JP4909421B2 - Drilling direction control device for shield machine in propulsion shield method - Google Patents

Drilling direction control device for shield machine in propulsion shield method Download PDF

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Description

この発明は、推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置に関するものである。   The present invention relates to a digging direction control device for a shield machine in a propulsion shield method.

地中に埋設管を敷設する場合、シールド掘進機によって地中を掘削しながら上記シールド掘進機に接続された複数の埋設管を推し進めて管路を形成する推進工法、あるいはシールド掘進機による掘削部にセグメントと呼ばれる壁面形成部材を掘削部内壁に連続的に装着して管路を形成するシールド工法が採用されることが多い。   When laying underground pipes in the ground, a propulsion method that forms a pipeline by pushing a plurality of underground pipes connected to the shield machine while excavating the underground with a shield machine, or an excavation part using a shield machine In many cases, a shield method is used in which a wall surface forming member called a segment is continuously attached to the inner wall of the excavation part to form a pipe line.

図5は、従来の推進シールド工法で使用されているシールド掘進機及びこれに列状に接続された複数の埋設管から構成される推進体の一例及び推進体が直線状のトンネルを掘削する場合の一例を示す概略図で、(a)は推進体を上方から見た状態を示す平面図、(b)は同じく推進体を側方から見た状態を示す縦断面図であり、埋設管の図示は省略している。   FIG. 5 shows an example of a propulsion unit composed of a shield machine used in a conventional propulsion shield method and a plurality of buried pipes connected in a row, and a case where the propulsion unit excavates a straight tunnel. It is the schematic which shows an example, (a) is a top view which shows the state which looked at the propulsion body from the upper part, (b) is a longitudinal cross-sectional view which similarly shows the state which looked at the propulsion body from the side, Illustration is omitted.

地中に埋設管を敷設する場合、掘削開始位置に形成された立抗からシールド掘進機によって地中を掘削しながらシールド掘進機に接続した埋設管を立抗から押し出しながら埋設管を所定の推進計画線に沿って敷設する推進工法が採用されている。   When laying buried pipes in the ground, the buried pipe connected to the shield machine is pushed out from the standing wall while excavating the ground with a shield machine from the ground formed at the excavation start position. A propulsion method that lays along the planned line is adopted.

この工法は周知のように、カッタヘッド1Aに図示しないパイプによって例えば泥水を供給しながら掘削を進め、掘削した泥を泥水と共に別のパイプで排出しながら掘削を行なうと共に、シールド掘進機の位置及び推進方向を計測して推進計画線に沿うよう制御するものである。   As is well known, this method proceeds with excavation while supplying muddy water, for example, to the cutter head 1A through a pipe (not shown), and excavates while excavating the excavated mud with another pipe along with the position of the shield machine. The propulsion direction is measured and controlled along the propulsion plan line.

シールド掘進機1は地中3を掘削するカッタヘッド1A及びカッタヘッドの位置と推進方向を計測するための例えばLEDからなる面光源を有するターゲット1Bと、シールド掘進機のカッタヘッド回転方向または埋設管の延長方向の傾斜角を計測する傾斜計1Cと、計測結果にもとづいてカッタヘッド1Aの推進方向を制御するジャッキ1D、1Eとを備えた掘進機本体1Fから構成されている。なお、ターゲット1BはLED等の発光体を縦横に複数配設して面光源を形成するようにされている。   The shield machine 1 includes a cutter head 1A for excavating the underground 3 and a target 1B having a surface light source made of, for example, an LED for measuring the position and propulsion direction of the cutter head, and the cutter head rotating direction or buried pipe of the shield machine. An inclining machine main body 1F provided with an inclinometer 1C for measuring the inclination angle in the extending direction of the slab and jacks 1D and 1E for controlling the propulsion direction of the cutter head 1A based on the measurement result. The target 1B is configured to form a surface light source by arranging a plurality of light emitters such as LEDs vertically and horizontally.

シールド掘進機1の後方には立抗4から押し出された複数の埋設管2が接続され、シールド掘進機1と共に推進体を形成している。
立抗4内にはカメラまたはCCD等の撮像手段(以下、単にカメラという)5がセオドライトまたはトランシットに装着された形で設置され、複数の埋設管2の内部空間を介してシールド掘進機1のターゲット1Bからの光を撮像し、推進計画線に対応する基準位置からの変位量を計測し、このデータをコンピュータ6に伝送する。
A plurality of buried pipes 2 pushed out from the resister 4 are connected to the rear of the shield machine 1 and form a propelling body together with the shield machine 1.
An imaging means 5 (hereinafter simply referred to as a camera) 5 such as a camera or a CCD is installed in the resist 4 in a form attached to the theodolite or transit, and the shield machine 1 is installed through the internal space of the plurality of buried pipes 2. The light from the target 1B is imaged, the amount of displacement from the reference position corresponding to the propulsion plan line is measured, and this data is transmitted to the computer 6.

コンピュータ6ではターゲット1Bとカメラ5との間の距離Lを加味してターゲット1Bの推進計画線からの変位量△x、△yを演算する。この演算にもとづいて、自動ジャッキ制御装置7が掘進機本体1Fに制御信号を送り、ジャッキ1D、1Eの押し出し量を調整してカッタヘッド1Aの推進方向を制御し推進計画線に沿うように制御する。   The computer 6 calculates the displacements Δx and Δy of the target 1B from the propulsion plan line in consideration of the distance L between the target 1B and the camera 5. Based on this calculation, the automatic jack control device 7 sends a control signal to the excavator main body 1F, adjusts the push-out amount of the jacks 1D and 1E, controls the propulsion direction of the cutter head 1A, and controls it along the propulsion plan line. To do.

距離Lの計測方法としては、立抗4に設置される埋設管押し出し用の元押しジャッキ(図示せず)のロータリーエンコーダ等による押し出し長さの累計によって算出する場合や、ターゲットのモニターに写る寸法によって計算する場合、あるいは押し出した埋設管の長さの累計によって求める場合等がある。   The distance L can be measured by calculating the total length of extrusion using a rotary encoder or the like of a main pushing jack (not shown) for embedding pipes installed in the counter 4 or the dimensions reflected on the target monitor. In some cases, it may be calculated by calculating the total length of the buried pipe that has been extruded.

図6は、シールド掘進機及びこれに接続された複数の埋設管から構成される推進体によって曲線トンネルの推進計画線に沿った掘削を行なう状況を示した概略図で、(a)は推進体を上方から見た状態を示す平面図、(b)は同じく推進体を側方から見た状態を示す縦断面図で、いずれの図もシールド掘進機に接続された複数の埋設管の図示を省略している。   FIG. 6 is a schematic view showing a situation in which excavation along a propulsion plan line of a curved tunnel is performed by a propulsion body constituted by a shield machine and a plurality of buried pipes connected thereto, and (a) is a propulsion body. (B) is a longitudinal sectional view showing a state in which the propelling body is seen from the side, and each figure shows a plurality of buried pipes connected to the shield machine. Omitted.

この図の場合には曲線トンネルの推進計画線に沿って掘削推進するシールド掘進機1のターゲット1Bの推進計画線からの水平方向のずれ△xと垂直方向のずれ△yを演算するデータを求めるために、複数の埋設管2内に所定の間隔で複数の中間計測機8A〜8Dを配設している。   In the case of this figure, data for calculating the horizontal deviation Δx and the vertical deviation Δy from the propulsion plan line of the target 1B of the shield machine 1 excavating and propelling along the propulsion plan line of the curved tunnel is obtained. For this purpose, a plurality of intermediate measuring machines 8A to 8D are arranged in the plurality of buried pipes 2 at a predetermined interval.

即ち、シールド掘進機1に設けられたターゲット1Bと、各中間計測機8A〜8Dと、立抗4内に設けられたカメラ5とから得られるデータにもとづいて△x、△yを演算しようとするものである。中間計測機8A〜8Dの具体的構成は後述することとし、ここでは中間計測機に搭載された計測手段についてのみ説明する。また、中間計測機8A〜8Dは、いずれも同じ構成とされているため、その中の一つ8Aについてのみ説明する。
なお、中間計測機の相互間隔は後述するように所定長さの連結杆によって予め設定した所定の長さに保持されている。
That is, an attempt is made to calculate Δx and Δy based on data obtained from the target 1B provided in the shield machine 1, the intermediate measuring machines 8A to 8D, and the camera 5 provided in the resister 4. To do. The specific configuration of the intermediate measuring machines 8A to 8D will be described later, and only the measuring means mounted on the intermediate measuring machine will be described here. Moreover, since all the intermediate measuring machines 8A to 8D have the same configuration, only one 8A will be described.
The interval between the intermediate measuring instruments is maintained at a predetermined length set in advance by a connecting rod having a predetermined length as will be described later.

中間計測機8Aは適宜の大きさを有する平板状の台車81を有し、その上に以下に述べる各装置が搭載されている。即ち、前方に向けて発光するLED等からなる面光源を有する前方用ターゲット82と、前方に向けて配設され、前方に位置するターゲットの発光を撮像する前方用カメラ83とを一体化して前方用装置84を構成し、台車81の前方寄りの位置に設置している。   The intermediate measuring machine 8A has a flat carriage 81 having an appropriate size, and each device described below is mounted thereon. That is, the front target 82 having a surface light source composed of an LED or the like that emits light forward and the front camera 83 that is disposed forward and captures the light emission of the target located in front are integrated into the front. Device 84 is configured and installed at a position near the front of the carriage 81.

また、後方に向けて発光するLED等からなる面光源を有する後方用ターゲット85と、後方に向けて配設され、後方に位置するターゲットの発光を撮像する後方用カメラ86とを一体化して後方用装置87を構成し、台車81の後方寄りの位置に設置している。   In addition, a rear target 85 having a surface light source composed of an LED or the like that emits light toward the rear and a rear camera 86 that is disposed rearward and captures light emission of the target located at the rear are integrated into the rear. Device 87 is installed at a position closer to the rear of the carriage 81.

前方用装置84と後方用装置87とは電気的には接続されているが両者間には十分なスペースが設けられ、そのスペースに傾斜計88が設置されている。この傾斜計は台車81の水平方向または埋設管の延長方向の傾斜角を計測し得るようにされている。上記スペースにはまた、図示していないが、データ伝送ユニットやポンプなども設置されている。   The front device 84 and the rear device 87 are electrically connected, but a sufficient space is provided between them, and an inclinometer 88 is installed in the space. This inclinometer can measure the inclination angle of the carriage 81 in the horizontal direction or in the extension direction of the buried pipe. Although not shown, a data transmission unit and a pump are also installed in the space.

計測に際しては、立抗4内のカメラ5によって最後部の中間計測機8Dの後方用ターゲット85の発光を撮像して後方用ターゲット85の変位データを採取すると共に、中間計測機8Dの後方用カメラ86によって立抗4内のターゲットの発光を撮像し、その相対的変位データを採取する。また、傾斜計88による角度データも採取する。   At the time of measurement, the camera 5 in the resist 4 captures the light emission of the rear target 85 of the rear intermediate measuring device 8D to collect displacement data of the rear target 85, and the rear camera of the intermediate measuring device 8D. The light emission of the target in the resist 4 is imaged by 86 and its relative displacement data is collected. Also, angle data from the inclinometer 88 is collected.

次いで、最後部の中間計測機8Dの前方用カメラ83によって、その前方に位置する中間計測機8Cの後方用ターゲット85の発光を撮像して変位データを採取し、傾斜計88の角度データを採取すると共に、中間計測機8Cの前方用カメラ83によって更にその前方に位置する中間計測機8Bの後方用ターゲット85の発光を撮像して変位データを採取する。   Next, the front camera 83 of the intermediate measuring machine 8D at the rearmost part captures the light emission of the rear target 85 of the intermediate measuring machine 8C located in front of the intermediate measuring machine 8D, collects displacement data, and collects angle data of the inclinometer 88. At the same time, the front camera 83 of the intermediate measuring device 8C captures the light emission of the rear target 85 of the intermediate measuring device 8B positioned further forward to collect displacement data.

このような計測を各中間計測機8A〜8D間及びシールド掘進機1との間で繰り返し、それぞれから採取されたデータをコンピュータ6に伝送して△x及び△yを演算し、シールド掘進機1の掘進方向を修正するようにしている。
この結果、シールド掘進機1及び複数の埋設管2からなる推進体は曲線トンネルの推進計画線に沿って推進することになる。
Such measurement is repeated between the intermediate measuring machines 8A to 8D and between the shield machine 1 and the data collected from each is transmitted to the computer 6 to calculate Δx and Δy. The direction of digging is corrected.
As a result, the propulsion body composed of the shield machine 1 and the plurality of buried pipes 2 is propelled along the curved tunnel's propulsion plan line.

図7は、中間計測機の構成及び埋設管内での移動状況を示す概略図で、(a)は埋設管内での配設状況を示す側面図、(b)は同じく平面図である。また、図8は、埋設管内での配設状況を埋設管の延長方向から見た状況を示す正面図である。   FIG. 7 is a schematic view showing the configuration of the intermediate measuring machine and the movement state in the buried pipe, (a) is a side view showing the arrangement situation in the buried pipe, and (b) is a plan view of the same. Further, FIG. 8 is a front view showing a state in which the arrangement state in the buried pipe is viewed from the extending direction of the buried pipe.

埋設管2内では図8に示すように、パイプ支持機構10が底部に設けられ、送泥管11と排泥管12とが支承されると共に、車輪13によって埋設管2の延長方向に移動可能に構成されている。パイプ支持機構10の上部には床材14が支承され、その上面に3個のローラ15A、15B、15Cが回転可能に支持されている。   As shown in FIG. 8, the pipe support mechanism 10 is provided at the bottom in the buried pipe 2, and the mud pipe 11 and the mud pipe 12 are supported and can be moved in the extending direction of the buried pipe 2 by the wheels 13. It is configured. A flooring 14 is supported on the upper part of the pipe support mechanism 10, and three rollers 15A, 15B, 15C are rotatably supported on the upper surface thereof.

ローラ15A、15B、15C上には上述した中間計測機8Aを構成する台車81が載置され、埋設管2の延長方向に移動し得るようにされている。なお、台車81の移動に際してその両側部が埋設管2の内壁と接触して移動に支障を来たす場合が考えられるため、台車の両側には前後に1個ずつ側方ローラ16A、16Bが設けられ、スムースな移動ができるようにされている。なお、上述したローラ15A、15B、15Cと側方ローラ16A、16Bは省略される場合もある。   On the rollers 15A, 15B, and 15C, a carriage 81 that constitutes the above-described intermediate measuring machine 8A is placed so as to be movable in the extending direction of the buried pipe 2. Note that when the carriage 81 is moved, both sides thereof may come into contact with the inner wall of the buried pipe 2 to hinder the movement. Therefore, side rollers 16A and 16B are provided on the both sides of the carriage one by one on the front and rear sides. Smooth movement is made possible. The rollers 15A, 15B, and 15C and the side rollers 16A and 16B described above may be omitted.

また、台車81には2個の回転台17が前後に離隔して設けられ、それぞれに上述した前方用装置84及び後方用装置87が載置されて回転可能とされている。
図中、89はデータ伝送ユニット、90は台車上の各装置を覆うカバーである。(例えば特許文献1参照)。
Further, the carriage 81 is provided with two turntables 17 that are separated from each other in the front-rear direction, and the front device 84 and the rear device 87 described above are placed on the carriage 81 and are rotatable.
In the figure, 89 is a data transmission unit, and 90 is a cover covering each device on the carriage. (For example, refer to Patent Document 1).

図9は、従来のシールド工法によって曲線トンネルの推進計画線に沿ったシールド掘削を行なう状況を示した概略図で、(a)は掘削の状況を上方から見た状態を示す平面図、(b)は同じく側方から見た状態を示す縦断面図である。   FIG. 9 is a schematic view showing a situation where shield excavation is performed along a curved tunnel propulsion plan line by a conventional shield construction method, and (a) is a plan view showing the state of excavation viewed from above; ) Is a longitudinal sectional view showing the state as seen from the side.

この図に示すように、シールド工法は、シールド掘進機1に反射プリズムからなるターゲット1Hを前後の2個所に間隔を介して設けると共に、立抗4内にトランシットを含むトータルステーション50を架台51上に設置する形で設け、トータルステーション50から赤外線をターゲット1Hに向けて照射することにより、シールド掘進機1との距離及び推進角度を計測し、これらをコンピュータ6に入力して推進計画線に対するずれ△x、△yを演算し、自動ジャッキ制御装置7によってジャッキ1D、1Eの押し出し量を調整することによりシールド掘進機1を推進計画線に沿って導くようにしている。   As shown in this figure, in the shield method, the shield machine 1 is provided with targets 1H made of reflecting prisms at two positions on the front and rear sides, and a total station 50 including a transition in the resist 4 is placed on a pedestal 51. The distance from the shield machine 1 and the propulsion angle are measured by irradiating infrared rays from the total station 50 toward the target 1H, and these are input to the computer 6 to input the deviation Δx from the propulsion plan line. , Δy are calculated, and the automatic jack control device 7 adjusts the push-out amounts of the jacks 1D and 1E, thereby guiding the shield machine 1 along the propulsion plan line.

シールド掘進機1が前進すると、掘削された部分の内面にセグメントと呼ばれる幅約60cm〜100cmの円弧状に湾曲した壁面板52を複数枚貼り付けて全体として短いパイプ状の空間を形成する。パイプ状の空間は円周方向に3枚以上のセグメントを貼り付けて形成されるように各セグメントの円周方向の寸法が設定されている。   When the shield machine 1 moves forward, a plurality of wall plates 52 curved in an arc shape having a width of about 60 cm to 100 cm, called segments, are attached to the inner surface of the excavated portion to form a short pipe-like space as a whole. The circumferential dimension of each segment is set so that the pipe-shaped space is formed by pasting three or more segments in the circumferential direction.

1つのパイプ状の空間が形成されると、その空間の立抗側に隣接して掘削部分の内面に更に別のセグメント52を複数枚貼り付けて次の空間を形成しパイプ状空間を延長する作業をシールド掘進機1の前進に合わせて繰り返すことによりシールド掘進機1の後方に管路を形成することができる。   When one pipe-like space is formed, a plurality of other segments 52 are pasted on the inner surface of the excavation portion adjacent to the resisting side of the space to form the next space and extend the pipe-like space. A pipe line can be formed behind the shield machine 1 by repeating the work in accordance with the advance of the shield machine 1.

シールド掘進機1が更に前進して立抗4内のトータルステーション50とシールド掘進機1との間隔が所定値を超えると、その中間部に追加のトータルステーション50Bを架台51Bと共に設置し、トータルステーション50とシールド掘進機1との間及びトータルステーション50と50Bとの間で上述した方法による計測を行なうことによりシールド掘進機1を推進計画線に沿って推進させる。   When the shield machine 1 further moves forward and the distance between the total station 50 and the shield machine 1 in the rifle 4 exceeds a predetermined value, an additional total station 50B is installed in the middle of the shield station 1B together with the gantry 51B. The shield excavator 1 is propelled along the propulsion plan line by performing measurement by the method described above between the excavator 1 and between the total stations 50 and 50B.

シールド掘進機1が更に前進すると、追加したトータルステーション50Bとシールド掘進機1との中間部に更にトータルステーション50Cを追加設置し、以後、シールド掘進機1の前進に応じて同様に対応する。トータルステーション50等からの赤外線照射を含む計測は自動的に行なわれるように構成される場合もあるが、手動的に行なわれる場合もある。   When the shield machine 1 further advances, a total station 50C is additionally installed at an intermediate portion between the added total station 50B and the shield machine 1, and thereafter, the shield machine 1 responds similarly according to the advance of the shield machine 1. The measurement including the infrared irradiation from the total station 50 or the like may be automatically performed, but may be manually performed.

特開2007−113385号公報JP 2007-113385 A

従来の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は上記のように構成され、距離の計測とシールド掘進機の位置及び姿勢を光学的手段によって確認し制御していたが、距離が大きくなると計測誤差が大きくなるため距離や位置及び姿勢の演算誤差が大きくなるという問題点があった。   The conventional shield shield machine digging direction control device in the propulsion shield construction method is configured as described above, and the distance measurement and the position and orientation of the shield machine are confirmed and controlled by optical means. There is a problem that the calculation error of the distance, the position and the posture becomes large because the measurement error becomes large.

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、電磁波を用いてシールド掘進機の位置や姿勢の確認を行ない、到達予定位置まで正確に誘導することができる推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and confirms the position and orientation of the shield machine using electromagnetic waves, and can accurately guide to the expected arrival position. An object of the present invention is to provide a digging direction control device for a shield machine.

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は、シールド掘進機の後方に埋設管を結合した推進体を立抗から掘削しながら推進させ、上記埋設管によって形成される管路を敷設する推進シールド工法において、上記シールド掘進機に設けられ、所定位相の磁場を形成する電磁波を送信する送信手段と、上記シールド掘進機の到達予定位置に設けられ、上記磁場と、上記磁場に起因する誘導電流によって形成された位相の異なる磁場との合成磁場に対応した電磁波を受信する受信手段と、受信された電磁波をフーリェ変換することにより上記磁場に対応する成分と上記位相の異なる磁場に対応する成分とに分離する分離手段と、分離された上記所定位相の磁場に対応する成分の強度に応じて上記シールド掘進機を上記到達予定位置に誘導する制御手段とを備えたものである。   In the propulsion shield method according to the present invention, the shield direction machine digging direction control device is configured to propel a propulsion unit coupled with a buried pipe behind the shield machine while excavating from a stand and formed by the buried pipe. In the propulsion shield method, the transmission means provided in the shield machine and for transmitting an electromagnetic wave that forms a magnetic field of a predetermined phase, provided at the intended position of the shield machine, the magnetic field, and the magnetic field Receiving means for receiving an electromagnetic wave corresponding to a combined magnetic field with a magnetic field of different phase formed by an induced current due to the induced current, and a component corresponding to the magnetic field and a magnetic field having a phase different from the phase by performing Fourier transform on the received electromagnetic wave Separating means for separating the component into corresponding components, and the shield machine according to the strength of the component corresponding to the separated magnetic field of the predetermined phase It is obtained by a control means for directing to the scheduled arrival position.

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は、また、上記受信手段がほぼ90度の角度でV字形に保持された2つのコイルを有するものである。   In the propulsion shield construction method according to the present invention, the shield direction machine excavation direction control device has two coils in which the receiving means is held in a V shape at an angle of approximately 90 degrees.

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は、また、上記受信手段がほぼ90度の角度で十字形に保持された2つのコイルを有するものである。   In the propulsion shield construction method according to the present invention, the shield excavation direction control device for the shield machine has two coils in which the receiving means is held in a cross shape at an angle of approximately 90 degrees.

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は、また、上記送信手段がシールド掘進機の外周に形成された溝内に巻回された送信コイルを有し、上記溝内の上記送信コイルの外周側に樹脂を充填して構成されたものである。   In the propulsion shield method according to the invention, the shield direction machine digging direction control device has a transmission coil in which the transmission means is wound in a groove formed on the outer periphery of the shield machine, The outer peripheral side of the transmission coil is filled with resin.

この発明に係る推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置は上記のように構成され、シールド掘進機の到達予定位置に設けられる受信コイルによって送信機から送出された所定位相の磁場と、その磁場に起因する誘導電流によって形成された位相の異なる磁場との合成磁場を受信し、受信された合成磁場をフーリェ変換することによって送信された上記所定位相の磁場に対応する成分と、上記位相の異なる磁場に対応する成分とを分離し、分離された上記所定位相の磁場に対応する成分の強度に応じてシールド掘進機を到達予定位置に誘導するようにしているため、精度よく効率的に制御することができる。   The digging direction control device for the shield machine in the propulsion shield method according to the present invention is configured as described above, and a magnetic field of a predetermined phase sent from the transmitter by the receiving coil provided at the intended arrival position of the shield machine, A component corresponding to the magnetic field of the predetermined phase transmitted by receiving a synthetic magnetic field with a magnetic field of different phase formed by an induced current caused by the magnetic field and performing Fourier transform on the received synthetic magnetic field; The components corresponding to the different magnetic fields are separated, and the shield machine is guided to the intended arrival position according to the strength of the component corresponding to the separated magnetic field of the predetermined phase, so that the control is accurately and efficiently performed. can do.

また、送信コイルから出力された磁場によって周辺の金属等に誘導される誘導電流に起因する位相の異なる二次磁場による悪影響を小さくすることも可能となるものである。   In addition, it is possible to reduce the adverse effects of secondary magnetic fields having different phases due to induced currents induced in surrounding metals or the like by the magnetic field output from the transmission coil.

この発明の実施の形態1によるシールド掘進機の誘導方式を示す概略図で、(a)は電磁波による誘導方式の原理を説明するための説明図、(b)は地中での誘導方式を説明する概略断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is the schematic which shows the guidance system of the shield machine by Embodiment 1 of this invention, (a) is explanatory drawing for demonstrating the principle of the guidance system by electromagnetic waves, (b) demonstrates the guidance system in the ground. It is a schematic sectional drawing to do. 実施の形態1における送信コイルの装着例を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of mounting a transmission coil in the first embodiment. 受信コイルで受信される送信コイルから出力された磁場の交流波形及び周辺の金属等によって誘導された磁場の交流波形並びに上記両交流波形の合成として受信コイルで受信される交流波形を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram showing an AC waveform of a magnetic field output from a transmission coil received by a reception coil, an AC waveform of a magnetic field induced by a surrounding metal, etc., and an AC waveform received by the reception coil as a combination of both AC waveforms. is there. 送信コイルによる磁場出力と、受信コイルによる受信磁場から送信磁場と同位相の成分を取り出す方式を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the system which takes out the component in the same phase as a transmission magnetic field from the magnetic field output by a transmission coil, and the reception magnetic field by a reception coil. 従来の推進工法における推進体の構成の一例及び直線状のトンネルを掘削する場合の状況を説明する概略図で、(a)は推進体を上方から見た状態を示す平面図、(b)は同じく推進体を側方から見た状態を示す縦断面図である。It is the schematic explaining the example of the structure of the propulsion body in the conventional propulsion method, and the situation in the case of excavating a linear tunnel, (a) is a plan view showing the state seen from above the propulsion body, (b) It is a longitudinal cross-sectional view which similarly shows the state which looked at the propulsion body from the side. 従来の推進工法によって曲線トンネルを掘削する場合の状況を説明する概略図で、(a)は推進体を上方から見た状態を示す平面図、(b)は同じく推進体を側方から見た状態を示す縦断面図である。It is the schematic explaining the situation in the case of excavating a curved tunnel by the conventional propulsion construction method, (a) is a plan view showing the state of seeing the propulsion body from above, (b) is also seen from the side of the propulsion body It is a longitudinal cross-sectional view which shows a state. 従来の推進工法における中間計測機の構成の一例及び埋設管内での移動状況を示す概略図で、(a)は埋設管内での配設状況を示す側面図、(b)は同じく平面図である。It is the schematic which shows an example of a structure of the intermediate measuring machine in the conventional propulsion method, and the movement condition in an embedded pipe, (a) is a side view which shows the arrangement | positioning condition in an embedded pipe, (b) is a top view similarly. . 従来の推進工法における埋設管内での中間計測機の配設状況を埋設管の延長方向から見た状況を示す正面図である。It is a front view which shows the condition which looked at the arrangement | positioning condition of the intermediate measuring machine in the buried pipe in the conventional propulsion method from the extension direction of the buried pipe. 従来のシールド工法による掘削状況を示す概略図で、(a)は上方から見た状態を示す平面図、(b)は側方から見た状態を示す縦断面図である。It is the schematic which shows the excavation condition by the conventional shield method, (a) is a top view which shows the state seen from upper direction, (b) is a longitudinal cross-sectional view which shows the state seen from the side.

実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図にもとづいて説明する。図1は、実施の形態1による電磁波を用いたシールド掘進機の誘導方式を示す概略図で、(a)は電磁波による誘導方式の原理を説明するための説明図、(b)は地中での誘導方式を説明する概略断面図である。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1A and 1B are schematic diagrams showing a guiding method of a shield machine using electromagnetic waves according to Embodiment 1, wherein FIG. 1A is an explanatory diagram for explaining the principle of the electromagnetic guiding method, and FIG. It is a schematic sectional drawing explaining the induction | guidance | derivation system.

推進シールド工法において、シールド掘進機を所定の推進計画線に沿って掘削しながら推進させ、到達予定位置に正確に到達させるのは容易ではない。このため、実施の形態1は電磁波の磁力線による吸引原理を利用してシールド掘進機を到達予定位置に誘導しようとするものである。   In the propulsion shield method, it is not easy to propel the shield machine while excavating it along a predetermined propulsion plan line so as to accurately reach the planned arrival position. For this reason, Embodiment 1 tries to guide the shield machine to the intended arrival position using the principle of attraction by the magnetic field lines of electromagnetic waves.

先ず、この方式の原理について説明する。図1(a)に示すように、シールド掘進機1に送信コイル20を巻回し、この送信コイル20に図1(b)に示す送信機19から電流を供給すると、シールド掘進機1が鉄心の作用をして強力な磁場が形成され電磁波が発生される。
シールド掘進機1に巻回する送信コイル20は、例えば図2に示すように、カッタヘッド1Aの外周に深さ10mmから30mm程度の溝1Gを1個または複数個形成し、その溝1G内に例えばエナメル線からなる送信コイル20を数10回、巻回し、送信コイル20の外周側にエポキシ樹脂1Hを充填して溝1Gを塞ぐようにしている。
First, the principle of this method will be described. As shown in FIG. 1 (a), when a transmission coil 20 is wound around the shield machine 1 and current is supplied to the transmission coil 20 from the transmitter 19 shown in FIG. 1 (b), the shield machine 1 is made of an iron core. By acting, a strong magnetic field is formed and electromagnetic waves are generated.
For example, as shown in FIG. 2, the transmission coil 20 wound around the shield machine 1 is formed with one or a plurality of grooves 1G having a depth of about 10 mm to 30 mm on the outer periphery of the cutter head 1A. For example, the transmitting coil 20 made of enameled wire is wound several tens of times, and the outer peripheral side of the transmitting coil 20 is filled with epoxy resin 1H so as to close the groove 1G.

一方、図1(b)に示すように、シールド掘進機1の到達予定位置に形成された到達立抗22に受信コイル21を設けると、この受信コイル21が送信コイル20から発せられた電磁波の磁場センサーとして機能し、磁力線に対応した出力を得ることができるため、磁力線の方向にシールド掘進機1を誘導することにより到達予定位置に到達させることができる。   On the other hand, as shown in FIG. 1 (b), when the receiving coil 21 is provided on the arrival resistance 22 formed at the expected arrival position of the shield machine 1, the receiving coil 21 generates electromagnetic waves emitted from the transmitting coil 20. Since it functions as a magnetic field sensor and an output corresponding to the lines of magnetic force can be obtained, it is possible to reach the planned arrival position by guiding the shield machine 1 in the direction of the lines of magnetic force.

詳述すると、送信コイル20から送信される磁場を地球磁場(直流磁場)と区別するために送信側では交流磁場が用いられ、図3にW1で示すようなサイン(sin)波として出力される。このsin波W1が周辺の金属等に誘導電流を生じ、この誘導電流によって二次磁場が発生する。この二次磁場は図3にW2で示すように、sin波W1とは位相が90°ずれたコサイン(cos)波となり、sin波W1とcos波W2とが合成された合成磁場Wが形成される。 More specifically, in order to distinguish the magnetic field transmitted from the transmission coil 20 from the earth magnetic field (DC magnetic field), an AC magnetic field is used on the transmission side, which is output as a sine wave as indicated by W 1 in FIG. The The sin wave W 1 generates an induced current in the surrounding metal or the like, and a secondary magnetic field is generated by the induced current. The secondary magnetic field as shown by W 2 in FIG. 3, the phase becomes 90 ° shifted cosine (cos) wave and sin wave W 1, the resultant magnetic field in which the sin wave W 1 and cos wave W 2 is synthesized W is formed.

受信側ではほぼ90度の角度でV字形に配置された2つのコイルによって受信コイル21が形成され、合成磁場Wを受信する。その後、後述する受信機によってsin波とcos波を分離し、送信磁場の位相と同じsin波の強度に応じてシールド掘進機の推進方向を制御する。即ち、送信コイル20と受信コイル21とが共に推進計画線上にあれば、受信コイル21の2つのコイルの強度(出力)は同じ大きさとなるが、シールド掘進機1の送信コイル20が推進計画線上にない場合は2つのコイルの出力が異なる。出力の異なり方はシールド掘進機1の推進計画線に対するずれ方向によって一方のコイルの出力が他方のコイルの出力より小さくなるため、2つのコイルの出力の違いに応じてシールド掘進機1の推進方向を制御することにより到達予定位置に容易に誘導することができる。   On the receiving side, the receiving coil 21 is formed by two coils arranged in a V shape at an angle of approximately 90 degrees, and the combined magnetic field W is received. Thereafter, the sin wave and the cos wave are separated by a receiver described later, and the propulsion direction of the shield machine is controlled according to the intensity of the sin wave having the same phase as the transmission magnetic field. That is, if both the transmission coil 20 and the reception coil 21 are on the propulsion plan line, the strength (output) of the two coils of the reception coil 21 are the same, but the transmission coil 20 of the shield machine 1 is on the propulsion plan line. If not, the outputs of the two coils are different. The difference in the output is that the output of one coil is smaller than the output of the other coil depending on the direction of deviation of the shield machine 1 from the propulsion plan line. It is possible to easily guide to the expected arrival position by controlling.

図4は、磁場を出力する送信コイル20の送信系と、受信コイル21が受信した合成磁場からsin波とcos波を分離し、送信磁場の位相と同じsin波の強度を計測する受信機46の構成を示すものである。図において、19は送信機で一定波長のsin波W1を発信し、シールド掘進機1の送信コイル20からsin波の磁場を出力する。到達立抗22に設けられた受信コイル21は上述のように、sin波W1とcos波W2との合成磁場Wを受信し、バンドパスフィルタ61によって送信周波数と同一の波を抽出する。抽出された波を増幅器62によって信号強度を増幅し、AD変換器63によってアナログデータをデジタル化する。なお、AD変換器63はGPS64等によって送信機19とも接続され、送信機19から発信されるアナログデータ(sin波)の生成にも携わるようになっている。これは送信されるsin波の磁場と受信される合成磁場との同期を取る必要があるためである。 FIG. 4 shows a transmission system of a transmission coil 20 that outputs a magnetic field, and a receiver 46 that separates sin waves and cos waves from the combined magnetic field received by the reception coil 21 and measures the intensity of the same sin wave as the phase of the transmission magnetic field. The structure of is shown. In the figure, reference numeral 19 denotes a transmitter that transmits a sin wave W 1 having a constant wavelength, and outputs a sin wave magnetic field from the transmission coil 20 of the shield machine 1. As described above, the receiving coil 21 provided in the arrival resistance 22 receives the combined magnetic field W of the sin wave W 1 and the cos wave W 2, and extracts a wave having the same transmission frequency as the band pass filter 61. Signal strength of the extracted wave is amplified by an amplifier 62, and analog data is digitized by an AD converter 63. The AD converter 63 is also connected to the transmitter 19 by a GPS 64 or the like, and is also involved in generating analog data (sin wave) transmitted from the transmitter 19. This is because it is necessary to synchronize the magnetic field of the transmitted sin wave and the received synthetic magnetic field.

デジタル化された信号はコンピュータ65に取り込まれ、高速フーリェ変換処理を行うことによって送信波形と同位相のsin波と、位相の異なるcos波とを分離し、上述のように、sin波の強度を表示装置66に表示すると共に、その強度に応じてシールド掘進機1の推進方向を制御するものである。   The digitized signal is captured by the computer 65, and a high-speed Fourier transform process is performed to separate a sin wave having the same phase as the transmission waveform and a cos wave having a different phase. As described above, the intensity of the sin wave is increased. While displaying on the display apparatus 66, the propulsion direction of the shield machine 1 is controlled according to the intensity | strength.

なお、受信コイル21は図1(a)に示すようなV字形の配置のみでなく、2つのコイルをコイル相互の角度がほぼ90°となるように十字形に配置しても同様な効果を期待することができる。   The receiving coil 21 is not only arranged in a V shape as shown in FIG. 1A, but the same effect can be obtained by arranging two coils in a cross shape so that the angle between the coils is approximately 90 °. You can expect.

1 シールド掘進機、
2 埋設管
3 地面
4 立抗
5 カメラ
6 コンピュータ
7 自動ジャッキ制御装置
8A〜8D 中間計測機
10 パイプ支持機構
11 送泥管
12 排泥管
13 車輪
14 床材
15A、15B、15C ローラ
16A、16B 側方ローラ
17 回転台
18 連結杆
19 送信機
20 送信コイル
21 受信コイル
22 到達立抗
23 坑口
24 パイプ
25 受信機
26 コンピュータ
50、50B、50C トータルステーション
51、51B、51C 架台
52 セグメント
61 バンドパスフィルタ
62 増幅器
63 AD変換器
64 GPS
65 コンピュータ
66 表示装置。
1 shield machine,
2 buried pipe 3 ground 4 resistance 5 camera 6 computer 7 automatic jack control device 8A to 8D intermediate measuring machine 10 pipe support mechanism 11 mud pipe 12 mud pipe 13 wheel 14 flooring 15A, 15B, 15C roller 16A, 16B side Way roller 17 Turntable 18 Connecting rod 19 Transmitter 20 Transmitting coil 21 Receiving coil 22 Reaching resistance 23 Wellhead 24 Pipe 25 Receiver 26 Computer 50, 50B, 50C Total station 51, 51B, 51C Mounting platform 52 Segment 61 Bandpass filter 62 Amplifier 63 AD converter 64 GPS
65 Computer 66 Display device.

Claims (4)

シールド掘進機の後方に埋設管を結合した推進体を立抗から掘削しながら推進させ、上記埋設管によって形成される管路を敷設する推進シールド工法において、上記シールド掘進機に設けられ、所定位相の磁場を形成する電磁波を送信する送信手段と、上記シールド掘進機の到達予定位置に設けられ、上記磁場と、上記磁場に起因する誘導電流によって形成された位相の異なる磁場との合成磁場に対応した電磁波を受信する受信手段と、受信された電磁波をフーリェ変換することにより上記磁場に対応する成分と上記位相の異なる磁場に対応する成分とに分離する分離手段と、分離された上記所定位相の磁場に対応する成分の強度に応じて上記シールド掘進機を上記到達予定位置に誘導する制御手段とを備えた推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。   In a propulsion shield construction method in which a propulsion body coupled with a buried pipe is pushed from a stand and is laid down behind a shield machine, and a pipe line formed by the buried pipe is laid, the shield machine is provided with the predetermined phase. The transmission means for transmitting the electromagnetic wave that forms the magnetic field of the magnetic field, and the combined magnetic field of the magnetic field and the magnetic field of different phases formed by the induced current caused by the magnetic field, provided at the intended position of the shield machine Receiving means for receiving the electromagnetic wave, separation means for separating the received electromagnetic wave into a component corresponding to the magnetic field and a component corresponding to the magnetic field having a different phase by performing Fourier transform, and the separated predetermined phase And a control means for guiding the shield machine to the planned arrival position according to the strength of the component corresponding to the magnetic field. Excavation direction control device for de excavator. 上記受信手段はほぼ90度の角度でV字形に保持された2つのコイルを有することを特徴とする請求項1記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。   2. The shield direction control device for a shield machine in the propulsion shield method according to claim 1, wherein the receiving means has two coils held in a V shape at an angle of approximately 90 degrees. 上記受信手段はほぼ90度の角度で十字形に保持された2つのコイルを有することを特徴とする請求項1記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。   2. The shield direction control device for a shield machine in the propulsion shield method according to claim 1, wherein the receiving means has two coils held in a cross shape at an angle of approximately 90 degrees. 上記送信手段はシールド掘進機の外周に形成された溝内に巻回された送信コイルを有し、上記溝内の上記送信コイルの外周側に樹脂を充填して構成されたことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項記載の推進シールド工法におけるシールド掘進機の掘進方向制御装置。   The transmission means has a transmission coil wound in a groove formed on the outer periphery of the shield machine, and is configured by filling the outer peripheral side of the transmission coil in the groove with resin. The digging direction control device of the shield machine in the propulsion shield method according to any one of claims 1 to 3.
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