地山掘削機の位置検出システム及びそのシステムを備えた地山掘削機
【課題】既設トンネルと地山掘削機との位置関係にかかわらず、かつ、既設トンネルに発信器を取り付けることなく、既設トンネルとの距離を測定可能な地山掘削機の位置検出システム及びそのシステムを備えた地山掘削機を提供する。
【解決手段】位置検出システム２は、地山掘削機１の外殻１ａに取り付けられて、既設トンネル３までの距離を測定可能な距離センサー１０〜１３と、既設トンネル３の内周面に取り付けられて、既設トンネル３の外殻３ａ及び地山を透過可能な信号を発信する発信器２０〜２７と、地山掘削機１の外殻１ａに取り付けられて、発信器２０〜２７から発信された信号を受信可能な受信器３０〜３３と、を備えている。
【解決手段】位置検出システム２は、地山掘削機１の外殻１ａに取り付けられて、既設トンネル３までの距離を測定可能な距離センサー１０〜１３と、既設トンネル３の内周面に取り付けられて、既設トンネル３の外殻３ａ及び地山を透過可能な信号を発信する発信器２０〜２７と、地山掘削機１の外殻１ａに取り付けられて、発信器２０〜２７から発信された信号を受信可能な受信器３０〜３３と、を備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設トンネルに近接するトンネルを構築する際に、既設トンネルを基準とした、上記トンネルを掘削する地山掘削機の位置を検出する位置検出システム及びそのシステムを備えた地山掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
既設トンネルに近接するトンネルを構築する際は、このトンネルを掘削するための地山掘削機と既設トンネルとの位置関係を正確に把握する必要がある。
そこで、従来より、例えば、特許文献１に示すように、既設トンネルの地山掘削機側の外側面に発信器を、地山掘削機の既設トンネル側の側部に受信器をそれぞれ設置して、発信器から発信された信号を受信器で受信することにより、両者間の距離を測定しながらトンネルを掘削する工法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２４２４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されている測定方法では、既設トンネルに設置された発信器に対向する側方位置に地山掘削機の受信部が存在しないと両者間の距離を測定することができないという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、既設トンネルに発信器を取り付けることなく、既設トンネルと地山掘削機との間の距離を測定可能な地山掘削機の位置検出システム及びそのシステムを備えた地山掘削機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、既設トンネルに近接するトンネルを構築する際に、前記既設トンネルを基準とした、前記トンネルを掘削するための地山掘削機の位置を検出する地山掘削機の位置検出システムであって、
前記既設トンネルに向かって発信する所定の信号に起因して、前記既設トンネルまでの距離に応じて生じる信号を受信し、前記既設トンネルまでの距離を測定可能な距離センサーを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明において、前記距離センサーは、進行方向に沿って所定の間隔をおいて複数配置されていることしてもよい。
【０００８】
また、本発明において、前記距離センサーは、進行方向に対して直交する向きに沿って所定の間隔をおいて複数配置されていることとしてもよい。
【０００９】
本発明は地山掘削機であって、上述した地山掘削機の位置検出システムを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、既設トンネルに発信器を取り付けることなく、既設トンネルとの距離を測定可能な地山掘削機の位置検出システム及びそのシステムを備えた地山掘削機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る既設トンネルと新設トンネルとの位置関係を示す平面図である。
【図２】既設トンネルの外殻部分と地山掘削機とを拡大して示す平面図である。
【図３】図２のＡ矢視図である。
【図４】既設トンネルまでの距離の測定方法を示す図である。
【図５】ヨーイングの測定方法を示す図である。
【図６】ローリングの測定方法を示す図である。
【図７】図２のＢ矢視図である。
【図８】γ線による測定方法を示す図である。
【図９】第１基準線に対する第２基準線のずれ量を検出する方法を示す図である。
【図１０】第１基準線に対する第２基準線のずれを説明するための図である。
【図１１】本発明の第二実施形態に係る既設トンネルと新設トンネルとの位置関係を示す断面図である。
【図１２】発信器及び受信器を設置した状態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の地山掘削機１の位置検出システム２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。本発明の地山掘削機１の位置検出システム２は、既設トンネル３に対する地山掘削機１の位置及び姿勢を検出するものである。なお、本実施形態では、地山掘削機１として、シールド機を用いる場合について説明するが、これに限定されるものではなく、トンネルを掘削可能な機械であれば本発明を適用可能である。
【００１３】
本発明の第一実施形態では、既設トンネル３の分岐・合流部の構築に際して、既設トンネル３に向かって側方から近接するように新設トンネル４を構築する場合について説明する。なお、本実施形態においては、既設トンネル３及び新設トンネル４はともに、矩形断面のトンネルとした場合について説明するが、この形状に限定されるものではなく、断面が真円状や楕円状のトンネルであってもよい。
【００１４】
図１は、本発明の第一実施形態に係る既設トンネル３と新設トンネル４との位置関係を示す平面図である。また、図２は、既設トンネル３の外殻３ａ部分と地山掘削機１とを拡大して示す平面図である。また、図３は、図２のＡ矢視図である。
【００１５】
これらの図に示すように、位置検出システム２は、地山掘削機１の外殻１ａに取り付けられて、既設トンネル３までの距離を測定可能な距離センサー１０〜１３と、既設トンネル３の内周面に取り付けられて、既設トンネル３の外殻３ａ及び地山を透過可能な信号を発信する発信器２０〜２７と、地山掘削機１の外殻１ａに取り付けられて、発信器２０〜２７から発信された信号を受信可能な受信器３０〜３３と、を備えている。
【００１６】
距離センサー１０〜１３は、地山掘削機１の既設トンネル３側の側面（図２では左側の側面。以下、地山掘削機１のトンネル側側面という）に複数設置されている。本実施形態では、既設トンネル３の外殻３ａは鋼製セグメント及びコンクリート等で構成されているものとし、距離センサー１０〜１３として、金属面を測定対象とする渦電流式センサーを用いた。
なお、外殻３ａを構成するセグメントがＲＣセグメントである等、外殻３ａが金属材を含んでいない場合は、既設トンネル３の外殻３ａの側面を覆うように鋼板を設置するものとする。
【００１７】
図３に示すように、距離センサー１０と１２、及び距離センサー１１と１３は、進行方向（図３中では左右方向）に沿って所定の間隔をおいてそれぞれ配置されている。また、距離センサー１０と１１、及び距離センサー１２と１３は、進行方向に対して直交する向きに（図３中では上下方向）沿って所定の間隔をおいてそれぞれ配置されている。すなわち、各距離センサー１０〜１３の位置が長方形の頂点位置となるように、地山掘削機１のトンネル側側面に配置されている。
【００１８】
次に、この距離センサー１０〜１３を用いて地山掘削機１の既設トンネル３に対する位置及び姿勢を測定する方法について説明する。
【００１９】
図４は、既設トンネル３に対する位置及び姿勢の測定方法を示す図である。本図に示すように、距離センサー１０〜１３で、既設トンネル３の外殻３ａまでの距離を測定する。
【００２０】
また、図５に示すように、進行方向に沿って配置された距離センサー１０と１２、或いは距離センサー１１と１３による測定値の差によりヨーイングを測定することができる。例えば、距離センサー１０、１２の測定値をそれぞれＤ１、Ｄ２とし、距離センサー１０、１２間の距離をＬとすると、ヨーイングは（Ｄ１−Ｄ２）／Ｌにより算出される。これと並行して、距離センサー１１と１３を用いる場合も同様に測定する。
そして、両方の結果を平均して地山掘削機１のヨーイングとしてもよいし、両方の結果のうち、何れか一方の結果を採用して地山掘削機１のヨーイングとしてもよい。
なお、本実施形態では、地山掘削機１のヨーイングについて測定したが、例えば、既設トンネル３の上方に新設トンネル４を構築する場合は、地山掘削機１の下方に存在する既設トンネル３までの距離の測定値に基づいてピッチングを測定することができる。
【００２１】
また、図６に示すように、進行方向に対して直交する向きに沿って配置された距離センサー１０と１１、或いは距離センサー１２と１３による測定値の差によりローリングを測定することができる。例えば、距離センサー１０、１１の測定値をそれぞれＤ３、Ｄ４とし、距離センサー１０、１１間の距離をＷとすると、ローリングは（Ｄ３−Ｄ４）／Ｗにより算出される。これと並行して、距離センサー１２と１３を用いる場合も同様に測定する。
そして、両方の結果を平均して地山掘削機１のローリングとしてもよいし、両方の結果のうち、何れか一方の結果を採用して地山掘削機１のローリングとしてもよい。
【００２２】
なお、本実施形態においては、距離センサー１０〜１３を４台用いたが、この数に限定されるものではなく、５台以上用いてもよい。
【００２３】
次に、発信器２０〜２７及び受信器３０〜３３を用いて地山掘削機１の既設トンネル３の中心軸に対するずれ量を測定する方法について説明する。
【００２４】
図２、図７及び図８に示すように、発信器２０〜２７は、既設トンネル３の内周面に、既設トンネル３の中心軸に平行で、かつ、当該中心軸と同じ高さ位置となるように設定された第１基準線Ｌ１に沿って、所定の間隔をおいて配置されている。
【００２５】
本実施形態では、発信器２０〜２７として、鋼製セグメント（或いは鋼板）を含む既設トンネル３の外殻３ａを透過可能なγ線を放出するγ線放出器を用いた。
【００２６】
発信器２０〜２７の設置間隔は、図２及び図８に示すように、地山掘削機１のトンネル側側面に向かって隙間無く測定用の信号を発信できるように設定されている。本実施形態では、地山掘削機１の進行方向前方側の発信器２０から後方側の発信器２７までの距離が、概ね地山掘削機１の全長と同じになるように設置されている。発信器２０〜２７は、地山掘削機１の進行に合わせて、後方側の発信器２０〜２７を進行方向前方側へ順番に盛り換え作業を行うものとする。これにより、地山掘削機１の全長をカバーする必要最小限の個数の発信器２０〜２７を用いて推進する地山掘削機１に対応して測定を行うことができる。
【００２７】
γ線を放出する発信器２０〜２７の放出口には、特定の方向へのみγ線を放出できるようにスリットが設けられている。
【００２８】
なお、各発信器２０〜２７におけるγ線の放出量はわずかなので、すべての発信器２０〜２７の放出量を合計しても「放射性同位元素等による放射線障害の防止に関する法律」（文部科学省）や「労働安全衛生法令」（厚生労働省）等に定められた放射線管理区域や管理者等を設定する必要がない程度である。
【００２９】
図３に示すように、地山掘削機１の既設トンネル側側面には、複数の受信器３０〜３３が設置されている。
受信器３０と３１、及び受信器３２と３３は、地山掘削機１の中心軸に平行で、かつ、当該中心軸と同じ高さ位置となるように設定された第２基準線Ｌ２の両側に互いに間隔Ｍ１をおいて配置されている。すなわち、受信器３０と３１、及び受信器３２と３３の中央に第２基準線Ｌ２が位置するように配置されている。また、一対の受信器３０と３１、及び一対の受信器３２と３３は、第２基準線Ｌ２に沿って所定の間隔をおいてそれぞれ配置されている。
【００３０】
本実施形態では、受信器３０〜３３として、γ線を検出可能なγ線レベル計（例えば、ナノグレイ社製の型番ＴＨ−３０００）を用いた。このγ線レベル計は、γ線の強度をシンチレーション検出器方式で検出し、カウント表示することができる。
γ線レベル計を用いた場合の測定誤差は、数ｍｍ程度であり、高い精度での計測が可能である。
【００３１】
第２基準線Ｌ２の両側にそれぞれ受信器３０と３１、及び受信器３２と３３を配置することにより、第１基準線Ｌ１に対する第２基準線Ｌ２のずれ量（つまり、既設トンネル３の中心軸に対する地山掘削機１の中心軸のずれ量）を検出可能である。以下に、このずれ量の検出方法について説明する。
【００３２】
図９に示すように、発信器２１が受信器３０、３１間の中央に位置した状態のときに、γ線の強度を測定すると受信器３０、３１のカウント値は同じ値となる。また、発信器２７が受信器３２、３３間の中央に位置した状態のときに、強度を測定すると、受信器３０、３１のカウント値は同じ値となる。
【００３３】
また、発信器２１が受信器３１側に近づくにつれて（図１０（ａ）参照。図の詳細は後述する）、受信器３１のカウント値は次第に大きくなり、受信器３０のカウント値は次第に小さくなる。
【００３４】
そして、受信器３０と３１の場合と同様に、発信器２７が受信器３３側に近づくにつれて、受信器３３のカウント値は次第に大きくなり、受信器３２のカウント値は次第に小さくなる。
【００３５】
上述した発信器２０〜２７のずれ量の計算は、第１基準線Ｌ１と第２基準線Ｌ２のずれ量と、受信器３０、３１のカウント値の差との関係を示す関係式Ｆを予め実験によって求めておく。そして、測定後の受信器３０、３１のカウント値をその関係式Ｆに代入することによってずれ量が算出される。
【００３６】
したがって、受信器３０、３１及び受信器３２、３３によって測定されるγ線のカウント値に基づいて上記ずれ量を検出することができる。
【００３７】
次に、第１基準線Ｌ１に対して第２基準線Ｌ２がずれている状態の例を幾つか示して具体的に説明する。
【００３８】
まず、図１０（ａ）に示すように、地山掘削機１の中心軸が、既設トンネル３の中心軸よりも高い位置で、既設トンネル３の中心軸に対して平行な状態で存在している場合について説明する。
【００３９】
係る場合、発信器２１、２７が、受信器３１、３３の近くに位置するため、受信器３１、３３のカウント値は、それぞれ受信器３０、３２のカウント値よりも大きくなる。また、受信器３１と３３と、受信器３０と３２とのカウント値はそれぞれ同じ値となる。
【００４０】
そして、第1基準線に対する第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１、及び受信器３２、３３のカウント値を上記関係式Ｆに代入することにより、それぞれ算出される。
【００４１】
なお、本実施形態では、発信器２１、２７がそれぞれ受信器３１、３３に近づいた場合のずれ量をプラス表示し、発信器２１、２７がそれぞれ受信器３０、３２に近づいた場合のずれ量をマイナス表示することとする。すなわち、プラス表示されると第２基準線Ｌ２は上方へ、マイナス表示されると第２基準線Ｌ２は下方へずれていることを表すこととなる。
【００４２】
ずれ量は、受信器３０、３１の設置されている部位、及び受信器３２、３３の設置されている部位についてそれぞれ算出される。本例の場合は、受信器３１と３３と、受信器３０と３２とのカウント値はそれぞれ同じ値なので、第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１の設置されている部位、及び受信器３２、３３の設置されている部位について同じ値がプラス表示にて算出される。
【００４３】
したがって、第２基準線Ｌ２は、第１基準線Ｌ１に対して平行に上方へずれた状態であると判断できる。
【００４４】
次に、図１０（ｂ）に示すように、地山掘削機１の中心軸が、既設トンネル３の中心軸よりも低い位置で、既設トンネル３の中心軸に対して平行な状態で存在している場合について説明する。
【００４５】
係る場合、発信器２１、２７が、受信器３０、３２の近くに位置するため、受信器３０、３２のカウント値は、それぞれ受信器３１、３３のカウント値よりも大きくなる。また、受信器３０と３２と、受信器３１と３３とのカウント値はそれぞれ同じ値となる。
【００４６】
そして、第1基準線に対する第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１、及び受信器３２、３３のカウント値を上記関係式Ｆに代入することにより、それぞれ算出される。
【００４７】
本例の場合は、受信器３１と３３と、受信器３０と３２とのカウント値はそれぞれ同じ値なので、第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１の設置されている部位、及び受信器３２、３３の設置されている部位について同じ値がマイナス表示にて算出される。
【００４８】
したがって、第２基準線Ｌ２が第１基準線Ｌ１に対して並行に下方へずれた状態であると判断できる。
【００４９】
次に、図１０（ｃ）に示すように、地山掘削機１の前方側が上向きに傾いた状態で存在している場合について説明する。
【００５０】
係る場合、発信器２１、２７が、受信器３１、３２の近くに位置するため、受信器３１、３２のカウント値は、それぞれ受信器３０、３３のカウント値よりも大きくなる。また、各受信器３０〜３３のカウント値はそれぞれ異なる値となる。
【００５１】
そして、第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１、及び受信器３２、３３のカウント値を上記関係式Ｆに代入することにより、それぞれ算出される。
【００５２】
本例の場合は、各受信器３０〜３３のカウント値はそれぞれ異なる値であるが、受信器３１が受信器３０よりも大きいカウント値を示し、かつ、受信器３２が受信器３３よりも大きいカウント値を示しているので、第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１の設置されている部位、及び受信器３２、３３の設置されている部位について異なる値がそれぞれプラス表示、マイナス表示にて算出される。
【００５３】
したがって、受信器３０、３１の設置されている部位では、第２基準線Ｌ２の位置が第１基準線Ｌ１に対して上方へずれて、かつ、受信器３２、３３の設置部位では、第２基準線Ｌ２の位置が下方へずれていることとなる。すなわち、第２基準線Ｌ２の前方側が上向きに傾いた状態であると判断できる。
【００５４】
そして、図１０（ｄ）に示すように、地山掘削機１の前方側が上向きに傾いた状態で、上記図１０（ｃ）よりも大幅に上方に存在している場合について説明する。
【００５５】
係る場合、発信器２１、２７が、受信器３１、３３の近くに位置しているが、発信器２１と受信器３１、発信器２７と受信器３３までの距離はそれぞれ異なるため、各受信器３０〜３３のカウント値は全く異なる値を示す。
ただし、発信器２１、２７が、受信器３０、３２よりも受信器３１、３３の近くに位置するため、受信器３１、３３のカウント値は、それぞれ受信器３０、３２のカウント値よりも大きくなる。
また、発信器２１から受信器３１までの距離は、発信器２７から受信器３３までの距離よりも短いため、受信器３１のカウント値は、受信器３３のカウント値よりも大きくなる。
さらに、発信器２７から受信器３２までの距離は、発信器２１から受信器３０までの距離よりも短いため、受信器３２のカウント値は、受信器３０のカウント値よりも大きくなる。
【００５６】
そして、第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１、及び受信器３２、３３のカウント値を上記関係式Ｆに代入することにより、それぞれ算出される。
【００５７】
本例の場合は、各受信器３０〜３３のカウント値はそれぞれ異なる値であるが、受信器３１、３３がそれぞれ受信器３０、３２よりも大きいカウント値を示しているので、第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１の設置されている部位、及び受信器３２、３３の設置されている部位について異なる値がそれぞれプラス表示にて算出される。
ここで、受信器３０、３１の設置されている部位のずれ量は、受信器３２、３３の設置されている部位のずれ量よりも大きな値となる。
【００５８】
したがって、受信器３０と３１、及び受信器３２と３３の設置されている部位において共に、第２基準線Ｌ２の位置が第１基準線Ｌ１に対して上方へずれ、かつ、第２基準線Ｌ２の前方側が上向きに傾いた状態であると判断できる。
【００５９】
また、図示はしないが、地山掘削機１の前方側が下向きに傾いた状態で存在している場合も、上記と同様に、各受信器３０〜３３のカウント値を上記関係式Ｆに代入し、第２基準線Ｌ２のずれ量を算出することにより、第１基準線Ｌ１に対する第２基準線Ｌ２の位置を判断することができる。
【００６０】
上述した構成からなる地山掘削機１で既設トンネル３に近接する新設トンネル４を掘削する際は、距離センサー１０〜１３で既設トンネル３との距離を測定して、ヨーイング及びローリングを算出する。また、これと並行して、受信器３０〜３３でγ線の強度を測定して、第１基準線Ｌ１に対する第２基準線Ｌ２のずれ量を算出する。そして、ヨーイング、ローリング及び第１基準線Ｌ１に対するずれ量が設計等により定められた範囲内である場合は、そのまま地山掘削機１を推進させる。しかし、ヨーイング、ローリング、第１基準線Ｌ１に対するずれ量の何れかが設計等により定められている範囲外の場合は、シールドジャッキや中折れジャッキ等を調整して地山掘削機１の姿勢を修正する。
【００６１】
そして、予め設計等により定められた距離を掘削したら、掘削作業を停止して、既設トンネル３と新設トンネル４との間を掘削して両トンネル３、４を接続する。
【００６２】
以上説明した本実施形態における位置検出システム２によれば、地山掘削機１に設けた距離センサー１０〜１３のみによって、既設トンネル３に発信器を取り付けることなく、既設トンネル３と地山掘削機１との距離を測定することができる。
【００６３】
また、距離センサー１０〜１３を進行方向に沿って複数配置しているため、地山掘削機１のヨーイングを測定することができる。さらに、距離センサー１０〜１３を進行方向に対して直交する向きに沿って複数配置しているため、地山掘削機１のローリングを測定することができる。そして、地山掘削機１は、ヨーイング及びローリングを測定しながら推進するため、設計等により定められた傾斜角度で正確に既設トンネル３に近接することができる。
【００６４】
また、発信器２０〜２７から放出されるγ線を複数の受信器３０〜３３で受信するので、第１基準線Ｌ１に対する第２基準線Ｌ２のずれ量を検出することができる。したがって、既設トンネル３の中心軸に対する地山掘削機１の中心軸の上下方向のずれ量及び傾きを検出することができる。さらに、既設トンネル３に対する地山掘削機１の中心軸の上下方向のずれ量及び傾きを検出しながら、その結果に基づいて、地山掘削機１の姿勢を修正して推進させることができるので、新しいトンネルを精度良く構築することができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、既設トンネル３に向かって近接する新設トンネル４を構築する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、既設トンネル３から離間するように新設トンネル４を構築する場合にも本発明を適用可能である。
【００６６】
なお、本実施形態において、第１基準線Ｌ１と第２基準線Ｌ２とのずれ量を検出するために、γ線を放出する発信器及びその受信器を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、既設トンネル３と地山掘削機１との離間距離に応じて測定装置を変更することとする。例えば、離間距離が１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の場合には、高精度にずれを検出しなければならないため、γ線を用いて測定するが、離間距離が数ｍ以上ある場合には、γ線では測定できないため、γ線よりもやや精度は低くなるが離間距離が大きくても測定可能な超音波センサーやレーダーセンサー等を用い、所定距離まで近接したらγ線を用いて測定を行うこととしてもよい。
【００６７】
なお、本実施形態において、第１基準線Ｌ１を、既設トンネル３の中心軸に対して平行に既設トンネル３の外殻３ａの内周面に設定した場合について説明したが、この位置に限定されるものではなく、例えば、第１基準線Ｌ１を、既設トンネル３の中心軸に設定したり、既設トンネル３の周方向に、リング状に設定したりしてもよい。既設トンネル３の周方向に第１基準線Ｌ１を設定した場合を以下の第二実施形態で説明する。
【００６８】
なお、本実施形態において、第２基準線Ｌ２を、地山掘削機１の中心軸に対して平行に地山掘削機１の外殻１ａの内周面に設定した場合について説明したが、この位置に限定されるものではなく、例えば、第２基準線Ｌ２を、地山掘削機１の中心軸に設定してもよい。
【００６９】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、円形断面の既設トンネル３の周囲を拡幅する際に、既設トンネル３の周りを地山掘削機１で掘削するものである。
以下の説明において、第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００７０】
図１１は、本発明の第二実施形態に係る既設トンネル３と新設トンネル４との位置関係を示す断面図である。
図１１に示すように、既設トンネル３の底盤を開削して構築された発進立坑６から既設トンネル３の外殻３ａに沿って地山掘削機１を推進させて、新設トンネル４を構築する。
本実施形態において、既設トンネル３内に設定される第１基準線Ｌ１は、既設トンネル３の周方向に、リング状に設定されている。
【００７１】
また、図１２に示すように、発信器２０〜２７は、第１基準線Ｌ１に沿って既設トンネル３の内周面に複数配置されている。
地山掘削機１は、第１基準線Ｌ１に沿って既設トンネル３の外周部を掘削する。地山掘削機１は、図示しないが、発進立坑６に設置されたジャッキにより、円弧状の押管を介して進行方向へ押し出されることによって推進する。
また、地山掘削機１の既設トンネル３側の底面には、地山掘削機１の中心軸を鉛直真下に投影した第２基準線Ｌ２が設定されている。
【００７２】
図１１及び図１２中では、図面の簡略化のため、距離センサー１０〜１３及び受信器３０〜３３の数を省略して表示しているが、距離センサー１０〜１３及び受信器３０〜３３は地山掘削機１の既設トンネル３側の底面に、第１実施形態と同様に、複数設置されている。
【００７３】
上述した構成からなる地山掘削機１で既設トンネル３の外周部を掘削する際は、距離センサー１０〜１３で既設トンネル３との距離を測定して、ピッチング及びローリングを算出するとともに、受信器３０〜３３でγ線の強度を測定して、第１基準線Ｌ１に対する第２基準線Ｌ２のずれ量を算出する。そして、ピッチング、ローリング及び第１基準線Ｌ１に対するずれ量が設計等により定められた範囲内である場合は、そのまま地山掘削機１を推進させる。しかし、ピッチング、ローリング、第１基準線Ｌ１に対するずれ量の何れかが設計等により定められている範囲外の場合は、シールドジャッキや中折れジャッキ等を調整して地山掘削機１の姿勢を修正する。
【００７４】
以上説明した本実施形態における位置検出システム２によれば、既設トンネル３の周方向に設定された第１基準線Ｌ１に沿って地山掘削機１を推進させることができるので、既設トンネル３の周囲を正確に掘削することができる。したがって、地山掘削機１を発進立坑６に精度良く到達させることができる。
【００７５】
なお、上述した各実施形態において、距離センサー１０〜１３として、渦電流式センサーを用いたが、これに限定されるものではなく、超音波センサーや電磁波センサーを用いてもよい。要は、測定用の信号を発信し、既設トンネル３までの距離を測定可能な機能を備えたものであればよい。
【００７６】
また、上述した各実施形態において、発信器２０〜２７として、γ線放出器を用いたが、これに限定されるものではなく、鋼製セグメントから構成された（或いは鋼板を含む）既設トンネル３の外殻３ａを透過可能な性質を有する信号を発信する機能を備えたものであればよい。
【００７７】
また、上述した各実施形態において、第１基準線Ｌ１に対する第２基準線Ｌ２のずれ量を測定しながら地山掘削機１を推進させる場合について説明したが、既設トンネル３に対して新設トンネル４の深度方向の位置を測定する必要がない場合には、発信器２０〜２７及び受信器３０〜３３によるずれ量の測定を省略して、距離センサー１０〜１３のみによる距離の測定を行ってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１ 地山掘削機
１ａ 外殻
２ 位置検出システム
３ 既設トンネル
３ａ 外殻
４ 新設トンネル
６ 発進立坑
１０〜１３ 距離センサー
２０〜２７ 発信器
３０〜３３ 受信器
Ｌ１ 第１基準線
Ｌ２ 第２基準線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、既設トンネルに近接するトンネルを構築する際に、既設トンネルを基準とした、上記トンネルを掘削する地山掘削機の位置を検出する位置検出システム及びそのシステムを備えた地山掘削機に関する。
【背景技術】
【０００２】
既設トンネルに近接するトンネルを構築する際は、このトンネルを掘削するための地山掘削機と既設トンネルとの位置関係を正確に把握する必要がある。
そこで、従来より、例えば、特許文献１に示すように、既設トンネルの地山掘削機側の外側面に発信器を、地山掘削機の既設トンネル側の側部に受信器をそれぞれ設置して、発信器から発信された信号を受信器で受信することにより、両者間の距離を測定しながらトンネルを掘削する工法が用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２４２４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されている測定方法では、既設トンネルに設置された発信器に対向する側方位置に地山掘削機の受信部が存在しないと両者間の距離を測定することができないという問題点があった。
【０００５】
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、既設トンネルに発信器を取り付けることなく、既設トンネルと地山掘削機との間の距離を測定可能な地山掘削機の位置検出システム及びそのシステムを備えた地山掘削機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、既設トンネルに近接するトンネルを構築する際に、前記既設トンネルを基準とした、前記トンネルを掘削するための地山掘削機の位置を検出する地山掘削機の位置検出システムであって、
前記既設トンネルに向かって発信する所定の信号に起因して、前記既設トンネルまでの距離に応じて生じる信号を受信し、前記既設トンネルまでの距離を測定可能な距離センサーを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明において、前記距離センサーは、進行方向に沿って所定の間隔をおいて複数配置されていることしてもよい。
【０００８】
また、本発明において、前記距離センサーは、進行方向に対して直交する向きに沿って所定の間隔をおいて複数配置されていることとしてもよい。
【０００９】
本発明は地山掘削機であって、上述した地山掘削機の位置検出システムを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、既設トンネルに発信器を取り付けることなく、既設トンネルとの距離を測定可能な地山掘削機の位置検出システム及びそのシステムを備えた地山掘削機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施形態に係る既設トンネルと新設トンネルとの位置関係を示す平面図である。
【図２】既設トンネルの外殻部分と地山掘削機とを拡大して示す平面図である。
【図３】図２のＡ矢視図である。
【図４】既設トンネルまでの距離の測定方法を示す図である。
【図５】ヨーイングの測定方法を示す図である。
【図６】ローリングの測定方法を示す図である。
【図７】図２のＢ矢視図である。
【図８】γ線による測定方法を示す図である。
【図９】第１基準線に対する第２基準線のずれ量を検出する方法を示す図である。
【図１０】第１基準線に対する第２基準線のずれを説明するための図である。
【図１１】本発明の第二実施形態に係る既設トンネルと新設トンネルとの位置関係を示す断面図である。
【図１２】発信器及び受信器を設置した状態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の地山掘削機１の位置検出システム２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。本発明の地山掘削機１の位置検出システム２は、既設トンネル３に対する地山掘削機１の位置及び姿勢を検出するものである。なお、本実施形態では、地山掘削機１として、シールド機を用いる場合について説明するが、これに限定されるものではなく、トンネルを掘削可能な機械であれば本発明を適用可能である。
【００１３】
本発明の第一実施形態では、既設トンネル３の分岐・合流部の構築に際して、既設トンネル３に向かって側方から近接するように新設トンネル４を構築する場合について説明する。なお、本実施形態においては、既設トンネル３及び新設トンネル４はともに、矩形断面のトンネルとした場合について説明するが、この形状に限定されるものではなく、断面が真円状や楕円状のトンネルであってもよい。
【００１４】
図１は、本発明の第一実施形態に係る既設トンネル３と新設トンネル４との位置関係を示す平面図である。また、図２は、既設トンネル３の外殻３ａ部分と地山掘削機１とを拡大して示す平面図である。また、図３は、図２のＡ矢視図である。
【００１５】
これらの図に示すように、位置検出システム２は、地山掘削機１の外殻１ａに取り付けられて、既設トンネル３までの距離を測定可能な距離センサー１０〜１３と、既設トンネル３の内周面に取り付けられて、既設トンネル３の外殻３ａ及び地山を透過可能な信号を発信する発信器２０〜２７と、地山掘削機１の外殻１ａに取り付けられて、発信器２０〜２７から発信された信号を受信可能な受信器３０〜３３と、を備えている。
【００１６】
距離センサー１０〜１３は、地山掘削機１の既設トンネル３側の側面（図２では左側の側面。以下、地山掘削機１のトンネル側側面という）に複数設置されている。本実施形態では、既設トンネル３の外殻３ａは鋼製セグメント及びコンクリート等で構成されているものとし、距離センサー１０〜１３として、金属面を測定対象とする渦電流式センサーを用いた。
なお、外殻３ａを構成するセグメントがＲＣセグメントである等、外殻３ａが金属材を含んでいない場合は、既設トンネル３の外殻３ａの側面を覆うように鋼板を設置するものとする。
【００１７】
図３に示すように、距離センサー１０と１２、及び距離センサー１１と１３は、進行方向（図３中では左右方向）に沿って所定の間隔をおいてそれぞれ配置されている。また、距離センサー１０と１１、及び距離センサー１２と１３は、進行方向に対して直交する向きに（図３中では上下方向）沿って所定の間隔をおいてそれぞれ配置されている。すなわち、各距離センサー１０〜１３の位置が長方形の頂点位置となるように、地山掘削機１のトンネル側側面に配置されている。
【００１８】
次に、この距離センサー１０〜１３を用いて地山掘削機１の既設トンネル３に対する位置及び姿勢を測定する方法について説明する。
【００１９】
図４は、既設トンネル３に対する位置及び姿勢の測定方法を示す図である。本図に示すように、距離センサー１０〜１３で、既設トンネル３の外殻３ａまでの距離を測定する。
【００２０】
また、図５に示すように、進行方向に沿って配置された距離センサー１０と１２、或いは距離センサー１１と１３による測定値の差によりヨーイングを測定することができる。例えば、距離センサー１０、１２の測定値をそれぞれＤ１、Ｄ２とし、距離センサー１０、１２間の距離をＬとすると、ヨーイングは（Ｄ１−Ｄ２）／Ｌにより算出される。これと並行して、距離センサー１１と１３を用いる場合も同様に測定する。
そして、両方の結果を平均して地山掘削機１のヨーイングとしてもよいし、両方の結果のうち、何れか一方の結果を採用して地山掘削機１のヨーイングとしてもよい。
なお、本実施形態では、地山掘削機１のヨーイングについて測定したが、例えば、既設トンネル３の上方に新設トンネル４を構築する場合は、地山掘削機１の下方に存在する既設トンネル３までの距離の測定値に基づいてピッチングを測定することができる。
【００２１】
また、図６に示すように、進行方向に対して直交する向きに沿って配置された距離センサー１０と１１、或いは距離センサー１２と１３による測定値の差によりローリングを測定することができる。例えば、距離センサー１０、１１の測定値をそれぞれＤ３、Ｄ４とし、距離センサー１０、１１間の距離をＷとすると、ローリングは（Ｄ３−Ｄ４）／Ｗにより算出される。これと並行して、距離センサー１２と１３を用いる場合も同様に測定する。
そして、両方の結果を平均して地山掘削機１のローリングとしてもよいし、両方の結果のうち、何れか一方の結果を採用して地山掘削機１のローリングとしてもよい。
【００２２】
なお、本実施形態においては、距離センサー１０〜１３を４台用いたが、この数に限定されるものではなく、５台以上用いてもよい。
【００２３】
次に、発信器２０〜２７及び受信器３０〜３３を用いて地山掘削機１の既設トンネル３の中心軸に対するずれ量を測定する方法について説明する。
【００２４】
図２、図７及び図８に示すように、発信器２０〜２７は、既設トンネル３の内周面に、既設トンネル３の中心軸に平行で、かつ、当該中心軸と同じ高さ位置となるように設定された第１基準線Ｌ１に沿って、所定の間隔をおいて配置されている。
【００２５】
本実施形態では、発信器２０〜２７として、鋼製セグメント（或いは鋼板）を含む既設トンネル３の外殻３ａを透過可能なγ線を放出するγ線放出器を用いた。
【００２６】
発信器２０〜２７の設置間隔は、図２及び図８に示すように、地山掘削機１のトンネル側側面に向かって隙間無く測定用の信号を発信できるように設定されている。本実施形態では、地山掘削機１の進行方向前方側の発信器２０から後方側の発信器２７までの距離が、概ね地山掘削機１の全長と同じになるように設置されている。発信器２０〜２７は、地山掘削機１の進行に合わせて、後方側の発信器２０〜２７を進行方向前方側へ順番に盛り換え作業を行うものとする。これにより、地山掘削機１の全長をカバーする必要最小限の個数の発信器２０〜２７を用いて推進する地山掘削機１に対応して測定を行うことができる。
【００２７】
γ線を放出する発信器２０〜２７の放出口には、特定の方向へのみγ線を放出できるようにスリットが設けられている。
【００２８】
なお、各発信器２０〜２７におけるγ線の放出量はわずかなので、すべての発信器２０〜２７の放出量を合計しても「放射性同位元素等による放射線障害の防止に関する法律」（文部科学省）や「労働安全衛生法令」（厚生労働省）等に定められた放射線管理区域や管理者等を設定する必要がない程度である。
【００２９】
図３に示すように、地山掘削機１の既設トンネル側側面には、複数の受信器３０〜３３が設置されている。
受信器３０と３１、及び受信器３２と３３は、地山掘削機１の中心軸に平行で、かつ、当該中心軸と同じ高さ位置となるように設定された第２基準線Ｌ２の両側に互いに間隔Ｍ１をおいて配置されている。すなわち、受信器３０と３１、及び受信器３２と３３の中央に第２基準線Ｌ２が位置するように配置されている。また、一対の受信器３０と３１、及び一対の受信器３２と３３は、第２基準線Ｌ２に沿って所定の間隔をおいてそれぞれ配置されている。
【００３０】
本実施形態では、受信器３０〜３３として、γ線を検出可能なγ線レベル計（例えば、ナノグレイ社製の型番ＴＨ−３０００）を用いた。このγ線レベル計は、γ線の強度をシンチレーション検出器方式で検出し、カウント表示することができる。
γ線レベル計を用いた場合の測定誤差は、数ｍｍ程度であり、高い精度での計測が可能である。
【００３１】
第２基準線Ｌ２の両側にそれぞれ受信器３０と３１、及び受信器３２と３３を配置することにより、第１基準線Ｌ１に対する第２基準線Ｌ２のずれ量（つまり、既設トンネル３の中心軸に対する地山掘削機１の中心軸のずれ量）を検出可能である。以下に、このずれ量の検出方法について説明する。
【００３２】
図９に示すように、発信器２１が受信器３０、３１間の中央に位置した状態のときに、γ線の強度を測定すると受信器３０、３１のカウント値は同じ値となる。また、発信器２７が受信器３２、３３間の中央に位置した状態のときに、強度を測定すると、受信器３０、３１のカウント値は同じ値となる。
【００３３】
また、発信器２１が受信器３１側に近づくにつれて（図１０（ａ）参照。図の詳細は後述する）、受信器３１のカウント値は次第に大きくなり、受信器３０のカウント値は次第に小さくなる。
【００３４】
そして、受信器３０と３１の場合と同様に、発信器２７が受信器３３側に近づくにつれて、受信器３３のカウント値は次第に大きくなり、受信器３２のカウント値は次第に小さくなる。
【００３５】
上述した発信器２０〜２７のずれ量の計算は、第１基準線Ｌ１と第２基準線Ｌ２のずれ量と、受信器３０、３１のカウント値の差との関係を示す関係式Ｆを予め実験によって求めておく。そして、測定後の受信器３０、３１のカウント値をその関係式Ｆに代入することによってずれ量が算出される。
【００３６】
したがって、受信器３０、３１及び受信器３２、３３によって測定されるγ線のカウント値に基づいて上記ずれ量を検出することができる。
【００３７】
次に、第１基準線Ｌ１に対して第２基準線Ｌ２がずれている状態の例を幾つか示して具体的に説明する。
【００３８】
まず、図１０（ａ）に示すように、地山掘削機１の中心軸が、既設トンネル３の中心軸よりも高い位置で、既設トンネル３の中心軸に対して平行な状態で存在している場合について説明する。
【００３９】
係る場合、発信器２１、２７が、受信器３１、３３の近くに位置するため、受信器３１、３３のカウント値は、それぞれ受信器３０、３２のカウント値よりも大きくなる。また、受信器３１と３３と、受信器３０と３２とのカウント値はそれぞれ同じ値となる。
【００４０】
そして、第1基準線に対する第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１、及び受信器３２、３３のカウント値を上記関係式Ｆに代入することにより、それぞれ算出される。
【００４１】
なお、本実施形態では、発信器２１、２７がそれぞれ受信器３１、３３に近づいた場合のずれ量をプラス表示し、発信器２１、２７がそれぞれ受信器３０、３２に近づいた場合のずれ量をマイナス表示することとする。すなわち、プラス表示されると第２基準線Ｌ２は上方へ、マイナス表示されると第２基準線Ｌ２は下方へずれていることを表すこととなる。
【００４２】
ずれ量は、受信器３０、３１の設置されている部位、及び受信器３２、３３の設置されている部位についてそれぞれ算出される。本例の場合は、受信器３１と３３と、受信器３０と３２とのカウント値はそれぞれ同じ値なので、第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１の設置されている部位、及び受信器３２、３３の設置されている部位について同じ値がプラス表示にて算出される。
【００４３】
したがって、第２基準線Ｌ２は、第１基準線Ｌ１に対して平行に上方へずれた状態であると判断できる。
【００４４】
次に、図１０（ｂ）に示すように、地山掘削機１の中心軸が、既設トンネル３の中心軸よりも低い位置で、既設トンネル３の中心軸に対して平行な状態で存在している場合について説明する。
【００４５】
係る場合、発信器２１、２７が、受信器３０、３２の近くに位置するため、受信器３０、３２のカウント値は、それぞれ受信器３１、３３のカウント値よりも大きくなる。また、受信器３０と３２と、受信器３１と３３とのカウント値はそれぞれ同じ値となる。
【００４６】
そして、第1基準線に対する第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１、及び受信器３２、３３のカウント値を上記関係式Ｆに代入することにより、それぞれ算出される。
【００４７】
本例の場合は、受信器３１と３３と、受信器３０と３２とのカウント値はそれぞれ同じ値なので、第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１の設置されている部位、及び受信器３２、３３の設置されている部位について同じ値がマイナス表示にて算出される。
【００４８】
したがって、第２基準線Ｌ２が第１基準線Ｌ１に対して並行に下方へずれた状態であると判断できる。
【００４９】
次に、図１０（ｃ）に示すように、地山掘削機１の前方側が上向きに傾いた状態で存在している場合について説明する。
【００５０】
係る場合、発信器２１、２７が、受信器３１、３２の近くに位置するため、受信器３１、３２のカウント値は、それぞれ受信器３０、３３のカウント値よりも大きくなる。また、各受信器３０〜３３のカウント値はそれぞれ異なる値となる。
【００５１】
そして、第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１、及び受信器３２、３３のカウント値を上記関係式Ｆに代入することにより、それぞれ算出される。
【００５２】
本例の場合は、各受信器３０〜３３のカウント値はそれぞれ異なる値であるが、受信器３１が受信器３０よりも大きいカウント値を示し、かつ、受信器３２が受信器３３よりも大きいカウント値を示しているので、第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１の設置されている部位、及び受信器３２、３３の設置されている部位について異なる値がそれぞれプラス表示、マイナス表示にて算出される。
【００５３】
したがって、受信器３０、３１の設置されている部位では、第２基準線Ｌ２の位置が第１基準線Ｌ１に対して上方へずれて、かつ、受信器３２、３３の設置部位では、第２基準線Ｌ２の位置が下方へずれていることとなる。すなわち、第２基準線Ｌ２の前方側が上向きに傾いた状態であると判断できる。
【００５４】
そして、図１０（ｄ）に示すように、地山掘削機１の前方側が上向きに傾いた状態で、上記図１０（ｃ）よりも大幅に上方に存在している場合について説明する。
【００５５】
係る場合、発信器２１、２７が、受信器３１、３３の近くに位置しているが、発信器２１と受信器３１、発信器２７と受信器３３までの距離はそれぞれ異なるため、各受信器３０〜３３のカウント値は全く異なる値を示す。
ただし、発信器２１、２７が、受信器３０、３２よりも受信器３１、３３の近くに位置するため、受信器３１、３３のカウント値は、それぞれ受信器３０、３２のカウント値よりも大きくなる。
また、発信器２１から受信器３１までの距離は、発信器２７から受信器３３までの距離よりも短いため、受信器３１のカウント値は、受信器３３のカウント値よりも大きくなる。
さらに、発信器２７から受信器３２までの距離は、発信器２１から受信器３０までの距離よりも短いため、受信器３２のカウント値は、受信器３０のカウント値よりも大きくなる。
【００５６】
そして、第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１、及び受信器３２、３３のカウント値を上記関係式Ｆに代入することにより、それぞれ算出される。
【００５７】
本例の場合は、各受信器３０〜３３のカウント値はそれぞれ異なる値であるが、受信器３１、３３がそれぞれ受信器３０、３２よりも大きいカウント値を示しているので、第２基準線Ｌ２のずれ量は、受信器３０、３１の設置されている部位、及び受信器３２、３３の設置されている部位について異なる値がそれぞれプラス表示にて算出される。
ここで、受信器３０、３１の設置されている部位のずれ量は、受信器３２、３３の設置されている部位のずれ量よりも大きな値となる。
【００５８】
したがって、受信器３０と３１、及び受信器３２と３３の設置されている部位において共に、第２基準線Ｌ２の位置が第１基準線Ｌ１に対して上方へずれ、かつ、第２基準線Ｌ２の前方側が上向きに傾いた状態であると判断できる。
【００５９】
また、図示はしないが、地山掘削機１の前方側が下向きに傾いた状態で存在している場合も、上記と同様に、各受信器３０〜３３のカウント値を上記関係式Ｆに代入し、第２基準線Ｌ２のずれ量を算出することにより、第１基準線Ｌ１に対する第２基準線Ｌ２の位置を判断することができる。
【００６０】
上述した構成からなる地山掘削機１で既設トンネル３に近接する新設トンネル４を掘削する際は、距離センサー１０〜１３で既設トンネル３との距離を測定して、ヨーイング及びローリングを算出する。また、これと並行して、受信器３０〜３３でγ線の強度を測定して、第１基準線Ｌ１に対する第２基準線Ｌ２のずれ量を算出する。そして、ヨーイング、ローリング及び第１基準線Ｌ１に対するずれ量が設計等により定められた範囲内である場合は、そのまま地山掘削機１を推進させる。しかし、ヨーイング、ローリング、第１基準線Ｌ１に対するずれ量の何れかが設計等により定められている範囲外の場合は、シールドジャッキや中折れジャッキ等を調整して地山掘削機１の姿勢を修正する。
【００６１】
そして、予め設計等により定められた距離を掘削したら、掘削作業を停止して、既設トンネル３と新設トンネル４との間を掘削して両トンネル３、４を接続する。
【００６２】
以上説明した本実施形態における位置検出システム２によれば、地山掘削機１に設けた距離センサー１０〜１３のみによって、既設トンネル３に発信器を取り付けることなく、既設トンネル３と地山掘削機１との距離を測定することができる。
【００６３】
また、距離センサー１０〜１３を進行方向に沿って複数配置しているため、地山掘削機１のヨーイングを測定することができる。さらに、距離センサー１０〜１３を進行方向に対して直交する向きに沿って複数配置しているため、地山掘削機１のローリングを測定することができる。そして、地山掘削機１は、ヨーイング及びローリングを測定しながら推進するため、設計等により定められた傾斜角度で正確に既設トンネル３に近接することができる。
【００６４】
また、発信器２０〜２７から放出されるγ線を複数の受信器３０〜３３で受信するので、第１基準線Ｌ１に対する第２基準線Ｌ２のずれ量を検出することができる。したがって、既設トンネル３の中心軸に対する地山掘削機１の中心軸の上下方向のずれ量及び傾きを検出することができる。さらに、既設トンネル３に対する地山掘削機１の中心軸の上下方向のずれ量及び傾きを検出しながら、その結果に基づいて、地山掘削機１の姿勢を修正して推進させることができるので、新しいトンネルを精度良く構築することができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、既設トンネル３に向かって近接する新設トンネル４を構築する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、既設トンネル３から離間するように新設トンネル４を構築する場合にも本発明を適用可能である。
【００６６】
なお、本実施形態において、第１基準線Ｌ１と第２基準線Ｌ２とのずれ量を検出するために、γ線を放出する発信器及びその受信器を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、既設トンネル３と地山掘削機１との離間距離に応じて測定装置を変更することとする。例えば、離間距離が１０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の場合には、高精度にずれを検出しなければならないため、γ線を用いて測定するが、離間距離が数ｍ以上ある場合には、γ線では測定できないため、γ線よりもやや精度は低くなるが離間距離が大きくても測定可能な超音波センサーやレーダーセンサー等を用い、所定距離まで近接したらγ線を用いて測定を行うこととしてもよい。
【００６７】
なお、本実施形態において、第１基準線Ｌ１を、既設トンネル３の中心軸に対して平行に既設トンネル３の外殻３ａの内周面に設定した場合について説明したが、この位置に限定されるものではなく、例えば、第１基準線Ｌ１を、既設トンネル３の中心軸に設定したり、既設トンネル３の周方向に、リング状に設定したりしてもよい。既設トンネル３の周方向に第１基準線Ｌ１を設定した場合を以下の第二実施形態で説明する。
【００６８】
なお、本実施形態において、第２基準線Ｌ２を、地山掘削機１の中心軸に対して平行に地山掘削機１の外殻１ａの内周面に設定した場合について説明したが、この位置に限定されるものではなく、例えば、第２基準線Ｌ２を、地山掘削機１の中心軸に設定してもよい。
【００６９】
次に、本発明の第二実施形態について説明する。第二実施形態は、円形断面の既設トンネル３の周囲を拡幅する際に、既設トンネル３の周りを地山掘削機１で掘削するものである。
以下の説明において、第一実施形態に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００７０】
図１１は、本発明の第二実施形態に係る既設トンネル３と新設トンネル４との位置関係を示す断面図である。
図１１に示すように、既設トンネル３の底盤を開削して構築された発進立坑６から既設トンネル３の外殻３ａに沿って地山掘削機１を推進させて、新設トンネル４を構築する。
本実施形態において、既設トンネル３内に設定される第１基準線Ｌ１は、既設トンネル３の周方向に、リング状に設定されている。
【００７１】
また、図１２に示すように、発信器２０〜２７は、第１基準線Ｌ１に沿って既設トンネル３の内周面に複数配置されている。
地山掘削機１は、第１基準線Ｌ１に沿って既設トンネル３の外周部を掘削する。地山掘削機１は、図示しないが、発進立坑６に設置されたジャッキにより、円弧状の押管を介して進行方向へ押し出されることによって推進する。
また、地山掘削機１の既設トンネル３側の底面には、地山掘削機１の中心軸を鉛直真下に投影した第２基準線Ｌ２が設定されている。
【００７２】
図１１及び図１２中では、図面の簡略化のため、距離センサー１０〜１３及び受信器３０〜３３の数を省略して表示しているが、距離センサー１０〜１３及び受信器３０〜３３は地山掘削機１の既設トンネル３側の底面に、第１実施形態と同様に、複数設置されている。
【００７３】
上述した構成からなる地山掘削機１で既設トンネル３の外周部を掘削する際は、距離センサー１０〜１３で既設トンネル３との距離を測定して、ピッチング及びローリングを算出するとともに、受信器３０〜３３でγ線の強度を測定して、第１基準線Ｌ１に対する第２基準線Ｌ２のずれ量を算出する。そして、ピッチング、ローリング及び第１基準線Ｌ１に対するずれ量が設計等により定められた範囲内である場合は、そのまま地山掘削機１を推進させる。しかし、ピッチング、ローリング、第１基準線Ｌ１に対するずれ量の何れかが設計等により定められている範囲外の場合は、シールドジャッキや中折れジャッキ等を調整して地山掘削機１の姿勢を修正する。
【００７４】
以上説明した本実施形態における位置検出システム２によれば、既設トンネル３の周方向に設定された第１基準線Ｌ１に沿って地山掘削機１を推進させることができるので、既設トンネル３の周囲を正確に掘削することができる。したがって、地山掘削機１を発進立坑６に精度良く到達させることができる。
【００７５】
なお、上述した各実施形態において、距離センサー１０〜１３として、渦電流式センサーを用いたが、これに限定されるものではなく、超音波センサーや電磁波センサーを用いてもよい。要は、測定用の信号を発信し、既設トンネル３までの距離を測定可能な機能を備えたものであればよい。
【００７６】
また、上述した各実施形態において、発信器２０〜２７として、γ線放出器を用いたが、これに限定されるものではなく、鋼製セグメントから構成された（或いは鋼板を含む）既設トンネル３の外殻３ａを透過可能な性質を有する信号を発信する機能を備えたものであればよい。
【００７７】
また、上述した各実施形態において、第１基準線Ｌ１に対する第２基準線Ｌ２のずれ量を測定しながら地山掘削機１を推進させる場合について説明したが、既設トンネル３に対して新設トンネル４の深度方向の位置を測定する必要がない場合には、発信器２０〜２７及び受信器３０〜３３によるずれ量の測定を省略して、距離センサー１０〜１３のみによる距離の測定を行ってもよい。
【符号の説明】
【００７８】
１ 地山掘削機
１ａ 外殻
２ 位置検出システム
３ 既設トンネル
３ａ 外殻
４ 新設トンネル
６ 発進立坑
１０〜１３ 距離センサー
２０〜２７ 発信器
３０〜３３ 受信器
Ｌ１ 第１基準線
Ｌ２ 第２基準線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
既設トンネルに近接するトンネルを構築する際に、前記既設トンネルを基準とした、前記トンネルを掘削するための地山掘削機の位置を検出する地山掘削機の位置検出システムであって、
前記既設トンネルに向かって発信する所定の信号に起因して、前記既設トンネルまでの距離に応じて生じる信号を受信し、前記既設トンネルまでの距離を測定可能な距離センサーを備えることを特徴とする地山掘削機の位置検出システム。
【請求項２】
前記距離センサーは、進行方向に沿って所定の間隔をおいて複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載の地山掘削機の位置検出システム。
【請求項３】
前記距離センサーは、進行方向に対して直交する向きに沿って所定の間隔をおいて複数配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地山掘削機の位置検出システム。
【請求項４】
請求項１〜３のうち、何れか１項に記載された地山掘削機の位置検出システムを備えることを特徴とする地山掘削機。
【請求項１】
既設トンネルに近接するトンネルを構築する際に、前記既設トンネルを基準とした、前記トンネルを掘削するための地山掘削機の位置を検出する地山掘削機の位置検出システムであって、
前記既設トンネルに向かって発信する所定の信号に起因して、前記既設トンネルまでの距離に応じて生じる信号を受信し、前記既設トンネルまでの距離を測定可能な距離センサーを備えることを特徴とする地山掘削機の位置検出システム。
【請求項２】
前記距離センサーは、進行方向に沿って所定の間隔をおいて複数配置されていることを特徴とする請求項１に記載の地山掘削機の位置検出システム。
【請求項３】
前記距離センサーは、進行方向に対して直交する向きに沿って所定の間隔をおいて複数配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地山掘削機の位置検出システム。
【請求項４】
請求項１〜３のうち、何れか１項に記載された地山掘削機の位置検出システムを備えることを特徴とする地山掘削機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１０２５４６（Ｐ２０１２−１０２５４６Ａ）
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５２１３１（Ｐ２０１０−２５２１３１）
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月３１日（２０１２．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１０日（２０１０．１１．１０）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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