JPS6124795A - 押管工法の方向制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野〕 本発明は、トンネル掘進機などの掘削機械を用いて押管
掘削する際の掘削機械の方向制御方法、とくに掘削機械
を計画掘削線に治って正確に進行させ得る押管工法の方
向制御方法に関するものであ−る。

〔従来の技術〕

従来、土中を掘進するトンネル掘進機などの進路を制御
するには、第１図に示すごとくトンネル掘進機ａ内の進
路基準線す上にターゲットＣを配置し、掘進機が土中を
進行した際、計画掘削線の方向を指向するレーザ光ｄが
ターゲットｃに入射した位Ｍｅを検出し、この入射位置
ＣをターゲットＣの中心位置ｆに一致させるように掘進
［ａの進路を修正するようにしていた。

しかし、この方法によると現在位置のずれを検出できる
が、掘削方向のずれを検出できないため将来位置を予測
できず、そのため掘進機を計画掘削線に治って正確に進
行させ得ない欠点があった。この欠点を補うには、位置
測定のほかに別に方位を測定しなければならず、掘進機
の運転操作が極めて煩雑になる欠点があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、ｌｎＪ述に鑑み、光学的方法を用いて掘削機
械の進路を予測し、計画掘削線に追従して正確に機械を
進行させ得る押管工法の方向制御方法を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するための本発明の方法は、掘削機械
の内部に前記機械の進行方向に治って二枚のターゲット
を離隔配置し、前記ターゲットに計画掘削線を指向する
光線をターゲット後方から放射し、１屁削機械運転中に
ｆｆｆｉ記光線が各ターゲットに入射した位置を検出し
て計画掘削線に対する予想進路のずれを二次元座標を用
いて数量的に演算し、演算して得られた二つの座標の大
小関係を常時比較し、大きい方の進路のずれを小さくす
るように掘削ａｉ械の進行方向を修正し、両方向のずれ
が充分小さくなるまて上記修正を反覆繰り返して行うよ
うにしたものであり、二枚のターゲットを用いるので、
計画掘削線に対する進路のずれを数量的に予測でき、予
測したずれを、大きい方のずれから逐次取り除くように
掘削機械の進行方向を修正するので、進路のずれを漸近
的に修正でき、従って計画掘削線に治って正確に掘削機
械を進行させ得るなどの利点を有するものである。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。第２
図ないし第８図は本発明の方法を実施するための装置の
一例およびこの装置を配置したシールド掘進機を示すも
ので、図中、符号１はカッタ、２はカッタ駆動装置、３
はセグメント、４はシールドジヤツキ、５はシールドジ
ヤツキストローク検出器、ｇはシールド掘進機の中心線
であり、本装置は、シールド掘進機の内部に且つ掘進機
の中心線ｇに平行な進路基準に９．　ｈに相って前後方
向に離隔配置されさらにそれぞれが進路基準ａｈに直角
に交差する二枚のターゲット６．７、このターゲット６
．７後方の基礎上に固定されトンネル計画線と一致する
方向にレーザ光８を放射するレーザ放射装置（図示せず
）、前記各ターゲット６．７を撮像するテレビカメラ４
５　、４５、撮像した画面の映像を処理して前記ターゲ
ット６．７に入射した光線の位置を数量的に把握し電気
信号に変換する映像処理装置４６、前記電気信号に基づ
いて掘削機械の進路のずれを演算し、作動すべき推力発
生機構を選択制御する演算・制御装置ｔ４７、演算結果
の進路のずれを映像として画面に表示する表示装Ｎ９、
演算・制御装置４７からの制０口信号によりシールドジ
ヤツキ４を制御する方向制御装置４８などからなる。

各ターゲット６．７は、螢光塗料を塗布したガラス板で
構成され、ガラス板の表面には第４図に示すごとく進路
基準線りがガラス板を交差する位置０１．０．を原点と
し上下左右方向に延びる座標軸ｒＸ、、Ｙ、）　、　（
Ｘ、、Ｙ、）が描かれている。

なお、ターゲット６．７は距＃ＩＱを隔てて筒状の胴１
０によって一体に連結され、胴１０の内部にテレビカメ
ラ４５　、４５が配置されている（第７図参照）。

表示装置９は、ターゲット６．７によって検出されたシ
ールド掘進機の進路のずれ、すなわちターゲット６前方
の任意の距ＭＬのところに想定した仮想のターゲット１
２にレーザ光８が交差する位置Ｐ、のデータを表示する
装置で、演算・制御装置４７が演算したデータは０４を
原点とする座標軸（Ｘ４．Ｙ、　）を用いて画面上に表
示される。

画面は、点１３．１４．１５．１６が形成する正方形の
外側の領域（またはオン・ゾーン）１７と、点１８．１
９．２０．２１が形成する正方形の内側の領域（または
オフ・ゾーン）２３と、前記領域１７．２３間の中間領
域２４からなる三つの領域に分割され、Ｐ。

がオン・ゾーン１７内に検出されたとき、演算・制御装
置４７は方向制御装ｆｆ１４８を介して所要のジヤツキ
４に起動信号を送り、また、Ｐｏがオフ・ゾーン２３内
に検出されたとき前記ジヤツキ４に停止信号を送る。従
ってＰ８が中間領域２４にあるときシールドジヤツキ４
は作動を継続する。さらに、表示装置９の画面は前記正
方形の各対角線およびその延長線が区切る４個の区画２
５．２６、２７．２８に分割され、」二記各区画に対応
して作動すべきシールドジヤツキ４が選択され且つ選択
されたジヤツキのストローク量が第６図に示すように制
御される。すなわち掘進機を例えば左方に回頭させる場
合、予想される曲った進路２９の外側を推進するジヤツ
キ４ａのストローク量Ｓ。

を、内側を推進するジヤツキ４ｂのそれＳ、よりも大き
くし、ストローク差Ｓ、　−Ｓ、を矯正すべき偏差ｍの
大きさに応じて比例制御する。

吹に本装置の作動について説明する。シールド１屈進機
が発進する前に、シールド掘進機の位置および方向を調
整する。この調整は、トンネル計画線を指向するレーザ
光８が各ターゲット６．７の原点０１、Ｏｇを通るよう
にすればよい。

すなわちレーザ光８がターゲット６．７に入射すると、
入射位置が輝点としてテレビカメラ４５゜４５によって
撮像され、映像処理装置４６および演算・制御装置４７
を経て表示装置９に位置および方向のずれが表示される
ので、このずれがなくなるように掘進機を操作すると１
屁進準備が完了する。

掘進機が土中を進行し進路がずれると、進路基＄線りが
第４図に示すようにトンネル計画線、またはレーザ光８
から偏倚し、この状態はテレビカメラ４５、映像処理装
置４６によって検出される。いま、レーザ光８が各ター
ゲット６．７に入射した位置Ｐ、、　Ｐ、の座標をそれ
ぞれ（ｘｌ、ｙ＋）、（ｘ、、ｙ、）とする。また、仮
想のターゲット１２上の原点を０゜、座標軸をｘ、、　
ｙ、、レーザ光８が仮想のターゲット１２に交差する位
置Ｐ、の座標を（ΔＸ、Δｙ）とすると、ΔＸ、Δｙは
いずれもＰｌ、Ｐ７の座標（ｘ　＋　−ｙ　＝　）　（
ｘ　ｔ　−ｙ　＊　）から容易に演算・制御装置４７に
よって求められる。そして、このようにして求めたＰ、
（ΔＸ、Δｙ）が表示装置９の画面上に表示される。

いま表示された位置がオン・ゾーン１７内の、Ｈつ区画
２６内のＮ１点（ｘ　、　ｙ）にあったとすると、演算
・制ｍ装置４７は、常時ｘ、Ｖの各絶対値の大小関係を
比較し、絶対値の大きい方の進路のずれを修正する。す
なわち図示のようにｘ＜ｙのときはｙを小さくするよう
にシールドジヤツキ４を選択的に作動させる信号を方向
制御装置４８に送る。この結果上方の区間Ｑ−Ｒ（第３
図参り、６）に位置するシールドジヤツキ４のストロー
クが小さく、また下方の区間Ｔ−Ｕに位置するシールド
ジヤツキ４のストロークが大きく作動し、左右方向の区
間Ｑ−Ｕ、Ｒ−Ｔにあるジヤツキのストロークがセロま
たはフリーになる。

この際」二重の区間にあるシールドジヤツキ４のストロ
ーク差は修正すべき偏差ｙに応じて比例制御される。上
記の動作によってシールド掘進機は上方に回頭し、画面
上のＮ１点は下方に移動しく破ａ参照）オフ・ゾーン２
３に到達する。ここで方向制御装置４８は上、下のジヤ
ツキのストローク差をゼロとし、左右のジヤツキのスト
ロークを」−下ジャッキのそれに合わせ、制御動作を停
止にする。

次に、仮想のターゲット１２上の位置Ｐ、が画面１−の
Ｎ１点、すなわちオン・ゾーン１７内の■つ区画２８に
表示されたとする。この場合も演算・制御装置４７はＮ
、点の縦、横座標の大小を比較し、大きい方の座標、す
なわち横座標を小さくするようにシールドジヤツキ４を
作動させる。すなわち左方の区間Ｑ−Ｕのジヤツキを大
ストロークで、また、右方の区間Ｒ−Ｔのジヤツキを小
ストロークで駆動し、上、下の区間Ｑ−Ｒ，Ｔ−Ｕのジ
ヤツキをフリーにする。この操作ゝによって掘進機は左
方に回頭し、Ｎ７点は破線に沿って移動する。

次に、位置Ｐ。が画面上のオン・ゾーン１７内にあり、
しかも縦横の座標が等しい場合、例えば対角線１３０．
１５の延長練土のＬ点にあった場合について説明する。

この場合は対角線１３０．１５を挾んでその両側に対角
線１３０．１５に適宜接近し且つこの対角線に平行に二
つの直線３０．３１を設定し、この二本の直線によって
区切られた幅の狭い領域３２内を、Ｎつ点がジグザグ状
に移動しつつｍ　Ｉ？的にオフ・ゾーン２３に到達する
ように掘進機の進路を修正する。このためには先ず掘進
機を右方に回頭させ、Ｎ０点を図の左方に向つで水平に
移動しく矢印ｖ）、直線３１に交差するまで回顧動作を
継続する。そしてＮ、点が直線３１に交差した時点で今
度は掘進機を下方に回頭させる。この操作によってＮｆ
１点は図の上方に向って移動する（矢印Ｗ）ので、直線
３０に交差するまで回頭動作を継続し、直線３０に交差
したのち再び掘進機回頭時に回頭させる動作を繰り返す
。

以下、同様に交互に回頭動作を繰り返すと最終的にＮ０
点がオフ・ゾーンに到達する。このようにすると掘進機
の進路が滑らかな曲線を形成するので、ずれた進路は漸
近的にトンネル計画線に接近することになり、結局、掘
進機をトンネル計画線に治って正確に進行させることが
できる。

なお、ω■述の説明において最初に掘進機を水平方向に
回頭させたが、この替わりに先ず上下方向に回頭させ、
次に水平方向に回頭するようにしてもよい。

さらに、Ｐ：が第５図のＮ４点に検出されたときは、先
ず掘進機を右方に回頭させてＮ４点を水平方向に移動し
、次に直線３０．３１と同様の方法で設定した直線３３
　、３４間の狭い領域３５内でＮ４点がジグザグ状に移
動するようにしてもよい（破線参照）。

第９図ないし第１１図に本制御方法を実施する′上で好
都合なシールド掘進機を示す。この掘進機は推進用ジヤ
ツキ〔図示せず〕のほかに方向制御用アクチュエータ３
６を備えており、アクチュエータ３６はシリンダ３７、
カム３８、カム取付部材３９などからなる。シリンダ３
７およびカム取付部材３９はいずれも掘進機本体の胴ｆ
ｉ１４１に取り付けられ、頭部４０と胴部４１は蛇腹状
の緩性体４２によって連結されている。左側のシリンダ
３７（第１０図参照）を矢印方向に伸長するとシリンダ
３７とカム３８の接合ビン４３を支点としてカム３８が
矢印ｉ方向に回動し、掘進機頭９４０の内側を矢印ｊ方
向に押圧するので掘進機の頭部４ｏが左方に回頭する。

なお、本発明は前述の実施例にのみ限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸鋭しない範囲において秤々の変
更を加え得ることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上述べたごとく、本発明の押管工法の方向制御方法は
、進路基準線に沿って二枚のターゲットを設け、計画掘
削線を指向する光線に対する予想進路のずれを平面座標
を用いて二つの方向の成分に分解して把握し、この成分
の大小関係を常時比較し、成分の大きいずれを消滅させ
るように掘進機の進路を反覆修正するので次の優れた効
果を発揮する。

ω　進路のずれを漸近的に修正するので、計画掘削線に
治って正確に掘削機械を運転できる。

（ｉｉ）　　位置のずれと方位のずれの両方を同時に演
算・把握できるので、掘削機械の運転が容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の制御方法の説明図、第２図ないし第８図
は本発明の方法を実施するための装置の一例およびその
配置図を示し、第２図はシールド掘進機の切断側面図、
第３図は第２図におけるｌｌｌ−［１方向からの矢視図
、第４図はターゲットの配置を示す斜視図、第５図は表
示装置の説明図、第６図は掘進機回頭時のシールドジヤ
ツキのストロークの説明図、第７図は本装置の構成を示
すブロック図、第８図は第７図における■−■方向から
の矢視図、第９図ないし第１１図は別のシールド掘進機
の概略構造を示し、第９図は切断側面図、第１０図およ
び第１１図はいずれも第９図におけるＸ−Ｘ方向および
Ｘｌ−Ｘ１方向からの矢視図である。 図中、６，７はターゲット、８はレーザ光、４５はテレ
ビカメラ、４６は映像処理装置、４７は演算・制御装置
、４８は方向制御装置を示す。 第７図　　　　第８図 百 第９図 餉１０図 ＠１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）掘削機械の内部に前記機械の進行方向に沿って二枚
   のターゲットを離隔配置し、前記ターゲットに、計画掘
   削線を指向する光線をターゲット後方から放射し、掘削
   機械運転中に前記光線が各ターゲットに入射した位置を
   検出して計画掘削線に対する予想進路のずれを二次元座
   標を用いて数量的に演算し、演算して得られた二つの座
   標の大小関係を常時比較し、大きい方の進路のずれを小
   さくするように掘削機械の進行方向を修正し、両方向の
   ずれが充分小さくなるまて前記修正を反覆繰り返して行
   うことを特徴とする押管工法の方向制御方法。