JPS5912965B2 - シ−ルド機の測量装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシールド工法において、シールドトンネルの計
画中心線に対するシールド機の偏位並びに偏角を同時に
測量するシールド機の測量装置の改良に関するものであ
る。

従来から、シールド工事におけるシールド機の測量は、
シールド機の後端に取り付けたターゲットにトンネル後
方からトンネル計画中心線を投影する集束光線を照射し
、ターゲットの目盛りを判読してシールド機後端の偏位
のみを求め、偏角を求めるには別途に傾斜計を取り付け
ていた。

又、最近では、後続管に一定間隔を存して２個のターゲ
ットを設け、シールド機中心軸とトンネル計画中心線を
投影する集束光線を２個のターゲットに照射し、その読
値から演算によってシールド機の前方位置の偏位と偏角
を求めることが行われている。

一般に、シールド工法におけるトンネル掘削工事におい
てシールド機の方向制御を行うためにはシールド機中心
軸線上前方位置でのトンネル計画中心線に対するトンネ
ル断面方向の偏泣と偏角を知ることが必要である。

例数ならば、例えばシールド機後端中心点がトンネル計
画中心線上にあっても、シールド機中心軸が計画中心線
と一致しないと、シールド機の先端、即ち掘削部におい
て計画中心線からずれていることとなり、このような場
合には、このまま掘進すると、トンネルは計画線よりも
大きくずれて掘削されるこちになり、従ってシールド機
後端の偏位を測量するだけでは、正確な掘削作業ができ
ない。

又、シールド後端の偏泣とシールド機の偏角を測量して
も、方向修正をする場合、シールド機は概ねその重心を
中心として回転するので、重心点における偏位を計算し
て求めるか、経験によって求めなければならない。

又、後続管に取り付けた２個のターゲットを用いれば、
上記の問題は解消されるが、２個のターゲットを後続管
の中心に取り付けなければならず、特に自動運転式でな
いシールド機による掘削の場合には、ターゲットが障害
となって掘削運転等の作業能率が低下するばかりでなく
、演算によらなければシールド機の偏位、偏角を求めら
れない不便があり、又、セグメント式のシールドトンネ
ルでは、シールド機の進行に伴ってターゲットを移動し
なければならず、又、テレビカメラを用いて遠隔測量を
行う場合には、カメラを移動しなければならない等の欠
点がある。

本発明はこのような欠点をなくするためになされたもの
で、シールド機に取り付けて、シールド機の前方の位置
の偏位と偏角を演算によることなく、目視によって同時
に却ることかできるようにしたシールド機の測量装置を
提供するものである。

本発明の実施例を図面によって説明すれば、第１図に示
すように、本発明の測量装置１は、シールド機２の後端
に取り付けられ、シールド機中心軸２４上における被測
点３Ａでのトンネル計画中心線４に対するトンネル断面
方向の偏泣とシールド機中心軸のトンネル計画中心線方
向に対する偏角を測量するもので、トンネル後方の固定
点に設置した集束光線発生器２１から発生するトンネル
計画中心を投影する集束光線を、シールド機後端のシー
ルド機中心軸線上に取り付けた測量装置１に照射するこ
とによって行うものである。

測量装置１は第２図に示すように、凸レンズ５の焦点２
２に第１のターゲット６を、凸レンズ５の光軸に対して
直角に配設すると共に、該ターゲット６と凸レンズ５と
の間の適宜位置に第２のターゲット７を、第１のターゲ
ット６と平行にして直列に配設し、それらのターゲット
６．７の中心点を凸レンズ５の光軸と一致させである。

又、凸レンズ５と第１のターゲット６は枠体８に固定せ
られ、第２のターゲット７は枠体８に取り付けた調整具
９によって凸レンズ５の光軸方向に移動可能にしである
。

上記のように構成した測定装置１は前記のようにシール
ド機２の後端に取り付けて、第３図に示すように凸レン
ズ５の光軸２３がシールド機の中心軸２４と一致するよ
うにし、シールド機の前方において凸レンズ５からＬの
距離にあるシールド機の中心軸２４上の被測点３Ａでの
トンネル計画中心線４とのトンネル断面方向の偏位置及
びシールド機の偏角を測量するものである。

今、トンネル計画中心線４に対してシールド機の中心軸
２４が角度αだけ傾斜しており、シールド機の前方の被
測点３Ａで偏泣かない場合について説明する。

前記の集束光線発生装置２１から発生してトンネル計画
中心線を投影する集束光線Ｃが、シールド機中心軸２４
と角度αだけ傾斜しているとき、集束光線Ｃがシールド
機中心軸２４と、凸レンズ５の光軸２３を一致させ、且
つ焦点距離ｆを有する凸レンズ５を通過すると、集束光
線Ｃは屈折してターゲット６及び７を照射する。

この場合、第１のターゲット６は凸レンズ５の焦点位置
２２にあるので、凸レンズ５の光軸２３と平行に入射す
る光線は総てターゲット６の中心に集るが、角度αだけ
傾斜して入射する総ての光線はｆｔａｎαだけターゲッ
ト６の中心から距った点Ｂに集まる。

従つて、ターゲ゛ット６に該ターゲット６の中心を中心
点として半径がｆｔａｎα′（α′は５° 、１０°・
・・・・・という一定間隔の角度を表わす）の同心円の
目盛を付しておけば照射点の目盛を判読することによっ
て直ちにシールド機の偏角αを求めることができる。

又、凸レンズ５を介して屈折した集束光線Ｃと凸レンズ
５の光軸２３との交点をＡ′とし、凸レンズ５と被測点
３Ａとの距離をＬとすれば、Ａ／点の凸レンズ５の焦点
位置２２即ち第１のターゲット６の位置から距離Ｘはｆ
２／（ｆ＋Ｌ）となる。

なお、この式でｆ及びＬは定数であるからＸも定数とな
りＮ点は被測点３Ａの偏位を表わすことになる。

従って調整具９を介して第２のターゲット７をＡ′点に
セットすれば、被測点３Ａにおける偏位量Ｓは第２のタ
ーゲット７の中心からＳ−ｆ／（ｆ＋Ｌ）だけ距った距
離Ｍに縮小して表わされる。

従って第２のターゲット７の中心点として半径Ｓ’−ｆ
／（ｆ＋Ｌ ） （Ｓ’は１ ｃｒＩＬ−２ｃｒＩＬ−
・・−と一定間隔の数値を表わす）の同心円の目盛を付
しておけば集束光線Ｃの照射点の目盛を判読することに
よって、直ちに被測点３Ａでの偏位量を求めることがで
きる。

上記実施例においては、第２のターゲット７の位置を、
調整具９によって凸レンズ５の光軸２３の方向に移動調
整することができるので、凸レンズ５から被測点３Ａま
での距離りが変化しても使用できる。

なお、ターゲット６、Ｔ上の目盛を判読するために、枠
体８に覗窓２０を設けであるが、夫々のターゲットに照
射するために、第２のターゲット７を着脱自在にしても
よく、又、第２のターゲット７を半透明板として集束光
線Ｃが第１のターゲット６にも照射するようにすること
もできる。

第５図は本茜明の別の実施態様を示すもので、凸レンズ
５とターゲット６．７との間に、上下２枚の反射鏡１０
及び１１を相互に平行させ、且つ凸レンズ５の光軸に対
し適宜角度傾斜させて配設し、上方の反射鏡１０の反射
面を凸レンズ５に対向させると共に、下方の反射鏡１１
の反射面を上方の反射鏡１０の反射面と対向させ、さら
に上方の反射鏡１０の前方に適宜間隔を存して上部のタ
ーゲット７を配設すると共に、下方の反射鏡１１の前方
に一定間隔を存して下部のターゲット６を配設し、これ
らを枠体８に取り付けである。

９はターゲット７の調整具である。

そして第６図に示すように、凸レンズ５を通過した集束
光線Ｃが反射鏡１０，１１で反射して下部のターゲット
６に遠する距離が凸レンズ５の焦点距離ｆに等しくなる
ようにし、且つ凸レンズ５の焦点とターゲット６との凸
レンズ５の光軸方向における距離を￥１反射鏡１０，１
１の相互間隔をＤ１凸レンズ５の光軸２３と反射鏡１０
，１１とのなす角をβとすれば、ｙ＝２１）ｓｉｎβと
なるようにしである。

又、ターゲット６の目盛の中心と凸レンズ５の光軸２３
との間隔Ｅは２ ＤＣＯ３βで、且つターゲット６．７
の巾の合計の１／２より大きくしである。

このように２枚の反射ｔｖ１０ ｔ １１とターゲット
６を配設すれば、ターゲット６とターゲット７を上下に
配設することができ、又、凸レンズ５の焦点２２からタ
ーゲット７までの距離ＸをＹと等しくすれず、ｙ ＝
２ Ｄｓｉｎβ＝Ｘ＝ ｆ”／（ｆ ＋Ｌ）となり、タ
ーゲット６とターゲット７を一本として同一平面上に設
置することができ、両ターゲットの目盛を同時に判読す
ることができる（この状態を第７図に示す）。

又、Ｙ＼Ｘの場合には被測点３Ａが変化してもターゲッ
ト６を移動する必要はないが、Ｙ＝Ｘの場合には、凸レ
ンズ５の光軸に対する反射ａ１０゜１１の傾斜角度β、
或いは、画成射鏡の相互間隔りを変化させることによっ
て、被測点３Ａの変化に伴うＸの変化、即ちターゲット
７の移動と等し ・くターゲット６を移動させること
ができる。

ターゲット６．７の移動は調整具９によって行う。

例えば、画成射、！１０，１１を定点２５で、回転自在
に支持する場合に、凸レンズ５の光軸と反射鏡１０．１
１の角度βを変えることが可能であり、定点２５の相互
間隔をＦとすれば、Ｙ＝Ｘ−ｓｉｎ２βの関係となる。

又、角度βを一定にして、一方の反射鏡のみを光軸方向
に移動させることも可能で、画成射鏡の光軸方向の間隔
をＧとすれば、Ｙ＝Ｘ−２ＧＳ１ｎ２αノ関係トナル。

なお、上記実施例では、上方の反射鏡１０が全反射の場
合には反射鏡１０を着脱自在にしなければ、上部のター
ゲット７に集束光線が照射されないが、反射鏡１０をハ
ーフミラ−とすれば、両ターゲットに同時に照射するこ
とができる。

この実施例の測量原理は前記の実施例と同様である。

次に第８図は、本発明の更に別の実施態様を示すもので
、凸レンズ５とターゲ゛ット６，７との間に該ターゲッ
ト６．７に近接して、各面を平面に形成した略々菱形断
面を有するプリズム２７を配設すると共に、ターゲット
６．７を一体として同一平面上に上下に配設し、さらに
プリズム２７の相対向する２而２７ａ及び２７ｂを前記
凸レンズ５の光軸に直角とし、又、ターゲット６．７に
平行すると共に他の相対向する２面２７ｃ、２７ｄを凸
レンズ５の光軸及びターゲット６．７に対して適宜角度
傾斜させ、面２７ｃをハーフミラ−とし、面２７ｄを全
反射鏡にしである。

１２はターゲット６．７の前方に適宜間隔を存して配設
した反射鏡で、その反射面をターゲット６．７に対して
適宜角度傾斜させて対向させである。

１３は反射ａ１２の上方に適宜間隔を存して配設した別
の反射鏡で、その反射面を適宜角度傾斜させて反射鏡１
２の反射面に対向させると共に枠体８の上面にシールド
機の進行方向にセットしたテレビカメラ１４に対向させ
である。

このようにしてターゲット６．７の目盛を反射鏡１２及
び１３を介してテレビカメラに写すことができる。

なお、レーザー光線のような光学投影器で集束光線を投
影する場合には、ターゲット６．７の前面に減光フィル
ター１５を使用することが望ましい。

又、ターゲット６．７を一体として２ケ所に目盛を付し
てもよい。

上述のように本発明は、トンネル計画中心線上に集束光
線を照射してシールド機の偏位及び偏角を測量する装置
において、凸レンズの前方に、該レンズの光軸に対して
直角な面を有する２個のターゲットを配設し、少くとも
一方のターゲットを前記凸レンズの焦点距離に相当する
位置に配置しそれらを枠体に取り付けて一体的に構成し
たシールド機の測量装置に係るものであるから、下記の
ような種々の特長を有するものである。

（ａ） 一台の装置でシールド機前方部の偏位と偏角
を同時に測量することができる。

（ｂ） 従来の後続管に２個のターゲットを取り付け
て、測量するものに比して次のような効果がある。

（１）他の作業の障害とならない。

（ＩＩ） シールド機に取り付けであるので、ターゲ
ットを移動しなくてもよい。

（Ｉ） 可動部分が少く正確な測量ができる。

（Ｃ） レンズで縮小できるので、装置がコンパクト
になる。

（ａ） テレビカメラを同一装置に取り付けて、カメ
ラを移動することなく、遠隔測量ができる。

（ｅ） 構造が簡単で、調整が容易である。

（ｆ）小口径トンネル等の総てのシールドトンネルの掘
削に使用できる。

（ｇ） 簡単な調整によって、シールド機前方の多く
の点での偏位と偏角が測量できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図はトンネル
内における本発明の測量装置の設置状態を示す側面図、
第２図は測量装置の一実施態様を示す簡略縦断面図、第
３図は第２図における測量装置の原理を示す説明図、第
４図はターゲットの正面図、第５図は本発明の別の実施
態様を示す簡略縦断面図、第６図は第５図における測量
原理を示す説明図、第７図は第５図においてターゲット
を一体として同−平向上に配設した実施態様を示す簡略
縦断面図、第８図は本発明の点に別の実施態様を示す簡
略縦断面図である。 １・・・・・・測量装置、２・・・・・・シールド機、
４・・・・・・トンネル計画中心線、５・・・・・・凸
レンズ、６，７・・・・・・ターゲット、８・・・・・
・枠体、２３・・・・・・凸レンズの光軸、Ｃ・・・・
・・集束光線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ トンネルの計画中心線上に集束光線を照射してシー
   ルド機の偏位及び偏角を測量する装置において、凸レン
   ズの前方に、該レンズの光軸に対して直角な而を有する
   ２個のターゲットを配設し、少くとも一方のターゲット
   を前記凸レンズの焦点距離に相当する位置に配置し、そ
   れらを枠体に取り付けて一体的に構成したことを特徴と
   するシールド機の測量装置。 ２ 凸レンズの焦点位置に配設した第１のターゲットと
   凸レンズとの間の適宜位置に第２のターゲットを凸レン
   ズの光軸方向に移動可能に、直列に配設した特許請求の
   範囲第１項記載のシールド機の測量装置。 ３ トンネルの計画中心線上に集束光線を照射してシー
   ルド機の偏位及び偏角を測量する装置において、凸レン
   ズの前方に該凸レンズの光軸に対して傾斜した反射面を
   有する上下一対の反射鏡を介して前記凸レンズの光軸に
   対して直角な面を有する上方ターゲットと下方ターゲッ
   トを配設し、上方の反射鏡の反射向を前記凸レンズに対
   向させると共に下方の反射鏡の反射面を上方の反射鏡の
   反射面と対向させ、さらに前記上方のターゲットを凸レ
   ンズの焦点位置よりも該凸レンズ側に配設すると共に凸
   レンズを通過した集束光線が反射鏡で反射して下方のタ
   ーゲットに達する距離を凸レンズの焦点距離に等しくな
   るようにし、凸レンズと上下反射鏡及び上下ターゲット
   を枠体に取付けて一体的に構成したことを特徴とするシ
   ールド機の測量装置。 ４ 上下２個のターゲットを一体として同一平面上に配
   設すると共に、上方の反射鏡をハーフミラ−とした特許
   請求の範囲第３項記載のシールド機の測量装置。 ５ トンネルの計画中心線上に集束光線を照射してシー
   ルド機の偏位及び偏角を測量する装置において、凸レン
   ズの前方に該凸レンズの光軸に対して直角な面を有する
   上方ターゲットと下方ターゲットを配設し、凸レンズと
   これ等の上下ターゲットの間に、該上下ターゲットに近
   接して各面を平面に形成した略々菱形断面を有するプリ
   ズムを配設し、該プリズムの相対向する２面を夫々凸レ
   ンズの光軸に直角で、且つターゲットに平行な平面とし
   、他の相対向する２面を凸レンズの光軸並びに上下ター
   ゲットに対して適宜角度傾斜させると共にこれら２面の
   うち一面を全反射鏡に、他の一面をハーフミラ−になる
   ように構成し、これらの凸レンズと上下ターゲット及び
   プリズムを枠体に取付けて一体的に構成したことを特徴
   とするシールド機の測量装置。 ６ 上下２個のターゲットを一体とした特許請求の範囲
   第５項記載のシールド機の測量装置。