JPH07229398A - シールド工事用セグメント位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】波動ビーム発生器付き可搬型位置測定器による
シールド工事用セグメント位置決め方法の提供。 【構成】各セグメント２の内側面の相互に離れた３個所
以上の所定部位にターゲット４を固定する。３個以上の
波動ビーム発生器８が一定部位に向き可変に取付けられ
且つ方位と仰角と距離との測定が可能な可搬型位置測定
器５を前回組立セグメント２を視準できる位置に設置す
る。位置測定器５によりベンチマーク６に対するの前回
組立セグメント２の位置を測定する。トンネルの設計情
報と前回組立セグメント２の位置情報とから、今回組立
セグメント２上の３個以上のターゲット４の位置を算出
し、算出した３個以上のターゲット４の位置へ前記波動
ビーム発生器８から波動ビーム９をそれぞれ向ける。今
回組立セグメント２上の３個以上のターゲット４を前記
波動ビーム９とそれぞれ同時に交差させることにより今
回組立セグメント２を位置決めする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシールド工事用セグメン
ト位置決め方法に関し、とくにシールド工法によるトン
ネル掘削時にトンネル内壁用セグメントの組立て位置を
ビーム発生器付き可搬型位置測定器により割出すシール
ド工事用セグメント位置決め方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市における上下水道・鉄道・電気・ガ
ス等の施設として地下構造物の建設が増えており、その
なかでシールド工法が広く用いられている。図５を参照
するに、シールド工法ではシールド掘進機１が地盤を一
定距離だけ掘削する毎に、シールド掘進機１の外周壁で
あるシールドスキンプレート20の内側に掘削後のトンネ
ル内壁となるセグメント２を組立る。通常は、セグメン
ト２が複数のセグメント・ピース３からなり、それらを
結合して例えば円形セグメント・リングを形成する。シ
ールド工事の品質管理、及び後続セグメントの組立のた
めに前回組立てたセグメント（前回組立セグメントとい
う）２の三次元形状を測定する必要がある。図５の例で
は、セグメント２組立用のエレクタ21に距離センサ19を
取付け、エレクタ21を回転させることによりその測定を
行う。今回組立てるべきセグメント（今回組立セグメン
トという）の適正位置は、こうして測定した前回組立セ
グメント２の三次元形状の延長上に割出される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、エレクタ21に
取付けた距離センサ19では、エレクタ21の回転に応じて
その回転中心がエレクタ21の自重のために偏心して誤差
を生ずる問題があり、この誤差を避けようとすると装置
が複雑になりコスト高となる。

【０００４】この問題解決のため距離センサ19を回転部
材であるエレクタ21上にではなく、シールド掘進機の固
定部分に取付けることも提案されている。しかし、固定
した距離センサの場合には、有限な数のサンプル点のみ
の測定になるので、シールドスキンプレート断面が真円
である時は簡単な演算により断面形状を比較的正確に算
出して定めることができるが、土圧等によりシールドス
キンプレート断面やセグメント断面が偏平その他の形状
に変形している場合には正確な算出及び測定が困難にな
る欠点が避けられない。シールドスキンプレート形状や
前回組立セグメント形状の把握が不正確である場合に
は、今回組立セグメントの位置決めを正確に行うことが
できない。

【０００５】上記欠点を解決するため、本発明者は種々
実験研究を重ねた結果、可搬型位置測定器により前回組
立セグメント形状を把握し、所定位置からのレーザビー
ムなどの波動ビームにより今回組立セグメントを位置決
めするのが有効であることを見出した。

【０００６】従って、本発明の目的は波動ビーム発生器
付き可搬型位置測定器によりセグメントの位置を割出す
シールド工事用セグメント位置決め方法を提供するにあ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、複数（例え
ば３本）の並行でない光ビームとそれぞれ交差する複数
（例えば３個）のターゲットは一つの面を規定すること
に注目した。即ち、ある物品が特定位置にあってその物
品の表面上の複数（例えば３個）の所定部位に固定した
ターゲットが一定の空間位置を占める場合に、その物品
の表面と対向する１台の測定装置上の対応する数（例え
ば３個）の光源から前記一定の空間位置へそれぞれ向う
複数（例えば３本）の並行でない光ビームを放射するこ
とは可能である。それらの光ビームを前記定まった空間
位置へそれぞれ向う向きに固定したまま、前記物品を前
記特定位置から一旦動かし、次いでその物品上の全ての
ターゲットがそれぞれ対応する光ビームと交差する位置
にその特定物品を移動させれば、その特定物品は再び前
記特定位置にあるはずである。

【０００８】このことから、例えば３個の光ビーム発生
器付き測定装置をある座標系の一定位置に置き、その座
標系において例えば３個の固定ターゲットを有する物品
が設計位置に在る時にそれら３個のターゲットが占める
べき個別設計位置を定めるならば、前記測定装置の各光
源から対応する個別設計位置へ向う光ビームを放射する
ことができ、さらに前記設計位置に配置されるべき物品
を前記光ビームの場に持込み物品の位置・姿勢を調節
し、物品に固定の３個のターゲットの全てが同時に対応
する光ビームと交差する位置に物品を置くならば、その
物品を置いた位置がその物品の設計位置であることがわ
かる。

【０００９】図１を参照するに本発明のシールド工事用
セグメント位置決め方法によれば、トンネル内壁セグメ
ント２を順次組立てながらシールド掘進機１で掘進する
シールド工事において、各セグメント２の内側面上の相
互に離れた３個所以上の所定部位にターゲット４を固定
し、３個以上の波動ビーム発生器８が一定部位に向き可
変に取付けられ且つ方位と仰角と距離との測定が可能な
可搬型位置測定器５を前回組立セグメント２上のターゲ
ット４を視準できる位置に設置し、前記位置測定器５に
より基準座標に対する前回組立セグメント２の位置を測
定し、トンネルの設計情報と前回組立セグメントの位置
情報とから今回組立るべきセグメント２上の３個以上の
ターゲット４の位置を算出し、算出された３個以上のタ
ーゲット４の位置へ前記３個以上の波動ビーム発生器８
の波動ビーム９をそれぞれ向け、今回組立セグメント２
を当該セグメント２上の３個以上のターゲット４が前記
３個以上の波動ビーム発生器８の波動ビーム９とそれぞ
れ同時に交差する位置に置くことにより今回組立セグメ
ントを位置決めする。

【００１０】ここに、ターゲット４の一例は小さな反射
板であり、細いレーザビーム等の波動ビーム９の入射位
置を表示するためには反射板の表面に十字印を刻みその
交点を波動ビーム９が入射すべき点とすることができ
る。ターゲット４を固定すべき「相互に離れた所定部
位」とは、算出された３個以上のターゲット４の位置へ
向けられる３本以上の前記波動ビーム９が並行にならな
い程度に離れた部位の意である。図１では各セグメント
２が複数のセグメント・ピース３からなるものとし、前
回組立セグメント２の中のセグメント・ピースを図１の
記号3aで示し、今回組立セグメント２の中のセグメント
・ピースを図１(Ｂ)の記号3bで示す。基準座標は、トン
ネル内のベンチマーク６（図１）に基づくものとするか
又はシールド掘進機１内のベンチマーク（図示せず）に
基づくものとすることができる。好ましくは、波動ビー
ム発生器８をレーザビーム発生器とし、波動ビーム９を
レーザビームとする。

【００１１】今回組立セグメント２のターゲットの位置
の算出の際に用いるトンネルの設計情報には、設計出来
形線形、セグメントリング内におけるセグメント・ピー
スの割付け、セグメント・ピースのボルト孔のあそび等
が含まれる。

【００１２】

【作用】図２を参照するに、本発明のシールド工事用セ
グメント位置決め方法によれば、シールド掘進器１によ
る掘削後に組立るべきセグメント２の内側面の相互に離
れた３個所以上の部位にターゲット４を予め固定する。
図示例は内側面の四隅にそれぞれターゲット４を固定し
たセグメント・ピース３である。以下、４個のターゲッ
ト４を予め固定したセグメント・ピース３を用いたセグ
メント２の例について説明するが、本発明はこの例に限
定されず、セグメント２ごとに又はセグメント・ピース
３ごとに相互に離れた３個以上のターゲット４が取付け
られていれば足りる。

【００１３】図１(Ａ)に示す前回組立セグメント・ピー
ス3aを視準できる位置に、方位と仰角と距離との測定が
可能な可搬型位置測定器５を設置する。可搬型位置測定
器５の一例は、図３に示すようなトータルステーション
であり、その上の所定部位に３個以上、この場合４個の
波動ビーム発生器８を向き可変に取付けておく。

【００１４】トンネル内のベンチマーク６と前回組立セ
グメント・ピース3aの内側面上の４個のターゲット４を
可搬型位置測定器５により視準すれば、ベンチマーク６
に対する前回組立セグメント２の位置を測定することが
できる。セグメントリング２が複数、例えば８個のセグ
メント・ピース３からなる場合には、８個の前回組立セ
グメント・ピース3a上の計32個のターゲット４を順次視
準することにより、前回組立セグメント２の位置を定め
る。設計図等のトンネル設計情報とこうして求めた前回
組立セグメント２の位置情報とから、今回組立セグメン
ト・ピース3bの位置とそのセグメント・ピース3b上の４
個のターゲット４の位置とを算出し、算出された４個の
ターゲット４の位置へ前記４個の波動ビーム発生器８の
波動ビーム９をそれぞれ向ける。適当な取扱装置で、今
回組立セグメント・ピース3bの位置と姿勢を調整してそ
のセグメント・ピース3b上の４個のターゲット４を前記
４個の波動ビーム発生器８からの波動ビーム９とそれぞ
れ同時に交差させ、その位置で固定する。これら４本の
波動ビーム９は並行でなく、しかもそれら４個のターゲ
ット４の現実の相互間距離は上記算出に用いたものであ
るので、前記同時交差が生ずるセグメント・ピース3b及
び４個のターゲット４の位置はさきに算出したそれらの
位置と一致する。よって、今回組立セグメントの位置の
位置決めが完了する。

【００１５】従って、本発明の目的である「波動ビーム
発生器付き可搬型位置測定器によりセグメントの位置を
割出すシールド工事用セグメント位置決め方法」の提供
が達成される。

【００１６】

【実施例】図３は、複数の波動ビーム発生器８を有する
可搬型位置測定器５の一例として、レーザビーム発生器
を備えたトータルステーションを示す。可搬型位置測定
器５の本体5aが、測定対象の方位と仰角と距離を測定す
るための光学的機構を回転自在に保持する。この測定器
５に取付けた向き制御装置10が、３個以上のレーザビー
ム発生器を波動ビーム発生器８として向き制御可能に保
持する。各波動ビーム発生器８はケーブル11によりアン
プ等を介して電源（図示せず）に接続される。

【００１７】向き制御装置10の構造の一例を図４に示
す。仰角制御モータ12が減速歯車列13を介して矢印Ｅの
ように波動ビーム発生器８の仰角を調節する。図中記号
14は、仰角制御モータ12、歯車列13及び波動ビーム発生
器８の水平軸8aを保持する箱体を示す。向き制御装置10
（図３参照）に取付けた方位制御モータ15が減速歯車列
16を介して箱体14を水平面上で矢印Ｄのように回転させ
ることにより、波動ビーム発生器８の方位を調節する。

【００１８】本発明においては、前回組立セグメント２
（又はセグメント・ピース3a）の位置を波動ビーム発生
器８が固定された可搬型位置測定器５の位置を基準とし
て検出し、次に今回組立セグメント２（又はセグメント
・ピース3b）上のターゲット４の位置を前回組立セグメ
ント２（又はセグメント・ピース3a）の位置を基準とし
て計算により割出すので、波動ビーム発生器８から各タ
ーゲット２の割出し位置に向う波動ビーム９の方位角及
び仰角を計算によって求め得る。従って、図４の向き制
御装置10を用いれば、ターゲット４の割出し位置に向う
波動ビーム９を仰角制御モータ12及び方位制御モータ15
の調節により発生させることができる。

【００１９】測定値を電気信号で出力するトータルステ
ーションを可搬型位置測定器５として用いる場合には、
その出力を、シールド掘進器１の対地表位置情報やトン
ネル設計情報等を記憶させたコンピュータへオンライン
又はオフラインで加え、今回組立セグメント２又はセグ
メント・ピース3bの最適な組立位置及び姿勢を高速で算
出し、セグメント組立の自動化に備えることができる。

【００２０】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のシ
ールド工事用セグメント位置決め方法は、今回組立セグ
メントの位置を、波動ビーム発生器付き可搬型位置測定
器で検出する前回組立セグメントの位置情報とトンネル
の設計情報とから算出して割出した後、波動ビーム発生
器からの波動ビームにより決めるので、セグメント組立
の円滑化、セグメントからなるシールド壁の品質向上、
単一円形断面のシールド工事だけでなくいわゆる２連・
３連等のマルチフェイスシールド工法等の多様な工法へ
の適応性の向上等の顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】は本発明の一実施例の説明図である。

【図２】は本発明に用いるセグメント・ピースの斜視図
である。

【図３】は波動ビーム発生器付き可搬型位置測定器の模
式的説明図である。

【図４】は向き制御装置の一例の説明図である。

【図５】は従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１ シールド掘進器 ２ セグメント ３
セグメント・ピース ４ ターゲット ５ 可搬型位置測定器 5a
本体 ６ ベンチマーク ８ 波動ビーム発生器 8a
水平軸 ９ 波動ビーム 10 向き制御装置 11
ケーブル 12 仰角制御モータ 13、16 減速歯車列 14
箱体 15 方位制御モータ 19 距離センサ 20 シールドスキンプレート 21
エレクタ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル内壁セグメントを順次組立てな
   がらシールド掘進機で掘進するシールド工事において、
   各セグメントの内側面上の相互に離れた３個所以上の所
   定部位にターゲットを固定し、３個以上の波動ビーム発
   生器が一定部位に向き可変に取付けられ且つ方位と仰角
   と距離との測定が可能な可搬型位置測定器を前回組立セ
   グメント上のターゲットを視準できる位置に設置し、前
   記位置測定器により基準座標に対する前回組立セグメン
   トの位置を測定し、トンネルの設計情報と前回組立セグ
   メントの位置情報とから今回組立るべきセグメント上の
   ３個以上のターゲットの位置を算出し、算出された３個
   以上のターゲットの位置へ前記３個以上の波動ビーム発
   生器の波動ビームをそれぞれ向け、今回組立セグメント
   を当該セグメント上の３個以上のターゲットが前記３個
   以上の波動ビーム発生器の波動ビームとそれぞれ同時に
   交差する位置に置くことにより今回組立セグメントを位
   置決めしてなるシールド工事用セグメント位置決め方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１のセグメント位置決め方法にお
   いて、前記基準座標をトンネル内又はシールド掘進機上
   のベンチマークを基準とする座標としてなるシールド工
   事用セグメント位置決め方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２のセグメント位置決め方
   法において、前記波動ビーム発生器をレーザビーム発生
   器とし、前記波動ビームをレーザビームとしてなるシー
   ルド工事用セグメント位置決め方法。
4. 【請求項４】 請求項１、２又は３のセグメント位置決
   め方法において、前記可搬型位置測定器を、測定値が電
   気信号で与えられるトータルステーションとしてなるシ
   ールド工事用セグメント位置決め方法。
5. 【請求項５】 請求項１、２、３又は４のセグメント位
   置決め方法において、前記各セグメント上の相互に離れ
   た４個所の所定部位に前記ターゲットを固定し、前記可
   搬型位置測定器上に４個の前記波動ビーム発生器を向き
   可変に取付けてなるシールド工事用セグメント位置決め
   方法。
6. 【請求項６】 請求項５のセグメント位置決め方法にお
   いて、前記各セグメントに複数のセグメント・ピースを
   設け、各セグメント・ピース上の相互に離れた４個所の
   所定部位に前記ターゲットを予め固定し、セグメント・
   ピースごとに位置決めしてなるシールド工事用セグメン
   ト位置決め方法。