(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ鉛直方向に掘り下げる掘削機の位置計測方法において、
予め位置が特定されている計測規準面から掘削機に設定された計測対象面上の特定点までの深さを計測する手順と、
前記計測対象面の傾斜角度を計測する手順と、
前記二つの手順を繰り返しながら深さの増加分と傾斜角度の変化とを累積計算する手順と、
前記特定点までの深さと前記計測対象面の傾斜角度に基づいて前記掘削機の位置と掘削方向を算出する手順と
を含んでいる掘削機の位置計測方法において、
計測対象面上の特定点までの深さを計測する手順は、
予め位置が特定されている少なくとも３つの基準点から、掘削機の上端に設定された計測対象面上の少なくとも３つの特定点までそれぞれ配設された各連通管内の液体の圧力変化によって各基準点から各特定点までの深さを計測する手順とし、
計測対象面の傾斜角度を計測する手順は、
各基準点から各特定点までの距離に基づいて計測対象面の傾斜角度を計測する手順としたことを特徴とする掘削機の位置計測方法。
【請求項２】
ジャイロによって検出した傾斜計の回転角度に基づいて、請求項１に記載の方法で計測した計測対象面の傾斜角度を補正する手順を含んでいることを特徴とする掘削機の位置計測方法。
【請求項３】
掘削の進行に応じて、請求項１または２の何れか１項に記載の掘削機の位置計測方法によって計測する手順と、複数回計測した掘削機の位置と掘削方向とに基づいて掘削機の軌跡を求める手順とを含んでいることを特徴とする掘削機の位置計測方法。
【請求項４】
掘削機によって掘削を進行させる稼働状態と、掘削機による掘削を一時的に停止させてセグメント施工等の作業を行う停止状態とを交互に繰り返すことによって、ほぼ鉛直方向に掘り下げる掘削機の位置計測方法において、
掘削機の稼働状態においては、請求項１、２または３の何れか１項に記載の掘削機の位置計測方法によって計測した掘削機の位置と掘削方向とに基づいて掘削機の軌跡を求め、
掘削機の停止状態においては、請求項１に記載の掘削機の位置計測方法によって計測した掘削機の位置と掘削方向とに基づいて掘削機の軌跡を補正する
ことを特徴とする掘削機の位置計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削機を用いて、ほぼ鉛直方向に掘り下げる場合における前記掘削機の位置（深さ）と掘削方向とを把握することのできる方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、掘削機を用いて、縦坑をほぼ鉛直方向に掘り下げる場合には、地表等の基準点から地下の前記掘削機までの距離を、順次繰り出されるワイヤー等を用いて計測することによって、前記掘削機の位置を把握することが行われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような従来のワイヤー等を用いた計測方法は、縦坑の底を地表の基準点等から見通し可能な場合には適用可能であるが、縦坑が屈曲しているような場合で見通し不可能になると、ワイヤー等を用いた計測方法では計測困難であった。
また、ワイヤー等を用いた計測方法で縦坑の底までの深さを計測可能な場合であっても、掘削機の掘削方向は把握できないので、意図しない方向に掘削機が進む場合もあり、所望の計画線に沿った掘削が困難であるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、屈曲した縦坑でも掘削機の位置と掘削方向とを把握することのできる技術の提供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】
本発明にかかる請求項１の掘削機の位置計測方法は、
ほぼ鉛直方向に掘り下げる掘削機の位置計測方法において、
予め位置が特定されている計測規準面から掘削機に設定された計測対象面上の特定点までの深さを計測する手順と、
前記計測対象面の傾斜角度を計測する手順と、
前記二つの手順を繰り返しながら深さの増加分と傾斜角度の変化とを累積計算する手順と、
前記特定点までの深さと前記計測対象面の傾斜角度に基づいて前記掘削機の位置と掘削方向を算出する手順と
を含んでいる掘削機の位置計測方法において、
計測対象面上の特定点までの深さを計測する手順は、
予め位置が特定されている少なくとも３つの基準点から、掘削機の上端に設定された計測対象面上の少なくとも３つの特定点までそれぞれ配設された各連通管内の液体の圧力変化によって各基準点から各特定点までの深さを計測する手順とし、
計測対象面の傾斜角度を計測する手順は、
各基準点から各特定点までの距離に基づいて計測対象面の傾斜角度を計測する手順としたことを特徴としている。
【０００６】
本発明にかかる請求項２の掘削機の位置計測方法は、
ジャイロによって検出した傾斜計の回転角度に基づいて、請求項１に記載の方法で計測した計測対象面の傾斜角度を補正する手順を含んでいることを特徴としている。
【０００７】
本発明にかかる請求項３の掘削機の位置計測方法は、
掘削の進行に応じて、請求項１または２の何れか１項に記載の掘削機の位置計測方法によって計測する手順と、複数回計測した掘削機の位置と掘削方向とに基づいて掘削機の軌跡を求める手順とを含んでいることを特徴としている。
【０００８】
本発明にかかる請求項４の掘削機の位置計測方法は、
掘削機によって掘削を進行させる稼働状態と、掘削機による掘削を一時的に停止させてセグメント施工等の作業を行う停止状態とを交互に繰り返すことによって、ほぼ鉛直方向に掘り下げる掘削機の位置計測方法において、
掘削機の稼働状態においては、請求項１、２または３の何れか１項に記載の掘削機の位置計測方法によって計測した掘削機の位置と掘削方向とに基づいて掘削機の軌跡を求め、
掘削機の停止状態においては、請求項１に記載の掘削機の位置計測方法によって計測した掘削機の位置と掘削方向とに基づいて掘削機の軌跡を補正することを特徴としている。
【０００９】
【作用】
図１は、基本的な掘削機の位置計測方法を説明するための模式図であり、掘削開始位置等のような基準となる位置を予め位置が特定されている計測規準面１１とし、掘削機１２の上端等に設定された特定の計測対象面１３上に特定点１４を設定し、前記計測基準面１１から前記特定点１４までの深さＤを計測することによって、掘削機１２の深さを知る。
そして、前記計測対象面１３の傾斜角度Ａを計測することによって掘削機１２の向きを知る。このようにして、掘削機１２の深さＤと向きＡとを繰り返すことによって深さの増加分と傾斜角度の変化とを掘削開始位置から順次累積計算する。従って、累積計算した前記特定点までの深さと前記計測対象面の傾斜角度に基づいて前記掘削機の現在位置と掘削方向を算出するのである。この掘削機の位置計測方法では、深さと傾斜角度を求めて累積計算することによって掘削機の位置と方向とを知ることができるのである。
【００１０】
図２は、請求項１の掘削機の位置計測方法を説明するための模式図であり、予め位置が特定されている少なくとも３つの基準点５１Ａ、５１Ｂ、５１Ｃから、掘削機の上端に設定された計測対象面上の少なくとも３つの特定点５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃまで、それぞれ配設された各連通管５３Ａ、５３Ｂ、５３Ｃ内の液体の圧力変化によって各基準点から各特定点までの深さを計測するので、レーザー測距手段が無くても、３つのレベル計で掘削機の位置と掘削方向とを知ることができる。この場合は、レーザー測距手段による距離測定を行わないので、掘削機が作動している状態、即ち、掘削進行中に行うことができる。
【００１１】
図３は請求項２の掘削機の位置計測方法を説明するための模式図であり、傾斜計７１の回転角度θ７をジャイロ７２によって検出するので、計測対象面７３の傾斜角度を補正して正確な位置計測が可能となる。この方法では、掘削機の軸廻りの回転（ローリング。矢印で示した。）を補正することができるのである。この場合は、レーザー測距手段による距離測定を行わないので、掘削機が作動している状態、即ち、掘削進行中に行うことができる。
【００１２】
請求項３の掘削機の位置計測方法では、掘削の進行に応じて、請求項１または２の何れか１項に記載の掘削機の位置計測方法によって掘削機の位置を複数回計測し、複数回計測した掘削機の位置と掘削方向とに基づいて掘削機の軌跡を求めるので、掘削機の移動軌跡と現在位置とを知ることができる。
【００１３】
請求項４の掘削機の位置計測方法では、掘削機の稼働状態においては、請求項１、２、または３の何れか１項に記載の掘削機の位置計測方法によって計測した掘削機の位置と掘削方向とに基づいて掘削機の軌跡を求め、掘削機の停止状態においては、請求項１に記載の掘削機の位置計測方法によって計測した掘削機の位置と掘削方向とに基づいて掘削機の軌跡を補正するので、常時最も正確な掘削機の位置を計測することができるのである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる掘削機の位置計測方法を、その実施の形態を示した図４、５、６を参照して詳細に説明する。
【００１５】
図４において、１は掘削機、２は掘削機１の上方に設置されたデータ伝送装置、３は掘削機１の傾斜を計測する傾斜計、４は掘削機１のローリング角を計測するジャイロ、５は地上の計測基準面ＧＬから掘削機１の計測対象点Ｐまでの深さを計測するレベル計である。
【００１６】
前記掘削機１は下面に備えたカッター１Ａを回転させることによって掘削を行うものであり、掘削機１の外殻１Ｂの内部に必要な機材が設置されている。そして、所定深さ堀り進んだ後には掘削を一時停止して、セグメントを組み立てて縦坑の壁面を構成する。前記傾斜計３は掘削機１の上端に設定された計測対象面Ｍ上に直角方向に配置された２つの傾斜計から構成されている。ジャイロ４は掘削機１に固定さている。レベル計５は計測基準面ＧＬ側の所定の高さに設置された流体供給部５Ａと、計測対象点Ｐ側に設置された流体圧力計測部５Ｂと、両者を連通状態で接続する連通管５Ｃとから構成されている。流体圧力計測部５Ｂにおいて計測される流体圧力は掘削機１の深さに応じて変化するので、流体圧力を正確に計測することによって掘削機１の深さを正確に随時把握することができるのである。
【００１７】
以上のようにして、傾斜計３からの計測データと、ジャイロ４からの計測データと、レベル計５からの計測データを、前記データ伝送装置２を介して地上の計測装置６に伝送する。地上の計測装置６においては、伝送されてきた計測データを分析処理装置６Ａを用いて分析・解析して、掘削機１の位置と掘削方向とを維持把握する。分析処理装置６Ａのデスプレイ画面６Ｂには、図５の（Ａ）に示したように、計画掘削軸ＸＹと、図５の（Ｂ）における現時点での掘削機１’の掘削方向（矢印）に対応した掘削軸に対応した掘削軸が、図５の（Ａ）の交差軸Ｘ’Ｙ’として、グラフィック表示されている。また、ジャイロ４の位置も４Ａのように模式的に表示されるので、掘削機のローリング角度も視覚的に認識することができる。
【００１８】
以上の構成の掘削機の位置計測方法を用いることにより、図６に示したように、鉛直方向に掘り下げるのではなく障害物等を避けながら掘り下げる場合でも、地上の基準面から視準できない位置にある掘削機１の現時点の位置と掘削方向とを随時把握して、適切な制御を行うことが可能になったのである。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の掘削機の位置計測方法によれば、縦坑の底の掘削機を地表の基準点等から見通し不可能な場合にも、レーザー測距手段による距離測定を行わずに、掘削機の位置と掘削方向とを正確に、且つ随時把握しながら掘削することができる。
また、掘削機が作動中に計測した掘削機の位置と掘削方向を、掘削機が一時停止してセグメント施工時に計測したデータによって補正することによって、常時正確な計測が可能となったのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】基本的な掘削機の位置計測方法を説明する説明図である。
【図２】本発明の請求項１にかかる掘削機の位置計測方法を説明する説明図である。
【図３】本発明の請求項２にかかる掘削機の位置計測方法を説明する説明図である。
【図４】本発明にかかる掘削機の位置計測方法の実施の形態の説明図である。
【図５】前記掘削機の位置計測方法の説明図である。
【図６】前記掘削機の位置計測方法の説明図である。
【符号の説明】
１ 掘削機、
２ データ伝送装置、
３ 傾斜計、
４ ジャイロ、
５ レベル計、
５Ａ  流体供給部，
５Ｂ  流体圧力計測部，
５Ｃ  連通管。
【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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