JPH03260284A - 地中移動体の水平変位検出装置 - 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、地中移動体の水平変位検出装置に係り、とり
わけ水道管、ガス管等を地中埋設するためにトンネル掘
進を行う地中掘削機を施工針ＷＩ線通りに推進すべく、
地中掘削機の地中における水平変位を検出する水平変位
検出装置に関する。

〔従来の技術〕

本願出願人は、すでに施工計画線に応して地表面に予め
磁界発生ケーブルを敷設しておくだけで、地中掘削機の
施工計画線からの水平変位態様についての正確なデータ
をリアルタイムで得ることのできる地中掘削機の水平変
位計測装置を特許出願（特願昭６１−１０７００号）し
ている。

この発明では、地中掘削機が掘進するトンネルの施工計
画線に応じて、施工計画線から等間隔ずつ離間してその
往路線と復路線とが位置するように地表面に磁界発生ケ
ーブルを敷設し、地中掘削機の側に適宜の検出コイルを
配設し、これに上記ケーブルの発生磁界を検出せしめる
ようにしている。

すなわち、往路線と復路線とが発生した磁界は、施工計
画線（往復路線間の中心線）を通る鉛直面を境として対
称をなす。そこで、磁界の強度を上記の検出コイルの出
力に基づいて判別することにより、地中掘削機が施工計
画線の右方にあるのか左方にあるのか、その水平変位態
様を識別計測するようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の技術によれば、地中掘削機の施工計画線から
水平方向変位を有効に、しかもリアルタイムで連続的に
計測できるという初期の目的を確かに達成できるものの
、磁界発生ケーブルが発生した磁界は、水平方向と鉛直
方向（深さ方向）とに変化しているため、水平方向変位
を演算処理によって求める過程において、上記検出コイ
ルの出力の他、地中掘削機の地表面に対する鉛直方向位
置、つまり地中掘削機の深度も計測値として別途必要と
する。

地中掘削機の深度は、例えば公知の圧力沈下計を用いて
次の如くして行われる。

地中掘削機の出発地点（具体的には発進立坑）における
深度を圧力沈下計によって求め、この求めた深度を予め
データとして演算装置にインプットしておき、この深度
データと上記検出コイルの出力に基づいて上記水平変位
を求め、この水平変位が零になるように、つまり地中掘
削機が施工計画線に沿って進行するように制御し、地中
掘削機を発進立坑から到達立坑まで同一深度のまま進行
させるようにしている。

ところが、地中掘削機は、ピッチング（前後方向の姿勢
変化）およびローリング（左右方向の姿勢変化）を伴い
つつ地中を移動する。また、実際には、施工計画線に沿
った地表面は平坦でなく、出発地点の地表面と地中掘削
機が現在位置している地表面との間に高低差があること
が多い。

上記の従来の技術は、こうしたピッチング等を伴わない
場合には、正確に水平変位を求めることができるのであ
るが、実際には上記ピッチング等の影響によって深度ず
れ等が注し、これに起因して水平変位を正確に求めるこ
とができないということが本発明者等によって明らかに
なった。

そこで、本願出願人は、地中掘削機のピッチング、ロー
リング、施工計画線に沿った出発地点に対する高低差な
どによる影響を補正して、検出コイルの深度をＹ、一対
の検出コイルの出力電圧（誘導起電力）をＶ、　、Ｖ、
としたときに、検出コイルの施工計画線に対する水平変
位Ｘを、ｖ、−ゞ゛　　７　　　　・−−−−−−−・
・−（１）Ｖ’＋＋Ｖｚ　　　２ として求める水平変位計測装置を出願した（特願平１−
６５３５２号）。

しかし、上記式（１）は、磁界発生ケーブルと施工計画
線との距離をｌとしたときに、Ｙ”＞１” かつ、Ｙ”＞ｘ” の関係を満たすものとして導いたものである。このため
、地中掘削機が浅い位置、すなわち磁界発生ケーブルと
検出コイルとの距離が短い場合には、誤差が発生すると
いう問題がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたもので、地中
掘削機等の地中移動体のピッチング等の影響を除去でき
るとともに、地中移動体が地中の浅い位置にあったとし
ても、基準線に対する地中移動体の水平変位を正確に求
めることができる地中移動体の水平変位検出装置を捉供
することを目的としている。

〔課社を解決するための手段および作用〕上記の目的を
達成するために、本発明は、地表の基準線に沿って地中
を移動する地中移動体の前記基準線に対する水平変位を
検出する地中移動体の水平変位検出装置において、往路
線と復路線とを前記基準線の両側に所定路＃離間して配
設した磁界発生ケーブルと、前記地中移動体の所定位置
に設けられ、鉛直軸に対して地中移動体の進行方向左右
両側に所定角度傾斜させられた、前記磁界発生ケーブル
の発生した磁界を検出する第１と第２の検出コイルと、
前記地中移動体の出発地点における深度を記憶する初期
深度記憶手段と、前記基準線の各位置における前記出発
地点に対する高低差を記憶する高低差記憶手段と、前記
地中移動体の移動距離を検出する移動距離検出手段と、
前記地中移動体のピッチング角を検出するピッチング角
検出手段と、前記地中移動体のローリング角を検出する
ローリング角検出手段と、前記移動距離検出手段の出力
と前記ピッチング角検出手段の出力とに基づいて、前記
地中移動体のピッチングに伴う前記出発地点に対する深
度ずれを演算する深度ずれ演算手段と、前記第１、第２
の検出コイルの配置位置と前記ローリング角検出手段の
出力とに基づいて、前記地中移動体のローリングに伴う
前記第１、第２の検出コイルの前記地中移動体に対する
鉛直方向の位置ずれを演算する鉛直位置ずれ演算手段と
、前記移動距離検出手段が検出した移動距離に対応する
前記高低差記憶手段が記憶している前記高低差と、前記
初期深度記憶手段が記憶している前記出発地点における
深度と、前記深度ずれ演算手段および前記鉛直位置ずれ
演算手段が求めた演算値と、前記ローリング角検出手段
の出力とに基づいて、前記地中移動体のローリングに伴
う前記第１、第２の検出コイルの前記地中移動体に対す
る水平方向の位置ずれを演算する水平位置ずれ演算手段
と、前記移動距離検出手段が検出した移動距離に対応し
た前記高低差記憶手段が記憶している前記高低差と、前
記初期深度記憶手段が記憶している前記出発地点におけ
る深度と、前記第１、第２の検出コイルの検出値と、前
記深度ずれ演算手段、前記鉛直位１ずれ演算手段および
前記水平位置ずれ演算手段の演算値とに基づいて、前記
地中移動体の前記基準線に対する水平変位を演算する水
平変位演算手段と、を備えるとともに、前記水平変位演
算手段は、前記検出コイルの前記基準線に対する水平変
位をｘ、検出コイルの深度をＹ、前記磁界発生ケーブル
の往路線と復路線との前記基準線からの距離をｌとした
ときに、を演算することを特徴としている。

ただし、ｋ−（Ｖ！　　Ｖ＋　）／　（ｖ、　十Ｖ、）
であって、■１は前記第１の検出コイルのに生ずる誘導
起電力、Ｖ２は前記第２の検出コイルに生ずる誘導起電
力である。

このように構成した本発明においては、地中移動体にピ
ッチングが発生しても、ピッチング角検出手段によって
ピッチングに伴う地中移動体の出発地点に対する深度ず
れを求めることができる。

また、地中移動体にローリングが発生したとしても、検
出コイルの地中移動体に対する鉛直位置ずれと水平位置
ずれとを鉛直位置ずれ演算手段、水平位置ずれ演算手段
によって求めることができる。

また、水平変位演算手段が上記の各演算器の演算結果と
、地中移動体の出発地点における深度（初期深度）およ
び基準線に沿った出発地点に対する高低差とに基づいて
、地中移動体のピッチング、ローリング等による影響を
補正した基準線に対する水平変位を算出する。そして、
水平位置ずれ演算手段の演算は、基準線と磁界発生ケー
ブルとの距離や、深度と水平変位との関係を考慮してい
るため、地中移動体が地中の浅い位置にあったとしでも
、水平変位を精度よく求めることができる。

〔実施例） 本発明の地中移動体の水平変位検出装置の好ましい実施
例を、添付図面に従って詳説する。なお、この実施例に
おいては、地中移動体として地中掘削機を想定している
が、地中移動体は地中掘削機に限定されず、地中を移動
し得る有体物であれば任意に適用可能である。

第１図は、本発明に係る地中掘削機の位置検出装置の説
明である。

第１図において、地中移動体である地中掘削機１０には
、地表面１２に配設した磁界発生ケーブル１４が発生し
た磁界を検出する第１、第２の検出コイルＳ、、Ｓ、が
設けである。検出コイルＳ、Ｓ２は、詳細を後述するよ
うに相互に交差して配置され、支持装置１６を介して地
中掘削ｌｌ１１０の所定位置に取り付けられ、地中掘削
機１０がピッチング（前後方向の傾斜）やローリング（
左右方向の傾斜）を起こしても、その姿勢が変化しない
ようになっている。

さらに、地中掘削機１０の内部には、地中掘削機１０の
ピッチング角を検出するピッチング角検出手段としての
ピッチング傾斜計１８と、地中掘削機ＩＯのローリング
角を検出するローリング角検出手段としてのローリング
角傾斜計２０とが適宜の位置に配設しである。そして、
検出コイル５１％Ｓ２、ピッチング傾斜計１８およびロ
ーリング角傾斜計２０は、地中掘削機１０の出発地点で
ある発進立坑２３に設置した詳細を後述する信号処理装
置２２に接続してあり、それぞれの検出信号を信号処理
装置２２に入力できるようにしである。また、発進立坑
２３には、推進距離計２４と表示装置２６とが設けであ
る。

推進距離計２４は、発進立坑２３から到達立坑２８に向
けて掘進する地中掘削機１０の移動距離Ｒを検出して信
号処理装置２２に入力する。そして、表示装置２６は、
信号処理装置２２の出力信号を受け、信号処理装置２２
が求めた演算結果を表示する。

磁界発生ケーブル１４は、第２図に示したように、往路
線１４ａと復路線１４ｂとからなり、それぞれが測量等
によって決定したトン茅ルを掘削するための施工計画線
（基準線）３０の両側に、所定距離ｌたけ離間して地表
面１２に敷設しである。そして、磁界発生ケーブル１４
は、適宜の交流電流を供給する電流供給袋２３２に接続
され、例えば矢印Ａ、Ｂのごとく電流が流れることによ
り、往復路線１４ａ、１４ｂを中心とした同心円状の磁
界を発生する。

磁界発生ケーブル１４の発生した磁界の強さを検出する
第１、第２の検出コイルＳ、、Ｓ、は、第３図に示した
ように、地中掘削機１０の軸線方向から見た場合に、鉛
直線３４の両側に所定の角度φ（例えば４５度）だけ傾
斜しており、前記した支持装置１６によって、地中掘削
機１０がピッチングやローリングをしてもその姿勢が変
化しないように支持されている。そして、検出コイルＳ
１、Ｓｔには、第４図のように必要に応じて設けられる
プリアンプ３６．３８が接続してあり、検比信号がプリ
アンプ３６．３８を介して信号処理装置２２に入力され
る。

信号処理装置２２には、プリアンプ３６．３８の出力を
増幅する受信アンプ４０．４２が設けである。また、信
号処理装置２２は、アナログ信号である受信アンプ４０
．４２の出力を、ディジタル信号に変換するアナログ−
ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）４４．４６と、推進
距離計２４、ピッチング傾斜計１８、ローリング角傾斜
計２０のアナログの出力信号をディジタルに変換するＡ
／Ｄ変換器４８．５０．５２を有している。さらに、信
号処理装置２２には、深度ずれ演算手段である深度ずれ
演算器５４、鉛直位置ずれ演算手段である鉛直位置ずれ
演算器５６、水平位置ずれ演算手段である水平位置ずれ
演算器５８、水平変位演算器段である水平変位演算器６
０および初期深度記憶手段と高低差記憶手段としてのメ
モリ６２が設けである。このメモリ６２には、磁界発生
ケーブル１４の施工計画線３０からの距Ｍｌ、地中掘削
機１０の出発地点における深度（初期深度Ｙ。〕、検出
コイルＳ、　、Ｓ、の地中掘削機１０の中心に対する鉛
直方向の取付は位１ｔａｏ、施工計画線３０に沿った出
発地点に対する高低差Ｈ等が格納しである。

深度ずれ演算器５４は、Ａ／Ｄ変換器４８．５０を介し
て入力する推進距離計２４の出力信号とピッチング傾斜
計１８の出力信号とから、地中掘削６１１０のピッチン
グに伴う検出コイルＳ、、Ｓ２の深度ずれを演算し、演
算結果を水平位置ずれ演算器５８と水平変位演算器６０
とに入力する。

また、鉛直位置ずれ演算器５６は、Ａ／Ｄ変換器５２を
介して入力してくるローリング角傾斜計２０の出力信号
と、メモリ６２に格納しである検出コイルＳ、　、Ｓ、
の地中掘削機１０の取付は位置ｄ、とに基づいて、検出
コイルＳ、、Ｓｔの地中掘削機１０に対する鉛直方向の
位置ずれを演算し、水平位置ずれ演算器５８と水平変位
演算器６０とに送出する。

水平位置ずれ演算！Ｓ５８は、深度ずれ演算器５４と鉛
直位置ずれ演算器５６との演算結果と、推進距離計２４
、ローリング角傾斜計２０の出力信号およびメモリ６２
に格納しである施工計画線３０に沿った高低差Ｈとに基
づいて、検出コイルＳ、Ｓ２の地中掘削機１０に対する
水平方向の位置ずれを演算し、水平変位演算器６０に送
出する。

水平変位演算器６０は、Ａ／Ｄ変換器４４．４６を介し
て入力してくる検出コイルＳｌ、５２の検出信号、推進
距離計２４の出力信号、深度ずれ演算器５４と鉛直位置
ずれ演算器５６と水平位１ずれ演算器５８との演算結果
、およびメモリ６２に格納しである初期深度Ｙｏ、高低
差Ｈに基づいて、検出コイルＳ、、ＳＺの施工計画［３
０に対する水平変位を演算し、表示装置２６に出力して
表示する。

上記の如く構成した実施例の作用は、次の通りである。

まず、本実施例による検出コイルＳ１、Ｓ２の施工計画
線３０に対する水平変位の検出原理を第３図に基づいて
説明する。

第３図において、検出コイルＳ、、Ｓ、は、コイル中心
点Ｃｃが地中掘削機１ｏの中心を遣る鉛直線３４上にあ
って、鉛直線３４に対して左右にψだけ傾斜している。

また、検出コイルＳ、、Ｓ２は、コイル中心点Ｃｃが深
度Ｙに位置にあり、かつ施工計画線３０に対して地中掘
削機１ｏの進行方向右側（正方向）にＸだけ水平方向に
ずれているものとする。そして、コイル中心点ｃｃと往
路線１４ａとの距離をｒＩ、両者を結ぶ線分が鉛直線と
なす角度をθ１、コイル中心点ｃ３と復路線１４ｂとの
距離をｒｔ、両者を結ぶ線分が鉛直線となす角度をθ２
とする。

このとき、第１、第２の検出コイルＳｔ　、Ｓｔに生ず
る誘導起電力Ｖ、、Ｖ、は、次のように表される。

ただし、ここにに、地球の透磁率等によって−量的に定
まる定数である。

上記式（２）、（３）を変形すると、Ｖ、、Ｖ２は下記
の式（４）、（５）の如く表される。

Ｖ＋＝　　”　　（ｓｉｎφｃｏｓθＩ　−Ｃｏｓψｓ
ｊｎθ、）Ｋ（ＣＯ３ψｃｏｓθｚ　＋　ｓｉｎψｓｉ
ｎ／？ｚ）２ −　・−一−−−・（４） Ｖｚ＝　　”　　（ｓｉｎφｃｏｓｏ、　−ｃｏｓφｓ
ｉｎθ２）ｒｔ −」（（。。３φ。。、θ、　＋　ｓｉｎφｓｉｎθ１
）Ｉ ・−−−−一一一・＝（５） 一方、第３図から容易にわかるように、ｃｏｓｅ＋＝　
　Ｙ（６） ｒｌ ５ｉｎθ１−一堕二Ω　　　・−・・−・・（７）ｒｌ ｃｏｓθｘ　　”　　　　　　　　　　　　’−’−・
−（８）ｒｔ ｓａｎｅ　、　＝　”　”　”　’　　　　−−−０−
（９）ｒｔ が得られる。そこで、式（４）〜（９）とからθ１、θ
２を消去するとともに、ψ＝４５°とすると、検出コイ
ルＳｔ、Ｓｔに生ずる誘導起電力■、■８は、 Ｋ’ＹＩ−ｘ Ｖ　、　＝　−［−−］ ｒ　　１　　　　　　　ｒ　　１　　　　　　　　　ｒ
　　ｒＫ’　　　　　Ｙ　　　　　　ｌ＋ｘ ［−＋１ ｒ、　　　　　　　ｒ、　　　　　　　　　ｒ。

（１０） ％）、＝　　Ｋ　　（ニー　ｌ＋χ　］ｒｔ　　　　　
　ｒｚ　　　　　　　　ｒｚＫＹ　　　　　　ｌ−χ −−（−＋） ｒｌ　　　　　　ｒｌ　　　　　　　　　ｒ、・−・−
−１１１） となる、ただし、ここにに’　＝に／（Ｔである。

上記式（１０）、（１１）は、さらに下記の式（１２）
、（１３）のように変形することができる。

・−−−−−−一−（１２） ・−・−一−−・・（１３） また、ｒｌ、ｒｌは、第３図から容易にわかるように、 ｒｌ　”　＝Ｙ”　＋　（ｊ！−ｘ）”　　　−−−（
１４）ｒｔ　”　＝Ｙ”　＋　（ｊ！＋ｘ）”　　　・
−−−−（１５）と表されるから、これら式（１４）、
（１５）を式（１２）、（１３）に代入すると、Ｖｌ、
Ｖｉは、 （１６） ＝−２に’　　（（ｌ−ｘ）　　（Ｙ２＋（ｌ＋ｘ）１
＋（ｆ＋ｘ）　　（Ｙ”　　＋（１−ｘ）！　　）÷　
（（Ｙ”　　＋　　（ｆ−ｘ）”１ｘ　　（Ｙ”　＋　
　（ＩＩ！＋ｘ）Ｊ　　〕・−一−（１７） となる、そこで、これらの式からＶｌ　　Ｖｚ、Ｖ、＋
■２を求めて整理をすると、次の式（１８）、％式％ （１９） そして、式（１８）の各辺を式（１９）の各辺で割ると
、 ゞ・−ゞ・＝　　　−２ｘＹ　　　　・−１・−−−一
−−（２０）Ｖｌ　＋Ｖｔ　　　（１＋Ｙ”）−ｘ２が
得られる。この式は、ｘｉ　＝ｚ”　十ｙ”の点で不連
続となるが、その他の範囲で解くことができる　ｘｔ≦
Ａｔ　＋Ｙ”の範囲で解くならば、検出コイルＳ＋、Ｓ
ｔの施工計画線３０に対する水平Ｖ、＋Ｖ。

（１Ｂ） ・・−・・−（２１） として求めることができる。ただし、ここにに＝（ｖｚ
　−Ｖｌ　）／　（■ｆ　＋Ｖ、）である。また、上記
式（２１）を、 一−−−（２２） のように級数展開し、必要な次数まで求めて水平変位Ｘ
を充分な精度で求めることができる。

なお、Ｙ”　＞１”　、Ｙ”　）ｘ”　０）場合、式（
２） となり、前記した式（１）が得られる。２０式（２３）
は、式（２２）において（ｉ　／Ｙ”　）→０とし、ｋ
２の項を無視できる（Ｙ”）ｘ”に対応）としたときに
も導かれる。

このように、検出コイルＳｔ、Ｓｔの深度Ｙ。

磁界発生ケーブル１４の施工計画線３０からの距Ｈｉ！
がわかれば、一対の検出コイルＳ、、Ｓ、に生した誘導
起電力Ｖ、、Ｖ、を検出することにより、検出コイルＳ
、、Ｓ、の施工計画線３０に対する水平変位、すなわち
地中掘削機１０の施工計画線３０に対する水平方向の変
位を求めることができる。

しかし、地中掘削機１０は、地中を掘進する際に、ピッ
チングやローリングを生じながら前進する。また、施工
計画線３０に沿った地表面１２は平坦でなく、起伏があ
るのが一般的である。従って、検出コイルＳｔ、Ｓｔの
深度Ｙは、発進立坑２３における掘進開始時の初期深度
Ｙ０と異なるため、初期深度Ｙ、検出コイルＳ、、Ｓｔ
の深度Ｙとしたのでは正確な水平変位を求めることがで
きない、従って、地中移動体の施工計画線３０に対する
水平変位を正確に求めるためには、ピッチングやローリ
ングによる深度のずれを補正する必要がある。本実施例
は、このような補正を信号処理装置２２によって自動的
に行えるようにしている。

以下、実施例による水平変位の検出方法を具体的に説明
する。

いま、地中掘削機１０が第５図に示したように、出発地
点Ｐ、から経路ＲＴに沿ってＲ，まで掘進じ、地点Ｐに
達したものとする。また、検出コイルＳ＋、Ｓｚは、第
６回のように、地中掘削機１０にローリングが生じてい
ない場合、地中掘削機１０の中心Ｃ６を通る鉛直線３４
上にあって、地中掘削機１０の中心Ｃ０からｄ０離れた
位置に取り付けであるものとする。

信号処理装置２２のメモリ６２には、磁界発生ケーブル
１４と施工計画線３０との距離！、地中掘削機１０の出
発地点Ｐ、における深度（初期深度）Ｙｏ、検出コイル
Ｓ＋　、Ｓｔの取付は位置ｄ。、施工計画線３０に沿っ
て所定区間Ｒ＋、Ｒｚ、Ｒｓ　、−’−・・−ごとの出
発地点Ｐ０の地表面１２に対する高低差Ｈ等が記憶させ
である。

初期深度Ｙ０は、オペレータが発進立坑２３において圧
力沈下計等によって容易に計測することができ、また高
低差Ｈは測量などによって容易に得られ、これらの計測
値は取付は位置ｄ、などとともに、キーボード等を介し
てメモリ６２に記憶させる。なお、高低差Ｈは、鉛直上
方に大きくなったときを正（＋）としている。

推進距離計２４は、地中掘削機１０の掘進量、すなわち
地中掘削機１０の移動量を検出して信号処理装置２２に
出力する。また、ピッチング傾斜計１８は、地中掘削機
１０のピッチング角θ２．を検出し、ローリング角傾斜
計２０は、地中掘削機１０のローリング角θｒ、を検出
し、それぞれ検出信号を信号処理装置２２に送る。

信号処理装置２２の深度ずれ演算器５０は、推進距離計
２４が出力する地中掘削機１０の移動路ＭＲと、ピッチ
ング傾斜計１８の出力するピッチング角θ、ｔとを読み
込み（ステップ１００）、検出コイルＳｔ、Ｓｔのピッ
チングによる深度ずれΔｙ１を次式（２４）により求め
、水平位置ずれ演算器５８と水平変位演算器６０とに送
出するここに、ピッチング角θｒ、は、地中掘削機１０
の進行方向に対して下向きのピッチングを正（＋）とす
る。

従って、地中掘削機１０にピッチングが生じているとき
の、式（２１）における検出コイルＳ１、Ｓ２のコイル
中心点Ｃ３の深度Ｙは、Ｙ＝Ｙ、＋ΔＹ　ｐｔ　　　　
　−’−・−・・−（２５）となる。

一方、地点Ｐの地表面は、出発地点Ｐ０の地表面に対し
てＨの高低差を有しており、地表面１２に敷設した磁界
発生ケーブル１４が、出発地点Ｐ。に対してＨだけ高低
差を有していることを意味している。従って、この高低
差Ｈを加味したコイル中心点Ｃｃの深度Ｙは、 Ｙ震Ｙ０＋Δｙ□＋Ｈ−・・−一−−−〜−−１２６）
となり、ピッチングと高低差を考慮した検出コイルＳ＋
、Ｓ＊の施工計画線３０に対する水平変位Ｘが （２７） と表される。ただし、Ａ＝Ｙ、＋Δｙ　Ｈ＋　Ｈである
。

地中掘削機１０にローリングが生している場合、鉛直位
置ずれ演算器５６は、メモリ６２から検出コイルＳ、、
Ｓ、の取付は位７１１ｄ、を読み出すとともに、ローリ
ング角傾斜計２０が出力するローリング角θ１．読み込
む（ステップ１０４）、　　そして、鉛直位置ずれ演算
器５６は、取付は位置ｄ。とローリング角θ１．とに基
づいて、地中掘削機１０の中心Ｃ０に対するコイル中心
点Ｃｃの鉛直方向の相対位置ずれΔｙｒ、を次の式（２
８）により演算しくステップ１０６）、演算結果を水平
位置ずれ演算器５８と水平変位演算器６０とに入力する
。

Δｙｒｅ＝ｄｏ　　（Ｉ　　　ＣＯｓθ、、　）　　　
、−−（２８）従って、地中掘削＄１１０にピッチング
とローリングとが生じている場合、検出コイルＳ、、Ｓ
。

の深度Ｙは、 Ｙ　””　Ｙ　ｏ＋ΔＶａｔ＋Δｙｐｔ　十Ｈ−・−・
−（２９）と求められる。なお、θｒおば、実施例の場
合、地中掘削機１０の進行方向に向かって時計方向に回
転した場合を正としている。

また、地中掘削機１０にローリングが生ずると、第６図
に示したように、コイル中心点ＣＣが地中掘削８１１０
の中心Ｃ０よりΔχ′だけ水平方向にずれる。このずれ
量ΔＸ′は、図から明らかなように、 Δｘ’＝ｄ、ｓｉｎθ、、　　　　　　−−−−−−（
３０）である、しかし、水平方向については、検出コイ
ルＳ３、Ｓ！が検出する磁界の入射角のファクタを考慮
する必要がある。このため、コイル中心点Ｃｃの中心Ｃ
０に対する水平方向の相対位置ずれを求める水平位置ず
れ演算器５８は、深度ずれ演算器５０と鉛直位置ずれ演
算器５６とから演算結果を受は取るとともに、推進距離
計２４が出力する地中掘削機１０を移動路１１［Ｒを読
み込ろ、この移動距離Ｒに対応した地点Ｐの高低差Ｈと
初期深度Ｙ０とをメモリ６２から読み出しくステップ１
０８）、次式によって地中掘削機１０の中心Ｃ０に対す
るコイル中心点Ｃｃの水平方向の相対位置ずれΔｘ　ｒ
ａを求め（ステップ１１０）、水平変位演算器６０に送
出する。

Δｘ、、”（Ｙｏ＋Δｙ、Ｌ＋Δｙ　ｌ−Ｌ　＋　Ｈ）
×θ１．・Ｊ　　　　　　　　−−−−−（３１）ここ
に、Ｊは、予め実験やシミュレーションによって求めた
定数である。

ところで、施工針ｉ１線３０に対する地中掘削機■０の
中心Ｃ０の水平変位Ｘ＋＋は、第７図に示したように、
コイル中心点ＣＣの施工針ｆｉ＠３０に対する水平変位
Ｘから、コイル中心点Ｃｃの中心Ｃ０に対する水平方向
の相対位置ずれ八Ｘｒｌｌを引いた値として求めること
ができる。この演算は、第８図のステップ１１２．１１
４のように、水平変位演算器６０が行う。

すなわち、水平変位演算器６０は、推進距離計２４が出
力する地中掘削機１０の移動距離Ｒを読み込み、この移
動距離Ｒに対応した高低差Ｈと初期深度Ｙ、とをメモリ
６２から読み出すとともに、深度ずれ演算器５０が出力
するΔｙ、ｔと鉛直位置ずれ演算器５６が出力するΔｙ
、、、とから前記した式（２９）を演算し、コイル中心
点Ｃｃの深度Ｙを求める。また、水平変位演算器６０は
、Ａ／Ｄ変換器４４．４６を介して検出コイルＳ、　、
Ｓ。

の検出信号を取り込むとともに、水平位置ずれ演算器５
８が出力するΔｘ７と先に求めた深度Ｙとに基づいて、
次の式（３２）を演算し、施工計画線３０に対する地中
掘削機１０の中心Ｃ０の水平変位χ１を求める。

一Δｘ　ｒｅ　　　　　　　　　　　　　　・・−・−
（３２）ただし、Ｂ＝Ｙ、＋Δ３’　ｐｃ＋Δｙ　ｒ−
＋　Ｈである。

そして、水平変位演算器６０は、求めた水平変位ｘｌＩ
を表示装置２６に出力し、地中掘削機ｌＯが施工計画線
３０に対して進行方向の左右の何れの方向にどのくらい
変位しているかを表示する。

これにより、オペレータは、表示装置２６を介して地中
掘削機１０がいかなる水平変位Ｘ。をもって移動してい
るかをリアルタイムに知ることができ、地中掘削機１０
に対する適切な操作、処理を行うことができる。また、
水平変位演算器６０の演算結果を、地中掘削機１０を制
御している図示しない制御装置に人力し、地中掘削機ｌ
Ｏが施工計画線３０に対してずれが生しないように制御
することが可能となる。

以上に説明したように、実施例によれば、地中掘削機１
０がピッチングやローリングをしながら掘進し、かつ地
表面１２に高低差があったとしても、ピッチングに伴う
深度すれと、地表の高低差の変化と、検出コイルＳ、、
Ｓ、の地中掘削機１０に対する相対位置ずれを補正した
地中掘削機ｌＯの施工計画線３０に対する水平変位ｘｌ
ｌを正確に得ることができる。しかも、施工計画線３０
に対する磁界発生ケーブルの距離や、水平変位ＸＩと深
度Ｙとの関係を考慮しているため、地中掘削機１０が浅
い位置にあったとしても、地中掘削機１０の水平変位ｘ
、を正確に求めることができ、掘進作業の能率の向上が
図れる。

なお、前記実施例においては、地中掘削４１１０の水平
変位ＸＩを求め、この水平変位ｘ８が零となるように制
御する場合について説明したが、第８図のステップ１０
２において、ピッチングに伴う初期深度Ｙ０に対する深
度ずれΔｙ、Ｌを求めることができるので、この深度ず
れΔｙ、Ｌが零になるように、地中掘削機１０を出発地
点Ｐ、（発進立坑２３）から到達立坑２８まで同一深度
を保って推進させることも可能である。

また、前記実施例においては、施工計画線３０が第２図
に示したように直線である場合について説明したが、勿
論施工計画線３０は曲線であってもよい。そして、この
場合にも、実施例と同様に、施工計画線３０からの水平
変位Ｘ１１　　（左右位置ずれ）を正確に求めることが
できるとともに、水平変位χえが零となるように地中掘
削Ｉ！１０を制御することができることは勿論である。

さらに、前記実施例においては、ピッチング、ローリン
グ、高低差を考慮して水平変位Ｘ８を求めるようにして
いるが、ピッチング、ローリング、高低差の何れか１つ
または２つの影響を考慮する必要のない状況下において
は、対応する検出装置および対応する演算処理等を適宜
省略することができる０例えば、高低差の影響を無視で
きる場合には、予め高低差Ｈをメモリ６２に記憶させる
労を省くことができる。また、例えば、ローリングの影
響を無視することができる場合には、ローリング角傾斜
計２０に設置を省略することができるとともに、第８図
のステップ１０４〜１１０を省略することができる。そ
して、これらの場合には、装置のコストを大幅に低減で
きる利点がある。

また、前記実施例においては、検出コイルＳ、Ｓｔのコ
イル中心点Ｃｃが、地中掘削１１１０の中心Ｃｏ　　（
ローリング中心）を通過する鉛直線上に配設した場合に
ついて説明したが、検出コイルＳ、、Ｓ、の配設位置は
これに限定されず、コイル中心点Ｃｃを鉛直線３４から
ずらした位置に配設してもよい。

なお、前記実施例においては、磁界発生ケーブル１４に
交流電流を供給する場合について説明したが、直流電流
を供給してのよい、また、磁界発生ケーブル１４は単線
である必要はなく、複数のケーブルまたは複数のケーブ
ルを束ねたものであってもよく、磁界発生ケーブル１４
と同等の磁界を発生する平板状の永久磁石や平板をコア
にしたコイル等を用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、地中移動体の
ピッチング、ローリングの影響や地表の高低差等の影響
を補正したことにより、地中移動体の基準線からの水平
変位を正確に求めることができるばかりでなく、基！１
１線と磁界発生ケーブルとの距離や深度と水平変位との
関係を考慮したことにより、地中移動体が地中の浅い位
置にあったとしても、地中移動体の基準線に対する水平
変位を正確に求めることができ、トンネルの掘削作業の
精度を大幅に向上することができる。

【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図は磁界発生ケーブルの説明図、第３
図は実施例による水平変位の検出原理の説明図、第４図
は実施例に係る信号処理装置の構成ブロック図、第５図
は地中掘削機のピッチングによる深度すれと地表の高低
差の影響とを説明する図、第６図はローリングによる検
出コイルの位置ずれの説明図、第７図は施工計画線に対
する地中掘削機の水平変位の求め方の説明図、第８図は
信号処理装置の動作を説明するフローチャートである。 １０−−−一地中移動体（地中掘削機）、１４磁界発生
ケーブル、１８　−一−−−ピッチング角検出手段（ピ
ッチング傾斜計）　、２０　−−一ローリング角検出手
段（ローリング角傾斜針）　、２２　−−−−信号処理
装置、２４−ｍ＝移動距離検出手段（推進距離針）、３
０　・・・−基準線（施工計画線）、５４深度ずれ演算
手段（深度ずれ演算器）、５６鉛直位置ずれ演算手段（
鉛直位置ずれ演算器）、５　Ｂ　　−−−一水平位置ず
れ演算手段（水平位置ずれ演算器）、６０　・−・・水
平変位ｆＩＸ手段（水平変位演算器）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）地表の基準線に沿って地中を移動する地中移動体
   の前記基準線に対する水平変位を検出する地中移動体の
   水平変位検出装置において、往路線と復路線とを前記基
   準線の両側に所定距離離間して配設した磁界発生ケーブ
   ルと、 前記地中移動体の所定位置に設けられ、鉛直軸に対して
   地中移動体の進行方向左右両側に所定角度傾斜させられ
   た、前記磁界発生ケーブルの発生した磁界を検出する第
   １と第２の検出コイルと、前記地中移動体の出発地点に
   おける深度を記憶する初期深度記憶手段と、 前記基準線の各位置における前記出発地点に対する高低
   差を記憶する高低差記憶手段と、 前記地中移動体の移動距離を検出する移動距離検出手段
   と、 前記地中移動体のピッチング角を検出するピッチング角
   検出手段と、 前記地中移動体のローリング角を検出するローリング角
   検出手段と、 前記移動距離検出手段の出力と前記ピッチング角検出手
   段の出力とに基づいて、前記地中移動体のピッチングに
   伴う前記出発地点に対する深度ずれを演算する深度ずれ
   演算手段と、 前記第１、第２の検出コイルの配置位置と前記ローリン
   グ角検出手段の出力とに基づいて、前記地中移動体のロ
   ーリングに伴う前記第１、第２の検出コイルの前記地中
   移動体に対する鉛直方向の位置ずれを演算する鉛直位置
   ずれ演算手段と、前記移動距離検出手段が検出した移動
   距離に対応する前記高低差記憶手段が記憶している前記
   高低差と、前記初期深度記憶手段が記憶している前記出
   発地点における深度と、前記深度ずれ演算手段および前
   記鉛直位置ずれ演算手段が求めた演算値と、前記ローリ
   ング角検出手段の出力とに基づいて、前記地中移動体の
   ローリングに伴う前記第１、第２の検出コイルの前記地
   中移動体に対する水平方向の位置ずれを演算する水平位
   置ずれ演算手段と、 前記移動距離検出手段が検出した移動距離に対応する前
   記高低差記憶手段が記憶している前記高低差と、前記初
   期深度記憶手段が記憶している前記出発地点における深
   度と、前記第１、第２の検出コイルの検出値と、前記深
   度ずれ演算手段、前記鉛直位置ずれ演算手段および前記
   水平位置ずれ演算手段の演算値とに基づいて、前記地中
   移動体の前記基準線に対する水平変位を演算する水平変
   位演算手段と、 を備えるとともに、前記水平変位演算手段は、前記検出
   コイルの前記基準線に対する水平変位をｘ、検出コイル
   の深度をＹ、前記磁界発生ケーブルの往路線と復路線と
   の前記基準線からの距離をｌとしたときに、 ｘ＝−Ｙ／ｋ｛１−√（１＋ｋ＾２〔１＋ｌ＾２／Ｙ＾
   ２〕｝）を演算することを特徴とする地中移動体の水平
   変位検出装置。 ただし、ｋ＝（Ｖ＿２−Ｖ＿１）／（Ｖ＿１＋Ｖ＿２）
   であって、Ｖ＿１は前記第１の検出コイルのに生ずる誘
   導起電力、Ｖ＿２は前記第２の検出コイルに生ずる誘導
   起電力である。