JPH04279812A - 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】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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、徐々に普及し始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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するためのものとして、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に牽引する後方台車後
部から前部まで後方台車に沿ってジャイロおよび測距測
角儀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。

【０００７】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後部から前部
まで軌道を設置し、その軌道に沿って走行する移動計測
装置にジャイロおよび測距測角儀を搭載し、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回転部にロータリー
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検出する。

【０００８】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、光ファイバ
ージャイロ、振動ジャイロ等の基準方向を基にして角度
変位を検出するもの、あるいは方位ジャイロ等の直接方
位を検出する方式のどちらでもよい。さらに、移動計測
装置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
置を自動的に検出する方法を採用することもできる。

【０００９】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、光学式など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上部
、側部、内部等の連続的に空間が取れ、走行台車が走行
できる部分に設置する。また、曲線施工にも対応できる
ようにするように屈曲する構造とすることができる。

【００１０】計測部の移動については、制御部からの信
号で自動コントロールできるようにするのが好ましく、
この計測部の移動タイミングは、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、従来に比べより機械的で高
精度の測量が可能となる。

【００１１】また、後方台車後部の移動計測装置の位置
およびシールド掘進機内部の測量点の位置を求める測量
方法としては、モータ駆動のレーザー測距測角儀を用い
て測量点の自動測量を行う。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、この方法は
、以下の例によって限定されるものではない。

【００１２】

【実施例】シールド掘進機の位置の測定は、たとえば図
１に示したように後方台車の後部に位置する移動開始点
（ａ）から後方台車の前部の位置（ａｎ）までの移動量
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、水平方向変位量を測定することができる
。この場合、後方台車後部の移動開始点（ａ）について
は、後方の基準点（ｃ）を移動計測装置に搭載したレー
ザー測距測角儀によって三次元座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）
を測定しておく。

【００１３】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、たとえば図１に示したように、計測軌道（２
０）をシールド坑内の台車の上部に設ける場合や、図２
に示したように、同じく台車の側部に設ける場合、ある
いは台車の内部に設ける場合がある。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（ａ
…ａｎ）を求める。このとき水レベル計を利用するか、
ジャイロ、傾斜計等を移動計測装置に搭載することで、
水平方向変位量と同様にして垂直変位量を検出すること
により、三次元座標位置も求められる。

【００１４】後方台車前部の位置（ａｎ）から移動計測
装置に搭載した測距測角儀により、シールド掘進機内の
測量点（ｂ）を自動測量することにより、シールド掘進
機の座標位置を求める。また、スペースがあれば計測軌
道をシールド機まで設置し、移動計測装置がシールド機
の位置まで走行して、そのシールド機の座標位置を求め
てもよい。

【００１５】さらに、後方台車に並行する軌道を設置し
、独立的に移動計測装置を移動させるようにしてもよい
。ジャイロおよび測距測角儀を搭載した移動計測装置に
ついては、各種の形式および構造のものが可能であり、
たとえば走行台車式、モノ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。

【００１６】走行装置の走行距離は、ロータリーエンコ
ーダの回転数から算出するが、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。

【００１７】たとえば図３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（４
０）上を方向（Ａ）に移動する、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、バッテリー、レールを通じてある
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。

【００１８】たとえば図４は、移動計測装置と通信装置
と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）の走行距離
を検出するロータリーエンコーダ（５３）、電源部（５
４）、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）、モ
ータ駆動部のレーザー測距測角儀（５９）、せん回用モ
ータ（６０）等を備えている。

【００１９】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（６１）…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（６７）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（６２）…各計測器からの計測データの演算
処理と蓄積、およ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。 電源部（５４）…車両に搭載したバッテリー電源を計測
器と走行モータが共用する。 バッテリー充電装置（６３）…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。 傾斜計（６８）…位置検出装置の傾斜角を検出する計測
器で、垂直方向変位量の算出および計量データの補正計
算用のデータを得る。

【００２０】たとえば以上の構成において、電源部（５
４）は、バッテリー充電装置（６３）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（６
４）、データ伝送装置（６５）を介してパソコン（６６
）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、これまで一般的な人力による測定
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。

【００２１】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。この発明は、もちろん、以上の例に限
定させることなく、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
ルボーリングマシン等の掘進機を使用した山岳トンネル
等の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。

【００２２】

【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】

【図１】計測用軌道の設置例を示した平面図である。

【図２】計測用軌道の別の設置例を示した平面図である
。

【図３】位置検出装置の例を示した斜視図である。

【図４】移動計測装置を例示した正面構成図である。

【符号の説明】

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　　モータ駆動のレーザー測距測角儀６０　　せん
回用モータ ６１　　走行制御装置 ６２　　演算処理部 ６３　　バッテリー充電装置 ６４　　無線通信装置 ６５　　データ伝送装置 ６６　　パソコン ６７　　磁　　石 ６８　　傾斜計

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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に牽引する後方台車後部から前部ま
   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および測距測角儀を搭載
   して、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測
   量することを特徴とするシールド測量方法。
2. 【請求項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後部から前部ま
   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およ
   び傾斜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測量する
   ことを特徴とするシールド測量方法。
3. 【請求項３】　　移動計測装置の軌道上の位置を知るた
   めに、軌道に連続的にまたは間欠的に磁気、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. 【請求項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。
5. 【請求項５】　　計測軌道を後方台車とは別の軌道とし
   て並走させ、シールド掘進機の位置を自動計測する請求
   項１，２，３または４のシールド測量方法。