JPH01178698A - 掘進機の垂直方向位置測定装置 - 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、トンネル掘進における掘進機の垂直方向位置
測定装置に関する。

（従来の技術） トンネル掘進は、例えば上下水道管路、都市カス管路、
地下鉄道の分野で実施されるかシールド工法と掘進工法
とに大別される。そして、一般的に掘進口径が例えは１
５００１１１＋１ないし６００Ｉｌｌｆｆｌと大きい場
合には、シールド工法か用いられ、掘進距離は、例えば
８００ｍないし１５００ｔｎ　、掘進勾配は例えは１，
２／１０００、−日の掘進距離は例えは７１１ないし１
０ｍである。

掘進は、第７図に示すように、先端の掘進機すなわちシ
ールドマシンＭにより行われるか、決められた垂直方向
、水平方向の計画線に対して少なくともプラス・マイナ
ス５０１′Ｉ１ｍ以内の施工精度か要求される。特に、
下水道管路の場合は自然流下で下水を流すので、垂直方
向の施工精度が重要である。

尚、図中０１はスクリューコンベア、Ｃ２はベルトコン
ベア、Ｄｌは第１の後方台車であり操作制御盤Ｄ１ａ、
動力盤Ｄ１ｂが設けられている。Ｄ２は第２の後方台車
であり、パワーユニット類Ｄ２ａか設けられている。Ｄ
３は作泥材注入台車であり、作泥材注入設備Ｄ３ａが設
けられている。Ｔはセグメント、■は発進立坑、Ｇは地
表である。

そして、掘進現場では、掘進している現在位置か計画線
と一致しているか否かをチエツクし、ずれが大きい場合
には掘進機の操作により修正し、再度チエツクするよう
にしている。

この現在位置の測定手段としては次の方法が知られてい
る。

（１）測量士による子側定法 即ち、２ないし３人の測量士が公知の測量機械により１
日あたり１ないし３回行う方法であり、精度は最高であ
る。しかし、この方法では、掘進機Ｍの現在位置をリア
ルタイムで測定することができす、第７図において、掘
進機より後方の点ＰＢの位置しか測定できない。それは
、掘進１１Ｍの後方は、第１及び第２の後方台車ＤＩ　
、　Ｄ２　、作泥材注入台車Ｄ３により約４０ｔｎが占
められられており、測量機械から発進されるレーザーや
光波の障害となるためである。従ってこの方法は、後追
い測量と言われている。

（２）傾斜計による方法 この方法は、第７図において、掘進機Ｍの点ＰＣに傾斜
計を設置し、ローリンクおよびピッチングをリアルタイ
ムで測定できる。しかし、第８図に示すように、ピッチ
ング角度θで掘進１１９Ｍが自重により下方に移動した
場合、角度θは移動前と同じ値であるのに、点ＰＡを基
準とした掘進機Ｍの垂直方向レベルＨＯ、Ｈｌは、ＨＯ
≠Ｈ１となり、傾斜計では垂直方向のレベルは測定でき
ない。

く３）レーザーによる方法 この方法によれば、水平方向及び垂直方向の位置をリア
ルタイムに高精度で測定できる。しがし、レーサーは直
線で、障害物がない場合には有効である力釈第７図のよ
うな場合、ＰＢまでしか測定できない。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は、上記した問題を解決するためになされたもの
で、その目的は、掘進機の垂直方向レベルをリアルタイ
ムで、かつ曲線掘進時でも高精度に測定できる垂直状位
置測定装置の提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の構成上の特徴は、掘進機から遠隔地点の基準点
に設けられると共に液が満たされた基準タンクと、上記
基準タンク内上部の液圧を測定する基準点液圧センサー
と、上記掘進機に設けられた測定点液圧センサーと、上
記基準タンクの下部から上記測定点液圧センサーにタン
ク内液を往復させて導く一対の閉回路構成の導圧管路と
、基準点側の上記導圧管路の一方に挿入されたポンプ手
段と、上記基準点液圧センサーの測定圧と上記測定点液
圧センサーの測定圧との差を演算して上記測定点の上記
基準点からの垂直方向の相対位置を求める演算表示装置
とを具備せしめた点にある。

（作用） 液が満たされた基準タンクか掘進機から遠隔地点の基準
点に設けられ、この基準タンク内上部の液圧が基準点液
圧センサーにより測定される。

さらに、測定点液圧センサーが掘進機に設けられ、一対
の閉回路構成の導圧管路により基準タンクの下部からポ
ンプ手段を介してタンク内液が測定点液圧センサーを往
復して導かれる。

基準点液圧センサーの測定圧と測定点液圧センサーの測
定圧との差か演算表示装置により演算され、測定点の上
記基準点からの垂直方向の相対位置が求められる。

（実施例） 一般に、タンク内の液レベルを、液上部の基準圧力とタ
ンク内底部の液圧の差により測定するレベル測定の手法
は公知のものであり、例えば特開昭４８−５３７６２号
、オーム社発行［計装システムの基礎と応用Ｊ第１２４
〜１２６頁に開示されている。本発明は、この測定原理
を利用したものであり、第１図に基づいて本発明の基本
構成と動作原理を説明する。

ａ線の境界を挟んでＡが掘進機Ｍか配置されている測定
点側、Ｂがこの測定点より遠隔点の基準点側である。基
準点側において、１は基準タンクで、密度ρの液２が適
当なレベルまで充填されている。

３はタンク内液の上部の適当な点Ｎを基準点として液面
との間のレベルＨの液圧を測定する基準点液圧センサー
、Ｐｌはその測定値である。

４はポンプ手段、５，６は閉回路を形成する導圧管路で
あり、ポンプ手段４によりタンク下部より液２が導圧管
路５に送出され、掘進機Ｍに固定された測定点液圧セン
サー７を経て導圧管路６を介して基準タンク１に戻され
て循環し、導圧管路の液中の空気が基準タンクに送られ
て外気に逃がされる。このように、基準タンク１は、基
準液面レベルＮを形成すると共に、脱泡槽の役割を兼ね
ている。

いま、レベル基準点をＮ、基準点Ｎから測定点液圧セン
サー７までのレベルを８１、基準点Ｎから基準タンクの
液面までのレベルをＨ１両センサー３．７の圧力測定値
をＰｌ　、　Ｐ２　、液の密度をρとするとき、 Ｐ２−ρ（Ｓｌ　＋Ｈ） ＰにｐＨ 従って、 Ｓｌ　＝　（Ｐ２　／ρ）　−（Ｐｌ　／ρ）　　　　
　（１）のように、液圧Ｐｉ　、Ｐ２を測定することに
よつＳｌを求めることか可能である。

８は測定点側に設けられた演算表示装置であり、Ｐｌ　
、Ｐ２を入力して（１）式を演算し、操作員に表示する
。

液２として水を用い、その密度を１とした場合には（１
）式におけるρの除算演算を省略することか可能である
。

本発明において、基準点Ｎを液２の上面ではなく、液上
部の適当な点に選定する理由は、長距離の導圧管路５，
６の途中で牛するる僅かな液洩れによる液面レベルの変
動に起因する測定誤差を生じさせないためである。

また、第２図のように、センサー７の取り付は位置か例
えば掘進機Ｍの軸線より左側へ距離Ｅ（ｍｍ）たけ偏心
している場合、掘進機Ｍが角度θたけローリンクすると
、センサー７は鎖線位置に移り、レベル誤差りを生ずる
。そこで、演算表示装置８は、傾斜センサー９からの信
号θを入力し、ｈ＝Ｅ−ｓｉｎθ（ｍ＋ｎ）　　　　　
　　　　　　＜２）によりレベル誤差りを演算して（１
）式の演算結果を補正する。

第３図及び第４図により本発明装置の具体的な実施例を
説明する。

図において、掘進機Ｍに設けられた測定点液圧センサー
７は、導圧管路５，６を形成するホースにより後方台車
Ｄ１　、Ｄ２・・・の最後部Ｄｅを介して基準タンク架
台１０に固定された基準タンク１の下部液中に、同じく
架台１０内に設置されたポンプ手段４を介して接続され
る。

センサー３，７．９の測定信号は、リードＬ１　。

Ｌ２　、Ｌ３により後方台車最後部Ｄｅに設けられた端
子箱１１に一旦接続され、この端子箱からリード線Ｌ４
を介して後方台車の先頭に接続された掘進機制御盤１２
に設けられた演算表示装置８に接続されている。

更に、第４図に示すように、基準タンク架台１０内には
、もつかえ開始・終了スイッチ１３、ポンプ運転・停止
スイッチ１４が設けられ、これらスイッチの信号はリー
ド線Ｌ１．Ｌ４を介して演算表示装置８に伝送され、も
つかえ時にも特別な調整を必要としないで測定が維持で
きるように構成されている。

ポンプ手段４は、測定開始前の一定時間（例えは２５分
）運転されて導圧管路内の空気抜きを行った後に自動停
止するように構成されている。

演算表示装置８は、図示の例では掘進機Ｍの運転制御盤
１２に設置され、センサー３，７．９からの測定信号を
取り込んで（１）、＜２）式の演算を実行し、表示又は
演算出力の外部ｌ＼の発信を行っている。

第５図及び第６図によって、本発明装置による測定の一
例を説明する。測定範囲を１０００ｍ、掘進勾配を１．
２　／１０００、測定レンジは、ＰＶＩ：基準タンク架
台１０の設定点（もつがえ点）から掘進機までのレベル ＝　−１００〜Ｏ〜３００ｍｍ、 Ｐｏｌ：掘進開始点（プラスマイナスＱｎｖ）■点から
もつかえ点までのレベル ＝　−１００〜３００ｍｍ である。なお、図中の符号は次の通りである。

◎：測定点液圧センサーの位置 ×：もつかえ点くこの例では１５０ｍ毎）１：掘進開始
点より地上基準点ＰＧまでの寸法（ｍＩＩｌ） Ｌ：掘進機Ｍの位置がら地上基準点ＰＧまでの寸法（ｍ
ｎ＋） ＰＯ２：掘進開始点■（±Ｏｍｍ）からもりかえ点まで
のレベル Ｔ１０：架台１０が点■に設置されているとき掘進開始
点■から地点■までのレベル 下２：架台１０か地点■にもりがえられ、地点■から地
点■までのレベル Ｔ３：架台１０が地点■にあり、掘進機Ｍが地点■から
地点■に前進しなとき、地点■から地点■までのレベル 基準タンク架台１０は掘進開始時点において、立坑Ｖ内
に設置され、掘進機Ｍか前進すると、導圧管路５，６が
仲ひきる前（例えば１５０ｍ）にトンネル内の後方台車
最後部Ｄｅ　　（第３図）付近にもりかえ（移動）し、
その後は掘進機Ｍが約１５０ＴＩ前進する毎に設置点を
もりかえするようになっている。

演算表示手段８は次の式により演算する。

Ｌ＝ｌ−ＰＯＩ　　　　　　　　　　　　　　（３）Ｐ
Ｏ１＝ＰＯ２＋Ｔ３　　　　　　　　　　　（４）ＰＯ
２＝Ｔ１０−７２　　　　　　　　　　（５）ここで、
Ｔ３．ＴＩＯ，Ｔ２は、詳細は省略する力釈そのときの
ＰＶＩがら求める。

掘進に際し、掘進機Ｍが掘進開始点■に設置された状態
で、基準タンク１の位置ずれをチエツクする。次いで、
傾斜センサー９からの測定値θに基づいて式（２）によ
りローリンク補正値すなわちレベル誤差りを演算する。

掘進機Ｍが前進して導圧管路５．６が仲ひきる前に架台
１０を約１５０ｍ前進した地点にもりがえする。この際
、もりがえに入る前にもつがえ開始・終了スイッチ１３
をＯＮ（開始）し、ＴＩＯを演算する。もりかえが終了
したらスイッチ１３をＯＦＦ　（＃了）し、Ｔ２を演算
し式（５）によりＰＯ２を演算し、Ｔ３を演算して式（
４）からＰ。

１を演算する。次いで、式（３）によりＬを演算し、弐
（２）によるローリング補正値でＩ−を補正する。

以降、掘進機Ｍの前進と基準タンク架台１０のもつかえ
を第５図のように繰返し、掘進８ｇＭの地上基準点ＰＧ
からの寸法りをリアルタイムに＊続的に測定し、測定結
果を掘進機Ｍの掘進にフィードバックすることにより、
施工精度を±２０ｍｍ以内に大幅に向上することができ
る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、掘進機に設けた
測定点液圧センサーを閉ループ構成の導圧管路を介して
基準点に設けた基準タンクに連通させているので、掘進
機の垂直方向の現在位置をリアルタイムに高精度で測定
１表示することが出来る。

また、導圧管路の長さか長い場合でも、ポンプ＝　　１
２　− 手段ばより管路内の空気抜きが確実に実行されるため、
測定の信頼性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の基本構成図、第２図はローリン
グ補正を説明する図面、第３図及び第４図は本発明の具
体的実施例を説明する側面図及びシステム構成図、第５
図は掘進の状態を説明する垂直断面図、第６図は第５図
の部分的な拡大詳細図、第７図は従来の測定方法を説明
するトンネルの垂直断面図、第８図は従来の傾斜計を用
いた測定方法を説明する側面図である。 ■・・・基準タンク　　２・・・液　　３・・・基準点
液圧センサー　　４・・・ポンプ手段　　５，６・・・
導圧管路７・・・測定点液圧センサー　　８・・・演算
表示装置９・・・傾斜センサー 代理人　弁理士　小　沢　信　助

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 掘進機から遠隔地点の基準点に設けられると共に液が満
   たされた基準タンクと、上記基準タンク内上部の液圧を
   測定する基準点液圧センサーと、上記掘進機に設けられ
   た測定点液圧センサーと、上記基準タンクの下部から上
   記測定点液圧センサーにタンク内液を往復させて導く一
   対の導圧管路と、基準点側の上記導圧管路の一方に挿入
   されたポンプ手段と、上記基準点液圧センサーの測定圧
   と上記測定点液圧センサーの測定圧との差を演算して上
   記測定点の上記基準点からの垂直方向の相対位置を求め
   る演算表示装置とを具備した掘進機の垂直方向位置測定
   装置。