JPH02147906A - 管埋設における推進方向計測装置 - 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〕 この発明は、例えば上、下水道あるいは電線等の地中埋
設管を推進工法により埋設するときに推進方向の偏位な
計測する推進方向計測装置に関するものである。

［従来の技術］ 推進工法により地山を掘削して上、下水道等の管を埋設
するときには、発進立坑から到達立坑に至る坑道の位置
を測定して掘進機を正しい推進方向に修正して掘削する
ことが必要である。

従来、埋設管の推進方向を計測する方法としては、大口
径で作業者が入れる場合は、通常のトランシットあるい
はレーザトランシットを使用した光学的計測方法が用い
られている。

この光学的計測方法を作業者が入れない小口径の埋設管
に適用すると、通常のトランシットを使用した場合はト
ランシットでターゲットを視認するための距離が短く、
計測できる推進長は５０ｍ程度であった。また、レーザ
トランシットを使用した場合は、レーザビームのスポッ
ト径が１５０　ｍ遠方で約１０ｍ　ｍ程度となるため、
その中心位置を自分量で割出さなければならず、計測で
きる推進長は１００　ｍ程度と限られていた。さらに、
トランシットあるいはレーザトランシットを使用した方
法は見通しがきかない屈折した小口径埋設管の推進方向
を計測することが困難であった。

そこでこのような曲折した小口径埋設管の推進方向を長
い距離にわたり計測するための光学的計測装置が例えば
特開昭６１−２１９８２７号公報に開示されている。

第７図は特開昭６１−２１９８２７号公報に開示された
計測装置を示す０図に示すように計測装置は連結手段３
０を介して相互に見通せる範囲内の一定距離を保つよう
に連結されたレーザビーム発射手段３１と受光手段３２
及び受光手段３２に設けられた距離検出手段３３とを有
する。なお、３４はレーザビーム発射手段３１の前部に
連結された自走式駆動部である。

第８図はこの計測装置の使用状態を示し、発進立坑３５
を基点として掘進機３６により掘削し、その掘削にした
がって発進立坑３５から推進管３７が押込まれている。

計測装置のレーザビーム発射手段３１と受光手段３２は
車輪４０により、推進管３７内に固定されたバイブ状の
ガイド３９の内壁に沿って移動できるようになっている
。そして、計測装置を順次移動させながら、レーザビー
ム発射手段３１からレーザビームを出射し、このレーザ
ビームの受光手段３２における受光点と受光手段３２の
中心点との偏位置を測定し、この偏位置と距離検出手段
３３とで検出した移動距離によりガイド３９の曲折状況
を検出して推進方向を計測している。

また、小口径の埋設管の推進方向を測定する方法として
、推進管の先端部に設けた発進コイルから送信した電磁
波を地上の受信コイルで受信する電磁波式あるいはジャ
イロスコープや磁気式計測器を推進管内で移動して非光
学的に推進方向を測定する方法も用いられている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来のレーザビーム発射手段３１と受光手段３２を
連結した計測装置においては、レーザビーム発射手段３
１と受光手段３２の見通しかきかないとき、例えばガイ
ド３９内に泥水が入っているときには計測することがで
きず、あるいは推進管が小さな曲率で曲折しているとき
は推進方向が測定できないと共に、レーザビーム発射手
段等の装置が高価となる短所があった。

また、を磁波式の場合は間接測定であるため、直接測定
と比べて測定誤差が大となる短所があった。

また、ジャイロ式の場合は、装置が複雑となり計測装置
自体が高価になるという短所があり、磁気式計測器を使
用する場合は、計測器周囲に磁性体があると測定誤差が
大となり、推進方向が測定できないという短所があった
。

この発明はかかる短所を解決するためになされたもので
あり、簡単な構造で推進管の内部状況や曲折曲率の大小
にかかわらず高精度に推進方向を計測することができる
推進方向計測装置を得ることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る推進方向計測装置は、推進方向と平行な
而に連結棒を固定した前ガイドブロックと、この前ガイ
ドブロックの連結棒固定面に対して垂直な面で推進方向
と平行な面に連結棒を固定した後ガイドブロックと、上
記各連結棒の他端部を互いに垂直な面に回動できるよう
に支持した関節ブロックと、この関節ブロックの各連結
棒取付面に対し垂直に配置され、一端が各連結棒先端に
固定され、他端が関節ブロックに固定された板ばねと、
各板ばねに各々はり付けられた歪ゲージと、各歪ゲージ
から出力する歪信号を受けて推進方向を算出する信号処
理部とを備えたことを特徴とする。

［作用］ この発明においては、推進管に倣う前ガイドブロックと
後ガイドブロックの互いに垂直な面に固定した連結棒を
関節ブロックにそれぞれ回動できように支持し、この回
動できる各連結棒先端と関節ブロックとの間に取付けた
板ばねの歪を歪ケージにより計測することにより、推進
方向に対して垂直な２方向の偏位を検出する。したがっ
て、前記課題を解決することができる。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例の検出部を示す斜視図であ
る０図においてｌは直方体からなる前ガイドブロック、
２は前ガイドブロック１の後段に設けられた直方体から
なる関節ブロック、３は関節ブロック２の後段に設けら
れた直方体からなる後ガイドブロックである。４は前ガ
イドブロックｌの推進方向２と平行なＸ２面５に一端が
固定された連結棒であり、連結棒４は変形をしない剛体
からなり他端は関節ブロック２のＸ７面６に対して回動
できるように回転軸７で支持されている。

８は連結棒４の端部と所定間隔、例えば３０ｍ　ｍ隔て
て関節ブロック２のＸ２面６に固定された固定部１才、
９は連結棒４と固定部材８との間にＸ７面６と垂直に取
付けられた板ばねであり、板ばね９は例えばステンレス
、燐青銅等の材質で形成されている。１０は板ばね９に
はり付けられた歪ゲージであり、歪ゲージ１０は例えば
金属線を用いたワイヤストレインゲージあるいは金属線
の抵抗の代りにシリコンなどの半導体の抵抗を利用した
半導体歪ゲージ等が用いられている。

１１は後ガイドブロック３の推進方向Ｚと平行なＹＺ面
１２に一端が固定された連結棒であり、この連結棒１１
の他端部は関節ブロック２のＹＺ面１３で回動できるよ
うに回転軸１４で支持されている。この関節ブロック２
のＹＺ面１３にも連結棒１１の先端と相対して固定部材
１５が設けられ、連結棒１１と固定部材１５の間にはＹ
Ｚ面１３と垂直に板ばね１６が取付けられている。そし
て、板ばね１６にも歪ゲージ１７がはり付けられている
。

第２図は上記のように構成された検出部１８の使用状態
を示す断面図である０図に示すように、発進立坑３５を
基点として掘削機３６により地山３８の先端を掘削し、
掘削にしたがって発進立坑３５から推進管３７が押込ま
れ、推進管３７内に検出部１８が配設される。この推進
管３７内に対する検出部１８の配設は、第３図の縦断面
図に示すように前ガイドブロック１をセンタリング装置
１９に取付け、同じく後ガイドブロック３をセンタリン
グ装置２０に取付け、センタリング装置１９．２０の車
輪２１を推進管３７の内壁に倣はせるようになっている
。また、検出部１８に設けられた歪ゲージｔｏ、１７と
信号処理部２２との間はワイヤ２３で接続されている。

上記のように構成された推進方向計測装置において５推
進管３７の管路中心が設計中心からずれて、例えば前ガ
イドブロックｌがＸ軸方向に偏位すると、連結棒４が回
転軸７を中心に回動する。

このため連結棒４と固定部材８の間に取付けられた板ば
ね９に歪が生じる。この歪を歪ゲージ１０で検出するこ
とにより、Ｘ軸方向の偏位角を検出することができる。

また、前ガイドブロックｌがＹ軸方向に偏位すると、前
ガイドブロックｌに固定された連結棒４は回動せず、後
ガイドブロック３に固定された連結棒１１が回転軸１４
を中心にして回動する。このため、仮ばね１６に歪が生
じこの歪を歪ゲージ１７で検出することにより、Ｙ軸方
向の偏位角を検出することができる。このように互いに
垂直な方向に取付けられた歪ゲージ１０．１７により前
ガイドブロックｌのＸ軸方向とＹ軸方向の偏位角を検出
することができるから、Ｘ軸方向とＹ軸方向の各偏位角
から推進方向と垂直な全ての偏位角を検出することがで
きる。

この偏位角に対する歪ゲージの出力電圧を具体的に測定
した結果を第４図、第５図に示す、第４図、第５図は例
えば厚さ０．２ａ＋ｍ長さ３０１ｍの燐青銅板からなる
板ばね９に２ゲージ法で接続した歪ゲージ１０を取付け
、板ばね９を微小変位させて歪ゲージ１０の出力を測定
した結果である。なお、ゲージ印加電圧は２．５■、歪
ゲージｌＯの出力は１０００倍の増幅率で増幅したもの
である。この測定開始にあたっては、あらかじめ板ばね
９を約５０μｍ変位させた状態を基準とし、この基準点
からの変位と歪ゲージ１０の出力の関係を測定したもの
であり、第４図は板ばね９を基準点から角度１．３　Ｘ
　１０−”ｒａｄまで変位させた場合を示し、第５図は
角度２　Ｘ　Ｉｎ”−’ｒａｄまでの微小区間における
歪ゲージ１０の出力を示す。

第４図に示すように板ばね９の変位角度と歪ゲージ１０
の出力電圧との間には上限角度１．３ｘ＋０″″”ｒａ
ｄ程度までは線形関係にあり、下限！上角度Ｉ　Ｘ　１
０−’ｒａｄで約２ｍＶの出力電圧を得ることができる
。したがって歪ゲージ１０は角度１、ＯＸ　１０”−’
ｒａｄ程度の許容誤差範囲で推進方向を測定することが
できる。

上記のように板ばね９の変位角度と歪ゲージ１０の出力
電圧との間には線形関係があるから、関節ブロック２の
板ばね９．１６に各々取付けられた歪ゲージ１０．１７
で出力電圧を測定することにより板ばね９の変位角度す
なわち推進管３７の偏位角を計測することができ、計測
した偏位角により設計中心と管路中心との偏差を求める
ことができる。

例えば第６図に示すように曲率半径Ｒで曲折している推
進管の場合第１移設点　Ｐ、の偏位角θ１を計測すると
、この偏位角０重と基準点Ｐ０から第１移設点Ｐ＋まで
のスパン！とから、曲折開始点ｐ　（ｏ、ｏ）を基準と
した第１移設点Ｐ１の座標（ｘ＋、ｙ＋）と設計中心２
４から管路中心２５に対する偏差ｄ＋を次式で求めるこ
とができる。

ｘ＋：＝ｔｃｏｓ　　θ１−！ｌ　　　　・　・　・　
・　　（１）ｙ＋＝ｌｓｉｎ　　θ、　　　　　　　　
　−−−−（２）ｄ＋　　＝Ｒ［ｘ”　　＋　　（Ｒ−
Ｙ）”　　］　　””　　　（３）なお、ｌＬ＝［ｘ＋
″＋（Ｒ−Ｙ、）”］は基準点Ｐ０から点Ｐまでの距離
である。

以下、この偏位角θ、の正弦、余弦を用いて、信号処理
部２２で繰返し計算することにより順次第２移設点Ｐｇ
　　（Ｘ！　、　ｙ＊　）から到達立坑までの設計中心
に対する管路中心の偏差が求められ、許容変位近傍にな
ったときには推進方向をすぐに修正することができる。

この偏位角の計測に際して歪ゲージ１０．１７の測定許
容範囲等により角度誤差が生じるが、この角度誤差によ
り到達立坑までに生じる誤差の合計を計算した結果を第
１表に示す。

第１表は第４図、第５図の測定に用いた厚さ０．２　ｍ
ｅｎ長さ３［１ｍ層の燐青銅からなる扱ばね９，１６に
歪ゲージ１０．１７を取付けて、直線３００ｍの場合と
半径６００ｍ、長さ３００ｍの円弧の場合を示す。

第　　１　　表 第１表に示すようにＩ　Ｘ　ｌ　Ｏ””ｒａｄまで測定
できる歪ゲージ１０．１７を仮ばね９．１６に取付ける
と、他の測定誤差があっても高精度に推進方向を計測す
ることができる。

なお、上記実施例は互いに垂直な面に歪ゲージ１０．１
７を取付けた関節ブロック２を１個設けた場合について
説明したが、この関節ブロック２を例えば５１．１０個
と連結することにより、互いに測定誤差を相殺して、合
計の誤差をより小さくすることができ、測定精度を高め
ることができる。

［発明の効果］ この発明は以上説明したように、推進管に倣う府ガイド
ブロックと後ガイドブロックの互いに垂直な面に固定し
た連結棒を関節ブロックにそれぞれ回動できるように支
持し、この回動できる各連結棒先端と関節ブロックとの
間に取り付けた板ばねの歪を歪ゲージにより計測して、
推進管の偏位角を検出し、設計中心に対する管路中心の
偏差を求めるようにしたから、直接推進方向を測定する
ことができ、長い推進距離を高精度で測定することがで
きる。

また、関節ブロックに互いに垂直に取付けた板ばねの歪
を測定して推進管の偏位角を求めるから、見通しがきか
ない場合、推進管内に泥水が入っている場合、あるいは
地山に磁気がある場合であっても推進方向を精度良く測
定することができる。

さらに、装置が簡単な機械的構造となっているため、装
置自体の価格を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例の検出部を示す斜視図、第２
図は上記検出部の使用状態を示す断面図、第３図は上記
検出部の推進管内における配置を示す縦断面図、第４図
、第５図は上記検出部における偏位角と歪ゲージの出力
電圧の関係を示す特性図、第６図は上記実施例の動作を
示す説明図、第７図は従来例を示す縦断面図、第８図は
従来例の使用状態を示す縦断面図である。 ｌ・・・・前ガイドブロック、２・・関節ブロック、３
・・・・後ガイドブロック、４．１１・・・・連結棒、
７．１４・・・・回転軸、８，１５・・・・固定部材、
９．１６・・・・板ばね、１０．１７・・・・歪ゲージ
、１９．２０・・・・センタリング装置、２２・・・・
信号処理部、３７・・・・推進管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 推進方向と平行な面に連結棒を固定した前ガイドブロッ
   ククと、該前ガイドブロックの連結棒固定面に対して垂
   直な面で推進方向と平行な面に連結棒を固定した後ガイ
   ドブロックと、上記各連結棒の他端部を互いに垂直な面
   に回動できるように支持した関節ブロックと、該関節ブ
   ロックの各連結棒取付面に対して垂直に配置され、一端
   が各連結棒先端に固定され、他端が関節ブロックに固定
   された板ばねと、各板ばねに各々はり付けられた歪ゲー
   ジと、該歪ゲージから出力する歪信号を受けて推進方向
   を算出する信号処理部とを備えたことを特徴とする管理
   設における推進方向計測装置。