JPS63307301A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、管理設作業等に使用される掘進機の位置を検
出する掘進機の位置検出装置に関する。

〔従来の技術〕

近年９通信管や下水管等の埋設作業においては、非開削
の掘進工法が多く使用されるようになった。

この掘進工法は掘進機で地中を掘進し、同時に管を後方
から挿入してゆく工法である。このような工法において
、通信管等を定められた位置に正確に埋設してゆくには
、掘進機を埋設予定位置上に正確に掘進せしめる必要が
あり、そのためには、常時掘進機の位置を検出し、この
検出結果に応じて掘進機の掘進方向を制御しなければな
らない。

従来、掘進機の位置検出は、後方から挿入済の管を通し
て掘進機にレーザー光を放射し、掘進機でこのレーザー
光を受光することにより行われていた。即ち、レーザー
光を受光しているときは掘進機は正しい位置にあり、レ
ーザー光を受光していないときは掘進機は正しい位置か
ら外れていると判断していた。しかし、掘進機の管径が
直径１００龍〜２００１１の極小口径のものでは、レー
ザー光の通路は確保できず、上記方法による位置検出は
できなくなるばかりでな（、本来、上記方法によっては
曲進施行は不可能であるという欠点があった。

この問題を解決するため、特公昭５８−１１０３０号公
報に記載されるような位置検出方法が提案されている。

この位置検出方法は、地中の掘進機側に磁界発生装置を
備え、この磁界発生装置からの磁界を地上において磁界
検出器により検出する方法である。即ち、地上における
磁界は掘進機の直上で最大値（又は最小値）となるため
、この最大値（又は最小値）となる位置を検索すること
により掘進機の位置を検出することができ、極小口径の
掘進機の使用および曲進施工が可能となる。しかし、こ
の検出方法は掘削が所定距離進む毎に磁界検出器を地上
で走査する必要があり、連続した位置の検出ができず、
掘進機の自動制御に対応できないという問題があった。

そこで、本発明の発明者等は、掘進機の自動方向制御に
対応でき、かつ、曲進施工等も容易に実施することがで
きる位置検出方法を特願昭５９−８５１８０号により提
案した。以下、この位置検出装置の概略を図により説明
する。

第３図（ａ）、　（ｂ）は上記提案に係る掘進機の位置
検出装置の横断面図および縦断面図である。図で、１は
掘進機、２ａ、２ｂは掘進機１の左右両側の外壁に設け
られた磁界検出器、３は掘進機１の動力源、４は後方か
ら挿入される埋設管である。５ａ。

５ｂは地上に敷設される連続したケーブルであり、管理
設予定線Ｔを中心にその両側に等距離をもって敷設され
ている。ケーブル５ａは一端で折返されてケーブル５ｂ
となるものであり、ケーブル５ａｔ５ｂの上記折返し端
の反対端には図示しない交流電源（発振器）が接続され
ている。したがって、ケーブル５ａ、５ｂの電流方向は
図示のように逆向きとなる。

ケーブル５ａ、５ｂに交流電流が供給されると、ケーブ
ル５ａ、５ｂからは交番磁界Ｈが発生し、この磁界の強
度は地中の各位置により異なる。したがって、磁界検出
器２ａ、２ｂで磁界強度を検出すれば、掘進機１の中心
の埋設予定線Ｔからの位置偏差δを求めることができる
。この位置偏差δの演算は図示しない演算部により行わ
れ、連続的に算出される。これにより、方向修正機能を
有する掘進機１を埋設予定線Ｔに沿って自動的に誘導す
ることができ、又、埋設予定ｇＴが曲がっていてもこれ
に沿ってケーブル５ａ、５ｂを敷設することにより曲線
施工にも対応することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、一般に掘進機ｌの外壁には、数個所に推進用
シリンダが備えられ、又は動力源３に対する配線が取付
けられ、あるいは方向修正装置の出没用の開口が設けら
れていて、磁界検出器２ａ。

２ｂを取付けるために利用できる空間は極めて少ないの
が通常であり、これら磁界検出器２ａ、　　２ｂを最適
位置に取付けるのは困難である。加えて、掘進機１は鉄
製の場合が多く、その肉厚が厚い場合、これに磁界検出
器２ａ、２ｂを取付けても出力は大幅に低下し、良好な
検出精度が得られない。

このように、掘進機ｌの形状、構造、材質等により磁界
検出器２ａ、２ｂを任意の位置に取付けるのは困難であ
るという問題があった。

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、掘進機の形状、構造、材質等とは無関係
に磁界検出装置を設置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。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明は、掘進機の掘削目
標線に沿ってケーブルを配置し、このケーブルに交流電
流を供給し、一方、掘進機の後部には非磁性体又は肉厚
の薄い磁性体で作られた管体を連結し、この管体外壁に
、ケーブルに供給された交流電流により生じる磁界を検
出する磁界検出装置を取付け、磁界検出装置で検出され
た検出信号に基づいて掘進機の位置を検出する演算を行
うことを特徴とする。

〔作　用〕

非磁性材料又は薄い磁性材料を用いて管体を構成しこの
管体外壁に磁界検出装置を取付け、これを掘削時にボル
ト等により掘進機の後部に連結し、掘削中、磁界検出装
置で検出された磁界に基づいて演算部で所要の演算を行
なう。

〔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（ａｌ、　（ｂ）は本発明の実施例に係る掘進機
の位置検出装置の横断面図および縦断面図である。

図で、第３図に示す部分と同一部分には同一符号を付し
て説明を省略する。７は掘進機ｌの後部に着脱可能に取
付けられた管体である。管体７はセラミックスのような
非磁性材料で作られ、掘進機１の外径とほぼ同一の外径
を有する。管体７の外壁には磁界検出器２ａ、２ｂが取
付けられる。８は磁界検出器２ａ、２ｂの検出信号を入
力し、これに基づいて埋設予定線Ｔに対する掘進機１の
位置を演算する演算部である。磁界検出器２ａ、　　２
ｂ。

管体７．演算部８により磁界検出ユニット９が構成され
る。この磁界検出ユニット９を予め用意しておき、掘削
開始時にこれをボルト等の適宜の結合手段により掘進機
１の後部に連結するようにすれば、掘進機の形状や構造
や材質等がどのようなものであっても、磁界検出器２ａ
、２ｂを容易に装着し得る。

次に、上記実施例の磁界検出ユニット９を用いた位置検
出の手段を第２図（ａ）、　（ｂｌを参照しながら説明
する。第２図（ａ）、　（ｂ）において、地上に敷設さ
れたケーブル５−ａ、５ｂの中心線、即ち埋設基準線Ｔ
を原点とし、水平方向をＸ軸、沿直方向をＹ軸とする座
標を考え、この座標上における磁界検出器２ａ、２ｂの
位置の水平方向磁界の大きさを求める。今、 ■二ケーブル５ａ、５ｂの電流 Ｗ：ケーブル５ａ、５ｂの設置幅 （ｘ、ｙ）：管体７の中心位置 ｒ：管体７の中心位置と各磁界検出器２ａ。

２ｂとの距離 とすると、磁界検出器２ａの位置は（（ｘ＋ｒ）。

ｙ）磁界検出器２ｂの位置は（（ｘ−Ｙ）、ｙ）となり
、磁界検出器２ａ、２ｂの水平方向磁界の大きさＨｘｚ
ｓ＋　Ｈｗｚｂは次式で表される。

−−−−−）−・・−・・−（１） （ｘ　十ｒ　−−）”　＋　ｙ　２ 一　−−−−−−１−・−申−（２） （ｘ　−ｒ　−−）”＋　ｙ　” 次に、磁界検出器２ａ、２ｂの出力を求める。磁界検出
器２ａ、２ｂとして誘導コイルを用い、Ｎ：誘導コイル
の巻数 Ｓ：誘導コイルの断面積 ｆ：ケーブル５ａ、５ｂに供給される電流の周波数 μ、：誘導コイルの実効透磁率 μ０　：真空のｉ３磁率 μＳ　＝土中の透磁率 とすると、誘導コイルに生じる各起動力ｅＺａ＋　　ｅ
、。

は ｅｚ、＝Ｎ−３・２πｆ　・１１゜・μ。・ｌ’　ｓ　
　・ＨＸｇＭ　　−−−−（３）ｅ、、＝Ｎ−３２πｆ
・＃。・μ。・ｕ　ｓ　　・Ｈｗｚｂ　　−−−−（４
）第２図（ｂ）はこの関係を示すグラフであり、横軸に
Ｘ軸方向の位置が、又、縦軸に誘導起電力がとっである
。深さｙに比べ、位２Ｘが極めて小さいことを考慮する
と、（３）弐および（４）式は次式で表わすことができ
る。

ｅ２１＃α　（ｘ＋ｒ）　　　　　　　−・−・−・−
−−−−−・−・・・−・・・−・−・・（５）・ｅ　
ｚｂ＝　α（ｘ　−ｒ　）　　　　　−−−−−−−−
−−−−−−−−・・曲（６）上式で、αは感度係数で
あり、この感度係数αは（１１〜（４）式により決定さ
れるので、出力ｅ　ｇａｓ　　ｅ　ｔｂにより水平方向
位ｉ！ｘを求めることができる。

ところで、上記（５１，（６）式から、８２ｍ＋６２ｂ
＝２（Ｘｘ、ｅｇ、−９！、＝２αｒであるから、水平
方向位置Ｘは感度係数αを消去した次式により求めるこ
とができる。

（７）式で、距離ｒは一定であるから、深さやケーブル
電流等で出力が変動しても、正確に位置を検出すること
が可能である。実験によると、深さ２〜５ｍ、位置×・
−±３０ＣＩＩ１以内においては、１ｃ＋ａ以下の検出
精度を得ることができる。

このように５、本実施例では、非磁性体の管体、その外
壁に設けられた磁界検出器および演算部より成る磁界検
出ユニットを掘進機の後部に連結するようにしたので、
掘進機の形状、構造、材質等がどのようなものであって
も、磁界検出器を容易に設置することができる。

なお、上記実施例の説明では、管休め材料として非磁性
材料を例示して説明したが、鉄のような磁性材料であっ
ても肉厚を薄くすれば使用することができる。又、管体
の形状として掘進機とほぼ同じ径の断面円形状のものを
例示して説明したが、管体の形状、大きさは任意に選定
することができる。さらに、演算部は必ずしも管体内に
収容する必要はなく、管体以外の適宜な場所に設置する
ことができる。さらに又、上記実施例の説明では、管体
両側に設けた一対の磁界検出器を使用する例について説
明したが、磁界検出器を複数対掘進方向に配列して位置
検出を実施することができ、その場合には、管体に磁界
検出器を設けたものを磁界検出ユニットとし、これを所
要数連結すればよい、又、位置検出手段として水平方向
の磁界を検ることもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、管体の外壁に磁界検出
装置を取付け、この管体を掘進機の後部に連結するよう
にしたので、掘進機の形状、構造。

材質等とは無関係に磁界検出装置を設置することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ、　（ｂ）は本発明の実施例に係る掘進機
の位置検出装置の横断面図および縦断面図、第２図（ａ
）、　（ｂｌは第１図に示す位置検出装置の検出原理を
説明する説明図、第３図（ａｌ、　（ｂ）は提案されて
いる掘進機の位置検出装置の横断面図および縦断面図で
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、地中を掘進する掘進機と、この掘進機の掘削目標線
   に沿って地上に配置されたケーブルと、このケーブルに
   交流電流を供給する電源と、前記掘進機の後部に連結さ
   れた管体と、この管体の外壁面の所定個所に取付けられ
   前記ケーブルに流れる電流により発生する磁界を検出す
   る磁界検出装置と、この磁界検出装置の出力信号に基づ
   いて所定の演算を行う演算部とで構成されていることを
   特徴とする掘進機の位置検出装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記管体は、非磁
   性材料で構成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、前記管体は、肉厚
   の薄い磁性材料で構成されていることを特徴とする掘進
   機の位置検出装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記演算部は、前
   記管体内に収納されていることを特徴とする掘進機の位
   置検出装置。