管路位置測定システム
【課題】 推進工法やシールド工法等における見通しの効かない管路の施工時であっても、管路先端部の位置をリアルタイムで測定する。
【解決手段】 基点部８と管路４の先端部５との間に掛け渡され、節点９を有する線状体１１と、節点９での基点部８側と先端部５側の線状体１１の軸方向角度をそれぞれ検出する角度検出装置１２と、基点部５での線状体１１の軸方向角度を検出する角度検出装置１４とを備え、各角度検出装置１２，１４で検出された線状体１１の軸方向角度と、線状体１１の長さとから、隣接する線状体１１の節点９の座標を順次算出して、管路４先端部５の位置を測定するように構成した。
【解決手段】 基点部８と管路４の先端部５との間に掛け渡され、節点９を有する線状体１１と、節点９での基点部８側と先端部５側の線状体１１の軸方向角度をそれぞれ検出する角度検出装置１２と、基点部５での線状体１１の軸方向角度を検出する角度検出装置１４とを備え、各角度検出装置１２，１４で検出された線状体１１の軸方向角度と、線状体１１の長さとから、隣接する線状体１１の節点９の座標を順次算出して、管路４先端部５の位置を測定するように構成した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に形成される管路先端部の位置を測定するシステムに係り、特に推進工法やシールド工法等における見通しの効かない管路の施工時に、管路先端部の位置を測定できる管路位置測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
管路先端部の見通しが効かない推進工法やシールド工法等の施工時に、管路先端部が計画位置にあるか否かを測定する手段として、ジャイロ等を用いた位置測定システムが従来よりあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このジャイロ方式の位置測定システムは、推進工法により敷設される推進管の位置測定装置であって、推進管先端の先導体に設けられヨー角方向の相対角度変化を検出する光ファイバジャイロと、前記先導体に設けられ先導体の絶対レベルを検出するレベルセンサと、元押しジャッキに設けられ推進管の推進距離を検出する推進距離測定手段とを備えている。そして、コンピュータによって、光ファイバジャイロにより計測された相対角度変化と、推進距離測定手段によって計測された推進距離との積分演算により先導体の平面座標変化およびこれの累積から推進管の平面線形を算出するとともに、レベルセンサによって計測された絶対レベルと、推進距離測定手段によって計測された推進距離との積分演算により先導体の高さ座標変化およびこれの累積から推進管の縦断線形を算出して、先導体の位置を測定するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−２４７８２６号公報（段落００１９〜００２０、００２５）
【特許文献２】特開２００２−２５０６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来のジャイロ方式の位置測定システムでは、所定の位置（立坑）から光ファイバジャイロを管路内に挿入して、積分演算方式により位置を計測する方法を採っているため、測定をリアルタイムに行うことができず、推進管等の振動等の影響を受けやすいといった問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は前記の問題を解決すべく案出されたものであって、推進工法やシールド工法等における見通しの効かない管路の施工時であっても、管路先端部の位置をリアルタイムで測定することができる管路位置測定システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、推進工法やシールド工法等によって地中に形成される管路の先端部の位置を測定する管路位置測定システムにおいて、固定された基点部と推進していく管路先端部との間に掛け渡されるとともに、前記基点部より繰り出され、所定の位置に屈曲部または屈曲可能に連結される連結部である節点を有する線状体と、前記線状体の前記節点を挟むように設けられ、前記基点部側と前記先端部側の前記線状体の軸方向角度をそれぞれ検出する角度検出装置と、前記基点部を含むように設けられ、前記線状体の軸方向角度を検出する角度検出装置とを備え、前記各角度検出装置で検出された前記線状体の軸方向角度と、前記線状体の長さとから隣接する前記線状体の節点の座標を、前記基点部より順次算出して、前記管路先端部の位置を測定するように構成したことを特徴とする管路位置測定システムである。
【０００７】
ここで、線状体は、基点部と管路先端部との間に掛け渡された全体をいい、一体に連続して形成され各節点で屈曲されるものと、節点間ごとに分割して形成され各節点で屈曲可能に連結されるものの両方を含む。線状体は、各節点間では直線状になる。
【０００８】
前記構成によれば、線状体の節点での軸方向角度の検出は、連続的且つ高速に行うことができるので、リアルタイムで管路先端部の位置を計測することができる。さらに、移動平均が適用できるので、振動やノイズの影響の軽減または除去が達成される。また、構造が非常にシンプルなものであり、取り扱いが容易である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記線状体が、ワイヤーにて構成され、このワイヤーには、前記基点部とこれに隣接する前記節点間、および互いに隣接する前記節点間、および前記管路先端部とこれに隣接する前記節点間の前記各ワイヤーの撓みがそれぞれ最小になるような張力を当該ワイヤーに加える張力発生器が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の管路位置測定システムである。
【００１０】
前記構成によれば、ワイヤーは運搬等の取り扱いに便利であり、節点間の距離を長く設定することもできる。また、張力発生器によりワイヤーを節点間で直線状に保持することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、互いに隣接する前記節点間、および前記管路先端部とこれに隣接する前記節点間の前記ワイヤーには、前記張力発生器がそれぞれ設けられ、この張力発生器は、前記ワイヤーの同軸上に設けられ当該ワイヤーにその長さが縮退する方向にばね力を付勢するばね部材にて構成されることを特徴とする請求項２に記載の管路位置測定システムである。
【００１２】
前記構成によれば、張力発生器を、管路先端部と隣接する節点間および互いに隣接する節点間に設けたことで、各節点間のワイヤーに張力を加えることができ、ワイヤーの直線状態が保たれるので、管路先端部の計測精度を高めることができる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、前記線状体が、前記基点部から前記管路先端部まで連続的に形成された光ファイバにて構成され、該光ファイバには、その歪みを測定する光ファイバ歪み測定器が設けられ、この光ファイバ歪み測定器で歪みを測定することにより光ファイバの張力を算出して、前記節点間の光ファイバの懸垂曲線を求めて、前記角度検出装置による検出角度の補正を行うように構成したことを特徴とする請求項１に記載の管路位置測定システムである。
【００１４】
前記構成によれば、光ファイバ歪み測定器で歪みを測定することにより光ファイバの張力を算出して、前記節点間の光ファイバの懸垂曲線を求めて、前記角度検出装置による検出角度の補正を行うように構成したことによって、管路先端部の計測精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、推進工法やシールド工法等における見通しの効かない管路の施工時であっても、管路先端部の位置をリアルタイムで測定することができるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための最良の第一の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施の形態では、線状体をワイヤーで構成した管路位置測定システムを、推進工法に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る管路位置測定システムを実施するための最良の形態を示した断面図、図２は基点部の角度検出装置を示した概略構成図、図３は節点の角度検出装置を示した概略構成図、図４は角度検出装置での角度測定を説明するための説明図、図５は推進工法によるトンネル施工状態を示した断面図、図６は節点におけるワイヤーの支持状態を示し概略断面図である。
【００１８】
推進工法は、計画ラインの両端に発進坑と到達坑を設け、発進坑に設けられた油圧ジャッキ等の推進設備によって掘削機を地中に押し出し、掘削機の後部に推進管を順次継ぎ足して管列を推進して、掘削機を到達坑に到達させて、トンネルや管きょを構築する工法である。
【００１９】
この推進工法は、下水道、水道、ガス、電力、通信等のライフラインを地中に管きょとして埋設する場合や、図５に示すように、地中に一対の比較的小径の導坑５１，５２を形成した後に、一方の導坑（発進側）５１から他方の導坑（到達側）５２に向かって円弧状の小断面トンネル５３を上下に並列形成して、この小断面トンネル５３を上下の枠５４とし、土留として利用し、その枠５４の内側を掘削して内部に道路等の大断面トンネル５５を構築する場合に用いられる。ここで、本実施の形態では、導坑５１から導坑５２に向かって小断面トンネル５３を形成するときに採用される推進工法を例に挙げて、本発明に係る管路位置測定システムを説明する。
【００２０】
図1に示すように、小断面トンネル５３を形成するに際しては、導坑５１内に設けられた図示しない推進設備によって、導坑５１から掘削機１を地盤２内に押し出し、その掘削機１の後部に推進管３を順次継ぎ足して、後方から押し出しながら推進させていく。なお、本実施の形態では、小断面トンネル５３の曲率半径は一定であり、推進管３の形状は同一のものとなっている。
【００２１】
以下、掘削形成される管路４の先端部（以下、「管路先端部」という）５、すなわち掘削機１の前面中心部（例えば前面隔壁の中心部）６を計測する管路位置測定システム７について説明する。管路位置測定システム７は、導坑５１内に固定された基点部８と、推進していく管路先端部５との間に掛け渡されるとともに、基点部８より管路先端部５の推進速度と同じ速度で送り出され、所定の位置に屈曲部または屈曲可能に連結される連結部である節点９を有する線状体１１と、この線状体１１の節点９を挟むように設けられ、基点部８側と管路先端部５側の線状体１１の軸方向角度をそれぞれ検出する角度検出装置１２と、基点部８を含むように設けられ、線状体１１の軸方向角度を検出する角度検出装置１４とを備えている。
【００２２】
本実施の形態では、線状体１１は、ワイヤー１５にて構成されている。ワイヤー１５は、所定の引っ張り強度を有し、撓みが最小になる程度に張力を加えたときに切断することがない材料及び長さのものが利用されている。また、本実施の形態では、ワイヤー１５（線状体１１）は、節点９ごとで分割されており、節点９を中心に、基点部８側のワイヤー１５と管路先端部５側のワイヤー１５とが互いに屈曲可能となるように連結されている。具体的には、図６に示すように、ワイヤー１５の分割部１７にボールジョイント１８を設けて、ワイヤー１５が屈曲可能に支持されている。
【００２３】
図１に示すように、互いに隣接する節点９間、および管路先端部５とこれに隣接する節点９間のワイヤー１５には、張力発生器１６がそれぞれ設けられている。この張力発生器１６は、隣接する節点９間、および管路先端部５とこれに隣接する節点９間のワイヤー１５の撓みがそれぞれ最小になるような張力をワイヤー１５に加える。張力発生器１６は、当該ワイヤー１５を所定の位置に設置した際にその長さが縮退する方向にばね力を付勢するばね部材１９にて構成されている。ばね部材１９は、ワイヤー１５の同軸上に設けられている。このばね部材１９によって、隣接する節点９間、および管路先端部５とこれに隣接する節点９間のワイヤー１５は、撓みが最小になり、略直線状の直線部２１となる。
【００２４】
一方、基点部８には、基点部８とこれに隣接する節点９間のワイヤー１５に、その撓みがそれぞれ最小になるような張力を加える張力発生器１６が設けられている。ここでの張力発生器１６は、基点部８に送られるワイヤー１５が巻き掛けられる滑車２２と、ワイヤー１５の端部に取り付けられたウェイト２３とで構成されている。ウェイト２３でワイヤー１５を引っ張ることで、ワイヤー１５に張力を与えている。これによって、基点部８とこれに隣接する節点９間のワイヤー１５も、撓みが最小になり、略直線状の直線部２１となる。滑車２２にはエンコーダ（図示せず）が設けられ、基点部８からのワイヤー１５の送出し距離を検出するようになっている。
【００２５】
なお、基点部８の張力発生器１６は、前記構成に限られるものではなく、例えば、滑車２２に代えてトルクモータを適用するようにしてもよい。この構成によれば、ウェイト２３を省略することができる。この場合、トルクモータにエンコーダが設けられる。
【００２６】
基点部８には、基点部８から送り出されるワイヤー１５の軸方向角度を検出する角度検出装置（以下、「基点部角度検出装置」という）１４が設けられている。図２に示すように、基点部角度検出装置１４は、基点部８を含むように設けられている。基点部角度検出装置１４は、一端に基準面２４となる壁面を有する筒状ボックス体２５を有している。基準面２４には、ワイヤー１５が通過する通し穴２６が形成されており、この通し穴２６が基点部８となる。通し穴２６は、その軸線が、基準面２４に対して垂直になるように構成されている。基点部８を含む筒状ボックス体２５は、導坑５１内でブラケット（図示せず）等を介して所定の位置に固定されている。
【００２７】
筒状ボックス体２５には、基点部８から所定距離Ｌ離れた位置において、直交する二軸方向でワイヤー１５の位置計測を行う光学変位測定装置（図示せず）が設けられている。この光学変位測定装置は、例えば、レーザ変位計等の高速で計測ができる機器が用いられている。光学変位測定装置は、基準面２４と平行な面（後述する測定面２０）内において、筒状ボックス体２５の底面と平行方向に延びるレーザ光２８の発光部（図示せず）および受光部（図示せず）と、筒状ボックス体２５の底面と直交方向に延びるレーザ光２９の発光部（図示せず）および受光部（図示せず）とを備えている。光学変位測定装置は、基点部８から所定距離Ｌ離れた面（測定面２０）でのワイヤー１５が通過する部分のレーザ光２８，２９がそれぞれ遮断されるので、その遮断位置を検知することで、ワイヤー１５の通過位置を検知できる。そして、この通過位置と距離Ｌと基点部８の位置とに基づいて、基準面２４に対するワイヤー１５の軸方向角度（送り出し角度）を算出する。
【００２８】
一方、線状体１１の節点９には、基点部８側のワイヤー１５の軸方向角度と、管路先端部５側のワイヤー１５の軸方向角度をそれぞれ検出する角度検出装置（以下、「節点部角度検出装置」という）１２が設けられている。図３に示すように、節点部角度検出装置１２は、節点９を挟むように設けられており、節点９を中心に、基点部８側および管路先端部５側両側に延びる筒状ボックス体３１を有している。筒状ボックス体３１の長手方向中央部には、筒状ボックス体３１の長手方向に対して直交する方向に、壁体３２が形成されており、この壁体３２の基点部８側および管路先端部５側の両面には、ボールジョイント１８（図６参照）がそれぞれ設けられ、節点９が構成されている。
【００２９】
この節点９から基点部８側および管路先端部５側の所定距離Ｌ離れた位置には、直交する二軸方向でワイヤー１５の位置計測を行う光学変位測定装置がそれぞれ設けられている。この光学変位測定装置は、基点部角度検出装置１４に設けられたものと同様の構成である。基点部８側の光学変位測定装置は、節点９より基点部８側にあるワイヤー１５の壁体３２の壁面３３に対する軸方向角度（基点部側角度）を算出する。管路先端部５側の光学変位測定装置は、節点９より管路先端部５側にあるワイヤー１５の壁面３３に対する軸方向角度（先端部側角度）を算出する。
【００３０】
なお、図示はしないが、基点部角度検出装置１４、各節点部角度検出装置１２および基点部８の滑車２２に設けられたエンコーダの計測データは、コンピュータに取り込まれる。コンピュータは、予め求めた節点９間の直線部２１の距離と、各角度検出装置１４，１２で検出されたワイヤー１５の軸方向角度と、ワイヤー１５の各直線部２１の長さとに基づいて、隣接する節点９の座標を、基点部８より順次算出して、管路先端部５の位置を算定するようになっている。
【００３１】
詳しくは、まず、基準面２４を測量等の手段で測定し、基点部８の位置を正確に検出しておく。
【００３２】
そして、基点部角度検出装置１４で、基点部８から送り出されるワイヤー１５の軸方向角度を検出する。この軸方向角度と、エンコーダで検出されたワイヤー１５の送出し量とで、隣接する節点９の座標を算出する。
【００３３】
計算上では、基点部８を通過して基準面２４に直交する線をＸ軸として、ワイヤー１５のＸ軸に対する軸方向角度を算出する。具体的には、図４に示すように、基点部８から送り出されるワイヤー１５の直線部２１を、ＸＹ平面に投影した投影線（図中、一点鎖線にて示す）３６とＸ軸とで構成される水平角Ｈｉｎｔを測定するとともに、前記直線部２１を、ＸＺ平面に投影した投影線（図中、一点鎖線にて示す）３７とＸ軸とで構成される鉛直角Ｖｉｎｔを測定する。
【００３４】
ここで、ワイヤー１５の送出し量をＬｉとすると、ワイヤー１５の直線部２１の水平面投影長Ｌ（Ｈｉｎｔ）は、下記の（１）式で表される。一方、ワイヤー１５の直線部２１の鉛直面投影長Ｌ（Ｖｉｎｔ）は、下記の（２）式で表される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
これら各投影長Ｌ（Ｈｉｎｔ），Ｌ（Ｖｉｎｔ）を基に、基点部８に隣接する第一の節点９の座標Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１は、下記の（３）式〜（５）式でそれぞれ表される。
【００３７】
【数２】
【００３８】
このように、基点部８に隣接する第一の節点９の座標が求められたら、次は、この第一の節点９の座標と、第一の節点９の管路先端部５側にあるワイヤー１５の軸方向角度と、第一の節点９に隣接する第二の節点９間とのワイヤー１５の直線部２１の距離とを基に、第二の節点９の座標を求める。
【００３９】
このとき、第一の節点９より管路先端部５側にあるワイヤー１５の、Ｘ軸（基点部８を通過して基準面２４に直交する線）に対する角度の水平角（ＸＹ平面に投影した投影線とＸ軸とで構成される水平角）は、基点部８のワイヤー１５のＸ軸に対する角度の水平角と、第一の節点９の基点部８側にあるワイヤー１５の節点部角度検出装置２７の壁面３３の直交軸に対する角度の水平角と、節点９の管路先端部５側にあるワイヤー１５の前記壁面３３の直交軸に対する角度の水平角とから求める。
【００４０】
一方、第一の節点９より管路先端部５側にあるワイヤー１５の、Ｘ軸に対する角度の鉛直角（ＸＺ平面に投影した投影線とＸ軸とで構成される鉛直角）は、基点部８のワイヤー１５のＸ軸に対する角度の鉛直角と、第一の節点９の基点部８側にあるワイヤー１５の前記壁面３３の直交軸に対する角度の鉛直角と、節点９の管路先端部５側にあるワイヤー１５の前記壁面３３の直交軸に対する角度の鉛直角とから求める。
【００４１】
これによって、第一の節点９の管路先端部５側にあるワイヤー１５の、Ｘ軸に対する角度が算出できる。一方、第一の節点９と第二の節点９間の距離は一定に設定されている。ここで、先に求めた第一の節点９の座標と、直線部２１の長さと、第一の節点９の管路先端部５側にあるワイヤー１５のＸ軸に対する角度とから、前記（１）式〜（５）式の要領に基づいて、第二の節点９の座標を算出する。
【００４２】
なお、図６に示すように、節点９では、ワイヤー１５の屈曲点３８間に若干の間隔があいているが、この距離Ｌ１は、予め決まっている一定の値であるので、計算データに入力して補正することができる。
【００４３】
以上の計算を、節点９ごとに、管路４の先端部５まで繰り返し行うことで、管路先端部５の座標が算出できる。
【００４４】
次に、本発明の作用を説明する。
【００４５】
本発明によれば、ワイヤー１５の各直線部２１の距離と、基点部８および各節点９のワイヤー１５の軸方向角度に基づいて、管路先端部５の座標を算出している。このとき、各節点９間の直線部２１の距離は一定であり、基点部８から第一の節点９までの直線部２１の距離はエンコーダで容易に計測できるとともに、ワイヤー１５の角度は連続的に計測することができる。したがって、連続的に行われるワイヤー１５の角度検出と各直線部２１の距離とに基づいて、座標を算出することで、リアルタイムで迅速に管路４の先端部５の計測を行うことができる。
【００４６】
また、角度の計測には、レーザ変位計等の高速で計測ができる機器が用いられているので、掘削機１に振動が起きたり、角度検出装置１２，１４にノイズが発生したりした場合でも、座標の移動平均を適用することによって、振動やノイズの影響を軽減または除去することができる。
【００４７】
さらに、本実施の形態では、角度検出装置１２，１４とワイヤー１５といった入手が容易で比較的簡単な構造のものを用いているので、装置の取り扱いが容易であり、メンテナンスフリーへの対応も可能である。
【００４８】
また、ワイヤー１５は運搬等の取り扱いに便利であり、節点９間の距離を長く設定することもできる。そして、各節点９間に張力発生器１６をそれぞれ設けているので、ワイヤー１５を節点９間で直線状に保持することができ、管路４の先端部５の計測精度を高めることができる。
【００４９】
本実施の形態では、曲率半径が一定の推進管３を用いた推進後方を例に挙げて説明したが、本発明は、曲率が変化する管路への適用も可能である。特に、直線部と曲線部が組み合わされた形状では、直線部でワイヤーの距離を長く設定することで、角度検出装置の数を低減させることができ、施工コストの低減を達成できる。
【００５０】
さらに、本発明は、垂直部分の管路にも適応できるため、立坑の位置計測や傾斜測定にも応用可能である。
【００５１】
図７は本発明に係る管路位置測定システムを実施するための他の形態を示した節点の拡大断面図である。
【００５２】
かかる実施の形態は、ワイヤー１５が基点部から管路先端部まで、通して一体で形成された場合を示したものである。この場合、節点９では、壁体３２にワイヤー１５の通し穴３９が形成されている。ワイヤー１５は、通し穴３９に嵌合されて固定されている。この場合、ワイヤー１５の屈曲点３８は、壁体３２の厚さ分の距離離間することになるが、この距離Ｌ１は、予め決まっている一定の値であるので、計算データに入力して補正することとなる。
【００５３】
図８は本発明に係る管路位置測定システムを実施するための最良の他の形態を示した節点の拡大断面図である。
【００５４】
かかる実施の形態は、壁体３２に設けられた通し穴４１の両端にテーパ４３を形成したことを特徴とする。ところで、図７の実施の形態では、ワイヤー１５自身の剛性により、屈曲点３８から直ぐには屈曲せずに、少し離反した場所で折れ曲がり、角度検出装置１２での角度検出値に若干の誤差が発生していたが、本実施の形態によれば、テーパ４３を形成したことで、ワイヤー１５がテーパ４３の表面に沿って屈曲できるので、図７のような屈曲点３８の誤差を低減させることができる。また、通し穴４１でのワイヤー１５の嵌合長さ（支持区間）Ｌ３を短くすることができるので、屈曲点３８間の距離を短縮することができ、計測精度を向上させることができる。さらに、ワイヤー１５を通し穴４１に嵌挿させる場合には、嵌合長さが短いことで、通し穴４１の径を最小限にすることができ、ワイヤー１５のがたつきをなくすことができる。
【００５５】
図９は本発明に係る管路位置測定システムを実施するための最良のさらに他の形態を示した構成図である。
【００５６】
かかる本実施の形態は、線状体１１に光ファイバ４４を用いたことを特徴とする。光ファイバ４４は、基点部８から管路４の先端部５まで通して連続的に形成されている。光ファイバ４４の基端部８には、光ファイバ４４に張力を与えるウェイト２３が取り付けられている。光ファイバ４４には、その歪みを測定する光ファイバ歪み測定器４５が設けられている。
【００５７】
この構成によれば、光ファイバ歪み測定器４５で、光ファイバ４４の歪みを測定することにより、光ファイバ４４の張力を算出して、節点９間の光ファイバ４４の懸垂曲線を求めることができる。これによって、実際の光ファイバ４４の位置と、節点９間を直線状に結ぶライン（図中、破線にて示す）との誤差角度αを算出できる。したがって、この誤差角度αをコンピュータに取り込むことで、角度検出装置１２，１４による角度検出の補正を行うことができるので、角度測定の精度をさらに向上させることができる。
【００５８】
以上、本発明を実施するための複数の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、線状体は、可撓性を有するワイヤーや光ファイバに限られることはなく、ロッド等であってもよい。この場合、ロッドは常に直線状であるので、張力発生器を省略することができる。
【００５９】
また、本発明は、推進工法以外の工法であっても、シールド工法による施工等において見通しの効かない管路の施工時に適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る管路位置測定システムを実施するための最良の形態を示した断面図である。
【図２】基点部の角度検出装置を示した概略構成図である。
【図３】節点の角度検出装置を示した概略構成図である。
【図４】角度検出装置での角度測定を説明するための説明図である。
【図５】推進工法によるトンネル施工状態を示した断面図である。
【図６】節点におけるワイヤーの支持状態を示し概略断面図である。
【図７】本発明に係る管路位置測定システムを実施するための他の形態を示した節点の拡大断面図である。
【図８】本発明に係る管路位置測定システムを実施するための最良の他の形態を示した節点の拡大断面図である。
【図９】本発明に係る管路位置測定システムを実施するための最良のさらに他の形態を示した構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
３ 推進管
４ 管路
５ （管路）先端部
７ 管路位置測定システム
８ 基点部
９ 節点
１１ 線状体
１２ 角度検出装置
１４ 角度検出装置
１５ ワイヤー
１６ 張力発生器
１９ ばね部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に形成される管路先端部の位置を測定するシステムに係り、特に推進工法やシールド工法等における見通しの効かない管路の施工時に、管路先端部の位置を測定できる管路位置測定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
管路先端部の見通しが効かない推進工法やシールド工法等の施工時に、管路先端部が計画位置にあるか否かを測定する手段として、ジャイロ等を用いた位置測定システムが従来よりあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このジャイロ方式の位置測定システムは、推進工法により敷設される推進管の位置測定装置であって、推進管先端の先導体に設けられヨー角方向の相対角度変化を検出する光ファイバジャイロと、前記先導体に設けられ先導体の絶対レベルを検出するレベルセンサと、元押しジャッキに設けられ推進管の推進距離を検出する推進距離測定手段とを備えている。そして、コンピュータによって、光ファイバジャイロにより計測された相対角度変化と、推進距離測定手段によって計測された推進距離との積分演算により先導体の平面座標変化およびこれの累積から推進管の平面線形を算出するとともに、レベルセンサによって計測された絶対レベルと、推進距離測定手段によって計測された推進距離との積分演算により先導体の高さ座標変化およびこれの累積から推進管の縦断線形を算出して、先導体の位置を測定するようになっている。
【特許文献１】特開２００３−２４７８２６号公報（段落００１９〜００２０、００２５）
【特許文献２】特開２００２−２５０６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来のジャイロ方式の位置測定システムでは、所定の位置（立坑）から光ファイバジャイロを管路内に挿入して、積分演算方式により位置を計測する方法を採っているため、測定をリアルタイムに行うことができず、推進管等の振動等の影響を受けやすいといった問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は前記の問題を解決すべく案出されたものであって、推進工法やシールド工法等における見通しの効かない管路の施工時であっても、管路先端部の位置をリアルタイムで測定することができる管路位置測定システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、推進工法やシールド工法等によって地中に形成される管路の先端部の位置を測定する管路位置測定システムにおいて、固定された基点部と推進していく管路先端部との間に掛け渡されるとともに、前記基点部より繰り出され、所定の位置に屈曲部または屈曲可能に連結される連結部である節点を有する線状体と、前記線状体の前記節点を挟むように設けられ、前記基点部側と前記先端部側の前記線状体の軸方向角度をそれぞれ検出する角度検出装置と、前記基点部を含むように設けられ、前記線状体の軸方向角度を検出する角度検出装置とを備え、前記各角度検出装置で検出された前記線状体の軸方向角度と、前記線状体の長さとから隣接する前記線状体の節点の座標を、前記基点部より順次算出して、前記管路先端部の位置を測定するように構成したことを特徴とする管路位置測定システムである。
【０００７】
ここで、線状体は、基点部と管路先端部との間に掛け渡された全体をいい、一体に連続して形成され各節点で屈曲されるものと、節点間ごとに分割して形成され各節点で屈曲可能に連結されるものの両方を含む。線状体は、各節点間では直線状になる。
【０００８】
前記構成によれば、線状体の節点での軸方向角度の検出は、連続的且つ高速に行うことができるので、リアルタイムで管路先端部の位置を計測することができる。さらに、移動平均が適用できるので、振動やノイズの影響の軽減または除去が達成される。また、構造が非常にシンプルなものであり、取り扱いが容易である。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記線状体が、ワイヤーにて構成され、このワイヤーには、前記基点部とこれに隣接する前記節点間、および互いに隣接する前記節点間、および前記管路先端部とこれに隣接する前記節点間の前記各ワイヤーの撓みがそれぞれ最小になるような張力を当該ワイヤーに加える張力発生器が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の管路位置測定システムである。
【００１０】
前記構成によれば、ワイヤーは運搬等の取り扱いに便利であり、節点間の距離を長く設定することもできる。また、張力発生器によりワイヤーを節点間で直線状に保持することができる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、互いに隣接する前記節点間、および前記管路先端部とこれに隣接する前記節点間の前記ワイヤーには、前記張力発生器がそれぞれ設けられ、この張力発生器は、前記ワイヤーの同軸上に設けられ当該ワイヤーにその長さが縮退する方向にばね力を付勢するばね部材にて構成されることを特徴とする請求項２に記載の管路位置測定システムである。
【００１２】
前記構成によれば、張力発生器を、管路先端部と隣接する節点間および互いに隣接する節点間に設けたことで、各節点間のワイヤーに張力を加えることができ、ワイヤーの直線状態が保たれるので、管路先端部の計測精度を高めることができる。
【００１３】
請求項４に係る発明によれば、前記線状体が、前記基点部から前記管路先端部まで連続的に形成された光ファイバにて構成され、該光ファイバには、その歪みを測定する光ファイバ歪み測定器が設けられ、この光ファイバ歪み測定器で歪みを測定することにより光ファイバの張力を算出して、前記節点間の光ファイバの懸垂曲線を求めて、前記角度検出装置による検出角度の補正を行うように構成したことを特徴とする請求項１に記載の管路位置測定システムである。
【００１４】
前記構成によれば、光ファイバ歪み測定器で歪みを測定することにより光ファイバの張力を算出して、前記節点間の光ファイバの懸垂曲線を求めて、前記角度検出装置による検出角度の補正を行うように構成したことによって、管路先端部の計測精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、推進工法やシールド工法等における見通しの効かない管路の施工時であっても、管路先端部の位置をリアルタイムで測定することができるといった優れた効果を発揮する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための最良の第一の形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本実施の形態では、線状体をワイヤーで構成した管路位置測定システムを、推進工法に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００１７】
図１は本発明に係る管路位置測定システムを実施するための最良の形態を示した断面図、図２は基点部の角度検出装置を示した概略構成図、図３は節点の角度検出装置を示した概略構成図、図４は角度検出装置での角度測定を説明するための説明図、図５は推進工法によるトンネル施工状態を示した断面図、図６は節点におけるワイヤーの支持状態を示し概略断面図である。
【００１８】
推進工法は、計画ラインの両端に発進坑と到達坑を設け、発進坑に設けられた油圧ジャッキ等の推進設備によって掘削機を地中に押し出し、掘削機の後部に推進管を順次継ぎ足して管列を推進して、掘削機を到達坑に到達させて、トンネルや管きょを構築する工法である。
【００１９】
この推進工法は、下水道、水道、ガス、電力、通信等のライフラインを地中に管きょとして埋設する場合や、図５に示すように、地中に一対の比較的小径の導坑５１，５２を形成した後に、一方の導坑（発進側）５１から他方の導坑（到達側）５２に向かって円弧状の小断面トンネル５３を上下に並列形成して、この小断面トンネル５３を上下の枠５４とし、土留として利用し、その枠５４の内側を掘削して内部に道路等の大断面トンネル５５を構築する場合に用いられる。ここで、本実施の形態では、導坑５１から導坑５２に向かって小断面トンネル５３を形成するときに採用される推進工法を例に挙げて、本発明に係る管路位置測定システムを説明する。
【００２０】
図1に示すように、小断面トンネル５３を形成するに際しては、導坑５１内に設けられた図示しない推進設備によって、導坑５１から掘削機１を地盤２内に押し出し、その掘削機１の後部に推進管３を順次継ぎ足して、後方から押し出しながら推進させていく。なお、本実施の形態では、小断面トンネル５３の曲率半径は一定であり、推進管３の形状は同一のものとなっている。
【００２１】
以下、掘削形成される管路４の先端部（以下、「管路先端部」という）５、すなわち掘削機１の前面中心部（例えば前面隔壁の中心部）６を計測する管路位置測定システム７について説明する。管路位置測定システム７は、導坑５１内に固定された基点部８と、推進していく管路先端部５との間に掛け渡されるとともに、基点部８より管路先端部５の推進速度と同じ速度で送り出され、所定の位置に屈曲部または屈曲可能に連結される連結部である節点９を有する線状体１１と、この線状体１１の節点９を挟むように設けられ、基点部８側と管路先端部５側の線状体１１の軸方向角度をそれぞれ検出する角度検出装置１２と、基点部８を含むように設けられ、線状体１１の軸方向角度を検出する角度検出装置１４とを備えている。
【００２２】
本実施の形態では、線状体１１は、ワイヤー１５にて構成されている。ワイヤー１５は、所定の引っ張り強度を有し、撓みが最小になる程度に張力を加えたときに切断することがない材料及び長さのものが利用されている。また、本実施の形態では、ワイヤー１５（線状体１１）は、節点９ごとで分割されており、節点９を中心に、基点部８側のワイヤー１５と管路先端部５側のワイヤー１５とが互いに屈曲可能となるように連結されている。具体的には、図６に示すように、ワイヤー１５の分割部１７にボールジョイント１８を設けて、ワイヤー１５が屈曲可能に支持されている。
【００２３】
図１に示すように、互いに隣接する節点９間、および管路先端部５とこれに隣接する節点９間のワイヤー１５には、張力発生器１６がそれぞれ設けられている。この張力発生器１６は、隣接する節点９間、および管路先端部５とこれに隣接する節点９間のワイヤー１５の撓みがそれぞれ最小になるような張力をワイヤー１５に加える。張力発生器１６は、当該ワイヤー１５を所定の位置に設置した際にその長さが縮退する方向にばね力を付勢するばね部材１９にて構成されている。ばね部材１９は、ワイヤー１５の同軸上に設けられている。このばね部材１９によって、隣接する節点９間、および管路先端部５とこれに隣接する節点９間のワイヤー１５は、撓みが最小になり、略直線状の直線部２１となる。
【００２４】
一方、基点部８には、基点部８とこれに隣接する節点９間のワイヤー１５に、その撓みがそれぞれ最小になるような張力を加える張力発生器１６が設けられている。ここでの張力発生器１６は、基点部８に送られるワイヤー１５が巻き掛けられる滑車２２と、ワイヤー１５の端部に取り付けられたウェイト２３とで構成されている。ウェイト２３でワイヤー１５を引っ張ることで、ワイヤー１５に張力を与えている。これによって、基点部８とこれに隣接する節点９間のワイヤー１５も、撓みが最小になり、略直線状の直線部２１となる。滑車２２にはエンコーダ（図示せず）が設けられ、基点部８からのワイヤー１５の送出し距離を検出するようになっている。
【００２５】
なお、基点部８の張力発生器１６は、前記構成に限られるものではなく、例えば、滑車２２に代えてトルクモータを適用するようにしてもよい。この構成によれば、ウェイト２３を省略することができる。この場合、トルクモータにエンコーダが設けられる。
【００２６】
基点部８には、基点部８から送り出されるワイヤー１５の軸方向角度を検出する角度検出装置（以下、「基点部角度検出装置」という）１４が設けられている。図２に示すように、基点部角度検出装置１４は、基点部８を含むように設けられている。基点部角度検出装置１４は、一端に基準面２４となる壁面を有する筒状ボックス体２５を有している。基準面２４には、ワイヤー１５が通過する通し穴２６が形成されており、この通し穴２６が基点部８となる。通し穴２６は、その軸線が、基準面２４に対して垂直になるように構成されている。基点部８を含む筒状ボックス体２５は、導坑５１内でブラケット（図示せず）等を介して所定の位置に固定されている。
【００２７】
筒状ボックス体２５には、基点部８から所定距離Ｌ離れた位置において、直交する二軸方向でワイヤー１５の位置計測を行う光学変位測定装置（図示せず）が設けられている。この光学変位測定装置は、例えば、レーザ変位計等の高速で計測ができる機器が用いられている。光学変位測定装置は、基準面２４と平行な面（後述する測定面２０）内において、筒状ボックス体２５の底面と平行方向に延びるレーザ光２８の発光部（図示せず）および受光部（図示せず）と、筒状ボックス体２５の底面と直交方向に延びるレーザ光２９の発光部（図示せず）および受光部（図示せず）とを備えている。光学変位測定装置は、基点部８から所定距離Ｌ離れた面（測定面２０）でのワイヤー１５が通過する部分のレーザ光２８，２９がそれぞれ遮断されるので、その遮断位置を検知することで、ワイヤー１５の通過位置を検知できる。そして、この通過位置と距離Ｌと基点部８の位置とに基づいて、基準面２４に対するワイヤー１５の軸方向角度（送り出し角度）を算出する。
【００２８】
一方、線状体１１の節点９には、基点部８側のワイヤー１５の軸方向角度と、管路先端部５側のワイヤー１５の軸方向角度をそれぞれ検出する角度検出装置（以下、「節点部角度検出装置」という）１２が設けられている。図３に示すように、節点部角度検出装置１２は、節点９を挟むように設けられており、節点９を中心に、基点部８側および管路先端部５側両側に延びる筒状ボックス体３１を有している。筒状ボックス体３１の長手方向中央部には、筒状ボックス体３１の長手方向に対して直交する方向に、壁体３２が形成されており、この壁体３２の基点部８側および管路先端部５側の両面には、ボールジョイント１８（図６参照）がそれぞれ設けられ、節点９が構成されている。
【００２９】
この節点９から基点部８側および管路先端部５側の所定距離Ｌ離れた位置には、直交する二軸方向でワイヤー１５の位置計測を行う光学変位測定装置がそれぞれ設けられている。この光学変位測定装置は、基点部角度検出装置１４に設けられたものと同様の構成である。基点部８側の光学変位測定装置は、節点９より基点部８側にあるワイヤー１５の壁体３２の壁面３３に対する軸方向角度（基点部側角度）を算出する。管路先端部５側の光学変位測定装置は、節点９より管路先端部５側にあるワイヤー１５の壁面３３に対する軸方向角度（先端部側角度）を算出する。
【００３０】
なお、図示はしないが、基点部角度検出装置１４、各節点部角度検出装置１２および基点部８の滑車２２に設けられたエンコーダの計測データは、コンピュータに取り込まれる。コンピュータは、予め求めた節点９間の直線部２１の距離と、各角度検出装置１４，１２で検出されたワイヤー１５の軸方向角度と、ワイヤー１５の各直線部２１の長さとに基づいて、隣接する節点９の座標を、基点部８より順次算出して、管路先端部５の位置を算定するようになっている。
【００３１】
詳しくは、まず、基準面２４を測量等の手段で測定し、基点部８の位置を正確に検出しておく。
【００３２】
そして、基点部角度検出装置１４で、基点部８から送り出されるワイヤー１５の軸方向角度を検出する。この軸方向角度と、エンコーダで検出されたワイヤー１５の送出し量とで、隣接する節点９の座標を算出する。
【００３３】
計算上では、基点部８を通過して基準面２４に直交する線をＸ軸として、ワイヤー１５のＸ軸に対する軸方向角度を算出する。具体的には、図４に示すように、基点部８から送り出されるワイヤー１５の直線部２１を、ＸＹ平面に投影した投影線（図中、一点鎖線にて示す）３６とＸ軸とで構成される水平角Ｈｉｎｔを測定するとともに、前記直線部２１を、ＸＺ平面に投影した投影線（図中、一点鎖線にて示す）３７とＸ軸とで構成される鉛直角Ｖｉｎｔを測定する。
【００３４】
ここで、ワイヤー１５の送出し量をＬｉとすると、ワイヤー１５の直線部２１の水平面投影長Ｌ（Ｈｉｎｔ）は、下記の（１）式で表される。一方、ワイヤー１５の直線部２１の鉛直面投影長Ｌ（Ｖｉｎｔ）は、下記の（２）式で表される。
【００３５】
【数１】
【００３６】
これら各投影長Ｌ（Ｈｉｎｔ），Ｌ（Ｖｉｎｔ）を基に、基点部８に隣接する第一の節点９の座標Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１は、下記の（３）式〜（５）式でそれぞれ表される。
【００３７】
【数２】
【００３８】
このように、基点部８に隣接する第一の節点９の座標が求められたら、次は、この第一の節点９の座標と、第一の節点９の管路先端部５側にあるワイヤー１５の軸方向角度と、第一の節点９に隣接する第二の節点９間とのワイヤー１５の直線部２１の距離とを基に、第二の節点９の座標を求める。
【００３９】
このとき、第一の節点９より管路先端部５側にあるワイヤー１５の、Ｘ軸（基点部８を通過して基準面２４に直交する線）に対する角度の水平角（ＸＹ平面に投影した投影線とＸ軸とで構成される水平角）は、基点部８のワイヤー１５のＸ軸に対する角度の水平角と、第一の節点９の基点部８側にあるワイヤー１５の節点部角度検出装置２７の壁面３３の直交軸に対する角度の水平角と、節点９の管路先端部５側にあるワイヤー１５の前記壁面３３の直交軸に対する角度の水平角とから求める。
【００４０】
一方、第一の節点９より管路先端部５側にあるワイヤー１５の、Ｘ軸に対する角度の鉛直角（ＸＺ平面に投影した投影線とＸ軸とで構成される鉛直角）は、基点部８のワイヤー１５のＸ軸に対する角度の鉛直角と、第一の節点９の基点部８側にあるワイヤー１５の前記壁面３３の直交軸に対する角度の鉛直角と、節点９の管路先端部５側にあるワイヤー１５の前記壁面３３の直交軸に対する角度の鉛直角とから求める。
【００４１】
これによって、第一の節点９の管路先端部５側にあるワイヤー１５の、Ｘ軸に対する角度が算出できる。一方、第一の節点９と第二の節点９間の距離は一定に設定されている。ここで、先に求めた第一の節点９の座標と、直線部２１の長さと、第一の節点９の管路先端部５側にあるワイヤー１５のＸ軸に対する角度とから、前記（１）式〜（５）式の要領に基づいて、第二の節点９の座標を算出する。
【００４２】
なお、図６に示すように、節点９では、ワイヤー１５の屈曲点３８間に若干の間隔があいているが、この距離Ｌ１は、予め決まっている一定の値であるので、計算データに入力して補正することができる。
【００４３】
以上の計算を、節点９ごとに、管路４の先端部５まで繰り返し行うことで、管路先端部５の座標が算出できる。
【００４４】
次に、本発明の作用を説明する。
【００４５】
本発明によれば、ワイヤー１５の各直線部２１の距離と、基点部８および各節点９のワイヤー１５の軸方向角度に基づいて、管路先端部５の座標を算出している。このとき、各節点９間の直線部２１の距離は一定であり、基点部８から第一の節点９までの直線部２１の距離はエンコーダで容易に計測できるとともに、ワイヤー１５の角度は連続的に計測することができる。したがって、連続的に行われるワイヤー１５の角度検出と各直線部２１の距離とに基づいて、座標を算出することで、リアルタイムで迅速に管路４の先端部５の計測を行うことができる。
【００４６】
また、角度の計測には、レーザ変位計等の高速で計測ができる機器が用いられているので、掘削機１に振動が起きたり、角度検出装置１２，１４にノイズが発生したりした場合でも、座標の移動平均を適用することによって、振動やノイズの影響を軽減または除去することができる。
【００４７】
さらに、本実施の形態では、角度検出装置１２，１４とワイヤー１５といった入手が容易で比較的簡単な構造のものを用いているので、装置の取り扱いが容易であり、メンテナンスフリーへの対応も可能である。
【００４８】
また、ワイヤー１５は運搬等の取り扱いに便利であり、節点９間の距離を長く設定することもできる。そして、各節点９間に張力発生器１６をそれぞれ設けているので、ワイヤー１５を節点９間で直線状に保持することができ、管路４の先端部５の計測精度を高めることができる。
【００４９】
本実施の形態では、曲率半径が一定の推進管３を用いた推進後方を例に挙げて説明したが、本発明は、曲率が変化する管路への適用も可能である。特に、直線部と曲線部が組み合わされた形状では、直線部でワイヤーの距離を長く設定することで、角度検出装置の数を低減させることができ、施工コストの低減を達成できる。
【００５０】
さらに、本発明は、垂直部分の管路にも適応できるため、立坑の位置計測や傾斜測定にも応用可能である。
【００５１】
図７は本発明に係る管路位置測定システムを実施するための他の形態を示した節点の拡大断面図である。
【００５２】
かかる実施の形態は、ワイヤー１５が基点部から管路先端部まで、通して一体で形成された場合を示したものである。この場合、節点９では、壁体３２にワイヤー１５の通し穴３９が形成されている。ワイヤー１５は、通し穴３９に嵌合されて固定されている。この場合、ワイヤー１５の屈曲点３８は、壁体３２の厚さ分の距離離間することになるが、この距離Ｌ１は、予め決まっている一定の値であるので、計算データに入力して補正することとなる。
【００５３】
図８は本発明に係る管路位置測定システムを実施するための最良の他の形態を示した節点の拡大断面図である。
【００５４】
かかる実施の形態は、壁体３２に設けられた通し穴４１の両端にテーパ４３を形成したことを特徴とする。ところで、図７の実施の形態では、ワイヤー１５自身の剛性により、屈曲点３８から直ぐには屈曲せずに、少し離反した場所で折れ曲がり、角度検出装置１２での角度検出値に若干の誤差が発生していたが、本実施の形態によれば、テーパ４３を形成したことで、ワイヤー１５がテーパ４３の表面に沿って屈曲できるので、図７のような屈曲点３８の誤差を低減させることができる。また、通し穴４１でのワイヤー１５の嵌合長さ（支持区間）Ｌ３を短くすることができるので、屈曲点３８間の距離を短縮することができ、計測精度を向上させることができる。さらに、ワイヤー１５を通し穴４１に嵌挿させる場合には、嵌合長さが短いことで、通し穴４１の径を最小限にすることができ、ワイヤー１５のがたつきをなくすことができる。
【００５５】
図９は本発明に係る管路位置測定システムを実施するための最良のさらに他の形態を示した構成図である。
【００５６】
かかる本実施の形態は、線状体１１に光ファイバ４４を用いたことを特徴とする。光ファイバ４４は、基点部８から管路４の先端部５まで通して連続的に形成されている。光ファイバ４４の基端部８には、光ファイバ４４に張力を与えるウェイト２３が取り付けられている。光ファイバ４４には、その歪みを測定する光ファイバ歪み測定器４５が設けられている。
【００５７】
この構成によれば、光ファイバ歪み測定器４５で、光ファイバ４４の歪みを測定することにより、光ファイバ４４の張力を算出して、節点９間の光ファイバ４４の懸垂曲線を求めることができる。これによって、実際の光ファイバ４４の位置と、節点９間を直線状に結ぶライン（図中、破線にて示す）との誤差角度αを算出できる。したがって、この誤差角度αをコンピュータに取り込むことで、角度検出装置１２，１４による角度検出の補正を行うことができるので、角度測定の精度をさらに向上させることができる。
【００５８】
以上、本発明を実施するための複数の形態について説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。例えば、線状体は、可撓性を有するワイヤーや光ファイバに限られることはなく、ロッド等であってもよい。この場合、ロッドは常に直線状であるので、張力発生器を省略することができる。
【００５９】
また、本発明は、推進工法以外の工法であっても、シールド工法による施工等において見通しの効かない管路の施工時に適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る管路位置測定システムを実施するための最良の形態を示した断面図である。
【図２】基点部の角度検出装置を示した概略構成図である。
【図３】節点の角度検出装置を示した概略構成図である。
【図４】角度検出装置での角度測定を説明するための説明図である。
【図５】推進工法によるトンネル施工状態を示した断面図である。
【図６】節点におけるワイヤーの支持状態を示し概略断面図である。
【図７】本発明に係る管路位置測定システムを実施するための他の形態を示した節点の拡大断面図である。
【図８】本発明に係る管路位置測定システムを実施するための最良の他の形態を示した節点の拡大断面図である。
【図９】本発明に係る管路位置測定システムを実施するための最良のさらに他の形態を示した構成図である。
【符号の説明】
【００６１】
３ 推進管
４ 管路
５ （管路）先端部
７ 管路位置測定システム
８ 基点部
９ 節点
１１ 線状体
１２ 角度検出装置
１４ 角度検出装置
１５ ワイヤー
１６ 張力発生器
１９ ばね部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進工法やシールド工法等によって地中に形成される管路の先端部の位置を測定する管路位置測定システムにおいて、
固定された基点部と推進していく管路先端部との間に掛け渡されるとともに、前記基点部より繰り出され、所定の位置に屈曲部または屈曲可能に連結される連結部である節点を有する線状体と、
前記線状体の前記節点を挟むように設けられ、前記基点部側と前記先端部側の前記線状体の軸方向角度をそれぞれ検出する角度検出装置と、
前記基点部を含むように設けられ、前記線状体の軸方向角度を検出する角度検出装置とを備え、
前記各角度検出装置で検出された前記線状体の軸方向角度と、前記線状体の長さとから隣接する前記線状体の節点の座標を、前記基点部より順次算出して、前記管路先端部の位置を測定するように構成したことを特徴とする管路位置測定システム。
【請求項２】
前記線状体が、ワイヤーにて構成され、
該ワイヤーには、前記基点部とこれに隣接する前記節点間、および互いに隣接する前記節点間、および前記管路先端部とこれに隣接する前記節点間の前記各ワイヤーの撓みがそれぞれ最小になるような張力を当該ワイヤーに加える張力発生器が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の管路位置測定システム。
【請求項３】
互いに隣接する前記節点間、および前記管路先端部とこれに隣接する前記節点間の前記ワイヤーには、前記張力発生器がそれぞれ設けられ、
この張力発生器は、前記ワイヤーの同軸上に設けられ当該ワイヤーにその長さが縮退する方向にばね力を付勢するばね部材にて構成されることを特徴とする請求項２に記載の管路位置測定システム。
【請求項４】
前記線状体が、前記基点部から前記管路先端部まで連続的に形成された光ファイバにて構成され、
該光ファイバには、その歪みを測定する光ファイバ歪み測定器が設けられ、
該光ファイバ歪み測定器で歪みを測定することにより光ファイバの張力を算出して、前記節点間の光ファイバの懸垂曲線を求めて、前記角度検出装置による検出角度の補正を行うように構成したことを特徴とする請求項１に記載の管路位置測定システム。
【請求項１】
推進工法やシールド工法等によって地中に形成される管路の先端部の位置を測定する管路位置測定システムにおいて、
固定された基点部と推進していく管路先端部との間に掛け渡されるとともに、前記基点部より繰り出され、所定の位置に屈曲部または屈曲可能に連結される連結部である節点を有する線状体と、
前記線状体の前記節点を挟むように設けられ、前記基点部側と前記先端部側の前記線状体の軸方向角度をそれぞれ検出する角度検出装置と、
前記基点部を含むように設けられ、前記線状体の軸方向角度を検出する角度検出装置とを備え、
前記各角度検出装置で検出された前記線状体の軸方向角度と、前記線状体の長さとから隣接する前記線状体の節点の座標を、前記基点部より順次算出して、前記管路先端部の位置を測定するように構成したことを特徴とする管路位置測定システム。
【請求項２】
前記線状体が、ワイヤーにて構成され、
該ワイヤーには、前記基点部とこれに隣接する前記節点間、および互いに隣接する前記節点間、および前記管路先端部とこれに隣接する前記節点間の前記各ワイヤーの撓みがそれぞれ最小になるような張力を当該ワイヤーに加える張力発生器が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の管路位置測定システム。
【請求項３】
互いに隣接する前記節点間、および前記管路先端部とこれに隣接する前記節点間の前記ワイヤーには、前記張力発生器がそれぞれ設けられ、
この張力発生器は、前記ワイヤーの同軸上に設けられ当該ワイヤーにその長さが縮退する方向にばね力を付勢するばね部材にて構成されることを特徴とする請求項２に記載の管路位置測定システム。
【請求項４】
前記線状体が、前記基点部から前記管路先端部まで連続的に形成された光ファイバにて構成され、
該光ファイバには、その歪みを測定する光ファイバ歪み測定器が設けられ、
該光ファイバ歪み測定器で歪みを測定することにより光ファイバの張力を算出して、前記節点間の光ファイバの懸垂曲線を求めて、前記角度検出装置による検出角度の補正を行うように構成したことを特徴とする請求項１に記載の管路位置測定システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−２８４３５９（Ｐ２００６−２８４３５９Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１０４５５６（Ｐ２００５−１０４５５６）
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（０００２１６０２５）鉄建建設株式会社 (109)
【出願人】（５９９１３０８７４）コマツ地下建機株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１９日（２００６．１０．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月３１日（２００５．３．３１）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（０００２１６０２５）鉄建建設株式会社 (109)
【出願人】（５９９１３０８７４）コマツ地下建機株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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