(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のスキンプレートと、
前記スキンプレートの前端部に配置されたカッターと、
前記スキンプレートにおける前記カッターよりも後方の位置に設けられた隔壁とを有するシールドマシンであって、
前記隔壁には、相手方のシールドマシンから当該シールドマシンの掘進方向に繰り出されたロッド状部を内側空間に受け入れ可能な有底の筒状凹部が設けられ、
前記筒状凹部には、前記ロッド状部の前記内側空間における中心軸の位置を計測するためのスケール部材が設けられていることを特徴とするシールドマシン。
【請求項２】
前記スケール部材は、
前記筒状凹部の底面に配置された基板と、
位置を異ならせた状態で前記基板に取り付けられるとともに、それぞれに固有の識別情報が記憶された複数の無線ＩＤタグとを含み、
前記ロッド状部の先端部分には、前記無線ＩＤタグに記憶された前記識別情報を読み取るリーダーが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシールドマシン。
【請求項３】
前記無線ＩＤタグは、前記リーダーの検出可能範囲よりも狭い間隔となるように、前記基板に対してマトリクス状に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のシールドマシン。
【請求項４】
前記筒状凹部は、円筒状部材によって構成され、
前記基板は、前記筒状凹部の中心軸を中心に周方向へ回転可能に取り付けられており、
前記無線ＩＤタグは、前記基板が回転された際に前記リーダーの検出可能範囲よりも狭い間隔の同心円の軌跡を描くように、前記基板の回転中心から半径方向に位置をずらして取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載のシールドマシン。
【請求項５】
前記スケール部材は、前記筒状凹部の外周部に設けられた挿入孔を通じて、周方向の異なる位置から前記内側空間へ挿入される少なくとも３本の棒状スケールを有していることを特徴とする請求項１に記載のシールドマシン。
【請求項６】
前記スケール部材は、前記基板及び該基板に取り付けられる複数の前記無線ＩＤタグに加えて、前記筒状凹部の外周部に設けられた挿入孔を通じて、周方向の異なる位置から前記内側空間へ挿入される少なくとも３本の棒状スケールを有していることを特徴とする請求項２から４の何れか１項に記載のシールドマシン。
【請求項７】
前記ロッド状部は、地山を掘削する小径ボーリング部によって構成され、
前記筒状凹部の前記内側空間には、前記小径ボーリング部で掘削可能な充填材が充填されていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載のシールドマシン。
【請求項８】
第１シールドマシンと第２シールドマシンの相対位置を地中で検出する相対位置検出方法であって、
前記第１シールドマシンは、
筒状のスキンプレートと、
前記スキンプレートの前端部に配置されたカッターと、
前記スキンプレートにおける前記カッターよりも後方の位置に設けられた隔壁と、
前記隔壁に設けられる有底の筒状凹部と、
前記筒状凹部に設けられるスケール部材とを有し、
前記第２シールドマシンは、
当該第２シールドマシンの掘進方向に繰り出されるロッド状部を有し、
前記第２シールドマシンの掘進方向に繰り出された前記ロッド状部を前記筒状凹部の内側空間に受け入れ、前記スケール部材によって前記ロッド状部の前記内側空間における中心軸の位置を計測することで、前記第１シールドマシンと前記第２シールドマシンの相対位置を検出することを特徴とするシールドマシンの相対位置検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、相手方シールドマシンとの相対位置を地中で確認できるようにしたシールドマシン、及び、シールドマシンの相対位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一対の立抗のそれぞれからシールドマシンを発進させ、構築したセグメント同士を地中で接合する場合には、両シールドマシンの相対位置ずれを許容範囲内に収める必要がある。このため、シールドマシン同士が所定距離まで近づいた際に、シールドマシン同士の相対位置が検出されている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のシールドマシンでは、一方のシールドマシンのカッターフェイスに複数の無線ＩＤタグ（ＲＦＩＤ，相対位置検出用のスケール部材）を取り付けておく。そして、ボーリング孔を通じて他方のシールドマシンから繰り出されたアンテナを用いて、無線ＩＤタグに記憶された識別情報を読み出している。
【０００４】
また、特許文献２に記載のシールドマシンでは、一方のシールドマシンの隔壁（バルクヘッド）に凹部を形成しておき、ボーリングパイプを通じて他方のシールドマシンから凹部まで計測管を繰り出し、この計測管の側面から超音波を照射させることで、計測管の凹部における位置を計測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３２２１３２０号公報
【特許文献２】特開平４−６００９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のシールドマシンの場合、回転駆動されるカッターフェイスに無線ＩＤタグが取り付けられているので、地山との摩擦から無線ＩＤタグを保護するための対策を講じる必要がある。また、特許文献２に記載のシールドマシンの場合、凹部に充填された掘削土砂で超音波が反射してしまう虞があり、検出精度を高めることが難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、相対位置検出用のスケール部材の破損を防止しつつも検出精度を高めることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するため、本発明は、筒状のスキンプレートと、前記スキンプレートの前端部に配置されたカッターと、前記スキンプレートにおける前記カッターよりも後方の位置に設けられた隔壁とを有するシールドマシンであって、前記隔壁には、相手方のシールドマシンから当該シールドマシンの掘進方向に繰り出されたロッド状部を内側空間に受け入れ可能な有底の筒状凹部が設けられ、前記筒状凹部には、前記ロッド状部の前記内側空間における中心軸の位置を計測するためのスケール部材が設けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、ロッド状部が筒状凹部の内側空間に受け入れられた後、スケール部材によって、ロッド状部の内側空間における底面方向の位置が計測される。筒状凹部の内側空間には土砂や充填材が充填されるので、カッターが回転して地山が掘削されても、内側空間に充填された土砂や充填材は流動せずに安定している。このため、スケール部材の破損を防止することができる。そして、土砂や充填材で保護されたスケール部材によって、ロッド状部の内側空間における位置を計測するので、ロッド状部に対する位置検出精度を高めることができる。
【００１０】
上記シールドマシンにおいて、前記スケール部材は、前記筒状凹部の底面に配置された基板と、位置を異ならせた状態で前記基板に取り付けられるとともに、それぞれに固有の識別情報が記憶された複数の無線ＩＤタグとを含み、前記ロッド状部の先端部分には、前記無線ＩＤタグに記憶された前記識別情報を読み取るリーダーが設けられていることが好ましい。この構成によれば、リーダーが読み取った無線ＩＤタグの識別情報に基づき、土砂や充填材が内側空間に充填されていても、ロッド状部の位置を計測できる。
【００１１】
上記シールドマシンにおいて、前記無線ＩＤタグは、前記リーダーの検出可能範囲よりも狭い間隔となるように、前記基板に対してマトリクス状に取り付けられていることが好ましい。この構成によれば、構成を簡素化しつつもロッド状部の位置を計測できる。
【００１２】
上記シールドマシンにおいて、前記筒状凹部は、円筒状部材によって構成され、前記基板は、前記筒状凹部の中心軸を中心に周方向へ回転可能に取り付けられており、前記無線ＩＤタグは、前記基板が回転された際に前記リーダーの検出可能範囲よりも狭い間隔の同心円の軌跡を描くように、前記基板の回転中心から半径方向に位置をずらして取り付けられていることが好ましい。この構成によれば、無線ＩＤタグの配設数を抑えつつもロッド状部の位置を計測できる。
【００１３】
上記シールドマシンにおいて、前記スケール部材は、前記筒状凹部の外周部に設けられた挿入孔を通じて、周方向の異なる位置から前記内側空間へ挿入される少なくとも３本の棒状スケールを有していることが好ましい。この構成によれば、それぞれの棒状スケールの深度に基づいてロッド状部の位置を計測できる。
【００１４】
上記シールドマシンにおいて、前記ロッド状部は、地山を掘削する小径ボーリング部によって構成され、前記筒状凹部の前記内側空間には、前記小径ボーリング部で掘削可能な充填材が充填されていることが好ましい。この構成によれば、内部空間に充填材が充填されていることから、切削された土砂の内部空間への侵入を抑制できる。これにより、スケール部材を確実に保護できる。
【００１５】
また本発明は、第１シールドマシンと第２シールドマシンの相対位置を地中で検出する相対位置検出方法であって、前記第１シールドマシンは、筒状のスキンプレートと、前記スキンプレートの前端部に配置されたカッターと、前記スキンプレートにおける前記カッターよりも後方の位置に設けられた隔壁と、前記隔壁に設けられる有底の筒状凹部と、前記筒状凹部に設けられるスケール部材とを有し、前記第２シールドマシンは、当該第２シールドマシンの掘進方向に繰り出されるロッド状部を有し、前記第２シールドマシンの掘進方向に繰り出された前記ロッド状部を前記筒状凹部の内側空間に受け入れ、前記スケール部材によって前記ロッド状部の前記内側空間における中心軸の位置を計測することで、前記第１シールドマシンと前記第２シールドマシンの相対位置を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
相手方シールドマシンとの相対位置を地中で確認できるようにしたシールドマシンにおいて、スケール部材の破損を防止しつつも、超音波センサを用いた構成に比べて相対位置の検出精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は、先行シールドマシンの断面図である。（ｂ）は、小径ボーリング部における先端部分の構成を説明するブロック図である。（ｃ）は、小径ボーリング部を先端面側から見た図である。
【図２】（ａ）は、後行シールドマシンの断面図である。（ｂ）は、筒状体の拡大断面図である。（ｃ）は、筒状体底面に設けられたセンサ基板を開口側から見た図である。
【図３】（ａ）は、センサ板における無線ＩＤタグの配置を説明する図である。（ｂ）は、無線ＩＤタグの構成を説明するブロック図である。
【図４】シールド工法を説明する図であり、先行シールドマシンが所定位置まで掘進した状態を説明する図である。
【図５】先行シールドマシンから小径ボーリング部を繰り出して地山をボーリングしている状態を説明する図である。
【図６】先行シールドマシンから繰り出した小径ボーリング部の先端部分が筒状体に受け入れられた状態を説明する図である。
【図７】（ａ）は、筒状体に受け入れられた小径ボーリング部を説明する断面図である。（ｂ）は、筒状体に受け入れられた小径ボーリング部を、筒状体の底面側から見た図である。
【図８】小径ボーリング部に設けた３つのリーダーによる、無線ＩＤタグの検出範囲を説明する概念図である。
【図９】第２実施形態のセンサ基板を説明する図である。
【図１０】第２実施形態において、筒状体に受け入れられた小径ボーリング部を説明する断面図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、第３実施形態を説明する図である。
【図１２】筒状凹部の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。本実施形態では、一方の立坑から所定方向に掘進する先行シールドマシン１Ａ（図１参照）で設けられたセグメントと、他方の立坑から反対方向に掘進する後行シールドマシン１Ｂ（図２参照）で設けられたセグメントとを、地中で接合する場合について説明する。
【００１９】
この場合、先行シールドマシン１Ａで設けられたセグメントと後行シールドマシン１Ｂで設けられたセグメントとの間で相対位置ずれを生じる虞がある。このため、後行シールドマシン１Ｂと先行シールドマシン１Ａとが所定距離離れている段階で、相対位置ずれの有無及びずれ量を確認する。
【００２０】
まず、先行シールドマシン１Ａの構成について説明する。図１（ａ）に示すように、先行シールドマシン１Ａは、フード部１１と、ガーダ部１２と、テール部１３とを有する。フード部１１は、地中を掘削するためのカッター１４が回転可能な状態で取り付けられる部分である。ガーダ部１２は、カッター１４の駆動装置１５、カッター１４により掘削された土砂を排出するための排土機構（図示せず）、先行シールドマシン１Ａを前進させるための複数のシールドジャッキ１６、及び後行シールドマシン１Ｂとの相対位置を計測するための小径ボーリング部１７が取り付けられた部分である。テール部１３はガーダ部１２の後方に連結された部分であり、内部にはセグメントを組み立てるためのエレクター１８が設置されている。
【００２１】
フード部１１及びガーダ部１２の外周面は、筒状の前側スキンプレート１９Ｆによって区画され、テール部１３の外周面は、筒状の後側スキンプレート１９Ｒによって区画されている。そして、後側スキンプレート１９Ｒの前端部は、前側スキンプレート１９Ｆの後端部に嵌め合わされており、両スキンプレート１９Ｆ，１９Ｒが屈曲可能な状態で取り付けられている。
【００２２】
カッター１４は、前側スキンプレート１９Ｆの前端部に配置されている。前側スキンプレート１９Ｆにおけるカッター１４よりも後方側であってフード部１１とガーダ部１２の境界には、隔壁２０（バルクヘッド）が設けられている。ガーダ部１２に配置された小径ボーリング部１７はロッド状部に相当し、先行シールドマシン１Ａの掘進予定方向に向けて地盤を直線状に掘削する。本実施形態における小径ボーリング部１７は、直径が３００ｍｍ〜３５０ｍｍ程度の円筒状をしており、その先端には回転カッター１７ａが設けられている。そして、隔壁２０に設けられた孔を通じて先行シールドマシン１Ａの掘進方向の前方に繰り出される。この小径ボーリング部１７の位置ずれを計測することで、先行シールドマシン１Ａと後行シールドマシン１Ｂの位置ずれを事前に認識することができる。
【００２３】
この小径ボーリング部１７による掘進距離は３０ｍ〜５０ｍ程度である。この距離は、相対位置ずれが確認された場合に、確認後の掘進で位置ずれを修正可能な距離として定められている。この距離を直線状に掘削するべく、小径ボーリング部１７には、レーザー発信器や掘進方向の調整機構が設けられている。すなわち、レーザー発信器から照射されたレーザー光線に沿うように掘進方向を調節しつつ地盤を掘削することで、掘進予定方向に沿って直線状に掘削を進めることができる。
【００２４】
本実施形態では、小径ボーリング部１７の位置ずれを、後行シールドマシン１Ｂの所定位置に設けたセンサ板２１によって計測している。図３（ａ）に示すように、このセンサ板２１には多数の無線ＩＤタグ２２（ＲＦＩＤ）が備えられている。これに対応して、小径ボーリング部１７の先端部分には、図１（ｂ）に示すように、無線ＩＤタグ２２に記憶された識別情報を読み取るためのリーダー２３が設けられている。
【００２５】
図１（ｂ）に示すように、このリーダー２３は、アンテナ部２４、送受信部２５、及び制御部２６を有している。
【００２６】
アンテナ部２４は、無線ＩＤタグ２２に向けて電波を送信するとともに、無線ＩＤタグ２２から送信された電波を受信する。図１（ｃ）に示すように、アンテナ部２４を構成するアンテナ２４Ａ〜２４Ｃは、小径ボーリング部１７の外周側付近に、１２０度間隔で３個設けられている。このため、無線ＩＤタグ２２を３箇所で検出することができる。
【００２７】
図１（ｂ）に示すように、送受信部２５は、アンテナ部２４と制御部２６の間に介在し、アンテナ部２４へ供給する電気信号を生成し、かつ、アンテナ部２４が電波を受信することで得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する。例示した送受信部２５は、デジタル信号を搬送波に重畳することで送信用のアナログ信号を生成する変調部２５ａと、受信電波に基づくアナログ信号からデジタル信号を取り出す復調部２５ｂとを有している。
【００２８】
制御部２６は、送受信部２５や先行シールドマシン１Ａの制御盤（図示せず）と通信する。そして、アンテナ部２４からの電波の送信を制御し、受信した電波に含まれる情報（無線ＩＤタグ２２の識別情報）を制御盤（図示せず）に送信する。
【００２９】
次に、後行シールドマシン１Ｂの構成について説明する。図２（ａ）に示すように、後行シールドマシン１Ｂもまた、先行シールドマシン１Ａと同様に構成されている。ここで、先行シールドマシン１Ａと同じ構成については同じ符号を付して示し、説明は省略することにする。
【００３０】
後行シールドマシン１Ｂは、隔壁２０に筒状体２７が設けられている点で、先行シールドマシン１Ａと相違している。筒状体２７は、隔壁２０の表面から後方側（掘進方向と反対側）に窪ませた有底の筒状部分によって構成されている。筒状体２７は、先行シールドマシン１Ａから繰り出された小径ボーリング部１７の先端部分を内側空間に受け入れる部分であり、筒状凹部に相当する。そして、先行シールドマシン１Ａの小径ボーリング部１７に対応する位置（詳しくは先行シールドマシン１Ａのカッター１４と後行シールドマシン１Ｂのカッター１４とを向かい合わせた際において、小径ボーリング部１７が面対称となる位置）に、隔壁２０と一体に設けられている。
【００３１】
図２（ｂ）に示すように、筒状体２７は、円筒状の側壁部２７ａと、円板状の底部２７ｂとを有している。側壁部２７ａの直径は、小径ボーリング部１７と筒状体２７の相対位置ずれを考慮して小径ボーリング部１７の直径よりも大きく定められている。本実施形態では、小径ボーリング部１７の直径よりも２倍以上大きな直径８００ｍｍに定められている。また、側壁部２７ａの長さは、小径ボーリング部１７の先端部分に設けたリーダー２３が収納できる長さに定められている。本実施形態では、１０００ｍｍ〜１２００ｍｍ程度の長さに定められている。
【００３２】
図２（ｃ）に示すように、底部２７ｂの内側表面には、円形状のセンサ板２１が取り付けられている。このセンサ板２１は、小径ボーリング部１７の内側空間における底面方向の位置を計測するための板状部材であり、スケール部材に相当する。図３（ａ）に拡大して示すように、センサ板２１は、円板状の基板２８に、固有の識別情報が記憶された複数の無線ＩＤタグ２２をマトリクス状（行列状）に取り付けたものである。
【００３３】
図３（ｂ）に示すように、無線ＩＤタグ２２は、アンテナ部２９と、送受信部３０と、制御部３１と、メモリ３２とを有している。この無線ＩＤタグ２２は、いわゆるパッシブタイプであり、リーダー２３から送信された電波によって電力を得て動作する。
【００３４】
アンテナ部２９は、リーダー２３から送信された電波を受信し、リーダー２３へ向けて電波を送信する。送受信部３０は、アンテナ部２９と制御部３１の間に介在し、アンテナ部２９へ供給する電気信号を生成し、アンテナ部２９が電波を受信することで得られたアナログ信号をデジタル信号に変換する。例示した送受信部３０は、リーダー２３と同様に、変調部３０ａと復調部３０ｂとを有している。
【００３５】
制御部３１は、送受信部３０やメモリ３２と通信し、アンテナ部２９からの電波の送信を制御し、メモリ３２から読み出した無線ＩＤタグ２２の識別情報を、送受信部３０に出力する。
【００３６】
このような構成の無線ＩＤタグ２２では、リーダー２３から送信された電波を受信すると電力を得て動作を開始する。そして、メモリ３２に記憶された識別情報が制御部３１で読み出され、送受信部３０に出力される。送受信部３０では、識別情報を搬送波に重畳することでアナログ信号が生成される。このアナログ信号をアンテナ部２９に供給することで電波が送信される。送信された電波は、リーダー２３によって読み取られる。すなわち、検出可能範囲に存在する無線ＩＤタグ２２の識別情報が認識される。
【００３７】
図３（ａ）に示すように、この例では、識別情報として「１」から「１９３」までの数字が用いられている。例えば、識別情報「４」を記憶した無線ＩＤタグ２２は、図３（ａ）の配置における最上部の左右中央に配置されており、識別情報「９０」を記憶した無線ＩＤタグ２２は、同じく上下中央の左端に配置されている。そして、隣り合う無線ＩＤタグ２２同士は、リーダー２３が有する各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃの１つで検出可能な範囲よりも狭い間隔に配置されている。
【００３８】
このため、小径ボーリング部１７の先端面をセンサ板２１の表面に近付けてリーダー２３を動作させると、各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃの検出可能範囲に無線ＩＤタグ２２が必ず存在することとなり、この検出可能範囲に位置する無線ＩＤタグ２２から識別情報を含んだ電波が返信される。この電波をリーダー２３の各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃで受信することで、各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃの検出可能範囲に存在する無線ＩＤタグ２２を識別でき、筒状体２７の底面方向における小径ボーリング部１７の位置を測定することができる。なお、動作の詳細については後述する。
【００３９】
次に、先行シールドマシン１Ａと後行シールドマシン１Ｂを用いたシールド工法について説明する。図４に示すように、このシールド工法では、一方の立坑４１から先行シールドマシン１Ａを発進させ、地盤Ｇを掘削するとともにセグメントＳＧを組み立てる。同様に、他方の立坑４２から後行シールドマシン１Ｂを発進させて地盤Ｇの掘削等を行う。そして、この例では、後行シールドマシン１Ｂが筒状凹部やスケール部材等を有する第１シールドマシンに相当し、先行シールドマシン１Ａがロッド状部を有する第２シールドマシンに相当する。
【００４０】
図５に示すように、先行シールドマシン１Ａが所定位置まで掘削を完了したならば、小径ボーリング部１７による掘削を行う。この掘削は、先行シールドマシン１Ａの掘進方向と並行な直線に沿って直線状に行われる。図６に示すように、小径ボーリング部１７による掘削は、小径ボーリング部１７の先端部分が後行シールドマシン１Ｂの筒状体２７に収まるまで行われる。詳しくは、図７（ａ）に示すように、小径ボーリング部１７の先端からセンサ板２１までの距離ＬＸが、リーダー２３から送信される電波の到達距離よりも短くなるまで行われる。
【００４１】
ここで、図７（ａ），（ｂ）に示すように、筒状体２７には地盤Ｇの掘削で生じた土砂Ｇ´が充填されている。充填された土砂Ｇ´は、カッター１４が回転しても流動せずに筒状体２７の内部空間に留まる。このため、筒状体内の土砂Ｇ´は、地盤Ｇの掘削時においてカッター１４で流動する土砂からセンサ板２１を保護する充填物として機能する。そして、小径ボーリング部１７は、その前端に設けられた回転カッター１７ａにより、充填された土砂Ｇ´を掻き分けて前進する。
【００４２】
図７に示す状態でリーダー２３の各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃから電波を発信すると、この電波は各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃの検出可能範囲内に位置する無線ＩＤタグ２２によって受信される。そして、電波を受信した無線ＩＤタグ２２は、前述したように識別情報を含んだ電波を返信する。
【００４３】
図８に示す例では、識別情報「５６」，「７１」，「７２」の３つの無線ＩＤタグ２２がアンテナ２４Ａの検出可能範囲２４ａに属し、検出されている。同様に、識別情報「５０」，「６５」，「６６」の３つの無線ＩＤタグ２２がアンテナ２４Ｂの検出可能範囲２４ｂに属しており、識別情報「１２８」，「１４３」，「１４４」の３つの無線ＩＤタグ２２がアンテナ２４Ｃの検出可能範囲２４ｃに属しており、それぞれ検出されている。
【００４４】
各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃが検出した識別情報は、制御部２６を通じて制御盤に送信される。各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃが設けられている位置は既知であるため、制御盤では、受信した識別情報から、内側空間の底面方向における小径ボーリング部１７の位置を求める。
【００４５】
例えば、制御盤は、各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃが検出した識別情報から、対応する無線ＩＤタグ２２の位置を認識し、認識した位置をそのアンテナ２４Ａ〜２４Ｃの位置とする。このとき、複数の無線ＩＤタグ２２の識別情報を受信した場合には、平均位置をそのアンテナ２４Ａ〜２４Ｃの位置とする。そして、各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃの位置を取得したならば、これらの位置から小径ボーリング部１７の中心位置を求める。前述したように、本実施形態では、１２０度間隔で３つのアンテナ２４Ａ〜２４Ｃを設けているので、３つのアンテナ２４Ａ〜２４Ｃの重心位置を、小径ボーリング部１７の中心位置とする。
【００４６】
なお、各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃの位置及び小径ボーリング部１７の中心位置は、その都度演算で求めることもできるが、各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃで検出された識別情報と小径ボーリング部１７の中心位置との組み合わせパターンを予め取得しておき、制御盤の記憶装置に記憶させておいてもよい。このようにすると、制御盤では、今回検出された各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃの識別情報を、記憶装置に記憶されている組み合わせパターンに照合することで、小径ボーリング部１７の位置を容易に求めることができる。
【００４７】
図８の例では、符号Ｘで示す小径ボーリング部１７の中心軸の位置が求められ、筒状体２７の中心軸からのずれ量、すなわち先行シールドマシン１Ａと後行シールドマシン１Ｂとの相対位置ずれ量が算出される。なお、この例では、符号Ｃで示す無線ＩＤタグ２２の配置されている位置が筒状体２７の中心軸に相当する。このため、符号Ｘと符号Ｃとの差が相対位置ずれ量として算出される。
【００４８】
このようにして、先行シールドマシン１Ａと後行シールドマシン１Ｂとの相対位置ずれ量を計測したならば、小径ボーリング部１７を先行シールドマシン１Ａに格納し、後行シールドマシン１Ｂによる地盤Ｇの掘進を再開する。その際、計測した相対位置ずれ量が修正されるように、後行シールドマシン１Ｂの掘進方向を調整する。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態のシールド工法によれば、小径ボーリング部１７（ロッド状部）が筒状体２７の内側空間に受け入れられた際に、リーダー２３とセンサ板２１によって、内側空間の底面方向における小径ボーリング部１７の位置が計測される。その際、筒状体２７の内側空間には土砂Ｇ´が充填されるので、カッター１４が回転して地山が掘削されても、内側空間に充填された土砂Ｇ´は流動せずに安定している。このため、センサ板２１の破損を防止することができる。そして、無線ＩＤタグ２２の検出に際して土砂は影響しないので、超音波によって検出する場合よりも小径ボーリング部１７に対する位置検出精度を高めることができる。
【００５０】
本実施形態のセンサ板２１は、筒状体２７の底面に配置された基板２８と、位置を異ならせた状態で基板２８に取り付けられるとともに、それぞれに固有の識別情報が記憶された複数の無線ＩＤタグ２２とを含んでいる。そして、小径ボーリング部１７の先端部分には、無線ＩＤタグ２２に記憶された識別情報を読み取るリーダー２３が設けられている。このため、リーダー２３が読み取った無線ＩＤタグ２２の識別情報に基づき、土砂Ｇ´が筒状体２７の内側空間に充填されていても、小径ボーリング部１７の位置を計測できる。
【００５１】
本実施形態の無線ＩＤタグ２２は、リーダー２３の検出可能範囲２４ａ〜２４ｃよりも狭い間隔となるように、基板２８に対してマトリクス状に取り付けられているので、構成を簡素化しつつも小径ボーリング部１７の位置を計測できる。
【００５２】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。この実施形態では、筒状体の底部の構成とセンサ板の構成が第１実施形態と相違する。その他の構成は第１実施形態と同じであるので相違点を中心に説明する。
【００５３】
図９は、第２実施形態のセンサ板５１を説明する図である。このセンサ板５１は、円板状の基板２８と、複数の無線ＩＤタグ２２とを有している。複数の無線ＩＤタグ２２は、符号Ｃで示す基板２８の中心からの距離（すなわち半径方向の距離）が異なるように配置されている。
【００５４】
具体的には、識別情報「１」を記憶した無線ＩＤタグ２２と基板中心Ｃとの距離を１ピッチとしたとき、識別情報「２」を記憶した無線ＩＤタグ２２は、基板中心Ｃからの距離が２ピッチに相当する位置に配置されている。同様に、識別情報「３」を記憶した無線ＩＤタグ２２は、基板中心Ｃからの距離が３ピッチとなる位置に配置されている。なお、１ピッチは、リーダー２３が有するアンテナ２４Ａ〜２４Ｃの検出可能範囲２４ａ〜２４ｃよりも狭い間隔となるように定められている。そして、このセンサ板５１は１５個の無線ＩＤタグ２２を有しているので、識別情報「１５」を記憶した無線ＩＤタグ２２は、基板中心Ｃからの距離が１５ピッチとなる位置に配置されている。
【００５５】
また、各無線ＩＤタグ２２は、基板中心Ｃから９０度間隔で周方向に分散された状態で配置されている。具体的には、図９における時計の１２時の方向には、識別情報「１」，「５」，「９」，「１３」を記憶した無線ＩＤタグ２２が配置されている。そして、３時の方向には、識別情報「３」，「７」，「１１」，「１５」を記憶した無線ＩＤタグ２２が配置されている。同様に、６時の方向には、識別情報「２」，「６」，「１０」，「１４」を記憶した無線ＩＤタグ２２が配置され、９時の方向には、識別情報「４」，「８」，「１２」を記憶した無線ＩＤタグ２２が配置されている。
【００５６】
このセンサ板５１は、筒状体２７の中心軸を中心に周方向へ回転可能な状態で、筒状体２７に取り付けられている。例えば、図１０に示すように、筒状体２７は、円筒状の側壁部２７ａと、有底筒状の回転蓋体２７ｃとを有している。センサ板５１は、基板中心Ｃが筒状体２７の中心軸と重なる位置で、回転蓋体２７ｃの内側表面に貼り付けられている。そして、筒状体２７の側壁部２７ａには駆動モータ５２が取り付けられており、駆動モータ５２の回転軸には駆動ギア５３が取り付けられている。この駆動ギア５３は、回転蓋体２７ｃの外周面に形成されたギア２７ｄと噛み合っている。
【００５７】
この構成では、駆動モータ５２を動作させると、その回転力が駆動ギア５３を介して回転蓋体２７ｃに伝達される。これにより、回転蓋体２７ｃが筒状体２７の中心軸を中心に周方向へ回転し、回転蓋体２７ｃに設けられたセンサ板５１も回転する。なお、駆動モータ５２は、センサ板５１の回転速度が一定になるように動作が制御される。
【００５８】
前述したように、各無線ＩＤタグ２２は、基板中心Ｃからの距離が異なるように配置されている。このため、図９に点線で示すように、基板２８の回転に伴って同心円の軌跡を描くように移動する。また、各無線ＩＤタグ２２の配設ピッチ（半径方向の間隔）は、リーダー２３が有するアンテナ２４Ａ〜２４Ｃの検出可能範囲２４ａ〜２４ｃよりも狭いので、少なくとも１つの軌跡が検出可能範囲２４ａ〜２４ｃを通過する。
【００５９】
ここで、アンテナ２４Ａ〜２４Ｃの検出可能範囲２４ａ〜２４ｃは、複数の無線ＩＤタグ２２を検出可能な大きさに定められている。本実施形態では、図９に示すアンテナ２４Ｃの検出可能範囲２４ｃから判るように、最大で５個の無線ＩＤタグ２２を検出可能な大きさに定められている。
【００６０】
このため、小径ボーリング部１７の先端面をセンサ板５１の表面に近付けた状態で、リーダー２３を動作させつつセンサ板５１を１周以上回すと、各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃの検出可能範囲に無線ＩＤタグ２２が必ず存在することとなり、この検出可能範囲に位置する無線ＩＤタグ２２から識別情報を含んだ電波が返信される。
【００６１】
従って、各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃがどの無線ＩＤタグ２２を検出したかに応じて、小径ボーリング部１７の位置を求めることができる。すなわち、各無線ＩＤタグ２２は、基板中心Ｃからの距離が異なるように配置されているので、各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃで検出された無線ＩＤタグ２２の識別情報によって、各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃの半径方向の位置を認識できる。そして、各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃにおける半径方向の位置の組み合わせは、小径ボーリング部１７の位置に応じて一義にきまる。このため、位置の組み合わせから小径ボーリング部１７の位置を求めることができる。
【００６２】
なお、この実施形態においても、各アンテナ２４Ａ〜２４Ｃで検出された識別情報と小径ボーリング部１７の中心位置との組み合わせパターンを予め取得しておき、制御盤の記憶装置に記憶させておくと、処理の簡素化が図れる。
【００６３】
なお、本実施形態では、速度が一定となるようにセンサ板５１が回転され、検出可能範囲２４ａ〜２４ｃの形状は既知である。このため、検出可能範囲２４ａ〜２４ｃを通過する時間を考慮することで、無線ＩＤタグ２２が検出可能範囲２４ａ〜２４ｃの中央を通過したか、端を通過したかが判る。その結果、より精度の高い位置検出が行える。
【００６４】
このように、本実施形態では、センサ板５１（基板２８）が回転された際にリーダー２３の検出可能範囲２４ａ〜２４ｃよりも狭い間隔の同心円の軌跡を描くように、各無線ＩＤタグ２２が、基板２８の回転中心から半径方向に位置をずらして取り付けられているので、第１実施形態よりも少ない数の無線ＩＤタグ２２を用いて小径ボーリング部１７の位置を計測できる。
【００６５】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。この実施形態では、棒状スケール６１を追加した点が第１実施形態と相違する。その他の構成は第１実施形態と同じであるので相違点を中心に説明する。
【００６６】
図１１（ａ），（ｂ）に示すように、第３実施形態では、棒状スケール６１を挿入するための挿入孔６２を、筒状体２７の側壁部２７ａに設けている。図示の例では、周方向に９０度間隔で４本の棒状スケール６１が挿入されている。棒状スケール６１は、スケール部材の一種であり、図１１（ｃ）に示すように、先端に当接用の球形部６１ａが設けられた棒状部材であり、側面には挿入深さを示す目盛り６１ｂが刻印されている。
【００６７】
各棒状スケール６１は、筒状体２７の中心軸に向かって移動可能な向きに支持されている。このため、側壁部２７ａの外周面には円筒状のガイドリブ６３を突設し、挿入孔６２を半径方向に延長している。また、球形部６１ａは、挿入孔６２の直径よりも大きな直径に設けられている。なお、棒状スケール６１と挿入孔６２の間には止水ゴム等の止水材が設けられており、挿入孔６２を通じた泥土の噴出が生じないように構成されている。
【００６８】
また、本実施形態では、筒状体２７の内部空間に充填材６４を充填している。この充填材６４は、カッター１４で掘削された土砂の筒状体２７への流入を防ぎ、センサ板２１や棒状スケール６１を保護するためのクッション材として機能する。なお、充填材６４は、土砂の流入は防ぐが、小径ボーリング部１７の侵入は許容することが求められる。このため、充填材６４としては、止水性を有するとともに小径ボーリング部１７で掘削可能な、発泡樹脂が好適に用いられる。
【００６９】
この第３実施形態では、第１実施形態と同様に、小径ボーリング部１７の先端に設けたリーダー２３によって、センサ板２１に設けられたマトリクス状の無線ＩＤタグ２２が検出され、小径ボーリング部１７の位置が計測される。そして、棒状スケール６１を筒状体２７の中心軸側に、小径ボーリング部１７に当接するまで押し込むことで、小径ボーリング部１７の位置を計測することができる。すなわち、各棒状スケール６１の押し込み量（球形部６１ａの当接位置）は、小径ボーリング部１７の位置に応じて定まる。このため、各棒状スケール６１の押し込み量に基づいて小径ボーリング部１７の位置を計測できる。
【００７０】
本実施形態では、スケール部材が、筒状体２７の外周部に設けられた挿入孔６２を通じて、周方向の異なる位置から内側空間へ挿入される４本の棒状スケール６１によって構成されているので、それぞれの棒状スケール６１の深度に基づいて小径ボーリング部１７の位置を計測できる。
【００７１】
また、本実施形態では、２種類のスケール部材、すなわちセンサ板２１と棒状スケール６１を設けているので、センサ板２１による計測結果を棒状スケール６１によって確認することができる。さらに、センサ板２１やリーダー２３が万一故障してしまったとしても、棒状スケール６１を代用して計測することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、９０度間隔で配置された４本の棒状スケール６１を用いたが、この構成に限定されない。棒状スケール６１は少なくとも３本用いればよく、配設間隔も等間隔でなくてもよい。
【００７３】
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。
【００７４】
前述した各実施形態の技術要素は、組み合わせて適用することができる。例えば、第３実施形態の棒状スケール６１を第２実施形態に適用してもよい。また、充填材６４を第１実施形態や第２実施形態に適用してもよい。さらに、第３実施形態の棒状スケール６１のみでスケール部材を構成してもよい。
【００７５】
また、第１実施形態の筒状体２７に関し、隔壁２０から窪ませたものを例示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、底面にセンサ板２１を取り付けた筒状体２７´を、隔壁２０の表面に取り付けてもよい。この筒状体２７´も筒状凹部に相当する。
【００７６】
さらに、筒状凹部に相当する筒状体２７，２７´に関し、円筒状のものを例示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、断面形状が四角形や六角形の角筒によって構成してもよい。
【００７７】
前述の各実施形態では、先行シールドマシン１Ａに小径ボーリング部１７（ロッド状部）を設け、後行シールドマシン１Ｂに筒状体２７や無線ＩＤタグ２２（スケール部材）等を設けた構成を例示したが、この構成に限定されるものではない。すなわち、一対のシールドマシン１Ａ，１Ｂの一方に小径ボーリング部１７が設けられ、他方に筒状体２７（筒状凹部）が設けられていればよい。従って、先行シールドマシン１Ａに筒状体２７等を設け、後行シールドマシン１Ｂに小径ボーリング部１７を設けてもよい。この場合、先行シールドマシン１Ａが筒状凹部やスケール部材等を有する第１シールドマシンに相当し、後行シールドマシン１Ｂがロッド状部を有する第２シールドマシンに相当する。
【００７８】
前述の各実施形態では、小径ボーリング部１７の先端に無線ＩＤタグ２２のリーダー２３を取り付けた構成を例示したが、この構成に限定されない。例えば、リーダー２３を計測管の先端に設けてもよい。この場合、計測管がロッド状部に相当する。そして、計測に際しては、各シールドマシン１Ａ，１Ｂの間を連通する連通管を予め地中に形成した後、この連通管の内部空間を通じて計測管を繰り出すようにすればよい。
【００７９】
第１実施形態の無線ＩＤタグ２２に関し、基板２８にマトリクス状に配置したものを例示したが、この構成に限定されない。例えば、ハニカム形状の各頂部に無線ＩＤタグ２２を配置してもよい。要するに、固有の識別情報が記憶された無線ＩＤタグ２２を、基板２８の異なる位置に配置すればよい。
【符号の説明】
【００８０】
１Ａ…先行シールドマシン，１Ｂ…後行シールドマシン，１１…フード部，１２…ガーダ部，１３…テール部，１４…カッター，１５…カッターの駆動装置，１６…シールドジャッキ，１７…小径ボーリング部（１７ａ…回転カッター），１８…エレクター，１９Ｆ…前側スキンプレート，１９Ｒ…後側スキンプレート，２０…隔壁，２１…センサ板，２２…無線ＩＤタグ，２３…リーダー，２４…リーダーのアンテナ部（２４Ａ〜２４Ｃ…アンテナ），２５…リーダーの送受信部（２５ａ…変調部，２５ｂ…復調部），２６…リーダーの制御部，２７…筒状体（２７ａ…側壁部，２７ｂ…底部，２７ｃ…回転蓋体，２７ｄ…ギア），２８…センサ板の基板，２９…無線ＩＤタグのアンテナ部，３０…無線ＩＤタグの送受信部，３１…無線ＩＤタグの制御部，３２…無線ＩＤタグのメモリ，４１…一方の立坑，４２…他方の立坑，５１…センサ板，５２…駆動モータ，５３…駆動ギア，６１…棒状スケール（６１ａ…球形部，６１ｂ…目盛り），６２…挿入孔，６３…ガイドリブ，６４…充填材，Ｇ…地盤，Ｇ´…土砂，ＳＧ…セグメント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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