JPS60230079A - 掘進機の位置検出装置 - Google Patents

掘進機の位置検出装置

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JPS60230079A
JPS60230079A JP59085181A JP8518184A JPS60230079A JP S60230079 A JPS60230079 A JP S60230079A JP 59085181 A JP59085181 A JP 59085181A JP 8518184 A JP8518184 A JP 8518184A JP S60230079 A JPS60230079 A JP S60230079A
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magnetic field
excavator
excavation
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Takeshi Murayama
健 村山
Kiyoshi Nagasawa
潔 長澤
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    • G01VGEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices

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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、掘進機により地中を掘削する場合。
掘進機を掘削目標線に沿って掘進させろために掘進機の
位置を検出する掘進機の位置検出装置に関する。
〔発明の背景〕
シールド掘進機等により、地中にトンネル等を構築する
場合、シールド掘進機は予め定められた掘削目標線に沿
って地中を掘削してゆく必要がある。このため、地上に
おいて、地中にあるシールド掘進機の位置を検出し、シ
ールド掘進機が掘削目標線から外れた場合にはこれを修
正しなければならない。このように、シールド掘進機の
位置を検出することは、地中を掘削してトンネル等を構
築する場合、不可欠の手段である。以下、従来の位置検
出方法を図により説明する。
第1図(a)。(blは従来の位置検出方法を説明する
平面図および断面図である。図で、lは地中を掘削中の
シールド掘進機、2はシールド掘進機1に備えられた磁
界発生装置、3は地上に置かれた磁界検出装置である。
4は磁界検出装置3の地上における位置を測定する測量
器、5はシールド掘進機lの掘、進方向を制御する制御
部である。Tはシールド掘進機lが掘進すべき掘削目標
線である。
今、時刻t1において、シールド掘進機lが位置Avc
あると′fろ。この位置Aは次の方法により地上で検出
されろ。磁界発生装置2のN極およびS極が垂直方向に
配置されている場合、磁界発生装置fj2が発生する地
上における磁界の強さは、当該N極又はS極の直上点に
おいて最も強く、その直上点から離れるにしたがって急
速に小さくなる。
そこで、地上においては、磁界検出装置3を適宜移動(
走査)し、磁界の最も強い点を探索する。
この探索により位置Aが見出されると、次に、測量器4
を用いて磁界検出装置3の絶対位置が測定され、その測
定信号が制御部5に入力される。制御部5では、この入
力された測定信号に基づきシールド掘進機lの掘進を制
御fる。例えば、掘進中のシールド掘進機lが、掘削抵
抗等の外乱により、時刻t2において掘削目標線Tかも
距離δだけ外れた位@ B Kあると、磁界検出装置3
は前述と同様、走査により位FRBを探索し、測量器4
はこの位置Bを測定してその信号を制御部5に入力する
。制御部5では、偏差δを演算し、この偏差δに応じて
シールド掘進機1に軌道修正信号を出力し、その軌道を
掘削口maTrtc戻す。
この方式は、立坑に設置された光源から放射されるレー
ザ光線等を用いて、シールド掘進機内部でこの光線を受
け、その位置を測量する方式に比較し、シールド掘進機
が前記レーザ光線の通路を確保するのが困難になる程度
に小口径化しても全く影響はなく、又、曲線掘削等にも
対応できるという長所な有j7p。しかしながら、上記
方式においては、地面上において磁界検出装置3を走査
してシールド掘進機lの位置を探索し、かつ、測量しな
ければならず、このため、探索と測量に複雑な手数と時
間を要するという欠点があった。この欠点を除くため、
計測を自動化しようとすれば必然内圧自動追従装置等が
必要となり、コストがかさむという新もだな欠点が生じ
ていた。
〔発明の目的〕
本発明は、このような事情に鑑みてなされたも 1ので
あり、その目的は、上記従来の欠点を除き、自動追従装
置を使用することなく、掘進機の位置を短時間で容易に
検出することができる掘進機の位置検出装置を提供する
にある。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成fるため、本発明は、掘進機に磁界発
生装置を備え、掘進機の掘削目標線に沿って、前記磁界
発生装置が発生する磁界を検出する磁界検出装置を複数
配置したことを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明す7)。
第2図(al、 (blは本発明の第1の実施例に係る
位f↑検出装置の平面図および断面図である。図で、第
1図に示す部分と同一部分には同一符号が付しである。
7は磁界発生装置2かも発生された磁界を検出fる磁界
検出装置である。磁界検出装置7はファラデイ回転素子
で構成されており、その複数個が掘削目標線T上に一列
に配信されている。
8はレーザ光等の光を放射する光源部、9は光源部8か
ら放射される光を伝送する偏波面保存光ファイバーであ
る。この光ファイバー9は各磁界検出装置7を通過して
設置される。10は光ファイバー9により伝送された光
を入力する受信部、llは受信部lOの信号を入力しこ
の信号に応じてシールド掘進機lの掘進方向を制御する
制御部である。なお、xeY+ zは3次元の座標軸を
示す。
ここで、本実施例の動作を第3図に示す磁力線図および
第4図に示す磁界強度特性図を参照しながら説明する。
磁界発生装置2で発生する磁力線が第3図に示すような
パターンであると、磁界発生装置2の直上点において磁
界検出装置7により検出されろ2軸方向成分の磁界は最
大となるが、y軸方向成分の磁界は第4図に示すように
0となる。なお、第4図で、横軸には磁界検出装置7の
位置が、又、縦軸にはy軸方向成分の磁界強度がとっで
ある。紹4図から明らかなように、磁界検出装M7の位
置が磁界発生装置2の直上点から外れるにしたがって、
検出されるy軸方向成分の磁界強度畔、最初、原点から
の位置に比例して増大してゆき゛、やがて飽和する。そ
こで、磁界発生装置2で発生する磁界のパターンを第3
図に示すパターンに選択し、磁界検出装置7としてy軸
方向成分の磁界強度を検出する構成の装置を用いれば、
シールド掘進機1が掘削目標線Tと一致して掘進を行な
っている限り、各磁界検出装置7で検出される磁界強度
はOである。したがって、光源部8から光ファイバー9
を通って放射されろ光の偏光面は回転されず、受信部I
Oではこの光を受光し、偏光面回転角0のデータを制御
部11に対して出力する。これにより、制御部11はシ
ールド掘進機lを、その状態のまま掘進が継続されるよ
うに制御−する。
この状態から、掘削抵抗等の外乱によりシールド掘進機
lが掘削目標線Tから外れると、磁界発生装置、2の直
上点が掘削目標線Tからずれることになり、掘削目標線
T上に配置された磁界検出装[7に、第4図に示す特性
にしたがったy軸方向成分の磁界を生じる。磁界検出装
ff!7はこの磁界ア を検出し、光ファイバー9の光の偏光面を回転させる。
この偏光面の回転角度は磁界強度に比例する。受信部I
Oは偏光面が回転された光を受光し、その回転角データ
を制御部11に出力する。制御部11はこのデータに基
づいて、所要の演算、制御を行ない、シールド掘進機l
の掘削目標線Tからのずれの大きさを算出し、このずれ
に応じてシールド掘進機1の掘進方向を修正する制御を
行なう0 このように、本実施例では、掘削目標線上に予め磁界検
出装置を配置し、磁界検出装置で検出された磁界強度に
応じて光の偏光面を回転させ、その回転角度により磁界
強度をめ、磁界強度からシールド掘進機の目標掘削線か
らのずれの大きさを算出し、このずれの大きさに基づい
てシールド掘進機の掘進方向を修正するようにしたので
、測量器や自動追従装置を備える必要はなく、シールド
掘進機の位置を迅速、容易に、かつ、自動的に検出てる
ことができ、又、シールド掘進機の掘進方向制御を完全
に自動化することができる。さら) に、掘削目標線が自由曲線であっても、それが直線の場
合′と何等異なるところなく位置検出、掘進方向制御を
行なうことができる。
第5図(aL Cb)は本発明の第2の実施例に係る位
置検出装置の平面図および断面図である。図で、第2図
(al。(blに示す部分と同一部分に1工同−符号を
付して説明を省略する。本実施例がさきの実施例と異な
るのは、さきの実施例が磁界検出装置7を掘削目標線T
上忙配置したの忙対し、本実施例では、磁界検出装置7
を掘削目標IIITの両側に配置した構成とした点のみ
であり、他の構成は同じである。即ち、掘削目標線Tの
一方側には、y軸方向に距離y。を隔て″C掘削目標線
Tと平行する線上に各磁界検出装置7および光ファイノ
く−9が配置され、この光ファイバー9に対して光源部
8および受信部lOが設けられている。同じく、掘削目
標fiTの他方側にも、y軸方向に距離y。を隔てて掘
削目標線Tと平行する線上に各磁界検出装P7および光
ファイバー9が配置され、この光ファイバー9に対して
光源部8および受信部IOが設けられている。
次に、本実施例の動作を第6図に示f磁界強度特性図を
参照しながら説明する。第6図で、横軸にはy軸方向の
位置が、又、縦軸にはy軸方向成分の磁界強度がとって
あり、原点は掘削目標線Tに置かれている。今、シール
ド掘進機lが掘削目標線Tから距離δだけ外れたとする
と、その磁界強度特性は第6図に示される曲線となる。
ここで、掘削目標線Tの両側各列のy軸方向成分の磁界
強度の合計をそれぞれ値H,,H2,磁界強度受信部l
Oの各出力を値Vl、■2、磁界発生装置2から各磁界
検出装置7までのX軸方向の距離をX。
シールド掘進機1の地中深さを2.地中の透磁率をμ、
比例定数をに9.値x、z、 μの関数をa(X、Z、
μ)で表わすと、近似的に次式が成立する。
kV1=H,−Σa(x、z、 μ)X(yo−δ) 
・(11k ■ 2−H2−Σ a (x* L /’
 ) X (y 。 −δ )−(21上記(1)式お
よび(2)式から が成立゛する。即ち、制御部111Cおいて、その人力
信号v0.V2に基づいて上記(3)式の演算を行なえ
ば、X軸方向距離、地中深さおよび透磁重圧無関係にy
軸方向の偏差δをめることができる。
したがって、制御部11はシールド掘進機lに対し、算
出された偏差δに応じた掘進方向修正信号を出力するこ
とにより、シールド掘進機lの掘進方向制御を行なうこ
とが可能となる。
第7図は本実施例の位置検出装置を曲線の掘削目標線の
掘削に適用した場合の平面図であり、掘削目標線Tが曲
線である以外、第5図(a)、 (b)K示′−を装置
とそのf構成、動作は同じである。
このように、本実施例で1工、掘削目標線の両側に等間
隔に隔てられた平行線上に、予め磁界検出装置ケ装置し
、これら磁界検出装置で検出された磁界強度に応じて光
の偏光面を回転させ、その回転角度により磁界強度をめ
、磁界強度から偏差を9出し、この偏差に応じてシール
ド掘進(シ1の掘1 進方向を修正するようにしたので
、さぎの実施例と同じ効果を奏す2゜)とともに、シー
ルド掘進機の掘進方向の位(冴 地中深さ、土質(透磁
率)の影響を受けることなく偏差を測定できるので、よ
り精度良く、かつ、信頼性の高い掘進方向制御を行なう
ことができる。
なお、上記実施例の説明では、磁界検出装置と光ファイ
バーを地表上に配置する例について説明したが、これら
を地表上に配置せず埋設配置してもよい。又、磁界強度
の検出は光を用いる検出手段に限定されることはなく、
その他の手段を用いろこともできる。さらに、磁界発生
装置により発生される磁界パターンは必ずしも上記実施
例で示される磁界パターンに限ることはなく、他の磁界
パターンを採用することができ、これに応じて磁界検出
装置の構成も異なる構成を採用することになる。
〔発明の効果〕
以上述べたように、本発明では、掘進機に備えられた磁
界発生装置により生じろ磁界を、掘削目標線に沿って予
め配置されている磁界検出装置に 1より検出するよう
にしたので、測量器や自動追従装置を備える゛必要はな
く、掘進機の位置を短時間で容易に、かつ自動的に検出
すること力1できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)、 (blは従来の位置検出装置の平面図
および断面図、第2図(al 、 (b)は本発明の第
1の実施例呵係る位置検出装置の平面図および断面図、
第3図は磁力線図、第4FH’j1.磁界強度特性図、
第5図(al、 (b)は本発明の第2の実施例に係る
位置検出装置の平面図および断面図、第6図を1磁界強
度特性図、第7図は第5図(a) 、 (blに示す位
置検出装置を掘削目標線が曲線である場合に適用した平
面図である。 l・・・・・・シールド掘進機、2・・・・・・磁界発
生装置、7・・・・・・磁界検出装置、8・・・・・・
光源部、9・・・・・・光ファイバー、10・・・・・
・受信部、11・・・・・・IIJ御部、T・・・・・
・掘削目標線。 第1図 (t−ft〕 (tコt2) 、4 B 第2図 y 第6図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、 地中を掘削する掘進機と、この掘進機に備えられ
    た磁界発生装置と、前記掘進機の掘削目標線に沿って配
    置された複数の磁界検出装置とを設けたことを特徴とす
    る掘進機の位置検出装置。 λ 特許請求の範囲第1項において、前記磁界検出装置
    は、前記掘削目標線上に配置されていることを特徴とす
    る掘進機の位置検出装置。 3、 特許請求の範囲第1項において、前記磁界検出装
    置は、前記掘削目標線から等距離にある両側位置に配置
    されていることを特徴とする掘進機の位置検出装置。
JP59085181A 1984-04-28 1984-04-28 掘進機の位置検出装置 Granted JPS60230079A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6326526A (ja) * 1986-05-22 1988-02-04 ユーティルックス コーポレイション 独立状地中掘削装置の位置を確認する装置及び方法
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JPS53135671A (en) * 1977-05-01 1978-11-27 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Horizontal position detecting method of shield machines

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