JPH0525048B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 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つ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。

〔従来の技術〕

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つて地中を掘削
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１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を通つて掘進機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内に配置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
てある。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の真上点
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、その他
点が磁界発生器７の真上点となる。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機１
の位置を検出することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、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つた。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100mを掘削するのに50cm毎に計測を
行なうとして200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
う欠点もあつた。

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、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てきる
掘進機の位置検出装置を提供するにある。

〔課題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、地中を
掘削する掘進機において、この掘進機の掘削目標
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誘導線と、この誘導線に電
流を供給しこれにより磁界を発生させる電源と、
前記掘進機に当該掘進機の垂直面に対して対象位
置に配置された磁界検出装置とを備え、前記誘導
線間の距離を、この誘導線の設置面と前記磁界検
出装置との間の垂直方向の距離にほぼ一致するよ
うに選定したことを特徴とする。

〔作用〕

掘削目標線に沿つてその両側に等間隔に誘導線
が配置され、この誘導線に電流が供給されると、
誘導線から磁界が発生する。この磁界は２つの磁
界検出装置により検出され、この検出値に基づい
て掘進機の位置ずれが演算される。この場合、誘
導線間の間隔を、当該誘導線が設置されている面
と磁界検出装置との間の垂直距離とほぼ一致する
ように選定することにより、磁界検出装置の出力
を大きくすることができる。

〔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てある。１１ａ，１１ｂは掘
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。１２は地
表上において掘削目標線Ｔの両側に沿つて距離Ｗ
の間隔をもつ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１２は一本の導線で構成され
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。１
４は磁界検出器１１ａ，１１ｂ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１２
のまわりには磁界が形成され、この磁界は磁界検
出器１１ａ，１１ｂにより検出される。ここで、 Ｉ：電源１３から誘導線１２に供給される電流 I₀：電流Ｉの最大振幅 ω：電流Ｉの角周波数 H_x：Ｘ軸上（後述）に発生するｘ方向成分の
磁界強度 ｙ：誘導線１２との設置面と磁界検出器１１
ａ，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Ｉおよび磁界強度H_xは次式によ
り表わされる。

Ｉ＝I_0sio〓_tH_x＝Iy／2π｛１／（ｘ＋Ｗ／２）
＋y²−１／（ｘ−Ｗ／２）＋y²｝ 第２図ａは掘進機１が掘削目標線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軸にとつ
てある。なお、掘進機１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_x
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_xがとつてある。図から明
らかなように、磁界強度H_x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つて
ほぼその距離に比例して増大する。なお、このう
な特性は実験により確かめることができた。ここ
で、 k₁：比例定数 ｘ：掘削目標線Ｔから磁界検出器１１ａ，１１
ｂまでの距離 H_xa：磁界検出器１１ａで検出される磁界強度 H_xb：磁界検出器１１ｂで検出される磁界強度 δ：掘進機１の掘削目標線Ｔからのずれ（位置
偏差） とすると、近似的に次式が成り立つ。

H_x＝k₁・ｘ ここで、上式中の比例定数k₁について、第３図
を参照しながら考察する。

第３図は比例定数k₁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k₁がとつてある。図は、距離ｙ（深さ）
が2m，3m，5mの場合における線間距離Ｗと比
例定数k₁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k₁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、距離ｙ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、k₁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。したがつて、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H_xa，H_xbについてみると、磁
界検出器１１ａでは、ｘ＝ｒ＋δ、磁界検出器１
１ｂでは、ｘ＝ｒ−δであるから、各磁界強度
H_xa，H_xbは、 H_xa＝k₁（ｒ＋δ） H_xb＝k₁（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_xaおよび磁界検出器１１ｂから出
力される電気的信号E_xb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。

E_xa＝k₁・k₂（ｒ＋δ） E_xb＝−k₁・k₂（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k₂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、k₂∞Ｎ・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、 E_xa＋E_xb／E_xa−E_xb＝δ／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_xa、磁界検出器１１ｂ
の出力信号E_xb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、掘削目標線に沿つ
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を掘進機に備
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、掘進機の位置を迅速、容易
に、かつ、自動的に高感度をもつて検出すること
ができ、又、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
曲線であつても、それぞれが直線の場合と何等変
わ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、掘削目標線に沿つてその
両側に当該掘削目標線から等距離に誘導線を敷設
し、この誘導線間の距離を、当該誘導線の設置面
と磁界検出装置との間の垂直距離にほぼ一致する
ように選定し、当該誘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
必要はなく、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
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……掘進機、１１ａ，１１ｂ……磁界検出
器、１２……誘導線、１３……電源、１４……制
御器、Ｔ……掘削目標線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 地中を掘削する掘進機において、この掘進機
   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誘導線と、この
   誘導線に電流を供給しこれにより磁界を発生させ
   る電源と、前記掘進機に当該掘進機の垂直面に対
   して対象位置に配置された磁界検出装置とを備
   え、前記誘導線間の距離を、この誘導線の設置面
   と前記磁界検出装置との間の垂直方向の距離にほ
   ぼ一致するように選定したことを特徴とする掘進
   機の位置検出装置。