地中推進機の水平位置検出方法
【課題】 地中を推進してトンネルを掘削する推進機の水平位置を、推進機内部に電磁コイル等の信号発信器を搭載せずに簡易に検出可能な地中推進機の水平位置検出方法を提供する。
【解決手段】 地表５の異なる位置Ａ，Ｂ，Ｃに配置した複数の振動センサ６，７，８を用いて、推進機４が地中推進時に発生する振動波の初動振動波形を異なる地表位置Ａ，Ｂ，Ｃで測定し、初動振動波形の各地表位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける到達時間の差に基づいて、推進機４の水平位置を検出する。
【解決手段】 地表５の異なる位置Ａ，Ｂ，Ｃに配置した複数の振動センサ６，７，８を用いて、推進機４が地中推進時に発生する振動波の初動振動波形を異なる地表位置Ａ，Ｂ，Ｃで測定し、初動振動波形の各地表位置Ａ，Ｂ，Ｃにおける到達時間の差に基づいて、推進機４の水平位置を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中を推進してトンネルを掘削する推進機の水平位置を検出する地中推進機の水平位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管埋設位置の起点と終点に発進坑及び到達坑を設けて、発進坑から地中に設定された推進計画線に沿って推進機を推進させトンネルを掘削する非開削工法が適用されている。このような非開削工法で良好な施工を実現するためには、推進機の推進時における高精度な位置検知が重要である。従来は、１００ｍ以上の距離を推進する大型の推進機が用いられていたため、推進機内部に設置された電磁コイルから発生する電磁界強度を地上で測定し、推進機の位置を検出していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許３４４１６５０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、上記非開削工法において、１０ｍ程度の距離を推進するハンマーヘッドモールと呼ばれるタイプの小型の推進機が導入されつつある。このような小型の推進機の場合、大型の推進機に搭載されていた電磁コイル等の位置検出用の信号発信器を搭載することがスペース上の制約から困難であった。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、地中を推進してトンネルを掘削する推進機の水平位置を、推進機内部に電磁コイル等の信号発信器を搭載せずに簡易に検出可能な地中推進機の水平位置検出方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、地表の異なる位置に配置した複数の振動センサを用いて、前記推進機が地中推進時に発生する振動波の振動波形を前記異なる地表位置で測定し、前記異なる地表位置における複数の前記振動波形を比較した比較結果に基づいて、前記推進機の水平位置を検出することを第１の特徴とする。
【０００７】
更に、本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、上記第１の特徴に加えて、前記複数の振動センサを用いて、前記推進機が地中推進時に発生する振動波の初動振動波形を前記異なる地表位置で測定し、前記初動振動波形の前記各地表位置における到達時間の差に基づいて、前記推進機の水平位置を検出することを第２の特徴とする。
【０００８】
更に、本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、上記何れかの特徴に加えて、前記複数の振動センサの少なくとも２つを、推進計画線の左右に振り分けて配置することを第３の特徴とする。
【０００９】
更に、本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、上記第３の特徴に加えて、前記推進計画線の左右に振り分けて配置する２つの振動センサを、前記推進計画線に対して左右対称位置に配置することを第４の特徴とする。
【００１０】
更に、本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、上記何れかの特徴に加えて、前記複数の振動センサは個数が３以上であることを第５の特徴とする。
【００１１】
更に、本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、上記第５の特徴に加えて、地表面に設定された基準点を座標原点とする前記複数の振動センサの各位置座標と、前記推進機の推進距離から推定される暫定的な現在位置の位置座標に基づいて前記推進機から前記複数の振動センサまでの各推定距離を算出し、前記各推定距離の差と前記複数の振動センサで測定された前記到達時間の差に基づいて前記初動振動波形の推定伝播速度を算出し、前記到達時間の差と前記推定伝播速度に基づいて前記推進機の水平位置を検出することを第６の特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記第１の特徴の地中推進機の水平位置検出方法によれば、ハンマーヘッドモール等の推進機が地中を前進する際に地盤を打撃すること等によって発生する振動波を、地表の異なる位置に配置した複数の振動センサを用いて測定するだけで、推進機と各振動センサ間の相対的位置関係の相違によって生じる測定振動波形の相違の比較結果から、各振動センサの設置位置に対する当該相対的位置関係の相違が分かるため、推進機内部に電磁コイル等の信号発信器を搭載せずとも簡易に推進機の水平位置を検出することができる。
【００１３】
上記第２の特徴の地中推進機の水平位置検出方法によれば、各振動センサで測定される振動波形の振動強度（振幅）が一定でなく、また、振動波の発生タイミングが分からなくても、推進機と各振動センサ間の相対的位置関係の相違を反映した初動振動波形の各地表位置における到達時間の差が測定されるため、推進機の水平位置を検出することができる。
【００１４】
上記第３の特徴の地中推進機の水平位置検出方法によれば、推進機の位置が推進計画線に対して左右の何れか一方に外れた場合に、推進計画線の左右に振り分けて配置された２つの振動センサと推進機の各距離が、一方が短くなり他方が長くなる関係となり、当該２つの振動センサで測定される到達時間が顕著に相違するため、推進機の水平位置、特に、推進計画線に対する左右のズレを精度よく検出することができる。
【００１５】
上記第４の特徴の地中推進機の水平位置検出方法によれば、推進機の推進方向に沿った座標位置や深さ方向の座標位置の推定値と実際値との誤差が、推進計画線の左右に振り分けて配置された２つの振動センサに対して略等しく影響するため、当該誤差の影響を抑制したより高精度な推進機の水平位置の検出が可能となる。
【００１６】
上記第５の特徴の地中推進機の水平位置検出方法によれば、振動センサが３つあるため、１つの振動センサの測定した振動波形を基準波形として、他の２つの振動センサの測定した振動波形との比較を行うことができ、当該２つの比較結果の差が、他の２つの振動センサと推進機との間の相対的な位置関係の差となって測定されるため、少ない振動センサの数で高精度な推進機の水平位置の検出が可能となる。
【００１７】
上記第６の特徴の地中推進機の水平位置検出方法によれば、上記第２の特徴の地中推進機の水平位置検出方法を、簡易な計算手順で具体的に実現でき、上記作用効果を奏することができる。
【００１８】
特に、上記第５の特徴の地中推進機の水平位置検出方法との組み合わせとなるので、１つの振動センサの測定した到達時間を基準に他の２つの振動センサの測定した到達時間との差が２つ求まり、測定された２つの到達時間の差に基づいて、他の２つの振動センサと推進機と距離の差が求まるため、高精度な推進機の水平位置の検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法（以下、適宜「本発明方法」と略称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、管埋設位置の起点Ｓと終点Ｅに発進坑１及び到達坑２を設けて、発進坑１から地中３に設定された推進計画線Ｌに沿って推進機４を推進させトンネルを掘削する非開削工法に本発明方法を適用した場合における、本発明方法に使用する３つの振動センサ６，７，８と上記各部の位置関係を模式的に示す平面図（Ａ）と垂直断面図（Ｂ）である。
【００２１】
本実施形態では、推進機４として小型のハンマーヘッドモールの使用を想定し、推進機４の先端部のハンマーヘッドが、コンプレッサ（図示せず）から送入される圧縮空気により地盤を打撃し、この打撃により地中を掘削して推進するとともに、打撃毎に断続的に発生する振動波を、地表面５に設置した３つの振動センサ６，７，８で観測する。
【００２２】
以下の説明の便宜のために、推進計画線Ｌの延伸方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向と直交し地表面５に平行な方向をＹ軸方向、地表面５に直交する鉛直方向（深さ方向）をＺ軸方向、推進計画線Ｌ上の中間点の真上に位置する地表面５上の基準点Ｐを座標原点とする３次元の直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を想定する。
【００２３】
３つの振動センサ６，７，８は、地表面５上の３地点Ａ，Ｂ，Ｃに夫々配置されている。地点Ａは推進計画線Ｌの真上で基準点Ｐより起点Ｓ寄り、つまり、＋Ｘ方向に設定され、地点Ｂは基準点Ｐより推進方向に向かって左側、つまり−Ｙ方向に設定され、地点Ｃは基準点Ｐより推進方向に向かって右側、つまり＋Ｙ方向に設定されている。ここで、３地点Ａ，Ｂ，Ｃと基準点Ｐとの間は何れも距離ｄだけ離間しているものとする。従って、３地点Ａ，Ｂ，Ｃの位置座標は、夫々、Ａ：（＋ｄ，０，０）、Ｂ：（０，−ｄ，０）、Ｃ：（０，＋ｄ，０）となる。
【００２４】
以下に、推進機４の先端Ｈの位置座標を（ｘ，ｙ，ｚ）として、本発明方法による推進機４の水平位置の検出手順について説明する。ここでは、推進機４の先端Ｈが、基準点Ｐより起点Ｓ寄り、つまり、＋Ｘ方向に存在する場合を想定する。つまり、３つの振動センサ６，７，８は、何れも推進機４より終点Ｅ側に位置している。
【００２５】
先ず、３つの振動センサ５，６，７で夫々の配置点Ａ，Ｂ，Ｃにおける推進機４が発生する振動波の初動振動波形を測定して記録する。図２と図３に、記録された初動振動波形の２つの測定例を示す。図２と図３ともに、３地点での測定波形を重ねて示している。図２と図３では、本発明方法の検出精度を調べるために推進機４の位置を故意に推進計画線Ｌからずらせた２通りの場合の測定結果である。
【００２６】
図２と図３に示すように、配置点Ａが推進機４の先端Ｈに最も近いため、初動振動波形の最初のピークＰａが、他の配置点Ｂ，Ｃの最初のピークＰｂ，Ｐｃより早く出現している。図２では、配置点ＢのピークＰｂが配置点ＣのピークＰｃより遅く出現していることから、配置点Ｂの方が配置点Ｃより推進機４の先端Ｈからの距離が長いことが分かる。つまり、推進機４は推進計画線Ｌより右側に位置していることが初動振動波形より分かる。また、図３では、配置点ＢのピークＰｂが配置点ＣのピークＰｃより早く出現していることから、配置点Ｂの方が配置点Ｃより推進機４の先端Ｈからの距離が短いことが分かる。つまり、推進機４は推進計画線Ｌより左側に位置していることが初動振動波形より分かる。
【００２７】
次に、初動振動波形の測定結果より、配置点Ａ，Ｂ，Ｃにおける初動振動波の到達時間の差を、ピークＰａからピークＰｂまでの時間差Δａｂ、及び、ピークＰａからピークＰｃまでの時間差Δａｃによって求める。
【００２８】
ところで、推進機４の先端Ｈと３地点Ａ，Ｂ，Ｃの距離Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃは、夫々下記の数１、数２、数３で求まる。
【００２９】
（数１）
Ｄａ＝{(ｘ−ｄ)２＋ｙ２＋ｚ２}１／２
（数２）
Ｄｂ＝{ｘ２＋(ｙ＋ｄ)２＋ｚ２}１／２
（数３）
Ｄｃ＝{ｘ２＋(ｙ−ｄ)２＋ｚ２}１／２
【００３０】
ここで、推進機４の先端Ｈの概略の位置は、推進機４の起点Ｓからの推進距離によって推定できる。そこで、推進機４が推進計画線Ｌに沿って直進したと仮定すると、推進計画線Ｌ上での暫定的な現在位置Ｈ’を推定できる。この暫定的な推定位置Ｈ’の位置座標を（ｈ，０，ｆ）とする。座標値ｈは、起点Ｓと基準点Ｐの距離から推進距離を差し引いて求まり、座標値ｆは起点Ｓの深さより求まる。
【００３１】
暫定的な推定位置Ｈ’の各座標値を上記数１〜数３に代入して、３地点Ａ，Ｂ，Ｃの距離差を求めると、下記の数４に示すようになる。尚、暫定的な推定位置Ｈ’が推進計画線Ｌにあるため、推進機４の実際の位置とは関係なく、距離差（Ｄｂ−Ｄａ）と距離差（Ｄｃ−Ｄａ）は同じ値Ｄになる。
【００３２】
（数４）
Ｄ＝Ｄｂ−Ｄａ＝Ｄｃ−Ｄａ＝(ｈ２＋ｄ２＋ｆ２)１／２−{(ｈ−ｄ)２＋ｆ２}１／２
【００３３】
次に、数４で求めた距離差Ｄと、初動振動波形の測定結果より求めた到達時間差ΔａｂとΔａｃから振動波の地中伝播速度Ｆを算出する。到達時間差ΔａｂとΔａｃは、推進機４の実際の位置を反映して異なる値となっているため、距離差Ｄと到達時間差Δａｂで求まる伝播速度Ｆａｂ（＝Ｄ／Δａｂ）と、距離差Ｄと到達時間差Δａｃで求まる伝播速度Ｆａｃ（＝Ｄ／Δａｃ）の平均により、数５に示すように、地中伝播速度Ｆを算出する。
【００３４】
（数５）
Ｆ＝(Ｆａｂ＋Ｆａｃ)／２＝(Ｄ／Δａｂ＋Ｄ／Δａｃ)／２
【００３５】
次に、推進機４の暫定的な推定位置Ｈ’に対して推進計画線Ｌからの乖離を考慮して、推進機４が推進計画線Ｌから外れた場合の第２の暫定的な推定位置Ｈ”を想定する。ここで、推定位置Ｈ”は第１の暫定的な現在位置Ｈ’からＹ軸方向に移動していると仮定すると、その位置座標は（ｈ，ｙ，ｆ）となる。ここで、座標値ｈと座標値ｆは既知であり、座標値ｙが算出すべき変数である。
【００３６】
ここで、再度、第２の暫定的な推定位置Ｈ”の座標値を上記数１〜数３に代入して、３地点Ａ，Ｂ，Ｃの距離差を求めると、下記の数６及び数７に示すようになる。尚、暫定的な推定位置Ｈ”が必ずしも推進計画線Ｌ上には位置しないため、推進機４の実際の位置に応じて、距離差（Ｄｂ−Ｄａ）と距離差（Ｄｃ−Ｄａ）は異なる値となる。
【００３７】
（数６）
Ｄｂ−Ｄａ＝{ｈ２＋(ｙ＋ｄ)２＋ｆ２}１／２−{(ｈ−ｄ)２＋ｙ２＋ｆ２}１／２
【００３８】
（数７）
Ｄｃ−Ｄａ＝{ｈ２＋(ｙ−ｄ)２＋ｆ２}１／２−{(ｈ−ｄ)２＋ｙ２＋ｆ２}１／２
【００３９】
ここで、距離差（Ｄｂ−Ｄａ）と距離差（Ｄｃ−Ｄａ）の差ΔＤは、初動振動波形の測定結果において、振動センサ６，７の配置点Ｂ，Ｃにおける初動振動波の到達時間の差、つまり、ピークＰｂとピークＰｃの到達時間差Δｂｃとして観測されるため、到達時間差Δｂｃに数５で算出した地中伝播速度Ｆを乗じて求まる長さとして求まる。従って、下記の数８に示す距離差ΔＤと到達時間差Δｂｃの関係を示す変数ｙの方程式より推進機４の位置座標を近似的に求めることができる。
【００４０】
（数８）
ΔＤ＝(Ｄｂ−Ｄａ)−(Ｄｃ−Ｄａ)
＝{ｈ２＋(ｙ＋ｄ)２＋ｆ２}１／２−{ｘ２＋(ｙ−ｄ)２＋ｚ２}１／２
＝Δｂｃ×Ｆ
【００４１】
尚、本実施形態では、数８に示す方程式が、変数ｙの２次式の平方根で表され、解法が困難なため、簡易的な解法手法として、パソコン上で、市販の表計算ソフトを用いて作成される変数ｙの早見表を使用する。
【００４２】
当該早見表は、以下の要領で作成される。先ず、値ｄ、値ｈ、値ｆと、到達時間差Δａｂ、Δａｃ、Δｂｃの６つの値を入力し、値ｄ、値ｈ、値ｆと、到達時間差Δａｂ、Δａｃから、数４と数５に基づいて地中伝播速度Ｆを算出する。次に、一定の刻み幅で予め設定した複数の変数ｙの設定値ｙ（ｉ）に対して、入力された値ｄ、値ｈ、値ｆを用いて数８に基づいて距離差ΔＤ（ｉ）を各別に算出する。次に、算出した各距離差ΔＤ（ｉ）を先に算出した地中伝播速度Ｆで除して、変数ｙの設定値ｙ（ｉ）毎の到達時間差Δｂｃ（ｉ）を算出し、変数ｙの設定値ｙ（ｉ）と到達時間差Δｂｃ（ｉ）を並べて表示することで早見表が作成される。
【００４３】
例えば、初動振動波形の測定結果から測定されるピークＰｂとピークＰｃの到達時間差Δｂｃが、到達時間差Δｂｃ（ｉ）とΔｂｃ（ｉ＋１）の間にある場合は、推進機４の位置座標のＹ座標値ｙは、設定値ｙ（ｉ）とｙ（ｉ＋１）の間にあると分かる。Δｂｃの到達時間差Δｂｃ（ｉ）とΔｂｃ（ｉ＋１）の間の位置関係によって、設定値ｙ（ｉ）とｙ（ｉ＋１）を補間することで、推進機４の位置座標のＹ座標値ｙを簡易且つ精度良く求めることができる。
【００４４】
次に、図２及び図３に示した２つの初動振動波形の測定結果に基づいて、本発明方法の２つの実施例を説明する。
【００４５】
〈実施例１〉
図４（Ａ）に示すように、推進計画線Ｌの起点Ｓと終点Ｅの距離が５．９ｍ、推進計画線Ｌ及び推進機４の先端Ｈの深さｆが１ｍ（ｆ＝１）、３つの振動センサ６，７，８の配置点Ａ，Ｂ，Ｃの基準点Ｐからの距離ｄが０．５ｍ（ｄ＝０．５）、起点Ｓと基準点Ｐの距離が３ｍ、推進機４の推進距離が２ｍ（つまり、推進機４の先端ＨのＸ座標値ｈが１ｍ）（ｈ＝１）の場合において、推進機４を故意に推進計画線Ｌより右側に０．３ｍだけずらして２ｍ推進させた状態を想定する。
【００４６】
本実施例では、振動センサ６，７，８として圧電型の１軸加速度センサを地表面に対して垂直方向に設置し、推進機４の発生する振動の加速度の変化を振動波形として測定した。振動センサ６，７，８の電気的仕様としては、電圧感度５ｍＶ（ｍ／ｓ）、周波数範囲がＤＣ〜５ｋＨｚのものを使用した。
【００４７】
図２の初動振動波形の測定結果より、ピークＰａ、ピークＰｂ、ピークＰｃの任意の測定開始時点からの到達時間は、図４（Ｂ）に示すように、夫々、２７３．３１ｍｓ、２７５．２７ｍｓ、２７４．７７ｍｓと測定され、到達時間差Δａｂ、Δａｃ、Δｂｃが、夫々、１．９６ｍｓ、１．４６ｍｓ、０．５ｍｓと求まる。尚、図２の測定波形のサンプリング間隔は１０μｓである。
【００４８】
この結果、地中伝播速度Ｆが２２９ｍ／ｓと算出され、図４（Ｃ）に示す早見表が生成される。この早見表より、到達時間差Δｂｃが０．５ｍｓであるので、推進機４の位置座標のＹ座標値ｙ（推進計画線Ｌから右側へ乖離した距離）は、０．１５ｍと０．２ｍの間で約０．１７ｍであると推定できる。本実施例１では、到達坑２での推進機４の位置座標のＹ座標値ｙが０．２５ｍでＺ座標値（深さ）が１．０６ｍであったので、推定誤差は１０ｃｍ以内に収まっている。
【００４９】
〈実施例２〉
図５（Ａ）に示すように、推進計画線Ｌの起点Ｓと終点Ｅの距離が５．９ｍ、推進計画線Ｌ及び推進機４の先端Ｈの深さｆが１ｍ（ｆ＝１）、３つの振動センサ６，７，８の配置点Ａ，Ｂ，Ｃの基準点Ｐからの距離ｄが０．５ｍ（ｄ＝０．５）、起点Ｓと基準点Ｐの距離が３ｍ、推進機４の推進距離が２ｍ（つまり、推進機４の先端ＨのＸ座標値ｈが１ｍ）（ｈ＝１）の場合において、推進機４を故意に推進計画線Ｌより左側に０．２５ｍだけずらして２ｍ推進させた状態を想定する。振動センサ６，７，８は実施例１と同じものを同様に設定して使用した。
【００５０】
図３の初動振動波形の測定結果より、ピークＰａ、ピークＰｂ、ピークＰｃの任意の測定開始時点からの到達時間は、図５（Ｂ）に示すように、夫々、３１０．７５ｍｓ、３１２．５０ｍｓ、３１３．７０ｍｓと測定され、到達時間差Δａｂ、Δａｃ、Δｂｃが、夫々、１．７５ｍｓ、２．９５ｍｓ、−１．２ｍｓと求まる。尚、図３の測定波形のサンプリング間隔は１０μｓである。
【００５１】
この結果、地中伝播速度Ｆが１７４ｍ／ｓと算出され、図５（Ｃ）に示す早見表が生成される。この早見表より、到達時間差Δｂｃが−１．２ｍｓであるので、推進機４の位置座標のＹ座標値ｙの絶対値（推進計画線Ｌから左側へ乖離した距離）は、０．３ｍと０．３５ｍの間で約０．３２ｍであると推定できる。本実施例２では、到達坑２での推進機４の位置座標のＹ座標値ｙが−０．２５ｍでＺ座標値（深さ）が１．４ｍであったので、推定誤差は１０ｃｍ以内に収まっている。
【００５２】
以上、２つの実施例の測定結果から、本発明方法により推進機４の水平位置が１０ｃｍ以内の推定誤差で簡易に検出できることが分かる。
【００５３】
次に、本発明方法の別実施形態について説明する。
【００５４】
〈１〉上記実施形態では、推進機４が推進計画線Ｌに沿って直進したと仮定した暫定的な現在位置Ｈ’を用いて、推進機４の位置座標のＹ座標値ｙに無関係な地中伝播速度Ｆを算出した後に、数８で計算される早見表により推進機４の位置座標のＹ座標値ｙを求めたが、以下に示す手順により、Ｙ座標値ｙと地中伝播速度Ｆを同時に算出しても構わない。
【００５５】
先ず、一定の刻み幅で予め設定した複数の変数ｙとＦの設定値ｙ（ｉ）とＦ（ｊ）に対して、入力された値ｄ、値ｈ、値ｆを用いて計算された数６及び数７をＦ（ｊ）で除算し、到達時間差Δａｂ（ｉ、ｊ）及びΔａｃ（ｉ、ｊ）を各別に算出する。次に、算出した到達時間差Δａｂ（ｉ、ｊ）と初動振動波形の測定結果から測定される到達時間差Δａｂの二乗誤差、及び、算出した到達時間差Δａｃ（ｉ、ｊ）と初動振動波形の測定結果から測定される到達時間差Δａｃの二乗誤差を、全ての設定値ｙ（ｉ）とＦ（ｊ）の組毎に計算し、二つの二乗誤差の和が最小となるｙ（ｉ）とＦ（ｊ）を決定する。以上の手順により、推進機４の位置座標のＹ座標値ｙを求めることができる。
【００５６】
或いは、以下に示す手順により、Ｙ座標値ｙを算出しても構わない。つまり、地中伝播速度Ｆを変数ｙの関数として導出するに当たり、数６と数７によって求まる距離差（Ｄｂ−Ｄａ）と距離差（Ｄｃ−Ｄａ）、及び、到達時間差ΔａｂとΔａｃから、２つの地中伝播速度Ｆａｂ（＝（Ｄｂ−Ｄａ）／Δａｂ）とＦａｃ（＝（Ｄｃ−Ｄａ）／Δａｃ）を求め、これらが等しい（Ｆａｂ＝Ｆａｃ）として変数ｙの方程式を導出して、この方程式より推進機４のＹ座標値ｙを算出するようにしても構わない。
【００５７】
〈２〉上記実施形態では、３つの振動センサ６，７，８は、１つが推進計画線Ｌの真上で基準点Ｐより起点Ｓ寄り、他の２つは、推進計画線Ｌに対して左右対称に振り分けて配置したが、振動センサの設置点は、上記実施形態の設置位置に限定されるものではない。また、振動センサの設置数も４以上であっても構わない。また、推進機４が発生する振動の発生タイミングが独立して検出できる場合は、振動センサの設置数は２であっても構わない。
【００５８】
〈３〉上記実施形態では、測定波形の到達時間の差に基づいて、推進機４の水平位置を検出する場合を説明したが、測定波形の振幅差や振幅比から振動波の減衰係数を推定して、推進機４の水平位置を検出するようにしてもよい。
【００５９】
〈４〉本発明方法で使用する振動センサは、上記実施例で使用したタイプ及び電気的仕様のものに限定されるものではない。同様の振動波形を測定できるものであればよい。尚、上記実施形態のように測定波形の到達時間の差を用いる場合は、振動センサにおける測定波形の振幅の測定精度は特に問題とならない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、非開削工法における推進機の水平位置の検出に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法を非開削工法に適用する場合の振動センサ及び推進機の位置関係を模式的に示す平面図（Ａ）と垂直断面図（Ｂ）
【図２】本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法の実施例１において３つの振動センサで測定した初動振動波形を示す波形図
【図３】本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法の実施例２において３つの振動センサで測定した初動振動波形を示す波形図
【図４】地中推進機の水平位置検出方法の実施例１の振動センサ及び推進機の位置関係を模式的に示す平面図（Ａ）と、３つの振動センサで測定した初動振動波形の測定結果を示す表（Ｂ）と、測定結果に基づいて生成される早見表の一例（Ｃ）
【図５】地中推進機の水平位置検出方法の実施例２の振動センサ及び推進機の位置関係を模式的に示す平面図（Ａ）と、３つの振動センサで測定した初動振動波形の測定結果を示す表（Ｂ）と、測定結果に基づいて生成される早見表の一例（Ｃ）
【符号の説明】
【００６２】
１： 発進坑
２： 到達坑
３： 地中
４： 推進機
５： 地表面
６，７，８： 振動センサ
Ａ，Ｂ，Ｃ： 振動センサの設置点
Ｅ： 終点
Ｈ： 推進機の先端
Ｌ： 推進計画線
Ｐ： 基準点
Ｐａ： 設置点Ａの振動センサで測定した初動振動波形の最初のピーク
Ｐｂ： 設置点Ｂの振動センサで測定した初動振動波形の最初のピーク
Ｐｃ： 設置点Ｃの振動センサで測定した初動振動波形の最初のピーク
Ｓ： 起点
ｄ： 振動センサの設置点と基準点の間の距離
ｆ： 推進機の深さ
ｈ： 推進機の先端と基準点の間の距離
Δａｂ：ピークＰａからピークＰｂまでの時間差
Δａｃ：ピークＰａからピークＰｃまでの時間差
Δｂｃ：ピークＰｂからピークＰｃまでの時間差
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中を推進してトンネルを掘削する推進機の水平位置を検出する地中推進機の水平位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管埋設位置の起点と終点に発進坑及び到達坑を設けて、発進坑から地中に設定された推進計画線に沿って推進機を推進させトンネルを掘削する非開削工法が適用されている。このような非開削工法で良好な施工を実現するためには、推進機の推進時における高精度な位置検知が重要である。従来は、１００ｍ以上の距離を推進する大型の推進機が用いられていたため、推進機内部に設置された電磁コイルから発生する電磁界強度を地上で測定し、推進機の位置を検出していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許３４４１６５０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、上記非開削工法において、１０ｍ程度の距離を推進するハンマーヘッドモールと呼ばれるタイプの小型の推進機が導入されつつある。このような小型の推進機の場合、大型の推進機に搭載されていた電磁コイル等の位置検出用の信号発信器を搭載することがスペース上の制約から困難であった。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、地中を推進してトンネルを掘削する推進機の水平位置を、推進機内部に電磁コイル等の信号発信器を搭載せずに簡易に検出可能な地中推進機の水平位置検出方法を提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、地表の異なる位置に配置した複数の振動センサを用いて、前記推進機が地中推進時に発生する振動波の振動波形を前記異なる地表位置で測定し、前記異なる地表位置における複数の前記振動波形を比較した比較結果に基づいて、前記推進機の水平位置を検出することを第１の特徴とする。
【０００７】
更に、本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、上記第１の特徴に加えて、前記複数の振動センサを用いて、前記推進機が地中推進時に発生する振動波の初動振動波形を前記異なる地表位置で測定し、前記初動振動波形の前記各地表位置における到達時間の差に基づいて、前記推進機の水平位置を検出することを第２の特徴とする。
【０００８】
更に、本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、上記何れかの特徴に加えて、前記複数の振動センサの少なくとも２つを、推進計画線の左右に振り分けて配置することを第３の特徴とする。
【０００９】
更に、本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、上記第３の特徴に加えて、前記推進計画線の左右に振り分けて配置する２つの振動センサを、前記推進計画線に対して左右対称位置に配置することを第４の特徴とする。
【００１０】
更に、本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、上記何れかの特徴に加えて、前記複数の振動センサは個数が３以上であることを第５の特徴とする。
【００１１】
更に、本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、上記第５の特徴に加えて、地表面に設定された基準点を座標原点とする前記複数の振動センサの各位置座標と、前記推進機の推進距離から推定される暫定的な現在位置の位置座標に基づいて前記推進機から前記複数の振動センサまでの各推定距離を算出し、前記各推定距離の差と前記複数の振動センサで測定された前記到達時間の差に基づいて前記初動振動波形の推定伝播速度を算出し、前記到達時間の差と前記推定伝播速度に基づいて前記推進機の水平位置を検出することを第６の特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記第１の特徴の地中推進機の水平位置検出方法によれば、ハンマーヘッドモール等の推進機が地中を前進する際に地盤を打撃すること等によって発生する振動波を、地表の異なる位置に配置した複数の振動センサを用いて測定するだけで、推進機と各振動センサ間の相対的位置関係の相違によって生じる測定振動波形の相違の比較結果から、各振動センサの設置位置に対する当該相対的位置関係の相違が分かるため、推進機内部に電磁コイル等の信号発信器を搭載せずとも簡易に推進機の水平位置を検出することができる。
【００１３】
上記第２の特徴の地中推進機の水平位置検出方法によれば、各振動センサで測定される振動波形の振動強度（振幅）が一定でなく、また、振動波の発生タイミングが分からなくても、推進機と各振動センサ間の相対的位置関係の相違を反映した初動振動波形の各地表位置における到達時間の差が測定されるため、推進機の水平位置を検出することができる。
【００１４】
上記第３の特徴の地中推進機の水平位置検出方法によれば、推進機の位置が推進計画線に対して左右の何れか一方に外れた場合に、推進計画線の左右に振り分けて配置された２つの振動センサと推進機の各距離が、一方が短くなり他方が長くなる関係となり、当該２つの振動センサで測定される到達時間が顕著に相違するため、推進機の水平位置、特に、推進計画線に対する左右のズレを精度よく検出することができる。
【００１５】
上記第４の特徴の地中推進機の水平位置検出方法によれば、推進機の推進方向に沿った座標位置や深さ方向の座標位置の推定値と実際値との誤差が、推進計画線の左右に振り分けて配置された２つの振動センサに対して略等しく影響するため、当該誤差の影響を抑制したより高精度な推進機の水平位置の検出が可能となる。
【００１６】
上記第５の特徴の地中推進機の水平位置検出方法によれば、振動センサが３つあるため、１つの振動センサの測定した振動波形を基準波形として、他の２つの振動センサの測定した振動波形との比較を行うことができ、当該２つの比較結果の差が、他の２つの振動センサと推進機との間の相対的な位置関係の差となって測定されるため、少ない振動センサの数で高精度な推進機の水平位置の検出が可能となる。
【００１７】
上記第６の特徴の地中推進機の水平位置検出方法によれば、上記第２の特徴の地中推進機の水平位置検出方法を、簡易な計算手順で具体的に実現でき、上記作用効果を奏することができる。
【００１８】
特に、上記第５の特徴の地中推進機の水平位置検出方法との組み合わせとなるので、１つの振動センサの測定した到達時間を基準に他の２つの振動センサの測定した到達時間との差が２つ求まり、測定された２つの到達時間の差に基づいて、他の２つの振動センサと推進機と距離の差が求まるため、高精度な推進機の水平位置の検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法（以下、適宜「本発明方法」と略称する）の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
図１は、管埋設位置の起点Ｓと終点Ｅに発進坑１及び到達坑２を設けて、発進坑１から地中３に設定された推進計画線Ｌに沿って推進機４を推進させトンネルを掘削する非開削工法に本発明方法を適用した場合における、本発明方法に使用する３つの振動センサ６，７，８と上記各部の位置関係を模式的に示す平面図（Ａ）と垂直断面図（Ｂ）である。
【００２１】
本実施形態では、推進機４として小型のハンマーヘッドモールの使用を想定し、推進機４の先端部のハンマーヘッドが、コンプレッサ（図示せず）から送入される圧縮空気により地盤を打撃し、この打撃により地中を掘削して推進するとともに、打撃毎に断続的に発生する振動波を、地表面５に設置した３つの振動センサ６，７，８で観測する。
【００２２】
以下の説明の便宜のために、推進計画線Ｌの延伸方向をＸ軸方向、Ｘ軸方向と直交し地表面５に平行な方向をＹ軸方向、地表面５に直交する鉛直方向（深さ方向）をＺ軸方向、推進計画線Ｌ上の中間点の真上に位置する地表面５上の基準点Ｐを座標原点とする３次元の直交座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を想定する。
【００２３】
３つの振動センサ６，７，８は、地表面５上の３地点Ａ，Ｂ，Ｃに夫々配置されている。地点Ａは推進計画線Ｌの真上で基準点Ｐより起点Ｓ寄り、つまり、＋Ｘ方向に設定され、地点Ｂは基準点Ｐより推進方向に向かって左側、つまり−Ｙ方向に設定され、地点Ｃは基準点Ｐより推進方向に向かって右側、つまり＋Ｙ方向に設定されている。ここで、３地点Ａ，Ｂ，Ｃと基準点Ｐとの間は何れも距離ｄだけ離間しているものとする。従って、３地点Ａ，Ｂ，Ｃの位置座標は、夫々、Ａ：（＋ｄ，０，０）、Ｂ：（０，−ｄ，０）、Ｃ：（０，＋ｄ，０）となる。
【００２４】
以下に、推進機４の先端Ｈの位置座標を（ｘ，ｙ，ｚ）として、本発明方法による推進機４の水平位置の検出手順について説明する。ここでは、推進機４の先端Ｈが、基準点Ｐより起点Ｓ寄り、つまり、＋Ｘ方向に存在する場合を想定する。つまり、３つの振動センサ６，７，８は、何れも推進機４より終点Ｅ側に位置している。
【００２５】
先ず、３つの振動センサ５，６，７で夫々の配置点Ａ，Ｂ，Ｃにおける推進機４が発生する振動波の初動振動波形を測定して記録する。図２と図３に、記録された初動振動波形の２つの測定例を示す。図２と図３ともに、３地点での測定波形を重ねて示している。図２と図３では、本発明方法の検出精度を調べるために推進機４の位置を故意に推進計画線Ｌからずらせた２通りの場合の測定結果である。
【００２６】
図２と図３に示すように、配置点Ａが推進機４の先端Ｈに最も近いため、初動振動波形の最初のピークＰａが、他の配置点Ｂ，Ｃの最初のピークＰｂ，Ｐｃより早く出現している。図２では、配置点ＢのピークＰｂが配置点ＣのピークＰｃより遅く出現していることから、配置点Ｂの方が配置点Ｃより推進機４の先端Ｈからの距離が長いことが分かる。つまり、推進機４は推進計画線Ｌより右側に位置していることが初動振動波形より分かる。また、図３では、配置点ＢのピークＰｂが配置点ＣのピークＰｃより早く出現していることから、配置点Ｂの方が配置点Ｃより推進機４の先端Ｈからの距離が短いことが分かる。つまり、推進機４は推進計画線Ｌより左側に位置していることが初動振動波形より分かる。
【００２７】
次に、初動振動波形の測定結果より、配置点Ａ，Ｂ，Ｃにおける初動振動波の到達時間の差を、ピークＰａからピークＰｂまでの時間差Δａｂ、及び、ピークＰａからピークＰｃまでの時間差Δａｃによって求める。
【００２８】
ところで、推進機４の先端Ｈと３地点Ａ，Ｂ，Ｃの距離Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃは、夫々下記の数１、数２、数３で求まる。
【００２９】
（数１）
Ｄａ＝{(ｘ−ｄ)２＋ｙ２＋ｚ２}１／２
（数２）
Ｄｂ＝{ｘ２＋(ｙ＋ｄ)２＋ｚ２}１／２
（数３）
Ｄｃ＝{ｘ２＋(ｙ−ｄ)２＋ｚ２}１／２
【００３０】
ここで、推進機４の先端Ｈの概略の位置は、推進機４の起点Ｓからの推進距離によって推定できる。そこで、推進機４が推進計画線Ｌに沿って直進したと仮定すると、推進計画線Ｌ上での暫定的な現在位置Ｈ’を推定できる。この暫定的な推定位置Ｈ’の位置座標を（ｈ，０，ｆ）とする。座標値ｈは、起点Ｓと基準点Ｐの距離から推進距離を差し引いて求まり、座標値ｆは起点Ｓの深さより求まる。
【００３１】
暫定的な推定位置Ｈ’の各座標値を上記数１〜数３に代入して、３地点Ａ，Ｂ，Ｃの距離差を求めると、下記の数４に示すようになる。尚、暫定的な推定位置Ｈ’が推進計画線Ｌにあるため、推進機４の実際の位置とは関係なく、距離差（Ｄｂ−Ｄａ）と距離差（Ｄｃ−Ｄａ）は同じ値Ｄになる。
【００３２】
（数４）
Ｄ＝Ｄｂ−Ｄａ＝Ｄｃ−Ｄａ＝(ｈ２＋ｄ２＋ｆ２)１／２−{(ｈ−ｄ)２＋ｆ２}１／２
【００３３】
次に、数４で求めた距離差Ｄと、初動振動波形の測定結果より求めた到達時間差ΔａｂとΔａｃから振動波の地中伝播速度Ｆを算出する。到達時間差ΔａｂとΔａｃは、推進機４の実際の位置を反映して異なる値となっているため、距離差Ｄと到達時間差Δａｂで求まる伝播速度Ｆａｂ（＝Ｄ／Δａｂ）と、距離差Ｄと到達時間差Δａｃで求まる伝播速度Ｆａｃ（＝Ｄ／Δａｃ）の平均により、数５に示すように、地中伝播速度Ｆを算出する。
【００３４】
（数５）
Ｆ＝(Ｆａｂ＋Ｆａｃ)／２＝(Ｄ／Δａｂ＋Ｄ／Δａｃ)／２
【００３５】
次に、推進機４の暫定的な推定位置Ｈ’に対して推進計画線Ｌからの乖離を考慮して、推進機４が推進計画線Ｌから外れた場合の第２の暫定的な推定位置Ｈ”を想定する。ここで、推定位置Ｈ”は第１の暫定的な現在位置Ｈ’からＹ軸方向に移動していると仮定すると、その位置座標は（ｈ，ｙ，ｆ）となる。ここで、座標値ｈと座標値ｆは既知であり、座標値ｙが算出すべき変数である。
【００３６】
ここで、再度、第２の暫定的な推定位置Ｈ”の座標値を上記数１〜数３に代入して、３地点Ａ，Ｂ，Ｃの距離差を求めると、下記の数６及び数７に示すようになる。尚、暫定的な推定位置Ｈ”が必ずしも推進計画線Ｌ上には位置しないため、推進機４の実際の位置に応じて、距離差（Ｄｂ−Ｄａ）と距離差（Ｄｃ−Ｄａ）は異なる値となる。
【００３７】
（数６）
Ｄｂ−Ｄａ＝{ｈ２＋(ｙ＋ｄ)２＋ｆ２}１／２−{(ｈ−ｄ)２＋ｙ２＋ｆ２}１／２
【００３８】
（数７）
Ｄｃ−Ｄａ＝{ｈ２＋(ｙ−ｄ)２＋ｆ２}１／２−{(ｈ−ｄ)２＋ｙ２＋ｆ２}１／２
【００３９】
ここで、距離差（Ｄｂ−Ｄａ）と距離差（Ｄｃ−Ｄａ）の差ΔＤは、初動振動波形の測定結果において、振動センサ６，７の配置点Ｂ，Ｃにおける初動振動波の到達時間の差、つまり、ピークＰｂとピークＰｃの到達時間差Δｂｃとして観測されるため、到達時間差Δｂｃに数５で算出した地中伝播速度Ｆを乗じて求まる長さとして求まる。従って、下記の数８に示す距離差ΔＤと到達時間差Δｂｃの関係を示す変数ｙの方程式より推進機４の位置座標を近似的に求めることができる。
【００４０】
（数８）
ΔＤ＝(Ｄｂ−Ｄａ)−(Ｄｃ−Ｄａ)
＝{ｈ２＋(ｙ＋ｄ)２＋ｆ２}１／２−{ｘ２＋(ｙ−ｄ)２＋ｚ２}１／２
＝Δｂｃ×Ｆ
【００４１】
尚、本実施形態では、数８に示す方程式が、変数ｙの２次式の平方根で表され、解法が困難なため、簡易的な解法手法として、パソコン上で、市販の表計算ソフトを用いて作成される変数ｙの早見表を使用する。
【００４２】
当該早見表は、以下の要領で作成される。先ず、値ｄ、値ｈ、値ｆと、到達時間差Δａｂ、Δａｃ、Δｂｃの６つの値を入力し、値ｄ、値ｈ、値ｆと、到達時間差Δａｂ、Δａｃから、数４と数５に基づいて地中伝播速度Ｆを算出する。次に、一定の刻み幅で予め設定した複数の変数ｙの設定値ｙ（ｉ）に対して、入力された値ｄ、値ｈ、値ｆを用いて数８に基づいて距離差ΔＤ（ｉ）を各別に算出する。次に、算出した各距離差ΔＤ（ｉ）を先に算出した地中伝播速度Ｆで除して、変数ｙの設定値ｙ（ｉ）毎の到達時間差Δｂｃ（ｉ）を算出し、変数ｙの設定値ｙ（ｉ）と到達時間差Δｂｃ（ｉ）を並べて表示することで早見表が作成される。
【００４３】
例えば、初動振動波形の測定結果から測定されるピークＰｂとピークＰｃの到達時間差Δｂｃが、到達時間差Δｂｃ（ｉ）とΔｂｃ（ｉ＋１）の間にある場合は、推進機４の位置座標のＹ座標値ｙは、設定値ｙ（ｉ）とｙ（ｉ＋１）の間にあると分かる。Δｂｃの到達時間差Δｂｃ（ｉ）とΔｂｃ（ｉ＋１）の間の位置関係によって、設定値ｙ（ｉ）とｙ（ｉ＋１）を補間することで、推進機４の位置座標のＹ座標値ｙを簡易且つ精度良く求めることができる。
【００４４】
次に、図２及び図３に示した２つの初動振動波形の測定結果に基づいて、本発明方法の２つの実施例を説明する。
【００４５】
〈実施例１〉
図４（Ａ）に示すように、推進計画線Ｌの起点Ｓと終点Ｅの距離が５．９ｍ、推進計画線Ｌ及び推進機４の先端Ｈの深さｆが１ｍ（ｆ＝１）、３つの振動センサ６，７，８の配置点Ａ，Ｂ，Ｃの基準点Ｐからの距離ｄが０．５ｍ（ｄ＝０．５）、起点Ｓと基準点Ｐの距離が３ｍ、推進機４の推進距離が２ｍ（つまり、推進機４の先端ＨのＸ座標値ｈが１ｍ）（ｈ＝１）の場合において、推進機４を故意に推進計画線Ｌより右側に０．３ｍだけずらして２ｍ推進させた状態を想定する。
【００４６】
本実施例では、振動センサ６，７，８として圧電型の１軸加速度センサを地表面に対して垂直方向に設置し、推進機４の発生する振動の加速度の変化を振動波形として測定した。振動センサ６，７，８の電気的仕様としては、電圧感度５ｍＶ（ｍ／ｓ）、周波数範囲がＤＣ〜５ｋＨｚのものを使用した。
【００４７】
図２の初動振動波形の測定結果より、ピークＰａ、ピークＰｂ、ピークＰｃの任意の測定開始時点からの到達時間は、図４（Ｂ）に示すように、夫々、２７３．３１ｍｓ、２７５．２７ｍｓ、２７４．７７ｍｓと測定され、到達時間差Δａｂ、Δａｃ、Δｂｃが、夫々、１．９６ｍｓ、１．４６ｍｓ、０．５ｍｓと求まる。尚、図２の測定波形のサンプリング間隔は１０μｓである。
【００４８】
この結果、地中伝播速度Ｆが２２９ｍ／ｓと算出され、図４（Ｃ）に示す早見表が生成される。この早見表より、到達時間差Δｂｃが０．５ｍｓであるので、推進機４の位置座標のＹ座標値ｙ（推進計画線Ｌから右側へ乖離した距離）は、０．１５ｍと０．２ｍの間で約０．１７ｍであると推定できる。本実施例１では、到達坑２での推進機４の位置座標のＹ座標値ｙが０．２５ｍでＺ座標値（深さ）が１．０６ｍであったので、推定誤差は１０ｃｍ以内に収まっている。
【００４９】
〈実施例２〉
図５（Ａ）に示すように、推進計画線Ｌの起点Ｓと終点Ｅの距離が５．９ｍ、推進計画線Ｌ及び推進機４の先端Ｈの深さｆが１ｍ（ｆ＝１）、３つの振動センサ６，７，８の配置点Ａ，Ｂ，Ｃの基準点Ｐからの距離ｄが０．５ｍ（ｄ＝０．５）、起点Ｓと基準点Ｐの距離が３ｍ、推進機４の推進距離が２ｍ（つまり、推進機４の先端ＨのＸ座標値ｈが１ｍ）（ｈ＝１）の場合において、推進機４を故意に推進計画線Ｌより左側に０．２５ｍだけずらして２ｍ推進させた状態を想定する。振動センサ６，７，８は実施例１と同じものを同様に設定して使用した。
【００５０】
図３の初動振動波形の測定結果より、ピークＰａ、ピークＰｂ、ピークＰｃの任意の測定開始時点からの到達時間は、図５（Ｂ）に示すように、夫々、３１０．７５ｍｓ、３１２．５０ｍｓ、３１３．７０ｍｓと測定され、到達時間差Δａｂ、Δａｃ、Δｂｃが、夫々、１．７５ｍｓ、２．９５ｍｓ、−１．２ｍｓと求まる。尚、図３の測定波形のサンプリング間隔は１０μｓである。
【００５１】
この結果、地中伝播速度Ｆが１７４ｍ／ｓと算出され、図５（Ｃ）に示す早見表が生成される。この早見表より、到達時間差Δｂｃが−１．２ｍｓであるので、推進機４の位置座標のＹ座標値ｙの絶対値（推進計画線Ｌから左側へ乖離した距離）は、０．３ｍと０．３５ｍの間で約０．３２ｍであると推定できる。本実施例２では、到達坑２での推進機４の位置座標のＹ座標値ｙが−０．２５ｍでＺ座標値（深さ）が１．４ｍであったので、推定誤差は１０ｃｍ以内に収まっている。
【００５２】
以上、２つの実施例の測定結果から、本発明方法により推進機４の水平位置が１０ｃｍ以内の推定誤差で簡易に検出できることが分かる。
【００５３】
次に、本発明方法の別実施形態について説明する。
【００５４】
〈１〉上記実施形態では、推進機４が推進計画線Ｌに沿って直進したと仮定した暫定的な現在位置Ｈ’を用いて、推進機４の位置座標のＹ座標値ｙに無関係な地中伝播速度Ｆを算出した後に、数８で計算される早見表により推進機４の位置座標のＹ座標値ｙを求めたが、以下に示す手順により、Ｙ座標値ｙと地中伝播速度Ｆを同時に算出しても構わない。
【００５５】
先ず、一定の刻み幅で予め設定した複数の変数ｙとＦの設定値ｙ（ｉ）とＦ（ｊ）に対して、入力された値ｄ、値ｈ、値ｆを用いて計算された数６及び数７をＦ（ｊ）で除算し、到達時間差Δａｂ（ｉ、ｊ）及びΔａｃ（ｉ、ｊ）を各別に算出する。次に、算出した到達時間差Δａｂ（ｉ、ｊ）と初動振動波形の測定結果から測定される到達時間差Δａｂの二乗誤差、及び、算出した到達時間差Δａｃ（ｉ、ｊ）と初動振動波形の測定結果から測定される到達時間差Δａｃの二乗誤差を、全ての設定値ｙ（ｉ）とＦ（ｊ）の組毎に計算し、二つの二乗誤差の和が最小となるｙ（ｉ）とＦ（ｊ）を決定する。以上の手順により、推進機４の位置座標のＹ座標値ｙを求めることができる。
【００５６】
或いは、以下に示す手順により、Ｙ座標値ｙを算出しても構わない。つまり、地中伝播速度Ｆを変数ｙの関数として導出するに当たり、数６と数７によって求まる距離差（Ｄｂ−Ｄａ）と距離差（Ｄｃ−Ｄａ）、及び、到達時間差ΔａｂとΔａｃから、２つの地中伝播速度Ｆａｂ（＝（Ｄｂ−Ｄａ）／Δａｂ）とＦａｃ（＝（Ｄｃ−Ｄａ）／Δａｃ）を求め、これらが等しい（Ｆａｂ＝Ｆａｃ）として変数ｙの方程式を導出して、この方程式より推進機４のＹ座標値ｙを算出するようにしても構わない。
【００５７】
〈２〉上記実施形態では、３つの振動センサ６，７，８は、１つが推進計画線Ｌの真上で基準点Ｐより起点Ｓ寄り、他の２つは、推進計画線Ｌに対して左右対称に振り分けて配置したが、振動センサの設置点は、上記実施形態の設置位置に限定されるものではない。また、振動センサの設置数も４以上であっても構わない。また、推進機４が発生する振動の発生タイミングが独立して検出できる場合は、振動センサの設置数は２であっても構わない。
【００５８】
〈３〉上記実施形態では、測定波形の到達時間の差に基づいて、推進機４の水平位置を検出する場合を説明したが、測定波形の振幅差や振幅比から振動波の減衰係数を推定して、推進機４の水平位置を検出するようにしてもよい。
【００５９】
〈４〉本発明方法で使用する振動センサは、上記実施例で使用したタイプ及び電気的仕様のものに限定されるものではない。同様の振動波形を測定できるものであればよい。尚、上記実施形態のように測定波形の到達時間の差を用いる場合は、振動センサにおける測定波形の振幅の測定精度は特に問題とならない。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法は、非開削工法における推進機の水平位置の検出に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法を非開削工法に適用する場合の振動センサ及び推進機の位置関係を模式的に示す平面図（Ａ）と垂直断面図（Ｂ）
【図２】本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法の実施例１において３つの振動センサで測定した初動振動波形を示す波形図
【図３】本発明に係る地中推進機の水平位置検出方法の実施例２において３つの振動センサで測定した初動振動波形を示す波形図
【図４】地中推進機の水平位置検出方法の実施例１の振動センサ及び推進機の位置関係を模式的に示す平面図（Ａ）と、３つの振動センサで測定した初動振動波形の測定結果を示す表（Ｂ）と、測定結果に基づいて生成される早見表の一例（Ｃ）
【図５】地中推進機の水平位置検出方法の実施例２の振動センサ及び推進機の位置関係を模式的に示す平面図（Ａ）と、３つの振動センサで測定した初動振動波形の測定結果を示す表（Ｂ）と、測定結果に基づいて生成される早見表の一例（Ｃ）
【符号の説明】
【００６２】
１： 発進坑
２： 到達坑
３： 地中
４： 推進機
５： 地表面
６，７，８： 振動センサ
Ａ，Ｂ，Ｃ： 振動センサの設置点
Ｅ： 終点
Ｈ： 推進機の先端
Ｌ： 推進計画線
Ｐ： 基準点
Ｐａ： 設置点Ａの振動センサで測定した初動振動波形の最初のピーク
Ｐｂ： 設置点Ｂの振動センサで測定した初動振動波形の最初のピーク
Ｐｃ： 設置点Ｃの振動センサで測定した初動振動波形の最初のピーク
Ｓ： 起点
ｄ： 振動センサの設置点と基準点の間の距離
ｆ： 推進機の深さ
ｈ： 推進機の先端と基準点の間の距離
Δａｂ：ピークＰａからピークＰｂまでの時間差
Δａｃ：ピークＰａからピークＰｃまでの時間差
Δｂｃ：ピークＰｂからピークＰｃまでの時間差
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中を推進してトンネルを掘削する推進機の水平位置を検出する地中推進機の水平位置検出方法であって、
地表の異なる位置に配置した複数の振動センサを用いて、前記推進機が地中推進時に発生する振動波の振動波形を前記異なる地表位置で測定し、
前記異なる地表位置における複数の前記振動波形を比較した比較結果に基づいて、前記推進機の水平位置を検出することを特徴とする地中推進機の水平位置検出方法。
【請求項２】
前記複数の振動センサを用いて、前記推進機が地中推進時に発生する振動波の初動振動波形を前記異なる地表位置で測定し、
前記初動振動波形の前記各地表位置における到達時間の差に基づいて、前記推進機の水平位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の地中推進機の水平位置検出方法。
【請求項３】
前記複数の振動センサの少なくとも２つを、推進計画線の左右に振り分けて配置することを特徴とする請求項１または２に記載の地中推進機の水平位置検出方法。
【請求項４】
前記推進計画線の左右に振り分けて配置する２つの振動センサを、前記推進計画線に対して左右対称位置に配置することを特徴とする請求項３に記載の地中推進機の水平位置検出方法。
【請求項５】
前記複数の振動センサは個数が３以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の地中推進機の水平位置検出方法。
【請求項６】
地表面に設定された基準点を座標原点とする前記複数の振動センサの各位置座標と、前記推進機の推進距離から推定される暫定的な現在位置の位置座標に基づいて、前記推進機から前記複数の振動センサまでの各推定距離を算出し、前記各推定距離の差と前記複数の振動センサで測定された前記到達時間の差に基づいて、前記初動振動波形の推定伝播速度を算出し、
前記到達時間の差と前記推定伝播速度に基づいて、前記推進機の水平位置を検出することを特徴とする請求項５に記載の地中推進機の水平位置検出方法。
【請求項１】
地中を推進してトンネルを掘削する推進機の水平位置を検出する地中推進機の水平位置検出方法であって、
地表の異なる位置に配置した複数の振動センサを用いて、前記推進機が地中推進時に発生する振動波の振動波形を前記異なる地表位置で測定し、
前記異なる地表位置における複数の前記振動波形を比較した比較結果に基づいて、前記推進機の水平位置を検出することを特徴とする地中推進機の水平位置検出方法。
【請求項２】
前記複数の振動センサを用いて、前記推進機が地中推進時に発生する振動波の初動振動波形を前記異なる地表位置で測定し、
前記初動振動波形の前記各地表位置における到達時間の差に基づいて、前記推進機の水平位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の地中推進機の水平位置検出方法。
【請求項３】
前記複数の振動センサの少なくとも２つを、推進計画線の左右に振り分けて配置することを特徴とする請求項１または２に記載の地中推進機の水平位置検出方法。
【請求項４】
前記推進計画線の左右に振り分けて配置する２つの振動センサを、前記推進計画線に対して左右対称位置に配置することを特徴とする請求項３に記載の地中推進機の水平位置検出方法。
【請求項５】
前記複数の振動センサは個数が３以上であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の地中推進機の水平位置検出方法。
【請求項６】
地表面に設定された基準点を座標原点とする前記複数の振動センサの各位置座標と、前記推進機の推進距離から推定される暫定的な現在位置の位置座標に基づいて、前記推進機から前記複数の振動センサまでの各推定距離を算出し、前記各推定距離の差と前記複数の振動センサで測定された前記到達時間の差に基づいて、前記初動振動波形の推定伝播速度を算出し、
前記到達時間の差と前記推定伝播速度に基づいて、前記推進機の水平位置を検出することを特徴とする請求項５に記載の地中推進機の水平位置検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２２４５６９（Ｐ２００７−２２４５６９Ａ）
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４５８２３（Ｐ２００６−４５８２３）
【出願日】平成１８年２月２２日（２００６．２．２２）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２２日（２００６．２．２２）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
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