JPS61126295A - 管埋設機における掘進状態監視装置 - 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１、管埋設機の掘進状態監視装置に関するもの
である。

「従来の技術」 現在、小口径管の埋設では、従来の開削工法に代わって
推進工法が多用されるＬうになっている。

以下、この推進工法を第５図および第６図を参照して説
明する。

まず、地山１に発進立坑２および到達立坑３を設ける。

その発進立坑２に推進装置４を配置する。

この推進装置４に掘進機５を先頭に埋設管６を配置する
。この掘進機５を作動させて掘進機５で、例えば周囲の
地山１を圧密しながら、推進装置４を作動させて掘進機
５お工び埋設管６を地山１中に買入させる。以下、埋設
管６を次々に継ぎ足して推進させ、最終的に掘進機５が
到達立坑３に到達したところで地山１中に埋設管６が敷
設される。

かかる推進工法においては、埋設精度が重要である。す
なわち、掘進機５および埋設管６の推進は、予め決定さ
れ次埋設予定線に沿って行わなければならない。この友
めに、通常はレーデビームを発射し、掘進機５内に設置
したターグットに当たった前記ビームのスポットを観察
することによって、掘進機が埋設予定線からどの方向に
どの程度ずれているかを検出することが行われる。そし
て、ずれの方向およびずれの量に応じて方向修正の動作
を行い、ずれを無くすようにする。

次に、方向修正動作を第７図（幻および（ｂＪを参照し
て説明する。第７図（ａ）は掘進線が埋設予定線りにほ
ぼ一致している状態で、この状態では当然のことながら
方向修正動作は不要である。第７図（ｂ）は掘進線が埋
設予定線りからはずれた状態であり、この場合には方向
修正動作を必要とする。第７図（ｂ）のように掘進線が
埋設予定線りに対して紙面下方に偏位している場合は、
後続管部６に対して掘進機部５を紙面上方に屈曲させ（
この動作を以後「首を振る」と呼ぶことにする。）て推
進を行う。

この首振り推進によって掘進機に作用する土の反力が不
均一となって、掘進機５．後続管６は全体として上方に
曲げられる。これにより掘進線は埋設予定線ＬＫ近づき
、方向の修正がなされる。首　　、！ 振り動作は、通常方向修正ジヤツキと称する油圧シリン
ダを操作することによって達成される。

以下、掘進機および方向修正ジヤツキについて第８図お
よび第９図を参照して説明する。掘進機５は点Ｏを中心
とする球面リンク１２を介して結合゛されたヘッド部１
０お工び後部１１と、そのヘッド部１０と後部１１の間
に介装した４本の方向修正ジヤツキ１３　、１３’　、
　１４　、１４’とを備える。ヘッド部１０と後部１１
とは球面リンク１２の中心Ｏの周りに任意の向きに傾動
することができる。今、第８図において、下側の方向修
正ジヤツキ１３′が伸び、上側の方向修正ジヤツキ１３
が縮んだとすれば、ヘッド部１０は後部１１に対して、
球心Ｏを中心として第８図および第９図の上方へ回転し
、首を振る。次に上下の方向修正ジヤツキ１３．１３’
は中立位置に保ったまま右側の方向修正ジヤツキ１４′
を伸ばし、左側の方向修正ジヤツキ１４を縮めたとする
と、首振り方向は球心０を中心として第９図の左側方向
に首を振る。

同様に、上下左右の方向修正ジヤツキ１３　、１３’、
　１４゜１４’を適当な量操作することによって、球心
０を中心として任意の方向に首を振ることができる。上
述の工うに、掘進方向を修正する場合は、上下左右の方
向修正ジャッキ１３　、１３’　、　１４　、１４’を
操作して掘進ヘッド１０の首振りをするのであるが、掘
進方向を制御するためには、前述のレーデ装置による埋
設予定線りからのずれ方向およびずれ量の検出に加えて
、上記の掘進ヘッド１０の首振り方向および首振り量を
知ることも重要な情報である。

前述のように、掘進ヘッド１０の首振り方向および首振
り量は上下左右の方向集正ジヤツキ１３　、１３’。

１４　、１４’の長でと対応しているので、首振り方向
および首振り量を知るためには上下左右の方向修正ジヤ
ツキ１３　、１３’　、　１４　、１４’の長嘔を知れ
ばよい。このためには通常ポテンシヨメータが用いられ
る。

第１０図に示すように、例えば上側の方向修正ジヤツキ
１３にポテンシヨメータ１５を取り付ける。この上側の
方向修正ジヤツキ１３のピストンの移動量は、？テンシ
ラメータ１５の抵抗　化になるので、従来公知の手段を
利用すればこれより電気的な出力を得ることができる。

この電気出力はケーブル等の適宜手段によって後方立坑
２へ伝送される。なお、図面では上側の方向修正ジヤツ
キ１３のみにポテンシヨメータ１５を取付けであるが、
その他の方向修正ジヤツキ１３’　、　１４　、１４’
にも当然ポテンシ覆メータ１５は取付けられている。但
し、球面リンク１２の対称位置に方向修正ジヤツキ１３
　、１３’　、　１４　、１４’を配置した場合、例え
ば上側の方向修正ジヤツキ１３と下側の方向修正ジヤツ
キ１３′の動作量は太き嘔がｔｌぼ等しく、符号が反対
なので、すべての方向修正ツヤツー＝？１３　、１３’
、　１４　、１４’にＩテ／シｊメータ１５を取付ける
必要はない。例えば、上側および左側の方向修正ジヤツ
キ１３　、１４又は下側および右側の方向修正ジヤツキ
１３’、１４の倒れかにポテンシ曹メータ１５を取付け
れば十分である。第１１図に示すように、後方立坑２に
は掘進状態監視盤が設けられており、この監視盤面には
計器１６　、１７が取り付けられており、前記上側およ
び左側の方向修正ジヤツキ１３゜１４のＩテンシ璽メー
タ１５からの出力を表示する。

従りて、計器１６　、１７を監視することによって操作
者は方向修正ジヤツキ１３　、１３’　、　１４　、１
４’の作動量、即ち、掘進ヘッド１０の首振り方向お工
び首振り量を知ることができる。

「発明が解決しようとする問題点」 以上が従来の掘進状態監視装置の例であり、この装置に
よれは掘進ヘッド１０の首振り方向および首振り量を知
ることができるので、適確な運転操作が期待できるので
あるが、実際にこの装置を運転してみると操作にはかな
りの負担が感じられる・というのは、方向修正ジヤツキ
１３　、１３’、　１４　、１４’の作動量、即ち計器
１６　、１７の読み取り値から掘進ヘッドｌＯの首振り
状態、即ち首振り方向及び首振り量をイメージすること
が操作者に要求されるからである。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、上述の問題点を解決した掘進状態監視装置を
提供せんとする。

本発明は、上述の問題点を解決するための手段として下
記の手段をとる。すなわち、複数個の方向修正ジヤツキ
の作動量を検出してその検出した作動量に応じた信号を
出力する検出手段と、その検出手段に接続し、検出手段
から入力した信号に基づいて掘進機のヘッド部の後部に
対する首撮り方向および首振り量を演算してその演算結
果を出力する演算手段と、その演算手段に接続し、演算
手段から入力した演算結果に基づいて掘進機のヘッド部
の後部に対する首振り方向および首振り量を表示する表
示手段とを備え九ことを特徴とする。

「作用」 本発明は、方向修正ジヤツキの作動量を検出し、掘進機
のヘッド部の後部に対する首振り方向および首振り量を
演算し、その結果を表示する。

「実施例」 以下、本発明の掘進状態監視装置の実施例の内の２例を
第１図乃至第４図を参照して説明する。

第１図は本発明の掘進状態監視装置の第１の実施例を示
したブロック図である。第２図は本発明の掘進状態監視
装置の原理を示した説明図である。

第３図は方向修正ジヤツキの作動量と首振り角度の関係
を示した説明図である。

図中、第５図乃至第１１図と同符号は同一のものを示す
。

ここで、本発明の掘進状態監視装置の原理を第２図およ
び第３図を参照して説明する。ヘッド部１０は球面リン
ク１２０球心Ｏを中心に、上下左右の方向修正ジヤツキ
１３　、１３’　、　１４　、１４’の作動にエリ首を
振る。座標軸の原点を球心０に一致させる。Ｘ軸を水平
軸、ｙ軸を沿直軸に一致させると、２軸は上下左右の方
向修正ジヤツキ１３　、１３’　、　１４　、１４’が
中立の状態で掘進ヘッド１０の中心軸と一致する。

第２図において左右の方向修正ジヤツキ１４　、１４’
の中立を保ったまま上下の方向修正ジヤツキ１３　、１
３’を作動させると、ヘッド１０は球心０を中心として
ｙｚ面内で首を振る。このときの上下の方向修正ジヤツ
キ１３　、１３’の作動量と首撮り角度の関係を第３図
の説明図で示す。

ここで％　ｓｏ：上下の方向修正ジヤツキ１３　、１３
’の中立時長さ Δｙ：上側の方向修正ジヤツキ１３の作動量（図示せず
） Ｒ：球面リンク１２の球心Ｏから上側の方向修正ジヤツ
キ１３と後部１１との 関節までの長さく一定） ｒ：球面リンク１２の球心Ｏから上側の方向修正ジヤツ
キ１３と、ヘッド部１゜との関節までの長さく一定） θ０：上側の方向修正ジヤツキ１３の中立時における対
角（一定） Δθ：上側の方向修正ジヤツキ１３の作動時における対
角 とすると、上側の方向修正ジヤツキ１３の作動時の寸法
ｓｙは ｓｙｗｓｏ＋Δｙ　　　　　町・・・・・（１）となる
。

このとき、上側の方向修正シャツ中１３がΔｙだけ作動
したときの掘進ヘッド１ｏの首振り角度θｙは同様に左
側の方向修正ジヤツキ１４がΔＸ作動したときの首振り
角度θＸは となる。

首振り角度θｙを表現するのには、角度そのものを用い
る方法と、その正接を用いる方法がある。

本発明では正接を用いる方法を提案する。これには、次
の利点がある。例えば、第３図における首振り角を表現
するのに式（２）のθｙの正接をとりを用いると、この
量Ｙは第３図の掘進ヘクトの移動量ｙにほぼ比例する量
である。人間は移動量を角度で表示するよりも、ある点
の長さで表現した方が感覚的に分り易いものである。こ
の場合でいえば、「掘進ヘッドが角度θｙだけ上を向い
た」という情報エリも「掘進ヘクトの先端部がｙだけ上
方へ移動している」という情報の方が分り易いと考えら
れる。機械の操作では情報というものはなるべく単純化
した分り易い形で操作者に提示し　　）た方が正確に操
作できると考えられる。そういう意味で角度θｙそのも
のを情報として与えるよりもその正接を示した方が好ま
しいといえる。

しかして、この実施例における本発明の掘進状態監視装
置は、第１図に示すように、上側および′左側の方向修
正ジヤツキ１３および１４に検出手段としてのＩテンシ
四メータ１５がそれぞれ取付けられている。このＩテン
シ冒メータ１５は、上側および左側の方向修正ジヤツキ
１３および１４の作動量Δｙお工びΔＸを検出してその
検出した作動量ΔｙおよびΔｘＫ応じた信号を出力する
。このポテンシ曹メータ１５にはＡＤ変換器１８が接続
されている。

このＡＤ変換器１８は、Ｉテンシ曹メータ１５からの上
側および左側の方向修正ジヤツキ１３および１４の作動
量ΔｙおよびΔχをアナログ量からデジタル量に変換し
て出力する。このＡＤ変換器１８には演算器１９が接続
されている。この演算器１９は、ＡＤ変換器１８からの
ＡＤ変換された上側および左側の方向修正ジヤツキ１３
および１４の作動量Δｙお工びΔＸに基づいて上式（２
）　、　（３）により首振り角度θＸ。

θｙを演算し、さら、に上式（４）によりその正接Ｘ。

Ｙを求めてその結果を出力する。この演算器１９には表
示手段加が接続されている。この表示手段加は、ＣＲＴ
であって、演算器１９からの正接の値Ｘ。

Ｙによって決定される点（第１図においては矢印の先端
）と原点とを矢印で結ぶ構造となっている。

このＣＲＴの座標軸上には田、６０などの同心円が描か
れている。この３０．６０などの同心円は正接の値がそ
れぞれ３Ｑ／１０００．６０／１０００に対応する円で
ある。

このような表示方向によれば、座標軸の原点が前記の球
面リンク１２の球心Ｏに対応し、矢印の向いている方向
が首を振った方向、矢印の長さが首を振った角度の量（
実際にはその正接）に対応する。別の見方でいえば、掘
進ヘッド１０の先端がどちらの方向にどれだけ動いてい
るかを示すと考えてもよい。即ち、ＣＲＴ２０の矢印は
首振りの向きと量、即ちベクトルを表わしている。

第４図は本発明の掘進状態監視装置の第２の実施例を示
したブロック図である。

図中、第１図乃至第３図と同符号は同一のものを示す。

本発明に適用される管埋設機の実際の寸法諸元によれば
、首振り角度θＸ、θｙは極めて僅かである。

そのような場合には上式（２）　、　（３）のθＸ、θ
ｙを用い、更に（４）式の正接を計算する場合に、複雑
な三角函数の演算が不要となる。即ち、 （ｋニ一定） によって計算されたＸ、Ｙは、十分な精度で（４）式の
Ｘ、Ｙと一致する。

このように簡略化して演算する場合は、第１の実施例の
ように演算器１９やＡＤ変換器１８等は用いず、通常の
アナログ量のみで演算することが容易にできる。

しかして、この実施例における本発明の掘進状態監視装
置は、第４図に示すように、ポテンショメータ１５にア
ナログ式のゲイン設定器２１が接続されている。このゲ
イン設定器２１は、−テンシ璽メータ１５からの上側お
よび左側の方向修正ジヤツキ１３および１４の作動量Δ
ｙおよびΔＸに基づいて上式（５）の演算を行い、その
結果を出力する。このゲイン設定器２１には表示手段ｎ
が接続されている。この表示手段ρは、ズックｙ管オシ
ロスコープであって、ゲイン設定器２１からの値Ｘ、Ｙ
Ｋよって決定される点、すなわち首振りベクトルの終点
を輝点として表示する構造となっている。この実施例の
ものは構造が簡単で安価に製作することができる。

「発明の効果」 以上の実施例からも明らかなように、本発明の掘進状態
監視装置は、首振りの状態が一目瞭然で操作者に提示さ
れるので、操作者の負担が軽減ケれる。

従って、操作者は、例えばレーデ−ビームのスポットの
偏位量によって示される掘進線のずれの監視、そのずれ
に基づく方向修正動作のタイミングの決定等に専念でき
、結果的に正確な埋設が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の掘進状態監視装置の第１の実施例を示
したブロック図である。第２図は本発明の掘進状態監視
装置の原理を示した説明図である。 第３図は方向修正ジヤツキの作動量と首振り角度の関係
を示した説明図である。第４図は本発明の掘進状態監視
装置の第２の実施例を示し九グロクク図である。第５図
および第６図は推進工法の説明図である。第７図（ａ）
および（ｂ）は掘進機の掘進状態を示した説明図である
。第８図は掘進機の断面図である。第９図は第８図にお
けるＩＸ−ＩＸ線断面図である。第１０図は方向修正ジ
ヤツキと４テンシ璽メータの側面図である。第１１図は
従来の掘進状態監視装置の一部正面図である。 ５・・・掘進機、１０・・・ヘッド部、１１・・・後部
、１２・・・球面リンク、１３　、１３’　、　１４　
、１４’・・・方向修正ジヤツキ、１５・・・ポテンシ
ョメータ、１８・・・ＡＤ変換器、１９・・・演算器、
加・・・ＣＲＴ、２１・・・ゲイン設定器、ｎ・・・プ
ラウ／管オシロスコーグ、Ｏ・・・球面す／り１２の球
心。 特許出願人　　日本電信電話公社 〃　　　　日立建機株式会社 代理人　弁理士　　　　秋　　本　　正　　実第　　ｌ
　図 第２図 ＩＯ 第３ｗＡ 第４図 第５図 第６図 第７図 （ａ） （ｂ） 第８図 第９図 ／ｊ ＄　　１０　図 １１頁の続き ）発　明　者　　松　　尾　　　　　修　　東京都千代
田区内幸町内 ）発　明　者　賭方　　浩二部　土浦市神立町６５幡地
）発　明　者　三　柳　　　直　毅　土浦市神立町６５
幡地）発　明　者　　須　１）　　正　男　　土浦市神
立町６５幡地１丁目１番６号　日本電信電話公社 日立建機株式会社土浦工場内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、球面リンクを介して結合された掘進機のヘッド部お
   よび後部と、そのヘッド部と後部の間に介装した複数個
   の方向修正ジャッキとを備えた管埋設機において、前記
   複数個の方向修正ジャッキのうち所定の方向修正ジャッ
   キの作動量を検出してその検出した作動量に応じた信号
   を出力する検出手段と、その検出手段に接続し、検出手
   段から入力した信号に基づいて掘進機のヘッド部の後部
   に対する首振り方向および首振り量を演算してその演算
   結果を出力する演算手段と、その演算手段に接続し、演
   算手段から入力した演算結果に基づいて掘進機のヘッド
   部の後部に対する首振り方向および首振り量を表示する
   表示手段とを備えたことを特徴とする管埋設機における
   掘進状態監視装置。 ２、演算手段は、方向修正ジャッキの作動量をＡＤ変換
   するＡＤ変換器と、そのＡＤ変換器によりＡＤ変換され
   た方向修正ジャッキの作動量に基づいて首振り角度を演
   算し、その首振り角度に基づいて正接を演算してその正
   接の値を出力する演算器とからなり、表示手段はＣＲＴ
   であって、原点と上述の正接の値によって決定される点
   とを結ぶ矢印で表示するように構成したことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の管埋設機における掘進状
   態監視装置。 ３、演算手段はアナログ式のゲイン設定器であり、表示
   手段はブラウン管オシロスコープであって、ゲイン設定
   器からの方向修正ジャッキの作動量に基づいて決定され
   る点を輝点として表示するように構成したことを特徴と
   する管埋設機における掘進状態監視装置。