JPS6247565A - 誘導制御によるトンネル掘進工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）産業上の利用分野 本発明は、トンネル築造に利用して有利な前方誘導制御
による躍進工法に関するものである。

（２）従来の技術 トンネルを築造する場合、先ず旧制場所の土質を事前調
査し、工事計画を立案した。

そして、作成したトンネル築造に従い、掘進機を翻削開
始地点に設置し、トンネル築造工事を進めるが、その掘
進機が計画通りに進んでいるかどうかを所定の間隔で測
量していた。

従来では、掘進機のずれ或いは位置を測量する方法は、
薦削開始用の発進場所に測量基点を設け、レーザー等の
光学測量器を設置し、躍進した掘進機の位置、距離等を
掘進機の後方から測定していた。そして、設計図からず
れていた場合には、計画線上に戻すため掘進機の掘削方
向を修正していた。

又、自走機能を有する躍進機の推進方向に設置しである
移動可能な誘導装置を目標とし、躍進機の推進を誘導装
置の方向となるように掘進機の推進を制御するトンネル
築造工法があり、特に曲線施工の場合はその曲線の計画
線上の位置に誘導体を逐次移動していた。

（３）発明が解決しようとする問題点 掘進機の後方から掘進機の位置、進行方向等を測定する
従来のトンネル築造工法では児道中の位置出しが困難で
あり、事前測定であるためトンネルが蛇行し易かった。

そのため、光の直進性の光学測量装置を利用する測量法
では、施工線形が直線であると掘削済みのトンネル先端
部の掘削開始基点から見通すことができず、測量基点を
逐次移動し測量するため、その測量基点の移設に伴う設
置精度の不良が原因でトンネルの計画線からずれたトン
ネルを築造する事があった。

さらに掘削済みトンネル内に置いである作業機械が測量
の障害となるため、それらを移動してから測量しなけれ
ばならず、掘削中の測量が困難である。又、掘削後も測
量障害物移動作業等により閘進機の位置、方向等の測定
に時間を費やしていた。そのため、トンネルの計画線と
掘削中の掘進機とのずれを修正する作業が遅れ必要以上
にトンネルを蛇行させることになる。

又、誘導体を移動させる前方制御方式であると、特にト
ンネルの計画線が曲線の場合その曲線上に誘導体を設置
しなければならず、設置精度がトンネル築造の正確性を
左右していた。

ざらに、従来は掘削場所の土質を事前に所定間隔測量し
、工事を施工していたが、実際の工事においては違った
地質に出会う場合もあり、工事が遅れる原因でもあった
。

本発明はこれらの欠点を解決するため、光学測量装置を
使用せず、又前方誘導制御方式における誘導体を移動す
ることなく、トンネルの計画線とのずれ及び掘削場所の
地質を瞬時に表示し、それに対処できるトンネル旧道工
法を提供することを目的とするものである。

（４）問題点を解決するための手段 本発明はこの目的を達成するために、トンネル築造の計
画線の近辺で且つ掘進機の推進前方に発信機を所定位置
に埋設し、該発信機の特定周波数の電波に同期する受信
機を掘進機に設置し、該受信機はその特定周波数の電波
により、該発信機との角度、距離及び該受信機前方の地
質を測量する測量装置とその測量装置によるデータを演
算する演算処理装置とその演算処理装置でのデータを表
示する表示装置とその表示に従って掘進機を制御する制
御装置を備え、計画線に沿ったトンネルを築造するもの
である。

（５）作　用 トンネルの計画線の近辺に誘導体である発信機を埋設し
、その発信機からの特定波数の電波を掘進機に取着の受
信機で受信する。その受信機に内蔵の測量装置、演算処
理装置、表示装置でこれから掘削する地質、及び掘進機
の修正方向と修正距離を正確にしかも瞬時に表示するこ
とができろ。そして、掘進機の軌道修正を行い、計画線
に沿ったトンネルを正確に築造することができる。

（６）実施例 本発明の実施例を図面により説明する。

第１図ａはトンネルを築造する機器の位置関係を正面か
ら見た状態を示すもので、先ずトンネル開削開始地点に
シールド掘進機（１）を設置し、トンネル掘削予定の計
画線（Ｌ）の近辺に第１　、ｆ信機（Ｈｌ）及び第２発
信機（Ｈｌ）を所定の深さて別々に埋設する。

その第１発信機（Ｈｌ）、第２発信機（１−４２）から
発信される特定周波数に同期する受信機（２）をシール
ド掘進機に取着する。

第１図１）は、側面から見た場合の図であり、第１発信
機（Ｈｌ）、第２発１！閾（Ｈｌ）の位置を示している
。

トンネル築造の工法を第２図ａ、ｂて示す線図説明する
と、先ず第２図ａは計画線（Ｌ）と発信１（Ｈｌ）及び
第２発信機（Ｈｌ）との位置関係を平面的に表示したも
ので、第２図すは第２図ａに対応する側面の説明線図で
ある。

Ｍｌは掘削開始点におけるシールド掘進１（＋）の位置
を示す。Ａ点及びＢ点は、計画線（Ｌ）の近辺に埋設し
た第１発信機（Ｈｌ）、及び第２発信礪（Ｈｌ）の固定
位置を示す。

ここで、計画線（Ｌ）と平行て且つＡ点を通過する第】
仮想線（ＬＡ）を想定し、又同様にＢ点を通過する第２
敗想線（ＬＢ）を想定する。そして、シールド見進機（
１）のＭｌ点を基準にしたＡ点及びＢ点までの距離と方
向を第１発信機（ｆ（Ｉ）、第２発信機（Ｈ２）からの
特定周波数の電波で夫々測定する。

そのＭ１点におけるＡ点と計画線（Ｌ）との角度をα１
とするならば、計画線（Ｌ）と第１１反想線（ＬＡ）と
の距離（、Ｊｌ）は Ｊ１＝ＭＩＡ　５目１αｌ て計算される。同様に、Ｍ１点におけるＢ点と計画線（
Ｌ）との角度をβ１とするならは、計画線（Ｌ）と第２
仮想線（Ｌ　Ｂ）との距離（Ｋｌ）はＫｌ　＝ＭＩ　Ｂ
−ｓｉｎβ１ て計算される。これらの距離は計画線（β５）と第１仮
想線（ＬＡ）及び第２仮想線（Ｌ［ｌ）とが夫々平行で
あるため、シールｌ”　ｌｌｉ進機（１）が計画線（Ｌ
）に沿って移動するならば常に一定である。

第２図すにおいて計画線（Ｌ）と直角に交差する水平の
仮想線をＸ軸とし、計画線（Ｌ）及びＸ軸と夫々直角に
交差する垂直の仮想線をＹ軸とする。Ｍ１点におけるＡ
点とＸ軸との角度をＱｌとし、同様にＢ点とＸ軸との確
度をＱｌとするならば、シールド掘進機（１）が計画線
（Ｌ）に沿って移動する場合、β１及びＱｌは常に一定
の角度である。

このＭ１点を基準にした、Ｊｌ及び１（１のＸ軸方向の
距離ＪＩＸ及びＫＩＸ、Ｙ軸方向の距離ＪＩＹ及びＫＩ
Ｙは夫々 、Ｊ　ＩＸ”　Ｊｌ・ｃｏｓＱｌ　＝ＭＩＡ−ｓｉｎα
１−ｃｏｓθ１ＫＩＸ＝　　にｌ　・ｃｏｓＱ　　１　
　　＝ＭＩＢ　　−５ｉｎ　β　ｌ　　・ｃｏｓ　　　
Ｑｌ、１１Ｖ＝　Ｊｌ−ｓｉｎθＩ　＝ＭＩＡ−ｓｉｎ
α１−ｓｉｎθｌＫ　ｎ＝にト５ｉｎＱ１　＝ＭＩＢ−
ｓｉｎ／３＋−５ｉｎ　Ｑｌて計算てきる。

こセて、シールｌ”［進１（１）が地中を掘削し、Ｍ２
点へ移動した場合を考える。

その間２地点での計画線（Ｌ）とＡ点及びＢ点との角度
をα２及びβ２とし、同様にＸ軸とＡ点及びＢ点との角
度を０２及びＱｌとし、ざらにＭ２点からのＡ点及びＢ
点までの距ｇｆｔＭ２Ａ及びト１２Ｂを測定する。そし
て、Ｍ２点と第１仮想線（ＬＡ）との最短距離Ｊ２は Ｊ２＝Ｍ２Ａ−８団α２ てあり、同様にＭ２点と第２仮想線（Ｉ、Ｂ）との最短
距離に２は Ｋ　２　＝　Ｍ２Ｂ−ｓｉｎβ２ である。

この、Ｊ　２及びに２のＸ軸方向の距離を夫々、Ｊ２Ｘ
及び■（２×とし、同様にＹ軸方向の距離を夫々Ｊ２Ｙ
及びに２Ｙとすれば１ 、Ｊ　２Ｘ＝　Ｊ２・ｃｏｓＱ２　＝Ｍ２Ａ−ｓｉｎα
２・ｃｏｓＱ２Ｋ　２Ｘ＝　Ｋ２・ｃｏｓＱ　２　　＝
　Ｍ２Ｂ　　−５ｉｎ　β　２　・ｃｏｓ　　Ｑｌ、Ｊ
　２Ｙ＝　ｊ２・ｓｉｎθ２　＝　Ｍ２Ａ−ｓ＋ｎα２
・ｓｉｎθ２Ｋ　２Ｖ＝　Ｋ２・５ｉｎＱ　２　　＝　
Ｍ２Ｂ　　−５ｉｎ　β　２・５ｌｌＩ　Ｑｌて計算さ
れる。

Ｍ２点とＡ点との測定噴による計算線（Ｌ　）からのＸ
軸方向及びＹ軸方向のずれを△ＸＡ及び△ＹＡとし、同
様にＭ２点とＢ点との測定値による計画線（Ｌ）からの
Ｘ軸方向及びＹ軸方向のずれを△ＸＢ及び△ＹＢとする
と、 △ＸＡ＝ＪＩＸ　−Ｊ２Ｘ ＝旧Ａ−ｓｉｎ　ａＩＮｃｏｓ　０２−Ｍ２Ａ情ｉｎ　
α２ｅｃｏｓ　θ２△ＹＡ＝ＪＩＹ　−Ｊ２’ｌ’ ＝ＭＩＡ・ｓｉｎ　　ａ　１ｓｉｎ　　θ２−Ｍ２Ａ＠
ｓｉｎ　　ａ　２・ｓｉｎ　　ｅ　２ΔＸＢ＝ＫＩＸ　
　−Ｋ２Ｘ ＝ＭＩトｓｉｎβＩφｃｏｓＱｌ　−Ｍ２Ｂ１１ｓｉｎ
β２−ｃｏｓＱ２△Ｙ　Ｂ＝ＫＩＶ　　−Ｋ２Ｙ ＝ＭＩＢ−８１ｎ　βｌ−５ｉｎＱ２　−　　Ｍ２［１
番ｓｉｎ　　β２＠５ｉｎＱ２として計算される。

理論的には △ＸＡ＝△ＸＢ、　　△ＹＡ＝△ＹＢ てあり、複数の発信機を必ずしも必要としない。

しかし、現実は測量精度からくる誤差があるため、複数
のずれ量を平均した方か正確性高い計算結果ができる。

よって、Ｘ軸方向の修正値をΔＸ、Ｙ軸方向の修正値△
Ｙは ΔＸ＝＜ΔＸＡ＋△ＸＢ）１／２ ΔＹ＝（△ＹＡ＋△ＹＢ）１／２ て計算され、Ｘ軸を基準にしたＭ２点におけるシールド
掘進機（１）の１１３正角Ｔ（よ△Ｙ ｊａｎＬｆ＝− △Ｘ として計算される。この計算はマイクロコンピュタ−を
使用することにより迅速に処理できる。第３図、曲線の
トンネルを築造する場合を考える。

計画した曲線の半径をＲ１半径中心なＯ１曲線開始点を
Ｍ２とするならば、 ０点を基準としたｍ２からの任意の移動角Ｚ３、Ｚ４・
・・・・・・・・Ｚｎに対応する曲線上の点ｍ　３　、
ｍ　４・・・・・・・・・ｍｎは計算で求めることがで
きる。このデータをマイクロコンピュータに記憶させて
おき、このｍ　３　、　ｍ　４・・・・・・ｎｌ【１の
計算による位置と掘進機とのずれを修正すれは、曲線の
トンネルを築造することができる。

（７）効　果 本発明は、固定した発信機と掘進■に設置した受信機で
必要データを測量し、それをマイクロコンピュータ等で
演算処理させ、間違ｎを制御させる工法であるため、測
量基点の移設が不要で設置不良によるトンネル築造精度
の悪化がない。

さらに、測量障害となる機械の移動が不要でトンネルが
湾曲していても工事が可能である。

又、誘導体を移設する前方誘導制御方式の従来工法に比
較して精度が良い。

又、掘進機前方の地質が瞬時に表示されるため、その地
質に対する工事の対応が迅速に行なえる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａはトンネル築造に使用する機器の位置を示す正
面図、第１図１）はその側面図、第２図ａは発信機と受
信機の平面的な位置関係線図、第２図すはその側面の説
明線図、第３図は湾曲したトンネルを築造する説明線図
である。 （１）・・・・・・・・・　シールド掘進機（２）・・
・・・・・・・受信機 （Ｌ）・・・・・・・・・計画線 （Ｈｌ）・・・・・・・・・　第１発信機（Ｈ２）・・
・・・・・・・　第２発信機特許出願人　　三井建設株
式会社 第１図Ｏ第１図ｂ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. トンネル築造の計画線の近辺で且つ掘進機の推進前方に
   発信機を所定位置に埋設し、該発信機の特定周波数の電
   波に同期する受信機を掘進機に設置し、該受信機はその
   特定周波数の電波により、該発信機との角度、距離及び
   該受信機前方の地質を測量する測量装置とその測量装置
   によるデータを演算する演算処理装置とその演算処理装
   置でのデータを表示する表示装置と、その表示に従って
   掘進機を制御する制御装置を備え、計画線とのずれを修
   正することを特徴とする前方誘導制御によるトンネル掘
   進工法。