JPS6330701A - 掘進機の位置検出装置 - 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、地中を抑制する掘進機を掘削目標線に浴って
掘進させるため掘進機の地山での位置を検出する掘進機
の位置検出装置に関する。

〔従来の技術〕

小口径掘進工法等により、地中に管等を非開削で埋設す
る場合、当該管の先端に配置する掘進機は予め定められ
た掘削目標線に沿って地中を掘削してゆく必要がある。

このため、地中における掘進機の位置を検出し、掘進機
が掘削目標線から外れた場合にはこれを修正しなけｉば
ならない。このように、掘進機の位置を検出することは
、地中を掘削してトンネルを構築したり、下水管等を埋
設する場合、不可欠の手段である。以下、従来の位置検
出手段を図により説明する。

第５図は従来の位置検出装置の構成概略図である。図で
、Ａは地表面、Ａ７は地中、Ｔは掘削目標線を示す、、
１は交流電源、２ａ、２ｂは導線である。導線２ａ、２
ｂは掘削目標線Ｔから等間隔Ｗ（ｗ＝ｗ、＝＝ｗ、）に
配置されたループ状の導線であり、を源ｌと反対側にお
いて互いに接続さねている。、３は地中Ａ′にあって上
記掘削目標線Ｔに沿い矢印４の方向に掘進せしめられる
掘進機である。

５ａ、５ｂは掘進機３の両側面に配置された磁界検出器
である。なお、Ｘ、Ｙ、Ｚは想定された座標軸を示す。

今、電源ｌにより導線２ａ、２ｂｉＣ電流を供給すると
、この電流により地中に形成される磁界は。

導線２ａ、２ｂのＺ軸方向の長さが充分に長い場合、Ｙ
軸方向の距離（深さ）ｙとＸ軸方向の距離Ｘの関数で変
化する。したがって、磁界検出器５ａ、５ｂにより磁界
を検出すれば掘進機３の地中Ｘでの位置を検出できるこ
ととなる。磁界検出器５ａ、５ｂがループコイルで構成
されている場合。

゛　　その出力はコイルのループ面を通過する磁束の時
間的変化率に比例する。ここで。

Φ：コイルのループ面を通過する磁束 Ｎ：コイルの巻数 Ｇ：コイルのループ面積 Ｂ：コイルのループ面を通過する磁束密度ω：磁束の周
波数 とすると、ループコイルの出力ｅは次式で表わされる。

ｅ＝＝　ｄ４Ｖｄｔ　＝　＋Ｉ！１　・Ｎ−ＧｅＢｅ　
ｃｏｓωｔ　　＝−−＝（１）又、導線２ａ、２ｂ・に
電流が供給されたときのＸ軸方向の磁界Ｈｘ、Ｙ軸方向
の磁界Ｈ９は、掘進機３の位置ｘ、ｙを図示のように定
めると次式で表わされる。

透磁率をμとすると。

Ｂ＝μ・Ｈ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・（４）となる。本実施例では、媒質が土
であり、土の透磁率は空気と殆んど変らず一定とするこ
とかできる。

以上のことから、磁界検出器５ａ、５ｂの出力ｅに基づ
いて掘進機３の位置ｘ、ｙを演算により求めることがで
きる。そして、このような手段は。

掘削目標線Ｔがどのような線（直線や曲線）であっても
掘進機３の地中Ｘにおける位置を連巳して検出すること
ができるので、掘進機３を自動制御することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、掘進機３は多くの場合鉄系の部材で構成され
ている。したがって、ここを磁束が通過すると渦電流が
生じ、その影響により上記（４）式の透磁率μが局部的
に変化し、こねにより出力電圧ｅも変化する。このため
１位置ｘ、ｙの正確な検出ができなくなる。このような
問題に対し、従来においては、各掘進機の位置検出装置
毎に実験を行ない、必要な補正係数を求める手段が採ら
れていた。しかしながら、この作業は高度の技術を要し
、多くの手間と時間が必要であった。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、何等
の実験をも行なうことなく正確かつ容易に位置を検出す
ることができる掘進機の位置検出装置を提供するにある
。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため１本発明は、掘進機に磁界検
出器を設けるとともに、掘削目標線に沿ってループ状の
導線を敷設し、さらに、この導線に対して所定距離を隔
ててループ状の他の導線を敷設し、磁界検出器により、
前記導線に流ねる電流による磁界および前記他の導線に
流れる電流による磁界を検出し、こｒ、ら各検出値およ
び前記所定距離に基づいて演算装置により掘進機の位置
を演算するようにしたことを特徴とする。

〔作用〕

１つの導線に電流を流し、この電流により生じる磁界を
磁界検出器により検出し、又、他の導線にも電流を流し
て同様にその磁界を検出し、これらの検出値および前記
各導線間の距離に基づいて所定の演算を行ない掘進機の
位置を検出する。

〔実施例〕

以下１本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の位置検出装置の、構成概略図である。

図で、第５図に示す部分と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略する。２０ａ、、２０ｂは第５図に示す導
線２ａ、２ｂと同様、掘削目標線Ｔに対して等間隔Ｗで
敷設されたループ状の導線。

２１ａ、２１ｂは導線２０ａ、２０ｂに対して所定距離
Ｓだけ隔てて敷設されたループ状の導線、６は電源１と
各部１１２０ａ　、　２０ｂ　、　２１ａ　、　２１ｂ
間に介在する切換スイッチである。図示されていないが
、磁界検出器５ａ、５ｂの検出値を入力する演算装置が
地表面Ａ等の適宜の個所に設置さねている。なお。

磁界検出器５ａ、５ｂにはループコイルが用いられてい
る。

次に４本実施例の動作を第２図（ａＬ　ｆｂ）および第
３図を参照しながら説明する。第２図ｆａ）は第１図に
示す線（Ｉ　ａ　−ＩＩ　ａ　ＶＣＧ　ウ断面図で第１
図に示す部分と同一部分には同一符号が付しである。切
換スイッチ６を導線２０ａ、２０ｂに切換えると、導線
２０ａ、２０ｂに電流が供給され、この電流により地中
Ｘには実線矢印７で示すような磁界が形成される。磁界
検出器５ａ、５ｂはこのような磁界におけるＸ軸方向の
磁界成分のみ検出する。

ここで、掘進機３が非磁性物質、非導電性物質で構成さ
ねている場合は、磁界（磁束密度）のＸ軸方向成分Ｉ（
ｘは導線２０ａ、２０ｂの中央（掘削目標線Ｔ）の直下
で零となり、二の位置からＸ軸方向にすねるにしたがっ
て磁界成分Ｈｘは変化する。この場合、Ｘ軸方向のずれ
が深さｙや距離２ｗに比べて小さいとき、ずれの大きさ
と磁界成分Ｈｘとの間には比例関係が成立する。第２図
ｆｂ）はこれを示す特性図であり、横軸にずれの大きさ
Ｘが、又、縦軸に磁束密度Ｂｘがとっである。導線２０
　ａ　、２０　ｂに電流を供給した場合の特性が直線Ｂ
９で示されており、磁界検出器５ａの出力は磁束密度Ｂ
、。、に比例した値、磁界検出器５ｂの出力は磁束密度
Ｂヤｂに比例した値となる。

上記の状態から、切換スイッチ６を切換えて電源１から
導線２１　ａ　、　２１ｂ　ＩＩＣＭ、流を供給すると
、第２図１ａ）の矢印７で示される磁界のパターンは距
離Ｓだけ図の右方にずれ、その特性も第２図（ｂ）の破
線迅、に示さねるように距離Ｓだけ移動する。この場合
、磁界検出器５ａ、５ｂの出力はそれぞれ磁束密度Ｂａ
ｔ　ａ　−Ｂｔ＋ｂに比例した値となる。

ところで、前述のように掘進機３は鉄系の物質で構成さ
れることが多いので、渦電流等の影響により、磁界のＸ
軸方向成分Ｈｘが零になる位置は第２図（ａ）に示す位
置からずれた位置となる。これを第３図に示す。第３図
は第２図（ａ）と同様の断面図であり、その各部には第
２図（ａ）と同じ符号が付しである。図示のように、矢
印７で示す磁界は掘進機３の近辺において掘進機３の方
に偏り、磁界検出器５ｈの出力が零となる位置は掘削目
標線Ｔの直下から左にずハ、た位置となる。このずれが
距離Ｕで示さｒている。磁界検出器５ａの出力が零とな
る位置は逆に右に距離Ｕだけずれることになる。

以上のことを考慮し、導線２０ａ、２０ｂｌＣ’ｌｉ流
が供給されたときの磁界検出器５ａの出力ｅ！ａ・、。

および磁界検出器５ｂの出力ｅｓｂｅｍｍ又、導線２１
ａ。

２１ｂＫ電流が供給されたときの磁界検出器５ａの出力
ｅｓ３＊ｔ、および磁界検出器５ｂの出力ｅ５ｂｓ２１
を表わすと次式のようになる。ただし、に、は比例定数
、ｒは掘進機３の中心から各磁界検出器５ａ。

５ｂまでの距離である。

ｅ６ａａ２゜＝　ｋ、（ｘ＋ｒ　＋ｕ　）　　　・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（５）ｅ
ｓｂ、ｔ。＝　ｋ、　（ｘ　−ｒ　−ｕ　）　　　　・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（６
）ｅ、ａ、、、＝　ｋ、（Ｘ＋ｒ−３＋ｕ　’）　　・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（７）ｅう
ｂ　＃Ｈ＝　ｋ４　（ｘ−ｒ　−８−ｕ　）・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・（８）こねらの出力
ｅｓａ、ｔｏ、ｅｔｈａｔ。＋　ｅｓ３ｍｎ　＋　ｅｓ
ｌ）ａｔ＋　＋１Ａｆｆ述の図示しない演算装置に入力
される。

上記（５）〜（８）式において、未知の値は、に、、Ｘ
。

Ｕであり、求める値はＸである。そこで、まず、（５）
式および（６）式から 又、（力式および（８）式から （１０）式カラ（１′２）式ヲ減′ｘ−するとｅｓ３　
ｍｔｕ　　　ｅｓｌ）　ｍｔｕ　　　　　ｅ５ａ・ｔ＋
　　　ｅ５ｂ　＠ｔ＋（１４）式の（ｒ＋ｕ　）を（１
０）式に代入すねば１位置Ｘは既知の値ｅ５ａ’Ｒ１ｒ
　ｅ５ｂｌ＋２１１　＊　ｅｓａ＠ｔ＋　＋　ｅ５ｂ＠
ｔｌ　　＋　Ｓにより求めることができる。即ち、演算
装置では。

ｅｓａａｔｕ　　　　　　ｅｓｂ　　ＩＩ！Ｏｅ！ａｅ
ｔ＋　　　　　　ｅ！ｂｓｔ＋が演算されることになる
。これにより、掘進機３のＸ軸方向の掘削目標線Ｔから
の位置（すね）Ｘを検出することができる。

このように１本実施例では、２つのループ状の導線を敷
設し、各導線の電流により形成される磁界を磁界検出器
で個別に検出し、そねら各検出値と各導線間の距離とに
基づいて所定の演算を実施し、掘進機の掘削目標線から
のずれを得るようにしたので、掘進機を構成する材料の
如何にかかわらず水平方向における掘進機のずれを、簡
単な構成で容易かつ正確に検出することができ、実験に
要する多大の手間と時間を省略することができる。

又、磁界検出器と掘進機中心との間の距離は検出に関与
しないので１種々の径の掘進機に直ちに適用することが
できる。

第４図は本発明の他の実施例に係る位置検出装置の構成
概略図である。図で、第１図に示す部分と同一部分には
同一符号を付して説明を省略する。

２１　ａ’、　２１　ｂ’はループ状の導線２０ａ、２
０ｂの垂直上方に距離Ｓの間隔で平行に敷設されたルー
プ状の導線である。、５ｃｍ　５ｄは掘進機３の上下に
設けられた磁界検出器である。

切換スイッチ６により、導線２０ａ、２０ｂ、導線２１
　ａ’　、　２１　ｂ’に個別に電流を供給すると、地
中ににはそ４ぞれ磁界が形成され、各磁界は磁界検出器
５ｃ、５ｄにより検出される。この場合、検出される磁
界はＸ軸方向の磁界成分である。図示されていない演算
装置により、さぎの実施例と同様の演算を行なうことに
より、掘進機３の深さｙを得ることができる。本実施例
もさきの実施例と同じ効果を有する。

なお、上記各実施例の説明では、掘進機の水平方向の位
置および垂直方向の位置をそねぞね単独に検出する例に
ついて説明したが、１つのループ状導線と、こねに対し
て水平方向に所定の間隔で敷設されたループ状導線およ
び垂直方向に所定の間隔で敷設された導線の３つのルー
プ状導線を用い、かつ、掘進機の左右側壁および上下壁
にそれぞれ磁界検出器を設ければ、掘進機の水平方向お
よび垂直方向の位置を同時に検出することができるのは
明らかである、 又、上記各実施例の説明では切換スイッチを用いて各ル
ープ状導線に電流を供給する例について説明したが、電
流の周波数や位相を異ならしめ。

これを弁別する手段を磁界検出器に備えておけば。

切換スイッチは必做なく、各磁界を同時に検出すること
ができる。

さらに、導線と掘削目標線との間隔は自由に選定するこ
とができ、各導線が掘削目標線に沿って敷設されておね
ばよい。又、Ｂｉ磁界検出器しては。

コイルの他にホール素子等を用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように１本発明では、複数のループ状導線を
掘削目標線に沿って敷設し、こねろ導線の電流によみ磁
界を磁界検出器で個別に検出し。

これら検出値および導線間距離に基づき演算装置で所定
の演算を実施するようにしたので、掘進機の材質の如何
にかかわらず、簡素な構成で容易かつ正確に掘進機の位
置を検出することができ、実験に要する多大の手間と時
間を省略することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る位置検出装置の構成概略
図、第２図（ａ）は第１図に示す線１１ａ−ＩＩａに溢
う断面図、第２図（ｂ）は第２図（ａ）に示す装置の特
性図、第３図は磁界の偏りを説明する断面図、第４図は
本発明の他の実施例に係る位置検出装置の構成壁略図、
第５図は従来の位置検出装置の構成概略図である。 １・・・・・・電源、３・・・・・・掘進機、５ａ、５
ｂ−５ｃ。 ５ｄ・・・・・・磁界検出器、６・・・・・・スイッチ
、２０ａ、２０ｂ、２１ａ、２１ｂ、２１ａ’、２１ｂ
””＝導線−Ｔ−・・・ｍ開目標線。 第１図 第２図 ｔσノ 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 地中を掘削する掘進機と、この掘進機の掘削目標線に沿
   つて配置されたループ状の導線と、前記掘進機に配置さ
   れ前記導線に供給された電流による磁界を検出する磁界
   検出器とを備えた掘進機の位置検出装置において、前記
   導線に対して所定距離を隔てて配置された少なくとも１
   つのループ状の他の導線と、前記磁界検出器により検出
   された前記導線および前記他の導線を流れる電流による
   磁界の各検出値と前記所定距離とに基づいて前記掘進機
   の位置を演算する演算装置とを設けたことを特徴とする
   掘進機の位置検出装置。