JP2002202378A

JP2002202378A - 非開削掘削における埋設対象物探査システム

Info

Publication number: JP2002202378A
Application number: JP2000401246A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Matsumoto; 重貴松本
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-19

Abstract

(57)【要約】【課題】地表からの深さに対する依存性が少ない非開削
掘削における埋設対象物探査システムを提供する。【解決手段】掘削ヘッドから発射した波動を掘削ヘッド
近傍の埋設物の探査のために用い、掘削ヘッドから発射
した波動（以下探査波と呼ぶ）が埋設物により反射され
た反射を地上で検出し、地表の受波器の位置を探査波の
直達波が実質的に到達しない場所に配置することによ
り、探査波の直達波と反射波とを分離している。さら
に、地上から探査波の発射を指令するトリガ波を発射
し、掘削ヘッド中の受波器がそのトリガ波を受波した
後、所定の時間後に探査を発射させるトランスポンダ方
式を採用することにより、掘削ヘッドと受波器の位置の
情報と合わせて地上の最低１個の受波器で受波した探査
波の反射波（の時刻）から埋設物の位置を算出すること
ができるように構成している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非開削管路建設工
法又はその他の試堀のための埋設物探査技術に関するも
のであり、管路の建設を伴わない試堀の場合にも適用す
ることができる埋設対象物探査システムに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の地中レーダでは、図７のように、
送信アンテナ１０１と受信アンテナを個別に設けた送信
／受信アンテナ１０３又は送信アンテナと受信アンテナ
を共用する一つのアンテナを設けた送受信アンテナ１０
４を地表１０６に設置して、地上の送受信装置１０５か
らケーブル１０６を経て伝達される送信波電力をこれら
のアンテナ１０３，１０４に給電することにより、地表
１００から地中に向けて発射した電磁波の送信波１０７
が埋設物１０８で反射した反射波１０９を地表１００で
受信している。従って、地表１００の受信アンテナ１０
３，１０４に達する電磁波は、埋設物１０８と地表１０
０の間の往復分の吸収を受ける。一方、推進工法で管路
を建設する場合、図８に示すように、推進ヘッド１１０
あるいは掘削ヘッド１１０の前方に埋設物１０８等の障
害物があるかどうかが分かれば十分な場合が多い。既
に、掘進ヘッド１１０の先端に地中レーダを設置して前
方の障害物を検知する試みが行われている。この方法で
は、埋設物１０８からの反射電磁波１０９を地中で受信
するので、受信した信号又はそれらを処理した情報を、
推進管１１１内に通した信号線１１２で地上の送受信機
１１３に送信している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、推進管は短尺
のものを順次繋ぎ込んでいくためにその度に信号線の切
り離しと接続が必要になり、施工速度が大幅に低下して
しまう欠点がある。特に、水平ドリリング工法のように
施工速度が早いことを特長としている工法では、影響が
大きい。

【０００４】また、類似の従来技術として、図９に示す
ように、地上から図８に示す如き掘削ヘッド１１０を用
いる構成による地中レーダで埋設物１０８を探査すると
ともに、制御装置１２１，プローブ信号送信機１２２，
探査信号受信機１２３，送信アンテナ１２４，受信アン
テナ１２５を設けた地上の地中レーダから発射されたプ
ローブ信号１２６に応答した掘削ヘッド１１０内の送受
信アンテナ１２７から発射する直達応答波１２８を地上
の地中レーダで検知して、掘削ヘッド１１０の位置を測
定する方法が開示されている（ＵＳＰ5720354 ，ＵＳＰ
5819858 ，ＵＳＰ5904210 ，特願平09−525245）。しか
しながら、この開示技術では掘削ヘッドの位置測定のみ
を目的としており、応答信号１２８は地表に向かって発
射されるために、掘削方向前方の埋設物１０８からの反
射波１２９は得られないのみならず、応答信号１２８の
反射波を利用する機能が全く含まれていない。さらに、
受信アンテナ１２５が掘削ヘッド１１０からの応答信号
１２８が直接受信できる範囲内にあるように設置されて
いるために、たとえ掘削ヘッド１１０と受信アンテナ１
２５間に埋設物があったとしても、その応答信号の反射
波１３１は図１０に示すように、直接到達する直達波１
３０と時間的に離れておらず、かつ振幅が小さな埋設物
からの反射波を直達波と有効に分離することは極めて困
難である。

【０００５】以上の理由により、これらの従来技術は掘
削ヘッドの近傍にある埋設物の探査に有効な手法とはな
り得ていない。従って、掘削ヘッドの近傍にある埋設物
は従来の手段により、付随的に検知されているだけであ
り、地表からの深さが深くなるにしたがって掘削ヘッド
の近傍にある埋設物の検知が困難になるという問題の解
決とはなり得ていない。

【０００６】非開削工法により地中に管路を建設する場
合、既に埋設されている他の管路、計画されている経路
上の構造物、構造物の残骸、岩塊等の存在を知る必要が
ある。このための最も有力な方法は地中レーダである
が、地中レーダによりこれらの探査が可能な深さは地山
の含水率に大きく左右され、国内の土質では２ｍ程度が
限度である。探査すべき対象物の大きさによっては探査
可能な深さはさらに浅くなる。従って、地表から１ｍ〜
１ｍ半程度の深さに管路を建設する場合でも、地中レー
ダでは十分な信頼性を以て掘削に対する障害物の有無を
判定できない場合が少なからずある。

【０００７】本発明は、このような状況に鑑み、地表か
らの深さに対する依存性が少ない非開削掘削における埋
設対象物探査システムを提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明では、地表からの
深さが深くなるにしたがって掘削ヘッドの近傍にある検
知対象となる埋設物の検知が困難になるという問題の解
決のために、以下の手段を用いている。（１）掘削ヘッドから発射した波動を掘削ヘッド近傍の
埋設物の探査のために用いることにより、深さに対する
問題を軽減している。（２）掘削ヘッドから発射した波動（以下探査波と呼
ぶ）が埋設物により反射された反射を地上で検出するこ
とにより、掘削ヘッドから地上への信号伝送の問題を解
決している。（３）地表の受波器の位置を探査波の直達波が実質的に
到達しない場所に配置することにより、探査波の直達波
と反射波の分離の問題を解決している。（４）さらに、地上から探査波の発射を指令する波動
（以下トリガ波と呼ぶ）を発射し、掘削ヘッド中の受波
器がそのトリガ波を受波した後、所定の時間後に探査を
発射させるトランスポンダ方式を採用することにより、
掘削ヘッドと受波器の位置の情報と合わせて地上の最低
１個の受波器で受波した探査波の反射波（の時刻）から
埋設物の位置を算出することができるようにしている。

【０００９】

【実施例】以下、実施例を用いて本発明の詳細を説明す
る。（実施例１）図１は、本発明の第１の構成にる実施例の
１例である。図１中で、１は位置算出手段、２は探査信
号受信機、３は探査波受波器、４は掘削ヘッド、５は推
進管、６は探査波送波器、７は探査信号送信機、８は電
源、９−１と９−２はターゲット（埋設物）である。１
１は送信探査信号、１２は探査波、１３は反射波、１４
は受波探査信号、１５は探査信号、１６は電力の流れを
示している。探査波送波器６は、掘削ヘッド４の掘削方
向に探査波１２を放射するように掘削ヘッド４の前方壁
に搭載されている。位置算出手段１は、後述のように、
掘削ヘッド４の位置と探査波受波器３の位置、および探
査信号１５からターゲット９−１，９−２，…等の位置
を算出する機能を有している。

【００１０】探査信号送信機７は、所定の時間間隔で電
気信号である送信探査信号１１を発生して探査波送波器
６を駆動し、波動である探査波１２を発生する。探査波
１２の一部はターゲット９−１，９−２，…等により反
射され、反射波１３として探査波受波器３に達する。探
査波受波器３は波動を電気信号に変換する機能を有して
いる。本実施例では探査波受波器３は同じ機能を有する
複数の受波器のアレイにより構成されている。探査波受
波器３により反射波１３が変換された電気信号である受
波探査信号１４は探査信号受信機２に送られ、その位
相，受信時刻，振幅などからターゲット９−１，９−
２，…の方向、探査波１２が発生された時刻から探査波
受波器３を構成する個々の受波器に到達するまでの時間
などターゲット９−１，９−２，…の位置算出に必要な
情報が抽出されて、探査信号１５として位置算出手段１
に送られる。位置算出手段１はこれらの情報に基づきタ
ーゲット９−１，９−２の位置を算出する。

【００１１】特に、本発明では探査波受波器３は探査波
１２が実質的に直接到達しない場所を選択して配置して
いる。これにより、探査波１２と掘削ヘッド４近傍のタ
ーゲット（埋設物）９−１，９−２，…からの反射波１
３のみを実質的に受波することができ、ターゲット９−
１，９−２，…の探査を可能としている。

【００１２】探査信号受信機２で行われる処理の例とし
ては、探査波受波器３を構成する個々の受波器が出力す
る受波探査信号１４間のコリレーションにより探査波受
波器３を構成する個々の受波器に個々のターゲット９−
１，９−２，…からの反射波１３が到達した各時間の差
の抽出処理、探査波受波器３を構成する個々の受波器が
出力する受波探査信号１４間の位相差を検出する処理、
探査波受波器３を構成する個々の受波器が出力する受波
探査信号１４間の時間差あるいは位相差から当該反射波
の到来方向を算出する処理、探査波受波器３を構成する
個々の受波器が出力する受波探査信号１４に対して、所
定の振幅以上の信号のみを抽出する閾値処理などが含ま
れる。

【００１３】次に、位置算出手段１がターゲット９−
１，９−２，…の位置を算出するために行う処理の１例
を図２を用いて説明する。図中、３−１，３−２，…３
−ｋ，３−（ｋ＋１），…３−ｎはそれぞれ探査波受波
器である。これら探査波受波器３−１，…３−ｎの位置
は何れも既知であり、土中における波動伝搬速度ｖ_cも
既知であるとする。ｂ_j（ｋ＝１，…，ｎ）はターゲッ
ト９と探査波受波器３−ｋの間の距離である。また、ａ
は探査波送波器６とターゲット９との間の距離である。

【００１４】ｋ番目の探査波受波器３−ｋに着目する。
探査波受波器３−ｋが反射波１３を受波した時刻をｔ_k
（ｋ＝１，…，ｎ）とする。時刻ｔ_sに探査波１２が送
波されたとし、探査波受波器３−ｋの位置をｒ_r,k（ｘ
_r,k，ｙ_r,k，Ｚ_r,k）、ターゲット９の位置をｒ
_t（ｘ_t，ｙ_t，ｚ_t）とすると、

【数１】なる方程式が成り立つ。

【００１５】ａとｔ_sを同時に消去すれば、

【数２】が得られる。（２）と（３）の方程式をターゲット９の
位置をｒ_t（ｘ_t，ｙ_t，ｚ_t）を未知数として解け
ば、ターゲット９の位置ｒ_t（ｘ_t，ｙ_t，ｚ_t）を求
めることができる。探査波受波器３の個数ｎが４個であ
れば、未知数と方程式の個数が一致する。

【００１６】また、探査波受波器３の個数ｎが４個より
多ければ、（３）式の代わりに、

【数３】を最小とするようにターゲット９の位置ｒ_t（ｘ_t，ｙ
_t，ｚ_t）を決めることもできる。

【００１７】これらの解法は、結局は反射波１３が到達
する時間差を求めた２個の探査波受波器３−ｊと探査波
受波器３−ｋを焦点とし、時間差と波動の伝搬速度の積
から得られる距離を焦点からの距離差とする双曲面の交
点を求めることに相当する。

【００１８】もし、ターゲット９を含み鉛直な面内に全
ての探査波受波器３があると近似することができる時に
は、双曲線の交点を求めればよいから、探査波受波器３
の個数ｎは３個で十分である。

【００１９】（実施例２）図３は、本発明の第２の構成
の実施例の１例である。図中、１は位置算出手段、２は
探査信号受信機、２１はトリガ信号送信機、３は探査波
受波器、２２はトリガ波送波器、６は探査波送波器、２
３はトリガ波受波器、４は掘削ヘッド、５は推進管、７
は探査信号送信器、２４はトリガ信号受信機、８は電
源、９−１，９−２はターゲット（埋設物）である。２
５はトリガ信号、２６は同期信号、２７は送信トリガ信
号、２８はトリガ波、２９は受波トリガ信号、３０はタ
イミング信号、３１は送信探査信号、１２は探査波、１
３は反射波、１４は受波探査信号、１５は探査信号、１
６は電力の流れを示している。

【００２０】位置算出手段１は、トリガ信号２５および
そのトリガ信号２５と同期した同期信号２６を送出する
機能と、後述のように、掘削ヘッド４の位置と探査波受
波器３の位置、および探査信号１５からターゲット９−
１，９−２等の位置を算出する機能を有している。

【００２１】位置算出手段１により出力されたトリガ信
号２５を受け取ったトリガ信号送信機２１は送信トリガ
信号２７を発生して、電気信号から波動への変換機能を
持つトリガ波送波器２２を駆動して、波動であるトリガ
波２８を発生させる。トリガ波２８は地中を伝搬して一
部が掘削ヘッド４に格納されているトリガ波受波器２３
に達する。

【００２２】トリガ波受波器２３は波動を電気信号に変
換する機能を有しており、そのトリガ波受波器２３に到
達したトリガ波２８は電気信号である受波トリガ信号２
９となってトリガ信号受信機２４に送られる。

【００２３】トリガ信号受信号２４は受波トリガ信号２
９が振幅，接続時間など予め定められた条件を満足して
いるかを判定し、条件が満足されている場合には、受波
トリガ信号Ｒ２９を受け取った時刻から所定の遅延時間
後にタイミング信号３０を発生して探査信号送信機７に
送る。探査信号送信機７は、電気信号である送信探査信
号３１を発生して探査波送波器６を駆動し、波動である
探査波１２を発生する。探査波送波器６は電気信号を波
動に変換する機能を有している。

【００２４】探査波１２の一部はターゲット９−１，９
−２…等により反射され、反射波１３として探査波受波
器３に到達する。探査波受波器３は波動を電気信号に変
換する機能を有している。本実施例では探査波受波器３
は１個であり、相異なる３個以上の位置に移動して反射
波１３を受波する。探査波受波器３により反射波１３が
変換された電気信号である受波探査信号１４は探査信号
受信機２に送られ、その位相，受信時刻，振幅などから
９−１，９−２，…の方向、探査波１２が発生された時
刻から探査波受波器３に到達するまでの時間など９−
１，９−２，…の位置算出に必要な情報が抽出されて探
査信号１５として位置算出手段１に送られる。位置算出
手段１はこれらの情報に基づき９−１，９−２，…の位
置を算出する。

【００２５】特に、本実施例では、探査送波器６は実質
上予め設定された立体角内に探査波１２を放射し、探査
波受波器３は探査波１２が実質的に直接到達する立体角
の外の場所を選択して配置されている。これにより、探
査波受波器３は、探査波１２による掘削ヘッド４近傍の
ターゲット（埋設物）９−１，９−２，…からの反射波
１３のみを実質的に受波することができ、その立体角内
のターゲット９−１，９−２，…の探査を容易にしてい
る。

【００２６】この様子を表しているのが図４である。同
図は各信号の時間的な関係を示している。トリガ信号２
５と同期信号２６は同期して発生する。トリガ波送波器
２２とトリガ受波器２３間の伝搬遅延時間後にトリガ波
受波器２３により受波トリガ信号２９が発生する。受波
トリガ信号２９を受け取ったトリガ信号受信機２４がタ
イミング信号３０を発生する。タイミング信号３０を受
け取った探査信号送信機７が送信探査信号３１により探
査波送波器６を駆動して探査波１２を発生するが、受波
探査信号１４としては、トリガ波２８の反射波と探査波
１２の反射波１３のみが現れる。特に本実施例では、探
査信号送信機７がタイミング信号３０を受け取ってから
送信探査信号３１を発生するまでの遅延時間をトリガ波
２８に起因する反射波が消失するのに十分な長さにして
おくことによって、探査信号１５としては反射波１３に
よる信号のみを取り出すことを可能としている。

【００２７】探査信号受信機２で行われる処理の例とし
ては、探査波受波器３が反射波１３を受波する各受波位
置での受波探査信号１４相互間のコリレーションによ
り、各受波位置で個々のターゲット９−１，９−２から
の反射波１３が探査波受波器３に達した時刻の抽出処
理、各受波位置での受波探査信号１４相互間の位相差を
検出する処理、各受波位置での受波探査信号１４相互間
の時間差あるいは位相差から当該反射波の方向の算出す
る処理、各受波位置での受波探査信号１４に対して、所
定の振幅以上の信号のみを抽出する閾値処理などが含ま
れる。

【００２８】次に、位置算出手段１がターゲットの位置
を算出するために行う処理の１例を図５を用いて説明す
る。図中、Ａ₁，Ａ₂，Ａ₃，…，Ａ_k，…，Ａ_n-1，
Ａ_nはそれぞれ探査波受波器３で反射波１３を受波した
位置である。これら反射波受波器３の位置、トリガ波送
波器２２の位置、トリガ波受波器２３又は探査波送波器
６すなわち掘削ヘッド４の位置は何れも既知であり、土
中における波動伝搬速度ｖ_cも既知であるとする。ま
た、ｃはトリガ波送波器２２と探査波送波器６の間の距
離、ａは探査波送波器６とターゲット９の間の距離、ｂ
_k（ｋ＝１，…，ｎ）はターゲット９と探査波受波器３
で反射波１３を受波した地点Ａ_kとの間の距離である。

【００２９】ｋ番目の地点Ａ_kで探査波受波器３で反射
波１３を受波する場合に着目する。波動の伝搬速度ｖ_c
とトリガ波送波器２２の位置、トリガ波受波器２３の位
置（従って探査波送波器６の位置も）既知であるから、
トリガ波２８がトリガ波受波器２３に達する間での時間
ｔ_c＝ｃ／ｖ_cは既知である。また、トリガ波受波器２
３がトリガ波２８を受波してから探査波送波器６より探
査波１２が発射されるまでの遅延時間ｔ_dは予め設定し
ておくものである。受波位置Ａ_kにおいて、トリガ波送
波器２２がトリガ波２８を発射した時刻ｔ_r,kと受波位
置Ａ_kにおいて探査波受波器３が反射波１３を受波した
時刻ｔ_k（ｋ＝１，…，ｎ）との差から時間ｔ_cと遅延
時間ｔ_dを差し引けば、探査波送波器６から送波された
探査波１２がターゲット９に到達し、そこで反射されて
反射波１３として受波位置Ａ_kに達するのに要する時間
Δｔ_k（ｋ＝１，…，ｎ）を計算することができる。

【００３０】従って、探査波送波器６の位置をｒ_s（ｘ
_s，ｙ_s，ｚ_s）、探査波受波器３の位置Ａ_kをｒ_r,k
（ｘ_r,k，ｙ_r,k，ｚ_r,k）、ターゲット９の位置をｒ
_t（ｘ_t，ｙ_t，ｚ_t）とすると、

【数４】なる方程式が成り立つ。これらの方程式をターゲット９
の位置をｒ_t（ｘ_t，ｙ _t，ｚ_t）で未知数として解け
ば、ターゲット９の位置ｒ_t（ｘ_t，ｙ_t，ｚ_t）を求
めることができる。

【００３１】また、方程式の個数、すなわち探査波受波
器３の位置の個数が３個より多ければ、（１）式の代わ
りに、

【数５】を最小とするように、ターゲット９の位置ｒ_t（ｘ_t，
ｙ_t，ｚ_t）を決めることもできる。

【００３２】なお、以上の位置計算法は個々の受波位置
と探査波送波器６の位置を焦点とする楕円面の交点を求
めることと等価である。

【００３３】一方、探査波送波器６の位置ｒ_s（ｘ_s，
ｙ_s，ｚ_s）が未知である場合には、

【数６】なるｎ個の方程式が成立する。（９）式からはａ，ｃ，
ｔ_dを同時に消去することができて、

【数７】となる。従って、この場合にも（３）式の場合と同様に
最低４個の異なる場所で、反射波１３を受波すれば、タ
ーゲット９の位置を測定することが可能である。

【００３４】もし、ターゲット９を含み、鉛直な面内に
全ての受波位置Ａ_kがあると近似することができるとき
には、個々の受波位置と探査波送波器６の位置を焦点と
する楕円の交点を求めればよいことになるから、最低３
個の受波位置でターゲットの位置測定が可能である。

【００３５】（実施例３）図６は、本発明の第２の構成
の別の実施例である。本実施例では、図３に示す実施例
におけるトリガ波受波器２３と探査波送波器６を１個の
送受波器４１で代用している。４２は送受切換スイッチ
である。他の参照番号は、図３と同一番号の機能部分を
示す。４３は切換信号の流れを示している。

【００３６】本実施例の動作は図３の実施例とほぼ同じ
である。ただし、トリガ波２８は地中を伝搬して一部が
掘削ヘッド４に格納されている送受波器４１に到達す
る。送受波器４１は波動を電気信号に変換する機能と逆
に電気信号を波動に変化する機能を有しており、この送
受波器４１に到達したトリガ波２８は電気信号である受
波トリガ信号２９ａとなってトリガ信号受信機２４に送
られる。ここで、送受切換スイッチ４２は、送受波機４
１が探査波１２を発生するための所定の期間だけ、探査
信号送信機７が送受波器４１と接続され、それ以外の期
間はトリガ信号受信機２４が送受波器４１と接続される
ように切換信号４３により制御されている。トリガ信号
受信機２４は受波トリガ信号２９が振幅，接続時間など
予め定められて条件を満足しているかを判定し、条件が
満足されている場合には、受波トリガ信号２９を受け取
った時刻から所定の遅延時間後にタイミング信号３０を
発生して探査信号送信機７に送る。探査信号送信機７
は、切換信号４３により送受切換スイッチ４２が探査信
号送信機７と送受波器４１とを接続するように制御する
とともに、電気信号である送信探査信号３１を発生して
送受波器４１を駆動し、波動である探査波１２を発生す
る。

【００３７】本発明に用いる波動として、γ線，ｘ線，
紫外線，光波，赤外線，電磁波のいずれかを用いること
ができる。また、本発明に用いる波動として弾性波を用
いることもできる。さらに、本発明に用いる探査波の波
動としての偏波状態と異なる偏波状態の波動を探査波受
波器が受波するように構成することができる。また、本
発明に用いる探査波として、所定のコードで周波数変調
されているものを用いることもできる。。さらに、本発
明に用いる探査波として、周波数チャープを施されてい
るものを用いることもできる。

【００３８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
れば、掘削ヘッド近傍の埋設物を従来の方法における
１．５ｍ〜２．０ｍに比べて理論的に最大２倍の深さま
で探査可能である。従来の地表から探査波を送波する地
中レーダの探査可能な深さが地上のアンテナの不要輻射
により制限されていることを考慮すれば、本発明におい
て地表に到達する探査波の強度が法的な制限値以下にな
るように、状況に応じて探査波送波器から送波する探査
波の強度を変えることにより、探査可能な深さを格段に
深くすることが可能である。さらに、実質的に掘削方向
に探査波を送波することにより、探査波が実質的に地上
に直接達することがないようにすることができるので、
この点からも探査深さに従来のような不要輻射による制
限が無くなる。探査深さの改善に加えて、従来の手法に
見られるような地上と掘削ヘッドの間での大量の情報伝
達が不要である。これにより、構成が簡略化され、掘削
作業効率を大幅に改善する効果がある。本発明は小口径
の非開削後方全般に適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の第１の構成を説明するブロッ
ク図である。

【図２】図１の構成でターゲットの位置を求める方法を
説明するためのブロック図である。

【図３】受波器の位置を移動して測定を行う場合の本発
明の実施例の構成を説明するためのブロック図である。

【図４】図３の構成で信号の時間的な関係を説明するた
めの波形図である。

【図５】図３の構成でターゲットの位置を求める方法を
説明するための波形図である。

【図６】トリガ波受波器と探査波送波器を兼用する本発
明の実施例を説明するためのブロック図である。

【図７】従来の地中レーダの構成を説明するための断面
略図である。

【図８】既存の関連技術を説明するための略図である。

【図９】既存の関連技術を説明するための略図である。

【図１０】従来技術における信号の時間関係を説明する
ための波形図である。

【符号の説明】

１位置算出手段２探査信号受信機３探査波送波器４掘削ヘッド５推進管６探査波送波器７探査信号送信機８電源９ターゲット９−１ターゲット９−２ターゲット１１送信探査信号１２探査波１３反射波１４受波探査信号１５探査信号１６電力２１トリガ信号送信機２２トリガ波送波器２３トリガ波受波器２４トリガ信号受信機２５トリガ信号２６同期信号２７送信トリガ信号２８トリガ波２９受波トリガ信号３０タイミング信号３１送信探査信号４１送受波器４２送受切換スイッチ４３切換信号１００地表１０１送信アンテナ１０２受信アンテナ１０３送信／受信アンテナ１０４送受信アンテナ１０５送受信装置１０６ケーブル１０７送信波１０８埋設物１０９反射波１１０掘削ヘッド１１１推進管１１２信号線１１３送受信機１２１制御装置１２２プローブ信号送信機１２３探査信号受信機１２４送信アンテナ１２５受信アンテナ１２６プローブ信号１２７送受信アンテナ１２８応答信号１２９プローブ信号の反射波

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地中に埋設している検知対象物に波動を
照射し、該対象物により反射された波動を検知して該対
象物の存在および位置を検知するために、前記対象物又はその位置を検知するための測定系が、地
中に穴を穿つ機能を有する掘削ヘッドに搭載された探査
波送波手段と、地表に配置される探査波受波手段と、地
上に配置される位置算出手段とを備え、前記探査波送波手段が、入力された電気信号を変換して
波動を発生する探査波送波器と、前記対象物を検知する
ための波動である探査波を該探査波送波器により発生す
る機能とを備え、前記掘削ヘッドの周囲に該探査波が送
波されるように構成され、前記探査波受波手段が、波動を検知して電気信号に変換
するために地表に配置される少なくとも１個の探査波受
波器と、該探査波受波器に到達した前記探査波を該探査
波受波器で検知して電気信号である受波探査信号として
前記位置算出手段に対して出力する機能とを備え、該位置算出手段が該受波探査信号から前記対象物の位置
を算出する機能を備えており、前記探査波送波手段が該探査波送波器により前記探査波
を発生し、該探査波受波手段が該探査波受波器に到達した該探査波
を検知して前記位置算出手段に該受波探査信号として送
出し、該位置算出手段が該受波探査信号の情報を基に前記対象
物の位置を算出することができるように構成された非開
削掘削における埋設対象物探査システム。
【請求項２】前記探査波受波手段が少なくとも４個の
探査波受波器と、該少なくとも４個の探査波受波器に到
達した前記探査波を該少なくとも４個の探査波受波器で
検知して電気信号である少なくとも４個の受波探査信号
として前記位置算出手段に対して出力する機能を有し、前記探査波送波手段が所定の時間間隔で該探査波送波器
により前記探査波を発生し、該探査波受波手段が、前記探査波送波器から該少なくと
も４個の探査波受波器に直接到達した前記探査波および
前記対象物により反射されて該少なくとも４個の探査波
受波器に到達した前記探査波の反射波を検知して前記位
置算出手段に該受波探査信号として送出し、該位置算出手段が該受波探査信号の情報を基に前記探査
波送波器および前記対象物の位置を算出するように構成
されていることを特徴とする請求項１に記載の非開削掘
削における埋設対象物探査システム。
【請求項３】該位置算出手段が、ｎ個の探査波受波器
から選出した相異なる２個の探査波受波器より構成され
る３個以上ｎ−１個以下の組に対して、各組を構成する
２個の探査波受波器に探査波が到達した各時間の差を求
め、該３個以上ｎ−１以下の時間差から前記探査波送波
器又は前記対象物の位置を算出するように構成されてい
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の非開削掘削
における埋設対象物探査システム。
【請求項４】前記位置算出手段に、トリガ信号を送出
する機能と、該トリガ信号と同期してトリガ波送波器に
よりトリガ波を地中に放射する機能とが、さらに付加さ
れ、前記探査波送波手段に、該トリガ波を検知する機能と、
該トリガ波を検知した時刻から予め定められた一定の遅
延時間後に前記対象物を検知するための波動である前記
探査波を該探査波送波器により発生させる機能とが、さ
らに付加され、該探査波受波手段が、地中の波動を検知して電気信号に
変換するために地表に移動可能状態に配置される１個の
探査波受波器と、前記トリガ信号に同期する同期信号を
受信する機能と、該同期信号を受信した時刻から予め定
められた一定の遅延時間以降に該探査波受波器に到達し
た前記探査波を前記１個の探査波受波器で検波して電気
信号である受波探査信号として前記位置算出手段に対し
て出力する機能とを有するように構成され、該位置算出手段が送出した前記トリガ信号により該トリ
ガ波送波器が前記トリガ波を発生し、前記探査波送波手段が該トリガ波を検知した後所定の時
間遅れを以て該探査波送波器により前記探査波を発生し
て地中に放射し、該位置算出手段が送出した前記同期信号を受信した前記
探査波受波手段が、該同期信号の受信時刻から所定の経
過時間以降に該探査波受波器に到達した前記探査波によ
る波動を検知して位前記出手段に該受波探査信号として
送出し、該位置算出手段が、該トリガ信号の発生時刻と、前記ト
リガ波発生手段のトリガ波送波器と探査波送波手段のト
リガ波受波器間の波動の伝搬時間と、前記探査波送波手
段がトリガ波を受波してから探査波を発生するまでの遅
延時間と、前記探査波発生手段の探査波送波器の位置
と、探査波受波手段の探査波受波器の位置と、相異なる
３個以上の位置で探査波受波器が探査波を受波したとき
の３個以上の受波探査信号とから、対象物の位置を算出
するように構成されていることを特徴とする請求項１に
記載の非開削掘削における埋設対象物探査システム。
【請求項５】該探査波送波器は、実質的に予め設定さ
れた立体角内のみに前記探査波を放射し、該立体角外に
該探査波受波器が配置されていることを特徴とする請求
項１，２，３，又は４に記載の非開削掘削における埋設
対象物探査システム。
【請求項６】前記位置算出手段が、前記トリガ波送波
器と前記トリガ波受波器の間の波動の伝搬時間と、前記
探査波送波手段が前記トリガ波を受波してから前記探査
波を発生するまでの遅延時間と、前記探査波送波器と前
記探査波受波器との間の波動の伝搬時間と、前記探査波
の持続時間とから該探査波発生手段が発生する探査波が
前記探査波受波器に直接到達する時間を算出して、該探
査波受波手段が前記同期信号を受信してから該探査波の
受信を開始するまでの遅延時間を設定するように構成さ
れていることを特徴とする請求項４に記載の非開削掘削
における埋設対象物探査システム。
【請求項７】前記波動がγ線，ｘ線，紫外線，光波，
赤外線，電磁波のいずれかであることを特徴とする請求
項１から６までのいずれかに記載された非開削掘削にお
ける埋設対象物探査システム。
【請求項８】前記波動が弾性波であることを特徴とす
る請求項１から６までのいずれかに記載された非開削掘
削における埋設対象物探査システム。
【請求項９】前記探査波の波動としての偏波状態と異
なる偏波状態の波動を前記探査波受波器が受波すること
を特徴とする請求項１から８までのいずれかに記載され
た非開削掘削における埋設対象物探査システム。
【請求項１０】前記探査波が所定のコードで周波数変
調されていることを特徴とする請求項１から８までのい
ずれかに記載された非開削掘削における埋設対象物探査
システム。
【請求項１１】前記探査波が周波数チャープを施され
ていることを特徴とする請求項１から８までのいずれか
に記載された非開削掘削における埋設対象物探査システ
ム。
【請求項１２】前記探査波送波手段は、前記トリガ波
を受信してから前記探査波を発生するまでの遅延時間
を、前記探査波受波器に達する前記トリガ波に起因する
反射が実質的に消失するのに十分な時間に設定している
ことを特徴とする請求項４から１１までのいずれかに記
載された非開削掘削における埋設対象物探査システム。
【請求項１３】前記探査波送波手段が、該掘削ヘッド
の掘削方向に前記探査波が送波されるように該探査波送
波手段が前記掘削ヘッドに搭載されていることを特徴と
する請求項１から１２までのいずれかに記載された非開
削掘削における埋設対象物探査システム。