JPH03260284A - Horizontal displacement detector of underground moving body - Google Patents
Horizontal displacement detector of underground moving bodyInfo
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Landscapes
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- Earth Drilling (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、地中移動体の水平変位検出装置に係り、とり
わけ水道管、ガス管等を地中埋設するためにトンネル掘
進を行う地中掘削機を施工針WI線通りに推進すべく、
地中掘削機の地中における水平変位を検出する水平変位
検出装置に関する。[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a horizontal displacement detection device for an underground moving body, and in particular to an underground displacement detection device for underground where a tunnel is excavated to bury water pipes, gas pipes, etc. underground. In order to propel the excavator according to the construction guide line,
The present invention relates to a horizontal displacement detection device for detecting horizontal displacement of an underground excavator underground.
本願出願人は、すでに施工計画線に応して地表面に予め
磁界発生ケーブルを敷設しておくだけで、地中掘削機の
施工計画線からの水平変位態様についての正確なデータ
をリアルタイムで得ることのできる地中掘削機の水平変
位計測装置を特許出願(特願昭61−10700号)し
ている。The applicant of this application obtains accurate data on the horizontal displacement mode of an underground excavator from the construction planning line in real time by simply laying a magnetic field generating cable on the ground surface in advance according to the construction planning line. We have filed a patent application (Japanese Patent Application No. 10700/1983) for a horizontal displacement measuring device for underground excavators.
この発明では、地中掘削機が掘進するトンネルの施工計
画線に応じて、施工計画線から等間隔ずつ離間してその
往路線と復路線とが位置するように地表面に磁界発生ケ
ーブルを敷設し、地中掘削機の側に適宜の検出コイルを
配設し、これに上記ケーブルの発生磁界を検出せしめる
ようにしている。In this invention, a magnetic field generating cable is laid on the ground surface so that the outgoing route and the incoming route are located at equal intervals from the planned construction line according to the planned construction line of the tunnel to be excavated by the underground excavator. However, an appropriate detection coil is disposed on the side of the underground excavator, and the magnetic field generated by the cable is detected by this coil.
すなわち、往路線と復路線とが発生した磁界は、施工計
画線(往復路線間の中心線)を通る鉛直面を境として対
称をなす。そこで、磁界の強度を上記の検出コイルの出
力に基づいて判別することにより、地中掘削機が施工計
画線の右方にあるのか左方にあるのか、その水平変位態
様を識別計測するようにしている。That is, the magnetic fields generated by the outbound route and the return route are symmetrical with respect to a vertical plane passing through the construction planned line (the center line between the round trip routes). Therefore, by determining the strength of the magnetic field based on the output of the above-mentioned detection coil, it is possible to identify and measure whether the underground excavator is to the right or left of the construction plan line and its horizontal displacement mode. ing.
上記従来の技術によれば、地中掘削機の施工計画線から
水平方向変位を有効に、しかもリアルタイムで連続的に
計測できるという初期の目的を確かに達成できるものの
、磁界発生ケーブルが発生した磁界は、水平方向と鉛直
方向(深さ方向)とに変化しているため、水平方向変位
を演算処理によって求める過程において、上記検出コイ
ルの出力の他、地中掘削機の地表面に対する鉛直方向位
置、つまり地中掘削機の深度も計測値として別途必要と
する。According to the above-mentioned conventional technology, although the initial objective of being able to effectively and continuously measure the horizontal displacement of an underground excavator from the construction plan line in real time can be achieved, the magnetic field generated by the magnetic field generating cable is changes in the horizontal direction and vertical direction (depth direction), so in the process of calculating the horizontal displacement, in addition to the output of the above detection coil, the vertical position of the underground excavator relative to the ground surface is In other words, the depth of the underground excavator is also required as a separate measurement value.
地中掘削機の深度は、例えば公知の圧力沈下計を用いて
次の如くして行われる。The depth of the underground excavator is determined using, for example, a known pressure subsidence gauge as follows.
地中掘削機の出発地点(具体的には発進立坑)における
深度を圧力沈下計によって求め、この求めた深度を予め
データとして演算装置にインプットしておき、この深度
データと上記検出コイルの出力に基づいて上記水平変位
を求め、この水平変位が零になるように、つまり地中掘
削機が施工計画線に沿って進行するように制御し、地中
掘削機を発進立坑から到達立坑まで同一深度のまま進行
させるようにしている。The depth at the starting point of the underground excavator (specifically, the starting shaft) is determined using a pressure subsidence meter, and this determined depth is input into the calculation device as data in advance, and this depth data and the output of the above detection coil are used to calculate the depth. Based on this, the horizontal displacement is determined, and the underground excavator is controlled so that the horizontal displacement becomes zero, that is, the underground excavator moves along the construction plan line, and the underground excavator is moved to the same depth from the starting shaft to the destination shaft. I'm trying to keep it going as it is.
ところが、地中掘削機は、ピッチング(前後方向の姿勢
変化)およびローリング(左右方向の姿勢変化)を伴い
つつ地中を移動する。また、実際には、施工計画線に沿
った地表面は平坦でなく、出発地点の地表面と地中掘削
機が現在位置している地表面との間に高低差があること
が多い。However, underground excavators move underground while pitching (changes in posture in the front-back direction) and rolling (changes in posture in the left-right direction). Furthermore, in reality, the ground surface along the construction plan line is not flat, and there is often a difference in elevation between the ground surface at the starting point and the ground surface where the underground excavator is currently located.
上記の従来の技術は、こうしたピッチング等を伴わない
場合には、正確に水平変位を求めることができるのであ
るが、実際には上記ピッチング等の影響によって深度ず
れ等が注し、これに起因して水平変位を正確に求めるこ
とができないということが本発明者等によって明らかに
なった。The conventional technology described above can accurately determine horizontal displacement when such pitching is not involved, but in reality, depth deviations occur due to the effects of pitching, etc. The inventors have found that it is not possible to accurately determine the horizontal displacement.
そこで、本願出願人は、地中掘削機のピッチング、ロー
リング、施工計画線に沿った出発地点に対する高低差な
どによる影響を補正して、検出コイルの深度をY、一対
の検出コイルの出力電圧(誘導起電力)をV、 、V、
としたときに、検出コイルの施工計画線に対する水平変
位Xを、v、−ゞ゛ 7 ・−−−−−−−・
・−(1)V’++Vz 2
として求める水平変位計測装置を出願した(特願平1−
65352号)。Therefore, the applicant corrected the effects of pitching and rolling of the underground excavator, height differences with respect to the starting point along the construction plan line, and set the depth of the detection coil to Y and the output voltage of the pair of detection coils ( induced electromotive force) is V, ,V,
Then, the horizontal displacement X of the detection coil with respect to the construction plan line is v, -ゞ゛ 7 ・------
- (1) An application was filed for a horizontal displacement measuring device that determines V'++ Vz 2 (Patent application No. 1-
No. 65352).
しかし、上記式(1)は、磁界発生ケーブルと施工計画
線との距離をlとしたときに、Y”>1”
かつ、Y”>x”
の関係を満たすものとして導いたものである。このため
、地中掘削機が浅い位置、すなわち磁界発生ケーブルと
検出コイルとの距離が短い場合には、誤差が発生すると
いう問題がある。However, the above formula (1) was derived assuming that the relationships Y">1" and Y">x" are satisfied, where l is the distance between the magnetic field generating cable and the construction plan line. Therefore, when the underground excavator is located at a shallow position, that is, when the distance between the magnetic field generation cable and the detection coil is short, there is a problem in that errors occur.
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたもので、地中
掘削機等の地中移動体のピッチング等の影響を除去でき
るとともに、地中移動体が地中の浅い位置にあったとし
ても、基準線に対する地中移動体の水平変位を正確に求
めることができる地中移動体の水平変位検出装置を捉供
することを目的としている。The present invention has been made in view of these circumstances, and is capable of eliminating the effects of pitching of an underground moving object such as an underground excavator, and even if the underground moving object is located at a shallow underground position, The object of the present invention is to provide a horizontal displacement detection device for an underground moving body that can accurately determine the horizontal displacement of the underground moving body with respect to a reference line.
〔課社を解決するための手段および作用〕上記の目的を
達成するために、本発明は、地表の基準線に沿って地中
を移動する地中移動体の前記基準線に対する水平変位を
検出する地中移動体の水平変位検出装置において、往路
線と復路線とを前記基準線の両側に所定路#離間して配
設した磁界発生ケーブルと、前記地中移動体の所定位置
に設けられ、鉛直軸に対して地中移動体の進行方向左右
両側に所定角度傾斜させられた、前記磁界発生ケーブル
の発生した磁界を検出する第1と第2の検出コイルと、
前記地中移動体の出発地点における深度を記憶する初期
深度記憶手段と、前記基準線の各位置における前記出発
地点に対する高低差を記憶する高低差記憶手段と、前記
地中移動体の移動距離を検出する移動距離検出手段と、
前記地中移動体のピッチング角を検出するピッチング角
検出手段と、前記地中移動体のローリング角を検出する
ローリング角検出手段と、前記移動距離検出手段の出力
と前記ピッチング角検出手段の出力とに基づいて、前記
地中移動体のピッチングに伴う前記出発地点に対する深
度ずれを演算する深度ずれ演算手段と、前記第1、第2
の検出コイルの配置位置と前記ローリング角検出手段の
出力とに基づいて、前記地中移動体のローリングに伴う
前記第1、第2の検出コイルの前記地中移動体に対する
鉛直方向の位置ずれを演算する鉛直位置ずれ演算手段と
、前記移動距離検出手段が検出した移動距離に対応する
前記高低差記憶手段が記憶している前記高低差と、前記
初期深度記憶手段が記憶している前記出発地点における
深度と、前記深度ずれ演算手段および前記鉛直位置ずれ
演算手段が求めた演算値と、前記ローリング角検出手段
の出力とに基づいて、前記地中移動体のローリングに伴
う前記第1、第2の検出コイルの前記地中移動体に対す
る水平方向の位置ずれを演算する水平位置ずれ演算手段
と、前記移動距離検出手段が検出した移動距離に対応し
た前記高低差記憶手段が記憶している前記高低差と、前
記初期深度記憶手段が記憶している前記出発地点におけ
る深度と、前記第1、第2の検出コイルの検出値と、前
記深度ずれ演算手段、前記鉛直位1ずれ演算手段および
前記水平位置ずれ演算手段の演算値とに基づいて、前記
地中移動体の前記基準線に対する水平変位を演算する水
平変位演算手段と、を備えるとともに、前記水平変位演
算手段は、前記検出コイルの前記基準線に対する水平変
位をx、検出コイルの深度をY、前記磁界発生ケーブル
の往路線と復路線との前記基準線からの距離をlとした
ときに、を演算することを特徴としている。[Means and effects for solving the problem] In order to achieve the above object, the present invention detects the horizontal displacement of an underground mobile object moving underground along a reference line on the ground surface with respect to the reference line. A horizontal displacement detection device for an underground moving body, comprising: a magnetic field generating cable disposed at a predetermined distance apart from an outgoing route and a return route on both sides of the reference line; , first and second detection coils for detecting the magnetic field generated by the magnetic field generation cable, which are inclined at a predetermined angle on both sides of the traveling direction of the underground moving body with respect to the vertical axis;
initial depth storage means for storing the depth at the starting point of the underground mobile body; elevation difference storage means for storing the height difference from the starting point at each position on the reference line; A moving distance detection means for detecting;
pitching angle detection means for detecting a pitching angle of the underground mobile body; rolling angle detection means for detecting a rolling angle of the underground mobile body; an output of the movement distance detection means; and an output of the pitching angle detection means. depth deviation calculation means for calculating a depth deviation with respect to the starting point due to pitching of the underground moving body;
Based on the arrangement position of the detection coil and the output of the rolling angle detection means, a vertical positional shift of the first and second detection coils with respect to the underground moving body due to rolling of the underground moving body is determined. Vertical positional deviation calculating means to calculate, the height difference stored in the height difference storage means corresponding to the travel distance detected by the travel distance detection means, and the starting point stored in the initial depth storage means. , the calculated values obtained by the depth deviation calculation means and the vertical position deviation calculation means, and the output of the rolling angle detection means, the first and second horizontal positional deviation calculating means for calculating the horizontal positional deviation of the detection coil with respect to the underground mobile body; and the height difference storage means stores the height difference corresponding to the moving distance detected by the moving distance detecting means. the difference, the depth at the starting point stored in the initial depth storage means, the detected values of the first and second detection coils, the depth deviation calculation means, the vertical position 1 deviation calculation means, and the horizontal horizontal displacement calculating means for calculating a horizontal displacement of the underground mobile body with respect to the reference line based on the calculated value of the positional deviation calculating means, and the horizontal displacement calculating means is configured to calculate the horizontal displacement of the underground moving body with respect to the reference line based on the calculated value of the positional deviation calculating means. The present invention is characterized in that it calculates where x is the horizontal displacement with respect to the line, Y is the depth of the detection coil, and l is the distance from the reference line of the outgoing line and the incoming line of the magnetic field generating cable.
ただし、k−(V! V+ )/ (v、 十V、)
であって、■1は前記第1の検出コイルのに生ずる誘導
起電力、V2は前記第2の検出コイルに生ずる誘導起電
力である。However, k-(V! V+)/(v, 10V,)
where 1 is the induced electromotive force generated in the first detection coil, and V2 is the induced electromotive force generated in the second detection coil.
このように構成した本発明においては、地中移動体にピ
ッチングが発生しても、ピッチング角検出手段によって
ピッチングに伴う地中移動体の出発地点に対する深度ず
れを求めることができる。In the present invention configured in this way, even if pitching occurs in the underground moving body, the depth shift of the underground moving body with respect to the starting point due to the pitching can be determined by the pitching angle detection means.
また、地中移動体にローリングが発生したとしても、検
出コイルの地中移動体に対する鉛直位置ずれと水平位置
ずれとを鉛直位置ずれ演算手段、水平位置ずれ演算手段
によって求めることができる。Furthermore, even if rolling occurs in the underground moving body, the vertical positional deviation and horizontal positional deviation of the detection coil relative to the underground moving body can be determined by the vertical positional deviation calculating means and the horizontal positional deviation calculating means.
また、水平変位演算手段が上記の各演算器の演算結果と
、地中移動体の出発地点における深度(初期深度)およ
び基準線に沿った出発地点に対する高低差とに基づいて
、地中移動体のピッチング、ローリング等による影響を
補正した基準線に対する水平変位を算出する。そして、
水平位置ずれ演算手段の演算は、基準線と磁界発生ケー
ブルとの距離や、深度と水平変位との関係を考慮してい
るため、地中移動体が地中の浅い位置にあったとしでも
、水平変位を精度よく求めることができる。In addition, the horizontal displacement calculating means calculates the distance between the underground mobile object and the underground mobile object based on the calculation results of each of the above-mentioned calculators, the depth at the starting point of the underground moving object (initial depth), and the height difference with respect to the starting point along the reference line. The horizontal displacement with respect to the reference line is calculated by correcting the effects of pitching, rolling, etc. and,
The calculation by the horizontal position deviation calculation means takes into account the distance between the reference line and the magnetic field generation cable, and the relationship between depth and horizontal displacement, so even if the underground moving object is located at a shallow underground position, Horizontal displacement can be determined with high accuracy.
〔実施例)
本発明の地中移動体の水平変位検出装置の好ましい実施
例を、添付図面に従って詳説する。なお、この実施例に
おいては、地中移動体として地中掘削機を想定している
が、地中移動体は地中掘削機に限定されず、地中を移動
し得る有体物であれば任意に適用可能である。[Embodiment] A preferred embodiment of the horizontal displacement detection device for an underground moving body according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this example, an underground excavator is assumed as the underground moving object, but the underground moving object is not limited to the underground excavating machine, and may be any tangible object that can move underground. Applicable.
第1図は、本発明に係る地中掘削機の位置検出装置の説
明である。FIG. 1 is an explanation of a position detection device for an underground excavator according to the present invention.
第1図において、地中移動体である地中掘削機10には
、地表面12に配設した磁界発生ケーブル14が発生し
た磁界を検出する第1、第2の検出コイルS、、S、が
設けである。検出コイルS、S2は、詳細を後述するよ
うに相互に交差して配置され、支持装置16を介して地
中掘削ll110の所定位置に取り付けられ、地中掘削
機10がピッチング(前後方向の傾斜)やローリング(
左右方向の傾斜)を起こしても、その姿勢が変化しない
ようになっている。In FIG. 1, an underground excavator 10, which is an underground moving body, has first and second detection coils S, S, S, is the provision. The detection coils S and S2 are arranged to intersect with each other as will be described in detail later, and are attached to a predetermined position of the underground excavator 110 via the support device 16, so that the underground excavator 10 pitches (tilts in the front-rear direction). ) and rolling (
Even if the robot tilts from side to side, its posture will not change.
さらに、地中掘削機10の内部には、地中掘削機10の
ピッチング角を検出するピッチング角検出手段としての
ピッチング傾斜計18と、地中掘削機IOのローリング
角を検出するローリング角検出手段としてのローリング
角傾斜計20とが適宜の位置に配設しである。そして、
検出コイル51%S2、ピッチング傾斜計18およびロ
ーリング角傾斜計20は、地中掘削機10の出発地点で
ある発進立坑23に設置した詳細を後述する信号処理装
置22に接続してあり、それぞれの検出信号を信号処理
装置22に入力できるようにしである。また、発進立坑
23には、推進距離計24と表示装置26とが設けであ
る。Further, inside the underground excavator 10, there is a pitching inclinometer 18 as a pitching angle detection means for detecting the pitching angle of the underground excavator 10, and a rolling angle detection means for detecting the rolling angle of the underground excavator IO. A rolling angle inclinometer 20 is disposed at an appropriate position. and,
The detection coil 51% S2, the pitching inclinometer 18, and the rolling angle inclinometer 20 are connected to a signal processing device 22, the details of which will be described later, installed in the starting shaft 23, which is the starting point of the underground excavator 10. This allows the detection signal to be input to the signal processing device 22. Further, the starting shaft 23 is provided with a propulsion distance meter 24 and a display device 26.
推進距離計24は、発進立坑23から到達立坑28に向
けて掘進する地中掘削機10の移動距離Rを検出して信
号処理装置22に入力する。そして、表示装置26は、
信号処理装置22の出力信号を受け、信号処理装置22
が求めた演算結果を表示する。The propulsion distance meter 24 detects the moving distance R of the underground excavator 10 digging from the starting shaft 23 toward the reaching shaft 28 and inputs the detected distance to the signal processing device 22 . Then, the display device 26 is
Upon receiving the output signal of the signal processing device 22, the signal processing device 22
Displays the calculated result.
磁界発生ケーブル14は、第2図に示したように、往路
線14aと復路線14bとからなり、それぞれが測量等
によって決定したトン茅ルを掘削するための施工計画線
(基準線)30の両側に、所定距離lたけ離間して地表
面12に敷設しである。そして、磁界発生ケーブル14
は、適宜の交流電流を供給する電流供給袋232に接続
され、例えば矢印A、Bのごとく電流が流れることによ
り、往復路線14a、14bを中心とした同心円状の磁
界を発生する。As shown in FIG. 2, the magnetic field generating cable 14 consists of an outgoing route 14a and an incoming route 14b, each of which follows a construction plan line (reference line) 30 for excavating a tonne that was determined by surveying or the like. They are laid on the ground surface 12 on both sides at a predetermined distance l. And magnetic field generation cable 14
are connected to a current supply bag 232 that supplies an appropriate alternating current, and when current flows as indicated by arrows A and B, for example, a concentric magnetic field centered on the reciprocating lines 14a and 14b is generated.
磁界発生ケーブル14の発生した磁界の強さを検出する
第1、第2の検出コイルS、、S、は、第3図に示した
ように、地中掘削機10の軸線方向から見た場合に、鉛
直線34の両側に所定の角度φ(例えば45度)だけ傾
斜しており、前記した支持装置16によって、地中掘削
機10がピッチングやローリングをしてもその姿勢が変
化しないように支持されている。そして、検出コイルS
1、Stには、第4図のように必要に応じて設けられる
プリアンプ36.38が接続してあり、検比信号がプリ
アンプ36.38を介して信号処理装置22に入力され
る。The first and second detection coils S, , S, which detect the strength of the magnetic field generated by the magnetic field generation cable 14, when viewed from the axial direction of the underground excavator 10, as shown in FIG. In addition, it is inclined by a predetermined angle φ (for example, 45 degrees) on both sides of the vertical line 34, and the above-mentioned support device 16 prevents the attitude of the underground excavator 10 from changing even if it pitches or rolls. Supported. And the detection coil S
1 and St are connected to preamplifiers 36 and 38 provided as needed, as shown in FIG. 4, and the comparison signal is input to the signal processing device 22 via the preamplifiers 36 and 38.
信号処理装置22には、プリアンプ36.38の出力を
増幅する受信アンプ40.42が設けである。また、信
号処理装置22は、アナログ信号である受信アンプ40
.42の出力を、ディジタル信号に変換するアナログ−
ディジタル変換器(A/D変換器)44.46と、推進
距離計24、ピッチング傾斜計18、ローリング角傾斜
計20のアナログの出力信号をディジタルに変換するA
/D変換器48.50.52を有している。さらに、信
号処理装置22には、深度ずれ演算手段である深度ずれ
演算器54、鉛直位置ずれ演算手段である鉛直位置ずれ
演算器56、水平位置ずれ演算手段である水平位置ずれ
演算器58、水平変位演算器段である水平変位演算器6
0および初期深度記憶手段と高低差記憶手段としてのメ
モリ62が設けである。このメモリ62には、磁界発生
ケーブル14の施工計画線30からの距Ml、地中掘削
機10の出発地点における深度(初期深度Y。〕、検出
コイルS、 、S、の地中掘削機10の中心に対する鉛
直方向の取付は位1tao、施工計画線30に沿った出
発地点に対する高低差H等が格納しである。The signal processing device 22 is provided with a receiving amplifier 40.42 that amplifies the output of the preamplifier 36.38. In addition, the signal processing device 22 also processes a receiving amplifier 40 which is an analog signal.
.. An analog converter that converts the output of 42 into a digital signal.
A that converts the analog output signals of the digital converter (A/D converter) 44, 46, the propulsion distance meter 24, the pitching inclinometer 18, and the rolling angle inclinometer 20 into digital.
/D converters 48,50,52. Further, the signal processing device 22 includes a depth deviation calculation unit 54 which is a depth deviation calculation means, a vertical position deviation calculation unit 56 which is a vertical position deviation calculation unit, a horizontal position deviation calculation unit 58 which is a horizontal position deviation calculation unit, and a horizontal position deviation calculation unit 58 which is a horizontal position deviation calculation unit. Horizontal displacement calculator 6 which is a displacement calculator stage
0, a memory 62 as initial depth storage means and elevation difference storage means. This memory 62 includes the distance Ml of the magnetic field generation cable 14 from the construction plan line 30, the depth at the starting point of the underground excavator 10 (initial depth Y), and the detection coils S, , S, of the underground excavator 10. The installation in the vertical direction with respect to the center is approximately 1 tao, and the height difference H with respect to the starting point along the construction plan line 30 is stored.
深度ずれ演算器54は、A/D変換器48.50を介し
て入力する推進距離計24の出力信号とピッチング傾斜
計18の出力信号とから、地中掘削6110のピッチン
グに伴う検出コイルS、、S2の深度ずれを演算し、演
算結果を水平位置ずれ演算器58と水平変位演算器60
とに入力する。The depth deviation calculator 54 determines the detection coil S associated with the pitching of the underground excavation 6110 based on the output signal of the propulsion distance meter 24 and the output signal of the pitching inclinometer 18, which are input via the A/D converter 48.50. , S2, and the calculation results are sent to the horizontal position shift calculator 58 and the horizontal displacement calculator 60.
and enter it.
また、鉛直位置ずれ演算器56は、A/D変換器52を
介して入力してくるローリング角傾斜計20の出力信号
と、メモリ62に格納しである検出コイルS、 、S、
の地中掘削機10の取付は位置d、とに基づいて、検出
コイルS、、Stの地中掘削機10に対する鉛直方向の
位置ずれを演算し、水平位置ずれ演算器58と水平変位
演算器60とに送出する。The vertical position deviation calculator 56 also receives the output signal of the rolling angle inclinometer 20 input via the A/D converter 52 and the detection coils S, , S, which are stored in the memory 62.
When installing the underground excavator 10, the vertical positional deviation of the detection coils S, , St with respect to the underground excavator 10 is calculated based on the position d, and the horizontal positional deviation calculator 58 and horizontal displacement calculator 60.
水平位置ずれ演算!S58は、深度ずれ演算器54と鉛
直位置ずれ演算器56との演算結果と、推進距離計24
、ローリング角傾斜計20の出力信号およびメモリ62
に格納しである施工計画線30に沿った高低差Hとに基
づいて、検出コイルS、S2の地中掘削機10に対する
水平方向の位置ずれを演算し、水平変位演算器60に送
出する。Horizontal position shift calculation! S58 calculates the calculation results of the depth deviation calculation unit 54 and the vertical position deviation calculation unit 56 and the propulsion distance meter 24.
, the output signal of the rolling angle inclinometer 20 and the memory 62
The horizontal positional deviation of the detection coils S and S2 relative to the underground excavator 10 is calculated based on the height difference H along the construction plan line 30 stored in , and is sent to the horizontal displacement calculation unit 60.
水平変位演算器60は、A/D変換器44.46を介し
て入力してくる検出コイルSl、52の検出信号、推進
距離計24の出力信号、深度ずれ演算器54と鉛直位置
ずれ演算器56と水平位1ずれ演算器58との演算結果
、およびメモリ62に格納しである初期深度Yo、高低
差Hに基づいて、検出コイルS、、SZの施工計画[3
0に対する水平変位を演算し、表示装置26に出力して
表示する。The horizontal displacement calculator 60 includes the detection coil Sl inputted via the A/D converters 44 and 46, the detection signal of 52, the output signal of the propulsion distance meter 24, the depth deviation calculator 54, and the vertical position deviation calculator. 56 and the horizontal position 1 deviation calculating unit 58, and the initial depth Yo and height difference H stored in the memory 62, the construction plan for the detection coils S, SZ [3]
The horizontal displacement relative to 0 is calculated and output to the display device 26 for display.
上記の如く構成した実施例の作用は、次の通りである。The operation of the embodiment configured as described above is as follows.
まず、本実施例による検出コイルS1、S2の施工計画
線30に対する水平変位の検出原理を第3図に基づいて
説明する。First, the principle of detecting the horizontal displacement of the detection coils S1 and S2 with respect to the construction plan line 30 according to this embodiment will be explained based on FIG.
第3図において、検出コイルS、、S、は、コイル中心
点Ccが地中掘削機1oの中心を遣る鉛直線34上にあ
って、鉛直線34に対して左右にψだけ傾斜している。In FIG. 3, the detection coils S, , S, have their coil center points Cc on a vertical line 34 that includes the center of the underground excavator 1o, and are inclined left and right by ψ with respect to the vertical line 34. .
また、検出コイルS、、S2は、コイル中心点Ccが深
度Yに位置にあり、かつ施工計画線30に対して地中掘
削機1oの進行方向右側(正方向)にXだけ水平方向に
ずれているものとする。そして、コイル中心点ccと往
路線14aとの距離をrI、両者を結ぶ線分が鉛直線と
なす角度をθ1、コイル中心点c3と復路線14bとの
距離をrt、両者を結ぶ線分が鉛直線となす角度をθ2
とする。In addition, the detection coils S,, S2 have a coil center point Cc located at a depth Y, and are horizontally shifted by X to the right (positive direction) in the traveling direction of the underground excavator 1o with respect to the construction plan line 30. It is assumed that Then, the distance between the coil center point cc and the outward route 14a is rI, the angle that the line segment connecting the two makes with the vertical line is θ1, the distance between the coil center point c3 and the return route 14b is rt, and the line segment connecting the two is The angle with the vertical line is θ2
shall be.
このとき、第1、第2の検出コイルSt 、Stに生ず
る誘導起電力V、、V、は、次のように表される。At this time, the induced electromotive force V, , V, generated in the first and second detection coils St 1 and St is expressed as follows.
ただし、ここにに、地球の透磁率等によって−量的に定
まる定数である。However, here is a constant determined quantitatively by the magnetic permeability of the earth, etc.
上記式(2)、(3)を変形すると、V、、V2は下記
の式(4)、(5)の如く表される。When the above equations (2) and (3) are transformed, V and V2 are expressed as in the following equations (4) and (5).
V+= ” (sinφcosθI −Cosψs
jnθ、)K(CO3ψcosθz + sinψsi
n/?z)2
− ・−一−−−・(4)
Vz= ” (sinφcoso、 −cosφs
inθ2)rt
−」((。。3φ。。、θ、 + sinφsinθ1
)I
・−−−−一一一・=(5)
一方、第3図から容易にわかるように、cose+=
Y(6)
rl
5inθ1−一堕二Ω ・−・・−・・(7)rl
cosθx ” ’−’−・
−(8)rt
sane 、 = ” ” ” ’ −−−0−
(9)rt
が得られる。そこで、式(4)〜(9)とからθ1、θ
2を消去するとともに、ψ=45°とすると、検出コイ
ルSt、Stに生ずる誘導起電力■、■8は、
K’YI−x
V 、 = −[−−]
r 1 r 1 r
rK’ Y l+x
[−+1
r、 r、 r。V+= ” (sinφcosθI −Cosψs
jnθ,)K(CO3ψcosθz + sinψsi
n/? z) 2 − ・−1−−−・(4) Vz= ” (sinφcoso, −cosφs
inθ2)rt −”((..3φ.., θ, + sinφsinθ1
)I ・----111・=(5) On the other hand, as can be easily seen from Figure 3, cose+=
Y(6) rl 5inθ1−1fall2Ω ・−・・−・(7) rl cosθx ” '−'−・
−(8) rt sane, = ” ” ” ' −−−0−
(9) rt is obtained. Therefore, from equations (4) to (9), θ1, θ
2 and set ψ=45°, the induced electromotive force ■, ■8 generated in the detection coils St, St are K'YI−x V, = −[−−] r 1 r 1 r
rK' Y l+x [-+1 r, r, r.
(10)
%)、= K (ニー l+χ ]rt
rz rzKY l−χ
−−(−+)
rl rl r、・−・−
−111)
となる、ただし、ここにに’ =に/(Tである。(10) %), = K (knee l+χ ]rt
rz rzKY l−χ −−(−+) rl rl r,・−・−
-111), where '=to/(T.
上記式(10)、(11)は、さらに下記の式(12)
、(13)のように変形することができる。The above formulas (10) and (11) are further transformed into the following formula (12)
, (13).
・−−−−−−一−(12)
・−・−一−−・・(13)
また、rl、rlは、第3図から容易にわかるように、
rl ” =Y” + (j!−x)” −−−(
14)rt ” =Y” + (j!+x)” ・
−−−−(15)と表されるから、これら式(14)、
(15)を式(12)、(13)に代入すると、Vl、
Viは、
(16)
=−2に’ ((l−x) (Y2+(l+x)1
+(f+x) (Y” +(1−x)! )÷
((Y” + (f−x)”1x (Y” +
(II!+x)J 〕・−一−(17)
となる、そこで、これらの式からVl Vz、V、+
■2を求めて整理をすると、次の式(18)、%式%
(19)
そして、式(18)の各辺を式(19)の各辺で割ると
、
ゞ・−ゞ・= −2xY ・−1・−−−一
−−(20)Vl +Vt (1+Y”)−x2が
得られる。この式は、xi =z” 十y”の点で不連
続となるが、その他の範囲で解くことができる xt≦
At +Y”の範囲で解くならば、検出コイルS+、S
tの施工計画線30に対する水平V、+V。・−−−−−1−(12) ・−・−1−−・・(13) Also, as can be easily seen from FIG. 3, rl and rl are rl ” = Y” + (j! -x)” ---(
14) rt”=Y”+(j!+x)”・
----- Since it is expressed as (15), these formulas (14),
Substituting (15) into equations (12) and (13), Vl,
Vi is (16) =-2' ((l-x) (Y2+(l+x)1
+(f+x) (Y” +(1-x)! )÷
((Y" + (f-x)"1x (Y" +
(II!+x)J]・−1−(17) Therefore, from these formulas, Vl Vz, V, +
■If you rearrange to find 2, you will get the following formula (18), % formula % (19) Then, if you divide each side of formula (18) by each side of formula (19), ゞ・−ゞ・= − 2xY ・−1・−−−−−(20)Vl +Vt (1+Y”)−x2 is obtained. This equation is discontinuous at the point xi = z” 10y”, but in other ranges Can be solved xt≦
If the solution is within the range of ``At
Horizontal V, +V with respect to the construction plan line 30 of t.
(1B)
・・−・・−(21)
として求めることができる。ただし、ここにに=(vz
−Vl )/ (■f +V、)である。また、上記
式(21)を、
一−−−(22)
のように級数展開し、必要な次数まで求めて水平変位X
を充分な精度で求めることができる。(1B) ...--(21) It can be obtained as follows. However, here = (vz
−Vl )/(■f +V,). In addition, the above formula (21) is expanded into a series as shown in (22), and the horizontal displacement
can be determined with sufficient accuracy.
なお、Y” >1” 、Y” )x” 0)場合、式(
2)
となり、前記した式(1)が得られる。20式(23)
は、式(22)において(i /Y” )→0とし、k
2の項を無視できる(Y”)x”に対応)としたときに
も導かれる。In addition, if Y">1", Y")x"0), the formula (
2) The above equation (1) is obtained. Type 20 (23)
In equation (22), (i /Y”) → 0, and k
It is also derived when the term 2 is made negligible (Y") corresponding to x".
このように、検出コイルSt、Stの深度Y。In this way, the depth Y of the detection coils St, St.
磁界発生ケーブル14の施工計画線30からの距Hi!
がわかれば、一対の検出コイルS、、S、に生した誘導
起電力V、、V、を検出することにより、検出コイルS
、、S、の施工計画線30に対する水平変位、すなわち
地中掘削機10の施工計画線30に対する水平方向の変
位を求めることができる。Distance Hi from the construction plan line 30 of the magnetic field generating cable 14!
, by detecting the induced electromotive force V, ,V, generated in the pair of detection coils S, ,S, the detection coil S
, , S with respect to the construction plan line 30, that is, the horizontal displacement of the underground excavator 10 with respect to the construction plan line 30 can be determined.
しかし、地中掘削機10は、地中を掘進する際に、ピッ
チングやローリングを生じながら前進する。また、施工
計画線30に沿った地表面12は平坦でなく、起伏があ
るのが一般的である。従って、検出コイルSt、Stの
深度Yは、発進立坑23における掘進開始時の初期深度
Y0と異なるため、初期深度Y、検出コイルS、、St
の深度Yとしたのでは正確な水平変位を求めることがで
きない、従って、地中移動体の施工計画線30に対する
水平変位を正確に求めるためには、ピッチングやローリ
ングによる深度のずれを補正する必要がある。本実施例
は、このような補正を信号処理装置22によって自動的
に行えるようにしている。However, when the underground excavator 10 excavates underground, it moves forward while causing pitching and rolling. Further, the ground surface 12 along the construction plan line 30 is generally not flat but has undulations. Therefore, since the depth Y of the detection coils St, St is different from the initial depth Y0 at the start of excavation in the starting shaft 23, the initial depth Y, the detection coils S, , St
Therefore, in order to accurately determine the horizontal displacement of the underground moving body with respect to the construction plan line 30, it is necessary to correct the depth deviation due to pitching and rolling. There is. In this embodiment, such correction can be automatically performed by the signal processing device 22.
以下、実施例による水平変位の検出方法を具体的に説明
する。Hereinafter, a method for detecting horizontal displacement according to an embodiment will be specifically described.
いま、地中掘削機10が第5図に示したように、出発地
点P、から経路RTに沿ってR,まで掘進じ、地点Pに
達したものとする。また、検出コイルS+、Szは、第
6回のように、地中掘削機10にローリングが生じてい
ない場合、地中掘削機10の中心C6を通る鉛直線34
上にあって、地中掘削機10の中心C0からd0離れた
位置に取り付けであるものとする。Now, it is assumed that the underground excavator 10 has excavated from the starting point P to R along the route RT and reached the point P, as shown in FIG. Further, as in the sixth article, when the underground excavator 10 is not rolling, the detection coils S+ and Sz detect the vertical line 34 passing through the center C6 of the underground excavator 10.
It is assumed that it is installed at a position d0 away from the center C0 of the underground excavator 10.
信号処理装置22のメモリ62には、磁界発生ケーブル
14と施工計画線30との距離!、地中掘削機10の出
発地点P、における深度(初期深度)Yo、検出コイル
S+ 、Stの取付は位置d。、施工計画線30に沿っ
て所定区間R+、Rz、Rs 、−’−・・−ごとの出
発地点P0の地表面12に対する高低差H等が記憶させ
である。The memory 62 of the signal processing device 22 stores the distance between the magnetic field generating cable 14 and the construction plan line 30! , the depth (initial depth) Yo at the starting point P of the underground excavator 10, and the installation of the detection coils S+ and St is at position d. , the elevation difference H, etc. of the starting point P0 relative to the ground surface 12 for each predetermined section R+, Rz, Rs, -'-...- along the construction plan line 30 are stored.
初期深度Y0は、オペレータが発進立坑23において圧
力沈下計等によって容易に計測することができ、また高
低差Hは測量などによって容易に得られ、これらの計測
値は取付は位置d、などとともに、キーボード等を介し
てメモリ62に記憶させる。なお、高低差Hは、鉛直上
方に大きくなったときを正(+)としている。The initial depth Y0 can be easily measured by the operator at the starting shaft 23 using a pressure subsidence meter, etc., and the height difference H can be easily obtained by surveying, etc., and these measured values are determined by the installation position d, etc. It is stored in the memory 62 via the keyboard or the like. Note that the height difference H is positive (+) when it increases vertically upward.
推進距離計24は、地中掘削機10の掘進量、すなわち
地中掘削機10の移動量を検出して信号処理装置22に
出力する。また、ピッチング傾斜計18は、地中掘削機
10のピッチング角θ2.を検出し、ローリング角傾斜
計20は、地中掘削機10のローリング角θr、を検出
し、それぞれ検出信号を信号処理装置22に送る。The propulsion distance meter 24 detects the amount of excavation of the underground excavator 10, that is, the amount of movement of the underground excavator 10, and outputs the detected amount to the signal processing device 22. Further, the pitching inclinometer 18 measures the pitching angle θ2 of the underground excavator 10. The rolling angle inclinometer 20 detects the rolling angle θr of the underground excavator 10, and sends detection signals to the signal processing device 22, respectively.
信号処理装置22の深度ずれ演算器50は、推進距離計
24が出力する地中掘削機10の移動路MRと、ピッチ
ング傾斜計18の出力するピッチング角θ、tとを読み
込み(ステップ100)、検出コイルSt、Stのピッ
チングによる深度ずれΔy1を次式(24)により求め
、水平位置ずれ演算器58と水平変位演算器60とに送
出するここに、ピッチング角θr、は、地中掘削機10
の進行方向に対して下向きのピッチングを正(+)とす
る。The depth deviation calculator 50 of the signal processing device 22 reads the travel path MR of the underground excavator 10 output from the propulsion distance meter 24 and the pitching angle θ, t output from the pitching inclinometer 18 (step 100). The depth deviation Δy1 due to the pitching of the detection coils St, St is determined by the following equation (24) and sent to the horizontal position deviation calculator 58 and the horizontal displacement calculator 60. Here, the pitching angle θr is
Pitching downward with respect to the direction of travel is positive (+).
従って、地中掘削機10にピッチングが生じているとき
の、式(21)における検出コイルS1、S2のコイル
中心点C3の深度Yは、Y=Y、+ΔY pt
−’−・−・・−(25)となる。Therefore, when pitching occurs in the underground excavator 10, the depth Y of the coil center point C3 of the detection coils S1 and S2 in equation (21) is Y=Y, +ΔY pt
−'−・−・・−(25).
一方、地点Pの地表面は、出発地点P0の地表面に対し
てHの高低差を有しており、地表面12に敷設した磁界
発生ケーブル14が、出発地点P。に対してHだけ高低
差を有していることを意味している。従って、この高低
差Hを加味したコイル中心点Ccの深度Yは、
Y震Y0+Δy□+H−・・−一−−−〜−−126)
となり、ピッチングと高低差を考慮した検出コイルS+
、S*の施工計画線30に対する水平変位Xが
(27)
と表される。ただし、A=Y、+Δy H+ Hである
。On the other hand, the ground surface at the point P has a height difference of H with respect to the ground surface at the starting point P0, and the magnetic field generating cable 14 laid on the ground surface 12 is located at the starting point P. This means that there is a difference in height by H compared to the actual height. Therefore, the depth Y of the coil center point Cc taking into account this height difference H is:
Therefore, the detection coil S+ takes pitching and height differences into consideration.
, S* with respect to the construction plan line 30 is expressed as (27). However, A=Y, +Δy H+ H.
地中掘削機10にローリングが生している場合、鉛直位
置ずれ演算器56は、メモリ62から検出コイルS、、
S、の取付は位711d、を読み出すとともに、ローリ
ング角傾斜計20が出力するローリング角θ1.読み込
む(ステップ104)、 そして、鉛直位置ずれ演算
器56は、取付は位置d。とローリング角θ1.とに基
づいて、地中掘削機10の中心C0に対するコイル中心
点Ccの鉛直方向の相対位置ずれΔyr、を次の式(2
8)により演算しくステップ106)、演算結果を水平
位置ずれ演算器58と水平変位演算器60とに入力する
。When rolling occurs in the underground excavator 10, the vertical position deviation calculator 56 reads the detection coils S, . . . from the memory 62.
At the same time as reading out the position 711d, the rolling angle θ1.S is output by the rolling angle inclinometer 20. Then, the vertical position deviation calculator 56 is installed at position d. and rolling angle θ1. Based on the following equation (2
8), and in step 106), the calculation results are input to the horizontal position shift calculator 58 and the horizontal displacement calculator 60.
Δyre=do (I COsθ、、 )
、−−(28)従って、地中掘削$110にピッチング
とローリングとが生じている場合、検出コイルS、、S
。Δyre=do (I COsθ,, )
, --(28) Therefore, if pitching and rolling occur in underground excavation $110, the detection coils S, , S
.
の深度Yは、
Y ”” Y o+ΔVat+Δypt 十H−・−・
−(29)と求められる。なお、θrおば、実施例の場
合、地中掘削機10の進行方向に向かって時計方向に回
転した場合を正としている。The depth Y is Y ”” Yo+ΔVat+Δypt
−(29) is obtained. In addition, in the case of the embodiment, θr is defined as positive if it rotates clockwise toward the advancing direction of the underground excavator 10.
また、地中掘削機10にローリングが生ずると、第6図
に示したように、コイル中心点CCが地中掘削8110
の中心C0よりΔχ′だけ水平方向にずれる。このずれ
量ΔX′は、図から明らかなように、
Δx’=d、sinθ、、 −−−−−−(
30)である、しかし、水平方向については、検出コイ
ルS3、S!が検出する磁界の入射角のファクタを考慮
する必要がある。このため、コイル中心点Ccの中心C
0に対する水平方向の相対位置ずれを求める水平位置ず
れ演算器58は、深度ずれ演算器50と鉛直位置ずれ演
算器56とから演算結果を受は取るとともに、推進距離
計24が出力する地中掘削機10を移動路11[Rを読
み込ろ、この移動距離Rに対応した地点Pの高低差Hと
初期深度Y0とをメモリ62から読み出しくステップ1
08)、次式によって地中掘削機10の中心C0に対す
るコイル中心点Ccの水平方向の相対位置ずれΔx r
aを求め(ステップ110)、水平変位演算器60に送
出する。Furthermore, when rolling occurs in the underground excavator 10, as shown in FIG.
horizontally shifted by Δχ' from the center C0. As is clear from the figure, this deviation amount ΔX' is as follows: Δx'=d, sin θ, -------(
30), but for the horizontal direction, the detection coils S3, S! It is necessary to consider the factor of the angle of incidence of the magnetic field detected by the Therefore, the center C of the coil center point Cc
A horizontal positional deviation calculator 58 that calculates a relative positional deviation in the horizontal direction with respect to 0 receives and receives the calculation results from the depth deviation calculator 50 and the vertical positional deviation calculator 56, and also calculates the relative positional deviation in the horizontal direction from the depth deviation calculator 50 and the vertical positional deviation calculator 56. Read the movement path 11 [R of the aircraft 10. Read the height difference H and initial depth Y0 of the point P corresponding to this movement distance R from the memory 62.Step 1
08), the horizontal relative positional deviation Δx r of the coil center point Cc with respect to the center C0 of the underground excavator 10 is calculated by the following formula:
a is determined (step 110) and sent to the horizontal displacement calculator 60.
Δx、、”(Yo+Δy、L+Δy l−L + H)
×θ1.・J −−−−−(31)ここ
に、Jは、予め実験やシミュレーションによって求めた
定数である。Δx,,”(Yo+Δy,L+Δy l−L+H)
×θ1. -J -------(31) Here, J is a constant determined in advance by experiment or simulation.
ところで、施工針i1線30に対する地中掘削機■0の
中心C0の水平変位X++は、第7図に示したように、
コイル中心点CCの施工針fi@30に対する水平変位
Xから、コイル中心点Ccの中心C0に対する水平方向
の相対位置ずれ八Xrllを引いた値として求めること
ができる。この演算は、第8図のステップ112.11
4のように、水平変位演算器60が行う。By the way, the horizontal displacement X++ of the center C0 of the underground excavator ■0 with respect to the construction needle i1 line 30 is as shown in FIG.
It can be determined as the value obtained by subtracting the horizontal relative positional deviation 8Xrll of the coil center point Cc with respect to the center C0 from the horizontal displacement X of the coil center point CC with respect to the working needle fi@30. This operation is performed in step 112.11 of FIG.
4, the horizontal displacement calculator 60 performs the calculation.
すなわち、水平変位演算器60は、推進距離計24が出
力する地中掘削機10の移動距離Rを読み込み、この移
動距離Rに対応した高低差Hと初期深度Y、とをメモリ
62から読み出すとともに、深度ずれ演算器50が出力
するΔy、tと鉛直位置ずれ演算器56が出力するΔy
、、、とから前記した式(29)を演算し、コイル中心
点Ccの深度Yを求める。また、水平変位演算器60は
、A/D変換器44.46を介して検出コイルS、 、
S。That is, the horizontal displacement calculator 60 reads the travel distance R of the underground excavator 10 output from the propulsion distance meter 24, reads the height difference H and initial depth Y corresponding to this travel distance R from the memory 62, and , Δy, t output by the depth shift calculator 50 and Δy output by the vertical position shift calculator 56
The depth Y of the coil center point Cc is determined by calculating the above-mentioned equation (29) from , , . Further, the horizontal displacement calculator 60 connects the detection coils S, ,
S.
の検出信号を取り込むとともに、水平位置ずれ演算器5
8が出力するΔx7と先に求めた深度Yとに基づいて、
次の式(32)を演算し、施工計画線30に対する地中
掘削機10の中心C0の水平変位χ1を求める。In addition to taking in the detection signal of
Based on Δx7 outputted by 8 and the previously determined depth Y,
The following equation (32) is calculated to determine the horizontal displacement χ1 of the center C0 of the underground excavator 10 with respect to the construction plan line 30.
一Δx re ・・−・−
(32)ただし、B=Y、+Δ3’ pc+Δy r−
+ Hである。-Δxre・・−・−
(32) However, B=Y, +Δ3' pc+Δy r−
+H.
そして、水平変位演算器60は、求めた水平変位xlI
を表示装置26に出力し、地中掘削機lOが施工計画線
30に対して進行方向の左右の何れの方向にどのくらい
変位しているかを表示する。Then, the horizontal displacement calculator 60 calculates the determined horizontal displacement xlI
is output to the display device 26 to display how far the underground excavator IO is displaced with respect to the construction plan line 30 in either the left or right direction of the traveling direction.
これにより、オペレータは、表示装置26を介して地中
掘削機10がいかなる水平変位X。をもって移動してい
るかをリアルタイムに知ることができ、地中掘削機10
に対する適切な操作、処理を行うことができる。また、
水平変位演算器60の演算結果を、地中掘削機10を制
御している図示しない制御装置に人力し、地中掘削機l
Oが施工計画線30に対してずれが生しないように制御
することが可能となる。Thereby, the operator can check the horizontal displacement X of the underground excavator 10 via the display device 26. It is possible to know in real time whether the underground excavator is moving with
Appropriate operations and processing can be performed. Also,
The calculation results of the horizontal displacement calculator 60 are manually input to a control device (not shown) that controls the underground excavator 10, and
It becomes possible to control so that O does not deviate from the construction plan line 30.
以上に説明したように、実施例によれば、地中掘削機1
0がピッチングやローリングをしながら掘進し、かつ地
表面12に高低差があったとしても、ピッチングに伴う
深度すれと、地表の高低差の変化と、検出コイルS、、
S、の地中掘削機10に対する相対位置ずれを補正した
地中掘削機lOの施工計画線30に対する水平変位xl
lを正確に得ることができる。しかも、施工計画線30
に対する磁界発生ケーブルの距離や、水平変位XIと深
度Yとの関係を考慮しているため、地中掘削機10が浅
い位置にあったとしても、地中掘削機10の水平変位x
、を正確に求めることができ、掘進作業の能率の向上が
図れる。As explained above, according to the embodiment, the underground excavator 1
0 excavates while pitching or rolling, and even if there is a difference in height on the ground surface 12, the depth deviation due to pitching, the change in the height difference on the ground surface, and the detection coil S...
Horizontal displacement xl of the underground excavator lO with respect to the construction plan line 30 after correcting the relative positional shift of S, with respect to the underground excavator 10
l can be obtained accurately. Moreover, construction plan line 30
Since the distance of the magnetic field generating cable to , and the relationship between horizontal displacement XI and depth Y are considered, even if the underground excavator 10 is at a shallow position, the horizontal displacement
, can be determined accurately, and the efficiency of excavation work can be improved.
なお、前記実施例においては、地中掘削4110の水平
変位XIを求め、この水平変位x8が零となるように制
御する場合について説明したが、第8図のステップ10
2において、ピッチングに伴う初期深度Y0に対する深
度ずれΔy、Lを求めることができるので、この深度ず
れΔy、Lが零になるように、地中掘削機10を出発地
点P、(発進立坑23)から到達立坑28まで同一深度
を保って推進させることも可能である。In the above embodiment, the horizontal displacement XI of the underground excavation 4110 is determined and the horizontal displacement x8 is controlled to be zero. However, step 10 in FIG.
2, the depth deviation Δy, L from the initial depth Y0 due to pitching can be determined, so the underground excavator 10 is moved to the starting point P, (starting shaft 23) so that this depth deviation Δy, L becomes zero. It is also possible to maintain the same depth from the shaft 28 to the reaching shaft 28.
また、前記実施例においては、施工計画線30が第2図
に示したように直線である場合について説明したが、勿
論施工計画線30は曲線であってもよい。そして、この
場合にも、実施例と同様に、施工計画線30からの水平
変位X11 (左右位置ずれ)を正確に求めることが
できるとともに、水平変位χえが零となるように地中掘
削I!10を制御することができることは勿論である。Furthermore, in the embodiment described above, the construction plan line 30 is a straight line as shown in FIG. 2, but the construction plan line 30 may of course be a curved line. In this case as well, as in the embodiment, the horizontal displacement X11 (left-right positional deviation) from the construction plan line 30 can be accurately determined, and the underground excavation I ! Of course, 10 can be controlled.
さらに、前記実施例においては、ピッチング、ローリン
グ、高低差を考慮して水平変位X8を求めるようにして
いるが、ピッチング、ローリング、高低差の何れか1つ
または2つの影響を考慮する必要のない状況下において
は、対応する検出装置および対応する演算処理等を適宜
省略することができる0例えば、高低差の影響を無視で
きる場合には、予め高低差Hをメモリ62に記憶させる
労を省くことができる。また、例えば、ローリングの影
響を無視することができる場合には、ローリング角傾斜
計20に設置を省略することができるとともに、第8図
のステップ104〜110を省略することができる。そ
して、これらの場合には、装置のコストを大幅に低減で
きる利点がある。Furthermore, in the embodiment described above, the horizontal displacement Under the circumstances, the corresponding detection device and corresponding arithmetic processing, etc. can be omitted as appropriate.For example, if the influence of the height difference can be ignored, the effort of storing the height difference H in the memory 62 in advance can be omitted. I can do it. Further, for example, if the influence of rolling can be ignored, the installation of the rolling angle inclinometer 20 can be omitted, and steps 104 to 110 in FIG. 8 can be omitted. In these cases, there is an advantage that the cost of the device can be significantly reduced.
また、前記実施例においては、検出コイルS、Stのコ
イル中心点Ccが、地中掘削1110の中心Co (
ローリング中心)を通過する鉛直線上に配設した場合に
ついて説明したが、検出コイルS、、S、の配設位置は
これに限定されず、コイル中心点Ccを鉛直線34から
ずらした位置に配設してもよい。Further, in the embodiment, the coil center point Cc of the detection coils S and St is the center Co (
Although the case has been described in which the detection coils S, , S, are arranged on a vertical line passing through the rolling center), the arrangement position of the detection coils S, , S, is not limited to this, and the coil center point Cc may be arranged at a position offset from the vertical line 34. may be set.
なお、前記実施例においては、磁界発生ケーブル14に
交流電流を供給する場合について説明したが、直流電流
を供給してのよい、また、磁界発生ケーブル14は単線
である必要はなく、複数のケーブルまたは複数のケーブ
ルを束ねたものであってもよく、磁界発生ケーブル14
と同等の磁界を発生する平板状の永久磁石や平板をコア
にしたコイル等を用いてもよい。In the above embodiment, the case where alternating current is supplied to the magnetic field generating cable 14 has been explained, but direct current may also be supplied, and the magnetic field generating cable 14 does not need to be a single wire, but may be a plurality of cables. Alternatively, it may be a bundle of multiple cables, and the magnetic field generating cable 14
A flat permanent magnet that generates a magnetic field equivalent to that, a coil having a flat plate as a core, etc. may also be used.
以上に説明したように、本発明によれば、地中移動体の
ピッチング、ローリングの影響や地表の高低差等の影響
を補正したことにより、地中移動体の基準線からの水平
変位を正確に求めることができるばかりでなく、基!1
1線と磁界発生ケーブルとの距離や深度と水平変位との
関係を考慮したことにより、地中移動体が地中の浅い位
置にあったとしても、地中移動体の基準線に対する水平
変位を正確に求めることができ、トンネルの掘削作業の
精度を大幅に向上することができる。As explained above, according to the present invention, by correcting the effects of pitching and rolling of the underground moving object and the effects of differences in height on the ground surface, the horizontal displacement of the underground moving object from the reference line can be accurately determined. As well as the basics you can ask for! 1
By considering the relationship between the distance and depth between the 1st wire and the magnetic field generating cable, and the horizontal displacement, even if the underground moving object is located at a shallow underground position, the horizontal displacement of the underground moving object relative to the reference line can be calculated. It can be determined accurately, and the accuracy of tunnel excavation work can be greatly improved.
第1図は本発明の実施例に係る地中掘削機の位置検出装
置の説明図、第2図は磁界発生ケーブルの説明図、第3
図は実施例による水平変位の検出原理の説明図、第4図
は実施例に係る信号処理装置の構成ブロック図、第5図
は地中掘削機のピッチングによる深度すれと地表の高低
差の影響とを説明する図、第6図はローリングによる検
出コイルの位置ずれの説明図、第7図は施工計画線に対
する地中掘削機の水平変位の求め方の説明図、第8図は
信号処理装置の動作を説明するフローチャートである。
10−−−一地中移動体(地中掘削機)、14磁界発生
ケーブル、18 −一−−−ピッチング角検出手段(ピ
ッチング傾斜計) 、20 −−一ローリング角検出手
段(ローリング角傾斜針) 、22 −−−−信号処理
装置、24−m=移動距離検出手段(推進距離針)、3
0 ・・・−基準線(施工計画線)、54深度ずれ演算
手段(深度ずれ演算器)、56鉛直位置ずれ演算手段(
鉛直位置ずれ演算器)、5 B −−−一水平位置ず
れ演算手段(水平位置ずれ演算器)、60 ・−・・水
平変位fIX手段(水平変位演算器)。FIG. 1 is an explanatory diagram of a position detection device for an underground excavator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of a magnetic field generating cable, and FIG.
The figure is an explanatory diagram of the horizontal displacement detection principle according to the embodiment, Figure 4 is a block diagram of the configuration of the signal processing device according to the embodiment, and Figure 5 is the influence of depth deviation due to pitching of an underground excavator and difference in height of the ground surface. 6 is an explanatory diagram of the positional deviation of the detection coil due to rolling, Fig. 7 is an explanatory diagram of how to determine the horizontal displacement of the underground excavator with respect to the construction plan line, and Fig. 8 is the signal processing device. 2 is a flowchart illustrating the operation of FIG. 10--1 underground mobile body (underground excavator), 14 magnetic field generation cable, 18-1 pitching angle detection means (pitching inclinometer), 20--1 rolling angle detection means (rolling angle inclination needle) ), 22 ---- Signal processing device, 24-m = movement distance detection means (propulsion distance needle), 3
0...-Reference line (construction plan line), 54 Depth deviation calculation means (depth deviation calculation unit), 56 Vertical position deviation calculation means (
5 B --- Horizontal position deviation calculation means (horizontal position deviation calculation unit), 60 --- Horizontal displacement fIX means (horizontal displacement calculation unit).
Claims (1)
の前記基準線に対する水平変位を検出する地中移動体の
水平変位検出装置において、往路線と復路線とを前記基
準線の両側に所定距離離間して配設した磁界発生ケーブ
ルと、 前記地中移動体の所定位置に設けられ、鉛直軸に対して
地中移動体の進行方向左右両側に所定角度傾斜させられ
た、前記磁界発生ケーブルの発生した磁界を検出する第
1と第2の検出コイルと、前記地中移動体の出発地点に
おける深度を記憶する初期深度記憶手段と、 前記基準線の各位置における前記出発地点に対する高低
差を記憶する高低差記憶手段と、 前記地中移動体の移動距離を検出する移動距離検出手段
と、 前記地中移動体のピッチング角を検出するピッチング角
検出手段と、 前記地中移動体のローリング角を検出するローリング角
検出手段と、 前記移動距離検出手段の出力と前記ピッチング角検出手
段の出力とに基づいて、前記地中移動体のピッチングに
伴う前記出発地点に対する深度ずれを演算する深度ずれ
演算手段と、 前記第1、第2の検出コイルの配置位置と前記ローリン
グ角検出手段の出力とに基づいて、前記地中移動体のロ
ーリングに伴う前記第1、第2の検出コイルの前記地中
移動体に対する鉛直方向の位置ずれを演算する鉛直位置
ずれ演算手段と、前記移動距離検出手段が検出した移動
距離に対応する前記高低差記憶手段が記憶している前記
高低差と、前記初期深度記憶手段が記憶している前記出
発地点における深度と、前記深度ずれ演算手段および前
記鉛直位置ずれ演算手段が求めた演算値と、前記ローリ
ング角検出手段の出力とに基づいて、前記地中移動体の
ローリングに伴う前記第1、第2の検出コイルの前記地
中移動体に対する水平方向の位置ずれを演算する水平位
置ずれ演算手段と、 前記移動距離検出手段が検出した移動距離に対応する前
記高低差記憶手段が記憶している前記高低差と、前記初
期深度記憶手段が記憶している前記出発地点における深
度と、前記第1、第2の検出コイルの検出値と、前記深
度ずれ演算手段、前記鉛直位置ずれ演算手段および前記
水平位置ずれ演算手段の演算値とに基づいて、前記地中
移動体の前記基準線に対する水平変位を演算する水平変
位演算手段と、 を備えるとともに、前記水平変位演算手段は、前記検出
コイルの前記基準線に対する水平変位をx、検出コイル
の深度をY、前記磁界発生ケーブルの往路線と復路線と
の前記基準線からの距離をlとしたときに、 x=−Y/k{1−√(1+k^2〔1+l^2/Y^
2〕})を演算することを特徴とする地中移動体の水平
変位検出装置。 ただし、k=(V_2−V_1)/(V_1+V_2)
であって、V_1は前記第1の検出コイルのに生ずる誘
導起電力、V_2は前記第2の検出コイルに生ずる誘導
起電力である。(1) In a horizontal displacement detection device for an underground moving object that detects the horizontal displacement of an underground moving object moving underground along a reference line on the earth's surface with respect to the reference line, an outgoing route and a return route are connected to the reference line. magnetic field generating cables disposed at a predetermined distance on both sides of the subterranean mobile body; and magnetic field generating cables disposed at predetermined positions of the underground mobile body and inclined at a predetermined angle on both left and right sides in the traveling direction of the underground mobile body with respect to the vertical axis. first and second detection coils for detecting the magnetic field generated by the magnetic field generating cable; initial depth storage means for storing the depth at the starting point of the underground moving body; and the starting point at each position of the reference line. a height difference storage means for storing a height difference between the underground moving body; a moving distance detecting means for detecting a moving distance of the underground moving body; a pitching angle detecting means for detecting a pitching angle of the underground moving body; a rolling angle detection means for detecting a rolling angle of the body; and a depth shift with respect to the starting point due to pitching of the underground moving body is calculated based on the output of the moving distance detection means and the output of the pitching angle detection means. depth deviation calculation means for determining the distance between the first and second detection coils as the underground mobile body rolls, based on the arrangement positions of the first and second detection coils and the output of the rolling angle detection means; vertical positional deviation calculating means for calculating a positional deviation in the vertical direction with respect to the underground mobile body; and the height difference stored in the height difference storage means corresponding to the movement distance detected by the movement distance detection means; Based on the depth at the starting point stored in the initial depth storage means, the calculated values obtained by the depth deviation calculation means and the vertical position deviation calculation means, and the output of the rolling angle detection means, horizontal positional deviation calculating means for calculating a horizontal positional deviation of the first and second detection coils with respect to the underground moving body due to rolling of the underground moving body; the height difference stored in the height difference storage means, the depth at the starting point stored in the initial depth storage means, the detection values of the first and second detection coils, and the depth deviation. a calculation means, a horizontal displacement calculation means for calculating a horizontal displacement of the underground mobile body with respect to the reference line based on the calculation values of the vertical position deviation calculation means and the horizontal position deviation calculation means; The horizontal displacement calculating means is configured to calculate the horizontal displacement of the detection coil with respect to the reference line as x, the depth of the detection coil as Y, and the distance of the outgoing line and return line of the magnetic field generating cable from the reference line as l. , x=-Y/k{1-√(1+k^2[1+l^2/Y^
2]}) A horizontal displacement detection device for an underground moving body. However, k=(V_2-V_1)/(V_1+V_2)
Here, V_1 is an induced electromotive force generated in the first detection coil, and V_2 is an induced electromotive force generated in the second detection coil.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2059213A JPH07103775B2 (en) | 1990-03-08 | 1990-03-08 | Horizontal displacement detection device for underground vehicles |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2059213A JPH07103775B2 (en) | 1990-03-08 | 1990-03-08 | Horizontal displacement detection device for underground vehicles |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03260284A true JPH03260284A (en) | 1991-11-20 |
JPH07103775B2 JPH07103775B2 (en) | 1995-11-08 |
Family
ID=13106891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2059213A Expired - Lifetime JPH07103775B2 (en) | 1990-03-08 | 1990-03-08 | Horizontal displacement detection device for underground vehicles |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07103775B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008216032A (en) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Taisei Corp | Underground position detection method |
CN111780709A (en) * | 2020-06-10 | 2020-10-16 | 云南农业大学 | Engineering deformation monitoring method |
-
1990
- 1990-03-08 JP JP2059213A patent/JPH07103775B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2008216032A (en) * | 2007-03-05 | 2008-09-18 | Taisei Corp | Underground position detection method |
CN111780709A (en) * | 2020-06-10 | 2020-10-16 | 云南农业大学 | Engineering deformation monitoring method |
Also Published As
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JPH07103775B2 (en) | 1995-11-08 |
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