JPH03260281A - 地中掘削機の位置検出装置 - Google Patents

地中掘削機の位置検出装置

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JPH03260281A
JPH03260281A JP2059201A JP5920190A JPH03260281A JP H03260281 A JPH03260281 A JP H03260281A JP 2059201 A JP2059201 A JP 2059201A JP 5920190 A JP5920190 A JP 5920190A JP H03260281 A JPH03260281 A JP H03260281A
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underground excavator
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excavator
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阿部 友行
Yasuhiko Ichimura
市村 泰彦
Yasuo Kanemitsu
保雄 金光
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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、地中を掘削している地中掘削機の位置を検出
する位置検出装置に係り、特に対向させて発進させた2
台の地中掘削機を地中において接合させるのに好適な地
中掘削機の位置検出装置に関する。
〔従来の技術〕
海底にトンネルを構築する場合、地中掘削機を発進させ
る立坑を多く設置することができない。
しかし、1台の地中掘削機によって長距離を掘進するこ
とは、掘削土砂の排出等に困難性が生しるばかりでなく
、多くの危険を伴う。このため、海底トンネルを構築す
る場合、地中掘削機の掘削距離を短(するために、2台
の地中掘削機を相対向させて発進し、各地中掘削機が掘
削したトンネルを地中内において接合することが行われ
ている。
ところが、接合点において両地中掘削機の中心が左右、
上下にずれると、接合したトンネルが不連続になるため
、両地中掘削機の相対位置を求めて位置ずれを修正する
必要がある。そして、従来は、2台の地中掘削機間の位
置ずれを修正する場合、各地中掘削機のトンネル計画線
に対する位置ずれや、発進地点などの基準位置からの位
置を検出することにより、両地中掘前線間の相対的な位
置ずれを求め、この位1ずれに基づいて修正を行うよう
にしていた。
従来、地中にある地中掘削機の位置を求める場合、次の
ような方法が採用されていた。
■ トランシフトなどによる坑内測量によって地中掘削
機の基準点からの位置、計画線からのずれを求める。
■ 地中掘削機の発進立坑内にレーザ光等のコヒーレン
トな光を発生する光学発信装置を設置し、この装置によ
ってトンネル計画線を照射し、地中掘削機に取り付けた
ターツゲト上の光点を読み取り、地中掘削機の発進立坑
からの位置、偏位、偏角を求める。
■ 方位ジャイロ、圧力式沈下計、傾斜計およびトンネ
ル内に組み立てたセグメント長さを基準とする走行距離
計を組み合わせ、基準位置からの相対的な位置を求める
しかし、上記した地中掘削機の位置を求める従来の各方
法は、下記のような欠点があり、地中接合を精度よく行
うことが困難であった。
■の方法は、トンネルを屈曲して掘削する場合、測定点
を多く取る必要があり、リアルタイムに計測することが
できず、実際的でない、また、■の方法は、トンネル計
画線が屈曲していると、発進立坑からのレーザ光がター
ゲットに照射できない場合を生じ、光学発信装置を適切
な位置に移動させなければならない、しかも、レーザ光
を直接計画線の全長にわたって照射できないため、光学
発信装置を移動させる都度、ターゲットと光学測量装置
とトンネル計画線との相互の位置関係をそれぞれ実測し
、この測定結果に基づいて計算により計画路線を求めた
後に、地中掘削機の位置、偏位、偏角を算出しなければ
ならない、このため、光学発信装置の移設や測定、計算
に人手がかかり、掘進作業の能率が低下する、という問
題がある。
さらに、■の方法は、累積誤差が発生し、長距離の掘削
には向かず、また曲率半径の小さな曲線を掘削する場合
や、曲線が連続しているトンネルを掘削する場合に対し
ても、同様に不向きである。
そして、地中接合のように、2台の地中掘削機の相対位
置を計測する場合には、誤差がさらに増大する。
そこで、本願出願人は、地中接合させる2台の地中掘削
機の一方に磁界発生器を取り付け、他方の地中掘削機に
磁界発生器が発生した磁界を検出する磁界検出器を設け
るとともに、磁界検出器をポーリング装置によって磁界
発生器に近接させ、磁界検出器の検出信号とポーリング
装置の掘進量とを演算装置に入力して、両者の相対位置
を求めることができる位置検出装置を提案した(特願平
1−223035号)。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記の特願平1−223035号に示された位
置検出装置は、磁界発生器として方形状のループケーブ
ルを使用しているために、検出誤差が大きくなる。すな
わち、特願平1−223035号の位置検出装置は、無
限に長いまたはそれと近似できる平行ケーブルが発生す
る磁界を検出する技術を利用したものであるため、磁界
強度の検出に必要としない他の一対の辺から発生した磁
界も磁界検出器によって検出され、誤差を生む。
すなわち、磁界発生器が無限の長さの平行ケーブルと見
なせる場合、例えば長辺すと短辺aとの比b / aが
100である矩形状をしたループであった場合、長辺間
の中心から長辺に直交した方向への偏位置を、磁界検出
器が検出した磁界の強さに基づいて求めた偏位置X′と
実測値Xとで比較すると、第6図のように傾きが1とな
り、検出磁界から求めた偏位置X′は実測値Xと等しい
値が得られる。
ところが、b / aを小さくすると、磁界検出器の検
出する磁界の強さは短辺aが発生する磁界の影響を受け
、横軸に実測値X、縦軸に検出した磁界の強さに基づい
て求めた偏位置χ′をとったときの傾きは、第7図に示
したように1より小さくなり、偏位置X′が実測値Xよ
り小さくなって検出誤差を生しる。
本発明は、磁界検出器の検出信号に基づいて求めた地中
掘削機の位置の精度を向上することができる地中掘削機
の位置検出装置を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために、本発明に係る地中掘削機
の位置検出装置は、地中掘削機の先端部またはこの地中
掘削機の前方の基準となる位置のいずれか一方に設けた
磁界発生器を、平行に配置した複数の矩形状ループから
構成し、かつ隣合った各ループを相互に重ね合わせて配
置するとともに、前記地中掘削機の先端部と前記基準位
置とのいずれか他方に設けられ、前記各ループが発生し
た磁界を検出する磁界検出器と、これら磁界検出器と前
記磁界発生器との少なくともいずれか一方を前進させ、
両者を接近させる推進機と、この推進機の前進距離と前
記磁界検出器の検出信号とに基づいて、前記地中掘削機
の前記基準位置に対する相対位置を演算する位置演算器
と、を有することを特徴としている。
磁界発生器を、共通線と、一端をこの共通線に接続した
平行な複数の支線とから構成するとともに、これら各支
線の他端を電源との間に介在させた切換器に接続しても
よい。
〔作用〕
上記の如く構成した本発明は、推進機によって磁界発生
器と磁界検出器との少なくとも何れか一方を前進させ、
磁界発生器と磁界検出器とを近接させる。そして、両者
を近接させた状態で磁界検出器によって磁界発生器が発
生する磁界の強さを検出する。この磁界検出器が検出し
た磁界の強さは、推進機の前進距離とともに位置演算器
に入力される。
位置演算器は、推進機が前進した距離から地中掘削機と
基準となる位置との間隔を求める。また、位置演算器は
、磁界検出器の検出信号から、地中掘削機の基準位置に
対する上下、左右方向のずれを演算して出力する。従っ
て、地中掘削機の基準位置までの距離と、基準位置に対
する地中掘削機の中心ずれを容易に求めることができ、
地中掘削機の基準位置に対する相対位置を得ることがで
きる。
しかも、磁界発生器は、矩形状のループからなっている
ため、このループの長辺と短辺との比を大きくすること
により、長辺の発生する磁界の強さを検出する磁界検出
器の検出信号は、短辺が発生する磁界による影響を無視
することができ、実質的に無限に長い平行導体から生ず
る磁界の強さを検出するのと同様の効果が得られ、位置
の検出精度を高めることができる。また、磁界発生器4
L平行に配置した複数の矩形状のループを、隣合うルー
プが重なるようにしであるため、各ループのそれぞれの
長辺間の間隔を小さくして長辺と短辺との比を大きくし
たとしても、ループの数を適宜にすることにより、磁界
検出器が磁界発生器から外れることがなく、検出精度の
低下を防止することができる。
そして、各磁界発生器を、共通線と、一端をこの共通線
に接続した平行な複数の支線とから構成するとともに、
これら各支線の他端を電源との間に介在させた切換器に
接続側ると、切換器を切り換えることにより、任意の大
きさのループを形成できる。このため、初めに大きなル
ープを形成して大体の位置を求め、その後手さなループ
を形成して正確な位置を求めるようにして、位置検出の
時間を短くすることができる。
〔実施例] 本発明の地中掘削機の位置検出装置の好ましい実施例を
、添付図面に基づいて詳説する。
第1図は、本発明の実施例に係る地中掘削機の位置検出
装置の説明図である。
第1図において、地中掘削機10.20は、図示しない
カッタを備えたカッタドラム12.22を有する。この
カッタドラム12.22は、回転可能であるとともに、
任意の回転位置に停止することができるようになってい
る。また、地中掘削1[10,20は、カッタドラム1
2.22を回転させながら前進することにより、カシタ
によって掘削した土砂をカッタドラム12.22内に取
り込み、スクリューコンベヤ等によって後方に移送する
ようになっている。そして、これらの各地中掘削機10
.20は、それぞれ異なった発進立坑からトンネル計画
線に沿って相互に接近する方向に掘進し、掘削したトン
ネルを接合する。
一方の地中掘削機20の前部には、圧密掘進型の小径ポ
ーリング装N24a、24b、24cが設けである。こ
れらのポーリング装置24a、24b、24Cは、内部
に詳細を後述する磁界検出器26a、26b、26cを
有し、磁界検出器26a、26b、26Cを進退させる
推進機としての役割をなす。
各ボーリング装置24a、24b、24cは、地中掘削
機20のカッタドラム22の後側に設けられ、地中掘削
機20の中心(原点)に対して半径rの円周上に90度
間隔で配置されている。すなわち、地中掘削機20の中
心を通る掘進方向にX軸、上下方向にY軸、X軸とY軸
とに直交した方向にY軸をとると、各ボーリング装置j
 24 a、24b、24cは、(0,0、r)、(0
、r、0)、(0、−r、0)の位置に配置しである。
そして、カッタドラム22にはボーリング装置24a、
24b、24Cに対応して貫通孔(図示せず)設けてあ
り、標準位置に停止したときに、貫通孔がポーリング装
f 24 a、24b、24cの前方に位置する。従っ
て、ポーリング装f24a、24b、24cは、カッタ
ドラム22が標準位置に停止したときに、貫通孔より前
方に掘進し、磁界検出器26a、26b、26Cを他方
の地中掘削機10に向けて前進させることができるよう
になっている。
一方、他方の地中掘削8110は、地中掘削機20に対
しての基準位置となっており、カッタドラム12の前面
またはカッタドラム12の内側に、詳細を後述する磁界
発生器14a、14b、14Cが設けである。これらの
磁界発生器24a%14b、14cは、地中掘削1!2
0のボーリング装置24a、24b、24cに対応しで
設けられ、地中掘削1R10,20の中心線を一致させ
て両者を対面させ、カッタドラム12.22を標準位置
に停止させたとき、磁界検出器26a、26b、26c
の中心とポーリング装W24a、24b、24cの中心
とが一致するようになっている。
各磁界発生器14a、14b、14cは同一の構造をな
しており、第2図に磁界発生器14aを例にとって示し
たように、一対のループ部16a、16bを直交させて
配置した構造をなしている。
そして、各ループ部16a、16bは、第3図に示した
ように、複数、例えば5つの矩形状をしたループケーブ
ル18a〜18eからなっている。
各ループケーブル18a−18eは、長辺に沿って平行
に配列され、隣合っている各ループケーブルが相互に半
分ずつ重なり合っているとともに、それぞれが交流電源
19a〜18eに接続されていて、独立して磁界を発生
することができるようにしである。そして、ループ部1
6aを構成しているループケーブル18a〜18eは、
長辺が地中掘削1110の2軸と平行となるように配置
さねループ部16bを構成しているループケーブル18
 a = 18 e tよ、長辺が地中掘削機10のY
軸と平行になるように配置される。
磁界発注器14aが発生した磁界を検出する磁界検出器
26aは、磁界検出器26b、26cと同様の構造とな
っており、Y軸方向検出部28aとZ軸方向検出部28
bとから構成され、それぞれが直交配置した一対の検出
コイルからなる。そして、Y軸方向検出部28aは、ル
ープ部16aの発生する磁界の強さを検出し、検出信号
を位置演算器30に送出する(第1図参照)、同様に、
Z軸方向検出部28bは、ループ部16bが発生する磁
界の強さを検出し、位置演算器30に検出信号を入力す
る。
位置演算器30は、各磁界検出器26a、26b、26
cの検出信号と、各ポーリング装aF24a、24b、
24cの掘進量とから、地中掘削機20の地中掘削機1
0に対する相対距離、Y軸方向、Z軸方向の偏位置、地
中掘削機10の軸線(χ軸)に対するピッチング角、ロ
ーリング角を演算し、表示袋232に出力して表示する
上記の如く構成した実施例による地中掘削1ullO1
20間の相対位置は、次の如くして求められる。
まず、地中掘削機10.20のカッタドラム12.22
を標準位置に停止させる0次に、地中掘削機20に設け
たポーリング装M24a、24b、24eを駆動し、そ
れぞれの先端が基準位置となる地中掘削機10の前面に
到達するまで掘進させ、磁界検出器26a、26b、2
6cを磁界発生器14a、14b、14cに近接させる
。各ボーリング装置24a、24b、24cの先端が地
中掘削機10の前面に到達したことは、掘進抵抗の大き
さ等によって検知され、各ボーリング装置24a、24
b、24cの掘進距離が位置演算器30に入力される。
磁界検出器26a、26b、26cが磁界発生器14a
、14b、14cに近接して配置されると、各磁界発生
器14a、14b、14cのループ部16aまたはルー
プ部16bのループケーブル18a〜18eに順次切り
換えて電流を供給し、磁界を発生させる。
磁界検出器26aのY軸方向検出部28aは、磁界発生
器14aのループ部16aを構成しているループケーブ
ル18a〜18eからの磁界の強さを順次検出し、磁界
の強さに応した検出信号を位置演算器30に入力する。
また、Z軸方向検出部28bは、ループ部16bを構成
しているループケーブル18a〜18eからの磁界の強
さを検出し、磁界の強さに応した検出信号を位置演算器
30に入力する。
位置演算器30は、Y軸方向検出部28aから検出信号
が入力してくると、各検出信号を相互に比較して最も信
号レベルの高い信号を選択する。
そして、位置演算器30は、この最もレベルが高い信号
をY軸方向検出部28aが検出したときに磁界を発生し
ているループケーブル18iを検知し、ループ部16a
の中心に対する検知したループケーブル18iの位置を
演算する。
例えば、本実施例の場合、最もレベルが高かった検出信
号がループケーブル18eの発生した磁界によるもので
あった場合、位置演算器30は、ループケーブル18c
の中心とループケーブル18eの中心との距Mp−yを
求め、図示しない記憶部に格納する。その後、位置演算
器30は、ループケーブル18eの中心に対するY軸方
向検出部28aの偏位δyを、本願出願人の出願に係る
特願平1−65352号と特願平1−223035号と
に示された計算式に基づいて算出する。そして、位置演
算器30は、Y軸方向検出部28aのループ部16aの
中心からの偏位dy、すなわちボーリング装置24aの
中心が磁界発生器14aの中心に対してY軸方向にどれ
だけ偏位しているかを次式によって求める。
dy=δy + z 、     −・−(1)そして
、位置演算器30は、同様にして各ボーリング装置24
a、24b、24cの磁界発生器)4a、14b、14
cの中心からのY軸方向とZ軸方向との偏位置を求め、
地中掘削IIa20の中心の、地中掘削810の中心に
対する偏位置と偏位の方向とを演算し、表示装置32に
表示する。
また、位置演算器30は、入力された各ボーリング装置
24a、24b、24cの掘進量から、本願出願人の出
願に係る特願平1−223035号に示された方法によ
り、地中掘削機20の地中掘削機10に対するピッチン
グ角、ローリング角を求めて表示装置32に表示する。
このように、実施例においては、磁界発生器14a、1
4b、14cを矩形状のループケーブル18a〜18e
によって構成したことにより、各ループケーブル18a
〜18eの長辺と短辺との比(長辺/短辺)を大きくす
ることにより、磁界検出器26a、26b、26cが検
出する磁界の強さが、ループケーブル18a〜18eの
短辺が発生する磁界の影響を小さくすることができ、地
中掘削機20の地中掘削機10に対する偏位置の検出精
度を向上することができる。しかも、複数のループケー
ブル18a=18eは、長辺に沿って平行に配置すると
ともに、隣合った各ループケーブルを半分ずつ重ね合わ
せであるため、長辺間の間隔が狭くても、予想させる置
火偏位量に応してループケーブルの数を配置することに
より、必要な検出範囲を容易に確保することができる。
なお、ループケーブル18a−18eの長辺と短辺との
比は、任意に選択することができる。しかし、ループケ
ーブルの長辺間の距離を小さくすると、磁界検出器の出
力信号レベル(受信強度)が低下する。すなわち、例え
ば磁界検出器を1つのループケーブルの中心に配置し、
ループケーブルの長辺の長さb=一定、長辺とループケ
ーブル、磁界検出器間の距離Cとの比を3(b/c=3
)として、短辺の長さ(長辺間の距離)aを変化させた
ときの、b / a−ωを基準とした相対強度を求める
と、第4図のようになり、一対の長辺の間隔が小さくな
るほど受信強度が低下する。このため、ループケーブル
の長辺と短辺との比は、磁界発生器と磁界検出器との間
の距離、地中掘削機】0に装着できるループケーブルの
長辺の長さ、第7図に示した誤差量等を考慮して要求す
る精度が得られるように決定する。また、ループケーブ
ル18a〜18eの重ね合わせ量は、幅方向の半分より
小さくともよい。なお、第4図において、b/a=3の
ときの相対強度が1より大きいのは、短辺aが発生する
磁界の影響によるものである。
第5図は、ループ部の他の実施例を示したものである。
第5図において、ループ部16 (16a、16b)は
、直線をなす共通線34と共通!34に直交し、相互に
平行な複数の支線36a〜36gからなっている。支線
36a〜36gは、一端が等間隔をもって共通線34に
接続され、他端がリレー等の切換器38の可動接点a 
−gに接続しである。また、切換器38は、固定接点側
が交流電源19に接続してあり、ループ部16に磁界発
生用の電流を供給できるようにしである。
このように構成したループ部I6は、切換器38を切り
換えることにより、例えば可動接点aを1側(または2
側)に、可動接点Cを2側(または1側)に接続すれば
、支線36a、共通線34、支線36cからなるループ
が形成され、可動接点すを1側(または2側)、可動接
点dを2側(または1側)に接続すれば、支線36b、
共通線34、支線36dからなるループが形成されて、
前記実施例のループケーブル18a〜18eと同様の作
用、効果を得ることができる。
なお、このように構成したループ部16は、位相を無視
すれば、切換器38の端子に、対象性により省略が可能
なものがある。また、例えば、可動接点aを1側(また
は2側)に、可動接点gを2側(または1側)に接続し
たり、可動接点すをl側(または2側)に、可動接点f
を2側(または1側)に接続する等により、任意の大き
さのループにすることができる。このため、例えば制御
装置によって始めに一番大きなループに給電して大体の
位置を求め、次にループを小さくして正確な位置を求め
ることにより、位置検出の検出時間を短縮することがで
きる等の効果も得られる。
前記実施例においては、磁界検出器26をポーリング装
置11F24によって前進させる場合について説明した
が、磁界発生器14を前進させるようにしてもよし、磁
界発生器と磁界検出器26との両方を前進させるように
してもよい。また、前記実施例においては、2台の地中
掘削機10.20による接合の場合について説明したが
、例えば、磁界検出器26を前進させるポーリング装置
24を到達立坑に配置し、この到達立坑に対する地中掘
削機の位置を求める場合にも適用することができる。そ
して、前記実施例においては、磁界検出器26を前進さ
せる推進機として圧密掘進型の小径ポーリング装N24
を用いた場合について説明したが、推進機はこれに限定
されない。
さらに、前記実施例においては、磁界発生器とポーリン
グ装置とをそれぞれ複数設けた場合について説明したが
、何れか一方または両方の数を1つにして、これらを回
転させて地中掘削機に対する位置を変えて測定するよう
にしてもよい。
C発明の効果〕 以上に説明したように、本発明によれば、位置演算器が
推進機の前進した距離がら地中掘削機と基準となる位置
との間隔を求めるとともに、磁界検出器の検出信号から
、地中掘削機の基準位置に対する上下、左右方向のずれ
を演算して出力する。
従って、地中掘削機の基準位置までの距離と、基準位置
に対する地中掘削機の偏位置を容易に求めることができ
、地中掘削機と基準位置との相対位置を得ることができ
る。
しかも、磁界発生器が矩形状のループからなりでいるた
め、このループの長辺と短辺との比を大きくすることに
より、検出する磁界は、短辺が発生する磁界による影響
を無視することができ、実質的に無限に長い平行導体か
ら生ずる磁界の強さを検出するのと同様の効果が得られ
、位置の検出精度を高めることができる。
また、磁界発生器は、平行に配置した複数の矩形状のル
ープを、隣合うループが重なるようにしであるため、各
ループのそれぞれの長辺間の間隔を小さくして長辺と短
辺との比を大きくしたとしても、予想最大偏位量に応し
てループ数を増減することにより、磁界検出器が磁界発
生器から外れることがなく、検出精度の低下を防止する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例に係る地中掘削機の位置検出装
置の説明図、第2図は前記実施例の一部拡大図、第3図
は磁界発明の詳細な明図、第4図は矩形状ループの長辺
と短辺との比の変化させたときの磁界検出器の出力信号
レベルを示す図、第5図は磁界発生器の他の実施例の説
明図、第6図は無限の長さのと見なせる平行導体からの
磁界を測定して求めた偏位置と実測偏位置との関係を示
す図、第7図は矩形状ループの長辺と短辺との比の変化
に対する磁界を測定して求めた偏位置の実測偏位置に対
する誤差を示す図である。 10.20−−−−地中掘削機、14 a −14c 
−磁界発生器、16 a 、 16 b −・−−−−
−ループ畝18 a 〜I 8 e  −−−−−ルー
プケーブル、243〜24c −〜−−推進機(ポーリ
ング装置)、26a〜26cm−−磁界検出器、30−
・・−位置演算器、34共通線、36a〜36 g−、
−支線。 第2図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)地中掘削機の先端部またはこの地中掘削機の前方
    の基準となる位置のいずれか一方に設けた磁界発生器を
    、平行に配置した複数の矩形状ループから構成し、かつ
    隣合った各ループを相互に重ね合わせて配置するととも
    に、 前記地中掘削機の先端部と前記基準位置とのいずれか他
    方に設けられ、前記各ループが発生した磁界を検出する
    磁界検出器と、 これら磁界検出器と前記磁界発生器との少なくともいず
    れか一方を前進させ、両者を接近させる推進機と、 この推進機の前進距離と前記磁界検出器の検出信号とに
    基づいて、前記地中掘削機の前記基準位置に対する相対
    位置を演算する位置演算器と、を有することを特徴とす
    る地中掘削機の位置検出装置。
  2. (2)前記磁界発生器は、共通線と、一端をこの共通線
    に接続した平行な複数の支線とからなり、かつこれら各
    支線の他端が、電源との間に介在させた切換器に接続し
    てあることを特徴とする請求項1に記載の地中掘削機の
    位置検出装置。
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