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JPH07103775B2 - Horizontal displacement detection device for underground vehicles - Google Patents
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JPH07103775B2 - Horizontal displacement detection device for underground vehicles - Google Patents

Horizontal displacement detection device for underground vehicles

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Publication number
JPH07103775B2
JPH07103775B2 JP2059213A JP5921390A JPH07103775B2 JP H07103775 B2 JPH07103775 B2 JP H07103775B2 JP 2059213 A JP2059213 A JP 2059213A JP 5921390 A JP5921390 A JP 5921390A JP H07103775 B2 JPH07103775 B2 JP H07103775B2
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JP
Japan
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underground
depth
moving body
horizontal displacement
detection
Prior art date
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JP2059213A
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博明 山口
正彦 山本
寛治 柴谷
昇一 坂西
哲也 新保
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、地中移動体の水平変位検出装置に係り、とり
わけ水道管、ガス管等を地中埋設するためにトンネル掘
進を行う地中掘削機を施工計画線通りに推進すべく、地
中掘削機の地中における水平変位を検出する水平変位検
出装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a horizontal displacement detecting device for an underground moving body, and more particularly, to underground tunneling for burying a water pipe, a gas pipe or the like in the ground. The present invention relates to a horizontal displacement detection device for detecting horizontal displacement of an underground excavator in the ground so as to promote the excavator according to a construction plan line.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

本願出願人は、すでに施工計画線に応じて地表面に予め
磁界発生ケーブルを敷設しておくだけで、地中掘削機の
施工計画線からの水平変位態様についての正確なデータ
をリアルタイムで得ることのできる地中掘削機の水平変
位計測装置を特許出願(特願昭61−10700号)してい
る。
The applicant of the present application can obtain accurate data in real time about the horizontal displacement mode from the construction planning line of the underground excavator in real time simply by laying a magnetic field generating cable on the ground surface in advance according to the construction planning line. A patent application has been filed for a horizontal displacement measuring device for an underground excavator (Japanese Patent Application No. 61-10700).

この発明では、地中掘削機が掘進するトンネルの施工計
画線に応じて、施工計画線から等間隔ずつ離間してその
往路線と復路線とが位置するように地表面に磁界発生ケ
ーブルを敷設し、地中掘削機の側に適宜の検出コイルを
配設し、これに上記ケーブルの発生磁界を検出せしめる
ようにしている。
In the present invention, a magnetic field generation cable is laid on the ground surface so that the outward route and the return route are located at equal intervals from the construction planned line according to the construction planned line of the tunnel in which the underground excavator excavates. Then, an appropriate detection coil is provided on the side of the underground excavator so that the magnetic field generated by the cable can be detected.

すなわち、往路線と復路線とが発生した磁界は、施工計
画線(往復路線間の中心線)を通る鉛直面を境として対
称をなす。そこで、磁界の強度を上記の検出コイルの出
力に基づいて判別することにより、地中掘削機が施工計
画線の右方にあるのか左方にあるのか、その水平変位態
様を識別計測するようにしている。
That is, the magnetic fields generated on the outward route and the return route are symmetrical with respect to the vertical plane that passes through the construction planning line (center line between the reciprocating routes). Therefore, by discriminating the strength of the magnetic field based on the output of the above detection coil, whether the underground excavator is on the right side or the left side of the construction plan line, the horizontal displacement mode is identified and measured. ing.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be Solved by the Invention]

上記従来の技術によれば、地中掘削機の施工計画線から
水平方向変位を有効に、しかもリアルタイムで連続的に
計測できるという初期の目的を確かに達成できるもの
の、磁界発生ケーブルが発生した磁界は、水平方向と鉛
直方向(深さ方向)とに変化しているため、水平方向変
位を演算処理によって求める過程において、上記検出コ
イルの出力の他、地中掘削機の地表面に対する鉛直方向
位置、つまり地中掘削機の深度も計測値として別途必要
とする。
According to the above-mentioned conventional technology, although the initial objective of being able to effectively measure the horizontal displacement from the construction line of the underground excavator and continuously measuring it in real time can be certainly achieved, the magnetic field generated by the magnetic field generation cable Changes in the horizontal direction and in the vertical direction (depth direction), the output of the above-mentioned detection coil and the vertical position with respect to the ground surface of the underground excavator are calculated in the process of calculating the horizontal displacement. That is, the depth of the underground excavator is also required as a measurement value.

地中掘削機の深度は、例えば公知の圧力沈下計を用いて
次の如くして行われる。
The depth of the underground excavator is determined as follows using, for example, a well-known pressure settlement gauge.

地中掘削機の出発地点(具体的には発進立坑)における
深度を圧力沈下計によって求め、この求めた深度を予め
データとして演算装置にインプットしておき、この深度
データと上記検出コイルの出力に基づいて上記水平変位
を求め、この水平変位が零になるように、つまり地中掘
削機が施工計画線に沿って進行するように制御し、地中
掘削機を発進立坑から到達立坑まで同一深度のまま進行
させるようにしている。
The depth at the starting point of the underground excavator (specifically, the starting shaft) is obtained by a pressure squat gauge, and the obtained depth is input to the arithmetic unit in advance as data, and this depth data and the output of the detection coil are output. The horizontal displacement is calculated based on this, and the horizontal displacement is controlled so that it becomes zero, that is, the underground excavator is advanced along the construction plan line, and the underground excavator is at the same depth from the starting shaft to the reaching shaft. I am trying to proceed as it is.

ところが、地中掘削機は、ピッチング(前後方向の姿勢
変化)およびローリング(左右方向の姿勢変化)を伴い
つつ地中を移動する。また、実際には、施工計画線に沿
った地表面は平坦でなく、出発地点の地表面と地中掘削
機が現在位置している地表面との間に高低差があること
が多い。
However, the underground excavator moves in the ground with pitching (posture change in posture) and rolling (posture change in left and right). In reality, the ground surface along the construction planning line is not flat, and there is often a difference in height between the ground surface at the starting point and the ground surface where the underground excavator is currently located.

上記の従来の技術は、こうしたピッチング等を伴わない
場合には、正確に水平変位を求めることができるのであ
るが、実際には上記ピッチング等の影響によって深度ず
れ等が生じ、これに起因して水平変位を正確に求めるこ
とができないということが本発明者等によって明らかに
なった。
The above-mentioned conventional technique can accurately determine the horizontal displacement when such pitching is not involved. However, in reality, a depth shift or the like occurs due to the influence of the pitching, etc. The present inventors have revealed that the horizontal displacement cannot be accurately obtained.

そこで、本願出願人は、地中掘削機のピッチング、ロー
リング、施工計画線に沿った出発地点に対する高低差な
どによる影響を補正して、検出コイルの深度をY、一対
の検出コイルの出力電圧(誘導起電力)をV1、V2とした
ときに、検出コイルの施工計画線に対する水平変位x
を、 として求める水平変位計測装置を出願した(特願平1−
65352号)。
Therefore, the applicant of the present application corrects the influences of pitching, rolling of the underground excavator, height difference with respect to the starting point along the construction planning line, and the like, the depth of the detection coil is Y, and the output voltage of the pair of detection coils ( When the induced electromotive force is V 1 and V 2 , the horizontal displacement x of the detection coil with respect to the planned construction line
To Applied for a horizontal displacement measuring device (Japanese Patent Application No. 1-
No. 65352).

しかし、上記式(1)は、磁界発生ケーブルと施工計画
線との距離をlとしたときに、 Y2≫l2 かつ、Y2≫x2 の関係を満たすものとして導いたものである。このた
め、地中掘削機が浅い位置、すなわち磁界発生ケーブル
と検出コイルとの距離が短い場合には、誤差が発生する
という問題がある。
However, the above formula (1), the distance between the construction planning line and a magnetic field generating cable is taken as l, Y 2 »l 2 and are those derived as to satisfy the relationship of Y 2 »x 2. Therefore, there is a problem that an error occurs when the underground excavator is at a shallow position, that is, when the distance between the magnetic field generating cable and the detection coil is short.

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたもので、地中
掘削機等の地中移動体のピッチング等の影響を除去でき
るとともに、地中移動体が地中の浅い位置にあったとし
ても、基準線に対する地中移動体の水平変位を正確に求
めることができる地中移動体の水平変位検出装置を提供
することを目的としている。
The present invention has been made in view of these circumstances, while removing the effect of pitching and the like of the underground moving body such as an underground excavator, even if the underground moving body is in a shallow position in the ground, An object of the present invention is to provide a horizontal displacement detection device for an underground moving body that can accurately determine the horizontal displacement of the underground moving body with respect to a reference line.

〔課題を解決するための手段および作用〕[Means and Actions for Solving the Problems]

上記の目的を達成するために、本発明は、地表の基準線
に沿って地中を移動する地中移動体の前記基準線に対す
る水平変位を検出する地中移動体の水平変位検出装置に
おいて、往路線と復路線とを前記基準線の両側に所定距
離離間して配設した磁界発生ケーブルと、前記地中移動
体の所定位置に設けられ、鉛直軸に対して地中移動体の
進行方向左右両側に所定角度傾斜させられた、前記磁界
発生ケーブルの発生した磁界を検出する第1と第2の検
出コイルと、前記地中移動体の出発地点における深度を
記憶する初期深度記憶手段と、前記基準線の各位置にお
ける前記出発地点に対する高低差を記憶する高低記憶手
段と、前記地中移動体の移動距離を検出する移動距離検
出手段と、前記地中移動体のピッチング角を検出するピ
ッチング角検出手段と、前記地中移動体のローリング角
を検出するローリング角検出手段と、前記移動距離検出
手段の出力と前記ピッチング角検出手段の出力とに基づ
いて、前記地中移動体のピッチングに伴う前記出発地点
に対する深度ずれを演算する深度ずれ演算手段と、前記
第1、第2の検出コイルの配置位置と前記ローリング角
検出手段の出力とに基づいて、前記地中移動体のローリ
ングに伴う前記第1、第2の検出コイルの前記地中移動
体に対する鉛直方向の位置ずれを演算する鉛直位置ずれ
演算手段と、前記移動距離検出手段が検出した移動距離
に対応する前記高低差記憶手段が記憶している前記高低
差と、前記初期深度記憶手段が記憶している前記出発地
点における深度と、前記深度ずれ演算手段および前記鉛
直位置ずれ演算手段が求めた演算値と、前記ローリング
角検出手段の出力とに基づいて、前記地中移動体のロー
リングに伴う前記第1、第2の検出コイルの前記地中移
動体に対する水平方向の位置ずれを演算する水平位置ず
れ演算手段と、前記移動距離検出手段が検出した移動距
離に対応した前記高低差記憶手段が記憶している前記高
低差と、前記初期深度記憶手段が記憶している前記出発
地点における深度と、前記第1、第2の検出コイルの検
出値と、前記深度ずれ演算手段、前記鉛直位置ずれ演算
手段および前記水平位置ずれ演算手段の演算値とに基づ
いて、前記地中移動体の前記基準線に対する水平変位を
演算する水平変位演算手段と、を備えるとともに、前記
水平変位演算手段は、前記検出コイルの前記基準線に対
する水平変位をx、検出コイルの深度をY、前記磁界発
生ケーブルの往路線と復路線との前記基準線からの距離
をlとしたときに、 を演算することを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention, in the horizontal displacement detection device of the underground moving body for detecting the horizontal displacement with respect to the reference line of the underground moving body moving in the ground along the reference line of the ground surface, A magnetic field generating cable in which a forward route and a return route are arranged on both sides of the reference line with a predetermined distance therebetween, and a traveling direction of the underground moving body provided at a predetermined position of the underground moving body with respect to a vertical axis. First and second detection coils for detecting the magnetic field generated by the magnetic field generation cable, which are inclined to the left and right sides by a predetermined angle, and initial depth storage means for storing the depth at the starting point of the underground vehicle. Height storage means for storing a height difference with respect to the starting point at each position of the reference line, movement distance detection means for detecting a movement distance of the underground moving body, and pitching for detecting a pitching angle of the underground moving body. Corner detector And, based on the output of the moving distance detection means and the output of the pitching angle detection means, the starting angle associated with the pitching of the underground moving body, based on the output of the moving distance detecting means and the output of the pitching angle detecting means. Based on the depth deviation calculation means for calculating the depth deviation with respect to the point, the arrangement positions of the first and second detection coils, and the output of the rolling angle detection means, the first movement associated with the rolling of the underground moving body. A vertical position shift calculating means for calculating a position shift of the second detection coil in the vertical direction with respect to the underground moving body, and the height difference storing means corresponding to the moving distance detected by the moving distance detecting means. The height difference, the depth at the starting point stored in the initial depth storage means, and the calculated value obtained by the depth deviation calculation means and the vertical position deviation calculation means , A horizontal position shift calculation for calculating a horizontal position shift of the first and second detection coils with respect to the underground moving body due to the rolling of the underground moving body based on the output of the rolling angle detecting means. Means, the height difference stored in the height difference storage means corresponding to the movement distance detected by the movement distance detection means, the depth at the starting point stored in the initial depth storage means, and Based on the detection values of the first and second detection coils and the calculation values of the depth deviation calculation means, the vertical position deviation calculation means, and the horizontal position deviation calculation means, the horizontal movement of the underground moving body with respect to the reference line is performed. Horizontal displacement calculating means for calculating a displacement, wherein the horizontal displacement calculating means has a horizontal displacement x of the detection coil with respect to the reference line, a depth of the detection coil Y, and a magnetic field generation value. When the distance from the reference line between the outgoing route and the return route of the raw cable is l, It is characterized by calculating.

ただし、k=(V2−V1)/(V1+V2) であって、V1は前記第1の検出コイルのに生ずる誘導起
電力、V2は前記第2の検出コイルに生ずる誘導起電力で
ある。
However, k = (V 2 −V 1 ) / (V 1 + V 2 ), V 1 is an induced electromotive force generated in the first detection coil, and V 2 is an induced electromotive force generated in the second detection coil. Electromotive force.

このように構成した本発明においては、地中移動体にピ
ッチングが発生しても、ピッチング角検出手段によって
ピッチングに伴う地中移動体の出発地点に対する深度ず
れを求めることができる。また、地中移動体にローリン
グが発生したとしても、検出コイルの地中移動体に対す
る鉛直位置ずれと水平位置ずれとを鉛直位置ずれ演算手
段、水平位置ずれ演算手段によって求めることができ
る。
In the present invention configured as described above, even if pitching occurs in the underground moving body, the pitch deviation can be obtained by the pitching angle detection means with respect to the starting point of the underground moving body. Further, even if rolling occurs in the underground moving body, the vertical position shift and the horizontal position shift of the detection coil with respect to the underground moving body can be obtained by the vertical position shift calculating means and the horizontal position shift calculating means.

また、水平変位演算手段が上記の各演算器の演算結果
と、地中移動体の出発地点における深度(初期深度)お
よび基準線に沿った出発地点に対する高低差とに基づい
て、地中移動体のピッチング、ローリング等による影響
を補正した基準線に対する水平変位を算出する。そし
て、水平位置ずれ演算手段の演算は、基準線と磁界発生
ケーブルとの距離や、深度と水平変位との関係を考慮し
ているため、地中移動体が地中の浅い位置にあったとし
ても、水平変位を精度よく求めることができる。
Further, the horizontal displacement calculating means is based on the calculation result of each of the above-mentioned arithmetic units, the depth at the starting point of the underground moving body (initial depth), and the height difference with respect to the starting point along the reference line. The horizontal displacement with respect to the reference line is calculated by correcting the effects of pitching, rolling, and so on. Since the calculation of the horizontal position deviation calculating means considers the distance between the reference line and the magnetic field generating cable and the relationship between the depth and the horizontal displacement, it is assumed that the underground moving body is located at a shallow position in the ground. Also, the horizontal displacement can be accurately obtained.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の地中移動体の水平変位検出装置の好ましい実施
例を、添付図面に従って詳説する。なお、この実施例に
おいては、地中移動体として地中掘削機を想定している
が、地中移動体は地中掘削機に限定されず、地中を移動
し得る有体物であれば任意に適用可能である。
A preferred embodiment of a horizontal displacement detecting device for an underground vehicle according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this embodiment, an underground excavator is assumed as the underground moving body, but the underground moving body is not limited to the underground excavating machine, and any tangible object that can move in the ground is arbitrarily used. Applicable.

第1図は、本発明に係る地中掘削機の位置検出装置の説
明である。
FIG. 1 is an illustration of a position detecting device for an underground excavator according to the present invention.

第1図において、地中移動体である地中掘削機10には、
地表面12に配設した磁界発生ケーブル14が発生した磁界
を検出する第1、第2の検出コイルS1、S2が設けてあ
る。検出コイルS1、S2は、詳細を後述するように相互に
交差して配置され、支持装置16を介して地中掘削機10の
所定位置に取り付けられ、地中掘削機10がピッチング
(前後方向の傾斜)やローリング(左右方向の傾斜)を
起こしても、その姿勢が変化しないようになっている。
In FIG. 1, the underground excavator 10 which is an underground moving body,
First and second detection coils S 1 and S 2 for detecting the magnetic field generated by the magnetic field generation cable 14 disposed on the ground surface 12 are provided. The detection coils S 1 and S 2 are arranged so as to intersect with each other, as will be described later in detail, and are attached to a predetermined position of the underground excavator 10 via a support device 16, so that the underground excavator 10 can be pitched (front and rear). The posture does not change even if a tilt (direction tilt) or rolling (right and left tilt) occurs.

さらに、地中掘削機10の内部には、地中掘削機10のピッ
チング角を検出するピッチング角検出手段としてのピッ
チング傾斜計18と、地中掘削機10のローリング角を検出
するローリング角検出手段としてのローリング角傾斜計
20とが適宜の位置に配設してある。そして、検出コイル
S1、S2、ピッチング傾斜計18およびローリング角傾斜計
20は、地中掘削機10の出発地点である発進立坑23に設置
した詳細を後述する信号処理装置22に接続してあり、そ
れぞれの検出信号を信号処理装置22に入力できるように
してある。また、発進立坑23には、推進距離計24と表示
装置26とが設けてある。
Further, inside the underground excavator 10, a pitching inclinometer 18 as a pitching angle detecting means for detecting the pitching angle of the underground excavator 10 and a rolling angle detecting means for detecting the rolling angle of the underground excavator 10. Rolling angle inclinometer as
And 20 are arranged at appropriate positions. And the detection coil
S 1 , S 2 , pitching inclinometer 18 and rolling angle inclinometer
Reference numeral 20 is connected to a signal processing device 22, which will be described in detail later, installed in a starting shaft 23 which is a starting point of the underground excavator 10 so that each detection signal can be input to the signal processing device 22. In addition, the starting shaft 23 is provided with a propulsion range finder 24 and a display device 26.

推進距離計24は、発進立坑23から到達立坑28に向けて掘
進する地中掘削機10の移動距離Rを検出して信号処理装
置22に入力する。そして、表示装置26は、信号処理装置
22の出力信号を受け、信号処理装置22が求めた演算結果
を表示する。
The propulsion range finder 24 detects the moving distance R of the underground excavator 10 which is excavating from the starting shaft 23 toward the reaching shaft 28 and inputs it to the signal processing device 22. The display device 26 is a signal processing device.
The output signal of 22 is received, and the calculation result obtained by the signal processing device 22 is displayed.

磁界発生ケーブル14は、第2図に示したように、往路線
14aと復路線14bとからなり、それぞれが測量等によって
決定したトンネルを掘削するための施工計画線(基準
線)30の両側に、所定距離lだけ離間して地表面12に敷
設してある。そして、磁界発生ケーブル14は、適宜の交
流電流を供給する電流供給装置32に接続され、例えば矢
印A、Bのごとく電流が流れることにより、往復路線14
a、14bを中心とした同心円状の磁界を発生する。
As shown in FIG. 2, the magnetic field generation cable 14 is
14a and a return line 14b, each of which is laid on the ground surface 12 at a predetermined distance l on both sides of a construction planning line (reference line) 30 for excavating a tunnel determined by surveying or the like. The magnetic field generation cable 14 is connected to a current supply device 32 that supplies an appropriate alternating current, and a current flows as indicated by arrows A and B, for example, so that the round trip route 14
Generates concentric magnetic fields centered on a and 14b.

磁界発生ケーブル14の発生した磁界の強さを検出する第
1、第2の検出コイルS1、S2は、第3図に示したよう
に、地中掘削機10の軸線方向から見た場合に、鉛直線34
の両側に所定の角度ψ(例えば45度)だけ傾斜いてお
り、前記した支持装置16によって、地中掘削機10がピッ
チングやローリングをしてもその姿勢が変化しないよう
に支持されている。そして、検出コイルS1、S2には、第
4図のように必要に応じて設けられるプリアンプ36、38
が接続してあり、検出信号がプリアンプ36、38を介して
信号処理装置22に入力される。
The first and second detection coils S 1 and S 2 for detecting the strength of the magnetic field generated by the magnetic field generation cable 14 are, as shown in FIG. 3, viewed from the axial direction of the underground excavator 10. On the vertical line 34
Is inclined at a predetermined angle ψ (for example, 45 degrees) on both sides of, and is supported by the support device 16 so that the posture of the underground excavator 10 does not change even when pitching or rolling. The detection coils S 1 and S 2 are provided with preamplifiers 36 and 38, which are provided as required as shown in FIG.
Are connected, and the detection signal is input to the signal processing device 22 via the preamplifiers 36 and 38.

信号処理装置22には、プリアンプ36、38の出力を増幅す
る受信アンプ40、42が設けてある。また、信号処理装置
22は、アナログ信号である受信アンプ40、42の出力を、
ディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器
(A/D変換器)44、46と、推進距離計24、ピッチング傾
斜計18、ローリング角傾斜計20のアナログの出力信号を
ディジタルに変換するA/D変換器48、50、52を有してい
る。さらに、信号処理装置22には、深度ずれ演算手段で
ある深度ずれ演算器54、鉛直位置ずれ演算手段である鉛
直位置ずれ演算器56、水平位置ずれ演算手段である水平
位置ずれ演算器58、水平変位演算手段である水平変位演
算器60および初期深度記憶手段と高低差記憶手段として
のメモリ62が設けてある。このメモリ62には、磁界発生
ケーブル14の施工計画線30からの距離l、地中掘削機10
の出発地点における深度(初期深度Y0)、検出コイル
S1、S2の地中掘削機10の中心に対する鉛直方向の取付け
位置d0、施工計画線30に沿った出発地点に対する高低差
H等が格納してある。
The signal processing device 22 is provided with receiving amplifiers 40 and 42 that amplify the outputs of the preamplifiers 36 and 38. Also, the signal processing device
22 is the output of the receiving amplifier 40, 42 which is an analog signal,
Analog-to-digital converters (A / D converters) 44 and 46 that convert to digital signals, A / D that converts analog output signals of propulsion rangefinder 24, pitching inclinometer 18, and rolling angle inclinometer 20 to digital It has converters 48, 50, 52. Further, the signal processing device 22 includes a depth shift calculator 54 which is a depth shift calculator, a vertical position shift calculator 56 which is a vertical position shift calculator, a horizontal position shift calculator 58 which is a horizontal position shift calculator, and a horizontal position shift calculator 58. A horizontal displacement calculator 60 which is displacement calculating means, an initial depth storing means and a memory 62 as height difference storing means are provided. In the memory 62, the distance l from the construction planned line 30 of the magnetic field generation cable 14 and the underground excavator 10
Depth at the starting point (initial depth Y 0 ), detection coil
The vertical mounting position d 0 with respect to the center of the underground excavator 10 of S 1 and S 2, the height difference H with respect to the starting point along the construction planning line 30, and the like are stored.

深度ずれ演算器54は、A/D変換器48、50を介して入力す
る推進距離計24の出力信号とピッチング傾斜計18の出力
信号とから、地中掘削機10のピッチングに伴う検出コイ
ルS1、S2の深度ずれを演算し、演算結果を水平位置ずれ
演算器58と水平変位演算器60とに入力する。また、鉛直
位置ずれ演算器56は、A/D変換器52を介して入力してく
るローリング角傾斜計20の出力信号と、メモリ62に格納
してある検出コイルS1、S2の地中掘削機10の取付け位置
d0とに基づいて、検出コイルS1、S2の地中掘削機10に対
する鉛直方向の位置ずれを演算し、水平位置ずれ演算器
58と水平変位演算器60とに送出する。
The depth shift calculator 54 uses the output signal of the propulsion rangefinder 24 and the output signal of the pitching inclinometer 18 that are input via the A / D converters 48 and 50 to detect the detection coil S associated with the pitching of the underground excavator 10. The depth shifts of 1 and S 2 are calculated, and the calculation results are input to the horizontal position shift calculator 58 and the horizontal displacement calculator 60. In addition, the vertical position shift calculator 56 detects the output signal of the rolling angle inclinometer 20 input via the A / D converter 52 and the underground of the detection coils S 1 and S 2 stored in the memory 62. Excavator 10 mounting position
Based on d 0 , the vertical displacement of the detection coils S 1 , S 2 with respect to the underground excavator 10 is calculated, and the horizontal displacement calculator is calculated.
58 and the horizontal displacement calculator 60.

水平位置ずれ演算器58は、深度ずれ演算器54と鉛直位置
ずれ演算器56との演算結果と、推進距離計24、ローリン
グ角傾斜計20の出力信号およびメモリ62に格納してある
施工計画線30に沿った高低差Hとに基づいて、検出コイ
ルS1、S2の地中掘削機10に対する水平方向の位置ずれを
演算し、水平変位演算器60に送出する。
The horizontal position shift calculator 58 calculates the calculation results of the depth shift calculator 54 and the vertical position shift calculator 56, the output signals of the propulsion range finder 24 and the rolling angle inclinometer 20, and the construction planning line stored in the memory 62. On the basis of the height difference H along 30 the horizontal displacement of the detection coils S 1 , S 2 with respect to the underground excavator 10 is calculated and sent to the horizontal displacement calculator 60.

水平変位演算器60は、A/D変換器44、46を介して入力し
てくる検出コイルS1、S2の検出信号、推進距離計24の出
力信号、深度ずれ演算器54と鉛直位置ずれ演算器56と水
平位置ずれ演算器58との演算結果、およびメモリ62に格
納してある初期深度Y0、高低差Hに基づいて、検出コイ
ルS1、S2の施工計画線30に対する水平変位を演算し、表
示装置26に出力して表示する。
The horizontal displacement calculator 60 detects the detection signals of the detection coils S 1 and S 2 input via the A / D converters 44 and 46, the output signal of the propulsion range finder 24, the depth deviation calculator 54 and the vertical position deviation. Based on the calculation results of the calculator 56 and the horizontal displacement calculator 58, and the initial depth Y 0 and the height difference H stored in the memory 62, the horizontal displacement of the detection coils S 1 and S 2 with respect to the construction planning line 30. Is calculated and output to the display device 26 for display.

上記の如く構成した実施例の作用は、次の通りである。The operation of the embodiment configured as described above is as follows.

まず、本実施例による検出コイルS1、S2の施工計画線30
に対する水平変位の検出原理を第3図に基づいて説明す
る。
First, the construction planning line 30 of the detection coils S 1 and S 2 according to the present embodiment
The principle of detecting the horizontal displacement with respect to will be described with reference to FIG.

第3図において、検出コイルS1、S2は、コイル中心点Cc
が地中掘削機10の中心を通る鉛直線34上にあって、鉛直
線34に対して左右にψだけ傾斜している。また、検出コ
イルS1、S2は、コイル中心点Ccが深度Yに位置にあり、
かつ施工計画線30に対して地中掘削機10の進行方向右側
(正方向)にxだけ水平方向にずれているものとする。
そして、コイル中心点Ccと往路線14aとの距離をr1、両
者を結ぶ線分が鉛直線となす角度をθ、コイル中心点
Ccと復路線14bとの距離をr2、両者を結ぶ線分が鉛直線
となす角度をθとする。
In FIG. 3, the detection coils S 1 and S 2 are coil center points C c
Is on a vertical line 34 that passes through the center of the underground excavator 10 and is inclined by ψ to the left and right with respect to the vertical line 34. Further, in the detection coils S 1 and S 2 , the coil center point C c is located at the depth Y,
Moreover, it is assumed that the construction plan line 30 is horizontally displaced by x to the right (forward direction) of the direction of movement of the underground excavator 10.
Then, the distance between the coil center point C c and the outward route 14a is r 1 , the angle formed by the line segment connecting the two and the vertical line is θ 1 , and the coil center point is
Let r 2 be the distance between C c and the return route 14b, and θ 2 be the angle between the line segment connecting them and the vertical line.

このとき、第1、第2の検出コイルS1、S2に生ずる誘導
起電力V1、V2は、次のように表される。
At this time, the induced electromotive forces V 1 and V 2 generated in the first and second detection coils S 1 and S 2 are expressed as follows.

ただし、ここにK、地球の透磁率等によって一義的に定
まる定数である。
However, this is a constant that is uniquely determined by K, the magnetic permeability of the earth, and the like.

上記式(2)、(3)を変形すると、V1、V2は下記の式
(4)、(5)の如く表される。
When the above equations (2) and (3) are modified, V 1 and V 2 are expressed as the following equations (4) and (5).

一方、第3図から容易にわかるように、 が得られる。そこで、式(4)〜(9)とからθ、θ
を消去するとともに、ψ=45゜とすると、検出コイル
S1、S2に生ずる誘導起電力V1、V2は、 となる。ただし、ここに である。
On the other hand, as can be easily seen from FIG. Is obtained. Therefore, from equations (4) to (9), θ 1 , θ
If 2 is deleted and ψ = 45 °, the detection coil
S 1, the induced electromotive force generated in the S 2 V 1, V 2 is Becomes However, here Is.

上記式(10)、(11)は、さらに下記の式(12)、(1
3)のように変形することができる。
The above equations (10) and (11) are further transformed into the following equations (12) and (1
It can be transformed like 3).

また、r1、r2は、第3図から容易にわかるように、 r1 2=Y2+(l−x) ……(14) r2 2=Y2+(l−x) ……(15) と表されるから、これら式(14)、(15)を式(12)、
(13)に代入すると、V1、V2は、 となる。そこで、これらの式からV1−V2、V1+V2を求め
て整理をすると、次の式(18)、(19)のようになる。
Further, r 1 and r 2 are r 1 2 = Y 2 + (l−x) 2 (14) r 2 2 = Y 2 + (l−x) 2 as can be easily understood from FIG. Since it is expressed as (15), these equations (14) and (15) are transformed into equation (12),
Substituting into (13), V 1 and V 2 become Becomes Therefore, when V 1 −V 2 and V 1 + V 2 are calculated from these equations and arranged, the following equations (18) and (19) are obtained.

そして、式(18)の各辺を式(19)の各辺で割ると、 が得られる。この式は、x2=l2+Y2の点で不連続となる
が、その他の範囲で解くことができる。x2≦l2+Y2の範
囲で解くならば、検出コイルS1、S2の施工計画線30に対
する水平方向の変位xは、 として求めることができる。ただし、ここにk=(V2
V1)/(V1+V2)である。また、上記式(21)を、 のように級数展開し、必要な次数まで求め水平変位xを
充分な精度で求めることができる。
Then, dividing each side of equation (18) by each side of equation (19), Is obtained. This formula is discontinuous at the point of x 2 = l 2 + Y 2 , but can be solved in other ranges. If solving in the range of x 2 ≦ l 2 + Y 2 , the horizontal displacement x of the detection coils S 1 and S 2 with respect to the construction planning line 30 is Can be asked as However, here k = (V 2
V 1 ) / (V 1 + V 2 ). In addition, the above equation (21) is Thus, the horizontal displacement x can be obtained with sufficient accuracy by expanding the series and obtaining the required order.

なお、Y2≫l2、Y2≫x2の場合、式(21)は、 となり、前記した式(1)が得られる。この式(23)
は、式(22)において(l2/Y2)→0として、k2の項を
無視できる(Y2≫x2に対応)としたときにも導かれる。
When Y 2 >> l 2 and Y 2 >> x 2 , the formula (21) becomes Then, the above-mentioned formula (1) is obtained. This formula (23)
Is also derived when (l 2 / Y 2 ) → 0 in equation (22) and the term k 2 can be ignored (corresponding to Y 2 >> x 2 ).

このように、検出コイルS1、S2の深度Y、磁界発生ケー
ブル14の施工計画線30からの距離lがわかれば、一対の
検出コイルS1、S2に生じた誘導起電力V1、V2を検出する
ことにより、検出コイルS1、S2の施工計画線30に対する
水平変位、すなわち地中掘削機10の施工計画線30に対す
る水平方向の変位を求めることができる。
Thus, if the depth Y of the detection coils S 1 and S 2 and the distance 1 from the construction planned line 30 of the magnetic field generation cable 14 are known, the induced electromotive force V 1 generated in the pair of detection coils S 1 and S 2 , By detecting V 2 , the horizontal displacement of the detection coils S 1 and S 2 with respect to the construction planning line 30, that is, the horizontal displacement of the underground excavator 10 with respect to the construction planning line 30 can be obtained.

しかし、地中掘削機10は、地中を掘進する際に、ピッチ
ングやローリングを生じながら前進する。また、施工計
画線30に沿った地表面12は平坦でなく、起伏があるのが
一般的である。従って、検出コイルS1、S2の深度Yは、
発進立坑23における掘進開始時の初期深度Y0と異なるた
め、初期深度Y0検出コイルS1、S2の深度Yとしたのでは
正確な水平変位を求めることができない。従って、地中
移動体の施工計画線30に対する水平変位を正確に求める
ためには、ピッチングやローリングによる深度のずれを
補正する必要がある。本実施例は、このような補正を信
号処理装置22によって自動的に行えるようにしている。
However, when excavating in the ground, the underground excavator 10 advances while causing pitching and rolling. Further, the ground surface 12 along the construction planning line 30 is not flat but generally has undulations. Therefore, the depth Y of the detection coils S 1 and S 2 is
Since different from the initial depth Y 0 at the start of excavation in the starting pit 23, than was the initial depth Y 0 detection coil S 1, S 2 of the depth Y can not obtain accurate horizontal displacement. Therefore, in order to accurately obtain the horizontal displacement of the underground moving body with respect to the construction planning line 30, it is necessary to correct the depth shift due to pitching or rolling. In the present embodiment, such a correction can be automatically performed by the signal processing device 22.

以下、実施例による水平変位の検出方法を具体的に説明
する。
Hereinafter, the horizontal displacement detection method according to the embodiment will be specifically described.

いま、地中掘削機10が第5図に示したように、出発地点
P0から経路RTに沿ってPPまで掘進し、地点Pに達したも
のとする。また、検出コイルS1、S2は、第6図のよう
に、地中掘削機10にローリングが生じていない場合、地
中掘削機10の中心C0を通る鉛直線34上にあって、地中掘
削機10の中心C0からd0離れた位置に取り付けてあるもの
とする。
Now, as shown in Fig. 5, the underground excavator 10 is at the starting point.
It is assumed that a point P has been reached from P 0 along the route RT to P P. Further, the detection coils S 1 and S 2 are on the vertical line 34 passing through the center C 0 of the underground excavator 10 when the underground excavator 10 is not rolling, as shown in FIG. It is assumed that the underground excavator 10 is installed at a position distant from the center C 0 by d 0 .

信号処理装置22のメモリ62には、磁界発生ケーブル14と
施工計画線30との距離l、地中掘削機10の出発地点P0
おける深度(初期深度)Y0、検出コイルS1、S2の取付け
位置d0、施工計画線30に沿って所定区間R1、R2、R3、…
…ごとの出発地点P0の地表面12に対する高低差H等が記
憶させてある。
In the memory 62 of the signal processing device 22, the distance 1 between the magnetic field generation cable 14 and the construction planning line 30, the depth (initial depth) Y 0 at the starting point P 0 of the underground excavator 10, the detection coils S 1 , S 2 Installation position d 0 , along the planned construction line 30, predetermined sections R 1 , R 2 , R 3 , ...
The height difference H and the like of the departure point P 0 with respect to the ground surface 12 are stored for each.

初期深度Y0は、オペレータが発進立坑23において圧力沈
下計等によって容易に計測することができ、また高低差
Hは測量などによって容易に得られ、これらの計測値は
取付け位置d0などとともに、キーボード等を介してメモ
リ62に記憶させる。なお、高低差Hは、鉛直上方に大き
くなったときを正(+)としている。
Initial depth Y 0, the operator can be easily measured by a pressure subsidence meter or the like in the starting pit 23, also the height difference H are readily obtained by surveying, these measurements along with such mounting position d 0, It is stored in the memory 62 via a keyboard or the like. The height difference H is positive (+) when it increases vertically upward.

推進距離計24は、地中掘削機10の掘進量、すなわち地中
掘削機10の移動量を検出して信号処理装置22に出力す
る。また、ピッチング傾斜計18は、地中掘削機10のピッ
チング各θptを検出し、ローリング角傾斜計20は、地中
掘削機10のローリング角θreを検出し、それぞれ検出信
号を信号処理装置22に送る。
The propulsion range finder 24 detects the amount of excavation of the underground excavator 10, that is, the amount of movement of the underground excavator 10 and outputs it to the signal processing device 22. Further, the pitching inclinometer 18 detects each pitching θ pt of the underground excavator 10, the rolling angle inclinometer 20 detects the rolling angle θ re of the underground excavator 10, and a signal processing device for each detection signal. Send to 22.

信号処理装置22の深度ずれ演算器50は、推進距離計24が
出力する地中掘削機10の移動距離Rと、ピッチング傾斜
計18の出力するピッチング角θptとを読み込み(ステッ
プ100)、検出コイルS1、S2のピッチングによる深度ず
れΔyptを次式(24)により求め、水平位置ずれ演算器5
8と水平変位演算器60とに送出する(第8図ステップ10
2)。
The depth deviation calculator 50 of the signal processing device 22 reads the moving distance R of the underground excavator 10 output by the propulsion rangefinder 24 and the pitching angle θ pt output by the pitching inclinometer 18 (step 100) and detects it. Depth shift Δy pt due to pitching of coils S 1 and S 2 is calculated by the following equation (24), and horizontal position shift calculator 5
8 and the horizontal displacement calculator 60 (step 10 in FIG. 8).
2).

ここに、ピッチング角θreは、地中掘削機10の進行方向
に対して下向きのピッチングを正(+)とする。
Here, the pitching angle θ re is positive (+) for downward pitching with respect to the traveling direction of the underground excavator 10.

従って、地中掘削機10にピッチングが生じているとき
の、式(21)における検出コイルS1、S2のコイル中心点
Ccの深度Yは、 Y=Y0+Δypt ……(25) となる。
Therefore, when the underground excavator 10 is pitched, the coil center points of the detection coils S 1 and S 2 in the equation (21) are
The depth Y of C c is Y = Y 0 + Δy pt (25)

一方、他点Pの地表面は、出発地点p0の地表面に対して
Hの高低差を有しており、地表面12に敷設した磁界発生
ケーブル14が、出発地点P0に対してHだけ高低差を有し
ていることを意味している。従って、この高低差Hを加
味したコイル中心点Ccの深度Yは、 Y=Y0+Δypt+H ……(26) となり、ピッチングと高低差を考慮した検出コイルS1
S2の施工計画線30に対する水平変位xが と表される。ただし、A=Y0+Δypt+Hである。
On the other hand, the ground surface at the other point P has a height difference of H with respect to the ground surface at the starting point p 0 , and the magnetic field generating cable 14 laid on the ground surface 12 is at the H level at the starting point P 0 . It means that there is only a height difference. Therefore, the depth Y of the coil center point C c in consideration of this height difference H is Y = Y 0 + Δy pt + H (26), and the detection coil S 1 considering pitching and height difference,
The horizontal displacement x of the construction plan line 30 of S 2 is Is expressed as However, A = Y 0 + Δy pt + H.

地中掘削機10にローリングが生じている場合、鉛直位置
ずれ演算器56は、メモリ62から検出コイルS1、S2の取付
け位置d0を読み出すとともに、ローリング角傾斜計20が
出力するローリング角θre読み込む(ステップ104)。
そして、鉛直位置ずれ演算器56は、取付け位置d0とロー
リング角θerとに基づいて、地中掘削機10の中心C0に対
するコイル中心点CCの鉛直方向の相対位置ずれΔyre
次の式(28)により演算し(ステップ106)、演算結果
を水平位置ずれ演算器58と水平変位演算器60とに入力す
る。
When the underground excavator 10 is rolling, the vertical position shift calculator 56 reads the mounting positions d 0 of the detection coils S 1 and S 2 from the memory 62 and also outputs the rolling angle output from the rolling angle inclinometer 20. Read θ re (step 104).
Then, the vertical position shift calculator 56 calculates the relative position shift Δy re in the vertical direction of the coil center point C C with respect to the center C 0 of the underground excavator 10 based on the mounting position d 0 and the rolling angle θ er. The calculation is performed by the equation (28) (step 106), and the calculation result is input to the horizontal displacement calculator 58 and the horizontal displacement calculator 60.

Δyre=d0(1−cosθre) ……(28) 従って、地中掘削機10にピッチングとローリングとが生
じている場合、検出コイルS1、S2の深度Yは、 Y=Y0+Δypt+Δypt+H ……(29) と求められる。なお、θreは、実施例の場合、地中掘削
機10の進行方向に向かって時計方向に回転した場合を正
としている。
Δy re = d 0 (1-cos θ re ) (28) Therefore, when the underground excavator 10 is pitching and rolling, the depth Y of the detection coils S 1 and S 2 is Y = Y 0 + Δy pt + Δy pt + H (29) In the example, θ re is positive when the underground excavator 10 rotates clockwise in the traveling direction.

また、地中掘削機10にローリングが生ずると、第6図に
示したように、コイル中心点Ccが地中掘削機10の中心C0
よりΔx′だけ水平方向にずれる。このずれ量Δx′
は、図から明らかなように、 Δx′=d0sinθre ……(30) である。しかし、水平方向については、検出コイルS1
S2が検出する磁界の入射角のファクタを考慮する必要が
ある。このため、コイル中心点Ccの中心C0に対応する水
平方向の相対位置ずれを求める水平位置ずれ演算器58
は、深度ずれ演算器50と鉛直位置ずれ演算器56とから演
算結果を受け取るとともに、推進距離計24が出力する地
中掘削機10を移動距離Rを読み込み、この移動距離Rに
対応した地点Pの高低差Hと初期深度Y0とをメモリ62か
ら読み出し(ステップ108)、次式によって地中掘削機1
0の中心C0に対するコイル中心点Ccの水平方向の相対位
置ずれΔxreを求め、(ステップ110)、水平変位演算器
60に送出する。
When the underground excavator 10 rolls, as shown in FIG. 6, the coil center point C c becomes the center C 0 of the underground excavator 10.
Therefore, there is a horizontal shift of Δx '. This deviation amount Δx ′
As is clear from the figure, Δx ′ = d 0 sin θ re (30). However, in the horizontal direction, the detection coil S 1 ,
It is necessary to consider the factor of the incident angle of the magnetic field detected by S 2 . For this reason, the horizontal position shift calculator 58 for obtaining the horizontal relative position shift corresponding to the center C 0 of the coil center point C c
Receives the calculation results from the depth shift calculator 50 and the vertical position shift calculator 56, reads the moving distance R of the underground excavator 10 output from the propulsion rangefinder 24, and reads the point P corresponding to this moving distance R. The height difference H and the initial depth Y 0 of the ground excavator 1 are read from the memory 62 (step 108), and the following equation is used.
The horizontal relative displacement Δx re of the coil center point C c with respect to the center C 0 of 0 is calculated (step 110), and the horizontal displacement calculator
Send to 60.

Δxre=(Y0+Δypt+Δypt+H)×θre・J ……(3
1) ここに、Jは、予め実験やシミュレーションによって求
めた定数である。
Δx re = (Y 0 + Δy pt + Δy pt + H) × θ re・ J …… (3
1) Here, J is a constant previously obtained by experiments or simulations.

ところで、施工計画線30に対する地中掘削機10の中心C0
の水平変位xRは、第7図に示したように、コイル中心点
Ccの施工計画線30に対する水平変位xから、コイル中心
点Ccの中心C0に対する水平方向の相対位置ずれΔxre
引いた値として求めることができる。この演算は、第8
図のステップ112、114のように、水平変位演算器60が行
う。
By the way, the center C 0 of the underground excavator 10 with respect to the construction planning line 30
The horizontal displacement x R is, as shown in Fig. 7, the coil center point.
The horizontal displacement x with respect to construction planning line 30 of C c, it can be calculated as a value obtained by subtracting the horizontal direction of the relative positional deviation [Delta] x re with respect to the center C 0 of the coil center point C c. This operation is the eighth
As in steps 112 and 114 in the figure, the horizontal displacement calculator 60 performs this.

すなわち、水平変位演算器60は、推進距離計24が出力す
る地中掘削機10の移動距離Rを読み込み、この移動距離
Rに対応した高低差Hと初期深度Y0とをメモリ62から読
み出すとともに、深度ずれ演算器50が出力するΔypt
鉛直位置ずれ演算器56が出力するΔyreとから前記した
式(29)を演算し、コイル中心点Ccの深度Yを求める。
また、水辺変位演算器60は、A/D変換器44、46を介して
検出コイルS1、S2の検出信号を取り込むとともに、水平
位置ずれ演算器58が出力するΔxreと先に求めた深度Y
とに基づいて、次の式(32)を演算し、施工計画線30に
対する地中掘削機10の中心C0の水平変位xRを求める。
That is, the horizontal displacement calculator 60 reads the moving distance R of the underground excavator 10 output from the propulsion distance meter 24, and reads the height difference H and the initial depth Y 0 corresponding to the moving distance R from the memory 62. The above equation (29) is calculated from Δy pt output from the depth shift calculator 50 and Δy re output from the vertical position shift calculator 56 to obtain the depth Y of the coil center point C c .
Further, the waterside displacement calculator 60 takes in the detection signals of the detection coils S 1 and S 2 via the A / D converters 44 and 46, and obtains the Δx re output from the horizontal position shift calculator 58 in advance. Depth Y
Based on and, the following equation (32) is calculated to obtain the horizontal displacement x R of the center C 0 of the underground excavator 10 with respect to the construction planning line 30.

ただし、B=Y0+Δypt+Δyre+Hである。 However, B = Y 0 + Δy pt + Δy re + H.

そして、水平変位演算器60は、求めた水平変位xRを表示
装置26に出力し、地中掘削機10が施工計画線30に対して
進行方向の左右の何れの方向にどのくらい変位している
かを表示する。これにより、オペレータは、表示装置26
を介して地中掘削機10がいかなる水平変位xRをもって移
動しているかをリアルタイムに知ることができ、地中掘
削機10に対する適切な操作、処理を行うことができる。
また、水平変位演算器60の演算結果を、地中掘削機10を
制御している図示しない制御装置に入力し、地中掘削機
10が施工計画線30に対してずれが生じないように制御す
ることが可能となる。
Then, the horizontal displacement calculator 60 outputs the obtained horizontal displacement x R to the display device 26, and how much the underground excavator 10 is displaced with respect to the construction planning line 30 in either the left or right direction of the traveling direction. Is displayed. As a result, the operator can
It is possible to know in real time what horizontal displacement x R the underground excavator 10 is moving through, and it is possible to perform appropriate operation and processing for the underground excavator 10.
In addition, the calculation result of the horizontal displacement calculator 60 is input to a control device (not shown) that controls the underground excavator 10, and
It is possible to control 10 so that the construction plan line 30 is not displaced.

以上に説明したように、実施例によれば、地中掘削機10
がピッチングやローリングをしながら掘進し、かつ地表
面12に高低差があったとしても、ピッチングに伴う深度
ずれと、地表の高低差の変化と、検出コイルS1、S2の地
中掘削機10に対する相対位置ずれを補正した地中掘削機
10の施工計画線30に対する水平変位xRを正確に得ること
ができる。しかも、施工計画線30に対する磁界発生ケー
ブルの距離や、水平変位xRと深度Yとの関係を考慮して
いるため、地中掘削機10が浅い位置にあったとしても、
地中掘削機10の水平変位xRを正確に求めることができ、
掘進作業の能率の向上が図れる。
As described above, according to the embodiment, the underground excavator 10
Even if there is a height difference on the ground surface 12 while excavating while pitching and rolling, the depth deviation due to pitching, the change in the height difference of the ground surface, and the underground excavator of the detection coils S 1 and S 2 Underground excavator with corrected relative displacement with respect to 10
It is possible to accurately obtain the horizontal displacement x R with respect to the 10 construction planning lines 30. Moreover, since the distance of the magnetic field generation cable to the construction planning line 30 and the relationship between the horizontal displacement x R and the depth Y are taken into consideration, even if the underground excavator 10 is located at a shallow position,
It is possible to accurately obtain the horizontal displacement x R of the underground excavator 10,
The efficiency of digging work can be improved.

なお、前記実施例においては、地中掘削機10の水平変位
xRを求め、この水平変位xRが零となるように制御する場
合について説明したが、第8図のステップ102におい
て、ピッチングに伴う初期深度Y0に対する深度ずれΔy
ptを求めることができるので、この深度ずれΔyptが零
になるように、地中掘削機10を出発地点(発進立坑2
3)から到達立坑28まで同一深度を保って推進させるこ
とも可能である。
In addition, in the above embodiment, the horizontal displacement of the underground excavator 10
Although the case where x R is obtained and the horizontal displacement x R is controlled to be zero has been described, in step 102 of FIG. 8, the depth deviation Δy with respect to the initial depth Y 0 accompanying pitching is increased.
Since pt can be obtained, the underground excavator 10 is started at the starting point 0 (starting shaft 2 so that this depth deviation Δy pt becomes zero.
It is also possible to propel the same depth from 3) to the reaching shaft 28.

また、前記実施例においては、施工計画線30が第2図に
示したように直線である場合について説明したが、勿論
施工計画線30は曲線であってもよい。そして、この場合
にも、実施例と同様に、施工計画線30からの水平変位xR
(左右位置ずれ)を正確に求めることができるととも
に、水平変位xRが零となるように地中掘削機10を制御す
ることができることは勿論である。
Further, in the above embodiment, the case where the construction planning line 30 is a straight line as shown in FIG. 2 has been described, but the construction planning line 30 may of course be a curve. Also in this case, as in the example, the horizontal displacement x R from the construction planned line 30
It is needless to say that the (horizontal displacement) can be accurately obtained and the underground excavator 10 can be controlled so that the horizontal displacement x R becomes zero.

さらに、前記実施例においては、ピッチング、ローリン
グ、高低差を考慮して水平変位xRを求めるようにしてい
るが、ピッチング、ローリング、高低差の何れか1つま
たは2つの影響を考慮する必要のない状況下において
は、対応する検出装置および対応する演算処理等を適宜
省略することができる。例えば、高低差の影響を無視で
きる場合には、予め高低差Hをメモリ62に記憶させる労
を省くことができる。また、例えば、ローリングの影響
を無視することができる場合には、ローリング角傾斜計
20に設置を省略することができるとともに、第8図のス
テップ104〜110を省略することができる。そして、これ
らの場合には、装置のコストを大幅に低減できる利点が
ある。
Further, in the above-described embodiment, the horizontal displacement x R is obtained in consideration of pitching, rolling, and height difference, but it is necessary to consider any one or two effects of pitching, rolling, and height difference. In the absence of the situation, the corresponding detection device and the corresponding arithmetic processing can be omitted as appropriate. For example, when the influence of the height difference can be ignored, the labor of storing the height difference H in the memory 62 in advance can be omitted. Also, for example, if the effect of rolling can be ignored, the rolling angle inclinometer
Installation can be omitted at 20, and steps 104 to 110 in FIG. 8 can be omitted. Further, in these cases, there is an advantage that the cost of the device can be significantly reduced.

また、前記実施例においては、検出コイルS1、S2のコイ
ル中心点Ccが、地中掘削機10の中心C0(ローリング中
心)を通過する鉛直線上に配設した場合について説明し
たが、検出コイルS1、S2の配設位置はこれに限定され
ず、コイル中心点Ccを鉛直線34からずらした位置に配設
してもよい。
Further, in the above embodiment, the case where the coil center points C c of the detection coils S 1 and S 2 are arranged on the vertical line passing through the center C 0 (rolling center) of the underground excavator 10 has been described. The positions of the detection coils S 1 and S 2 are not limited to this, and they may be arranged at positions where the coil center point C c is displaced from the vertical line 34.

なお、前記実施例においては、磁界発生ケーブル14に交
流電流を供給する場合について説明したが、直流電流を
供給してのよい。また、磁界発生ケーブル14は単線であ
る必要はなく、複数のケーブルまたは複数のケーブルを
束ねたものであってもよく、磁界発生ケーブル14と同等
の磁界を発生する平板状の永久磁石や平板をコアにした
コイル等を用いてもよい。
In the above embodiment, the case where the AC current is supplied to the magnetic field generation cable 14 has been described, but the DC current may be supplied. Further, the magnetic field generation cable 14 does not have to be a single wire, and may be a plurality of cables or a bundle of a plurality of cables, and may be a flat permanent magnet or a flat plate that generates a magnetic field equivalent to that of the magnetic field generation cable 14. You may use the coil etc. which were made into the core.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上に説明したように、本発明によれば、地中移動体の
ピッチング、ローリングの影響や地表の高低差等の影響
を補正したことにより、地中移動体の基準線からの水平
変位を正確に求めることができるばかりでなく、基準線
と磁界発生ケーブルとの距離や深度と水平変位との関係
を考慮したことにより、地中移動体が地中の浅い位置に
あったとしても、地中移動体の基準線に対する水平変位
を正確に求めることができ、トンネルの掘削作業の精度
を大幅に向上することができる。
As described above, according to the present invention, the horizontal displacement of the underground vehicle from the reference line is accurately corrected by correcting the effects of pitching, rolling of the underground vehicle, and the height difference of the ground surface. In addition to the above, it is possible to obtain even if the underground moving body is at a shallow position in the ground by considering the relationship between the distance between the reference line and the magnetic field generation cable and the depth and horizontal displacement. The horizontal displacement of the moving body with respect to the reference line can be accurately obtained, and the accuracy of tunnel excavation work can be significantly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の実施例に係る地中掘削機の位置検出装
置の説明図、第2図は磁界発生ケーブルの説明図、第3
図は実施例による水平変位の検出原理の説明図、第4図
は実施例に係る信号処理装置の構成ブロック図、第5図
は地中掘削機のピッチングによる深度ずれと地表の高低
差の影響とを説明する図、第6図はローリングによる検
出コイルの位置ずれの説明図、第7図は施工計画線に対
する地中掘削機の水平変位の求め方の説明図、第8図は
信号処理装置の動作を説明するフローチャートである。 10……地中移動体(地中掘削機)、14……磁界発生ケー
ブル、18……ピッチング角検出手段(ピッチング傾斜
形)、20……ローリング角検出手段(ローリング角傾斜
計)、22……信号処理装置、24……移動距離検出手段
(推進距離計)、30……基準線(施工計画線)、54……
深度ずれ演算手段(深度ずれ演算器)、56……鉛直位置
ずれ演算手段(鉛直位置ずれ演算器)、58……水平位置
ずれ演算手段(水平位置ずれ演算器)、60……水平変位
演算手段(水平変位演算器)。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a position detecting device for an underground excavator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of a magnetic field generating cable, and FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of the horizontal displacement detection principle according to the embodiment, FIG. 4 is a block diagram of a signal processing device according to the embodiment, and FIG. 5 is an influence of a depth deviation due to pitching of an underground excavator and a difference in height of the ground surface. Fig. 6 is a diagram for explaining the positional displacement of the detection coil due to rolling, Fig. 7 is a diagram for determining the horizontal displacement of the underground excavator with respect to the construction plan line, and Fig. 8 is a signal processing device. 3 is a flowchart illustrating the operation of the above. 10 …… Underground moving body (underground excavator), 14 …… Magnetic field generating cable, 18 …… Pitching angle detection means (pitching tilt type), 20 …… Rolling angle detection means (rolling angle inclinometer), 22… … Signal processing device, 24 …… Movement distance detection means (propulsion distance meter), 30 …… Reference line (construction planning line), 54 ……
Depth shift calculation means (depth shift calculation unit), 56 ... Vertical position shift calculation unit (vertical position shift calculation unit), 58 ... Horizontal position shift calculation unit (horizontal position shift calculation unit), 60 ... Horizontal displacement calculation unit (Horizontal displacement calculator).

フロントページの続き (72)発明者 新保 哲也 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 審査官 安藤 勝治Front page continuation (72) Inventor Tetsuya Shinbo 1200 Manda, Hiratsuka-shi, Kanagawa Komatsu Seisakusho Co., Ltd. Researcher Katsuji Ando

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】地表の基準線に沿って地中を移動する地中
移動体の前記基準線に対する水平変位を検出する地中移
動体の水平変位検出装置において、 往路線と復路線とを前記基準線の両側に所定距離離間し
て配設した磁界発生ケーブルと、 前記地中移動体の所定位置に設けられ、鉛直軸に対して
地中移動体の進行方向左右両側に所定角度傾斜させられ
た、前記磁界発生ケーブルの発生した磁界を検出する第
1と第2の検出コイルと、 前記地中移動体の出発地点における深度を記憶する初期
深度記憶手段と、 前記基準線の各位置における前記出発地点に対する高低
差を記憶する高低差記憶手段と、 前記地中移動体の移動距離を検出する移動距離検出手段
と、 前記地中移動体のピッチング角を検出するピッチング角
検出手段と、 前記地中移動体のローリング角を検出するローリング角
検出手段と、 前記移動距離検出手段の出力と前記ピッチング角検出手
段の出力とに基づいて、前記地中移動体のピッチングに
伴う前記出発地点に対する深度ずれを演算する深度ずれ
演算手段と、 前記第1、第2の検出コイルの配置位置と前記ローリン
グ角検出手段の出力とに基づいて、前記地中移動体のロ
ーリングに伴う前記第1、第2の検出コイルの前記地中
移動体に対する鉛直方向の位置ずれを演算する鉛直位置
ずれ演算手段と、 前記移動距離検出手段が検出した移動距離に対応する前
記高低記憶手段が記憶している前記高低差と、前記初期
深度記憶手段が記憶している前記出発地点における深度
と、前記深度ずれ演算手段および前記鉛直位置ずれ演算
手段が求めた演算値と、前記ローリング角検出手段の出
力とに基づいて、前記地中移動体のローリングに伴う前
記第1、第2の検出コイルの前記地中移動体に対する水
平方向の位置ずれを演算する水平位置ずれ演算手段と、 前記移動距離検出手段が検出した移動距離に対応する前
記高低差記憶手段が記憶している前記高低差と、前記初
期深度記憶手段が記憶している前記出発地点における深
度と、前記第1、第2の検出コイルの検出値と、前記深
度ずれ演算手段、前記鉛直位置ずれ演算手段および前記
水平位置ずれ演算手段の演算値とに基づいて、前記地中
移動体の前記基準線に対する水平変位を演算する水平変
位演算手段と、 を備えるとともに、前記水平変位演算手段は、前記検出
コイルの前記基準線に対する水平変位をx、検出コイル
の深度をY、前記磁界発生ケーブルの往路線と復路線と
の前記基準線からの距離をlとしたときに、 を演算することを特徴とする地中移動体の水平変位検出
装置。 ただし、k=(V2−V1)/(V1+V2)であって、V1は前
記第1の検出コイルのに生ずる誘導起電力、V2は前記第
2の検出コイルに生ずる誘導起電力である。
1. A horizontal displacement detection device for an underground moving body, which detects a horizontal displacement of an underground moving body moving in the ground along a reference line on the surface of the earth, wherein the forward route and the return route are A magnetic field generating cable arranged at a predetermined distance on both sides of the reference line, and provided at a predetermined position of the underground moving body, and tilted at a predetermined angle to the left and right sides in the traveling direction of the underground moving body with respect to the vertical axis. Also, first and second detection coils for detecting the magnetic field generated by the magnetic field generation cable, initial depth storage means for storing the depth at the starting point of the underground moving body, and the above-mentioned at each position of the reference line. Height difference storing means for storing a height difference with respect to a starting point, moving distance detecting means for detecting a moving distance of the underground moving body, pitching angle detecting means for detecting a pitching angle of the underground moving body, and the ground Medium moving body A rolling angle detecting means for detecting a rolling angle, and an output of the moving distance detecting means and an output of the pitching angle detecting means to calculate a depth deviation with respect to the starting point due to the pitching of the underground vehicle. Based on the depth deviation calculation means, the arrangement positions of the first and second detection coils, and the output of the rolling angle detection means, the first and second detection coils associated with the rolling of the underground moving body are detected. A vertical position shift calculating means for calculating a vertical position shift with respect to the underground moving body, the height difference stored in the height storing means corresponding to the moving distance detected by the moving distance detecting means, and the initial value. The depth at the starting point stored in the depth storage means, the calculated value obtained by the depth shift calculating means and the vertical position shift calculating means, and the rolling angle A horizontal position shift calculating means for calculating a horizontal position shift of the first and second detection coils with respect to the underground moving body due to the rolling of the underground moving body based on the output of the output means; The height difference stored in the height difference storage means corresponding to the movement distance detected by the movement distance detection means, the depth at the starting point stored in the initial depth storage means, and the first and second The horizontal displacement of the underground moving body with respect to the reference line is calculated based on the detection value of the detection coil and the calculation values of the depth deviation calculating means, the vertical position deviation calculating means, and the horizontal position deviation calculating means. Horizontal displacement calculating means, wherein the horizontal displacement calculating means is such that the horizontal displacement of the detection coil with respect to the reference line is x, the depth of the detection coil is Y, and the forward path of the magnetic field generation cable. When the distance from the reference line between the A horizontal displacement detection device for an underground vehicle, which is characterized by calculating However, k = (V 2 −V 1 ) / (V 1 + V 2 ), V 1 is an induced electromotive force generated in the first detection coil, and V 2 is an induced electromotive force generated in the second detection coil. Electromotive force.
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