JPH0726848B2 - シ−ルド掘進機における位置・姿勢の測定装置 - 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掘進機の現在位置およびその姿勢を
測定する装置に関するものである。

≪従来技術とその問題点≫ 周知のように、地下鉄，上・下水道管などの坑道の掘削
方法としてシールド掘進機を用いるシールド工法が広く
採用されている。

この種のシールド工法では正確な線形を確保するうえか
らも、近時、特に施工精度の高度化が要求されている。

坑道を堀削計画線どうりに形成するためには、シールド
掘進機の三次元の位置と方向を迅速かつ正確に把握する
必要がある。

そのため、従来から行なわれていたトランシットなどに
よる坑内測量に代え、レーザービームを利用する手段や
ジャイロコンパスを用いる手段が提案されているが、こ
れらの手段は以下に説明する問題があった。

すなわち、前者のレーザービームを利用する手段では、
レーザービームを一直線状に投射しておき、掘進機と計
画線とのズレをレーザービームの偏位として検出するた
め、レーザービームの投射空間を必要とし、特に小断面
用のシールド掘進機ではその空間を確保することが難し
い。

また、後者のジャイロコンパスを用いる手段では、シー
ルド掘進機の鉛直方向の変化が測定できないため、便宜
的に加速度計などを用いて計測を行なっているが、この
方法では誤差が累積し易く、また装置が大がかりになり
高価であった。

この発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたも
のであって、その目的とするところは、比較的簡単な構
成によりシールド掘進機の現在位置およびその姿勢を検
知できる測定装置を提供することにある。

≪問題点を解決するための手段≫ 上記目的を達成するために、この発明では、シールド掘
進機の現在位置およびその姿勢を測定する装置におい
て、該シールド掘進機の方位を検知するジャヤロコンパ
スと、該シールド掘進機の基準点からの高さを検知する
圧力式沈下計と、該シールド掘進機のローリングおよび
ピッチングを検知する傾斜計と、該シールド掘進機の基
準点からの累計推進距離を検知する距離計と、前記ジャ
イロコンパスで検知された方位角と前記圧力式沈下計で
検知された圧力変化値とが入力されるとともに、前記傾
斜計の出力に応じて前記沈下計の検出値を補正する演算
装置とからなることを特徴とする。

≪実施例≫ 以下、この発明の好適な実施例について添附図面を参照
にして詳細に説明する。

図はこの発明に係るシールド掘進機における位置・姿勢
の測定装置の一実施例を示している。

同図は、発進立坑10から出発したシールド掘進機12が計
画線の途中に位置した状態の側断面の概略を示してお
り、シールド掘進機12に配設された推進ジャッキ14は、
図外のセグメントに反力をとって、シールド掘進機12を
前方に推進させるものであって、その伸長距離はストロ
ーク計16により検知され、ストローク計16の出力信号は
演算装置18に入力して演算処理を行なうことにより、例
えば発進立坑10を基準点とした累計距離が計測される。
すなわち、ストローク計16と演算装置18とが、シールド
掘進機12の累計推進距離を検知する距離計を構成する。

また、シールド掘進機12には、シールド掘進機12の方位
を検知するジャイロコンパス20と、シールド掘進機12の
ローリングおよびピッチングを検知する傾斜計22と、シ
ールド掘進機12の基準点、例えば発進立坑10の底面の高
度を基準として、現在の高度を検知する圧力式沈下計24
とを備えている。

上記ジャイロコンパス20は、慣性モーメントの大きなモ
ータを高速回転させた時の、回転体の慣性とプレセッシ
ョン作用とを利用して、方位角を測定するものであっ
て、シールド掘進機12に搭載すると、その平面上の方向
が検知でき、ジャイロコンパス20はジャイロコントロー
ラ26によって駆動制御が行なわれるとともに、検出され
た方位角は上記演算装置18に入力される。

上記圧力式沈下計24としては、例えば実開昭57−28316
号公報に開示されているようなものが用いられ、発進立
坑10内に設置された基準水槽24aおよび基準沈下計24b
と、シールド掘進機12内に設置されたシールド側沈下計
24cとを備え、これらはそれぞれ連通管24dで接続される
とともに、シールド側沈下計24cに接続された連通管24d
の途中には、連通管24dが連通接続を保ったままでシー
ルド掘進機12の掘進に追随できるように連通管巻取装置
24eが設けてある。

この圧力式沈下計24では、基準水槽24aによってシール
ド側沈下計24cに加えられている水圧が、シールド掘進
機12が計画線に対して上下方向にズレると、そのズレに
対応して変化するので、シールド側沈下計24cの圧力値
と基準側沈下計24bの圧力値とを対比することにより、
シールド掘進機12の時々刻々の基準位置に対する絶対的
な高度が測定でき、累積誤差を含まない値が求められ
る。

圧力変化は例えば圧電センサにより電気信号に変換され
て、上記演算装置18に入力される。

ここで、上述した如き圧力式沈下計24による高度測定で
は、連通管24dが長距離となるため、沈下計24の応答性
に対する問題が懸念されるが、本発明者らの実験による
と連通管24dの長さが500mになっても、正常値に収束す
るまでの時間は約35秒程度であって（レベル変動30m
m）、実際のシールド工事でのレベル変動の大きさは僅
かで、しかもかなり長時間に亘って徐々に変動するた
め、収束時間の影響は無視できる。

また、連通管24dに、例えばシールド掘進機12の掘進に
より、これが巻取装置24eから離脱する際に振動による
加速度が加わる惧れがあるので、基準ないしはシールド
側沈下計24b,24cはダンパー付きのものが望ましい、 さらに、シールド側沈下計24cは、シールド掘進機12に
ローリングおよびピッチングが生じた場合、鉛直軸に対
し傾斜した状態になるので、以下の計算式により補正を
行なう。

ｈ＝ｈ′×K1＋Ｗ（１−cosθ）K2 h :補正後の高さ ｈ′：計測データ K1:計測データの変換係数 K2:重りの変換係数 W :沈下計の受圧部に作用する部品の重量 θ :沈下計の傾き なお、沈下計の傾き角θは上記傾斜計22によって求め、
補正後の高さｈは演算装置18によって計算される。

以上のストローク計16,ジャイロコンパス22,傾斜計22,
圧力式沈下計24によって、シールド掘進機12の現在の累
計距離，方位，高さローリングおよびピッチングが検知
され、その三次元の状態が把握される。

求められたシールド掘進機12の現在の状態は、演算装置
18から光ファイバなどの伝送ケーブル28を介して、地上
の設置されたコンピュータシステム30に送られ、演算処
理を行なってCRT上に表示される。

なお、図中に符号32で示したものは伝送ケーブル28の巻
取装置である。

また、上記実施例で示した圧力式沈下計24の基準水槽24
aと基準沈下計24bとは、シールド坑内に設置しても勿論
よい。

≪発明の効果≫ 以上実施例で説明したように、本発明に係るシールド掘
進機における位置・姿勢の測定装置にあっては、ジャイ
ロコンパスによりシールド掘進機の方位が、また、圧力
式沈下計と傾斜計とによってシールド掘進機の高度およ
びローリング，ピッチングがそれぞれ検知されるので、
シールド掘進機の計画線に対する三次元情報が、レーザ
ービームを用いる場合のように直線状空間を設けること
なく得られる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明装置の一実施例を示す全体構成図である。 10……発進立坑、12……シールド掘進機 14……推進ジャッキ、16……ストローク計 18……演算装置 20……ジャイロコンパス 22……傾斜計、24……圧力式沈下計 26……ジャイロコントローラ 28……伝送ケーブル 30……コンピュータシステム 32……巻取装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機の現在位置およびその姿勢
   を測定する装置において、該シールド掘進機の方位を検
   知するジャイロコンパスと、該シールド掘進機の基準点
   からの高さを検知する圧力式沈下計と、該シールド掘進
   機のローリングおよびピッチングを検知する傾斜計と、
   該シールド掘進機の基準点からの累計推進距離を検知す
   る距離計と、前記ジャイロコンパスで検知された方位角
   と前記圧力式沈下計で検知された圧力変化値とが入力さ
   れるとともに、前記傾斜計の出力に応じて前記沈下計の
   検出値を補正する演算装置とからなることを特徴とする
   シールド掘進機における位置・姿勢の測定装置。