JP3701279B2

JP3701279B2 - シールド機相対位置検出方法及び装置

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Publication number: JP3701279B2
Application number: JP2002359105A
Authority: JP
Inventors: 幸信佐々木; 林孝志小; 田寿溝; 田憲彦岩; 川善一石; 尾正博神; 藤誠加
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2022-12-11
Also published as: JP2004190325A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中接合工法における水平探査ボーリングを行う際の接合位置検出技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド機による掘削を行うに際しては、発進立孔、到達立孔を設ける必要がある。
近年の住宅事情その他の社会的要請によって、特に都市部や住宅地では立孔の掘削が非常に困難である。また、シールド機による掘削は、例えば海底トンネル掘削のような用途に適しているが、海底トンネル等では、立孔を容易に掘削することが出来ない。この様に、立孔掘削が困難な領域において、シールド機を用いて施工するためには、シールド機による掘削距離を長くしなければならない。
ここで、例えば海底トンネルを両端からシールド機で掘削するに際しては、両シールド機を所定位置で相互に一致させなければならない。
しかし、シールド機掘進距離が長くなった場合には、両シールド機を所定位置で相互に一致させることが技術的に難しくなり、両シールド機相互の相対位置を正確に計測しなければ、不可能となる。そのため、上述のようにシールド機による掘進距離が長い場合には、地中接合工事の重要性が増し、両シールド機相互の相対位置の計測について要求される精度も高くなり、困難性も増加する。
【０００３】
この様なシールド機による掘削工法における両シールド機相互の相対位置計測方法に関し、特開昭６１−２５４７９３号公報及び特開昭６２−２８８２９７号公報には、一方のシールド機から、先端に磁気センサを設けたパイプを伸長し、そのパイプの先端に設けた磁気センサで他方のシールド機のカッタディスクを検出し、検出した波形を予め採取した検出波形と比較して磁気センサの位置を検出することにより両シールド機の相対位置を求める技術が開示されている。
【０００４】
しかし、特開昭６１−２５４７９３号公報及び特開昭６２−２８８２９７号公報で開示されている技術では、先端に磁気センサを設けたパイプを他方のシールド機側へ伸長させるに際しては、
（ａ）先端に掘削ビットを設けたボーリングロッドにより他方のシールド機近傍の位置までボーリング孔を掘削し、
（ｂ）当該ボーリング孔から、先端の掘削ビットごとボーリングロッドを引き抜き、
（ｃ）当該ボーリング孔内へ、先端に磁気センサを設けたパイプを挿入して、他方のシールド機側へ伸長せしめる、
という３つの工程を実施する必要があり、その結果、作業が煩雑であり、且つ、作業効率が低い、という問題を有していた。
【０００５】
特公平８−１９８２１号公報では図９〜図１１に示すように、ボーリングパイプ１０の先端部１１に位置検出ミラー１２、磁気センサ１３、ラジオアイソトープセンサ１４を取付けた技術が開示されている。
【０００６】
この技術では、ボーリングパイプ１０を一方のシールド機Ａのバルクヘッド１に設けた透孔２から突出させて他方のシールド機Ｂに向けてボーリングする。
ボーリングした後、前記位置検出ミラー１２により前記ボーリングパイプ１０の軸線上に設けた光学測量機３で先端部１１の位置を検出し、同時に前記磁気センサ１３で先端部１１と他方のシールド機Ｂのカッタディスク２２との距離を計測する。
ボーリングパイプ１０の先端部１１が他方のシールド機Ｂのカッタディスク２２と干渉しない距離でボーリングパイプ１０の伸長作動を停止させ、そこで他方のシールド機Ｂにカッタディスク２２の回転軸２１に設けた角度検出器２３により磁気センサ１３と前記カッタディスク２２との距離及びカッタディスクスリットの位置を検出する。
ボーリングパイプ１０をその検出したカッタディスクスリットを貫通させて、ボーリングパイプ１０の先端１１を他方のシールド機Ｂのバルクヘッド２０に近接させる。そして、ボーリングパイプ１０の先端部１１に設けたラジオアイソトープセンサ１４に対して、バルクヘッド２０の内側から熱線カウンタ２４を、上下左右（直交する２方向）に移動させて、先端部１１の位置を検出している。
【０００７】
係る技術によれば、ボーリングパイプ１０でボーリング孔の掘削を行った後に、当該ボーリングパイプ１０先端に設けた位置検出ミラー１２、磁気センサ１３、ラジオアイソトープセンサ１４等を用いて、他方のシールド機Ｂの位置を検出している。従って、ボーリングロッドの引き抜き工程と、センサを設けたパイプの挿入工程とを省略して、特開昭６１−２５４７９３号公報及び特開昭６２−２８８２９７号公報で開示されている技術における問題に対処することが出来る。
【０００８】
しかし、特公平８−１９８２１号公報の技術では、以下の点が問題となる。
（１）センサ工に先立って、ボーリング工の削孔工程が必要である。
（２）削孔に使用したビットを回収しなければならないので、複雑な先端止水装置が必要となる。
（３）ビットを回収した後、センサーヘッドを装備したロッドを挿入して、センサ工を行う。そのため、ビットを引き抜く作業と、センサを挿入する作業の分だけ、労力が費やされ、コストが増加する。
（４）回収型のビットを使用するため、軟弱地盤でないと対応することが出来ない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、接近したシールド機との相対位置を検出するに際して、出来る限り検出工程数を減少することが出来て、掘削された土砂を被ってもセンサ等を破損することが無く、しかも回収型のビットではボーリング孔を掘削出来ないような非軟弱地盤であってもシールド機同士の相対位置を計測出来るシールド機相対位置計測方法及び装置の提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、相対する２台のシールド機（Ａ、Ｂ）の相対位置を検出するシールド機相対位置検出方法において、水平ボーリングロッド（３０）の先端部（３１）に掘削用ビット（カッタビット３１ｂ）、ラジオアイソトープセンサ（３４）、及び磁気センサ（３３）が設置されており、水平ボーリングロッド（３０）を一方のシールド機（Ａ）から他方のシールド機（Ｂ）に向けて伸長する工程と、他方のシールド機（Ｂ）のカッタディスク（４２）を回転させて該カッタディスク（４２）の回転軸に設けた角度検出器（４３）を用いて磁気センサ（３３）と前記カッタディスク（４２）との距離及びカッタディスクスリットの位置を検出する工程と、検出されたカッタディスクスリットを水平ボーリングロッド（３０）が貫通して、その先端部（３１）を他方のシールド機（Ｂ）のバルクヘッド（４０）に近接させる工程と、前記水平ボーリングロッド（３０）の先端部（３１）に設けたラジオアイソトープセンサ（３４）に対してバルクヘッド（４０）の内側（シールド機Ａから離隔する側）から熱線カウンタ（４４）を移動させて前記先端部（３１）の位置を検出する工程、とを含んでいる（請求項１）。
【００１１】
また、本発明のシールド機相対位置検出装置は、相対する２台のシールド機の相対位置を検出するシールド機相対位置検出装置において、一方のシールド機（Ａ）には、他方のシールド機（Ｂ）に向けて伸長する様に構成された水平ボーリングロッド（３０）が設けられ、該ボーリングロッド（３０）の先端部（３１）には掘削用ビット（カッタビット３１ｂ）が設けられ他方のシールド機（Ｂ）に向かうボーリング孔を掘削出来る様に構成されており、当該先端部（３１）に、ラジオアイソトープセンサ（３４）、及び磁気センサ（３３）が設置されており、他方のシールド機（Ｂ）のカッタディスク（４２）の回転軸には角度検出器（４３）が設けられ、他方のシールド機（Ｂ）のバルクヘッド（４０）の内側（シールド機Ａから離隔する側）には熱線カウンタ（４４）及びそれを移動させる移動手段が設けられている（請求項３）。
【００１２】
本発明のシールド機相対位置検出装置の実施に際して、制御手段を設け、該制御手段は、前記磁気センサ（３３）の検出結果に基いて水平ボーリングロッド（３０）の先端部（３１）と他方のシールド機（Ｂ）のカッタディスク（４２）との距離を計測し、水平ボーリングロッド（３０）の先端部（３１）が他方のシールド機（Ｂ）のカッタディスク（４２）と干渉しない距離で前記水平ボーリングロッド（３０）の伸長を停止し、他方のシールド機（Ｂ）のカッタディスク（４２）を回転させて該カッタディスク（４２）の回転軸に設けた角度検出器（４３）を用いて磁気センサ（３３）と前記カッタディスク（４２）との距離及びカッタディスクスリットの位置を検出し、検出されたカッタディスクスリットを水平ボーリングロッド（３０）が貫通して、その先端部（３１）を他方のシールド機（Ｂ）のバルクヘッド（４０）に近接させ、前記水平ボーリングロッド（３０）の先端部（３１）に設けたラジオアイソトープセンサ（３４）に対してバルクヘッド（４０）の内側から熱線カウンタ（４４）を移動させて前記先端部（３１）の位置を検出する制御を行う様に構成されているのが好ましい（請求項４）。
【００１３】
ここで、上記磁気センサには、磁気抵抗素子、或いはホールセンサを用いることが好ましい。
【００１４】
又、ラジオアイソトープセンサには、例えばγ線などを用いるのがよい。
【００１５】
係る構成を具備する本発明によれば、一方のシールド機からの水平ボーリングロッドを他方のシールド機のカッタディスクスリットから挿入し、挿入した状態で他方のシールド機のバルクヘッド内側で熱線カウンタを直交する左右上下に移動させる。これにより、水平ボーリングロッドの先端の中心部に埋設したラジオアイソトープセンサの位置は上下（Ｙ方向）、左右（Ｘ方向）において、夫々ピーク値で示されるので、水平ボーリングロッドの先端位置をＸＹ座標で正確に計測出来る。
【００１６】
このように、本発明では、従来技術のように掘削用ロッドとセンサを取り付けたパイプと交換する必要が無く、作業が迅速に行われる。
また、ラジオアイソトープセンサは先端部内の中心部に埋設され、磁気センサは掘削工具とは異なるフード先端に設けているために、掘削された土砂を被っても影響を受けることなく、一方のシールド機と他方のシールド機の相対位置を安全に計測することが出来る。
さらに、本発明では、使用する掘削ビットは、回収型のビットに限定されない。むしろ本発明では、先端部（３１）に掘削用ビット（カッタビット３１ｂ）を設け、他方のシールド機（Ｂ）に向かってボーリング孔を掘削出来る様に構成された水平ボーリングロッド（３０）を用いているので、水平ボーリングロッド（３０）が地中を進行するので、回収型のビットではボーリング孔を掘削出来ないような非軟弱地盤であっても、水平ボーリングロッド（３０）が地中を進行して、シールド機同士の相対位置を計測することが出来る。
【００１７】
本発明のシールド機相対位置検出方法において、前記ラジオアイソトープセンサ（３４）は前記水平ボーリングロッド（３０）の先端部（３１）の中心に位置するコーンクラッシャ（３１ａ）内に埋設されており、該コーンクラッシャ（３１ａ）は（例えば油圧ジャッキ５０に接続され、以って）伸長可能に構成されており、水平ボーリングロッド（３０）が検出されたカッタディスクスリットを貫通出来ない場合に、前記コーンクラッシャ（３１ａ）を伸長してカッタディスクスリットを貫通せしめて、前記ラジオアイソトープセンサ（３４）を他方のシールド機（Ｂ）のバルクヘッド（４０）に近接させる様に構成することが可能である（請求項２）。
【００１８】
或いは、本発明のシールド機相対位置検出装置において、前記ラジオアイソトープセンサ（３４）は前記水平ボーリングロッド（３０）の先端部（３１）の中心に位置するコーンクラッシャ（３１ａ）内に埋設されており、該コーンクラッシャ（３１ａ）は（例えば油圧ジャッキ５０に接続され、以って）伸長可能で、カッタディスクスリットを貫通して前記ラジオアイソトープセンサ（３４）を他方のシールド機（Ｂ）のバルクヘッド（４０）に近接出来る様に構成されているのが好ましい（請求項５）。
【００１９】
この様に、ラジオアイソトープセンサ（３４）を埋め込んだコーンクラッシャ（３１ａ）を（例えば油圧ジャッキ５０に接続して）伸長可能に構成することにより、２台のシールド機（Ａ、Ｂ）の相対位置関係如何により、水平ボーリングロッド（３０）が他方のシールド機（Ｂ）のカッタディスクスリットを貫通出来ない場合であっても、コーンクラッシャ（３１ａ）を伸長してカッタディスクスリットを貫通せしめ、以って、前記ラジオアイソトープセンサ（３４）を他方のシールド機（Ｂ）のバルクヘッド（４０）に近接させることが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００２１】
図１〜図７は本発明の第１実施形態を示している。
先ず、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態で用いられる水平ボーリングロッドの構成に関して説明する。
全体を符号３０で示す水平ボーリングロッドは、掘削部である先端部３１と、該先端部の大部分を円筒状に覆い掘削した土砂を一時貯留するフード３５と、自在接手３６を介して前記先端部３１を回転駆動させる油圧モータ３７と、方向修正用のジャッキ３８と、掘削した土砂を排出する送排泥管５０とから構成されている。
【００２２】
前記先端部３１は、回転軸を兼ねるコーンクラッシャ３１ａと、複数（図示の例では３個）のカッタビット３１ｂ（掘削用ビット）と、コーンクラッシャ３１ａに固着され前記複数のカッタビット３１ｂを支持する複数（図示の例では３個）のカッタビット支持部材３１ｃとによって構成される。
すなわち、掘削用のカッタビット３１ｂを設けた先端部３１は、それ自体が掘削用機器として機能する。
【００２３】
前記水平ボーリングロッド３０の先端部３１の内部中心には例えばγ線などのラジオアイソトープセンサ３４が埋設され、前記フード３５の先端で図２の正面図において、前記カッタ支持部材３１ｃの投影されない領域には複数（図示では３個）の磁気センサ３３が複数個配置されている。
【００２４】
ここで、後述するボーリング孔掘削時に磁気センサ３３が破損することを防ぐため、磁気センサ３３はフード３５内に埋設されている。
また、明確には図示されてはいないが、磁気センサ３３の出力を増幅するためのアンプ（増幅器）も、掘削時の破損を防止するために樹脂製部材内に埋め込まれている。
なお、図１、図２において、磁気センサ３３は複数個設けられているが、これは、掘削時に破損しても、最低１つの磁気センサ３３が残存すれば、他方のシールド機の位置検出が可能となるからである。
【００２５】
次に、図１、図２で示す水平ボーリングロッド３０を用いて、近接した２つのシールド機の相対位置を検出する態様について、図３〜図７を参照して説明する。
【００２６】
図３において、図１及び図２で示す水平ボーリングロッド３０を、一方のシールド機ＡのバルクヘッドＡ１に設けた透孔Ａ２から突出させて、他方のシールド機Ｂに向けてボーリング孔を掘削させる。
ボーリング孔を掘削した後、水平ボーリングロッド３０の先端部３１近傍に配置されている磁気センサ３３により、先端部３１と他方のシールド機Ｂのカッタディスク４２との距離を計測する。そして、水平ボーリングロッド３０の先端部３１が、他方のシールド機Ｂのカッタディスク４２と干渉しない距離まで到達したならば、水平ボーリングロッド３０の伸長作動を停止させる。
【００２７】
次に、他方のシールド機Ｂのカッタディスク４２を回転させ、図示しないカッタディスクスリットの付近で、磁気センサ３３の出力変化を、図４の特性図に示すようにモニタ上で計測する。
その際、他方のシールド機Ｂのカッタディスク４２の回転軸４１に設けた角度検出器４３により、図４の特性図の頂部ａで示すカッタディスクスリットの位置を検出させる。なお、磁気センサ３３が検出する対象は鉄だけでもよいが、カッタディスク４２の部分に磁石を設置し、以って、磁気センサ３３の検出感度を向上させ、遠距離からカッタディスクスリットを検出できる様にすることが好ましい。
【００２８】
そして、図５で示す様に、水平ボーリングロッド３０の先端部３１が検出したカッタディスクスリットを貫通して、当該先端部３１を他方のシールド機Ｂのバルクヘッド４０に近接させる。
そこで、バルクヘッド４０の内側から熱線カウンタ４４を用い図６及び図７に示すように、直行する上下左右に熱線カウンタ４４を移動させる。そして、上下方向カウント数のピークｂを含み且つ図７の縦軸と平行な直線と、及び左右方向カウント数のピークｃを含み且つ図７の横軸と平行な直線との交点ｄを求める。
この交点ｄは、ラジオアイソトープセンサ３４すなわち水平ボーリングロッド３０の先端部３１のセンタとして、高精度で計測されるべきものである。
【００２９】
図８は本発明の第２実施形態を示している。
第２実施形態に係る水平ボーリングロッド３０の先端部３１は、図１、図２と概略同様な構成である。
しかし、回転軸を兼ねるコーンクラッシャ３１ａが油圧ジャッキ５０に接続されており、水平ボーリングロッド３０及びその先端部３１が停止しても、コーンクラッシャ３１ａのみを前方（図８では左方）に伸長させることが出来る点が、図１〜図７の第１実施形態と相違している。
なお、コーンクラッシャ３１ａが前方（他方のシールド機側）に伸長した状態は、図８中、点線で示す位置３１ａ−Ｖで示されている。
【００３０】
係る構成を採用した場合には、シールド機同士の位置合わせに不都合が生じ、水平ボーリングロッド３０の先端部３１を、他方のシールド機のカッタディスクスリットを貫通することが出来ない場合に、コーンクラッシャ３１ａを図８中の点線及び符号３１ａ−Ｖで示す様に伸長して、カッタディスクスリットを貫通させて、他方のシールド機のバルクヘッド４０に近接させることが出来るのである。
【００３１】
図８の第２実施形態における他の構成及び作用効果については、図１から図７の第１実施形態と同様である。
【００３２】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下に記載されるような効果を奏する。
（１）カッタディスクが掘進作業によって磨耗し、変形しても影響を受けることがなく、従来技術の様な事前の波形採取や計測後の波形解析作業を不要とするため迅速な計測が可能となる。
（２）光学式の計測手段を使用しないので掘削した土砂による汚損の心配がない。
（３）ラジオアイソトープセンサは先端部内の中心部に埋設され、磁気センサは掘削工具とは異なるフード先端に設けているために、掘削された土砂を被っても影響を受けることがなく、シールド機同士の相対位置を安全に計測することが出来る。
（４）カッタディスクの部分に磁石を設置することなどにより、カッタディスクまでの検出距離を数十ｃｍ〜数ｍまでに拡大することが出来るので、カッタディスクの回転によるセンサ類の損傷の恐れを排除する。
（５）泥水加圧式シールド機や土圧バランス式シールド機の工法を問わないで、ボーリング機を他方のシールド機のバルクヘッドに伸長できるシールド機であれば計測が可能である。
（６）実質的に略同じ方法により、シールド機の立坑到達位置を計測することも出来る。
（７）コーンクラッシャを伸長可能に構成することにより、水平ボーリングロッドがカッタディスクスリットを貫通することが出来ない場合であっても、コーンクラッシャのみがカッタディスクスリットを貫通させて、他方のシールド機のバルクヘッドに近接することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態における水平シールド機の要部断面図。
【図２】図１に対応する正面図。
【図３】水平ボーリングロッドを他方のシールド機に伸ばした状態を示す側面図。
【図４】カッタディスクの回転角度と磁気センサ出力の関係を表した特性図。
【図５】水平ボーリングロッドの先端部をバルクヘッドに近接させた状態を示す側面図。
【図６】ラジオアイソトープセンサ検出の様態を説明する側断面図。
【図７】ラジオアイソトープセンサ検出を説明するモニタ画面。
【図８】本発明の第２実施形態におけるシールド機の断面図。
【図９】従来技術において計測のために、水平ボーリングロッドを他方のシールド機に伸ばした状態を示す側面図。
【図１０】従来技術のボーリングパイプの先端部を示した斜視図。
【図１１】従来技術において計測のために、水平ボーリングロッドの先端部をバルクヘッドに近接させた状態を示す側面図。
【符号の説明】
３０・・・水平ボーリングロッド
３１・・・先端部
３１ａ・・・コーンクラッシャ
３１ｂ・・・カッタビット
３１ｃ・・・カッタビット支持部材
３３・・・磁気センサ
３４・・・ラジオアイソトープセンサ
３５・・・フード
３６・・・自在接手
３７・・・油圧モータ

Claims

相対する２台のシールド機の相対位置を検出するシールド機相対位置検出方法において、水平ボーリングロッドの先端部に掘削用ビット、ラジオアイソトープセンサ、及び磁気センサが設置されており、水平ボーリングロッドを一方のシールド機から他方のシールド機に向けて伸長する工程と、他方のシールド機のカッタディスクを回転させて該カッタディスクの回転軸に設けた角度検出器を用いて磁気センサと前記カッタディスクとの距離及びカッタディスクスリットの位置を検出する工程と、検出されたカッタディスクスリットを水平ボーリングロッドが貫通して、その先端部を他方のシールド機のバルクヘッドに近接させる工程と、前記水平ボーリングロッドの先端部に設けたラジオアイソトープセンサに対してバルクヘッドの内側から熱線カウンタを移動させて前記先端部の位置を検出する工程、とを含むことを特徴とするシールド機相対位置検出方法。
前記ラジオアイソトープセンサは前記水平ボーリングロッドの先端部の中心に位置するコーンクラッシャ内に埋設されており、該コーンクラッシャは伸長可能に構成されており、水平ボーリングロッドが検出されたカッタディスクスリットを貫通出来ない場合に、前記コーンクラッシャを伸長してカッタディスクスリットを貫通せしめて、前記ラジオアイソトープセンサを他方のシールド機のバルクヘッドに近接させる様に構成されている請求項１のシールド機相対位置検出方法。
相対する２台のシールド機の相対位置を検出するシールド機相対位置検出装置において、一方のシールド機には、他方のシールド機に向けて伸長する様に構成された水平ボーリングロッドが設けられ、該ボーリングロッドの先端部には掘削用ビットが設けられて他方のシールド機に向かうボーリング孔を掘削出来る様に構成されており、当該先端部に、ラジオアイソトープセンサ、及び磁気センサが設置されており、他方のシールド機のカッタディスクの回転軸には角度検出器が設けられ、他方のシールド機のバルクヘッドの内側には熱線カウンタ及びそれを移動させる移動手段が設けられていることを特徴とするシールド機相対位置検出装置。
制御手段を設け、該制御手段は、前記磁気センサの検出結果に基いて水平ボーリングロッドの先端部と他方のシールド機のカッタディスクとの距離を計測し、水平ボーリングロッドの先端部が他方のシールド機のカッタディスクと干渉しない距離で前記水平ボーリングロッドの伸長を停止し、他方のシールド機のカッタディスクを回転させて該カッタディスクの回転軸に設けた角度検出器を用いて磁気センサと前記カッタディスクとの距離及びカッタディスクスリットの位置を検出し、検出されたカッタディスクスリットを水平ボーリングロッドが貫通して、その先端部を他方のシールド機のバルクヘッドに近接させ、前記水平ボーリングロッドの先端部に設けたラジオアイソトープセンサに対してバルクヘッドの内側から熱線カウンタを移動させて前記先端部の位置を検出する制御を行う様に構成されている請求項３のシールド機相対位置検出装置。
前記ラジオアイソトープセンサは前記水平ボーリングロッドの先端部の中心に位置するコーンクラッシャ内に埋設されており、該コーンクラッシャは伸長可能で、カッタディスクスリットを貫通して前記ラジオアイソトープセンサを他方のシールド機のバルクヘッドに近接出来る様に構成されている請求項３、４の何れかのシールド機相対位置検出装置。