JP3230553B2

JP3230553B2 - 水平位置測定装置

Info

Publication number: JP3230553B2
Application number: JP04013494A
Authority: JP
Inventors: 伸一青島; 学久保田; 哲郎藪田
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1994-03-10
Filing date: 1994-03-10
Publication date: 2001-11-19
Anticipated expiration: 2016-11-19
Also published as: JPH07248227A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地中に管体を敷設する
トンネル機械にあって、そのトンネル先端に位置するヘ
ッドの水平方向の位置を測定する水平位置測定装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】まず、はじめに、管体として例えば地下
通信ケーブル収納管を敷設する比較的小口径のトンネル
機械の構成について、図６を用いて説明する。本トンネ
ル機械１７は、ヘッド角修正機能を持つトンネル機械本
体１８と、このトンネル機械本体１８に続けて埋設管
（管体）１９を押し込む押管装置２０と、この押管装置
２０等に動力を供給する油圧装置２１と、この油圧装置
２１等を操作する操作盤２２とを備えている。ヘッド２
３には、このヘッド２３の水平方向の位置を検知するた
めの送信コイル２４が搭載されている。押管装置２０
は、埋設管１９を油圧で１本ずつ押し込むようになって
いる。このとき、オペレータＷは、ヘッド２３の角度を
逐次修正し、埋設計画線に沿うように方向修正を行う。
ヘッド２３等の寸法については、例えば、ヘッド２３の
直径が３４ｃｍ、埋設管１９の長さが２．５ｍ、同埋設
管１９の直径が３２ｃｍである。

【０００３】次に、ヘッド２３の水平方向の位置を測定
する装置について説明する。この装置は、図７に示すよ
うに、ヘッド２３に、軸心が鉛直となるように送信コイ
ル２４を設け、この送信コイル２４に、発進坑内の発信
器（図示せず）から交流電流を給電するようになってい
る。そして、送信コイル２４から発せられた交流磁界に
よって地上の受信コイル３２に誘起された電圧をコイル
誘起電圧測定器４０により測定し、その電圧によりヘッ
ド２３の水平方向の位置を算出するシステムになってい
る。

【０００４】図７の下方には、地中を進むヘッド２３に
設けた発信部２５が示され、その上方には、地上に設置
された受信部２６が示されている。発信部２５は、ヘッ
ド２３内に設けた送信コイル２４と、この送信コイル２
４を上端部に保持する長尺の揺動体２７と、この揺動体
２７の下部に一体に形成された重り部２７ａと、揺動体
２７を回転自在に支持するボールベアリング２８とを備
えている。

【０００５】ボールベアリング２８は、回転と傾斜に対
応できる２軸のものであり、重り部２７ａの重力作用に
より、送信コイル２４の軸心が常に鉛直方向を向くよう
に揺動体２７を支持するようになっている。

【０００６】受信部２６は、携帯用ベルト２９を有する
ケース３０と、このケース３０の左右に、ボールベアリ
ング３１を介して回転自在に支持された一対の受信コイ
ル３２とを備えている。ケース３０は、透明アクリル板
３３より形成されている。また、一対の受信コイル３２
は、図７及び図８に示すように、鎖交面が正対し、かつ
受信コイル３２自身の重力作用により鉛直となるように
ボールベアリング３１を介してケース３０に取り付けら
れている。すなわち、一対の受信コイル３２は、それぞ
れボールベアリング３１によって常に鉛直方向に垂れ下
がっており、その鎖交面が平行に向き合っている。ま
た、埋設管１９の埋設計画線に沿うように、地面にはガ
イドラインＧが設けてある。

【０００７】したがって、埋設管１９の押込量から知ら
れるヘッド２３の進行地点において、一対の受信コイル
３２の鎖交面がガイドラインＧをまたいで、同ガイドラ
インＧとほぼ平行になるようにケース３０を単に置くの
みで、ヘッド２３の水平方向の位置測定の準備が終了す
る。

【０００８】次に、ヘッド２３の水平方向の位置を測定
する原理を、図９を用いて説明する。まず、送信コイル
２４に電気を供給して、同送信コイル２４から地上に向
けて磁力線（磁力）Ｋを発生させておく。そして、受信
コイル３２間の中心をガイドラインＧに合わせ、かつ受
信コイル３２の鎖交面をガイドラインＧに平行にして、
ケース３０を地面に置く。トンネル機械先端、すなわち
ヘッド２３が図のようにガイドラインＧから左にＹだけ
ずれているとする。このとき、右の受信コイル３２の方
が左の受信コイル３２より多くの磁力線Ｋがコイル内を
とおる。したがって、図に示すように右の受信コイル３
２に誘起される誘起電圧ＶＲは左の受信コイル３２に誘
起される誘起電圧ＶＬより大きくなる。逆にヘッド２３
がガイドラインＧから右にＹだけずれている場合は誘起
電圧ＶＲは誘起電圧ＶＬより小さくなる。また、ヘッド
２３がガイドラインＧに一致する場合は誘起電圧ＶＲ＝
誘起電圧ＶＬとなる。これにより、ヘッド２３のガイド
ラインＧに対する水平方向のずれ量Ｙを算出する近似式
は、以下のように導き出せる。ただし、同一特性を有す
る２個の受信コイル３２は、ガイドラインＧを中心にし
て、鎖交面が隔離２Ｌで正対し、かつ鉛直になるように
設置されているとする。発進坑からみて左を正とし、左
側の受信コイル３２への誘起電圧をＶＬ、右側の受信コ
イル３２への誘起電圧をＶＲとすると、２個の受信コイ
ル３２の対称軸に対するヘッド２３の水平方向のずれ量
Ｙは、Ｙ＝（ＶＲ−ＶＬ）Ｌ／（ＶＲ＋ＶＬ）………（１）となる。すなわち、このずれ量Ｙによって、ヘッド２３
のガイドラインＧに対する水平方向の位置が測定され
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記で述べた従来のヘ
ッド２３の水平位置測定装置においては、測定の度に、
作業者がわざわざ、ヘッド２３の進行地点まで行き、同
地点に受信部２６をセットして測定を行っていた。現在
のトンネル機械においてヘッド２３の方向制御はオペレ
ータＷがヘッド角を埋設管１本（２．５ｍ）毎に変化さ
せて行っている。したがって、ヘッド２３の水平位置測
定も埋設管１本（２．５ｍ）毎に行っていた。しかし、
今後、施工品質をより向上させるためには、方向制御の
高精度化を行う必要があり、埋設管１本毎の水平位置情
報では不足で、よりきめの細かい、例えば１０ｃｍ毎あ
るいは連続的に、ヘッド２３の水平方向の位置を測定す
る必要がある。もし、従来の装置を用いて、例えば１０
ｃｍ毎にヘッドの水平方向の位置を測定しようとすれ
ば、埋設管１本で２５回も受信部２６を作業者がセット
しなおさなければならなくなり、非常に非効率である。
さらに、連続的にヘッド２３の水平位置を測定すること
はほとんど不可能である。

【００１０】本発明の目的は、上記の点に鑑みて、きめ
細かくあるいは連続的にヘッドの水平方向の位置の測定
を行える水平位置測定装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、地中内を進むヘッド（２３）の進行方向
を制御するとともに、このヘッド（２３）に続けて管体
（１９）を押し込むことによって、埋設計画線のとおり
に管体（１９）を敷設するトンネル機械（１７）にあっ
て、前記ヘッド（２３）の水平方向の位置を測定する水
平位置測定装置において、前記埋設計画線に沿うように
地面に設けたガイドライン（Ｇ）と、このガイドライン
（Ｇ）に沿って走行するガイドライン追従走行装置
（１）と、前記ヘッド（２３）に設けた送信コイル（２
４）と、前記ガイドライン（Ｇ）をまたぐようにして前
記ガイドライン追従走行装置（１）の左右に設け、前記
送信コイル（２４）から発する磁力を検知して、ガイド
ライン（Ｇ）に対するヘッド（２３）の水平方向のずれ
量を特定する水平位置特定用受信コイル（３２）と、こ
の水平位置特定用受信コイル（３２）によって得たデー
タを前記ヘッド（２３）の制御側に送信するデータ送信
器（８）とを具備してなり、前記水平位置特定用受信コ
イル（３２）より得たデータに基づいて、ガイドライン
（Ｇ）に対するヘッド（２３）の水平方向のずれ量を測
定することを特徴としている。

【００１２】また、上記ガイドライン追従走行装置
（１）には、送信コイル（２４）から発する磁力を検知
して、ヘッド（２３）のガイドライン（Ｇ）に沿う進行
方向の位置を特定する進行位置特定用受信コイル（２）
を設け、この進行位置特定用受信コイル（２）によって
特定されたヘッド（２３）の進行位置に合わせてガイド
ライン追従走行装置（１）を移動するようすることが好
ましい。

【００１３】

【作用】本発明においては、ガイドライン（Ｇ）に沿っ
て、ガイドライン追従走行装置（１）が走行し、この間
に、ガイドライン（Ｇ）に対するヘッド（２３）のずれ
量を、ヘッド（２３）内に設けた送信コイル（２４）
と、ガイドライン追従走行装置（１）に設けた受信コイ
ル（３２）とを介して測定することができる。したがっ
て、従来のように、測定の度に作業者がヘッド（２３）
の進行位置に行って、ヘッド（２３）とガイドライン
（Ｇ）とのずれ量を測定する必要がないから、極めて能
率よく、ヘッド（２３）の水平方向の位置を測定するこ
とができる。しかも、ヘッド（２３）の位置を例えば１
０ｃｍ毎のようにきめ細かく測定することも、またヘッ
ド（２３）の位置を連続的に測定することも、なんらの
困難もなく容易に行うことができる。

【００１４】また、ガイドライン追従走行装置（１）
に、ヘッド（２３）の進行位置特定用受信コイル（２）
を設けたものにあっては、ヘッド（２３）の進行が間欠
的であっても、このヘッド（２３）の真上にガイドライ
ン追従走行装置（１）を常に位置させておくことができ
る。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１〜図６を参照
しながら説明する。ただし、図７〜図９に示す従来例の
構成要素と共通する要素には同一の符号を付し、その説
明を簡略化する。

【００１６】図１は本発明の水平位置測定装置の全体
図、図２は本発明の水平位置測定装置の上面図である。
本装置は、主として、図１及び図２に示すように、埋設
管１９（図６参照）の埋設計画線に沿うように地面に設
けたガイドラインＧと、このガイドラインＧに沿って走
行するガイドライン追従走行装置１と、地中内を進行す
るヘッド２３と、このヘッド２３の発信部２５に設けた
送信コイル２４（図３参照）と、ガイドライン追従走行
装置１の左右にガイドラインＧをまたぐようにして設
け、前記送信コイル２４から発する磁力を検知し、ガイ
ドラインＧに対するヘッド２３の水平方向のずれ量を特
定する受信コイル（水平位置特定用受信コイル）３２
と、この受信コイル３２によって得たデータをヘッド２
３の制御側に送信するデータ送信器８とを具備するもの
である。そして、ガイドライン追従走行装置１には、送
信コイル２４から発する磁力を検知して、ヘッド２３の
ガイドラインＧに沿う進行位置を特定する受信コイル
（進行位置特定用受信コイル）２が設けられている。

【００１７】上記ガイドラインＧは、地面に張り付けら
れた光反射率の高いガイドテープによって構成されてい
る。また、ガイドライン追従走行装置１は、直方体状の
車体１ａを有しており、この車体１ａの四隅部には走行
用の車輪３が設けられている。各車輪３はモータ４によ
って駆動されるようになっており、車体１ａの幅方向の
中心位置には、ガイドラインＧの位置を検知するガイド
テープ検知センサ５が設けられている。

【００１８】受信コイル３２は、車体１ａの両側面に、
その鎖交面を平行に対向させて設けられている。なお、
この一対の受信コイル３２は、図７に示す受信部２６と
同様のものから構成されている。すなわち、図７で示す
ケース３０の内壁部３０ａ間の下側のアクリル板３３を
取り外し、これによってできた空洞部分を車体１ａに上
側から嵌め込んでいる。したがって、図１に示すよう
に、受信コイル３２の鎖交面がガイドライン追従走行装
置３の側面に平行になるように取り付けられる。また、
ガイドラインＧに対するヘッド２３の水平方向のずれ量
を測定する原理は従来例と同様であるので説明を省略す
る。

【００１９】また、車体１ａには、図２に示すように、
各受信コイル３２に誘起された電圧を測定するコイル誘
起電圧測定器６が設けられているとともに、このコイル
誘起電圧測定器６の測定結果からヘッド２３のガイドラ
インＧに対する水平方向のずれ量を演算する水平位置演
算部７が設けられている。さらに、車体１ａには、水平
位置演算部７で算出された水平方向のずれ量を遠く離れ
たオペレータＷの受信器に送信するデータ送信器８が設
けられている。

【００２０】受信コイル２は、図３に示すように、車体
１ａの先端部と後端部にあって、ボールベアリング９に
よって吊り下げられた状態になっており、常にその鎖交
面が平行に対向するようになっている。そして、各受信
コイル２は、受信コイル３２の軸心Ａからの距離Ｌが前
方及び後方において等しい位置に設けられている。

【００２１】これらの受信コイル２によって、ガイドラ
イン追従走行装置１を位置決めする原理を図３を用いて
説明する。この図では、後方の受信コイル２の近くにヘ
ッド２３の先端が位置しており、前方の受信コイル２に
誘起される誘起電圧ＶＦは後方の受信コイル２に誘起さ
れる誘起電圧ＶＢより大きくなる。逆に前方の受信コイ
ル２の近くにヘッド２３の先端が位置していれば、誘起
電圧ＶＦは誘起電圧ＶＢより小さくなる。また、ヘッド
２３の先端が受信コイル３２の軸心Ａに位置すれば、す
なわちヘッド２３が前後の受信コイル２間の中心に位置
すれば、誘起電圧ＶＦ＝誘起電圧ＶＢとなる。そこで、誘起電圧ＶＦ＜誘起電圧ＶＢの場合：走行装置１を前進誘起電圧ＶＦ＞誘起電圧ＶＢの場合：走行装置１を後退誘起電圧ＶＦ＝誘起電圧ＶＢの場合：走行装置１を停止のようにガイドライン追従走行装置１を制御すれば受信
コイル３２の軸心Ａをヘッド２３の先端部に常時位置さ
せることができる。すなわち、このような原理で、各モ
ータ３を駆動し、受信コイル３２の軸心Ａをヘッド２３
の先端部に一致させるようになっている。

【００２２】ガイドテープ検知センサ５は、図４に示す
ように、２つの光源５１ａ、５１ｂと、２つの受光セン
サ５２ａ、５２ｂと、これらを収納するケース５３とを
備えている。光源５１ａ、５１ｂ、受光センサ５２ａ、
５２ｂはケース５３に斜めに取り付けられており、光源
５１ａ、５１ｂより出た光が地面上のガイドラインＧで
反射して、その光が受光センサ５２ａ、５２ｂに当たる
ようになっている。そして、このガイドテープ検知セン
サ５はガイドライン追従走行装置１の幅方向の中心に取
り付けられているので、ガイドラインＧからの反射を検
知することによって、ガイドライン追従走行装置１の幅
方向の中心をガイドラインＧの通りに位置させることが
可能になっている。

【００２３】すなわち、図５はガイドテープ検知センサ
５を用いてガイドライン追従走行装置１をガイドライン
Ｇに沿って走行させる原理を示している。まずはじめ
に、図５（ｂ）のようにガイドラインＧがガイドライン
追従走行装置１の中心に位置しているとする。このと
き、２つの受光センサ５２ａ、５２ｂが受け取る光量は
ほぼ同じであるため、ほぼ同じ電圧を出力する。これを
増幅してガイドライン追従走行装置１のモータ４を駆動
させる。すると左右の車輪３の回転数はほぼ同じになる
ためガイドライン追従走行装置１は直進する。

【００２４】しかし、地面からの雑音や電気系統の雑音
によりガイドライン追従走行装置１の中心がガイドライ
ンＧから外れ、図５（ａ）、図５（ｃ）のようになる。
図５（ａ）の場合、右側の光源５１ｂから出た光はガイ
ドラインＧで反射して右側の受光センサ５２ｂによって
受光される。地面よりガイドラインＧのほうが反射率が
高いので、受光センサ５２ｂのほうが受光センサ５２ａ
より高い電圧を出力する。したがって、左側の車輪３の
回転数のほうが右側より多くなり、ガイドライン追従走
行装置１は右側に方向を変える。

【００２５】このため、ガイドライン追従走行装置１の
幅方向の中心はガイドラインＧに近づいてきて、図５
（ｂ）の状態になる。また、図５（ｃ）の場合も同様
に、ガイドライン追従走行装置１が左側に方向を変える
のでガイドライン追従走行装置１の幅方向の中心はガイ
ドラインＧに近づいていく。以上のような原理でガイド
ライン追従走行装置１の幅方向の中心はガイドラインＧ
に追従するようになる。また、図２において、符号１０
は、モータ４その他の電気器のための電源である。

【００２６】以上、本発明の水平位置測定装置の構成、
ヘッド２３のガイドラインＧに対するずれ量を測定する
原理、ガイドライン追従走行装置１における受信コイル
３２の軸心を常にヘッド２３の真上に位置決めする原
理、ガイドライン検知センサ５を用いたガイドライン追
従原理について詳しく説明した。

【００２７】最後に、本発明の水平位置測定装置による
実際の水平位置測定方法について図１、図２及び図６を
用いて、以下に説明する。

【００２８】（１）ガイドテープをガイドラインＧとし
て埋設計画線に沿って地面（通常はアスファルトの舗装
道路）に張り付ける。トンネル機械１７の１日の推進距
離は約２０ｍなのでその距離だけ張り付ける。

【００２９】（２）トンネル機械本体１８の先端部、す
なわちヘッド２３が埋設管１９を押管装置２０で押し込
むことによって前方に移動する。押し込みは埋設管１本
（２．５ｍ）あたり６回行われる。１回の押し込み量は
約４５ｃｍで約１〜２分かけてゆっくり押し込まれる。

【００３０】（３）ガイドライン追従走行装置１がヘッ
ド２３の動きに追従して、ガイドラインＧ上を前方に走
行する。

【００３１】（４）一定の時間毎に受信コイル３２、コ
イル誘起電圧測定器６、水平位置演算部７によってヘッ
ド２３のガイドラインＧに対する水平方向のずれ量の測
定が行われ、データ送信器８によって水平位置データを
遠く離れたオペレータＷ側の受信器に送信する。この情
報を元にオペレータＷはヘッド２３の方向制御を行う。
なお、水平方向のずれ量に基づき、ヘッド２３の方向を
自動的に制御する自動方向制御コントローラを用いても
よい。この場合には、オペレータＷがヘッド２３の方向
を制御する必要がない。

【００３２】なお、上記実施例においては、ガイドライ
ンＧとして光反射率の高いガイドテープを用い、かつこ
のガイドテープの位置を検知するガイドテープ検知セン
サ５を用いた例を示したが、このようなガイドテープの
代わりに導体線を用い、かつガイドテープ検知センサ５
の代わりに上記導体線まわりの磁界を検知する装置を用
いて、ガイドライン追従走行装置１を導体線に沿って追
従させるように構成してもよい。

【００３３】また、上記実施例においては、ヘッド２３
の進行方向の位置を特定するための受信コイル（進行位
置特定用受信コイル）２を設けた例を示したが、ヘッド
２３が連続して一定の速度で移動するのであれば、この
速度と同じ一定の速度でガイドライン追従走行装置１を
走行するようにしておけばよく、この場合には受信コイ
ル２を用いた構成にしなくてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ガイドラインに沿って、ガイドライン追従走行装置が走
行し、この間に、ガイドラインに対するヘッドのずれ量
を、ヘッド内に設けた送信コイルと、ガイドライン追従
走行装置に設けた受信コイルとを介して測定することが
できる。したがって、従来のように、測定の度に作業者
がヘッドの進行位置に行って、ヘッドとガイドラインと
のずれ量を測定する必要がないから、極めて能率よく、
ヘッドの水平方向の位置を測定することができる。しか
も、ヘッドの位置を例えば１０ｃｍ毎のようにきめ細か
く測定することも、またヘッドの位置を連続的に測定す
ることも、なんらの困難もなく容易に行うことができ
る。

【００３５】また、ガイドライン追従走行装置に、ヘッ
ドの進行位置特定用受信コイルを設けたものにあって
は、ヘッドの進行が間欠的であっても、このヘッドの真
上にガイドライン追従走行装置を常に位置させておくこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例として示した水平位置測定装
置の斜視図。

【図２】同水平位置測定装置のガイドライン追従走行装
置を示す上面図。

【図３】同水平位置測定装置のガイドライン追従走行装
置がヘッドに追従する原理を示した説明図。

【図４】同水平位置測定装置のガイドテープ検知センサ
を示す説明図。

【図５】同水平位置測定装置のガイドライン追従走行装
置がガイドラインに沿って走行する原理を示す説明図。

【図６】同水平位置測定装置を設けたトンネル機械の全
体構成を示す説明図。

【図７】従来例として示した水平位置測定装置を示す断
面図。

【図８】同水平位置測定装置の受信部を示した図であっ
て、図７のIIV 矢視図。

【図９】同水平位置測定装置でヘッドの位置を測定する
原理を示す説明図。

【符号の説明】

１ガイドライン追従走行装置２進行位置特定用受信コイル（受信コイル）８データ送信器１７トンネル機械１９管体（埋設管）２３ヘッド２４送信コイル３２水平位置特定用受信コイル（受信コイル）Ｇガイドライン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭57−110915（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−153113（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−153189（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−23594（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−40095（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−265110（ＪＰ，Ａ) 特開平５−125898（ＪＰ，Ａ) 実開平４−101103（ＪＰ，Ｕ) 特公平２−59932（ＪＰ，Ｂ２) 本庄克彦、桑野博喜「センサ信号伝送技術の研究−超音波を用いたエースモール用信号伝送−」ＮＴＴＲ＆Ｄ、1993 年、Ｖｏｌ．42 Ｎｏ．７ｐｐ．951 −958 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01C 7/06 G01C 15/00 E21D 9/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】地中内を進むヘッドの進行方向を制御す
るとともに、このヘッドに続けて管体を押し込むことに
よって、埋設計画線のとおりに管体を敷設するトンネル
機械にあって、前記ヘッドの水平方向の位置を測定する
水平位置測定装置において、前記埋設計画線に沿うように地面に設けたガイドライン
と、このガイドラインに沿って走行するガイドライン追
従走行装置と、前記ヘッドに設けた送信コイルと、前記
ガイドラインをまたぐようにして前記ガイドライン追従
走行装置の左右に設け、前記送信コイルから発する磁力
を検知して、ガイドラインに対するヘッドの水平方向の
ずれ量を特定する水平位置特定用受信コイルと、この水
平位置特定用受信コイルによって得たデータを前記ヘッ
ドの制御側に送信するデータ送信器とを具備してなり、
前記水平位置特定用受信コイルより得たデータに基づい
て、ガイドラインに対するヘッドの水平方向のずれ量を
測定することを特徴とする水平位置測定装置。
【請求項２】ガイドライン追従走行装置には、送信コ
イルから発する磁力を検知して、ヘッドのガイドライン
に沿う進行方向の位置を特定する進行位置特定用受信コ
イルを設けてなり、この進行位置特定用受信コイルによ
って特定されたヘッドの進行位置に合わせてガイドライ
ン追従走行装置を移動するようにしたことを特徴とする
請求項１記載の水平位置測定装置。