JP3389129B2 - 電磁レーダ用格納装置及びその取り付け方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削時に
前方の地質状態を把握するのに用いられる電磁波レーダ
を全断面掘削機の面盤に脱着可能に取り付けるための、
電磁レーダ用格納装置及びその取り付け方法に関するも
のである。 【０００２】 【従来の技術】トンネルの全断面を一括して掘削するト
ンネル掘進方法として全断面掘削機（以下、ＴＢＭと称
する）を用いる方法がある。この方法によれば、トンネ
ル掘削の基本サイクルである、掘削、ズリ出し、支保の
作業を連続的にまたは一部平行して行うことができ、高
速掘進が可能となる。 【０００３】しかし、ＴＢＭは内部に巨大な動力装置を
有し、また、掘削したトンネル壁面からの岩石の崩落防
護のための屋根（シールド装置）を有するため、ＴＢＭ
本体の重量は大きく、さらに、掘削したトンネル壁面と
ＴＢＭの外周部のスペースは極めて狭い。そこで、地山
状態が悪く、切羽の押し出し、掘削後の岩石の崩落など
が生じる場合は、掘削に極めて難渋することになる。こ
うした問題に対応するため、切羽面前方の地質状態の探
査あるいは切羽面の崩壊形状を計測し、事前に異常を検
知して対策を行うための各種方法が考えられているとこ
ろである。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】したがって、現在のと
ころ、探りボーリングや事前の地質調査、ＴＳＰ（弾性
波を用いたトンネル切羽前方探査調査法）の結果などを
参考にはしているが、基本的には弾性波は水の存在には
敏感でなく前方の帯水層の検知には不適当であり、ＴＢ
Ｍによる掘削の場合、いわば眼を持たず岩盤を掘削して
いるのが現状である。このような状態でＴＢＭによる掘
削を実行すると、破砕帯などに掘り進むことによってＴ
ＢＭの進行が不可能になることが予想され、この場合、
工程に大きな影響を与え、工費も増えることになる。 【０００５】これを解決するために、水に敏感な電磁波
を利用することが考えられる。この具体的な方法の１つ
として、掘削用のカッターを装着する面盤に電磁波のア
ンテナを装着し、このアンテナからの電磁波を切羽前方
に送信し、その反射波を用いて切羽前方の地質や切羽面
の形状の推定を掘削と同時進行で行う電磁レーダを利用
する方法が考えられる。電磁レーダをＴＢＭの面盤に装
着して切羽前方近距離を調査する場合、シールドとは大
きく異なる。すなわち、電磁レーダによりＴＢＭの面盤
前方を探査するためＴＢＭの面盤に電磁レーダのアンテ
ナを装着することになるが、掘削時のアンテナ保護板の
摩耗や破損、岩塊や振動等によるアンテナそのものの破
損、電子機器の内部への漏水や振動による故障、掘削時
の面盤の熱などの種々のトラブルに対する対策、また、
一定期間使用した後の安全かつ簡便な保守方法や破損し
た機器の交換方法は確立されておらず、結局、実用機と
して成功を見ていないのが現状である。 【０００６】本発明の目的は、したがって、従来技術に
おける上述の問題点を解決することができるようにし
た、ＴＢＭの面盤前方の地質探査用の電磁レーダ用格納
装置及びその取り付け方法を提供することにある。 【０００７】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明によれば、切羽前方の地質状態を把握するた
めの電磁レーダをＴＢＭに搭載させるための電磁レーダ
用格納装置であって、前面壁が耐摩耗性を有する電磁波
透過性の部材から成り前記電磁レーダの送受信アンテナ
が収納、固定された筐体を有し、該筐体が前記ＴＢＭの
面盤に着脱自在に取り付けられるカートリッジ式となっ
ている電磁レーダ用格納装置が提案される。 【０００８】筐体内に送受信アンテナに接続される増幅
器等の電子機器をさらに収納してもよく、この場合には
電子機器を機械的振動から護るため筐体内には適宜の振
動緩衝材を充填するのが好ましい。 【０００９】面盤に上記電磁レーダ用格納装置の外形寸
法に相応した取り付け用の空間を形成し、この空間内に
カートリッジ式の筐体を取り付けることができる。 【００１０】本発明によれば、前記筐体を前方に向かっ
て窄む形状とし、前記面盤には該筐体の形状に相応した
収納用孔部を設けておき、該筐体を前記面盤の裏側より
該収納用孔部にはめ込み、防護板を前記面盤の裏側にボ
ルト固定することによって前記筐体を前記収納用孔部内
に固定するようにした、前記筐体をＴＢＭの面盤に取り
付けるための方法が提案される。 【００１１】筐体は前方に向かって窄む形状となってい
るので、面盤の裏側から収納用孔部に筐体を差し込むだ
けでそこに位置決め、保持される。この状態で防護板を
ボルト固定すれば、筐体は、その形状故に面盤の前面よ
り抜け出ることがなく、一方、防護板により押さえられ
て面盤の後面より抜け出ることがない。この取り付け方
法によれば、筐体をカートリッジ式に面盤に入れ込んで
防護板をボルトで面盤の裏側に固定するだけでよいの
で、その取り付け又は交換作業が著しく簡単で、且つ筐
体を面盤に確実に取り付けることができる。 【００１２】 【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態の一例につき詳細に説明する。 【００１３】図１には、トンネルの全断面を一括して掘
削するためのＴＢＭに、その面盤の前方の地質状態を把
握するための電磁レーダを搭載させるために使用され
る、本発明による電磁レーダ用格納装置が断面して示さ
れている。上述の目的で使用される電磁レーダは、電磁
波の送信部、受信部及びデータ処理部が設けられている
本体装置と、送信部に接続される送信アンテナと受信部
に接続される受信アンテナとを含んで成るアンテナ機器
とから構成されている。図１に示した電磁レーダ用格納
装置１は、このうちの送信アンテナ及び受信アンテナを
収納した筐体をＴＢＭの面盤にカートリッジ式にて着脱
自在としたものである。 【００１４】電磁レーダ用格納装置１において、２は剛
性のある金属材料である鋼板から成るケーシング、３は
ケーシング２の前方の開口部２Ａを塞ぐようにしてケー
シング２に前面壁として固定されているアンテナ支持盤
であり、ケーシング２とアンテナ支持盤３とによってカ
ートリッジ式の筐体４が構成されている。 【００１５】アンテナ支持盤３は、耐摩耗性に優れたＦ
ＲＰ板から成る外側保護材３１と、弾性に富む良好な電
気的絶縁材料である飴ゴム板から成る内側緩衝材３２と
が積層されて形成されたものであり、内側緩衝材３２に
電磁レーダの送信アンテナＡＴと受信アンテナＡＲとが
適宜の手段によりしっかりと図示の如く固定されてい
る。飴ゴムはカーボンを含まない良い絶縁体であり、し
たがって、送信アンテナＡＴ及び受信アンテナＡＲと筐
体４との間の良好な電気的絶縁状態を確保することがで
きる。ＦＲＰ板及び飴ゴム板はいずれも電磁波をよく透
過させる材料である。したがって、アンテナ支持盤３も
全体として良好な電磁波透過性を有しており、筐体４内
に収納された送信アンテナＡＴは筐体４の前方へ電磁波
を効率よく送信し、受信アンテナＡＲは筐体４の前方か
らの電磁波を効率よく受信することができる。 【００１６】ケーシング２内で電磁波が散乱するのを防
止し、これにより電磁レーダの探知性能を向上させるよ
うにするため、ケーシング２の内壁面には公知の電磁波
吸収体５が貼着されている。さらに、ケーシング２内に
はポリウレタン等の振動緩衝材６が注入されており、こ
れにより、掘削のために面盤１０が回転した場合の振動
により送信アンテナＡＴ及び受信アンテナＡＲが破壊さ
れるのを確実に防止するように構成されている。 【００１７】ケーシング２は、枠体２１に蓋体２２を溶
接により固定したものであり、全体として外形が前方に
向けて窄まっている截頭四角錐の形態をなしている。枠
体２１にはケーブル引き出し用の貫通孔２１Ａがあけら
れており、送信アンテナＡＴ及び受信アンテナＡＲを外
部の機器に接続するための送信用及び受信用高周波同軸
ケーブルＫＴ、ＫＲは、貫通孔２１Ａを通って１つにま
とめられたケーブルＫとして外部に引き出されている。 【００１８】電磁レーダ用格納装置１は上述のように筐
体４内に送信アンテナＡＴと受信アンテナＡＲとを収納
したカートリッジになっているので、ＴＢＭの面盤に電
磁レーダ用格納装置１をはめ込む適宜のスペースを設け
ておくことにより、電磁レーダ用格納装置１を簡単に面
盤に装着し、また交換等の際には電磁レーダ用格納装置
１を面盤から簡単に取り外すことが可能となる。 【００１９】図２には、図１に示した電磁レーダ用格納
装置１を本発明の方法により面盤１０に取り付けた場合
の実施の形態の一例が示されている。１０は図示しない
ＴＢＭの前胴の前部に取り付けられ、図示しない回転軸
を中心に回転する面盤であり、図２ではその一部が拡大
して示されている。ＤＣは、面盤１０に固定されている
岩破砕を行うためのディスクカッタである。面盤１０は
所定の厚みを備えた鋼製の板材であり、面盤１０の外周
面１０Ａに近い部分であってディスクカッタＤＣが装着
されていない部分に電磁レーダ用格納装置１をはめ込む
ための収納用孔部１１が形成されている。 【００２０】収納用孔部１１の孔形状は、電磁レーダ用
格納装置１のケーシング２の外周形状に相応しており、
したがって、収納用孔部１１の内周面１１Ａは、前方に
向けて窄まっており、前方開口部１１Ｂは後方開口部１
１Ｃよりも小さくなっている。このため、電磁レーダ用
格納装置１を収納用孔部１１内に面盤１０の裏面１０Ｂ
側よりはめ込んだ場合、電磁レーダ用格納装置１が収納
用孔部１１の前方開口部１１Ｂから抜け出ることがな
い。本実施の形態では、電磁レーダ用格納装置１が収納
用孔部１１にはめ合わされた状態で、アンテナ支持盤３
が収納用孔部１１の前方開口部１１Ｂに略面一となるよ
う、電磁レーダ用格納装置１が構成されている。 【００２１】面盤１０の裏面１０Ｂであって収納用孔部
１１付近には、送信アンテナＡＴ及び受信アンテナＡＲ
に接続されるプリアンプ類の電子機器を収納しておくた
めの室１２が形成されており、室１２と収納用孔部１１
との間には、ケーブルＫを通すためのケーブル通路１３
が形成されている。したがって、収納用孔部１１内に収
納された電磁レーダ用格納装置１の貫通孔２１Ａから引
き出されているケーブルＫをケーブル通路１３を通して
室１２に導き、室１２内に収納される電子機器に接続す
ることができる。 【００２２】図３に示されるように、ケーブルＫによっ
て送信アンテナＡＴ及び受信アンテナＡＲに接続される
電子機器１４もまた筐体１８に収納されたカートリッジ
式の形態となっており、筐体１８のケーブル孔１８Ａを
介してケーブルＫが電子機器１４と接続され、別のケー
ブル孔１８Ｂを通ってケーブル１４Ａが筐体１８から引
き出されている。そして、筐体１８は室１２にカートリ
ッジ式に収納される。なお、筐体１８内にもポリウレタ
ン等の振動緩衝材が注入されており、これにより電子機
器１４を振動から護る構成となっている。 【００２３】図２に戻ると、電子機器１４から出ている
ケーブル１４Ａは、面盤１０に設けられたケーブルガイ
ド１７を介して、ＴＢＭの回転軸に装着されているスリ
ップリング（図示せず）にまで延びており、ケーブル１
４Ａはこのスリップリングに接続されている。このた
め、室１２には、ケーブル１４Ａをケーブルガイド１７
へ通すための切り口が設けられている。電磁レーダ用格
納装置１からスリップリングまでが電磁レーダのアンテ
ナ機器を構成しており、アンテナ機器はスリップリング
を介してＴＢＭ本体に取り付けられている本体装置（図
示せず）と電気的に接続される構成となっている。 【００２４】したがって、送信信号はケーブル１４Ａを
通り電子機器１４及びケーブルＫを経由して送信アンテ
ナＡＴに与えられる。一方、受信アンテナＡＲで受信さ
れた受信信号はケーブルＫを通って電子機器１４に入
り、ここで増幅された後、ケーブル１４Ａを介して図示
しないスリップリングにまで送信される。 【００２５】電磁レーダ用格納装置１及び電子機器１４
を収納している筐体１８が収納用孔部１１及び室１２か
ら飛び出すのを防止すると共に、ズリが収納用孔部１１
及び室１２内に侵入して送信アンテナＡＴ、受信アンテ
ナＡＲ及び電子機器１４に損傷を与えることがないよう
にするため、収納用孔部１１及び室１２は保護鉄板１５
によって覆われ、保護鉄板１５はボルト１６によって面
盤１０の裏面１０Ｂにしっかりと固定されている。図４
には、保護鉄板１５が収納用孔部１１及び室１２を覆う
ようにして面盤１０にボルト止めされている様子が示さ
れている。 【００２６】ここで、保護鉄板１５の周囲１５Ａには傾
斜を付けることで、ボルト１６への剪断力を軽減するよ
うになっている。ボルト１６が保護鉄板１５にねじ込み
される場合、ボルト１６のヘッドが完全に保護鉄板１５
の中に押し込まれるようになっており、ボルト１６のヘ
ッドが剪断破壊しないようになっている。 【００２７】電磁レーダ用格納装置１は以上のように構
成されて面盤１０に取り付けられるので、面盤１０が回
転してディスクカッタＤＣにより掘削が行われ、電磁レ
ーダ用格納装置１の前面が岩石と衝突したり擦れ合った
りしても、ＦＲＰから成る外側保護材３１のために電磁
レーダ用格納装置１が何等深刻な損傷を受けることがな
い。また、送信アンテナＡＴ及び受信アンテナＡＲは弾
力性に富む内側緩衝材３２を介して外側保護材３１に固
定されることとなるので、破砕された岩屑が衝突したと
きに弾力で跳ね返すことができる。外側保護材３１は、
岩屑が衝突したとき内側緩衝材３２が弾力を発生するこ
とで撓むときに送信アンテナＡＴ及び受信アンテナＡＲ
に直接当たらないようにする役目、また、内側緩衝材３
２が岩屑が衝突したとき離脱した場合に送信アンテナＡ
Ｔ及び受信アンテナＡＲを一時的に保護する役目の両方
を有する。なお、アンテナ支持盤３は、例えば４０ｍｍ
程度の厚さのＦＲＰ板で構成してもよい。 【００２８】上述した実施の形態では、電子機器１４を
筐体１８に収納することにより電磁レーダ用格納装置１
と別体にして面盤１０に取り付ける構成としたので、ア
ンテナが故障した場合には電磁レーダ用格納装置１のみ
をカートリッジ交換すればよいし、電子機器１４が故障
した場合には筐体１８のみをカートリッジ交換すればよ
いので、効率のよいメンテナンスを行うことができる。
しかし、電子機器１４を筐体４内に収納して固定する構
成とし、電子機器１４からの接続用のケーブル１４Ａを
ケーブル通路１３及びケーブルガイド１７を介してスリ
ップリングに接続し、所要の電気的接続を行う構成とす
ることもできる。 【００２９】図５には、本発明による電磁レーダ用格納
装置の他の実施の形態が断面図にて示されている。この
電磁レーダ用格納装置４０は、鋼製の筐体４１の前面開
口４１Ａに、アンテナ支持盤５０が固定されて成る直方
体の形態となっている。アンテナ支持盤５０は、図１に
示した実施の形態の場合と同じく、ＦＲＰ板から成る外
側保護材５１と飴ゴムから成る内側緩衝材５２とが積層
されて形成されており、内側緩衝材５２に送信アンテナ
ＡＴと受信アンテナＡＲとが適宜の手段によりしっかり
と図示の如く固定されている。５３は電磁波吸収体、５
４は振動緩衝材である。高周波同軸ケーブルＫＴ及びＫ
Ｒは、筐体４１のケーブル孔４１ＢからケーブルＫとし
て外部に引き出されている。電磁レーダ用格納装置４０
は、アンテナ支持盤５０に通されているボルト６０によ
って面盤１０に固定される構成となっている点で、図１
に示した電磁レーダ用格納装置１と異なっている。 【００３０】図６には、図５に示した電磁レーダ用格納
装置４０を面盤１０に取り付けた場合の実施の形態の一
例が示されている。図６の各部のうち図２の各部に対応
する部分には同一の符号を付してそれらの説明を省略す
る。 【００３１】符号７０で示されるのは、電磁レーダ用格
納装置４０を収納するため面盤１０にあけられた収納用
孔部である。この実施の形態では、収納用孔部７０の孔
形状は電磁レーダ用格納装置４０の筐体４１の形状に相
応した矩形となっており、面盤１０の表側の開口部周縁
７０Ａに沿って内向きフランジ７１が形成されている。
このため、収納用孔部７０内に電磁レーダ用格納装置４
０をはめ込んだとき、内向きフランジ７１によって電磁
レーダ用格納装置４０が収納用孔部７０から飛び出るの
を防止し、電磁レーダ用格納装置４０を収納用孔部７０
内に確実に収納することができる。 【００３２】電磁レーダ用格納装置４０が収納用孔部７
０内に収納された場合、ボルト６０を内向きフランジ７
１に削孔された対応するねじ穴７２にねじ込んで、電磁
レーダ用格納装置４０を収納用孔部７０内にしっかりと
固定することができる。電磁レーダ用格納装置４０から
のケーブルＫはケーブル通路１３を介して室１２内の電
子機器１４に接続される。 【００３３】電磁レーダ用格納装置４０を収納用孔部７
０に収納し、筐体１８を室１２に収納した状態で収納用
孔部７０及び室１２は保護鉄板１５で覆われ、保護鉄板
１５はボルト１６によって面盤１０の裏面１０Ｂにしっ
かりとボルト固定される。これにより、ズリが収納用孔
部７０及び室１２内に侵入するのを確実に防止できる。 【００３４】図６に示した実施の形態の場合において
も、電子機器１４を電磁レーダ用格納装置４０内に収納
することもできる。また、収納用孔部７０内に収納した
電磁レーダ用格納装置４０をボルト６０で面盤１０に固
定したが、電磁レーダ用格納装置４０を保護鉄板１５で
押さえ込むようにしておけば、保護鉄板１５をボルト１
６でボルト止めするだけで電磁レーダ用格納装置４０を
収納用孔部７０内に固定することができる。 【００３５】硬岩掘削で用いられるようになったＴＢＭ
への電磁レーダの搭載は難しいとされてきた。これは、
掘削状況から考えて設置方法の難しさに起因することが
大きい。しかし、逆に機器損傷は起こるものと想定し
て、各部分をカートリッジ化し、破損したときは取り換
え可能にしておくことで、ＴＢＭの「眼」として電磁レ
ーダを連続的に用いることができる。このことにより、
結果的に、工程に影響を与えず、ＴＢＭ工法の妨げとな
る破砕帯を事前に探知することができ、急速施工が期待
できる。 【００３６】 【発明の効果】本発明によれば、上述の如く、機器損傷
は起こるものと想定して電磁レーダの各部分を筐体に入
れてカートリッジ化しておくようにしたので、ＴＢＭの
面盤への着脱が極めて容易となり、破損した場合にも予
備のものに入れ替えるだけでよく、電磁レーダを連続し
て使用することができるようになる。このため、工程に
影響を与えず、ＴＢＭ工法の妨げとなる破砕帯を事前に
探知することができ、急速施工が期待できる。 【００３７】また、送受信アンテナを収納したカートリ
ッジ式の筐体を前方に向かって窄まる形状とし、面盤に
この形状に応じた収納用孔部を設けて筐体をこの収納用
孔部に入れるだけで筐体の面盤への取り付けを極めて簡
単に行えるようにしたので、筐体の取り付け、交換作業
が誰でも簡単に短時間で行うことができ、工程に影響を
与えず、ＴＢＭ工法の妨げとなる破砕帯を事前に探知す
ることができ、急速施工が期待できる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明による電磁レーダ用格納装置の実施の形
態の一例を示す断面図。 【図２】図１に示した電磁レーダ用格納装置を本発明の
方法により面盤に取り付けた場合の実施の形態の一例を
示す要部拡大図。 【図３】図１に示した電磁レーダ用格納装置と共に面盤
に取り付けられる電子機器用のカートリッジ式筐体の断
面図。 【図４】図２の右側面の要部を示す図。 【図５】本発明による電磁レーダ用格納装置の他の実施
の形態を示す断面図。 【図６】図５に示した電磁レーダ用格納装置を面盤に取
り付けた状態を示す要部拡大図。 【符号の説明】 １ 電磁レーダ用格納装置 ２ ケーシング ３ アンテナ支持盤 ４ 筐体 １０ 面盤 １１ 収納用孔部 １２ 室 １３ ケーブル通路 １４ 電子機器 １５ 保護鉄板 ＡＴ 送信アンテナ ＡＲ 受信アンテナ Ｋ ケーブル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−142343（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−240983（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−140334（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−134091（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−97997（ＪＰ，Ｕ) 実用新案登録2512677（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 9/10 E21D 9/06 301 E21D 9/08

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 切羽前方の地質状態を把握するための電
   磁レーダを岩破砕を行うためのディスクカッタを有する
   面盤を備えた全断面掘削機に搭載させるための電磁レー
   ダ用格納装置であって、 前面壁が耐摩耗性を有する電磁波透過性の部材から成り
   前記電磁レーダの送受信アンテナが収納、固定された筐
   体を有し、 該筐体内には前記送受信アンテナが振動により破壊され
   るのを防止するための振動緩衝材が注入されており、該筐体は前方に向かって窄む形状に形成され、 該筐体の
   全体が前記面盤に前記筐体の形状に相応して設けられた
   収納用孔部内に前記面盤の裏側からはめ込まれて収容さ
   れるようにして着脱自在に取り付けられるカートリッジ
   式となっており、前記筐体の前面壁が前記面盤の前記ディスクカッタが設
   けられている面と略面一となるように取り付けられ、 前記全断面掘削機が岩破砕を行うときの振動により前記
   筐体及び前記送受信アンテナが破壊するのを防ぐことが
   できるようになっていることを特徴とする電磁レーダ用
   格納装置。