JPH03246483A - シールド接合又は到達位置計測方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、２台のシールド機を地中で接合する工法又は
シールド機を立坑に到達させる工法におけるシールド接
合又は到達位置計測方法およびその装置に関する。

［従来の技術］ 本発明を良く理解するため、第９図及び第１０図を参照
して一例として泥水シールド機の構造を説明する。

図において、シールド機Ａの筒状のスキンプレート１の
前部には、駆動装置２′で回転されるカッタディスク３
が祿けられ、そのディスク３には、外周カッタ４と、相
互にスリット５を形成する図示の例では４個のカッタヘ
ッド６とが設けられている。このカッタヘッド６の背後
には、バルクヘッド７により切羽室８が画成され、その
切羽室８は、加圧泥水を供給する送水管９と、掘削ズリ
及び泥水を排出する排泥管１０とにより外部に連通され
ている。また、スキンプレート１の後部には、セグメン
ト１１を組立てるエレクタ１２が設けられ、このエレク
タ１２のフレーム１３には、一端カバルクヘッド７側に
取付けられた複数のシールドジヤツキ１４の他端が支持
されている。

このような構成において、送水管９からの泥水で切羽室
８を加圧しながら、カッタヘッド６を回転して切羽面を
掘削し、シールドジヤツキ１４を既設のセグメント１１
に当接し、伸長してシールド機Ａを前進させ、掘削ズリ
及び泥水を排泥管１０から外部に排出する。そして、所
定距離掘進したら、シールドジヤツキ１４を収縮し、後
部の空間にエレクタ１２によりセグメント１１を組立て
て一次覆工を行い、セグメント１１と削孔との間にセグ
メント等で２次覆工を行い、次いて、シールドジヤツキ
１４を伸長してセグメント１−１に当接させ、前述の掘
進を行うようになっている。

このシールド機により例えば海底トンネルを両端から掘
削する場合、掘削した削孔を所定位置で相互に一致させ
る必要があり、そのためには、相互の相対位置を正確に
計測しなければならない。

また、シールド機を立坑の所定位置に到達させるには、
シールド機と立坑の相対位置を正確に計測しなければな
らない。

この計測方法に関し、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
ルド機又は立坑からボーリングパイプを伸長し、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
ッタディスクを検知し、検知した波形をあらかじめ採取
した検知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示され
ている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記公知技術においては、次のような問題がある。

すなわち、カッタディスクの摩耗、変形により、あらか
じめ採取した検知波形とシールド到達時の波形か必ずし
も一致しないことがある。

また、磁気センサとカッタディスクとの検出距離によっ
て波形が異なり、解析に時間を要し、更に、誤差が発生
する。

また、測定精度を高めるには、検出距離を小さ（して、
磁気センサを使う必要があるが、この場合磁気センサを
カッタディスクを回転させながら使うと、カッタディス
クにより損傷するおそれがある。

本発明は、両シールド機が接合又はシールド機が立坑に
到達する前の比較的離れた位置において、高精度で両様
の相対位置を地上がらの計測することなく計測できるシ
ールド接合又は到達位置計測方法およびその装置を提供
することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明の方法によれば、ボーリングパイプを一方のシー
ルド機のバルクヘッド又は立坑の壁を貫通させて他方の
シールド機に向けてボーリングし、該ボーリングパイプ
の先端位置をボーリング孔位置測定装置により計測し、
該ボーリングパイプの先端にセンサを設置し、前記他方
のシールド機を掘進して該シールド機のカッタディスク
と前記センサとの相対距離が所定値に達したら、非接触
で該センサにより前記カッタディスクに取付けられた複
数の発信コイルの位置を検知して両シールド機又は立坑
とシールド機の相対位置を計測することを特徴としてい
る。

本発明の装置によれば、一方のシールド機又は立坑から
延びるボーリングパイプと、そのシールド機のボーリン
グパイプに着脱自在に設けられ、その先端位置を検出す
るボーリング孔位置検出装置と、そのボーリングパイプ
に着脱自在に設けられたセンサと、他方のシールド機の
ロータリジヨイントの回転軸に設けた角度検出器と、カ
ッタディスク前面に取付けられた複数の発信コイルとよ
りなることを特徴としている。

上記ボーリング孔位置測定装置には、ボーリングパイプ
の先端部に取付けた位置検出用ミラー及び光学測量機を
用いるのが好ましいが、傾斜計、マイクロコンパス又は
加速度センサを用いることができる。

また、複数の発信コイルには、それぞれのコイルのベク
トルの方向を判別するため、それぞれコイルに別の周波
数の電流又は大きさの違う電流、太さの違うコイルを用
いて種類の違う電流を出す様に構成するのが好ましい。

また、センサはサーチコイルが好ましく、外部の例えば
事務所に設けたコントローラに接続し、このコントロー
ラには他方のシールド機のカッタヘッド駆動装置に取付
けた角度検出器及び発信コイル、デイスプレィとを接続
するのが好ましい。

［作用］ 上記のように構成されたシールド接合又は到達位置計測
方法においては、サーチコイルで対向するシールド機の
カッタディスクに取付けられたベクトル別の複数個の発
信コイルの位置を非接触で検知することができ、計測の
ためにシールド機を停止する必要がないため、効率的に
位置検知を行うことができる。

また、シールド機の掘進に伴ってボーリングパイプ及び
センサを後退させることにより、接合又は到達までを連
続してシールド機の位置検知を行って誘導するこ゛とが
でき、高精度、高速で接合又は到達させることができる
。

さらに、シールド機の自動掘進システムと組合せること
により、シールド機を無人で自動的に接合又は到達させ
ることができる。

［実施例］ 以下図面を参照して本発明の詳細な説明する。

先ず、第１図に示すように、シールド機Ａのバルクヘッ
ド７に設けられた図示しない貫通孔のバルブを開いてボ
ーリングパイプ２０を貫通し、又は、第１Ａ図に示すよ
うに、立坑Ｃの壁を貫通し他方のシールド機Ｂに向けて
ボーリングする。そして、ボーリングパイプ２０の先端
部に取付けた位置検出用ミラー２１を用い、シールド機
Ａ又は立坑Ｃ内に設けた公知の光学測量機２２などのボ
ーリング孔位置検出装置によりボーリングパイプ２０の
先端位置を計測する。

以下、第１図に示すシールド機Ａ、Ｂ同士の接合を例と
して説明する。

次いて、第２図に示すように、ボーリングパイプ２０の
先端部にセンサであるサーチコイル２３を取付け、シー
ルド機Ｂのロータリジヨイント２（第９図、第１０図）
の回転軸２ａに角度検出器２４を取付け、また、第３図
に示すように、カッタディスク３の前面に複数（図示の
例では３個）のベクトル別すなわちそれぞれ別の周波数
の電流が流されている発信コイル４１〜４３を取付け、
これらの機器２３．２４および４１〜４３を例えば外部
の事務所に設けられたデイスプレィ２６を備えているコ
ントローラ２５に接続する（第４図）。なお、発信コイ
ル４１〜４３は、単線状又はループ状のものを用いるこ
とができる。そして、シールド機Ｂを掘進し、サーチコ
イル２３と発信コイル４１〜４３とにより第５図に示す
デイスプレィ画面２７上で、サーチコイル２３の起電力
の強さによりカッタディスク３の前面との相対距離を検
知する。

第６図に示すように発信コイル４１〜４３（以下総称す
る場合は符号４１を用いる）は、カッタディスク３の前
面に埋設された非磁性体（例えばステンレス鋼）のピー
ス３ａの中に設けられている。そして、発信コイル４１
によって発生した磁界は、サーチコイル２３との距離か
ａ、ｂＳｃ・・・と大きくなるほど小さくなり、サーチ
コイル２３の起電力が小さくなる。すなわち、サーチコ
イル２３が発信コイル４１の直上に位置するとき、最大
の起電力を示す。このことを利用してサーチコイル２３
とカッタディスク３の前面との距離の検知を行うのであ
る。

発信コイル４１〜４３には、それぞれ別の周波数の電流
が流されており、したがって、第７Ａ〜７０図に示すよ
うに、サーチコイル２３には発信コイル４１〜４３の周
波数に見合った周波数ｆ１〜ｆ３の起電力が発生し、サ
ーチコイル２３がどの発信コイル４１〜４３の近傍に位
置しているかか分る。更に、その最大起電力ｅ１〜ｅ３
を測ることにより、サーチコイル２３か発信コイル４１
〜４３の直上に位置したか否かが分る。

具体的な検知の態様を第８Ａ〜８Ｆ図について説明する
。

例えは角度検出器２４とカッタディスク３の発信コイル
４１〜４３の位置とは連動しているので、デイスプレィ
２６の画面２６ａ上に、白色で発信コイル４１〜４３の
位置が表示される（第８Ａ図）。そして、カッタディス
ク３の回転と共に、前の表示か消えて第８Ｂ図、第８Ｃ
図のように表示される。ここで、第７Ａ図のような周波
数の波形をサーチコイル２３が測定し始めると、サーチ
コイル２３に発信コイル４１が近付きつつあることが分
る。そこで、最大起電力ｅ１が発生したとき、画面２６
ａ上の発信コイル４１の表示だけを赤色に変えて、この
赤色表示４１Ａだけを画面２６ａ上に固定する（第８Ｄ
図）。更に、カッタディスク３を回転させると、第７Ａ
図に示す波形が消える。再び、サーチコイル２３が第７
Ｂ図のような周波数の波形を測定し始めると、サーチコ
イル２３に発信コイル４２が近付きつつあることか分る
。

そこで最大起電力ｅ２が発生したとき、画面２６ａ上の
発信コイル４２の表示たけを黄色に変え、この黄色表示
４２Ａを更に固定する（第８Ｅ図）。

同様ニして、発信コイル４３による起電力か最大起電力
ｅ３に達したとき、発信コイル４３の表示を青色に変え
、この青色表示４３Ａを固定する（第８Ｆ図）。すると
、赤色表示４１Ａ１黄色表示４２Ａ１青色表示４３Ａの
交点Ｐがサーチコイル２３の位置となり、その座標ＸＳ
Ｖの距離を測定することにより、サーチコイル２３とカ
ッタディスク３の中心との相対位置が計測できる。

この操作を繰り返すことにより、例えばカッタディスク
３の回転数を毎分１回、掘進スピードを毎分５ｃｍ５セ
グメント１１（第９図）の長さを９０ｃｍとすると、１
セグメントでカッタディスク３は、（９０ｃ＋ｎ１５ｃ
ｍ／ｍ　ｉ　ｎ）　ｘ　１回／ｍ１ｎ＝１８回回転する
ことになり、１８個の計測データが得られる。この結果
を統計処理することにより、高精度な位置計測を行うこ
とができ、シールド機Ｂの掘進に伴ってボーリングパイ
プ２０を引いてセンサコイル２３を後退させる。前述の
手順を繰返すことにより接合までの位置を計測し、シー
ルド機Ｂの姿勢、方向制御を行って所定の接合位置に誘
導する。

［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように構成されているので、計
測誤差を１１５程度（従来方法の５０〜１００ｍｍ程度
に対し、本発明では、１０〜２０ｍｍ）に改善すること
ができる。

すなわち、本発明ではボーリングパイプの先端にセンサ
コイルを設けて両シールド機又は立坑とシールド機の相
対距離を非接触で計測できるため、シールドの掘進サイ
クルに影響を与えない。

また、従来方法では、検知波形の解析が必要で、解析時
間と事前の波形採取作業が必要であるのに対し、リアル
タイムで計測して、時間ロスをなくすことができる。

また、連続したデータを統計処理する事により計測の信
頼性を向上することができる。又、１セグメント分だけ
（９０ａｎ）シールド機を直進させ、その時に変化した
サーチコイルとカッタディスクの位置関係を計測するこ
とにより、シールド機の傾きを検知することもできる。

又、高精度を要求しなければ、ボーリングパイプの先端
にサーチコイルを取付ける必要がなく、よりシンプルな
計測となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第１Ａ図及び第２図はそれぞれ本発明の一実施
例を示すボーリングパイプ先端位置検出及びカッタヘッ
ドの発信コイル位置検知手順を説明する側面図、第３図
は発信コイルの配置状態を示すカッタヘッドの正面図、
第４図はサーチコイル検出装置の構成図、第５図は発信
コイル検知時のデイスプレィ画面を示す図面、第６図は
発信コイル取付部の断面図、第７Ａ〜７Ｃ図はサーチコ
イルに発生する同期及び起電力を説明するデイスプレィ
画面を示す図面、第８Ａ〜８Ｆ図は検知態様を説明する
デイスプレィ画面を示す図面、第９図及び第１０図はそ
れぞれシールド機を示す側断面図及び正面図である。 ＡｌＢ・・・シールド機　　Ｃ・・・立坑２・・・ロー
タリジヨイント　　２′・・・駆動装置　　３・・・カ
ッタディスク　　７・・・バルクヘッド　　２０・・・
ボーリングパイプ２１・・・位置検出用ミラー　　２２
・・・光学測量機　　２３・・・磁気センサ　　２４・
・・角度検出器　　４１〜４３・・・発信コイル第 図 第１Ａ図 第２ 図 第４ 図 ５ 第７Ａ図 第８Ａ図 第８Ｃ図 第８Ｂ図 第８Ｄ図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ボーリングパイプを一方のシールド機のバルクヘ
   ッド又は立坑の壁を貫通させて他方のシールド機に向け
   てボーリングし、該ボーリングパイプの先端位置をボー
   リング孔位置測定装置により計測し、該ボーリングパイ
   プの先端にセンサを設置し、前記他方のシールド機を掘
   進して該シールド機のカッタディスクと前記センサとの
   相対距離が所定値に達したら、非接触で該センサにより
   前記カッタディスクに取付けられた複数の発信コイルの
   位置を検知して両シールド機又は立坑とシールド機の相
   対位置を計測することを特徴とするシールド接合又は到
   達位置計測方法。
2. （２）一方のシールド機又は立坑から延びるボーリング
   パイプと、そのシールド機のボーリングパイプに着脱自
   在に設けられ、その先端位置を検出するボーリング孔位
   置検出装置と、そのボーリングパイプに着脱自在に設け
   られたセンサと、他方のシールド機のロータリジョイン
   トの回転軸に設けた角度検出器と、カッタディスク前面
   に取付けられた複数の発信コイルとよりなることを特徴
   とするシールド接合又は到達位置計測装置。