JP3711878B2 - 推進ヘッド位置方向計測方法及び推進ヘッド位置方向計測装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非開削で配管を地中に敷設するための推進工法における推進ヘッド位置方向計測方法及び推進ヘッド位置方向計測装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非開削で配管を地中に敷設するための推進工法においては、その施工中の推進パイプ先端の位置及びその方向を検出することは、推進方向を修正して管路軌跡を所定の管理範囲内に制御するために重要な情報である。
【０００３】
従来、推進ヘッド位置を計測する技術として、地磁気を利用するものがあった。この技術を図７を用いて説明する。図７に示すように、推進ヘッド１００の先端に、推進ヘッドに対する地磁気の方位角を求める地磁界検出器７０１と、水平方向に対する推進方向の傾斜角と推進方向を軸とする回転角を検出できる角度検出器７０２と、演算器７１０とから構成されている。この装置では、検出される推進ヘッド１００の方位角と傾斜角から推進距離に応じて変位量を計算し、積算することで推進ヘッド位置を求める。なお、推進方向の位置は、推進中の推進パイプの長さを管理することで求まる。したがって、この方式では、推進方向に対して、水平位置と深さ位置が求められることとなる。
【０００４】
また、従来、推進ヘッド位置を計測する技術として、特開平９−７２１９２号公報に開示されているような人工磁界を用いたものがあった。この技術を図８を用いて説明する。図８に示すように、推進工事の推進計画線上に磁界発生コイル８０２を設置し、推進距離を推進距離測定器８０８により管理し、地中の推進ヘッド８０１がコイル８０２真下近傍に達したとき、電源８０７からコイル８０２に直流あるいは矩形交番電流を通電し地中に人工磁界を発生させる。コイル８０２に通電したときの３軸磁界強度から通電しないときの３軸磁界強度を差し引いて求めた３軸磁界強度と、別途測定した先端の姿勢角から、演算器８１０により、推進ヘッドの水平位置と深さ位置を求める。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示した装置では、地磁気を利用しているが、特に都市部においては、測定場所近傍に存在する磁性体からなる自動車や構造物、他の埋設管の影響を受け、地磁気は空間的に乱れていることが多い。そのため、方位角度は誤差を持つ。この誤差が小さくても、これを用いて求めた変位量を積算してえられる推進ヘッド位置は、大きな誤差を持ち、都市部では実用にならないという問題があった。
【０００６】
また、図８に示した装置では、人工磁界から推進ヘッド位置を求めるだけで、推進ヘッドの方向は計測できない。深さ方向については傾斜計などを使用すれば計測できるが、水平方向については不明である。実際の推進工事において、推進方向を修正するときには、推進ヘッド位置のみならず、推進ヘッドの方向についての情報が有効である。したがって、この従来技術では、このような推進工事の修正に対して十分な計測装置とならないという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、磁気が空間的に乱れていても、推進ヘッドの位置を正確に測定することが可能な推進ヘッド位置方向計測方法及び推進ヘッド位置方向計測装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
［構成］
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【０００９】
（１）本発明（請求項１）に係わる推進ヘッド位置方向計測方法は、推進ヘッド内に推進方向に沿って設けられた複数の磁界検出器を用いて、各磁界検出器が設置された位置での前記推進方向に対する磁界方位角をそれぞれ求めるステップと、求められた複数の磁界方位角を用いて、複数の磁界検出器から選択された磁界検出器から前記推進方向前方に距離Ｌ’離れた仮想位置Ｐにおける、前記推進方向に対する磁界方位角φ_pを推定するステップと、前記推進ヘッドの推進距離を測定するステップと、測定された推進距離が距離Ｌ’になった時点で、前記選択された磁界検出器を用いて、前記推進ヘッドの推進方向に対する磁界方位角φ_βを求めるステップと、前記磁界方位角φ_pと磁界方位角φ_βとを比較して、前記推進ヘッドの水平方向の変化を演算するステップとを含むことを特徴とする。
【００１０】
さらに、磁界検出器が２個の場合の本発明（請求項２）に係わる推進ヘッド位置方向計測方法は、推進ヘッドに設けられた第１の磁界検出器を用いて、第１の磁界方位角を求めるステップと、前記推進ヘッドの推進距離を測定するステップと、前記推進ヘッドに設けられた第１の磁界検出器の後方に位置する第２の磁界検出器を用いて、第２の磁界方位角を求めるステップと、第１の磁界方位角と第２の磁界方位角から第１の磁界検出器付近の仮想位置における第３の磁界方位角を推定するステップと、第１の磁界方位角および第２の磁界方位角から第３の磁界方位角を推定してから、測定された前記推進ヘッドの推進距離が第２の磁界検出器と仮想位置との間隔距離になった時点で、再び第２の磁界検出器で求めた主磁界方位角と前記第３の磁界方位角とを比較して、前記推進ヘッドの水平方向の変化を演算するステップとを含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい実施様態を以下に示す。
磁界方位角測定時に、磁界検出器が設けられた推進ヘッドの傾斜角を測定し、測定された傾斜角に基づいて前記推進ヘッドの深さ方向の変化を測定すること。
【００１２】
複数回測定された前記推進ヘッドの水平方向の変化を積算して、前記推進ヘッドの水平方向の位置を計測すること。
主磁界方位角が測定されるたびに、磁界検出器が設けられた推進ヘッドの傾斜角を測定し、測された傾斜角に基づいて前記推進ヘッドの深さ方向の変化を複数回測定し、複数回測定された前記推進ヘッドの水平方向および深さ方向の変化をそれぞれ積算して推進ヘッドの位置を計測すること。
磁界検出器は、前記推進ヘッドに固定され、磁界検出器で磁界を検出すると共に、前記推進ヘッドの回転角および傾斜角を測定し、測定された磁界、回転角、傾斜角に基づいて、磁界方位角を求めること。
磁界方位角として、地磁気の方位角を検出すること。
地表に設置された磁場発生器により人工磁場を発生させ、磁界方位角として、前記人工磁場の方位角を検出ること。
【００１３】
（２）本発明に係わる推進ヘッド位置方向計測装置は、地中の推進ヘッドに推進方向に設けた複数の磁界検出器と、前記推進距離を測定する推進距離検出器と、それぞれの検出結果に基づいて、前記推進ヘッドの水平方向の変化を算出する演算処理器とを具備してなることを特徴とする。
【００１４】
本発明の好ましい実施様態を以下に記す。
磁界検出器は前記推進ヘッドに固定され、前記推進ヘッドの回転角および傾斜角を検出する姿勢検出器と、磁界検出器で測定された磁界と、姿勢検出器で検出された回転角及び／又は傾斜角に基づいて磁界方位角を求める演算処理器とをさらに具備してなること。
地表に設けられた人工磁場発生手段をさらに具備してなること。
【００１５】
［作用］
本発明は、上記構成によって以下の作用・効果を有する。
【００１６】
ほぼ同じ場所で、複数回磁場を測定すると共に、推進ヘッドの傾斜角を測定することにより、近傍の磁性構造物による地磁気の乱れが存在しても、その空間の乱れによらず推進ヘッド部の地磁気あるいは人工磁場の方位角を求めることができ、これを推進距離に応じて変位に変換し、積算することで、推進ヘッド部の位置が正確に測定することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【００１８】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係わる推進ヘッド位置方向計測装置の概略構成を示す図である。
図１に示すように、推進ヘッド１００は、高剛性の柱状体からなり、先端が掘削機能を有し地中を推進する。推進ヘッド１００は、推進パイプ１０３の先端に取り付けられる。推進パイプ１０３はパイプ又はロッドよりなり、推進ヘッド１００に回転と推進力を伝達する。推進パイプ１０３は推進ヘッド１００より柔軟性を有する。
【００１９】
地中の推進ヘッド１００内に第１の磁界検出器１０１と第２の磁界検出器１０２とが設置されている。第１の磁界検出器１０１は推進ヘッド１００に設置され、第２の磁界検出器１０２は第１の磁界検出器１０１の後方Ｌだけ離れた位置に設置されている。高い精度を得るためには、第１の磁界検出器１０１は先端に近い位置に設置することが好ましい。推進ヘッド１００内には、重力加速度方向検出器１１０が設置されている。重力加速度方向検出器１１０により測定された３軸方向の重力加速度から、推進ヘッドの傾斜角と回転角とが求められる。更に、この求められた傾斜角と回転角を用いて、３軸方向の地磁気の測定値を座標変換することで、推進ヘッド１００の推進方向に対する地磁気の方位角を測定することができる。なお、以下では推進ヘッド１００の推進方向に対する地磁気の方位角を地磁気の方位角と略記する。
【００２０】
推進ヘッド１００の推進距離を測定する推進距離測定器１２０が地上に設けられている。第１及び第２の磁界検出器１０１，１０２、重力加速度方向検出器１１０、並びに推進距離測定器１２０に、それぞれの測定結果から推進ヘッドの水平位置と深さ位置を算出する演算処理器１３０が設けられている。ここで推進ヘッドの位置とは、推進ヘッドの先端部や中央部等、工事を進めるのに必要な部位の位置のことである。必要に応じて任意に設定する。通常は推進ヘッドの先端位置を用いる。任意に設定された位置は、推進ヘッドと第１の磁界検出器及び／又は第２の磁界検出器（及び必要に応じて重力加速度方向検出器）との位置関係を用いて、算出された第１の磁界検出器又は第２の磁界検出器の水平位置、深さ位置を補正することで求めることができる。第１の磁界検出器が充分推進ヘッド先端に近ければ、第１の磁界検出器の水平位置、深さ位置を推進ヘッドの先端位置として用いても良い。
【００２１】
以下の記述では、簡略化するため、第１の磁界検出器の位置を推進ヘッド位置とした場合について説明するが、この推進ヘッド位置は第１の磁界検出器の位置に限るものではない。
【００２２】
第１及び第２の磁界検出器１０１，１０２としては、半導体型の高感度磁界検出器を使用した。第１及び第２の磁界検出器１０１，１０２は、推進方向（Ｚ’軸）及び推進方向に垂直な平面における水平方向（Ｙ’軸）及び鉛直方向（Ｘ’軸）の３軸方向の磁界強度（Ｈ_x'，Ｈ_y'，Ｈ_z'）の直交する３軸方向の磁界を検出する。
【００２３】
また、３軸重力方向検出器１２は、推進方向（Ｚ’軸）及び推進方向に垂直な平面における水平方向（Ｙ’軸）及び鉛直方向（Ｘ’軸）の３軸方向の重力加速度の大きさ（ｇ_x'，ｇ_y'，ｇ_z'）を検出し、推進ヘッドの姿勢に対する重力加速度を計測する。３軸加速度計５はサーボ型加速度計を使用した。これらの検出器は非磁性体であるＳＵＳ材で作られた剛性のある推進ヘッド部ケーシング内部に設けられている。
【００２４】
本装置では、第１及び第２の磁界検出器１０１，１０２で磁界を検出してから、推進ヘッドが一定距離Ｌだけ推進するたびに、第２の磁界検出器１０２により地磁気１４０を検出する。そして、二つの磁界検出器で検出された地磁気１４０の方位角を比較することによって、推進ヘッドの推進方向の変化を計測する。また、推進方向の変化と、推進距離とから、水平方向の変位量に変換して推進ヘッドの水平位置を求める。また、前記の重力加速度方向検出器１１０から得られる傾斜角と推進距離とから、深さ方向の変位量に変換し積算して推進ヘッドの深さを求める。
【００２５】
本実施形態では、非開削工法において地中の推進ヘッドに設けられた第１の磁界検出器１０１と、同じ推進ヘッド内で第１の磁界検出器１０１から一定間隔Ｌだけ後方に離れた位置に設けた第２の磁界検出器１０２と、同じ推進ヘッドに設けられた重力加速度方向検出器と、推進距離の測定手段９と、これらの検出器からの情報から推進ヘッドの水平位置と深さ位置を算出する演算処理器１３０を用いる。
【００２６】
本発明では以下に述べるように、２つの磁界検出器１０１，１０２の距離Ｌと１回の推進距離Ｌ’とが必ずしも一致して無くても、地磁気の乱れを補正しながら、真の推進ヘッドの水平方向変化を求めることができる。
【００２７】
第１の磁界検出器１０１から第１の磁界方位角φ_αを検出し、第２の磁界検出器１０２から第２の磁界方位角φ_βを検出し、第１の磁界方位角φ_αと第２の磁界方位角φ_βから、第１の磁界検出器１０１の前方の仮想位置Ｐにおける磁界方位角を推定する。このとき、仮想位置Ｐと第２の磁界検出器１０２との距離をＬ’とする。
【００２８】
仮想位置Ｐにおける磁界方位角φ_pの推定方法は、第１の磁界方位角φ_αと第２の磁界方位角φ_βから次式のごとく、直線近似する方法を適用した。
【００２９】
【数１】

【００３０】
推進ヘッド１００が一定間隔Ｌ’だけ推進するたびに、前回の測定において推定された仮想位置Ｐの磁界方位角φ_pと今回の測定における第２の磁界方位角φ_βを比較しながら推進ヘッド１００の推進方向の変化を計測し、これを掘進距離Ｌ’とともに水平方向の変位量に変換し、積算して推進ヘッド１００の水平位置を求め、また、前記の重力加速度方向検出器１１０から得られる傾斜角を推進距離とともに深さ方向の変位量に変換し積算して推進ヘッドの深さを求める。
【００３１】
図２，３を用いて、図１に示す装置を用いた検出方法について説明する。図２，３は、地磁気１４０が近傍の磁性体の影響で歪んでいるため磁力線が平行でない状態の中を本発明の測定方法によって推進ヘッド位置位置を計測しながら、推進する様子を平面図で示したものである。
【００３２】
先ず、図２では、直線部を推進する場合を示している。推進ヘッドが図２（ａ）の位置のとき、第１の磁界検出器１０１で地磁気の方位角（推進ヘッド方向に対する地磁気の方位角）φ_α、および第２の磁界方位角φ_βを計測し、これらから第１の磁界検出器の近傍且つ前方に位置する仮想位置における磁界方位角φ_pを推定する。
【００３３】
次に仮想位置と第２の磁界検出器の間隔Ｌ’だけ推進して図２（ｂ）の位置に到達したとき、第２の磁界検出器１０２で地磁気の方位角φ_βを測定する。φ_β−φ_pを演算するとこの場合は直線的に掘進しているので、φ_β−φ_p＝０となりこの角度の差と掘進距離から演算される水平方向の変位はゼロとなり直線推進していることが測定される。従ってこの動作を繰り返せば、推進に伴う推進ヘッドの先端位置を連続的に計測できる。
【００３４】
一方、図３では、推進ヘッドが曲線部を掘進している場合を示している。推進ヘッド１００が図３（ａ）の位置のとき、第１の磁界検出器１０１で地磁気の方位角φ_αおよび第２の磁界方位角φ_βを計測し、これらから第１の磁界検出器１０１の近傍かつ前方に位置する仮想位置における磁界方位角φ_pを推定する。次に仮想位置Ｐと第２の磁界検出器１０２の間隔Ｌ’だけ推進して図３（ｂ）の位置に到達したとき、第２の磁界検出器１０２で地磁気の方位角φ_βを測定する。φ_β−φ_pを演算すると、この場合は曲線的に掘進しているので、φ_β−φ_p≒φとなりこの角度の差φと掘進距離から演算される水平方向の変位は丁度曲線推進した時の水平位置変位となり曲線推進していることが測定される。従ってこの動作を繰り返せば、推進に伴う推進ヘッドの位置を連続的に計測できる。
【００３５】
直線推進（図２）の場合も、曲線推進（図３）の場合も、近傍の磁性体による地磁気の歪みに関わらず正しい推進管水平位置が計測できる。深さ方向の位置については、傾斜角度計により計測される傾斜角と推進距離から深さ変位を算出できる。
【００３６】
次に、本装置の構成をより詳細に示すブロック図（図４）を参照しながら、本装置の推進ヘッド位置方向計測方法を説明する。図４は、本発明の第１の実施形態に係わる推進ヘッド位置方向計測装置の構成を示すブロック図である。
【００３７】
本装置では、推進距離測定器１２０により推進ヘッド１００の推進距離を管理し、推進ヘッド１００が１ｍ推進するたびごとに、次のような測定および信号の処理をおこなう。
【００３８】
ここでは、ｉ番目の掘進とｉ＋１番目の掘進との掘進管の水平方向位置変化及び深さ方向位置変化を求める方法について説明する。
【００３９】
推進ヘッド１００に設けられた第１の磁界検出器１０１と、磁界検出器１０１と同じ推進ヘッドに設けられ０．８ｍ離れた第２の磁界検出器１０２とで測定された地磁気の測定値φ_α，φ_βは、それぞれ第１の磁界測定値記憶部２０１と第２の磁界測定値記憶部２０２に記憶させる。また、その時の重力加速度方向検出器１１０の測定値は、加速度測定値記憶部２０３に記憶させる。
【００４０】
第１及び第２の磁界測定値記憶部２０１，２０２に記憶された地磁気測定値と、加速度測定値記憶部２０３に記憶された加速度測定値とから、それぞれの地磁気の方位角φ_{α ,i}とφ_{β ,i}を算出し、第１及び第２の地磁気方位角記憶部２２１，２２２にそれぞれ記憶させる。
【００４１】
ここでの地磁気の方位角の算出をより具体的に説明する。
傾斜角・回転角演算部２１３により、加速度測定値記憶部２０３に記憶された重力の推進方向成分ｇ_Z'と垂直方向成分ｇ_x'とから、推進計画線に対して直行する平面において、推進計画線に対する傾斜角θ_y,iを演算すると共に、垂直方向成分ｇ_x'と水平方向成分ｇ_y'とから推進計画方向を軸とする回転角θ_r,iを演算し、演算結果を傾斜角・回転角演算部２２３に記憶させる。
【００４２】
そして、第１及び第２の地磁気方位角演算部２１１，２１２により、第１及び第２の磁界測定値記億部２０１，２０２にそれぞれ記憶された磁界の測定値φ_α，φ_βに対して、傾斜角・回転角演算部２２３に記憶された推進ヘッド１００の回転角θ_r,i及び傾斜角θ_y,iを用いて座標変換を行うことによって、地磁気の方位角φ_{α ,i}，φ_{β ,i}を演算する。そして、それぞれ地磁気方位角演算部２１１，２１２の演算結果φ_{α ,i}，φ_{β ,i}を第１及び第２の地磁気方位角記憶部２２１，２２２に記憶させる。
【００４３】
次いで、磁界方位角推定部２２４は、ｉ＋１番目の掘進により第２の磁界検出器１０２が位置する仮想地点Ｐ_iにおける地磁気の方位角φ_p,iを推定する。なお、地磁気の方位角φ_{α ,i}，φ_{β ,i}掘進距離Ｌ’，磁界検出器設置間隔Ｌとから、仮想地点Ｐ_iにおける地磁気の方位角φ_p,iは次式を用いて求められる。
【００４４】
【数２】

【００４５】
次いで、ｉ＋１番目の掘進により推進ヘッド１００を一定間隔Ｌ’＝１ｍだけ推進させる。第２の磁界検出器１０２と仮想地点Ｐ_iとの距離は、推進ヘッドの１回の掘進距離分に設定されているので、推進ヘッドを１ｍ掘進させることにより、第２の磁界検出器１０２は仮想位置Ｐ_i付近まで進むことになる。
【００４６】
推進ヘッド１００を掘進させた後、第１及び第２の磁界検出器１０１，１０２で３軸方向の地磁気、重力加速度方向検出器１１０で３軸方向の加速度の検出を行う。そして、先ほどと同様に、３軸方向の加速度から推進ヘッド１００の回転角θ_r,i+1及び傾斜角θ_y,i+1を求め、求められた回転角θ_r,i+1及び傾斜角θ_y,i+1から地磁気の３軸成分の座標変換を行って、地磁気の方位角φ_{α ,i+1}，φ_{β ,i+1}を求め、第１及び第２の地磁気方位角記憶部２２１，２２２に記憶させる。
【００４７】
水平位置方向演算部２３０では、次の演算をおこなう。すなわち、第ｉ＋１番目の測定時点で得られた地磁気の方位角φ_{β ,i+1}から、前回の第ｉ番目の測定時点で得られた地磁気の方位角φ_p,iを減算して、ｉ＋１番目の掘進による推進ヘッドの方位角変化分φ_i+1＝φ_{β ,i+1} − φ_p,iを求める。
【００４８】
第ｊ番目の掘進を終えた時点での掘進の計画線方向に対するヘッドの方位角θ_jは、
θ_j＝φ₀＋φ₁＋φ₂＋…＋φ_j-1＋φ_j
となる。
【００４９】
第ｊ番目における掘進距離Ｌ［ｍ］分に対するヘッド先端の水平方向の位置変化Ｘ_jはＸ_j＝Ｌ・tan（θ_j）となる。そこで、これまでの掘進回数ｍにおける水平方向の先端位置Ｘは、Ｘ₀を初期値とすればＸ_iの積算すなわち次式を用いて求められる。
【００５０】
Ｘ＝Ｘ₀＋Ｘ₁＋…＋Ｘ_j＋…＋Ｘ_m
この様にして、求まった推進ヘッドの先端位置の水平方向位置は、水平方向位置表示部２４０に表示される。
【００５１】
一方、深さ方向位置演算部２５０では次の演算を行い、深さ方向の位置Ｙを求める。第ｉ番目における掘進距離［ｍ］分に対するヘッド先端の深さ方向の位置変化Ｙ_jは、傾斜角・回転角記憶部に記憶された傾斜角θ_y,jを用いて、Ｙ_j＝Ｌ・tan（θ_y,j）となる。そこで、これまでの掘進回数ｍにおける深さ方向の位置Ｙは、Ｙ₀を初期値とすればＹ_jの積算すなわち次式に用いて求められる。
【００５２】
Ｙ＝Ｙ₀＋Ｙ₁＋…＋Ｙ_j＋…＋Ｙ_m
この様にして、深さ方向位置演算部２５０により求められた推進ヘッド位置の深さ方向位置は、深さ方向位置表示２６０に表示される。
【００５３】
以上説明したように、推進ヘッド内に第１及び第２の磁界検出器を設け、二つの磁界検出器を用いて求められた地磁気の方位角φ_{α ,i}，φ_{β ,i}から、第２の磁界検出器より１回の掘進距離分Ｌ［ｍ］離れた仮想位置Ｐ_iにおける地磁気の方位角φ_p,iを推定し、推進ヘッドをＬ［ｍ］掘進させた位置での第２の磁界検出器で検出された磁界を用いて地磁気の方位角φ_{β ,i+1}を求め、求められたφ_{β ,i+1}とφ_p,iとの差から、ｉ＋１番目の掘進による推進ヘッドの方位角変化分φ_i+1を求めることによって、推進ヘッドの水平方向の変位を知ることができる。また、１回の掘進毎の推進ヘッドの水平方向の変位を積算することで推進ヘッドの水平方向の位置を正確に知ることができる。
【００５４】
また、推進ヘッド内に磁界検出器を取り付ける位置に関して制約条件が少なくなり、１回掘進距離と２つの磁界検出器の距離は互いに独立して決定できるので推進ヘッド設計上有効となる。
【００５５】
推進ヘッドの先端の方向変化が正確に測定できるので、実際の推進工事で生じる推進方向の修正作業に資する有効な情報が測定できる。このように、本発明は特に都市部のように近傍、鉄骨製の建造物あるいは他の埋設配管が存在して地磁場が歪んでいるような状況でも、実用的な工事が可能となる。
【００５６】
また、推進ヘッドが一定距離進む毎に推進ヘッドの傾斜角を測定することによって、傾斜角と前記一定距離との積から推進ヘッドの深さ方向の変位を知ることができ、深さ方向の変位を積算することによって、推進ヘッドの深さ方向の位置を正確に知ることができる。
【００５７】
本実施形態では、２つの磁界検出器の設置間隔Ｌが１回の掘進距離Ｌ’よりも小さい場合であったが、２つの磁界検出器の設置間隔Ｌが１回の掘進距離Ｌ’よりも大きい場合には、仮想地点Ｐを２つの磁界検出器の間に設ければ、同様に実施できる。
【００５８】
（第２の実施形態）
本実施形態では、磁界検出器の個数を３個にして精度をさらに向上させた例を示す。
図５は、本発明の第２の実施形態に係わる推進ヘッド位置方向計測装置の概略構成を示す図である。
磁界検出器３０１と磁界検出器３０２との距離をＬ1＝０．３ｍ、磁界検出器３０２と磁界検出器３０３との距離をＬ2＝０．５ｍだけ離して推進ヘッド１００内に設置する。仮想位置Ｐは、磁界検出器３０３の前方１ｍ（＝Ｌ’）離れた位置とする。すなわち、１回の推進距離を１ｍとした場合の実施例である。
【００５９】
まず、ある掘進位置ｉにおいて、磁界検出器３０１、磁界検出器３０２、磁界検出器３０３のそれぞれで地磁気を測定しそれぞれの地磁気の方位角を求める。仮想位置Ｐにおける、地磁気の方位角φ_p,iは、磁界検出器３０１の地磁気方位角φ_{α ,i}、磁界検出器３０２の地磁気方位角φ_{β ,i}、磁界検出器３０３の地磁気方位角φ_{γ ,i}、を用いて次式で推定する。
【００６０】
【数３】

【００６１】
次に、１［ｍ］（＝Ｌ’）だけ掘進し、磁界検出器３０１、磁界検出器３０２、磁界検出器３０３のそれぞれで地磁気を測定し、それぞれの地磁気の方位角を求める。このとき、地磁気の方位角をφ_p,i+1、磁界検出器３０１の地磁気方位角をφ_{α ,i+1}、磁界検出器３０２の地磁気方位角をφ_{β ,i+1}、磁界検出器３０３の地磁気方位角をφ_{γ ,i+1}とする。これらの方位角から、推進ヘッドの方位角の変化分はφ_i+1＝φ_{γ ,i+1}−φ_p,iとして求まる。推進ごとの推進ヘッドの方位角の変化分が測定できれば、これらを推進距離に応じて、順次積算してゆけば、推進ヘッドの水平位置が求められる。
【００６２】
本実施形態では、磁界検出器の個数が３個の場合について述べたが、磁界検出器の個数は一般的に４個以上であっても、本実施形態と同様に実施することができる。
【００６３】
（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３実施形態に係わる推進ヘッド位置方向計測装置の概略構成を示す図である。図６において、図１と同一な部分には同一符号を付し、その説明を省略する。図６に示す装置が、第１の実施形態で説明した装置と異なるのは、人工磁場発生手段６０１が更に設けられていることである。人工磁場発生手段６０１としては、半径２ｍ、起磁力１００ＡＴの円形コイルを使用した。
【００６４】
本装置の測定方法は第１の実施形態と同様なので、その説明を省略する。但し、人工磁場を用いる場合、コイル中心部近傍の人工磁場方向は、鉛直方向のみとなるので、実際の現場適用に際しては、図７のように、計画線に対してコイルの中心部は水平方向に少しずらして設置して、推進ヘッドの人工磁場測定場所付近では、人工磁場の水平方向成分が存在する場所を適用する。
【００６５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、主磁界検出器を含む複数の磁界検出器を用いて検出されたそれぞれの磁界から、前記推進ヘッドの推進方向に対する磁界の方位角を求め、求められた複数の磁界方位角から、前記主磁界検出器の推進方向前方に距離Ｌ’離れた位置に設定された仮想位置Ｐにおける、前記推進方向に対する磁界方位角φ_pを推定し、推進ヘッドの推進距離が距離Ｌ’になった時点で、前記主磁界検出器を用いて、前記推進ヘッドの推進方向に対する磁界方位角φ_βを求め、前記磁界方位角φ_pと磁界方位角φ_βとを比較して、前記推進ヘッドの水平方向の変化を演算することによって、近傍の磁性体構造物による地磁気の乱れが存在しても、その空間的な乱れによらず推進ヘッドの真の方位角を求めることができる。また、方位角を掘進距離に応じて変位に変換し、積算することで推進ヘッドの位置が正確に測定することができる。
【００６７】
特に、２つの磁界検出器の距離Ｌと１回の推進距離Ｌ’とが必ずしも一致して無くても、地磁気の乱れを補正しながら、真の推進ヘッドの水平方向変化を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係わる推進ヘッド位置方向計測装置の概略構成を示す図。
【図２】本発明の測定方法の説明に用いる図。
【図３】本発明の測定方法の説明に用いる図。
【図４】図１に示す推進ヘッド位置方向計測装置をより詳細に示すブロック図。
【図５】第２の実施形態に係わる推進ヘッド位置方向計測装置の概略構成を示す図。
【図６】第３の実施形態に係わる推進ヘッド位置方向計測装置の概略構成を示す図。
【図７】従来の推進ヘッド位置方向計測装置の概略構成を示す図。
【図８】従来の推進ヘッド位置方向計測装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１００…推進ヘッド
１０１…第１の磁界検出器
１０２…第２の磁界検出器
１０３…推進パイプ
１１０…重力加速度方向検出器
１２０…推進距離測定器
１３０…演算処理器
１４０…地磁気
２０１…第１の磁界測定値記憶部
２０２…第２の磁界測定値記憶部
２０３…加速度測定値記憶部
２１３…傾斜角・回転角演算部
２２１…第１の地磁気方位角記憶部．
２２２…第２の地磁気方位角記憶部
２２３…傾斜角・回転角演算部
２２４…磁界方位角推定部
２３０…水平位置方向演算部
２４０…水平方向位置表示部
２５０…方向位置演算部
２６０…方向位置表示
３０３…磁界検出器

Claims (11)

1. 推進ヘッド内に推進方向に沿って設けられた複数の磁界検出器を用いて、各磁界検出器が設置された位置での前記推進方向に対する磁界方位角をそれぞれ求めるステップと、
   求められた複数の磁界方位角を用いて、複数の磁界検出器から選択された磁界検出器から前記推進方向前方に距離Ｌ’離れた仮想位置Ｐにおける、前記推進方向に対する磁界方位角φ_pを推定するステップと、
   前記推進ヘッドの推進距離を測定するステップと、
   測定された推進距離が距離Ｌ’になった時点で、前記選択された磁界検出器を用いて、前記推進ヘッドの推進方向に対する磁界方位角φ_βを求めるステップと、
   前記磁界方位角φ_pと磁界方位角φ_βとを比較して、前記推進ヘッドの水平方向の変化を演算するステップとを含むことを特徴とする推進ヘッド位置方向計測方法。
2. 推進ヘッドに設けられた第１の磁界検出器を用いて、第１の磁界方位角を求めるステップと、
   前記推進ヘッドに設けられた第１の磁界検出器の後方に位置する第２の磁界検出器を用いて、第２の磁界方位角を求めるステップと
   第１及び第２の磁界方位角を用いて、第２の磁界検出器から距離Ｌ’離れた第１の磁界検出器付近の仮想位置における第３の磁界方位角を推定するステップと、
   前記推進ヘッドの推進距離を測定するステップと、
   第１及び第２の磁界方位角を求めた後、測定された推進距離が前記距離Ｌ’になった時点で、第２の磁界検出器を用いて検出された磁界から第４の磁界方位角を求めるステップと、
   第３の磁界方位角と第４の磁界方位角とを比較して、前記推進ヘッドの水平方向の変化を演算するステップとを含むことを特徴とする推進ヘッド位置方向計測方法。
3. 測定された推進距離が前記距離Ｌ’になった時点で、前記推進ヘッドの傾斜角を測定し、測定された傾斜角に基づいて前記推進ヘッドの深さ方向の変化を測定することを特徴とする請求項１又は２に記載の推進ヘッド位置方向計測方法。
4. 前記推進ヘッドの水平方向の変化を複数回測定し、複数回測定された変化を積算して、前記推進ヘッドの水平方向の位置を計測することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の推進ヘッド位置方向計測方法。
5. 前記推進ヘッドの深さ方向及び水平方向の変化を複数回測定し、複数回測定された水平方向および深さ方向の変化をそれぞれ積算して推進ヘッドの位置を計測することを特徴とする請求項４に記載の推進ヘッド位置方向計測方法。
6. 磁界検出器は、前記推進ヘッドに固定され、磁界検出器で磁界を検出すると共に、前記推進ヘッドの回転角および傾斜角を測定し、測定された磁界、回転角、傾斜角に基づいて、磁界方位角を求めることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の推進ヘッド位置方向計測方法。
7. 磁界方位角として、地磁気の方位角を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の推進ヘッド位置方向計測方法。
8. 地表に設置された磁場発生器により人工磁場を発生させ、磁界方位角として、前記人工磁場の方位角を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の推進ヘッド位置方向計測方法。
9. 同じ推進ヘッドに推進方向に沿って設けられた複数の磁界検出器と、
   前記推進ヘッドの推進距離を測定する推進距離検出器と、
   前記磁界検出器によりそれぞれ測定された磁界方位角から推進方向前方の仮想地点での磁界方位角を推定する磁界方位角推定部と、
   この磁界方位角推定部により推定された磁界方位角と、前記磁界検出器により求められた磁界方位角とに基づいて、前記推進ヘッドの水平方向の変化を算出する演算処理器とを具備してなることを特徴とする推進ヘッド位置方向計測装置。
10. 前記磁界検出器は前記推進ヘッドに固定され、
    前記推進ヘッドの回転角及び傾斜角の少なくとも一方を検出する姿勢検出器と、
    前記磁界検出器で測定された磁界と、姿勢検出器で検出された回転角及び傾斜角のに基づいて磁界方位角を求める演算処理器とをさらに具備してなることを特徴とする請求項９に記載の推進ヘッド位置方向計測装置。
11. 地表に設けられた人工磁場発生手段をさらに具備してなることを特徴とする請求項９又は１０に記載の推進ヘッド位置方向計測装置。

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