JPS62132111A - 地中掘削機の水平変位計測装置 - 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、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計画線通シ推進すべく
、該地中掘削機の地中における水平変位を計測する地中
掘削機の計測装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、こうした水道管やガス管を埋設することを目的と
した比較的小口径の地中掘削機においては、掘削ス４−
スが小さい上に曲線掘削なども頻繁に行なわれるなどと
いった性格上、この掘削位置を計測、確認するに、レー
デトランシット等を用いた光学測量は適用できないし、
特にこの水平方向の変位に関してはこれを正確に計測す
ること自体が不可能であるというのが実情であった。こ
れに対し最近、地中掘削機内部に磁気発生・素子を設置
し、この磁気発生素子から発生する交番磁界の地表での
特徴を利用して、地中掘削機の真上の地表点あるいは真
上の地表点からの変位を計測する方法が％侵昭５８−１
１０３０発明の名称「シールド機の水平位置探知方法」
を基本としていくつか提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

こうした方法によれば、地中掘削機の水平位置について
確かにこれを計測することはできるものの、この実用に
際しては、上記の磁気検出素子が所定の姿勢で設置され
た探査器を地表の目標地点へ運搬し、設↑釘、探査せね
ばならないことから、計測担当人員の増加や計測の手間
・時間がかかる等の新たな問題が生じることとなる。ま
して、交通址の多い道路ではこのような計測方法は不可
能に等しく、頻繁な交通遮断を行うに至っては地中掘削
機を用いた管理設方法の本来の利点を失なわせるもので
ある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕この発明で
は、地中掘削機の施工計画線に応じて例えばこれに一致
するよう地表面に１乃至複数の磁界発生ケーブルを敷設
し、地中掘削機の側に適宜の磁界検出素子を配設してこ
れに上記ケーブルの発生磁界を検出せしめるＬうにする
。この磁界は、同ケーブルの鉛直面を境とする有半方向
と左半方向とでその特徴が異なるものであり、こうした
磁界の特徴の相異を上記磁界検出素子の出力に基づいて
判別するようにすれば、当該地中掘削機が上記ケーブル
の鉛直面について右方にあるか左方にあるかその水平変
位態様を有効にしかもリアルタイムで連続的に識別計測
することができる。

因みに、こうした地中掘削機の水平変位補正に際しては
、該計測によって得られる右変位あるいは左変位といっ
た２値の情報のみで、十分にその制御が可能である。

〔発明の効果〕

このように、この発明によれば、施工計画線に応じて地
表面に予め磁界発生ケーブルを敷設しておくだけで、地
中掘削機の当該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連続的に得ることがで
きる。したがって、車輛の通過等に対する上記ケーブル
の保鏝さえ行なっておけば、交通を一切遮断する必要も
なく、また上述したデータのリアルタイムによる連続採
取に伴なって当の地中掘削機を連続制御するようにすれ
ば、施工精度も格段に向上する。

〔実施例〕

はじめに、第４図乃至第６図を参照してこの発明の詳細
な説明する。

いま、第４図に示すように、地表面ＥＰ上に磁界発生ケ
ーブル１０を敷設し、これに適宜の電流を流したとする
と、該ケーブル１ｏを中心としてその周囲には同第４図
に示す態様で同心円状に磁界Ｈが発生する。この発明で
は、こうして発生される磁界Ｈを同図に示すような２つ
の磁界検出素子Ｓ１およびＳ２に同時に検出せしめる。

そしてここでは簡単のため、これら２つの磁界検出素子
Ｓ１およびＳ２は互いにその磁界検出方向が直交し、か
つそれぞれが上記ケーブル１ｏの鉛直面ｖｐに対して４
５度の角度に維持されるとする。

こうした条件下におけば、上記２つの磁界検出素子８１
およびＳ２による検出磁界のレベル比は、上記磁界発生
ケーブル１０から見たその鉛直面ｖｐとこれら磁界検出
素子Ｓ１およびＳ２とのなす角θによって第５図に示す
ような４つの領域に対応した４種の値をとるようになる
。

すなわち同第５図に示すように、これら検出磁界のレベ
ル比ｉＲで表わすと、該レベル比Ｒｉ、それぞれ ■　θ≦−４５°である領域ＡにおいてはＲ：＝ｃｏｔ
（θ−４５°） ■　−４５°≦θ≦０９である領域ＢにおいてＲ＝−ｅ
ａｔ（θ−４５°） ■　０６≦θ≦４５°である領域ＣにおいてはＲ＝−ｊ
ａｎ（θ−４５°） ■　４５０≦θである領域りにおいてはＲ＝ｊａｎ（θ
−４５０） といった値をとることとなる。なおこの第５図において
、Ｄは上記磁界検出素子Ｓ１およびＳ２の地中深さを示
す直であり、この地中深さＤの値別に該レベル比Ｒの値
を数値計算してこれをグラフ化したのが第６図である。

この第６図のグラフでは、Ｄ＝１ｍ、２ｍ、３ｍといっ
た３様の地中深さを想定し、これら地中深さ別に上記磁
界検出素子Ｓ１およびＳ２による検出磁界のレベル比Ｒ
と同磁界検出素子Ｓ１およびＳ２のケーブル１０鉛直面
ｖｐからの水平変位量との関係を表わしている。

さてこの第６図のグラフによれば、上述し九条件下にお
かれる２つの磁界検出素子Ｓ１およびＳ２が前記ケーブ
ル１０に対してその鉛直面■Ｐすなわち水平変位量「０
」の位置にあれば、その地中深さＤがいかなる値であれ
、その各検出磁界のレベル比は「１」となることがわか
る。しかも、これら磁界検出素子Ｓ１およびＳ２が上記
水平変位量「０」の位置から右半方向に変位する場合は
、同レベル比Ｒが Ｒ（１ となり、逆に左半方向に変位する場合は、同レベル比Ｒ
が Ｒ）１ となってこの例外は生じない。

以上総括すれば、磁界検出方向が互いに直交し、かつそ
のそれぞれが磁界発生ケーブル１ｏの鉛直面ｖＰに対し
て４５度の角度に維持される２つの磁界検出素子Ｓ１お
よびＳ２にて同ケーブル１゜の発生磁界を検出するとき
、これら検出磁界のレベル比ＲがＲ＝１であればこれら
磁界検出素子Ｓ１およびＳ２は同ケーブル１０に対して
水平変位量「０」の位置にあり、同レベル比ＲがＲ＜１
であれば同磁界検出素子Ｓ１およびＳ２は同ケーブル１
０に対して右半方向に変位した位置にお夛、サラに同レ
ベル比ＲがＲ）ｌであれば同磁界検出素子ＳｌおよびＳ
２は同ケーブル１０に対して左半方向に変位した位置に
あるといった結論を得る。

なおここでは、上記２つの磁界検出素子８１およびＳ２
の上記ケーブル鉛直面ｖＰに対する配置角度を上述の如
く限定したが、基本的には、これら磁界検出素子Ｓ１お
よびＳ２の磁界検出方向が同ケーブル鉛直面ｖＰについ
て互いに対称となるような角度に維持されさえすれば、
上記と同様の原理に基づいてその水平変位態様に関する
判断を第１図乃至！３図は、こうした原理に基づいて構
成したこの発明にかかる地中掘削機の水平変位計測装置
の一実施例を示すものであシ、以下これら第１図乃至第
３図を参照して該実施例の構成並びに動作を詳述する。

第１図は作業状態にあるとする地中掘削機を含む該実施
例装置の大まかな構成を横断面図をもって模式的に示し
た。ものであシ、また第２図は同地中掘削機の進行方向
から見虎該実施例装置の要部断面構造を模式的に示した
ものであシ、これら図において、ＥＰは地表面、１０は
該地表面ＥＰ上の施工計画線（図示せず）に溢って敷設
された磁界発生ケーブル、２０は地中掘削機、２１は該
掘削機２０のへ、ド、２２は該ヘラＰ２１を支持する支
持アーム、２３は該支持アーム２２を推進せしめる推進
シャツキ、ＳｌおよびＳ２は例えばコイルからなる前述
した磁界検出素子、２４はこれら磁界検出素子Ｓ１およ
びＳ２の磁界検出方向が常に先の第４図に示した関係と
なるようこれを地中掘）１１Ｊ機２０の支持アーム２２
内に支持する姿勢支持枠、２５は上記磁界検出素子Ｓ１
およびＳ２の検出信号を伝送する信号線、３０は図示の
如く地上に設けらｎて上記ケーブルｌＯに対する給電を
行なうとともに上記信号線２５を介して伝送される磁界
検出素子Ｓ１およびＳ２の検出信号に基づき当の地中掘
削機２０の水平変位計測のための信号処理を一括して実
行する操作盤をそれぞれ示す。この操作盤３０の構成に
ついては第３図に詳しく示す。

すなわち第３図に示すように１この操作盤３０は、適宜
の繰り返し周波数を有する交流信号を発振する発振器３
１．該発振された交流信号を電力増幅してこれを前記磁
界発生ケーブル１０に供給する電力増幅器３２、前記信
号線２５を介して伝送される磁界検出素子ＳｌおよびＳ
２の磁界検出信号を各別に同一の利得をもって増幅する
信号増幅器３３ａおよび３３ｂ、これら増幅された２つ
の磁界検出信号の信号レベルを比較するレベル比較器３
４、そして該レベル比較結果に基づいて例えば右変位指
示用および左変位指示用の２つのランプからなる表示器
３６のこれらランプの点灯ＩＱ様を制御する表示器ドラ
イバ３５をそれぞれ具えて構成されるもので、先の原理
に基づき次に述べる態様をもって地中掘削機２０の水平
変位計測のための信号処理を実行する。

いま、上記発振器３１および電力増幅器３２を通じて前
記磁界発生ケーブルＩＯＫ交流電流が供給されたとする
と、例えば先の第４図に示したような同ケーブル１０を
中心とした同心円磁界Ｈが発生する。地中掘削機２０内
に同第４図に示す態様で搭載された磁界検出素子Ｓ１お
よびＳ２が向ケーブル１０の鉛直面ＶＰについて左半方
向にある左半方向であるかによって、この発生さｎた磁
界についてのこれら素子Ｓ１およびＳ２による検出磁界
のレベル比Ｒが「ｌ」を境にして上下することは先の原
理の説明において述べた通シである。

この操作盤３０は、こうし九２つの磁界検出素子Ｓｌお
よびＳ２による検出磁界のレベル比ＲがＲ（１であるが
Ｒ）１であるかといった関係を、これら各検出磁界のレ
ベルの大小関係として監視するもので、上記レベル比較
器３４を通じてこれら検出磁界のレベルの大小関係を直
接判別する。

この結果１例えば磁界検出素子５ＩＩＣよる検出磁界の
レベルが磁界検出素子Ｓ２による検出磁界のレベルよう
も大きかった場合には、上記表示器ドライバ３５を通じ
て表示器３６の右変位指示用ランプを点灯し、当の地中
掘削機２０が施工計画線に対して現在右方向に変位して
いる旨表示する。

これらレベルの大小関係が逆であれば同表示器３６の左
変位指示用ランプを点灯する。ただし、こうしたランプ
の点灯態様は、同装置の構成や結線の態様によって逆と
なることもあり、実用に際してはそｎぞれ装置の実情に
応じた適正な変位計測がなさｎるよう同点灯因様の調整
が図られる。

こうして地中掘削機２０による掘削作業に伴なって該掘
削機２０の上記ケーブル１０からの（施工計画線からの
）水平変位態様が連続的だ計測さｎ、上記表示器３６を
通じてこの計測内容が逐次リアルタイムでモニタされる
。また先の第６図に基づけばこの変位量を計測すること
も容易である。

なお、上記の実施例では、磁界発生ケーブル１０に交流
電流を供給するようにしたが、この供給する電流は直流
電流であっても勿論よい。

ま九、この磁界発生ケーブル１０自体単線である必要は
なく、複数のケーブル若しくはこｎら複数のケーブルを
束ねたものであってもよい。例えば、一定の間隔を保っ
て往復するようケーブルを敷設し、これらケーブルの中
心を施工計画線に一致させるようにしても上述と同等の
効果を得ることができる。

また、同実施例では、先の＠４図乃至第６図に基づいて
説明した原理に従って、２つの磁界検出素子の各磁界検
出方向（角度）を設定したが、同原理の説明で補足した
ように、基本的には、これら素子の磁界検出方向は上記
ケーブルの鉛直面について互いに対称となるような角度
に維持さｎさえすればよい。すなわちこうした場合、前
述した左右の変位態様を判別するためのこれら磁界検出
素子による検出磁界のレベル比（Ｒ）の値を該設定した
角度に応じて変更すｎばよい。

因みに、同地中掘削機の深さ方向の変位については、周
知の傾斜計を用いることでこれを十分な精度でＭ計測す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる地中掘削機の水平変位計測装
置の一実施例についてその構成の概要を模式的に示す横
断面図、第２図は同実施例装置の正面方向からみた部分
断面図、第３図は同実施例装置の操作盤構成を示すプロ
、り図、ｗｃ４図および第５図はこの発明の計測原理を
説明するだめの略図、第６図は第４図および第５図に示
した２つの磁界検出素子によって検出される磁界のレベ
ル比とその磁界中心からの水平変位量との関係を示すグ
ラフである。 １０・・・磁界発生ケーブル、２０−・・地中掘削機、
２１・・・へ、ド、２２・・・支持アーム、２３−・・
推進ジヤツキ、２４・・・姿勢支持枠、２５・・・信号
線、３０・・・操作盤、３１・・・発振器、３２・・・
電力増幅器、３３ａ　、３３ｂ・・・信号増幅器、３４
・・・レベル比較器、３５・・・表示器ドライバ、３６
・・・表示器、Ｓｌ。 Ｓ２・・・磁界検出素子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）地表面に敷設される１乃至複数の磁界発生ケーブ
   ルと、 該ケーブルに適宜の電流を供給する電流供給手段と、 地中掘削機に配設され、磁界検出方向が該掘削機の進行
   方向正面からみて鉛直方向から所定角度傾斜した方向と
   なるよう固定支持されて前記ケーブルから発生される磁
   界を検出する第１の磁界検出素子と、 同じく地中掘削機に配設され、磁界検出方向が該掘削機
   の進行方向正面からみて前記第１の磁界検出素子の磁界
   検出方向と鉛直方向軸について線対称となる角度をもっ
   て交差する方向となるよう固定支持されて前記ケーブル
   から発生される磁界を検出する第２の磁界検出素子と、 これら第１および第２の磁界検出素子による検出磁界レ
   ベルの比較に基づいて前記地中掘削機の前記ケーブルに
   対する右左方の水平変位を判定する判定手段と を具えた地中掘削機の水平変位計測装置。
2. （２）前記第１および第２の磁界検出素子の前記掘削機
   の進行方向正面からみて鉛直方向となす所定角度は４５
   度である特許請求の範囲第（１）項記載の地中掘削機の
   水平変位計測装置。
3. （３）前記判定手段は、前記第１および第２の磁界検出
   素子による各検出磁界レベルの大小関係に基づいて前記
   地中掘削機の水平変位を判定する特許請求の範囲第（２
   ）項記載の地中掘削機の水平変位計測装置。