JPH0652176B2

JPH0652176B2 - 管埋設機の掘進状態監視装置

Info

Publication number: JPH0652176B2
Application number: JP24622284A
Authority: JP
Inventors: 博山本; 芳雄橋本; 隆明福元; 修松尾; 浩二郎緒方; 直毅三柳; 正男須田
Original assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Hitachi Construction Machinery Co Ltd; NTT Inc
Priority date: 1984-11-22
Filing date: 1984-11-22
Publication date: 1994-07-06
Anticipated expiration: 2009-07-06
Also published as: JPS61124819A

Description

【発明の詳細な説明】「産業上の利用分野」本発明は、管埋設機の掘進状態監視装置に関するもので
ある。

「従来の技術」現在、小口径管の埋設では、従来の開削工法に代わつて
推進工法が多用されるようになつている。

以下、この推進工法を第11図および第12図を参照して説
明する。

まず、地山１に発進立坑２および到達立坑３を設ける。
その発進立坑２に推進装置４を配置する。この推進装置
４は、発進立坑２内に設置したガイド27と、そのガイド
27内に固定した元押ジヤツキ20と、その元押ジヤツキ20
のピストンロツドの先端に固定し、前記ガイド27に元押
ジヤツキ20の推進方向と同方向にスライド可能にガイド
した元押リング21とからなる。かくしてなる推進装置４
の元押リング21に掘進機５を先頭に埋設管６を配置す
る。この掘進機５を作動させて掘進機５で、例えば周囲
の地山１を圧密しながら、推進装置４を作動させて掘進
機５および埋設管６を地山１中に貫入させる。以下、埋
設管６を次々に継ぎ足して推進させ、最終的に掘進機５
が到達立坑３に到達したところで地山１中に埋設管６が
敷設される。

かかる推進工法においては、埋設精度が重要である。す
なわち、掘進機５および埋設管６の推進は、予め決定さ
れた埋設予定線に沿つて行わなければならない。このた
めに、通常は掘進状態監視装置により、掘進機５の現在
位置を検出し、その掘進機５が埋設予定線からどの程度
ずれているかを検出表示し、そのずれ方向およびずれ量
に応じて掘進機５の方向修正を行い、ずれをなくすよう
にしている。

以下、上述の掘進状態監視装置を第13図および第14図を
参照して説明する。

この掘進状態監視装置は、発進立坑２内に設置したレー
ザビーム発射装置７と、掘進機５内に設置したレーザビ
ーム受光装置８と、表示装置としてのＣＲＴ10とを備え
る。前記レーザビーム受光装置８は、例えばレーザビー
ム11が当たる受光面をｘ−ｙ平面としたとき、レーザビ
ーム11が当たつた点、例えば第14図中のＲ点の座標
（ｘ，ｙ）に応じた電気信号を出力する装置である。前
記CRT10は、地上に設置した掘進機５の操作を行う操作
装置９に一体に設け、前記レーザビーム受光装置８に電
線等18により接続する。このCRT10は、レーザビーム受
光装置８の受光面のｘ−ｙ平面にレーザビーム11が当つ
て得られるＰ点の座標（ｘ，ｙ）の電気信号に基づい
て、そのＰ点をCRT10の表示面のｘ−ｙ平面上に位置ず
れ量として表示する。次に、この掘進状態監視装置の操
作について説明する。まず、レーザビーム発射装置７か
らレーザビーム11をレーザビーム受光装置８に向けて発
射する。すると、レーザビーム11がレーザビーム受光装
置８の受光面のｘ−ｙ平面に当たり、そのレーザビーム
11が当たつたＰ点がCRT10の表示面のｘ−ｙ平面上に位
置ずれ量として表示される。そして、操作者16はこのCR
T10に表示される情報を常時監視することにより、掘進
機５の埋設予定線に対するずれ量を正確に把握すること
ができる。従つて、上述のずれ量に応じて、ずれ量を無
くすように方向修正のための運転動作を適確に行うこと
ができる。

かかる掘進状態監視装置においては、方向修正のための
運転動作がより適確に行われようにするために、上記の
掘進機５の位置検出に加えて掘進機５の姿勢検出が行わ
れている。この掘進状態監視装置は、ジヤイロのような
既存の技術手段からなるピツチングセンサ１４およびヨ
ーイングセンサ15を掘進機５内に設け、一方操作装置９
にピツチング表示装置12およびヨーイング表示装置13を
一体に設け、そのピツチング表示装置12およびヨーイン
グ表示装置13とピツチングセンサ14およびヨーイングセ
ンサ15との間に電線等18を配設する。次に、その操作に
ついて説明する。前記ピツチングセンサ14およびヨーイ
ングセンサ15により、掘進機５の鉛直方向の傾き量（ピ
ツチング量）および水平方向の傾き量（ヨーイング量）
を検出し、そのピツチング量およびヨーイング量をピツ
チング表示装置12およびヨーイング表示装置13にそれぞ
れ表示することにより、掘進機５の位置ずれ量に加えて
掘進機５の姿勢が検出表示され、方向修正のための運転
動作を容易に行うことができる。

例えば、第15図(a)に示すように、掘進機５に作用する
地山１の抵抗の不均一等により、掘進機５が埋設予定線
Ｌに対して、水平方向に角度θx傾いたとする。このま
まの姿勢でさらに推進を続けると、通常は第15図(b)に
示すように、埋設予定線Ｌとのずれ量は次第に大きくな
る。もしも、角度θxの掘進機５の水平方向の傾き量、
すなわちヨーイング量θxが検出されないならば、位置
ずれがかなり大きくなつてから掘進機５の水平方向の傾
きを知ることになり、それに基づいて方向修正の運転動
作を行つても、なかなか精度良く埋設管６を埋設するこ
とができない。それに対して、ヨーイング量θxを知る
ことができれば、以後掘進機５の進む方向を知ることが
できるので、位置ずれが大きくなる前に適確に方向修正
の運転動作を行うことができ、埋設管６の埋設精度が向
上される。このように、掘進機５の位置検出に加えて姿
勢検出を行えば、埋設管６の埋設精度をさらに向上させ
ることができる。

「発明が解決しようとする問題点」しかしながら、上述の従来の掘進状態監視は、掘進機５
内にレーザビーム受光装置８ピツチングセンサ14および
ヨーイングセンサ15を配置する必要があるので、小口径
管、特に直径300mm以下の埋設管６を埋設する管理設機
においては、レーザビーム受光装置８，ビッチングセン
サ14およびヨーイングセンサ15の設置スペースを確保す
るのに問題がある。

本発明は、上述の問題点を解決した管理設機の掘進状態
監視送足を提供せんとするものであう。

［問題点を解決するための手段］特許請求の範囲第１項記載の発明（以下、第１の発明と
称す。）は、掘進線上の掘進機の位置を検出してその位
置検出信号を出力する位置検出部と、掘進機の掘進推進
量を検出してその掘進推進量検出信号を出力する掘進推
進量検出部と、前記位置検出部および掘進推進量検出部
から入力した信号にもとづいて、埋設予定線に対する位
置検出部のずれ量、ならびに、前記位置検出部のずれ量
のデータと埋設予定線に沿って予め設定された距離だけ
発進立坑側に戻った位置での前記位置検出部のずれ量の
データとから、それらのデータの水平方向および鉛直方
向のずれ量の差をそれぞれ出力する演算部と、該演算部
に接続し、前記位置検出部のずれ量、ならびに、前記水
平および鉛直方向のずれ量の差を、設定予定線に対する
掘進線の傾きとして表示する表示部とを備えたことを特
徴とする。

また、特許請求の範囲第２項記載の発明（以下、第２の
発明と称す。）は、掘進機の位置を検出してその位置検
出信号を出力する位置検出部と、掘進機の掘進推進量を
検出してその掘進推進量検出信号を出力する掘進推進量
検出部と、その位置検出部および掘進推進量検出部に接
続し、位置検出部および掘推進量検出部から所定時間毎
に入力した信号に基づいて、埋設予定線に対する掘進機
の現在のずれ量と、所定距離掘進後に想定される掘進機
の予測位置ずれ量とを出力する演算部と、その演算部に
接続し、掘進機の現在の位置ずれ量と予測位置ずれ量と
を表示する表示部とを備えたことを特徴とする。

「作用」第１の発明は、ピツチングセンサおよびヨーイングセン
サなどを用いずに掘進機のピツチング量およびヨーイン
グ量、すなわち掘進機の姿勢を検出し、掘進機の位置ず
れ量に加えて掘進機の姿勢をも表示部に表示することが
できる。

また、第２の発明は、同じくピツチングセンサおよびヨ
ーイングセンサなどを用いずに掘進機のピツチング量お
よびヨーイング量、すなわち掘進機の姿勢を検出し、掘
進機の位置ずれ量に加えて掘進機の姿勢をも表示部に表
示することができると共に、表示部に埋設予定線に対す
る掘進機の現在の位置ずれ量と、予測ずれ量を表示す
る。

「実施例」以下、第１の発明の管埋設機の掘進状態監視装置の実施
例の内の３例を第１図乃至第８図を参照して説明する。
また、第２の発明の管埋設機の掘進状態監視装置の一実
施例を第９図および第10図を参照して説明する。

第１図乃至第６図は第１の本発明の掘進状態監視装置の
第１の実施例を示し、第１図はブロツク図、第２図はレ
ーザビーム発射装置およびレーザビーム受光装置とｘｙ
ｚ座標との関係を示した説明図、第３図は推進装置およ
び掘進推進量検出部を示した一部側面図、第４図は演算
部のメモリの概念図、第５図は演算部の演算方式の説明
図、第６図は掘進機の姿勢の検出方法を示した説明図で
ある。

図中、第11図乃至第12図と同符号は同一のものを示す。

しかして、この実施例における本発明の掘進状態監視装
置において、第２図に示すように、レーザビーム発射装
置７の発射するレーザビーム11をｚ軸とし、そのｚ軸に
対して水平に直交する軸をｘ軸とし、同じくｚ軸に対し
て鉛直に直交する軸をｙ軸とする。そうすると、掘進機
５に固定されたレーザビーム受光装置８の受光面のｘ−
ｙ平面にレーザビーム11が当つて得られるＰ点の座標
（ｘ，ｙ）に相当する信号は、掘進機５の位置ずれ量を
表わすこととなり、CRT10の表示面のｘ−ｙ平面上にＰ
点（ｘ，ｙ）として表示される。

そして、本発明の掘進状態監視装置は、第３図に示すよ
うに、推進装置４に掘進推進量検出部を配置する。すな
わち、推進装置４の固定部のガイド27に回転式のポテン
シヨメータ22を固設し、そのポテンシヨメータ22にワイ
ヤ23の基端を巻装し、そのワイヤ23の先端を推進装置４
のスライド部の元押リング21に固定する。この掘進推進
量検出部は、元押ジヤツキ20が伸びて元押リング21がス
ライドし、ワイヤ23がポテンシヨメータ22から引き出さ
れてそのポテンシヨメータ22が回転する。この結果、元
押ジヤツキ20の伸び、すなわち掘進機５の掘進推進量に
応じた信号が得られ、その信号が出力される。このポテ
ンシヨメータ22から出力は、第２図に示すｘｙｚ座標の
ｚ軸とほぼ一致する。このポテンシヨメータ22および前
記レーザビーム受光装置８から出力される掘進機５の位
置信号ｘ，ｙおよび掘進機５の掘進推進量信号ｚは、時
間の関数であり、ｘ(ｔ)，ｙ(ｔ)，ｚ(ｔ)のようにして
表わされる。

前記レーザビーム受光装置８とポテンシヨメータ22にＡ
Ｄ変換器24を接続する。このＡＤ変換器24は、レーザビ
ーム受光装置８およびポテンシヨメータ22から出力され
た信号ｘ(ｔ),ｙ(ｔ),ｚ(ｔ)を入力し、その信号ｘ
(ｔ),ｙ(ｔ),ｚ(ｔ)をＡＤ変換し、所定時間毎に信号x
n，yn，znとして出力する。

このＡＤは変換器24に演算部25を接続する。この演算部
25は、ＡＤ変換器24から所定時間毎に出力される信号x
n，yn，znを入力してメモリする。この演算部25におい
ては、第４図に示すように、掘進開始（ｔ＝０）と共
に、例えば１秒おきにＡＤ変換器24からの信号ｘ，ｙ，
ｚを入力してメモリする。なお、第４図中、添字ｎはｎ
秒後のデータの意味である。

そして、この演算部25においては、時刻ｎ秒の時に下式
(1)および(2)の演算を行う。なお、この演算は１秒おき
に行われる。

ここで、ｘ(z＝zn-Δz)，ｙ(z＝zn-Δz)の意味は、時刻
ｎにおけるｚの値znから距離Δzだけ遡つた値ｚ(zn−Δ
z)に対応するｘ，ｙの信号を意味しているものとする。
そうすると、(1)式のTxnは、第５図より明らかなよう
に、曲線ｘ(ｚ)のz＝znにおける接線（破線にて表わ
す。）の勾配（＝tanθ）を表わしていることとなる。
このTxnの意味を第６図によりさらに詳しく説明する。
図中、実線の曲線は掘進機５の中心、すなわちこの場合
はレーザビーム受光装置８の中心を辿つてきた軌跡であ
り、前述のx1〜xnに相当する点を連ねた掘進線である。
図の破線は前述したように掘進線の接線であるレーザビ
ーム受光装置８は掘進機５に固定されているので、この
接線は掘進機５の方向に一致している。従つて、上記の
Txnは時刻t＝nにおける掘進機５のx-z平面（水平面）で
の傾き量、すなわちヨーイング量を表わしている。ま
た、同様に(2)式のTynは掘進機５のピツチング量を表わ
す。

かかる演算部25は、時刻ｎ秒の時における掘進機５の位
置Ｐ点（xn，yn）の信号を位置ずれ量として出力すると
共に、同じく時刻ｎ秒の時における掘進機５のヨーイン
グ量Txnおよびピツチング量Tynを出力する。

この演算部25に表示部26を接続する。この表示部26は、
前述の第13図に示すように、操作装置９に設けたCRT10
とピツチング表示装置12とヨーイング表示装置13とから
なる。演算部25から出力された位置ずれ量Ｐ(xn，yn)、
ヨーイング量Txn、ピツチング量Tynを入力してそれぞれ
CRT10、ヨーイング表示装置13、ピツチング表示装置12
に表示する。

この実施例における第１の発明の掘進状態監視装置は、
以上の如き構成よりなるから、掘進機５の位置ずれ量Ｐ
（xn，yn）と共に、掘進機５のヨーイング量Txnおよび
ピツチング量Tynをも表示することができる。従つて、
掘進機５の方向修正のための運転動作を適確にかつ容易
に行うことができる。しかも、ピツチングセンサおよび
ヨーイングセンサを用いずに、位置検出部および演算部
により掘進機５のヨーイング量Txnおよびピツチング量T
ynを表示することができるので、小口径管、特に直径30
0mm以下の埋設管６を埋設する管埋設機においても、ピ
ツチングセンサおよびヨーイングセンサの設置スペース
を確保する必要がない。従つて、ピツチングセンサおよ
びヨーイングセンサの設置スペースの問題が解決され
る。

第７図は第１の発明の掘進状態監視装置の第２の実施例
を示した表示部の正面図である。

この表示部26Ａは、位置ずれ量表示用CRT10と、位置ず
れ量Ｘ，Ｙ，ヨーイング量ＴＸ，ピツチング量ＴＹのデ
ジタル表示部28Ａとからなる。そして、CRT10上にスポ
ツトＰとして現在の位置ずれ量（xn，yn）を表示し、さ
らにその位置ずれ量Ｘ，Ｙおよびヨーイング量ＴＸ，ピ
ツチング量ＴＹをデジタル表示する。このようにするこ
とにより、操作装置９の表示面を小さくすることがで
き、また位置ずれ量，ヨーイング量，ピツチング量の詳
細なデータを把握することができる。

第８図は第１の発明の掘進状態監視装置の第３の実施例
を示した表示部の正面図である。

この表示部26Ｂは、上述の第２の実施例と同様に、CRT1
0と、デジタル表示部28Ｂとからなる。そして、CRT10上
に現在の位置ずれ量(xn，yn)をスポツトＰとして表示す
ると共に、第４図に示すメモリに残つている過去のデー
タ(x1，y1)(x2，y2)…をも表示する。なお、過去のデー
タのスポツトを現在の位置ずれ量（xn，yn）のスポツト
Ｐより小さく表示する。このようにすることにより、操
作者16は過去から現在までの掘進機５の掘進状態を明確
にイメージすることができ、さらに適確に方向修正のた
めの運転動作を行うことができる。

第９図は第２の発明の掘進状態監視装置の一実施例を示
したブロツク図、第10図はその表示部の正面図である。

図中、第１図乃至第８図と同符号は同一のものを示す。

しかして、この実施例における本発明の掘進状態監視装
置は、演算部25において下式(3)，(4)の演算を行う。

xn′＝xn＋lzTx…………………………(3) yn′＝yn＋lzTy…………………………(4) こうして得られたxn′，yn′は、現在の位置ずれ量（x
n，yn）がこのまま推移すれば、lzだけ掘進機５が進ん
だときには（xn′，yn′）のずれ量になるだろうと言う
予測値を表わしている。この予測位置ずれ量Ｐ′点（x
n′，yn′）を現在の位置ずれ量Ｐ点（xn，yn）と共に
出力する。

この実施例の表示部26Ｃは、上述の表示部26Ａ，26Ｂと
同様に、CRT10と、デジタル表示部28Ｃとからなる。そ
して、CRT10上に、現在の位置ずれ量（xn，yn）を黒丸
のスポツトＰとして、また予測位置ずれ量（xn′，y
n′）を白ヌキ丸のスポツトＰ′として表示すると共
に、第４図に示すメモリに残つている過去のデータ(x
1，y1)(x2，y2)…をも表示する。なお、過去のデータの
スポツトを現在の位置ずれ量（xn，yn）のスポツトＰお
よび予測位置ずれ量（xn′，yn′）のスポツトＰ′より
小さく表示する。

この実施例における第２の発明の掘進状態監視装置は、
以上の如き構成よりなるから、第１の発明の掘進状態監
視装置と同様に、ピツチングセンサおよびヨーイングセ
ンサを用いずに掘進機５のヨーイング量Txnおよびピツ
チング量Tynを表示することができ、従つて小口径の管
埋設機においてピツチングセンサおよびヨーイングセン
サの設置スペースの問題を解決することができる。特
に、第２の発明においては、現在の位置ずれ量Ｐ（xn，
yn）と予測ずれ量Ｐ′（xn′，yn′）とを表示するもの
であるから、ピツチング量Tynおよびヨーイング量Txnを
表示しなくとも、掘進機５の掘進状態を容易にかつ適確
に把握することができる。従つて、操作者の負担を軽減
化でき、かつ表示部26Ｃを小型化することができる。

なお、上式(3)，(4)における予測距離lzを可変にしてお
くと、要求される埋設精度に応じて、予測ずれ量を大き
く評価したり小さく評価したりすることができる。更
に、上式(3)と(4)とでlzの値を変えられるようにすれ
ば、水平方向の埋設精度と鉛直方向の埋設精度とを別々
に選択できる。

「発明の効果」以上の実施例からも明らかなように、本発明の管埋設機
の掘進状態監視装置は、ピツチングセンサおよびヨーイ
ングセンサを用いずに、位置検出部および演算部により
掘進機のヨーイング量およびピツチング量を表示するこ
とができるので、小口径管、特に直径300mm以下の埋設
管を埋設する管埋設機においても、ピツチングセンサお
よびヨーイングセンサの設置スペースを確保する必要が
ない。従つて、ピツチングセンサおよびヨーイングセン
サの設置スペースの問題が解決される。また、掘進機お
よび埋設管の小型化を図ることができる。

特に、第２の発明の掘進状態監視装置は、現在の位置ず
れ量に加えて予測位置ずれ量を表示するので、掘進機の
掘進状態を容易にかつ適確に把握することができる。こ
の結果、操作者の負担を軽減することができる。さら
に、表示部を小型化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はブロツク図、第２図はレーザビーム発射装置お
よびレーザビーム受光装置とｘｙｚ座標との関係を示し
た説明図、第３図は推進装置および掘進推進量検出部を
示した一部側面図、第４図は演算部のメモリの概念図、
第５図は演算部の演算方式の説明図、第６図は掘進機の
姿勢の検出方法を示した説明図である。第７図は第１の
発明の掘進状態監視装置の第２の実施例を示した表示部
の正面図である。第８図は第１の発明の掘進状態監視装
置の第３の実施例を示した表示部の正面図である。第９
図は第２の発明の掘進状態監視装置の一実施例を示した
ブロツク図、第10図はその表示部の正面図である。第11
図および第12図は推進工法の説明図、第13図は従来の掘
進状態監視装置を示した概略図、第14図はレーザビーム
受光装置の斜視図である。第15図(a)および(b)は掘進機
の掘進状態を示した説明図である４……推進装置、５……掘進機、７……レーザビーム発
射装置、８……レーザビーム受光装置、10……CRT、20
……元押ジヤツキ、21……元押リング、22……ポテンシ
ヨメータ、23……ワイヤ、25……演算部、26，26Ａ，26
Ｂ，26Ｃ……表示部、Ｐ(xn，yn)……現在位置ずれ量、
Ｐ′（xn′，yn′）……予測位置ずれ量、Txn……ヨー
イング量、Tyn……ピツチング量。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福元隆明東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話公社内 (72)発明者松尾修東京都千代田区内幸町１丁目１番６号日本電信電話公社内 (72)発明者緒方浩二郎茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者三柳直毅茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内 (72)発明者須田正男茨城県土浦市神立町650番地日立建機株式会社土浦工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】掘進線上の掘進機の位置を検出してその位
置検出信号を出力する位置検出部と、掘進機の掘進推進
量を検出してその掘進推進量検出信号を出力する掘進推
進量検出部と、前記位置検出部および掘進推進量検出部
から入力した信号にもとづいて、埋設予定線に対する位
置検出部のずれ量、ならびに、前記位置検出部のずれ量
のデータと埋設予定線に沿って予め設定された距離だけ
発進立坑側に戻った位置での前記位置検出部のずれ量の
データとから、それらのデータの水平方向および鉛直方
向のずれ量の差をそれぞれ出力する演算部と、該演算部
に接続し、前記位置検出部のずれ量、ならびに、前記水
平および鉛直方向のずれ量の差を、埋設予定線に対する
掘進線の傾きとして表示する表示部とを備えたことを特
徴とする、管埋設機の掘進状態監視装置。
【請求項２】掘進機の位置を検出してその位置検出信号
を出力する位置検出部と、掘進機の掘進推進量を検出し
てその掘進推進量検出信号を出力する掘進推進量検出部
と、前記位置検出部および掘進推進量検出部から所定時
間毎に入力した信号に基づいて、埋設予定線に対する掘
進機の現在のずれ量と、所定距離掘進後に想定される掘
進機の予測位置ずれ量とを出力する演算部と、その演算
部に接続し、掘進機の現在の位置ずれ量と予測位置ずれ
量とを表示する表示部とを備えたことを特徴とする管埋
設機の掘進状態監視装置。