JPS62132112A - 地中掘削機の水平変位計測方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水道管・ガス管等を地中埋設するためにトン
ネル掘進を行う地中掘削機を施工計画線通りに推進すべ
く該地中掘削機の地中における水平変位を計測する地中
掘削機の計測方法および装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、こうした水道管やガス管を埋設することを目的と
した比較的小口径の地中掘削機においては、掘削スペー
スが小さい上に曲線掘削なども頻繁に行なわれるなどと
いった性格上、この掘削位置を計測、確認するに、レー
ザトランシット等を用いｆｃ元学測ｉは適用できないし
、特にこの水平方向の変位に関してはこれを正確に計測
すること自体が不可能であるというのが実情であった。

これに対し最近、地中掘削機内部に磁気発生素子を設置
し、この磁気発生素子から発生する交番磁界の地表での
特徴を利用して、地中掘削機の真上の地表点あるいは真
上の地表点からの変位を計測する方法が％公昭５８−１
）０３０発明の名称「シールド機の水平位置探知方法」
を基本としていくつか提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

こうした方法によれば、地中掘削機の水平位置について
確かにこれを計則することはできるものの、この実用に
際しては、上記の磁気検出素子が所定の姿勢で設置され
た探査器を地表の目徐地点へ運搬し、設置、探査せねば
ならないことから、計測担当人員の増加や計測の手間・
時間がかかる等の新たな問題が生じることとなる。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、頻繁な交通遮断を行うに至っては地中掘削機
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。

〔問題点を解決するだめの手段および作用〕この発明で
は、地中掘削機の施工計画線に応じて例えばこれに一致
するよう地表面に１乃至複数の磁界発生ケーブルを敷設
し、地中掘削機の側に適宜の磁界検出素子を配設してこ
れに上記ケーブルの発生磁界を検出せしめるようにする
。この磁界は、同ケーブルの鉛直面を境とする右半方向
と右半方向とでその特徴が異なるものであり、こうした
磁界の特徴の相異を上記磁界検出素子の出力に基づいて
判別するようにすれば、当該地中掘削機が上記ケーブル
の鉛直面について右方に６るか左方にあるかその水平変
位態様を有効にしかもリアルタイムで連続的に識別計測
することができる。

因みに、こうした地中掘削機の水平変位補正に際しては
、該計測によって得られる右変位あるいは左変位といり
た２値の情報のみで、十分にその制御が可能である。

〔発明の効果〕

このように、この発明によれば、施工計画線に応じて地
表面に予め磁界発生ケーブルを敷設しておくだけで、地
中掘削機の当該施工計画線からの水平変位態様について
の正確なデータをリアルタイムで連続的に得ることがで
きる。したがって、車輌の通過等に対する上記ケーブル
の保護さえ行なりておけば、交通を一切遮断する必要も
なく、また上述したデータのリアルタイムによる連続採
取に伴なりて当の地中掘削機を連続制御するようにすれ
ば、施工精度も格段に向上する。

〔実施例〕

はじめに、第４図および第５図を参照してこの発明の詳
細な説明する。

いま、第４図に示すように、地表面ＥＰ上に磁界発生ケ
ーブル１０を敷設し、これに適宜の電流を流したとする
と、該ケーブル１０を中心としてその周囲には同第４図
に示す態様で同心円状に磁界Ｈが発生する。この発生し
た磁界Ｈは、上記ケーブル１０の鉛直面ｖｐを境とする
右半方向Ｒと右半方向りとでその特徴が異なるものであ
シ、例えばこの発生磁界Ｈの重力方向分力Ｈｖについて
いえは、上記右半方向Ｒと右半方向りとでその向きが同
図に示す如く逆になる。したがって、磁界検出方向が例
えば鉛直方向にある磁界検出素子Ｓを地中に置き、この
磁界検出素子Ｓの検出磁界の方向、すなわち検出磁界レ
ベルの符号（位相）を判別することで、該磁界検出索子
Ｓが上記ケーブル１０の鉛直面ｖＰについて右半方向Ｒ
Ｋ４るかあるいは右半方向ＬＫあるかその水平変位態様
を有効に計則することができるようになる。

第５図は、こうした場合が磁界検出素子Ｓによる検出磁
界のレベルと同磁界検出素子Ｓのケーブル１０鉛直面ｖ
ｐからの水平変位量との関係をそれぞれ異なる地中深さ
別に計算してグラフとして表わしたもので、同グラフ中
縦軸が検出磁界レベルを、横軸が水平変位１）ｆ、Ｄの
値が地中深さをそれぞれ示している。また因みに、同グ
ラフでは上記ケーブル１０に流す電流の値を２π（Ａ）
として計算している。これによっても、上記磁界検出素
子Ｓによる検出磁界の位相を監視することで、同検出素
子Ｓの磁界発生ケーブルに鉛直面ｖｐに対する水平変位
態様が計測できることがわかる。

なおここでは便宜上、磁界検出方向が鉛直方向にある１
個の磁界検出素子を用すて同水平変位態様の計測を行な
う場合について示したが、一定の間隔で固定された２個
あるいはそれ以上の磁界検出素子を用いても勿論よく、
ま九こうした場合のこれら磁界検出素子の磁界検出方向
等も何ら限定されるものではない。要は ■　地表面に敷設した磁界発生ケーブルの発生磁界がこ
ハら磁界検出素子に検出されること。および ■　同発生缶外の上記ケーブル鉛直面を境とする右半方
向と右半方向とで上述の如く異なる特徴が上記検出され
る磁界の内容（含レベル）に基づいて判別できること。

の二点が満足されるものであればよい。換言すれば、こ
うした検出磁界の内容が上記ケーブル発生磁界の右半方
向と右半方向とで異なる特徴に応じて変化するよう上記
磁界検出素子の数あるいはこの配設態様（含侮界検出方
向）を設定すればよい。

第１図乃至第３図は、こうした原理に基づいて構成した
この発明にかかる地中掘削機の水平変位計測装置の一実
施例を示すものであり、以下これら第１図乃至第３図を
参照して該実施例の構成並びに動作を詳述する。

第１図は作業状態にあるとする地中掘削機を含む該実施
例装置の大まかな構成を横断面図をもって模式的に示し
たものであシ、また第２図は同地中掘削機の進行方向か
ら見た該実施例装置の要部断面構造を模式的に示したも
のであり、これら図において、ＥＰは地表面、１０は該
地表面ＥＰ上の施工計画線（図示せず）に沿って敷設さ
れた缶外発生ケーブル、２０は地中掘削機、２１は該掘
ＭＩＪｍ２０のヘッド、２２Ｖｉ該ヘツド２１を支持す
る支持アーム、２３は該支持アーム２２を推進せしめる
推進ジヤツキ、Ｓは例えばコイルからなる前述した磁界
検出素子、２４は該磁界検出素子Ｓの磁界検出方向が常
に鉛直方向となるようこれを地中掘削機２０の支持アー
ム２２内に支持する姿勢支持枠、２５は上記磁界検出素
子Ｓの検出信号を伝送する信号線、３０は図示の如く地
上に設けられて上記ケーブル１０に対する給電を行なう
とともに上記信号線２５を介して伝送される磁界検出素
子Ｓの検出信号に基づき当の地中掘削機２０の水平変位
計測のための信号処理を一括して実行する操作盤をそれ
ぞれ示す。この操作盤３０の構成については第３図に詳
しく示す。

すなわち第３図に示すように、この操作盤３０は、適宜
の繰シ返し周波数を有する交流信号を発振する発振器３
１、該発振された交流信号を電力増幅してこれを前記磁
界発生ケーブル１０に供給する電力増幅器３２、前記信
号線２５を介して伝送される磁界検出素子Ｓの磁界検出
信号を所要に増幅する信号増幅器３３．該増幅された磁
界検出信号と上記ケーブル１０に供給される交流電流と
の位相を比較する位相比較器３４、そして該位相比較結
果に基づいて例えば右変位指示用および左変位礼示用の
２つのランプからなる表示器３６のこれらランプの点灯
態様を制御する表示器ドライバ３５をそれぞれ具えて構
成されるもので、先の原理に基づき次に述べる態様をも
って地中掘削機２０の水平変位計測のための信号処理を
実行する。

いま、上記発振器３１および電力増幅器３２を通じて前
記磁界発生ケーブル１０に交流電流が供給されたとする
と、ある瞬間には先の第４図に示したような同ケーブル
１０を中心とした同心円磁界Ｈが発生する。地中掘削機
２０内に搭載された磁界検出素子Ｓが同ケーブルの鉛直
面ｖＰについて右半方向Ｒにあるか右半方向ＬＫ６るか
によって、この発生された磁界についての該素子Ｓによ
る検出磁界の位相が逆となることは先の原理の説明にお
いて述べた通りである。この操作盤３０は、こうして磁
界検出素子Ｓによって検出される磁界の位相と上記ケー
ブル１０に供給した交流電流の位相とが同相でおるか逆
相であるかを上記位相比較器３４を通じて判別するもの
であシ、この結果これら位相が同相であれば上記表示器
ドライバ３５を通じて表示器３６の例えば右変位指示用
ランプを点灯し、当の地中掘削機２０が施工計画線に対
して現在右方向に変位している旨表示する。

逆相であればＰ１表示器３６の左変位指示用ランプを点
灯する。ただし、こうした位相関係に基づくランプの点
灯態様は、上記信号線２５の結ｉ態様や信号増幅器３３
の位相反転などにより逆の態様となることもあシ、実用
に際してはそれぞれ装置の実情に応じた適正な変位計測
がなされるよう同点灯態様の調整が図られる。こうして
地中掘削機２０による掘削作業に伴なって該掘削機２ｏ
の上記ケーブル１０からの（施工計画線からの）水平変
位態様が連続的に計測され、上記表示器３６を通じてこ
の計画内容が逐次リアルタイムでモニタされる。また先
の第５図に基づけばこの変位量を計測することも容易で
ある。

なお、上記の実施例では、＄界発生ケーブル１０に交流
電流を供給するようにしたが、この供給する電流は直流
電流であっても勿論よい。この場合、この発生磁界は第
４図に示したような状態が保たれることから、磁界検出
素子Ｓによる検出磁界の位相のみを監視するだけで上述
した水平変位の計測が可能となる。

また、このａ界発生ケーブル１０自体単線である必要は
なく、複数のケーブル若しくはこれら複数のケーブルを
束ねたものであってもよい。

さらにこの実施例では、先の第４図および第５図に基づ
いて説明した原理に従がって、磁界検出方向が鉛直方向
にある１個の磁界検出素子を用いる場合につｂて示した
が、ｌ￥１．ｌ原理の説明で補足したように、Ｓ界検出
素子によって検出される磁界の内容が上記ケーブルから
発生される磁界の右半方向と右半方向とで異なる特徴に
応じて変化するようであ多さえすれば、該磁界検出素子
の数やその配役態様も任意となるものであシ、例えば地
中掘削機の進行方向正面からみて１本の磁界発生ケーブ
ルを頂点とする三角形の２つの底角部分に各別に適宜の
態様で磁界検出素子を配設するなど、こうした条件下で
同実施例を変形することも任意である。

因みに、同地中掘削機の深さ方向の変位については、周
知の傾斜計を用いることでこれを十分な精度で計測する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる地中掘削機の水平変位計測装
置の一実施例についてその構成の概要を模式的に示す横
断面図、第２図は同実施例装置の正面方向からみた部分
断面図、第３図は同実施例装置の操作盤構成を示すブロ
ック図、第４図はこの発明の計測原理を示す略図、第５
図は第４図の原理に基づいて計測される磁界検出素子に
よる検出磁界レベルとその磁界中心からの水平変位量と
の関係を示すグラフである。 １０・・・磁界発生ケーブル、２ｏ・・・地中掘削機、
２１・・・ヘッド、２２・・・支持アーム、２３・・・
推進ジヤツキ、２４・・・姿勢支持枠、２５・・・信号
線、３゜・・・操作盤、３１・・・発振器、３２・・・
電力増幅器、３３・・・信号増幅器、３４・・・位相比
較器、３５・・・表示器ドライバ、３６・・・表示器、
Ｓ・・・磁界検出素子。 出願人代理人　木　村　高　久　　　　。 四 第１図　　　　　　　第２図 第４図 第３図 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）地表面に敷設した磁界発生ケーブルの発生磁界を
   地中掘削機に設けた磁界検出素子に検出せしめ、該検出
   磁界の前記敷設ケーブル鉛直面を境とする右半方向と左
   半方向とで異なる特徴に基づいて当該地中掘削機の前記
   敷設ケーブルに対する水平変位態様を測定する地中掘削
   機の水平変位計測方法。
2. （２）地表面に敷設される１乃至複数の磁界発生ケーブ
   ルと、 該ケーブルに適宜の電流を供給する電流供給手段と、 地中掘削機に配設され、磁界検出方向が鉛直方向となる
   よう固定支持されて前記ケーブルから発生される磁界を
   検出する磁界検出素子と、 該検出された磁界の方向と前記ケーブルに供給された電
   流の方向とに基づいて前記地中掘削機の前記ケーブルに
   対する右左方の水平変位を判定する判定手段と を具えた地中掘削機の水平変位計測装置。