(57)【要約】【課題】カッタヘッドを下向きにして立坑を掘削中の掘削機の掘削位置やローリング、傾斜等の姿勢の変化を簡単且つ正確に測量する。【解決手段】坑口T1から立坑掘削機１まで２本のガイド管２、３を配設し、これらのガイド管２、３の下端部を立坑掘削機１に互いに並行にして固定しておく。そして、まず、上記坑口T1の所定位置に開口しているガイド管２、３のいずれかに計測器４を吊り下ろしながら該ガイド管２内を下端まで移動させ、しかるのち、徐々に上昇させながら坑口T1側を基準座標（X0、Y0、Z0）としてその下端Ａの座標（X1、Y1、Z1）を求め、同様にして他方のガイド管３内における下端Ｂとその下端から一定高さ上方のＣ点との座標（X2、Y2、Z2）、（X3、Y3、Z3）を求め、これらの座標から立坑掘削機１の位置と姿勢を知る。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタヘッドを下向きにして立坑を掘削していく立坑掘削機に坑口から該立坑掘削機によって掘削された坑内を通じてこの立坑掘削機まで２本のガイド管を配設し、これらのガイド管内に坑口側からそれぞれ計測器を挿入して一方のガイド管内に挿入した計測器によりこのガイド管の下端部を取付けている立坑掘削機内の一個所の座標を求めると共に、他方のガイド管内に挿入した計測器によりこのガイド管の下端部を取付けている立坑掘削機内の上下二個所の座標を求め、さらに、坑口における所定位置に配設したこれらのガイド管の上端の座標を求めて、この座標データと上記両ガイド管の下端側の座標データとから掘削機の位置と姿勢を求めることを特徴とする立坑掘削機の測量方法。
【請求項２】
立坑掘削機内の上下２個所の座標を求める他方のガイド管の下端部は、立坑掘削機の機軸上又は機軸に平行して立坑掘削機内に取付けられていることを特徴とする請求項１に記載の立坑掘削機の測量方法。
【請求項３】
計測器はジャイロ計測器であることを特徴とする請求項１に記載の立坑掘削機の測量方法。
【請求項４】
計測器は傾斜計であることを特徴とする請求項１に記載の立坑掘削機の測量方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地上から所定深さまで下方に向かって立坑（トンネル）を掘削していく立坑掘削機において、この立坑掘削機の位置と姿勢を測量する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、前面にカッタヘッドを有する掘削機を下向きにして立坑を掘進していく時に、この立坑掘削機の掘削位置を下げ振りやレーザー光、傾斜計、ジャイロなどを使用して測量している。この場合、立坑掘削機によって垂直方向に立坑を掘進している時には、坑口側から坑内を通じて立坑掘削機に配設しているターゲットに向かって下げ振りを吊り下ろしていくことにより、或いは、ターゲットに向かってレーザー光線を照射することにより、立坑掘削機の位置を容易に測量することができる。
【０００３】
しかしながら、立坑掘削機によって立坑が曲線状に掘削された場合には、該立坑掘削機は坑口の垂直下方から側方にずれた位置に存在する状態となって、坑口からは上記下げ振りやレーザー光ではその位置を測量することができず、そのため、坑内において、立坑掘削機が測量可能な位置に上記下げ振りやレーザー光の発振器を盛り替えなければならず、その作業に著しい手間と労力を要するという問題点がある。
【０００４】
このため、図４に示すように、坑口T1から坑内Ｔを通じて立坑掘削機（図示せず）にまで可撓性を有する管体11を配設しておき、この管体11内に坑口側から傾斜計やジャイロなどの計測器14を吊支しながら挿入して立坑掘削機にまで移動させることにより、坑口T1に対する立坑掘削機の位置の座標をこの計測器14によって求めることが行われている。
【０００５】
この測量方法によれば、立坑掘削機が曲線状に掘進しても、坑口T1側から一回の計測で該立坑掘削機の位置の座標を求めることができるが、立坑掘削機全体の傾きやローリング等の姿勢を正確に把握することができず、立坑掘削機が掘進方向に対してローリングした場合には、その位置の座標の計測に大きな誤差を含んでしまい、さらに、立坑の長さ方向に対して機軸が傾斜した場合にはその方向修正を行うことなく掘進することになって立坑の精度を大きく損なうという問題点があった。
【０００６】
一方、トンネル掘削機ではないが、連続地中壁を形成するための横方向に連なった連続孔を掘削するオーガ削孔機において、両側部に配置されている２本のオーガ内に傾斜計を配設してそれぞれのオーガの傾きを測定することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開平５−７１１２２号公報（第２〜３頁、第３図）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この測定方法によればオーガ掘孔機の傾き、即ち、両側のオーガの軸心を結ぶ水平線が計画連続地中壁の水平方向の壁面に対してどの程度、傾斜しているのかを測定することができるが、この測定方法を上記立坑掘削機に採用しても、立坑掘削機における機軸回りの変位、即ち、ローリングを測量できるにとどまり、立坑の中心線に対する立坑掘削機の機軸の傾斜を測量することが困難である。
【０００９】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、立坑掘削機の掘削位置は勿論、ローリングや傾きを正確に把握することができる立坑掘削機の測量方法を提供するにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の立坑掘削機の測量方法は、請求項１に記載したように、カッタヘッドを下向きにして立坑を掘削していく立坑掘削機に坑口から該立坑掘削機によって掘削された坑内を通じてこの立坑掘削機まで２本のガイド管を配設し、これらのガイド管内に坑口側からそれぞれ計測器を挿入して一方のガイド管内に挿入した計測器によりこのガイド管の下端部を取付けている立坑掘削機内の一個所の座標を求めると共に、他方のガイド管内に挿入した計測器によりこのガイド管の下端部を取付けている立坑掘削機内の上下二個所の座標を求め、さらに、坑口における所定位置に配設したこれらのガイド管の上端の座標を求めて、この座標データと上記両ガイド管の下端側の座標データとから掘削機の位置と姿勢を求めることを特徴とするものである。
【００１１】
上記立坑掘削機の測量方法において、請求項２係る発明は、立坑掘削機内の上下２個所の座標を求める他方のガイド管の下端部を、立坑掘削機の機軸上に、或いは機軸に平行にして立坑掘削機内に取付けていることを特徴とする。なお、計測器としては傾斜計や光ファイバジャイロ計測器を使用することが好ましい。
【００１２】
【作用】
坑口と立坑掘削機との間に坑内を通じて２本のガイド管を配設しておく。この場合、これらのガイド管の下端部（先端部）を立坑掘削機内において互いに適宜間隔を存して並行状態に固定しておくと共に、他方のガイド管の先端から適宜長さ部分を立坑掘削機の機軸上、或いは、該機軸に平行となるように機内に固定しておく。なお、立坑掘削機により立坑を一定長、掘進する毎に、これらのガイド管を坑口側、或いは立坑掘削機側で継ぎ足される。
【００１３】
そして、まず、一方のガイド管に傾斜計等の計測器を挿入して該ガイド管の下端部に到達させる。なお、ガイド管内に対する計測器の挿入は、この計測器を巻き上げ機に巻回されているケーブルの先端に連結しておき、巻き上げ機からケーブルを引き出すことによって行われる。
【００１４】
計測器をガイド管の下端部に到達させたのち、ケーブルを巻き上げることによってガイド管内を徐々に上昇させ、一定距離上昇する毎にその位置における垂直線に対するガイド管の傾斜角度等を計測器によって測定し、ガイド管の上端に達するまでに変化する傾斜角度等からガイド管の上端の位置を基準座標として立坑掘削機側の下端部の位置の座標を求める。
【００１５】
同様にして、他方のガイド管に上記計測器を挿入して該ガイド管の下端部に到達させ、しかるのち、ケーブルを巻き上げることによって計測器をガイド管内で徐々に上昇させ、一定距離上昇する毎にその位置における垂直軸に対するガイド管の傾斜角度等を計測器によって測定し、ガイド管の上端に達するまでに変化する傾斜角度等からガイド管の上端の位置を基準座標として立坑掘削機側の下端部の位置の座標を求める。この際、この下端部から所定長さ上方部位のガイド管の下端部の座標も求める。
【００１６】
なお、この他方のガイド管に計測器を挿入して測定する時には、その上端を上記一方のガイド管の測定時における上端と同一位置に配設する。従って、両ガイド管の坑口における座標は同一座標（基準座標）である。
【００１７】
このように、計測器によって坑口側の基準座標と両ガイド管の下端部、即ち、立坑掘削機内における所定部位の座標とを求めれば、これらの座標データから立坑掘削機の位置や姿勢を知ることができる。
【００１８】
即ち、いずれか一方のガイド管の下端部における座標データの立坑長さ方向の座標値（Ｚ方向の座標値）から坑口からの立坑掘削機までの距離がわかり、さらに、互いに水平面内での直角方向の座標値（Ｘ、Ｙ方向の座標値）から上記基準座標からの垂直線上に対する水平方向の偏位量を知ることができる。
【００１９】
また、立坑掘削機内における一方のガイド管の下端部における座標データと、この下端部に対して所定間隔を存して並行に配設している他方のガイド管の下端部における座標データとから立坑掘削機のローリング量を知ることができる。さらにまた、他方のガイド管の下端部における上下座標データから立坑の中心線に対する立坑掘削機の機軸の傾斜度を知ることができる。なお、計測器をガイド管の上端から下端に向かって移動させながら計測してもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明する。図１は立坑Ｔを掘削している立坑掘削機１の位置及び姿勢測量方法を説明するための簡略縦断側面図、図２はその説明図であって、立坑掘削機１はスキンプレート1aの前端面にカッタヘッド1bを配設している公知の掘削機であって、このカッタカッド1bを下方に向けて回転させながら且つ立坑Ｔの掘削壁面に施工されたセグメントＳに推進反力をとって掘進することにより、立坑Ｔを掘進するように構成している。
【００２１】
さらに、立坑Ｔを掘進する上記立坑掘削機１と立坑Ｔの坑口T1間に、可撓性を有する合成樹脂製管等の管体からなる２本のガイド管２、３を配設してあり、これらのガイド管２、３内に傾斜計又は光ファイバージャイロからなる計測器４を挿入してガイド管２、３内を移動させながらこの計測器４の位置の座標を測定するように構成している。
【００２２】
計測器４はその後端を、地上に設置している計測ユニット５内に配設された巻き上げ機６のドラム6aに巻装されているケーブル７の先端に連結されている。そして、ケーブル７を坑口T1の上方に回転自在に配置されているガイドプーリ８に掛け渡して計測器４を吊り下げ、ガイド管２、３のいずれか一方に挿入するよう構成している。
【００２３】
この際、計測器４はガイド管２、３内で軸心回りに回動しないように、ガイド管２、３の内面を断面四角形に形成しておき、この内面に計測器４の外周面を面接触するように形成しておくか、或いは、ガイド管２、３の内面に全長に亘ってガイド溝又はガイド突条（図示せず）を設けておき、このガイド溝又はガイド突条に計測器４の外周面の一部を摺動可能に係合させておく。また、ガイド管２、３も立坑Ｔ内で不測にその管軸回りに妄動しないように坑壁に固定しながら立坑Ｔの長さ方向に張設されてあり、さらに、立坑掘削機１が所定深さ、掘削する毎に一定長のガイド管をこれらのガイド管２、３に継ぎ足される。
【００２４】
ガイド管２、３の下端部は上記立坑掘削機１内に互いに並行状態にして固定されているが、一方のガイド管２の下端に対して他方のガイド管３の下端部を立坑掘削機１の長さ方向に適宜長さだけ延出していると共にこの長さ部分は立坑掘削機１の機軸上に又は機軸に平行して取り付けられている。図中、９は計測ユニット５に備えられたコンピュータである。
【００２５】
このように構成した立坑掘削機１の測量装置によって、立坑Ｔを掘削中の立坑掘削機１の位置や姿勢を測量する方法について説明すると、まず、一方のガイド管２の上端を坑口T1の所定部分に固定し、この上端固定点を基準座標０点（X0、Y0、Z0）とする。そして、ケーブル７によって吊り下げられている計測器４を上記ガイド管２の上端開口部からガイド管２内に挿入し、巻き上げ機６のドラム6aを巻き戻すことによってガイド管２内を降下させ、立坑掘削機１内に固定されている該ガイド管２の下端部にまで到達させる。
【００２６】
この状態から、ケーブル７を引き戻すことによってガイド管２内の下端から計測器４を徐々に上昇させ、計測器４が傾斜計であれば、一定距離、上昇する毎にその位置における垂直線に対するガイド管２の傾斜角度を測定し、ガイド管２の上端に達するまでに変化する傾斜角度と計測位置におけるケーブル７の引き出し長さとをコンピュータ９に入力してガイド管２の上端の上記基準座標０点（X0、Y0、Z0）に対する該ガイド管２の下端Ａ点の座標（X1、Y1、Z1）を求める。なお、計測器４が光ファイバジャイロの場合にはガイド管２内を上昇する該計測器４の角速度を連続的に検出して積分することにより角度変化を求め、ケーブル７の引き出し長さとから上記基準座標０点（X0、Y0、Z0）を基準とするガイド管２の下端Ａ点の座標（X1、Y1、Z1）を求める。
【００２７】
同様にして、他方のガイド管３に上記計測器４を挿入してこのガイド管３内を下端から上端に向かって上昇させながら傾斜角度等を測定し、コンピュータ９に入力してガイド管３の上端の上記基準座標０点（X0、Y0、Z0）に対する該ガイド管３の立坑掘削機１内の下端Ｂ点の座標（X2、Y2、Z2）とこのＢ点から一定距離、上方に位置する立坑掘削機１内の下端部におけるＣ点の座標（X3、Y3、Z3）を求める。なお、このガイド管３に計測器４を挿入する際に、上記一方のガイド管２の上端を側方等に移動させておき、この他方のガイド管３の上端を上記基準座標０点（X0、Y0、Z0）の位置に固定しておく。なお、立坑掘削機１の下端部における上記Ｃ点は、一方のガイド管２の下端Ａ点に対して立坑掘削機１の直径方向線上で対向した位置となるように両ガイド管２、３の下端部を配設しておくと、立坑掘削機１のローリング等の算出が一層容易に行うことができる。
【００２８】
このように、計測器４によって坑口T1の所定部位における基準座標０点（X0、Y0、Z0）と、この座標０点を基準として、立坑掘進中の立坑掘削機１内に固定されている一方のガイド管２の下端部Ａ点の座標（X1、Y1、Z1）、および、他方のガイド管３の下端Ｂ点とこの下端から一定長さ上方の立坑掘削機１内の位置Ｃとの座標（X2、Y2、Z2）、（X3、Y3、Z3）を求めれば、これらの座標データから坑口T1に対する立坑掘削機の位置や姿勢を知ることができる。
【００２９】
即ち、いずれか一方のガイド管の座標データにおけるＺ方向の座標値から、掘削中の立坑掘削機１の坑口T1からの掘削位置（掘削深さ）を確認することができ、さらに、これらのガイド管２、３の水平面方向における互いに直角なＸ方向とＹ方向の座標値から立坑掘削機１の水平方向の偏位量を知ることができる。
【００３０】
さらに、一方のガイド管２の下端部における上記座標データと、このガイド管２の下端部に並行して立坑坑掘削機１内に固定されていいる他方のガイド管３の下端部における上記座標データとから、立坑掘削機１の機軸周りのローリング量を算出することができる。また、立坑掘削機１の機軸上又は機軸と平行に配設されている他方のガイド管３の下端部における上記上下位置Ｂ、Ｃ点の座標データから、立坑Ｔの中心線に対する立坑掘削機１の傾斜度を知ることができる。
【００３１】
なお、上記計測器４として光ファイバジャイロを使用した場合には、測定時間が長くなると時間ドリフトが測定に大きく影響してしまう問題点があるが、本発明によれば、計測器４を短時間でガイド管２、３内を移動させるので、この時間ドリフトが測定に影響することはない。
【００３２】
また、以上の立坑掘削機の測量方法においては、計測器４による計測は、ガイド管２、３の下端から該計測器４を上昇させながら行っているが、ガイド管２、３内で計測器４を坑口T1から下端まで徐々に降下させながら基準座標０点（X0、Y0、Z0）と、一方のガイド管２の下端におけるＡ点の座標（X1、Y1、Z1）と、他方のガイド管３の下端Ｂ、Ｃ点の座標（X2、Y2、Z2）、（X3、Y3、Z3）を求めてもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように本発明の立坑掘削機の測量方法によれば、カッタヘッドを下向きにして立坑を掘削していく立坑掘削機に坑口から該立坑掘削機によって掘削された坑内を通じてこの立坑掘削機まで２本のガイド管を配設し、これらのガイド管内に坑口側からそれぞれ計測器を挿入して一方のガイド管内に挿入した計測器によりこのガイド管の下端部を取付けている立坑掘削機内の一個所の座標を求めると共に、他方のガイド管内に挿入した計測器によりこのガイド管の下端部を取付けている立坑掘削機内の上下二個所の座標を求め、さらに、坑口における所定位置に配設したこれらのガイド管の上端の座標を求めて、この座標データと上記両ガイド管の下端側の座標データとから掘削機の位置と姿勢を求めることを特徴とするものであるから、立坑掘削機内における上記３個所の座標データから、立坑掘削機の位置は勿論、機軸周りのローリングや機軸に対する傾斜度を簡単且つ正確に算出することができ、これらの算出値から立坑掘削機の姿勢等を補正することによって立坑を能率よく且つ精度よく掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】立坑掘削機の位置や姿勢等を測量している状態の簡略縦断側面図、
【図２】その測量方法を説明するための簡略図、
【図３】２本のガイド管を配設している立坑掘削機の簡略横断面図、
【図４】従来例を説明するための簡略縦断側面図。
【符号の説明】
Ｔ  立坑
T1  坑口
１  立坑掘削機
２、３  ガイド管
４  計測器
６  巻き上げ機
７  ケーブル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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