JP2687102B2 - 測定台車による管路等の自動位置測定法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は見通しの効かない曲線
の管路やトンネルで、無人測量を可能にする管路等の測
定法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来見通しの効かない曲線管路やトンネ
ルでは、管路内や坑内に作業員が入り、管路やトンネル
に沿って順次測量していき、これらの管路やトンネルの
位置を測定している。しかしこれらの管路やトンネルが
小口径の場合、作業員が中に入れず、通常の測量では測
定できない。そこでジャイロを搭載した測定台車を管路
内や坑内に走らせ、測定台車の軌跡の距離や角度を測定
演算してこれらの位置を計測する非光学式位置計測法が
採られている。また別の方法として測量器を搭載した台
車を管路等の内部に走行させ、順次予め決められた各盛
り替え点（固定点）に停止させて管路内に設置したター
ゲットを視準することを繰り返えすことにより管路の位
置を計測する方法も提案されている。この方法は測量原
理は従来の方法と変わらないが、測量器を台車に載せて
遠隔操作で視準していく点が従来と異なる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記ジャ
イロを搭載した測定台車を用いる方法は、測定台車を管
路や坑内の軸線に対して常に一定位置で走らさなければ
ならず、またジャイロによる測定は測定台車を一定速度
で走行させなければならない。従って装置の設置や操作
が複雑で熟練を要し、精度上問題もあり、その上装置自
体も高価なものとなっている。また測量器を搭載した台
車を走行させて盛り替え点（固定点）で視準する方法
は、台車を遠隔操作により予め位置の決められた盛り替
え点に正確に停止させ、測量しなければならないため、
その盛り替え点として絶対的な位置を固定し得る施工後
の管路やシールド施工中の管路にしか適用できない。特
に推進工法では施工中に管路が動くため盛り替え点を固
定できず、この方法は適用できないものである。

【０００４】そこでこの発明は、見通しの効かない小口
径の管路やトンネルにおいて、施工方法や施工途中を問
わず、これらの中に作業員が入らずに簡易に測定できる
管路等の位置測定法を提供し、上記課題を解決するもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで請求項１項の発明
は管路又はトンネル内に、当該管路等に沿って一本の軌
道及び適宜の間隔で複数のターゲットを夫々設け、上記
軌道に水平面、垂直面の距離及び角度を測定できる機能
を有する測量器を搭載した測定台車を載せ、この測定台
車を管路等の入り口付近で停止させて、管路等の入り口
付近に設けた推進基線上の二つの引照点及び管路等内に
設けた直前のターゲットを上記測量器で遠隔操作により
測量してこれらの三点の位置関係を求め、上記測定台車
を上記軌道上で走行させて順次隣接する二つのターゲッ
トの間毎に測定台車を停止させて、後視の二点のターゲ
ット又は上記引照点及び前視の一点のターゲットを上記
と同様に測量してこれらの三点の位置関係を求め、各箇
所で測量した三点によりそれぞれ三角形を想定し、上記
推進基線を基準としてこれらの三角形を夫々の一辺を共
有する形で順次三次元的に繋げていくことにより管路等
の位置を測定する方法とした。

【０００６】また請求項２項の発明は、トンネル掘進機
で土中を掘進中の管路又はトンネルにおいて、掘進機の
後方の管路等内に、当該管路等に沿って一本の軌道及び
適宜の間隔で複数のターゲットを夫々設け、上記軌道に
水平面、垂直面の距離及び角度を測定できる機能を有す
る測量器を搭載した測定台車を載せ、この測定台車を管
路等の入り口付近で停止させて、管路等の入り口付近に
設けた推進基線上の二つの引照点及び管路等内に設けた
直前のターゲットを上記測量器で遠隔操作により測量し
てこれらの三点の位置関係を求め、上記測定台車を上記
軌道上で走行させて順次隣接する二つのターゲットの間
毎に測定台車を停止させて、後視の二点のターゲット又
は上記引照点及び前視の一点のターゲットを上記と同様
に測量してこれらの三点の位置関係を求め、各箇所で測
量した三点によりそれぞれ三角形を想定し、上記推進基
線を基準としてこれらの三角形を夫々の一辺を共有する
形で順次三次元的に繋げていくことにより管路等の位置
を測定するとともに、上記掘進機等の機軸姿勢データを
用いて、最寄りのターゲットの位置データに加算して上
記掘進先端位置を求める、管路等の自動位置測定法とし
た。

【０００７】なお上記各請求項における管路は地中又は
地上に設置のものに限らず、さらにトンネルをも含むも
のである。また上記測定台車は自走式でもケーブルによ
る牽引でもよい。

【０００８】

【作用】請求項１項の発明では、まず管路の入り口付近
で推進基線を定め、この推進基線上の任意の引照点を定
める。そしてこの入り口付近に測定台車を止めてこれを
固定し、測量器を整準し、これらの二点の引照点及び管
路内の直前のターゲットを視凖する。これにより測量器
から各引照点及び上記ターゲットまでの距離及びこれら
の点を結ぶ直線間の各夾角が得られ、これらの三点によ
り二点の引照点を結ぶ線を一辺とする三角形が形成され
る。そしてつぎの隣接するターゲットの間で測量する後
視の二点を結ぶ線を順次次の三角形の一辺として三角形
を連結していくことにより、これらの三角形と先に定め
た引照点との相対位置関係が得られる。ここで引照点
は、推進基線上の絶対位置の定められた点であるから、
上記の順次形成される三角形の位置、即ちターゲットの
位置は絶対位置として得られ、さらに予め各ターゲット
の、管路の横断面における位置を定めておけば、管路の
位置が測定できる。

【０００９】また請求項２項の発明では、請求項１項の
発明によって得られた管路の最先端のターゲットの位置
を求め、このターゲットに対する掘進機等の機軸姿勢デ
ータを加算して掘削機の最先端の位置が測定できる。こ
の掘進機等の機軸姿勢データは、当該掘削機に内蔵した
３軸ジャイロ又はジャイロと傾斜計との組合せにより水
平角及び鉛直角を求めることにより得られる。またこれ
に代えて、掘削機、後続の管体等を連結するため、突合
せ端の外周に沿って設けた複数のジャッキのストローク
差により求めることもできる。

【００１０】

【実施例】以下この発明の実施例を図について説明す
る。まずこの発明の方法に使用する装置等について説明
すると、図１に示すごとく地表面１に設けた立坑２の一
側面から掘削機３によりトンネル４を形成している。こ
のトンネル４内に、当該トンネル４に沿って図２及び図
３に示すごとく軌道５を設ける。この軌道５は適宜の支
持脚６に支持され、この上を測定台車７が走行するよう
になっている。この測定台車７は四個の車輪７ａを有
し、これらの車輪７ａが軌道５の断面略チャネル溝内に
挿入され、上記立坑２に設けたウインチ８及びトンネル
４内の先端に設けたウインチ９に夫々一端を巻きつけた
牽引ワイヤ１０を前後に固定し、これらの牽引ワイヤ１
０を引っ張ることにより軌道５上を前進又は後退する。
そして測定台車７の後方の牽引ワイヤ１０には信号伝送
ケーブルを添わせ、これを立坑２に設けた操作、演算装
置１１に接続している。

【００１１】上記測定台車７には鉛直方向に及び水平方
向に回動自在となった測量器１２が設けられ、この測量
器１２は鉛直方向の回動及び水平方向の回動用モータを
内蔵し、また図４に示すごとく整準用の数個の回転ツマ
ミ１３を回転させるモータを夫々内蔵している。また当
該測量器１２のピント合わせツマミ１４を回動させるモ
ータを内蔵し、さらに測量器１２の視準のぞき窓にＴＶ
カメラ１５を設けている。従って作業員は遠隔箇所から
当該測量器１２の整準状態を気泡や傾斜計で観察しなが
らこれらのモータを動かし、またＴＶカメラ１５を介し
て視準する。

【００１２】またトンネル４内に適宜の間隔をあけて多
数の測量用ターゲット１６を図５及び図６に示すごとく
設ける。これらのターゲット１６の間隔は上記測量器１
２を隣接する二つのターゲット１６の間に置いて、後方
の二点のターゲット１６及び前方の一点のターゲット１
６を視準できる間隔であればよい。そして図７に示すご
とく、上記測量器１２により光波１７を各測量用ターゲ
ット１６の前面又は後面に当てるようになっている。そ
して後述の測定によって各測量用ターゲット１６の点１
６ａの位置が分かるものである。

【００１３】つぎに上記装置を用いてこの発明の位置測
定方法を説明する。図８及び図９において、立坑２内に
推進基線Ｇを設ける。そして立坑２内の軌道５上の任意
のＰ１点にて上記測定台車７を固定し、測量器１２を整
準後、推進基線Ｇ上に適宜設けた引照点Ａ、Ｂ及びトン
ネル４内の一番手前のターゲット１６のＣ１点を測量
し、Ａ点、Ｂ点及びＣ１点を求める。この場合Ｐ１点か
らＡ点、Ｂ点、Ｃ１点を視準し、Ｐ１点から各点までの
距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が得られ、またＰ１点から各点を
結ぶ直線間の各夾角θ１、θ２が得られる。これにより
位置が既知である推進基線Ｇ上の二点の引照点を結ぶ線
ＡＢを一辺とする三角形Ａ、Ｂ、Ｃ１が得られ、これに
より引照点からのＣ１点の位置関係が求められる。これ
らの測量器１２の整準操作並びに視準操作、データの演
算は遠隔、自動にて行う。

【００１４】次ぎに図１０に示すごとくトンネル４内の
上記ターゲット１６と次ぎに隣接するターゲット１６と
の間の任意のＰ２の位置に軌道５に沿って測定台車７を
移動させ、上記と同様に遠隔、自動にて測量器１２を固
定し、整準後、後視である上記Ａ点及びＣ１点と前視で
あるＣ２点を測量し、上記の三角形Ａ、Ｂ、Ｃ１の一辺
ＡＣ１を共有する三角形Ａ、Ｃ１、Ｃ２の三角形を得る
ことにより先の引照点からのＣ２点の位置関係が求めら
れる。以下同様の手順を繰り返し、トンネル４内の各タ
ーゲット１６の点１６ａを求めていく。

【００１５】この様に図９及び図１０において、上記各
Ｐｎ点から後視の二点及び前視の一点を順次視準してい
けば三角形Ａ、Ｂ、Ｃ１が求まり、この三角形の一辺
Ａ、Ｃ１を共用する三角形Ａ、Ｃ１、Ｃ２、またこの三
角形の一辺Ｃ１、Ｃ２を共有する三角形Ｃ１、Ｃ２、Ｃ
３、さらにこの三角形の一辺Ｃ２、Ｃ３を共有する三角
形Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４が順次求まる。なお以上の測定原理
は簡略のため平面について説明したものであるが、実際
には縦断面においても同様の測定を同時に行い、そのデ
ータを加味することにより立体空間中に存在する三角形
として求まるものである。この様にして次々として連続
した三角形が立体的に形成され、後視の二点を結ぶ線を
順次共有して行くことにより、各三角形の位置関係が得
られ、上記の引照点の位置から前視となるターゲット１
６の点１６ａ（図１０ではＣ１乃至Ｃ４）の位置が求ま
る。そこでトンネル４の横断面における各ターゲット１
６の位置を予め定めておけば、トンネル４の位置が測定
できる。

【００１６】またこの様にしてトンネル４の先端までの
位置が測定できるが、図１１に示すごとく、この先の掘
削機３の先端は、当該掘削機３及び内部に機器を設置し
た管体１７、１８、１９があるため、上記の測量による
方法では測定出来ない。そこでこれらの掘削機３及び後
続の内部に機器等を設置した管体１７、１８、１９があ
る場合は、上記方法で最先端の管体２０端の点Ｃｎ−１
及びＣｎの位置を求め、この位置から管体２０の管軸
（機軸）の方向を得、以降管体１９、１８、１７及び掘
削機３の管軸又は機軸の方向が得られる。従って各管体
２０、１９、１８、１７及び掘削機３相互の成す角度θ
１１、θ１２、θ１３、θ１４及び各管体の寸法データ
より、各管体１９、１８、１７及び掘削機３の管軸（機
軸）先端部の点Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４の座標点が得ら
れる。

【００１７】これらの上記機軸又は管軸の方向はこれら
に搭載した、平面角及び鉛直角の偏位を計測できる三軸
ジャイロ、又は平面角用ジャイロと鉛直角用傾斜計（加
速度計）を組み合わせても測定できる。またこの他に各
管体１７、１８、１９、２０及び掘削機３を連結するた
め、これらの各突合せ端部外周に沿って複数個設けた各
ジャッキのストローク差にて上記θ１１等を求める方法
もある。

【００１８】なお上記実施例では測定台車７を牽引ワイ
ヤ１０で引っ張って走行させているが、これに限らず測
定台車は自走式としてもよく、また無線で操作するもの
でも良い。さらに当該測定台車７を軌道上で停止させ、
ターゲットを視準する際、当該測定台車７を軌道上で固
定しなければならないが、この固定方法は適宜のもので
良く、例えば上記車輪７ａのシャフトの両側端を外方に
突出させて、軌道の両側の外枠に押し当てて固定するス
タビライザー方式のものでも良い。

【００１９】

【発明の効果】請求項１項の発明においては、トンネル
や地上、地中設置の管路の位置測定において、管路又は
トンネル内に軌道及び複数のターゲットを設け、上記軌
道に沿って測量器を移動させて測定すれば良く、その際
軌道は定位置に設けなくても良い。また測量器を停止さ
せるべき盛替点を予め設置する必要がなく、またその位
置に測量器を正確に停止させる必要もないので、容易に
位置測定ができる。また上記各盛替点では前方の隣接す
るターゲットと後視の二点について測量すればよい。ま
た遠隔での自動操作による測定ができ、測定作業が容易
かつ安全となる。さらに作業員の入れない小口径の管路
やトンネル、曲がりくねった管路やトンネル等の位置測
定に便利である。しかもこれらの管路やトンネルにおい
て、施工方法や施工途中を問わず、簡易に測定できるも
のである。

【００２０】また請求項２項の発明は、上記請求項１項
の発明の効果に加え、掘削中の管路又はトンネルにおけ
る掘進機等の先端位置は従来の測量法では測定が容易で
はなかったが、この発明ではこの様な見通しのきかない
箇所でも容易に計測できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の方法に使用するトンネル及び立坑内
の設備の概略を示す断面側面図である。

【図２】この発明の方法に使用するトンネル内の軌道及
び測定台車を示す断面側面図である。

【図３】この発明の方法に使用するトンネル内の軌道及
び測定台車を示す断面正面図である。

【図４】この発明の方法に使用する測量器の概略側面図
である。

【図５】この発明の方法に使用するターゲットの設置状
態を示す側面図である。

【図６】この発明の方法に使用するターゲットの設置状
態を示す正面図である。

【図７】この発明の方法に使用するターゲットの拡大側
面図である。

【図８】この発明の方法における測量器による最初の視
準を示す側面図である。

【図９】この発明の方法における測量器による最初の視
準を示す平面図である。

【図１０】この発明の方法における測量原理を示す概略
平面図である。

【図１１】この発明の方法における掘進機及び後続の管
体等の先端位置を計測する原理を示す概略平面図であ
る。

【符号の説明】

２ 立坑 ３ 掘進機 ４ トンネル ５ 軌道 ７ 測定台車 １０ 牽引ワイヤ １２ 測量器 １６ ターゲッ
ト １７ 管体 Ｇ 推進基線

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 管路又はトンネル内に、当該管路等に沿
   って一本の軌道及び適宜の間隔で複数のターゲットを夫
   々設け、上記軌道に水平面、垂直面の距離及び角度を測
   定できる機能を有する測量器を搭載した測定台車を載
   せ、この測定台車を管路等の入り口付近で停止させて、
   管路等の入り口付近に設けた推進基線上の二つの引照点
   及び管路等内に設けた直前のターゲットを上記測量器で
   遠隔操作により測量してこれらの三点の位置関係を求
   め、上記測定台車を上記軌道上で走行させて順次隣接す
   る二つのターゲットの間毎に測定台車を停止させて、後
   視の二点のターゲット又は上記引照点及び前視の一点の
   ターゲットを上記と同様に測量してこれらの三点の位置
   関係を求め、各箇所で測量した三点によりそれぞれ三角
   形を想定し、上記推進基線を基準としてこれらの三角形
   を夫々の一辺を共有する形で順次繋げていくことにより
   管路等の位置を測定することを特徴とする、測定台車に
   よる管路等の自動位置測定法。
2. 【請求項２】 トンネル掘進機で土中を掘進中の管路又
   はトンネルにおいて、掘進機の後方の管路等内に、当該
   管路等に沿って一本の軌道及び適宜の間隔で複数のター
   ゲットを夫々設け、上記軌道に水平面、垂直面の距離及
   び角度を測定できる機能を有する測量器を搭載した測定
   台車を載せ、この測定台車を管路等の入り口付近で停止
   させて、管路等の入り口付近に設けた推進基線上の二つ
   の引照点及び管路等内に設けた直前のターゲットを上記
   測量器で遠隔操作により測量してこれらの三点の位置関
   係を求め、上記測定台車を上記軌道上で走行させて順次
   隣接する二つのターゲットの間毎に測定台車を停止させ
   て、後視の二点のターゲット又は上記引照点及び前視の
   一点のターゲットを上記と同様に測量してこれらの三点
   の位置関係を求め、各箇所で測量した三点によりそれぞ
   れ三角形を想定し、上記推進基線を基準としてこれらの
   三角形を夫々の一辺を共有する形で順次繋げていくこと
   により管路等の位置を測定するとともに、上記掘進機等
   の機軸姿勢データを用いて、最寄りのターゲットの位置
   データに加算して上記掘進先端位置を求めることを特徴
   とする、測定測定台車による管路等の自動位置測定法。