JPH0726885A - 推進工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 掘進機および後続の推進管を正確かつ迅速に
曲線を含む所定の進路に推進できる工法を提供するこ
と。 【構成】 推進工法において、推進管４内に走行レール
１４を設けると共に、ジャイロ１８と距離計１９を搭載
した走行台車１５を走行レール１４上に設ける。立坑１
内に設置した測距測角儀２６により推進管４内にある走
行台車１５の位置と姿勢を測量した後、その走行台車１
５を切羽側へ走行させ、その走行距離と方向を連続的に
計測しながら随時軌道を計算して走行台車１５の停止位
置を求め、その走行台車１５からラインレーザーで掘進
機２の位置を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は推進工法において、掘
進機の測量を立坑基準点をもとに行う曲線推進が可能な
推進工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、都市部の管渠埋設工法として先端
に掘進機を配置し、その後方に推進管となるヒューム管
を設置して立坑入口より油圧ジャッキで掘進機と推進管
を押しながら順次にヒューム管を埋設していく推進工法
が普及してきている。

【０００３】どのようなトンネル工事においても計画線
通りに施工することは極めて重要であり、そのため施工
中にトンネルの線形を測量するわけである。推進工法に
ついては、特に掘進機およびその後方の推進管の位置姿
勢を測量して管理することにより、最終的なトンネルの
線形を決定しているが、その測量作業は、計画路線が直
線の場合は立坑より直接掘進機を見通して行うことがで
きる。

【０００４】しかし、最近は曲線線形のトンネルが多
く、この曲線線形のトンネルでは、従来の立坑から視準
する方式は使用できない。したがってこのような場合、
坑内に測量器を持ち込み、立坑と掘進機が同時に見通せ
る箇所を選んで測量器を据え、この中継点を介して掘進
機の測量を行っている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のような方式は、
環境の悪いトンネル内において人間が移動しなければな
らないことから作業に苦渋を伴い、また精度確保が困難
である上に、時間がかかるという問題点があり、ときに
は、トンネルの径が小さいため人間が入り込むのにも不
十分で作業ができないという場合もある。そこで、この
ような問題点を測量の自動化により克服する提案がこれ
までに数多く出されてきたが、いずれも実用性、技術面
または経済面で実用化がむづかしいという問題点があ
る。

【０００６】たとえば、レートジャイロなどの方位角検
出器と、移動距離検出器を組み合わせてトンネル内を走
行させ、走行距離と方位を積分してトンネルの線形を計
測するという方法が提案されているが、このような方法
で実際に使用できる精度を確保するために必要な走行開
始時のジャイロ走行体の位置と姿勢を正確に知る方法は
まだ実用化していない。また、この場合計測対象となる
掘進機の周辺には計器盤などの障害物があって走行体の
走行空間を確保しにくいという問題点もある。また、レ
ートジャイロ等を走行させる方法において、従来は線形
の固定された軌道のための軌条を用いており、推進工法
のように、施工が進むにつれて走行体の走行する軌道が
変形するといった状況に対応するような工夫はなんらな
されていない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ため本発明においては、立坑より掘進機により所望の方
向へ掘り進むと共に、その後方に推進管を順次油圧ジャ
ッキにより押し込む作業を行う推進工法において、前記
推進管内に自在に形状変化する走行レールを設けると共
に、ジャイロと距離計を搭載した走行台車を前記走行レ
ール上に設け、前記立坑内に設置した測距測角儀により
前記推進管内にある走行台車の位置と姿勢を測量した
後、その走行台車を切羽側へ走行させ、その走行距離と
方向を連続的に計測しながら随時軌道を計算して走行台
車の停止位置を求め、その走行台車からラインレーザー
で前記掘進機の位置を求める。

【０００８】

【作用】上述のように、本発明の推進工法は、ジャイロ
および距離計を搭載した走行台車を用いて高精度な線形
測量を行い、また測距測角儀により走行台車の移動開始
点の位置と姿勢を正確に計測し、またラインレーザーを
用いて掘進機の位置と姿勢を計測することにより、発進
立坑部から掘進機までの全区間を途中に曲線部分があっ
ても極めて高精度にかつ短時間で測量し、人力測量が困
難な小口径トンネルの推進工事においても正確、安全、
経済的な測量を可能にして作業者を苦渋より解放するこ
とができる。さらに、測量作業が不可能なため、施工不
能とされていた小口径、急曲線トンネルも本発明にかか
る工法により施工可能となる。また、掘進作業中におい
ても掘進機の位置と姿勢を知ることができるから、掘進
機運転上有力な情報を提供することにより工事の品質向
上に貢献することができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面について本発明の一実施例を説明
する。図１は推進工法によって掘削しているトンネルの
平断面図で、図中１は地盤を掘削して設けた発進立坑、
２はこの立坑１より所望の方向へ掘り進む掘進機、３は
その後方に追従する測量管、４，（４₁，４₂，４₃，---
--４_n-1，４_n，４_n+1）は推進管で、これらの測量管４
は立坑１内に設けた油圧ジャッキ５によって順次押し込
まれる。

【００１０】シールド掘進機２内には、図２に詳細に示
すように、天井の２個所に受光器６ ₁，６₂が取り付けら
れており、また下方には傾斜計７が設置されている。

【００１１】また測量管３内には、図２に詳細に示すよ
うに、前部の天井に掘進機検出装置８が取り付けられて
おり、この掘進機検出装置８の下面にはラインレーザー
光源９が突設されている。１０は測長ワイヤであり、１
１は下方に設置された無線通信機、１２はその後方に設
けた充電器、１３は制御装置であり、また６₃は後方の
天井に取り付けた受光器である。

【００１２】また１４は、各推進管４内および測量管３
内に設けた走行レールで、この走行レール１４上に走行
台車１５が走行自在に設けられている。図３はその詳細
を示すもので、１６は走行車輪、１７は駆動装置、１８
は台車１５上に設けたジャイロセンサー、１９は走行距
離計測装置、２０はその走行距離検出部、２１は台車１
５の後部に立設した平面鏡、２２は測量プリズム、２３
は無線通信機、２４は制御装置、２５はバッテリーであ
る。

【００１３】また図４は、走行台車１５が発進立坑１付
近において停止した状態を示すもので、２６は立坑１内
に設けた測距測角儀であり、２７はその直下の器械点
（測距測角儀の設置点）である。また２８は立坑１内に
設けた基準点であり、２９は無線通信機である。

【００１４】また図５は、測距測角儀２６の正面図を示
すもので、３０はその対物レンズ、３１はその対物レン
ズ３０の中心に設けた中心印である。

【００１５】図１１は、走行台車が走行する走行レール
１４であり、レール材３９と枕木３８から構成される。
枕木３８とレール材３９は別個に製作され、互いにはめ
こむ構造となっており、推進管内に置くだけで安定した
姿勢をとるようになっている。また、レール材３９は推
進工程において、トンネルが曲線を描いても、その線形
に沿って変形し、走行台車はその上をどのような線形の
トンネルにおいても支障なく走行できるようになってい
る。

【００１６】走行台車１５は、発進立坑１と測量管３の
間の区間を往復走行し、両端の相対位置と姿勢を計測
し、発進立坑１においては測距測角儀２６をもって走行
台車１５が立坑１の付近において停止したときの位置と
姿勢を計測し、さらに測量管３内では掘進機検出装置８
がそのレーザー光を回転させ掘進機２の位置と姿勢を計
測する。

【００１７】走行台車１５には、図３に示すようにジャ
イロセンサー１８、走行距離計測装置１９および制御装
置２４が搭載され、台車１５が走行レール１４上を走行
するとき、その進行方向と走行距離を連続的に計測し、
制御装置２４に取り込んでこれらの量を積算する。走行
終了時、積算結果は走行区間両端の相対位置を示すもの
となる。

【００１８】図４は走行台車１５が発進立坑１付近にお
いて停止した状態を示すもので、ここでは測距測角儀２
６を用いて、停止している走行台車１５の位置と姿勢を
計測する。測距測角儀２６の対物レンズ３０の中心に
は、図５に示すように、光軸上に中心印３１が刻印され
ており、直接視準することができるようになっている。

【００１９】走行台車１５の姿勢を検出するには、まず
基準点２８を視準し測角儀２６の基準方位α（図６参
照）を得る。基準方位αとは、基準点２８と器械点２７
の測距測角儀設置点を結んだ線の測量座標系における方
位のことである。次に測距測角儀２６を回転させ、走行
台車１５上に固定された平面鏡２１と測距測角儀２６の
光軸が垂直になるように調整する。

【００２０】そのためには、測距測角儀２６の望遠鏡を
覗き、平面鏡２１に映った測距測角儀２６自身の像に焦
点を合わせ、測距測角儀２６の十字線３２（図７参照）
と前述の対物レンズ３０の中心印３１が正確に重なるよ
うに微動ねじを調整する。これで、平面鏡２１と測距測
角儀２６の光軸が垂直になる。

【００２１】十字線３２と中心印３１が重なり合ったと
き望遠鏡から見える像の様子を図７に示している。この
状態で、平面鏡２１の方位βを読み取る。平面鏡２１の
方位βとは、基準点２８と器械点２７を結ぶ線と、平面
鏡２１と測距測角儀２６の光軸が垂直になった状態での
光軸方向との間の挟角を示す。走行台車１５の姿勢は、
角度の和α＋βに、平面鏡２１の台車取り付け角度εを
加算したものとする。取り付け角度εは、あらかじめ計
測しておく。

【００２２】走行台車１５の位置を検出するには、測距
測角儀２６より測量プリズム２２を測距測角しその中心
点の座標（Ｘｐ，Ｙｐ）を求める。発進立坑１近辺の計
測動作に関係する要素を図６に示す。以上の要領で走行
台車１５の走行開始位置と姿勢を正確に毎回測量するこ
とにより、走行台車１５の経時的誤差要因を除外するこ
とができる。

【００２３】上述の発進立坑１付近に停止した状態から
走行台車１５はトンネル内の切羽側に向かって走行し、
測量管３内で停止する。このときの状況を図２に示す。
停止位置決めは、図示しない停止位置検出装置を用いて
正確に行う。

【００２４】すでに述べたように、走行台車１５が走行
計測することにより、立坑１付近の停止位置と測量管３
内の停止位置の間の相対位置がわかる。また、相対姿勢
すなわち両端における台車１５の向く方向の方位差は、
ジャイロセンサー１８の計測値をもって検出できる。測
量管３内においては走行レール１４は固定されており、
また図示しない走行台車上の傾斜計により測量管３の方
位及び位置が計算できる。

【００２５】掘進機２の位置と姿勢の検出は、掘進機検
出装置８、受光器６₁ ，６₂ ，６₃及び傾斜計７を用い
てつぎのように行う。この部分での計測量と位置関係を
図８に示す。

【００２６】掘進機検出装置８は回転軸３３（図２参
照）の回りに回転する回転台があり、またこの回転台を
駆動する図示しない駆動機構を有しており、その回転量
を検出する図示しない回転量検出装置も有している。そ
の回転台上にはラインレーザー光源９が設置され、該検
出装置の動作を制御する制御装置１３がある。ラインレ
ーザーは、回転軸３３が鉛直であるときに、鉛直線上に
扇型の光線を発光する。

【００２７】また、受光器６₁ ，６₂ ，６₃ はラインレ
ーザー光線が図示しない受光器の検出窓を照射したとき
電気信号によりそのことを制御装置１３に連絡する構造
になっている。掘進機検出装置８はその回転台を回転さ
せ、受光器６₃ にレーザー光線を向ける。受光器６₃ が
レーザー光線を受光したことを制御装置13が感知したと
き、制御装置１３はその回転角を０度として認識、設定
する。該検出装置８はさらに受光器６₂ の方向へ回転台
を旋回させ、その受光器６₂ がレーザーを受光したこと
を感知し０度方向より受光器６₂ までの回転角γを計測
する。そして、さらに回転を続け、受光器６₁ までの回
転角δを計測する。

【００２８】ここで、受光器６₁ ，６₂ までの回転角γ
およびδは、受光器６₃ への方向を基準とするが、掘進
機検出装置８と受光器６₃ は測量管３内に固定されてお
り、その方位は前述の走行台車１５の計測結果より計算
できるので、掘進機２内の受光器６₁ ，６₂ までの回転
角は測量管３の方位をもとに測量座標系の中での方位角
に換算できる。

【００２９】また、掘進機検出装置８の設置点３４（図
８参照）より受光器６₂ までの距離Ｄは、図示しない測
長装置の測長ワイヤ１０（図２参照）により検出し、ま
た掘進機検出装置設置点３４より受光器６₁ までの距離
は、受光器６₁ と受光器６₂間の距離Ｌおよび挟角（δ
−γ）より算出する。これらの方位角と距離、さらに掘
進機２内に設置した傾斜計７により検出する掘進機２の
傾斜角をもとに、掘進機２の位置と姿勢が計測できる。

【００３０】以上に述べた測量方法においては、発進立
坑１における測量結果、走行台車１５の計測結果、掘進
機検出装置８の計測結果をデータとして図９に示す中央
制御部３５において収集して計算し、その結果を画面表
示して記憶装置３６に保存する。各計測装置からの情報
は、通信回線３７によって伝送される。また、走行台車
１５からの情報は、台車１５上に設置された無線通信機
２３および無線通信機２９，１１を用いて通信回線３７
と接続され伝送される。中央制御部３５はさらに諸計測
装置を全体的に統御し、計測の手順、誤動作の対処など
を司る。

【００３１】また、実施例の発進立坑１における測距測
角儀２６の操作は、測距測角儀２６の接眼部にテレビカ
メラを設置し、遠隔操作で回転、測角測距できる測距測
角儀を用い、中央制御部３５の周辺にテレビモニターを
設置してテレビカメラの映像を映し、完全遠隔操作で立
坑１の外部よりすべての測量動作を行えるようにしても
よい。

【００３２】図１０は、本発明の全体動作手順を示すフ
ローチャートで、掘進機２が掘削を行っている間、走行
台車１５は測量管３内に停止させ、搭載したジャイロ１
８により測量管３の主軸の方位を常に計測する。また、
発進立坑１の元押し用の油圧ジャッキ５の押管量を計測
するジャッキストローク計を読んで掘進機２の前進移動
量を推定し、同時に掘進機検出装置８を稼働させて掘進
中の掘進機２並びに測量管３の概略位置姿勢を検出す
る。

【００３３】掘進機２が掘削を停止し、中央制御部３５
より走行計測命令が送信されると、走行台車１５は計測
を行いながら発進立坑１に向かって走行し、発進立坑１
付近で停止する。発進立坑１においては、すでに述べた
ように測距測角儀２６による走行開始位置姿勢を測量
し、これが完了すると走行台車１５は切羽側に向けて走
行計測し測量管３内の定められた位置で停止する。一連
の走行計測が完了すると、計測結果はすべて中央制御部
３５に収集され、掘進機２の位置と姿勢の計算が行われ
てその結果が表示、記録される。以上の動作が完了した
時点で、ジャッキストローク計、掘進機検出装置８を繰
り返し読み取る動作が再開される。

【００３４】

【発明の効果】上述のように、本発明の推進工法は、ジ
ャイロ１８および距離計１９を搭載した走行台車１５を
用いて高精度な線形測量を行い、また測距測角儀２６に
より走行台車１５の移動開始点の位置と姿勢を正確に計
測し、またラインレーザーを用いて掘進機２の位置と姿
勢を計測することにより、発進立坑１から掘進機２まで
の全区間を途中に曲線部分があっても極めて高精度にか
つ短時間で測量し、人力測量が困難な小口径トンネルの
推進工事においても正確、安全、経済的な測量を可能に
して作業者を苦渋より解放することができる。また、掘
進作業中においても掘進機２の位置と姿勢を知ることが
できるから、掘進機運転上有力な情報を提供することに
より工事の品質向上に貢献することができるというすぐ
れた効果が得られる。さらに、測量ができない程小口
径、急曲線のトンネルも本発明を利用することにより測
量することができ、これまでにない線形のトンネルが施
工できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明工法の説明用平断面図である。

【図２】先端部の立断面図である。

【図３】走行台車の側面図である。

【図４】走行台車が発進立坑側に位置している場合の立
坑内の状態を示す立面図である。

【図５】測距測角儀の正面図である。

【図６】走行台車の計測要領説明図である。

【図７】測距測角儀の視準要領図である。

【図８】掘進機の計測要領説明図である。

【図９】各種機器と通信回線との接続図である。

【図１０】本発明工法のフローチャートである。

【図１１】走行レールの一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 発進立坑（立坑） ２ 掘進機 ３ 測量管 ４，（４₁ ，４₂ ，４₃ ，----- ４_n-1,４_n , ４_n+1 ）
推進管 ５ 油圧ジャッキ ６₁ ，６₂ ，６₃ 受光器 ７ 傾斜計 ８ 掘進機検出装置 ９ ラインレーザー光源 １０ 測長ワイヤ １１ 無線通信機 １２ 充電器 １３ 制御装置 １４ 走行レール（レール） １５ 走行台車（台車） １６ 走行車輪 １７ 駆動装置 １８ ジャイロセンサー（ジャイロ） １９ 走行距離計測装置（距離計） ２０ 走行距離検出部 ２１ 平面鏡 ２２ 測量プリズム ２３ 無線通信機 ２４ 制御装置 ２５ バッテリー ２６ 測距測角儀 ２７ 器械点（測距測角儀の設置点） ２８ 基準点 ２９ 無線通信機 ３０ 対物レンズ ３１ 中心印 ３２ 十字線 ３３ 回転軸 ３４ 掘進機検出装置の設置点 ３５ 中央制御部 ３６ 記憶装置 ３７ 通信回線 ３８ 走行レール枕木 ３９ 走行レール材

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【手続補正書】

【提出日】平成６年８月２４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ため本発明においては、立坑より掘進機により所望の方
向へ掘り進むと共に、その後方に推進管を順次油圧ジャ
ッキにより押し込む作業を行う推進工法において、測量
管を掘進機の後方に設け、この測量管に続く推進管内に
走行レールを設けると共に、ジャイロと距離計を搭載し
た走行台車を前記走行レール上に設け、前記立坑内に設
置した測距測角儀により推進管内にある走行台車の位置
と姿勢を測量した後、その走行台車を切羽側へ走行さ
せ、その走行距離と方向を連続的に計測しながら随時軌
道を計算して走行台車の停止位置を求め、その走行台車
からラインレーザーで前記掘進機の位置を求める。また
前記した走行台車に反射用の平面鏡と測量プリズムを設
置し、立坑内に設置した測距測角儀により走行台車の位
置と姿勢を測量するようにする。また前記した掘進機内
の２個所と測量管の後方の１個所にそれぞれ受光器を設
け、測量管の前部に設けた掘進器検出装置の回転レーザ
ーによって前記各受光器の位置を計測するようにする。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【実施例】以下、図面について本発明の一実施例を説明
する。図１は推進工法によって掘削しているトンネルの
平断面図で、図中１は地盤を掘削して設けた発進立坑、
２はこの立坑１より所望の方向へ掘り進む掘進機、３は
その後方に追従する測量管で、この測量管とは、後述す
る計測台車の格納庫、掘進機検出装置、受光器、傾斜
計、制御部、通信装置、電源を搭載した、本推進工法専
用の管である。したがってこの測量管は計測台車の切羽
側の停止場所として、掘進機と通常の推進管に挟まれた
位置にあることが必要である。４，（４₁,４₂,４₃, ---
- ４_n-1,４_n ,４_n+1)は推進管で、これらの推進管４は
立坑１内に設けた油圧ジャッキ５によって順次押し込ま
れる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横崎 照将 東京都台東区台東１−２−１ 不動建設株 式会社内 (72)発明者 村上 譲二 大阪府高槻市大塚町３−24−１ 株式会社 淺沼組内 (72)発明者 山名 守 大阪府大阪市北区芝田２−２−１ 新梅田 ビル 南野建設株式会社内 (72)発明者 片野 孝治 神奈川県横浜市南区花之木町２−26 馬淵 建設株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 立坑より掘進機により所望の方向へ掘り
   進むと共に、その後方に推進管を順次油圧ジャッキによ
   り押し込む作業を行う推進工法において、前記推進管内
   に走行レールを設けると共に、ジャイロと距離計を搭載
   した走行台車を前記走行レール上に設け、前記立坑内に
   設置した測距測角儀により前記推進管内にある走行台車
   の位置と姿勢を測量した後、その走行台車を切羽側へ走
   行させ、その走行距離と方向を連続的に計測しながら随
   時軌道を計算して走行台車の停止位置を求め、その走行
   台車からラインレーザーで前記掘進機の位置を求めるこ
   とを特徴とする推進工法。