JPH0321045B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、空洞断面連続体内に設けられている
測定点および信号発生器とを備えている、特に彎
曲して掘進される空洞断面連続体の位置を決める
ための装置に関する。

従来行われている機械的な地下構築作業におい
て、管路或いはトンネルのような合成された空洞
断面連続体の押進掘削工法はますます重要になつ
て来た。押進掘削工法とは、多数の同じ様式の構
築部分か合成された任意の断面をもつ空洞断面連
続体をたて坑からジヤツキにより地山内に貫入さ
せ、この場合同時に空洞断面内に浸入して来る地
山を掘削し、この空洞断面連続体を通して掘起さ
れた物質を導出する方法を意味する。空洞断面連
続体の前端部には、制御可能な要素、例えばカツ
タシユーが設けられており、このカツタシユーは
地山内への貫入を容易にし、かつこのカツタシユ
ーの保護の下で掘削が行われる。この場合、切羽
に露出している地山は手によつてか、或いは機械
で掘削され、搬出される。

発進たて坑内に据付けられたメインジヤツキを
備えた全連続体は一つの構築部分の長さだけ前方
に推進される。空洞断面連続体の延長は周期的に
発進たて坑内においてジヤツキを戻した後新しい
構造部分を接合することによつて行われる。した
がつて全空洞断面連続体の建込みと推進は一つの
場所から行われる。

空洞断面連続体の方向制御のためカツタシユー
は少くとも三つの制御ジヤツキを担持しており、
この場合空洞断面連続体は行われる制御処置に対
して地盤の状態に応じて程度の差こそあれ迅速に
反応を示す。

正確な制御を行うには、経始線と勾配の維持を
絶えずコントロールする必要があり、この場合従
来の方法にあつては高さ測定と位置測定とをその
都度新めて発進たて坑から行わなければならな
い。測定道程はこの場合ますます長くなり、した
がつてこの方法は極めて手間がかかる。更に、測
定の間掘進を休止しなければならない。しかも、
測定後の制御修正には、本来の制御圧力が基準曲
線の他方の側で過制御を招く危険があり、これに
より新めて修正を必要とし、また場合によつては
これは両方向での過制御の増大の基とすらなる。
したがつて正確な制御を行う鍵は適正な時期にお
ける誤差の認知にあり、次いでこの誤差は作業員
の熟練と経験とに依存して補正されなければなら
ない。

カツタシユーを正確に案内するためには案内光
線システムが公知になつている。この案内光線シ
ステムにあつては、大抵集束された光線はカツタ
シユーにおける焦点板を備えた表示板上に可視状
態で示される。その際作業員は表示板上に示され
た誤差に依存してカツタシユーを制御することが
できる。しかし、このシステムにあつては、案内
光線発生器を再びカツタシユーに沿つて案内し、
測定を行うためには、その度毎に掘進作業を中断
しなければならない。この位置変えは掘進坑道が
彎曲している場合は特にひんぱんに行われる。な
ぜならば案内光線発生器は直線でしか働らかない
からである。したがつてこの案内光線発生器の使
用は、勾配の彎曲が僅かな場合しか納得のゆく費
用で可能ではない。この場合においてもいまだ必
要なひんぱんにわたる調節と新たな測定は極めて
時間を要し、したがつて測定の間掘進を休止しな
ければならないことから掘進速度は僅かである。

カツタシユーの位置決めのための公知の或る方
法にあつては、カツタシユー内に組込まれた発信
器がパルスを発生させ、このパルスは地上でその
位置が測定される。その際古典的な測地学的な方
法によりカツタシユーの位置が検知される。しか
し、この方法は建物のある不斉地或いは水面の下
で十分な精度でもつて適用するには限りがある。
更に、この方法ではカツタシユーの位置に関する
情報しか得られず、カツタシユーの方向に著しく
影響を与える空洞断面連続体の側方誤差は考慮さ
れない。

コース記録計と連動されているジヤイロコンパ
スの使用も、空洞断面連続体内における必要な測
地学的な点決定と方向決定との間の時間を短縮す
るために行われている。しかし、ジヤイロのドリ
フトは測定結果を悪化させる。したがつて従来の
測地学的点決定および方向決定は無条件に必要と
云うわけではない。ジヤイロコンパスはシステム
上カツタシユーの方角に関する整向のみを検知す
るので、カツタシユーの上方の高さに関する情報
は得られない。

本発明の根底をなす課題は、掘進工程を妨げる
ことなく、或いは中断することなく推進工程の間
空洞断面連続体の任意に時折かつ短時間に順次立
体的に位置決めする装置を提供することである。

上記の課題は本発明による、測定点の立体的な
位置を遠隔伝送部材を有する空洞断面連続体内に
設けられた自動的な走査装置によつて検出するこ
とにより解決される。

本発明による装置の特徴とするところは、空洞
断面連続体内の多角形を測定するために多数の測
定点が所定の間隔で相前後して固定して設けられ
ていること、空洞断面連続体内に間隔をもつて相
前後して組込まれている走査装置が固定して設け
られており、これらの走査装置が長手方向で相前
後して設けられている少なくとも三つの測定点を
有していること、および測定点と走査装置がこれ
らを制御しかつ測定データを検出する自動的な制
御装置とを結合されていることである。

本発明にる装置の優れた実施形は特許請求の範
囲第２項〜１０項に記載されている。特に赤外線
ダイオード或いはレーザダイオードによつて形成
した信号発生器は一定の波長（スペクトル）の放
射線を持ち、この放射線は同様に固定して組込ま
れた位置センサ、特にカメラで受信され、記録さ
れる。位置センサの出力に印加される信号は、次
いで空洞断面連続体の立体的な位置の算出のため
に使用される。立方体な位置の精度は、設けられ
た接続点を立体的なずれをもつて監視した際、著
しく上昇する。接続点の立体的なずれを検出する
ためには垂直な面が形成される。これは回転する
垂直レーザによつて行われる。

距離検出装置により立体的に定まる坑道綱の坑
道の両端点の走査が行われ、これにより空洞断面
連続体の立体的な位置を検出することができる。

本発明の有利な他の構成にあつては、走査され
た測定値は計算機に与えられ、計算機は適当な算
法により標準値との誤差を検出する。空洞断面連
続体を掘進している間任意のひん度の測定を任意
の時間に行うことができ、したがつて空洞断面連
続体の立体的な位置の連続的なコントロールとこ
れに伴いカツタシユーの連続的な方向修正が可能
である。推進行程の位置精度と方向精度はこのよ
うにして著しく上昇する。

以下に添付図面に図示した実施例につき本発明
を詳説する。

第１図において、多数の構築部分８から成る空
洞断面連続体１２が発進たて坑３から公知の様式
で詳しく図示していない推進装置により地山２内
に推進される。空洞断面連続体１２内には、例え
ば測定点として赤外線ダイオード４，４′が設け
られており、この場合これらの赤外線ダイオード
４は長手方向で所定の間隔をもつて相前後して設
けられている。空洞断面連続体１２内には、長手
方向で互いに間隔をおいて位置センサとしてカメ
ラ６が固定して設けられている。この場合これら
のカメラの位置はカメラがその都度長手方向で相
前後して設けられた３つの赤外線ダイオード４，
４ａ，４ｂ（第２図）の放射線を受光することが
できるように設定されている。空洞断面連続体１
２の内方制限線からの位置センサもしくはカメラ
６，６ａ，６ｂの十分な確認距離（反射）が得ら
れるように注意しなければならない。

掘進された空洞断面連続体１２の頂部に固定し
て設けられたカメラ６，６ａ，６ｂおよび赤外線
ダイオード４，４′，４ａ，４′ｂ，４ａ，４ｂは
空洞断面連続体１２と共に掘進方向で移動され
る。個々のカメラ６，６ａ，６ｂ間の区間５並び
に個々の赤外線ダイオード４，４ａ，４ｂ間の区
間は差当り掘進作業開始時に測定テープ或いは類
似物で測定され、プロセス計算機２３に与えられ
る。これらのデータは全掘進作業を間の固定デー
タとして利用される。

もちろん、カメラ６と赤外線ダイオード４間の
個々の測定を自動的な距離測定器で行うことも可
能であり、この場合このような自動的な距離測定
器は固定して組込まれ、空洞断面連続体１２の立
体的な位置決定を行う度毎にこれに先立つて新め
て間隔が測定され、場合によつては空洞断面連続
体１２の長さ変化の検出も行われる。これにより
位置決めの精度はそれだけ増大する。

接続点と第一の測定点（赤外線ダイオード４）
との間の立体的な坑道区間と初めの区間は電子的
な坑道長測定装置で走査するのが有利である。こ
の目的のためには特に固定して設けられる超音波
発生器が適している。この超音波発生器は空洞断
面連続体１２内の測定点までの初端区間を検出
し、その結果は伝送部材を経て直接プロセス計算
機２３に与えられる。

赤外線ダイオード４，４ａ，４ｂの信号はカメ
ラ６，６ａ，６ｂから集約された測定値変換器を
経て画像座標として伝送導線２６を介して計算機
２３に与えられる。この計算機は長手方向での赤
外線ダイオードの与えられた間隔と共に測定点に
よつて定まる軸線間の立体的な屈折角を検出す
る。したがつて、空洞断面連続体に関する測定点
の与えられた相対的な位置でもつて、極めて短い
時間間隔で空洞断面連続体１２の位置と方向とが
検出可能となり、この場合同時に適当算法により
推進力がコントロールされて、必要な方向修正を
行うことが可能となる。

空洞断面連続体１２の長手軸線を中心とした管
転動を検出するには、赤外線ダイオード４，４
ａ，４ｂ（第２図）に加えて空洞断面連続体１２
の横方向で他の赤外線ダイオード４′，４′ａ，
４′ｂが設けられている。即ち、それぞれ一対の
赤外線ダイオード４，４′；４ａ，４′ａ；４ｂ，
４′ｂが設けられており、各測定の度毎に同時に
転動分力を検出できる。

転動分力の検出に関して、測定点配設の有利な
実施形を第３図に示した。空洞断面連続体の構築
部分８内の懸吊部材２４を介して設けられている
両測定点（赤外線ダイオード）４，４′は剛性の
軸１６を介して互いに結合されている。この剛性
の軸１６上には電子的な傾斜計１７が設けられて
おり、この傾斜計の出力信号は同様にプロセス計
算機２３に与えられる。構築部分８が矢印２５方
向で転動すると、この転動は傾斜計１７で把握さ
れ、かつプロセス計算機２３に告知され、このプ
ロセス計算機は位置決定の際この測定値を考慮す
る。同様に両測定点（赤外線ダイオード）４，
４′の軸１６によつて定まる間隔は固定値として
プロセス計算機２３に与えられ、計算機は位置の
計算の際この固定値を使用する。

著しい転動運動を均衡するために、懸吊部材２
４がレール１８内で横方向に摺動可能に設けられ
ており、この場合レール１８は構築部分８の曲率
に適合してこの構築部分の内側に固定されて設け
られているのが有利である。もちろん真直ぐな、
例えば水平に設けられたレールを使用することも
可能である。

測定システムの高さ方向での固定と横方向での
安定とを達するため、少くとも第１のカメラ６※
内に一対の電子的な水準器が長手方向および横方
向で設けられている。更に安定のためには、より
長い区分毎に、例えば500ｍ毎に、他の水準器を
方向ジヤイロコンパスと共に設けることも有利で
ある。なぜならこれによりより高い精度が達せら
れるからである。

固定点綱に接続して発進たて坑３内に接続点１
４が設けられており、これらの接続点は同様に信
号発生器として形成されている。これらの接続点
１４の座標は自体公知の装置で測定されるので、
その空間内における位置が知られる。発進たて坑
３内で空洞断面連続体の発進位置７に相対してい
る壁に設けられたカメラ６は両接続点１４と第一
の、空洞断面連続体１２内に固定して設けられた
測定点（赤外線ダイオード）４を検出する。ここ
で遠隔伝送部材によりプロセス計算機２３に伝達
される測定値から空洞断面連続体１２の第一の測
定点４の位置が検出可能となる。ここで空洞断面
連続体の長手方向で第一のカメラ６の前方に設け
られた第二のカメラ６′は接続点１４、先行する
測定サイクルにおいて検出された画像座標を持つ
測定点４および立体的位置で決定されるべき第三
の測定点４とを検出する。即ち、第２図に示した
ようにカメラ６はそれぞれ三つの測定点（赤外線
ダイオード）４，４ａ，４ｂを検出する。この場
合それぞれ二つの点の座標が認識される。このよ
うにして全空洞断面連続体１２に沿つて位置決め
を行うことが可能となる。

赤外線ダイオードとカメラはプロセス計算機２
３に通じている伝送導線２６と各々一本の導線を
介して結合されており、このプロセス計算機を経
て測定データが伝達され、個々の要素の制御が可
能である。このようにして、一つの測定サイクル
にあつて例えばカメラ６（第２図）と検出される
べき赤外線ダイオード４，４ａ，４ｂが制御さ
れ、他のすべての要素は作動されない。もちろ
ん、転動分力を検出するために赤外線ダイオード
４，４′が対で設けられている場合は個々のダイ
オード対４，４′；４ａ，４′；４ｂ，４′ｂが一
緒に制御される。

このようにしてプロセス計算機から空洞断面連
続体１２の全体の位置が検出される。

位置センサ（カメラ）並びに信号発生器（赤外
線ダイオード）のケーブルによる連絡は可能な一
実施例にすぎない。もちろん、線によらない伝送
および制御も可能である。

同様に、或るカメラ６に所属する赤外線ダイオ
ード４がそれぞれ、所属するカメラによつてのみ
受光される一定の放射線（スペクトル）を発生す
るように並べるのが有利である。したがつて、画
像情報は位置センサの出力において一定に留まつ
ており、必要な場合にのみプロセス計算機２３或
いは類似の制御装置によつて喚起される。

座標接続部と方向接続部とを発進たて坑３を経
て地表の固定点綱に設けるのが有利である。なぜ
なら、発進たて坑３内での接続点１４は不動と見
たされないからである。推進圧力下ではたて坑壁
は変形をこおむり、同様にたて坑底部もその位置
が固定点綱に関して変る。

接続点１４は、一方ではこれがたて坑縁部か
ら、他方では空洞断面連続体の接続方向から見え
るように設けられる。接続点１４の赤外線ダイオ
ードに加えて、線型の位置センサ１３が、たて坑
縁部から垂直レーザ１によつて走査可能であるよ
うに設けることができる。これにより接続方向が
不斉地表面の固定点に接続される。

地上の二つの固定点には同様に位置センサ９が
設けられ、これによりプロセス計算機２３により
レーザ１の立体的な運動の検出が行われかつ修正
によりこの運動を位置決めのために使用すること
が可能となる。

カツタシユーを位置決めに一緒に関連づけるの
が有利である。この目的のためカツタシユーに位
置センサの一つによつて検出可能な信号発生器が
設けられる。これに加えて三つの信号発生器が設
けられ、これらの信号発生器のうち少くとも二つ
は長手方向で相互に或る間隔を持つていなければ
ならない。

本発明による他の装置の特徴とするところは第
４図および第５図により空洞断面連続体１２内に
設けられる測定点１９を、これが立体的に定まる
坑道綱２０の写像を可能にするように設けること
である。この目的のため、各構築部分１８内に立
体的に互いに孤立している三つの測定点１９が設
けられ、これらの測定点の直かに隣接している測
定点への結合線は立体的な坑道綱２０の区間２１
として自動的な距離検出装置２２で検出される。
この距離検出装置２２はその区間２１に相当する
出力信号を評価装置、特に（図示していない）プ
ロセス計算機に伝え、この評価装置は立体的に定
まる坑道綱に基いて空洞断面連続体の立体的な位
置決めを中介し、標準位置に関して制御値を算出
する。有利な実施形にあつては、この距離検出装
置２２は適当な測定値変換器を介して直接計算機
と結合されており、したがつてカツタシユーの立
体的な位置決めきの自動化が可能となる。

作業員がカツタシユー６の制御盤において常に
空洞断面連続体の立体的な位置を認めることが可
能である。掘削される空洞断面連続体の偏倚傾向
は推進作業の間に早期に多数の可能な測定に基い
て認知でき、したがつてこの偏倚に対する対処を
早めに行うことができる。

図示した実施例にあつては、空洞断面連続体１
２の構築部分８は交互に赤外線ダイオード４，
４′とカメラ６を備えている。この場合、カメラ
６は赤外線ダイオード４，４′と同様に垂直方向
の間隔をもつてスペーサ２７，２８により空洞断
面連続体の上方の頂部に設けられている（第２
図）。

【図面の簡単な説明】

第１図は空洞断面連続体を掘進するための本発
明による測定装置を備えた構築位置の概略図、第
２図は第１図による断面した空洞断面連続体の平
面図、第３図は空洞断面連続体内の測定点を配設
するための装置。第４図は立体的な坑道綱の測定
点を備えた空洞断面連続体の側面図、第５図は第
４図による空洞断面連続体の透視図。 図中符号は、４，４ａ，４ｂ……測定点、６…
…走査装置、１２……空洞断面連続体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 空洞断面連続体１２内に設けられている測定
   点４と走査装置６とを備え、ている、特に湾曲し
   て掘進される空洞断面連続体の位置を決めるため
   の装置において空洞断面連続体１２内の多角形を
   測定するために多数の測定点４が所定の間隔で相
   前後して固定して設けられていること、空洞断面
   連続体１２内に間隔をもつて相前後して組込まれ
   ている走査装置６が固定して設けられており、こ
   れらの走査装置が長手方向で相前後して設けられ
   ている少なくとも三つの測定点４を有しているこ
   と、および測定点４と走査装置がこれらを制御し
   かつ測定データを検出する自動的な制御装置２３
   と結合されていることを特徴とする、上記空洞断
   面連続体の位置を決めるための装置。 ２ 測定点として信号発生器、特に赤外線ダイオ
   ード４，４′；４ａ，４a′；４ｂ，４b′或いはレ
   ーザダイオードが設けられており、かつ空洞断面
   連続体１２内に長手方向で間隔をおいて相前後し
   て組込まれた、その都度少なくとも三つの長手方
   向で相前後して存在している測定点４，４ａ，４
   ｂを検出する位置センサ、特にカメラ６，６ａ，
   ６ｂが固定されて設けられている、特許請求の範
   囲第１項に記載の装置。 ３ 空洞断面連続体１２の発進位置７に水平方向
   でおよび垂直方向で検出可能な測定点が地上の立
   体的な座標システムへの接続点として設けられて
   おり、この場合上記接続点１４に線型の位置セン
   サ１３が設けられている、特許請求の範囲第１項
   に記載の装置。 ４ 接続点１４の立体的なずれを特に回転する垂
   直レーザ１で検出するため垂直な面が形成されて
   いる、特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ５ 回転する垂直レーザ１で立体的な位置変化を
   検出するため地表の測定点に位置センサ９が設け
   られている、特許請求の範囲第１項に記載の装
   置。 ６ 構築部分の転動運動を検出するため設けられ
   た各々の測定点４に加えて空洞断面連続体１２に
   対して横方向で少なくとも一つの他の測定点４′
   が設けられており、この場合これらの測定点４，
   ４′が空洞断面連続体１２の横方向で所定の長さ
   の軸１６を介して互いに固く結合されており、か
   つこの軸１６上に遠隔伝送部材を備えた傾斜計１
   ７が設けられている、特許請求の範囲第１項から
   第５項までのいずれか一つに記載の装置。 ７ 測定点４，４′がレール８上に空洞断面連続
   体１２に対して横方向で摺動可能に設けられてい
   る、特許請求の範囲第６項に記載の装置。 ８ 接続点１４と空洞断面連続体１２と結合され
   ている次位に存在している測定点（４もしくは
   ４′）間の距離が電子的な坑道測定装置により検
   出可能であるように構成されている、特許請求の
   範囲第１項から第７項までのいずれか一つに記載
   の装置。 ９ カツタシユーに位置センサの一つにより検出
   可能に少なくとも三つの信号発生器４，４′が設
   けられている、特許請求の範囲第１項から第８項
   までのいずれか一つに記載の装置。 １０ 信号発生器４，４′と位置センサ６とが遠
   隔操作部材を介して個別に制御でき、この場合
   各々三つの信号発生器４，４′；４ａ，４a′；４
   ｂ，４b′と所属している位置センサ６とが自動的
   な制御装置、特にプロセス計算機２３で周期的に
   制御可能であるように構成されている、特許請求
   の範囲第１項から第９項までのいずれか一つに記
   載の装置。