JPH11190631A - 地中掘進機の位置検出方法及び位置検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 計画路線に対する地中掘進機の掘進位置及び
地中掘進機の傾斜角度を正確に検出することができる地
中掘進機の位置検出技術を提供する。 【解決手段】 波長の異なるレーザビーム５０ａ，５０
ｂを発生させる第１、第２のレーザ発振器及び両レーザ
ビーム５０ａ，５０ｂを合成するダイクロイックミラー
とで構成されたレーザビーム発生手段と、レーザ光の波
長の差により屈折率が異なり両レーザビーム５０ａ，５
０ｂを屈折させるレーザビーム屈折用の媒質６３を備え
同媒質６３を透過した各レーザビーム５０ａ，５０ｂの
受光位置を検出するレーザビーム受光手段と、その検出
した各レーザビーム５０ａ，５０ｂの受光位置に関する
データに基づいて計画路線に対する地中掘進機の掘進位
置や傾斜角度を演算する演算手段７とを設けてこれら地
中掘進機の掘進位置や傾斜角度を正確に検出するように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人が入れない小口
径の管を地中に埋設する小口径管推進機や人が入れる大
口径の管を地中に埋設するセミシールド機、シールド掘
進機等の地下坑を掘削しながら地中を掘進する地中掘進
機について、地中掘進機の掘進位置を検出する地中掘進
機の位置検出方法及び地中掘進機の位置検出装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】地下坑を掘削しながら地中を掘進する地
中掘進機には、人が入れない小口径の管を地中に埋設す
る小口径管推進機や人が入れる大口径の管を地中に埋設
するセミシールド機、さらにはトンネルを施工するため
のシールド掘進機がある。こうした地中掘進機で地中を
直線状に掘進する場合、予め設定された直線状の掘進経
路である計画路線に沿って正しく掘進できるようにしな
ければならず、そのためには、計画路線に対する地中掘
進機の掘進位置を正確に検出することがまず必要にな
る。こうした地中掘進機の掘進位置を検出する方法とし
て、レーザビームを利用する方法が広く用いられてい
る。このレーザビームによる方法は、レーザビームを間
隔を置いて受光手段で受光し、そのレーザビームの受光
位置に基づいて地中掘進機の掘進位置を検出する方法で
ある。

【０００３】そこで、こうした従来から一般的に用いら
れている地中掘進機の位置検出技術について、これを管
推進工法に適用した場合を例に採り、図４乃至図６によ
り説明する。図４は、従来の一般的な地中掘進機の位置
検出装置が作動しているときのターゲット板の状況を示
す正面図、図５は、従来の一般的な地中掘進機の位置検
出装置を用いて管推進工法を実施しているときの状況を
概略的に示す側面図、図６は、従来の一般的な地中掘進
機の位置検出装置におけるレーザビーム受光手段を概略
的に示す側面図である。

【０００４】まず、図５を用いて管推進工法の概要につ
いて述べると、１は管埋設の出発点となる発進立て坑、
２はこの発進立て坑１に設置され後記の掘進機３や埋設
管４を推進する元押しジャッキ等を有する推進装置、３
はカッタヘッドで掘削しながら推力を付与して地山を掘
進する地中掘進機としての小口径管推進機の掘進機、４
はこの掘進機３の後端部に接続されヒューム管等で製作
された埋設管である。掘進機３は、計画路線から外れて
掘進したときにその掘進方向を修正できるように方向修
正機能を備えている。小口径管推進機は、大別すると、
推進装置２と掘進機３とで構成される。

【０００５】この管推進機で管推進工法を実施する場
合、まず、掘進機３を推進装置２で推進して所定距離推
進した後、推進装置２と掘進機３の間に埋設管４を設置
する。次いで、その埋設管４の後部を推進装置２で推進
すると、その推進力が埋設管４を介して掘進機３に伝達
されるため、掘進機３は、推力を付与されながらカッタ
ヘッドで地山を掘削して地下坑を形成する。こうして形
成された地下坑には、埋設管４を推進装置２による推進
過程で押し込んで埋設する。埋設管４内には図示してな
い排土管が敷設されており、地山を掘削する過程で発生
した掘削土砂がこの排土管を通じて地上に排出される。
以後、埋設管４の設置、推進を順次繰り返して所定の距
離まで掘進機３を推進させ、図示しない到達立て坑で掘
進機３のみ回収する。以上のような管推進工法により、
発進立て坑１と到達立て坑の間をつなぐように埋設管４
を埋設して行く。

【０００６】次に、従来の一般的な地中掘進機の位置検
出装置について説明する。図４乃至図６において、５は
レーザビームを発生させるレーザビーム発生手段をなす
レーザ発振器、５０はレーザ発振器５で発生したレーザ
ビーム、６はレーザビーム５０を受光しそのレーザビー
ム５０の受光位置を検出できるように構成されたレーザ
ビーム受光手段としての受光装置、６０はレーザビーム
５０が照射されその光を散乱させるターゲット板、６１
はこのターゲット板６０で散乱させたレーザビーム５０
の光を集光するレンズ、６２はこのレンズ６１で集めら
れた光を受光しその受光位置を検出する受光装置６の要
部をなす受光装置本体である。レーザ発振器５は、通
常、発進立て坑１内に設置され、受光装置６は、通常、
掘進機３内に設置される。レーザ発振器５は、通常、予
め設定された掘進機３の掘進経路である直線状の計画路
線上又はこれと平行な線上にレーザビーム５０が照射さ
れるように設置され、この例では、計画路線と一致した
光路を照射されるように設置されている。受光装置６
は、大別すると、図６に示すように、ターゲット板６０
とレンズ６１と受光装置本体６２とで構成される。

【０００７】そこで、図６の受光装置６について説明す
る。レーザビーム５０は、埋設管４の内部を通ってター
ゲット板６０上に照射された後、その照射されたレーザ
光がレンズ６１を経て受光装置６で受光され検出され
る。ターゲット板６０は、照射されたレーザ光を拡散さ
せて輝かせて目視できるようにするために設けたもので
あり、アクリル樹脂板やすりガラス板等で形成されてい
る。レンズ６１は、このターゲット板６０で一旦拡散さ
せたレーザビーム５０の光を集めて受光装置６で結像さ
せる働きをする。受光装置本体６２は、こうしてレンズ
６１で集められたレーザビーム５０の光を受光しその受
光位置を検出するためのＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕ
ｐｌｅｄ−Ｄｅｖｉｃｅ）撮像素子等の受光素子を備え
ており、それゆえ、レンズ６１で集められたレーザビー
ム５０の光は、この受光素子上で結像するようになって
いる。

【０００８】以上述べたレーザ発振器５と受光装置６と
で構成される地中掘進機の位置検出装置につき、使用方
法を図４により説明する。掘進機３の掘進過程におい
て、レーザビーム５０が計画路線に沿ってターゲット板
６０に照射された場合、掘進機３が計画路線上を掘進し
ていると、レーザビーム５０の照射位置Ｐがターゲット
板６０上の基準位置Ｏと一致する。また、掘進機３が計
画路線から外れて掘進すると、図４に示すように、レー
ザビーム５０の照射位置Ｐがターゲット板６０の基準位
置Ｏからずれる。このずれ位置は、ターゲット板６０に
照射されたレーザビーム５０の光が受光装置本体６２の
受光素子上に結像するため、受光素子の基準位置を原点
とする平面座標の座標位置として検出される。この従来
例の装置では、こうして検出された地中掘進機の掘進位
置を基に、掘進機３がもつ方向修正機能を使って掘進機
３を計画路線に戻すように方向修正していた。

【０００９】こうした従来の一般的な地中掘進機の位置
検出技術では、地中掘進機が計画路線に対して平行移動
した状態でずれている場合には、地中掘進機の掘進位置
を正確に検出することができるが、地中掘進機が計画路
線に対して傾斜した状態でずれていると、地中掘進機の
掘進位置を正確に検出することができなくなる。すなわ
ち、地中掘進機が計画路線に対して傾斜している場合、
受光装置６も傾斜してターゲット板６０の面等がレーザ
ビーム５０の照射方向に対して直交しなくなるため、計
画路線に対する地中掘進機の掘進位置を正確に検出でき
なくなり、地中掘進機を計画路線に沿って正しく掘進す
るように操縦することが困難になる。一方、地中掘進機
を計画路線に沿って正しく操縦できるようにするには、
地中掘進機の掘進位置を常に正確に検出できるようにす
るだけでなく、地中掘進機の傾きを検出してオペレータ
に知らせるようにすることも必要である。こうした要求
に応える地中掘進機の位置検出技術、例えば特開昭６１
ー２４７９４号公報に示されているような２枚ターゲッ
ト方式の技術が従来提案されている。そこで、この公報
で提案されている２枚ターゲット方式の技術を従来の技
術と位置付けて次に述べることとする。

【００１０】この従来の技術では、地中掘進機の掘進方
向に沿って隔離して配置した２枚のターゲット板とこれ
らのターゲット板を撮像するテレビカメラとで構成され
たレーザビーム受光手段を地中掘進機の内部に設置する
とともに、計画路線と一致する方向にレーザビームを発
するレーザビーム発生手段としてのレーザ放射装置をタ
ーゲット板の後方に設置している。そして、地中掘進機
の掘進時に、各ターゲット板に照射されたレーザビーム
の位置をそれぞれテレビカメラで撮像し、その結果検出
されたレーザビームの位置により計画路線に対する地中
掘進機の掘進位置や掘進方向のずれを演算により検出す
るようにしている。オペレータは、こうして検出された
掘進位置や掘進方向のずれを基に、地中掘進機を計画路
線に沿って掘進するように方向修正することとしてい
る。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】この従来の技術では、
１枚目のターゲット板に照射されてこれを透過したレー
ザビームが２枚目のターゲット板に照射されようにして
いるが、そのターゲット板に照射されたレーザ光は、前
述したように、目視できるようにするために拡散させて
輝かせるようにしている。その結果、２枚目のターゲッ
ト板には、光量が減衰し拡散したぼやけたレーザ光の像
が写し出されることとなるため、テレビカメラでレーザ
ビームの受光位置を正確に検出することが困難になり、
地中掘進機の掘進位置や傾斜角度を正確に検出すること
も困難になる。

【００１２】本発明は、従来の技術にみられるこうした
問題を解決しようとするものであって、その技術課題
は、計画路線に対する地中掘進機の掘進位置及び地中掘
進機の傾斜角度を正確に検出することができる地中掘進
機の位置検出技術を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】こうした技術課題を解決
するため、地中掘進機の位置検出方法に関するこの出願
の第１番目の発明では次の１）の手段を採用し、地中掘
進機の位置検出装置に関するこの出願の第２番目の発明
では次の２）の手段を採用した。

【００１４】１）レーザビームを間隔を置いて受光しそ
の受光したレーザビームの受光位置に基づいて地中掘進
機の掘進位置を検出する地中掘進機の位置検出方法にお
いて、波長の異なる複数種類のレーザビームを発生さ
せ、レーザ光の波長の差により屈折率が異なるレーザビ
ーム屈折用の媒質中を屈折して透過させた後、これら複
数種類のレーザビームの各受光位置を検出し、その検出
したレーザビームの各受光位置に関するデータに基づい
て計画路線に対する地中掘進機の掘進位置及び地中掘進
機の傾斜角度を演算により検出するようにした手段 ２）レーザビームを発生させるレーザビーム発生手段
と、このレーザビームをレーザビーム発生手段と間隔を
置いて受光してそのレーザビームの受光位置を検出する
レーザビーム受光手段とを設けて、このレーザビーム受
光手段での検出結果に基づいて地中掘進機の掘進位置を
検出する地中掘進機の位置検出装置において、波長の異
なる複数種類のレーザビームを発生させるレーザビーム
発生手段と、レーザ光の波長の差により屈折率が異なり
これら複数種類のレーザビームを屈折させるレーザビー
ム屈折用の媒質を備え、このレーザビーム屈折用の媒質
を透過した複数種類のレーザビームを受光して各レーザ
ビームの受光位置を検出するレーザビーム受光手段と、
このレーザビーム受光手段で検出した各レーザビームの
受光位置に関するデータに基づいて計画路線に対する地
中掘進機の掘進位置及び地中掘進機の傾斜角度を演算す
る演算手段とを設けた手段 地中掘進機の位置検出方法に関するこの出願の第１番目
の発明では、前記１）に示す手段を採用して、波長の異
なる複数種類のレーザビームをレーザビーム屈折用の媒
質により異なる屈折率で屈折させた後、その複数種類の
レーザビームの各受光位置を検出するようにしているの
で、その検出したレーザビームの各受光位置の位置関係
に関するデータから計画路線に対する地中掘進機の傾斜
角度を検出することができる。その場合、従来の技術の
ように２枚のターゲット板を配置するようなことは要せ
ず、ぼやけたレーザ光の像が写し出されるようなことは
ないので、その地中掘進機の傾斜角度を正確に検出する
ことができる。計画路線に対する地中掘進機の掘進位置
を正確に検出するには、地中掘進機が計画路線に対して
傾斜していない状態でのレーザビームの受光位置を求め
る必要があるが、本発明では地中掘進機の傾斜角度を検
出できるので、こうした状態でのレーザビームの受光位
置を求めることが可能となって、その地中掘進機の掘進
位置も正確に検出することができる。地中掘進機の位置
検出装置に関するこの出願の第２番目の発明は、この出
願の第１番目の発明を実施するための手段を備えている
ので、この出願の第１番目の発明と同様の作用効果を奏
する。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明が実際上どのように
具体化されるのかを示す具体化例を図１乃至図３に基づ
いて説明することにより、本発明の実施の形態を明らか
にする。図１は、本発明の具体化例の地中掘進機の位置
検出装置におけるレーザ発振部を概略的に示す側面図、
図２は、本発明の具体化例の地中掘進機の位置検出装置
におけるレーザビーム受光手段等を概略的に示す側面
図、図３は、本発明の具体化例の地中掘進機の位置検出
装置が作動しているときのターゲット板の状況を示す正
面図である。図１乃至図３において図４乃至図６と同一
符号を付けた部分は、これらの図と同等の部分を表すの
で、詳述しない。

【００１６】図１乃至図３に示す本具体化例の地中掘進
機の位置検出装置は、レーザ発振器を有しレーザビーム
を発生させるレーザビーム発生手段と、ターゲット板６
０、レンズ６１及び受光装置本体６２を有し、レーザビ
ームをレーザビーム発生手段と間隔を置いて受光してそ
のレーザビームの受光位置を検出するレーザビーム受光
手段とを設けて、このレーザビーム受光手段での検出結
果に基づいて地中掘進機の掘進位置を検出するようにし
ている点で、基本的な仕組みは、図４乃至図６に示す従
来の一般的な地中掘進機の位置検出装置と変わらない。
しかしながら、レーザビーム発生手段及びレーザビーム
受光手段の具体的な仕組みは、従来の装置と本質的に異
なる。

【００１７】まず、図１を用いてレーザビーム発生手段
について説明すると、５ａは所定波長のレーザビーム５
０ａを発生する第１のレーザ発振器、５ｂはこのレーザ
発振器５ａのレーザビーム５０ａとは異なる波長のレー
ザビーム５０ｂを発生する第２のレーザ発振器、５２は
第１のレーザ発振器５ａのレーザビームと第２のレーザ
発振器５ｂのレーザビームとを合成するためのダイクロ
イックミラーである。ダイクロイックミラーは、所定波
長のレーザ光を透過させ他の波長のレーザ光を反射させ
る性質をもっている。ダイクロイックミラー５２は、こ
うした性質を利用して、第１のレーザ発振器５ａのレー
ザビーム５０ａを透過させ第２のレーザ発振器５ｂのレ
ーザビーム５０ｂを反射させるようにするとともに、両
レーザビームを合成してこれらの出射方向を揃えるよう
に構成している。このように、この例におけるレーザビ
ーム発生手段は、第１のレーザ発振器５ａ、第２のレー
ザ発振器５ｂ及びダイクロイックミラー５２とで構成さ
れ、両レーザ発振器５ａ、５ｂのレーザビーム５０ａ，
５０ｂを合成して、一筋のビームをなすがごとくに合わ
せられたレーザビーム５００を出射する。この例では、
波長の異なる一対のレーザビーム５０ａ，５０ｂを同時
に発生させて出射するようにしているが、波長が変えら
れるチューナブルレーザを用い、波長の異なるレーザビ
ーム５０ａ，５０ｂを、タイムラグをもたせて交互に出
射するようにしてもよい。

【００１８】次に、図２を用いてレーザビーム受光手段
について説明すると、６０はターゲット板、６１はレン
ズ、６２はＣＣＤ撮像素子等の受光素子を有する受光装
置本体で、何れも、図６で述べたのと同様の機能を有す
る部材である。レーザビーム受光手段を構成するのに、
この例ではターゲット板６０やレンズ６１を用いている
が、こうした部材を要しない二次元ＰＳＤ（ＰＳＤ；Ｐ
ｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｏ
ｒ）を用いてもよい。本発明では、レーザビーム受光手
段を構成するのに、以上のような従来常用されていた要
素に加え、独自の要素として、レーザ光の波長の差によ
り屈折率が異なる例えば石英のようなレーザビーム屈折
用の媒質６３をターゲット板６０の後方に配設してい
る。この媒質６３は、波長により屈折率が異なり、か
つ、レーザ光に対して透明な媒質すなわちレーザ光の透
過率が例えば９０％というように高い媒質であれば、種
々の物質を選択することができる。この例では、こうし
たレーザビーム屈折用の媒質６３に、所定の厚みをもち
前後の面が平行な厚手の板ガラスを用いて、ターゲット
板６０の面に平行に配置している。

【００１９】本発明では、レーザビーム受光手段がこう
した媒質６３を備えているので、レーザ発振器５ａ，５
ｂで発生したレーザビーム５０ａ，５０ｂは、一筋のレ
ーザビーム５００となるように合成された後、媒質６３
を透過する過程において異なる方向に屈折して分離し、
ターゲット板６０の異なる位置に照射される。このター
ゲット板６０に照射された各レーザビーム５０ａ，５０
ｂの光は、レンズ６１で集められ、受光装置本体６２の
受光素子上に結像して受光されるため、各レーザビーム
５０ａ，５０ｂの受光位置を検出することができる。こ
れら受光装置本体６２の受光素子、ターゲット板６０及
び媒質６３は、何れもレンズ６１の光軸に直交するよう
に配置されている。受光装置本体６２の受光素子には、
レンズ６１の光軸が通る点を原点とするＸ−Ｙ平面座標
が設定されており、受光素子で検出された各レーザビー
ム５０ａ，５０ｂの受光位置は、そのＸ−Ｙ平面座標に
おける座標位置のデータになるように受光装置本体６２
で処理される。７はこうして処理されたデータが入力さ
れる演算器であり、この入力された各レーザビームレー
ザビーム５０ａ，５０ｂの受光位置に関するデータに基
づいて計画路線に対する地中掘進機の掘進位置及び地中
掘進機の傾斜角度を演算する。

【００２０】そこで、図２及び図３に基づいて、こうし
た計画路線に対する地中掘進機の掘進位置及び傾斜角度
を演算する手法を説明する。図３は、媒質６３で屈折、
分離したレーザビーム５００がターゲット板６０に照射
されているときの状況を示すもので、Ｐ₁ はレーザビー
ム５０ａの照射位置、Ｐ₂ はレーザビーム５０ｂの照射
位置を表す。Ｐ₀ は、レーザビーム屈折用の媒質６３を
配設しない場合のレーザビーム５００の照射位置すなわ
ちレーザビーム５０ａ，５０ｂの照射位置を表し、この
場合、各レーザビーム５０ａ，５０ｂは、屈折しないた
め、分離されることなくＰ₁ ，Ｐ₂ とは距離を置いた一
点に照射される。こうしてターゲット板６０に照射され
た波長の異なる二種類のレーザビーム５０ａ，５０ｂ
は、ターゲット板６０へのこれらの各照射位置Ｐ₁ ，Ｐ
₂ の位置関係を反映した形で、受光装置本体６２の受光
素子で受光されてそれぞれの受光位置が検出されるた
め、ここでは、その受光素子の受光位置の代わりにター
ゲット板６０へのレーザビーム５０ａ，５０ｂの照射位
置Ｐ₁ ，Ｐ₂ に基づいて、計画路線に対する地中掘進機
の掘進位置及び傾斜角度を演算する手法を説明すること
とする。

【００２１】ターゲット板６０には、レンズ６１の光軸
の方向が通る点を原点Ｏにしてレンズ６１の光軸の方向
をＺ軸、このＺ軸に直交する左右方向をＸ軸、Ｚ軸に直
交する上下方向をＹ軸とする３次元座標が設定されてい
るものとする。また、この例では、地中掘進機の基準線
に地中掘進機の胴部の中心軸線を選定し、レーザビーム
受光手段の基準線にレンズ６１の光軸を選定して、レー
ザビーム受光手段の基準線を地中掘進機の基準線に一致
させるようにしてレーザビーム受光手段を地中掘進機内
に設置しているものとする。したがって、掘進機３の掘
進中、計画路線上に照射されているレーザビーム５００
が地中掘進機の基準線と一致していると、レーザビーム
５００の照射位置Ｐがターゲット板６０の基準位置であ
る原点Ｏに照射されることとなる。

【００２２】以上を確認の上、後記数式や図２及び図３
に用いられている記号の意味を定義することとする。

【００２３】Ｐ₀ ；媒質６３を設けない場合のレーザビ
ーム５００（レーザビーム５０ａ，５０ｂ）の照射位
置、 Ｐ₁ ；ターゲット板６０へのレーザビーム５０ａの照射
位置、 Ｐ₂ ；ターゲット板６０へのレーザビーム５０ｂの照射
位置 Ｅ(→)；ターゲット板６０の法線単位ベクトル、 Ｑ₀(→) ；レーザビーム５００の方向ベクトル、 Ｑ₁(→) ；レーザビーム５０ａの方向ベクトル、 Ｑ₂(→) ；レーザビーム５０ｂの方向ベクトル、 ｎ₁ ；レーザビーム５０ａについての媒質６３の屈折
率、 ｎ₂ ；レーザビーム５０ｂについての媒質６３の屈折
率、 δｒ_x ；レーザビーム５０ａの照射位置Ｐ₁ とレーザビ
ーム５０ｂの照射位置Ｐ₂ とのずれ量のＸ軸方向の成分 δｒ_y ；レーザビーム５０ａの照射位置Ｐ₁ とレーザビ
ーム５０ｂの照射位置Ｐ₂ とのずれ量のＹ軸方向の成分 Ｄ；媒質６３の厚み（前後の面が平行な板ガラスを媒質
６３に用いた場合を例にとると、前後の面間の距離）、 θ₀ ；媒質６３を透過させない場合のレーザビーム５０
０がＺ軸となす角度、 φ₀ ；媒質６３を透過させない場合のレーザビーム５０
０をＸ−Ｙ平面上へ正投影した線とＸ軸とのなす角度、 前記記号に付けている(→) は、こうした記号の上に付
けられるベクトル矢印に代わるものである。また、角度
θ₀ ，φ₀ は極座標表示の角度を表す。

【００２４】まず、計画路線に対する地中掘進機の傾斜
角度を演算する手法を説明すると、レーザビーム５００
の方向ベクトルＱ₀(→) とレーザビーム５０ａの方向ベ
クトルＱ₁(→) との間及びレーザビーム５００の方向ベ
クトルＱ₀(→) とレーザビーム５０ｂの方向ベクトルＱ
₂(→) との間には、スネルの法則により、それぞれ次の
（１）式及び（２）式が成り立つ。 Ｅ(→)×Ｑ₀(→) ＝ｎ₁ Ｅ(→)×Ｑ₁(→) ……………（１） Ｅ(→)×Ｑ₀(→) ＝ｎ₂ Ｅ(→)×Ｑ₂(→) ……………（２） レーザビーム５０ａの照射位置Ｐ₁ とレーザビーム５０
ｂの照射位置Ｐ₂ とのずれ量のＸ軸方向の成分δｒ_x 及
び同Ｙ軸方向の成分δｒ_y は、レーザビーム５０ａ，５
０ｂの照射位置Ｐ₁ ，Ｐ₂ に関するＸ軸、Ｙ軸の座標点
から求めることができ、これを数式で表すと、次の
（３）及び（４）式で表すことができる。

【００２５】 δｒ_x ＝〔Ｐ₁Ｐ₂(→)〕_x ……………（３） δｒ_y ＝〔Ｐ₁Ｐ₂(→)〕_y ……………（４） そうすると、前（３）、（４）式より次の（５）式を導
くことができ、また、前（１）、（２）式より次の
（６）式を導くことができる。 ｔａｎφ₀ ＝δｒ_y ／δｒ_x ……………（５） δｒ_x ＝Ｄ・θ₀・ｃｏｓφ₀・（１／ｎ₂ −１／ｎ₁ ）……………（６） 前（５）式中、照射位置Ｐ₁ と照射位置Ｐ₂ とのずれ量
のＸ軸、Ｙ軸方向の成分δｒ_x ，δｒ_y は、測定により
求め得る値であるから、角度φ₀ は、（５）式により算
出することができる。また、前（６）式中、照射位置Ｐ
₁ と照射位置Ｐ₂ とのずれ量のＸ軸方向の成分δｒ_x 及
び角度φ₀ は、このように、測定及び（５）式によりそ
れぞれ求め得る値であり、媒質６３の厚みＤ及び屈折率
ｎ₂ ，ｎ₁ は、何れも、レーザビーム受光手段を設計す
る際に予め定められる既知の値であるから、角度θ
₀ は、前（６）式により算出することができる。こうし
て得られる角度φ₀ ，θ₀ は、計画路線に対する地中掘
進機の傾斜角度を特定する値であるから、結局、この地
中掘進機の傾斜角度は、前（１）式乃至（６）式から演
算により求めることができる。

【００２６】次に、計画路線に対する地中掘進機の掘進
位置を演算する手法を説明する。計画路線に対する地中
掘進機の掘進位置を正確に検出するには、レーザビーム
５００が媒質６３で屈折されないときのレーザビーム５
００の照射位置Ｐ₀ に関するＸ軸、Ｙ軸の座標点、換言
すると原点Ｏとレーザビーム５００の照射位置Ｐ₀ との
ずれ量のベクトルＯＰ₀(→) を求める必要がある。こう
した座標点を求めるため、まず、レーザビーム５０ａの
照射位置Ｐ₁ とレーザビーム５００の照射位置Ｐ₀ との
ずれ量のベクトルＰ₁Ｐ₀(→) を算出すると、このずれ
量のベクトルＰ₁Ｐ₀(→) は、次の（７）式により算出
することができる。 Ｐ₁Ｐ₀(→) ＝Ｄ・θ₀・（ｎ₁ −１）／ｎ₁・（ｃｏｓφ₀ ，ｓｉｎφ₀ ）………（７） なお、前（７）式は、レーザビーム５０ａの照射位置Ｐ
₁ とレーザビーム５００の照射位置Ｐ₀ とのずれ量のＸ
軸方向の成分δｒ_x 及び同Ｙ軸方向の成分δｒ_y を一つ
の式で総括的に表したものである。

【００２７】そうすると、原点とレーザビーム５００の
照射位置Ｐ₀ とのずれ量のベクトルＯＰ₀(→) は、前
（７）式で得られたずれ量のベクトルＰ₁Ｐ₀(→) に原
点Ｏとレーザビーム５０ａの照射位置Ｐ₁ とのずれ量の
ベクトルＯＰ₁(→)を加えた値であるから、次の（８）
により算出することができる。 ＯＰ₀(→) ＝ＯＰ₁(→)＋Ｐ₁Ｐ₀(→)……………（８） 前（８）式中、ＯＰ₁(→)は、レーザビーム５０ａの照
射位置Ｐ₁ に関するＸ軸、Ｙ軸の座標点に相当する値で
あって測定により求め得る値であるから、（８）式によ
り、原点Ｏとレーザビーム５００の照射位置Ｐ₀ とのず
れ量のベクトルＯＰ₀(→) を求めることができる。こう
して得られるずれ量のベクトルＯＰ₀(→) は、計画路線
に対する地中掘進機の掘進位置を特定する値であるか
ら、結局、この地中掘進機の掘進位置は、前（１）式乃
至（８）式から演算により求めることができる。

【００２８】このように、以上述べた例では、波長の異
なる一対のレーザビーム５０ａ，５０ｂをレーザビーム
屈折用の媒質６３により異なる屈折率ｎ₁ ，ｎ₂ で屈折
させた後、その一対のレーザビーム５０ａ，５０ｂの各
受光位置を検出するようにしているので、その検出した
レーザビーム５０ａ，５０ｂの各受光位置の位置関係に
関するデータすなわちレーザビーム５０ａの照射位置Ｐ
₁ とレーザビーム５０ｂの照射位置Ｐ₂ とのずれ量のＸ
軸方向の成分δｒ_x 及びＹ軸方向の成分δｒ_yから角度
φ₀ ，θ₀ を算出して計画路線に対する地中掘進機の傾
斜角度を検出することができる。その場合、従来の技術
のように２枚のターゲット板を配置するようなことは要
せず、ぼやけたレーザ光の像が写し出されるようなこと
はないので、その地中掘進機の傾斜角度を正確に検出す
ることができる。計画路線に対する地中掘進機の掘進位
置を正確に検出するには、地中掘進機が計画路線に対し
て傾斜していない状態でのレーザビーム５００の受光位
置を求める必要があるが、以上述べた例では、このよう
に地中掘進機の傾斜角度を検出できるので、こうした状
態でのレーザビーム５００の受光位置を求めることが可
能となって、その地中掘進機の掘進位置も正確に検出す
ることができる。したがって、以上述べた例によれば、
計画路線に対する地中掘進機の掘進位置及び地中掘進機
の傾斜角度を正確に検出することができる地中掘進機の
位置検出技術が得られる。

【００２９】以上述べた例では、波長の異なる一対のレ
ーザビーム５０ａ．５０ｂを用いて地中掘進機の掘進位
置や傾斜角度を検出する例を示したが、波長が異なる三
種類以上のレーザビームを用いてこれらのレーザビーム
各受光位置に関するデータを種々組み合わせることによ
り、地中掘進機の掘進位置や傾斜角度を演算するための
データ量を増加するようにすれば、計画路線に対する地
中掘進機の掘進位置や傾斜角度を一層正確に検出するこ
とができる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、地中掘
進機の位置検出方法に関するこの出願の第１番目の発明
及び地中掘進機の位置検出装置に関するこの出願の第２
番目の発明は、それぞれ、「課題を解決する手段」の項
の１）及び２）に示した手段を採用しているので、これ
らの各発明によれば、計画路線に対する地中掘進機の掘
進位置及び地中掘進機の傾斜角度を正確に検出すること
ができる地中掘進機の位置検出技術が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体化例の地中掘進機の位置検出装置
におけるレーザ発振部を概略的に示す側面図である。

【図２】本発明の具体化例の地中掘進機の位置検出装置
におけるレーザビーム受光手段等を概略的に示す側面図
である。

【図３】本発明の具体化例の地中掘進機の位置検出装置
が作動しているときのターゲット板の状況を示す正面図
である。

【図４】従来の一般的な地中掘進機の位置検出装置が作
動しているときのターゲット板の状況を示す正面図であ
る。

【図５】従来の一般的な地中掘進機の位置検出装置を用
いて管推進工法を実施しているときの状況を概略的に示
す側面図である。

【図６】従来の一般的な地中掘進機の位置検出装置にお
けるレーザビーム受光手段を概略的に示す側面図であ
る。

【符号の説明】

１ 発進立坑 ２ 推進装置 ３ 掘進機 ４ 埋設管 ５ａ 第１のレーザ発振器 ５ｂ 第２のレーザ発振器 ７ 演算器 ５０ａ 第１のレーザ発振器５ａのレーザビーム ５０ｂ 第２のレーザ発振器５ｂのレーザビーム ５２ ダイクロイックミラー ６０ ターゲット板 ６１ レンズ ６２ 受光装置本体 ６３ レーザビーム屈折用の媒質 ５００ レーザビーム Ｄ 媒質６３の厚み Ｐ₀ 媒質６３を設けない場合のレーザビーム５００
の照射位置 Ｐ₁ レーザビーム５０ａの照射位置 Ｐ₂ レーザビーム５０ｂの照射位置 Ｑ₀(→) レーザビーム５００の方向ベクトル、 Ｑ₁(→) レーザビーム５０ａの屈折後の方向ベクト
ル、 Ｑ₂(→) レーザビーム５０ｂの屈折後の方向ベクト
ル、 θ₀ レーザビーム５００がＺ軸となす角度 φ₀ レーザビーム５００の方向ベクトルのＸ−Ｙ平
面上の成分がＸ軸となす角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザビームを間隔を置いて受光しその
   受光したレーザビームの受光位置に基づいて地中掘進機
   の掘進位置を検出する地中掘進機の位置検出方法におい
   て、波長の異なる複数種類のレーザビームを発生させ、
   レーザ光の波長の差により屈折率が異なるレーザビーム
   屈折用の媒質中を屈折して透過させた後、これら複数種
   類のレーザビームの各受光位置を検出し、その検出した
   レーザビームの各受光位置に関するデータに基づいて計
   画路線に対する地中掘進機の掘進位置及び地中掘進機の
   傾斜角度を演算により検出するようにしたことを特徴と
   する地中掘進機の位置検出方法。
2. 【請求項２】 レーザビームを発生させるレーザビーム
   発生手段と、このレーザビームをレーザビーム発生手段
   と間隔を置いて受光してそのレーザビームの受光位置を
   検出するレーザビーム受光手段とを設けて、このレーザ
   ビーム受光手段での検出結果に基づいて地中掘進機の掘
   進位置を検出する地中掘進機の位置検出装置において、
   波長の異なる複数種類のレーザビームを発生させるレー
   ザビーム発生手段と、レーザ光の波長の差により屈折率
   が異なりこれら複数種類のレーザビームを屈折させるレ
   ーザビーム屈折用の媒質を備え、このレーザビーム屈折
   用の媒質を透過した複数種類のレーザビームを受光して
   各レーザビームの受光位置を検出するレーザビーム受光
   手段と、このレーザビーム受光手段で検出した各レーザ
   ビームの受光位置に関するデータに基づいて計画路線に
   対する地中掘進機の掘進位置及び地中掘進機の傾斜角度
   を演算する演算手段とを設けたことを特徴とする地中掘
   進機の位置検出装置。