JPH0727564A - 掘進機の位置および姿勢の計測装置 - Google Patents

掘進機の位置および姿勢の計測装置

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JPH0727564A
JPH0727564A JP11983893A JP11983893A JPH0727564A JP H0727564 A JPH0727564 A JP H0727564A JP 11983893 A JP11983893 A JP 11983893A JP 11983893 A JP11983893 A JP 11983893A JP H0727564 A JPH0727564 A JP H0727564A
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JP
Japan
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excavator
surveying
pipe
attitude
angle
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JP11983893A
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English (en)
Inventor
Tamotsu Nozawa
有 野沢
Toshiharu Horinaka
俊治 堀中
Mitsuhiro Wada
光弘 和田
Shinji Kawashima
神治 河島
Takahiro Yamazaki
貴弘 山崎
Hiroki Takahashi
弘樹 高橋
Kentaro Hamada
賢太郎 浜田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Morimoto Corp
Original Assignee
Morimoto Gumi Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 推進工法に於ける掘進機の位置と姿勢を、掘
進機後方の測量管に配置した検出装置を用いて自動的
に、迅速にかつ正確に計測できるようにすること。 【構成】 掘進機1の方位と位置を、掘進機1の後方の
測量管2の方位と位置に基づき、鉛直ラインレーザー10
を回転させて掘進機1内に設置した複数個の受光器A1,
A2 間の挟角を計測することによって求めることができ
るようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はトンネルの掘削推進工
法において、掘進機および掘進機後方に配置する測量管
の相対方位ならび相対位置を検出する推進工法における
掘進機の位置および姿勢の計測装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】都市部における地下工事が頻繁な今日、
推進工法は小口径トンネルを地表を開削することなく施
工する有力な手段であることは、推進工事の件数が年々
増加している現状から明らかである。最近は推進管を挿
入する立坑のための用地の確保も困難になってきてお
り、中間立坑の少ない曲線線形トンネルが計画される場
合が増えてきている。どのような工事においても、計画
線通りに施工することは極めて重要であり、その確認と
して測量作業を行うわけであるが、推進工事の場合、直
線では管の先端にある掘進機の位置の確認を立坑より見
通して行うことができるが、曲線の場合見通しが効かな
いのが測量上の最大の難点といえる。
【0003】従来の曲線線形トンネルの測量方法として
は、推進管内において、立坑と掘進機が同時に見通せる
地点を選択して測量機械を据え、この中継点を介してト
ンネル先端位置の測量などを行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の曲線線
形トンネルの測量作業は、人間が管内を移動する必要性
を伴うから、悪環境の中での作業が苦渋であるばかりで
なく、時間もかかり効率も悪い。その上、測量中継点が
配置される管の周辺の地盤は不安定な状態であるのが普
通であり、これが測量精度にも悪影響を与える。さら
に、管内にしばしば掘削土を圧送するための設備が配置
されるため見通しもよくない。それどころか、人間が管
内を移動するのに不十分な口径のトンネルも少なくな
い。このような問題を克服するため、施工中の管の線形
を決定する管理上の重要点である掘進機およびその直後
に配置される推進管の現在位置および姿勢を自動的に、
迅速かつ正確に測量する手段が求められていた。
【0005】以上のような状況の中で、測量作業を自動
化するために、トンネルの線形をレートジャイロなどの
方位検出機および移動距離検出装置を一体にまとめて管
内を走行させ先端位置を計測する方法などが提案されて
きている。しかし、これらの方法は施工設備が多数配置
されている掘進機周辺においては走行空間が確保でき
ず、最終的に必要な掘進機およびその後方の推進管の位
置および姿勢を計測するには不十分な点が多いと言う問
題点があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の問題点を解決する
ため本発明においては、掘進機の方位と位置を、掘進機
後方の測量管の方位と位置に基づき、鉛直ラインレーザ
ーを回転させて掘進機内に設置した複数個の受光器間の
挟角を計測することによって求めるようにして掘進機の
位置および姿勢の計測装置を構成する。
【0007】
【作用】本発明装置は上述のように構成したから、この
装置を用いることにより、掘進機の後方に位置する測量
管の位置および姿勢をもとに、掘進機軸線の相対方位な
らびに掘進機の基準点の位置が自動的に、容易かつ迅速
に求められる。掘進機と後続の測量管の位置と姿勢を管
理することは、工事の品質管理上極めて重要であり、従
って本装置は掘進機操作者が計画線通りに掘進機を運転
する上で有力な情報を提供することができる。また、測
量作業者を苦渋作業から開放できるばかりでなく、工事
の全体的な品質向上に貢献することができる。
【0008】
【実施例】以下、図面について本発明の実施例を説明す
る。図1はこの掘進機の位置および姿勢の計測装置の構
成部材と、その配置を示すもので、図中1は掘進機、2
は後続の測量管で、3は推進管である。
【0009】掘進機1の天井には、2個の受光器A1,A
2 を前後方向の軸線に沿ってできるだけ距離をおいて配
置すると共に、測量管2の天井の後端にも受光器A3 を
配置する。また測量管2内に前記受光器A1,A2,A3 に
レーザーを回転照射する掘進機位置姿勢検出装置Bと、
この掘進機位置姿勢検出装置Bの制御部4を設ける。
【0010】図2は掘進機位置姿勢検出装置Bの側断面
図で、図3は図2のC矢視図である。図中5はベースプ
レート、6はこのベースプレート5に取り付けたケー
ス、7はこのケース6内に設けたモータ、8はモータ7
の鉛直軸7aに設けた回転テーブル、9はこの回転テー
ブル8に取り付けたレーザー光源、10はこのレーザー光
源9から鉛直面に沿って扇状に発射される鉛直ラインレ
ーザーである。
【0011】また11はモータ7の後方のケース6内に配
置した角度検出装置で、モータ7よりベルト伝動装置12
によって回転が伝えられ、回転角が検出されるようにな
っている。また13はケース6の後方のベースプレート5
に取り付けた距離変位計で、13a はその距離計測ワイヤ
ーであり、このワイヤー13a はカバー14に設けたガイド
ローラ15を介して受光器Aに接続されている。したがっ
てこの距離変位計6によって回転軸7aと受光器A間の距
離を常時検出することができる。
【0012】受光器Aは、その前面に窓を有しており、
そこにレーザー光を照射すると電気信号を発信する構造
になっている。また、この実施例においては装置の寸法
を抑えるため、ベルト伝動装置12のように同期プーリお
よびベルトを回転角伝達機構として用いているが、これ
はモータ7と角度検出装置11を同一の回転軸上に配置し
て直接回転角を伝達する構造にしてもよい。
【0013】以下に図4および図5を用いて角度検出の
手順を説明する。図1および図4に示すとおり、受光器
A1,A2 およびA3 の配置は、受光器A3 を掘進機位置
姿勢検出装置Bを設けた測量管2内の後方に測量管2の
軸線に沿って配置し、受光器A1 とA2 は計測対象であ
る円筒形の掘進機1内の2点に、その軸線に沿って、な
るべく距離をおいて設置する。このような受光器A1,A
2,A3 の配置を採用することにより掘進機1の軸線方向
を測量管2の軸線方向を基にして精度よく検出すること
が可能になる。
【0014】図5は、角度検出の動作手順を示すフロー
チャートである。動作開始時、ラインレーザー10(図2
参照)は任意に定める初期方位を向いており、動作を開
始すると回転テーブル8は定められた回転方向に回転を
はじめる。まず、ラインレーザー10は測量管2内の後方
の受光器A3 を通過し、その時点での回転角を該角度検
出装置11により計測してこれを基準方向とする。回転テ
ーブル8はさらに同じ方向に回転を続け、受光器A2 が
レーザー10を感光する時点で、その回転角を計測し、さ
らに回転を続けて受光器A3 が受光する時点での回転角
を計測する。3個の受光器A1,A2,A3 の検出を完了す
ると、回転テーブル8は反転し定められた初期方位に戻
って回転を停止する。最後に受光器A2 を検出した回転
角と基準方向の回転角の差分を取って角度b(図4参
照)とし、また受光器A1 を検出した回転角と基準方向
の回転角の差分を取って角度aとして演算を行い、その
結果を出力して角度計測動作を完了する。もちろん、回
転テーブル8を反転させずに同一方向に回転を続けても
よいし、またこの一連の動作を複数回繰り返して標本を
収集し検出角度の平均値を取ってもよい。
【0015】鉛直面ラインレーザーを用いることから、
検出角度aおよびbは、掘進機位置姿勢検出装置Bの回
転軸線D(図2参照)を鉛直軸線とし、この鉛直軸線に
直交する面を水平面とした極座標系における方向角であ
ることがわかる。すなわち、受光器Aがレーザー光源9
と異なる高さにあっても、受光器位置および装置Bの回
転軸位置を該水平面に投影し互いに直線で結んだ方向線
の基準方向に対する方位角が検出できる。ここで基準方
向とは、受光器A3 の位置を同様に水平面に投影し、装
置Bの回転軸線Dと水平面が交差する点とを結んだ直線
により定められる方向である。
【0016】以上の計測動作は制御部4によって統御さ
れる。この制御部4には掘進機位置姿勢検出装置B、受
光器A1,A2,A3 のほか掘進機1の軸線方向および測量
管2の軸線方向を計算するための計器等が接続される。
図7に、制御部4に接続される掘進機1および測量管2
の傾斜を検出する各々の傾斜計E1 およびE2 、電源1
6、主コンピュータ17および主コンピュータ17と制御部
4を結ぶ通信回線18を示す。制御部4は主コンピュータ
17より計測開始命令等を受信して角度計測を行い、その
結果を距離変位計13および傾斜計E1 、E2 の読み値と
ともに主コンピュータ17へ返送する。
【0017】図6は、本計測装置の全体動作手順の一例
を示すもので、このフローチャートに示すように、電源
16を投入すると制御部4は装置全体の初期化を行い、主
コンピュータ17により計測命令を受信するまで距離変位
計13および傾斜計E1,E2 を連続的に読み取って標本の
平均値の計算を行い、計測命令が受信された時点で既述
の角度計測を行い、その結果を距離変位計13および傾斜
計E1,E2 の読み値の平均値とともに返送する。
【0018】主コンピュータ17では、これらの計測結果
をもとに、測量管2の軸線方向に基づいた掘進機1の軸
線方向の計算および掘進機1の基準点、すなわち掘進機
1の頭点および同尾点の位置座標を計算する。図8の平
面図によってその計算方法を簡単に説明する。図におい
て、掘進機位置姿勢検出装置Bの回転軸点Mを鉛直水平
座標系の原点とし、該点Mと受光器A3 で求められる後
方基準点Rを結んだ方向を−X軸に取り、該X軸に直交
する水平面上の軸をY軸に取った左手系直交座標系を定
める。図上においては、受光器A2 に相当する計測点を
F、受光器A1に相当する計測点をGと呼ぶ。さらに、
水平角aおよびbは本装置により計測される方向角であ
る。また、距離r1 は距離変位計13で求められ、距離r
2 は受光器A1,A2 を設置した時点で定められる。ここ
で、該座標系において計測点FおよびGの座標を求め
る。
【0019】計測点Fの座標は次式にて簡単に求められ
る。
【数1】XF=r1 ×cos(a), YF=r1 ×sin(a) 計測点Gの座標を求めるには、まず内角cを求め、次に
距離r3 を算定する。内角cは、正弦定理により次式に
て計算される。
【数2】 距離r3 もまた正弦定理により次式を用いて計算でき
る。
【数3】 ここから計測点Gの座標は次式のように簡単に計算でき
る。
【数4】XG=r3 ×cos(b), YG=r3 ×sin(b) この計算方法は一般にワイズ・バッハ三角法と呼ばれて
いる。
【0020】以上のような計算を行うことにより、受光
器A1,A2 によって定められる掘進機1内の2点の座標
がわかるので、これらを結ぶ線の方向と掘進機1の軸線
方向の相対角度をあらかじめ測量しておくことにより、
計測時の掘進機1の軸線方向が算出できることは明白で
ある。また、以上においては掘進機1、測量管2が傾斜
した場合の補正方法の説明を省略したが、すでに述べた
ように、掘進機1および測量管2の両体に傾斜計を設置
し計測を行うことにより傾斜補正が可能になることは容
易に理解できる。
【0021】また、掘進機1の軸線の移動量と、あらか
じめ測量した掘進機1の基準点、すなわち掘進機1の頭
点H(図8参照)および尾点Tの初期座標とを用いて座
標変換計算を行うことにより、計測時の掘進機1の基準
点の座標が計算できることは言うまでもない。以上の計
算処理は主コンピュータ17を用いて行ってもよいし、ま
た制御部4の動作プログラム中に組み込んでもよい。い
ずれの場合も計算処理は瞬時に行われるので、人力によ
る測量作業と比べ極めて短時間に測量作業を完了させる
ことができる。
【0022】
【発明の効果】本発明装置は上述のように構成したか
ら、この装置を用いることにより、掘進機1の後方に位
置する測量管2の位置および姿勢をもとに、掘進機1の
軸線の相対方位ならびに掘進機1の基準点の位置が自動
的に、容易かつ迅速に求められる。掘進機1と後続の測
量管2の位置と姿勢を管理することは、工事の品質管理
上極めて重要であり、従って本装置は掘進機1の操作者
が計画線通りに掘進機1を運転する上で有力な情報を提
供することができる。したがって本発明によれば、測量
作業者を苦渋作業から解放できるばかりでなく、工事の
全体的な品質向上に貢献することができるというすぐれ
た効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の構成部材の配置説明図である。
【図2】掘進機位置姿勢検出装置の側断面図である。
【図3】図2のC矢視図である。
【図4】計測点の配置図である。
【図5】角度計測動作手順を示すフローチャートであ
る。
【図6】全体動作を示すフローチャートである。
【図7】本発明装置の線図的構成説明図である。
【図8】本発明の位置姿勢計算の原理説明図である。
【符号の説明】
1 掘進機 2 測量管 3 推進管 A,A1,A2,A3 受光器 B 掘進機位置姿勢検出装置 4 制御部 5 ベースプレート 6 ケース 7 モータ 8 回転テーブル 9 レーザー光源 10 鉛直ラインレーザー 11 角度検出装置 12 ベルト伝動装置 13 距離変位計 13a 距離計測ワイヤー 14 カバー 15 ガイドローラ D 回転軸線 E1,E2 傾斜計 16 電源 17 主コンピュータ 18 通信回線 M 回転軸点 R 後方基準点 F 受光器A2 に相当する計測点 G 受光器A1 に相当する計測点 a,b 水平角 c 内角 r1,r2,r3 距離
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河島 神治 大阪府大阪市北区天満2−1−33 株式会 社松村組内 (72)発明者 山崎 貴弘 大阪府大阪市天王寺区夕陽丘町4−11 株 式会社森本組内 (72)発明者 高橋 弘樹 東京都中央区日本橋本町3−3−6 ワカ 末ビル 三菱建設株式会社内 (72)発明者 浜田 賢太郎 兵庫県西宮市池田町9−18 株式会社新井 組内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 掘進機の方位と位置を、掘進機後方の測
    量管の方位と位置に基づき、鉛直ラインレーザーを回転
    させて掘進機内に設置した複数個の受光器間の挟角を計
    測することによって求めることを特徴とする掘進機の位
    置および姿勢の計測装置。
JP11983893A 1993-05-21 1993-05-21 掘進機の位置および姿勢の計測装置 Pending JPH0727564A (ja)

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