JPS60201274A - 音波を用いた推進管先端の地中位置検出方法 - 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】 〔）１業上の利用分野〕 この発明は、地中を推進される推進管の先端位置を、１
６ｇ出する方法に関するものである。

〔従来技術〕

従来、地中を推進される推進管の先端位置を検出する方
法としては、（１）第１図に示すように、ジャイロろを
推進管１の中に通して推進管の線形を連続的に測定する
方法、（２）第２図に示すように、磁石と浮子または加
速度センサーとを組合わせたセンサー４を推進管１内の
先端に設置して、そのセンサー４により推進管１の先端
の方向を測定し、その測定値を積分して推進管の先端位
置をめる一方法、（３）特開昭５８−１２３４１５号公
報に記載されているように、推進管内の先端に設けたタ
ーゲットを発進立坑内に設置したトランシットで見てタ
ーゲットの位置の変化を測定する方法等が昶られている
。

しかるに、前記（１）の方法の場合は推進中にジャイロ
の軸が移動して測定値に狂いが生じる恐れがあり、かつ
ドリフト（時間の経過と共に発生する角度誤差）がある
ので長時間の測定を行なうことができないという問題が
ある。前記（２）の方式の場合は地磁気の局所的異常の
影響を受ける等の問題がある。

また前記（１）　（２）の方式とも積分方式であるので
、推進距離の増加につれて測定誤差が大きくなる。

さらに前記（３）の方法の場合は、推進管が曲線状に推
進されるときの測定が不可能であり、かつ推進管内の湿
気等による光の屈折の影響を受けるので、測定距離に限
界がある。

〔発明の目的、構成〕

この発明は前述の問題を有利に解決できる地中推進管の
先端位置検出方法を提供することを目的とするものであ
って、この発明の要旨とするところは、推進管１の先端
部に発信器２を設け、地表から地中に穿設した複数個の
整孔内にそれぞれ受信器を設置し、次に前記発信器から
発信される音波信号を前記各受信器によシ受信し、各受
信器への信号到達時間により発信器２と各受信器との間
の距離をめて、発信器２の位置を検出することを特徴と
する音波を用いた推進管先端の地中位置検出方法にある
。

〔実施例〕

第３図ないし第６図はこの発明を実施する場合に用いら
れる地中推進管の先端位置検出装置の一例を示すもので
あって、発進立坑５内の元押しジヤツキ乙により道路７
の下部の地中を推進される推進管１の先端部に泥水シー
ルド式掘進機８が接続され、その掘進機８は、第４図に
示すように隔壁９により区画された泥水室１０と、その
泥水室１０内に配置されてカッタ駆動用モータ１１によ
り駆動軸１２を介して回転されるカッタ１３とを備えて
いる。

地上から導かれた送水管１４および排泥管１５は推進管
１内を通って前記隔壁９の送水口および排泥口に接続さ
れ、かつ掘進機８における鋼製筒状本体１６の上部には
、筒状本体１６の内側に窪む収納室１７が設けられ、そ
の収納室１７内には送波器等の発信器２が固定され、ま
た収納室１７の開口部に着脱自在に固定された蓋１８と
収納室１７とにより構成された密閉室内には、例えばソ
リコンラバーからなるモールド材１９が充填されている
。

道路７の一側部の地盤に３つの整孔２０Ａ〜２０Ｃが道
路長手方向に間隔をおいて穿設され、かつ道路７の他側
部の地盤には３つの整孔２０Ｄ〜２０Ｆが穿設され、各
整孔２０Ａ〜２０Ｆ内に受波器等の受信器２１Ａ〜２１
Ｆが収容されると共に水または泥水２２が注入され、さ
らに各受信器２１Ａ〜２１Ｆは地上に設置された信号処
理装置２３に接続され、その信号処理装置２６には、送
信器２４に接続された送信器制御装置２５が同期信号用
ケーブル２６を介して接続されると共に表示装置２７が
接続され、また前記発信器２は発ｆｄ用ケーブル２８を
介して送信器２４の送信部に接続され゛ている。

第７図は推進管先端位置検出装置の電気的ブロックダイ
アグラムを示すものであって、多数の受信器２１Ａ〜２
１Ｆにそれぞれ増巾器２８を介して時間差読取装置２９
０入力部が接続され、かつ発信器２が送信器２４の送信
部に接続されると共に、その送信器２４が測定開始信号
入力部を有する送信機’＋ｌ＋制御装置２５に接続され
、さらに送信機１１ｉｌ制御装置２５は各時間差読取装
置２９における同期信号入力部に接続され、各時間差読
取装置２９の出力部は信号切替装置６０の入力部に接続
され、またその信号切替装置６０の出力部には測定条件
等設定信号入力部金有する演算処理装置６１に接続され
、またその演算処理装置６１には表示装置２７が接続さ
れ、前記各増巾器２８．各時間差読取装置２９．信号切
替装置３０．演算処理装置３１により信号処理装置２６
が構成されている。前記表示装置２７には推進管の先端
位置の座標が表示される。

前記実施例においては、発信器２を掘進機の円筒状本体
１６に設けており、すなわち発信器を推進管の先端部に
間接的に設けているが、このようにしないで、発信器を
推進管の先端部に直接設けてもよい。

次に音波を使用して地中の被検出物の位置を検出する場
合の原理について説明する。

水中における音速は約１５００ｍ／Ｓであるが、土中に
おける音速は、土の密度、土中に含まれる水や空気の量
に応じて変化する。しかし、土の密度や土中に含まれる
水や空気の量に差があっても、数１０ｍ四方、深さ数ｍ
までの範囲における土中の音速はほぼ一様であると見做
すことができる。

発信器（送波器）およびこれと同期している受信器（受
波器）を、土層を挾んで配置し、その発信器から発信さ
れるノクルス状の音波信号を、土中を通って受信器によ
シ受信すると、発信点と受信点との間の音波信号到達時
間△ｔがわかる（第８図参照）。したがって、前記２点
間の距離△Ｌが既知であれば、その２点間の音速Ｖが判
り、また逆に、音速■が既知であれば、前記２点間の距
離が判る。

土中の音速は場所によって異なることが予想されるので
、まず既知の２点間でその場所を代表する音速をめ、そ
の音速に基いて、被検出物（被検出点）と位置が判って
いる複数の点との間の距離全測定することにより、地中
の被検出点の位置をめる。

なおこの位置をめる方法としては、（Ｉ）３次元座標を
める方法、（２）水平面内の座標をめる方法がある。

次に被検出点の５次元座標をめる方法について説明する
。

第９図に示すように、被検出点をＯとし、位置の判って
いる点ｋＡ　、　Ｂ　、　Ｃとする。ただしＡ。

Ｃは同−Ｘ、Ｙ座標をもつように配置される。またＡＢ
＝ＡＣ−ｄとし、音速Ｖは既知である。次に０を発信点
としＡ、Ｂ、Ｃを受信点とするか、あるいは逆に、Ａ、
Ｂ、Ｃ’！Ｉ−発信点としＯを受信点とすれば、ＯＡ、
ＯＢ、ＯＣ間の距離が判る。したがって、０点のＸ、Ｙ
、Ｚ座標を幾何学的に匍単にめることができる。

次に被検出点の水平面内座標をめる方法について説明す
る。

前記６次元座標をめる方法においては、鉛直位置の検出
精度を上げるためには、ＡＣ間の距離を大きく設定する
必要があり、また土中の場合、狭い範囲内に限ったとし
ても、鉛直方向における音速の変化は比較的大きく、す
なわち鉛直位置全正確に測定するためには、かなり深い
位置までの音速を測定する必要がある。しかし、このよ
うにすると、音速一様という仮定による誤差が大きくな
ってしまうので、音波により鉛直位置を正確に検出する
ことは離しい。

したがって、ここでは鉛直位置を他奔の方法（例えば圧
力センサー等を用いる方法）により検出し、水平面内に
おける位置のみを検出する方法について説明する。

第１０図において、被検出点をＯとし、既知の点（５Ａ
、Ｂ、Ｃとし、基準となる水平面からの深度を、点０に
ついてはｄｌ　＋点Ａ、Ｂ、Ｃについてはｄ２とし、ま
たこれらの点を含む測定範囲内における音速■は既知と
する。

前記６次元座標をめる方法の場合と同様にして、眞−Ｌ
ａ、０Ｂ＝Ｌｂ　、面−Ｌｃが判る。もしｄ、＝ｄ２す
なわち各点が同一平面上にあれば、Ｌａ。

しｂ　、　Ｌｃｉ半径としかつ点Ａ、Ｂ、Ｃ’ｅ中心と
して円を描くと、谷内は一点で交わ９、仁れが０点とな
るが、ｄ、＼ｄ２の場合は、第１０図に示すように円は
一点では交わらない。

３つの円の交点を用いてできる最小の６角形の内１１１
！ｌに０点があるので、近似的Ｋ　３−角形の各頂点ａ
、ｂ、ｃの座標の平均（重みつき平均）をとることによ
シ、０点の水平面座標を近似的にめることができる。な
おこの方法によシ位置検出を行なう場合は既知の点は６
点以上必要になる。

次に前記実施例の地中推進管先端位置検出装置において
、推進管１ｆｆ、適当距離４Ｗ進したのち、推進管の先
端位置を測定する場合の測定順序について具体的に説明
する。

（１）　まず予め既知の位置に６つの受信器をセットす
る。この場合３次元座標方式を採用するときは第１１図
に示すように受信器２１Ａ、２１Ｂ。

２ＩＣの設置深さを駕えた配置とし、また水平面内座標
方式を採用するときは、後処理のために第１２図に示す
ように、各受信器２１Ａ。

２１、Ｂ、２ＩＣを同一平面内に配置する。

（２）予め既知の２点間において音波信号の到達時間差
を測定して音速をめる。

（３）推進管の先端に設けられている発信器２から・ぐ
ルス状のＱｌｉ信号金出す。

（４）その音波信号を発信器と同期している受信器によ
ｐ受信し、発信器から各受信器までの信号到達時間によ
り発信器と各受信器との間の距離をめる。

（５ｉ　測定原理の説明において述べた方法により、推
進管の先端位置を検出する。

（６）前記（３）〜（５ｉの工程を推進管の進行に応じ
て繰返し行なうことにより、推進管の先端位置の移Ｓｉ
ｂ状況′ｆｆ：仰ることができる。

なお受信器の位置は、推進管の先端の進行に合わせて必
要に応じ移動させる。そしてこの場合は、前記（１）〜
（５）の工程を繰返して行なう。また音波信号のＳ／Ｎ
比を向上させるために、前記（３）　（４１の工程にお
いてスタッキング（重ね合わせ）を行なう。

さらｖｃ−１だ、推進管の先端の移動量は、発進立坑に
おける推進管の継ぎ足し長さと等しいので、その移動量
は既知であり、これを検出位置の誤差補正に用いること
ができる。

この発明を実施する場合、４個所以上の受信器によ’）
　１’ｒ　ｅ信号を受信して、各受信器と発信器との間
の距離を測定し、その４個所以上の距離に基づいて被検
出点の位置を検出してもよい。

地中の音速をめる方法としては、例えば掘進機８におけ
る筒状本体１６に、その長手方向に間隔（２〜４ｍ程度
の間隔）をおいて２個の受信器を設けるかまたは２個の
発信器を設け、地表付近の地中に設置した発信器から発
信される音波信号が各受信器に到達する時間差と各受信
器の間隔とに基づいて音速を算出してもよく、あるいは
各発信器から順次発信される音波信号が地表付近の地中
に設置した受信器に到達する時間の差と各発信器の間隔
とに基づいて音速を算出してもよい。

〔発明の効果〕

この発明によれば、推進管１の先端部に発信器２を設け
、地表から地中に穿設した複数個の整孔内にそれぞれ受
信器を設置し、次に前記発信器から発信される音波信号
を前記各受信器により受信し、各受信器への信号到達時
間により発信器２と各受信器との間の距離をめて、発信
器２の位置を検出するので、推進管１が曲線状に推進さ
れる場合でも、また推進距離が長い場合でも、推進管１
の先端位置を高精度で容易に検出することができる効果
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の地中推進管先端位１４検出
方法を説明するための縦断側面図である。 第３図ないし第６図はこの発明を実施する場合に用いら
れる地中推進管先端位置検出装置を示すものであって、
第６図は一部縦断側面図、第４図は掘削機および受信器
設置状態を示す縦断側面図、ムｂ５図は第４図のＡ−Ａ
線断面図、第６図は道路と地中推進管先端位置検出装置
との関係を示す概略平面図である。第７図は地中推進管
先端位置検出ｉＭ置の電気的ブロックダイアグラムを示
す図、第８図は音波信号の発信および受信の時間差を示
す図、第９図は被検出点の３次元座標をめる場合の説、
四国、第１０図は被検出点の平面内座標をめる場合の説
明図、第１１図は３次元座標方式を採用する場合の発信
器設置状態を示す図、第１２図は水平面内座標方式を採
用する場合の発信器設置状ｐｖを示す図である。 図において、１は推進管、２は発信器、５は発進立坑、
６は元押しジヤツキ、７は道路、８は泥水シールド式掘
進機、１３はカッタ、１６は筒状本体、１７は収納室、
１８は蓋、１９はモールド材、２０Ａないし２０Ｆは整
孔、２１Ａないし２１Ｆは受信器、２２は水または泥水
、２６は信号処理装置、２４は送信器、２６は同期信号
用ケプル、２７は表示装置、２９は時間差読取装置、６
０は信号切替装置、６１は演算処理装置である。 ２１Ｃ 手続補正書（自発） 昭和５９年１１月１２日 特許庁長官　志賀　学　殿 １、事件の表示 昭和５９年特許願第　５６２１３号 ２、発明の名称 音波を用いた推進管先端の地中位置検出方法３、補正を
する者 事件との関係　特許出願人 名称　（６６５）　新日本製鉄株式会社別紙記載の通シ
。 明細書第１３頁第７行の「受信器」を「発信器」に訂正
する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 推進管１の先端部に発信器２を設け、地表から地中に穿
   設した複数個の竪孔内にそれぞれ受信器を設置し、次に
   前記発信器から発信される前波信号を前記各受信器によ
   り受信し、各受信器への信号到達時間によシ発信器２と
   各受信器との間の距離をめて、発信器２の位置を検出す
   ることを特徴とする音波を用いた推進管先端の地中位置
   検出方法。