JPS62132110A

JPS62132110A - 地中掘削機の水平変位量計測装置

Info

Publication number: JPS62132110A
Application number: JP60272992A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Mimura; 三村　龍夫; Akira Okamoto; 晃岡本; Hideji Arakawa; 秀治荒川
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1985-12-04
Filing date: 1985-12-04
Publication date: 1987-06-15

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〕本発明は水道管、がス管等を地中埋設するためにトンネ
ル掘進を行なう地中掘削機の水平変位童計測装置に関す
る。

〔従来の技術〕

地中掘削機を所望の施工計画線通りに推進させる之めに
は、地中掘削機の施工計画線からの水平変位等を計測す
る必要がある。従来のこの種の計測方法として、地中掘
削機内に設けた磁気発生素子から発生する交番磁界金地
上の磁気検出素子で検出し、この検出出力に基づいて地
中掘削機の真上の地表点あるいは真上の地点と施工計画
線との水平変位１を探知する方法がある（特公昭５８−
１１０３０）。

まｔ、地中掘削機の口径が大きい場合には、発推立坑か
らレーデ光線を地中掘削機に向けて照射し、その照射位
置から地中掘削機位置を求める方法がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、地上側で地中掘削機の真上の地表点等全
探知する方法は、前記磁気検出素子を所定の姿勢で配置
し念探査器を、地表の目標地点へ運搬し、設置、探査せ
ねばならず、計測担当人員の増加や計測の手間・時間が
かかる等の問題点を有している。まして、交通量の多い
道路ではこのような計測方法は不可能に等しく、頻繁な
文通遮断を行うに到りては地中掘削機を用いた管理設方
法の本来の利点を失なわせるものである。

また、レーデ光線を用いる方法は、水道管、がス管、電
カケープル等の小口径管の地中掘削機にはスペース的に
適用できず、また曲進掘進させることもできないという
問題がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、交通量Ｗｒ
を伴なわずに地中掘削機の施工計画線からの水平変位量
をリアルタイムに計測することができる地中掘削機の水
平変位量計測装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、地中掘削機の施工計画線に沿って地表
近傍に配設した磁界発生ケーブルと、前記磁界発生ケー
ブルからの磁界を検出する第１４第２の磁界検出素子と
、前記第１．第２の磁界検出素子を前記地中掘削機の径
方向に一定距離離間させ、かつ前記地中掘削機の姿勢に
かかわらず、一定の姿勢に保持するカルダン機構と、前
記磁界発生ケーブルからの前記第１．第２の磁界検出素
子の深さを検出する深さ検出手段と、前記第１゜第２の
磁界検出素子の検出値および前記深さ検出゛　　手段に
よって検出した深さに基づいて前記磁界発生ケーブルに
対する前記地中掘削機の水平変位量を求める手段とから
構成される。

〔作用〕

すなわち、地上側には磁界発生ケーブルのみとし、その
磁界検出は全て地中掘削機内にて行なう。

前記第１．第２の磁界検出素子は、地中掘削機の姿勢に
かかわらず常に一定の姿勢を保つようにカルダン懸架さ
れておシ、これらの磁界検出素子の検出値およびその磁
界検出素子の磁界発生ケーブルからの深さに基づいて磁
界発生ケーブルに対する地中掘削機の水平實位ｔｔ求め
るようにしている。

〔実施例〕

以下、本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示すシステム構成図で、地
中掘削機ｌが発進坑２より掘削を開始し次状態に関して
示している。

同図において、地表３には施工計画線に沿って誘導線４
が敷設され、この誘導線４には交流定電流源５から周波
数の低い定電流が供給されるようになっている。

一方、地中掘削機１には、コイル１１．１２および１３
、傾斜計１４が配設されており、これらの出力は信号伝
送路６を経て演算装置７に伝送さ゛れる。

コイル１１および１２は、第２図に示すように地中掘削
機１に対してカルダン機構１５を介して懸架され、錘１
６によって地中掘削機１の姿勢にかかわらず、常に鉛直
方向を向くように配設烙れている。コイル１３も同様に
してカルダン機構１７によって常に水平になるように配
設され、かつモータ１８によってその水平面内において
回動し得るようになっている。

傾斜計１４は、例えば振子式傾斜計で、地中掘削機１の
掘進方向の傾斜角を検出する。

きて、第４図に示すように、コイル１１．１２間距離を
２ｔ、誘導線４からのコイル１１．１２の深さ１＆：ｄ
１誘導線４からコイル１１．１２の中心位量の水平変位
１ｔｔｘとすると、コイル１１および１２によってそれ
ぞれ検出される誘導起電圧レベルｖ１およびｖ２は、となる。ただし、μ。は真空の透磁率、ＮおよびＳはそ
れぞれコイル１１．１２の巻数および面積、■は交流電
流値、ｆはその周波数である。

ここで、上記第（１）式、第（２）式の比をとると、次
式、となり、この第（３）式を解くことによシ水平変位量ｘ
ｆ求めることができる。

なお、コイル１１．１２の深さｄは、地中掘削機１の掘
進開始深さをｄｏ、傾斜計１４の検出角をβ、地中掘削
機の微小掘進距離をΔｔとすると、次式。

ｄ　＝　ｄｏ−ΣΔｔｌｄｎβｌ　　　　　・・・（４
）によって求めることができる。また、ここでは、誘導
ｆｆ５４はほぼ水平に敷設されているものと仮定したが
、地面が起伏し、誘導線４もこれに沿つて起伏している
場合には、基準水平面からの起伏量を予め測定しておき
、この起伏量によって上記深さｄを補正すればよい。

更に、第５図に示すように地中掘削機１と誘導線４との
なす角（方位角α）は、コイル１３を回転させ、その誘
導起電圧が最小となるとき、すなわちコイル１３の軸と
地中掘削機１の軸とが一致するときの回転角から求める
ことができる。この方位角αおよび傾斜計１４によって
検出した傾斜角Ｉによって、前記第（３）式のｔおよび
ｄｆ：、に補正し、第（３）式をＸについて解けば、よ
）高精度に水平変位ｔｘを求めることができる。なお、
Ｒはコイル１１．１２と傾斜計１４との距離であシ、傾
斜計１４が検出した傾斜角βは、地中掘削機１が上向き
のときを正とする。

演算装置Ｉｔ７は、コイル１１．１２の誘導起電圧レベ
ルよりｖ２／ｖ、を求め、また傾斜計１４の出力に基づ
いて深さｄを求め（第（４）式）、更に、傾斜計１４の
出力及びコイル１３の出力が最小となるときのコイル１
３の回転角に基づいてそれぞれコイル１１．１２の深さ
及びコイル１１．１２間の距離を補正しく第（５）式）
、これを第（３）式に代入してＸを算出することによシ
地中掘削機１の水平変位ｔを求める。

また、コイル１１および１２によって検出した誘導起電
圧レベルＶ、およびｖ２の和の絶対値ｌ　Ｖ＋　十Ｖ２
１を、水平変位量Ｘおよび深さｄの関数として表わすと
、第６図のグラフのようになる。

したがって、この糧の関係を予め測定しておくことによ
り、水平変位量ｘｆ求めることができる。。

なお、右側か左側かの変位方向は、各レベルＶ。

次に、２本の誘導線を敷設する場合について説明する。

誘導線が１本の場合は、その復路となる他方の誘導線は
、検出コイルに対して影響を与えないように敷設、例え
ば遠回りして敷設しなければならない。そこで、このよ
うな問題が生じないように、かつより高精度の測定をす
るために往復する２本の誘導体を用いる場合について説
明する。

第７図に示すように往復する２本の誘導線を平行に敷設
し、その間隔を２Ｌとし、２本の誘導線の中心位置と２
個のコイル１１．１２の中心位置との水平変位量をＸと
する。この誘導線に交流電流Ｉ（イ）を流したときに発
生する磁界は、第８図に示すように２つの同心円状磁界
のベクトル和となる。

ここで、コイル１１および１２の鎖交磁束をそ・・・（
６）・・・（７）となる。なお、第（６）式および第（７）式におけるｒ
１＋ｒ　　Ｈｒ　　、ｒ　　ｐθ　、θ２．ψ１．ψ２
は第７図に図示した通りであり、これらの値は、次式、
によって表わすことができる。なお、地中掘削機１がほ
ぼ水平に掘進し、またほぼ誘導線と同方向に掘進すと仮
定すれば、上記第（８）式および第（９）式において、
虐β”’ｒ　Ｏ＃　Ｃｌｌ５α＃１とおいて計算しても
よい。

さて、コイル１１．１２の誘導起電圧の絶対レベルをそ
れぞれ■　、Ｖ２とすると、となり、ｖｌとｖ２の比は、次式、・・・・・・Ｕ心となる。

したがって、コイル１１．１２の誘導起電圧レベルより
ｖ２／ｖ１を求め、第（８）式、第（９）式を第０９式
に代入してニュートン法によりＸを算出することにより
地中掘削機１の水平変位量を求めることができる。もち
論、これらの演算は、コイル１１゜１２．１３および傾
斜計１４の出力に基づいて演算装置７によって行なわれ
る。

なお、本実施例ではコイル１１．１２を鉛直方向に向け
るように配設したが、これに限らず、例えば地中掘削機
の径方向を向き、かつ水平になるように配設してもよい
。また、誘導線に流す電流は交流に限らず、直流でもよ
く、この場合にはコイルに代えて、他の磁界検出素子を
用いる必要がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、地上側には磁界発
生ケーブルのみを設ければよく、磁界発生ケーブルに対
する地中掘削機の水平変位量等を求める際に、地上から
地中掘削機の位置を探査する必要がないため、交通遮断
等の問題がない。また、地中掘削機の位置をリアルタイ
ムに検知できるため、工事を連続且つ正確に行なうこと
が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すシステム構成図、第２
図および第３図はそれぞれコイルの支持機構の一例を示
す斜視図、第４図は誘導線が１本の場合におけるコイル
の出力を求めるために用いた図、第５図は地上面より第
１図における地中掘削機を透視した平面図、第６図は第
４図における２つのコイル出力の和の絶対値を、水平変
位量および深さの関数として表わしたグラフ、第７図は
誘導線が２本の場合におけるコイルの出力を求めるため
に用いた図、第８図は第７図における誘導線によってコ
イルに作用する磁界を説明するために用いた図である。１・・・地中掘削機、２・・・発進坑、３・・・地表、
４・・・誘導線、５・・・交流定電流源、６・・・信号
伝送路、ン・・・演算装置、１１，１２，１３・・・コ
イル、１４・・・傾斜計、１５．１７・・・カルダン機
構。第４図第５図１　Ｖ＋　十Ｖ２１　　　　　　　　　　　　　Ｄ　　
潔；＝第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）地中掘削機の施工計画線に沿って地表近傍に配設
した磁界発生ケーブルと、前記磁界発生ケーブルからの
磁界を検出する第１、第２の磁界検出素子と、前記第１
、第２の磁界検出素子を前記地中掘削機の径方向に一定
距離離間させ、かつ前記地中掘削機の姿勢にかかわらず
、一定の姿勢に保持するカルダン機構と、前記磁界発生
ケーブルからの前記第１、第２の磁界検出素子の深さを
検出する深さ検出手段と、前記第１、第２の磁界検出素
子の検出値および前記深さ検出手段によって検出した深
さに基づいて前記磁界発生ケーブルに対する前記地中掘
削機の水平変位量を求める手段とを具えた地中掘削機の
水平変位量計測装置。
（２）前記深さ検出手段は、前記地中掘削機の進行方向
の傾斜角を検出する傾斜計と、前記地中掘削機の掘進距
離と前記傾斜計によって検出した傾斜角とに基づいて前
記地中掘削機の深さを算出する手段とからなる特許請求
の範囲第（１）項記載の地中掘削機の水平変位量計測装
置。
（３）地中掘削機の施工計画線に沿って地表近傍に往復
配設した平行な磁界発生ケーブルと、前記磁界発生ケー
ブルからの磁界を検出する第１、第２の磁界検出素子と
、前記第１、第２の磁界検出素子を前記地中掘削機の径
方向に一定距離離間させ、かつ前記地中掘削機の姿勢に
かかわらず、一定の姿勢に保持するカルダン機構と、前
記磁界発生ケーブルからの前記第１、第２の磁界検出素
子の深さを検出する深さ検出手段と、前記第１、第２の
磁界検出素子の検出値および前記深さ検出手段によって
検出した深さに基づいて前記磁界発生ケーブルに対する
前記地中掘削機の水平変位量を求める手段とを具えた地
中掘削機の水平変位量計測装置。