JP2023068806A - 地中レーダ装置及び地中掘進方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送信アンテナ部及び受信アンテナ部を保護する防護板の摩耗や損傷を抑え、地中掘進機の前方における地中状況の検知精度を維持する地中レーダ装置を提供すること。【解決手段】カッター２０を有する面板２を備える地中掘進機１の前方の地中へ電磁波を送信する送信アンテナ部３１と、電磁波を受信する受信アンテナ部３２と、電磁波を透過する素材よりなり面板２に設けられて送信アンテナ部３１を防護する送信アンテナ防護板３０ａと、電磁波を透過する素材よりなり面板２に設けられて受信アンテナ部３２を防護する受信アンテナ防護板３０ｂとを備え、送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂの前面が面板２の前面より後退して配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、地中掘進機に設置され、前方の地中の状況を検知する地中レーダ装置及び地中掘進方法に関する。

地中掘進機によって安全にトンネル等を施工するには、掘削条件を適切に設定しなければならず、このためには、掘進経路の土質を知る必要がある。
掘進経路の土質を検知して判別する技術として、地中掘進機の前端のカッターを有して回転する面板に電磁波を送受信する送信アンテナと受信アンテナを設置したレーダ装置、いわゆる地中レーダ装置が知られている。

この地中レーダ装置は、送信アンテナから前方へ電磁波を発進し、前方の反射物に当たって反射した反射波や面板の表面近くの地中を通って伝播される表面電波波を受信アンテナで受信するようになっている。そして、反射波によって反射物の有無や位置を判別したり、表面伝播波の伝播速度や減衰率によって面板の表面近くの土質を判別することができる。

従来、特許文献１に記載されているように、電磁波を透過する防護板を面板の一部に一体的に取り付け、防護板の裏面側に送信アンテナ部及び受信アンテナ部を設置し、防護板の送信アンテナ部と受信アンテナ部との間を電磁波遮蔽部で仕切り、送信アンテナ部から防護板を介して受信アンテナ部に伝播する漏れ電磁波を遮断する地中レーダ装置が提案されている。
送信アンテナ及び受信アンテナは、地中掘進機の前端に設けた面板に設置されており、その前面側に配置した防護板によって土圧、水圧、摩耗等から保護されている。

実公平７-４９４２７号公報

上記特許文献１に記載のような地中レーダ装置は、防護板の前面が面板の前面と同一面内に配置されており、電磁波を透過する防護板の素材としてはＦＲＰ等を用いることが多いので、掘進を行なうと、防護板が摩耗したり損傷を受けやすく、裏面側に設置された送受信アンテナが故障したり、透過する電磁波が防護板の摩耗や損傷の影響を受け、検知性能が低下する原因となり得た。特に、掘削地盤が硬質な礫地盤や岩盤の場合や長距離施工では、その影響は大きくなり得る。

本発明が解決しようとする課題は、送信アンテナ部及び受信アンテナ部を保護する防護板の摩耗や損傷を抑え、地中掘進機の前方における地中状況の検知精度を維持する地中レーダ装置及び地中掘進方法を提供することにある。

本願請求項１に係る発明は、カッターを有して回転する面板を備える地中掘進機の前方の地中へ電磁波を送信する送信アンテナ部と、前記電磁波が前方の障害物に当たって反射した反射波及び前記地中掘進機の前面近くの地中を伝播する表面伝播波を受信する受信アンテナ部と、電磁波を透過する素材よりなり前記面板に設けられて前記送信アンテナ部を防護する送信アンテナ防護板と、電磁波を透過する素材よりなり前記面板に設けられて前記受信アンテナ部を防護する受信アンテナ防護板と、を備えた地中レーダ装置であって、前記送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面が前記面板の前面より後退して配置された凹部を備えていることを特徴とする地中レーダ装置である。

本願請求項２に係る発明は、前記凹部に、着脱可能に取り付けられ、前記送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面を覆う外部保護板を備えることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の地中レーダ装置である。

本願請求項３に係る発明は、前記外部保護板の前面と前記面板の前面とが同一面内に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の地中レーダ装置である。

本願請求項４に係る発明は、前記外部保護板の前面は、前記面板の前面より後退して配置されることを特徴とする請求項２に記載の地中レーダ装置である。

本願請求項５に係る発明は、前記外部保護板は、電磁波を透過する素材より成る電磁波透過保護板であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の地中レーダ装置である。

本願請求項６に係る発明は、前記外部保護板は、電磁波を透過しない素材より成る電磁波遮断保護板であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の地中レーダ装置である。

本願請求項７に係る発明は、前記送信アンテナ防護板と前記受信アンテナ防護板とを仕切る電磁波遮断部を備え、該電磁波遮断部は送信アンテナ防護板と前記受信アンテナ防護板の前面より突出していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項に記載の地中レーダ装置である。

本願請求項８に係る発明は、前記送信アンテナ防護板と前記受信アンテナ防護板とを仕切る電磁波遮断部を備え、前記外部保護板が、前記送信アンテナ防護板の前面を覆う送信側外部保護板と、前記受信アンテナ防護板の前面を覆う受信側外部保護板とからなり、前記電磁波遮断部は、前記送信側外部保護板と前記受信側外部保護板とを仕切るとともに、前記送信側外部保護板と前記受信側外部保護板の前面より突出していることを特徴とする請求項２乃至請求項７のうちいずれか１項に記載の地中レーダ装置である。

本願請求項９に係る発明はカッターを有して回転する面板を備える地中掘進機の前方の地中へ電磁波を送信する送信アンテナ部と、前記電磁波が前方の障害物に当たって反射した反射波及び前記地中掘進機の前面近くの地中を伝播する表面伝播波を受信する受信アンテナ部と、電磁波を透過する素材よりなり前記面板に設けられて前記送信アンテナ部を防護する送信アンテナ防護板と、電磁波を透過する素材よりなり前記面板に設けられて前記受信アンテナ部を防護する受信アンテナ防護板とを備え、前記送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面が前記面板の前面より後退して配置されて凹部を備えている地中レーダ装置を備えて掘進することを特徴とする地中掘進方法、である。

本願請求項１０に係る発明は、前記凹部に、前記送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面を覆う外部保護板を着脱可能に取付けて掘進することを特徴とする請求項９に記載の地中掘進方法である。

本願請求項１１に係る発明は、前記凹部に、電磁波を透過する素材より成る電磁波透過保護板であって、前記送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面を覆う外部保護板を着脱可能に取付けて掘進することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の地中掘進方法である。

本願請求項１２に係る発明は、前記凹部に、電磁波を透過しない素材より成る電磁波遮断板であって、前記送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面を覆う外部保護板を着脱可能に取付けて掘進することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の地中掘進方法である。

本願請求項１３に係る発明は、前記凹部に前記外部保護板を取付けて掘進した後、前記外部保護板を取り外して掘進することを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のうちいずれか１項に記載の地中掘進方法である。

本願請求項１４に係る発明は、前記凹部に前記外部保護板を取付けて掘進した後、前記外部保護板を取り外して新たな外部保護板を取付けて掘進することを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のうちいずれか１項に記載の地中掘進方法である。

本発明によれば、送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板を面板の前面よりも後退して配置された凹部を備えているので、面板の回転に伴って回転する送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板の摩耗・損傷を抑制し、送信アンテナ及び受信アンテナの保護機能が維持され送受信アンテナが故障することを防ぐとともに、送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板の電磁波の透過性能が影響を受けることを防ぎ、地中状況の検知精度の低下を防ぐことができる。

加えて、凹部に送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板の前面を覆う外部保護板を面板に着脱可能に取り付けるようにすれば、防護板が摩耗・損傷を受けやすい地盤、例えば、礫地盤、岩盤等の硬質地盤を地中掘削機が掘進する際、特に送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板の摩耗・損傷を防ぐことができる。

加えて、外部保護板の前面と面板の前面が同一面内に配置されていれば、面板の回転抵抗を少なくすることができカッタートルクを低下させることができる。

加えて、外部保護板の前面を面板の前面より後退して配置すれば、外部保護板の摩耗・損傷を抑制することができる。

加えて、外部保護板が電磁波を透過する素材であれば、外部保護板を取り付けてあっても、電磁波の送受信による地中状況の検知を行なうことができる。

加えて、外部保護板が電磁波を透過しない素材であれば、特に硬い地盤中を掘進する場合に、地中の前方検知より防護板の保護を優先させるときにはより高い保護機能を奏することができる。

加えて、送信アンテナ防護板と前記受信アンテナ防護板とを仕切る電磁波遮断部を備え、該電磁波遮断部は送信アンテナ防護板と前記受信アンテナ防護板の前面より突出していると、凹部によってほぐされた地山を透過する表面伝播波の受信を少なくできるので、乱されていない正確な地山情報を含む表面伝播波を受信することになり、地山の土質判別に関する検知精度を向上させることができる。

加えて、外部保護板は、電磁波を透過する素材より成る電磁波透過保護板であり、送信アンテナ防護板と受信アンテナ防護板とを仕切る電磁波遮断部を備え、外部保護板が、送信アンテナ防護板の前面を覆う送信側外部保護板と、受信アンテナ防護板の前面を覆う受信側外部保護板とからなり、電磁波遮断部は、送信側外部保護板と受信側外部保護板とを仕切るとともに、送信側外部保護板と受信側外部保護板の前面より突出しているので、送信側外部保護板から受信側外部保護板への直接の電磁波の透過を遮断し、送信側外部保護板と受信側外部保護板の前面のほぐされた地山を透過する表面伝播波の受信を少なくできるので、乱されていない正確な地山情報を含む表面伝播波を受信することになり、地山の土質判別に関する検知精度を向上させることができる。

本発明の地中掘進方法によれば、送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面が前記面板の前面より後退して配置されて凹部を備えている地中レーダ装置を備えて掘進するので、面板の回転に伴って回転する送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板の摩耗・損傷を抑制し、送信アンテナ及び受信アンテナの保護機能が維持され送受信アンテナが故障することを防ぐとともに、送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板の電磁波の透過性能が影響を受けることを防ぎ、地中状況の検知精度の低下を防いで掘進することができる。

加えて、凹部に、送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板の前面を覆う外部保護板を着脱可能に取付けて掘進するので、掘進距離や掘削する土質などの状況に応じて、外部保護板を取り付けて送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板を保護して掘進することができる。

加えて、凹部に、電磁波を透過する素材より成る電磁波透過保護板であって、送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板の前面を覆う外部保護板を着脱可能に取付けて掘進するので、送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板を保護するとともに、地中の前方の状況を検知しながら掘進することができる。

加えて、凹部に、電磁波を透過しない素材より成る電磁波遮断板であって、送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板の前面を覆う外部保護板を着脱可能に取付けて掘進するので、特に硬い地盤中を掘進する場合に、地中の前方の検知より防護板の保護を優先させるときにはより高い保護機能を奏するように掘進することができる。

加えて、凹部に外部保護板を取付けて掘進した後、外部保護板を取り外して掘進するので、長距離施工や土質により外部保護板が摩耗・損傷してもそれを取り外して地中の前方の検知を行いながら、掘進することができる。

加えて、凹部に外部保護板を取付けて掘進した後、外部保護板を取り外して新たな外部保護板を取付けて掘進するので、岩盤などでの長距離施工が要求される場合には、外部保護板が摩耗・損傷してもそれを取り外して新たに外部保護板を取付けて、すなわち、交換することで、引き続き送信アンテナ防護板及び受信アンテナ防護板を保護しながら、掘進することができる。

本発明の第１の実施形態に係る地中掘進機の正面図である。 本発明の第１の実施形態を示す地中レーダ装置の断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す地中レーダ装置の断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す地中レーダ装置の断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る地中掘進方法の説明図である。

以下、本発明の実施の形態につき図面を参照する等して説明する。なお、本発明は、実施形態に限定されないことはいうまでもない。

〔第１の実施形態〕
以下、本発明の第１の実施形態を図１及び図２と共に説明する。

図１は第１の実施形態に係る地中掘進機の正面図であり、図２は第１の実施形態を示す地中レーダ装置の断面図である。
以下の説明において、地中掘進機の掘進する方向を前、その逆方向を後とする。

図１に示すように、地中掘進機１は、シールド工法に用いられるシールド掘進機であって、前端面に円形の面板２が設けられる。面板２の表面には、多数のビット２０ａを並べた複数条のカッター２０が放射状に取り付けられ、カッター２０に隣接してスリット２１が形成されている。
そして、地中掘進機１は、面板２を回転させてカッター２０で地盤を掘削し、スリット２１から土を取り込みながら前進していく。

面板２には、地中レーダ装置３が設置されている。地中レーダ装置３は、送信アンテナから前方へ電磁波を発信し、前方の反射物に当たって反射した反射波や面板２の前方の表面近くの地中を通って伝播される表面伝播波を受信アンテナで受信するようになっている。反射波によって障害物の有無や位置を判別したり、表面伝播波の伝播速度や減衰率などによって面板２の表面近くの土質を判別する。

図２に示すように、地中レーダ装置３は、２枚の防護板である送信アンテナ防護板３０ａ，受信アンテナ防護板３０ｂと、送信アンテナ部３１及び受信アンテナ部３２と、背面側電磁波遮断材３３と、電磁波遮断部３４とを備える。

面板２は、通常、電磁波を透過しにくい鉄等の強靭な材質で形成されているので、送信アンテナ部３１及び受信アンテナ部３２を設置する位置には開口部３５が形成されている。開口部３５は、カッター２０やスリット２１が設けられている部分を避けて形成される。

送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂは、強靭で、電磁波を透過するＦＲＰ等を素材とし、面板２の周方向に並べて、且つ、間隙３００をあけて隣接するよう開口部３５に嵌め込まれている。

送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂは、前面が面板２の前面より後退するよう配置されている。

送信アンテナ部３１は、地中検知用の電磁波を送信するものであって、送信アンテナ防護板３０ａの裏面側に密着して取り付けられて、土圧や水圧、土砂から保護されている。
送信アンテナ防護板３０ａは、送信アンテナ部３１の前面外周から張り出す大きさであって、送信アンテナ部３１の前面を完全に覆っている。

受信アンテナ部３２は、送信アンテナ部３１が送信した電磁波を受信するものであって、受信アンテナ防護板３０ｂの裏面側に密着して取り付けられて、土圧や水圧、土砂から保護されている。
受信アンテナ防護板３０ｂは、受信アンテナ部３２の前面外周から張り出す大きさであって、受信アンテナ部３２の前面を完全に覆っている。

地中レーダ装置３は、送信アンテナ部３１から電磁波を送信し、受信アンテナ部３２で受信して、例えば、面板２が一回転する間に３６０回の地中の状況について判断を行う。

背面側電磁波遮断材３３は、鉄等の電磁波が透過しない素材より成り、前面が開口し、面板２の開口部３５を背面側からカバーするように面板２の裏面に設けられている。
背面側電磁波遮断材３３は、内部に送信アンテナ部３１及び受信アンテナ部３２を収納するハウジングとしても機能し、箱形に形成され、送信アンテナ部３１と受信アンテナ部３２との間を仕切る隔壁３３０が設けられる。従って、背面側電磁波遮断材３３は、送信アンテナ部３１の背面側の周囲を囲んで設けられ、送信アンテナ部３１の背面側へ電磁波が漏れるのを防ぐ。

また、背面側電磁波遮断材３３について、箱型の送信アンテナ部３１及び受信アンテナ部３２が収納される空間に、さらに、比誘電率が大きい材料で充填して電磁波の乱反射を防ぐように構成するようにしても良い。

背面側電磁波遮断材３３の隔壁３３０は、面板２の裏面において、送信アンテナ防護板３０ａ，受信アンテナ防護板３０ｂの間の間隙３００と一致する位置に設けられる。

背面側電磁波遮断材３３の側壁の内周面の前部（図２において上部）及び隔壁３３０の送信アンテナ部３１及び受信アンテナ部３２側の前部（図２において上部）には、それぞれフランジが形成されており、フランジの前面が面板２の前面から後退した段部３５０ａ、３５０ｂとなっている。
この段部３５０ａ，３５０ｂの前面に、送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂの周縁部が載せられて固定されている。

電磁波遮断部３４は、鉄等の電磁波を透過しない材質より成り、隔壁３３０の前端面に設けられて送信アンテナ防護板３０ａと受信アンテナ防護板３０ｂの間の間隙３００に配置される。この電磁波遮断部３４は、送信アンテナ防護板３０ａと受信アンテナ防護板３０ｂを仕切り、送信アンテナ防護板３０ａと受信アンテナ防護板３０ｂの前面より突出して設けられている。具体的には、前端面が面板２の前面と面一となるよう突出している。

電磁波遮断部３４を設けたことにより、送信アンテナ部３１から送信された電磁波が送信アンテナ防護板３０ａと受信アンテナ防護板３０ｂを通って受信アンテナ部３２に伝播するのを遮断することができる。
なお、電磁波遮断部３４は隔壁３３０と一体であってよいし、別体の電磁波遮断部３４を溶接等により隔壁３３０に固定してもよい。

そして、面板２の前面から段部３５０ａ，３５０ｂの前面までの深さは、送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂの厚さよりも大きく設定されているので、送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂの前面が面板２の前面より後退して配置されることになる。すなわち、面板２の開口部３５と送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂの前面とで凹部３６が形成されている。

なお、本実施形態では、凹部３６は、面板２の開口部３５と送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂの前面とで形成されたものであるが、これに限られず、さらに送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂが後退して、面板２の開口部３５、背面側電磁波遮断材３３の側壁の内周面と送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂの前面とで凹部３６が形成されるものであっても良い。

突出した電磁波遮断部３４によって、凹部３６は送信側凹部３６ａと受信側凹部３６ｂに区画される。

送信アンテナ部３１は、送信アンテナ防護板３０ａを通して前方の地中へ電磁波を送信する。送信アンテナ部３１から送信された電磁波は受信アンテナ部３２で受信される。受信アンテナ部３２が受信する電磁波には、前方の障害物に当たって反射する反射波と、面板２の前面の近くを伝播する表面伝播波がある。
反射波の有無で障害物の有無を検知し、反射波の到達時間を評価することで、障害物までの距離を算出することができる。また、表面伝播波の電圧値や到達時間を評価することで、通過した地中の土質を判別することができる。

面板２が回転しながら地盤を掘削するのに伴って地中レーダ装置３も回転するが、地中レーダ装置３の前面に露出している送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂは面板２の前面よりも後退して配置され凹部を備えているので、地盤との摩擦による摩耗や損傷を抑えることができ、送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂによって保護される送信アンテナ部３１と受信アンテナ部３２の損傷を防止できる。

また、電磁波遮断部３４が、送信アンテナ防護板３０ａと受信アンテナ防護板３０ｂとを仕切り、凹部３６内において、送信アンテナ防護板３０ａと受信アンテナ防護板３０ｂの前面より突出しているので、凹部３６によってほぐされた地山を透過する表面伝播波の受信を少なくできるので、乱されていない正確な地山情報を含む表面伝播波を受信することになり、地山の土質判別に関する検知精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、電磁波遮断部３４が、その前端面が面板２の前面と面一となるよう突出しているようにしたが、これに限られず、面板２の前面より突出するようにしても良い。例えば、カッター２０の高さや切込み厚さを考慮した高さの程度まで突出するようにすれば、この位置まで掘削により地山が乱されているので、乱されていない正確な地山情報を含む表面伝播波を受信することになり、さらに地山の土質判別に関する検知精度を向上させることができる。

また、電磁波遮断部３４は、送信アンテナ防護板３０ａと受信アンテナ防護板３０ｂの前面より突出しないように、すなわちアンテナ防護板の前面と面一になるように設けても良い。この場合には、面板が回転する際に、電磁波遮断部３４による抵抗を小さくすることができる。

〔第２の実施形態〕
以下、本発明に係る第２の実施形態について図３と共に説明する。なお、第１の実施形態と同様の部分については説明を省略し、主に異なる部分について説明する。

第２の実施形態では、送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂの前面が面板２の前面より後退して配置された凹部３６ａ、３６ｂに、送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂより成る外部保護板が着脱可能に取り付けられる。

面板２の開口部３５は、背面側電磁波遮断材３３の段部３５０ａ、３５０ｂの外周囲より大きく開口されており、背面側電磁波遮断材３３の側壁の前端及び隔壁３３０の送信アンテナ部３１及び受信アンテナ部３２側の前端が、面板２の前面から後退して位置する前方段部３５１ａ，３５１ｂとして形成される。前方段部３５１ａ，３５１ｂは、送信アンテナ防護板３０ａ、受信アンテナ防護板３０ｂの前面と面一となっている。

凹部３６ａ、３６ｂは、開口部３５、前方段部３５１ａ，３５１ｂ及び送信アンテナ防護板３０ａ、受信アンテナ防護板３０ｂの前面によって形成される。

面板２の前面から凹部３６ａ、３６ｂの底部（前方段部３５１ａ，３５１ｂ及び送信アンテナ防護板３０ａ、受信アンテナ防護板３０ｂの前面）までの深さは、取付けられる送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂの厚さと等しいので、取付けられた送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂの前面は、面板２の前面と同一面内に配置されることになる。
送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂの前面と面板２の前面が同一面内に配置されているので、面板の回転抵抗を少なくすることができカッタートルクを低下させることができる。

送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂは、ＦＲＰ等の電磁波を透過する素材より成る電磁波透過保護板である。送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂは、送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂを保護するために一回り広い形状となっている。

送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂは、外縁部を前方段部３５１ａ，３５１ｂの前面に載置されネジ等により着脱可能に取り付けられる。
送信側外部保護板４０ａと受信側外部保護板４０ｂの間は、面板２の前面まで突出する電磁波遮断部３４によって遮断される。なお、本実施形態では、隔壁３３０の先端部であって送信アンテナ防護板３０ａと受信アンテナ防護板３０ｂとの間に両者を仕切るように存在する部分は、送信アンテナ防護板３０ａから受信アンテナ防護板３０ｂに直接電磁波が通過しないように遮断する電磁波遮断部に相当する。

送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂは、電磁波を透過するため、送信アンテナ部３１及び受信アンテナ部３２の前方に設置してあっても地中レーダ装置３の検知機能を果たすことができる。

従って、地中掘進機１が様々な硬さの地盤中を掘進する際に、送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂを常に装着しておくことができる。また、地中掘進機１が、送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂを保護する必要性が低い軟質地盤や粘土地盤等を掘進する際には、送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂを外しておき、保護する必要性が高い地盤、例えば礫地盤、岩盤等の硬質地盤中を掘進する際に送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂを装着してもよい。

また、長距離施工をする際に、最初からは送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂを取付けておき、所定の距離を掘削したときに、送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂが摩耗・損傷したら取り外して、取り外したまま又は交換して、その後を掘削するようにしても良い。

なお、本実施形態では、送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂの前面と面板２の前面が同一面内に配置されていたが、これに限らず、送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂの前面を面板２の前面より後退して配置するようにしても良い。そのようにすれば、外部保護板の摩耗・損傷を抑制することができる。

また、本実施形態では、面板２の開口部３５を広くとり前方段部３５１ａ，３５１ｂを設けて送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂを送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂより一回り広い形状として十分保護できる形状となるようにしたものであったが、送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂと送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂを同じ寸法の大きさにしてもよい。この場合には、前方段部３５１ａ，３５１ｂは設けられず、第１の実施形態と同様に段部３５０ａ，３５０ｂの外側周囲と開口部３５は同じ大きさになる。

なお、本実施形態の電磁波遮断部３４は、第１の実施形態同様、前端面が面板２の前面と面一となるよう突出しているようにしたが、これに限られず、第１の実施形態でのなお書きの変形例と同様に、面板２、送信側外部保護板４０ａ、受信側外部保護板４０ｂの前面より突出するようにしても良いことはいうまでもない。

〔第３の実施形態〕
以下、本発明に係る第３の実施形態について図４と共に説明する。なお、第１及び第２の実施形態と同様の部分については説明を省略し、主に異なる部分について説明する。

第３の実施形態において、第２の実施形態と異なる点は、送信側外部保護板４０ａ’及び受信側外部保護板４０ｂ’が電磁波を透過しない素材より成る電磁波遮断保護板である点である。
電磁波を透過しない素材は、鉄や鉄合金などが採用される。この送信側外部保護板４０ａ’及び受信側外部保護板４０ｂ’を送信アンテナ部３１と受信アンテナ部３２の前方に取り付けると、電磁波の送受信を行うことができない。

従って、地中の前方探知より防護板の保護を優先させるようなときには有効である。例えば、岩盤を掘削するような場合である。また、長距離施工で最初から送信側外部保護板４０ａ’及び受信側外部保護板４０ｂ’を取付けておいて掘削し、所定の距離を掘削したときに、送信側外部保護板４０ａ’及び受信側外部保護板４０ｂ’が摩耗・損傷したら取り外して、取り外したまま又は交換して、その後を掘削するようにしても良い。

〔第４の実施形態〕
以下、本発明に係る第４の実施形態について図５と共に説明する。なお、第１乃至第３の実施形態と同様の部分については説明を省略し、主に異なる部分について説明する。

第４の実施形態は、第１の実施形態乃至第３の実施形態に係る地中レーダ装置３を用いて地中掘進方法を行うものである。

図５は、地中掘進機１によって掘削する掘進経路の地山の概略を表した縦断図で、粘土地盤等の通常地盤ａ、特に硬度の高い硬質地盤である岩盤ｂ、やや硬度の低い硬質地盤である礫地盤ｃの順（図５において左から右方向）で掘削する地盤の土質が変化する。
また、通常地盤ａと岩盤ｂとの境界部には地上から中間立坑Ａが構築され、岩盤ｂと礫地盤ｃとの境界部には地上から中間立坑Ａ´が構築されている。

地中掘進機１のスタート位置には地上から図示しない立坑が形成され、送信側外部保護板４０ａ，４０ａ’及び受信側外部保護板４０ｂ，４０ｂ’が取付けられない、すなわち第１の実施形態のような凹部３６ａ、３６ｂが露出した地中レーダ装置３が搭載された地中掘進機１を立坑内に設置し、立坑に続く通常地盤ａ中を掘進する。

地中掘進機１が中間立坑Ａに到達した後、凹部３６ａ、３６ｂに電磁波を透過しない素材より成る送信側外部保護板４０ａ’及び受信側外部保護板４０ｂ’を取付けて、すなわち第３の実施形態のように送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂの前面を覆って保護された地中レーダ装置３が搭載された地中掘進機１によって、中間立坑Ａから発進し、岩盤ｂ中を掘進する。

地中掘進機１が中間立坑Ａ´に到達した後、電磁波を透過しない素材より成る送信側外部保護板４０ａ’及び受信側外部保護板４０ｂ’を取り外し、凹部３６ａ、３６ｂに電磁波を透過する素材より成る送信側外部保護板４０ａ及び受信側外部保護板４０ｂを取付けて、すなわち第２の実施形態のように送信アンテナ防護板３０ａ及び受信アンテナ防護板３０ｂの前面を覆って保護された地中レーダ装置３が搭載された地中掘進機１によって、中間立坑Ａ´から発進し、礫地盤ｃ中を掘進する。

本実施形態では、粘土地盤等の通常地盤ａは第１の実施形態を適用する地盤の例、硬度の高い硬質地盤である岩盤ｂは第３の実施形態を適用する地盤の例、硬度の低い硬質地盤である礫地盤ｃは第２の実施形態を適用する地盤の例としているが、状況に応じて適用されるものであり、地盤の具体例と適用する実施形態の組み合わせは必須のものではない。

〔その他の変形例〕
本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。例えば以下のようなものも含まれる。

本実施形態では、地中掘進機は、シールド工法に用いられるシールド掘進機であるが、これに限られず、カッターを有して回転する面板を備える地中掘進機であれば推進工法やＴＢＭ工法に用いられる地中掘進機であってもよい。

本実施形態では、送信アンテナ部と受信アンテナ部が、面板の周方向に並べて配置されているが、面板の径方向に並べて設置してもよい。

第２の実施形態及び第３の実施形態では、送信側外部保護板及び受信側外部保護板の前面と面板の前面とが面一となっているが、送信側外部保護板及び受信側外部保護板の前面を面板の前面から後退させて配置してもよい。

第４の本実施形態では、中間立坑内で送信側外部保護板及び受信側外部保護板の着脱を行なっているが、これに限らず、中間立坑を設けず、地盤改良を行って着脱作業スペースを確保して、着脱作業を行うようにしても良い。

本実施形態では、通常地盤中を掘進する際に送信側外部保護板及び受信側外部保護板を外してあるが、電磁波を透過する素材より成る送信側外部保護板及び受信側外部保護板の着脱を装着して掘進を行なうこともできる。
また、岩盤中を掘進する時に、鉄又は鉄合金を素材とする送信側外部保護板及び受信側外部保護板ではなく、電磁波を透過する素材より成る送信側外部保護板及び受信側外部保護板を取り付けることも可能である。

本実施形態では、外部保護板が送信部と受信部とが別部材で構成されるものであったが、一部材で構成されるものであっても良い。

いずれの実施形態における各技術的事項を他の実施形態に適用して実施例としても良い。

１ 地中掘進機
２ 面板
２０ カッター
２０ａ ビット
２１ スリット
３ 地中レーダ装置
３０ａ 送信アンテナ防護板
３０ｂ 受信アンテナ防護板
３００ 間隙
３１ 送信アンテナ部
３２ 受信アンテナ部
３３ 背面側電磁波遮断材
３３０ 隔壁
３４ 電磁波遮断部
３５ 開口部
３５ａ 送信側開口部
３５ｂ 受信側開口部
３５０ａ，３５０ｂ 段部
３５１ａ，３５１ｂ 前方段部
３６ 凹部
４０ａ，４０ａ’ 送信側外部保護板
４０ｂ，４０ｂ’ 受信側外部保護板
ａ 通常地盤
ｂ 岩盤
ｃ 礫地盤
Ａ，Ａ’ 中間立坑

Claims (14)

1. カッターを有して回転する面板を備える地中掘進機の前方の地中へ電磁波を送信する送信アンテナ部と、前記電磁波が前方の障害物に当たって反射した反射波及び前記地中掘進機の前面近くの地中を伝播する表面伝播波を受信する受信アンテナ部と、電磁波を透過する素材よりなり前記面板に設けられて前記送信アンテナ部を防護する送信アンテナ防護板と、電磁波を透過する素材よりなり前記面板に設けられて前記受信アンテナ部を防護する受信アンテナ防護板と、を備えた地中レーダ装置であって、
   前記送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面が前記面板の前面より後退して配置された凹部を備えていることを特徴とする地中レーダ装置。
2. 前記凹部に、着脱可能に取り付けられ、前記送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面を覆う外部保護板を備えることを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の地中レーダ装置。
3. 前記外部保護板の前面と前記面板の前面とが同一面内に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の地中レーダ装置。
4. 前記外部保護板の前面は、前記面板の前面より後退して配置されることを特徴とする請求項２に記載の地中レーダ装置。
5. 前記外部保護板は、電磁波を透過する素材より成る電磁波透過保護板であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の地中レーダ装置。
6. 前記外部保護板は、電磁波を透過しない素材より成る電磁波遮断保護板であることを特徴とする請求項２乃至請求項４のうちいずれか１項に記載の地中レーダ装置。
7. 前記送信アンテナ防護板と前記受信アンテナ防護板とを仕切る電磁波遮断部を備え、該電磁波遮断部は送信アンテナ防護板と前記受信アンテナ防護板の前面より突出していることを特徴とする請求項１乃至請求項６のうちいずれか１項に記載の地中レーダ装置。
8. 前記送信アンテナ防護板と前記受信アンテナ防護板とを仕切る電磁波遮断部を備え、
   前記外部保護板が、前記送信アンテナ防護板の前面を覆う送信側外部保護板と、前記受信アンテナ防護板の前面を覆う受信側外部保護板とからなり、
   前記電磁波遮断部は、前記送信側外部保護板と前記受信側外部保護板とを仕切るとともに、前記送信側外部保護板と前記受信側外部保護板の前面より突出していることを特徴とする請求項２乃至請求項７のうちいずれか１項に記載の地中レーダ装置。
9. カッターを有して回転する面板を備える地中掘進機の前方の地中へ電磁波を送信する送信アンテナ部と、前記電磁波が前方の障害物に当たって反射した反射波及び前記地中掘進機の前面近くの地中を伝播する表面伝播波を受信する受信アンテナ部と、電磁波を透過する素材よりなり前記面板に設けられて前記送信アンテナ部を防護する送信アンテナ防護板と、電磁波を透過する素材よりなり前記面板に設けられて前記受信アンテナ部を防護する受信アンテナ防護板とを備え、前記送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面が前記面板の前面より後退して配置されて凹部を備えている地中レーダ装置を備えて掘進することを特徴とする地中掘進方法。
10. 前記凹部に、前記送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面を覆う外部保護板を着脱可能に取付けて掘進することを特徴とする請求項９に記載の地中掘進方法。
11. 前記凹部に、電磁波を透過する素材より成る電磁波透過保護板であって、前記送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面を覆う外部保護板を着脱可能に取付けて掘進することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の地中掘進方法。
12. 前記凹部に、電磁波を透過しない素材より成る電磁波遮断板であって、前記送信アンテナ防護板及び前記受信アンテナ防護板の前面を覆う外部保護板を着脱可能に取付けて掘進することを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の地中掘進方法。
13. 前記凹部に前記外部保護板を取付けて掘進した後、前記外部保護板を取り外して掘進することを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のうちいずれか１項に記載の地中掘進方法。
14. 前記凹部に前記外部保護板を取付けて掘進した後、前記外部保護板を取り外して新たな外部保護板を取付けて掘進することを特徴とする請求項１０乃至請求項１２のうちいずれか１項に記載の地中掘進方法。

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