JPH08338721A - 小口径管用シールド掘進機の姿勢計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】曲線推進を含む小口径管の推進工法において、
シールド掘進機の水平方向及び鉛直方向の姿勢を迅速で
正確に計測できる装置を提供するものである。 【構成】シールド掘進機の後方に複数の誘導管を連結し
て埋設管を順次推進していくシールド掘進機の姿勢計測
装置において、シールド掘進機と複数の誘導管の折れ角
を検出するストロークセンサと、シールド掘進機の基点
からの高さを検出する液圧差検出システムと、シールド
掘進機のローリング及びピッチングを検出する傾斜計
と、シールド掘進機の基点からの累積推進距離を検出す
る距離計と、ストロークセンサで検出されたストローク
値と液圧差検出システムで検出された圧力値と傾斜計で
検出されたローリング値及びピッチング値と距離計で検
出された累積推進距離とを電気信号に変換してコンピュ
ータシステムで演算して表示する小口径管用シールド掘
進機の姿勢計測装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小口径管の推進施工に
おいてシールド掘進機の姿勢を計測する装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来技術】推進工法では、埋設管が計画線に沿って精
度良く布設されているかは非常に重要なことであり、推
進精度を維持するためには、埋設管の先端に設置したシ
ールド掘進機の姿勢を絶えず正確に管理していることが
必要である。小口径管の推進工法では、人が埋設管内に
入って光学機器等でシールド掘進機の水平方向変位や鉛
直方向変位を計測することができないため、発進立坑内
からレーザ光を照射して、シールド掘進機内に設置した
ターゲットにレーザスポットを受光することによりシー
ルド掘進機の姿勢を管理する方法が用いられている。

【０００３】しかし、小口径管推進に曲線推進を含む場
合には、ターゲットにレーザ光の照射ができなくなり、
推進精度の維持管理が不可能となる場合がでてくる。こ
のため、先端のシールド掘進機内にジャイロコンパスを
搭載して、シールド掘進機の方位角を検出し、水平方向
の姿勢を計測する方法が提案されている。また、鉛直方
向の姿勢を検出する方法としては、便宜的に傾斜計を用
いて鉛直方向の傾斜を計測する方法が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したレーザ光を用
いる従来技術では、曲線推進を含む小口径管推進では、
シールド掘進機の姿勢を計測することが不可能となるこ
とより、推進精度の低下を来たし余り採用がされなかっ
たのが現状である。このため、曲線推進を含む推進施工
でもシールド掘進機の姿勢計測が可能な、ジャイロコン
パスをシールド掘進機内に搭載する方法が提案されてい
るが、高い方位角検出精度を得るためには、ジャイロコ
ンパスを構成する機器類を大きくする必要があり、φ２
５０〜８００ｍｍ前後の小口径埋設管内には、搭載が難
しくなるという問題がある。また、便宜的に鉛直方向の
傾斜を距離で積分演算する方法は、ピッチング値の誤差
が累積し易いという問題もあり、本格的な採用には至っ
ていない。

【０００５】そこで本発明は、上記した従来技術の問題
点を解決するために、曲線推進を含む小口径管推進で
も、リアルタイムにシールド掘進機の姿勢を確実に検出
できる計測装置を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】すなわち本発明は、シー
ルド掘進機と複数の誘導管の折れ角を検出するストロー
クセンサと、シールド掘進機の基点からの高さを検出す
る液圧差検出システムと、シールド掘進機のローリング
及びピッチングを検出する傾斜計と、シールド掘進機の
基点からの累積推進距離を検出する距離計と、ストロー
クセンサで検出された折れ角と液圧差検出システムで検
出された圧力値と傾斜計で検出されたローリング値及び
ピッチング値と距離計で検出された累積推進距離とを電
気信号に変換してコンピュータシステムで演算すること
により構成される小口径管用シールド掘進機の姿勢計測
装置である。

【０００７】ストロークセンサとしては、一般に用いら
れているポテンショメータ又はレーザ変位計が用いら
れ、シールド掘進機と誘導管、誘導管と誘導管の継手部
に装備されている。ストロークセンサの配置は、２ヵ所
設置して水平方向の折れ角だけを計測してもよいし、３
〜４ヵ所配置して水平方向と鉛直方向の折れ角を検出す
ることも可能である。

【０００８】液圧差検出システムの液圧センサとして
は、液体や気体の微小な圧力を計測し、これを電気信号
に変換し伝送する圧力発信機等が用いられる。

【０００９】ローリング値やピッチング値を検出する傾
斜計としては、一般に用いられているサーボ傾斜計等を
用いることができる。

【００１０】累積推進距離を検出する距離計としては、
立坑側で埋設管の移動量（推進量）をロータリーエンコ
ーダ等で計測する方法や立坑後部に光波距離計を設置し
て埋設管との離隔距離を計測する方法等が用いられる。

【００１１】ストロークセンサで検出された折れ角と液
圧差検出システムで検出された圧力値と傾斜計で検出さ
れたローリング値及びピッチング値と距離計により検出
された累積推進距離は、所定の位置に設置されたデータ
変換伝送装置によって、アナログ信号からデジタル信号
に変換されて、各データ変換伝送装置を接続する通信制
御ケーブルを経てコンピュータシステムに入力される。

【００１２】

【作用】上記した発明によれば、先端のシールド掘進機
と誘導管の継手部、そして誘導管と誘導管の継手部に装
備されたストロークセンサにより、シールド掘進機と複
数の誘導管の折れ角が正確に検出され、液圧差検出シス
テムによりシールド掘進機の基点からの高さが検出さ
れ、距離計により累積推進距離が検出され、それらのデ
ータは、データ変換伝送装置によってアナログ信号から
デジタル信号に変換され、コンピュータシステムに入力
して演算し、シールド掘進機の姿勢が計測される。

【００１３】

【実施例】以下に、本発明の実施例について図面を基に
説明する。図１は、本発明の一実施例であるシールド掘
進機の姿勢計測装置全体を説明する系統図である。地中
には、シールド掘進機１８が推進され、シールド掘進機
１８の後方には誘導管１９が５本接続されている。シー
ルド掘進機１８と誘導管１９の継手部、誘導管１９と誘
導管１９の継手部には、円周方向に均等に配列したスト
ロークセンサ４が３ヵ所装備されている。シールド掘進
機１８内の所定の位置には、シールド掘進機１８の傾斜
角を検出するピッチングセンサ２やローリングセンサ３
を組み込んだ傾斜計１が装備されている。また、シール
ド掘進機１８内には、シールド掘進機１８の基点からの
高さを検出するための液圧差検出システムの切羽側液圧
センサ５が設置されている。切羽側液圧センサ５は液圧
ホース１７により立坑２１側に設置した立坑側液圧セン
サ５と接続されている。立坑２１側の液圧ホース１７に
は液圧タンク６が連結され、液圧ホース１７に液圧を発
生させる。立坑２１内には推進距離を計測する距離計７
が設置されている。

【００１４】各センサで検出されたデータは、各位置に
設置されたデータ変換伝送装置９、１０、１１、１２、
１３、１４に送られ、各データ変換伝送装置９、１０、
１１、１２、１３、１４でデジタル信号に変換されて、
通信制御ケーブル１５を経て、コンピュータシステム１
６に接続されている。

【００１５】シールド掘進機１８は、先端で掘削や圧入
が繰り返して行われているため、シールド掘進機１８本
体の方向性は非常に不安定な状態にあり、シールド掘進
機１８の後部だけの折れ角計測では、信憑性に乏しい。
このため、シールド掘進機１８に後続させて数本の誘導
管１９を連結させることにより、後続する誘導管１９の
折れ角で再確認をして正確な水平方向の折れ角を提供す
るものである。本実施例では、精度の向上を確保するた
め５本の誘導管１９を例示したが、管径や土質条件等に
応じて変化させることは可能である。

【００１６】また、本実施例では、折れ角を計測するス
トロークセンサ４を３ヵ所に配置することを例示してい
るが、水平方向だけの折れ角を検出するのであれば、左
右２ヵ所に配置することも可能である。ストロークセン
サ４を３〜４ヵ所に配置する目的は、水平方向と鉛直方
向の両方の折れ角を検出するためのもので、液圧差検出
システムで得られたデータとの対比が可能となる。

【００１７】ストロークセンサとしては、小口径埋設管
内に容易に取り付けができ、精度の良い、レーザ変位計
又はポテンショメータが採用される。ポテンショメータ
で得られたデータは、各データ変換伝送装置９、１０、
１１、１２、１３に送られて、アナログ信号からデジタ
ル信号に変換され、通信制御ケーブルを経て、コンピュ
ータシステムに伝送される。

【００１８】液圧差検出システムの液圧センサ５、６と
しては、液体や気体の微小な圧力を計測し、これを電気
信号に変換し伝送する圧力発信機等が用いられ、切羽側
液圧センサ５の電気信号は、シールド掘進機１８内に設
置した第１データ変換伝送装置８に送られ、立坑側液圧
センサ５の電気信号は、立坑２１に設置した第７データ
変換伝送装置１４に送られる。

【００１９】次に、上記発明の姿勢計測装置による計測
方法について第１図を基に説明する。地中に埋設されて
いくシールド掘進機１８及びそれに後続する複数の誘導
管１９との各継手部に装備されたストロークセンサ４の
ストローク差によって、シールド掘進機１８及び各誘導
管１９の水平方向の折れ角が検出される。各ストローク
センサ４によって検出された値は、アナログ信号で各デ
ータ変換伝送装置９、１０、１１、１２、１３に送ら
れ、デジタル信号に変換してから通信制御ケーブル１５
を経て、コンピュータシステム１６に入力されて演算が
行われる。そして、シールド掘進機１８及び各誘導管１
９の水平方向の折れ角が表示される。

【００２０】また、シールド掘進機１８内に設置された
切羽側液圧センサ５で検出された圧力値と、立坑側２１
に設置した立坑側液圧センサ５で検出された圧力値は、
それぞれ第１、第７データ変換伝送装置８、１４に送ら
れ、デジタル信号に変換してコンピュータシステム１６
に送られる。コンピュータシステム１６では、切羽側と
立坑側の圧力差が演算され、基点からのシールド掘進機
１８の鉛直方向の高さが表示される。

【００２１】さらに、シールド掘進機１８内には、ピッ
チングセンサ２とローリングセンサ３を装備した傾斜計
１が設置されて、シールド掘進機１８のピッチング値及
びローリング値を第１データ変換伝送装置８を経て、コ
ンピュータシステム１６に入力する。シール度掘進機１
８の鉛直方向に傾斜が発生した場合には、ピッチング値
及びローリング値を元に、コンピュータシステム１６内
で各計測値に対し補正が行われる。

【００２２】シールド掘進機１８の現在位置である累積
推進距離を検出する距離計７としては、立坑側で埋設管
２０の移動量をロータリーエンコーダで計測する方法や
立坑後部に光波距離計を設置して埋設管との離間距離を
計測する方法等が用いられる。

【００２３】図２は、データ処理の流れを示す説明図で
ある。各センサによる読み取りが行われ、コンピュータ
システム１６に入力されたデジタル信号により各種演算
がリアルタイムに行われる。

【００２４】

【発明の効果】本発明の小口径管用シールド掘進機の姿
勢計測装置により、水平方向の折れ角はストロークセン
サで検出し、鉛直方向の高さは液圧差検出システムで検
出し、シールド掘進機の鉛直軸に対する傾斜は、傾斜計
で検出してコンピュータシステム内で各計測値を補正で
きるので、シールド掘進機の姿勢情報を正確で早く得る
ことができる。また、ストロークセンサをシールド掘進
機の後方の継手部に装備する方法を用いたので、従来技
術のようにシールド掘進機内に大きな空間を必要とせ
ず、小口径管でも容易に設置でき、計測が可能となっ
た。

【００２５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の小口径管用シールド掘進機の姿勢計測
装置全体を説明する系統図である。

【図２】データ処理の流れを示す説明図である。

【符号の説明】

１ 傾斜計 ２ ピッチングセンサ ３ ローリングセンサ ４ ストロークセンサ ５ 液圧センサ ６ 液圧タンク ７ 距離計 ８ 第１データ変換伝送装置 ９ 第２データ変換伝送装置 １０ 第３データ変換伝送装置 １１ 第４データ変換伝送装置 １２ 第５データ変換伝送装置 １３ 第６データ変換伝送装置 １４ 第７データ変換伝送装置 １５ 通信制御ケーブル １６ コンピュータシステム １７ 液圧ホース １８ シールド掘進機 １９ 誘導管 ２０ 埋設管 ２１ 立坑

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機の後方に複数の誘導管を連
   結して埋設管を順次推進していくシールド掘進機の姿勢
   計測装置において、シールド掘進機と複数の誘導管の折
   れ角を検出するストロークセンサと、シールド掘進機の
   基点からの高さを検出する液圧差検出システムと、シー
   ルド掘進機のローリング及びピッチングを検出する傾斜
   計と、シールド掘進機の基点からの累積推進距離を検出
   する距離計と、ストロークセンサで検出されたストロー
   ク値と液圧差検出システムで検出された圧力値と傾斜計
   で検出されたローリング値及びピッチング値と距離計で
   検出された累積推進距離とを電気信号に変換・伝送して
   コンピュータシステムで演算することを特徴とする小口
   径管用シールド掘進機の姿勢計測装置。