JPH10267655A

JPH10267655A - 掘削推進機の位置探査装置及び位置探査方法

Info

Publication number: JPH10267655A
Application number: JP7564097A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hosaka; 寛保坂; Kunio Hoshitani; 邦夫星谷; Kazuhiko Takahashi; 和彦高橋; Masao Nosaka; 正雄野坂
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; Takachiho Sangyo KK
Current assignee: Takachiho Sangyo KK; NTT Inc
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 1998-10-09
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: JP2866078B2

Abstract

(57)【要約】【課題】地中における掘削推進機の位置と方位角とを
簡単に且つ高精度に探査することを課題とする。【解決手段】地中掘削推進方向に直角に且つ水平にな
るように掘削推進機内に設けられた磁界発生用コイルよ
り発生する交流磁界を複数のコイルにより検出し、各コ
イルの発生電圧に基づいて前記掘削推進機の位置と方位
角とを探査する掘削推進機の位置探査装置において、前
記複数のコイルとして、同一鉛直上に水平且つ平行に配
置された第１のコイル及び第２のコイルと、鉛直に配置
された第３のコイルと、水平に配置された第４のコイル
とを備えることである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバケ−ブ
ルや下水管を埋設するために地中を掘り進む掘削推進機
の水平位置、深さ、及び方位角を測定する位置探査装置
及び位置探査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ファイバケ−ブルや下水管等の
地下敷設工事では掘削推進機を用いた非開削工法が主流
となっている。これは、道路の地下に光ファイバケ−ブ
ルや下水管等を敷設する場合、開削工法では道路の交通
を遮断する必要が生じるが、非開削工法では道路の交通
を遮断する必要が殆どないためである。従来、一般的に
用いられる掘削推進機は、図２２に示すように方向制御
用のヘッド５１を備えた先端装置５２、立て坑５３に固
定した元押し装置５４、先端装置５２と元押し装置５４
を繋ぐ鉄製中空管から成る推進管５５を備え、元押し装
置５４で推進管５５を地中に押し込むことにより管路を
形成している。一方、地上側には目的掘削経路を示す計
画線Ｌが張られている。

【０００３】掘削推進機を計画線Ｌに沿って推進させる
ためには先端装置５２の位置とともに方向（方位角）を
知る必要がある。例えば、図２４に示すように先端装置
５２の位置が計画線Ｌと一致していても、計画線Ｌと平
行でない場合は点線で示すようにヘッド５１を傾けて推
進方向を変える必要がある。

【０００４】上記掘削推進機の先端装置５２の位置と方
向は次のように測定される。まず、計画線Ｌに沿った位
置は元押し装置５４の押し出し量から求める。次に計画
線Ｌに対して直角な水平方向位置を電磁誘導法により測
定する。上記電磁誘導法により計画線Ｌに直角な水平方
向位置を測定するため、図２２、及び図２２のＡ−Ａ断
面を示した図２３に示すように先端装置５２内に水平か
つ長手方向に直角に置かれたコイルＡ、地上に水平に置
かれたコイルＢ，Ｃ、及び鉛直に置かれたコイルＤとを
備えている。尚、コイルＡに交流磁界を発生させるため
にコイルＡに交流電源から電流が通電される。

【０００５】以上のような測定構成において、コイルＡ
に交流磁界を発生させ、その強度をまずコイルＤで測定
する。コイルＡの直上では、その発生磁界は水平である
からコイルＤを計画線Ｌに直角にコイルＡの直上まで移
動させると、コイルＤの発生電圧はゼロとなるため先端
装置５２の水平位置を知ることができる。

【０００６】次に、先端装置５２の地表からの深さ位置
は、コイルＡの直上位置で、コイルＢ、コイルＣの発生
電圧を測定して求める。即ち、コイルＡの発生磁界は距
離によって変化するからコイルＢとコイルＣの発生電圧
の比に基づいてコイルＡの深さを知り、先端装置５２の
深さを知ることができる。また、掘削推進機の鉛直面内
の角度（ロ−ル角とピッチ角）は、先端装置５２内に備
えた傾斜計５６からロ−ル角とピッチ角とに応じた信号
を出力させることにより測定している。

【０００７】次に、水平面内の角度（方位角）は、上記
電磁誘導法により得られた水平位置の２点間を直線で結
び、その直線と計画線Ｌとのなす角から推定している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の掘削推進機
は、先端装置５２の３次元的な位置と、鉛直面内のロ−
ル角、ピッチ角を直接的に測定することができるが、水
平面内の角度（方位角）は、電磁誘導法により得られた
水平位置の２点間を直線で結び、その直線と計画線Ｌと
のなす角から推定するという間接的な測定手段をしなけ
ればならない。しかしながら、掘削推進機は、一般に交
通の頻繁な道路で使用されることが多いため先端装置５
２の道路上での位置探査時間が長くなると交通の障害に
なることがある。このため、先端装置５２の道路上での
位置探査は連続的にはなされずに散発的に行うことが多
く、このため方位角の推定誤差が大きくなり、掘削推進
機の位置制御を高精度に行うことが困難であるという問
題がある。尚、先端装置５２の方位角を測定する手段と
して、先端装置５２にジャイロを搭載する手段もある
が、装置の構成が複雑で高価になるという問題がある。

【０００９】そこで本発明では、掘削推進機の位置と方
位角とを容易に且つ高精度に測定可能な掘削推進機の位
置探査装置及び位置探査方法を提供することを解決すべ
き課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、地中
掘削推進方向に直角に且つ水平になるように掘削推進機
内に設けられた磁界発生用コイルより発生する交流磁界
を複数のコイルにより検出し、各コイルの発生電圧に基
づいて前記掘削推進機の位置と方位角とを探査する掘削
推進機の位置探査装置において、前記複数のコイルとし
て、同一鉛直線上に水平且つ平行に配置された第１のコ
イル及び第２のコイルと、鉛直に配置された第３のコイ
ルと、水平に配置された第４のコイルとを備えることで
ある。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１に記載の掘削
推進機の位置探査装置において、第４のコイルを第１の
コイル及び第２のコイルに対して直角に配置することで
ある。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１又は請求項２
に記載の掘削推進機の位置探査装置において、第１のコ
イルと第２のコイルの発生電圧の比に基づいて磁界発生
用コイルの深さ位置を検出し表示する手段を備えること
である。

【００１３】請求項４の発明は、請求項１〜請求項３の
いずれか１項に記載の掘削推進機の位置探査装置におい
て、第３のコイル又は第４のコイルの発生電圧が最小に
なったことを検出し表示する手段を設けることである。

【００１４】請求項５の発明は、請求項１〜請求項４の
いずれか１項に記載の掘削推進機の位置探査装置におい
て、第３のコイル及び第４のコイルとして水平と垂直に
移動可能なコイルを備えることである。

【００１５】請求項６の発明は、請求項１〜請求項５の
いずれか１項に記載の掘削推進機の位置探査装置におい
て、第１のコイル及び第２のコイルのうち、磁界発生用
コイルに近い方のコイルの発生電圧を基準信号として、
第１のコイル、第２のコイル、第３のコイル、及び第４
のコイルの発生電圧を位相検波する手段と、前記位相検
波した電圧を平均化する手段とを備え、平均化した各電
圧を各コイルの発生電圧として用いることである。

【００１６】請求項７の発明は、請求項１〜請求項６の
いずれか１項に記載の掘削推進機の位置探査装置におい
て、第１のコイル又は第２のコイルの発生電圧と第３の
コイル又は第４のコイルの発生電圧の符号の一致又は不
一致を表す手段を備えることである。

【００１７】請求項８の発明は、請求項１〜請求項７の
いずれか１項に記載の掘削推進機の位置探査装置におい
て、第４のコイルの中心軸を含む鉛直面内にビ−ム光を
照射する手段を備えることである。

【００１８】請求項９の発明は、請求項１〜請求項８の
いずれか１項に記載の掘削推進機の位置探査装置におい
て、地表に表示された基準線との角度を認識するための
計測手段を設けることである。

【００１９】請求項１０の発明は、請求項１〜請求項９
のいずれか１項に記載の掘削推進機の位置探査装置にお
いて、第１のコイル、第２のコイル、第３のコイル、第
４のコイルは水平面内で回転可能な筐体に設けられ、そ
の筐体には回転角度を認識するための目盛りを設け、第
１、第２、第３のコイルは中心が回転軸に一致するよう
に設置され、第４のコイルはその軸線が回転中心を通る
か、または、軸線に直角で中心を通る直線が回転中心を
通るように配置することである。

【００２０】請求項１１の発明は、地中掘削推進方向に
直角に且つ水平になるように掘削推進機内に設けられた
磁界発生用コイルより発生する交流磁界を複数のコイル
により検出し、各コイルの発生電圧に基づいて前記掘削
推進機の位置と方位角とを探査する掘削推進機の位置探
査方法であって、鉛直に配置された第３のコイルを前記
磁界発生用コイルの上で水平に移動させ、この第３のコ
イルの発生電圧が最小となる磁界発生用コイルの水平位
置を探査する水平位置探査行程と、磁界発生用コイルの
水平位置において水平に配置された第４のコイルを水平
面上で回転させ、この第４のコイルの発生電圧が最小と
なる磁界発生用コイルの方位角を探査する方位角探査行
程と、同一鉛直線上に水平且つ平行に配置された第１の
コイル及び第２のコイルを前記磁界発生用コイルの水平
位置において前記磁界発生用コイルの方位角に平行に配
置し、第１のコイル及び第２のコイルの発生電圧の比か
ら前記磁界発生用コイルの深さを探査する深さ探査行程
とを有することである。

【００２１】請求項１２の発明は、請求項１１に記載の
掘削推進機の位置探査方法において、前記第１のコイ
ル、第２のコイル、第３のコイル、及び第４のコイルの
発生電圧を位相検波したあと平均化することである。

【００２２】次に、請求項１〜請求項４及び請求項１１
の発明の作用を図１を参照しながら説明する。図１に示
すように座標原点を磁界発生用コイルＣ０の中心とし、
鉛直上方向をｚ軸、磁界発生用コイルＣ０の中心軸方向
をｙ軸、これらに直角な方向をｘ軸とする。磁界発生用
コイルＣ０のｘ軸方向位置は掘削推進機の掘進距離に等
しく既知であるため、本発明によりｙ軸方向位置及びｚ
軸方向位置を測定する。磁界発生用コイルＣ０に交流電
流を通電し、交流磁界を発生させる。磁界発生用コイル
Ｃ０は水平（ｙ軸方向）に設置されているから、その発
生磁界は磁界発生用コイルＣ０の直上で水平（ｙ軸方
向）となる。次に、第３のコイルＣ３を地表上を移動さ
せて第３のコイルＣ３の発生電圧が最小となる位置を求
める。第３のコイルＣ３は鉛直であるから鉛直方向の磁
界成分に比例した誘導電圧を発生する。従って、第３の
コイルＣ０の発生電圧の最小の点は、磁界発生用コイル
Ｃ０の直上位置であり、これより磁界発生用コイルＣ０
の水平位置（ｙ＝０の位置）を知ることができる。この
時点では、磁界発生用コイルＣ０の方位角が未知である
からｙ方向も未知である。従って第３のコイルＣ３を厳
密にｙ軸方向に移動することはできない。しかし磁界発
生用コイルＣ０の作る磁界はｙ＝０の平面内でのみｚ軸
方向成分がゼロであるから、第３のコイルＣ３をｘ軸方
向に移動しなければｙ＝０の位置を知ることができる。
掘削推進機の場合は、地上の計画線により磁界発生用コ
イルＣ０のおよその方位角を知ることができるから、例
えば計画線に直角方向に第３のコイルＣ３を移動すれば
よい。次に、上で求めたｘ＝ｙ＝０の位置において、第
４のコイルＣ４の方位角を種々変化させて、その発生電
圧が最小となる角度を求める。磁界発生用コイルＣ０の
発生磁界は、ｘ＝ｙ＝０の位置ではｙ軸方向を向くか
ら、第４のコイルＣ４がｘ軸方向のとき発生電圧は最小
となる。以上のような測定により磁界発生用コイルＣ０
の方位角（ｙ軸の方向）を知ることができる。尚、第３
のコイルの発生電圧が最小電圧に達した瞬間にブザ−等
が鳴動すれば、磁界発生用コイルの水平位置の認知が容
易になる。この最小電圧の表示は、例えばランプが点灯
してもよい。第４のコイルに対しても、第４のコイルの
発生電圧が最小電圧に達した瞬間を表示すれば、磁界発
生用コイルの方位角の認知が容易になる。上記最小電圧
の判定方法として、第１のコイルの発生電圧に対して、
第３のコイル、第４のコイルの発生電圧が十分小さくな
ったとき、例えば１／１００になったときとすればよ
い。次に、ｘ＝ｙ＝０の位置において、磁界発生用コイ
ルＣ０と平行（ｙ軸方向）になるように第１のコイルＣ
１と第２のコイルＣ２を固定する。磁界発生用コイルＣ
０の発生磁界の強さはｚ軸方向の距離によって変わるか
ら第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２の磁界強度比、
即ち第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２の発生電圧か
ら、磁界発生用コイルＣ０の深さ（ｚ＝０の位置）を知
ることができる。通常、磁界発生用コイルＣ０の長さは
１０ｃｍ程度、磁界発生用コイルＣ０から地表までの距
離は３ｍ程度であり、磁界発生用コイルＣ０の深さが磁
界発生用コイルＣ０の長さに比較して十分大きい。この
とき磁界発生用コイルＣ０が地上に作る磁界は磁気双極
子によるものと見なすことができ、ｚ軸上の磁界強度
は、磁界発生用コイルＣ０の中心からの距離の３乗に反
比例する。そこで、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ
２の発生電圧Ｖ１，Ｖ２の比をとれば、Ｖ２／Ｖ１＝Ｒ³／（Ｒ＋ｒ）³・・・・・・（１）ここで、Ｒは第１のコイルＣ１と磁界発生用コイルＣ０
の距離、ｒは第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２の距
離である。従って、Ｖ１，Ｖ２，ｒを測定し、式（１）
に代入すればＲを知ることができる。以上のように、請
求項１〜４、請求項１１の発明によれば、磁界発生用コ
イルＣ０の水平位置、方位角、及び深さを知ることがで
きる。

【００２３】次に、請求項５の発明の作用について説明
する。前記各発明によれば、第３と第４のコイルの差異
は、コイルの向きである。そこで、第３又は第４のコイ
ルを回転して姿勢を変化させれば、単一のコイルと信号
処理回路で磁界発生用コイルの水平位置と方位角の両者
を探査することができる。そのため、第３のコイルと第
４のコイルを一つにすることができ、コイルの数を減ら
すことができて回路を簡略化することができる。

【００２４】次に、請求項６、請求項１２の発明の作用
について説明する。前記請求項１、請求項１１の発明で
は、第１〜第４のコイルの発生電圧から磁界発生用コイ
ルの水平位置、方位角、及び深さを求めている。しかし
ながら、実際の掘削工事現場では電力線や車両等から多
くの電磁ノイズが飛来するため、単純に第１〜第４のコ
イルの発生電圧を測定すると誤差が生じる。特に磁界発
生用コイルの水平位置及び方位角の測定では、第３のコ
イル又は第４のコイルの発生電圧が最小となる位置を求
めているため電磁ノイズが飛来すると大きな誤差が生じ
る。なぜならば、例えば第３のコイルが磁界発生用コイ
ルの直上にあるとき、第３のコイルの発生電圧はゼロの
ため信号対ノイズ比はゼロとなってしまう。請求項６と
請求項１２の発明は、上記ノイズの影響を低減するもの
で、以下その説明をする。説明の都合上、第１のコイル
と第２のコイルのうち、磁界発生用コイルに近い方のコ
イルを第１のコイルとする。このとき、第１〜第４のコ
イルのうち、磁界発生用コイルの発生磁界により最も大
きな電圧を発生するのは磁界発生用コイルに平行で、か
つ近くにある第１のコイルである。従って第１のコイル
の発生電圧は全コイルの中で飛来ノイズの影響を最も受
けにくい。そこで、第１のコイルの発生電圧を基準信号
として第１〜第４のコイルの発生電圧を位相検波する。
位相検波とは、基準信号の符号が正のときは正、負のと
きは負の信号を発生し、これを被検波信号に掛け合わせ
る信号処理方法である。位相検波された信号を時間平均
すると、被検波信号のうち、基準信号と同一周波数で同
一位相の成分に比例した大きさの直流信号が得られる。
基準信号と異なる周波数の信号成分や、同一周波数でも
位相が９０度異なる信号成分は除去される。尚、基準信
号と位相が１８０度異なる信号は、同一位相で符号が負
の信号とみなす。磁界発生用コイルの発生磁界により、
第１〜第４のコイルに誘導される電圧はすべて同一周波
数、同一位相である。一方、飛来ノイズによる誘導電圧
は種々の周波数と位相成分をもち、磁界発生用コイルと
同一周波数、同一位相の成分は極めて少ない。従って最
も飛来ノイズの影響が小さい第１のコイルの発生電圧を
基準信号として、第１〜第４のコイルの発生電圧を位相
検波し、平均化すれば、磁界発生用コイルの発生磁界に
よる電圧成分のみを得ることができる。この結果、請求
項１、請求項１１の発明に比較して磁界発生用コイルの
位置や方位角の探査精度を高めることができる。

【００２５】次に、請求項７の発明の作用について説明
する。前述の請求項１の発明では、磁界発生用コイルの
水平位置を求める場合、第３のコイルをｙ軸方向に移動
し、その発生電圧が最小になる位置を求めている。この
場合、現在の位置がｙ＝０の位置に対してどちら側にず
れているかが分かれば発生電圧最小位置の探査が容易に
なる。第３のコイルの中心軸方向の磁界は、図２に示す
ように、ｙ＜０と、ｙ＞０とで方向が反転するため、第
３のコイルＣ３の発生電圧の符号が反転する。一方、第
１のコイルＣ１、第２のコイルＣ２の発生電圧はｙの正
負によって正負の符号が反転しない。従って、第１のコ
イルＣ１又は第２のコイルＣ２の発生電圧の符号と、第
３のコイルＣ３の発生電圧の符号が一致するか否かを測
定すれば、第３のコイルＣ３がｙ＝０の位置に対してど
ちら側にずれているかを知ることができる。第４のコイ
ルＣ４の中心軸方向の磁界は、図３（平面図）、図４
（正面図）に示すように、ｘ軸となす角が正か負かによ
り方向が反転するため、第４のコイルＣ４の発生電圧の
正負が反転する。一方、第１のコイルＣ１、第２のコイ
ルＣ２の発生電圧はｙの正負によって符号が反転しな
い。従って、第１のコイルＣ１又は第２のコイルＣ２の
発生電圧の符号と、第４のコイルＣ４の発生電圧の符号
からｘ軸に対して第４のコイルＣ４がどちらにずれてい
るかを知ることができる。尚、請求項７の発明の場合、
処理信号（位相検波と平均化を施した信号）の符号は、
第１のコイルＣ１の発生電圧と第３のコイルＣ３又は第
４のコイルＣ４の発生電圧の符号の一致／反転に対応す
る。従って、請求項７の発明に対しては処理信号の符号
から第３のコイルＣ３、第４のコイルＣ４のずれ方向を
知ることができる。

【００２６】次に、請求項８の発明の作用について説明
する。前記請求項１の発明では、第４のコイルは、その
発生電圧が最小のとき、磁界発生用コイルの直交方向と
なる。そこで、第４のコイルと同一鉛直面内でレ−ザ光
等のビ−ム光を発射すれば、単に第４のコイルを用いる
よりも明瞭に磁界発生用コイルの方向が表示される。更
に、磁界発生用コイルが掘削推進機の推進方向と直角に
配置されているから、第４のコイル即ちレ−ザ光は掘削
推進機の推進方向を示すことになる。そこで例えば、レ
−ザ光が第４のコイル位置よりも１メ−トル前方で地表
に照射されるようになっておれば、これは掘削推進機が
現在の方位角で１メ−トル前進したときの位置を表示す
ることになる。これをもとに、掘削推進機の推進方向を
補正して正確に目標位置に到達することが可能になる。

【００２７】次に、請求項９の発明の作用について説明
する。通常、掘削作業では、目標掘削位置を示す基準線
（計画線）が地表に表示されている。この基準線と掘削
推進機のなす角を定量的に知ることができれば、例え
ば、過去の角度デ−タを用いて位置決め精度を向上させ
ることができる。一般に、掘削推進機のヘッドを傾ける
と先端装置の角度が変わるが、両者の関係は地盤によっ
て変化する。一方、定量的な角度デ−タがあれば、先端
装置角度とヘッド角度との関係を得ることができ、その
関係デ−タに基づいて所望の先端装置角度を得るための
ヘッド角度を知ることができる。角度を測定する手段と
して、例えば第４のコイルにジャイロを固定する方法が
ある。まず、ｘ＝ｙ＝０において、第４のコイル即ちジ
ャイロをｘ軸の方向に向ける。次に、ジャイロを基準線
の位置に移動させ、ジャイロの方位角を基準線に一致さ
せ、この間にジャイロが回転した角度を読み取る。この
ようにすれば、掘削推進機と基準線の成す角を知ること
ができる。ジャイロを用いれば、本発明によらず、直
接、先端装置の角度を求めることもできる。しかし、本
発明では、ジャイロの計測時間が短いため、ジャイロは
低精度、安価なものを用いることができるという利点が
ある。ジャイロの計測誤差は一般に計測時間に比例す
る。先端装置にジャイロを搭載して方位角を測定する場
合には、全工期（通例、数週間）が計測時間となる。一
方、本発明ではジャイロをｘ軸方向から基準線の方向に
回転させる時間（数秒程度）が計測時間となる。このた
め本発明では低精度なジャイロを用いても、ほとんど誤
差が発生しない。

【００２８】請求項１０の発明の作用について説明す
る。前述の請求項の発明において、磁界発生用コイルの
深さを正確に測定するには、第１、第２のコイルは磁界
発生用コイルの直上に位置し、且つ磁界発生用コイルと
平行にする必要がある。また、磁界発生用コイルの方位
角を正確に測定するには、第４のコイルを、磁界発生用
コイルの発生磁界がｘ軸に直角な点に配置する必要があ
る。この発明によれば上記条件が自動的に満足されるた
め、以下、その説明をする。まず、請求項１、請求項１
１の発明の作用に基づいて第３のコイルをｘ＝ｙ＝０に
位置させる。第３のコイルは回転中心に配置されている
から、回転中心もｘ＝ｙ＝０となる。次に、第４のコイ
ルにより磁界発生用コイルの直交方向を検出する。図５
〜図７は磁界発生用コイルＣ０の発生磁界の水平成分を
示す。同図に示すように磁界発生用コイルＣ０の発生磁
界がｘ軸に直角となるのは、ｘ軸及びｙ軸上である。従
って第４のコイルＣ４は、ｘ軸上かｙ軸上に位置しなけ
ればならない。本発明では、第４のコイルＣ４は、その
軸が回転中心を通るか、又はその軸に直角で中心を通る
直線が回転中心を通るように配置されている。前者の場
合、図６に示すように第４のコイルＣ４が動き、第４の
コイルＣ４が磁界発生用コイルＣ０の発生磁界に直交す
るのはｘ軸上となる。また、後者の場合、図７に示すよ
うに第４のコイルＣ４が動き、第４のコイルＣ４が磁界
発生用コイルＣ０の発生磁界に直交するのはｙ軸上とな
る。即ち、本発明によれば、第４のコイルＣ４が磁界発
生用コイルＣ０の直上になくても、磁界発生用コイルＣ
０の直角方向を正確に知ることができる。最後に、第
１、第２のコイルにより、磁界発生用コイルの深さを測
定する。第４のコイルで磁界発生用コイルの方位角を求
める際、第１、第２のコイルも回転するが、第１、第２
のコイルは回転中心に配置されているから、回転しても
常に磁界発生用コイルの直上に位置する。更に、第１、
第２のコイルは第４のコイルと一体となって回転するか
ら、初めに第１、第２のコイルと第４のコイルを直交さ
せておけば、第４のコイルと磁界発生用コイルが直交す
るとき、第１、第２のコイルと磁界発生用コイルの平行
は自動的に成立する。以上の作用により磁界発生用コイ
ルの方位角と深さの正確な測定に必要な第１、第２、第
４のコイルの配置が自動的に満足される。尚、この発明
では、回転部と地上の基準線との成す角度を測定できる
ようになっている。第４のコイルは回転部に固定されて
いるから第４のコイルと基準線との成す角度を知ること
ができるため、磁界発生用コイルと基準線との成す角度
を知ることができる。回転部と基準線との成す角度を測
定する手段としては、例えば装置全体を地上に固定可能
な固定部と、その上で回転可能な回転部とに分け、基準
線と固定部が一定の角度を成し、また固定部と回転部と
の成す角度を分度器で測定できるようになっていればよ
い。固定部と回転部との成す角度は、ポテンショメ−タ
やエンコ−ダ等の電気的な手段で測定してもよい。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら説明する。図８は、第１の実施の形態の
掘削推進機の位置探査装置の全体的な構成を示した一部
断面図であり、図９は図８のＡ−Ａ断面図である。図
８、図９に示すように、掘削推進機１は、方向制御用の
ヘッド２を有する先端装置３と、立て坑４に固定した元
押し装置５とを備え、先端装置３にて地面の中を堀り進
み、そのあとに多数の鉄製中空管から成る推進管６を接
続して地下に管路を形成するものである。先端装置３
は、内部に磁界発生用コイル（以下単にコイルと記載す
る）Ｃ０と交流電源８とを備えており、コイルＣ０は軸
受９により鉛直面内で回転自由に支持され、自重により
常に水平を保つようになっている。

【００３０】地上には掘削計画経路を示す計画線Ｌが引
いてある。また、移動自由な位置探査装置１０が設置さ
れており、位置探査装置１０は、センサ部１１、回転台
１２及び信号処理部１３から構成されている。

【００３１】図１０、図１１、及び図１２は、センサ部
１１と回転台１２の正面図、側面図及び平面図である。
図１０、図１１、及び図１２に示すようにセンサ部１１
内には、第１のコイルＣ１、第２のコイルＣ２、及び第
３のコイルＣ３が配置されている。このうち、第１のコ
イルＣ１及び第２のコイルＣ２は水平で互いに平行であ
る。また、第３のコイルＣ３は水平軸１４回りに回転可
能であり、回転することにより第１のコイルＣ１及び第
２のコイルＣ２と直交する水平姿勢（点線で示した状
態）、及び鉛直姿勢（実線で示した状態）をとることが
できる。尚、この実施の形態では、第３のコイルＣ３は
第１のコイルＣ１及び第２のコイルＣ２と直交する水平
姿勢（点線で示した状態）では、特許請求の範囲の欄に
記載した第４のコイルの役目をする。センサ部１１の前
面には、鉛直面内で自由に角度を変えることが可能なレ
−ザポインタ１５が設けられており、レ−ザポインタ１
５の角度を調整することにより地表面の特定位置にレ−
ザを照射することができる。

【００３２】回転台１２は、固定部１２Ａと回転部１２
Ｂから成り、回転部１２Ｂは鉛直軸回りに自由に回転で
きるようになっている。回転部１２Ｂは、外縁部に目盛
板１６が固定されており、固定部１２Ａとの角度が分か
るようになっている。固定部１２Ａは、外縁に複数のマ
−ク１７が付けられており、常に計画線Ｌと同じ角度で
設置できるようになっている。センサ部１１の下面には
角柱１８が固定されており、回転台１２の上部中心に明
けられた角穴に着脱できるようになっているため、セン
サ部１１と回転台１２は着脱自在になっている。

【００３３】図１３は、前記信号処理部１３の構成を示
したブロック図である。図１３に示すように信号処理部
１３の位相検波回路２１，２２，２３には前記第１のコ
イルＣ１、第２のコイルＣ２、及び第３のコイルＣ３が
接続されている。位相検波回路２１，２２，２３は第１
のコイルＣ１の発生電圧を基準信号として、第１のコイ
ルＣ１、第２のコイルＣ２及び第３のコイルＣ３の発生
電圧を位相検波する。上記位相検波回路２１，２２，２
３による位相検波とは、基準信号の符号が正のときは
正、負のときは負の信号を発生して、これを被検波信号
に掛け合わせる信号処理方法である。位相検波された信
号を時間平均すると、被検波信号のうち基準信号と同一
周波数で同一位相の成分に比例した大きさの直流信号が
得られる。そのため、基準信号と異なる周波数の信号成
分や、同一周波数でも位相が９０度異なる信号成分は除
去される。尚、基準信号と位相が１８０度異なる信号は
同一位相で符号が負の信号とみなす。

【００３４】位相検波回路２１，２２，２３から出力さ
れた位相検波信号は、平均化回路２４，２５，２６で平
均化される。第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２の平
均化信号Ｖ１，Ｖ２は割り算回路２７に入力され、割り
算回路２７でＶ２／Ｖ１の割り算が実行されたあと、そ
の割り算信号が深さ計算回路２９に入力される。深さ計
算回路２９では、前記式（１）に従ってコイルＣ０の深
さを演算したうえ深さ表示器３３でそれを表示する。

【００３５】また、第１のコイルＣ１と第３のコイルＣ
３の平均化信号Ｖ１，Ｖ３は割り算回路２８においてＶ
３／Ｖ１の割り算が実行されたあと、その割り算値が電
圧表示器３４で表示される。また、上記Ｖ３／Ｖ１の割
り算値が符号判定回路３０に入力されると符号判定回路
３０で割り算値の符号が判定され、その符号に応じて第
１のランプ３７あるいは第２のランプ３８を点灯させ
る。

【００３６】割り算回路２８におけるＶ３／Ｖ１の割り
算値がレベル判定回路３１に入力され、レベル判定され
たときに、例えばＶ３／Ｖ１が１／１００以下になると
第１のブザ−３５を鳴動させる。また、割り算回路２８
におけるＶ３／Ｖ１の割り算値が電圧・周波数変換回路
３２に入力されると、電圧・周波数変換回路３２は入力
信号の絶対値に比例して周期が変化する断続音を第２の
ブザ−３６で発生させる。

【００３７】掘削推進機１の水平位置のうち、推進方向
の位置（計画線Ｌに沿った推進距離）は、元押し装置５
で押し出した推進管６の長さから正確に知ることができ
る。従って位置探査装置１０では、掘削推進機１の計画
線Ｌに直角方向の水平位置、方位角、深さを測定する。
以下、これらの測定方法について説明する。

【００３８】最初、掘削推進機１内のコイルＣ０に交流
電源８から交流電圧を加える。その結果、コイルＣ０は
交流磁界を発生するとともに、地上の第１のコイルＣ
１、第２のコイルＣ２、及び第３のコイルＣ３に誘導電
圧を発生させる。

【００３９】次に、第３のコイルＣ３を鉛直にする。次
に、計画線Ｌ上を推進距離だけ進んだ位置において、計
画線Ｌに直角な方向に位置探査装置１０を動かし、前記
電圧表示器３４で表示される電圧が最小となる位置、即
ち第３のコイルＣ３の発生電圧が最小となる位置を探査
する。尚、計画線Ｌと第１のコイルＣ１とが、ほぼ直角
になるようにセンサ部１１の方位角を設定する。このと
き、第１のコイルＣ１とコイルＣ０はほぼ平行になる。
第３のコイルＣ３は鉛直であるから、コイルＣ０の直上
で発生電圧が最小となる。第３のコイルＣ３がコイルＣ
０の軸方向中心に対してどちら側に位置するかによって
発生電圧の符号が変化するから、前記第１のランプ３
７、第２のランプ３８の点灯によって、作業者は、第３
のコイルＣ３がコイルＣ０の軸方向中心に対して、どち
ら側に位置するかを知ることができる。また、第３のコ
イルＣ３の発生電圧はコイルＣ０の直上に近いほど小さ
いから前記第２のブザ−３６によって、およその距離を
知ることができる。更に、第３のコイルＣ３の発生電圧
が最小（所定値以下）になった瞬間に前記第１のブザ−
３５が鳴動するから、コイルＣ０の直上位置を知ること
ができる。

【００４０】通常の掘削推進機では、コイルＣ０の長さ
は１０ｃｍ程度、地表からの深さは３ｍ程度である。従
ってコイルＣ０が地表に作る磁界は、磁気双極子が作る
磁界と見なすことができる。従って、例えば前回の深さ
測定によって現在のおよその深さＤが分かっていれば、
前記電圧表示器３４における前記Ｖ３／Ｖ１の値により
コイルＣ０の直上からの水平距離ｙは、ｙ＝ＤＶ３／Ｖ１によって推定することができる。上記測定手段を用いれ
ば、正確な直上位置の探査が容易になる。また、前記Ｖ
３／Ｖ１は深さと水平距離だけで決まり、コイルＣ０の
発生磁界の強弱等に影響されない。このため、先端装置
３内の交流電源８の出力変動の影響等を排除することが
できる。例えば、レベル判定回路３１は、前記Ｖ３／Ｖ
１が１／１００以下のとき第１のブザ−３５を鳴動させ
るようになっており、深さＤが３ｍであれば、第１のブ
ザ−３５はコイルＣ０の直上からの水平距離ｙが１ｃｍ
以下で鳴動する。

【００４１】次に、回転台１２の固定部１２Ａのマ−ク
１７が計画線Ｌに平行になるように固定部１２Ａの向き
を設定し、さらに、上記手段で測定したコイルＣ０の直
上に回転中心を移動する。第３のコイルＣ３が鉛直のと
き、第３のコイルＣ３の中心軸と回転台１２の回転中心
は少し離れているから、ずれ分だけ平行移動する必要が
ある。

【００４２】次に、第３のコイルＣ３を水平にした状態
でセンサ部１１を回転させることにより、第３のコイル
Ｃ３の発生電圧が最小となる方位角を求める。尚、第３
のコイルＣ３の発生電圧が最小となることは前記電圧表
示器３４の表示値で知ることができる。

【００４３】上記第３のコイルＣ３は水平であるから、
コイルＣ０と直角となる方向で第３のコイルＣ３の発生
電圧は最小となる。そして、前記第１のランプ３７、第
２のランプ３８の点灯によって、作業者は、第３のコイ
ルＣ３のずれ方向を知り、第２のブザ−３６の音によっ
ておよそのずれ角を、第１のブザ−３５の鳴動によって
コイルＣ０と直角になったことを知ることができる。

【００４４】上記第３のコイルＣ３がコイルＣ０の直角
方向に対して微小な角θだけ傾いているとき、第１のコ
イルＣ１の発生電圧と第３のコイルＣ３の発生電圧の比
は、ほぼθとなる。従って前記電圧表示器３４の表示値
で、第３のコイルＣ３のおよそのずれ角を知ることがで
きる。

【００４５】次に、前記目盛り板１６を読み取ることに
より、コイルＣ０と計画線Ｌとの成す角度を知ることが
できる。次に、前記レ−ザポインタ１５を点灯させる。
レ−ザポインタ１５は、例えば１ｍ前方の地表にレ−ザ
が照射されるように角度が設定されている。このとき、
レ−ザ照射点は、掘削推進機１が１ｍ進んだときのおよ
その位置を示すことになる。尚、レ−ザポインタ１５は
上下方向の角度が可変に構成されているから任意の距離
進んだときの位置を照射することができる。

【００４６】最後に、第１のコイルＣ１、第２のコイル
Ｃ２の発生電圧から計算されたコイルＣ０の深さを前記
深さ表示器３３で読み取る。以上のようにコイルＣ０の
水平位置、方位角、深さを知り、更に将来の掘削位置を
知ることができる。測定終了後、回転台１２をセンサ部
１１から外し、第３のコイルＣ３とレ−ザポインタ１５
を鉛直にすれば、センサ部１１は平板状になる。このた
め、位置探査装置１０は、収納や運搬が容易である。

【００４７】次に、第２の実施の形態について説明す
る。図１４は、前記位置探査装置１０の一部を変えた第
２の実施の形態の位置探査装置１０Ａの正面図であり、
図１５はその側面図である。図１４に示すように、セン
サ部１１に切り欠き１１Ａがあり、第３のコイルＣ３が
鉛直となったときに、第３のコイルＣ３が回転部１２Ｂ
の回転中心の直上に位置するようになっている。また、
第３のコイルＣ３が水平になったとき、その中心軸は回
転中心を通り、第１のコイルＣ１と第２のコイルＣ２は
その中心が上記回転中心に一致している。従って、前記
第１の実施の形態では、第３のコイルＣ３によりコイル
Ｃ０の水平位置を計測したあと、回転部１２Ｂの回転中
心を第３のコイルＣ３の位置に移動する作業が必要であ
ったが、この第２の実施の形態ではこの作業が不要とな
る。

【００４８】次に、第３の実施の形態について説明す
る。図１６は、第３の実施の形態の位置探査装置１０Ｂ
の正面図であり、図１７はその側面図である。この実施
の形態の位置探査装置１０Ｂは、前記位置探査装置１
０，１０Ａの第３のコイルＣ３の代わりに鉛直な第３の
コイルＣ３Ａと水平な第４のコイルＣ４とを備えたセン
サ部１１Ｂを有しており、図１８の信号処理部ブロック
図に示すように第３のコイルＣ３Ａと第４のコイルＣ４
とをスイッチＳＷにより切り替えるようになっている。
前記コイルＣ０の水平位置を計測するときは第３のコイ
ルＣ３Ａを位相検波回路２３に接続し、方位角を測定す
るときは第４のコイルＣ４を位相検波回路２３に接続す
る。このように第３のコイルＣ３Ａと第４のコイルＣ４
とを固定することにより、前記位置探査装置１０，１０
Ａの第３のコイルＣ３のように、測定の度に水平と垂直
に回転させることに起因する回転部の「がたつき」や
「変形」の発生による位置的な誤差を生じさせないよう
にすることができる。

【００４９】次に、第４の実施の形態について説明す
る。第４の実施の形態は、前記第１の実施の形態におけ
るセンサ部１１の回転台１２を除去し、上部に水準器４
１を設け、更に下端部に球状の突起４２を形成したセン
サ部１１Ｃを有する位置探査装置１０Ｃであり、図１９
は位置探査装置１０Ｃの正面図、図２０はその側面図、
図２１はその平面図である。前記コイルＣ０の水平位
置、方位角、及び深さを測定する際、突起４２を地表面
に押しつけ、作業者が水準器４１を目視してセンサ部１
１Ｃを鉛直にする。この状態で前記第１の実施の形態と
同じ手段でコイルＣ０の水平位置、方位角、及び深さを
測定する。この実施の形態ではセンサ部１１Ｃに回転台
が無いため構造が簡単である。また、水準器４１を用い
るため、地表面が水平、平坦でなくてもセンサ部１１Ｃ
を鉛直に保つことができるという利点がある。尚、本位
置探査装置１０Ｃには、前記第１の実施の形態における
目盛り板１６に相当するものが無いため、計画線Ｌとコ
イルＣ０との角度を直接知ることはできないが、レ−ザ
ポインタ１５の指示点と、突起４２とを結ぶ直線から、
計画線ＬとコイルＣ０との角度を知ることができる。

【００５０】

【発明の効果】請求項１〜４及び請求項１１の発明によ
れば、掘削推進機内に備えた磁界発生用コイルの発生磁
界により、磁界発生用コイルの水平位置と深さと方位角
とを簡単に且つ高精度に測定することができる。

【００５１】請求項５の発明によれば、第３のコイルと
第４のコイルを一つにすることができ、コイルの数を減
らすことができて回路を簡略化することができる。

【００５２】請求項６、請求項１２の発明によれば、外
来電磁ノイズの影響を低減することができる。

【００５３】請求項７の発明によれば、磁界発生用コイ
ルの水平位置と方位角の探査が容易になる。

【００５４】請求項８の発明によれば、磁界発生用コイ
ルの方位角と深さの探査を、より簡略化することができ
る。

【００５５】請求項９の発明によれば、掘削推進機と基
準線の成す角を容易に知ることができる。

【００５６】請求項１０の発明によれば、磁界発生用コ
イルの方位角と深さの正確な測定に必要な第１、第２、
第４のコイルの配置が自動的に満足され、更に第４のコ
イルと基準線との成す角度を知ることができるため、磁
界発生用コイルと基準線との成す角度を容易に知ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１〜請求項４、請求項１１の発明の作用
説明図である。

【図２】請求項７の発明の作用説明図である。

【図３】請求項７の発明における第４のコイルの発生電
圧の説明図である。

【図４】請求項７の発明における第４のコイルの発生電
圧の説明図である。

【図５】請求項１０の発明の作用説明図である。

【図６】請求項１０の発明の作用説明図である。

【図７】請求項１０の発明の作用説明図である。

【図８】第１の実施の形態の側面断面図である。

【図９】図８のＡ−Ａ断面図である。

【図１０】第１の実施の形態の位置探査装置の正面断面
図である。

【図１１】図１０の側面図である。

【図１２】図１０の平面図である。

【図１３】第１の実施の形態の電気回路ブロック図であ
る。

【図１４】第２の実施の形態の位置探査装置の正面断面
図である。

【図１５】第２の実施の形態の位置探査装置の側面断面
図である。

【図１６】第３の実施の形態の位置探査装置の正面断面
図である。

【図１７】第３の実施の形態の位置探査装置の側面断面
図である。

【図１８】第３の実施の形態の電気回路ブロック図であ
る。

【図１９】第４の実施の形態の位置探査装置の正面断面
図である。

【図２０】第４の実施の形態の位置探査装置の側面断面
図である。

【図２１】第４の実施の形態の位置探査装置の平面図で
ある。

【図２２】従来の掘削推進機の位置探査装置の構成を示
した側面断面図である。

【図２３】図２２のＡ−Ａ断面図である。

【図２４】従来の掘削推進機の方向制御説明図である。

【符号の説明】

１掘削推進機１１センサ部１２回転台１５レ−ザポインタ１６目盛板１７マ−クＣ０磁界発生用コイルＣ１第１のコイルＣ２第２のコイルＣ３，Ｃ３Ａ第３のコイルＣ４第４のコイル２１，２２，２３位相検波回路２４，２５，２６平均化回路２７，２８割り算回路２９深さ計算回路３０符号判定回路３１レベル判定回路３２電圧・周波数変換回路３３深さ表示器３４電圧表示器３５第１のブザ− ３６第２のブザ− ３７第１のランプ３８第２のランプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者星谷邦夫東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者高橋和彦東京都新宿区西新宿三丁目19番２号日本電信電話株式会社内 (72)発明者野坂正雄愛知県岩倉市東町江東10番地の１高千穂産業株式会社岩倉工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地中掘削推進方向に直角に且つ水平にな
るように掘削推進機内に設けられた磁界発生用コイルよ
り発生する交流磁界を複数のコイルにより検出し、各コ
イルの発生電圧に基づいて前記掘削推進機の位置と方位
角とを探査する掘削推進機の位置探査装置において、前記複数のコイルとして、同一鉛直線上に水平且つ平行
に配置された第１のコイル及び第２のコイルと、鉛直に
配置された第３のコイルと、水平に配置された第４のコ
イルとを備える掘削推進機の位置探査装置。
【請求項２】請求項１に記載の掘削推進機の位置探査
装置において、第４のコイルは第１のコイル及び第２の
コイルに対して直角に配置された掘削推進機の位置探査
装置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載の掘削推進
機の位置探査装置において、第１のコイルと第２のコイ
ルの発生電圧の比に基づいて磁界発生用コイルの深さ位
置を検出し表示する手段を備えた掘削推進機の位置探査
装置。
【請求項４】請求項１〜請求項３のいずれか１項に記
載の掘削推進機の位置探査装置において、第３のコイル
又は第４のコイルの発生電圧が最小になったことを検出
し表示する手段を設けた掘削推進機の位置探査装置。
【請求項５】請求項１〜請求項４のいずれか１項に記
載の掘削推進機の位置探査装置において、第３のコイル
及び第４のコイルとして水平と垂直に移動可能なコイル
を備えた掘削推進機の位置探査装置。
【請求項６】請求項１〜請求項５のいずれか１項に記
載の掘削推進機の位置探査装置において、第１のコイル
及び第２のコイルのうち、磁界発生用コイルに近い方の
コイルの発生電圧を基準信号として、第１のコイル、第
２のコイル、第３のコイル、及び第４のコイルの発生電
圧を位相検波する手段と、前記位相検波した電圧を平均
化する手段とを備え、平均化した各電圧を各コイルの発
生電圧として用いる掘削推進機の位置探査装置。
【請求項７】請求項１〜請求項６のいずれか１項に記
載の掘削推進機の位置探査装置において、第１のコイル
又は第２のコイルの発生電圧と第３のコイル又は第４の
コイルの発生電圧の符号の一致又は不一致を表す手段を
備えた掘削推進機の位置探査装置。
【請求項８】請求項１〜請求項７のいずれか１項に記
載の掘削推進機の位置探査装置において、第４のコイル
の中心軸を含む鉛直面内にビ−ム光を照射する手段を備
えた掘削推進機の位置探査装置。
【請求項９】請求項１〜請求項８のいずれか１項に記
載の掘削推進機の位置探査装置において、地表に表示さ
れた基準線との角度を認識するための計測手段を設けた
掘削推進機の位置探査装置。
【請求項１０】請求項１〜請求項９のいずれか１項に
記載の掘削推進機の位置探査装置において、第１のコイ
ル、第２のコイル、第３のコイル、第４のコイルは水平
面内で回転可能な筐体に設けられ、その筐体には回転角
度を認識するための目盛りを設け、第１、第２、第３の
コイルは中心が回転軸に一致するように設置され、第４
のコイルはその軸線が回転中心を通るか、または、軸線
に直角で中心を通る直線が回転中心を通るように配置さ
れた掘削推進機の位置探査装置。
【請求項１１】地中掘削推進方向に直角に且つ水平に
なるように掘削推進機内に設けられた磁界発生用コイル
より発生する交流磁界を複数のコイルにより検出し、各
コイルの発生電圧に基づいて前記掘削推進機の位置と方
位角とを探査する掘削推進機の位置探査方法であって、鉛直に配置された第３のコイルを前記磁界発生用コイル
の上で水平に移動させ、この第３のコイルの発生電圧が
最小となる磁界発生用コイルの水平位置を探査する水平
位置探査行程と、磁界発生用コイルの水平位置において
水平に配置された第４のコイルを水平面上で回転させ、
この第４のコイルの発生電圧が最小となる磁界発生用コ
イルの方位角を探査する方位角探査行程と、同一鉛直線
上に水平且つ平行に配置された第１のコイル及び第２の
コイルを前記磁界発生用コイルの水平位置において前記
磁界発生用コイルの方位角に平行に配置し、第１のコイ
ル及び第２のコイルの発生電圧の比から前記磁界発生用
コイルの深さを探査する深さ探査行程とを有する掘削推
進機の位置探査方法。
【請求項１２】請求項１１に記載の掘削推進機の位置
探査方法において、前記第１のコイル、第２のコイル、
第３のコイル、及び第４のコイルの発生電圧を位相検波
したあと平均化する掘削推進機の位置探査方法。