JP2912497B2 - シールド測量方法 - 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、シールド掘進抗内に
おけるシールド測量方法に関するものである。さらに詳
しくは、この発明は、シールド工法において計画線に沿
ってのトンネルの築造を可能にするための測量方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術とその課題】近年、地下空間の高度利用へ
の要請が高まるとともに、シールド掘削工法によるトン
ネル築造への期待も大きなものとなっており、これに対
応してその技術の一層の高度化が強く求められている。
周知のように、シールド工法をはじめとして、トンネル
築造においては、計画通りの線形に沿ってトンネルを敷
設することが技術的にも必須の条件となっており、特
に、機械的に掘進していくシールド工法においてはその
ためのシールド掘進機の位置の正確な測量が極めて大切
な要件となっている。

【０００３】このようなシールド工法における掘進機の
位置測定とトンネルの計画線に沿って築造のための測量
においは、従来より、人力による測量の方法と、自動測
量による方法とが知られている。このうちの人力による
測量方法としては、センター測量（トラバース測量）と
オフセット測量が主流となっており、また人力に代わる
自動測量の方法としては、レーザー測距測角儀やジャイ
ロコンパスを用いる方法がある。

【０００４】この後者の自動測量方法は、人力による測
量に比べてはるかに合理的で、人力による測量がシール
ド掘進の合間に行なわれるのに比べ、掘進中でも常時測
量することができ、測量精度のばらつきも小さいため、
徐々に普及し始めている。しかしながら、このように優
れた利点を有する自動測量方法ではあるが、レーザー測
距測角儀を用いる方法においては、トンネル線形が曲線
の場合、レーザー測距測角儀の盛り替え回数が増加し、
また、レーザー測距測角儀とシールド掘進機との間に障
害物があるとレーザー光が遮られる等の欠点がある。ま
た、ジャイロコンパスを使用する方法の場合には、シー
ルド掘進機が水平方向へ同じ角度で横移動したときに、
ジャイロコンパスは移動する前後で同方向を指針してい
るために、あたかもその同方向に進んでいるかのように
計測され、それが誤差となって現れるという欠点があ
る。

【０００５】この発明は、以上の通り事情に鑑みてなさ
れたものであり、除々に普及し始めているシールド工法
における自動測量の方法の特長を生かしつつ、これまで
の自動測量方法の欠点を解消して、計画線に沿ってのシ
ールドトンネルの築造が可能な、高効率および高精度の
シールド工法におけるトンネル測量の方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するためのものとして、シールド掘進抗内におい
て、シールド掘進機の掘進とともに測距測角儀を進行さ
せ、測距測角儀と立抗側に位置する複数の基準点からト
ンネル線形に応じて、ワイズバッハトライアングルメソ
ッドおよび／または後方交会法により測距測角儀の位置
を自動的に求めた後、その既知点の位置からシールド掘
進機の位置を自動測量することを特徴とするシールド工
法における測量方法を提供する。

【０００７】より具体的に説明すると、シールド掘進機
の後方でセグメントを組み上げてトンネルを増築してい
くシールド工事において、たとえばシールド掘進機が掘
進とともにワイヤー等の連結装置で牽引する後方台車の
上部あるいは側部等の任意の位置に測距測角儀を据え付
ける。この測距測角儀が後方台車の後方の立抗側に位置
する複数の基準点に設置してある反射プリズムを自動視
準して、測距、測角を行い、計画線が直線の時のように
見通しのよい場合はワイズバッハトライアングルメソッ
ドを用い、計画線が曲線の時のように見通しの悪い場合
は後方交会法を用いて、測距測角儀の位置を計測する。

【０００８】このように２つの測量方法を使い分ける理
由を次の通りである。すなわち、まず、ワイズバッハ法
について図１を用いて説明すると、シールド工事におい
ては水平方向の蛇行を極力少なくして施工することが重
要であり、そのためにはｘ軸方向の測量精度のよい方法
をとる必要がある。図１において測距値ｌ₁ ，ｌ₂ 測角
儀θ₃ 、既知距離値ｌ₃ 、既知角度値ｗをもとに既知点
Ｐ₁ をＰ₁ （０，０）にし、測距測角儀の位置を求点と
すると求点の座標Ｋ（Ｘ，Ｙ）は次の式１．２、式１．
２で求められる。

【０００９】

【数１】

【００１０】ワイズバッハトライアングルメソッドにお
いては、この式１．１から自明のように基準点Ｐ₁ とＰ
₂ との距離を大きく設置するとともに、基準点Ｐ₂ と求
点Ｋとの距離を小さく設置することにより、ｌ₁ ／ｌ₃
が小さい値となる。また、求点Ｋの角度θ₃ が極力小さ
い値で各点を設置することによりｓｉｎθ₃ が小さく値
となる、以上のことからｘ軸の測定誤差は極力小さい値
となり、精度のよい測量が実現できる。従って、計画線
が直線に近い見通しがよい線形の場合はワイズバッハト
ライアングルメソッドを用いることにする。次に後方交
会法について図２を用いて説明すると、前記のワイズバ
ッハ法は計画線が曲線の場合は基準点Ｐ ₁ とＰ₂ の距離
を長くとることができないので、曲線部は後方交会法を
用いて測距測角儀の位置を求める。図２において測距値
ｌ₁ ，ｌ₂ 、既知距離値ｌ₃ をもとに，測距測角儀の位
置を求点とすると角度θ₁ は次の式２．１、式２．２で
求められる。

【００１１】

【数２】

【００１２】ここでは後方交会法を用いて基準点Ｐ₂ と
Ｐ₁ から求点Ｋを求める時、式２．１に示すように第２
余弦定理を用いることにより角度値を距離値で表わせる
ため、測角精度による角度誤差の要因がなくなり、また
距離ｌ₁ ，ｌ₂ ，ｌ₃ が小さいため、角度θ₁ を求める
精度もよくなる。この後、基準点Ｐ₁ をもとに距離
ｌ ₂ 、角度θ₁ で求点Ｋ（Ｘ，Ｙ）を求める。このよう
に、計画線が曲線の場合には、第２余弦点裡を用いた後
方交会法を用いることにする。

【００１３】以上のようにそれぞれの測量方法の長所を
適宜用いることにより、測距測角儀の位置を精度よく求
めることが可能となる。もちろんこの発明の方法におい
ては、精度確保の目的や施工現場の状況等に応じてワイ
ズバッハトライアングルメソッドと後方交会法を同時に
使用してもよい。このように効率よく２つの測量方法を
適宜用いることができるのは、測量手段と演算方法等シ
ステム全体を自動化させてあるためである。

【００１４】なお、測距測角儀は、上記のように後方台
車の任意の位置に設置するだけでなく、この後方台車と
は別の軌道によって走行できるようにしてもよい。モノ
レール式の吊り下げ用軌道でもよい。そして、この発明
の方法においては、以上の方法で測距測角儀の位置を求
めた後、後方台車の既知点となった測距測角儀の位置か
らシールド掘進機の位置を任意の自動測量方法を用いて
求めることとする。

【００１５】測距測角儀の位置からシールド掘進機の位
置を求める測量手段としては適宜な方法が採用される。
たとえば、シールド掘進機に反射プリズム等のターゲッ
トを設けておき、直接測距測角儀でシールド掘進機の位
置を計測してもよいし、あるいはこの出願の発明者らが
すでに提案しているように、後方台車に沿って走行する
測距測角儀で、基準点を基にシールド掘進機と基準点の
間の仮基準点と該測距測角儀の位置を順次検出して、シ
ールド掘進機の位置を検出することができる。

【００１６】また、たとえば、基準点から切羽側の適当
な２点に設置した仮基準点を、基準点と既知の該測距測
角儀の位置を基に、該測距測角儀で２点の仮基準点を自
動視準し三角測量の要領で仮基準点の座標位置を検出
し、引き続き該測距測角儀を切羽側に自動走行させ、適
当な軌道上の位置に停止させ、その停止位置で２点の既
知の仮基準点を自動視準して、三角測量の要領で該測距
測角儀の位置を検出した後、既知である仮基準点と該測
距測角儀の位置を基にシールド掘進機を自動視準して、
三角測量の要領でシールド掘進機の位置を検出すること
や、シールド掘進抗内において、シールド掘進機が掘進
とともに牽引する後方台車後部から前部まで後方台車に
沿って軌道を設定し、その軌道に沿って走行する移動計
測装置にジャイロを搭載して、その移動計測装置を自動
走行させることによりジャイロで方位角を連続的に測定
し、移動計測装置の走行回転部にロータリーエンコーダ
を設置した走行距離測定装置で走行距離を測定すること
により、後方台車の後方に位置する基準点を基にシール
ド掘進機の位置を自動測量すること、さらに、ジャイロ
走行で後方台車の任意の位置まで測量した後、その位置
からシールド掘進機までは、シールド掘進機に設置して
あるターゲットを、テレビカメラでとらえて位置出しす
る画像処理式位置検出器を用いてシールド機の位置を自
動測量すること、または、前記の移動計測装置に加速度
計を搭載し、その移動計測装置を自動走行させることに
より加速度計で方位角および傾斜角を連続的に測定し、
移動計測装置の走行回転部にロータリーエンコーダを設
置した走行距離測定装置で走行距離を測定することによ
り、後方台車の後方に位置する基準点を基にシールド掘
進機の位置を自動測量する等が可能である。

【００１７】なお、測距測角儀の傾斜補正は、水平ステ
ージ等を用いてレベルに保持してもよいし、傾斜計を併
設して、演算処理してもよい。これらの方法は、適宜に
組合わせて使用してもよい。これらの一連の手順により
後方台車の後方の複数の基準点を基に、シールド掘進機
の位置を計測することができる。図３には、以上述べた
一連の操作手順のプロセスブロック図を示した。

【００１８】また測距測角儀の位置からシールド掘進機
の位置を求めることまで含めた一連の操作を自動化して
もちいることが可能なのはもちろんである。次に図面に
沿ってこの発明のシールド測量方法について具体的に説
明する。

【００１９】

【実施例】実施例１ 図４はこの発明の測量方法においてトンネル計画線の直
線部にワイズバッハトライアングルメソッドを用いた場
合の平面図である。たとえばこの図４に例示したよう
に、基準点（５ａ），（５ｂ）を基に、ワイズバッハト
ライアングルメソッドを用いて、後方台車（２）の求点
（測距測角儀の位置）（６）を求める。次に既知点とな
った測距測角儀（３ａ）をもとに、仮基準点にある反射
プリズム（７ａ），（７ｂ）の位置を検出し、その後測
距測角儀（３ａ）を後方台車（２）の前部まで走行軌道
（４）に沿って走行させ、既知点となった反射プリズム
（７ａ），（７ｂ）の位置をもとに、測距測角儀（３
ｂ）の位置を検出し、その後既知点となった測距測角儀
（３ｂ）をもとに、シールド掘進機（１）に位置する反
射プリズム（８）の位置を検出し、シールド掘進機
（１）の位置を出す。

【００２０】また、図５はこの発明の測量方法において
シールド計画線の曲線部に後方交会法を用いた場合の平
面図である。図において基準点（５ａ），（５ｂ）を基
に、後方交会法を用いて後方台車（２）の求点（測距測
角儀の位置）（６）を求める。そして、次にこの例にお
いては、測距測角儀（３ａ）の位置からシールド掘進機
（１）までは、測距測角儀（３ａ）から直接シールド掘
進機（１）に位置する反射プリズム（８）を照射して、
シールド掘進機（１）の位置を出す。

【００２１】実施例２ 図６はこの発明の測量方法においてシールド計画線の曲
線部にワイズバッハトライアングルメソッドと後方交会
法を併用した場合を例示した平面図である。この図６の
例においては、基準点（５ａ），（５ｂ）を基にワイズ
バッハトライアングルソメッドを用いて、後方台車
（２）の求点（測距測角儀の位置）（６）を求める。ま
た、基準点（５ｂ），（５ｃ）を基に後方交会法を用い
て後方台車（２）の求点（測距測角儀の位置）（６）を
求める。次いで、測距測角儀（３ａ）の位置からシール
ド掘進機（１）まではジャイロ搭載走行車（１０）と画
像処理式位置検出器（１１）を用いてシールド掘進機
（１）の位置を出す。

【００２２】なお、この発明の測量方法においては、後
方台車に位置する測距測角儀の位置を適宜ワイズバッハ
トライアングルメソッドと後方交会法を使用して求め、
その後の測距測角儀からシールド掘進機までの測量方法
は、実施例の他にどのような測量方法を組み合わせても
よい。実施例３ 測距測角儀は、実施例１のように後方台車に沿った軌道
を走行させる例に限られずに、これとは別の軌道を走行
させることができる。

【００２３】たとえば図７に例示したように、後方台車
（２０）と並行する既存のズリトロ用レール（２１）に
測距測角儀を搭載した計測装置（２２）を走行させるこ
とができる。この場合、計測装置（２２）は、バッテリ
ーロコ（２３）に取付けて一体化すること、あるいはこ
れとは別体として走行させることができる。別体とする
場合には、たとえば図８に例示したように、後方台車レ
ール（２４）と並行する既存のズリトロ用レール（２
１）に、計測装置（２２）のための待避レール（２５）
を設け、バテリーロコ（２３）がズリトロ用レール（２
１）を通過する時は、測距測角儀を搭載した計測装置
（２２）は、待避レール（２５）に待避させ、バッテリ
ーロコ（２３）が坑口付近にある時は、ズリトロ用レー
ル（２１）を走行移動させるようにすることができる。

【００２４】また、ズリトロ用レール（２１）とも別
に、図９に例示したように、後方台車（２０）用レール
に並行する独立の走行軌道を設け、計測装置（２２）を
走行させることもできる。軌道は、図１０にも示したよ
うに、専用の走行軌道（２６）となる。この場合の走行
計測装置を例示したものが図１１である。この例におい
ては、計測装置（２２）は、たとえばジャイロ（２２
１）とともに測距測角儀（２２２）を備え、バッテリー
（２２３）およびモーター（２２４）、制御装置（２２
５）によって、自走し、あるいは遠隔操作によって走行
する。また、自動水平ステージ（２２６）を備えてもい
る。

【００２５】もちろん、以上の例に限られることなく、
既存のセグメント搬送用の軌道を利用することもでき
る。実施例４ 図１２は、モノレール式軌道（３０）に測距測角儀搭載
の計測装置（３１）を走行させる例を示したものであ
る。後方台車（３２）、ズリトロ／バッテリーロコ（３
３）とは全く別の吊り下げ方式によって計測装置（３
１）を走行させ、この発明の測量を行うものである。こ
の場合の計測装置（３１）は、たとえば図１３に例示し
たように、測距測角儀（３１０）とともに、たとえばエ
ンコーダ回転計を備えたモーター（３１１）、無線モデ
ム（３１２）制御コンピュータ（３１３）、計測センサ
ー（３１４）、バッテリー（３１５）を備えている。自
動水平ステージ（３１７）をも備え、車輪（３１６）を
介して走行する。

【００２６】さらにまた、この発明においては、図１４
に例示したように、後方台車（４０）、セグメント（４
１）、あるいはその他のスペースに、路線管（４２）を
設け、この路線管（４２）の中に測距測角儀搭載の計測
装置（４３）を走行させてもよい。そして、これらの実
施例１〜４のいずれの場合にも組合せてもよいし、各々
の方式によって独自に計測装置を走行させてもよい。

【００２７】実施例３〜４のように、後方台車の軌道と
は別の軌道として計測装置を走行させる場合には、施工
を考慮した自由度の高い測量が可能となり、測量に広い
空間を利用できる。また、施工上敷設する、既存の軌道
（たとえばズリトロ用の軌道、セグメント搬入用の軌道
等）を利用できる。また、後方台車上を利用するよりも
広い空間を利用できるため、後方の基準点より軌道上の
計測点、軌道上の計測点よりシールド機の計測点が容易
に精度良く計測できる。このことは、基準点の設置、軌
道上の計測点の設置、シールド機の計測点の設置の範囲
及び自由度が広がるため、精度良く計測される配置が可
能となることを意味している。

【００２８】そして、広い空間を用いて移動させる事が
できるため、計測装置および軌道の設置が容易である。
またメンテナンスも容易である。この発明は、以上の例
に限定されることなく、実施方法には様々な態様が可能
である。また適用工程としてシールド工事に限らず、ト
ンネルボーリングマシン等の走行する後方台車を使用し
た山岳トンネル等の場合でも同様に実施することができ
る。

【００２９】

【発明の効果】この発明により、以上詳しく説明した通
り、シールド掘進工法において、シールドトンネルを計
画線に沿って築造するための効率的で、精度のよい測量
方法が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ワイズバッハトライアングルメソッドの原理的
説明のための平面図である。

【図２】後方交会法の原理的説明のための平面図であ
る。

【図３】この発明の測量方法の概要を示したプロセスブ
ロック図である。

【図４】この発明の測量方法においてシールド計画線の
直線部ワイズバッハトライアングルメソッドを用いた場
合の平面図である。

【図５】この発明の測量方法においてシールド計画線の
曲線部に後方交会法を用いた場合の平面図である。

【図６】この発明の測量方法においてシールド計画線の
曲線部にワイズバッハトライアングルメソッドと後方交
会法を用いた場合の平面図である。

【図７】既存のズリトロ用レールを軌道とした例を示し
た正断面図である。

【図８】図５の平面図である。

【図９】後方台車軌道に並行する例の軌道を走行させる
例を示した正断面図である。

【図１０】図７の平面図である。

【図１１】図７の例の計測装置を示した正面構成図であ
る。

【図１２】モノレール軌道の例を示した正断面図であ
る。

【図１３】図１０の例の計測装置を示した正面構成図で
ある。

【図１４】路線管中を走行させる例を示した正断面図で
ある。

【符号の説明】

１ シールド掘進機 ２ 後方台車 ３ａ，３ｂ 測距測角儀 ４ 走行軌道 ５ａ，５ｂ，５ｃ 基準点 ６ 後方台車の求点（測距測角儀の位置） ７ａ，７ｂ 仮基準点に位置する反射プリズム ８ シールド掘進機に位置する反射プリズム ９ レーザビーム １０ ジャイロ搭載走行車 １１ 画像処理式位置検出器 ２０ 後方台車 ２１ ズリトロ用レール ２２ 計測装置 ２２１ ジャイロ ２２２ 測距測角儀 ２２３ バッテリー ２２４ モーター ２２５ 制御装置 ２２６ 自動水平装置 ２３ バッテリーロコ ２４ 後方台車レール ２５ 待避レール ２６ 専用走行軌道 ３０ モノレール軌道 ３１ 計測装置 ３１０ 測距測角儀 ３１１ モーター ３１２ 無線モデム ３１３ 制御コンピューター ３１４ 計測センサー ３１５ バッテリー ３１６ 車輪 ３１７ 自動水平装置 ３２ 後方台車 ３３ ズリトロ／バッテリーロコ ４０ 後方台車 ４１ セグメント ４２ 路線管 ４３ 計測装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−171611（ＪＰ，Ａ) 吉澤孝和著 「測量」 朝倉書店（55 −６−25）Ｐ．86−87 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01C 15/00 - 15/14 E21D 9/06 301

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進抗内において、シールド掘
   進機の掘進とともに測距測角儀を進行させ、測距測角儀
   と立抗側に位置する複数の基準点からトンネル線形に応
   じて、ワイズバッハトライアングルメソッドおよび／ま
   たは後方交会法により測距測角儀の位置を自動的に求め
   た後、その既知点の位置からシールド掘進機の位置を自
   動測量することを特徴とするシールド測量方法。