JPH03281825A - 地下掘削機の位置検出方法 - 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、地上より下げ振り効果で鉛直方向に掘削を行
い例えば地中連続壁いわゆる連壁を築造する地下掘削機
の位置検出方法に関する。

［従来技術］ 従来、かかる地下掘削機による掘削［、法は種々提案さ
れており、例えば地下連続壁い７）ｖ’ｐる連壁工事の
ように比較的に深い穴を掘削Ａ−ろＵ４菖１、−用いら
れている。しかし７ながＣ１１、掘削機は吊りワイヤで
重力方向に吊り下げられているので、掘削する地上の硬
軟等によって掘削機、／パ水４リー１向１ごよれること
があり、そのために鉛直性が得これない１、したがって
従来、掘削機の位置を検出して、掘削機の位置の修正を
行うための地Ｆ掘削機の位置検出技術が提案されている
（例えば本出願人４：、（ろ特公昭５９−３０８７８号
公報参照）。。

掘削機が傾斜した場合は、例えば傾斜計を取付けること
により比較的に簡単に検出ができるけわども、従来技術
によれば水平方向の２次元的なずれを正確に検出するこ
とが困監てあっｆ−１，その理由は、（１）掘削作業は
地中の１尼水中ア行わわるため、機械的な変位計や超音
波や光やテレビカメラ等による位置の検出が困難なこと
、（＃Ｉ）重錘をワイヤで吊下げてその重錘と掘削機と
の相対的変位を求めると、重錘が常に振り子のような運
動をするので、瞬間的な位置が求められても直接に制御
できないこと、による。

また−船釣に、掘削機の傾斜量と掘削深度との積分演算
によって変位量を求める技術も試みられているが、例え
ば掘削機を若干傾斜させつつ鉛直方向に掘削する場合に
は適用できない。

さらに、掘削機の上部に吊りワイヤとは別のワイヤを取
付け、地上でそのワイヤの傾斜量を計測し、掘削深度と
の函数演算によって変位量を求める技術も試みられてい
るが、掘削深度が大きくなると、精度が悪くなり、また
ワイヤの重量による撓みによってワイヤの傾斜量に誤差
を生ずる。

［解決しようする課題］ したがって本発明の目的は、重錘による水平方向の位置
の検出を正確に行うことのできる地下掘削機の位置検出
方法を提供するにある。

［発明の原理コ かかる掘削機では、地上から吊り下げられた重錘とやは
り地上から吊り下げられた掘削機との相対的変位によっ
て変位量を求めることが最も好ましい。前述の如く重錘
は振り子運動を行うが、そのＸ−Ｙ平面状の軌跡はほぼ
楕円であることを見出した。第１図は重錘の振り子運動
の軌跡の一例を示している。このように楕円（直線に近
い楕円の場合もある）運動する重錘の吊りワイヤの吊り
下げ位置はその中心点０であることが解った。したがっ
て掘削機に対する重錘の運動軌跡を求めてその中心位置
を演算すれば掘削機の水平方向の変位を検出することが
できる。このようにして重錘の運動軌跡の中心を求める
ことにより掘削機の水平方向の変位を正確に求めること
ができる。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、地上より下げ振り効果で鉛直方向に掘
削を行う地下掘削機の位置検出方法において、地上より
吊り下げた重錘の中心位置を掘削計画線とし、掘削機の
掘削計画線の周囲に正方形角筒状の基準面を設け、その
基準面の周囲に対向して対をなす２組の非接触平板状Ｘ
−Ｙ方向位置センサと、このセンサの下方に非接触角筒
状上下方向位置センサとを取付け、振り子運動状態の重
錘と基準面に設けたＸ−Ｙ方向位置センサとの距離を求
めると共に該センサと重錘との相対的な上下位置を一定
に保ち、その距離の値から重錘の運動の中心点を演算し
、その中心点と掘削計画線との差を水平面内のＸ−Ｙ座
標で求めるようになっている。

［発明の作用効果］ 従って重錘に外力が作用せず、重錘が泥水（ベントナイ
ト等の安定液）中で移動してもその移動軌跡の中心を正
確に演算できる。重錘とＸ−Ｙ方向位置センサとの間の
介在物に影響されないＸ・Ｙ方向位置センサを用いるの
で、泥水中でも問題がない。特に重錘による下げ振りは
鉛直度が高いが、重錘の振れによる不都合をその軌跡の
中心を上下方向位置センサにより重錘とＸ−Ｙ方向位置
センサとの相対位置を一定に保つようにして求めること
によって解決できたので信頼性が高い。また、Ｘ−Ｙ方
向位置センサを２対と、１個の上下方向位置センサとを
用いればよく、構成が単純であり、可動部分がないので
信頼性が高い。このように計画基準線を重錘の軌跡の中
心で求めるので、作業性が高く、実用上有利である。さ
らに重錘の距離は比較的短時間で連続的に計測でき、重
錘の軌跡はコンピュータに記憶させて簡単に中心位置を
求めることができる。

［好ましい実施の態様］ 本発明の実施に際して、非接触Ｘ−Ｙ方向位置センサと
しては渦電流式アナログセンサを用いるのが好ましい。

その場合、センサの対をなす平板状のコイルに高周波電
流を流し、センサヘッドの付近に高周波磁界を発生させ
、金属製の重錘に渦電流を発生させる。この渦電流の効
果で対向するコイルはそれぞれ影響を受けるインダクタ
ンスが変化するが、そのレベルは重錘の例えばＸ変位と
直線的な関係となる。したがって、インダクタンスの差
を電圧として取り出し、電圧値がらＸ変位を算出する。

また、非接触上下方向位置センサとしては渦電流アナロ
グセンサを用いるのが好ましい。その場合、センサの角
筒状のコイルに高周波電流を流し、重錘に渦電流を発生
させる。したがって重錘の上下移動によるインダクタン
スの変化を電圧に変換し、この電圧がゼロになる方向に
制御して重錘をＸ−Ｙ方向位置センサとの上下方向の相
対位置を一定に保つ。

［実施例コ 第２図以下の図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第２図は本発明を実施する装置全体を示し、地中に穴Ｈ
が吊り下げ式の地下掘削機Ｍによって掘削されている状
態が示されている。この掘削機Ｍは地上に設置した図示
しないウィンチに巻回されている図示しないワイヤによ
り吊り下げられ、自重によりカッタヘッドＣＳＣで穴Ｈ
を掘削するようになっている。

他方、地上に設置したワイヤウィンチ２．２からそれぞ
れワイヤ３によりエンコーダ４を介して重錘１が吊り下
げられており、その重錘１の周囲には後述のようにＸ−
Ｙ方向位置検出コイル２５．２６と同調コイル２７とを
設けた正方形角筒状のセンサ筒２０が掘削機Ｍの上部に
設けられている。

前記コイル２５．２６．２７は、耐圧ボックス１３に収
められた伝送器６を介しキャブタイヤ７を介し地上に設
けたキャブタイヤウィンチ８、伝送器９を経て操作室内
のパーソナルコンピュータ１０に接続されている。また
、伝送器９はワイヤウィンチ２．２にそれぞれ設けられ
たコントローラ１１に接続されている。なお、図中の符
号１２は重錘位置調整装置である。

第３図及び第４図において、センサ筒２０には正方形の
上部フランジ２１と下部フランジ２２との隅部を連結す
る柱２３が設けられ、これらの柱２３の外側を連続する
面で、基準面Ａ１〜Ａ４が形成されている。そして、そ
の上部フランジ２１にはホッパ２４が設けられている。

前記基準面の一方の対向する基準面Ａ１、Ａ２には平板
状の水平方向位置検出コイル２５ａ、２５ｂが設けられ
、他方の対向する基準面Ａ３、Ａ４には同様なＹ方向位
置検出コイル２６ａ、２６ｂが設けられている。そして
、これら位置検出コイルの下方には、角筒状の同調コイ
ル２７が設けられている。

前記コイル２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂの形状は、
巾Ｗが重錘１の外径Ｄ（例えば１１５ｍｍ）プラス検出
距離として例えば３４０−に、高さｈが巾Ｗの約２倍（
例えば６６０ｍｍ）に形成され、また、同調コイル２７
は前記コイル２５．２６の下縁から距離ｄ（例えば１２
５ｍｍ）下方に位置し、高さｈｌが例えば２００−に形
成されている。そして、重錘１の長さは、コイル２５．
２６の高さｈプラス例えば４００−すなわち例えば１０
６０■に形成されている。

第５図において、Ｘ方向位置検出コイル２５ａ１２５ｂ
は耐圧ボックス１２内に収められた検波回路２８を介し
てＸ変位相当電圧を出力し、Ｙ方向位置検出コイル２６
ａ、２６ｂは検波回路２９を介してＹ変位相当電圧を出
力し、また、同調コイル２６は検波回路３０を介してコ
ントローラ１１に検出電圧を出力するようになっている
。

次に位置検出の態様をＸ変位を例にとり第７図について
説明する。対向するＸ方向位置検出コイル２５ａ、２５
ｂに３０ＫＨｚ程度の高周波電流を流すと、重錘１に生
じる渦電流の効果でそれぞれのコイル２５ａ、２５ｂが
影響を受けてインダクタンスが変化するが、そのレベル
は単純化して重錘１のＸ変位と略直線的な関係となる。

そこで、２個のコイル２５ａ、２５ｂを第６図に示す差
動コイル３１に組込み、インダクタンスの差を電圧とし
て取り出し、電圧値からＸ変位を算出する。

第６図において、符号２８ａ、２８ｂは同期検波回路３
２はバランス抵抗である。この際、Ｘ変位の測定に、重
錘１のＹ変位が影響しないことは実験により確認されて
いる。したがって、Ｘ変位と同様に、９０°方向を変え
たＹ方向位置検出コイル２６ａ、２６ｂによりＹ変位を
測定し、重錘１の平面位置を確定する。

上記の平面位置を正確に測定するには、重錘１に外力を
与えないことと、重錘１を常にコイル２５．２６に対し
て所定の位置に保つ必要がある。

これに対し、同調コイル２７は重錘１と同調コイル２７
すなわち掘削機Ｍの相対的な上下位置を検出するもので
、前記コイル２５．２６と同様に重錘１の上下移動によ
るインダクタンスの差を電圧に変化している。この際、
１個の同調コイル２７で、検波回路３０内に設けた基準
コイル３０ａ（第５図）により構成された差動ブリッジ
でインダクタンスの差を電圧に変化している。

上記差動ブリッジは、重錘１とコイル２７とが正規の上
下位置にある場合には、差動ブリッジからの電圧がゼロ
になるようにし、電圧が発生した場合に、コントローラ
１１は、電圧がゼロになるような方向にワイヤウィンチ
２を駆動するネガティブフィーバツクによりサーボモー
タ２ａを制御し、重錘とＸ−Ｙ方向位置検出コイル２５
．２６との上下方向の相対位置を一定に保持する。

このようにして、重錘１と掘削機Ｍとの相対的な平面位
置を計測し、これと掘削機Ｍの全長、傾斜計５の支持値
とからカッタヘッドＣ（第２図）の刃先位置０１等をコ
ンピュータ１０で算出してオペレータに表示（第２図に
符号Ｐで示す）する。

［発明の効果］ 以上の如く本発明によれば、鉛直度が正しく表示できる
吊り下げられた重錘を用い、その重錘の移動を非接触Ｘ
−Ｙ方向位置センサで検出すると共に、該センサと重錘
との相対的な上下位置を一定に保って重錘の運動の中心
点を求めてこれを計画線とするので、比較的短時間に計
画線の位置を求めることができ、その後の水平方向のず
れの修正作業を短時間で行うことができる。したがって
実質的に鉛直方向の穴を効果的に掘削でき、作業効率が
向上する。さらに、掘削直後の掘削溝にて計測しながら
掘削機を上下することにより、掘削精度が把握でき、別
装置（超音波）による精度測定を−、らすことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は吊り下げられた重錘の振り子運動の軌跡の一例
を示すＸ−Ｙ方向変位図、第２図は本発明を実施する装
置の全体構成を示す側面図、第３図及び第４図はセンサ
筒を示す側面図及び上面図、第５図はセンサ筒の電気回
路を説明する図面、第６図は差動ブリッジの電気回路図
、第７図はＸ変位検出の態様を説明するＸ変位〜インダ
クタンス特性図である。 Ａ１−Ａ４・・・基準面　　Ｍ・・・地下掘削機　　１
・・・重錘　　３・・・ワイヤ　　１０・−・パーソナ
ルコンピュータ　　２０ａ・１センサ筒　　２５ａ、２
５ｂ・・・Ｘ方向位置検出コイル　　２５ａ、２６ｂ・
・・Ｙ方向位置検出コイル　　２７＃・・同調コイル しニ 第３ 図 Ａ２−−づ、２６ｔ）　　　　　　ト、Ａ１ト〜−−，
−，Ｗ−−−、，４ 第 ！：Ｊ 第６ 図 第７゛ 図 手続補正書 平成２年５月１日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　地上より下げ振り効果で鉛直方向に掘削を行う地下掘
   削機の位置検出方法において、地上より吊り下げた重錘
   の中心位置を掘削計画線とし、掘削機の掘削計画線の周
   囲に正方形角筒状の基準面を設け、その基準面の周囲に
   対向して対をなす２組の非接触平板状Ｘ・Ｙ方向位置セ
   ンサと、このセンサの下方に非接触角筒状上下方向位置
   センサとを取付け、振り子運動状態の重錘と基準面に設
   けたＸ・Ｙ方向位置センサとの距離を求めると共に該セ
   ンサと重錘との相対的な上下位置を一定に保ち、その距
   離の値から重錘の運動の中心点を演算し、その中心点と
   掘削計画線との差を水平面内のＸ−Ｙ座標で求めること
   を特徴とする地下掘削機の位置検出方法。