JPS62169012A - 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り推進すべく
、該地中掘削機の地中における水平変位を１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ｊ−ることを目的
とした比較的小口径の池中掘削４機においては、掘削ス
ペー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、
レーザ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、地中掘削掘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特公昭５８−
１１０３０発明の名称「シールドｎ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、地中促削稀の水平位置。

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、設置、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、交通量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
中掘削闘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これから等間隔ず
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
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
を検出せしめるようにする。こうした場合これらの磁界
は、上記施工計画線（往復路ケーブルの中心線）の鉛直
面を境とする左半方向と左半方向とで例えばそのレベル
比が異なるものであり、こうした磁界のレベル比の変化
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、当該地中掘削様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
。

〔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、車輌の通過等に対する上記ケーブル
の保護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５図および第６図を参照してこの発明の詳
細な説明する。

いま、第５図に示すように、地表面ＥＰ上に、所定に離
間した往路ａ１０ａおよび復″Ｉ５線１０ｂからなる磁
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１０のこれら往復路線１０ａお
よび１０ｂを中心としてその周囲には同第５図に示す態
様で同心円状に磁界ＨａおよびＨｂが発生する。この発
明では、こうして発生される磁界ＨａおよびＨｌ）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１０の鉛
直面に対して４５度の角度に維持されるとする。°こう
した条件下で、各パラメータを同第５図のように、すな
わち Ｌ：磁界発生ケーブル１０の往復路線間距離Ｄ：６ｔｌ
界検出素予検出素子びＳ２の深度ｒ１．ｒ２　：ｖＡ界
発生ケーブル１０から磁界検出素子Ｓ１およびＳ２まで
の距離 Ｘ：磁界検出素子Ｓ１およびＳ２の上記往復路ケ−アル
中心（施工計画線ＰＬ）からの水平変位 Ｘｌ　：ｌａ界検出素子Ｓ１およびＳ２のケーブル復路
ｆＪ１０ｂからの水平変位 Ｘ２：１１界検出素子＄１およびＳ２のケーブル往路ａ
ｌｏａからの水平変位 θ１　：ケーブル復路線１０ｂを中心としてその鉛直面
と磁界検出素子Ｓ１およびＳ２とのなす角度 θ２　：ケーブル往路１０ａを中心ζしてその鉛直面と
磁界検出素子Ｓ１およびＳ２とのなす角度 のように設定すれば、上記２つの磁界検出素子Ｓ１およ
びＳ２による検出磁界のレベル比はこれをＲとすると次
式で表わされる。

Ｒ＝　（Ｖ１１＋Ｖ２１＞／　（Ｖ１２＋Ｖ２２）　・
＝　＜　１　）ここで、Ｖ１１＃　Ｖ２１．　Ｖ１２．
　Ｖ２２は上記磁界発生ケーブル１０の往復路線１０ａ
および１０ｂと上記２つの磁界検出素子Ｓ１およびＳ２
との組み合せによって計算される値である。例えば、右
変位方向をＸの正の方向とすると、上記各パラメータは ｘ１＝ｘ−（Ｌ／２）　　］ Ｖ２１．Ｖ１２．Ｖ２２を表わすと次式の通りとなる。

ただし×１≦−〇 ただしＱ＜ｘ１≦Ｄ Ｖ１２＝　（１／ｒ１）　・　５ｉｎ（θ１−４５°）
ただし×２≦−〇 Ｖ２２＝　（１／ｒ２）　・　ｃｏｓ（４５°−０２）
（６）・・・　□　　　　　　　　　　　　　　ただし
−Ｄ＜Ｘ２≦０Ｖ２２−（１／ｒ２）　−ｓｉｎ　（４
５°−０２）ただしＯ＜Ｘ２≦Ｄ これら（３）〜（６）式のＶｌｌ、Ｖ２１．Ｖ１２．Ｖ
２２の値を先の（１）式に代入して、水平変位ｉｘ　（
ｍ）と当のレベル比Ｒとの関係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＄１およびＳ２の往
復路ケーブル中心（施工計画線ＰＬ）鉛直面ＶＰからの
水平変位母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、上述した条件下にお
かれる２つの磁界検出素子Ｓ１およびＳ２が上記往復路
ケーブル中心に対してその鉛直面■Ｐすなわち水平変位
母「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」の位置から右半乃向に変位する
場合は、同レベル比Ｒが Ｒ＞１ となり、逆に左半方向に変位づる場合は、同レベル比Ｒ
が Ｒ＜１ となってこの例外は生じない。また、そもそもこうした
水平変位計測手法によれば、上記地中深さＤによる影響
も受は難い。

以上１総括すれば、磁界検出方向が互いに直交し、かつ
そのそれぞれが往復する磁界発生ケーブル１０の鉛直面
に対して４５度の角度に維持される２つの磁界検出素子
＄１およびＳ２にて同ケーブル１０の発生磁界を検出す
るとき、これら検出磁界のレベル比がＲがＲ＝１であれ
ばこれら磁界検出素子８１およびＳ２は往復路ケーブル
中心に対して水平変位最「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
同往復路ケーブル中心に対して右手方向に変位した位置
にあり、さらに同レベル比ＲがＲく１であれば同磁界検
出素子Ｓ１およびＳ２は同往復路ケーブル中心に対して
左半方向に変位した位置にあるといった結論を得る。ま
た、同レベル比Ｒの値に応じてその各変位Φをも併ぜ求
めることができる。これら変位母は、磁界検出素子ｓ１
およびＳ２自身の地中深さＤと略無関係に同レベル比Ｒ
に対応する。

なおここでは、上記２つの磁界検出素子ｓ１およびＳ２
の上記ケーブル鉛直面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間する計測を行
なうことができる。

第１図乃至第４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ぼの水平変位計測８＠の一実
施例を示すものであり、以下これら第１図乃至第４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
たものであり、また第２図は同実施例装置の平面構成を
模式的に示したものであり、さらに第３図は同地中促削
四の進行方向から見た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り、これら図において、ＥＰは地
表面、ＳＨは発進立坑、ＥＨは到達立坑、１０は該地表
面ＥＰｉの施工訓画線ＰＬに沿ってその往路線１０ａと
復路線１０ｂとがこれから等間隔ずつ離間して並行する
よう敷設された磁界弁士ケーブル、２０は地中掘削機、
２１は該掘削ｎ２０のヘッド、２２は該ヘッド２１を支
持する支持アーム、２３は該支持アーム２２を推進せし
める推進シトツギ、ＳｌおよびＳ２は例えばコイルから
なる萌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５図に示し
た関係どなるようこれを地中掘削１２０の支持アーム２
２内に支持する姿勢支持枠、２５は上記磁界検出素子Ｓ
１およびＳ２の検出信号を伝送す゛る信号門、３０は図
示の如く地上に設けられて上記ケーブル１０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＄２の検出信号に基づき当の地
中掘削■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４図に詳しく示す。

すなわち第４図に示すように、この操作盤３０は、上述
した地中掘削１２０の水平変位量を示す目盛位置に適宜
に対応してＬ　Ｅ　ｌ）がアレイ状に配列された表示器
４０を併せ具えるとともに、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３１、該発振された交流
信号を電ノ１１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Ｓ１およびＳ２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３３　ａ
および３３ｂ、これら増幅された信号の中からノイズ成
分を除去して有効信号成分のみを選Ｊｌｅ的にろ波づる
帯域通過フィルタ＜　Ｂ　Ｐ　「＞３４ａおよび３４ｂ
、これらろ波１３号を整流や平滑止するなどして所要に
波形整形する整形回路３５ａおよび３５ｂ、これら波形
整形された２つの信号を用いた除紳を実行して前述した
磁界検出素子＄１およびＳ２による検出磁界のレベル比
Ｒに相当する値を出力する除算器３６、同レベル比Ｒの
とり得る値について予め所望の比較基準レベルが設定さ
れる基準レベル設定器３７、これら設定された比較基準
レベルと上記除算器３６の出力レベルとを比較してその
大小に関する結果を同設定された各比較基準レベルとの
対応のもとに出力するレベル比較器３８、該比較出力に
基づき上記表示器４０のしＥＤアレイのうちの該当する
ＬＥＤを点灯駆動するＬＥＤ駆動回路３９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１２０の水平変位計測のための信号
処迎を実行する。

いま、上記発振器３１および電力増幅器３２を通じて前
記磁界元止ケーブル１０に交流電流が供給されたとする
と、例えば先の第５図に示したような同ケーブル１０の
それぞれ往路！１１０ａおよび復路１１０ｂを中心とし
た同心円磁界Ｈａおよび１−（ｂが発生する。地中掘削
９１２０内に同第５図に示す態様で搭載された磁界検出
素子＄１およびＳ２がこれら往復路ケーブル中心すなわ
ち施工計画ＩＰＬの鉛直面ｖＰについて左半方向にある
か左半方向にあるかによって、この発生された磁界につ
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「１」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りである。

この操作１３０は、こうした２つの磁界検出素子Ｓ１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、並びにその度合に応じた
水平変位量を上記レベル比較器３８を通じて判定すると
ともに、この結果を上記表示器４０を通じて可視表示す
る。先の第６図を参照して詳述するに、この際例えば、
上記基準レベル設定器３７に上記検出磁界のレベル比Ｒ
のｒＩＪと約ｒＯ，８，Ｊとに相当する電圧値が予設定
されていて、同レベル比Ｒの実際の値が「０．８〜１未
満」の間となったときには、上記レベル比較器３８は、
これら値の前述した比較に基づいて同計測レベル比Ｒが
上記の予設定基準レベル範囲にある旨判断し、ＬＥＤ駆
動回路３９を通じて表示器４０の該当するしＥＤすなわ
ち「左方向へ０〜２０　ｃｍ　Ｊを示すＬＥＤを点灯せ
しめる。

これによりオペレータは、地中掘削ｌＮ２Ｏの当該水平
変位量が施工計画線ＰＬに対し「左方向へＯ〜２０ｃＩ
ｒＪ」の範囲にあることを知ることができる。

また同様に、上記基準レベル設定器３７に同検出磁界の
レベル比Ｒの「１」と約Ｍ、３Ｊとに相当する電圧値が
予設定されていて、同レベル比Ｒの実際の値が「１〜１
．３未満」の間となったときには、同レベル比較器３８
は、これら値の上記同様の比較に基づいて同計測レベル
比Ｒが上記の予設定基準レベル範囲にある旨判断し、Ｌ
ＥＤ駆動回路３９を通じて表示器４０の該当するＬＥＤ
すなわち「右方向へＯ〜３０ｃＩｎ」を示すＬＥＤを点
灯せしめる。これによりオペレータは、地中掘削握２０
の当該水平変位量が施工計画線ＰＬに対し「右方向へＯ
〜３０ｏｎＪの範囲にあることを知ることができる。一
般的には、同水平変位但をｎ段階の分解能をもって知り
たければ、上記基準レベル設定器３７に＜ｎ−１）種の
比較基準レベルを用意すればよい。

こうして地中掘削機２０による掘削作業に伴なって該掘
削榔２０の上記往復路ケーブル中心からの（施工計画線
ＰＬからの）水平変位態様並びにその変位量が連続的に
計測され、上記表示器４０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、この実施例では、
上述の如く２つの磁界検出素子Ｓ１およびＳ２による検
出磁界のレベル比の値によって上記水平変位量を求めて
いることから、同地中掘削１ｆｆ１２０のヨーイングや
ピッチング等の影響を受けない正確な計測実現される。

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。

また、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れら複数のケーブルを
束ねたものであってもよい。

また、同実施例では、先の第５図および第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
検出方向く角度）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
度に維持されさえすればよい。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ればよい。

さらに同実施例では、表示器４０として第４図に図示し
たようなしＥＤアレイを配したものを用い、この点灯態
様をもって地中掘削８２０の施工計画線ＰＬに対する水
平変位量を表示するようにしたが、こうした表示方法は
任意であり、他に例えば、アナログのレベルメータを用
い、前記レベル比Ｒ＝１を中心とした該メータ指針の振
れ方向並びにその度合をもって同地中掘削１１１２０の
水平変位量を表示したり、あるいはただ単に「右変位」
および「左変位」といった変位方向だけを２値的に表示
したりするようにしてもよい。

さらにはまた、同実施例では、磁界検出素子Ｓ１および
Ｓ２の出力を直接操作盤３０内の信号増幅器３３ａおよ
び３３ｂに伝送するようにしたが、他に地中掘削ｖｉＡ
２０内に適宜の前置増幅器を設け、伝送し易い電圧レベ
ルまでこれら磁界検出素子Ｓ１およびＳ２の出力を予増
幅するようにしてもよい。これによれば、同計測装置の
より安定した運営を図ることができるようになる。

また、操作ａｔ！３０の上述した信号処理にかかる回路
については、これをマイクロコンピュータに置き換え、
この随時の演算によって同水平変位ｒを求めるようにし
てもよい。

ところで、上述の説明では、２つの磁界検出素子＄１６
よびＳ２による各検出磁界のレベル比に基づいて地中掘
削機の水平変位を求めることを前提としたが、要はこれ
ら検出磁界レベルの適宜な比較に基づけば同水平変位態
様に関する必要十分な情報は得られるものであり、他に
例えば、これら検出磁界レベルの差分をとったりする方
法等も十分に採用可能である。

また囚みに、同地中掘削礪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平面構成を模式的に示
す平面図、第３図は同実施例装置の正面方向からみた部
分断面図、第４図は同実施例装置の操作盤構成を示すブ
ロック図、第５図はこの発明の計測原理を説明するため
の略図、第６図は第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・・・地中掘削し１
．２１・・・ヘッド、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
ａ、３４ｂ−帯域通過フィルタ、３５ａ、３５ｂ・・・
波形整形回路、３６・・・除算器、３７・・・基準レベ
ル設定器、３８・・・レベル比較器、３９・・・ＬＥＤ
駆動回路、４０・・・表示器、８１．Ｓ２・・・磁界検
出素子。 手続補正書輸剛 昭和６１年２月２５日 ２、発明の名称 地中拙削機の水平変位計測装置 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 （１２３）株式会社小松製作所 ４、代理人 （〒１０４）東京都中央区銀座２丁目１１番２号叛座大
作ビル６階　電話０３−５４５−３５０８　（代表）５
ｏ補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄 一″６、補正の内容 （１）本願明ｍ害、第８ページ第７行目の（２）同、第
８ページ第８行目の （３）同、第８ページ第１１行目の ｒＶ１１＝　（１／ｒ１）−５ｉｎ（θ１−４５°）」
をｒＶ１１＝　（１／ｒ１）　・５ｉｎ（４５°−θ１
）」と訂正する。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）地表面にその往路線と復路線とで一定の間隔を保
   って敷設される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往復路ケー
   ブル中心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（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レベル比に基づいて前記
   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。