JP3656061B2 - 掘進機の位置計測方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は掘進機の位置計測方法に関し、特に、掘進機の複数の胴部材の発進立坑からの位置を、掘進機に方位計を搭載することなくリアルタイムで算出できるようにした位置計測方法に関する
【０００２】
【従来の技術】
従来、比較的小径の下水道管等を地中に配設する場合、発進立坑から発進させた掘進機でトンネルを掘進しつつ、そのトンネル内に複数のヒューム管等の覆工管（例えば、１本の長さ約 2400mm ）を発進立坑から１本ずつ継ぎ足しながら元押し装置で押し込んでいくという工法が実用化されている。尚、元押し装置による押し込み力で掘進機を推進させるのが一般的である。
【０００３】
この種の工法において、掘進機の発進立坑からの位置を計測する場合、作業者が覆工管内に入って実測できない場合には、複数の走行管（例えば、１本の長さ約 2400mm ）を発進立坑から１本ずつ継ぎ足しながらトンネル内（覆工管内）に直列状に接続した状態で配置し、これら複数の走行管内を走行体を走行させて、掘進機の発進立坑からの距離と方位角とを計測して掘進機の位置を算出するようにしている。
【０００４】
走行体に方位計を搭載して方位角を計測するのが一般的であり、この走行体を掘進機内に格納し方位計を掘進機に搭載した状態にして、掘進機の掘進距離と方位角をリアルタイムで計測し、その掘進距離と方位角を用いて掘進機の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出することが可能になる。掘進機に方位計を別途搭載した場合には、走行体を掘進機内に格納しなくても、掘進機の掘進距離と方位角をリアルタイムに計測して、その掘進距離と方位角を用いて掘進機の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出できるようになる。
【０００５】
ここで、走行体がワイヤ牽引式の走行体である場合には、走行体に連結されたワイヤを巻き取るフロントワインダとリヤワインダとを掘進機側と発進立坑側とに夫々設け、例えば、フロントワインダでワイヤを巻き取って、走行体を掘進機に向けて走行させ、その際にリヤワインダからのワイヤの繰り出し量を計測し、そのワイヤ繰り出し量から走行体の走行距離を求める技術は存在する。
【０００６】
また、特開平5-22036 号公報には、トンネル内に沿って配設された推進管（走行管）内を自走式台車を走行させ、その自走式台車が掘進機に向けて走行する際に、発進立坑側に設けた巻き取り装置から延びるケーブルを引っ張り、その巻き取り装置からのケーブルの繰り出し量から、自走式台車の走行距離を計測する技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、掘進機と発進立坑の間のトンネル内に沿って走行体を移動させて、掘進機の発進立坑からの距離と方位角とを計測して掘進機の位置を算出できる。そして、掘進機に方位計を搭載した状態で、掘進機の掘進距離と方位角とをリアルタイムで計測して、その掘進距離と方位角とに基づいて掘進機の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出できる。しかし、掘進機に搭載された方位計で方位角をリアルタイムで正確に計測することは、特に掘進距離が長くなる程難しくなり、依って、掘進機の位置をリアルタイムで正確に計測することは難しい。
【０００８】
そこで、高性能の方位計を掘進機に搭載することが考えられるが、設備コストが高価になるし、高性能とはいえ、掘進機の方位角をリアルタイムで正確に計測するには限界がある。また、高性能の方位計は比較的大型になるため、その方位計を走行体に搭載する場合には、走行体が大型になって走行管も大型になり、それ故、小径の覆工管内に複数の走行管を配置して走行体を走行させることができないという虞がある。
【０００９】
また、方位計を掘進機に搭載していると、雨が振った場合等に方位計が水没する虞があり、そうなると、方位計が損傷して大きな被害が被る。
本発明の目態は、掘進機に方位計を搭載することなく掘進機の複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで正確に計測でき、方位計の水没を防止し、設備コストを低減できる掘進機の位置計測方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の掘進機の位置計測方法は、複数の胴部材を中折れ可能な中折れ部を介して直列状に連結してなる遠隔操作型自動掘進機の発進立坑からの位置を計測する方法において、掘削中断状態において、トンネル内に沿って計測用走行体を移動させて掘進機最後尾の胴部材の発進立坑からの位置を計測すると共に、中折れ部の中折れ角を計測する第１工程と、前記計測した掘進機最後尾の胴部材の位置と中折れ部の中折れ角とを用いて、掘進機の複数の胴部材の発進立坑からの位置を算出して掘進機の軸心ラインの位置を算出する第２工程と、トンネル掘削中に、中折れ部の中折れ角と第１工程後に掘進機で掘進した掘進距離をリアルタイムで計測する第３工程と、前記第２工程で求めた掘進機の軸心ラインの位置および複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、第３工程で計測した中折れ部の中折れ角および掘進距離とに基づいて、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出する第４工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
この掘進機の位置計測方法では、第１工程において、掘削中断状態において、トンネル内に沿って計測用走行体を移動させて掘進機最後尾の胴部材の発進立坑からの位置を計測すると共に、中折れ部の中折れ角を計測する。次に第２工程において、第１工程で計測した掘進機最後尾の胴部材の位置と中折れ部の中折れ角とを用いて、掘進機の複数の胴部材の発進立坑からの位置を算出して掘進機の軸心ラインの位置を算出する。その後第３工程において、トンネル掘削中に、中折れ部の中折れ角と第１工程後に掘進機で掘進した掘進距離をリアルタイムで計測し、第４工程において、第２工程で求めた掘進機の軸心ラインの位置および複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、第３工程で計測した中折れ部の中折れ角および掘進距離とに基づいて、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出する。
【００１２】
第１工程においては、走行体に少なくとも３次元方位計を搭載しておき、この走行体をトンネル内に沿って掘進機と発進立坑との間を移動させることで、掘進機最後尾の胴部材の発進立坑からの距離と方位角とを計測して掘進機最後尾の胴部材の位置を計測することができる。この第１工程で掘進機最後尾の胴部材の位置を計測した後において、トンネル掘進中の第３工程では方位計を用いて方位角をリアルタイムで計測する必要はなく、勿論、第４工程でも前記方位角には基づかずに複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出できる。
【００１３】
ここで、第４工程においては、第２工程で求めた掘進機の軸心ラインの位置および複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、第３工程で計測した中折れ部の中折れ角および掘進距離とに基づいて、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出するが、ここで算出した複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、これに基づいて算出できる軸心ラインの位置を、第２工程で求めた軸心ラインの位置と併用することができる。これにより、第１，第２工程を頻繁に行わなくても、掘進機の複数の胴部材の位置をリアルタイムで算出できる。
【００１４】
請求項２の掘進機の位置計測方法は、請求項１の発明において、前記第４工程において、第２工程で求めた軸心ラインの位置と第３工程で求めた掘進距離とに基づいて基準胴部材の位置を算出し、この基準胴部材の位置と基準胴部材よりも前方の中折れ部の中折れ角とに基づいて、基準胴部材よりも前側の１又は複数の胴部材の位置を算出することを特徴とするものである。
【００１５】
この第４工程においては、第１工程後に掘進した掘進機の基準胴部材が、第２工程で求めた軸心ラインの位置に沿って移動するものとして、第２工程で求めた軸心ラインの位置と第３工程で求めた掘進距離とに基づいて基準胴部材の位置をリアルタイムで算出することができ、そして、この基準胴部材の位置と基準胴部材よりも前方の中折れ部の中折れ角とに基づいて、基準胴部材よりも前側の１又は複数の胴部材の位置を算出することができる。
【００１６】
尚、基準胴部材よりも後側に１又は複数の胴部材が存在する場合、その胴部材位置については、基準胴部材と同様に、第２工程で求めた軸心ラインの位置に沿って移動するものとして、第２工程で求めた胴部材の位置及び軸心ラインの位置と第３工程で求めた掘進距離とに基づいて算出してもよいし、基準胴部材よりも前側の胴部材と略同様に、この基準胴部材の位置と基準胴部材よりも後方の中折れ部の中折れ角とに基づいて算出するようにしてもよい。
【００１７】
請求項３の掘進機の位置計測方法は、請求項１又は２の発明において、前記掘進機がトンネル内面を覆工する覆工管の長さの整数倍掘進する毎に、前記第１工程および第２工程を行うことを特徴とするものである。掘進機がトンネル内面を覆工する覆工管の長さの整数倍掘進すると、トンネル内面の掘進機と発進立坑との間を覆工管で覆工でき、その覆工管内に沿って計測用走行体を移動させることが可能となるため、第１工程および第２工程を確実に行うことが可能になる。
【００１８】
請求項４の掘進機の位置計測方法は、請求項３の発明において、前記基準胴部材が、掘進機の先端から前記覆工管の長さよりも後側に位置する胴部材であることを特徴とするものである。少なくとも掘進機が覆工管の長さ掘進するまでの間は、基準胴部材は第２工程において求めた軸心ラインの位置に沿って確実に移動するため、第４工程において、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで確実に算出することが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態は、発進立坑から発進させた掘進機でトンネルを掘進しつつ、そのトンネル内に複数の覆工管を発進立坑から１本ずつ継ぎ足しながら元押し装置で押し込んでいって下水道管を地中に配設する工法に、本発明を適用した場合の一例である。
【００２０】
図１に示すように、掘進機１を発進させる発進立坑２の近くに、内部にコントロール装置７を設けた遠隔制御室６、送泥ポンプ９を含む送泥装置８、泥水処理装置１０、滑材供給装置１１等が設置され、発進立坑２内に、発進架台１２、押し込みジャッキ１４を有する元押し装置１３、排泥ポンプ１５、水位計１６、リヤワインダ１７、シーブ１８等が設置されている。
【００２１】
図１、図４、図９に示すように、掘進機１は、５つの第１〜第５胴部材２０〜２４を中折れ可能な中折れ部２５〜２８を介して直列状に連結してなる遠隔操作型自動掘進機であり、その遠隔操作が遠隔制御室６でコントロール装置７を使って行われる。先頭の第１胴部材２０は掘進機本体３０の胴部材であり、この第１胴部材２０に後続する第２〜第５胴部材２１〜２４が、前側から順番に、強制管、ポンプ筒、後続管１、後続管２とされている。
【００２２】
掘進機本体３０は、カッターヘッド３１とカッター駆動油圧モータ３２有し、カッター駆動油圧モータ３２によりカッターヘッド３１が回転駆動されて前方の地山を掘削する。その際、掘進機本体３０から前方の地山に泥水が噴射されるが、その泥水は送泥装置８の送泥ポンプ９により発進立坑２とトンネル３（覆工管４）内に配設された送泥管３３を通って掘進機本体３０に供給される。
【００２３】
カッターヘッド３１で掘削された掘削土はチャンバー内に取り込まれ、第３胴部材２２の内部に設けられた排泥中継ポンプ３４により、泥水と共に攪拌されてチャンバーからトンネル３（覆工管４）内に配設された排泥管３５を通って発進立坑２側へ排出され、発進立坑２から排泥ポンプ１５により排泥管３７を通って泥水処理装置１０に送り込まれて処理される。そこで泥水処理された泥水は送泥装置８に供給され、再度、掘進機本体３０に供給する泥水として使用される。
【００２４】
掘進機１の胴部材２０〜２４とトンネル３の内面間に作用する摩擦力を低減し、また、覆工管４とトンネル３の内面間に作用する摩擦力を低減するために、滑材供給装置１１により滑材が発進立坑２とトンネル３（覆工管４）内に配設された滑材供給管３８を通って第２胴部材２１に供給され、この第２胴部材２１から滑材がトンネル３の内面と胴部材２０〜２４及び覆工管４との間に供給される。
【００２５】
図６に示すように、掘進機１には、第１胴部材２０と第２胴部材２１とを連結する複数（例えば、４つ）の中折れジャッキ５５が設けられ、また、中折れ部２５〜２８の中折れ角を夫々検出する４組の中折れ角検出センサ５６が設けられている。各中折れ角については、連結された一方の胴部材に対する他方の胴部材の横方向振り角、更には縦方向振り角を検出するようにしてもよい。尚、カッター駆動油圧モータ３２と中折れジャッキ５５に油圧を供給する油圧供給装置４２も設けられている。また、最後尾の第５胴部材２４は後述の計測用走行体４１（以下、走行体４１という）の格納庫として使用され、その第５胴部材２４の内部には、フロントワインダ３９が設けられている。
【００２６】
図２に示すように、各覆工管４は、例えば、直径400m〜600mm 、長さ2455mmのコンクリート製のヒューム管である。この覆工管４の一端は雄部４ａに他端は雌部４ｂに形成され、雌部４ｂにはリング状のクッション材４ｃとシール材４ｄが装着され、覆工管４の雌部４ｂに別の覆工管４の雄部４ａが嵌め込まれてクッション材４ｃとシール材４ｄを介して接続される。
【００２７】
掘進機１を発進立坑２から発進させる際には、分割された第１胴部材２０〜第５胴部材２４をクレーン等により発進立坑２内に順々に搬入し、順々に連結して元押し装置５を用いて発進させる。掘進機１の発進後においては、複数の覆工管４をクレーン等により発進立坑２内に順々に搬入し、先頭の覆工管４については、掘進機１と元押し装置５の間にセットし、元押し装置５で前方へ押動する。
【００２８】
また、２番目以降の覆工管４について、その前側の覆工管４と接続した状態で、前側の覆工管４と元押し装置５の間にセットし、元押し装置５で前方へ押動する。すると、接続された複数の覆工管４は前方へ一体的に押動され、先頭の覆工管４が掘進機１を押すことで掘進機１が推進する。元押し装置１３には、その押し込み量を検出する押し込み量検出センサ１３ａが設けられている。
【００２９】
さて、掘進機１で予定経路のトンネル３を掘削し、下水管を予定経路で配設するために、発進立坑２からのトンネル経路と掘進機１の位置を測定する必要がある。そのために、図１、図３、図４に示すように、掘進機１で掘削されたトンネル３内（覆工管４内）に沿って複数の走行管４０を直列状に接続した状態で配置し、これら複数の走行管４０内を走行体４１を走行させ、走行体４１の走行距離と方位角とを検出するようにしている。
【００３０】
走行管４０は例えばステンレン製の断面正方形の角筒状に形成され、長さの異なる２種類の第１，第２覆工管４０が用意されている。図５に示すように、例えば、第１覆工管４０の長さは2455mmであり、第２覆工管４０の長さは2250mmであり、これら覆工管４０の長さの差は2455mm−2250mm＝205mm である。各覆工管４０とその覆工管４０に接続される覆工管４０は、連結部材（図示略）により鉛直軸心回りに回動可能に連結される。
【００３１】
先頭の走行管４０は掘進機最後尾の第５胴部材２４に連結され、その先頭の走行管４０から後側（発進立坑２側）へ延びるように複数の走行管４０が直列状に連結され、最後尾の走行管４０が最後尾の覆工管４よりも少し後側へ突出した状態に配置される。先頭の走行管４０は第５胴部材２４に連結されているため、元押し装置５により覆工管４が前方へ押されると掘進機１も前方へ押されるため、掘進機１に引かれるように走行管４０が掘進機１及び覆工管４と一体的に前方へ移動する。
【００３２】
図３に示すように、各走行管４０には、走行管４０と同じ長さの、電気ケーブル配管４２、送泥管３３ａ、排泥管３６ａ、滑材供給管３８ａ等が平行に配設され、これらの管４０，４２，３３ａ，３６ａ，３８ａが一体化されてインナーユニット４３を構成している。各インナーユニット４３は複数の車輪（図示略）を有し、その車輪により覆工管４内においてトンネル軸心方向に走行可能に安定した姿勢で支持され、走行管４０は常時トンネル軸心部分に位置した状態になる。
【００３３】
覆工管４内において、各インナーユニット４３の管４０，４２，３３ａ，３６ａ，３８ａと、そのインナーユニット４３と隣合うインナーユニット４３の管４０，４２，３３ａ，３６ａ，３８ａとが夫々接続される。複数の電気配管４２には、掘進機１側に必要な電力を供給する電力ケーブル、掘進機１側から必要な検出信号をコントロール装置７へ送信する信号ケーブル等が通っている。
【００３４】
こうして、トンネル３内に沿って直列状に接続した状態で配置された複数の走行管４０内に走行体４１が走行可能に配置され、先頭の走行管４０は掘進機最後尾の第５胴部材２４の内部に連結され、最後尾の走行管４０は最後尾の覆工管４よりも後側へ突出しているが、先頭の走行管４０の前側にフロントワインダ３９が設けられ、最後尾の走行管４０の後側にシーブ１８が設けられ、元押し装置１３の上側にリヤワインダ１７が設けられている。
【００３５】
走行体４１から前方へ延びるワイヤ４５（紐）がフロントワインダ３９で巻き取られると走行体４１が掘進機１に向かって走行し、走行体４１から後方へ延びるワイヤ４６（ケーブル）がリヤワインダ１７で巻き取られると走行体４１が発進立坑２に向かって走行する。ここで、先頭の走行管４１には走行体フロント位置検出スイッチ５７（図６参照）が装着され、最後尾の走行管４１には走行体リヤ位置検出スイッチ５８（図６参照）が装着されている。また、リヤワインダ１７には、ワイヤ繰り出し又は巻き取りと共に回転する回転体の回転量から、ワイヤ繰り出し又は巻き取り量を検出するワイヤ量検出手段としてのエンコーダ１７ａ（図６参照）が設けられている。
【００３６】
トンネル３内に沿って複数の走行管４０を直列状に接続した状態で配置しいく場合には、覆工管４を１つずつ継ぎ足す毎に、走行管４０を有するインナユニット４３を１つずつ継ぎ足してトンネル３内に入れていく。覆工管４及びインナユニット４３を継ぎ足す場合、走行体４１をワイヤ４５から切り離して走行管４０の外へ退避させ、シーブ１８を邪魔にならないように退避させた状態で行う。
【００３７】
図４、図６に示すように、走行体４１には、複数の車輪４１ａが装備されると共に、３次元ジャイロからなる方位計５０と３次元加速度計５１が設けられ、また、発光部と受光部を有する管数検出手段の検知手段に相当する光学センサ５２が下方に向けて設けられている。各走行管４０の底壁にその右短から一定距離の所定位置に被検知部としての穴５３（例えば、直径17mmの円形穴）が設けられ、その穴５３の真上を走行体４１の光学センサ５２が通る時に穴５３を検知可能になっている。走行体４１に設けられた方位計５０及加速度計５１び光学センサ５２から夫々延びる信号線は、ケーブルからなるワイヤ４６の中を通って、コントロール装置７に接続されている。
【００３８】
さて、発進立坑２からのトンネル３の経路と掘進機１の位置を計測する方法について説明するが、先ず、図６の制御系を含むブロック図について説明する。
図６に示すように、コントロール装置７は、コンピュータ６０とディスプレイ６１と操作パネル６２を有し、そのコントロール装置７により、掘進機１、元押し装置１３、フロントワインダ３９、リヤワインダ１７が制御される。
【００３９】
また、このコントロール装置７には、掘進機１の４組の中折れ角検出センサ５６、元押し装置１３の押し込み量検出センサ１３ａ、走行体４１の方位計５０と加速度計５１と走行体５２、リヤワインダ１７のエンコーダ１７ａ、走行体フロント位置検出スイッチ５７、走行体リヤ位置検出スイッチが、夫々信号線を介して電気的に接続され、これらの信号に基づいて、発進立坑２からのトンネル３の経路と掘進機１の位置を計測し、掘進機１を含む前記各種制御を行う。
【００４０】
次に、コントロール装置７により実行される、発進立坑２からのトンネル３の経路と掘進機１の位置を計測する方法について、図７、図８のフローチャートに基づいて説明する。尚、フローチャート中のＳｉ（ｉ＝１、２、３・・・）は各ステップを示す。
【００４１】
図７に示すように、オペレータ操作による走行体４１での計測開始指示があると（Ｓ１；Yes ）、走行体リヤスイッチ５８がＯＮのときには（Ｓ２；Yes ）、走行体４１が最後尾の走行管２の位置（以下、初期位置という）に停止している状態であるため、次に、その走行体４１の初期位置が、走行距離０として方位計５０と加速度計５１の計測値に基づいて設定される（Ｓ３）。
【００４２】
次に、掘進機１による掘削が中断状態の場合に（Ｓ４；Yes ）、フロントワインダ３９が駆動されて、フロントワインダ３９によりワイヤ４５が巻き取られて、走行体４１の走行が開始され（Ｓ５）、走行体４１は掘進機１に向かって例えば時速５kmで走行していく。その際、リヤワインダ１７には適当な繰り出し負荷が与えられた状態で、リヤワインダ１７からワイヤ４６が繰り出されていく。尚、計測開始指示があっても（Ｓ１；Yes ）、走行体リヤスイッチ５８がＯＦＦのときと（Ｓ２；No；このとき、走行体４１を初期位置まで自動的に走行させてもよい）、掘進中断状態でないとき（Ｓ４；No）には、Ｓ１へリターンする。
【００４３】
Ｓ５において走行体４１が走行を開始すると、次に、走行体４１の走行距離が計測され（Ｓ６）、走行体４１の方位計５０による方位角（方位角変化）が計測される（Ｓ７）。これらの計測は、走行体４１が掘進機１の最後尾の第５胴部材２４に到着して、走行体フロントスイッチフロントスイッチ５７がＯＮするまで行われる。走行体フロントスイッチリヤスイッチ５７がＯＮになり（Ｓ８；Yes ）、走行体４１が第５胴部材２４に到着すると、フロントワインダ３９によるワイヤ４５の巻き取りが停止されて、走行体４１の走行が停止される（Ｓ９）。
【００４４】
ここで、Ｓ６の走行体４１の走行距離の計測方法について、図８のフローチャートに基づいて説明する。この走行距離の計測は、コントロール装置７により自動的に演算して行われ、先ず、第１，第２走行管数Ｘ，Ｙが夫々０に設定されてコンピュータ６０の記憶部（ＲＡＭ等）に記憶され（Ｓ２０）、ワイヤ繰り出し量Ｚが０に設定されてコンピュータ６０の記憶部に記憶される（Ｓ２１）。
【００４５】
次に、リヤワインダ１７のエンコーダ１７ａからのエンコーダ信号が読み込まれ（Ｓ２２）、そのエンコーダ信号によりワイヤ繰り出し量Ｚが算出され（Ｓ２３）、コンピュータ６０の記憶部に更新記憶され、走行体４１の走行距離ＬがＸ×2445＋Ｙ×2250＋Ｚ(mm)の式で算出される。走行体４１が走行を開始して当初はＸ，Ｙは共に０であるため、走行距離Ｌはワイヤ繰り出し量Ｚとなる。
【００４６】
次に、走行体４１の光学センサ５２により、被検知部である穴５３が検知されたか否か判定され（Ｓ２５）、光学センサ５２がＯＦＦのとき、被検知部の検知無しと判定されて（Ｓ２５；No）Ｓ２２へリターンし、Ｓ２２〜Ｓ２４が繰り返し行われる。光学センサ５２が穴５３の真上を通るとき、光学センサ５２がＯＮされ、被検知部の検知有りと判定されて（Ｓ２５；Yes ）Ｓ２６へ移行する。
【００４７】
Ｓ２６では、被検知部の検知有りと判定された時のワイヤ繰り出し量Ｚが2455(mm)以上か否か判定され（Ｓ２６）、Ｚ≧2455(mm)のときには（Ｓ２６；Yes ）、前回被検知部を検知した時からのワイヤ繰り出し量Ｚ（初期位置から初めて検知したときには初期位置からの距離）に対応する走行管４０が長さ2455(mm)の第１走行管４０であると判定されて、第１走行管数ＸがＸ＋１にインクリメントされる（Ｓ２７）。
【００４８】
Ｚ≧2455(mm)でないときには（Ｓ２６；No）、前回被検知部を検知した時からのワイヤ繰り出し量Ｚに対応する走行管４０が長さ2255(mm)の第２走行管４０であると判定されて、第２走行管数ＹがＹ＋１にインクリメントされる（Ｓ２８）。Ｓ２７又はＳ２８の後はＳ２１へリターンし、ワイヤ繰り出し量Ｚが０にリセットされ（Ｓ２１）、続いてＳ２２以降が実行される。
【００４９】
Ｓ２６の判定原理について詳細に説明すると、本願発明者等が試験により実際と同じ条件でワイヤ４６の伸び量を測定してみた結果、約50ｍのワイヤの繰り出しに対して約１ｍ（約２％）の伸び即ち誤差が生じた。つまり、第２走行管４０の１本当りのワイヤ繰り出し量（長さ）の誤差約49.1(mm)＝2455(mm)×0.02よりも、第１走行管４０と第２走行管４０の長さの差2455(mm)−2250(mm)＝205(mm) の方が大きくなるため、被検知部有りと判定された時のワイヤ繰り出し量Ｚが、2455(mm)以上であれば第１走行管４０であると確実に判定でき、2455(mm)よりも小さければ第２走行管４０であると確実に判定できるようになる。
【００５０】
以上、この走行体距離計測方法によれば、第１，第２走行管４０の長さ2455(mm)，2250(mm)を予め記録しておき、走行体４１が掘進機１側に一方向に向かって走行する際に通過した第１，第２走行管４０の数Ｘ，Ｙを検出し、その検出された第１，第２走行管４０の数Ｘ，Ｙと第１，第２走行管４０の記録された長さ2455(mm)，2250(mm)に基づいて、走行体４１の走行距離Ｌを演算し計測する。
【００５１】
この場合、走行体４１に検知手段としての光学センサ５２を予め設け、各走行管４０の所定位置に予め設けた被検知部としての穴５３を光学センサ５２で検知することにより、更に、光学センサ５２が各穴５３を検出してから次の穴５３を検出する迄の、走行管１本当りのワイヤ繰り出し量Ｚに基づいて、その走行管の種類を判別することにより、前記第１，第２走行管４０の数Ｘ，Ｙを確実に検出することができる。
【００５２】
また、走行体４１はワイヤ牽引式の走行体であり、このワイヤ繰り出し量Ｚを検出するワイヤ量検出手段としてのエンコーダ１７ａを予め設けておき、走行体４１の走行距離のうち、光学センサ５２が各走行管４０の穴５３を検知してから次の穴５３を検知する迄の距離Ｚは、エンコーダ１７ａを用いて検出したワイヤ繰り出し量から求めるようにしている。
【００５３】
こうして、走行体４０の走行距離Ｌを前記のＸ×2445＋Ｙ×2250＋Ｚ(mm)の式から算出することができる。従来、ワイヤの繰り出し量のみで走行体の走行距離を求める場合、例えば、掘進機１で300 ｍのトンネルを掘削する場合には誤差が約６ｍにもなるが、上記の計測方法を用いた場合には、ワイヤの繰り出しによる約最大誤差49.1(mm)＝2455(mm)×0.2 程度に加えて、走行管の接続による誤差等を加味しても80mm以下に抑えることが可能になり、走行体４１の走行距離を測定する精度を大幅に向上させることが可能になる。
【００５４】
さて、図７に示すように、Ｓ９において、走行体４１が掘進機最後尾の第５胴部材２４に停止すると、次に、Ｓ６で計測した走行体４１の走行距離ＬとＳ７で計測した走行体４１の方位角とに基づいて、掘進機最後尾の第５胴部材２４の位置Ｐ５が計測され（Ｓ１０）、続いて、４つの中折れ角検出センサ５６により各中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-2 〜ａ4-5 が計測される（Ｓ１１）。
【００５５】
次に、Ｓ１０で計測された掘進機最後尾の第５胴部材２４の位置Ｐ５と、Ｓ１１で計測された各中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-2 〜ａ4-5 とを用いて、掘進機１の５つの第１〜第５胴部材２０〜２４の位置Ｐ１〜Ｐ５が算出され（尚、第５胴部材２４の位置Ｐ５はＳ１０で計測された位置Ｐ５が採用される）、掘進機１の軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬ（図９参照）が算出される（Ｓ１２）。
【００５６】
その後、掘進機１によりトンネル掘削中（Ｓ１３；Yes ）に、４つの中折れ角検出センサ５６により各中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-2 〜ａ4-5 と、元押し装置１３の押し込み量検出センサ１３ａにより、押し込み量となる掘進機１の掘進距離ＥＬがリアルタイムで計測さる（Ｓ１４）。
【００５７】
そして、Ｓ１２で求めた掘進機１の軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬ、及び、５つの第１〜第５胴部材２０〜２４のうちの基準胴部材となる第２胴部材２１の位置Ｐ２と、Ｓ１４で計測した各中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-2 〜ａ4-5 と掘進距離ＥＬにより、５つの第１〜第５胴部材２０〜２４の位置Ｐ１〜Ｐ５がリアルタイムで算出され（Ｓ１５）、その後Ｓ１３へリターンする。この基準胴部材となる第２胴部材２１は、掘進機１の先端から覆工管４の長さよりも後側に位置する胴部材であり、即ち、第１胴部材２０は覆工管４よりも長い胴部材となる。
【００５８】
掘進機１によりトンネル掘削中でないときに（Ｓ１３；No）、走行体４１での計測を行う場合には（Ｓ１６；Yes ）、Ｓ１へリターンし、走行体４１での計測を行わない場合には（Ｓ１６；No）、Ｓ１３へリターンする。
【００５９】
ここで、Ｓ１５においては、Ｓ１２で求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬと、Ｓ１４で求めた掘進距離ＥＬとに基づいて、基準胴部材である第２胴部材２１の位置Ｐ２を算出し、この第２胴部材２１の位置Ｐ２と、第２胴部材２１よりも前方の中折れ部２５の中折れ角ａ1-2 とに基づいて、第２胴部材２１よりも前側の先頭の胴部材２０の位置Ｐ１を算出することができる。
【００６０】
ここで、Ｓ１５において基準胴部材である第２胴部材２１の位置Ｐ２を算出する場合には、図９に示すように、中折れ部２６のうち軸心ラインＣＬを通る点Ｘは、掘進後も必ず軸心ラインＣＬを通ることになり、これにより、第２胴部材２１の位置Ｐ２を、Ｓ１２で求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬと、Ｓ１４で求めた掘進距離ＥＬとに基づいて算出することができる。
【００６１】
掘進機１がトンネル内面を覆工する覆工管４の長さの整数倍掘進する毎に、Ｓ１６において走行体４１での計測を行うようにして、Ｓ１〜Ｓ１２を行うようにすることが望ましい。
【００６２】
以上、この掘進機１の位置計測方法によれば、掘削中断状態において（Ｓ４；Yes ）、トンネル３内に沿って走行体４１を移動させて掘進機最後尾の第５胴部材２４の発進立坑２からの位置を計測すると共に（Ｓ１０）、中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-２〜ａ4-5 を計測する（Ｓ１２）。Ｓ１２において、Ｓ１０とＳ１１で計測した掘進機最後尾の第５胴部材２４の位置と中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-２〜ａ4-5 とを用いて、掘進機１の複数の胴部材２０〜２４の発進立坑２からの位置Ｐ１〜Ｐ５を算出して掘進機１の軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬを算出する。
【００６３】
その後Ｓ１４において、トンネル掘削中に、中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-２〜ａ4-5 とＳ１１（Ｓ１２）後に掘進機１で掘進した掘進距離Ｌをリアルタイムで計測し、Ｓ１５において、Ｓ１２で求めた掘進機１の軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬおよび複数の胴部材２０〜２４のうちの基準胴部材２１の位置Ｐ２と、Ｓ１４で計測した中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-２〜ａ4-5 および掘進距離Ｌとに基づいて、複数の胴部材２０〜２４の発進立坑２からの位置Ｐ１〜Ｐ５をリアルタイムで算出する。
【００６４】
走行体４１をトンネル３内に沿って掘進機１と発進立坑２との間を移動させることで、掘進機最後尾の第５胴部材２４の発進立坑２からの距離と方位角とを計測して第５胴部材２４の位置Ｐ５を計測することができ、この第５胴部材２４の位置Ｐ５を計測した後において、トンネル掘進中のＳ１４では方位計を用いて方位角をリアルタイムで計測する必要はなく、勿論、Ｓ１５工程でも前記方位角には基づかずに複数の胴部材２０〜２４の発進立坑２からの位置Ｐ１〜Ｐ５をリアルタイムで正確に算出することができる。
【００６５】
つまり、掘進機１に方位計を搭載しなくても、複数の胴部材２０〜２４の発進立坑２からの位置をリアルタイムで算出できるようになり、その結果、方位計が水没するのを防止することができる。しかも、走行体４１には方位計５０を搭載する必要があるが、その方位計５０で掘進中に正確な方位角をリアルタイムで計測する必要もないため、それ程高価な方位計を適用する必要がなく、結局設備コストを大幅に削減することが可能になる。
【００６６】
ここで、Ｓ１５においては、Ｓ１２で求めた掘進機１の軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬおよび複数の胴部材２０〜２４のうちの基準胴部材２１の位置Ｐ１と、Ｓ１４で計測した中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-２〜ａ4-5 および掘進距離Ｌとに基づいて、複数の胴部材２０〜２４の発進立坑２からの位置Ｐ１〜Ｐ５をリアルタイムで算出するが、ここで算出した複数の胴部材２０〜２４のうちの基準胴部材２１の位置Ｐ２と、これに基づいて算出できる軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬを、Ｓ１２で求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬと併用することができ、これにより、第１〜Ｓ１２を頻繁に行わなくても、掘進機１の複数の胴部材２０〜２４の位置Ｐ１〜Ｐ５をリアルタイムで算出できる。
【００６７】
Ｓ１５においては、Ｓ１１（Ｓ１２）後に掘進した掘進機１の基準胴部材２１が、Ｓ１２で求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬに沿って移動するものとして、Ｓ１２で求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬとＳ１４で求めた掘進距離Ｌとに基づいて基準胴部材２１の位置Ｐ２をリアルタイムで算出することができ、そして、この基準胴部材の２１位置Ｐ２と基準胴部材２１よりも前方の中折れ部２５の中折れ角ａ1-２とに基づいて、基準胴部材２１よりも前側の胴部材２０の位置Ｐ１を算出することができる。
【００６８】
尚、基準胴部材２１よりも後側の胴部材２２〜２４の位置Ｐ３〜Ｐ５については、基準胴部材２１と同様に、Ｓ１２で求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬに沿って移動するものとして、Ｓ１２で求めた胴部材２２〜２４の位置Ｐ３〜Ｐ５及び軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬとＳ１４で求めた掘進距離Ｌとに基づいて算出してもよいし、基準胴部材２１よりも前側の胴部材２０と略同様に、この基準胴部材２１の位置Ｐ２と基準胴部材Ｐ２よりも後方の中折れ部２６〜２８の中折れ角2-3 〜ａ4-5 とに基づいて算出するようにしてもよい。
【００６９】
掘進機１がトンネル２内面を覆工する覆工管３の長さの整数倍掘進する毎に、Ｓ１〜Ｓ１２を行うので、トンネル３内面の掘進機１と発進立坑２との間を覆工管４で覆工でき、その覆工管４内に沿って走行体４１を移動させることが可能となるため、Ｓ１〜Ｓ１２を確実に行うことが可能になる。
【００７０】
基準胴部材２１が、掘進機１の先端から覆工管４の長さよりも後側に位置する第２胴部材２１であるので、少なくとも掘進機１が覆工管４の長さ掘進するまでの間は、基準胴部材２１はＳ１２において求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬに沿って確実に移動するため、Ｓ１５において、複数の胴部材２０〜２４の発進立坑２からの位置をリアルタイムで確実に算出することが可能になる。
【００７１】
尚、Ｓ４〜Ｓ１１が第１工程に相当し、Ｓ１２が第２工程に相当し、Ｓ１４が第３工程に相当し、Ｓ１５が第４工程に相当する。
【００７２】
尚、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を付加して実施することが可能である。例えば、走行体を自走式走行体にしてもよい。この場合、例えば、走行体から発進立坑側へ延びるケーブルをワインダ装置により巻き取り可能にして、走行体が掘進機側へ走行する際に繰り出される繰り出し量をエンコーダ等により計測して、上記の走行体の走行距離を計測する方法に適用してもよい。
【００７３】
【発明の効果】
請求項１の掘進機の位置計測方法によれば、第１工程においては、計測用走行体に少なくとも方位計を搭載し、この計測用走行体をトンネル内に沿って掘進機と発進立坑との間を走行させることで、掘進機最後尾の胴部材の発進立坑からの距離と方位角を計測して位置を計測できるが、この第１工程で掘進機最後尾の胴部材を計測した後において、トンネル掘進中の第３工程では方位計を用いて方位角をリアルタイムで計測する必要はなく、勿論、第４工程でも前記方位角には基づかずに複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出できる。
【００７４】
つまり、掘進機に方位計を搭載しなくても、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出できるようになり、その結果、方位計が水没するのを防止することができる。しかも、走行体には方位計を搭載する必要があるが、その方位計で掘進中に正確な方位角をリアルタイムで計測する必要もないため、それ程高価な方位計を適用する必要がなく、結局設備コストを大幅に削減することが可能になる。
【００７５】
第４工程においては、第２工程で求めた掘進機の軸心ラインの位置および複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、第３工程で計測した中折れ部の中折れ角および掘進距離とに基づいて、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出するが、ここで算出した複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、これに基づいて算出できる軸心ラインの位置を、第２工程で求めた軸心ラインの位置と併用することができる。これにより、第１，第２工程を頻繁に行わなくても、掘進機の複数の胴部材の位置をリアルタイムで算出できる。
【００７６】
請求項２の掘進機の位置計測方法によれば、第４工程において、第１工程後に掘進した掘進機の基準胴部材が、第２工程で求めた軸心ラインの位置に沿って移動するものとして、第２工程で求めた軸心ラインの位置と第３工程で求めた掘進距離とに基づいて基準胴部材の位置をリアルタイムで算出することができ、そして、この基準胴部材の位置と基準胴部材よりも前方の中折れ部の中折れ角とに基づいて、基準胴部材よりも前側の１又は複数の胴部材の位置を算出できる。
【００７７】
請求項３の掘進機の位置計測方法によれば、掘進機がトンネル内面を覆工する覆工管の長さの整数倍掘進する毎に、前記第１工程および第２工程を行うので、掘進機がトンネル内面を覆工する覆工管の長さの整数倍掘進すると、トンネル内面の掘進機と発進立坑との間を覆工管で覆工でき、その覆工管内に沿って計測用走行体を移動させることが可能となるため、第１工程および第２工程を確実に行うことが可能になる。
【００７８】
請求項４の掘進機の位置計測方法によれば、基準胴部材が、掘進機の先端から前記覆工管の長さよりも後側に位置する胴部材であるので、少なくとも掘進機が覆工管の長さ掘進するまでの間は、基準胴部材は第２工程において求めた軸心ラインの位置に沿って確実に移動するため、第４工程において、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで確実に算出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る下水道管の地中配設工法を示す概略図である。
【図２】覆工管の斜視図である。
【図３】走行管を含むインナユニットの斜視図である。
【図４】トンネル内の覆工管と走行管と走行体等の縦断面図である。
【図５】第１，第２走行管の長を示す図表である。
【図６】下水道管の地中配設工法に用いる制御系等のブロック図である。
【図７】位置計測の為のフローチャートである。
【図８】走行距離計測の為のフローチャートである。
【図９】掘進中の掘進機の概略図である。
【符号の説明】
１ 掘進機
３ トンネル
７ コントロール装置
１３ 元押し装置
１３ａ 押し込み量検出センサ
１７ａ エンコーダ
２０〜２４ 第１〜第５胴部材
２５〜２８ 中折れ部
３９ フロントワインダ
４０ 走行管（第１，第２走行管）
４１ 走行体
５２ 光学センサ（検知手段）
５３ 穴（被検知部）
５０ 方位計
５６ 中折れ角検出センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は掘進機の位置計測方法に関し、特に、掘進機の複数の胴部材の発進立坑からの位置を、掘進機に方位計を搭載することなくリアルタイムで算出できるようにした位置計測方法に関する
【０００２】
【従来の技術】
従来、比較的小径の下水道管等を地中に配設する場合、発進立坑から発進させた掘進機でトンネルを掘進しつつ、そのトンネル内に複数のヒューム管等の覆工管（例えば、１本の長さ約 2400mm ）を発進立坑から１本ずつ継ぎ足しながら元押し装置で押し込んでいくという工法が実用化されている。尚、元押し装置による押し込み力で掘進機を推進させるのが一般的である。
【０００３】
この種の工法において、掘進機の発進立坑からの位置を計測する場合、作業者が覆工管内に入って実測できない場合には、複数の走行管（例えば、１本の長さ約 2400mm ）を発進立坑から１本ずつ継ぎ足しながらトンネル内（覆工管内）に直列状に接続した状態で配置し、これら複数の走行管内を走行体を走行させて、掘進機の発進立坑からの距離と方位角とを計測して掘進機の位置を算出するようにしている。
【０００４】
走行体に方位計を搭載して方位角を計測するのが一般的であり、この走行体を掘進機内に格納し方位計を掘進機に搭載した状態にして、掘進機の掘進距離と方位角をリアルタイムで計測し、その掘進距離と方位角を用いて掘進機の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出することが可能になる。掘進機に方位計を別途搭載した場合には、走行体を掘進機内に格納しなくても、掘進機の掘進距離と方位角をリアルタイムに計測して、その掘進距離と方位角を用いて掘進機の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出できるようになる。
【０００５】
ここで、走行体がワイヤ牽引式の走行体である場合には、走行体に連結されたワイヤを巻き取るフロントワインダとリヤワインダとを掘進機側と発進立坑側とに夫々設け、例えば、フロントワインダでワイヤを巻き取って、走行体を掘進機に向けて走行させ、その際にリヤワインダからのワイヤの繰り出し量を計測し、そのワイヤ繰り出し量から走行体の走行距離を求める技術は存在する。
【０００６】
また、特開平5-22036 号公報には、トンネル内に沿って配設された推進管（走行管）内を自走式台車を走行させ、その自走式台車が掘進機に向けて走行する際に、発進立坑側に設けた巻き取り装置から延びるケーブルを引っ張り、その巻き取り装置からのケーブルの繰り出し量から、自走式台車の走行距離を計測する技術が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来、掘進機と発進立坑の間のトンネル内に沿って走行体を移動させて、掘進機の発進立坑からの距離と方位角とを計測して掘進機の位置を算出できる。そして、掘進機に方位計を搭載した状態で、掘進機の掘進距離と方位角とをリアルタイムで計測して、その掘進距離と方位角とに基づいて掘進機の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出できる。しかし、掘進機に搭載された方位計で方位角をリアルタイムで正確に計測することは、特に掘進距離が長くなる程難しくなり、依って、掘進機の位置をリアルタイムで正確に計測することは難しい。
【０００８】
そこで、高性能の方位計を掘進機に搭載することが考えられるが、設備コストが高価になるし、高性能とはいえ、掘進機の方位角をリアルタイムで正確に計測するには限界がある。また、高性能の方位計は比較的大型になるため、その方位計を走行体に搭載する場合には、走行体が大型になって走行管も大型になり、それ故、小径の覆工管内に複数の走行管を配置して走行体を走行させることができないという虞がある。
【０００９】
また、方位計を掘進機に搭載していると、雨が振った場合等に方位計が水没する虞があり、そうなると、方位計が損傷して大きな被害が被る。
本発明の目態は、掘進機に方位計を搭載することなく掘進機の複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで正確に計測でき、方位計の水没を防止し、設備コストを低減できる掘進機の位置計測方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の掘進機の位置計測方法は、複数の胴部材を中折れ可能な中折れ部を介して直列状に連結してなる遠隔操作型自動掘進機の発進立坑からの位置を計測する方法において、掘削中断状態において、トンネル内に沿って計測用走行体を移動させて掘進機最後尾の胴部材の発進立坑からの位置を計測すると共に、中折れ部の中折れ角を計測する第１工程と、前記計測した掘進機最後尾の胴部材の位置と中折れ部の中折れ角とを用いて、掘進機の複数の胴部材の発進立坑からの位置を算出して掘進機の軸心ラインの位置を算出する第２工程と、トンネル掘削中に、中折れ部の中折れ角と第１工程後に掘進機で掘進した掘進距離をリアルタイムで計測する第３工程と、前記第２工程で求めた掘進機の軸心ラインの位置および複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、第３工程で計測した中折れ部の中折れ角および掘進距離とに基づいて、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出する第４工程とを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
この掘進機の位置計測方法では、第１工程において、掘削中断状態において、トンネル内に沿って計測用走行体を移動させて掘進機最後尾の胴部材の発進立坑からの位置を計測すると共に、中折れ部の中折れ角を計測する。次に第２工程において、第１工程で計測した掘進機最後尾の胴部材の位置と中折れ部の中折れ角とを用いて、掘進機の複数の胴部材の発進立坑からの位置を算出して掘進機の軸心ラインの位置を算出する。その後第３工程において、トンネル掘削中に、中折れ部の中折れ角と第１工程後に掘進機で掘進した掘進距離をリアルタイムで計測し、第４工程において、第２工程で求めた掘進機の軸心ラインの位置および複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、第３工程で計測した中折れ部の中折れ角および掘進距離とに基づいて、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出する。
【００１２】
第１工程においては、走行体に少なくとも３次元方位計を搭載しておき、この走行体をトンネル内に沿って掘進機と発進立坑との間を移動させることで、掘進機最後尾の胴部材の発進立坑からの距離と方位角とを計測して掘進機最後尾の胴部材の位置を計測することができる。この第１工程で掘進機最後尾の胴部材の位置を計測した後において、トンネル掘進中の第３工程では方位計を用いて方位角をリアルタイムで計測する必要はなく、勿論、第４工程でも前記方位角には基づかずに複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出できる。
【００１３】
ここで、第４工程においては、第２工程で求めた掘進機の軸心ラインの位置および複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、第３工程で計測した中折れ部の中折れ角および掘進距離とに基づいて、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出するが、ここで算出した複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、これに基づいて算出できる軸心ラインの位置を、第２工程で求めた軸心ラインの位置と併用することができる。これにより、第１，第２工程を頻繁に行わなくても、掘進機の複数の胴部材の位置をリアルタイムで算出できる。
【００１４】
請求項２の掘進機の位置計測方法は、請求項１の発明において、前記第４工程において、第２工程で求めた軸心ラインの位置と第３工程で求めた掘進距離とに基づいて基準胴部材の位置を算出し、この基準胴部材の位置と基準胴部材よりも前方の中折れ部の中折れ角とに基づいて、基準胴部材よりも前側の１又は複数の胴部材の位置を算出することを特徴とするものである。
【００１５】
この第４工程においては、第１工程後に掘進した掘進機の基準胴部材が、第２工程で求めた軸心ラインの位置に沿って移動するものとして、第２工程で求めた軸心ラインの位置と第３工程で求めた掘進距離とに基づいて基準胴部材の位置をリアルタイムで算出することができ、そして、この基準胴部材の位置と基準胴部材よりも前方の中折れ部の中折れ角とに基づいて、基準胴部材よりも前側の１又は複数の胴部材の位置を算出することができる。
【００１６】
尚、基準胴部材よりも後側に１又は複数の胴部材が存在する場合、その胴部材位置については、基準胴部材と同様に、第２工程で求めた軸心ラインの位置に沿って移動するものとして、第２工程で求めた胴部材の位置及び軸心ラインの位置と第３工程で求めた掘進距離とに基づいて算出してもよいし、基準胴部材よりも前側の胴部材と略同様に、この基準胴部材の位置と基準胴部材よりも後方の中折れ部の中折れ角とに基づいて算出するようにしてもよい。
【００１７】
請求項３の掘進機の位置計測方法は、請求項１又は２の発明において、前記掘進機がトンネル内面を覆工する覆工管の長さの整数倍掘進する毎に、前記第１工程および第２工程を行うことを特徴とするものである。掘進機がトンネル内面を覆工する覆工管の長さの整数倍掘進すると、トンネル内面の掘進機と発進立坑との間を覆工管で覆工でき、その覆工管内に沿って計測用走行体を移動させることが可能となるため、第１工程および第２工程を確実に行うことが可能になる。
【００１８】
請求項４の掘進機の位置計測方法は、請求項３の発明において、前記基準胴部材が、掘進機の先端から前記覆工管の長さよりも後側に位置する胴部材であることを特徴とするものである。少なくとも掘進機が覆工管の長さ掘進するまでの間は、基準胴部材は第２工程において求めた軸心ラインの位置に沿って確実に移動するため、第４工程において、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで確実に算出することが可能になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施形態は、発進立坑から発進させた掘進機でトンネルを掘進しつつ、そのトンネル内に複数の覆工管を発進立坑から１本ずつ継ぎ足しながら元押し装置で押し込んでいって下水道管を地中に配設する工法に、本発明を適用した場合の一例である。
【００２０】
図１に示すように、掘進機１を発進させる発進立坑２の近くに、内部にコントロール装置７を設けた遠隔制御室６、送泥ポンプ９を含む送泥装置８、泥水処理装置１０、滑材供給装置１１等が設置され、発進立坑２内に、発進架台１２、押し込みジャッキ１４を有する元押し装置１３、排泥ポンプ１５、水位計１６、リヤワインダ１７、シーブ１８等が設置されている。
【００２１】
図１、図４、図９に示すように、掘進機１は、５つの第１〜第５胴部材２０〜２４を中折れ可能な中折れ部２５〜２８を介して直列状に連結してなる遠隔操作型自動掘進機であり、その遠隔操作が遠隔制御室６でコントロール装置７を使って行われる。先頭の第１胴部材２０は掘進機本体３０の胴部材であり、この第１胴部材２０に後続する第２〜第５胴部材２１〜２４が、前側から順番に、強制管、ポンプ筒、後続管１、後続管２とされている。
【００２２】
掘進機本体３０は、カッターヘッド３１とカッター駆動油圧モータ３２有し、カッター駆動油圧モータ３２によりカッターヘッド３１が回転駆動されて前方の地山を掘削する。その際、掘進機本体３０から前方の地山に泥水が噴射されるが、その泥水は送泥装置８の送泥ポンプ９により発進立坑２とトンネル３（覆工管４）内に配設された送泥管３３を通って掘進機本体３０に供給される。
【００２３】
カッターヘッド３１で掘削された掘削土はチャンバー内に取り込まれ、第３胴部材２２の内部に設けられた排泥中継ポンプ３４により、泥水と共に攪拌されてチャンバーからトンネル３（覆工管４）内に配設された排泥管３５を通って発進立坑２側へ排出され、発進立坑２から排泥ポンプ１５により排泥管３７を通って泥水処理装置１０に送り込まれて処理される。そこで泥水処理された泥水は送泥装置８に供給され、再度、掘進機本体３０に供給する泥水として使用される。
【００２４】
掘進機１の胴部材２０〜２４とトンネル３の内面間に作用する摩擦力を低減し、また、覆工管４とトンネル３の内面間に作用する摩擦力を低減するために、滑材供給装置１１により滑材が発進立坑２とトンネル３（覆工管４）内に配設された滑材供給管３８を通って第２胴部材２１に供給され、この第２胴部材２１から滑材がトンネル３の内面と胴部材２０〜２４及び覆工管４との間に供給される。
【００２５】
図６に示すように、掘進機１には、第１胴部材２０と第２胴部材２１とを連結する複数（例えば、４つ）の中折れジャッキ５５が設けられ、また、中折れ部２５〜２８の中折れ角を夫々検出する４組の中折れ角検出センサ５６が設けられている。各中折れ角については、連結された一方の胴部材に対する他方の胴部材の横方向振り角、更には縦方向振り角を検出するようにしてもよい。尚、カッター駆動油圧モータ３２と中折れジャッキ５５に油圧を供給する油圧供給装置４２も設けられている。また、最後尾の第５胴部材２４は後述の計測用走行体４１（以下、走行体４１という）の格納庫として使用され、その第５胴部材２４の内部には、フロントワインダ３９が設けられている。
【００２６】
図２に示すように、各覆工管４は、例えば、直径400m〜600mm 、長さ2455mmのコンクリート製のヒューム管である。この覆工管４の一端は雄部４ａに他端は雌部４ｂに形成され、雌部４ｂにはリング状のクッション材４ｃとシール材４ｄが装着され、覆工管４の雌部４ｂに別の覆工管４の雄部４ａが嵌め込まれてクッション材４ｃとシール材４ｄを介して接続される。
【００２７】
掘進機１を発進立坑２から発進させる際には、分割された第１胴部材２０〜第５胴部材２４をクレーン等により発進立坑２内に順々に搬入し、順々に連結して元押し装置５を用いて発進させる。掘進機１の発進後においては、複数の覆工管４をクレーン等により発進立坑２内に順々に搬入し、先頭の覆工管４については、掘進機１と元押し装置５の間にセットし、元押し装置５で前方へ押動する。
【００２８】
また、２番目以降の覆工管４について、その前側の覆工管４と接続した状態で、前側の覆工管４と元押し装置５の間にセットし、元押し装置５で前方へ押動する。すると、接続された複数の覆工管４は前方へ一体的に押動され、先頭の覆工管４が掘進機１を押すことで掘進機１が推進する。元押し装置１３には、その押し込み量を検出する押し込み量検出センサ１３ａが設けられている。
【００２９】
さて、掘進機１で予定経路のトンネル３を掘削し、下水管を予定経路で配設するために、発進立坑２からのトンネル経路と掘進機１の位置を測定する必要がある。そのために、図１、図３、図４に示すように、掘進機１で掘削されたトンネル３内（覆工管４内）に沿って複数の走行管４０を直列状に接続した状態で配置し、これら複数の走行管４０内を走行体４１を走行させ、走行体４１の走行距離と方位角とを検出するようにしている。
【００３０】
走行管４０は例えばステンレン製の断面正方形の角筒状に形成され、長さの異なる２種類の第１，第２覆工管４０が用意されている。図５に示すように、例えば、第１覆工管４０の長さは2455mmであり、第２覆工管４０の長さは2250mmであり、これら覆工管４０の長さの差は2455mm−2250mm＝205mm である。各覆工管４０とその覆工管４０に接続される覆工管４０は、連結部材（図示略）により鉛直軸心回りに回動可能に連結される。
【００３１】
先頭の走行管４０は掘進機最後尾の第５胴部材２４に連結され、その先頭の走行管４０から後側（発進立坑２側）へ延びるように複数の走行管４０が直列状に連結され、最後尾の走行管４０が最後尾の覆工管４よりも少し後側へ突出した状態に配置される。先頭の走行管４０は第５胴部材２４に連結されているため、元押し装置５により覆工管４が前方へ押されると掘進機１も前方へ押されるため、掘進機１に引かれるように走行管４０が掘進機１及び覆工管４と一体的に前方へ移動する。
【００３２】
図３に示すように、各走行管４０には、走行管４０と同じ長さの、電気ケーブル配管４２、送泥管３３ａ、排泥管３６ａ、滑材供給管３８ａ等が平行に配設され、これらの管４０，４２，３３ａ，３６ａ，３８ａが一体化されてインナーユニット４３を構成している。各インナーユニット４３は複数の車輪（図示略）を有し、その車輪により覆工管４内においてトンネル軸心方向に走行可能に安定した姿勢で支持され、走行管４０は常時トンネル軸心部分に位置した状態になる。
【００３３】
覆工管４内において、各インナーユニット４３の管４０，４２，３３ａ，３６ａ，３８ａと、そのインナーユニット４３と隣合うインナーユニット４３の管４０，４２，３３ａ，３６ａ，３８ａとが夫々接続される。複数の電気配管４２には、掘進機１側に必要な電力を供給する電力ケーブル、掘進機１側から必要な検出信号をコントロール装置７へ送信する信号ケーブル等が通っている。
【００３４】
こうして、トンネル３内に沿って直列状に接続した状態で配置された複数の走行管４０内に走行体４１が走行可能に配置され、先頭の走行管４０は掘進機最後尾の第５胴部材２４の内部に連結され、最後尾の走行管４０は最後尾の覆工管４よりも後側へ突出しているが、先頭の走行管４０の前側にフロントワインダ３９が設けられ、最後尾の走行管４０の後側にシーブ１８が設けられ、元押し装置１３の上側にリヤワインダ１７が設けられている。
【００３５】
走行体４１から前方へ延びるワイヤ４５（紐）がフロントワインダ３９で巻き取られると走行体４１が掘進機１に向かって走行し、走行体４１から後方へ延びるワイヤ４６（ケーブル）がリヤワインダ１７で巻き取られると走行体４１が発進立坑２に向かって走行する。ここで、先頭の走行管４１には走行体フロント位置検出スイッチ５７（図６参照）が装着され、最後尾の走行管４１には走行体リヤ位置検出スイッチ５８（図６参照）が装着されている。また、リヤワインダ１７には、ワイヤ繰り出し又は巻き取りと共に回転する回転体の回転量から、ワイヤ繰り出し又は巻き取り量を検出するワイヤ量検出手段としてのエンコーダ１７ａ（図６参照）が設けられている。
【００３６】
トンネル３内に沿って複数の走行管４０を直列状に接続した状態で配置しいく場合には、覆工管４を１つずつ継ぎ足す毎に、走行管４０を有するインナユニット４３を１つずつ継ぎ足してトンネル３内に入れていく。覆工管４及びインナユニット４３を継ぎ足す場合、走行体４１をワイヤ４５から切り離して走行管４０の外へ退避させ、シーブ１８を邪魔にならないように退避させた状態で行う。
【００３７】
図４、図６に示すように、走行体４１には、複数の車輪４１ａが装備されると共に、３次元ジャイロからなる方位計５０と３次元加速度計５１が設けられ、また、発光部と受光部を有する管数検出手段の検知手段に相当する光学センサ５２が下方に向けて設けられている。各走行管４０の底壁にその右短から一定距離の所定位置に被検知部としての穴５３（例えば、直径17mmの円形穴）が設けられ、その穴５３の真上を走行体４１の光学センサ５２が通る時に穴５３を検知可能になっている。走行体４１に設けられた方位計５０及加速度計５１び光学センサ５２から夫々延びる信号線は、ケーブルからなるワイヤ４６の中を通って、コントロール装置７に接続されている。
【００３８】
さて、発進立坑２からのトンネル３の経路と掘進機１の位置を計測する方法について説明するが、先ず、図６の制御系を含むブロック図について説明する。
図６に示すように、コントロール装置７は、コンピュータ６０とディスプレイ６１と操作パネル６２を有し、そのコントロール装置７により、掘進機１、元押し装置１３、フロントワインダ３９、リヤワインダ１７が制御される。
【００３９】
また、このコントロール装置７には、掘進機１の４組の中折れ角検出センサ５６、元押し装置１３の押し込み量検出センサ１３ａ、走行体４１の方位計５０と加速度計５１と走行体５２、リヤワインダ１７のエンコーダ１７ａ、走行体フロント位置検出スイッチ５７、走行体リヤ位置検出スイッチが、夫々信号線を介して電気的に接続され、これらの信号に基づいて、発進立坑２からのトンネル３の経路と掘進機１の位置を計測し、掘進機１を含む前記各種制御を行う。
【００４０】
次に、コントロール装置７により実行される、発進立坑２からのトンネル３の経路と掘進機１の位置を計測する方法について、図７、図８のフローチャートに基づいて説明する。尚、フローチャート中のＳｉ（ｉ＝１、２、３・・・）は各ステップを示す。
【００４１】
図７に示すように、オペレータ操作による走行体４１での計測開始指示があると（Ｓ１；Yes ）、走行体リヤスイッチ５８がＯＮのときには（Ｓ２；Yes ）、走行体４１が最後尾の走行管２の位置（以下、初期位置という）に停止している状態であるため、次に、その走行体４１の初期位置が、走行距離０として方位計５０と加速度計５１の計測値に基づいて設定される（Ｓ３）。
【００４２】
次に、掘進機１による掘削が中断状態の場合に（Ｓ４；Yes ）、フロントワインダ３９が駆動されて、フロントワインダ３９によりワイヤ４５が巻き取られて、走行体４１の走行が開始され（Ｓ５）、走行体４１は掘進機１に向かって例えば時速５kmで走行していく。その際、リヤワインダ１７には適当な繰り出し負荷が与えられた状態で、リヤワインダ１７からワイヤ４６が繰り出されていく。尚、計測開始指示があっても（Ｓ１；Yes ）、走行体リヤスイッチ５８がＯＦＦのときと（Ｓ２；No；このとき、走行体４１を初期位置まで自動的に走行させてもよい）、掘進中断状態でないとき（Ｓ４；No）には、Ｓ１へリターンする。
【００４３】
Ｓ５において走行体４１が走行を開始すると、次に、走行体４１の走行距離が計測され（Ｓ６）、走行体４１の方位計５０による方位角（方位角変化）が計測される（Ｓ７）。これらの計測は、走行体４１が掘進機１の最後尾の第５胴部材２４に到着して、走行体フロントスイッチフロントスイッチ５７がＯＮするまで行われる。走行体フロントスイッチリヤスイッチ５７がＯＮになり（Ｓ８；Yes ）、走行体４１が第５胴部材２４に到着すると、フロントワインダ３９によるワイヤ４５の巻き取りが停止されて、走行体４１の走行が停止される（Ｓ９）。
【００４４】
ここで、Ｓ６の走行体４１の走行距離の計測方法について、図８のフローチャートに基づいて説明する。この走行距離の計測は、コントロール装置７により自動的に演算して行われ、先ず、第１，第２走行管数Ｘ，Ｙが夫々０に設定されてコンピュータ６０の記憶部（ＲＡＭ等）に記憶され（Ｓ２０）、ワイヤ繰り出し量Ｚが０に設定されてコンピュータ６０の記憶部に記憶される（Ｓ２１）。
【００４５】
次に、リヤワインダ１７のエンコーダ１７ａからのエンコーダ信号が読み込まれ（Ｓ２２）、そのエンコーダ信号によりワイヤ繰り出し量Ｚが算出され（Ｓ２３）、コンピュータ６０の記憶部に更新記憶され、走行体４１の走行距離ＬがＸ×2445＋Ｙ×2250＋Ｚ(mm)の式で算出される。走行体４１が走行を開始して当初はＸ，Ｙは共に０であるため、走行距離Ｌはワイヤ繰り出し量Ｚとなる。
【００４６】
次に、走行体４１の光学センサ５２により、被検知部である穴５３が検知されたか否か判定され（Ｓ２５）、光学センサ５２がＯＦＦのとき、被検知部の検知無しと判定されて（Ｓ２５；No）Ｓ２２へリターンし、Ｓ２２〜Ｓ２４が繰り返し行われる。光学センサ５２が穴５３の真上を通るとき、光学センサ５２がＯＮされ、被検知部の検知有りと判定されて（Ｓ２５；Yes ）Ｓ２６へ移行する。
【００４７】
Ｓ２６では、被検知部の検知有りと判定された時のワイヤ繰り出し量Ｚが2455(mm)以上か否か判定され（Ｓ２６）、Ｚ≧2455(mm)のときには（Ｓ２６；Yes ）、前回被検知部を検知した時からのワイヤ繰り出し量Ｚ（初期位置から初めて検知したときには初期位置からの距離）に対応する走行管４０が長さ2455(mm)の第１走行管４０であると判定されて、第１走行管数ＸがＸ＋１にインクリメントされる（Ｓ２７）。
【００４８】
Ｚ≧2455(mm)でないときには（Ｓ２６；No）、前回被検知部を検知した時からのワイヤ繰り出し量Ｚに対応する走行管４０が長さ2255(mm)の第２走行管４０であると判定されて、第２走行管数ＹがＹ＋１にインクリメントされる（Ｓ２８）。Ｓ２７又はＳ２８の後はＳ２１へリターンし、ワイヤ繰り出し量Ｚが０にリセットされ（Ｓ２１）、続いてＳ２２以降が実行される。
【００４９】
Ｓ２６の判定原理について詳細に説明すると、本願発明者等が試験により実際と同じ条件でワイヤ４６の伸び量を測定してみた結果、約50ｍのワイヤの繰り出しに対して約１ｍ（約２％）の伸び即ち誤差が生じた。つまり、第２走行管４０の１本当りのワイヤ繰り出し量（長さ）の誤差約49.1(mm)＝2455(mm)×0.02よりも、第１走行管４０と第２走行管４０の長さの差2455(mm)−2250(mm)＝205(mm) の方が大きくなるため、被検知部有りと判定された時のワイヤ繰り出し量Ｚが、2455(mm)以上であれば第１走行管４０であると確実に判定でき、2455(mm)よりも小さければ第２走行管４０であると確実に判定できるようになる。
【００５０】
以上、この走行体距離計測方法によれば、第１，第２走行管４０の長さ2455(mm)，2250(mm)を予め記録しておき、走行体４１が掘進機１側に一方向に向かって走行する際に通過した第１，第２走行管４０の数Ｘ，Ｙを検出し、その検出された第１，第２走行管４０の数Ｘ，Ｙと第１，第２走行管４０の記録された長さ2455(mm)，2250(mm)に基づいて、走行体４１の走行距離Ｌを演算し計測する。
【００５１】
この場合、走行体４１に検知手段としての光学センサ５２を予め設け、各走行管４０の所定位置に予め設けた被検知部としての穴５３を光学センサ５２で検知することにより、更に、光学センサ５２が各穴５３を検出してから次の穴５３を検出する迄の、走行管１本当りのワイヤ繰り出し量Ｚに基づいて、その走行管の種類を判別することにより、前記第１，第２走行管４０の数Ｘ，Ｙを確実に検出することができる。
【００５２】
また、走行体４１はワイヤ牽引式の走行体であり、このワイヤ繰り出し量Ｚを検出するワイヤ量検出手段としてのエンコーダ１７ａを予め設けておき、走行体４１の走行距離のうち、光学センサ５２が各走行管４０の穴５３を検知してから次の穴５３を検知する迄の距離Ｚは、エンコーダ１７ａを用いて検出したワイヤ繰り出し量から求めるようにしている。
【００５３】
こうして、走行体４０の走行距離Ｌを前記のＸ×2445＋Ｙ×2250＋Ｚ(mm)の式から算出することができる。従来、ワイヤの繰り出し量のみで走行体の走行距離を求める場合、例えば、掘進機１で300 ｍのトンネルを掘削する場合には誤差が約６ｍにもなるが、上記の計測方法を用いた場合には、ワイヤの繰り出しによる約最大誤差49.1(mm)＝2455(mm)×0.2 程度に加えて、走行管の接続による誤差等を加味しても80mm以下に抑えることが可能になり、走行体４１の走行距離を測定する精度を大幅に向上させることが可能になる。
【００５４】
さて、図７に示すように、Ｓ９において、走行体４１が掘進機最後尾の第５胴部材２４に停止すると、次に、Ｓ６で計測した走行体４１の走行距離ＬとＳ７で計測した走行体４１の方位角とに基づいて、掘進機最後尾の第５胴部材２４の位置Ｐ５が計測され（Ｓ１０）、続いて、４つの中折れ角検出センサ５６により各中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-2 〜ａ4-5 が計測される（Ｓ１１）。
【００５５】
次に、Ｓ１０で計測された掘進機最後尾の第５胴部材２４の位置Ｐ５と、Ｓ１１で計測された各中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-2 〜ａ4-5 とを用いて、掘進機１の５つの第１〜第５胴部材２０〜２４の位置Ｐ１〜Ｐ５が算出され（尚、第５胴部材２４の位置Ｐ５はＳ１０で計測された位置Ｐ５が採用される）、掘進機１の軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬ（図９参照）が算出される（Ｓ１２）。
【００５６】
その後、掘進機１によりトンネル掘削中（Ｓ１３；Yes ）に、４つの中折れ角検出センサ５６により各中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-2 〜ａ4-5 と、元押し装置１３の押し込み量検出センサ１３ａにより、押し込み量となる掘進機１の掘進距離ＥＬがリアルタイムで計測さる（Ｓ１４）。
【００５７】
そして、Ｓ１２で求めた掘進機１の軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬ、及び、５つの第１〜第５胴部材２０〜２４のうちの基準胴部材となる第２胴部材２１の位置Ｐ２と、Ｓ１４で計測した各中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-2 〜ａ4-5 と掘進距離ＥＬにより、５つの第１〜第５胴部材２０〜２４の位置Ｐ１〜Ｐ５がリアルタイムで算出され（Ｓ１５）、その後Ｓ１３へリターンする。この基準胴部材となる第２胴部材２１は、掘進機１の先端から覆工管４の長さよりも後側に位置する胴部材であり、即ち、第１胴部材２０は覆工管４よりも長い胴部材となる。
【００５８】
掘進機１によりトンネル掘削中でないときに（Ｓ１３；No）、走行体４１での計測を行う場合には（Ｓ１６；Yes ）、Ｓ１へリターンし、走行体４１での計測を行わない場合には（Ｓ１６；No）、Ｓ１３へリターンする。
【００５９】
ここで、Ｓ１５においては、Ｓ１２で求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬと、Ｓ１４で求めた掘進距離ＥＬとに基づいて、基準胴部材である第２胴部材２１の位置Ｐ２を算出し、この第２胴部材２１の位置Ｐ２と、第２胴部材２１よりも前方の中折れ部２５の中折れ角ａ1-2 とに基づいて、第２胴部材２１よりも前側の先頭の胴部材２０の位置Ｐ１を算出することができる。
【００６０】
ここで、Ｓ１５において基準胴部材である第２胴部材２１の位置Ｐ２を算出する場合には、図９に示すように、中折れ部２６のうち軸心ラインＣＬを通る点Ｘは、掘進後も必ず軸心ラインＣＬを通ることになり、これにより、第２胴部材２１の位置Ｐ２を、Ｓ１２で求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬと、Ｓ１４で求めた掘進距離ＥＬとに基づいて算出することができる。
【００６１】
掘進機１がトンネル内面を覆工する覆工管４の長さの整数倍掘進する毎に、Ｓ１６において走行体４１での計測を行うようにして、Ｓ１〜Ｓ１２を行うようにすることが望ましい。
【００６２】
以上、この掘進機１の位置計測方法によれば、掘削中断状態において（Ｓ４；Yes ）、トンネル３内に沿って走行体４１を移動させて掘進機最後尾の第５胴部材２４の発進立坑２からの位置を計測すると共に（Ｓ１０）、中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-２〜ａ4-5 を計測する（Ｓ１２）。Ｓ１２において、Ｓ１０とＳ１１で計測した掘進機最後尾の第５胴部材２４の位置と中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-２〜ａ4-5 とを用いて、掘進機１の複数の胴部材２０〜２４の発進立坑２からの位置Ｐ１〜Ｐ５を算出して掘進機１の軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬを算出する。
【００６３】
その後Ｓ１４において、トンネル掘削中に、中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-２〜ａ4-5 とＳ１１（Ｓ１２）後に掘進機１で掘進した掘進距離Ｌをリアルタイムで計測し、Ｓ１５において、Ｓ１２で求めた掘進機１の軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬおよび複数の胴部材２０〜２４のうちの基準胴部材２１の位置Ｐ２と、Ｓ１４で計測した中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-２〜ａ4-5 および掘進距離Ｌとに基づいて、複数の胴部材２０〜２４の発進立坑２からの位置Ｐ１〜Ｐ５をリアルタイムで算出する。
【００６４】
走行体４１をトンネル３内に沿って掘進機１と発進立坑２との間を移動させることで、掘進機最後尾の第５胴部材２４の発進立坑２からの距離と方位角とを計測して第５胴部材２４の位置Ｐ５を計測することができ、この第５胴部材２４の位置Ｐ５を計測した後において、トンネル掘進中のＳ１４では方位計を用いて方位角をリアルタイムで計測する必要はなく、勿論、Ｓ１５工程でも前記方位角には基づかずに複数の胴部材２０〜２４の発進立坑２からの位置Ｐ１〜Ｐ５をリアルタイムで正確に算出することができる。
【００６５】
つまり、掘進機１に方位計を搭載しなくても、複数の胴部材２０〜２４の発進立坑２からの位置をリアルタイムで算出できるようになり、その結果、方位計が水没するのを防止することができる。しかも、走行体４１には方位計５０を搭載する必要があるが、その方位計５０で掘進中に正確な方位角をリアルタイムで計測する必要もないため、それ程高価な方位計を適用する必要がなく、結局設備コストを大幅に削減することが可能になる。
【００６６】
ここで、Ｓ１５においては、Ｓ１２で求めた掘進機１の軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬおよび複数の胴部材２０〜２４のうちの基準胴部材２１の位置Ｐ１と、Ｓ１４で計測した中折れ部２５〜２８の中折れ角ａ1-２〜ａ4-5 および掘進距離Ｌとに基づいて、複数の胴部材２０〜２４の発進立坑２からの位置Ｐ１〜Ｐ５をリアルタイムで算出するが、ここで算出した複数の胴部材２０〜２４のうちの基準胴部材２１の位置Ｐ２と、これに基づいて算出できる軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬを、Ｓ１２で求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬと併用することができ、これにより、第１〜Ｓ１２を頻繁に行わなくても、掘進機１の複数の胴部材２０〜２４の位置Ｐ１〜Ｐ５をリアルタイムで算出できる。
【００６７】
Ｓ１５においては、Ｓ１１（Ｓ１２）後に掘進した掘進機１の基準胴部材２１が、Ｓ１２で求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬに沿って移動するものとして、Ｓ１２で求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬとＳ１４で求めた掘進距離Ｌとに基づいて基準胴部材２１の位置Ｐ２をリアルタイムで算出することができ、そして、この基準胴部材の２１位置Ｐ２と基準胴部材２１よりも前方の中折れ部２５の中折れ角ａ1-２とに基づいて、基準胴部材２１よりも前側の胴部材２０の位置Ｐ１を算出することができる。
【００６８】
尚、基準胴部材２１よりも後側の胴部材２２〜２４の位置Ｐ３〜Ｐ５については、基準胴部材２１と同様に、Ｓ１２で求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬに沿って移動するものとして、Ｓ１２で求めた胴部材２２〜２４の位置Ｐ３〜Ｐ５及び軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬとＳ１４で求めた掘進距離Ｌとに基づいて算出してもよいし、基準胴部材２１よりも前側の胴部材２０と略同様に、この基準胴部材２１の位置Ｐ２と基準胴部材Ｐ２よりも後方の中折れ部２６〜２８の中折れ角2-3 〜ａ4-5 とに基づいて算出するようにしてもよい。
【００６９】
掘進機１がトンネル２内面を覆工する覆工管３の長さの整数倍掘進する毎に、Ｓ１〜Ｓ１２を行うので、トンネル３内面の掘進機１と発進立坑２との間を覆工管４で覆工でき、その覆工管４内に沿って走行体４１を移動させることが可能となるため、Ｓ１〜Ｓ１２を確実に行うことが可能になる。
【００７０】
基準胴部材２１が、掘進機１の先端から覆工管４の長さよりも後側に位置する第２胴部材２１であるので、少なくとも掘進機１が覆工管４の長さ掘進するまでの間は、基準胴部材２１はＳ１２において求めた軸心ラインＣＬの位置ＰＣＬに沿って確実に移動するため、Ｓ１５において、複数の胴部材２０〜２４の発進立坑２からの位置をリアルタイムで確実に算出することが可能になる。
【００７１】
尚、Ｓ４〜Ｓ１１が第１工程に相当し、Ｓ１２が第２工程に相当し、Ｓ１４が第３工程に相当し、Ｓ１５が第４工程に相当する。
【００７２】
尚、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を付加して実施することが可能である。例えば、走行体を自走式走行体にしてもよい。この場合、例えば、走行体から発進立坑側へ延びるケーブルをワインダ装置により巻き取り可能にして、走行体が掘進機側へ走行する際に繰り出される繰り出し量をエンコーダ等により計測して、上記の走行体の走行距離を計測する方法に適用してもよい。
【００７３】
【発明の効果】
請求項１の掘進機の位置計測方法によれば、第１工程においては、計測用走行体に少なくとも方位計を搭載し、この計測用走行体をトンネル内に沿って掘進機と発進立坑との間を走行させることで、掘進機最後尾の胴部材の発進立坑からの距離と方位角を計測して位置を計測できるが、この第１工程で掘進機最後尾の胴部材を計測した後において、トンネル掘進中の第３工程では方位計を用いて方位角をリアルタイムで計測する必要はなく、勿論、第４工程でも前記方位角には基づかずに複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出できる。
【００７４】
つまり、掘進機に方位計を搭載しなくても、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出できるようになり、その結果、方位計が水没するのを防止することができる。しかも、走行体には方位計を搭載する必要があるが、その方位計で掘進中に正確な方位角をリアルタイムで計測する必要もないため、それ程高価な方位計を適用する必要がなく、結局設備コストを大幅に削減することが可能になる。
【００７５】
第４工程においては、第２工程で求めた掘進機の軸心ラインの位置および複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、第３工程で計測した中折れ部の中折れ角および掘進距離とに基づいて、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出するが、ここで算出した複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、これに基づいて算出できる軸心ラインの位置を、第２工程で求めた軸心ラインの位置と併用することができる。これにより、第１，第２工程を頻繁に行わなくても、掘進機の複数の胴部材の位置をリアルタイムで算出できる。
【００７６】
請求項２の掘進機の位置計測方法によれば、第４工程において、第１工程後に掘進した掘進機の基準胴部材が、第２工程で求めた軸心ラインの位置に沿って移動するものとして、第２工程で求めた軸心ラインの位置と第３工程で求めた掘進距離とに基づいて基準胴部材の位置をリアルタイムで算出することができ、そして、この基準胴部材の位置と基準胴部材よりも前方の中折れ部の中折れ角とに基づいて、基準胴部材よりも前側の１又は複数の胴部材の位置を算出できる。
【００７７】
請求項３の掘進機の位置計測方法によれば、掘進機がトンネル内面を覆工する覆工管の長さの整数倍掘進する毎に、前記第１工程および第２工程を行うので、掘進機がトンネル内面を覆工する覆工管の長さの整数倍掘進すると、トンネル内面の掘進機と発進立坑との間を覆工管で覆工でき、その覆工管内に沿って計測用走行体を移動させることが可能となるため、第１工程および第２工程を確実に行うことが可能になる。
【００７８】
請求項４の掘進機の位置計測方法によれば、基準胴部材が、掘進機の先端から前記覆工管の長さよりも後側に位置する胴部材であるので、少なくとも掘進機が覆工管の長さ掘進するまでの間は、基準胴部材は第２工程において求めた軸心ラインの位置に沿って確実に移動するため、第４工程において、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで確実に算出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る下水道管の地中配設工法を示す概略図である。
【図２】覆工管の斜視図である。
【図３】走行管を含むインナユニットの斜視図である。
【図４】トンネル内の覆工管と走行管と走行体等の縦断面図である。
【図５】第１，第２走行管の長を示す図表である。
【図６】下水道管の地中配設工法に用いる制御系等のブロック図である。
【図７】位置計測の為のフローチャートである。
【図８】走行距離計測の為のフローチャートである。
【図９】掘進中の掘進機の概略図である。
【符号の説明】
１ 掘進機
３ トンネル
７ コントロール装置
１３ 元押し装置
１３ａ 押し込み量検出センサ
１７ａ エンコーダ
２０〜２４ 第１〜第５胴部材
２５〜２８ 中折れ部
３９ フロントワインダ
４０ 走行管（第１，第２走行管）
４１ 走行体
５２ 光学センサ（検知手段）
５３ 穴（被検知部）
５０ 方位計
５６ 中折れ角検出センサ
Claims (4)
- 複数の胴部材を中折れ可能な中折れ部を介して直列状に連結してなる遠隔操作型自動掘進機の発進立坑からの位置を計測する方法において、
掘削中断状態において、トンネル内に沿って計測用走行体を移動させて掘進機最後尾の胴部材の発進立坑からの位置を計測すると共に、中折れ部の中折れ角を計測する第１工程と、
前記計測した掘進機最後尾の胴部材の位置と中折れ部の中折れ角とを用いて、掘進機の複数の胴部材の発進立坑からの位置を算出して掘進機の軸心ラインの位置を算出する第２工程と、
トンネル掘削中に、中折れ部の中折れ角と第１工程後に掘進機で掘進した掘進距離をリアルタイムで計測する第３工程と、
前記第２工程で求めた掘進機の軸心ラインの位置および複数の胴部材のうちの基準胴部材の位置と、第３工程で計測した中折れ部の中折れ角および掘進距離とに基づいて、複数の胴部材の発進立坑からの位置をリアルタイムで算出する第４工程と、
を備えたことを特徴とする掘進機の位置計測方法。 - 前記第４工程において、第２工程で求めた軸心ラインの位置と第３工程で求めた掘進距離とに基づいて基準胴部材の位置を算出し、この基準胴部材の位置と基準胴部材よりも前方の中折れ部の中折れ角とに基づいて、基準胴部材よりも前側の１又は複数の胴部材の位置を算出することを特徴とする請求項１に記載の掘進機の位置計測方法。
- 前記掘進機がトンネル内面を覆工する覆工管の長さの整数倍掘進する毎に、前記第１工程および第２工程を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の掘進機の位置計測方法。
- 前記基準胴部材が、掘進機の先端から前記覆工管の長さよりも後側に位置する胴部材であることを特徴とする請求項３に記載の掘進機の位置計測方法。
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