JP3684157B2 - 推進管列の位置測定装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、推進管列の位置測定装置および方法に関し、詳しくは、推進工法に使用され地盤に孔を形成しながら推進していく推進管列の位置を地表で測定する装置と、このような装置を用いた測定方法とを対象にしている。
【０００２】
【従来の技術】
推進工法では、地盤内を推進しながら孔を形成していく掘進機の位置あるいは推進方向によって、掘進機の後方に連結されて地盤内に埋設されていく埋設管の敷設位置が決まる。
地表から垂直に掘削された出発立坑の側壁から同様に掘削された到達立坑に向かって掘進機を推進させるが、推進力を加える元押しジャッキの荷重が加わる方向のずれや、掘進機が推進する地盤の抵抗の偏りなど、様々な原因によって、掘進機の推進方向が計画線通りに行かないことがある。掘進機の推進方向のずれは、埋設管の敷設位置のずれを招く。
【０００３】
そこで、掘進機の推進位置を測量して、計画線からのずれを検知し、このずれを解消するように掘進機の推進方向を修正することが行われる。
掘進機の位置を測定する方法としては、埋設管列および掘進機の内部空間でレーザ測量技術などを用いた測量を行う方法もあるが、地表に配置された測定装置で地中の掘進機の水平位置を測定する技術が開発されている。
例えば、掘進機には磁界発生器を取り付け、磁界発生器から垂直方向の磁界を発生させる。地表に沿って磁界検知器を移動させたときに、検知される磁界の強さが最も強くなる位置の真下に、磁界発生器すなわち掘進機が存在すると判断するのである。
【０００４】
一対の検知コイルを、間隔をあけて配置しておき、両方の検知出力の違いから、中間のどの位置に磁界発生器があるのかを判断する方法も提案されている〔土木学会論文集 第３５８号／III −３「トンネル機械の水平位置計測法」野村、保科、梅津の各氏発表〕。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記した磁界発生器と磁界検知器とを組み合わせた磁気による位置測定技術では、推進工法の施工環境には電磁気的な雑音が多く、正確で迅速な測定が行い難いという問題がある。
推進工法の施工環境では、周辺を行き来する自動車のエンジンプラグのスパークによって発生する電磁気雑音が甚だしい。地下および地上に敷設された電力ラインや通信ラインからの電磁誘導による雑音もある。これらは一般にホワイトノイズと呼ばれ、周波数は商用周波数からＭＨｚ級まで広帯域にわたっている。
これらの電磁気的な雑音信号が、磁界発生器（発信器）の磁界を磁界検知器（受信器）で捉えるμＶオーダーの微弱な出力信号に混ざるため、いわゆるＳ／Ｎ比が小さくなってしまい、安定した高精度の測定ができなくなる。
【０００６】
このような雑音を、電気的な処理によって低減する方法がいろいろ提案され、かつ実施されている。
例えば,抵抗とコンデンサによる同調回路を増幅器の負帰還回路に組み込んだ高性能のバンドパスフィルタ回路を用い、信号として発信器で発生する磁界の周波数以外の周波数成分を除去する方法がある。しかし、この種のバンドパスフィルタも現在の技術をもってしても、その雑音減衰度は、図９に示すように、オクターブあたり−４０〜−６０ｄＢ程度が限界であり、広域周波数帯を十分にカバーすることは困難である。また、信号周波数直近の周波数のノイズに対しては無力である。
また、さらに高度にＳ／Ｎ比を改善する方法として、ヘテロダイン検波法がある。この方法は、２種の信号電圧を乗算し、信号電圧以外の周波数の信号電圧を得るというものである。今、周波数の異なる信号電圧を乗算すると、
Sin Ａ × Sin Ｂ ＝ −［ Cos（Ａ＋Ｂ）−Cos（Ａ−Ｂ）］／２ ・・・（１）
となり、（１）式から両者の周波数の和と差の交流信号が生じることがわかる。
【０００７】
次に、信号ＡとＢを同一の周波数としたときを考えると、
Sin Ａ × Sin Ａ ＝（１− Cos２Ａ）／２ ・・・（２）
となり、（２）式から同一周波数の信号を乗算すると、直流信号と２倍の周波数の交流信号が生じることがわかる。
この原理を利用して、発信器からの信号電圧と受信器の出力電圧を乗算することにより、受信器の出力電圧のうち受信器電圧と同一の周波数のみを直流として取り出し、その他の周波数のものは交流電圧として取り出せるので、低周波ローパスフィルタを介することにより、信号は直流分のみを選択して検出することができる。この方法によれば、バンドパスフィルタ換算で１２０ｄＢ程度の減衰が可能である。
【０００８】
しかし、実際には、発信器からの信号電圧と受信器出力電圧を乗算する装置を操作することは現場では物理的に無理である。
また、この装置は比較的に複雑な装置で高価であり、推進工法の施工現場で簡便に使用するには実用性に劣るという問題もある。
さらに、従来の一般的な測定装置では、磁界検知器の出力信号を、電圧計の指針の示す位置や電圧値のデジタル数字などで表示し、作業者がその数値を読み取って、磁界発生器および掘進機の位置を決定していた。前記した雑音などの影響で、不規則かつ大きく変動する指針の位置や表示値から、目的とする出力信号の値を正確に読み取るのは大変に難しく、測定作業に時間がかかったり、測定者によって測定の誤差が大きく出るという問題もある。
【０００９】
本発明の課題は、前記したような掘進機を含む推進管列の位置測定を、比較的に簡単な構造の測定装置で、実用的に十分な精度で迅速に行えるようにすることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる推進管列の位置測定装置は、地中を推進する推進管列の位置を地表で測定する装置であって、前記推進管列に備えられ、垂直方向の磁界を発生させる磁界発生器と、前記地表に沿って移動し、前記一つの磁界発生器から発生させた垂直方向の磁界を検出し、検出された磁界の強さを出力する左右一対の磁界検知器と、前記左右の磁界検知器の出力信号を処理して得られる直流電圧を縦軸に、時間経過を横軸に設定して、左右の出力信号にそれぞれ対応して、経時的に変化し、雑音による上下方向の凹凸を含む水平直線状の出力画像を表示する直流２現象表示器からなる画像表示器とを備える。
〔推進管列〕
推進管列は、掘進機と掘進機の後方に接続される接続管および埋設管を含んでいる。
【００１１】
掘進機としては、通常の推進工法に利用される各種構造の掘進機が適用できる。
掘進機の基本的な構造として、鋼材などで構築された円筒状の外郭構造を有し、先端にドリルビットなどを備えた回転掘削盤を備えたものがある。掘削面に泥水を供給する泥水供給機構や掘削された土砂を排出する排土機構を備えたものがある。土砂を圧密する圧密コーンを備えてものもある。掘進機の掘削方向を変える方向修正ジャッキを備えたものがある。
掘進機の後端には、接続管および埋設管が順次連結される。埋設管としては、ヒューム管や鋼管、コンクリート管、合成樹脂管など、通常の推進工法で使用される管材料が使用できる。接続管は、掘進機と埋設管との接続機能を果たし、鋼管などで構成される。
【００１２】
〔磁界発生器〕
磁界による位置測定技術で使用される通常の機構構造を備えた磁界発生器が使用できる。例えば、磁界発生コイルが使用できる。磁界発生コイルに交番電流を流すことで、コイルの軸方向一端から軸方向に延長方向に向かって延び、湾曲してコイルの軸方向他端へと戻る交番磁界を発生させることができる。印加電流の周波数によって、発生する磁界の周波数が決まる。磁界の周波数としては、通常の位置測定技術と同様の範囲に設定でき、例えば、２００〜２０００Ｈｚの範囲に設定できる。
【００１３】
磁界発生器は、通常は推進管列の先頭に配置される掘進機に配置される。推進管列の途中である接続管や埋設管に配置しておけば、推進管列の先頭位置だけでなく、途中位置あるいは推進管列の全体の配置形状を測定することもできる。以下の説明では、掘進機に配置する場合について発明するが、接続管や埋設管に配置する場合も同様の説明が適用できる。
掘進機に設けられる磁界発生器は、掘進機内で、掘進機の中心軸を通る垂直面内に配置しておくことができる。磁界発生器の磁界の方向を、掘進機の中心軸と直交する掘進機の垂直軸方向に合わせておくことができる。磁界発生器を掘進機内に自由な状態で吊り下げておけば、重力の作用で常に鉛直方向を向かせることができる。但し、磁界発生器の磁界方向と掘進器の中心軸や垂直軸とのズレを予め計算に入れて測定を行うのであれば、必ずしも中心軸や垂直軸と一致させておく必要はない。
【００１４】
掘進機を構成する各部材の材料や構造は、磁界発生器から発生する磁界を歪ませたり減衰させたりし難いものが好ましい。例えば、鋼材としてステンレス鋼を用いたり合成樹脂材料を用いたりすることができる。
〔磁界検知器〕
磁界による位置測定技術で使用される通常の機構構造を備えた磁界検知器が使用できる。例えば、磁界検知コイルが使用される。磁界中に置かれた磁界検知コイルには、同コイル軸方向の磁界の強さに対応する磁束密度と同コイルの巻数、直径に比例する出力信号が取り出せる。また、出力信号の大きさは磁界の周波数にも比例する。（出力信号の電圧で磁界の強さを表すことができる。）
出力信号には、磁界発生器の磁界による信号のほかに、周囲の電磁気的な雑音発生源から発生した電磁界による雑音信号が含まれている。雑音信号の周波数は、雑音発生源の種類によって様々であり、経時的に周波数が変動することもある。出力信号の周波数と同じ周波数の雑音が混じることもある。
【００１５】
磁界検知器は、同じ特性の磁界検知器を２個一対にして用いる。一対の磁界検知器を左右に一定の間隔で離した状態で連結して、一対の状態で移動できるようにしておく。一対の磁界検知器の間隔が広いほど、同じ磁界発生器の磁界を測定したときの出力信号の違いが大きくなり、位置測定の精度を高めるのに有効である。実用的には、一対の磁界検知器を組み込んだ検知部の移動や搬送などの取扱い易さも考慮して、一対の磁界検知器の間隔を設定することができる。具体的には、磁界検知器の感度などの条件によっても異なるが、通常は、１０〜６０ｃｍ程度の間隔に設定することができる。
【００１６】
一対の磁界検知器は、作業者が容易に移動させることができる程度の大きさおよび重量の筐体や支持構造からなる測定ヘッドに取り付けておくことができる。測定ヘッドを、画像表示器や電源を組み込んだ測定装置の本体とは別部材で構成し、可撓性のあるケーブルなどで連結しておけば、測定装置は定置しておき、測定ヘッドだけを移動させて掘進器の位置測定を行うことができる。測定ヘッドと測定装置との間の信号伝達を無線で行うこともできる。小型の測定装置であれば、一対の磁界検知器を測定装置内に組み込んでおき、測定装置の全体を持ち運んだり移動させたりして掘進器の位置測定を行うこともできる。
【００１７】
一対の磁界検知器は、地中に存在する掘進器すなわち磁界発生器の上方で地表に沿って移動させて測定を行う。磁界検知器は地表に密着させて移動させる必要はなく、磁界検知器に十分な強さの磁界が作用する程度の間隔をあけて移動させればよい。通常は、地表から１０〜３０ｃｍ程度の間隔に設定することができる。磁界検知器を、走行自在な作業車に搭載して測定作業を行うこともできる。
一対の磁界検知器には、その磁界検知器の位置における磁界の強さに相当する出力信号が発生する。
〔画像表示器〕
電気的な信号として得られる磁界検知器の出力を画像情報として表示することができれば、各種測定装置で使用されている画像表示器の構造や機構を組み合わせて構成することができる。
但し、本発明では、前記した表示が可能な直流２現象表示器を用いる。後述するフーリエ解析波２現象表示器あるいはＸ−Ｙ２現象表示器は、本発明の技術的範囲からは外れる参考技術として説明する。
【００１８】
画像の表示は、ＣＲＴ（陰極線管）、ＬＣＤ（液晶表示板）、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）などの一般的な画像表示手段を用いて行うことができる。
左右の磁界検知器で検知された出力信号は、目的の画像に表示させるのに必要な電気的処理が行われたあと、画像表示手段に送られる。このような電気的処理には、増幅、周波数カット、検波、整流、平滑化などの通常の電気的測定における信号処理が含まれる。通常のバンドパスフィルタ回路を組み合わせることもできる。後述するフーリエ解析回路も組み込んでおける。
画像表示器の表示画面には、左右の磁界検知器の出力信号を経時的に変化する別々の出力画像として繰り返し表示することができる。また、左右の磁界検知器の出力信号を合成した１種類の信号を経時的に変化する出力画像として繰り返し表示することもできる。
【００１９】
表示画面には、磁界の強さに対応する出力信号の大きさを、画像の位置や形状などの視覚的に認識できる形態で表示する。具体的には、輝点やドットその他の図形が選択できる。左右の出力画像を、異なる図形や線、パターン、色などで表示することもできる。
出力画像は、左右の磁界検知器の出力信号が一致した状態と差がある状態とが視覚的に識別できる必要がある。
〔直流２現象表示器〕
直流２現象表示器は、各種の測定技術において使用されている測定データの表示手段である。２種類の直流値を同時に画像として表示することができる。２種類の直流値として、左右の磁界検知器における出力信号の強さ、具体的には、電圧値を用いることができる。磁界検知器の出力信号が、磁界の周波数に対応する交番電圧である場合には、交番電圧を直流電圧に変換する信号処理を行っておく。
【００２０】
直流２現象表示器には、左右のそれぞれの出力画像が、連続した線状の画像として表示される。例えば、表示画面の縦軸に出力信号の強さ、横軸に時間経過を設定すれば、水平直線状の出力画像が表示される。表示画面の幅で決まる一定時間の間の出力信号が繰り返し表示される。左右の磁界検知器の出力信号の強さが違えば、異なる位置に２本の直線画像が表示される。左右の磁界検知器の出力信号の強さが同じになれば、２本の直線画像が重なって１本に見える。
但し、左右の出力信号には雑音成分が混合しているので、出力画像は平滑な直線画像ではなく、細かく振れる凹凸が生じる。２本の出力画像で凹凸の発生位置や大きさは違う。凹凸は経時的に変動する。
【００２１】
＜位置測定＞
直流２現象表示器に表示された、左右の出力信号に対応する２本の直線画像を観察しながら、磁界検知器を地表に沿って移動させると、磁界発生器からの距離の変動に応じて左右の出力信号が変動し、２本の直線画像が近づいたり遠ざかったりする。２本の直線画像が重なって一致する方向に、磁界検知器を移動させる。２本の直線画像が視覚的にほぼ完全に重なって一致したと判断された状態では、左右の磁界検知器から同じ距離の位置に磁界発生器が存在している。これによって、磁界発生器の水平位置すなわち掘進機の水平位置が測定できる。
【００２２】
２本の直線画像には、雑音による凹凸が含まれているが、表示画面の全体に表示される直線画像を総合的に観察して、重なっているか、ずれているかを判断すれば、実用的に十分な精度で、磁界発生器および掘進機の位置を測定することが可能である。
また、直流２現象法では、電磁ノイズが比較的少なく、磁界発生器と磁界検知器の距離が比較的小さくて磁界信号電圧が大きくとれる現場においては、電気式に比べて応答性の悪い機械式の直流指示電圧計を２台近接させて配置し、これらの指針の挙動から掘進機の位置を測定することも便法として考えられる。
【００２３】
〔フーリエ解析波２現象表示器〕
フーリエ解析波２現象表示器も、各種の測定技術において使用されている測定データの表示手段である。２種類の信号を、それぞれフーリエ解析して、周波数毎の信号値に分解し、周波数毎のデータとして画像表示することができる。２種類の信号として、左右の磁界検知器の出力信号が使用される。フーリエ解析波２現象表示器には、表示器の内部回路あるいは外部回路として、フーリエ解析回路が組み込まれている。
出力画像としては、例えば、表示画面の縦軸に出力信号の強さ、横軸に周波数を設定し、左右の出力信号に対応する山形線状の出力画像を経時的に繰り返し表示させることができる。出力画像においては、磁界発生器の周波数に対応する周波数位置付近で出力信号が最も強く、その両側では出力信号が徐々に弱くなるので、前記した山形が描かれる。山形線状の出力画像には、雑音成分が含まれ、雑音成分の大きさは周波数によって様々に変化するので、出力画像はなだらかな山形線にはならず、凹凸のある鋸歯状の波形になる。
【００２４】
出力画像として、表示画面の縦軸に出力信号の強さ、横軸に周波数を設定するとともに、左右の出力信号を一定の周波数区分毎に積分した積分値を周波数区分毎に棒グラフで表示させることもできる。この場合も、磁界発生器の周波数に対応する周波数位置付近で棒グラフが最も長く、その両側に離れるにつれて棒グラフの長さが短くなる。前記雑音成分の影響で、棒グラフには凹凸が出る。同じ周波数区分位置では、左右の出力信号を示す棒グラフを並べて配置する。これによって、左右の出力信号の強さを視覚的に比較し易くなる。
＜位置測定＞
画像表示器に表示された、左右の出力信号に対応する２つの出力画像を観察しながら、磁界検知器を地表に沿って移動させる。２つの出力画像が視覚的にほぼ完全に重なって一致したと判断されたときに、左右の磁界検知器から同じ距離の位置に磁界発生器が存在していると判断する。磁界発生器の水平位置すなわち掘進機の水平位置が測定できる。この場合も、２つの出力画像に含まれる雑音成分による細かな形状の違いは無視して、出力画像の全体を総合的に比較する。
【００２５】
＜差分表示＞
出力画像として、左右の出力信号の強さに対応する２つの出力画像を、そのまま並べて表示するのではなく、左右の出力信号の差分値を表示することができる。具体的には、表示画面の縦軸に出力信号の強さ、横軸に周波数を設定し、左右の出力信号の差分値を一定の周波数区分毎に積分した積分値を周波数区分毎に経時的に変化する棒グラフで繰り返し表示させる。
測定作業としては、差分値の棒グラフが、視覚的に短くなるように、左右一対の磁界検知器を地表に沿って移動させる。差分値の棒グラフの高さが実質的に無くなったと判断されれば、左右の磁界検知器から等距離の地中に前記磁界検知器および掘進機が存在することになる。
【００２６】
〔Ｘ−Ｙ２現象表示器〕
Ｘ−Ｙ２現象表示器も、各種の測定技術において使用されている測定データの表示手段である。２種類の信号を、Ｘ軸とＹ軸との２方向の位置情報として取り込む。具体的には、表示画面の縦軸に一方の出力信号の強さ、横軸に他方の出力信号の強さを設定し、左右の出力信号の強さで決まる交点で描かれるリサージュ画像を出力画像として経時的に繰り返し表示させる。
左右の出力信号における強さの違いによってリサージュ画像の傾きが変わる。リサージュ画像の傾きが４５°になったときが、左右の出力信号の強さが一致したときである。
【００２７】
したがって、測定作業としては、表示画面において、リサージュ画像の傾きが４５°に近づくように、左右一対の磁界検知器を地表に沿って移動させる。リサージュ画像の傾きが４５°になったと判断されたときに、左右の磁界検知器から等距離の地中に前記磁界検知器および掘進機が存在すると判断する。
出力信号に雑音成分がなければ、リサージュ画像は斜め直線になるが、雑音成分の影響で膨らんだ曲線図形を描く。曲線図形の全体形状を総合的に判断して、リサージュ画像の傾きを決めればよい。
【００２８】
【発明の実施形態】
本発明の実施形態となる直流２現象表示器を用いる測定と、参考となる実施形態であるフーリエ解析波２現象表示器あるいはＸ−Ｙ２現象表示器を用いる測定とを説明する。
〔直流２現象表示器を用いる測定〕
図１に示す実施形態は、画像表示器として直流２現象表示器を用いる。
図１(b) に示すように、掘進機１０は全体が円筒状をなし、地盤Ｅの内部を推進する。
掘進機１０の後端には鋼管などからなる埋設管１４が順次連結される。掘進機１０の推進は、図示しない埋設管１４の連結列の後端に、元押しジャッキなどで推力を加えることで、埋設管１４列とともに掘進機１０を推進させる。掘進機１０の先端では回転掘削盤などで地盤Ｅを掘削する。
【００２９】
掘進機１０の内部には磁界発生器１２が設置されている。磁界発生器１２は、磁界発生コイルからなり、周波数１ｋＨｚの交番電流が流されるようになっている。発生する磁界の周波数も同じ周波数１ｋＨｚになる。
磁界発生器１２で発生する磁界は、磁界発生器１２から延びる放射状の線すなわち磁力線１３で表示している。磁力線１３は、磁界発生器１２の上端から垂直上方に向かって延びている。磁力線１３は、鉛直線から外側に広がるように湾曲してループを描き、磁界発生器１２の下端側に戻ることになる。図では、上方に向かう磁力線１３の一部だけを表示している。同じ磁力線１３上で、磁界発生器１２から遠ざかるほど磁界は弱くなり、複数本の磁力線１３のうち、磁界発生器１２の鉛直上方延びる磁力線１３に比べて、その外側に拡がる磁力線１３は、磁界が弱くなる。
【００３０】
地表には、一対の磁界検知器２０、２０が連結腕２２の両端に取り付けられており、左右に一定の間隔（例えば、５０ｃｍ）を有している。
磁界検知器２０には、軸方向を鉛直方向に向けて配置された磁界検知コイルを備えている。磁界検知器２０には検知された磁界によって発生する出力信号を伝達する信号ケーブル２４を介して、信号処理部３０と電気的に接続されている。信号処理部３０には、一対の磁界検知器２０毎に別々に、出力信号を増幅する増幅器３２、一定の帯域内の周波数成分だけを通過させて、それ以外の周波数成分を除去するバンドパスフィルタ３４、交番信号を直流信号に整流する整流器３６、および、整流によって凹凸が生じた波形を平滑にする平滑器３８を備えている。信号処理部３０を通過した出力信号は、磁界検知器２０の存在する磁界の強さに対応する比較的に平滑な直流信号に変換される。
【００３１】
通常、磁界発生器１２は、水平方向において、左右の磁界検知器２０、２０のどちらかに偏った位置に存在するので、左右の磁界検知器２０、２０で検知される出力信号の強さには違いがある。
信号処理部３０で処理された出力信号は、画像表示器４０に左右別々に入力される。
画像表示器４０は、直流２現象表示器であり、信号処理部３０で直流信号に変換された左右それぞれの出力信号を２現象として別個に、表示画面４２に画像表示することができる。
【００３２】
図２(a) は、画像表示器４０の表示画面４２を示している。表示画面４２には、縦軸Ｖおよび横軸Ｈが固定表示されている。縦軸Ｖは、出力信号の強さ、具体的には電圧値を示す。横軸Ｈは、時間経過を示している。左右の磁界検知器２０の出力信号を、それぞれ水平方向に略直線状をなす波形Ｓ_L 、Ｓ_R で示す。時間の経過とともに、表示画面４２の左端から右向きに出力信号の測定値を輝点で表示し、表示画面４２の右端まで表示すれば再び左端から繰り返し表示する。表示画面４２の全幅で、約１０〜４０ｍｓの時間分に相当する出力信号が表示される。
【００３３】
個々の時点における出力信号には、雑音成分などの不可避的なブレが生じるので、波形Ｓ_L 、Ｓ_R は正確な直線にはならず、細かく上下に振れる凹凸線になっている。
このような表示画面４２を観察しながら、一対の磁界検知器２０、２０を互いが並んでいる線上で左右に移動させると、磁界発生器１２が発生する磁界に対して、左右の磁界検知器２０、２０の位置が変わり、出力信号も変動する。
その結果、表示画面４２においては、波形Ｓ_L と波形Ｓ_R とが上下に移動する。図２(b) に示すように、視覚的に波形Ｓ_L と波形Ｓ_R とが同一線に重なって見える状態が生じる。このとき、左右の磁界検知器２０、２０の出力は同じ強さであり、磁界発生器１２に対して水平方向で等距離の位置に存在することになる。
【００３４】
したがって、このときの左右の磁界検知器２０、２０の丁度中間位置から真下に鉛直線を延ばせば、磁界発生器１２の位置が判る。磁界発生器１２の位置から掘進機１０の位置が判る。
なお、波形Ｓ_L と波形Ｓ_R とは、前記したような上下の細かな凹凸があるので、波形Ｓ_L と波形Ｓ_R とが表示画面４２の全幅で完全に一致することはない。
しかし、通常の人間の視覚による画像認識レベルで、波形Ｓ_L と波形Ｓ_R とがほぼ完全に重なっていると判断できれば、十分に実用的な精度で、磁界発生器１２すなわち掘進機１０の位置を特定することができる。人間は、画像認識の際に、局部的な波形の歪みや瞬間的な波形の歪みを無視して、全体的な画像の異同を総合的に判断することができるので、出力信号に含まれる雑音に影響されずに、目的とする出力信号の一致を簡単に判定することができる。
【００３５】
また、表示画面４２に、比較的に短い時間間隔で繰り返し波形Ｓ_L 、Ｓ_R を表示させることで、人間には認識できない瞬間的な雑音成分による出力の変動は無視することができる。
〔フーリエ解析波２現象表示器を用いる測定〕
図３に示す実施形態は、画像表示器４０としてフーリエ解析波２現象表示器を用いる。基本的な装置構造や測定方法は前記実施形態と共通するので、異なる点を主に説明する。
掘進機１０に装備される磁界発生器１２や磁界検知器２０、２０の構成は前記同様である。
【００３６】
信号処理部３０には、増幅器３２とバンドパスフィルタ３４を備えている。
画像表示器４０には、別々に入力された出力信号を、周波数毎に解析して、周波数毎の出力に分けるフーリエ解析回路を備えている。
図４(a) に示す表示画面４２では、出力信号の強さを示す縦軸Ｖと、画面の左側から右側へと周波数が増える横軸Ｈとを表示している。横軸Ｈの各周波数位置には、その周波数における出力の強さを示す位置が輝点として表示され、このような輝点のつらなりとして鋸歯状の山形をなす波形Ｓ_L と波形Ｓ_R とが表示されている。波形Ｓ_L 、Ｓ_R は、磁界の周波数（１ｋＨｚ）付近における出力が最も大きく、そこから離れるにつれて出力が低くなる。但し、それぞれの周波数成分には雑音成分が含まれるので、凹凸のある山形状をなしている。雑音成分は、磁界周波数の出力にも含まれている可能性がある。
【００３７】
左右一対の磁界検知器２０、２０の移動による磁界発生器１２の位置測定は、前記実施形態と同様に行われる。但し、表示画面４２では、山形をなす２つの波形Ｓ_L と波形Ｓ_R とが全体として一致するように、磁界検知器２０、２０を移動させる。このとき、波形Ｓ_L 、Ｓ_R のうち、磁界周波数に近い波形部分が一致するようにするのが好ましい。磁界周波数から離れた周波数の波形成分は雑音成分の影響が大きく、無視しても構わない。
なお、磁界周波数の位置だけで、波形Ｓ_L 、Ｓ_R の高さを一致させるようにすることも可能であるが、磁界周波数の位置でも雑音成分による出力変動があるので、特定の位置だけで波形Ｓ_L 、Ｓ_R の高さが一致しているか否かを判断したり、変動する波形Ｓ_L 、Ｓ_R の１点だけを見比べながら磁界検知器２０、２０を移動させたりするのは、技術的に非常に難しい。それよりも、磁界周波数の位置を含む一定の範囲で波形Ｓ_L 、Ｓ_R を総合的に比較して、局部的な相違は無視して全体としての一致を図るほうが、比較および比較結果にもとづく磁界検知器２０の移動動作は行い易い。
【００３８】
また、磁界による出力信号は、磁界周波数を中心としてその上下の周波数範囲にも拡がりがあるので、磁界周波数を中心とした一定範囲の波形について比較したほうが、正確な判断を迅速に行うことができる。
〔棒グラフ表示〕
図５に示す実施形態は、前記した図３の実施形態と基本的に同じ装置および方法を採用するが、出力信号の処理と表示画面４２における表示画像が違う。
画像表示器４０における出力信号のフーリエ解析を行うのは、前記実施形態と共通している。フーリエ解析によって得られた、各周波数毎の出力信号の強さを、一定の周波数区分毎に積分した積分値を求める。この操作は、フーリエ解析回路の一部として組み込まれた回路で自動的に実行させることができる。
【００３９】
表示画面４２では、それぞれの周波数区分毎に、前記積分値を左右の出力信号に対応する棒状図形すなわち棒グラフＳ_L 、Ｓ_R の高さで表現している。同じ周波数区分位置に並んだ左右の棒グラフＳ_L 、Ｓ_R の高さが一致したときが、左右の出力信号の強さが一致したときである。
〔差分表示〕
図６に示す実施形態は、前記図５の実施形態において表示画面４２で周波数区分毎に表示された左右の棒グラフＳ_L 、Ｓ_R の高さの差を算出し、その差分値に対応する高さの棒グラフΔＳを表示している。差分値の算出は、前記したフーリエ解析回路を含む信号処理部３０に組み込まれた演算回路で実行できる。
【００４０】
測定作業では、磁界周波数に対応する位置付近における差分値の棒グラフΔＳが、０に近づくように、磁界検知器２０、２０の移動操作を行えばよい。
〔Ｘ−Ｙ２現象表示器を用いる測定〕
図７および図８に示す実施形態は、画像表示器４０としてＸ−Ｙ２現象表示器を用いる。基本的な装置構造や測定方法は前記実施形態と共通するので、異なる点を主に説明する。
掘進機１０に装備される磁界発生器１２や磁界検知器２０、２０の構成は前記同様である。
【００４１】
信号処理部３０には、増幅器３２とバンドパスフィルタ３４を備えている。
画像表示器４０では、別々に入力された出力信号の強さをそれぞれ、表示画面の縦軸および横軸に設定して、表示画面４２に表示する。具体的には、表示画面４２の縦軸〔Ｌコイル出力電圧〕が左側の磁界検知器２０における出力の強さに対応し、横軸〔Ｒコイル出力電圧〕が右側の磁界検知器２０における出力の強さに対応している。左右の出力信号における強さの交点に輝点として出力画像Ｓ_LRを表示する。
交番磁界によって作りだされた左右の出力信号は、経時的に周期的な変化をするので、出力画像Ｓ_LRは、縦軸と横軸との中間における傾斜方向で一定範囲を折り返す傾斜線状の画像になる。但し、出力信号には雑音成分や位相差が含まれているので、出力画像Ｓ_LRは、傾斜線が少し歪んだ曲線図形になる。このような波形をリサージュ図形あるいはリサージュ画像と呼ぶ。
【００４２】
リサージュ画像Ｓ_LRの傾きが、左右の出力信号値の違いを表す。傾きが４５°のときに、左右の出力信号が同じ強さであることを意味する。
したがって、測定作業としては、リサージュ画像Ｓ_LRの傾きが４５°に近づくように、左右の磁界検知器２０を移動させる。最も４５°に近づいたと判断されたときに、左右の磁界検知器２０と等距離の位置に磁界発生器１２および掘進機１０が存在することになる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明にかかる推進管列の位置測定装置および方法は、地表に沿って移動する左右一対の磁界検知器で、地中の推進管列に備える磁界発生器からの垂直方向の磁界を検知し、画像表示器で左右の出力信号を経時的に変化する画像として繰り返し表示するので、左右の出力信号を表す画像を観察しながら、一対の磁界検知器を移動させて、左右の出力信号が一致した状態を表す画像を表示させれば、一対の磁界検知器のちょうど真ん中に磁界発生器すなわち推進管列が存在することになる。その結果、高ノイズ環境や大深度で信号電圧が小さくなる現場などでも推進管列の位置測定を特殊な技術的熟練を要さず迅速にかつ実用的に十分な精度で果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態を表す測定装置の全体構成図
【図２】 測定時の表示画像を示す正面図
【図３】 別の実施形態を表す測定装置の全体構成図
【図４】 測定時の表示画像を示す正面図
【図５】 別の実施形態を表す測定装置の全体構成図
【図６】 測定時の表示画像を示す正面図
【図７】 別の実施形態を表す測定装置の全体構成図
【図８】 測定時の表示画像を示す正面図
【図９】 バンドパスフィルタの減衰特性を示す線図
【符号の説明】
１０ 掘進機
１２ 磁界発生器
１３ 磁力線
１４ 埋設管
２０ 磁界検知器
３０ 信号処理部
４０ 画像表示器
４２ 表示画面
Ｅ 地盤
Ｓ_L 、Ｓ_R 、Ｓ_LR 出力画像

Claims (2)

1. 地中を推進する推進管列の位置を地表で測定する装置であって、
   前記推進管列に備えられ、垂直方向の磁界を発生させる磁界発生器と、
   前記地表に沿って移動し、前記一つの磁界発生器から発生させた垂直方向の磁界を検出し、検出された磁界の強さを出力する左右一対の磁界検知器と、
   前記左右の磁界検知器の出力信号を処理して得られる直流電圧を縦軸に、時間経過を横軸に設定して、左右の出力信号にそれぞれ対応して、経時的に変化し、雑音による上下方向の凹凸を含む水平直線状の出力画像を表示する直流２現象表示器からなる画像表示器と
   を備える推進管列の位置測定装置。
2. 請求項１に記載の測定装置を用いて、地中を推進する推進管列の位置を地表で測定する方法であって、
   前記推進管列に備える一つの磁界発生器で発生した垂直方向の磁界を、前記地表の左右一対の磁界検知器で検出する工程(a) と、
   前記直流２現象表示器からなる画像表示器の表示画面に、縦軸に出力信号を処理して得られる直流電圧、横軸に時間経過を設定し、左右の磁界検知器の出力信号にそれぞれ対応して、経時的に変化し、雑音による上下方向の凹凸を含む水平直線状の出力画像を表示する工程(b) と、
   前記表示画面に表示された出力画像を観察しながら、左右の磁界検知器の出力信号に対応する一対の出力画像が重なるように、左右一対の磁界検知器を地表に沿って移動させる工程(c) と、
   左右の磁界検知器の出力信号に対応する前記一対の出力画像が重なったと判断されたときに、左右の磁界検知器から等距離の地中に前記磁界検知器および推進管列が存在すると判断する工程(d) と
   を含む推進管列の位置測定方法。

Images