JPS63231209A - 掘進機の位置測定方法 - 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、３測点が水平面内で成す交差角を測定する測
角装置と測点の鉛直方向位置を測定するレベル測定装置
とを備えた測量装置に関する。

〈従来の技術〉 従来、例えばシールド機で地盤を掘削しながら掘削され
た坑内に発進立坑からヒユーム管等を順次挿入し、これ
を前方へ抑圧・推進して埋設する推進工法において、シ
ールド機の掘進位置を測定する方法として、レーザ発振
器を用いる方法か知られている。この方法は、発進立坑
に設置したレーザ発振器でレーザ光を管路中心線上に照
射し、シールド機に取り付けたターゲット上のレーザ光
照射位置を読み取って偏位を測定するものである。

しかし、レーザ光が直進するため、管路が曲線である場
合は、上記方法を直接適用することができず、レーザ発
振器を前方測点に適宜移設して、各測点間の線分長と線
分間の各交差角を測定するトラバース測ｍによって、幾
何学的関係からシールド機の位置を計算している。

〈発明が解決しようとする問題点〉 そのため、従来の側型方法は、レーザ発振器の移設やそ
のたびの測定に手間と時間がかかるという欠点がある。

また、シールド機の位置判定は、予め掘進計画線が書き
込まれた座標上に、測量データから計算で得られた各測
点の位置を作業者がプロットし、両者を比較してずれを
求めろという手作業によっているため、１回の測量に長
時間を要し、推進作業の能率が低下するという欠点があ
る。さらに、１回の測量に手間と時間を要する関係上、
測量は２．５ｍ程度の長さのヒユーム管を１本推進する
たびになされるのが普通であるため、測量結果に基づく
シールド機のずれ修正を頻繁に行なうことができず、ず
れが大きくなって掘進精度が低下するという欠点がある
。

そこで、本発明の目的は、シールド機で掘削される曲線
状の坑内などの測点に適宜設置され、各測点が形成する
交差角や測点の鉛直方向位置を常時迅速に測定でき、上
記交差角データ等を基準計画線からのずれを計算する計
算機に出力できて、測量の能率化と測最対象物の施工精
度の向上に貢献する測ｍ装置を提供することである。

〈問題点を解決するｆこめの手段〉 上記目的を達成するため、本発明の測量装置は、鉛直軸
線を中心に回転可能に設けられ、水平方向にレーザ光を
照射するレーザ発振器と、上記鉛直軸線上に設けられ、
水平方向のレーザ光を受けたとき受光信号を出力する受
光器と、上記レーザ発振器の両側の測点に設置される受
光器からの受光信号を受けて、上記レーザ発振器の回転
角から一側の測点とレーザ発振器と他側の測点とが成す
交差角を読み取る回転角度読取器とからなる測角装置と
、基準水位に維持された水槽に連通する水管に圧力検出
器を設けてなり、測点の鉛直方向位置を測定するレベル
測定装置とを備えたことを特徴とする。

〈作用〉 いま、第２．３図に例示する埋設管の曲線推進工法にお
いて測量を行なうものとする。本発明の測角装置１９を
発進立坑３１内の基準点Ｐ１、横坑３２の埋設管３４内
の測点ＰＩＰ３に順に設置し、受光器２５を発進立坑３
１内の方位基準点Ｐ。

および先端のシールド機３３の測点Ｐ４に設置して、開
トラバースを形成する。まず、基準点Ｐ。

にある測角装置１９のレーザ発振器３を回転させなから
レーザ光を発射させ、水平面内をレーザ光で旋回走査す
る。旋回するレーザ光は、まず方位基準点Ｐ。にある受
光器２５で、次いで測点Ｐ、にある測角装置１９の受光
器Ｉ３で受光され、受光時に出力される夫々の受光信号
は信号線を経てパルスからカウンタ装置１７に送られる
。その間レーザ光を発射した測角装置の回転角度検出器
７は、回転角を示すパルス信号を発する。このパルスカ
ウンタ装置Ｉ７は、初めの受光信号人力時から次の受光
信号人力時までにレーザ発振器３が回転した角度即ち基
準点Ｐ８における交差角θ、をカウントし、その値を出
力する。他の測点Ｐ２．Ｐ３にある測角装置ら同様にし
て、その測点における交差角θ２．θ３を読み取り、そ
の値を出力する。一方、埋設管３４内の測点間距離ρ３
．Ｑ３は、測点Ｐ　２．　Ｐ　３、Ｐ４が掘進方向に等
速移動することから管内の設置位置と掘進計画線から計
算で求まり、測点間距離ρ、のみを実測で求める。以上
の交差角と測点間距離から幾何学的手法でシールド機の
測点Ｐ４の座標を算出する。また、シールド機３３に固
定した本発明のレベル測定装置２０の圧力検出器２３の
出力により、基準水位に対するシールド機の高低差が測
定される。

〈実施例〉 以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。

第１図は本発明の測角装置１９の一実施例を示す縦断面
図であり、ｌは箱体、２はこの箱体の上板１ａに回転自
在に垂直をなして取り付けた回転軸、３はこの回転軸２
の上端の回転テーブル４に水平方向にレーザ光を発射す
るように固定した半導体レーザ、５はこの半導体レーザ
３の前方の回転テーブル４上にレーザ光と直交するよう
に横設した半円柱レンズ、６はこの半円柱レンズ５前方
の回転テーブル４に立設したフィルタ、７は上記回転軸
２の下端に取り付けられ、この回転軸の回転角を検出す
る回転角度検出器としてのロータリエンコーダである。

また、８は上記回転軸２の略中央に固定した歯車、９は
この歯車上方の回転軸２に摺接し、上記半導体レーザ３
に電力を供給するスリップリング、１０は上記上板１ａ
の裏面に固定され、上端に固定した歯車１１とこれに噛
合する上記歯車９を介して回転軸２を駆動するパルスモ
ータ、１２はレーザ光発射用の環状窓１２ａを有し、箱
体Ｉの上部を覆う上蓋、１３はこの上Ｍ１２の上部に上
記回転軸２と中心軸を一致させて立設され、水平方向の
レーザ光を受けたとき受光信号を出力する受光器として
のフォトセンサ、１４はこのフォトセンサからの受光信
号を増幅する増幅器、１５は箱体ｌの底板１ｂに固定し
た水準器、１６は底板１ｂの外面隅部に螺着した傾き調
整ねじ、１７はこの測角装置の両側の図示しない測点に
夫々設置したフォトセンサが、この測角装置から発射さ
れたレーザ光を受けたときに出力する受光信号を図示し
ない信号線を介して受信する間にロータリエンコーダの
発するパルス信号をカウント即ち交差角を検出するパル
スカウンタ装（置である。

上記半円柱レンズ５は、半導体レーザ３から矢印の如く
発射されろレーザ光を、このレーザ光を含む鉛直面内で
破線で示すように１扁状に拡げて、フィルタ６および回
状窓１２ａを経て外方へ出射し、出射されたレーザ光は
、回転軸２の回転運動に伴って水平面内を旋回走査する
。一方、上記パルスモータＩＯは、人力信号に応じて上
記回転軸２を任色の角度まで回転させることかでき、レ
ーザ光を所望の一方向に照射せしめろことができろ。

また、上記フォトセンサ１３は、第１図に示す右面１３
ａと左面１３ｂに別個独立のセンサを有し、右面のセン
サで右側の測角装置からのレーザ光、左面のセンサで左
側の測角装置からのレーザ光を夫々受光し、受光信号を
出力するようになっている。

第２図、第３図は上記測角装置１９を用いた曲線推進工
法の施工例の概略を示す夫々水平断面図および推進方向
に沿う縦断面図である。

同図において、３１は地盤に鉛直に掘削された発進立坑
、３２はこの立坑底３１ａに搬入したシールド機３３に
よって掘削された水平面内で湾曲する横坑、３４．３４
・・・は立坑底３１ａに順次挿入され推進ジヤツキ３５
によって上記シールド機３３の掘進速度に合わせて横坑
３２内を府芳へ推進せしめられるヒユーム管、３６は先
端のヒユーム管とシールド機３３の間に装着された掘進
方向制御用のジヤツキである。上記立坑３１に水面が基
準水位り。に維持される水槽２１を設置し、ヒユーム管
３４．３４・・・内に延在させたホース２２の基端を上
記水槽２１に接続する一方、ホース２２の先端にシール
ド機３３に固定される圧力検出器２３を接続してレベル
測定装置２０を構成し、シールド機３３のレベルを測定
するようにしている。

また、立坑３１内の方位基準点Ｐ。（第２図参照）にフ
ォトセンサ２５を、基準点Ｐ、に測角装置１９を夫々設
置し、ヒユーム管３４内の所定の測点Ｐ２．Ｐ３に同じ
測角装置１９．１９を設置し、先端のシールド機のホ１
１点Ｐ４に同じフォトセンサ２５を設置して開トラバー
スを形成している。そして、これらのフォトセンサ２５
．測角装置Ｉ９および上記レベル測定装置２０の圧力検
出器２３を、ヒユーム管内に設置したコンピュータ２６
に信号線を介して接続して、各測角装置のパルスカウン
タ装置からの交差角信号、レベル測定装置からのレベル
信号、予めデータ入力されたヒユーム管寸法から算出し
得る測点間距離Ｃ３，Ｃ７、推進ジャツギ３５のストロ
ーク長Ｑｓの実測によりデータ入力される測点間距離ｇ
１に基づき、基準計画線からのシールド機のずれを上記
コンピュータ２６で後述の如く算出させるのである。

第２図、第３図に示した曲線推進工法における本発明の
測量装置を用いた位置測定方法について次に述べる。

基準点Ｐｌ、測点Ｐ２．Ｐ３に夫々設置した測角装置１
９を、隣り合う測角装置からのレーザ光を受けないよう
に例えばＰ、側から順次作動させる。

そうすると、基準点Ｐ、の測角装置１９の半導体レーザ
３から鉛直面内で扉状をなして発射されノこレーザ光は
、回転軸２の回転に伴って第２図に示す水平面内を例え
ば反時計回りに旋回走査し、まず方位基準点Ｐ。のフォ
トセンサ２５で受光され、受光時に各フォトセンサ２５
から出力される受光信号は、信号線を介してパルス力ウ
ノタ装置１７に出力される。そして、その入力信号によ
ってロータリエンコーダの発するパルス信号のカウント
を開始し、レーザ光が測点Ｐ２の測角装置のフォトセン
サ１３で受光され、フォトセンサ１３から出力される受
光信号が人力されるとカウントを停止し、そのカウント
敗即ち基準点Ｐ、の交差角θ１をコンピュータ２６に出
力する。測点Ｐ２．Ｐ３の測角装置１９も、同様にその
測点における交差角０２．０３を検出し、その交差角信
号をコンピュータ２６へ出力する。この場合、各交差角
の測定は、回転軸２の回転方向を反時計回り１時計回り
と交互に変えて数回行ない、コンピュータ２６で測定デ
ータの平均値を求めることによって光学的１機械的誤差
による測定誤差をなくすようになっている。一方、測点
間距離ρ３．Ｉ２．は、第２図に示す掘進初期における
実測値が設定値としてコンピュータ２６に予めデータ人
力されており、掘進に伴なう距離の変化は、測点Ｐ　２
．　Ｐ　３．　Ｐ　４がヒユーム管およびシールド機と
共に等速で掘進方向に移動することから、予め入力され
た定尺ヒユーム管の寸法と基準計画線のデータに基づい
てコンピュータ２６が逐次計算するようになっている。

また、測点間距ＨＱ１は、ジヤツキ３５のストローク長
ｆｆｓの実測値に所定のヒユーム管長さを加えて、測角
の都度信号線を経てコンピュータ２６に入力される。

第４図は、測定された上記交差角θ０．θ２．θ３およ
び測点間距ｉｉ１！１２．．σ２．σ３からシールド機
の測点Ｐ４の座標（Ｘ、Ｙ）を求める方法を示す図であ
る。

基準点Ｐ、を原点とし、方位基桑点Ｐ。に向けてｙ軸を
とると、線分１２．．１２．、Ｎ３がＸ軸となす角θｌ
＋、θ２．。

β３１は上記交差角を用いて次式で表わされる。

θ１．＝０１−π／２、　θ３．−θ２−π／２−（π
／２−β１１）＝θ１＋θｔ−３π／２、　θ３．−θ
、−π／２−（π／２−０２１）＝０１十〇、＋０３−
５π／２また、線分（１，、Ｑ、、（１３のＸ軸および
ｙ軸への正射影ＸＩ＋Ｘｔ＋Ｘ３およびＹ＋、’１ｅＪ
３は次式で表わされる。

ｘ、＝Ｑ、ｃｏｓｏ目＋　Ｘ２°（１２ｃｏｓθ２１．
　）［３＝ρ３ｃｏｓθ３Ｉ）’＋＝ＬｓｉｎθＩＩＩ
　　ｙ２°Ｑ１ｓｉｎθ２１１　　Ｙｓ”Ｑ３Ｓｉｎθ
３１よって、求めるべき測点Ｐ４の座標（Ｘ、Ｙ）は次
式で表わされる。

Ｘ　＝Ｘ＋＋Ｘｔ＋Ｘ＊、　　　　Ｙ　＝Ｙ＋　十Ｙ、
＋　Ｙ３上記コンピュータ２６は、入力される測定デー
タを上記各式に従って演算し、シールド機３３の測点Ｐ
４の座標（Ｘ、Ｙ）を算出し、表示する。なお、シール
ド機３３によろ掘進が進み、ヒユーム管３４の後端に新
たなヒユーム管が順次継ぎ足され、基錦点Ｐ、、！：測
点Ｐ３間に新たに測角装置１９を設置したときも、上述
と同様に交差角の測定とシールド機の座標の算出が行な
われるのはいうまでもない。

第５図はコンピュータ２６に予め入力される基準計画線
を示す図であり、作業者は、第４図と同じ座標系におけ
る基準計画線の各直線部の傾きβ１゜β２．β３とその
線分長Ｌ　１．　Ｌ　３　、　Ｌ　ｓおよび各曲線部の
曲率半径ｒｌ＋ｒ２とその中心角α１．α２または円弧
長Ｌ　２　、　Ｌ　５をコンピュータに入力する。コン
ピュータ２６は、この入力データを数式化してメモリに
記憶するとともに、掘進に伴ってシールド機３３等から
入力される実際の掘進距離Ｌ＊（第５図参照）を表わす
信号に基づき、シールド機が基準＊ 計画線上であるべき位置Ｐ４　の座標Ｐ４＊（Ｘｍ。

Ｙｍ）を上記数式に従って算出し、表示する。

第６図は、コンピュータ２６の演算処理の概略を示すフ
ローチャートである。コンピュータ２６は、ステップ（
Ｓｔ）で作業者によって入力された基準計画線データを
数式化してこれをメモリに記憶し、ステップ（Ｓ２）で
シールド機３３等からの掘進距離Ｌ＊の実測データを受
け、ステップ（Ｓ３）でこの実測データと基準計画線デ
ータからシールド機の計画位置（Ｘｎ＋、Ｙｍ）を算出
し、表示する。次いで、ステップ（Ｓ４）で各測角装置
１９からの交差角データθ１．θ２．・・・と測点間距
離Ｑ１の実測データを受け、ステップ（Ｓ５）で定尺ヒ
ユーム管の寸法データと基準計画線データから残りの測
点間距離（１２，Ｑ３・を算出後、シールド機の測定位
置（Ｘ、Ｙ）を算出９表示し、最後にステップ（Ｓ６）
て上記計画位置と測定位置の差を算出してこれを表示す
る。また、コンピュータ２６は、レベル測定装置２０の
圧力検出器２３からの人力信号に基づき、基め水位り。

に対するシールド機３３のレベル差を算出してこれを表
示する。なお、上記実施例において、測点Ｐ＋、Ｐｔに
設置する測角装置の駆動モータは、パルスモータでなく
てもよい。

以上のようにして、シールド機の計画位置（Ｘｍ。

Ｙｍ）と測定位置（ｘ、ｙ）および両位置の差が算出さ
れ、この両位置の差に対応して算出された修正角度値が
コンピュータ２６に表示されると、作業者は、この修正
角度値を測点Ｐ３にあろ測角装置１９のパルスモータｌ
Ｏに設定した後、これを作動させる。そうすると、半導
体レーザ３を固定した回転軸２が測点Ｐ４方向から修正
角度分だけ回転し、半導体レーザ３からのレーザ光は上
記計画位置を照射する。作業者は、この照射点にシール
ド機３３のフォトセンサ２５が位置するようにジヤツキ
３６を調整して、掘進方向の修正を行なうとともに、コ
ンピュータ２６に表示されるシールド機３３のレベル差
を基準計画線のレベルと比較し、ジヤツキ３６を調整し
て、レベルの（ｅ正を行なう。

上記実施例では、半導体レーザ３の曲面に半円柱レンズ
５を設けてレーザ光を鉛直面内で扇状に拡げて発射して
いるので、測点に高低差かあって乙問題なく交差角を測
定できる。また、上蓋１２に立設したフォトセンサ１３
は両面１３ａ、１３ｂにセンサを有するので、設置した
測角装置１９を置き直すことなく両側から発射されるレ
ーザ光を受光できる。また、半導体レーザ３の回転軸２
を駆動するモータを、人力信号に応して任怠角度）こけ
回転するパルスモータｌＯとしているので、測量結果に
基づいてレーザ光で計画位置を正確に照射することがで
き、シールド機の掘進方向修正が容易化できる。さらに
、上記実施例では、各測点に設置した測角距離１９やレ
ベル測定装置２０からの入力信号と予め入力された基準
計画線データに基づき、シールド機３３の測定位置、計
画位置および両位置のずれを演算するコンピュータ２６
を備えているので、曲線推進工法における測量を大幅に
迅速化、能率化でき、施工能率をも向上させることがで
きる。

〈発明の効果〉 以上の説明で明らかなように、本発明の測量装置は、水
平面内を旋回走査するレーザ発振器と、この旋回軸上に
設けたレーザ受光器と、両側の測点の受光器からのレー
ザ受光信号を受けて上記レーザ発振器の回転角から交差
角を読み取る回転角度検出器とからなる測角装置と、連
通管に圧力検出器を設けてなるレベル測定装置とを備え
ているので、曲線状の坑内などの測点に適宜設置するこ
とにより、各測点が形成するトラバースの交差角や測点
のレベルを常時迅速に測定でき、測定データを出力でき
て、基準計画線からのずれを計算する計算機等と相俟っ
て、測量の能率化と測量対象物の施工精度の向上に大き
く貢献する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の測量装置の一実施例を示す縦断面図、
第２図、第３図は本発明の測量装置を用いた曲線推進工
法の施工例の概略を示す水平断面図および推進方向にｌ
ｅう縦断面図、第４図は測点の座標を求める幾何学的手
法を示す図、第５図はコンピュータに予め入力されろ基
準計画線を示す図、第６図はコンピュータの演算処理の
概略を示すフローチャートである。 ｌ・・・箱体、２・・回転軸、３・・・半導体レーザ、
７・・・ロータリエンコーダ、８．１１・歯車、ＩＯ・
・・パルスモータ、１２・・・上蓋、１３・・・フォト
センサ、１７　パルスカウンタ装置、１９・測角装置、
２０・・レベル測定装置、２１・・・水槽、２２・・・
ホース、２３・・圧力検出器、２５・・・フォトセンサ
、２６・・・コンピュータ。 特　許　出　願　人　　株式会社　奥村組代　理　人　
弁理士　　青　山　葆ほか２名第１図 ｔｂ　　　　　　　　１６ 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉛直軸線を中心に回転可能に設けられ、水平方向
   にレーザ光を照射するレーザ発振器と、上記鉛直軸線上
   に設けられ、レーザ光を受けたとき受光信号を出力する
   受光器と、上記レーザ発振器の両側の測点に設置される
   受光器からの受光信号を受けて、上記レーザ発振器の回
   転角から一側の測点とレーザ発振器と他側の測点とが成
   す交差角を読み取る回転角度読取器とからなる測角装置
   と、 基準水位に維持された水槽に連通する水管に圧力検出器
   を設けてなり、測点の鉛直方向位置を測定するレベル測
   定装置とを備えたことを特徴とする測量装置。