JPH0387612A - 地中掘削機の位置検出装置 - 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、地中掘削中の地中掘削機の位置を基準位置に
対する相対位置として求めることができるようにした地
中掘削機の位置検出装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来から、例えば地中掘削機を用いたシールド工法にお
けるシールド掘削機運転のための測量は、トランシット
などによる坑内測量のほかに、シールド掘削機の発進立
坑内にレーザー等のコヒーレントな光を発生させる光学
発信装置を設置して、この装置より、トンネル計画線を
照射し、シールド掘削機に取り付けたターゲット上の光
点を読み取ることによってシールド掘削機の偏位、偏角
を求めている。

あるいは、方位ジャイロと、圧力式沈下計、傾斜計及び
セグメント長さを基準とする走行距離計を組み合わせて
、基準位置からの相対的な位置を求める方法も知られて
いる。

一方海底下にトンネルを構築する場合は立坑を多く設置
できないので、地中掘削機の掘削距離を短くするため地
中掘削機を相対向して発進し、地中内でトンネルを接合
する必要があるが、そのｆｉ２台の地中掘削機の相対的
な位置を計測することはこれまでなかった。

〔発明が解決しようとする課題） 従来の位置計測手段を用いた地中掘削機にあっては以下
のような問題があった。

（１）トランシット等による坑内Ｗｉｔは、トンネルが
屈曲して掘削される場合、測定点を多く持つ必要があっ
てリアルタイムに計測できず実際的でない。

（２）レーザー光を用いる方法は、トンネル計画線が屈
曲していると、立坑からのレーザー光が、ターゲットに
照射できない場合が生じ、光学発信装置を適切な位置に
移動しなければならな〜）。

しかも、レーザー光を直接計画路線の全長に照射できな
いので、ターゲットと光学測量装置とトンネル計画線と
の位置関係をそれぞれ互い角度や距離を測定し、その結
果から計算により計画路線を求めた後に、シールド掘削
機の偏位、偏角が算出されることになる。このため、光
学発進装置の移設や、測定及び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った。

（３）ジャイロを用いた方法は、累積誤差の問題があり
、長距離掘削には向かず、また急曲線、連続曲線に対し
ても同様に不向きである。そして地中接合のように２台
の地中掘削機の位置を計測する場合はこの誤差はさらに
増大する。

本発明は上記のことにかんがみなされたもので、シール
ド形の地中掘削機の海底下地中接合に必要とされる対向
離間する２台の地中掘削機の３次元的な相対位置や、立
坑に向かって掘進する地中掘削機の上記立坑に設けた基
準位置に対する３次元的な相対位置を自動的に計測でき
ると共に、積算計測ではないので、長距離掘削を行って
も誤差が生じないようにした地中掘削機を提供すること
を目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記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に複数個の磁界発
生装置を設け、また上記地中掘削機に対向する基準とな
る位置に、この地中掘削機に向けて掘進突出されて先端
部を上記各磁界発生装置に近接させる複数個の小径のボ
ーリング装置を設けると共に、この各ボーリング装置の
先端部に、上記磁界発生装置の磁界を検知する磁界検知
装置を設け、この各磁界検知装置による検知信号及びボ
ーリング装置の掘進長さより上記基準位置に対する地中
掘削機の相対位置を算出する演算装置を設けた構成とな
っている。

〔作　用〕

地中を掘削している地中掘削機の前面に向けて基準位置
から小径の複数のボーリング装置を掘進させてこれの先
端部を上記地中掘削機の前面部に設けた磁界発生装置に
近接させる。そしてこのときの各ボーリング装置の掘進
長さから基準位置から地中掘削機までの距離がわかる。

また各ボーリング装置の先端部内に設けた磁界検知装置
にて、これに対向する地中掘削機の各磁界発生装置から
発生する磁界の強さを検知することにより、ボーリング
装置を発進させた基準位置に対する地中掘進機の中心位
置が相対的に検知される。

〔実　施　例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図中１，２はそれぞれ第１、第２の地中掘削機であり、
この両地中掘削機１．２は地中において対向する方向に
掘進し、かつ接合するように配置されている。この両地
中掘削機１．２は回転カッタ式のものであって、それぞ
れの先端に前面にカッタ（図示せず）を有するカッタド
ラムｌａ、２ａが備えられており、このカッタドラムｌ
ａ、２ａを回転しながら前進することにより、カッタに
て掘削した土砂をカッタドラムｌａ、２ａ内に取り込み
、さらに後方へ移送するようになっている。そして上記
各カッタドラムｌａ、２ａは所定の位置（原点）に回転
を停止できるようになっている。

上記両地中掘削機１，２のうちの一方である第１の地中
掘削機１の前部に、３個の圧密掘進型の小径のボーリン
グ装置３ａ、３ｂ、３ｃが、第１の地中掘削機１の軸芯
と平行方向前方へ掘進可能にして設けである。なおこの
３個のボーリング装置３ａ、３ｂ、３ｃはカッタドラム
Ｌａの後側に設けられ、原点位置に停止させた状態での
カッタドラム１ａに設けられた貫通孔（図示せず）より
前方へ掘進できるようになっている。

今、第１図において両地中掘逸機１．２の中心を通る掘
進方向をＸ１上下方向をＺ、上記Ｘ軸に直交する水平方
向をＹとすると、上記３個のボーリング装置３ａ、３ｂ
、３ｃのうち、第１のボーリング３ａはＺ方向上側へ中
心より「の位置に、また第２、第３のボーリング装置３
ａ。

３ＣはＹ方向両側にそれぞれ中心より「、−ｒの位置に
設けらている。従って第１の地中掘削機１の中心をｘＳ
ｙ、ｚ座標の原点にとると、上記各ボーリング装置３ａ
、３ｂ、３ｃのそれぞれの座標Ｂａ、Ｂｂ、Ｂｅは Ｂａ（０，０、ｒ） Ｂｂ（０、ｒｌ　０） Ｂｃ（０、−ｒ、Ｏ） である。

一方第２の地中掘削機２の前部で、かつこれの中心から
２方向上側のｒの位置と、Ｙ方向両側にそれぞれ中心よ
り「、−「の位置の３個所のそれぞれにＺ軸方向用とＹ
軸方向用の２つ１組の方形型の磁界発生装置ｉ！４ａｌ
　４ｂ、４ｃが設けである。この各磁界発生装置４ａ、
４ｂ。

４Ｃは第２の地中掘削機２のカッタドラム２ａの前面に
、あるいはカッタドラム２ａの内側に設ける。そしてこ
の各磁界発生装置４ａ、４ｂ。

４ｃの中心の上記第１の地中掘削機１の中心に対する座
標ｔａＳ　ｔｂ、、ｔｃは ｔａ　（Ｘｔａ、ＹｔａＳＺｔａ） ｔｂ　（ＸｔｂＳＹｔｂ、Ｚｔｂ） ｔｃ　（ＸｔｃＳＹｔｃＳＺｔｃ） で表わされる。

また上記ボーリンク装置３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれの
ヘッド５ａ、５ｂ、５ｃには上記第２の地中掘削２側の
各磁界発生装置４ａ、４ｂ。

４Ｃのそれぞれに対向して各磁界発生装置４ａ。

４ｂ、４ｃに対するＹ、Ｚ方向のずれｍ　（ｄｙａ　。

ｄｚａ）、（ｄ　ｙ　ｂ、　ｄ　ｚ　ｂ）、（ｄ　ｙ　
ｃ。

ｄｚｃ）を検出する磁界検知装置６ａ、６ｂ。

６ｃが内装しである。

上記各磁界検知装置６ａ、６ｂ、６ｃは第２図に示すよ
うに、それぞれＹ方向用とＺ方向用の２組の検知器７ａ
、７ｂからなっており、Ｙ方向用でＹ方向の、またＺ方
向用でＺ方向のそれぞれのずれを検出するようになって
いる。

第３図にＹ軸用の検出器７ａによるＹ方向のずれｆｆ１
ｄｙの検知の原理を示す。この検出器７ａは２個のコイ
ル７ａ１，７ａ２を所定の角度で交差した構成となって
いる。磁界発生装置の一方の方形ループケーブルがＹ軸
に平行に、かつその設置幅がＹ軸方向の中心に対して両
側にＷにして設置され、これに交流電流Ｉを流して磁界
が発生されている。この状態で検知器７ａが上記方形ル
ープケーブル８ａからＸ方向にＸの位置に近すいたとす
ると、この検知器７ａの上記Ｙ軸方向の中心からのずれ
ｆｆ１ｄｙはで表わされる。なおＶａ、Ｖｂは各コイル
８ａ。

８ｂに誘起される電圧である。

このようにしてターゲットとなる磁界発生装置４ａ、４
ｂ、４ｃに対する各磁界検知装置６ａ。

６ｂ、６ｃのＸ方向の距離と、各磁界検知装置６ａ、６
ｂ、６ｃの各コイルに誘起される電圧を知ることにより
各磁界検知装置６ａ、６ｂ。

６ｃにおけるＹ方向、Ｚ方向のずれｆｆ１ｄ　ｙ　ａ。

ｄ　ｚ　ａ、　ｄ　ｙ　ｂ、　　ｄ　ｚ　ｂ、　　ｄ　
ｙ　ｃ、　　ｄ　ｚ　ｃが算出される。

今、第１図に示すように、第１、第２の地中掘削機１，
２が互いに対向方向に掘進中にある間隔をあけて対向配
置し、両地中掘逸機１．２の双方のカッタドラム１ａ、
２ａがローリング角がゼロとなる原点位置に停止した状
態について考える。

この状態で第１の地中掘削機１から３個のボーリング装
置３ａ、３ｂ、３ｃを、それぞれの先端が第２の地中掘
削機２の前面に到達するまで掘進させる。このときのボ
ーリング装置３ａ。

３ｂ、３ｃの掘進長さＬａ５ＬｂＳＬｃを第１の地中掘
削機１側にて測定することにより知ることができる。上
記ボーリング装置３ａ、３ｂ３ｃの相手の地中掘削機へ
の到達は掘進抵抗あるいは磁界の強弱により検知する。

またこのときの各ボーリング装置３ａ、３ｂ。

３Ｃの先端部内の磁界検知装置６ａ、６ｂ、Ｂｅの磁界
発生装置４ａ、４ｂ、４ｃに対するＹ１Ｚ方向のずれＪ
ｌｄｙａ、ｄｚａ、ｄｙｂ、ｄｚｂ。

ｄｙｅ、ｄｚｃはそれぞれ上記（１）式によって算出さ
れる。

そして上記各ボーリング装置３ａ、３ｂ、３ｃの掘進長
さＬａ５Ｌｂ、Ｌｃを両地中掘削機１゜２の対向間隔と
し、また第１の地中掘削機１の中心をＸ、Ｙ、、Ｚ座標
の原点としたときの第２の地中掘削機２側の各磁界発生
装置４ａ、４ｂ。

４ｃのそれぞれの中心座標ｔａ、ｔｂ、ｔｃはｔａ（Ｘ
ｔａ、Ｙｔａ、Ｚｔａ）−（−１，ａ、−ｄｙａ、ｒ−
ｄｚａ）　　＋＋　（２）ｔｂ（Ｘｔｂ、Ｙｔｂ、Ｚｔ
ｂ）−（−Ｌｂ、ｒ−ｄｙｂ、−ｄｚｂ）−（３）ｔｃ
（Ｘｔｃ、Ｙｔｃ、Ｚｔｃ）＝（−Ｌｃ、−ｒ−ｄｙｃ
、−ｄｚｃ）　−（４）で表わされる。

上記の座標により、第２の地中掘削機２の中心座標Ｘ０
１ＹＯ１ＺＯは Ｘｏ＝　（Ｘ　ｔ　ｂ＋ｘ　ｔ　ｃ）　／２　　−　（
５）Ｙｏ−（Ｙｔｂ＋Ｙｔ　ｃ）／２　　−　（６）Ｚ
ｏ−（Ｚ　ｔ　ｂ十Ｚ　ｔ　ｃ）　／２　　−　（７）
で求められる。

一方第２の地中掘削機２のＹ軸に対する傾きをθとする
と、第４図により、 同様に、第２の地中掘削機２のＺ軸に対する傾きをψと
すると、第５図により、 でそれぞれが求められる。

第６図はこの実施例のブロック図を示すもので、第２の
地中掘削機２側の３組の磁界発生装置４ａ、４ｂ、４ｃ
は、それぞれ発振器９ａ、。

９ａ２，９ｂ、、９ｂ２，９ｃ１，９ｃ２にて一定周波
数の交流磁界を発生する。この交流磁界は第１の地中掘
削機１の前面から突出されるボーリング装Ｗ３ａ、３ｂ
、３ｃの先端部内に設けられた磁界検出装置６ａ、６ｂ
、６ｃのそれぞれの検出器７ａ、７ｂで検知され、フィ
ルタ１０ａ＋、１０ａ２，１０ｂ＋、１０ｂ２゜１０ｃ
１，１０ｃ２にて所定の交流磁界だけを選び出し、アン
プ１ｌａ１．１１ａ２．ｌｌｂ、。

１１ｂ２，１１ｃ１，１１ｃ２で信号増幅した後、これ
らの信号ｄ　ｙ　ａ、　　ｄ　ｚ　ａ、　　ｄ　ｙ　ｂ
。

ｄｚｂ、ｄｙｃ、ｄｚｃと共に、ボーリング長さ検知器
１２ａ、１２ｂ、１２ｃからの長さ信号Ｌａ、Ｌｂ、Ｌ
ｃをＡ／Ｄ変換器１３でディジタル値に変換されて演算
装置１４に入力され、ここで、上述の各演算を行い、接
合すべき両地中掘削機１，２の相対位置を表示装置１５
に出力する。

第７図は本発明の第２の実施例を示すもので、上記第１
の実施例における第１の地中掘削Ｆａ１を到達立坑１６
に置換し、この到達立坑１６の基準位置に向けて第２の
地中掘削機２を掘削させ、一方到達立坑１６の基準位置
から、上記第１の実施例の第１の地中掘削機１からと同
様にして３個のボーリング装置３ａ、３ｂ’３ｃ′を掘
進させるようになっている。

この実施例における検知作用は上記第１の実施例と全く
同じであり、到達立坑１６の基準位置に対する地中掘削
機の相対位置を知ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、シールド形の地中掘削機の海底下地中
接合に必要とされる対向離間する２台の地中掘削機の３
次元的な相対位置や、立坑に向かって掘進する地中掘削
機の上記立坑に設けた基準位置に対する３次元的な相対
位置を自動的に計測できると共に、積算計測ではないの
で、長距離掘削を行っても誤差が生じない。

【図面の簡単な説明】 第１図から第６図は本発明の第１の実施例を示すもので
、第１図は全体の構成説明図、第２図は要部の構成説明
図、第３図は位置ずれ量の検知手段の原理の説明図、第
４図、第５図はＹ軸とＺ軸に対する傾きを算出するため
の説明図、第６図はブロック図である。第７図は本発明
の第２の実施例を示す構成説明図である。 １．２は地中掘削機、３ｇ、３ｂ、３ｃはボーリング装
置、４ａ、４ｂ、４ｃは磁界発生装置、６ａ、６ｂ、６
ｃは磁界検出装置、１４は演算装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　地中掘削機の先端部に複数個の磁界発生装置を設け、
   また上記地中掘削機に対向する基準となる位置に、この
   地中掘削機に向けて掘進突出されて先端部を上記各磁界
   発生装置に近接させる複数個の小径のボーリング装置を
   設けると共に、この各ボーリング装置の先端部に、上記
   磁界発生装置の磁界を検知する磁界検知装置を設け、こ
   の各磁界検知装置による検知信号及びボーリング装置の
   掘進長さより上記基準位置に対する地中掘削機の相対位
   位置を算出する演算装置を設けたことを特徴とする地中
   掘削機の位置検出装置。