JPH0684624B2 - 地下掘削機の位置検出方法 - 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
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工法は種々提案され
ており、例えば地下連続壁いわゆる連壁工事のように比
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って掘削機が水
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59−30
878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
とが困難であった。その理由は、（ｉ）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、（i
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。

また一般的に、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。

［解決しようとする課題］ 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］ 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Ｏ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、電圧値から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］ 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
しないウイ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Ｃ、Ｃ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インチ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
ブタイヤウインチ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
はワイヤウインチ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26
a、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3
40mm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125mm）下方に位置し、高さh1が例え
ば200mm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400mmすなわち例え
ば1060mm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25a、25b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26a、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、25bに30
KHz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、そのレベルが単純化して重錘
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32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インチ２を
駆動するネガティブフィーバッ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C1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）による精度測定をへらすことができる。

【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、20……セ
ンサ筒、25a、25b……Ｘ方向位置検出コイル、26a、26b
……Ｙ方向位置検出コイル、27……同調コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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。