JP2003042707A - 掘削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地下の埋設管の所定箇所に向けて、掘削ヘッ
ドを精度よく到達させることができ、しかも地表を長時
間にわたって占有することがない掘削方法を提供する。 【解決手段】 ガス、上水道、或いは下水道などの地下
埋設管に向けて、供給管敷設用地中穴を地表から掘削す
る方法であって、地中を方向可変に推進できる掘削体の
先端に設けた掘削ヘッドから発信された磁界を、地下埋
設管の掘削ヘッド到達予定箇所近傍に設けた複数の３軸
コイルユニットで受信し、掘削ヘッド到達予定箇所に対
する掘削ヘッドの位置と方向を計算し、このデータをも
とに掘削ヘッドを到達予定箇所に向けて掘削する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地下の埋設管の所
定箇所に向けて地中穴を掘削する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスや上下水道などの地下埋設管から供
給管を分岐させるには、地下埋設管部分と供給管敷設部
分を地上から掘削して土砂を取り除いた上で作業を進め
ることが普通であるが、地上からの開削作業が必要であ
り、作業量が増えるだけでなく、工期も長くなって不経
済であり、また道路等を掘り返すことによる地域への影
響も無視できない。これを解決するための工法に非開削
工法があるが、例えば特開平１１−１８２７３６号公報
に、道路等を掘り返すことなく供給管を敷設することが
できる工法として、供給管新設工法が提案されている。

【０００３】上記公知例は、可撓性を有する鞘管内に同
じく可撓性を有する掘削ロッドを挿通し、該掘削ロッド
及び鞘管を需要家側より土中に発進し、掘削しながら地
中下に埋設されている本支管まで到達させ、その後掘削
ロッドを鞘管内より引き抜き、該鞘管内にＰＥ管を挿入
して該ＰＥ管の先端を前記本支管と連結する工法であ
り、掘削ヘッド内に装備されている発信器からの信号を
地上の検知器により検知し、この検知結果に応じて鞘管
及び掘削ロッドの掘進位置及び方向を修正することが記
載されている。発信信号として何を用いるのかは具体的
に記載されていないが、地中を比較的に安定して伝達さ
れるという点、位置及び方向を検知することができると
いう点から、磁界を用いていると考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、供給管を流
体の漏れが発生しないように地中に埋設してある本支管
に接続するためには、供給管敷設用地中穴を、接続予定
箇所近辺に、本支管表面に略直交する方向から、本支管
軸心とのずれができるだけ小さくなるように到達させる
ことが重要となる。このためには、掘削ヘッドの位置及
び方向を高精度に計測して推進誘導することが必要であ
るが、磁界を利用した計測においては、磁界の強さは概
ね距離の３乗に比例して減衰すること、及び計測環境下
には透磁率の異なる種々の物体が存していることなどか
ら、計測値には検知器までの実際の距離の±５％程度の
値の誤差が含まれるという問題がある。

【０００５】掘削ヘッド軸心と本支管軸心との許容ずれ
量は、本支管及び供給管の大きさにより異なるが、例え
ば１５０Ａ（内径約１５０ｍｍ）の本支管に、３０Ａ
（内径約３０ｍｍ）の供給管を接続する場合、ずれ量は
±１０ｍｍ以内とすることが望ましい。ところで、一般
に本支管は地表から０．６ｍから１．２ｍの深さに埋設
されている。従って、公知例に記載されているように地
表で磁界を検出して掘削ヘッドの位置を求めると、深さ
方向で±３０〜±６０ｍｍ程度の誤差が生じることにな
り、ずれ量を信頼性高く上記範囲に収めることは難し
い。また、掘削中、地表から掘削ヘッド位置を計測する
ことから、交通の妨害等になるという問題もある。従っ
て本発明は、地下の埋設管の所定箇所に向けて、掘削ヘ
ッドを精度よく到達させることができ、しかも地表を長
時間にわたって占有することがない掘削方法を提供する
ことを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ガス、上水
道、或いは下水道などの地下埋設管に向けて、供給管敷
設用地中穴を地表から掘削する方法であって、地中を方
向可変に推進できる掘削体の先端に設けた掘削ヘッドか
ら発信された磁界を、地下埋設管の掘削ヘッド到達予定
箇所近傍に設けた複数の３軸コイルユニットで受信し、
掘削ヘッド到達予定箇所に対する掘削ヘッドの位置と方
向を計算し、このデータをもとに掘削ヘッドを到達予定
箇所に向けて掘削することを特徴としている。

【０００７】本発明においては、発信される磁界は交流
磁界であり、直交３軸方向にコイルを配設したコイルユ
ニットを所定間隔離して設けた受信器で前記磁界を受信
し、少なくとも６個のコイルから得られる起電力をもと
に受信器に対する掘削ヘッドの位置と方向を計算し、こ
れをもとに掘削ヘッド到達予定箇所に対する掘削ヘッド
の位置と方向を計算することが好ましい。また、本発明
においては、受信器を、地下埋設管内に装入してもよい
し、地下埋設管の掘削ヘッド到達予定箇所近傍で地表か
ら埋設管に向けて設けた穴内に装入してもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図２は、道路２の下に埋設されて
いるガス用本支管３から分岐し、家屋側に伸びる供給管
１の敷設状態を示した模式図である。供給管１はＰＥ管
が用いられ、一端が同じくＰＥ管の本支管３に接続さ
れ、他端が家屋内に引き込まれるメータ縦管４に接続さ
れている。図１は、図２における供給管を敷設するため
の地中穴を家屋側より掘削する本発明の掘削方法を説明
するための模式図であり、家屋側地表面には、掘削体を
地中に進入掘削させるための掘削機６が設置されてい
る。掘削体先端の掘削ヘッド７には磁界Ｗを発生する発
信器８が、また、本支管３の供給管接続予定箇所の近傍
（図１では本支管３の内部）には、磁界Ｗを受信する受
信器１０が配設されている。

【０００９】図３に掘削体を示すが、先端に傾斜面７ａ
を有する掘削ヘッド７と、掘削ヘッド７の後側に連接さ
れた可撓性を有するロッドユニット５を備えており、適
宜回転させながら推進させることで推進方向変更自在な
地中穴を掘削することができる。図３にはロッドユニッ
ト５の一構成例を示すが、複数のロッド部材２０が軸方
向を合せて連設されており、隣接するロッド部材２０同
士は、弾性部材を介してロッドユニットの軸心（Ｓ）方
向に略直交する方向に装着される軸２１で連結されてい
る。ロッドユニット５は、軸方向にネジ等で連結するこ
とができ、所望の長さの掘削体を形成することができ
る。

【００１０】掘削ヘッド７内には、交流磁界を発生する
発信器８が装着されている。発信器８には、１軸の発信
コイルが、その中心位置が掘削ヘッド７の先端から所定
距離をなし、そのコイル軸心が掘削ヘッド軸心と一致す
るか或いは小さな所定角度をなすように組込まれてい
る。また、図４に示すように、受信器１０は、直交３軸
に受信コイルを配したコイルユニット９が２組（９ａ、
９ｂ）、所定間隔Ｌ隔てて連結部材１１で取付けられた
構成であり、本支管３内に装入したり、供給管接続予定
箇所近傍に設けた穴中に装着することができる。受信器
１０には、例えば２個のコイルユニット９ａ、９ｂの中
心を結ぶ方向をｘ軸とし、その中間部を原点とするよう
な受信器座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を設定する。このため、
２個のコイルユニット９ａ、９ｂは、３軸の向きが同一
になるように取付けるとよい。

【００１１】コイルユニット９はデータ処理ユニット１
２に電気的に接続されている。データ処理ユニット１２
は、コイルユニット９の受信コイルが交流磁界を受信し
て発生する誘起電圧を増幅し、所定の数式をもとに、発
信器８内の発信コイルの中心位置と方向を計算する。発
信コイルと掘削ヘッド７の位置関係は既知であり、受信
器座標系における掘削ヘッド７先端部の方向と位置を知
ることができる。掘削ヘッド７は、このデータをもとに
して、本支管３の軸心に向かって供給管接続箇所に到達
するように自動制御或いは手動操作で推進される。通常
は、計算結果は掘削機６の近傍に配設されたモニター１
４に送信され、モニター画面上に掘削操作の支援情報と
して表示され、オペレータがこれを見ながら掘削機６を
操作して掘削ヘッド７を推進制御する。

【００１２】受信器座標系（ｘ、ｙ、ｚ）とは別に、本
支管３に対する掘削ヘッド７の位置関係を規定するため
の掘削座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）を設ける。掘削座標系は、
受信器座標系と座標変換ができる限り任意に設定するこ
とができるが、供給管接続箇所の本支管３の軸心方向を
Ｘ軸とし、掘削ヘッド７の到達方向をＹ又はＺ軸とし、
Ｘ軸との交点を原点とするように設定すると、受信器座
標系と同じにすることができ、受信器座標系におけるデ
ータからの算出値がそのまま掘削座標系で使用できるの
で望ましい。掘削座標系における発信コイルの中心位置
と方向を規定するためには、その座標値と３軸廻りの磁
気モーメント３成分、即ち６個の変数を求めなければな
らない。周知のように、交流磁界をコイルが受信する
と、コイルの両端には起電力Ｅが発生し、３軸の受信コ
イルからは３方向の起電力Ｅｘ、Ｅｙ、Ｅｚが得られ
る。起電力は、受信コイルと発信コイルとの位置ベクト
ル、発信コイルの磁気モーメントの６変数を含んだ式で
表すことができるので、２個のコイルユニット９からの
起電力をもとに６個の方程式が得られ、これを解くこと
により上記６個の未知の変数を求めることができる。

【００１３】なお、掘削ヘッド７が本支管３に近づくほ
ど、その位置、方向の計測精度は向上するが、掘削開始
時は本支管３と離れているため誤差が大きく、掘削経路
が予定したルートとずれる恐れがある。このため、本支
管近傍に達するまでは、時々、発信信号を地上で受信
し、これによる計測値で誘導してもよいし、受信器１０
からの計測情報と一緒に用いて誘導するようにしてもよ
い。また、コイルユニット９の数は２つに限定されるも
のではなく、例えば３個以上設け最小自乗法を適用すれ
ば、掘削ヘッド７の位置と方向を更に精度良く求めるこ
とが可能となり、掘削初期時点でも所定ルートに沿った
掘削をすることが可能となる。また、傾斜角と方位角を
検出するセンサも掘削ヘッド７に組み込み、本支管近傍
に達するまでは、これらの検出値と掘削ロッドの押込み
量から逐次演算して掘削ヘッドの位置、方向を算出する
ようにしてもよい。なお、前記傾斜角と方位角は、セン
サの検出値を電磁波に変調重畳送信し、受信側で復調す
ることで得ることができる。

【００１４】

【実施例１】受信器１０を本支管３内に装着して掘削す
る例を図４に示す。図４は、図１のＡ−Ａ断面図であ
り、掘削ヘッド７と受信器１０を地表側から見た図であ
る。受信器１０は、２つのコイルユニット９が所定距離
Ｌ隔てて連結部材１１に固定されており、コイルユニッ
ト９には、その中心部が本支管３内の軸心に略一致して
移動できるとともに、軸心廻りに回転できるように転動
体が取付けられており、連結部材１１の一端にはデータ
処理ユニット１２が取付けられている。受信器１０には
可撓性を有しかつ座屈及び捩り剛性が大きく、受信器１
０を押込み装入できるセット部材、例えば炭素繊維製ワ
イヤ１３が接続されている。

【００１５】掘削ヘッド７は、発信器８が発信コイルの
軸心が掘削ヘッド軸心に略一致するように装着されてお
り、掘削機６によって推進制御される。受信器１０は、
その座標系の原点と座標軸が、掘削座標系の原点と座標
軸にほぼ一致するように本支管３内に送出されて位置決
めされる。従って、発信器８からの磁界Ｗを２つのコイ
ルユニット９ａ、９ｂで受信して算出した掘削ヘッド７
の位置および方向から、掘削ヘッド７の先端が到達すべ
き予定箇所に対して、現在の位置および方向を求めるこ
とができる。この情報をもとに、掘削ヘッド７先端が本
支管の供給管接続予定箇所へ向くように、かつ軸心に向
うようにするための掘削機６の操作情報がモニター１４
に表示され、オペレータはこれを見ながら掘削機６を操
作することができる。

【００１６】

【実施例２】受信器１０を本支管３内には装着しない例
を図５に示す。本実施例は、受信器１０を、本支管３に
達するように開けた小孔１５を通して本支管３の外周上
面に接して配置したもので、受信器１０を本支管３内に
装入できるような場所が供給管接続箇所から遠い場合
や、本支管３が複雑に屈曲しているような場合に適用す
るとよい。本実施例では、掘削座標系と受信器座標系と
は機械的に一致させることはできないため、受信器座標
系における算出値をそのまま掘削座標系で使用すること
はできないが、２つの座標系の幾何的位置関係は規定さ
れるので、座標変換することで使用することができる。
なお、データ処理ユニット１２は、受信器１０と電気的
に接続されておればよく、地表に設置している。

【００１７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明は次の効果
を有している。 １）掘削ヘッドが本支管の到達予定箇所に近づくに従
い、その位置と方向の計測精度が高まるので、目標箇所
に正確に到達させることができる。 ２）地表面を広範囲にかつ長時間にわたって使用しなく
ても、供給管敷設用穴を掘削することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による地中内の掘削状況を示す模式図

【図２】本支管から分岐して家屋側に敷設された供給管
の模式図

【図３】本発明で使用する掘削体の一例を示す図

【図４】実施例１における受信器の設置状況を示す平面
図

【図５】実施例２における受信器の設置状況を示す側面
図

【符号の説明】

１ 供給管 ３ 本支管 ５ 掘削ロッド ７ 掘削ヘッド ８ 発信器 ９ コイルユニット １０ 受信器 １１ 連結部材 １２ データ処理ユニット １３ セット部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス、上水道、或いは下水道などの地下
   埋設管に向けて、供給管敷設用地中穴を地表から掘削す
   る方法であって、地中を方向可変に推進できる掘削体の
   先端に設けた掘削ヘッドから発信された磁界を、地下埋
   設管の掘削ヘッド到達予定箇所近傍に設けた複数の３軸
   コイルユニットで受信し、掘削ヘッド到達予定箇所に対
   する掘削ヘッドの位置と方向を計算し、このデータをも
   とに掘削ヘッドを到達予定箇所に向けて掘削することを
   特徴とする掘削方法。
2. 【請求項２】 発信される磁界は交流磁界であり、直交
   ３軸方向にコイルを配設したコイルユニットを所定間隔
   離して設けた受信器で前記磁界を受信し、少なくとも６
   個のコイルから得られる起電力をもとに受信器に対する
   掘削ヘッドの位置と方向を計算し、これをもとに掘削ヘ
   ッド到達予定箇所に対する掘削ヘッドの位置と方向を計
   算する請求項１記載の掘削方法。
3. 【請求項３】 受信器を、地下埋設管内に装入した請求
   項１又は２記載の掘削方法。
4. 【請求項４】 受信器を、地下埋設管の掘削ヘッド到達
   予定箇所近傍で地表から埋設管に向けて設けた穴内に装
   入した請求項１又は２記載の掘削方法。