JP2814829B2 - トンネル掘進機の位置計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、トンネル掘進機の位
置計測装置に関し、特に、トンネルボーリングマシー
ン、シールド掘削機等のトンネル掘進機に後続する台車
を介してトンネル掘進機の位置を測定するトンネル掘進
機の位置計測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、シールド掘削機によるトンネル
掘進作業は、スキンプレートの後部内側に組立てられた
セグメントの端部に推進ジャッキを押し当てその反力を
取りつつ推進するものである。このとき計画路線からの
水平，垂直の偏位量を極少にする掘進制御を行う必要が
ある。

【０００３】このための測定方法の一つに、シールド掘
削機の後部にターゲットを設けるとともに坑内の既知点
に設けたレーザトランシットからレーザ光をターゲット
に向けて発振し、ターゲットからの反射波を受光してそ
の受光角度からシールド掘削機の位置・姿勢を検出する
方法があり、レーザトランシットはパルスモ―タの駆動
により掘削機の掘進に伴い自動追従する機能を有してい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの測定方法で
あると、例えば直径５m 以上に達する大口径断面のトン
ネルには有効であるが、小口径のトンネルの場合には、
坑内を往復するズリ搬送用あるいはセグメントなどの機
材搬送用の台車の列にレーザ光が遮られるため、実質的
には使用できなかった。このため従来では人手による測
量に頼らざるを得ず、測量工数の大幅な増加を招来して
いた。また人手による計測方法では基準点から順次尺取
り虫状に計測を行うため、累積誤差も大きかった。

【０００５】この発明は以上の問題点に鑑みなされたも
のであって、その目的は、トンネル掘進機に後続する台
車を利用することにより、視準線を遮られることなく自
動測量を行え、これによってトンネル掘進機の正確な位
置を容易に測定することのできるトンネル掘進機の位置
計測装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、この発明のトンネル掘進機の位置計測装置は、トン
ネル掘削孔の定点位置に配置された第一の撮像装置と、
トンネル掘削孔に敷設された軌条上を走行する複数の連
結台車の後尾台車に配置された前記第一の撮像装置のタ
ーゲットと、前記連結台車の前部台車に配置されてトン
ネル掘削機の定位置を監視する第二の撮像装置と、前記
各連結台車に備えられ、かつ互いにフレキシブルジョイ
ントを介して連結された計測管と、該計測管内に挿通さ
れて計測管の曲がり度合いを検出する孔曲がり測定器
と、前記第一の撮像装置とターゲット間の距離及び角
度，前記孔曲がり測定器により計測された計測管の距離
及び角度、および前記第二の撮像装置とトンネル掘進機
との距離及び角度により各部の座標を演算するととも
に、定点座標に対する各部の座標を加算し、トンネル掘
進機の位置座標を割り出す演算手段を設けたものであ
る。

【０００７】

【作用】以上の構成によれば、第一の撮像装置と後尾台
車に設けられたターゲットとの角度及び距離により、前
記第一の撮像装置が配置される定点に対する後尾台車の
座標が演算される。また計測管内に挿通された孔曲がり
測定機によって、各台車の座標が後部から順に演算され
る。さらに最前部台車に設けた第二の撮像装置に対する
トンネル掘進機の角度及び距離に応じてトンネル掘進機
の位置座標が演算される。すなわち、演算手段は定点の
座標位置に対する各部の座標を加算することで定点座標
に対する各測定点の正確な位置を演算し、水平方向及び
垂直方向の偏位量に応じたトンネル掘進機の正確な位置
座標を出力する。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を用いて詳
細に説明する。図１はこの発明に係るトンネル掘進機の
位置計測装置を小口径断面のシールドトンネルに適用し
た場合を示すものである。

【０００９】図１において、１は小口径のトンネル掘進
用シールド掘削機、２は掘削機の外形を構成するスキン
プレート後部に順次組立てられてトンネル掘削孔を構成
する多数のセグメントである。このトンネル掘削孔内に
は軌条３が敷設され、この軌条３上にはズリ運搬やセグ
メントなどの機材搬送用の多数の台車４ａ，４ｂ…４ｎ
を連結した連結台車４が走行し、掘削機１と図外の発進
竪坑との間を往復移動する。

【００１０】このトンネル掘削孔の天井面の定点位置、
すなわち既知点には第一の撮像装置、すなわちレーザ投
受光装置５が据え付けられ、最後尾の連結台車４ａの後
部上面に配置されたターゲット６と対向し、この装置５
に対するターゲット６の離間距離及び上下左右の角度を
監視している。このレーザ投受光装置５による測定原理
は従来の項で述べたものと同じである。

【００１１】最前部の台車４ｎの上部には第二の撮像装
置、すなわちテレビカメラ７が据え付けられ、このテレ
ビカメラ７は前記掘削機１の後部内側にの定点位置に設
けられたターゲット８に対向しこのカメラ７に対するタ
ーゲット８の離間距離及び上下左右の角度を監視してい
る。

【００１２】さらに、各台車４ａ，４ｂ…４ｎにはそれ
ぞれ、例えばボールバルブ等のフレキシブルジョイント
９を介して計測管１０が連設配置され、計測管１０には
これの内部をこれに沿って移動する孔曲がり測定器１１
が挿通されている。

【００１３】孔曲がり測定器１１は、例えば特開昭６２
−４９２１０号公報に記載される孔曲がり測定装置と同
様のもので、図２に示すように、計測管１０の内部に挿
通される、一対のほぼ同じ長さの中空円筒形の先・後行
筒体２０，２２の一端同士を、中心に透孔が形成された
ボールジョイント２４で回動可能に連結した測定管２６
と、先行筒体２０の前端近傍に筒軸と直交するするよう
にして設けられた受光器２８と、後行筒体２２の前端近
傍の筒軸上に設置され、筒軸とほぼ一致した同一光軸上
の前後方向に光（Ｓ１，Ｓ２）を投射するレーザー発射
装置２１とを有している。また、上記筒体２０，２２の
下方には、これらを計測管１０に沿って移動させる複数
の回転ローラ２３が装着されており、回転ローラ２３は
例えばステッピングモータなどで移動する長さが制御さ
れるとともに、その移動長が検出され、この測定器１１
では、計測管１０の入口に設けた受光装置２５に光を投
射して初期設定をした後に、端部のロ―ラ２３間の長さ
（２Ｌ）の１／２の長さで、尺取り虫上状に順次移動し
て計測が行われる。

【００１４】そして、以上のレーザ投受光装置５，テレ
ビカメラ７，各孔曲がり測定器１１の角度及び距離デー
タは演算処理部１２に入力され、ここで各装置により得
られたデータを処理することで、レーザ投受光装置５の
据付位置を基準として掘削機１の座標位置及び基準位置
に対する水平，垂直方向の曲がり度合いの演算がなさ
れ、演算結果はディスプレイ１４及びプリンタ１５に出
力される。

【００１５】図３は一例として掘削機１の水平方向の偏
位量の演算方法を模式化して示すもので、トンネル坑の
水平方向をｘ軸にとり、長さ方向をｙ軸に取り、定点の
平面座標を（ｘ0 ，ｙ0 ）とすると、投受光装置５によ
り計測された角度と離間距離Ｌにより演算処理部１２は
そのｘ，ｙ成分のＬx,Ｌy を加えてターゲット６の平面
座標（ｘ0 ＋Ｌx ，ｙ0 ＋Ｌy ）を演算する。

【００１６】また演算処理部１２は各台車間４ａ，４ｂ
…４ｎに沿って計測された距離及び角度に応じて後ろか
ら順に（ｘ1 ，ｙ1 ），（ｘ2 ，ｙ2 ）…（ｘn ，ｙn
）を演算する。

【００１７】さらに演算処理部１２では最前列の台車４
ｎに対するターゲット８の平面座標（Ｘn ＋ｌx ，ｙn
＋ｌy ）をテレビカメラ７により計測された角度と離間
距離ｌに応じて演算する。

【００１８】さらに演算処理部１２では以上の座標値か
らｘ成分及びｙ成分のそれぞれを順次加算し、定点座標
に対する掘削機１の平面座標を割り出し、定点に対する
掘削機の水平方向の偏位量及び定点からの距離を演算
し、偏位量に応じた孔曲がり度合いとして出力する。な
お、実際には垂直方向の偏位量も同様の方法により垂直
軸であるｚ軸を加えることにより演算する。

【００１９】ところで、前記掘削機１の推進方向を決定
するのはスキンプレートの後部内周に配置された図示し
ない複数のシールドジャッキのセグメント２に対する推
進力であることから、以上の偏位量の演算結果に応じて
各シールドジャッキの推進力を水平及び垂直方向で制御
することで、計画路線に応じた修正制御を行うことが出
来る。

【００２０】なお、掘削機１が推進を繰返す結果、最後
尾の台車４ａが投受光装置５によって計測できない距
離，角度になったなら、再度投受光装置５を既知の定点
位置に移動し、ここを基準座標として前記と同様の計測
作業を繰り返せば良いが、この移動作業は計画路線が急
な曲がりを含むもので無いかぎり、従来の尺取り虫状の
計測作業に比べてその頻度が極めて少なく、計測工数に
与える影響も極めて小さく、また累積誤差などの影響も
小さい。

【００２１】また実施例ではこの発明を小口径断面のシ
ールド推進工法に適用したが、ボーリングマシン等によ
る掘削孔その他トンネルの先進導孔などの、トンネル掘
削孔であって台車が坑内を走行するトンネルにおけるト
ンネル掘進機の位置計測全般に適用できることは勿論で
ある。

【００２２】

【発明の効果】以上実施例によって詳細に説明したよう
に、この発明によるトンネル掘進機の位置計測装置にあ
っては、第一の撮像手段と後尾台車に設けられたターゲ
ットとの角度及び距離により、後尾台車の定点からの座
標が演算され、計測管内の孔曲がり測定器によって、各
台車の座標が演算され、前部台車に設けた第二の撮像手
段に対するトンネル掘進機の角度及び距離に応じてこれ
の座標が演算され、定点の座標に対する各部の座標を加
算することで定点座標に対するトンネル掘進機の座標を
割り出し、水平方向及び垂直方向の偏位量に応じたトン
ネル掘進機の位置座標を出力する構成なので、従来測定
の障害となっていた台車を利用して、視準線を遮られる
ことなく自動測量により、容易且つ正確にトンネル掘進
機の位置を計測することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明をシールド推進工法に適用した場合を
示す説明図である。

【図２】計測管と孔曲がり測定器の内部構成を示す説明
図である。

【図３】掘削機の水平方向の偏位量の演算方法を模式化
して示す説明図である。

【符号の説明】

１ シールド掘削機 ２ セグメント ３ 軌条 ４ 連結台車 ４ａ 最後尾台車 ４ｎ 最前部台車 ５ レーザ投受光装置（第一の撮像装置） ６，８ ターゲット ７ テレビカメラ（第二の撮像装置） ９ フレキシブルジョイント １０ 計測管 １１ 孔曲がり計測器 １２ 演算処理部（演算手段）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘削孔の定点位置に配置された
   第一の撮像装置と、トンネル掘削孔に敷設された軌条上
   を走行する複数の連結台車の後尾台車に配置された前記
   第一の撮像装置のターゲットと、前記連結台車の前部台
   車に配置されてトンネル掘削機の定位置を監視する第二
   の撮像装置と、前記各連結台車に備えられ、かつ互いに
   フレキシブルジョイントを介して連結された計測管と、
   該計測管内に挿通されて計測管の曲がり度合いを検出す
   る孔曲がり測定器と、前記第一の撮像装置とターゲット
   間の距離及び角度，前記孔曲がり測定器により計測され
   た計測管の距離及び角度、および前記第二の撮像装置と
   トンネル掘進機との距離及び角度により各部の座標を演
   算するとともに、定点座標に対する各部の座標を加算
   し、トンネル掘進機の位置座標を割り出す演算手段を設
   けたことを特徴とするトンネル掘進機の位置計測装置。