JPH076347B2 - シールド掘進機の相対位置検出方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、構築すべきトンネルの両端からそれぞれシ
ールド掘進機で掘削し、トンネルの途中で相対向するシ
ールド掘進機をドッキングさせるシールド工法におい
て、シールド掘進機の相対位置を検出する方法とその装
置に関するものである。

［従来の技術］ 周知のように、シールド掘進機は、土壁の崩壊を防ぐ円
筒状のシールドと、このシールドの前端にあって地山
（切羽）を削るカッターディスクと、カッターディスク
の後方に位置し、シールド内への土砂や水の侵入を防ぐ
バルクヘッドと、掘削作業の進行に伴ってシールドを前
進させるためのシールドジャッキなどを主要部として構
成されている。

ところで、上記のように相対向するシールド掘進機をド
ッキングさせる場合、許容される両方の掘進機の位置ず
れを少なくしておく必要があり、例えば、50mm以下にす
る。この許容範囲に両堀進機の位置ずれを収めるために
は、両方のシールド掘進機の間隔が方向を修正可能な一
定の距離（例えば、30m）になった時点で、シールド掘
進機の相対位置を検出する必要がある。

従来、シールド掘進機の相対位置を検出するのに、地上
からチェックボーリング孔を所定の間隔で掘削すること
によって、シールド掘進機の実際の位置を検出し相対位
置を求める方法があるが、この方法は、チェックボーリ
ング孔の掘削に手間がかかるうえ、水面下や建造物下な
どにおけるトンネル掘削作業では適用できない。

そこでチェックボーリング孔を掘削せずにシールド掘進
機の相対位置を検出する方法として、特開昭63−22996
号に記載の方法が提案されている。この方法は、一方の
シールド掘進機からボーリングパイプを伸長して、他方
のシールド掘進機のバルクヘッドに設けた止水機能をも
つ受け入部を貫通させ、前記ボーリングパイプ内にレー
ザー光を照射して双方のシールド掘進機の基準線との位
置関係を測量することにより、シールド掘進機の相対位
置を検出しようとするものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記公報に記載の方法には、一方のシー
ルド掘進機から伸長したボーリングパイプを、どのよう
にして他方のシールド掘進機のカッターディスクのスリ
ット内に貫通するのか、いいかえればそのスリットの位
置をどのようにして検出するかについて一切開示されて
いない。また、ボーリングパイプをバルクヘッドに貫通
させるため、止水機能をもつ受け入部を設けているの
で、構造が複雑になるという問題がある。

この発明は上述の点に鑑みなされたもので、ドッキング
前の比較的（位置修正が可能な距離）離れて相対向する
シールド掘進機の相対位置を、地上からチェックボーリ
ング孔などを掘削しなくても正確に検出することがで
き、また上記公報に記載の方法と違って一方のシールド
掘進機のバルクヘッドにボーリングパイプなどを貫通さ
せる必要がなく、止水処理や止水機能付きの受け入部が
不要な、シールド掘進機の相対位置検出方法とその装置
を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記した目的を達成するために本発明の相対位置検出方
法は、第１のシールド掘進機から、一定の距離をあけ
て相対向する第２のシールド掘進機に向け地中をボーリ
ングしながらボーリングパイプを一定長さ突出させ、
第１のシールド掘進機から前記ボーリングパイプ内に挿
入した計測管の先端部を、第２のシールド掘進機のカッ
ターディスクのスリットを貫通させてバルクヘッドに設
けられた凹所内に挿入し、前記計測管を適宜回転させ
てその先端部の測長センサにより、前記凹所内の基準位
置（通常、凹所の中心位置）に対する計測管の先端の位
置のズレを測定するとともに、計測管の先端位置を測定
装置により測定することにより、両方のシールド掘進機
の相対位置を検出するものである。

また、上記方法を実施するための本発明の検出装置は、
ａ）第１のシールド掘進機のバルクヘッドおよびカッタ
ーディスクのスリットを貫通し、一定の距離をあけて相
対向する第２のシールド掘進機に向け掘削可能に配装さ
れるボーリングパイプと、ｂ）該ボーリングパイプ内に
回転自在に挿入可能な計測管と、ｃ）該計測管の先端部
に配備される測長センサおよびスリット位置検出センサ
と、ｄ）前記計測管内の先端部に配備される点光源と第
１のシールド掘進機内の前記計測管の基端側に配備され
る光学式測定器とからなる計測管の先端位置の測定装置
と、ｅ）他方のシールド掘進機のバルクヘッドの適所に
形設される矩形状の凹所と、を具備している。

また請求項３記載のように、前記測長センサおよびスリ
ット位置検出センサに、それぞれ超音波センサ（送受波
器）を使用することが望ましい。

［作用］ 上記の構成を有する本発明の検出方法および装置によれ
ば、一方（第１）のシールド掘進機から他方（第２）の
シールド掘進機に向けて地中内に延設したボーリングパ
イプの先端付近に、第２の掘進機のカッターディスクの
前面が到達した状態で、ボーリングパイプを通して第１
の掘進機側から計測管が挿入される。この計測管の先端
には、カッターディスクのスリット位置を検出可能なセ
ンサが設けられているので、カッターディスクをゆっく
りと回転させ、スリット位置が検出された時にカッター
ディスクを停止した後、計測管の先端部をカッターディ
スクのスリットを貫通する。さらに、計測管の先端部を
バルクヘッドの凹所内に挿入し、凹所内の基準点（すな
わち、第２の掘進機の基準点）に対する計測管の先端の
位置ずれを測長センサで検出するとともに、計測管の先
端位置を測定装置で求める。これにより、掘進機の相対
位置が検出されることになる。

上記のように、本発明の方法および装置における計測管
は、第２の掘進機側のバルクヘッドを貫通させる必要が
ないので、掘進機内への泥水の浸入を防ぐための水密処
理やそのための機構が全く不要である。また本発明の装
置によると、計測管の先端部に測長センサとともにスリ
ット位置検出センサを備えているので、スリット位置の
検出と凹所の基準点に対する計測管の先端の位置ずれの
検出が、１本の計測管で行え、作業能率が向上する。

とくに請求項３記載のように、測長センサおよびスリッ
ト位置検出センサに超音波センサを用いれば、小型化が
容易であるため比較的小径の計測管の先端部に簡単に組
み込める。

［実施例］ 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図の（ａ）〜（ｅ）は、シールド掘進機の相対位置
検出方法の手順を示す概要図である。

同図のおいて、一方（図の左側、以下第１という）のシ
ールド掘進機１のバルクヘッド２に予め設けられた開口
2aを、蓋などを取り外して開放し、その開口2aからボー
リングパイプ20を貫通させ、更に前方のカッターディス
ク３のスリット3aを通して地中に突き出す。そして、第
１掘進機１内に設置したボーリング機（図示せず）を用
いて、水平にボーリングしながらボーリングパイプ20を
徐々に前方へ突出させ、所定長さ（例えば30m）に達し
たら、ボーリング作業を中止する（同図（ａ））。

前記ボーリングパイプ20内に、後述する計測管25を第１
掘進機１内から挿入し、ボーリングパイプ20の先端から
僅かに引っ込んだ位置に計測管25の先端がくるまで延長
する。この状態で、第１掘進機１に相対向する他方（図
の右側、以下第２という）のシールド掘進機10が接近し
てくるまで待機する（同図（ｂ））。

第２掘進機10が図の左側へ徐々に掘進し、第２の掘進機
10のカッターディスク13が前記ボーリングパイプ20の先
端近くまで来たときに、第２掘進機10の掘進を停止する
（同図（ｃ））。なお、第２掘進機10のボーリングパイ
プ20先端への接近は、普通は、第２掘進機10に装備した
ジャイロやその他の測定装置（図示せず）により計測し
たデータに基づいて検知する。また、この状態で、計測
管25の先端面の超音波センサ30の周辺に存在するボーリ
ングパイプ20内の土砂を、パイプ20内に配備されている
配管（図示せず）から流出させた加圧水でパージさせな
がら取り除いた後、その超音波センサ30が充分に機能す
ることを、カッターディスク13を回転させて確認する。
なお、超音波センサ30が正常に機能する場合は、カッタ
ーディスク13のスリット13aとそれ以外の部分（カッタ
ー面板）とで、超音波の受信信号が確実に変化する（第
５図および第６図参照）。

超音波センサ30で受信信号を検知しながらカッターディ
スク13を間欠的に回転させて、スリット13aの位置を検
出する。第５図の一点鎖線に示すようにスリット13aが
ボーリングパイプ20の先端に位置した時は、超音波セン
サ30の受信信号が、第６図（ｂ）の状態になるので、簡
単にかつ確実に検出できる。こうしてスリット13aの位
置を検出し、カッターディスク13の回転を中止して固定
する（同図（ｄ））。

再び、ボーリングパイプ20の先端又は予めバルクヘッド
２に設置した配管から加圧水を噴射し、バルクヘッド12
に設けられた、後述する矩形の凹所15内の壁面に付着し
ている土砂を取り除く。それから、計測管25を延長して
その先端部を凹所15内に挿入する。この状態で、計測管
25を回転させ、その先端部の外周面に設けたもう一方の
超音波センサ35で、第３図のように、凹所15内の矩形の
４壁面と計測管25の先端部との距離を測定する。また、
計測管25内の先端部に配備したLEDやレーザ発信器など
の点光源（発光体）40からの照射光を、視準望遠鏡50a
にCCDカメラ50bを接続した光学式測定器50で測定し、計
測管25の先端の位置を検出する。なお、50cはCCDカメラ
50bのディスプレー若しくはファインダを示す。また、
このような光学式測定器50による検出方法は公知であ
る。こうして、凹所15の矩形座標の中心の基準点に対す
る計測管25の先端の位置のずれ、および計測管25先端の
位置の計測結果から、第１掘進機１と第２掘進機10の相
対位置を検出することができる（同図（ｅ））。

次に、上記した検出方法を実施するための本発明の検出
装置の実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は第２掘進機10の前端部分を示す側方断面図、第
３図は第２図のIII−III線矢視図、第４図は計測管の先
端部分を拡大した断面図である。

第２図に示すように、第２掘進機10のバルクヘッド12の
下部には、掘進機10内方（後方）に引っ込んだ凹所15が
形設されている。またこの凹所15は、第３図のように正
面より見て矩形をなしている。なお、第３図では計測管
25の先端が、凹所15内の上壁よりd1、左側壁よりd2、下
壁よりd3、右側よりd4、それぞれ離れた位置にあること
を示している。このような計測管25の先端位置の検出
は、計測管25の外周面に装着された超音波センサ35を用
いて行われることは上記したとおりである。

第４図に示すように、計測管25の先端部には、超音波の
送受波器を備えた超音波センサ30および35がそれぞれ装
着されている。すなわち、カッターディスク13のスリッ
ト13a位置を検出するための超音波センサ30は、計測管2
5の先端面（ヘッド）に埋設されている。このセンサ30
には、スリット13aを検出できるものであれば、超音波
センサのほか、磁気センサなどを用いることができる。
一方、第２掘進機10（凹所15の中心の基準位置）に対す
る計測管25の先端の位置を検出するための超音波センサ
35は、計測管25の外周面に埋設されている。このセンサ
35は、距離を測定可能ないわゆる測長センサであれば、
とくに超音波センサに限定するものでない。

また、上記各センサ30および35の振動子30a、35aは、振
動を増幅するとともに防水機構を兼ねた、ポリウレタン
ゴムなどの弾性体30b、35bでカバーされている。

さらに、計測管25内の中心軸線上には、LEDやレーザ発
信器などの点光源40が装着されている。この点光源40
が、上記したとおり、計測管25の中心軸延長線上の第１
掘進機１内に配備された光学式測定器50（第１図
（ｅ））で計測され、第１掘進機１内の測定器50を測量
基準点として計測管25の先端の位置が検出される。

上記した構成からなる実施例の検出装置では、超音波セ
ンサ30および35を用いており、小型化が容易なため、外
径が140mm程度の計測管25の先端部に２つのセンサ30お
よび35を簡単に組み込めた。また計測管25は、第２掘進
機10のバルクヘッド12を貫通させる必要がなく、単に、
バルクヘッド12に形設した凹所15内にその先端部を挿入
して適宜回転させるだけで、第２掘進機10に対する計測
管25の先端の位置を検出できるので、止水処理が不要
で、検出作業が簡単である。

ところで、上記のようにして、第１掘進機１と第２掘進
機10の相対位置を検出した後は、ボーリングパイプ20内
に挿入した計測管25を引き抜き、さらにボーリングパイ
プ20も引き抜く。そして、ボーリングパイプ20を挿入す
るためのバルクヘッド２の開口2aを蓋（図示せず）など
で閉塞し、第１掘進機１は、元の位置に停止させた状態
にする。一方、第２掘進機10は、カッターディスク13を
回転させて再び掘削作業を開始し、第１掘進機１との相
対位置を検出した結果に基づき、修正が必要であれば進
行方向の修正を行いながら掘削作業を続行し、第１掘進
機１とドッキングさせる。こうして、一連のトンネル掘
削作業が終了することになる。

［発明の効果］ 以上説明したことから明らかなように、この発明のシー
ルド掘進機の相対位置検出方法および検出装置は、下記
の効果がある。

（１）他方（第２）のシールド掘進機のバルクヘッドに
計測管を貫通させる必要がないので、従来の検出方法あ
るいは検出装置と違って、止水処理や止水機能付きの計
測管受け入部の設置が不要になるため、検出作業が簡単
になり作業時間が短縮されるうえに、装置自体（とく
に、第２掘進機側）の構造も簡単になる。また、第２掘
進機に対する計測管先端の位置および第１掘進機を基準
とする計測管先端の位置をそれぞれ検出して、第１と第
２の掘進機の相対位置を検出するので、検出精度が高
く、とくに地上から掘削機の位置の測定が困難な海底下
などにおいてトンネル同士をドッキングする場合に好適
である。

（２）請求項２又は３の装置によれば、カッターディス
クのスリット位置の検出と、第２掘進機（凹所内の基準
位置）に対する計測管先端の位置の検出とを、１本の計
測管で行えるので、検出作業がより簡単になる。

（３）請求項３の装置によれば、超音波センサは小型化
が容易なため、計測管の外径をある程度小さくしても、
先端部に２つの超音波センサを簡単に組み込むことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図の（ａ）〜（ｅ）は、本発明のシールド掘進機の
相対位置検出方法の手順を示す概要図である。第２図は
第２掘進機の前端部分を示す側方断面図、第３図は第２
図のIII−III線矢視図、第４図は計測管の先端部分を拡
大した断面図である。第５図はカッターディスクの一部
を拡大した正面図である。第６図は超音波センサの受信
信号を示すもので、同図（ａ）はカッター面板位置にお
ける受信信号、同図（ｂ）はスリット位置における受信
信号である。 １、10……シールド掘削機、２、12……バルクヘッド、
３、13……カッターディスク、3a、13a……スリット、1
5……凹所、20……ボーリングパイプ、25……計測管、3
0、35……超音波センサ、40……点光源（発光体）、50
……光学式測定器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 改発 清秀 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 上田 澄広 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 曽我 一利 兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１ 号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (56)参考文献 特開 昭63−304894（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−145910（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１のシールド掘進機から、一定の距離を
   あけて相対向する第２のシールド掘進機に向け地中をボ
   ーリングしながらボーリングパイプを一定長さ突出さ
   せ、 第１のシールド掘進機から前記ボーリングパイプ内に挿
   入した計測管の先端部を、第２のシールド掘進機のカッ
   ターディスクのスリットを貫通させてバルクヘッドに設
   けられた凹所内に挿入し、 前記計測管を適宜回転させてその先端部の測長センサに
   より、前記凹所内の基準位置に対する計測管の先端の位
   置のズレを測定するとともに、該計測管の先端位置を測
   定装置により測定することにより、両方のシールド掘進
   機の相対位置を検出することを特徴とするシールド掘進
   機の相対位置検出方法。
2. 【請求項２】第１のシールド掘進機のバルクヘッドおよ
   びカッターディスクのスリットを貫通し、一定の距離を
   あけて相対向する第２のシールド掘進機に向けボーリン
   グ可能に配装されるボーリングパイプと、 該ボーリングパイプ内に回転可能に挿入される計測管
   と、 該計測管の先端部に配備される測長センサおよびスリッ
   ト位置検出センサと、 前記計測管内の先端部に配備される点光源と第１のシー
   ルド掘進機内の前記計測管の基端側に配備される光学式
   測定器とからなる、計測管の先端位置の測定装置と、 第２のシールド掘進機のバルクヘッドの適所に形設され
   る矩形状の凹所と、 を具備したことを特徴とするシールド掘進機の相対位置
   検出装置。
3. 【請求項３】前記測長センサおよびスリット位置検出セ
   ンサが、それぞれ超音波センサからなる請求項２記載の
   シールド掘進機の相対位置検出装置。