JPH0521483B2 - - Google Patents

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
掘削を行う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工法は種々
提案されており、例えば地下連続壁工事のように
比較的に深い穴を掘削する場合に用いられてい
る。しかしながら、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、掘削する地層の硬
軟等によつて掘削機が水平方向にずれることがあ
り、そのために鉛直性が得られない。したがつて
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下掘削機の位置検出技術が提
案されている（例えば本出願人による特公昭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れ
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難であつた。その理
由は、（）掘削作業は地中の泥水中で行われる
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、（）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。

また一般的に、掘削機の傾斜量と掘削深度との
積分演算によつ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つて変位量を求め
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
撓みによつてワイヤの傾斜量に誤差を生ずる。

また、特開昭54−4403号公報には重錘と掘削機
との相対的位置を検出レバーを用いて検知する技
術が開示されている。しかしながら、かかる公知
技術では接触するレバーによつて重錘が移動して
正確な水平位置すなわちＸ−Ｙ方向の位置を検出
できない。

また、実開昭51−54657号公報には超音波を用
いて掘削した孔を測定する技術が開示されている
が、掘削作業中に掘削機の掘削位置を検知して正
しい掘削孔を掘削することはできない。

［解決する課題］ したがつて本発明の目的は、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］ 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
対的変位によつ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Ｏであることが解つた。し
たがつ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。しかしながら、重錘
の軌跡を求めることはかなり困難である。そのた
めに重錘の吊り下げ中心線周囲掘削機に筒状物を
取付け、その筒状物の周囲に角度的に等しく複数
個（少なくとも３個）のセンサヘツドを設け、セ
ンサヘツドとその筒状物との距離を非接触式に計
測すればよいことが解つた。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金属製の重錘の中心位
置を掘削計画線とし、掘削機の掘削計画線の周囲
に筒状物の基準面を設け、その筒状物の周囲に複
数個の非接触距離センサとして渦電流式アナログ
センサを取付け、それらのセンサヘツドのコイル
にアナログ電圧を印加して重錘の適正なＺ方向位
置を求め、次いで、センサヘツド付近に発生した
高周波磁界により重錘に渦電流を発生させ、その
渦電流損により振り子運動状態の重錘と基準面に
設けた前記渦電流式アナログセンサとの距離を求
め、それら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つている。

［作用効果の説明］ 従つて基準面には渦電流式アナログセンサが取
付けてあるので、非接触式のために重錘に外力が
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。重錘と渦電流式アナログセンサとの
間の介在物には何ら影響がないので泥水中でも問
題がない。渦電流式アナログセンサのセンサヘツ
ドのコイルに高周波電流を流し、センサヘツドの
付近に高周波磁界を発生させ、金属製の重錘に渦
電流を発生させると、センサヘツドと重錘の距離
によつて、渦電流損の大きさが変化して、これに
応じて高周波電流の振幅が変化する。したがつて
この高周波電流を検波してアナログ電圧で出力さ
れることにより、距離を正確に求めることができ
る。

このように本発明では、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
軌跡の中心を求めることによつて解決できたので
信頼性が高い。また変位計として渦電流式アナロ
グセンサを複数個（少なくとも３個）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ユータに記憶さ
せて簡単に中心位置を決めることができる。

［好ましい実施の態様］ 本発明の実施に際して非接触距離センサは60度
間隔で６個設け、センサヘツドと重錘との距離が
最も近い２つのセンサのアナログが電圧から中心
位置を求めるのが好ましい。

［実施例］ 第２図以下の図面を参照して本発明の実施例を
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によつて掘
削されている所が示されている。この掘削機Ｍは
地上に設置した図に示していないウインチに巻回
されているワイヤによつて吊り下げられ、自重に
よつて穴Ｈを掘削するようになつている。他方、
掘削計画線となるワイヤＷ２はその先端に重錘１
が取付けられ、その反対端は地上に設けた別のワ
イヤリールＲ２に巻回されている。穴Ｈの上部に
はテンプレートＴを設置し、計画線の所に孔Ｏを
設け、その孔ＯからワイヤＷ２を通している。こ
のようにすると、重錘１の振れ角を小さくでき
る。重錘１の周囲には後述の如くセンサを設けた
筒状物２が掘削機Ｍの上部に取付けられている。
１台の掘削機には通常２つの重錘が用いられ、掘
削機Ｍのねじれを測定できるようになつているの
で、ワイヤリールＲ２およびワイヤＷ２は２つ設
けられている。センサからの信号はケーブルＷ
１、リールＲ１を介してコンピユータＣに入力さ
れ、コンピユータＣにおいて後述の如く演算さ
れ、デイスプレイＤに表示される。またワイヤリ
ールＲ２はその深さを検出することができ、その
結果に基づいてリールＲ２のモータを作動させる
ようになつている。

第３図は本発明で実施される変位計を示し、地
上掘削機Ｍの上部に設けた筒状物２の周囲には６
つのセンサ３が設けられている（以下センサは３
ａ，３ｂ，３ｆで表示し、特に区別する必要のな
いときは符号３で代表的に説明する）。そして筒
状物２の内部には重錘１がワイヤＷ２で吊り下げ
られている。

第４図は第２図に示した変位計測手段の構成を
模式的に示すブロツク図であり、後述の態様で出
力されるセンサ３から出力信号はそれぞれセンサ
コントローラ４ａ〜４ｆ（以下代表的に符号４で
示す）に入力され、センサコントローラ４でアナ
ログ電圧信号に変換されて、ケーブルＷ１、リー
ルＲ１（ラインＬ１）を介してコンピユータＣに
入力されるようになつている。

センサ３として渦電流式アナログセンサを用い
た場合に、重錘１の外周面とセンサ３との距離と
出力電圧との関係は例えば第５図に示されている
通り、定まつている。したがつてセンサコントロ
ーラ４からの出力により、コンピユータＣは直ち
に重錘の位置を求めることができる。

前述の如く重錘は楕円運動（直線および円を含
む）をしている。その周期は重錘の吊り下げ長さ
によつて異なるが例えば30mで11秒、100mで20
秒程度である。各センサ３からの出力によりコン
ピユータＣはその軌跡を計算する。コンピユータ
Ｃには例えば第６図に示すマツプが記憶されてい
る。第６図は円運動が近い場合の例であり、楕円
又は直線に近付く場合は修正される。図において
一番近い２つのセンサ３ａ，３ｂからの電圧信号
の等電圧曲線が描かれており、例えばセンサ３ａ
の出力が5V、センサ３ｂの出力が7V、その他の
センサ３ｃ〜３ｆの出力はいずれも10Vであつた
ものと仮定する。この場合、第６図においてセン
サ３ａの5Vの等電圧曲線とセンサ３ｂの7Vの等
電圧曲線との交点Ａが中心すなわち計画線であ
る。したがつて掘削機Ｍの筒状物２の中心をこの
点Ａにくるように制御すればよい。

次に第７図を参照して作動を説明する。まず、
スタート（ステツプS1）し、各センサ３のアナ
ログ電圧を入力する（ステツプS2）。重錘１は通
常吊つているので、重錘の昇降位置がセンサ３と
適合しない場合は、いずれのセンサコントローラ
４からのアナログ電圧は10V（第５図参照）であ
り、適合している場合はいずれかが例えば9Vの
出力をする。そのために、アナログ電圧を測定す
ることによつて重錘の昇降位置が適正であるか否
かが判断される（ステツプ３）。NOの場合はリ
ールＲ２を昇降させる（ステツプ４）。そして
YESであればコンピユータＣは一番電圧の低い
２つのセンサすなわち最も重錘が近接する２つの
センサを選択する（ステツプS5）。そしてコンピ
ユータに記憶されているマツプ（第６図）を呼び
出して（ステツプS6）、重錘の中心位置Ａを出力
する（ステツプS7）。そしてこの作業をｎ回（例
えば３回）繰返す（ステツプS8）。次いでその平
均値により点Ａの位置を演算する（ステツプ
S9）。その演算は例えばＸ軸、Ｙ軸に関し、一番
大きな値と一番小さい値との平均値をとる。そし
てその結果をデイスプレイＤに表示（ステツプ
S10）、作業は終了する（ステツプS11）。

［発明の効果］ 以上の如く、本発明によれば、下記のすぐれた
効果を奏する。

(i) 渦電流式アナログセンサを用いるので、非接
触のため、外力が作用せず、重錘の運動中心を
求めることができる。

(ii) そのために重錘の振れにかかわらず、正しい
鉛直度を出すことができる。

(iii) 渦電流式アナログセンサを用いたので、Ｚ方
向の重錘の位置を適正にすることができる。

(iv) 水平方向すなわちＸ−Ｙ方向を高周波電流を
検波すればよく、作業が容易で距離を正確に求
めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は吊り下げられた重錘の振り子運動の軌
跡の一例を示す図、第２図は本発明を実施する装
置の側面図、第３図は本発明で実施される変位計
を示す側面図、第４図は本発明で実施される変位
計測装置の一例を示す説明図、第５図は渦電流式
アナログセンサの電圧と距離との関係を示す図、
第６図はコンピユータに記憶されるマツプの一例
を示す図、第７図は本発明の作動を説明するフロ
ーチヤートを示す図である。 Ｃ……コンピユータ、Ｄ……デイスプレイ、Ｍ
……地下掘削機、Ｒ１，Ｒ２……リール、Ｗ１…
…ケーブル、Ｗ２……ワイヤ、１……重錘、２…
…円筒状物、３……センサ、４……センサコント
ローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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
   吊り下げた金属製の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筒状物の基準
   面を設け、その筒状物の周囲に複数個の非接触距
   離センサとして渦電流式アナログセンサを取付
   け、それらのセンサヘツドのコイルにアナログ電
   圧を印加して重錘の適正なＺ方向位置を求め、次
   いで、センサヘツド付近に発生した高周波磁界に
   より重錘に渦電流を発生させ、その渦電流損によ
   り振り子運動状態の重錘と基準面に設けた前記渦
   電流式アナログセンサとの距離を求め、それらの
   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。