JPH0412219A

JPH0412219A - 地中掘削機の位置・姿勢計測方法

Info

Publication number: JPH0412219A
Application number: JP11511190A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Iida; 飯田　敏昭; Tomohiro Kurosawa; 黒沢　友博
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Inc
Priority date: 1990-05-02
Filing date: 1990-05-02
Publication date: 1992-01-16

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、計画位置にトンネルを築造する地中掘削機の
位置および姿勢（方位角〉を計測する地中掘削機の位置
・姿勢計測方法に関するものである。

［従来の技術］計画位置に正確にＩ〜ンネルを築造する目的で地中掘削
機を制御しなから、掘削計画線に沿って推進させるため
には、常時、地中掘削機の位置および姿勢を把握してい
なけれはならない。

従来、地中掘削機の位置計測は、１〜ランジツトによる
測量、レーザ光を利用した測量により行われている。ま
た、地中掘削機の姿勢計測は、常時、北を指すコンパス
で測量を行っている。

１〜ランシツ１へによる測量は、トンネル内に基準点を
設け、地中掘削機か進むとともに基準点を１〜ンネル前
方に移動させながら測量を行い、測量結果により地中掘
削機の掘削方向を修正し、１〜ンネルを築造していく。

一般的にトランシットによる測量は、曲線部では２０ｍ
〜３０ｍ間隔でまた、直線部では５０ｍ間隔で行ってい
る。

一方、レーザ光を利用した測量は、１ヘランシツ１〜に
よる測量と同様にトンネル内に基準点を設け、レーザ光
発信器を設置し、地中掘削機に設置したレーザ光受信器
でレーザ光を受けることにより、測量を行っている。レ
ーザ光は直進する光であるなめにトンネル曲線部におい
ては、トンネル内基準点をトンネル前方に移動し、移動
した基準点にレーザ光発信器を移動設置し直して測量を
行ってる。

また、コンパスによる地中掘削機の姿勢計測方法は、コ
ンパスか常時、水平に設置された状態で北を指すことを
利用し、ある一定距離の間での変化した角度を方位角に
換算するものである。

［発明が解決しようとする課題］従来、地中掘削機の位置計測は、トランシットによる測
量、レーザ光を利用した測量により行なわれている。し
かしなから、トランシットによる測量は、測量作業に時
間を要し、地中掘削機の姿勢（方位角）を把握すること
が困難であり、測定した方位角の値は精度が低く、地中
掘削機の制御の指標となり得ない。一方、レーザ光を利
用した測量は、トンネルの計画線が曲線である場合、レ
ーザ光発信器などの盛り替えなどの煩雑な作業が必要で
あり、トランシットによる測量での確認が必要である。

また、小断面のトンネルを築造する場合、レーザ光か通
過するスペースを確保することか困難である。

地中掘削機の姿勢については、従来、仰角計測用加速度
計による地中掘削機の仰角および回転計測用加速度計に
よる地中掘削機の回転角をかなり正確に把握できる。一
方、方位角については、コンパスよる方位角測定法が用
いられている場合かあるか、精度が低く、トランシット
による測量による確認作業が必要である。しかしながら
、極小断面トンネルを築造する場合、トランシラ１〜に
よる測量での確認作業が不可能である。

また、コンパスによる地中掘削機の姿勢計測方法は、コ
ンパスが常時、水平に設置された状態で測定されなけれ
ば、測定値は極めて不正確な値となるため、測定時には
地中掘削機制止時にコンパスか水平であることを確認し
て計測を行なわなければ高精度を確保できない。また、
コンパスは、電源の入り切りにより誤差が生じるため、
−旦電源を入れると、電源を切ることが困難であり、地
中掘削機によるトンネル築造作業が行われていない時に
も作動させていなければならず、コンパス自身の９子命
を短くするという問題があった。

このように従来の地中掘削機の位置および姿勢の計測作
業は、トンネル内での人による工程が必ず必要であり、
また、断続的な測定のため、測定精度が低く、小断面、
長距離２曲線状トンネル築造にとって極めて困難な作業
であった。

［課題を解決するための手段］このようなな課題を解決するために本発明に係る地中掘
削機の位置・姿勢計測方法は、地中掘削機内に設置され
た回転角速度計測用ジャイロスコープにより得られた信
号を、地中掘削機内に設置された仰角計測用加速度計２
回転角計測用加速度計および立坑内に設置された地中掘
削機距離計測用ストローク計信号により補正計算するよ
うにしたものである。

［作用］本発明においては、地中掘削機の地中掘削機推進中の姿
勢を正確かつ連続的に測定把握することが可能となる。

［実施例］以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は、本発明による地中掘削機の位置・姿勢計測方
法の一実施例を説明するための地中掘削機の位置・姿勢
計測システムの構成を示す概略図である。同図において
、１は地中掘削機、２は回転角速度計測用ジャイロスコ
ープ、３は仰角計測用加速度計、４は回転角計測用加速
度計、５は地中掘削機１の推進方向、６は地中掘削機距
離計測用ス）〜ローフ計、７は回転角速度計測用ジャイ
ロスコープ２の入力軸、８は仰角計測用加速度計の入力
軸、９は回転角計測用加速度計４の入力軸、１０は例え
ば地上装置に設けられた処理演算表示装置、１１はケー
ブルである。

第２図は前述した地中掘削機の位置・姿勢計測システム
により地中内にトンネルを築造する状態を説明する図で
あり、同図（ａ＞は上から見た平面図、同図（ｂ）は断
面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のＡ−Ａ’線の断面図で
ある。同図において、２０は路面、２］は路面２０に開
設された立坑、２２は地中内のトンネル計画位置である
。

このような構成において、地中掘削機１が発進する立坑
２］内には、地中掘削機距離計測用ストローク計６が設
置される。また、地中を推進する地中掘削機１内には、
回転角速度計測用ジャイロスコープ２かその入力軸７を
地中掘削機１の推進方向５に直角、鉛直方向になるよう
に設置され、また、仰角計測用加速度計３かその入力軸
８を地中掘削機１の推進方向５に直角、水平方向になる
ように設置され、さらに回転角計測用加速度計４がその
入力軸９を地中掘削機１の推進方向５に平行、水平方向
になるように設置される。そして地中掘削機１内に設置
された回転角速度計測用ジャイロスコープ２は、入力軸
７回りの地中掘削機１の回転角速度を検知し、回転角速
度を積分することにより、地中掘削機］の方位角変化量
（角度）を求めることができる。地中掘削機１の方位角
２３は、地中掘削機１の発進時からの地中掘削機１の方
位角変化量の累積によって求めることかできる。また、
地中掘削機１は、地中掘削機推進中に同図（ｂ）に示す
ようにある仰角２４および同図（Ｃ）に示すように回転
角２５を生じるため、回転角速度計測用ジャイロスコー
プ２の入力軸７が鉛直方向に対して傾斜するため、仰角
計測用加速度計３および回転角計測用加速度計４により
得た信号によって処理演算し、地中掘削機１の真の方位
角２３を求めることができる。また、地中掘削機１の仰
角２４は仰角計測用加速度計３によって求めることがで
き、回転角２５は回転角計測用加速度計４によって求め
ることができる。これによって地中掘削機］、の推進中
の姿勢を連続的に把握することか可能となる。

一方、地中掘削機１−の地中掘削機推進方向位置２６に
ついては、立坑２２内に設置された地中掘削機距離計測
用ストローク計６によって求められる。

また、地中掘削機１の地中掘削機推進方向５に直角な地
中掘削機水平方向位置２７は、回転角速度計測用ジャイ
ロスコープ２により求められた信号を、仰角計測用加速
度計３および回転角計測用加速度計４により得られた信
号により処理演算した地中掘削機１の真の方位角２３と
地中掘削機距離計測用ストローク計６により得られた信
号により演算処理することによって求めることかできる
。

また、地中掘削機１の地中掘削機推進方向５に垂直な地
中掘削機鉛直方向位置２８は、仰角計測用加速度計３に
よって得られた信号と地中掘削機距離計測用ストローク
計６により得られた信号により演算処理することによっ
て求められる。

このようにして地中掘削機１の位置く地中掘削機推進方
向位置２６．地中掘削機水平方向位置２７、地中掘削機
鉛直方向位置２８）および姿勢（方位角２３．仰角２４
２回転角２５〉を連続的にしかも高精度な測定が可能と
なる。

また、地中掘削機１の地中掘削推進中の位置姿勢を、処
理演算表示装置１０により連続的に表示することによっ
て地中掘削機操作者が地中掘削機１を適切に制御するこ
とが可能となり、地中掘削機１をトンネル築造の計画位
置２２に沿わせで推進することが可能となる。

［発明の効果］以上、説明したように本発明に係る地中掘削機の位置　
姿勢計測方法によれば、以下に記載されるような極めて
優れた効果が得られる。

地中掘削機に設置した回転角速度計測用ジャイロスコー
プ、仰角計測用加速度計、および回転角計測用加速度計
により地中掘削機の地中掘削推進中の姿勢を正確にかつ
連続的に測定把握することが可能となる。

また、地中掘削機内に設置した回転角速度計測用ジャイ
ロスコープ、仰角計測用加速度計１回転角計測用加速度
計および立坑内に設置した地中掘削機距離計測用ストロ
ーク計により地中掘削機の地中掘削推進中の位置を正確
にかつ連続的に測定把握することが可能となる。

さらにトンネル内での人による測量作業がなくなり、安
全でかつ高能率のトンネル築造が可能となり、Ｉ・ンネ
ル内に人が入れない、レーサ光発信器なとの測量機器が
入らないなどスペース」二の問題もなくなり、小断面の
トンネル築造が可能となる。

また、地中掘削機推進中の地中掘削機の位置および姿勢
を連続的に把握することが可能でかつ高精度な地中掘削
機の位置・姿勢の把握か可能であるため、長距離９曲線
状トンネルの築造か可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る地中掘削機の位置・姿勢計測方法
の一実施例を説明するための地中掘削機の位置・姿勢計
測システムの構成を示す図、第２図は本発明に係る地中
掘削機の位置・姿勢計測方法の２実施例を説明するため
の図である。１・　・・地中掘削機、２・　・・回転角速度計測用ジ
ャイｌフスコープ、３・−・・仰角計測用加速度計、４
−・−回転角計測用加速度計、５−・・・地中掘削機推
進方向、６−・　・地中掘削機距離計測用スＩ−ローク
計、７・−一回転角速度計測用ジャイロスコープ２の人
力軸、８・・、仰角計測用加速度計３の入力軸、９回転
角計測用加速度計４の入力軸、１０・・−処理演算表示
装置、１１・・・・ケーブル、２０−・・・路面、２］
・　−・立坑、２２−・・−）〜ンネル計画位置、２３
・・・・方位角、２４−　・・仰角、２５・・・・回転
角、２６・・・・地中掘削機推進方向位置、２７・・地
中掘削機水平方向位置、２８・・・・地中掘削機鉛直方
向位置３゜特許出願人　日本電信電話株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

地中掘削機内に設置された回転角速度計測用ジャイロス
コープにより得られた信号を、前記地中掘削機内に設置
された仰角計測用加速度計、回転角計測用加速度計およ
び立坑内に設置された地中掘削機距離計測用ストローク
計の出力信号により補正計算することを特徴とした地中
掘削機の位置・姿勢計測方法。