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【発明の名称】 シールド掘削機の水平位置検出方法、およびシールド掘削機
【発明者】 【氏名】大塚 義一

【氏名】三澤 孝史

【氏名】石井 敏之
【要約】 【課題】シールド掘削機における磁力線の発生方法を改良することにより、簡単な構成で、シールド掘削機の水平位置を精度よく検出することのできる方法と装置を提案すること。

【解決手段】本発明のシールド掘削機の水平位置検出方法は、地中のシールド掘削機から発生させた磁力線を地上において検出することによって、シールド掘削機の水平位置を検出する方法において、前記磁力線の中心磁力線を、水平かつシールド掘削機の掘進方向に垂直な方向とし、地上においては前記磁力線の分布のピーク位置を求めることによって、シールド掘削機の水平位置を検出することを特徴としている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】地中のシールド掘削機から発生させた磁力線を地上において検出することによって、シールド掘削機の水平位置を検出する方法において、前記磁力線の中心磁力線を、水平かつシールド掘削機の掘進方向に垂直な方向とし、地上においては前記磁力線の分布のピーク位置を求めることによって、シールド掘削機の水平位置を検出することを特徴とするシールド掘削機の水平位置検出方法。
【請求項２】地上においては、シールド掘削機の掘進方向に垂直な方向の少なくとも３点で前記磁力線の強さを測定し、その測定結果に基づいて磁力線の分布を、直線もしくは曲線で近似することによって、分布のピーク位置を求めることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘削機の水平位置検出方法。
【請求項３】水平位置を検出するための磁力線を発生させる磁力線発生器を備えたシールド掘削機において、前記磁力線発生器は、中心磁力線を水平かつシールド掘削機の掘進方向に垂直な方向として発生させるように構成されていることを特徴とするシールド掘削機。
【請求項４】シールド掘削機の外殻の少なくとも磁力線発生器を覆う部分には、非磁性体からなるスリットがシールド掘削機の断面の円周に沿って形成されていることを特徴とする請求項３に記載のシールド掘削機。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘削機の地中における水平位置を地上から計測する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、小口径のシールド掘削機によるトンネル掘削の場合には、人が坑内に入れないので、立坑から掘削計画線に基づいてレーザー光線を照射して、それを基準にしてシールド掘削機を進める方法があったが、掘削計画線がカーブしている場合には対処できなかった。このような場合には、ジャイロコンパスを使用して測量しながら掘進することが行われている。即ち、ジャイロコンパスによって得られた掘進方向と、シールド掘削機の進んだ距離とに基づいて、水平方向の位置を計測するものである。しかし、ジャイロコンパスを用いた方法であっても、シールド掘削機が横滑りしながら進んだ場合には、正確な水平位置の計測ができないという問題があった。そこで、シールド掘削機の水平位置をより正確に計測する方法として、シールド掘削機から、中心磁力線を地上に向けるような状態で磁力線を出して、この磁力線を地上において検出することによって、シールド掘削機の地中における水平位置を計測する方法が、特開昭５９−１５３１８９号等において提案されている。特開昭５９−１５３１８９号の方法は、シールド掘削機の機内に磁力線発生装置を取り付けて、地上に向けて磁力線を出すものであるが、シールド掘削機の外殻による磁力線の遮蔽を防止するために、シールド掘削機の外殻の磁力線の通過箇所は樹脂等の非磁性体で形成されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述した特開昭５９−１５３１８９号のような磁力線を用いた方法では、シールド掘削機の外殻の一部を非磁性体としなければならないが、シールド掘削機の周辺部の土圧が作用するとともに、掘進のための推力も作用するため、それに耐えうる剛性が必要となる。従って、上述した非磁性体の取付部においては、磁性体そのものの剛性を高くするとともに、周辺部の補強も必要である。特に、特開昭５９−１５３１８９号の技術のように、コイルの軸を鉛直方向に設定して磁力線を垂直方向に出す方法では、非磁性体で形成された外殻部分の大きさを大きくしなければ地上において検出できないので、非磁性体およびその周辺部の補強のための費用がかかるという問題があった。また、地上における磁力線の検出に関しても、検出装置が複雑になってその政策費用がかかるとともに、その操作が複雑であって時間を要するという問題があった。
【０００４】そこで、本発明は、シールド掘削機における磁力線の発生方法を改良することにより、簡単な構成で、シールド掘削機の水平位置を精度よく検出することのできる方法と装置の提案を目的としてなされたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１のシールド掘削機の水平位置検出方法は、地中のシールド掘削機から発生させた磁力線を地上において検出することによって、シールド掘削機の水平位置を検出する方法において、前記磁力線の中心磁力線を、水平かつシールド掘削機の掘進方向に垂直な方向とし、地上においては前記磁力線の分布のピーク位置を求めることによって、シールド掘削機の水平位置を検出することを特徴としている。
【０００６】請求項２の方法は、地上においては、シールド掘削機の掘進方向に垂直な方向の少なくとも３点で前記磁力線の強さを測定し、その測定結果に基づいて磁力線の分布を、直線もしくは曲線で近似することによって、分布のピーク位置を求めることを特徴としている。請求項３のシールド掘削機は、水平位置を検出するための磁力線を発生させる磁力線発生器を備えたシールド掘削機において、前記磁力線発生器は、中心磁力線を水平かつシールド掘削機の掘進方向に垂直な方向として発生させるように構成されていることを特徴としている。請求項４のシールド掘削機は、シールド掘削機の外殻の少なくとも磁力線発生器を覆う部分には、非磁性体からなるスリットがシールド掘削機の断面の円周に沿って形成されていることを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかるシールド掘削機の水平方向検出方法とその方法に用いるシールド掘削機を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
【０００８】図１において、１は直径が520mm のシールド掘削機であり、先頭部分にはカッタヘッド１１が配置され、その後には掘削した土砂を排出するための送排泥装置１２や掘進方向を制御するための油圧ジャッキ１３等の必要な機器が配置されている。２は磁力線発生器であり、コイル２１とその駆動回路２２とから構成されている。図１、図２に示したように、前記コイル２１の軸方向は、水平かつシールド掘削機１の掘進方向に対して垂直となるように取り付けられている。このような取り付け方法によって、請求項に記載したように、磁力線の中心磁力線を、シールド掘削機の掘進方向に垂直な方向とするのである。なお、前記磁力線発生器２は磁力線発生手段に相当する構成である。
【０００９】前記磁力線発生器２の取り付け部分を拡大して示した図３において、１０はシールド掘削機１の外殻であり、その一部が開閉可能な発信器取り付け部３となっている。この発信器取り付け部３の中央部分には細長いスリット３１が設けられ、このスリット３１の内側にはゴム製の止水材３２が押さえ板３３によって密着して取り付けられている。この押さえ板３３にも前記スリット３１と同様のスリット３４が形成されている。これらのスリット３１、３４の大きさは、幅が20mm、長さが370mm 〜390mm 程度であり、直径が520mm の当該シールド掘削機１においては、断面の円形での中心角は約70度に設定されている。これらのスリット３１、３４は当該シールド掘削機１の断面の円周方向に沿って形成されている。即ち、スリット３１、３４の長手方向は当該シールド掘削機１の掘進方向に垂直な方向に形成されている。従って、前記コイル２１の軸方向とこれらのスリット３１、３４の長手方向とは一致している。
【００１０】コイル２１は取り付けブラケット３５に水平に取り付けられており、この取り付けブラケット３５は前記発信器取り付け部３に垂設されている。また、前記発振器取り付け部３の周囲は補強されている。なお、発振器取り付け部３の開口部が小さいため、ここで必要な補強を少なくすることができる。
【００１１】上記構成の磁力線発生器２によれば、図４において破線で示したような磁力線が形成される。そして、地上においては、前記スリット３１、３４を通過した磁力線のみが検出されるので、シールド掘削機１の掘進方向の分布は、図５の（Ａ）に示したようになり、コイル２１の真上以外ではほとんど検出されない。また、シールド掘削機１の掘進方向に垂直な方向の分布は、図５の（Ｂ）に示したようになり、コイル２１の真上がピークで、シールド掘削機１から遠ざかるにつれて小さくなる。
【００１２】図５の（Ｂ）に示されたような磁力線の分布を地上で測定することにより、磁力線の分布のピークを検出することができる。従って、そのピークが検出された位置の真下の地中にシールド掘削機１のコイル２１が存在することが検出できる。これによって、シールド掘削機による実際の掘削位置と計画線との変移を検出することができるのである。変移が検出された場合には前記油圧ジャッキ１３を制御して掘進方向を修正すればよい。
【００１３】次に、図６を参照して、磁力線の分布のピークをより迅速に検出する方法を説明する。シールド掘削機１の掘進距離に相当する点を計画線上に特定し、その点を通り計画線に垂直な方向の線に沿った所定間隔の３点Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３で磁力線の強さＶ１，Ｖ２，Ｖ３を測定する。なお、この３点の両端の点Ｐ１，Ｐ２間に磁力線の分布のピークが存在する必要があるが、通常のシールド掘削機は計画路線から大きくずれることはないので、特に問題とはならない。
【００１４】以上のようにして測定した磁力線の強さから次のようにして磁力線の分布のピークを求める。図６に示したように、中央の点Ｐ２を計画線上に設定し、３点の間隔をＬ／２とした場合、磁力線の分布を直線で近似すると、中央の点Ｐ２からのピークの偏心量Ｅは、次の３つの幾何学的関係式から算出することができる。
関係式１ Ａ：Ｂ＝（Ａ−Ｌ／２＋Ｅ）：Ｖ１関係式２ Ａ：Ｂ＝（Ａ−Ｅ）：Ｖ２関係式３ Ａ：Ｂ＝（Ａ−Ｌ／２−Ｅ）：Ｖ３ただし、Ｌは既知数、Ａ，Ｂ，Ｅは未知数。このような３点での磁力線の測定結果からシールド掘削機の計画線からの変移を検出する方法によれば、作業時間を大幅に短縮することが可能になった。なお、磁力線の分布を直線で近似することに代えて、種々の二次曲線や正規分布曲線で近似してもよい。
【００１５】次に、磁力線の分布を測定する装置について説明する。図７において、７は磁力線分布測定装置であり、計画線に沿って移動させるためのキャスター７１を備えたフレーム７０に磁力線検出器７２が乗せられている。この磁力線検出器７２はフレーム上に設けられた水平レール７３に沿って長さＬの範囲で移動可能に構成されている。前記フレームの中央には、磁力線分布測定装置７の中央を計画線に合わせるための下げ振り７４と、磁力線分布装置７の向きを計画線に合わせることによって前記水平レール７３を計画線に垂直な方向に合わせるためのレーザー光線照射器７５とを備えている。さらに、前記水平レール７３を水平に設定するために、前記フレームの脚７７には高さ調節機構を備えるとよい。磁力線分布測定装置７を計画線に合わせて、前記水平レール７３に沿って磁力線検出器７２の移動させると、中央の点Ｐ２に相当する位置と、両端の点Ｐ１，Ｐ３に相当する位置を、リミットスイッチ等で検知して、その時の磁力線の強さが演算処理部７６へ取り込まれる。演算処理部７６においては、前記３つの関係式を立てて偏心量Ｅを算出し、表示する。なお、作業性が悪くなるが、磁力線分布測定装置は、図７に示したものに代えて、従来のように手で持って測定するものを使用することも可能である。いずれにせよ、３点での磁力線測定に基づいて計画線からの変移量を算出することができるので、作業性を大幅に改善することが可能になったのである。
【００１６】
【発明の効果】請求項１の発明では、磁力線の中心磁力線を、水平かつシールド掘削機の掘進方向に垂直な方向とし、地上においては前記磁力線の分布のピーク位置を求めることによって、シールド掘削機の水平位置を検出するので、シールド掘削機が横滑りしても正確にその水平位置を検出することが可能となった。請求項２の発明では、地上においては、シールド掘削機の掘進方向に垂直な方向の少なくとも３点で前記磁力線の強さを測定して、シールド掘削機の水平位置を検出するので、迅速な水平位置の検出が可能になり、作業性が大幅に改善された。請求項３の発明では、磁力線発生器は、中心磁力線を水平かつシールド掘削機の掘進方向に垂直な方向として発生させるように構成されているので、上述したように正確な水平位置を迅速に検出することが可能になった。請求項４の発明では、シールド掘削機の外殻の少なくとも磁力線発生器を覆う部分には、非磁性体からなるスリットがシールド掘削機の断面の円周に沿って形成されているので、剛性の低い非磁性体で形成する部位はスリットの部分だけとなり、補強が簡略化され、構造的にも価格的にも多大な効果が得られる。
【出願人】 【識別番号】０００１４０２９２
【氏名又は名称】株式会社奥村組
【出願日】 平成１２年１月１２日（２０００．１．１２）
【代理人】 【識別番号】１０００７６４０６
【弁理士】
【氏名又は名称】杉本 勝徳 （外１名）
【公開番号】 特開２００１−１９４１４５（Ｐ２００１−１９４１４５Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１９日（２００１．７．１９）
【出願番号】 特願２０００−６２９６（Ｐ２０００−６２９６）