JPH03257316A - 地中掘削機の位置ずれ検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、被測定物の基準位置に対する位置ずれを検出
する装置に係り、特に対向させて発進させた２台の地中
掘削機を地中において接合させる際に、両者の位置ずれ
を検出するのに好適な地中掘削機の位置検出装置に関す
る。

〔従来の技術〕

海底にトンネルを構築する場合、地中掘削機を発進させ
る立坑を多く設置することができない。

しかし、１台の地中掘削機によって長距離を掘進するこ
とは、掘削土砂の排出等に困難性が生しるばかりでなく
、多くの危険を伴う。このため、海底トンネルを構築す
る場合、地中掘削機の掘削距離を短くするために、２台
の地中掘削機を相対向させて発進し、各地中掘削機が掘
削したトンネルを地中内において接合することが行われ
ている。

ところが、接合点において両地中掘削機の中心が左右、
上下にずれると、接合したトンネルが不連続になるため
、両地中掘削機の相対位置を求めて位置ずれを修正する
必要がある。そして、従来は、２台の地中掘削機間の位
置ずれを修正する場合、各地中掘削機のトンネル計画線
に対する位置ずれを発進地点などの基準位置からの積算
位置を検出することにより、両地中掘削機間の相対的な
位置ずれを求め、この位置ずれに基づいて修正を行うよ
うにしていた。

従来、地中にある地中掘削機の位置を求める場合、次の
ような方法が採用されていた。

■　トランシットなどによる坑内測量によって地中掘削
機の基準点からの位置、計画線からのずれを求める。

■　地中掘削機の発進立坑内にレーザ光等のコヒーレン
トな光を発生する光学発信装置を設置し、この装置によ
ってトンネル計画線を照則し、地中掘削機に取り付けた
ターツゲト上の光点を読み取り、地中掘削機の発進立坑
からの位置、偏位、偏角を求める。

■　方位ジャイロ、圧力式沈下計、傾斜計およびトンネ
ル内に組み立てたセグメント長さを基準とする走行距離
計を組み合わせ、基準位置からの相対的な位置を求める
。

しかし、上記した地中掘削機の位置を求める従来の各方
法は、下記のような欠点があり、地中接合を精度よく行
うことが困難であった。

■の方法は、トンネルを屈曲して掘削する場合、測定点
を多く取る必要があり、リアルタイムに計測することが
できず、実際的でない。また、■の方法は、トンネル計
画線が屈曲していると、発進立坑からのレーザ光がター
ゲットに照射できない場合を生し、光学発信装置を適切
な位置に移動させなければならない。しかも、レーザ光
を直接計画線の全長にわたって照射できないため、光学
発信装置を移動させる都度、ターゲットと光学測量装置
とトンネル計画線との相互の位置関係をそれぞれ実測し
、この測定結果に基づいて計算により計画路線を求めた
後に、地中掘削機の位置、偏位、偏角を算出しなければ
ならない。このため、光学発信装置の移設や測定、計算
に人手がかかり、掘進作業の能率が低下する、という問
題がある。

さらに、■の方法は、累積誤差が発生し、長距離の掘削
には向かず、また曲率半径の小さな曲線を掘削する場合
や、曲線が連続しているトンネルを掘削する場合に対し
ても、同様に不向きである。

そして、地中接合のように、２台の地中掘削機の相対位
置を計測する場合には、誤差がさらに増大する。

一方、比較的地中の浅い位置にある小型地下掘削機械（
例えばミニモール）の位置を検出する方法として、電磁
界送受信器と傾斜計とを組み合わせたものがある。これ
は、地表に設置した送信用ループコイルが発生した磁界
を、掘削機械の内部に設けた受信コイルによって検出し
て、ループコイルの中心に対する掘削機械の水平方向の
ずれを求めるとともに、傾斜計の値と掘削機械の掘進距
離とから掘削機械の深さ方向の位置を得るものである。

しかし、この場合においても、地中接合する２台の地中
掘削機械のそれぞれの位置を求めるものであるため、検
出誤差を生したときに、接合を精度よく行うことができ
ない。また、地中の深い位置の掘削には、用いることが
できない。

そこで、接合させる２台の掘削機械の一方に水平方向位
置検出用と鉛直方向位置検出用の受信コイルを設け、こ
の受信コイルを呉ニモールによって掘削機械から突出さ
せ、基準位置となる他方の掘削機械のカンタフェイスに
取り付けた送信コイルに近接させ、送信コイルの中心に
対する受信ご１イルのずれを検出することにより、再掘
削機械の相対位置ずれを検出することが考えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の接合する２台の掘削機械の一方に送信コイル、他
方に受信コイルとを設けて再掘削機械の相対位置を求め
る方法は、再掘削機械の中心軸が平行となっている場合
には両者の位置ずれを正確に検出することが可能である
。ところが、受信コイルをごニモールによって送信コイ
ルに向けて前進させるようにしており、受信コイルが掘
削機械から離れた位置となるため、地層の変化等によっ
てモールシーカが傾斜した掘進した場合、この傾斜を検
知することができないため、受信コイルによって求めた
位置ずれが２台の掘削機械の相対位置すれと一致せず、
正確な位置ずれを検出することができない欠点がある。

同様に、２台の掘削機械が互いに傾いた角をもつような
場合も同様である。

本発明は、このような欠点を解消するためになされたも
ので、被測定物が傾斜している場合であっても、基準位
置に対する位置ずれを正確に求めることができる位置ず
れ検出装置を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明に係る位置検出装
置は、被測定物または基準位置のいずれか一方に設けた
磁界発生器と、前記被測定物または前記基準位置のいず
れか他方に設けられ、前記磁界発生器が発生した磁界を
検出する第１磁界検出器と、この第１磁界検出器の後方
に設けられ、前記磁界発生器が発生した磁界を検出する
第２磁界検出器と、前記被測定物または前記基準位置の
いずれか一方に設けられ、前記磁界発生器または各磁界
検出器を前進させて、磁界発生器と磁界検出器とを近接
させる推進機とを有することを特徴としている。

〔作用〕

上記の如く構威した本発明は、第１、第２磁界検出器に
よって磁界発生器が発生している磁界の強さを検出する
ことにより、第１、第２磁界検出器のそれぞれが、磁界
発生器に対してどれだけ位置ずれしているかを知ること
ができる。従って、第１磁界検出器と第２磁界検出器と
を所定の間隔に保っておくことにより、第１、第２磁界
検出器を結ぶ線分が磁界発生器に対してどの方向にどれ
だけ傾斜しているかを知ることができ、この傾斜角と推
進機の前進距離とから基準位置に対する被測定物の位置
ずれ、両者間の距離を正確に検出することができる。

［実施例］ 本発明の位置ずれ検出装置の好ましい実施例を、添付図
面に基づいて詳説する。

第１図は、本発明の実施例に係る位置検出装置の説明図
である。

第１図において、地中掘削ｌ！１０．２０は、図示しな
いカッタを備えたカッタドラム１２．２２を有する。こ
のカッタドラム１２．２２は、回転可能であるとともに
、任意の回転位置に停止することができるようになって
いる。また、地中掘削機１０．２０は、カッタドラム１
２．２２を回転させながら前進することにより、カッタ
によって掘削した土砂をカッタドラム１２．２２内に取
り込み、スクリューコンベヤ等によって後方に移送する
ようになっている。そして、これらの各地中掘削機１０
．２０は、それぞれ異なった発進立坑からトンネル計画
線に沿って相互に接近する方向に掘進し、掘削したトン
ネルを接合する。

一方の地中掘削機１０は、地中掘削機２０に対する基準
位置となっており、カッタドラム１２の前面または内部
に、磁界を発生するための磁界発生器１４が取り付けで
ある。この磁界発生器１４は、直交配置した一対の矩形
状をなす送信ループケーブル１４ａ、１４ｂから構威し
である。そして、送信ループケーブル１４ａは、長辺が
地中掘削Ｉ！１０の鉛直軸であるＺ軸と平行に配置され
、送信ループケーブル１４ｂは、長辺が地中掘削機１０
の軸線であるＸ軸と、前記のＺ軸とに直交した方向のＹ
軸に平行と配置されるとともに、各送信ループケーブル
１４ａ、１４ｂの中心が地中掘削機１０の中心と一致し
ている。また、各送信ループケーブル１４ａ、１４ｂは
、適宜の交流電源１６ａ、１６ｂに接続してあり、交流
電源１６ａ、１６ｂから励磁電流を供給されることによ
り、所定周波数の交流磁界を発生する。

他方の地中掘削機２０は、基準位置となる地中掘削機１
０に対する相対位置、位置ずれを求める被測定物であっ
て、前部の中心部に圧密掘進型の小径ポーリング装置２
４が設けである。このホーリング装置２４の内部には、
先端に近く第１磁界検出器２６が設けてあり、その後方
に所定の距離りを隔てて第２磁界検出器２８が設けであ
る。そして、ポーリング装置２４は、カッタドラム２２
の後側に設けられ、カッタドラム２２に形成した図示し
ない貫通孔を介して、地中掘削機２０の軸線に沿って進
退できるようになっており、第１磁界検出器２６、第２
磁界検出器２８を地中掘削機１０に向けて前進させ、磁
界発生器１４と磁界検出器とを近接させる推進機として
の役割をなす。

第１磁界検出器２６と第２磁界検出器２８とは、ホーリ
ング装置２４の軸線に沿って配置され、それぞれがＹ軸
方向ずれ検出部２６ａ、２８ａとＺ軸方向ずれ検出部２
６ｂ、２８ｂとからなっている。各検出部２６ａ、２６
ｂ、２８ａ、２８ｂは、それぞれが直交して配置した一
対の受信コイルから構成しである。そして、Ｙ軸方向ず
れ検出部２６ａ、２８ａは、送信ループケーブル１４ａ
の一対の長辺が発生ずる磁界の強さを検出するように配
置し、検出した磁界の強さに応した電気信号を図示しな
い演算装置に送出する。また、Ｚ軸方向ずれ検出部２６
ｂ、２８ｂは、送信ループケーフル１４ｂの一対の長辺
が発生ずる磁界の強さを検出するように配置し、検出し
た磁界の強さに応した電気信号を演算装置に送出する。

上記の如く構成した実施例の作用は、次のとおりである
。

まず、地中掘削機１０のカッタドラム１２を回転させ、
送信ループケーブル１４ａの長手方向がＺ軸と平行とな
るようにする。次に、地中掘削機２０に設けたポーリン
グ装置２４を地中掘削機１０に向けて前進させ、ポーリ
ング装置２４の先端を地中掘削機１０の前面に到達させ
る。このポーリング装置２４の先端が地中掘削機１０に
到達したことは、ポーリング装置２４の掘進抵抗や磁界
検出器２６．２８が検出する磁界の強さ等によって容易
に検知することができる。

ポーリング装置２４の先端が地中掘削機ＩＯに前面に到
達したならば、第１磁界検出器２６のＹ軸方向ずれ検出
部２６ａとＺ軸方向ずれ検出部２６ｂとを構成している
受信コイルの出力信号を読み取り、磁界発生器１４の中
心、すなわち地中掘削８！１０の中心に対する第１磁界
検出器２６のＹ軸方向とＺ軸方向とのずれ量を求める。

すなわち、Ｙ軸方向ずれ検出部２６ａを構成している一
対の受信コイルは、送信ループケーブル１４ａの長辺に
よる磁界の強さを検出し、検出信号を図示しない演算装
置に入力する。演算装置は、本願出廓大の出願に係る特
願平１−６５３５２号１ に詳述したように、次式によってＺ軸に対する受信コイ
ル（第１［界検出器２６）のＹ軸方向のずれｙを算出す
る。

ｙ＋　＝１　（Ｖ２−Ｖｌ）／２（Ｖ、　十Ｖ２）　　
−−−−−（１）ただし、ここにＶｌ、Ｖ２は、Ｙ軸方
向ずれ検出部２６ａを構成している一対の受信コイルに
生ずる誘導起電力であり、ｌは受信コイルと送信ループ
ケーブル１４ａが設けである面までの距離である。

演算装置は、同様にして第１磁界検出器２６のＺ軸方向
すれ検出部２６ｂからの検出信号に基づいて、第１磁界
検出器２６のＹ軸に対するＺ軸方向のずれ２１　と求め
るとともに、第２磁界検出器２ＢのＹ軸方向、Ｚ軸方向
のずれｙ２、Ｚ２を求める。その後、演算装置は、求め
たｙｌ、ｙ２、ｚ、　　　ｚ２に基づいて、ポーリング
装置２４の地中掘削機１０に対する傾斜角度を算出する
。

例えば、第２図に示したように、第１　ｉｆｆ界検出器
２６と第２磁界検出器２８とを結ぶ線分（ポーリング装
置２４の軸線）Ａが、ＸＹ平面となす角２ をθ、線分ＡがＹＺ平面となす角をψとすると、これら
の角θ、ψは、 θ＝ｓｊｎ−’（（ｚ２−ｚ＋）／Ｌ）　　　−−−−
−（２）ψ＝ｃｏｓ−’（（ｙｚ　−ｙ＋）／Ｌ）　　
　−−一−−−（３）として求めることができる。従っ
て、ポーリング装置２４と中心軸が一致している地中掘
削機２゜の地中掘削機１０に対する傾斜角と傾きの方向
とを知ることができる。そして、ポーリング装置２４の
先端が地中掘削機ｌＯの前面に到達するまでの掘進量に
よって両者間の距離を求めることができるとともに、こ
の掘進量と角度θ、ψとから、地中掘削機１０の中心に
対する地中掘削機２０の中心のＹ方向、Ｚ方向のずれ量
を正確に求めることができる。

なお、前記実施例においては、２台の地中掘削機１０．
２０を接合する場合について説明した力匁例えば磁界発
生器Ｉ４を備えた地中掘削機の前方の到達立坑を基準位
置とし、この到達立坑に第１、第２磁界検出器２６．２
８を取り付けたポーリング装置２４を設け、到達立坑か
ら地中掘削機に向けてポーリング装置２４を前進させて
もよい。また、前記実施例においては、磁界発生器１４
とポーリング装置２４との中心が地中掘削機１０．２０
の中心と一致している場合について説明したが、磁界発
生器１４とポーリング装置２４との取り付は位置が対応
していれば、地中掘削機の中心に設けなくともよい。さ
らに、前記実施例においては、被測定物が地中掘削機で
ある場合について説明したが、被測定物は地中掘削機に
限定されない。そして、前記実施例においては、磁界検
出器２６．２８を進退させる推進機として圧密掘進型の
小径ポーリング装置２４を用いた場合について説明した
が、推進機はこれに限定されない。また、磁界発生器１
４を磁界検出器に向けて前進させるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、磁界発生器が
発生する磁界の強さを検出する第１、第２磁界検出器を
、磁界発生器に対して前後させて配置し、それぞれの磁
界検出器の磁界発生器に対する位置を求めることにより
、基準位置に対する被測定物の傾きが検知でき、推進機
の前進距離と被測定物の傾きとから被測定物の基準位置
に対する位置ずれをを正確に求めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る位置ずれ検出装置の説明
図、第２図は被測定物の基準位置に対する傾斜の求め方
の説明図である。 １０　−−−−−基ｍ位置（地中掘削ａ）　、１４−−
−−−［界発生器、２０−・−被測定物（地中掘削機）
、２４−一−−−推進機（ポーリング装置）、２６　−
・−第１磁界検出器、２　Ｂ−−−−−一第２ｖＡ界検
出器、２６ａ、２８　ａ−一−−−−Ｙ軸方向ずれ検出
部、２６ｂ２．２８ｂ　−−−−−ｚ軸方向ずれ検出部
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被測定物または基準位置のいずれか一方に設けた
   磁界発生器と、前記被測定物または前記基準位置のいず
   れか他方に設けられ、前記磁界発生器が発生した磁界を
   検出する第１磁界検出器と、この第１磁界検出器の後方
   に設けられ、前記磁界発生器が発生した磁界を検出する
   第２磁界検出器と、前記被測定物または前記基準位置の
   いずれか一方に設けられ、前記磁界発生器または各磁界
   検出器を前進させて、磁界発生器と磁界検出器とを近接
   させる推進機とを有することを特徴とする位置ずれ検出
   装置。