JP3268387B2 - 管体の推進工法 - 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、曲線状に推進され
る先頭の管体の位置を、光波を利用した位置測定装置で
測定して、複数の管体を計画軌道に沿って自動的に曲線
状に敷設する管体の推進工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、管体を曲線状に敷設する推進装置
・推進工法では、特許第２６３０５５７号公報や特許第
２８０８４２１号公報等に記載されているものが知られ
ていた。

【０００３】前者の特許第２６３０５５７号公報に記載
されている推進装置・推進工法では、先頭管体が、水平
方向の方位を検出する方位センサと、鉛直方向の縦軸角
を検出する縦軸角センサとを備えて、先頭管体の方位角
と縦軸角とが検出され、制御装置が、中押し検出センサ
と元押しセンサとの信号を用いて、先頭管体の推進距離
を算出し、所定の開口調整ジャッキ群を制御して、３次
元の軌道に沿って自動的に複数の管体を推進するもので
あった。

【０００４】後者の特許第２８０８４２１号公報に記載
されている推進装置では、隧道の一端側の竪坑内にトー
タルステーションが設置されるとともに、先頭管体と隧
道の中間部位とに反射鏡が設置され、トータルステーシ
ョンから発する光波を、中間の反射鏡を経て、先頭管体
の反射鏡に反射させて折り返させ、再度、中間の反射鏡
を経て、トータルステーションに戻すことにより、竪坑
からの先頭管体の３次元的位置を測定し、制御装置が、
所定の開口調整ジャッキ群を制御して、３次元の軌道に
沿って自動的に複数の管体を推進するものであった。

【０００５】

【発明が解決するための課題】しかし、前者の特許第２
６３０５５７号公報の推進装置・推進工法では、方位セ
ンサと縦軸角センサとに、各種原理に基ずくジャイロが
使用され、これらのジャイロは、誤差が時間とともに増
大する傾向があることから、誤差の修正に手間がかかる
こととなって、改善の余地があった。

【０００６】また、後者の特許第２８０８４２１号公報
の推進装置では、中間に配置させる反射鏡を、後方から
の光波を前方側の反射器に送ることができるように調整
するとともに、先頭管体の反射鏡を後方の反射器に正対
させるように調整して、光波をトータルステーションに
送り返す必要があることから、それらの反射器の調整が
微妙な調整であることから、手間がかかって、これま
た、改善の余地があった。

【０００７】本発明は、上述の課題を解決するものであ
り、先頭管体の位置測定を誤差を抑えて迅速に行なえ、
高い精度で容易に、管体を計画軌道データに沿って自動
的に曲線状に敷設できる管体の推進工法を提供すること
を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る推進工法
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、制御装置が、前記先頭管体の前
記竪坑に対する２次元若しくは３次元の位置を測定可能
な位置測定装置を利用して、前記先頭管体の位置を測定
し、前記先頭管体の推進位置を予め入力されていた計画
軌道データに一致させるように、前記開口調整ジャッキ
群を制御して、前記複数の管体を曲線状に敷設する管体
の推進工法であって、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
竪坑側トータルステーションと、前記先頭管体に配置さ
れて、後方から発する光波を入射させて反射させるコー
ナキューブリフレクタからなる先頭反射器と、前記竪坑
側トータルステーションと前記先頭反射器との間の管体
に、所定数配置されて、前記竪坑側トータルステーショ
ンと同様に、前記光学部、前記回動手段、及び前記制御
部を備えた中間トータルステーションと、該中間トータ
ルステーションに近接して配置されて、近傍のトータル
ステーションが発する光波を入射させて反射させるコー
ナキューブリフレクタからなる中間反射器と、前記竪坑
側トータルステーションに近接して配置されて、前方の
前記中間トータルステーションが発する光波を入射させ
て反射させるコーナキューブリフレクタからなる竪坑反
射器と、を具備し、前記先頭管体に、先頭管体のロール
角を検出するロール角センサが設けられ、前記制御装置
が、前記位置測定装置における前記各トータルステーシ
ョンの制御部と前記ロール角センサとに電気的に接続さ
れ、 前記位置測定装置が、 前記中間トータルステーショ
ンの各光学部を上下左右に振らせて後方における直後の
前記反射器に向け、前記中間トータルステーションの発
光部から発する光波を、後方における直後の前記反射器
に反射させて、前記中間トータルステーションの受光部
に送り返し、前記中間トータルステーションにおける後
方のトータルステーションからの距離と角度とを測定す
るとともに、 前記中間トータルステーションを前方側に
向け、さらに、前記各トータルステーションの各光学部
を上下左右に振らせて前方における直前の前記反射器に
向けて、前記各トータルステーションの発光部から発す
る光波を、前方における直前の前記反射器に反射させ
て、前記各トータルステーションの受光部に送り返し、
前記各トータルステーションから前方における直前の前
記各反射器までの距離と角度とを測定し、 前記制御装置
が、 前記位置測定装置からの距離と角度との信号から、
前記竪坑側トータルステーションに対する前記先頭反射
器を配置させた前記先頭管体の２次元若しくは３次元の
位置を演算して、前記先頭管体の位置を地球固定座標系
で測定し、 前記先頭管体の推進位置を予め入力されてい
た計画軌道データに一致させるように、前記測定値と前
記計画軌道データとの誤差を、前記先頭管体を基準とす
る機体座標系に変換するとともに、前記ロール角センサ
によって検出した前記先頭管体のロール角分を補正しつ
つ、前記開口調整ジャッキ群を制御することを特徴とす
る。

【０００９】

【００１０】前記中間トータルステーションと前記中間
反射器とは、自走可能な台車に搭載させて、前記管体の
敷設後に、隧道の外側に移動させて回収可能に構成する
ことが望ましい。

【００１１】

【００１２】

【発明の効果】本発明に係る管体の推進工法では、先頭
管体の位置を測定する位置測定装置が、竪坑内に配置さ
れる竪坑側トータルステーションや先頭管体に配置され
る先頭反射器の他に、竪坑側トータルステーションと先
頭反射器との間の管体に、所定数ずつ、相互に近接し
て、竪坑側トータルステーションと同様な光学部、回動
手段、及び制御部を有した中間トータルステーション
と、近傍のトータルステーションが発する光波を入射さ
せて送り返す中間反射器と、を備えるとともに、竪坑側
トータルステーションに近接して配置されて、前方の中
間トータルステーションが発する光波を入射させて反射
させる竪坑反射器を、備えて構成されている。

【００１３】そのため、位置測定装置が、まず、中間ト
ータルステーションの各光学部を上下左右に振らせて後
方における直後の反射器に向け、中間トータルステーシ
ョンの発光部から発する光波を、後方における直後の反
射器に反射させて、中間トータルステーションの受光部
に送り返し、その中間トータルステーションにおける後
方の竪坑側トータルステーションや中間トータルステー
ションからの距離と角度とを測定する。

【００１４】ついで、位置測定装置が、後方に向いてい
た中間トータルステーションを前方側に向け、さらに、
竪坑側トータルステーションや中間トータルステーショ
ンの各光学部を上下左右に振らせて前方における直前の
反射器に向けて、各トータルステーションの発光部から
発する光波を、前方における直前の反射器に反射させ
て、各トータルステーションの受光部に送り返し、各ト
ータルステーションから前方における直前の各反射器ま
での距離と角度とを測定する。

【００１５】その結果、位置測定装置からの距離と角度
との信号から、制御装置が、竪坑側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先頭管体の２次元若
しくは３次元の位置を演算して、先頭管体の位置を測定
することができる。

【００１６】すなわち、隧道を、所定数の中間トータル
ステーションと中間反射器とで直線的に分割し、制御装
置が、それらの分割区間を、位置測定装置の各トータル
ステーションと反射器とを利用して、測定することによ
って、竪坑に対する先頭管体の位置を正確に測定できる
ことから、従来のジャイロを利用する場合に比べ、誤差
を抑えて、極めて高精度に先頭管体の位置を測定でき
る。

【００１７】そして、先頭・中間・竪坑反射器は、微妙
な角度調整を行なわなくとも、単に、近傍のトータルス
テーションの発光部から発した光波をそのトータルステ
ーションの受光部に送り返すコーナキューブリフレクタ
を使用しているため、角度を調整せずに、光波の送り返
しが行なえ、迅速に、各トータルステーションが、近傍
の反射器までの距離と角度を測定できる。

【００１８】したがって、本発明に係る管体の推進工法
では、先頭管体の位置測定を誤差を抑えて迅速に行な
え、高い精度で容易に、管体を計画軌道データに沿って
自動的に曲線状に敷設できる。

【００１９】そして、中間トータルステーションと中間
反射器とを、自走可能な台車に搭載させれば、管体の敷
設後に、台車を走行させて隧道の外側に移動させること
により、台車ごと、中間トータルステーションと中間反
射器とを回収することができるため、装置の有効利用が
図れるとともに、人の入れない小口径の管体を敷設する
場合でも、自動的に管体を容易に高精度に曲線状に敷設
することができる。

【００２０】また、制御装置が、先頭管体の位置を、地
球固定座標系で測定し、その測定値と計画軌道データと
の誤差を、先頭管体を基準とする機体座標系に変換し
て、開口調整ジャッキ群を制御すれば、先頭管体の横ず
れを的確に修正しつつ、高精度に管体を曲線状に敷設す
ることができる。

【００２１】なぜなら、特許第２８０８４２１号公報等
に記載された従来工法の開口調整ジャッキ群の制御で
は、制御装置が、先頭管体の位置を、竪坑を基準とした
地球固定座標系のＸＹＺ座標軸上で測定し、その測定値
に基づいて、計画軌道データ上での先頭管体の方向を算
出し、その方向に向くように、開口調整ジャッキ群を制
御していた。そのため、管体の推進時に、先頭管体が、
その管体の軸方向と直交する方向に横ずれした場合に
は、その横ずれが修正されない状態で、推進される場合
が生じ、さらに、その横ずれが重なると、計画軌道とず
れの誤差を生じた状態で、管体が敷設されてしまう。

【００２２】これに対し、本発明のように、制御装置
が、先頭管体の位置を、地球固定座標系で測定し、その
測定値と計画軌道データとの誤差を、先頭管体を基準と
する機体座標系に変換すれば、その機体座標系での先頭
管体の横ずれを把握できて、その横ずれを修正しつつ、
開口調整ジャッキ群を調整できるからである。

【００２３】

【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。

【００２４】実施形態で使用する推進装置Ｐは、図１に
示すように、複数の鋼管やヒューム管等の管体１１、開
口調整ジャッキ１３、緩衝材２０、先頭の管体１１Ａ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
３２、元押しジャッキ３３、位置測定装置４０、及び、
制御装置６０を備えて構成されている。

【００２５】開口調整ジャッキ１３は、油圧ジャッキ１
４を利用するものであり、図２・３に示すように、管体
１１・１１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
１２を構成することとなる。

【００２６】なお、大径の管体１１の場合には、図４・
５に示すように、開口調整ジャッキ１３を大型化させ
て、それらの両端と管体１１の端面との間に、鋼板製の
当板２１と硬質ゴム板からなる緩衝材２２とを配置させ
ても良く、さらに、開口調整ジャッキ群１２として、実
施形態で設けた位置に複数個ずつの開口調整ジャッキ１
３を設けるようにしても良い。

【００２７】また、管体１１を鋼管製とする場合には、
管体１１の端部側に、直接、開口調整ジャッキ１３の取
付ブラケットを固定させても良い。

【００２８】開口調整ジャッキ１３の機構を簡単に説明
すると、開口調整ジャッキ１３は、シリンダ１４ａ内で
往復移動可能なピストンロッド１４ｂを配置させた油圧
ジャッキ１４と、ピストンロッド１４ｂのストロークを
検出可能な作動トランス等からなる開口調整検出センサ
１５と、油圧ジャッキ１４に所定の油圧を与える電磁弁
１６と、開口調整検出センサ１５からの信号を入力して
電磁弁１６を制御する演算器１８と、を備えて構成され
ている（図６参照）。

【００２９】なお、演算器１８は、ピストンロッド１４
ｂが所定のストロークとなるように、後述する制御装置
本体６１の演算部６１ｂからの水平・鉛直コマンド信号
とセンサ１５からの信号の差を増幅する増幅器であり、
そして、増幅された差はさらにパワアンプ１７で電力増
幅されて、電磁弁１６が制御されることとなる。

【００３０】この制御は、土中での管体１１を推進させ
る工法であることから、速い応答でなくとも良く、例え
ば、開口調整ジャッキ１３を伝達函数の形で表わすと、
図７に示すようになる。ここで、Ｋはゲイン、Ｓは積分
を表わす。

【００３１】そして、この制御では、油圧ジャッキ１４
は、電磁弁６を流れる油量を積分した形でピストンロッ
ド１４ｂを作動させることとなり、制御装置本体６１の
演算部６１ｂからの水平・鉛直コマンド信号とセンサ１
５からの信号との差がある限り、それが積分された形
で、油圧ジャッキ１４が作動されることとなって、コマ
ンド信号とセンサ５からの信号とが零となるまで作動さ
れることとなる。また、電磁弁１６、パワアンプ１７、
及び、演算器１８は、それぞれ、入力に比例した出力を
出すリニアな特性のものでも良いが、コストの面で、演
算器１８をＰＷＭ（パルス幅変調）方式とし、電磁弁１
６とパワアンプ１７とを２位置オンオフ制御として、全
体として等価的に比例特性となるものとしても良い。

【００３２】このような開口調整ジャッキ１３を備えた
開口調整ジャッキ群１２では、管体１１・１１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６１からのコマンド信号を入力させれば、管体１１
・１１間に所定の開口差を設けることができる。

【００３３】この開口調整ジャッキ群１２は、後続の管
体１１が、先行する管体１１の掘削した隧道１に沿って
進み易いことから、必ずしも全ての管体１１・１１間に
設ける必要はない。そのため、実施形態の場合には、開
口調整ジャッキ群１２が、先頭の管体１１Ａを計画軌道
に沿って敷設するために、先頭管体１１Ａと第２番目の
管体１１Ｂとの間と、第２番目の管体１１Ｂと第３番目
の管体１１Ｃとの間と、に配設され、後方の管体１１間
には、緩衝材２０を配設させている。

【００３４】緩衝材２０は、管体１１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１１の端面に接着され
ている。緩衝材２０は、先頭管体１１Ａの軌跡に追従し
て、後続の管体１１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１１を先
頭管体１１Ａの曲線の軌跡に追従させるとともに、管体
１１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２０は、開口調整ジャッキ１３よ
りコストが安価なため、管体１１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、実施形態の場合には、
第３番目以後の管体１１相互間に、この緩衝材２０を配
設させている。

【００３５】また、管体１１・１１相互の縁周囲と開口
調整ジャッキ群１２若しくは緩衝材２０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３０が配設さ
れている。覆い管３０は、図２〜５に示すように、管体
１１の後部外周面に固着されるとともに、管体１１の外
周面に配設されるゴムリング３１に圧接され、開口調整
ジャッキ群１２の周囲の水密性を確保することとなる。

【００３６】元押しジャッキ３３は、油圧ジャッキから
構成され、管体１１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２内に複数
配置され、竪坑２の内周面の一面を支持壁３６とし、各
元押しジャッキ３３のピストンロッド３３ａを同時に伸
ばして管体１１を推進させることとなる。

【００３７】なお、ピストンロッド３３ａのストローク
は、管体１１の全長より短いため、鋼板等からなるスペ
ーサ３４を複数利用して管体１１を推進させることとな
る。ちなみに、各ピストンロッド３３ａのストロークが
大きければ、スペーサ３４は不要となる。

【００３８】また、各開口調整ジャッキ１３や元押しジ
ャッキ３３に油圧を供給する油圧源３８は、竪坑２の近
傍に配設され、後述するトータルステーション４１・４
６や回収台車５４を駆動させるための電源６７は、竪坑
２の近傍における制御装置６０に配設されている（図１
・１３参照）。

【００３９】さらに、この推進装置Ｐでは、管体１１に
対して先導管３２・開口調整ジャッキ群１２・緩衝材２
０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１１の先端に先導管
３２を取り付けるとともに、管体１１の後端に開口調整
ジャッキ群１２と覆い管３０とを取り付けて構成され
る。ユニットＢは、管体１１の後端に開口調整ジャッキ
群１２と覆い管３０とを取り付けて構成される。ユニッ
トＣは、管体１１後端に緩衝材２０と覆い管３０とを取
り付けて構成される。

【００４０】そして、ユニットＡの先頭管体１１Ａに
は、位置測定装置４０の後述する先頭反射器５１が設置
されている。先頭反射器５１の設置位置は、距離の算出
が容易となるように、隧道１のセンターライン上となる
先頭管体１１Ａの中央位置に配置させることが望まし
い。また、所定のユニットＣの管体１１内には、後述す
る中間トータルステーション４６と中間反射器５２とが
設置される。さらに、竪坑２には、計画軌道のセンター
ライン上に、位置測定装置４０の後述する竪坑側トータ
ルステーション４１が配設されている。

【００４１】また、ユニットＡの先頭管体１１Ａには、
重力を利用したジャイロで構成されて、先頭管体１１Ａ
のロール角を検出するロール角センサ６９が設けられて
いる。

【００４２】実施形態の位置測定装置４０は、図１・８
に示すように、竪坑２内に配置される竪坑側トータルス
テーション４１と、ユニットＡの先頭管体１１Ａに配置
される先頭反射器５１と、隧道１内のトータルステーシ
ョン４１と先頭反射器５１とを見通しできる位置のユニ
ットＣの管体１１に配置される中間トータルステーショ
ン４６と、中間トータルステーション４６に近接して配
置される中間反射器５２と、竪坑側トータルステーショ
ン４１の近傍の竪坑２内に配置される竪坑反射器５３
と、を備えて構成されている。

【００４３】なお、中間トータルステーション４６と中
間反射器５２とは、隧道１の曲線状況によって、適宜、
増加させる。

【００４４】竪坑側トータルステーション４１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、それ
ぞれ、赤外線のビームを発する発光部４２ａ及び発光部
４２ａから発した光波を受光する受光部４２ｂを有した
光学部４２と、光学部４２を上下左右に振り可能な回動
手段４３と、回動手段４３の作動を制御するとともに光
学部４２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４４と、を備えて構成されている（図８・
１１・１２参照）。また、竪坑側トータルステーション
４１は、水平に設置されるように、後述する自動整凖台
５８に設置されている。

【００４５】中間トータルステーション４６は、竪坑側
トータルステーション４１と同様な構成であり、図１１
・１２に示すように、竪坑側トータルステーション４１
と同様な、発光部４７ａ・受光部４７ｂを有した光学部
４７と、回動手段４８と、制御部４９と、を備えて構成
されている。

【００４６】また、トータルステーション４１・４６の
制御部４４・４９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−Ｉ
Ｐ等のインターフェースを介在させて、制御装置本体６
１と所定の配線で接続されている。

【００４７】さらに、回動手段４３・４８は、光学部４
２・４７を支持するジンバルと、光学部４２・４７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４２・４７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（図１１・１２参照）。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。

【００４８】先頭反射器５１、中間反射器５２、及び、
竪坑反射器５３は、トータルステーション４１・４６の
発光部４２ａ・４７ａが発する光波を、入射方向と平行
に反射させるものであり、実施形態の場合、コーナキュ
ーブリフレクタが使用されている。このコーナキューブ
リフレクタは、互いに高精度に直交する三面の平面鏡を
組み合わせた構造であり、入射光を入射方向に正確に反
射させる。

【００４９】そして、先頭反射器５１は、先頭管体１１
Ａに対して、後方から入射する光波を後方へ反射できる
ように、後方側へ向いて設置されている。中間反射器５
２は、中間トータルステーション４６における回動手段
４８のジンバルから延びるブラケット５０に固定され、
後方から入射する光波を後方へ反射できるように、光学
部４７の向きと反対側の後方側へ向いて、設置されてい
る。竪坑反射器５３は、竪坑側トータルステーション４
１における回動手段４３のジンバルから延びるブラケッ
ト４５に固定され、前方から入射する光波を前方へ反射
できるように、光学部４２の向きと同じ側の前方側へ向
いて、設置されている。

【００５０】なお、各トータルステーション４１・４６
は、それぞれ、回動手段４３・４８と制御部４４・４９
とによって、近傍の反射器５１・５２・５３を自動追尾
できるように構成されている。

【００５１】そして、実施形態の中間トータルステーシ
ョン４６と中間反射器５２とは、図１１・１２に示すよ
うに、自走可能な回収台車５４に搭載されている。

【００５２】回収台車５４は、管体１１の推進時には、
管体１１に停止された状態で推進され、施工終了後に、
中間トータルステーション４６と中間反射器５２とを回
収するために、走行させるものである。この回収台車５
４は、下部の両側に無限軌道５７・５７を配設させて構
成され、無限軌道５７・５７は、減速機付きの駆動モー
タで駆動される駆動輪５５と従動輪５６とに巻き掛けら
れている。駆動輪５５を駆動させる駆動モータは、中間
トータルステーション４６の制御部４９とともに、所定
の配線で、電源６７と制御装置本体６１とに接続されて
いる。また、駆動輪５６は、停止時、減速機付きモータ
の抵抗により制動を受けて、停止するが、積極的に停止
させるために、ブレーキ装置を取り付けても良い。

【００５３】なお、回収台車５４の下部の中央付近に
は、隧道１を掘削する先導管３２の動力を供給する配線
や、掘削時に生ずる泥水を竪坑２側に排出する配管、油
圧ジャッキ１４へ作動油を供給する配管、あるいは、先
行する中間トータルステーション４６や回収台車５４へ
の配線等を挿通させるように、空間５４ａが設けられて
いる。

【００５４】また、回収台車５４の駆動手段は、管体１
１内で滑ることなく前進・後進できれば、無限軌道５７
を利用しなくとも良く、例えば、駆動輪５５と従動輪５
６とで構成しても良い。

【００５５】さらに、バッテリーを搭載して、前後進を
無線指令で行なうように構成しても良く、その場合に
は、駆動モータへの配線を無くすことができる。

【００５６】そして、回収台車５４の上部には、中間ト
ータルステーション４６と中間反射器５２とを上面側に
取り付けた自動整凖台５８が固定されている。自動整凖
台５８は、気泡水準の原理により、電子式に水平を検知
するために、ピッチ角とロール角とを検知可能な２軸の
センサと、ピッチ角用とロール角用の２軸のサーボモー
タと、を備えて構成され、所定時間毎、例えば３秒毎
に、中間トータルステーション４６の取付固定面を水平
に保持できるように作動される。

【００５７】また、自動整準台５８は、回収台車５４の
上部で、回収台車５４の中心からオフセットされて配置
されている。このオフセット量ｅは、計画軌道上で、ト
ータルステーション４１・４６の光学部４２・４７や反
射器５１・５２・５３の見通し距離を長くできるように
設定されており、予め、計画軌道上で検討して、算出し
ておく。見通し距離を長くできれば、中間トータルステ
ーション４６や中間反射器５２を搭載した回収台車５４
の台数を節約することができる。

【００５８】実施形態の位置測定装置４０の作動原理に
ついて説明すると、先頭反射器５１の配置された先頭管
体１１Ａの配置位置は、竪坑側トータルステーション４
１の配置された竪坑２の位置を基準とした地球固定座標
系での、ＸＹ平面で見れば、図９に示すようになる。図
９は、隧道１の横断面に相当する。

【００５９】そして、竪坑側トータルステーション４１
と中間反射器５２とのＸＹ平面での距離をＬ₁ 、中間ト
ータルステーション４６と先頭反射器５１とのＸＹ平面
での距離をＬ₂ とし、竪坑側トータルステーション４１
からの中間反射器５２のＸＹ平面での角度をψ₁ 、中間
トータルステーション４６からの先頭反射器５１のＸＹ
平面での角度をψ₂ とすれば、先頭管体１１Ａの位置
（ｘ，ｙ）は、 ｘ＝Ｌ₁ × cosψ₁ ＋Ｌ₂ × cos（ψ₁ ＋ψ₂ ） …(1) ｙ＝Ｌ₁ × sinψ₁ ＋Ｌ₂ × sin（ψ₁ ＋ψ₂ ） …(2) の(1) ・(2) 式で（ｘ，ｙ）が求められる。

【００６０】同様に、先頭反射器５１の配置された先頭
管体１１Ａの配置位置は、竪坑側トータルステーション
４１の配置された竪坑２の位置を基準とした地球固定座
標系での、ＸＺ平面で見れば、図１０に示すようにな
る。図１０は、隧道１の縦断面に相当する。

【００６１】そして、竪坑側トータルステーション４１
と中間反射器５２とのＸＺ平面での距離をＬ₃ 、中間ト
ータルステーション４６と先頭反射器５１とのＸＺ平面
での距離をＬ₄ とし、竪坑側トータルステーション４１
からの中間反射器５２のＸＺ平面での角度をθ₁ 、中間
トータルステーション４６からの先頭反射器５１のＸＺ
での角度をθ₂ とすれば、先頭管体１１Ａの位置（ｚ）
は、 ｚ＝Ｌ₃ × sinθ₁ ＋Ｌ₄ × sin（θ₁ ＋θ₂ ） …(3) の(3) 式で（ｚ）が求められる。

【００６２】また、上記Ｌ₁ 、Ｌ₂ 、Ｌ₃ 、Ｌ₄ 、ψ
₁ 、ψ₂ 、θ₁ 、及び、θ₂ は、つぎのようにして求め
る。

【００６３】位置測定装置４０が、まず、回動手段４８
を作動させて、中間トータルステーション４６の光学部
４２を上下左右に振らせて後方における直後の竪坑反射
器５３に向け、中間トータルステーション４６の発光部
４７ａから発する光波を、後方における直後の反射器５
３に反射させて、中間トータルステーション４６の受光
部４７ｂに送り返し、その中間トータルステーション４
６の、後方の竪坑側トータルステーション４１からの距
離Ｌ₁₃と角度ψ₁ ・θ₁ とを測定する。距離Ｌ ₁₃は、３
次元の距離であることから、制御部４９が、ＸＹ・ＸＺ
平面へ換算するように、 Ｌ₁ ＝Ｌ₁₃ cosθ₁ …(4) Ｌ₃ ＝Ｌ₁₃ cosψ₁ …(5) として算出する。

【００６４】また、制御部４９は、距離Ｌ₁₃と角度ψ₁
・θ₁ との値から演算して、それぞれのＸＹ・ＸＺ平面
における後方の竪坑側トータルステーション４１からの
基準線Ｃ_xy・Ｃ_xzを算出する。

【００６５】ついで、位置測定装置４０が、回動手段４
８を作動させて、後方に向いていた中間トータルステー
ション４６を前方側に向け、さらに、竪坑側トータルス
テーション４１や中間トータルステーション４６の各光
学部４２・４７を上下左右に振らせて前方における直前
の反射器５２・５１に向けて、各トータルステーション
４１・４６の発光部４２ａ・４７ａから発する光波を、
前方における直前の反射器５２・５１に反射させて、各
トータルステーション４１・４６の受光部４２ｂ・４７
ｂに送り返し、各トータルステーション４１から前方に
おける直前の各反射器４１までの距離と角度とを測定す
る。

【００６６】この時、竪坑側トータルステーション４１
では、竪坑側トータルステーション４１から中間トータ
ルステーション４６や中間反射器５２までの距離Ｌ₁₃と
角度ψ₁ ・θ₁ とが測定され、制御部４４が、上記(4)
・(5) 式と同様に、 Ｌ₁ ＝Ｌ₁₃ cosθ₁ …(6) Ｌ₃ ＝Ｌ₁₃ cosψ₁ …(7) を演算する。

【００６７】また、中間トータルステーション４６で
は、先頭反射器５１までの、距離Ｌ₂₄と、基準線Ｃ_xy・
Ｃ_xzを基準とした角度ψ₂ ・θ₂ とを測定する。距離Ｌ
₂₄は、３次元の距離であることから、制御部４９が、Ｘ
Ｙ・ＸＺ平面へ換算するように、 Ｌ₂ ＝Ｌ₂₄ cos（θ₁ ＋θ₂ ） …(8) Ｌ₄ ＝Ｌ₂₄ cos（ψ₁ ＋ψ₂ ） …(9) として算出する。

【００６８】そして、制御装置６０の本体６１が、制御
部４４・４９による距離Ｌ₁ ・Ｌ₂・Ｌ₃ ・Ｌ₄ と角度
ψ₁ ・ψ₂ ・θ₁ ・θ₂ との信号を入力して、上記(1)
・(2) ・(3) 式を演算し、先頭管体１１Ａの位置（ｘ，
ｙ，ｚ）を算出することとなる。また、各トータルステ
ーション４１・４６は、各反射器５１・５２・５３を、
所定時間毎、例えば５秒毎に、自動追尾することから、
制御装置本体６１は、連続的かつ自動的に、先頭管体１
１Ａの位置（ｘ，ｙ，ｚ）を把握することとなる。

【００６９】なお、上記の説明では、１つずつの中間ト
ータルステーション４６と中間反射器５２と配置させた
場合を示したが、複数個の中間トータルステーション４
６と中間反射器５２とを配置させる場合でも、上記(1)
〜(9) 式に、増加した中間トータルステーション４６・
中間反射器５２によって分割された区間の増加分に対応
させて、新たな区間分の距離Ｌ_x と角度ψ_x ・θ_x とを
積算させるだけで、同様に算出できる。

【００７０】また、測定時、制御装置本体６１では、制
御部４４・４９からの測定値信号の入力時、制御部４４
と制御部４９との(4) ・(6) ・(5) ・(7) 式による距離
Ｌ₁・Ｌ₃ の信号を二重に入力させることができて、竪
坑側トータルステーション４１や中間トータルステーシ
ョン４６の測定値信号の誤差を修正することができ、一
層、測定精度を向上させることができる。ちなみに、こ
のことは、中間トータルステーション４６と中間反射器
５２とが複数配置される場合でも、隣り合う中間トータ
ルステーション４６・４６間において、相互の測定値信
号を二重に制御装置本体６１に入力させることとなるた
め、測定精度の向上に寄与できる。

【００７１】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次元の隧道の測定では、トータ
ルステーション４１・４６の光学部４２・４７を鉛直方
向に傾斜させずに直立させ、位置測定装置４０の横角度
の信号のみを使用して、先頭管体１１Ａの位置（ｘ，
ｙ）を測定すれば良い。

【００７２】そして、実施形態における推進装置Ｐの制
御装置６０は、竪坑２の近傍に配設され、図１３に示す
ように、制御装置本体６１、表示器６２、指示計６３、
キーボード６４、操作盤６５、電源６７等を備えて構成
されている。また、制御装置６０は、各元押しジャッキ
３３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。

【００７３】制御装置本体６１は、図１４に示すよう
に、２つの演算部６１ａ・６１ｂと所定の図示しない制
御部・記憶部とを備え、演算部６１ａに地球固定座標系
で表わした計画軌道データが入力される。そして、演算
部６１ａが、位置測定装置４０からの距離と角度との信
号から、ユニットＡの位置を演算して算出し、計画軌道
データとの誤差を算出して、後述する機体座標系に変換
し、誤差を無くすように、後述する開口調整ジャッキ群
１２の操作量ＬＹ・ＬＺを演算部６１ｂにインプット
し、演算部６１ｂが、操作量ＬＹ・ＬＺに対応して開口
調整ジャッキ群１２を操作する水平コマンド信号と鉛直
コマンド信号とを出力する。

【００７４】なお、制御装置本体６１の演算部６１ａに
入力される計画軌道データは、キーボード６４を利用し
て入力する。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６１の演算部６１ａ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６２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。つぎ
に、この制御装置本体６１の制御による推進装置Ｐの各
ユニットＡ・Ｂ・Ｃの推進について説明する。

【００７５】なお、推進は、制御装置６０の図示しない
作動スイッチを操作して元押しジャッキ３３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、さらに、適宜、中間トー
タルステーション４６と中間反射器５２とを搭載済みの
回収台車５４を管体１１に固定しているユニットＣを、
推進させることとなる。

【００７６】また、中間トータルステーション４６の制
御部４９・センサ１５・６９から延びる配線、回収台車
５４の駆動モータから延びる配線、油圧ジャッキ１４か
ら延びる配管等は、省略してあるが、管体１１を順次増
設させる際に、竪坑２内において、新たな管体１１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、配線等を
設置できる。

【００７７】そして、図１５に示すように、竪坑２から
計画軌道に沿ってユニットＡがＧ地点に到達したとす
る。図１５のＸＹＺは、地球に固定された軸、すなわ
ち、地球固定座標軸であり、０は、出発点の竪坑２の位
置である。また、図１５の符号７１は、掘削中の３次元
軌道である。

【００７８】この３次元軌道７１は、ＸＹ平面に投影し
た水平面軌道７２と、垂直面軌道７４と、で表わされ
る。垂直面軌道７４は、図１６に示すように、３次元軌
道７１をＸＺ平面に投影した軌道である。

【００７９】そして、実施形態の３次元軌道の自動推進
は、縦の垂直面軌道７４と横の水平面軌道７２とに分け
て制御系を組み、縦と横との時分割で行なう。すなわ
ち、所定時間毎、例えば、１０秒毎に切り換えて、縦と
横とを交互に制御する。制御されない休止期間は、休止
直前の値でホールドする。

【００８０】そして、Ｇ地点における計画軌道データを
読み出した値をｘ_c 、ｙ_c 、ｚ_c とし、位置測定装置４
０を利用して制御装置本体６１の演算部６１ａが演算し
て測定したユニットＡの位置をｘ、ｙ、ｚとすれば、両
者の差、 ｘ_e ＝ｘ_c −ｘ …（10） ｙ_e ＝ｙ_c −ｙ …（11） ｚ_e ＝ｚ_c −ｚ …（12） を零にするように、ユニットＡを制御すれば、計画軌道
に施工軌道を一致させることができる。そして、実施形
態の場合、ユニットＡには、開口調整ジャッキ群１２に
おける放射状の４箇所に配置された複数の開口調整ジャ
ッキ１３が設けられており、開口調整ジャッキ群１２に
よる後続のユニットＢとの開口調整によって、縦あるい
は横の開口調整した方向にユニットＡを進行させること
ができ、そしてさらに、地球固定座標系における計画軌
道データと、同じく、地球座標系で測定した施工位置と
の差、すなわち、既述のｘ_e ，ｙ_e ，ｚ_e を、ユニット
Ａを基準とする機体座標系で開口調整ジャッキ群１２を
制御すれば、正確、かつ、円滑に、計画軌道に施工軌道
を一致させることができることとなる。

【００８１】なお、制御装置本体６１の演算部６１ａに
予め入力されている３次元軌道７１の計画軌道データに
ついて説明すれば、水平面軌道７２での計画軌道は、一
般に直線と円弧で表わされることから、図１７に示すよ
うに、０を、竪坑２の位置に対応する原点として、例え
ば、距離０〜Ｌ₅ を直線、距離Ｌ₅ 〜Ｌ₆ を円弧（半径
Ｒ₁ ）とし、計画軌道方位をψ_c 、計画軌道Ｘ方向距離
をｘ_c 、計画軌道Ｙ方向距離をｙ_c 、ＸＹ平面での推進
速度をＶ₁ とすれば、制御装置本体６１の演算部６１ａ
には、予め、距離０〜Ｌ₅ までは、（ｄψ_c ／ｄｔ）＝
０、距離Ｌ₅ 〜Ｌ₆ までは、（ｄψ_c ／ｄｔ）＝Ｖ₁ ／
Ｒ₁ 、及び、ψ_c の初期値ψ₀ が、それぞれ、インプッ
トされている。

【００８２】そのため、演算部６１ａが読み出しをｄｔ
毎に行ない、初期値ψ₀ を基準に、 ψ_c ＝∫（ｄψ_c ／ｄｔ）ｄｔ …（13） を演算部６１ａが演算し、さらに、 ｘ_c ＝∫Ｖ₁ cos ψ_c ｄｔ …（14） ｙ_c ＝∫Ｖ₁ sin ψ_c ｄｔ …（15） を演算すれば、（ｘ_c ，ｙ_c ）を読み出すことができ
る。

【００８３】さらに、垂直面軌道７３での計画軌道も同
様に、図１８に示すように、例えば、距離０〜Ｌ₇ を直
線、距離Ｌ₇ 〜Ｌ₈ を円弧（半径Ｒ₂ ）とし、計画軌道
方位をθ_c 、計画軌道Ｚ方向距離をｚ_c 、ＸＺ平面での
推進速度をＶ₂ とすれば、制御装置本体６１の演算部６
１ａには、予め、距離０〜Ｌ₇ までは、（ｄθ_c ／ｄ
ｔ）＝０、距離Ｌ₇ 〜Ｌ₈ までは、（ｄθ_c ／ｄｔ）＝
Ｖ₂ ／Ｒ₂ 、及び、θ_c の初期値θ₀ が、それぞれ、イ
ンプットされている。

【００８４】そのため、演算部６１ａが読み出しをｄｔ
毎に行ない、初期値θ₀ を基準に、 θ_c ＝∫（ｄθ_c ／ｄｔ）ｄｔ …（16） を演算部６１ａが演算し、さらに、 ｚ_c ＝∫Ｖ₂ cos ψ_c ｄｔ …（17） を演算すれば、（ｚ_c ）を読み出すことができる。

【００８５】なお、推進速度Ｖ₁ ・Ｖ₂ は、位置測定装
置４０を利用して演算した先頭反射器５１の位置（ｘ，
ｙ，ｚ）の単位時間あたり微小変化ｄｘ、ｄｙ、ｄｚに
より、 Ｖ₁ ＝（（ｄｘ）² ＋（ｄｙ）² ）^1/2 ／ｄｔ …（18） Ｖ₂ ＝（（ｄｘ）² ＋（ｄｚ）² ）^1/2 ／ｄｔ …（19） で算出する。

【００８６】そして、横の水平面軌道７２での制御につ
いて具体的に説明すれば、図１９に示すように、例え
ば、水平面軌道７２のｇ地点にユニットＡが到達してい
るとする。この時、制御装置本体６１の演算部６１ａ
は、計画軌道データから（ｘ_c ，ｙ_c ）を読み出すとと
もに、測定したユニットＡの位置（ｘ，ｙ）と、（10）
・（11）式とから、ｘ_e とｙ_e とを求める。

【００８７】そして、ｘとｙとの微小変化ｄｘとｄｙ
（単位時間変化）とを用いて、ユニットＡの水平面軌道
７２での推進角度をψとすれば、 ψ＝ tan^-1ｄｙ／ｄｘ …（20） で求めることができる。

【００８８】この時、ユニットＡの推進方向Ｘ_B に対し
て直角なＹ_B 方向の計画軌道に対する位置誤差をｙ_Beと
すれば、 ｙ_Be＝ｙ_e cosψ−ｘ_e sinψ …（21） で求めることができ、このｙ_Beが常に零となるように、
演算部６１ｂが開口調整ジャッキ群１２における横方向
の開口調整ジャッキ１３を制御する。そして、この（2
1）式によるｙ_Beの値を零にする制御が、地球固定座標
系の測定値と計画軌道データとの誤差を、ユニットＡに
固定された座標、すなわち、ユニットＡを基準とする機
体座標系に変換して、制御することとなる。

【００８９】この制御は、例えば、Ｘ軸に比較的沿った
経路、すなわち、ψ≒０の時には、ｙ_e を零にし、逆
に、ψ≒９０の時には、ｘ_e を零にするような制御とな
る。

【００９０】そして、ｙ_Beを零にする制御は、ＰＩＤ制
御理論により行なう。すなわち、 ＬＹ＝（Ｋ_D ・Ｓ＋Ｋ_P ＋Ｋ_I ／Ｓ）・ｙ_Be …（22） を演算して、制御する。

【００９１】ここに、ＬＹ：横開口調整ジャッキストロ
ーク、 Ｋ_D ：微分ゲイン、 Ｋ_P ：比例ゲイン、 Ｋ_I ：積分ゲイン、 Ｓ ：微分を表わす（ラプラス変換複素パラメータ）、 １／Ｓ：積分を表わす（ラプラス変換複素パラメータ）
である。

【００９２】なお、Ｋ_D は、ｙ_Beの高周波成分に有効で
あり、Ｋ_P は、ｙ_Beの全周波数域に有効であり、Ｋ_I
は、ｙ_Beの低周波成分に有効である。これらの値は、ユ
ニットＡの運動に合わせて、予め、適する値を設定して
おく。

【００９３】つぎに、縦の垂直面軌道７３での制御につ
いて説明すれば、横の水平面軌道７２での制御と同様で
あって、図２０に示すように、例えば、垂直面軌道７３
のｇ´地点にユニットＡが到達しているとする。この
時、制御装置本体６１の演算部６１ａは、計画軌道デー
タから（ｘ_c ，ｚ_c ）を読み出すとともに、測定したユ
ニットＡの位置（ｘ，ｚ）と、（10）・（12）式とか
ら、ｘ_e とｚ_e とを求める。

【００９４】そして、ｘとｚとの微小変化ｄｘとｄｚ
（単位時間変化）とを用いて、ユニットＡの垂直面軌道
７３での推進角度をθとすれば、 θ＝ tan^-1ｄｚ／ｄｘ …（23） で求めることができる。

【００９５】この時、ユニットＡの推進方向Ｘ_B に対し
て直角なＺ_B 方向の計画軌道に対する位置誤差をｚ_Beと
すれば、 ｚ_Be＝ｚ_e cosθ−ｘ _e sinθ …（24） で求めることができ、このｚ_Beが常に零となるように、
演算部６１ｂが開口調整ジャッキ群１２の縦方向の開口
調整ジャッキ１３を制御する。

【００９６】そして、ｚ_Beを零にする制御も、ＰＩＤ制
御理論により行なう。すなわち、 ＬＺ＝（Ｋ_D ・Ｓ＋Ｋ_P ＋Ｋ_I ／Ｓ）・ｚ_Be …（25） を演算して、制御する。

【００９７】ＬＺは、縦開口調整ストロークであり、Ｋ
_D 、Ｋ_P 、Ｋ_I は、（22）式と同様に、それぞれ、微分
ゲイン、比例ゲイン、積分ゲインであり、Ｓも同様に、
微分を表わし（ラプラス変換複素パラメータ）、１／Ｓ
も同様に、積分を表わす（ラプラス変換複素パラメー
タ）。

【００９８】なお、（25）式のゲインＫ_D 、Ｋ_P 、Ｋ_I
は、原則として、横方向の制御と同一で良いが、重力の
影響等を考慮して、適宜変更しても良い。

【００９９】そして、横方向の操作量ＬＹの制御は、図
３・５の左の２本の開口調整ジャッキ１３Ａ・１３Ｂと
右の２本の開口調整ジャッキ１３Ｃ・１３Ｄをそれぞれ
組みとして、左の開口調整ジャッキ１３Ａ・１３Ｂと右
の開口調整ジャッキ１３Ｃ・１３Ｄとを差動的に作動さ
せて行なう。また、縦方向の操作量ＬＺは、図３・５の
上側の左右の開口調整ジャッキ１３Ａ・１３Ｃと下側の
左右の開口調整ジャッキ１３Ｂ・１３Ｄとをそれぞれ組
みとして、上の開口調整ジャッキ１３Ａ・１３Ｃと下の
開口調整ジャッキ１３Ｂ・１３Ｄとを差動的に作動させ
て行なう。

【０１００】つぎに、ユニットＡが、地球固定座標系で
周方向に回転して、すなわち、ロール角を生じさせて推
進された場合について述べる。

【０１０１】ピッチ角θがある値を持って、ヨー角ψを
変える３次元軌道をユニットＡが推進される時、自然発
生的にロール角φが発生する。例えば、ピッチ角θが１
０°で、ヨー角ψが０°から９０°に変化すれば、ヨー
角ψが０°の時には、ロール角φも０°であるが、ヨー
角ψが９０°の時には、ロール角φが１０°となってし
まう。

【０１０２】そして、上記の操作量ＬＹは、水平面内で
の開口調整ジャッキ群１２の制御であり、また、操作量
ＬＺは、鉛直面内での開口調整ジャッキ群１２の制御で
ある。そのため、ユニットＡがロール角φを生じさせた
場合には、これらの操作量ＬＹ・ＬＺを補正する必要が
生ずる。

【０１０３】この補正は、図２１に示すように、ユニッ
トＡがロール角φでロールした時、地球固定座標系での
操作量ＬＹ・ＬＺを、ユニットＡを基準とする機体座標
系の左右方向の操作量（ＬＹ）と、上下方向の操作量
（ＬＺ）とに変換する補正となる。

【０１０４】そのため、操作量ＬＹを（ＬＹ）と（Ｌ
Ｚ）とにより変換操作する時には、 （ＬＹ）＝ＬＹ・ cosφ …（26） （ＬＺ）＝ＬＹ・ sinφ …（27） に変換して、図３・５の開口調整ジャッキ１３Ａ・１３
Ｂと開口調整ジャッキ１３Ｃ・１３Ｄとを差動的に制御
する。

【０１０５】また、操作量ＬＺを（ＬＺ）と（ＬＹ）と
により変換操作する時には、 （ＬＺ）＝ＬＺ・ cosφ …（28） （ＬＹ）＝−ＬＺ・ sinφ …（29） に変換して、図３・５の開口調整ジャッキ１３Ａ・１３
Ｃと開口調整ジャッキ１３Ｂ・１３Ｄとを差動的に制御
する。

【０１０６】上記（26）・（27）・（28）・（29）式
は、ユニットＡに設置されたロール角センサ６９からの
信号を入力した演算部６１ｂが、ロール角φと演算部６
１ａからの操作量ＬＹ・ＬＺの値とを演算して、開口調
整ジャッキ群１２に水平・鉛直コマンド信号を出力して
制御することとなる。

【０１０７】なお、上記のロール角φは、右回りを正と
し、ピッチ角θは、推進方向での上向きを正とし、ヨー
角ψは、右回りを正としている。

【０１０８】また、ロール角センサ６９は、既述したよ
うに、重力を利用したジャイロであることから、時間が
経過しても、誤差を生じさせず、精度良く、機体座標系
で開口調整ジャッキ群１２を制御することができる。

【０１０９】さらに、ｙ_Beとｚ_Beとの値が零となった際
の先頭の各開口調整ジャッキ１３のストロークを検出し
ている開口調整検出センサ１５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
Ｈを、制御装置本体６１が記憶する。

【０１１０】そして、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Ｈ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１２
の各開口調整ジャッキ１３を制御する。

【０１１１】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５１の設置位置からユニットＢまで
の距離を、位置測定装置４０を利用して測定されたユニ
ットＡの先頭反射器５１の移動距離Ｌ₀ から、減算すれ
ば良い。

【０１１２】移動距離Ｌ₀ の算出は、位置測定装置４０
を利用して演算した先頭反射器５１の位置（ｘ，ｙ，
ｚ）の単位時間あたり微小変化ｄｘ、ｄｙ、ｄｚによ
り、 Ｌ₀ ＝∫（（ｄｘ）² ＋（ｄｙ）² ＋（ｄｚ）² ）^1/2 ｄｔ…（30） として算出できる。

【０１１３】また、先頭反射器５１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５
１からピストンロッド１４ｂを伸ばしていない状態での
先頭の開口調整ジャッキ１３の後端までの距離と、開口
調整検出センサ１５からの信号に基く先頭の開口調整ジ
ャッキ群１２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。

【０１１４】また、補正開口差は、制御装置本体６１に
おいて記憶した既述の開口差Ｈ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１３のピストンロッド１
４ｂを伸ばしていない状態での覆い管３０を除いたユニ
ットの長さである。

【０１１５】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
１２を制御するようにしても良い。

【０１１６】理論的開口差（ジャッキ位置における開口
差（ｍ））Ｈ₁ は、 Ｈ₁ ＝（Ｂ_C −ｔ）δ／２^1/2 …（31） 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。

【０１１７】そして、実施形態では、竪坑２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３３の推進力で、各ユニットを推進
させていけば、竪坑側トータルステーション４１と中間
トータルステーション４６とが、それぞれ、中間反射器
５２・先頭反射器５１・竪坑反射器５３までの距離と角
度を測定し、さらに、制御装置本体６１が、それらの距
離と角度とを演算して、竪坑２に対するユニットＡの位
置を測定することから、従来のジャイロを利用する場合
に比べ、誤差を抑えて、極めて高精度にユニットＡの位
置を測定できる。

【０１１８】そして、中間・先頭・竪坑反射器５２・５
１・５３は、微妙な角度調整を行なわなくとも、単に、
近傍のトータルステーション４１・４６の発光部４２ａ
・４７ａから発した光波をそのトータルステーションの
受光部４２ｂ・４７ｂに送り返すだけであり、コーナキ
ューブリフレクタ等を利用すれば、角度を調整せずに、
光波の送り返しが行なえることから、迅速に、各トータ
ルステーション４１・４６が、近傍の反射器５２・５１
・５３までの距離と角度を測定できる。

【０１１９】したがって、実施形態の管体１１の推進装
置Ｐと推進工法では、先頭のユニットＡの位置測定を誤
差を抑えて迅速に行なえ、高い精度で容易に、管体１１
を計画軌道データに沿って自動的に曲線状に敷設でき
る。また、表示器６２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。

【０１２０】そして、実施形態では、中間トータルステ
ーション４６と中間反射器５２とを、自走可能な回収台
車５４に搭載させていることから、管体１１の敷設後
に、回収台車５４を走行させて隧道１の外側である竪坑
２に移動させれば、回収台車５４ごと、中間トータルス
テーション４６と中間反射器５２を回収することができ
るため、装置４０の有効利用が図れるとともに、人の入
れない小口径の管体１１を敷設する場合でも、自動的に
管体１１を容易に高精度に曲線状に敷設することができ
る。

【０１２１】また、実施形態では、制御装置６０が、先
頭のユニットＡの位置を、地球固定座標系で測定し、そ
の測定値と計画軌道データとの誤差を、先頭のユニット
Ａを基準とする機体座標系に変換して、開口調整ジャッ
キ群１２を制御しており、先頭のユニットＡの横ずれを
的確に修正しつつ、高精度に管体１１を曲線状に敷設す
ることができる。

【０１２２】なお、先頭のユニットＡの位置を、地球固
定座標系で測定し、その測定値と計画軌道データとの誤
差を、先頭のユニットＡを基準とする機体座標系に変換
して、開口調整ジャッキ群１２を制御する推進工法は、
実施形態のような竪坑２と先頭管体１１との間の中間部
位に、トータルステーション４６や中間反射器５２を配
置させた位置測定装置４０を使用する場合に限らず、ユ
ニットＡ若しくは先頭管体１１の位置を測定できれば、
特許第２８０８４２１号公報に記載されている位置測定
装置等を使用したりして、実施することができ、それら
の場合でも、先頭のユニットＡや管体１１の横ずれを的
確に修正しつつ、高精度に管体１１を曲線状に敷設する
ことができる。

【０１２３】また、実施形態では、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４０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６１
に入力される計画軌道のデータは、水平面軌道７２だけ
のデータとなり、キーボード７２を利用して制御装置本
体６１に入力しておけば良い。

【０１２４】さらに、掘削時の隧道１が長くなる場合に
は、管体１１・１１間に、元押しジャッキ３３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１
１に開口調整ジャッキ群１２を設け、中押しジャッキの
周囲の前後の管体１１相互間と、開口調整ジャッキ群１
２と、の周囲を覆う覆い管３０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１１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
６０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３３と同様に作動させれば良い。

【０１２５】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。

【０１２６】この場合の推進でも、制御装置本体６１の
制御は、上述と同様であり、開口調整時、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Ｈ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１２の各
開口調整ジャッキ１３を制御すれば良い。

【０１２７】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１３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３０を省いた各ユニットの長
さ）を、順次、制御装置本体６１に入力させておき、演
算部６１ａにおいて、ユニットＡの移動距離Ｌ₀ から、
先頭反射器５１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１５からの信号に基く各開口調
整ジャッキ群１２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５１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Ｌ₀ から、減算
すれば良い。

【０１２８】また、補正開口差は、演算部６１ａにおい
て、記憶した既述の開口差Ｈ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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の推進装置を示す図であ
る。

【図２】同実施形態の開口調整ジャッキ群を示す図であ
る。

【図３】図２の III− III部位の概略断面図を示す図で
ある。

【図４】開口調整ジャッキ群の変形例を示す図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ部位の概略断面図を示す図であ
る。

【図６】同実施形態の開口調整ジャッキの制御系ブロッ
ク図である。

【図７】図６を伝達函数の形に表わしたブロック図であ
る。

【図８】同実施形態の位置測定装置を示す概略配置図で
ある。

【図９】同実施形態の位置測定装置による水平面上での
測定作業を説明する図である。

【図１０】同実施形態の位置測定装置による鉛直面上で
の測定作業を説明する図である。

【図１１】同実施形態に使用する回収台車の正面図であ
る。

【図１２】同実施形態に使用する回収台車の側面図であ
る。

【図１３】同実施形態に使用する制御装置の正面図であ
る。

【図１４】同実施形態の制御系のブロック図である。

【図１５】計画軌道を地球固定座標系で表した状態を示
す図である。

【図１６】計画軌道を鉛直面軌道で表わした状態を示す
図である。

【図１７】計画軌道データの水平面上での読み出しを説
明する図である。

【図１８】計画軌道データの鉛直面上での読み出しを説
明する図である。

【図１９】水平面軌道での機体座標系による誤差修正を
説明する図である。

【図２０】鉛直面軌道での機体座標系による誤差修正を
説明する図である。

【図２１】機体座標系によるロール角の修正を説明する
図である。

【符号の説明】

１…隧道、 ２…竪坑、 １１…管体、 １２…開口調整ジャッキ群、 ４０…位置測定装置、 ４１…竪坑側トータルステーション、 ４２・４７…光学部、 ４２ａ・４７ａ…発光部、 ４２ｂ・４７ｂ…受光部、 ４３・４８…回動手段、 ４４・４９…制御部、 ４６…中間トータルステーション、 ５１…先頭反射器、 ５２…中間反射器、 ５３…竪坑反射器、 ５４…回収台車、 ６０…制御装置、 Ｐ…推進装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/06 311

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、 制御装置が、前記先頭管体の前記竪坑に対する２次元若
   しくは３次元の位置を測定可能な位置測定装置を利用し
   て、前記先頭管体の位置を測定し、前記先頭管体の推進
   位置を予め入力されていた計画軌道データに一致させる
   ように、前記開口調整ジャッキ群を制御して、前記複数
   の管体を曲線状に敷設する管体の推進工法であって、 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、を備えた竪坑側トータルステーションと、 前記先頭管体に配置されて、後方から発する光波を入射
   させて反射させるコーナキューブリフレクタからなる先
   頭反射器と、 前記竪坑側トータルステーションと前記先頭反射器との
   間の管体に、所定数配置されて、前記竪坑側トータルス
   テーションと同様に、前記光学部、前記回動手段、及び
   前記制御部を備えた中間トータルステーションと、 該中間トータルステーションに近接して配置されて、近
   傍のトータルステーションが発する光波を入射させて反
   射させるコーナキューブリフレクタからなる中間反射器
   と、 前記竪坑側トータルステーションに近接して配置され
   て、前方の前記中間トータルステーションが発する光波
   を入射させて反射させるコーナキューブリフレクタから
   なる竪坑反射器と、 を具備し、前記先頭管体に、先頭管体のロール角を検出するロール
   角センサが設けられ、 前記制御装置が、前記位置測定装置における前記各トー
   タルステーションの制御部と前記ロール角センサとに電
   気的に接続され、 前記位置測定装置が、 前記中間トータルステーションの各光学部を上下左右に
   振らせて後方における直後の前記反射器に向け、前記中
   間トータルステーションの発光部から発する光波を、後
   方における直後の前記反射器に反射させて、前記中間ト
   ータルステーションの受光部に送り返し、前記中間トー
   タルステーションにおける後方のトータルステーション
   からの距離と角度とを測定するとともに、 前記中間トータルステーションを前方側に向け、さら
   に、前記各トータルステーションの各光学部を上下左右
   に振らせて前方における直前の前記反射器に向けて、前
   記各トータルステーションの発光部から発する光波を、
   前方における直前の前記反射器に反射させて、前記各ト
   ータルステーションの受光部に送り返し、前記各トータ
   ルステーションから前方における直前の前記各反射器ま
   での距離と角度とを測定し、 前記制御装置が、 前記位置測定装置からの距離と角度との信号から、前記
   竪坑側トータルステーションに対する前記先頭反射器を
   配置させた前記先頭管体の２次元若しくは３次元の位置
   を演算して、前記先頭管体の位置を地球固定座標系で測
   定し、 前記先頭管体の推進位置を予め入力されていた計画軌道
   データに一致させるように、前記測定値と前記計画軌道
   データとの誤差を、前記先頭管体を基準とする機体座標
   系に変換するとともに、前記ロール角センサによって検
   出した前記先頭管体のロール角分を補正しつつ、前記開
   口調整ジャッキ群を制御することを特徴とする管体の推
   進工法。
2. 【請求項２】 前記中間トータルステーションと前記中
   間反射器とを、自走可能な台車に搭載させて、前記管体
   の敷設後に、隧道の外側に移動させて回収するようにし
   たことを特徴とする請求項１に記載の管体の推進工法。