記の演算値に応じて、先頭の開
口調整ジャッキ群５２における左右上下の２つずつの開
口調整ジャッキ５３を制御し、（ψ₀ −ψ）、（θ₀ −
θ）、（ｙ₀ −ｙ）、（ｚ₀ −ｚ）の値が零となるよう
に制御する。

【０１２０】なお、この時、移動した位置信号ｘ，ｙ，
ｚに基き、ユニットＡの軌跡を一定時間毎に演算して記
憶し、その施工軌道を表示器７０に表示するようにす
る。

【０１２１】ｄ．そして、（ψ₀ −ψ）、（θ₀ −
θ）、（ｙ₀ −ｙ）、（ｚ₀ −ｚ）の値が零となった際
の先頭の各開口調整ジャッキ５３のストロークを検出し
ている開口調整検出センサ５４の信号に基づいて、先頭
のユニットＡと後続のユニットＢとの間に設ける開口差
Ｓを、制御装置本体６９が記憶する。

【０１２２】ｅ．その後、ユニットＡが順次推進され、
後続のユニットＢがユニットＡを制御した位置に移動し
てきた際には、その位置に到達したユニットＢと直後の
ユニットＣとの間に、記憶した開口差Ｓを補正した所定
の補正開口差を生ずるよう、後続の開口調整ジャッキ群
５２の各開口調整ジャッキ５３を制御する。

【０１２３】ちなみに、後続のユニットＢの移動距離の
算出は、先頭反射器７の設置位置からユニットＢまでの
距離を、位置測定装置Ｍにより測定されたユニットＡの
先頭反射器７の移動距離Ｌから、減算すれば良い。そし
て、先頭反射器７の設置位置からユニットＢまでの距離
は、予め実測しておいた先頭反射器７からピストンロッ
ド５３ａを伸ばしていない状態での先頭の開口調整ジャ
ッキ５３の後端までの距離と、開口調整検出センサ５４
からの信号に基く先頭の開口調整ジャッキ群５２の平均
ストロークと、を加算した値であり、容易に後続のユニ
ットＢの移動距離を算出することができる。

【０１２４】また、補正開口差は、演算部６９ａにおい
て、記憶した既述の開口差Ｓにユニット長比（Ｔｂ（制
御するユニットＢの標準長さ）／Ｔａ（ユニットＡの標
準長さ））を乗じた値である。なお、ユニットの標準長
さとは、開口調整ジャッキ５３のピストンロッド５３ａ
を伸ばしていない状態での覆い管６０を除いたユニット
の長さである。

【０１２５】なお、後続のユニットＢの開口差について
は、上記に変えて、計画軌道の曲線から割り出された理
論的開口差の値を使用し、その値で開口調整ジャッキ群
５２を制御するようにしても良い。

【０１２６】理論的開口差（ジャッキ位置における開口
差（ｍ））Ｓ₁ は、 Ｓ₁ ＝（Ｂ_C −ｔ）δ／２^1/2 …(21) 但、Ｂ_C ：管の外径（ｍ）、ｔ：管の厚さ（ｍ）、δ：
管の長さが曲線の中心にしめる偏角（rad)である。

【０１２７】この推進装置Ｐでは、竪坑６５内に、順
次、ユニットＡ、ユニットＢ、ユニットＣを挿入させ
て、元押しジャッキ６３の推進力で、各ユニットを推進
させていけば、制御装置本体６９が、上記の制御を行な
って、先頭のユニットＡの移動距離Ｌを位置測定装置Ｍ
を介して実測し、その実測した移動距離Ｌに対応させ
て、先頭のユニットＡがクローズドループ制御されて精
度良く正確に計画軌道に沿って推進されて敷設され、そ
の後続のユニットＢ・Ｃも先頭ユニットＡにならって推
進されて敷設されることから、精度良く、各ユニットを
３次元の計画軌道における任意の曲線に沿って、敷設す
ることができる。また、表示器７０にユニットＡの位置
や施工軌道を表示することができることから、便利とな
る。

【０１２８】なお、敷設後には、隧道１内の中間反射器
８等を回収すれば、つぎの敷設作業にも利用することが
でき、機器の有効利用を図ることができる。

【０１２９】また、推進装置Ｐでは、計画軌道が３次元
の場合を示したが、計画軌道が２次元の例えば水平方向
の曲線状であれば、位置測定装置Ｍの横角度の信号のみ
を使用することにより、各ユニットを水平方向の曲線状
に敷設することができる。この場合の制御装置本体６９
に入力される２次元の座標データは、計画軌道の多数の
箇所におけるｘとｙの値であり、キーボード７２を利用
して制御装置本体６９に入力しておけば良い。

【０１３０】さらに、掘削時の隧道１が長くなる場合に
は、管体５１・５１間に、元押しジャッキ６３と同様な
油圧を利用した中押しジャッキを設け、後部側の管体５
１に開口調整ジャッキ群５２を設け、中押しジャッキの
周囲の前後の管体５１相互間と、開口調整ジャッキ群５
２と、の周囲を覆う覆い管６０を配設したユニットＤ
を、適宜ユニットＣ間に配設させて、管体５１を推進さ
せれば良い。なお、中押しジャッキの作動は、制御装置
６８の図示しない作動スイッチを操作することにより、
元押しジャッキ６３と同様に作動させれば良い。

【０１３１】さらにまた、隧道１の曲率が大きく、隧道
１のカーブが急な場合等で、ユニットＡに後続のユニッ
トが追従し難い場合には、ユニットＣを用いることな
く、ユニットＡと、必要数のユニットＢと、上述のユニ
ットＤを利用して、推進させれば良い。

【０１３２】この場合の推進では、制御装置本体６９の
制御は、上述のａ．ｂ．ｃ．ｄ．ｅ．と同様であり、
ｅ．において、後続のユニットがユニットＡを制御した
位置に移動してきた際に、その位置に到達したユニット
と直後のユニットとの間に、記憶した開口差Ｓを補正し
た所定の補正開口差を生ずるように、後続のユニットの
開口調整ジャッキ群５２の各調整ジャッキ群５３を制御
すれば良い。

【０１３３】この場合の後続のユニットの移動距離の算
出は、予め、埋設するユニットの標準長さ（開口調整ジ
ャッキ５３や中押しジャッキ等のピストンロッドを伸ば
していない状態での覆い管６０を省いた各ユニットの長
さ）を、順次、制御装置本体６９に入力させておき、演
算部６９ａにおいて、ユニットＡの移動距離Ｌから、先
頭反射器７からそのユニットまでの長さを、減算すれば
良い。すなわち、ユニットＡからそのユニットまでの間
に入った、各ユニットの標準長さを積算した長さと、開
口調整検出センサ５４からの信号に基く各開口調整ジャ
ッキ群５２の平均ストロークと、中押ジャッキのストロ
ークを検出する中押し検出センサからの信号に基づく中
押しジャッキのストロークと、を加算した値に、さら
に、先頭反射器７の設置位置から先頭のユニットＢまで
の距離を加算した値を、移動距離Ｌから、減算すれば良
い。

【０１３４】また、補正開口差は、演算部６９ａにおい
て、記憶した既述の開口差Ｓにユニット長比（Ｔ（制御
するユニットの標準長さ）／Ｔａ（ユニットＡの標準長
さ））を乗じた値である。

【０１３５】

【発明の効果】本発明に係る隧道の位置測定装置は、ト
ータルステーション・先頭反射器・中間反射器の回動手
段を作動させて、トータルステーションの光学部と先頭
反射器及び中間反射器の鏡部とを所定方向に向けて、ト
ータルステーション光学部の発光部から発する光波を、
中間反射器の鏡部を経て、先頭反射器の鏡部に反射さ
せ、再度、中間反射器の鏡部を経て、トータルステーシ
ョン光学部の受光部に送り返すことにより、トータルス
テーションに対する先頭反射器を配置させた測定地点の
２次元若しくは３次元の位置を測定することができる。

【０１３６】すなわち、見通しできない曲線状の隧道内
に、予め、トータルステーション、先頭反射器、及び、
中間反射器をセットすれば、その後は、人が隧道内に入
ることなく、正確に隧道内の所定の測定地点の位置測定
ができ、さらに、トータルステーション以外の機器とし
て、光波を反射可能として上下左右に振り可能な反射鏡
を利用するだけで良く、レール等を敷設しない分、簡便
かつ低コストで位置測定ができる。

【０１３７】したがって、本発明に係る位置測定装置で
は、人が入ることを極力無くして、簡便かつ低コスト
で、正確に隧道内の所定位置を測定することができる。

【０１３８】そして、先頭反射器や中間反射器の反射器
の鏡部を、平面鏡と、平面鏡の周囲に配置させるコーナ
キューブ反射鏡とで構成すれば、コーナキューブ反射鏡
や平面鏡からの反射によるトータルステーション光学部
の受光部の受光強度によって各鏡部の角度が簡単に判別
でき、容易に各反射器の鏡部を所定方向に向けることが
でき、位置測定の作業工数を低減することができる。

【０１３９】

【０１４０】そして、本発明に係る管体の推進装置で
は、複数の管体が、開口部側の竪坑に配置される元押し
ジャッキにより順次推進され、また、先頭管体の前端側
に配置される先導管が、先頭管体の後続の管体との間に
介在される開口調整ジャッキ群によって、所定の方向
で、隧道を掘削しつつ、複数の管体を曲線状に敷設する
こととなる。そして、制御装置は、先頭管体の２次元若
しくは３次元の位置を検出する位置測定装置からの距離
と角度の信号を入力させ、予め入力されていたデータに
基いて、開口調整ジャッキ群を制御し、先導管を有した
先頭管体を所定方向に向けて掘削させ、複数の管体を曲
線状に敷設することとなる。

【０１４１】本発明に係る管体の推進装置では、本発明
に係る位置測定装置が、精度良く先頭管体の竪坑からの
位置を測定することから、精度良く、自動化して、複数
の管体を曲線状に敷設することができる。また、竪坑内
に管体を順次入れて推進させる際、その管体に位置測定
装置の先頭反射器・中間反射器を設置できることから、
隧道内に、極力人が入らなくとも、管体を曲線状に敷設
することができ、安全に管体の敷設を行なうことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の位置測定装置を示す図で
あり、隧道を水平面に投影した状態を示す。

【図２】同実施形態の位置測定装置を示す図であり、隧
道を鉛直面に投影した状態を示す。

【図３】同実施形態の位置測定装置で使用する反射器の
正面図である。

【図４】同実施形態の位置測定装置の制御を示すフロー
チャート図である。

【図５】同実施形態の位置測定装置の制御を示すフロー
チャート図であリ、図４に示す状態の後を示す。

【図６】同実施形態の位置測定装置の制御を示すフロー
チャート図であリ、図５に示す状態の後を示す。

【図７】同実施形態のトータルステーションの受光部
が、コーナキューブ反射鏡から反射される光を受光した
際の、受光出力の変動状態を示す図である。

【図８】同実施形態の位置測定装置が測定する横角度・
縦角度・距離の状態を示す図である。

【図９】同実施形態で位置測定したセンターライン上の
測定地点までの距離を、隧道のセンターライン上へ変換
する式を説明する図である。

【図１０】同実施形態で位置測定したセンターライン上
からオフセットした測定地点までの距離を、隧道のセン
ターライン上へ変換する式を説明する図である。

【図１１】本発明の実施形態の推進装置を示す図であ
る。

【図１２】同実施形態の開口調整ジャッキ群を示す図で
ある。

【図１３】図１２のXIII−XIII部位の概略断面図を示す
図である。

【図１４】開口調整ジャッキ群の変形例を示す図であ
る。

【図１５】図１４のXV−XV部位の概略断面図を示す図で
ある。

【図１６】同実施形態の制御装置の正面図である。

【図１７】同実施形態の制御系のブロック図である。

【図１８】計画軌道をｘｙｚ座標で表した状態を示す図
である。

【符号の説明】

１…隧道、 ３…トータルステーション、 ４…光学部、 ４ａ…発光部、 ４ｂ…受光部、 ５…回動手段、 ６…制御部、 ７…先頭反射器、 ８…中間反射器、 ９…鏡部、 ９ａ…平面鏡、 ９ｂ…コーナキューブ反射鏡、 １０…回動手段、 １０ａ…ジンバル、 １０ｂ…縦サーボモータ、 １０ｃ…横サーボモータ、 １２…制御装置、 ５１…管体、 ５２…開口調整ジャッキ群、 ６２…先導管、 ６３…元押ジャッキ、 ６５…竪坑、 ６８…制御装置、 Ｍ…位置測定装置、 Ｐ…推進装置。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 311 G01C 15/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 隧道内の所定位置に配置されて、発光部
   及び受光部を有した光学部と、該光学部を上下左右へ振
   り可能な回動手段と、該回動手段の作動を制御するとと
   もに前記光学部からの信号を電気的に処理して距離と角
   度とを測定する制御部と、を備えたトータルステーショ
   ンと、 該トータルステーションから離れた測定地点に配置され
   て、前記トータルステーションの発光部から発する光波
   を入射して反射させる鏡部と、該鏡部を上下左右へ振り
   可能な回動手段と、を備えた先頭反射器と、 前記トータルステーションと前記先頭反射器との間に、
   所定数配置されて、前記トータルステーションの発光部
   及び前記先頭反射器の鏡部から入射する光波を所定方向
   に反射させる鏡部と、該鏡部を上下左右へ振り可能な回
   動手段と、を備えた中間反射器と、 を具備するとともに、前記先頭反射器と前記中間反射器との鏡部が、それぞ
   れ、平面鏡と、該平面鏡の周囲に固定されて、入射する
   光波を入射方向に反射させるコーナキューブ反射鏡と、
   から構成され、 前記トータルステーション・前記先頭反射器・前記中間
   反射器の回動手段を作動させて、前記光学部と前記先頭
   反射器及び前記中間反射器の鏡部とを所定方向に向け
   て、前記トータルステーションの発光部から発する光波
   を、前記中間反射器の鏡部を経て、前記先頭反射器の鏡
   部に反射させ、再度、前記中間反射器の鏡部を経て、前
   記トータルステーションの受光部に送り返すことによ
   り、前記トータルステーションに対する前記先頭反射器
   を配置させた測定地点の２次元若しくは３次元の位置を
   測定する構成の隧道の位置測定装置。
2. 【請求項２】 複数の管体が、最後部側の竪坑に配置さ
   れる元押しジャッキにより順次推進されるとともに、先
   頭の管体の前端側に配置される先導管が、前記先頭管体
   の後続の管体との間に介在される開口調整ジャッキ群に
   よって、所定の方向で、隧道を掘削しつつ、前記複数の
   管体を曲線状に敷設するにあたり、 前記先頭管体の前記竪坑に対する２次元若しくは３次元
   の位置を測定する位置測定装置からの信号を入力させた
   制御装置が、予め入力されていたデータに基いて、前記
   開口調整ジャッキ群を制御することにより、前記複数の
   管体を曲線状に敷設する管体の推進装置であって、 前記位置測定装置が、 前記竪坑に配置されて、発光部及び受光部を有した光学
   部と、該光学部を上下左右へ振り可能な回動手段と、該
   回動手段の作動を制御するとともに前記光学部からの信
   号を電気的に処理して距離と角度とを測定する制御部
   と、を備えたトータルステーションと、 前記先頭管体に配置されて、前記トータルステーション
   の発光部から発する光波を入射して反射させる鏡部と、
   該鏡部を上下左右へ振り可能な回動手段と、を備えた先
   頭反射器と、 前記竪坑と前記先頭反射器との間の管体に、所定数配置
   されて、前記トータルステーションの発光部及び前記先
   頭反射器の鏡部から入射する光波を所定方向に反射させ
   る鏡部と、該鏡部を上下左右へ振り可能な回動手段と、
   を備えた中間反射器と、 を具備するとともに、前記先頭反射器と前記中間反射器との鏡部が、それぞ
   れ、平面鏡と、該平面鏡の周囲に固定されて、入射する
   光波を入射方向に反射するコーナキューブ反射鏡と、か
   ら構成され、 前記制御装置が、前記位置測定装置における前記トータ
   ルステーションの制御部と、前記先頭反射器・前記中間
   反射器の回動手段とに、電気的に接続され、 前記制御装置により、前記トータルステーションの光学
   部と、前記先頭反射器及び前記中間反射器の鏡部と、を
   上下左右に振らせて所定方向に向かせ、前記トータルス
   テーションの発光部から発する光波を、前記中間反射器
   の鏡部を経て、前記先頭反射器の鏡部に反射させ、再
   度、前記中間反射器の鏡部を経て、前記トータルステー
   ションの受光部に送り返し、前記トータルステーション
   に対する前記先頭反射器を配置させた測定地点の２次元
   若しくは３次元の位置を測定することを特徴とする管体
   の推進装置。