JP2786238B2 - 掘進機の水平位置測定装置 - Google Patents

掘進機の水平位置測定装置

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JP2786238B2 JP1087764A JP8776489A JP2786238B2 JP 2786238 B2 JP2786238 B2 JP 2786238B2 JP 1087764 A JP1087764 A JP 1087764A JP 8776489 A JP8776489 A JP 8776489A JP 2786238 B2 JP2786238 B2 JP 2786238B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は掘進機により地中に管路設備を非開削で埋設
する場合、掘進機を施工計画線に沿って掘進させるため
に掘進機の位置を測定する掘進機の位置測定装置に関す
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進機においては、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、地中掘進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、地中掘進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58-1
1030号、発明の名称「シールド幕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課題] こうした方法によれば、地中掘進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なうに至っては地中掘
進機を用いた管埋設方法の本来の利点を失わせるもので
ある。
[課題を解決するための手段] 上記課題を解決するため、本発明は、地中掘進機の水
平位置を測定する装置であって、掘進機の掘進ヘッドに
備えられた磁界発生素子と、該素子に電流を供給する手
段と、地表面上で、施工計画線に沿って往路線と復路線
とで一定の間隔を保って敷設してループを形成し、その
ループが施工計画線に対して対称となるように重ね合わ
せて敷設された2組の磁界検出ケーブルと、前記磁界発
生素子からの磁界により前記2組のケーブルに発生した
電圧を測定し、前記電圧測定値の演算により前記掘進ヘ
ッドの施工計画線からの水平位置偏差を測定する手段と
を具備することを特徴とする掘進機の水平位置測定装置
である。
[作用] 上記発明の構成により、掘進機の掘進ヘッドに備えら
れた磁界発生素子から発生した磁界により、地表面上に
施工計画線に沿って敷設され、かつ施工計画線に対して
対称となるように重ねあわせて敷設された2組のケーブ
ルに発生する電圧を測定する。
この場合、2組のケーブルの重ね合わせ部分が存在す
ることにより、掘進ヘッドの施工計画線からの水平位置
偏差が小さい場合においても、2組のケーブルに発生す
る電圧がある程度の大きさになるので、この電圧に基づ
いて演算することにより掘進ヘッドの施工計画線からの
水平位置偏差を該水平位置偏差が小さい場合でも精度良
く求めることができる。
[実施例] 本発明の一実施例を図面に従って説明する。
第1図は作業状態にある図示しない地中掘進機に取付
けられている掘進ヘッド15を含む実施例の装置の大まか
な構成を平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横断面を模式的に示したもの
であり、更に第3図は同地中掘進ヘッド15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、これらの図において、EPは地表面、17は発進
立坑、3及び4は該地表面EP上に施設された磁界検出ケ
ーブルであって、磁界検出ケーブル3は施工計画線18に
平行に往路線3aと復路線3bにてループを形成している。
又磁界検出ケーブル4も同様に往路線4aを復路線4bとで
ループを形成し、これら磁界検出ケーブル3及び4は第
3図で示すように施工計画線18を中心に1/2Lの距離に磁
界検出ケーブル3の復路線3b及び磁界検出ケーブル4の
往路線4bが、又距離3/2Lの位置には磁界検出ケーブル4
の復路線4bが又反対の位置には磁界検出ケーブル3の往
路線3aがそれぞれ互いに平行に施設されている。一方、
施工計画線18に沿って掘進された推進管16の先端部には
図示しない掘進機の掘進ヘッド15があり、その掘進ヘッ
ド15内にはコイルからなる磁界発生素子1が深さHの位
置に内挿されている。発進立坑17の横の地上面上には装
置部14が設置されており、磁界検出ケーブル3,4及び磁
界発生素子1とケーブル19でもって接続されている。こ
の装置14の構成については第4図に詳しく示す。すなわ
ち、第4図に示すように適宜の繰返し周波数を有する交
流信号を発信する発振器52はケーブル19を介して磁界発
生素子1に接続されている。磁界発生素子1で発生され
た磁界は磁界検出ケーブル3,4で検出され、その検出信
号は切替器55へ入力され、切替えられた信号、即ち磁界
検出ケーブル3で検出された信号あるいは磁界検出ケー
ブル4で検出された信号のいずれかに選択された信号は
増幅器56、バンドパスフィルタ−57、検波器58及びA/D
変換器59を経てCPU60へ入力される。CPU60はROM61及びR
AM62を備えていてROM61に予め記憶されているプログラ
ムに従って処理され、結果は表示器63に表示される。
次に、本実施例の理論について第5図乃至第8図を参
照して説明する。
第5図から明らかなように磁界検出ケーブル3,4は地
表面EP上に往路3a,4a及び復路3b,4bが施工計画線18に距
離Lの間隔で平行に敷設され、かつ往路3aと復路3bの中
点には往路4aが位置し、又往路4aと復路3bの中点に施工
計画線18が位置する。磁界発生素子1は地表面EPから深
さHでかつ施工計画線18から偏差Δlだけ水平方向に離
れた位置にある。また、地表面に敷設されている往路3
a,4a及び復路3b,4bから磁界発生素子1までの直線距離
をそれぞれl 3a,l 3b,l 4a,l 4bとすると、 となる。
次に磁界検出ケーブルに発生する電圧を求める。磁界
検出ケーブル3の往路3aに発生する電圧V3aは、第5図
に示すように往路3aと磁界発生子1とを結ぶ磁界発生子
1での鉛直方向軸とが成す角度をθ1として、かつ第1
図に示すように磁界検出ケーブル3,4の敷設長さをLLと
してこの長さLLとl 3aとを比較した場合LL>>l 3aであ
ると V3a=K/l 3a・cosθ1=K/l 3a・H/l 3aである。
同様に磁界検出ケーブル3の復路3bに発生する電圧V3
bを求める。第5図において復路3bと磁界発生素子1と
を結ぶ直線と磁界発生素子1での鉛直方向軸とが成す角
度をθ2とし、かつLL>>l 3bであると V3b=K/l 3b・cosθ2=K/l 3b・H/l 3bである。
上記で求まった電圧V3aとV3bとは逆方向の電圧である
ため磁界検出ケーブル3に発生する電圧V3は V3=K・H・(1/l 3a2-1/l 3b2) (1a) である。
一方、磁界検出ケーブル4に発生する電圧V4について
は上記V3と同様の方法で求めることができる。即ち、磁
界検出ケーブル4の往路4aに発生するV4aは磁界検出ケ
ーブル4の往路4aと磁界発生素子1とを結ぶ直線と磁界
発生素子1での鉛直方向軸とが成す角度をθ3とし、か
つLL>>l 4aとすると V4a=K/l 4a・cosθ3=K/l 4a・H/l 4aとなる。
また、同様に磁界検出ケーブル4の復路4bに発生する
電圧V4bは磁界検出ケーブル4の復路4bと磁界発生素子
1とを結ぶ直線と磁界発生素子1での鉛直方向軸とが成
す角度をθ4とし、かつLL>>l 4bとすると V4b=K/l 4b・cosθ4=K/l 4b・H/l 4bとなる。
上記で求めた電圧V4aとV4bとは逆方向電圧であるた
め、磁界検出ケーブル4に発生する電圧V4は V4=K・H・(1/l 4a2‐1/l 4b2) (1b) である。
なお、上記(1a)及び(1b)の式のKは大地の誘電率
等を含んだ比例係数である。
次に、上記で求めた電圧V3及びV4の絶対値と磁界発生
素子1が施工計画線18より水平方向に離れている距離、
即ち偏差Δlとの関係を磁界発生素子1の深さHをH=
2Lの状態で実測した結果を第6図に示す。この図から絶
対値電圧V3及びV4は偏差Δlが−L/2≦Δl≦L/2の範囲
においてほぼ直線的に変化し、比例定数をkとすると、 V3=k・Δl,V4=k・Δl と表される。
そこで、第5図に示す状態に上記の関係を適用してみ
ると、 V3=−k(L/2−Δl) V4=k(L/2+Δl) となり、偏差Δlは Δl=(V3+V4)/(V4−V3)・L/2として求まる。従
って、測定した電圧V3,V4及び距離Lより偏差Δlを求
めることができる。なおこの偏差Δlを計算値としての
偏差Δl′とする。次に、上記で求めた計算のΔl′が
実測の偏差Δlとの相異について第7図に示す。第7図
は横軸に実測の偏差Δl、縦軸に計算の偏差Δl′をと
り、H=L,H=3L及びH=5Lの条件のもとに実測比較し
た図である。この第7図から計算の偏差Δl′は実測の
偏差Δlとほとんど一致している。即ち、磁界発生素子
1の深さHに拘らずほぼ正確に施工計画線18よりの偏差
Δl′を求めることができる。
従って、上記に記載した方法で偏差Δl′を求めるよ
うに予め装置部14内に設けてあるROM11にプログラムし
ておくことにより容易に求めることができる。即ち、予
め磁界検出ケーブルの敷設距離Lの値をCPU10に与えて
おき、切替器55によってまず磁界検出ケーブル3に発生
する電圧V3′を検出するようにし、この検出値を増幅器
6等を介してCPU60に読込む。そして同様に切替器55を
切替えて磁界検出ケーブル4に発生する電圧V4′を検出
してCPU60に読込む。CPU60では読込まれたV3′とV4′及
びLでもって偏差Δlを Δl=(V3′+V4′)/(V4′−V3′)・L/2で求め
る。
なお、V3及びV4をそれぞれ式(1a),(1b)で求める
必要がないのは偏差Δlを求める式がV3とV4の比率関係
であり、相対値でもって演算すればよいからである。
このように本実施例では施工計画線に沿って往路線と
復路線とで一定の間隔を保って敷設してループを形成
し、そのループが施工計画線に対して対称となるように
重ね合わせて敷設された2組の磁界検出ケーブルに発生
する電圧を測定し、その電圧値に基づいて偏差Δl′を
演算し、算出された偏差Δl′を表示器63に表示でき
る。又この偏差Δl′に応じて掘進機の掘進方向制御を
行なうことも容易にでき、かつ自動的に高感度に検出す
ることができ、又掘進機の掘進方向制御を完全に自動化
することができる。更に、施工計画線が自由曲線であっ
ても、それが直線の場合と何等変えるところなく位置検
出及び掘進方向制御を行なうことができる。
なお、上記実施例の説明では磁界検出ケーブルを地表
上に敷設する例について説明したが、磁界検出ケーブル
は地面に敷設してもよい。
[発明の効果] 以上詳細に説明したように、本願発明に係わる掘進機
の水平位置測定装置によれば、探査器を目標地点に運搬
することなく、また繁雑な交通遮断を行うことなく、容
易にかつ迅速に地中掘削機の施工計画線からの水平位置
偏差を該水平位置偏差が小さい場合でも精度よく測定す
ることができる。また、本願発明は、直線掘削のみなら
ず、曲線掘削にも適用することができる。このため、施
工計画線の沿って地中掘削機を進めることが極めて容易
になる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる地中掘進機の掘進ヘッドを含む
実施例装置の大まかな構成を示す平面図、第2図は同実
施例装置を模式的に示す横断面図、第3図は掘進ヘッド
の進行方向から見た同実施例の要部断面構造を模式的に
示したもの、第4図は装置部の内部構成図、第5図は本
実施例の動作について説明するための磁界発生素子と磁
界検出ケーブルとを掘進ヘッドの進行方向から見た図、
第6図は偏差Δlと磁界検出ケーブルに発生する電圧と
の関係式、第7図は実測の偏差Δlと計算の偏差Δl′
を示す図である。 1……磁界発生素子 3(3a,3b),4(4a,4b)……磁界検出ケーブル 15……掘進ヘッド 17……発進立坑 18……施工計画線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01C 15/00 E21D 9/06 301 G01B 7/00 - 7/34 E21D 1/00 - 9/14 G01V 3/10

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】地中掘進機の水平位置を測定する装置であ
    って、掘進機の掘進ヘッドに備えられた磁界発生素子
    と、該素子に電流を供給する手段と、地表面上で、施工
    計画線に沿って往路線と復路線とで一定の間隔を保って
    敷設してループを形成し、そのループが施工計画線に対
    して対称となるように重ね合わせて敷設された2組の磁
    界検出ケーブルと、前記磁界発生素子からの磁界により
    前記2組のケーブルに発生した電圧を測定し、前記電圧
    測定値の演算により前記掘進ヘッドの施工計画線からの
    水平位置偏差を測定する手段とを具備することを特徴と
    する掘進機の水平位置測定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6326510A (ja) * 1986-07-19 1988-02-04 Fujitsu Ltd 実装部品検査装置
JPS63265110A (ja) * 1986-12-04 1988-11-01 Komatsu Ltd 地中掘削機の水平変位計測装置

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