JPH02266211A - 掘進機の水平位置測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は掘進機により地中に管路設備を非開削で埋設す
る場合、掘進別を施工計画線に沿って掘進させるために
掘進機の位置を測定する掘進はの位置測定装置に関する
。

［従来の技術］ 従来、こうした水道管やガス管を埋設することを目的と
した比較的小口径の地中掘進喋においては、掘削スペー
スが小さい上に曲線掘削なども頻繁に行なわれるなどと
いった性格上、この掘削位冒を計測、確認するに、レー
ザトランシット等を用いた光学１１１ｆｆｉは適用でき
ないし、特にこの水平方向の変位に関してはこれを正確
にＳｌ測すること自体が不可能であるというのが実情で
あった。これに対し最近、地中掘進機内部に磁気発生素
子を設置し、この磁気発生素子から発生する交番磁界の
地表での特徴を利用して、地中掘進機の真上の地表点あ
るいは真上の地表点からの変位を訓測する方法が特公昭
５８−１１０３０号、発明の名称「シールド薄の水平位
胃探知方法」を基本としていくつか４案されている。

［発明が解決しようとする課題］ こうした方法によれば、地中掘進機の水平位置について
確かにこれを計測することはできるものの、この実用に
際しては、上記の磁気検出素子が所定の姿勢で設置され
た探査器を地表の目標地点へ運搬し、設置、探査せねば
ならないことから、計測担当人員の増加や計測の手間・
時間がかかる等の新たな問題が生じることとなる。まし
て、交通間の多い道路ではこのような計測方法は不可能
に等しく、頻繁な交通遮断を行なうに至っては地中掘進
機を用いた管理設方法の本来の利点を失わせるものであ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記の課題を解決するため、本発明は地中掘進機の水平
位置を測定する装置であって、掘進機の掘進ヘッドに備
えられた磁界発生素子と、該素子に電流を供給する手段
と、地表面上で、施工計画線に冶って往路線と復路線と
で一定の間隔を保って９！２設してループを形成し、そ
のループが施工計画線に対して対称となるように重ね合
わせて敷設された２組の磁界検出ケーブルと、前記磁界
発生素子からの磁界により、前記２組のケーブルに発生
した電圧を測定し、前記電圧測定値の演算により掘進ヘ
ッドの施工計画線からの水平位置偏差を測定することを
要旨とする掘進機の水平位置測定装置である。

［作　用］ 上記の構成についての作用について説明する。

掘進機の掘進ヘッドに備えられた磁界発生素子から発生
した磁界により、地表面上に施工計画線に沿って敷設さ
れ、かつ施工計画線に対して対称となるように重ね合わ
せて敷設された２組の磁界ケーブルに発生する電圧を測
定する。

この測定された電圧に基づいて演算をすることによって
施工計画線に対する掘進ヘッドの施工計画線からの偏差
が求まる。

「実施例］ 本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第１図は作業状態にある図示しない地中拙進纏に取付け
られている掘進ヘッド１５を含む実施例の装置の大まか
な構成を平面図をもって模式的に示したものであり、ま
た第２図は同実施例装置の横断面を模式的に示したもの
であり、更に第３図は同地中掘進ヘッド１５の進行方向
から見た該実施例装置の要部断面構造を模式的に示した
ものであり、これらの図において、ＥＰは地表面、１７
は発進立坑、３及び４は該地表面ＥＰ上に施設された磁
界検出ケーブルであって、磁界検出ケーブル３は施工計
画線１８に平行に往路線３ａと復路Ｉ！２３ｂにてルー
プを形成している。又磁界検出ケーブル４も同様に往路
線４ａを復路線４ｂとでループを形成し、これら磁界検
出ケーブル３及び４は第３図で示すように施工計画線１
８を中心に１／２シの距離に磁界検出ケーブル３の復路
線３ｂ及び磁界検出ケーブル４の往路線４ｂが、又距離
３／２Ｌの位置には磁界検出ケーブル４の復路線４ｂが
又反対の位置には磁界検出ケーブル３の往路線３ａがそ
れぞれ互いに平行に施設されている。

一方、施工計画線１８に沿って掘進された推進管１６の
先端部には図示しない掘進機の掘進ヘッド１５があり、
その掘進ヘッド１５内にはコイルからなる磁界発生素子
１が深さ１」の位置に内挿されている。発進立坑１７の
横の地上面上には装置部１４が設置されており、磁界検
出ケーブル３．４及び磁界発生素子１とケーブル１つで
もって接続されている。この装置１４の構成については
第４図に詳しく示す。すなわち、第４図に示すように適
宜の繰返し周波数を有する交流信号を発信する発振器５
２はケーブル１９を介して磁界発生素子１に接続されて
いる。磁界発生素子１で発生された磁界は磁界検出ケー
ブル３，４で検出され、その検出信号は切替器５５へ入
力され、切替えられた信号、即ち磁界検出ケーブル３で
検出された信号あるいは磁界検出ケーブル４で検出され
た信号のいずれかに選択された信号は増幅器５６、バン
ドパスフィルター５７、検波器５８及びＡ／Ｄ変換器５
９を経てＣＰｔＪ６０へ入力される。ＣＰＵ６０はＲＯ
Ｍ６１及びＲＡＭ６２を備えていてＲＯＭ６１に予め記
憶されているプログラムに従って処理され、結果は表示
器６３に表示される。

次に、本実施例の理論について第５図乃至第８図を参照
して説明する。

第５図から明らかなように磁界検出ケーブル３゜４は地
表面ＥＰ上に往路３ａ、４ａ及び復路３ｂ。

４ｂが施工計画線１８に距離りの間隔で平行に敷設され
、かつ往路３ａと復路３ｂの中点には往路４ａが位置し
、又往路４ａと復路３ｂの中点に施工計画ｍ１８が位置
する。磁界発生素子１は地表面ＥＰから深さＨでかつ施
工計画線１８から偏差Δｇだけ水平方向に離れた位置に
ある。また、地表面に敷設されている往路３ａ、４ａ及
び復路３ｂ、４ｂから磁界発生素子１までの直線距離を
それぞれ１３ａ、　Ｊ　３ｂ、　Ｍ　４ａ、　Ｊｌ　４
ｂとすると、となる。

次に磁界検出ケーブルに発生する電圧を求める。

磁界検出ケーブル３の往路３ａに発生する電圧ｖ３ａは
、第５図に示すように往路３ａと磁界発生子１とを結ぶ
磁界発生子１での鉛直方向軸とが成す角度を０１として
、かつ第１図に示すように磁界検出ケーブル３，４の敷
設長さをＬＬとしてこの長さＬＬと４１３ａとを比較し
た場合Ｌ　Ｌ　＞）４１３ａであると Ｖ３ａ　＝　　Ｋ／　」１　３ａ−ｃｏｓ　　θ　１　
−　　Ｋ＃　　３ａ−）−１／ｊ　　３ａである。

同様に磁界検出ケーブル３の復路３ｂに発生する電圧Ｖ
３ｂを求める。第５図において復路３ｂと磁界発生素子
１とを結ぶ直線と磁界発生素子１での鉛直方向軸とが成
す角度を０２とし、かつＬＬ＞＞ｊ　３ｂであると Ｖ３ｂ＝に／ｊ　３ｂ−ｃｏｓθ２　＝に／＃　３ｂ−
Ｈ／ｊ　３ｂである。

上記で求まった電圧Ｖ３ａとＶ３ｂとは逆方向の電圧で
あるため磁界検出ケーブル３に発生する電圧ｖ３は Ｖ３　＝に−Ｈ・（１／ｊ）　３ａ２　−１／Ｊ　３ｂ
２　　）（１ａ） である。

一方、磁界検出ケーブル４に発生する電圧ｖ４について
は上記Ｖ３と同様の方法で求めることができる。即ち、
磁界検出ケーブル４の往路４ａに発生するＶ４ａは磁界
検出ケーブル４の往路４ａと磁界発生素子１とを結ぶ直
線と磁界発生素子１での鉛直方向軸とが成す角度をθ３
とし、かつＬＬ＞＞ｆＪ　４ａとすると Ｖ４ａ＝　Ｋ／ｊ　４ａ−ｃｏｓ　θ３−に／ｊ１４ａ
−Ｈ／４１４ａとなる。

また、同様に磁界検出ケーブル４の復路４ｂに発生する
電圧Ｖ４ｂは磁界検出ケーブル４の復路４ｂと磁界発生
素子１とを結ぶ直線と磁界発生素子１での鉛直方向軸と
が成す角度を０３とし、かっｌ　ｌ　＞＞Ｊ　４ｂとす
ると Ｖ４ｂ＝　Ｋ／ｊ　４ｂ−ｃｏｓθ３　＝に／ｊ１４ｂ
−Ｈ／Ｊｌ　４ｂとなる。

上記で求めた電圧Ｖ４ａとＶ４ｂとは逆方向電圧である
ため、磁界検出ケーブル４に発生する電圧ｖ４は Ｖ４　＝Ｋ　−Ｈ・（１，１４ａ　　−１／ｊ　４ｂ”
　）（１ｂ） である。

なお、上記（１ａ）及び（１ｂ）の式のＫは大地の誘電
率等を含んだ比例係数である。

次に、上記で求めた電圧■３及びＶ４の絶対値と磁界発
生素子１が施工計画線１８より水平方向に離れている距
離、即ち偏差Δｇとの関係を磁界発生素子１の深さ（」
をＨ＝２Ｌの状態で実測した結果を第６図に示す。この
図から絶対値電圧■３及びｖ４は偏差Δｇが−Ｌ／２≦
Δｐ≦Ｌ／２の範囲においてほぼ直線的に変化し、比例
定数をｋとすると、 Ｖ３　＝に一ΔＮ　、　Ｖ４　＝に一Δｌｌと表させる
。

そこで、第５図に示す状態に上記の関係を適用してみる
と、 Ｖ３＝−ｋ（Ｌ／２−Δ１） Ｖ４−　ｋ　（Ｌ／２　＋４ｊｌ　） となり、偏差Δ１は ΔＭ−（Ｖ３　＋Ｖ４　）　／　（Ｖ４−Ｖ３　）　−
Ｌ／２として求まる。従って、測定した電圧Ｖ　３．　
Ｖ　４及び距１１Ｌより偏差Δ１を求めることができる
。なおこの偏差Δｇを計算値としての偏差へρ′とする
。　次に、上記で求めた計算のΔｐ′が実測の偏差Δρ
との相異について第７図に示す。第７図は横軸に実測の
偏差Δｇ、縦軸に計算の偏差Δｐ′をとり、Ｈ−Ｌ、）
−１＝３１及びＨ＝５Ｌの条件のもとに実測比較した図
である。この第７図から計算の偏差Δ９′は実測の偏差
Δ１とほとんど一致している。即ち、磁界発生素子１の
深さＨに拘らずほぼ正確に施工計画線１８よりの偏差Δ
ｎ＝を求めることができる。

従って、上記に記載した方法で偏差Δｇ′を求めるよう
に予め装置部１４内に設けであるＲＯＭ１１にプログラ
ムしておくことにより容易に求めることができる。即ち
、予め磁界検出ケーブルの敷設距離りの値をＣＰｔＪｌ
ｏに与えておき、切替器５５によってまず磁界検出ケー
ブル３に発生する電圧Ｖ３°を検出するようにし、この
検出値を増幅器６等を介してＣＰＵ６０ＧＣ読込む。そ
して同様に切替器５５を切替えて磁界検出ケーブル４に
発生する電圧ｖ４°を検出してＣＰＵ６０に読込む。

ＣＰＵ６０では読込まれたＶ３’とＶ４°及びＬでもっ
て偏差Δｇを ΔＪ）　−（Ｖ３’＋Ｖ４°）／（Ｖ４°−Ｖ３°）−
Ｌ／２で求める。

なお、■３及びＶ４をそれぞれ式（１ａ）、　（１ｂ）
で求める必要がないのは偏差Δρを求める式がｖ３とＶ
４の比率関係であり、相対値でもって演算すればよいか
らである。

このように本実施例では施工計画線に沿って往路線と復
路線とで一定の間隔を保って敷設してループを形成し、
そのループが施工計画線に対して対称となるように重ね
合わせて敷設された２組の磁界検出ケーブルに発生する
電圧を測定し、その電圧値に基づいて偏差Δ１′を演算
し、算出された偏差Δｐ′を表示器６３に表示できる。

又この偏差Δ１′に応じて掘進機の掘進方向制御を行な
うことも容易にでき、かつ自動的に高感度に検出するこ
とができ、又掘進機の掘進方向制御を完全に自動化する
ことができる。更に、施工計画線が自由曲線であっても
、それが直線の場合と何等変えるところなく位置検出及
び掘進方向制御を行なうことができる。

なお、上記実施例の説明では磁界検出ケーブルを地表上
に敷設する例について説明したが、磁界検出ケーブルは
地面に敷設してもよい。

［発明の効果］ 以上述べたように、本発明では磁界検出ケーブルを地表
面に敷設して位置を検出するものである。

そのため、探査器を目標地点へ運搬覆ることなく、又繁
雑な交通遮断を行なうことなく、容易にかつ迅速に精度
よく検出することができる。又、曲線掘削にも適用する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる地中掘進機の掘進ヘッドを含む
実施例装置の大まかな構成を示す平面図、第２図は同実
施例装置を模式的にポリ横断面図、第３図は掘進ヘッド
の進行方向から見た同実施例の要部断面構造を模式的に
示したもの、第４図は装置部の内部構成図、第５図は本
実施例の動作について説明するための磁界発生素子と磁
界検出ケーブルとを掘進ヘッドの進行方向から見た図、
第６図は偏差Δｇと磁界検出ケーブルに発生する電圧と
の関係式、第７図は実測の偏差Δｇと計算の偏差Δ１−
を示す図である。 １・・・磁界発生素子 ３（３ａ、３ｂ）、４（４ａ、４ｂ）　−ｆｊｌ界検量
検出ケーブル１５・庭進ヘッド １７・・・発進立坑 １８・・・施工計画線

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 地中掘進機の水平位置を測定する装置であって、掘進機
   の掘進ヘッドに備えられた磁界発生素子と、該素子に電
   流を供給する手段と、地表面上で、施工計画線に沿って
   往路線と復路線とで一定の間隔を保って敷設してループ
   を形成し、そのループが施工計画線に対して対称となる
   ように重ね合わせて敷設された２組の磁界検出ケーブル
   と、前記磁界発生素子からの磁界により、前記２組のケ
   ーブルに発生した電圧を測定し、前記電圧測定値の演算
   により掘進ヘッドの施工計画線からの水平位置偏差を測
   定することを特徴とする掘進機の水平位置測定装置。