JP2504887B2 - 管路測量方法 - Google Patents
管路測量方法Info
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- JP2504887B2 JP2504887B2 JP3323600A JP32360091A JP2504887B2 JP 2504887 B2 JP2504887 B2 JP 2504887B2 JP 3323600 A JP3323600 A JP 3323600A JP 32360091 A JP32360091 A JP 32360091A JP 2504887 B2 JP2504887 B2 JP 2504887B2
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- JP
- Japan
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- coil
- magnetic field
- excavator
- point
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、推進工事又はシール
ド工事を施工する場合の掘進機の立体的位置及び管路全
体の空間的位置を、電磁誘導現象を利用して、地上から
の計測によって測量する方法に関する。
ド工事を施工する場合の掘進機の立体的位置及び管路全
体の空間的位置を、電磁誘導現象を利用して、地上から
の計測によって測量する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、推進工事又はシールド工事におい
て、管路全体の測量及び先頭の掘進機の立体的位置に関
する測量は、発進立坑内からトランシットやレベルを用
いた光学測量によって測量するのが一般的方法であっ
た。しかしながら光学測量ではその測量機器の性能にも
よるが、１００メートル以上の測量になると水蒸気、霧
等の影響で測量が困難となる場合が多い。そこで、発進
立坑内から一定方向にレーザービームを照射し、先頭位
置のターゲットにあて、そのレーザースポットの照射さ
れたターゲット位置から先頭位置を知る方法が採られて
いる。しかしながらこの方法によっても距離的な限界が
あり、特に曲線路で見通しのきかない場合は一回の測量
では先頭の空間位置は決定できないという欠点がある。
又、掘進作業空間の中を測量していくので、測量中は掘
進作業を一時的に中断するのが一般的である。
て、管路全体の測量及び先頭の掘進機の立体的位置に関
する測量は、発進立坑内からトランシットやレベルを用
いた光学測量によって測量するのが一般的方法であっ
た。しかしながら光学測量ではその測量機器の性能にも
よるが、１００メートル以上の測量になると水蒸気、霧
等の影響で測量が困難となる場合が多い。そこで、発進
立坑内から一定方向にレーザービームを照射し、先頭位
置のターゲットにあて、そのレーザースポットの照射さ
れたターゲット位置から先頭位置を知る方法が採られて
いる。しかしながらこの方法によっても距離的な限界が
あり、特に曲線路で見通しのきかない場合は一回の測量
では先頭の空間位置は決定できないという欠点がある。
又、掘進作業空間の中を測量していくので、測量中は掘
進作業を一時的に中断するのが一般的である。
【０００３】そこで最近では先頭の掘進機に低周波交流
発振器を取りつけて微小コイルに交番電流を流し、その
コイルから発生する電磁界を地表面で観測測定して先頭
の位置を知る方法等、電磁界を利用する方法が一部で採
用されるようになってきた。しかしながら、今までの電
磁界を利用する方法は、地表面からみた場合、双極子と
みなされる微小コイルから発生する電磁界を測定するの
で観測する電磁界の強さはあまり大きくなく、それを観
測測定するには高感度の計測器を必要とし、かつ常に先
頭の掘進機の位置を知るだけで、管路全体の測量は必要
に応じて別の方法で実施しなければならない状態であ
る。
発振器を取りつけて微小コイルに交番電流を流し、その
コイルから発生する電磁界を地表面で観測測定して先頭
の位置を知る方法等、電磁界を利用する方法が一部で採
用されるようになってきた。しかしながら、今までの電
磁界を利用する方法は、地表面からみた場合、双極子と
みなされる微小コイルから発生する電磁界を測定するの
で観測する電磁界の強さはあまり大きくなく、それを観
測測定するには高感度の計測器を必要とし、かつ常に先
頭の掘進機の位置を知るだけで、管路全体の測量は必要
に応じて別の方法で実施しなければならない状態であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする点】従来のように微小コイル
を利用した磁界発生方法では地表面で強力な磁界を得る
ことは面倒且つ困難であり、また先頭位置の間欠的測量
しかできなかった。これらの問題を鑑み、管路又はセグ
メントトンネルの先頭部掘進機の位置測量及び管路、ト
ンネルの全体の位置を必要に応じて随時地表面から観測
測定できる測量方法を提供するものである。
を利用した磁界発生方法では地表面で強力な磁界を得る
ことは面倒且つ困難であり、また先頭位置の間欠的測量
しかできなかった。これらの問題を鑑み、管路又はセグ
メントトンネルの先頭部掘進機の位置測量及び管路、ト
ンネルの全体の位置を必要に応じて随時地表面から観測
測定できる測量方法を提供するものである。
【０００５】
【問題解決の手段】かかる問題を解決するため、推進管
内若しくはセグメント管内に架線した絶縁被覆電線路に
通電したときに発生する電磁界を観測することによりま
ず管路全体の位置状況を電線路に置き換えて知り、次に
電線路の先端を掘進機外筒に接続して、外筒から大地に
アースすることにより外筒の位置で急激に磁界が変化す
ることを利用して、これを観測することにより掘進機の
空間的位置を知る方法を採用した。
内若しくはセグメント管内に架線した絶縁被覆電線路に
通電したときに発生する電磁界を観測することによりま
ず管路全体の位置状況を電線路に置き換えて知り、次に
電線路の先端を掘進機外筒に接続して、外筒から大地に
アースすることにより外筒の位置で急激に磁界が変化す
ることを利用して、これを観測することにより掘進機の
空間的位置を知る方法を採用した。
【０００６】
【作用】発電機または発振器の出力を大きくするだけ
で、充分な観測測定用電磁界を容易に得ることができ、
又、地表面から観測することにより掘進作業とは無関係
に作業を進めることができる。交番電磁界を発生する電
線路は管路全長にわたっているので、管路全体の測量に
利用することができる。この電線路から発生する交番磁
界は有限電流による電磁界と考えることができ、この場
合の磁界の大きさは第１図に従って次のように示され
る。
で、充分な観測測定用電磁界を容易に得ることができ、
又、地表面から観測することにより掘進作業とは無関係
に作業を進めることができる。交番電磁界を発生する電
線路は管路全長にわたっているので、管路全体の測量に
利用することができる。この電線路から発生する交番磁
界は有限電流による電磁界と考えることができ、この場
合の磁界の大きさは第１図に従って次のように示され
る。
【数１】
【０００７】そして、この電線路ＡＢに流れる電流（交
流）Ｉによって発生する交番磁界Ｈは、電線路の断面中
心を中心とする同心円周に向かう磁界であり、（１）式
からその強さは、電線路からの距離に反比例して減少す
る。又この磁界は電流の流れる電線路方向の成分を持た
ない。この事から、電線路が水平の直線で、この電線路
に平行な地表面においては、この交番磁界は次のような
定性的な性質を持つ。 電線路の鉛直真上では、鉛直成分を持たない。 あらゆる場所で、電線路の方向の成分を持たない。 実際には、電線路は必ずしも完全な直線ではなく、又地
表面も完全に電線路と平行ではないが、一般にその誤差
は無視できる程度であるので、電線路の位置の測量は、
水平位置については前記の定性的性質を利用して決定す
ることができる。又、各点での深さは、電線路直上を外
れた二地点の交番磁界の鉛直成分と水平成分との比から
知ることができる。
流）Ｉによって発生する交番磁界Ｈは、電線路の断面中
心を中心とする同心円周に向かう磁界であり、（１）式
からその強さは、電線路からの距離に反比例して減少す
る。又この磁界は電流の流れる電線路方向の成分を持た
ない。この事から、電線路が水平の直線で、この電線路
に平行な地表面においては、この交番磁界は次のような
定性的な性質を持つ。 電線路の鉛直真上では、鉛直成分を持たない。 あらゆる場所で、電線路の方向の成分を持たない。 実際には、電線路は必ずしも完全な直線ではなく、又地
表面も完全に電線路と平行ではないが、一般にその誤差
は無視できる程度であるので、電線路の位置の測量は、
水平位置については前記の定性的性質を利用して決定す
ることができる。又、各点での深さは、電線路直上を外
れた二地点の交番磁界の鉛直成分と水平成分との比から
知ることができる。
【０００８】すなわち、第３図から とすれば、深さＤは
【数２】 Ｄ×α＝ｌ１・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
【数３】 Ｄ×β＝−ｌ２・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３） となるので、（２）式と（３）式を加えると ｌ１＋ｌ２＝Ｄ（α−β）＝ｌ
【数４】 ここで、α，βは各々その点の磁界の垂直成分と水平成
分の比として得られ、ｌは二地点間の実測で得られるか
ら、深さＤが決まる。ただし、これらはすべて電線路に
垂直な平面で取り扱われなければならない。
分の比として得られ、ｌは二地点間の実測で得られるか
ら、深さＤが決まる。ただし、これらはすべて電線路に
垂直な平面で取り扱われなければならない。
【０００９】次に、一般的な管路断面図を第４図に示
す。第４式で有限電線路ＡＢのＢ点が掘進機外筒の接地
点と考えられるとこの時のβ１は０となり、第４式は
す。第４式で有限電線路ＡＢのＢ点が掘進機外筒の接地
点と考えられるとこの時のβ１は０となり、第４式は
【数５】 と書かれるから
【数６】 となる。
【００１０】ここで掘進機の深さＤと電線路の距離ｌと
の比を
の比を
【数７】 は、０と１の間にあるが、これをＸとおくと ｘ＝５・・・・Ｘ＝０．９８６ ｘ＝６・・・・Ｘ＝０．９８６３ ｘ＝８・・・・Ｘ＝０．９９２３ であり、ｘ＝５、すなわち深さの５倍離れた所では９８
％の相似性、ｘ＝８、すなわち深さの５倍離れた所では
９９％の相似性をもってＸ＝１とみなすことができる。
その時、
％の相似性、ｘ＝８、すなわち深さの５倍離れた所では
９９％の相似性をもってＸ＝１とみなすことができる。
その時、
【数８】 となる。一方管路延長のおよそ１／２の点ＰＭでＡ点及
びＢ点までの距離をそれぞれｌ３、ｌ４とすると、これ
らが共に深さの５倍以上であれば（８）式は、
びＢ点までの距離をそれぞれｌ３、ｌ４とすると、これ
らが共に深さの５倍以上であれば（８）式は、
【数９】 となる。つまり延長が深さの１０倍以上進めばその中点
の磁界の強さは先端掘進機の位置の磁界の２倍となる。
従って、このような条件下でＰＭ点を選び、先頭方向へ
進んで磁界の強さがＰＭ点の半分になる点を探せばその
位置が掘進機の位置になる。
の磁界の強さは先端掘進機の位置の磁界の２倍となる。
従って、このような条件下でＰＭ点を選び、先頭方向へ
進んで磁界の強さがＰＭ点の半分になる点を探せばその
位置が掘進機の位置になる。
【００１１】
【実施例】推進工事又はシールド工事に用いる、管路の
先頭の掘進機の金属性外筒に、絶縁被覆電線の通電部の
一端を電気的に接続する。管路の発進立坑付近に低周波
の可聴周波数又はそれを上回る周波数の正弦波交番電流
又は高次高聴波を含む交番電流発電機又は発振器を置
き、その出力の一端を先の絶縁被覆電線の通電部に接続
し、他端は管路及び掘進機付近の磁界に影響を及ぼさな
いように発進立坑から充分離れた所に接地板又は接地棒
を介して接地する。しかる後に発電機又は発振器の出力
側の一端から、絶縁被覆電線、掘進機外筒、大地、接地
板又は接地棒、電線を経て発電機又は発振器の出力側の
他端に至る回路に通電し、管内の絶縁被覆電線に交番電
流を流す。このようにして設置された絶縁被覆電線から
発生する交番磁界を探査装置により地上から観察測定す
ることによりまず絶縁被覆電線の位置と掘進機の空間的
位置を決定する。次に絶縁被覆電線と管路又はセグメン
トとの相対的位置を測定し絶縁被覆電線を基準に管路又
はセグメントの絶対位置を決定する。
先頭の掘進機の金属性外筒に、絶縁被覆電線の通電部の
一端を電気的に接続する。管路の発進立坑付近に低周波
の可聴周波数又はそれを上回る周波数の正弦波交番電流
又は高次高聴波を含む交番電流発電機又は発振器を置
き、その出力の一端を先の絶縁被覆電線の通電部に接続
し、他端は管路及び掘進機付近の磁界に影響を及ぼさな
いように発進立坑から充分離れた所に接地板又は接地棒
を介して接地する。しかる後に発電機又は発振器の出力
側の一端から、絶縁被覆電線、掘進機外筒、大地、接地
板又は接地棒、電線を経て発電機又は発振器の出力側の
他端に至る回路に通電し、管内の絶縁被覆電線に交番電
流を流す。このようにして設置された絶縁被覆電線から
発生する交番磁界を探査装置により地上から観察測定す
ることによりまず絶縁被覆電線の位置と掘進機の空間的
位置を決定する。次に絶縁被覆電線と管路又はセグメン
トとの相対的位置を測定し絶縁被覆電線を基準に管路又
はセグメントの絶対位置を決定する。
【００１２】次に磁界の測定方法について説明する。管
路から発生する磁界の性質については先に詳細に述べた
ところであるが、実際にはこの性質を勘案していろいろ
な実施方法が可能である。そこで、最も理解し易い測量
方法の一実施例について説明する。まず第５図に示すよ
うに互いに直角に組み合わされた探査コイルを用いた方
法を示す。３つのコイルは互いにそのコイル面が直角に
なるように組み合わされている。そして、その各々をｘ
コイル、ｙコイル、ｚコイルとする。このコイルは円形
でも矩形でも自由であるが、その面積とコイルの巻き数
は同じであることが望ましい。すなわち、もしも面積や
コイルの巻き数に差がある場合には、同じ強さの磁界に
おいて同じ大きさの起電力を発生するような補正が必要
である。
路から発生する磁界の性質については先に詳細に述べた
ところであるが、実際にはこの性質を勘案していろいろ
な実施方法が可能である。そこで、最も理解し易い測量
方法の一実施例について説明する。まず第５図に示すよ
うに互いに直角に組み合わされた探査コイルを用いた方
法を示す。３つのコイルは互いにそのコイル面が直角に
なるように組み合わされている。そして、その各々をｘ
コイル、ｙコイル、ｚコイルとする。このコイルは円形
でも矩形でも自由であるが、その面積とコイルの巻き数
は同じであることが望ましい。すなわち、もしも面積や
コイルの巻き数に差がある場合には、同じ強さの磁界に
おいて同じ大きさの起電力を発生するような補正が必要
である。
【００１３】さて、絶縁被覆電線路に交番電流を通電し
て、地表面でこの３要素コイルは常にＺコイルを水平に
して使用する。 電線路の水平位置の測定 この３要素コイルを略管路線上に置き、管路方向に略直
角に左右移動を行い、Ｚコイルの起電力が零の点を求め
れば、その点の鉛直下に電線路がある。この起電力の零
点を求めるには、Ｚコイルにレシーバーを繋ぎ、直接交
流音を聞きながら無音点を求めてもよいし、起電力をメ
ーターで測定して零点表示で求めてもよく、いろいろな
方法が考えられる。このような方法で管路上と思われる
地点で零点を次々と求めていき、これらの零点を結べば
それが電線路の水平位置となる。この測定状況を分りや
すく説明したのが第７図の機器構成概念図である。先頭
の掘進機５に接続（アース）する絶縁被覆電線２が管路
内に一本敷設されているだけであり、数アンペアの大電
流を容易に流すことができ、管路の先端から後端に至る
路線全体にわたって強力な交番磁界１を発生させること
ができる。
て、地表面でこの３要素コイルは常にＺコイルを水平に
して使用する。 電線路の水平位置の測定 この３要素コイルを略管路線上に置き、管路方向に略直
角に左右移動を行い、Ｚコイルの起電力が零の点を求め
れば、その点の鉛直下に電線路がある。この起電力の零
点を求めるには、Ｚコイルにレシーバーを繋ぎ、直接交
流音を聞きながら無音点を求めてもよいし、起電力をメ
ーターで測定して零点表示で求めてもよく、いろいろな
方法が考えられる。このような方法で管路上と思われる
地点で零点を次々と求めていき、これらの零点を結べば
それが電線路の水平位置となる。この測定状況を分りや
すく説明したのが第７図の機器構成概念図である。先頭
の掘進機５に接続（アース）する絶縁被覆電線２が管路
内に一本敷設されているだけであり、数アンペアの大電
流を容易に流すことができ、管路の先端から後端に至る
路線全体にわたって強力な交番磁界１を発生させること
ができる。
【００１４】次に、Ｚコイル零点位置で、Ｚコイルを水
平にしたままＺコイルの中心鉛直線の周囲にＸコイルと
Ｙコイルを回転させる。そして、Ｙコイルの零点を求め
るとそのときのＹコイルの枠の方向は、その点における
電線路の方向を示している。そこで、左右何れの位置に
Ｘコイルがあってもよいのだが、Ｘコイルの枠の方向
（つまり管路と直角方向）に移動した任意の点でＸコイ
ルとＺコイルとの起電力の比を求め、次に反対側の任意
の点でＸコイルとＺコイルとの起電力の比を求める。そ
の方法は、第６図のようなブリッジ回路の平衡で求める
のが最も簡便で、このときの平衡零点検出は、レシーバ
ー音でもメーターによる方法でもよい。次に、できれば
反対方向に移動して同じ操作を行い、先に説明したαと
βをもとめれば、実測値ｌ（２点間距離）と第４式から
深さＤを求めることができる。
平にしたままＺコイルの中心鉛直線の周囲にＸコイルと
Ｙコイルを回転させる。そして、Ｙコイルの零点を求め
るとそのときのＹコイルの枠の方向は、その点における
電線路の方向を示している。そこで、左右何れの位置に
Ｘコイルがあってもよいのだが、Ｘコイルの枠の方向
（つまり管路と直角方向）に移動した任意の点でＸコイ
ルとＺコイルとの起電力の比を求め、次に反対側の任意
の点でＸコイルとＺコイルとの起電力の比を求める。そ
の方法は、第６図のようなブリッジ回路の平衡で求める
のが最も簡便で、このときの平衡零点検出は、レシーバ
ー音でもメーターによる方法でもよい。次に、できれば
反対方向に移動して同じ操作を行い、先に説明したαと
βをもとめれば、実測値ｌ（２点間距離）と第４式から
深さＤを求めることができる。
【００１５】次に、すでに埋設された管路延長の略中央
に３要素コイルを置き、ＹコイルとＺコイルとの起電力
が零になるように設置する。もう一つの３要素コイル
を、ＹコイルとＺコイルとの起電力が零になるように保
ちながらＸコイルの枠の方向に移動させ、Ｘコイルの起
電力が先に設置した３要素コイルのＸコイルの起電力の
５０％になる磁界の位置を求めると、その位置が掘進機
の水平位置となる。この５０％の位置を求めるには、第
６図ブリッジを利用してＬ２を設置したＸコイルとし、
計算上Ｌ１がＬ２の５０％になるようにｒ２を調節して
おいて、Ｌ１のコイルを移動して平衡点を求めればよ
い。
に３要素コイルを置き、ＹコイルとＺコイルとの起電力
が零になるように設置する。もう一つの３要素コイル
を、ＹコイルとＺコイルとの起電力が零になるように保
ちながらＸコイルの枠の方向に移動させ、Ｘコイルの起
電力が先に設置した３要素コイルのＸコイルの起電力の
５０％になる磁界の位置を求めると、その位置が掘進機
の水平位置となる。この５０％の位置を求めるには、第
６図ブリッジを利用してＬ２を設置したＸコイルとし、
計算上Ｌ１がＬ２の５０％になるようにｒ２を調節して
おいて、Ｌ１のコイルを移動して平衡点を求めればよ
い。
【００１６】
【考案の効果】本発明は、シールド工事や推進工事等の
管路位置測量を効率的に且つ正確に測定でき、次のよう
な効果がある。 工事を中断することなく測量できるので工期を短縮で
きる。 直線路・曲線路に無関係に測量できるので、測量時間
を短縮できる。 掘進機の位置と管路の位置を同時に知ることができ
る。 測量機器が安価に作成できる。
管路位置測量を効率的に且つ正確に測定でき、次のよう
な効果がある。 工事を中断することなく測量できるので工期を短縮で
きる。 直線路・曲線路に無関係に測量できるので、測量時間
を短縮できる。 掘進機の位置と管路の位置を同時に知ることができ
る。 測量機器が安価に作成できる。
【００１７】
【第１図】 任意の点での、有限電線路ＡＢから受ける
磁界Ｈを示す説明図
磁界Ｈを示す説明図
【第２図】 交番磁界の広がり方を示す説明図
【第３図】 ２点測定による電線路の深さＤの求め方を
示す説明図
示す説明図
【第４図】 管路敷設工事概要（縦断面図）と測定位置
図
図
【第５図】 ブリッジ回路図
【第６図】 探査器のコイルの組合せ方を示す概念図
【第７図】 機器構成概念図
Ｉ ：交番電流値 ｒ０ ：測点から線分ＡＢに下ろした垂線の長さ β１ ：測点から展Ｂを見込む角度 Ｈ ：測点での磁界 Ｄ ：地表面から電線路までの深さ ｌ ：２測点間距離 ｌ１．ｌ２：電線路直上から測点までの距離 ＨＶ１．ＨＶ２：磁界の垂直成分 Ｈｈ１．Ｈｈ２：磁界の水平成分 ｌ３ ：中間測点から縦坑（発振器出力）までの距離 ｌ４ ：中間測点から掘進機（掘進機接点）までの距離 Ｐ ：掘進機（掘進機接点）直上の点 ＰＭ ：中間測点 Ｌ１ ：中間測点に設置した探査器のＸコイル Ｌ２ ：移動探査器のＸコイル Ｒ１ ：抵抗 Ｒ２ ：可変抵抗、Ｒ１の１／２にとる １ ：交番磁界 ２ ：絶縁被覆電線 ３ ：発電機又は発振器 ４ ：縦坑 ５ ：掘進機 ６ ：探査装置 ７ ：電線
Claims (1)
- 【請求項１】推進工事又はシールド工事に用いる管路の
先頭の掘進機の金属性の外筒と交番電流発振器又は発電
機の出力の一端を絶縁被覆電線にて電気的に接続し、そ
の出力の他端を掘進機付近の磁界に影響を及ぼさないよ
うに十分に離れた所に接地し、掘進機外筒を経て電流を
流すことにより絶縁被覆電線から発生する交番磁界を地
表面で観測測定し、管路又はシールドセグメントの平面
的立体的位置と先頭掘進機の空間的位置を決定すること
を特徴とした管路測量方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3323600A JP2504887B2 (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 管路測量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3323600A JP2504887B2 (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 管路測量方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH074179A JPH074179A (ja) | 1995-01-10 |
| JP2504887B2 true JP2504887B2 (ja) | 1996-06-05 |
Family
ID=18156525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3323600A Expired - Fee Related JP2504887B2 (ja) | 1991-10-03 | 1991-10-03 | 管路測量方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2504887B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5466171A (en) * | 1977-11-05 | 1979-05-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Depth measuring method of buried cables |
| JPS59153112A (ja) * | 1983-02-21 | 1984-09-01 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | トンネル掘進機の水平変位計測方法および装置 |
-
1991
- 1991-10-03 JP JP3323600A patent/JP2504887B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH074179A (ja) | 1995-01-10 |
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