JP4573815B2 - Drilling direction control device for shield machine in propulsion shield method - Google Patents
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Description
この発明は、推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置に関するものである。 The present invention relates to a digging direction control device for a shield machine in a propulsion shield method.
地中に埋設管を敷設する場合、シールド掘進機によって地中を掘削しながら上記シールド掘進機に接続された複数の埋設管を推し進めて敷設する推進シールド工法が採用されることが多い。 When laying underground pipes in the ground, a propulsion shield method is often employed in which a plurality of underground pipes connected to the shield machine are pushed and installed while excavating the ground with a shield machine.
上記推進シールド工法において、埋設管を計画した位置に敷設するには、地中を掘進するシールド掘進機の推進軌跡及び推進姿勢を管理する必要がある。
そのための手段として、シールド掘進機に光反射手段からなるターゲットと、後述する後方のターゲットに向けて拡散光を投射する光源と、後方のターゲットからの反射光を撮像するカメラまたは撮像手段とを設けると共に、シールド掘進機に接続された複数の埋設管内に所定間隔ごとに中間計測機を設け、この中間計測機に前方または後方のシールド掘進機または中間計測機のターゲットに向けて拡散光を投射する光源と、前方または後方のターゲットからの反射光を受光する受光部と、受光部で確認された投射光と反射光との波長のずれから前方のターゲットとの距離を計測する光波距離計と、前方または後方のターゲットを撮像し、ターゲットの変位を計測して掘進計画線に対するターゲットのずれ角と姿勢を確認するカメラまたは撮像手段とを設けていた。(例えば特許文献1参照)。
In the above-described propulsion shield method, in order to lay the buried pipe at the planned position, it is necessary to manage the propulsion locus and propulsion posture of the shield machine that excavates in the ground.
For this purpose, the shield machine is provided with a target composed of light reflecting means, a light source that projects diffused light toward a rear target, which will be described later, and a camera or imaging means that images the reflected light from the rear target. At the same time, an intermediate measuring machine is provided at predetermined intervals in a plurality of buried pipes connected to the shield machine, and diffused light is projected onto the intermediate machine toward the target of the front or rear shield machine or intermediate machine. A light source, a light receiving unit that receives reflected light from a front or rear target, a lightwave rangefinder that measures a distance between the front target from a wavelength shift between the projected light and the reflected light confirmed by the light receiving unit, and A camera or camera that captures images of front or rear targets, measures the target displacement, and confirms the angle and posture of the target relative to the drilling plan line. It has been provided and means. (For example, refer to Patent Document 1).
従来の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は上記のように構成され、光源から前方のターゲットに向けて光を投射し、ターゲットからの反射光を受光して距離の計測とシールド掘進機の位置及び姿勢を確認していたが、例えば光源からの投射光がレーザ光線である場合、レーザ光線の光束径(スポット径)が距離に比例して大きく、暗くなり、ほぼ150m以上になると距離の計測や位置及び姿勢の確認ができなくなるという問題点があった。 The conventional digging direction control device of the shield machine in the propulsion shield method is configured as described above, projects light from the light source toward the front target, receives the reflected light from the target, and measures distance and shield digging. Although the position and orientation of the machine were confirmed, for example, when the projection light from the light source is a laser beam, the beam diameter (spot diameter) of the laser beam is large in proportion to the distance, becomes dark, and becomes approximately 150 m or more. There was a problem that it was impossible to measure the distance and confirm the position and orientation.
また、前方のターゲットに向けて拡散光を投射する光源と後方のターゲットに向けて拡散光を投射する光源、前方のターゲットからの反射光を受光する受光部と後方のターゲットからの反射光を受光する受光部、前方向けの受光部データにもとづいて距離を計測する光波距離計と後方向けの受光部データにもとづいて距離を計測する光波距離計、前方のターゲットの変位を確認するカメラまたは撮像手段と後方のターゲットの変位を確認するカメラまたは撮像手段をそれぞれ背中合わせに一体化して中間計測機に搭載していたため、ポンプやデータ伝送ユニット、傾斜計などを中間計測機に配設しようとする場合に、カメラまたは撮像手段や光源、ターゲット等の設置位置との関係で支障になることがあった。 In addition, a light source that projects diffused light toward the front target, a light source that projects diffused light toward the rear target, a light receiving unit that receives reflected light from the front target, and a reflected light from the rear target Light receiving unit, a light wave distance meter for measuring distance based on front light receiving unit data, a light wave distance meter for measuring distance based on rear light receiving unit data, a camera or an imaging means for confirming displacement of a front target If the camera or imaging means for checking the displacement of the target and the rear target are integrated back to back and mounted on the intermediate measuring machine, the pump, data transmission unit, inclinometer, etc. are to be installed on the intermediate measuring machine. In some cases, the camera or the imaging means, the light source, the target, or the like may interfere with the installation position.
更に、中間計測機には、その下面四隅に車輪を設け、中間計測機が埋設管内を管の延長方向に移動し得るようにされていたが、埋設管との摩擦抵抗が大きいため、故障の場合等における出し入れ作業がスムースにできないという問題点があった。 Furthermore, the intermediate measuring machine is provided with wheels at the four corners of the lower surface so that the intermediate measuring machine can move in the buried pipe in the extending direction of the pipe. There is a problem that the work in and out cannot be smoothly performed.
この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、ターゲットからの反射光を利用せずに距離の計測やシールド掘進機の位置や姿勢の確認ができると共に、中間計測機にポンプやデータ伝送ユニット、傾斜計などを搭載しやすい構成とし、更に、中間計測機の埋設管内での移動がスムースに行なえるようにした推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of measuring a distance and confirming the position and posture of a shield machine without using reflected light from a target, and an intermediate measuring machine. Providing a digging direction control device for the shield machine in the propulsion shield method that makes it easy to mount a pump, data transmission unit, inclinometer, etc., and allows the intermediate measuring machine to move smoothly in the buried pipe The purpose is to do.
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は、シールド掘進機の後方に埋設管を結合した推進体を立抗から掘削しながら推進させ、上記埋設管によって形成される管路を敷設する推進シールド工法において、上記シールド掘進機に設けられ、後方に向けて発光する面光源からなるターゲットと、前方のターゲットの発光を撮像し前方のターゲットの変位量を確認する前方用カメラまたは撮像手段と、後方のターゲットの発光を撮像し後方のターゲットの変位量を確認する後方用カメラまたは撮像手段と、前方のカメラまたは撮像手段に向けて発光する面光源からなる前方用ターゲットと、後方のカメラに向けて発光する面光源からなる後方用ターゲットと、水平方向または上記埋設管の延長方向の傾斜角度を計測する傾斜計とを配設し、上記埋設管内に所定間隔で移動可能に設置される複数台の中間計測機と、上記立抗内に設けられ、最後方に位置する上記中間計測機の後方用ターゲットの発光を撮像し、その後方用ターゲットの変位量を確認するカメラまたは撮像手段と、上記カメラまたは撮像手段によって確認された最後方の中間計測機の後方用ターゲットの変位量と、その後方用ターゲットと上記カメラまたは撮像手段との距離と最後方の中間計測機の傾斜計の角度とにもとづいて上記最後方の中間計測機の位置及び姿勢を求めると共に、最後方の中間計測機の前方用カメラまたは撮像手段によって更に前方に位置する中間計測機またはシールド掘進機の後方用ターゲットの発光を撮像して確認された後方用ターゲットの変位量と、中間計測機間の距離またはシールド掘進機と中間計測機との距離と、前方に位置する中間計測機またはシールド掘進機の傾斜計の角度とにもとづいて前方に位置する中間計測機またはシールド掘進機の位置及び姿勢を求める演算手段とを備え、上記演算手段の演算結果にもとづいて上記シールド掘進機の推進方向と、推進計画線との誤差を演算し、上記シールド掘進機の推進方向を制御すると共に、上記中間計測機は、上記前方用及び後方用ターゲットと、上記前方用及び後方用カメラまたは撮像手段と、上記傾斜計とを搭載した台車を有し、この台車が上記埋設管内に回転可能に配設されたローラ上を上記シールド掘進機の推進方向に移動し得るようにされたものである。 The digging direction control device for the shield machine in the propulsion shield method according to the present invention is configured to propel a propulsion body coupled with a buried pipe behind the shield machine while excavating from a stand and formed by the buried pipe. In the propulsion shield method, the front camera is provided in the shield machine, and includes a target composed of a surface light source that emits light toward the rear, and a front camera that images the light emission of the front target and checks the amount of displacement of the front target. An imaging means, a rear camera or imaging means for imaging the light emission of the rear target and confirming the amount of displacement of the rear target, a front target comprising a surface light source that emits light toward the front camera or imaging means, and the rear The rear target consisting of a surface light source that emits light toward the camera and the tilt angle in the horizontal direction or in the extension direction of the buried pipe A plurality of intermediate measuring instruments that are installed in the buried pipe so as to be movable at a predetermined interval, and a rear side of the intermediate measuring instrument that is located in the rear and located at the end A camera or imaging means for imaging the emission of the target for the target and confirming the amount of displacement of the target for the rear, the amount of displacement of the target for the rear of the last intermediate measuring machine confirmed by the camera or the imaging means, and the rear The position and orientation of the last intermediate measuring device are obtained based on the distance between the target for the camera and the imaging means and the angle of the inclinometer of the last intermediate measuring device, and in front of the last intermediate measuring device. Displacement of the rear target confirmed by imaging the light emission of the rear target of the intermediate measuring device or shield machine further forward by the camera or imaging means, and the intermediate meter The position of the intermediate measuring machine or shield machine located in front based on the distance between the machines or the distance between the shield machine and intermediate measuring machine and the angle of the inclinometer of the intermediate measuring machine or shield machine located in front And calculating means for calculating the attitude, calculating the error between the propulsion direction of the shield machine and the propulsion plan line based on the calculation result of the calculator, and controlling the propulsion direction of the shield machine , The intermediate measuring machine has a carriage on which the front and rear targets, the front and rear cameras or imaging means, and the inclinometer are mounted, and the carriage is rotatably arranged in the buried pipe. It can be moved on the installed roller in the propulsion direction of the shield machine .
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、シールド掘進機の後方に埋設管を結合した推進体を立抗から掘削しながら推進させ、上記埋設管によって形成される管路を敷設する推進シールド工法において、上記シールド掘進機に設けられ、後方に向けて発光する面光源からなるターゲットと、前方のターゲットの発光を撮像し前方のターゲットの変位量を確認する前方用カメラまたは撮像手段と、後方のターゲットの発光を撮像し後方のターゲットの変位量を確認する後方用カメラまたは撮像手段と、前方のカメラまたは撮像手段に向けて発光する面光源からなる前方用ターゲットと、後方のカメラに向けて発光する面光源からなる後方用ターゲットと、水平方向または上記埋設管の延長方向の傾斜角度を計測する傾斜計とを配設し、上記埋設管内に所定間隔で移動可能に設置される複数台の中間計測機と、上記立抗内に設けられ、最後方に位置する上記中間計測機の後方用ターゲットの発光を撮像し、その後方用ターゲットの変位量を確認するカメラまたは撮像手段と、上記カメラまたは撮像手段によって確認された最後方の中間計測機の後方用ターゲットの変位量と、その後方用ターゲットと上記カメラまたは撮像手段との距離と最後方の中間計測機の傾斜計の角度とにもとづいて上記最後方の中間計測機の位置及び姿勢を求めると共に、最後方の中間計測機の前方用カメラまたは撮像手段によって更に前方に位置する中間計測機またはシールド掘進機の後方用ターゲットの発光を撮像して確認された後方用ターゲットの変位量と、中間計測機間の距離またはシールド掘進機と中間計測機との距離と、前方に位置する中間計測機またはシールド掘進機の傾斜計の角度とにもとづいて前方に位置する中間計測機またはシールド掘進機の位置及び姿勢を求める演算手段とを備え、上記演算手段の演算結果にもとづいて上記シールド掘進機の推進方向と、推進計画線との誤差を演算し、上記シールド掘進機の推進方向を制御すると共に、上記中間計測機は、上記前方用及び後方用ターゲットと、上記前方用及び後方用カメラまたは撮像手段と、上記傾斜計とを搭載した台車を有し、この台車が上記埋設管内に回転可能に配設されたローラ上を上記シールド掘進機の推進方向に移動し得るようにされると共に、上記台車の両側に設けられ、上記埋設管の内壁との接触時に回転し得るようにされた側方ローラを有するものである。 The digging direction control device for the shield machine in the propulsion shield method according to the present invention is also configured to propel a propulsion body coupled with a buried pipe behind the shield machine while excavating from a stand and formed by the buried pipe. In the propulsion shield construction method for laying a road, a front camera that is provided in the shield machine and includes a surface light source that emits light toward the rear, and a front camera that images the light emission of the front target and checks the amount of displacement of the front target. Or imaging means, a rear camera or imaging means for imaging the light emission of the rear target and confirming the amount of displacement of the rear target, and a front target comprising a surface light source that emits light toward the front camera or imaging means, A rear target consisting of a surface light source that emits light toward the rear camera, and a tilt in the horizontal direction or in the extension direction of the buried pipe An inclinometer for measuring the degree, and a plurality of intermediate measuring machines installed in the buried pipe so as to be movable at a predetermined interval; A camera or imaging means for imaging the light emission of the rear target and confirming the displacement amount of the rear target, and the displacement amount of the rear target of the last intermediate measuring machine confirmed by the camera or imaging means, Based on the distance between the rear target and the camera or imaging means and the angle of the inclinometer of the last intermediate measuring device, the position and orientation of the last intermediate measuring device are obtained, and the last intermediate measuring device The amount of displacement of the rear target confirmed by imaging the light emission of the rear target of the intermediate measuring device or shield machine further forward by the front camera or imaging means, Based on the distance between the measuring machines or the distance between the shield machine and the intermediate measuring machine and the angle of the inclinometer of the intermediate measuring machine or shield machine that is located in front of the intermediate measuring machine or shield machine that is located in front and an arithmetic means for calculating the position and orientation, the propulsion direction of the shield machine based on the calculation result of the calculating means calculates an error between the promotion plan line controls the propulsion direction of the shield machine The intermediate measuring device has a carriage on which the front and rear targets, the front and rear cameras or imaging means, and the inclinometer are mounted, and the carriage is rotatable in the buried pipe. It can be moved on the arranged roller in the propulsion direction of the shield machine and can be rotated on contact with the inner wall of the buried pipe provided on both sides of the carriage. It has the side roller made into .
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は更に、各中間計測機が隣接する台車間を所定の長さの連結杆によって相互に変位し得るように結合されているものである。 In the propulsion shield method according to the present invention, the shield direction machine digging direction control device is further connected so that each intermediate measuring machine can be displaced between adjacent trolleys by a connecting rod of a predetermined length. is there.
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は更にまた、前方用ターゲットと前方用カメラまたは撮像手段とからなる前方用装置と、上記後方用ターゲットと後方用カメラまたは撮像手段とからなる後方用装置とを上記台車上で離隔して配設し、上記前方用装置と後方用装置との間に上記傾斜計を配設したものである。 The digging direction control device for the shield machine in the propulsion shield method according to the present invention further includes a front device comprising a front target and a front camera or imaging means, and the rear target and rear camera or imaging means. And a rear device comprising the above-mentioned cart, and the inclinometer is disposed between the front device and the rear device.
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、前方用装置と後方用装置を、上記台車上に離隔して設けられた一対の回転台上にそれぞれ配設したものである。 In the propulsion shield method according to the present invention, the shield digging direction control device for the shield machine also includes a front device and a rear device arranged on a pair of turntables provided separately on the carriage. is there.
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、シールド掘進機に電磁波を送信する送信コイルを装着すると共に、上記シールド掘進機の到達予定位置に上記電磁波の受信コイルを設け、上記受信コイルの受信強度にもとづいて上記シールド掘進機を上記受信コイル位置に誘導するようにしたものである。 In the propulsion shield method according to the present invention, the shield direction machine digging direction control device is also equipped with a transmission coil for transmitting electromagnetic waves to the shield machine, and the electromagnetic wave receiving coil is provided at a position where the shield machine will reach. The shield machine is guided to the receiving coil position based on the receiving strength of the receiving coil.
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、受信コイルがほぼ90度の角度で保持された2つのコイルから構成されているものである。 The digging direction control device of the shield machine in the propulsion shield method according to the present invention is also composed of two coils in which the receiving coil is held at an angle of approximately 90 degrees.
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、送信コイルがシールド掘進機の外周に形成された溝内に巻回されると共に、上記溝内の上記送信コイルの外周側に樹脂を充填して構成されたものである。 In the propulsion shield method according to the present invention, the shield direction machine digging direction control device is also configured such that the transmission coil is wound in a groove formed on the outer circumference of the shield machine, and the outer circumference side of the transmission coil in the groove. Is filled with resin.
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、
送信コイルがシールド掘進機の外周に形成された溝内に巻回されると共に、上記溝内の上記送信コイルの外周側に樹脂を充填して構成され、上記溝の上記シールド掘進機の推進方向側で上記シールド掘進機の外周に保護鉄板を設けたものである。
The digging direction control device of the shield machine in the propulsion shield method according to the present invention is also:
The transmission coil is wound in a groove formed on the outer periphery of the shield machine and filled with resin on the outer peripheral side of the transmission coil in the groove, and the propulsion direction of the shield machine in the groove On the side, a protective iron plate is provided on the outer periphery of the shield machine.
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、
ターゲット及び前方用ターゲット並びに後方用ターゲットの少なくとも1つの面光源をカラー光源としたものである。
The digging direction control device of the shield machine in the propulsion shield method according to the present invention is also:
At least one surface light source of the target, the front target, and the rear target is a color light source.
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、
ターゲット及び前方用ターゲット並びに後方用ターゲットの少なくとも1つの面光源を円形に形成したものである。
The digging direction control device of the shield machine in the propulsion shield method according to the present invention is also:
At least one surface light source of the target, the front target, and the rear target is formed in a circular shape.
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置はまた、
面光源全体を点滅し得るように構成し、あるいは上記面光源を複数の領域に区分し、所定の領域のみを選択的に点滅し得るように構成したものである。
The digging direction control device of the shield machine in the propulsion shield method according to the present invention is also:
The entire surface light source can be blinked, or the surface light source is divided into a plurality of areas, and only a predetermined area can be selectively blinked.
この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は上記のように構成され、ターゲットを構成する面光源の光をカメラまたは撮像手段によって直視するようにしたため、ターゲットとカメラまたは撮像手段間の距離が大になっても光線が広がることがなく、確実に捕らえることができて距離や位置、姿勢の確認、演算などが容易にでき精度が一段と向上するものである。 The digging direction control device of the shield machine in the propulsion shield method according to the present invention is configured as described above, and the light of the surface light source constituting the target is directly viewed by the camera or the imaging means. Even if the distance between them increases, the light beam does not spread and can be reliably captured, and the distance, position, orientation can be easily confirmed, calculated, etc., and the accuracy is further improved.
また、カメラまたは撮像手段の焦点位置とターゲットの設置位置を同じにすることが可能であるため、誤差を小さくすることができる。
また、中間計測機は台車が埋設管内に配設されたローラ上を移動する構成とされ、更に台車の両側に埋設管の内壁との接触時に回転する側方ローラを設けたため、中間計測機の埋設管内の移動が非常にスムースに行なわれ、故障時などにおける出し入れ作業が容易となる。
In addition, since the focal position of the camera or the imaging unit and the installation position of the target can be made the same, the error can be reduced.
In addition, the intermediate measuring machine is configured such that the carriage moves on a roller disposed in the buried pipe, and further, side rollers that rotate when contacting the inner wall of the buried pipe are provided on both sides of the carriage. The movement in the buried pipe is performed very smoothly, and it is easy to take in and out work at the time of failure.
更に、中間計測機の台車で、前方用ターゲットと前方用カメラまたは撮像手段とからなる前方用装置と、後方用ターゲットと後方用カメラまたは撮像手段とからなる後方用装置とを予め計測した寸法だけ離隔して配設し、両者間に十分なスペースを確保するようにしたため、計測には支障を来たすことなく、上記のスペースに傾斜計やポンプ、データ伝送ユニットなどを配設することができる。 Further, in the intermediate measuring machine carriage, the front device composed of the front target and the front camera or imaging means and the rear device composed of the rear target and the rear camera or imaging means are only measured in advance. Since they are arranged apart from each other and a sufficient space is secured between them, an inclinometer, a pump, a data transmission unit, etc. can be arranged in the above-mentioned space without hindering measurement.
また、中間計測機に搭載された傾斜計は、水平方向または埋設管の延長方向に対する傾斜度を計測するため、従来のターゲットの変位によってシールド掘進機または中間計測機の周面方向の傾斜を計測する方法では、中間計測機が複数台あった場合には誤差が複数台分だけ積算されるのに対してこの発明では個々の傾斜計の計測結果をそのまま利用することができるため、中間計測機が複数台あっても誤差が積算されず、従って精度が高くなる。 In addition, the inclinometer mounted on the intermediate measuring machine measures the inclination in the circumferential direction of the shield machine or intermediate measuring machine by the displacement of the conventional target in order to measure the inclination with respect to the horizontal direction or the extension direction of the buried pipe In this method, when there are a plurality of intermediate measuring machines, errors are integrated for a plurality of units, whereas in the present invention, the measurement results of individual inclinometers can be used as they are. Even if there are a plurality of units, errors are not integrated, and therefore accuracy is increased.
更にまた、前方用装置と後方用装置は、それぞれ中間計測機の台車上に設けられた回転台上に配設されているため、シールド掘進機の推進方向が大きなカーブとなるような箇所では回転台を回転させることにより予めカメラまたは撮像手段の角度を現地カーブに合わせることが可能になる。 Furthermore, since the forward device and the backward device are each arranged on a rotating table provided on the bogie of the intermediate measuring machine, the device rotates at a place where the propulsion direction of the shield machine has a large curve. By rotating the table, the angle of the camera or imaging means can be adjusted to the local curve in advance.
また、シールド掘進機に電磁波を送信する送信コイルを装着すると共に、到達予定位置に上記電磁波の受信コイルを設けたため、シールド掘進機を正確に容易に到達位置に誘導することができる。特に、送信コイルと受信コイルとの間に相当な距離がある状態では、電磁波による誘導は大きな誤差を含むが、両コイルが近づけば近づくほど電磁波の強度が大となるため、シールド掘進機を到達位置に正確に誘導することができる。 Moreover, since the transmission coil which transmits electromagnetic waves is attached to the shield machine and the reception coil for the electromagnetic wave is provided at the expected arrival position, the shield machine can be accurately and easily guided to the arrival position. In particular, when there is a considerable distance between the transmitting coil and the receiving coil, induction by electromagnetic waves includes a large error, but the closer the both coils are, the stronger the electromagnetic wave becomes, so it reaches the shield machine. It can be accurately guided to the position.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図にもとづいて説明する。図1は、実施の形態1によるシールド掘進機及びこれに列状に接続された複数の埋設管から構成される推進体の構成及び推進体が直線状のトンネルを掘削する場合のシールド掘削の状況を説明する概略図で、(a)は推進体を上方から見た状態を示す平面図、(b)は同じく推進体を側方から見た状態を示す縦断面図であり、埋設管の図示は省略している。
地中に埋設管を敷設する場合、掘削開始位置に形成された立抗からシールド掘進機によって地中を掘削しながらシールド掘進機に接続した埋設管を立抗から押し出しながら埋設管を所定の推進計画線に沿って敷設する推進シールド工法が採用されている。 When laying underground pipes in the ground, the underground pipes connected to the shield machine are pushed out from the grounds while being excavated from the ground using the shield machine at the excavation start position. A propulsion shield construction method is used that is laid along the planned line.
この工法は周知のように、カッタヘッド1Aに図示しないパイプによって例えば泥水を供給しながら掘削を進め、掘削した泥を泥水と共に別のパイプで排出しながら掘削を行なうと共に、シールド掘進機の位置及び推進方向を計測して推進計画線に沿うよう制御するものである。 As is well known, this method proceeds with excavation while supplying muddy water, for example, to the cutter head 1A with a pipe (not shown), and excavates while excavating the excavated mud with another pipe along with the position of the shield machine. The propulsion direction is measured and controlled along the propulsion plan line.
シールド掘進機1は地中3を掘削するカッタヘッド1A及びカッタヘッドの位置と推進方向を計測するための例えばLEDからなる面光源を有するターゲット1Bと、シールド掘進機のカッタヘッド回転方向または埋設管の延長方向の傾斜角を計測する傾斜計1Cと、計測結果にもとづいてカッタヘッド1Aの推進方向を制御するジャッキ1D、1Eとを備えた掘進機本体1Fから構成されている。なお、ターゲット1BはLED等の発光体を縦横に複数配設して面光源を形成するようにされている。
The
シールド掘進機1の後方には立抗4から押し出された複数の埋設管2が接続され、シールド掘進機1と共に推進体を形成している。
立抗4内にはカメラまたはCCD等の撮像手段(以下、単にカメラという)5がセオドライトまたはトランシットに装着された形で設置され、複数の埋設管2の内部空間を介してシールド掘進機1のターゲット1Bからの光を撮像し、推進計画線に対応する基準位置からの変位量を計測し、このデータをパソコン6に伝送する。
A plurality of buried
An imaging means 5 (hereinafter simply referred to as a camera) 5 such as a camera or a CCD is installed in the resist 4 in a form attached to the theodolite or transit, and the
パソコン6ではターゲット1Bとカメラ5との間の距離Lを加味してターゲット1Bの推進計画線からの変位量△x、△yを演算する。この演算にもとづいて、自動ジャッキ制御装置7が掘進機本体1Fに制御信号を送り、ジャッキ1D、1Eの押し出し量を調整してカッタヘッド1Aの推進方向を制御し推進計画線に沿うように制御する。
The
距離Lの計測方法としては、立抗4に設置される埋設管押し出し用の元押しジャッキ(図示せず)のロータリーエンコーダ等による押し出し長さの累計によって算出する場合や、ターゲットのモニターに写る寸法によって計算する場合、あるいは押し出した埋設管の長さの累計によって求める場合等がある。
The distance L can be measured by calculating the total length of extrusion using a rotary encoder or the like of a main pushing jack (not shown) for embedding pipes installed in the
実施の形態1は以上のように構成され、ターゲット1BがLEDなどからなる面光源として構成され、この面光源の光をカメラ5によって直接撮像する結果、距離による光の広がりがないため、従来のように、ターゲットを反射体で構成し、カメラ側に設けた光源からの光をターゲットで反射させ、この反射光をカメラで撮像する方式に比して、長距離の撮像を的確になし得るものである。
The first embodiment is configured as described above, and the target 1B is configured as a surface light source composed of an LED or the like. As a result of directly imaging the light of the surface light source with the
また、上記ターゲット1B及び後述する実施の形態2で示される前方用ターゲット82並びに後方用ターゲット85を含めて、それぞれの面光源全体をカラー光源として構成し、例えば緑色の光を発するようにすれば、掘削路の一部から太陽光が侵入するようなことがあっても面光源を容易に確認することができるため、基準位置からの変位量の計測誤差が少なくなるものである。なお、面光源のカラーは緑色に限定されるものではなく、他の色を採用しても同様な効果を期待することができる。
In addition, if the entire surface light source is configured as a color light source including the target 1B and the
上述したターゲット1B、82及び85の面光源の形状は、一例として図4に逆U字状に形成した場合を示しているが、このような形状に限定されるものではなく、例えば円形に形成してもよい。また、円形以外の如何なる形状を採用してもよく、いずれの形状においても同様の効果を期待することができる。
The shape of the surface light sources of the
上述したターゲット1B、82及び85の面光源はまた、面光源全体を点滅させるように構成してもよいし、面光源を複数の領域に区分し、所定の領域のみを選択的に点滅させるように構成してもよい。図8は、逆U字状に形成されたターゲット1Bの所定の領域を点滅させる場合について点滅領域の区分の仕方の一例を示すもので、(a)は点滅領域を4個所設定する場合、(b)は点滅領域を2個所設定する場合を示している。
The surface light sources of the
即ち(a)の場合には、逆U字状のコーナー部1BAの2個所と、先端部1BBの2個所の合計4個所を点滅領域とし、(b)の場合には、逆U字状のコーナー部から先端部に至る立ち下り直線部1BCの2個所を点滅領域としている。 That is, in the case of (a), a total of four locations, two locations of the inverted U-shaped corner portion 1BA and two locations of the tip portion 1BB, are used as blinking regions, and in the case of (b), the inverted U-shaped Two portions of the falling straight line portion 1BC from the corner portion to the tip portion are used as blinking regions.
このように、面光源を複数の領域に区分し、所定の領域のみを選択的に点滅させるか面光源全体を点滅させることにより、面光源が白色光源である場合でも光源の確認が容易となるため、特に掘削距離が大きくなって通常の光源あるいは面光源では確認が困難となるような場合に効果を発揮し、相当大きな距離になっても容易に確認することができて計測装置の誤動作を防止することができる。なお、このような効果は面光源がカラー光源である場合には一段と強化される。 Thus, by dividing the surface light source into a plurality of areas and selectively blinking only a predetermined area or blinking the entire surface light source, it becomes easy to check the light source even when the surface light source is a white light source. Therefore, it is effective especially when the excavation distance becomes large and it is difficult to confirm with a normal light source or surface light source. Can be prevented. Such an effect is further enhanced when the surface light source is a color light source.
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2を図にもとづいて説明する。図2は、シールド掘進機及びこれに接続された複数の埋設管から構成される推進体によって曲線トンネルの推進計画線に沿ったシールド掘削を行なう状況を説明する概略図で、(a)は推進体を上方から見た状態を示す平面図、(b)は同じく推進体を側方から見た状態を示す縦断面図で、いずれの図もシールド掘進機に接続された複数の埋設管の図示を省略している。また、これらの図において、図1と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a situation in which shield excavation is performed along a propulsion plan line of a curved tunnel by a propulsion body composed of a shield excavator and a plurality of buried pipes connected to the shield excavation machine. The top view which shows the state which looked at the body from the upper part, (b) is a longitudinal cross-sectional view which similarly shows the state which looked at the propulsion body from the side, and all figures are illustration of the several buried pipes connected to the shield machine Is omitted. In these drawings, the same or corresponding parts as in FIG.
この実施の形態では曲線トンネルの推進計画線に沿って掘削推進するシールド掘進機1のターゲット1Bの推進計画線からの水平方向のずれ△xと垂直方向のずれ△yを演算するデータを求めるために、複数の埋設管2内に所定の間隔で複数の中間計測機8A〜8Dを配設したものである。
In this embodiment, in order to obtain data for calculating the horizontal deviation Δx and the vertical deviation Δy from the propulsion plan line of the target 1B of the
即ち、シールド掘進機1に設けられたターゲット1Bと、各中間計測機8A〜8Dと、立抗4内に設けられたカメラ5とから得られるデータにもとづいて△x、△yを演算しようとするものである。中間計測機8A〜8Dの具体的構成は後述することとして、ここでは中間計測機に搭載された計測手段についてのみ説明する。また、中間計測機8A〜8Dは、いずれも同じ構成とされているため、その中の一つ8Aについてのみ説明する。
なお、中間計測機の相互間隔は後述するように所定の長さに保持されている。
That is, an attempt is made to calculate Δx and Δy based on data obtained from the target 1B provided in the
In addition, the mutual space | interval of an intermediate measuring machine is hold | maintained at predetermined length so that it may mention later.
中間計測機8Aは適宜の大きさを有する平板状の台車81を有し、その上に以下に述べる各装置が搭載されている。即ち、前方に向けて発光するLED等からなる面光源を有する前方用ターゲット82と、前方に向けて配設され、前方に位置するターゲットの発光を撮像する前方用カメラ83とを一体化して前方用装置84を構成し、台車81の前方寄りの位置に設置している。
The
また、後方に向けて発光するLED等からなる面光源を有する後方用ターゲット85と、後方に向けて配設され、後方に位置するターゲットの発光を撮像する後方用カメラ86とを一体化して後方用装置87を構成し、台車81の後方寄りの位置に設置している。
In addition, a
前方用装置84と後方用装置87とは電気的には接続されているが両者間には十分なスペースが設けられ、そのスペースに傾斜計88が設置されている。この傾斜計は台車81の水平方向または埋設管の延長方向の傾斜角を計測し得るようにされている。上記スペースにはまた、図示していないが、データ伝送ユニットやポンプなども設置されている。
The
計測に際しては、立抗4内のカメラ5によって最後部の中間計測機8Dの後方用ターゲット85の発光を撮像して後方用ターゲット85の変位データを採取すると共に、中間計測機8Dの後方用カメラ86によって立抗4内のターゲットの発光を撮像し、その相対的変位データを採取する。また、傾斜計88による角度データも採取する。
At the time of measurement, the
次いで、最後部の中間計測機8Dの前方用カメラ83によって、その前方に位置する中間計測機8Cの後方用ターゲット85の発光を撮像して変位データを採取し、傾斜計88の角度データを採取すると共に、中間計測機8Cの前方用カメラ83によって更にその前方に位置する中間計測機8Bの後方用ターゲット85の発光を撮像して変位データを採取する。
Next, the
このような計測を各中間計測機8A〜8D間及びシールド掘進機1との間で繰り返し、それぞれから採取されたデータをパソコン6に伝送して△x及び△yを演算し、シールド掘進機1の掘進方向を修正するようにしている。
この結果、シールド掘進機1及び複数の埋設管2からなる推進体は曲線トンネルの推進計画線に沿って推進することになる。
Such measurement is repeated between the
As a result, the propulsion body composed of the
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3を図にもとづいて説明する。図3は、実施の形態3による中間計測機の構成及び埋設管内での移動状況を示す概略図で、(a)は埋設管内での配設状況を示す側面図、(b)は同じく平面図である。また、図4は、埋設管内での配設状況を埋設管の延長方向から見た状況を示す正面図、図5は、前方用装置、後方用装置と回転台及び傾斜計、データ伝送ユニットの配置関係を示す平面図である。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the intermediate measuring machine according to
埋設管2内では図4に示すように、パイプ支持機構10が底部に設けられ、送泥管11と排泥管12とが支承されると共に、車輪13によって埋設管2の延長方向に移動可能に構成されている。パイプ支持機構10の上部には床材14が支承され、その上面に3個のローラ15A、15B、15Cが回転可能に支持されている。
As shown in FIG. 4, the
このローラは、図3(b)に示すように、埋設管2の一端においてのみ3個が配設されるが、中間部から他端にかけては中央のローラ15Bのみが一定間隔を保って配設されている。このように構成する理由については後述する。
As shown in FIG. 3B, three rollers are disposed only at one end of the buried
ローラ15A、15B、15C上には上述した中間計測機8Aを構成する台車81が載置され、埋設管2の延長方向に移動し得るようにされている。なお、台車81の移動に際してその両側部が埋設管2の内壁と接触して移動に支障を来たす場合が考えられるため、台車の両側には前後に1個ずつ側方ローラ16A、16Bが設けられ、スムースな移動ができるようにされている。
On the
また、台車81には2個の回転台17が離隔して設けられ、それぞれに上述した前方用装置84及び後方用装置87が載置されて回転可能とされている。
図中、89はデータ伝送ユニット、90は台車上の各装置を覆うカバーである。
The
In the figure, 89 is a data transmission unit, and 90 is a cover covering each device on the carriage.
台車81の相互間は所定の長さの連結杆18によって水平方向の変位、垂直方向の変位が可能なように連結されている。
このように連結された複数台の中間計測機8A〜8Dが埋設管2内を移動する際、曲線部分では図3(b)に示すように、連結杆18の中央部が中央のローラ15B上から外れて曲線の中心側に移動し、スムースに移動できなくなる場合が生じる恐れがあるが、この時、ローラ15Aまたは15Cで連結杆18の一部を下方から支承することにより中間計測機の移動に支障を来たさないようにしている。このような作用は埋設管2の全長にわたって3個のローラ15A、15B、15Cを設けてなくても十分に行なわれるため、図示の例では埋設管2の端部の1箇所だけに3個のローラ15A、15B、15Cを設置し、その他の箇所は中央のローラ15Bのみとしている。
The
When the plurality of
実施の形態3は上記のように構成され、平板状の台車81の下面をローラで支承し、両側には側方ローラを設けた構成としているため、埋設管内をスムースに移動することができる。また、台車上に回転台を設けてターゲットとカメラとからなる前方用装置及び後方用装置を回転可能に支承しているため、ターゲットやカメラの角度を現地カーブに合わせて設定することが可能であり、きついカーブに対しても容易に計測を行なうことができる。
The third embodiment is configured as described above, and the bottom surface of the
また、ターゲットとカメラとを一体化した前方用装置と後方用装置とを離隔して設け、その間に十分なスペースを確保するようにしているため、傾斜計やデータ伝送ユニット等の設置が容易となる他、このような中間障害物が設けられる場合には、ターゲットやカメラとの位置関係を予め計測しておくことにより支障なく計測を行なうことができる。 In addition, since the front device and the rear device in which the target and the camera are integrated are provided separately and a sufficient space is secured between them, it is easy to install an inclinometer, a data transmission unit, etc. In addition, when such an intermediate obstacle is provided, the measurement can be performed without any trouble by measuring the positional relationship with the target and the camera in advance.
実施の形態4.
次に、この発明の実施の形態4を図にもとづいて説明する。図6は、実施の形態6による電磁波を用いたシールド掘進機の誘導方式を示す概略図で、(a)は電磁波による誘導方式の原理を説明するための説明図、(b)は地中での誘導方式を説明する概略断面図である。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 6A and 6B are schematic diagrams showing a guiding method of a shield machine using electromagnetic waves according to the sixth embodiment. FIG. 6A is an explanatory diagram for explaining the principle of the guiding method using electromagnetic waves, and FIG. It is a schematic sectional drawing explaining the induction | guidance | derivation system.
推進シールド工法において、シールド掘進機を所定の推進計画線に沿って掘削しながら推進させ、到達予定位置に正確に到達させるのは容易ではない。このため、実施の形態4は電磁波の磁力線による吸引作用を利用してシールド掘進機を到達予定位置に誘導しようとするものである。
In the propulsion shield method, it is not easy to propel the shield machine while excavating it along a predetermined propulsion plan line so as to accurately reach the planned arrival position. For this reason,
先ず、この方式の原理について説明する。図6(a)に示すように、シールド掘進機1に送信コイル20を巻回し、この送信コイル20に電流を流すと、シールド掘進機1が鉄心の作用をして強力な磁場が形成され電磁波が発生される。
シールド掘進機1に巻回する送信コイル20は、例えば図7に示すように、カッタヘッド1Aの外周に深さ20mmから30mmの溝1Gを1個または2個形成し、その溝1G内に例えばエナメル線からなる送信コイル20を数10回、巻回し、送信コイル20の外周側にエポキシ樹脂1Hを充填して溝1Gを塞ぐようにしている。なお、エポキシ樹脂1Hはその表面部分が掘進時に砂礫によって削り取られるため、これを防止するために溝1Gのカッタ側でカッタヘッド1Aの外周に保護鉄板1Jを装着している。
First, the principle of this method will be described. As shown in FIG. 6 (a), when the
For example, as shown in FIG. 7, the
一方、シールド掘進機1の到達予定位置に受信コイル21を設けると、この受信コイル21が送信コイル20から発せられた電磁波の磁場センサーとして機能し、磁力線に対応した出力を得ることができるため、磁力線の方向にシールド掘進機1を誘導することにより到達予定位置に到達させることができる。
On the other hand, if the receiving
詳述すると、送信コイル20から送信される磁場を地球磁場(直流磁場)と区別するために送信側では交流磁場が用いられ、受信側では90度の角度で配置された2つのコイルによって受信コイル21が形成される。
More specifically, in order to distinguish the magnetic field transmitted from the
送信コイル20と受信コイル21とが共に推進計画線上にあれば、受信コイル21の2つのコイルの出力は同じ大きさとなるが、シールド掘進機1の送信コイル20が推進計画線上にない場合は2つのコイルの出力が異なる。出力の異なり方はシールド掘進機1の推進計画線に対するずれ方向によって一方のコイルの出力が他方のコイルの出力より小さくなるため、2つのコイルの出力の違いに応じてシールド掘進機1の推進方向を制御することにより到達予定位置に容易に誘導することができる。
If both the
更に詳しく説明すると、受信コイル21によって得られた出力は後述する受信機内でバンドパスフィルターにかけられて送信周波数と同一の波が抽出される。
次に、増幅器によって信号強度を増幅した後、AD変換機を経てアナログデータをデジタル化する。
More specifically, the output obtained by the receiving
Next, after the signal intensity is amplified by an amplifier, the analog data is digitized through an AD converter.
デジタル化、数値化された波をフーリェ変換処理することにより、送信波形と同位相の波の強度を得ると共に、これをコンピュータに入力してグラフィック表示を行ない、シールド掘進機1の推進方向として表示させる。
By applying Fourier transform to the digitized and digitized wave, the intensity of the wave having the same phase as the transmission waveform is obtained, and this is input to a computer for graphic display and displayed as the propulsion direction of the
図6(b)は上述した内容で推進シールド工法を実施する場合の送信コイルと受信コイルの配置関係等を示したものである。送信コイル20を巻回したシールド掘進機1は立抗4の掘削開始点から推進計画線に沿って掘削を開始し、受信コイル21は到達予定位置に鉄のライナープレート、鉄のケーシングあるいは鉄筋コンクリートなどによって形成された到達立抗22内で、抗口23から到達立抗22の外方に向けて突設されたパイプ24内に設置される。
FIG. 6B shows the arrangement relationship between the transmission coil and the reception coil in the case where the propulsion shield method is implemented with the above-described contents. The
送信機19から送られる電流によってシールド掘進機1の送信コイル20が付勢され、電磁波が出力される。受信コイル21の出力は受信機25に入力され、上述の処理が行なわれた後、コンピュータ26によってシールド掘進機1の推進方向が演算され、演算結果が自動ジャッキ制御装置7を経てシールド掘進機1に与えられる。なお、図6では受信機25とコンピュータ26とを伝送線で接続し、受信機25で受信したデータを伝送線を介してコンピュータ26に伝送する例を示しているが、受信機25のデータを無線によってコンピュータ26に伝送するようにしてもよい。
The
この実施の形態は上記のように構成され、送信コイルと受信コイルとの距離が近づけば近づくほど電磁波の強度が大きくなり、受信コイルの出力が大きくなるため、シールド掘進機1の推進方向を制御し易くなり、到達予定位置に容易に到達させることができる。
また、受信機のデータをコンピュータに無線で伝送するようにすれば、路上の配線が不要となり、配線の損傷の恐れがなくなる他、掘削開始点の立抗4と到達立抗22との距離が数百mになるような場合には、配線を省略できる効果が大きい。
This embodiment is configured as described above, and the closer the distance between the transmission coil and the reception coil is, the higher the electromagnetic wave intensity becomes and the output of the reception coil increases, so the propulsion direction of the
In addition, if the data of the receiver is wirelessly transmitted to the computer, wiring on the road becomes unnecessary, there is no risk of damage to the wiring, and the distance between the excavation start point resist 4 and the ultimate resist 22 is increased. In the case of several hundred meters, the effect of omitting wiring is great.
1 シールド掘進機、 1A カッタヘッド、 1B ターゲット、 1C 傾斜計、
1D、1E ジャッキ、 1F 推進機本体、 1G 溝、 1H エポキシ樹脂、
1J 保護鉄板、 2 埋設管、 3 地面、 4 立抗、 5 カメラ、
6 パソコン、 7 自動ジャッキ制御装置、 8A〜8D 中間計測機、
81 台車、 82 前方用ターゲット、 83 前方用カメラ、
84 前方用装置、 85 後方用ターゲット、 86 後方用カメラ、
87 後方用装置、 88 傾斜計、 89 データ伝送ユニット、
10 パイプ支持機構、 11 送泥管、 12 排泥管、 13 車輪、
14 床材、 15A、15B、15C ローラ、 16A、16B 側方ローラ、
17 回転台、 18 連結杆、 19 送信機、 20 送信コイル、
21 受信コイル、 22 到達立抗、 23 抗口、 24 パイプ、
25 受信機、 26 コンピュータ。
1 shield machine, 1A cutter head, 1B target, 1C inclinometer,
1D, 1E jack, 1F propulsion unit, 1G groove, 1H epoxy resin,
1J protective iron plate, 2 buried pipe, 3 ground, 4 resistance, 5 camera,
6 PC, 7 Automatic jack control device, 8A-8D Intermediate measuring machine,
81 dolly, 82 front target, 83 front camera,
84 device for the front, 85 target for the rear, 86 camera for the rear,
87 Rear equipment, 88 Inclinometer, 89 Data transmission unit,
10 pipe support mechanism, 11 mud pipe, 12 drain pipe, 13 wheels,
14 Floor material, 15A, 15B, 15C roller, 16A, 16B Side roller,
17
21 receiving coil, 22 reaching resistance, 23 opening, 24 pipe,
25 receivers, 26 computers.
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