JPH0437239B2 - - Google Patents

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、都市ガ
ス管路、地下鉄道の分野で実施されるがシールド
工法と掘進工法とに大別される。そして、一般的
に掘進口径が例えば1500mmないし6000mmと大きい
場合には、シールド工法が用いられ、掘進距離
は、例えば800mないし1500m、掘進勾配は例え
ば1.2／1000、一日の掘進距離は例えば7mないし
10m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により行われるが、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50mm以内の施工精度が要
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Ｃ１はスクリユーコンベア、Ｃ２はベ
ルトコンベア、Ｄ１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、パワーユニツト類
Ｄ２ａが設けられている。Ｄ３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、Ｖ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
が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) 測量士による手測定法 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
できず、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、掘進機Ｍ
の後方は、第１及び第２の後方台車Ｄ１，Ｄ２、
作泥材注入台車Ｄ３により約40m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。従つてこの方法は、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、ローリングおよびピツチ
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、ピツチング角度θで掘進機Ｍ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H0，H1は、H0≠H1とな
り、傾斜計では垂直方向のレベルは測定できな
い。

(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。しか
し、レーザーは直線で、障害物がない場合には有
効であるが、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
に測定できる垂直法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が掘進機から遠隔地
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が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」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。

鎖線の境界を挟んでＡが掘進機Ｍが配置されて
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、Ｐ１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Ｓ１、基準点Ｎか
ら基準タンクの液面までのレベルをＨ、両センサ
ー３，７の圧力測定値をＰ１，Ｐ２、液の密度を
ρとするとき、 Ｐ２＝ρ（Ｓ１＋Ｈ） Ｐ１＝ρH 従つて、 Ｓ１＝（Ｐ２／ρ）−（Ｐ１／ρ） (1) のように、液圧Ｐ１，Ｐ２を測定することにより
Ｓ１を求めることが可能である。

８は測定点側に設けられた演算表示装置であ
り、Ｐ１，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が
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の途中で生ずるる僅かな液洩れ
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の取り付け
位置が例えば掘進機Ｍの軸線より左側へ距離Ｅ
（mm）だけ偏心している場合、掘進機Ｍが角度θ
だけローリングすると、センサー７は鎖線位置に
移り、レベル誤差ｈ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（mm） (2) によりレベル誤差ｈ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Ｌ
１，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１
０内には、もりかえ開始・終了スイツチ１３、ポ
ンプ運転・停止スイツチ１４が設けられ、これら
スイツ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、もりかえ時にも特別な
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
ば25分）運転されて導圧管路内の空気抜きを行つ
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、表示または演算出力の外部への発信を行つて
いる。

第５図及び第６図によつて、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
機勾配を1.2／1000、測定レンジは、 PV1：基準タンク架台１０の設定点（もりかえ
点）から掘進機までのレベル＝−100〜
０〜300mm、 PO1：掘進開始点（プラスマイナス０mm）点か
らもりかえ点までのレベル＝−100〜300
mm 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 ×：もりかえ点（この例では150m毎） ｌ：掘進開始点より地上基準点PGまでの寸
法（mm） Ｌ：掘進機Ｍの位置から地上基準点PGまで
の寸法（mm） PO2：掘進開始点（±０mm）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 T2：架台１０が地点にもりかえられ、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たとき、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、
立坑内に設置され、掘進機Ｍが前進すると、導
圧管路５，６が伸びきる前（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150m
前進する毎に設置点をもりかえするようになつて
いる。

演算表示手段８は次の式により演算する。

Ｌ＝ｌ−PO1 (3) PO1＝PO2＋T3 (4) PO2＝T10−T2 (5) ここで、T3，T10，T2は、詳細は省略するが、
そのときのPV1から求める。

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)によりローリング補正値すなわちレ
ベル誤差ｈを演算する。

掘進機Ｍが前進して導圧力管路５，６が伸びき
る前に架台１０を約150m前進した地点にもりか
えする。この際、もりかえに入る前にもりかえ開
始・終了スイツチ１３をON（開始）し、T10を演
算する。もりかえが終了したらスイツチ１３を
OFF（終了）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PO1を演算する。
次いで、式(3)によりＬを演算し、式(2)によるロー
リング補正値でＬを補正する。

以降、掘進機Ｍの前進と基準タンク架台１０の
もりかえを第５図のように繰返し、掘進機Ｍの地
上基準点PGからの寸法Ｌをリアルタイムに継続
的に測定し、測定結果を掘進機Ｍの掘進にフイー
ドバツクすることにより、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、表示することが出
来る。

また、導圧管路の長さが長い場合でも、ポンプ
手段に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。 １……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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。