JPS625118A - 掘進機の位置検出装置 - 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】 〔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る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〕

小口径掘進工法等により、地中に管等を非開削で埋設す
る場合、当該管の先端に配置する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、地中における掘進機の位置を検出し、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、掘進機の位置を検出することは
、地中を掘削して管を埋設する場合、不可欠の手段であ
る。以下、従来の位置検出手段を図により説明する。

第５図は従来の位置検出装置の断面図である。

図で、１は地中を掘削中の掘進機、２は掘進機１の後部
に設けられる埋設管、３は掘進機ｌが掘削を開始するた
めの発進立坑である。発進立坑３内には、埋設管２の後
部を押す押し装置（図示されていない）゛が設けられて
いる。４は発進立坑３の適所に設けられたレーザ発振器
である。レーザ発振器４は埋設管２を通って掘進機１に
対してレーザ光５を放射するように構成されている。６
は掘進機１に設けられたスクリーンであり、レーザ発振
器４からのレーザ光５を受光する。Ｔは掘進機１の掘削
目標線を示す。

掘進機１が掘削目標線Ｔ上を掘進している場合には、レ
ーザ光５はスクリーン６上の所定の個所において受光さ
れるが、掘進機１が掘削目標線Ｔから外れると、レーザ
光５も当該所定の個所から外れる。このスクリーン６上
のレーザ光５の偏差により掘進機１の掘削目標線Ｔから
のずれを検出し、これにより掘進機１の軌道の修正が行
なわれていた。

しかしながら、上記の手段は、掘削目標線Ｔが曲線の場
合（曲線施工の場合）にはレーザ光５がスクリーン６上
に到達しないので、掘進機１の位置偏差を検出すること
ができないという欠点を有しており、さらに、シールド
掘進機１の径が小径（例えば径が１００ｍｍ程度）の場
合、掘進機１および埋設管２内に配設される種々の装置
によりレーザ光５の通路を確保することができなくなる
という欠点をも有していた。このような欠点を除くため
、次のような手段が提案されている。

第６図は他の従来の位置検出装置の断面図である。図で
、第５図と同一部分には同一符号が付しである。７は掘
進機１に備えられた磁界発生器、８は磁界発生器７で発
生した磁界を検出する磁界検出器、９は磁界検出器８の
地表上の位置を測量する測量器、１０は測量器９から磁
界検出器８の位置信号を入力し、これに基づいて掘進機
１の掘進方向を制御する制御部である。

磁界発生器７のＮ極およびＳ極が垂直線上にある場合、
地表上においては磁界発生器７の直上点で垂直方向の磁
界強度が最大（又は水平方向の磁界強度が最小）となる
、そこで、地表上において磁界検出器８を移動（走査）
させ、磁界強度が最大（又は最小）となる地点を探索す
れば、その地点が磁界発生器７の直上点となる。そして
、測量器９で磁界検出器８の位置を測量すれば掘進器１
の位置を検出することができる。このような装置は、上
記従来の欠点を解消することができるが、その反面地表
上において磁界検出器８を走査して掘進機１の位置を探
索し、かつ、その後磁界検出器８の位置を測量しなけれ
ばならず、このため、測量器を別途必要とするばかりで
なく、探索と測量に複雑な手数と長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、磁界検出および磁界検出器８の位置決定の
ため、必然的に自動追従装置等が必要となり、コスト高
になるという新らたな欠点を生じていた。

さらに、前述のように磁界検出器８を地表面上で走査す
る場合には、計測が断続的ならざるを得ず（例えば１０
０ｍを掘削するのに５０ｃｍ毎に計測を行なうとして２
００回の走査が必要であり、計測が２００回断続するこ
とになる。）、このため、掘進機１の自動方向制御を実
施するのは困難であるという欠点もあった。

〔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のであり
、その目的は、上記従来技術の欠点を除き、後続する埋
設管の空間を利用したり、測定器や自動追従装置を用い
たりすることなく、掘進機の位置を容易かつ連続的に検
出することができ、しかも、その水平方向位置検出にお
ける出力感度を大きくして検出精度を向上させることが
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〕

上記の目的を達成するため、本発明は、掘削目標線に沿
ってその両側に当該掘削目標線から等間隔に連続した導
線を配置し、この導線に電源から電流を供給し、これに
より導線に生じる磁界を磁界検出装置で検出し、その検
出値に基づいて掘進機の位置を検出するものにおいて、
上記の導線間の距離を、当該導線と磁界検出装置との間
の距離にほぼ一致するように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る。

第１図゛（ａ）は本発明の実施例に係る位置検出装置の
平面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）に示す掘削目標線
に沿う断面図、第１図（Ｃ）は第１図、（ａ）の線Ｃ−
Ｃ断面図である。図で、第５図に示す部分と同一部分に
は同一符号が付しである。

１１２．１１ｂは≠４中掘進機に設けられて磁界を検出
する磁界検出器であり、磁界中に置かれたときこれに応
じて誘導起電力を発生するコイルで構成されている。１
２は地表上において掘削目標線Ｔの両側に沿って距離Ｗ
の間隔をもって敷設された連続した誘導線であり、掘削
目標線Ｔから一方側の誘導線１２までの距離と他方側の
誘導線１２までの距離とは等しくされる。この誘導線１
２は一木の導線で構成されている。１３は誘導線１２の
両側が接続される電源であり、誘導線１２に交流電流を
供給する。１４は磁界検出器１１ａ、ｌｌｂの信号を入
力して所要の演算、制御を行なう制御器である。

次に、本実施例の動作を第２図（ａ）、　　（ｂ）に示
すシールド掘進機の位置およびその位置に対する磁界強
度特性図を参照しながら説明する。電源１３から誘導線
１２に電流が供給されると、誘導線■２のまわりには磁
界が形成され、この磁界は磁界検出器１１ａ、ｌｌｂに
より検出される。

ここで、 Ｉ：電源１３から誘導線１２に供給されるｔ波Ｉ０：電
流Ｉの最大振幅 ω：電流■の角周波数 ＨＸＣＸ軸上（後述）に発生するＸ方向成分の磁界強度 ・ｙ：誘導線１２と磁界検出器１１ａ、１１ｂとの間の
垂直方向の距離 Ｗ：誘導線１２の線間距離 とすると、電流■および磁界強度ＨＸは次式により表わ
される。

Ｉ＝Ｉ。ｓｉｎωを 第２図（ａ）は＃＝ホ中中掘搬機１掘削目標綿Ｔからず
れた位置（位置偏差δ）にある状態を示す図であり、磁
気検出器１１ａ、１１ｂを結ぶ線をＸ軸にとっである。

なお、；＝；キ掘進機ｌの中心Ｆと各磁界検出器１１ａ
、１１ｂとの間の距離がｒで示されている。第２図（ｂ
）は距離ｙと誘導線１２の線間距離Ｗとが等しい（ｙ＝
Ｗ）場合における磁界強度Ｈ，の特性を示す図であり、
横軸にＸ方向の位置が、又、縦軸に磁界強度Ｈ。

がとっである。図から明らかなように、磁界強度Ｈには
両側の誘導線１２の中央で０となり、中央から離れるに
したがってほぼその距離に比例して増大する。なお、こ
のような特性は実験により確かめることができた。ここ
で、 ｋｌ：比例定数 Ｘ：掘削目標線Ｔから磁界検出器１１ａ、ｌｌｂまでの
距離 Ｈ８，二磁界検出器１１ａで検出される磁界強度ＨＸｂ
：磁界検出器１１ｂで検出される磁界強度δ：＃！キ牛
掘進機１の掘削目標線Ｔがらのずれ（位置偏差） とすると、近似的に次式が成り立つ。

Ｈｘ＝に＋　・　Ｘ ここで、上式中の比例定数に、につぃて、第３図を参照
しながら考察する。

第３図は比例定数に、の特性図である。図で、横軸には
誘導線１２の線間距離Ｗが、又、縦軸には比例定数に１
がとっである。図は、距離ｙ（深さ）が２ｍ、３ｍ、５
ｍの場合における線間距離Ｗと比例定数に１との関係の
解析結果を示すものである。各距離ｙの特性曲線のピー
ク（比例定数に１が最大となる点）から横軸に２点鎖線
で示すように垂線を下ろすと、距離ｙが２ｍの場合のピ
ークは距離Ｗが２ｍ付近にあり、距離ｙが３ｍの場合の
ピークは距離Ｗが３ｍ付近にあり、又、距Ｍｙが５ｍの
場合のピークは距離Ｗが５〜６ｍ付近にあることが判る
。そして、ｋｌが大きいということは上記の式から明ら
かなように磁界の検出感度が大きいということであるか
ら、結局、誘導線１２の線間距離Ｗを距離ｙ（深さ）に
ほぼ一致するように配置すれば大きな感度で位置検出を
行なうことができるということになる。したがって、Ｓ
／Ｎ比の大きな計測ができ、位置検出精度が向上する。

次に、磁界強度ＨＸａｌ　ＨＸｂについてみると、磁界
検出器１１ａでは、ｘ＝ｒ＋δ、磁界検出器１１ｂでは
、ｘ＝ｒ−δであるから、各磁界強度ＨＸａｎ　　ＨＸ
ｂは、 Ｈｘｍ＝ｋ　ｌ（ｒ＋δ） Ｈｘｂ＝−に＋（ｒ−δ） となる。そして、磁界検出器１１ａから出力される電気
的信号Ｅ　Ｘｌｌおよび磁界検出器１１ｂから出力され
る電気的信号Ｅｘ＆は、それぞれその検出された磁界強
度に比例するので、次式が成立する。

Ｅｘｓ＝に＋　・ｋｇ　（ｒ＋δ） Ｅｘｂ＝　　ｋ　１　・ｋ　ｚ　（ｒ−δ）なお、上記
式において、ｋ２は比例定数であり、この比例定数に２
は各磁界検出素子１１ａ、１１ｂのコイルの巻数をＮ、
コイルの断面積をａとすると、ｋ、ｏｏＮ−ａ・ωとな
る。

以上のことから、シールド掘進機１の位置偏差δを求め
るには、 ＥＸｌｌ＋ＥＸｂ　　　δ Ｅ、、−Ｅ、１．　　　　ｒ の演算を行なえば、値ｒは一定値であるから位置偏差δ
を求めることができる。制御器１４は磁界検出器１１ａ
の出力信号Ｅ　Ｘ　１１　＋磁界検出器１１ｂの出力信
号ＥＸｂを入力し、これらの値に基づいて上式の演算を
行ない、位置偏差δを算出する。そして、算出された値
δに応じて≠冨＃≠掘進機１の掘進方向を修正する信号
を出力する。

、第４図は上記実施例の位置検出装置を掘削目標線が曲
線である場合の掘削に適用した場合の平面図であり、掘
削目標線Ｔが曲線であることを除き、他は、第１図（ａ
＞乃至（ｃ）に示す装置の構成、動作と同じである。

このように、本実施例では、掘削目標線に沿ってその両
側に等間隔を置いて誘導線を敷設し、この誘導線の間隔
を誘導線と磁界検出装置との距離にほぼ等しくなるよう
にし、この誘導線に交流電流を供給し、誘導線に発生す
る磁界とはキ杢掘進機に備えられた２つの磁界検出器に
より検出し、検出された磁界強度に基づいて位置偏差を
演算し、算出された位置偏差に応じて＃＝＃キ掘進機の
掘進方向制御を行なうようにしたので、測量器や自動追
従装置を備える必要はなく、六＝士米掘進機の位置を迅
速、容易に、かつ、自動的に高感度をもって検出するこ
とができ、又、＃！＃本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
の場合と何等変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。

なお、上記実施例の説明では、誘導線を地表上に敷設す
る例について説明したが、誘導線は地面に埋設してもよ
い。又、磁界検出器の設置個数、設置個所、磁界検出方
向は上記の例に限ることはなく、適宜選定することがで
きる。さらに、磁界検出器としてはコイルの他に種々の
型のものを使用することができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、掘進機に磁界検出装置
を設け、一方、掘削目標線に沿ってその両側に当該掘削
目標線から等距離に導線を敷設し、この導線間の距離を
導線と磁界検出装置との距離にほぼ一致するようにし、
この導線に電流を供給することにより生じる磁界を前記
磁界検出装置で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り、＃！＝孝掘進器の位置を
迅速、容易に、かつ、自動的に高感度、高精度で検出す
ることができる。又、曲線掘削にも適用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　　（ｂ）、　　（ｃ）は本発明の実施
例に係る位置検出装置の平面図および断面図、第２図（
ａ）、　　（ｂ）はケＥ−≠掘進機の位置を示す断面図
およびこの位置に対する磁界強度の特性図、第３図は誘
導線の線間距離に対する検出感度の特性図、第４図は第
１図（ａ）、　　（ｂ）、　　（ｃ）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、第
５図および第６図は従来の位置検出装置の断面図である
。 １−・・亭！事主掘進機、ｌｌａ、ｌｌｂ・・・磁界検
出器、１２・・・誘導線、１３・・・電源、１４・・・
制御器、Ｔ・・・掘削目標線。 ／’＋ｆ；− 第１図 （ａ） （ｂ） 第２図 Ｘ方間位置 第３図 線／’／Ｉ距龍（Ｗ） 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 地中を掘削する掘進機と、この掘進機に設けられた磁界
   検出装置と、前記掘進機の掘削目標線に沿つてその両側
   に当該掘削目標線から等間隔に配置された連続した導線
   と、この導線に電流を供給する電源とを備えた掘進機の
   位置検出装置において、掘削目標線の両側に配置されて
   いる前記導線間の距離が前記導線と前記磁界検出装置と
   の間の距離にほぼ一致するように前記導線を配置したこ
   とを特徴とする掘進機の位置検出装置。