JPH03289512A - シールド測量方法 - 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） この発明は、シールド掘進坑内における測量方法に関す
るものである。さらに詳しくは、この発明は、シールド
工法において計画線に沿ってのトンネルの築造を可能に
するための測量方法に関するものである。

（従来の技術とその課題） 近年、地下空間の高度利用への要請が高まるとともに、
シールド掘削工法によるトンネル築造への期待も大きな
ものとなっており、これに対応してその技術の一層の高
度化が強く求められている。

周知のように、シールド工法をはじめとして、トンネル
築造においては、計画通りの線形に沿ってトンネルを敷
設することが技術的にも必須の条件となっており、特に
、機械的に掘進していくシールド工法においてはそのた
めのシールド掘進機の位置の正確な測量が極めて大切な
要件となっている。

このようなシールド工法における掘進機の位置測定とト
ンネルの計画線に沿っての築造のための測量においては
、従来より、人力による測量の方法と、自動測量による
方法とが知られている。このうちの人力による測量方法
としては、センター測量（トラバース測量）とオフセッ
ト測量が主流となっており、また人力に代わる自動測量
の方法としては、レーザー測距測角儀やジャイロコンパ
スを用いる方法がある。

この後者の自動測量方法は、人力による測量に比べては
るかに合理的で、人力による測量がシールド掘進の合間
に行われるのに比べ、掘進中でも常時測量することがで
き、測量精度のばらつきも小さいため、徐々に普及し始
めている。

しかしながら、このように優れた利点を有する自動測量
方法ではあるが、レーザー測距測角儀を用いる方法にお
いては、トンネル線形が曲線の場合、レーザー測距測角
儀の盛り替え回数が増加し、また、レーザー測距測角儀
とシールド掘進機との間に障害物があるとレーザー光が
遮られる等の欠点がある。また、ジャイロコンパスを使
用する方法の場合には、シールド掘進機が水平方向へ同
じ角度で横移動したときに、ジャイロコンパスは移動す
る前後で同方向を指針しているために、あたかもその同
方向に進んでいるかのように計測され、それが誤差とな
って現れるという欠点がある。

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、徐々に普及しはじめているシールド工法における
自動測量の方法の特長を生かしつつ、これまでの自動測
量方法の欠点を解消して、計画線に沿ってのシールドト
ンネルの築造が可能な、高効率および高精度のシールド
工法におけるトンネル測量の方法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） この発明は、上記の課題を解決するものとして、シール
ド掘進坑内において、シールド掘進機が掘進ととも牽引
する後方台車に位置する既知点からシールド掘進機まで
後方台車に沿ってジャイロを搭載した移動計測装置を移
動させてその軌跡の方位・移動距離から移動点を検出す
ることによりシールド掘進機の位置を計測することを特
徴とするシールド工法における測量方法を提供する。

より具体的に説明するとシールド掘進機の後方でセグメ
ントを組み上げてトンネルを構築していくシールド掘進
工事において、シールド掘進機が掘進とともにワイヤー
等の連結装置で牽引する後方台車に位置する既知点から
シールド掘進機まで軌道を設置し、その軌道に沿って走
行する移動計測装置にジャイロを搭載し、その軌道を走
行させることによりジャイロで方位角を連続的に測定す
るとともに、移動計測装置の走行部にロータリーエンコ
ーダを設置し走行距離を連続的に測定することにより、
後方台車に位置する既知点を基にシールド掘進機の位置
を自動的に検出する。

使用するジャイロとしては、レートジャイロ、レーザジ
ャイロ、レート積分ジャイロ、光フアイバージャイロ、
振動ジャイロ等基準方向を基にして、角度変位を検出す
る方式のもの、あるいは方位ジャイロ等直接方位を検出
する方式のどちらのものでもよい。

さらに、移動計測部にジャイロに替えて、加速度計と同
じくロータリーエンコーダを搭載し、走行時に走行距離
と横方向の加速度を検出、積算することにより、上記と
同様に、後方台車に位置する既知点を基にシールド掘進
機の位置を自動的に検出する方法を採用することもでき
る。

また、走行距離については、上記のロータリーエンコー
ダの方式の他に軌道に連続的にまたは間欠的に磁気式、
あるいは、光学式等の測長スケールを配置し、移動計測
装置により測長を検知し、移動計測装置の軌道上の位置
をより精度よく検出してもよい。

移動計測装置が、計測・蓄積したデータの通信方法は、
無線通信装置を用いて、データ処理装置へ伝送すること
ができる。移動計測装置が移動するための軌道は、後方
台車の上部、側部、内部等連続的に空間がとれ、走行台
車が走行できる部分に設置し、シールド掘進機に接続、
固定する。また、曲線施工にも対応できるように屈曲す
る構造とすることができる。

計測部の移動については、制御部からの信号で自動コン
トールできるようにするのが好ましく、この計測部の移
動のタイミングは、掘進中、あるいは掘進の停止中のい
ずれでもよい。

以上述べた自動測量方法により、トンネル線形が曲線の
場合やシールド掘進機が横移動した場合等に対応でき、
従来に比べより機能的で高精度の測量の実現が可能とな
る。

また、後方台車に位置する既知点の位置を求める測量方
法としては、人力による距離・角度の計測と、レーザー
測距測角儀を用いて測量点の移動に追従させる自動測量
の方法とがあり、これらは、施工現場の態様に応じて適
宜に選択することができる。

次に図面に沿ってこの発明の方法をさらに詳しく説明す
る。もちろん、この発明の方法は、以下の例によって限
定されるものではない。

（実施例） 第１図は、この発明の方法を実施するに際し、シールド
掘進機の横スベリ量を計測する場合の原理を示した説明
図である。すなわち、横スベリ量の測定は、後方台車に
位置する既知点（ａ）からシールド掘進機の進行位置（
ｂ）までの移動について、移動計測装置に搭載したジャ
イロを移動させることにより、ａ−ｂ間の水平方向変位
量（ａ　’　−ｂ）　、すなわちｌを測定することがで
きる。この場合、既知点（ａ）については、後方の基準
点に設置されたレーザー測距測角儀等の測定方法によっ
て３次元座標位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を測定しておく。

移動計測装置が走行する計測用軌道は、シールド工事を
実施する現場に対応させて適宜に敷設すればよいが、た
とえば第２図に示したように、計測用軌道（２０）をシ
ールド坑内の台車の側部に設ける場合や、第３図に示し
たように、同じく台車の上部に設ける場合、あるいは台
車の内部に設ける場合等がある。このいずれの場合も、
後方基準点（ｃ）から走行台車の走行路の座標（ａｌ・
・・・・・ａｎ）およびシールド掘進機の座標（ｂ）を
求める。

ジャイロを搭載した移動計測装置については、各種の形
式及び構造のものが可能であり、たとえば走行台車式、
モルレール式、吊り下げ式、磁気浮上式等の方式を採用
することができる。

走行装置の走行距離は、ロータリーエンコーダの凹点数
から算出するが、車輪と軌道の滑り等が生じた場合を考
慮して、さらに精度よく検出する場合は、軌道に連続的
または間欠的に磁気式、あるいは、光学式等の測長スケ
ールを配置し、移動計測装置により測長を検知し、移動
計測装置の軌道上の位置をより精度よく検出する。たと
えば第４図は磁気式または光学式で走行距離を検出する
例を示した図である。

測長スケール（４ｏ）上を方向（Ａ）に移動し、磁気ま
たは光学パターン検知部（４１）と移動計測部（４２）
とを有している。

移動計測装置が計測、蓄積したデータは、無線通信装置
へ伝送し、無線通信装置からは、データ伝送装置を経由
して、コンピュータ等の演算処理装置に入力する。走行
に必要な電源は、バッテリ、レールを通じであるいは直
接有線で供給することができる。またその走行は、制御
装置からの走行信号を受けて、自動的に走行・停止させ
ることができる。

たとえば第５図は、移動計測装置と通信装置を組み合わ
せたシステム構成を例示したものである。

計測用軌道（５０）を走行する移動計測台車（５１）は
、たとえば駆動部である走行モータ（５２）走行距離を
検出するロータリーエンコーダ（５３）　電源部（５４
）、ジャイロ（５５）　、ジャイロ制御ユニット（５６
）　、無線通信装置（５７）　、位置検出装置（５８）
、基準点計量用ターゲット（５９）等を備えている。

主要な機能は次の通りである。

ジャイロ（５５）・・・方位角を検出する計測器ジャイ
ロ制御ユニット（５６）・・・ジャイロの計測動作の制
御信号を送る機器 ロータリーエンコーダ（５３）・・・車軸の回転数を検
出する計測器 走行制御装置（６０）・・・車両の自動走行と滑らかな
発進・停止を行うための制御装置 位置検出装置（５８）・・・走行レール間の定位置に設
置された磁石を検知する装置で、 車両の通過位置を判断することによ り走行制御のタイミングをとる 演算処理部（６１）・・・各計測器からの計測データの
演算処理と蓄積、及び各制御器と の信号のやり取りを行う機器 無線通信装置（５７）・・・演算処理部に蓄積されたデ
ータを、非接触でジャイロ走行計 測部外へ伝送する装置 電源（５４）・・・車両に搭載したバッテリー電源を計
測器と走行モーターが共用する バッテリー充電装置（６２）・・・車両の停留位置に設
置された接触点を通して車両内の バッテリーの自動充電を行う装置 たとえば以上の構成において、電源部（５４）は、バッ
テリー充電装置（６２）に連結し、無線通信装置（５７
）からの信号は、外部の無線通信装置（６３）　、デー
タ伝送装置（６４）を介してパソコン（６５）等によっ
て処理される。

このような移動計測装置を用いた測量方法により、これ
まで−船釣な人力による測定が、シールド掘進距離で約
５ｍに一回程度の割合で手間のかかる測量を行っていた
のに比べ、３０〜５０ｍに一回程度の割合で測量をすま
せることができる。

このようにジャイロと走行距離検出装置によって、シー
ルド掘進機の横ズレ変位量が検出され、シールド掘進機
の進行方向の修正が、迅速に、かつ容易に実施可能とな
る。

また、従来のようなレーザーを使用する方法の場合、裏
込め注入等の影響で、トンネル内の既知点にセットした
レーザー測距測角儀が回転移動してしまった時は規準点
は大きく誤差が生ずるが、この発明の測量方法を用いる
場合には、後方台車上の既知点が裏込め注入等で回転移
動しても、ジャイロで方位を検出しているので、測量に
影響を生じることはない。

この発明は、もちろん、以上の例に限定されることなく
、実施方法には様々な態様が可能である。

また適用工種としてシールド工事に限らず、トンネルポ
ーリングマシーン等の掘進機を使用した場合でも同様に
適用できる。計測装置の構成についても各種の構成がこ
の発明の方法に含まれる。

（発明の効果） この発明により、以上詳しく説明した通り、シールド掘
進工法において、シールドトンネルを計画線に沿って築
造するための効率的で、精度のよい測量方法が実現され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、シールド掘進機の横スベリ量を計測する原理
を示した平面図である。第２図および第３図は計測用軌
道の設置例を示した平面図である。 第４図は、位置検出装置の例を示した斜視図であり、第
５図は移動計測装置を例示した正面構成図である。 ２０・・・計測用軌道 ４０・・・測長スケール ４１・・・磁気または光学パターン検知部４２・・・移
動計測部 ５０・・・計測用軌道 ５１・・・移動計測台車 ５２・・・走行モータ ５３・・・ロータリーエンコーダ ５４・・・電源部 ５５・・・ジャイロ ５６・・・ジャイロ制御ユニット ５７・・・無線通信装置 ５８・・・位置検出装置 ５９・・・基準点測量用ターゲラ ６０・・・走行制御装置 ６１・・・演算処理部 ６２・・・バッテリー充電装置 ６３・・・無線通信装置 ６４・・・データ伝送装置 ６５・・・パソコン ト

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シールド掘進坑内において、シールド掘進機が掘
   進ととも牽引する後方台車に位置する既知点からシール
   ド掘進機まで後方台車に沿って軌道を設定し、その軌道
   に沿って走行する移動計測装置にジャイロを搭載し、そ
   の移動計測装置を自動走行させることによりジャイロで
   方位角を連続的に測定し、移動計測装置の走行回転部に
   ロータリエンコーダを設置した走行距離測定装置で走行
   距離を測定することにより、後方台車の後方に位置する
   基準点を基にシールド掘進機の位置を自動的に測定する
   ことを特徴とするシールド測量方法。
2. （２）シールド掘進坑内において、シールド掘進機が掘
   進とともに牽引する後方台車に位置する既知点からシー
   ルド掘進機まで後方台車に沿って軌道を設置し、その軌
   道に沿って走行する移動計測装置に加速度計を搭載し、
   その移動計測装置を自動走行させることにより加速度計
   で方位角を連続的に測定し、移動計測装置の走行回転部
   にロータリーエンコーダを設置した走行距離測定装置で
   走行距離を測定することにより、後方台車後方に位置す
   る基準点を基にシールド掘進機の位置を自動的にするこ
   とを特徴とすることを特徴とするシールド測量方法。
3. （３）移動計測装置の軌道上の位置を知るために、軌道
   に連続的または間欠的に磁気式、あるいは光学式等の測
   長スケールを配置し、走行台車でその測長を検知するこ
   とを特徴とする請求項（１）または（２）のシールド測
   量方法。
4. （４）計測、蓄積したデータを無線通信装置を用いてデ
   ータ伝送することを特徴とする請求項（１）、（２）ま
   たは（３）のシールド測量方法。