JPH0536734B2 - - Google Patents

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つてのトンネルの築造を可
能にするための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。

（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つており、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つ
てトンネルを敷設することが技術的にも必須の条
件となつており、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つ
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つての築造のための
測量には、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）とオフセツト測量が主流となつて
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ヤイロコンパスを用
いる方法がある。

この後者の自動流量方法は、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
小さいという特長を有しているため、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
用いる方法の場合、自動追従装置が高価であり、
またレーザー測距測角儀の盛り替え設置に多くの
時間を要し、特に曲線部の施工では盛り替え回数
が多く、労力がかかるという欠点があつた。ま
た、レーザースポツトが受光盤を外れたような場
合は、自動測量できなくなる等の問題がある。一
方、ジヤ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、ジヤ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
差となつて現れるという欠点がある。

また、シールド掘進坑内において、シールド掘
進機が牽引している後方台車の位置する任意の測
量点からシールド掘進機まで後方台車に沿つて軌
道を設置し、その軌道に沿つて走行する移動計測
装置にジヤイロまたは、加速度計を搭載し、その
移動計測装置の走行部に設置したロータリーエン
コーダで走行距離を測定することにより、後方台
車に位置する任意の測量点を基にシールド掘進機
の位置を自動的に測定する方法が知られてもい
る。

この場合の後方台車に位置する任意の測量点の
検出方法としては、人力測量による方法やレーザ
ー測距測角儀による自動測量が一般的である。し
かしながら、人力測量の場合には、シールド掘進
機が進むと共にシールド掘進機に連結された後方
台車も進むので、後方台車に位置する任意の測量
点も掘進中移動し、このため頻繁な測量回数を必
要とする。また、レーザー測距測角儀による自動
測量の場合には、後方台車に位置する任意の測量
点が移動しても、自動的に追従し、後方台車に位
置する任意の測量点の座標位置を連続的に検出で
きて便利であるが、自動追従装置は、高価であ
り、また自動追従装置付きレーザー測距測角儀は
形状が大きくなるため大口径のシールド工事には
向いているものの、中小口径には適用しにくい。

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
ド工法におけるこれまでの自動測量方法の欠点を
解消し、計画線に沿つ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新しい方法を提供するこ
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、シールド掘進機またはシールド掘進機が掘進
とともに牽引する後方台車の任意の測量点に測距
測角儀を設置し、後方台車から見て後方側（坑口
側）の基準点（以下後方基準点）に測距用光波の
反射プリズムを設置し、測距測角儀と反射プリズ
ムを張力をかけたワイヤー状の線材で連結し、シ
ールド掘進機または後方台車に位置する測距測角
儀が掘進とともに移動しても測距測角儀と反射プ
リズムが常にワイヤー状線材への張力の付加によ
る回転トルクによつて互いに向かい合うように
し、後方基準点から、シールド掘進機または後方
台車に位置する任意の測量点の座標位置を連続的
に検出する測量方法を提供する。

また、この発明の方法では、シールド掘進機ま
たは後方台車に位置する任意の測量点と後方基準
点とを向かい合わせるためにワイヤーの張力によ
る回転力を利用するが、後方基準点と任意の測量
点の回転中心では、機械摩擦等による回転抵抗が
生じるため微小の振れ角では変化に追従できない
場合がある。そこで、この発明では、これを補正
するために、後方基準点にCCDカメラとスクリ
ーンを反射プリズムと一体に設け、測距測角儀か
ら照射されるレーザースポツトがスクリーンを照
射する時のずれ量を検知し、その値を基に補正
し、シールド掘進機または後方台車に位置する任
意の測量点の位置を検出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も提供する。

次に図面に沿つ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
の例によつ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ための計
測機器・装置の構成を例示したものである。ま
た、第２図は、後方台車に任意の測量点が位置し
た場合に、任意の測量点が移動していく時の計測
機器の対面状態を例示した図である。

後方台車に位置する任意の測量点Ａには、光波
距離計１、レーザー発振器２とともに、これを同
時に上下左右に振ることができ、その時の振り角
を測定できるデジタルセオドライト３を設置す
る。後方基準点には、反射プリズム４、スクリー
ン５、CDDカメラ６がセツトされており、２点
間はワイヤー７で結ばれている。そして、必要に
応じていずれか一端に配置した巻取りリール１８
に巻取られるようにする。このようにして、ワイ
ヤ７には張力が付加される。また巻取りリール１
８によつて移動量による張力およびワイヤー長さ
を調整することができる。すなわち、後方台車の
移動に伴い、デジタルセオドライト３の位置が動
いても、デジタルセオドライト３と受光器８がワ
イヤー７の張力の利用して両者は回転しながら常
に対面し、レーザー光線Ｒがスクリーン５に当た
るようにしている。

ワイヤー７は、アーム１０，１１によつて係止
されている。そして、この例においては、ワイヤ
ー７は、前記の通り、巻取りリール１８にその一
端が巻き取られている。また、後方台車１２に
は、移動計測装置１３としてジヤイロ１４を搭載
している。

また、受光器８は、架台１５の上に、バランス
ウエイト１６を保持して支脚１７により設置して
もいる。

第３図は、この発明の方法で後方台車に位置す
る任意の測量点の座標位置の計測原理を示したも
のである。

後方台車に位置する任意の測量点と後方基準点
との距離Ｄは光波距離計と反射プリズムで測距
し、この時の鉛直角φを測角することにより、平
面座標における距離ＬはＬ＝Ｄ・COSαにより求
められる。またレーザー光線の方位角βは、後方
台車に位置する任意の測量点に静止している走行
装置に搭載されているジヤイロによつて、後方台
車の進行方向の方位角γが測定され、進行方向に
対する任意の測量点への水平角δを測角すること
により、レーザー光線の方位角βが検出できる。
よつて、後方台車に位置する任意の測量点の水平
座標位置A′（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）は、次式のよう
になる。

X1＝Ｘ＋Ｄ・COSα・SIN（γ＋δ） Y1＝Ｙ＋Ｄ・COSα・COS（γ＋δ） Z1＝Ｚ＋Ｄ・SINα ここで、Ｄ：光波距離計による計測値 α：後方台車に位置する任意の測量点か
ら後方台車の後方基準点への鉛直角 γ：後方台車の進行方向の方位角 δ：後方台車の進行方向と後方台車に位
置する任意の測量点と後方台車の後方基
準点を結んだ方向との水平角 また、第４図ａ，ｂ，ｃは、測距測角儀と受光
器の回転部の抵抗のために測距測角儀側が回転し
きらない場合の修正原理を示したものである。図
中の記号は以下のものを示している。

Ｏ …基準点（Ｘ，Ｙ，Ｚ） O′…スクリーン上のレーザースポツトの照射
点 Ａ …後方台車に位置する任意の測量点 A′…レーザー光をO′から基準点Ｏまで平行移
動した点 Sx，Sy…スクリーンの中心からレーガースポ
ツトまでの離れ量 ΔX，ΔY，ΔZ…スクリーンの中心からレーザ
ースポツトまでの距離 Ｐ …スクリーンの中心（ワイヤーが本来のよ
うに一直線になればレーザースポツトはＰを
照射する） スクリーンの中心からレーザースポツトまでの
離れ量（SX，SY）からＸ，Ｙ，Ｚ方向のずれ量
を求めると次のようになる。

ΔX≒−SX・COSβ −SY・SINα・COSβ ΔY≒SX・SINβ −SY・SINα・SINβ ΔZ≒SY・COSα また、受光器の基準点Ｏからレーザースポツト
O′までのズレ量の補正することにより、後方台
車に位置する任意の測量点Ａ（X1，Y1，Z1）点
の座標位置を求めると次のようになる。

X1≒Ｘ＋Ｌ・SINβ−ΔX Y1≒Ｙ＋Ｌ・COSβ＋ΔY Z1≒Ｚ＋Ｄ・SINα＋ΔZ なお、ここで Ｌ：光波距離計で実測された後方台車に位置す
る任意の測量点から受光器までの距離
（Ｄ・COSα） Ｘ，Ｙ，Ｚ：受光器の基準点のＸ，Ｙ，Ｚ座標
値を示している。

このような機器構成と測量方法により、より精
度の高い測量を実現するものである。

第５図ａ，ｂ，ｃは、受光器を設置している後
方基準点の移動について例示した図である。

すなわち、 (a) 初期測量 ●基準点の座標を求める。

後方基準点の位置座標を求める。

(b) 位置出し ●掘削終了時に自動測量を行う ●基準点の座標と任意の測量点への方位角、 距離から任意の測量点の座標を算出する。

●掘進にともない後方台車が移動する。

(c) 盛り替え ●位置出しが限界に達したとき、基準点を移動
する。

●新基準点の座標は、計測した任意の測量点か
ら逆に算出するか測量して求める。

●自動位置出しが可能となる。

以上の通りのこの発明の測量方法によれば、ワ
イヤーの長さの限界等で、受光器を設置している
後方既知点を移設しなければならない時、この基
準点を前方の任意の位置に設置しなおせば、後方
台車に位置する任意の測量点が既知であるので、
この既知の点から逆算し、移動位置の座標を知る
ことができる。掘進が進むに従つて、順次この設
置方法を繰り返していけばよい。

もちろん、以上の例に限定されることなく、こ
の方法の実施には、様々な態様が可能である。後
方台車が短い時には、本発明による測量装置をシ
ールド掘進機に設置し、シールド掘進機の位置ま
で直接測量すればよく、また、後方台車が長い場
合には、実施例に示したように後方台車に位置す
る任意の測量点まで測量して、その任意の測量点
から前方のシールド掘進機までは、前述したジヤ
イロ走行による方法等の手段を用いてもよい。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。

また、本工法においては、レーザー発振器側と
受光器側の位置関係を逆にして設置しても、同様
の効果が表れる。

（発明の効果） この発明によれば、シールド掘進機またはシー
ルド掘進機が牽引している後方台車の位置する任
意の測量点の位置を検出するのに、人力測量や高
価な自動追従装置を使用することなく、しかも効
率的に検出することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法に用いることのでき
る計測機器・装置の構成例を示した正面図であ
り、第２図は、測距測角儀の移動について例示し
た平面図である。第３図は、この発明の方法の計
測原理を示した座標系図である。第４図ａ，ｂ，
ｃは、座標位置の修正原理を示した座標系図であ
る。第５図ａ，ｂ，ｃは、後方基準点の移動過程
を示した正面図である。 １…光波距離計、２…レーザー発振器、３…デ
ジタルセオドライト、４…反射プリズム、５…ス
クリーン、６…CCDカメラ、７…ワイヤー、８
…受光器、１０，１１…アーム、１２…後方台
車、１３…移動計測装置、１４…ジヤイロ、１５
…架台、１６…バランスウエイト、１７…支脚、
１８…巻取りリール、Ａ…測量点、Ｒ…レーザー
光線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シールド掘進坑内において、シールド掘進機
   またはシールド掘進機が掘進とともに牽引する後
   方台車の任意の測量点に測距測角儀を設置し、後
   方台車の後方側に位置する基準点に測距用光波の
   反射プリズムを設置し、測距測角儀と反射プリズ
   ムを張力をかけたワイヤー状の線材で連結し、シ
   ールド掘進機または後方台車に設置した測距測角
   儀が掘進機とともに移動しても測距測角儀と反射
   プリズムが常にワイヤー状線材への張力の付加に
   よる回転トルクによつて互いに向かい合うように
   し、後方台車の後方側基準点から、シールド掘進
   機または後方台車に位置した任意の測量点の座標
   位置を連続的に検出することを特徴とするシール
   ド測量方法。 ２ 後方台車の後方側に位置する基準点にCCD
   カメラとスクリーンを反射プリズムと一体に設け
   た装置とシールド掘進機または後方台車に設置し
   た測距測角儀からなり、この測距測角儀から照射
   されるレーザースポツトのずれ量をスクリーンで
   検知し、その値を基に補正し、シールド掘進機ま
   たは後方台車に位置する任意の測量点の位置を検
   出することを特徴とする請求項１のシールド測量
   方法。