JPH0750164B2

JPH0750164B2 - シールド接合又は到達位置計測方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0750164B2
Application number: JP2042430A
Authority: JP
Inventors: 宗男吉村; 幸信佐々木; 俊和宮嶋
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 1990-02-26
Filing date: 1990-02-26
Publication date: 1995-05-31
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH03246483A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、２台のシールド機を地中で接合する工法又は
シールド機を立坑に到達させる工法におけるシールド接
合又は到達位置計測方法およびその装置に関する。

［従来の技術］本発明を良く理解するため、第９図及び第10図を参照し
て一例として泥水シールド機の構造を説明する。

図において、シールド機Ａの筒状のスキンプレート１の
前部には、駆動装置２′で回転されるカッタディスク３
が設けられ、そのディスク３には、外周カッタ４と、相
互にスリット５を形成する図示の例では４個のカッタヘ
ッド６とが設けられている。このカッタヘッド６の背後
には、バルクヘッド７により切羽室８が画成され、その
切羽室８は、加圧泥水を供給する送水管９と、掘削ズリ
及び泥水を排出する排泥管10とにより外部に連通されて
いる。また、スキンプレート１の後部には、ゼクメント
11を組立てるエレクタ12が設けられ、このエレクタ12の
フレーム13には、一端がバルクヘッド７側に取付けられ
た複数のシールドジャッキ14の他端が支持されている。

このような構成において、送水管９からの泥水で切羽室
８を加圧しながら、カッタヘッド６を回転して切羽面を
掘削し、シールドジャッキ14を既設のセグメント11に当
接し、伸長してシールド機Ａを前進させ、掘削ズリ及び
泥水を排泥管10から外部に排出する。そして、所定距離
掘進したら、シールドジャッキ14を収縮し、後部の空間
にエレクタ12によりセグメント11を組立てて一次覆工を
行い、ゼグメント11と削孔との間にセグメント等で２次
覆工を行い、次いで、シールドジャッキ14を伸長してセ
グメント11に当接させ、前述の掘進を行うようになって
いる。

このシールド機により例えば海底トンネルを両端から掘
削する場合、掘削した削孔を所定位置で相互に一致させ
る必要があり、そのためには、相互の相対位置を正確に
計測しなければならない。また、シールド機を立坑の所
定位置に到達させるには、シールド機と立坑の相対位置
を正確に計測しなければならない。

この計測方法に関し、特開昭61−254793号公報及び特開
昭62−288297号公報には、一方のシールド機又は立坑か
らボーリングパイプを伸長し、そのパイプの先端に設け
た磁気センサで他方のシールド機のカッタディスクを検
知し、検知した波形をあらかじめ採取した検知波形と比
較して磁気センサの位置を検出することにより両シール
ド機の相対位置を求める技術が示されている。

上記公知技術においては、次のような問題がある。

すなわち、カッタディスクの摩耗、変形により、あらか
じめ採取した検知波形とシールド到達時の波形が必ずし
も一致しないことがある。

また、磁気センサとカッタディスクとの検出距離によっ
て波形が異なり、解析に時間を要し、更に、誤差が発生
する。

また、測定精度を高めるには、検出距離を小さくし、磁
気センサを使う必要があるが、この場合磁気センサをカ
ッタディスクを回転させながら使うと、カッタディスク
により損傷するおそれがある。

一般にシールド機の位置を検知する技術は種々知られて
おり、例えば、特開昭53−135671号公報や実開昭64−42
415号公報にはシールド機の水平位置を検知する技術が
開示されている。しかしながら、かかる公知技術は地上
からの平面位置を検知するものであり、地下の深い所を
掘進する場合には不適当である。また、正確な位置を求
めることはできない。

［発明が解決しようとする課題］したがって、本発明の目的は、シールド機を別のシール
ド機に接合するか又は立坑に到達する前の比較的離れた
位置において、地上から計測することなく、別のシール
ド機又は立坑から高い精度で相対位置を計測でき、もっ
てシールド機を正しい位置に到達させることができるシ
ールド接合又は到達位置計測方法およびその装置を提供
するにある。

［課題を解決する手段］本発明の方法によれば、一方のシールド機を他のシール
ド機に接合するか又は立坑の所定位置に到達させるため
に、一方のシールド機の位置を計測するシールド接合又
は到達位置計測方法において、一方のシールド機に向け
て他方のシールド機のバルクヘッド又は立坑の壁を貫通
してボーリングパイプをボーリングして突出させ、該ボ
ーリングパイプの先端位置を他方のシールド機又は立坑
内に設けたボーリング孔位置検出装置により計測し、次
いで、計測したボーリングパイプの先端位置にサーチコ
イルを取付け、一方のシールド機のカッタディスクに複
数のベルト別の発信コイルとそのカッタディスクの角度
検出機とを取付け、一方のシールド機を掘進させ、前記
各発信コイルによりサーチコイルに生ずる起電力を測定
し、角度検出機の角度位置と発信コイルの起電力よりカ
ッタディスクの中心とサーチコイルとの相対位置を計測
するようになっている。

本発明の装置によれば、一方のシールド機を他方のシー
ルド機に接合するか又は立坑の所定位置に到達させるた
めに、一方のシールド機の位置を計測するシールド接合
又は到達位置計測装置において、他方のシールド機又は
立坑から一方のシールド機の方に延びるボーリングパイ
プと、他方のシールド機又は立坑内に設けられて前記ボ
ーリングパイプの先端位置を検出するためのボーリング
孔位置検出装置と、前記ボーリングパイプの先端に挿入
できるサーチコイルとを備え、一方のシールド機のロー
タリジョイントの回転軸に角度検出機を取付け、かつカ
ッタディスクの前面に複数のベクトル別の発信コイルを
設け、さらに前記各発信コイルの角度位置を前記角度検
出機で検出すると共に、発信コイルによりサーチコイル
に生ずる起電力を検出するコントローラを具備してい
る。

［作用効果の説明］したがって、他方のシールド機又は立坑から一方のシー
ルド機が近付いてくる方向にボーリングパイプを突出さ
せ、その先端位置を位置検出装置で計測すれば、ボーリ
ングパイプの先端の正しい位置が求められる。この先端
位置を基準とし、この基準位置に設けたサーチコイルが
一方のシールド機の掘進に伴って回転するカッタディス
クに設けた発信コイルによって生ずる起電力を測定す
る。発信コイルの位置は角度検出機によって解るので、
カッタディスクが１回転すれば、測定された起電力から
前記の先端位置とカッタディスクの中心との相対位置を
求めることができる。

このようにして、本発明によれば、ボーリングパイプを
一方のシールド機に近接する位置まで突出させて、その
先端位置を基準点とするので、精度が極めて高い。した
がって、一方のシールド機を他方のシールド機に正しく
接合させたり、立坑の正しい位置に到達させることがで
きる。

［実施例］以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。

先ず、第１図に示すように、シールド機Ａのバルクヘッ
ド７に設けられた図示しない貫通孔のバルブを開いてボ
ーリングパイプ20を貫通し、又は、第1A図に示すよう
に、立坑Ｃの壁を貫通し他方のシールド機Ｂに向けてボ
ーリングする。そして、ボーリングパイプ20の先端部に
取付けた位置検出用ミラー21を用い、シールド機Ａ又は
立坑Ｃ内に設けた公知の光学測量機22などのボーリング
孔位置検出装置によりボーリングパイプ20の先端位置を
計測する。

以下、第１図に示すシールド機Ａ、Ｂ同士の接合を例と
して説明する。

次いで、第２図に示すように、ボーリングパイプ20の先
端部にセンサであるサーチコイル23を取付け、シールド
機Ｂのロータリジョイント２（第９図、第10図）の回転
軸2aに角度検出器24を取付け、また、第３図に示すよう
に、カッタディスク３の前面に複数（図示の例では３
個）のベクトル別すなわちそれぞれ別の周波数の電流が
流されている発信コイル41〜43を取付け、これらの機器
23、24および41〜43を例えば外部の事務所に設けられた
ディスプレイ26を備えているコントローラ25に接続する
（第４図）。なお、発信コイル41〜43は、単線状又はル
ープ状のものを用いることができる。そして、シールド
機Ｂを掘進し、サーチコイル23と発信コイル41〜43とに
より第５図に示すディスプレイ画面27上で、サーチコイ
ル23の起電力の強さによりカッタディスク３の前面との
相対距離を検知する。

第６図に示すように発信コイル41〜43（以下総称する場
合は符号41を用いる）は、カッタディスク３の前面に埋
設された非磁性体（例えばステンレス鋼）のピース3aの
中に設けられている。そして、発信コイル41によって発
生した磁界は、サーチコイル23との距離がａ、ｂ、ｃ・
・・と大きくなるほど小さくなり、サーチコイル23の起
電力が小さくなる。すなわち、サーチコイル23が発信コ
イル41の直上に位置するとき、最大の起電力を示す。こ
のことを利用してサーチコイル23とカッタディスク３の
前面との距離の検知を行うのである。

発信コイル41〜43には、それぞれ別の周波数の電流が流
されており、したがって、第7A〜7C図に示すように、サ
ーチコイル23には発信コイル41〜43の周波数に見合った
周波数f1〜f3の起電力が発生し、サーチコイル23がどの
発信コイル41〜43の近傍に位置しているかが分る。更
に、その最大起電力e1〜e3を測ることにより、サーチコ
イル23が発信コイル41〜43の直上に位置したか否かが分
る。

具体的な検知の態様を第8A〜8F図について説明する。

例えば角度検出器24とカッタディスク３の発信コイル41
〜43の位置とは連動しているので、ディスプレイ26の画
面26a上に、白色で発信コイル41〜43の位置が表示され
る（第8A図）。そして、カッタディスク３の回転と共
に、前の表示が消えて第8B図、第8C図のように表示され
る。ここで、第7A図のような周波数の波形をサーチコイ
ル23が測定し始めると、サーチコイル23に発信コイル41
が近付きつつあることが分る。そこで、最大起電力e1が
発生したとき、画面26a上の発信コイル41の表示だけを
赤色に変えて、この赤色表示41Aだけを画面26a上に固定
する（第8D図）。更に、カッタディスク３を回転させる
と、第7A図に示す波形が消える。再び、サーチコイル23
が第7B図のような周波数の波形を測定し始めると、サー
チコイル23に発信コイル42が近付きつつあることが分
る。そこで最大起電力e2が発生したとき、画面26a上の
発信コイル42の表示だけを黄色に変え、この黄色表示42
Aを更に固定する（第8E図）。同様にして、発信コイル4
3による起電力が最大起電力e3に達したとき、発信コイ
ル43の表示を青色に変え、この青色表示43Aを固定する
（第8F図）。すると、赤色表示41A、黄色表示42A、青色
表示43Aの交点Ｐがサーチコイル23の位置となり、その
座標ｘ、ｙの距離を測定することにより、サーチコイル
23とカッタディスク３の中心との相対位置が計測でき
る。

この操作を繰り返すことにより、例えばカッタディスク
３の回転数を毎分１回、掘進スピードを毎分5cm、セグ
メント11（第９図）の長さを90cmとすると、１セグメン
トでカッタディスク３は、（90cm/5cm/min）×１回/min
＝18回回転することになり、18個の計測データが得られ
る。この結果を統計処理することにより、高精度な位置
計測を行うことができ、シールド機Ｂの掘進に伴ってボ
ーリングパイプ20を引いてセンサコイル23を後退させ
る。前述の手順を繰返すことにより接合までの位置を計
測し、シールド機Ｂの姿勢、方向制御を行って所定の接
合位置に誘導する。

［発明の効果］本発明は、以上説明したように構成されているので、計
測誤差を1/5程度（従来方法の50〜100mm程度に対し、本
発明では、10〜20mm）に改善することができる。

すなわち、本発明ではボーリングパイプの先端にセンサ
コイルを設けて両シールド機又は立坑とシールド機の相
対距離を非接触で計測できるため、シールドの掘進サイ
クルに影響を与えない。

また、従来方法では、検知波形の解析が必要で、解析時
間と事前の波形採取作業が必要であるのに対し、リアル
タイムで計測して、時間ロスをなくすことができる。

また、連続したデータを統計処理する事により計測の信
頼性を向上することができる。又、１セグメント分だけ
（90cm）シールド機を直進させ、その時に変化したサー
チコイルとカッタデイスクの位置関係を計測することに
より、シールド機の傾きを検知することもできる。

又、高精度を要求しなければ、ボーリングパイプの先端
にサーチコイルを取付ける必要がなく、よりシンプルな
計測となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第1A図及び第２図はそれぞれ本発明の一実施例
を示すボーリングパイプ先端位置検出及びカッタヘッド
の発信コイル位置検知手順を説明する側面図、第３図は
発信コイルの配置状態を示すカッタヘッドの正面図、第
４図はサーチコイル検出装置の構成図、第５図は発信コ
イル検知時のディスプレイ画面を示す図面、第６図は発
信コイル取付部の断面図、第7A〜7C図はサーチコイルに
発生する同期及び起電力を説明するディスプレイ画面を
示す図面、第8A〜8F図は検知態様を説明するディスプレ
イ画面を示す図面、第９図及び第10図はそれぞれシール
ド機を示す側断面図及び正面図である。Ａ、Ｂ……シールド機、Ｃ……立坑、２……ロータリジ
ョイント、２′……駆動装置、３……カッタディスク、
７……バルクヘッド、20……ボーリングパイプ、21……
位置検出用ミラー、22……光学測量機、23……磁気セン
サ、24……角度検出器、41〜43……発信コイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−266484（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−135671（ＪＰ，Ａ) 実開昭64−42415（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一方のシールド機を他のシールド機に接合
するか又は立坑の所定位置に到達させるために、一方の
シールド機の位置を計測するシールド接合又は到達位置
計測方法において、一方のシールド機に向けて他方のシ
ールド機のバルクヘッド又は立坑の壁を貫通してボーリ
ングパイプをボーリングして突出させ、該ボーリングパ
イプの先端位置を他方のシールド機又は立坑内に設けた
ボーリング孔位置検出装置により計測し、次いで、計測
したボーリングパイプの先端位置にサーチコイルを取付
け、一方のシールド機のカッタディスクに複数のベルト
別の発信コイルとそのカッタディスクの角度検出機とを
取付け、一方のシールド機を掘進させ、前記各発信コイ
ルによりサーチコイルに生ずる起電力を測定し、角度検
出機の角度位置と発信コイルの起電力よりカッタディス
クの中心とサーチコイルとの相対位置を計測することを
特徴とするシールド接合又は到達位置計測方法。
【請求項２】一方のシールド機を他方のシールド機に接
合するか又は立坑の所定位置に到達させるために、一方
のシールド機の位置を計測するシールド接合又は到達位
置計測装置において、他方のシールド機又は立坑から一
方のシールド機の方に延びるボーリングパイプと、他方
のシールド機又は立坑内に設けられて前記ボーリングパ
イプの先端位置を検出するためのボーリング孔位置検出
装置と、前記ボーリングパイプの先端に挿入できるサー
チコイルとを備え、一方のシールド機のロータリジョイ
ントの回転軸に角度検出機を取付け、かつカッタディス
クの前面に複数のベクトル別の発信コイルを設け、さら
に前記各発信コイルの角度位置を前記角度検出機で検出
すると共に、発信コイルによりサーチコイルに生ずる起
電力を検出するコントローラを具備することを特徴とす
るシールド接合又は到達位置計測装置。