JP3705948B2 - Underground drilling rig - Google Patents

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JP3705948B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、シールドマシンなどと称される地中掘削機に関するものであり、特に、先端部分に障害物探知用のレーダ装置を搭載した地中掘削機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、地上からの開削を行うことなく地中にトンネルを形成する非開削工法としてシールド掘削工法が知られている。最近、超小型のシールド掘削システムとして、ロッドなどと称される可撓性を有する長尺体の先端に直径50mm〜60mm程度の寸法の掘削刃を取付け、このロッドの根元側を地上に設置した駆動装置によって回転、推進させることにより、地中に配管敷設用の小径のトンネルを形成する工法が採用されてきている。このようなシールド掘削工法は、非開削ドリリング工法などと称されている。
【0003】
このような非開削ドリリング工法では、形成中のトンネルの長さの増加に合わせて、一定長のパイプが次々と継ぎ足されてゆくことにより、ロッド長が増加せしめられる。パイプの継ぎ足しは作業現場において迅速に行う必要があり、このため、各パイプの端部にネジ溝を形成しておきこれらのネジ溝を螺合させることによって上記パイプの継ぎ足しが行われる。また、先端の掘削刃の冷却と、掘削対象の土壌の軟化を図るという目的から、地上の根元部分からロッド内を通して40気圧程度の高圧の水を送水し、その先端部から地中に吐出することが行われている。
【0004】
上記従来の非開削ドリリング工法では、トンネルの形成に先立って、形成対象の地中のガス管、水道管、電力ケーブル等の既設の設備の埋設状況が地上から地中レーダ装置を操作することによって探査され、既設の埋設物への接触を回避できるようなトンネルの形成ルートが決定される。しかしながら、実際には、測定誤差などによって形成途中のトンネルが地中の埋設物に接触したりすることも起こり得る。このような事態を回避するために、ロッドの先端部分に小型の地中レーダ装置を取付け、前方の障害物の有無を確認しながら掘削を行うことが考えられるようになってきた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記地中レーダの設置には、これをいかにして小型化するかという問題に加えて、地中レーダ装置の探査結果をどのようにして地上に送信するかというという問題と、地中レーダ装置にどのようにして動作電力を供給するかという問題を解決する必要がある。何故ならば、地上と地中レーダ装置との間を電気ケーブルで接続しようとする場合にはパイプの継ぎ足しに伴ってケーブルの継ぎ足しも必要になる。しかしながら、このケーブルの継ぎ足しを作業現場で迅速に行うことが意外に困難であるからである。
【0006】
そこで、地上と地中レーダ装置との間を電気ケーブルで接続することなく、この地中レーダ装置の測定結果を別途設置した交信用送信アンテナ装置から地表に向けて土中に送信し、これを地表に配置した受信器で受信するワイヤレスの方式が検討されてきた。このワイヤレスの方式では、地中レーダ装置の動作電力の供給は、ロッドの先端部に収納した蓄電池から行われる。
【0007】
しかしながら、このワイヤレス方式では、地中から地表に向けて送信された電気信号の減衰は極めて大きいため、その受信用アンテナを地中の交信用送信アンテナに近接させて、すなわち、ロッドの先端部分に近接させて配置することが必要になる。しかしながら、地中とは異なり地表には民家などの構築物が存在するため、送信アンテナの近傍に何時でも受信アンテナを配置できるとは限らず、そのような場合、地中の交信用アンテナから送信された電波を受信できなくなる。
【0008】
また、地中レーダは、地中の電波の大きな減衰量のもとで一定のSN比を確保するため、大電力の電波を送信する必要がある。このため、地中レーダの消費電力は大きなものとなり、この大きな消費電力をまかなうための大容量の蓄電器を小径のロッド内に設置することが困難になる。この結果、蓄電器の頻繁な交換が必要となり、掘削作業全体の能率が低下するという問題がある。また、ワイヤレス方式では、交信用送信アンテナやその前段の送信回路などを併設しなければならないため、装置全体の小型化と低消費電力化が困難になるという問題もある。
【0009】
従って、本発明の目的は、ロッド先端部に設置される地中レーダ装置と、地上装置との間の電気信号や電源電力の伝達を安価な構造のもとに確実に行える非開削ドリリング工法の地中掘削装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する本発明の地中掘削装置は、ある軸のまわりの回転対称性を有すると共にこの回転対称軸を各管状体(パイプ)の中心軸に一致させながら各管状体の螺合部に取付けられるコネクタを有し、上記複数の管状体によって構成される細長の中空体(ロッド)の先端部に設置された探査部から出力される電気信号をこの中空体の根元側に伝送する伝送線路を備えている。
【0011】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態によれば、上記コネクタは双方向伝送が可能な構成を有し、上記中空体の根元側から上記探査部に対しても電気信号が伝送される。
【0012】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、上記コネクタは非一体型の電磁結合器であり、例えば、互いに対向して配置される1対の円形ポットコアと、これらポットコアのそれぞれに巻回された捲線を備えた変成器から構成される。更に好適には、電気信号の中心周波数を上記変成器の伝達特性に最適の周波数に変換するための周波数変換器がこの変成器の前段に配置されている。
【0013】
本発明の更に好適な実施の形態によれば、上記中空体の内部にはその根元側から供給されてその先端部から地中に吐出される高圧の水の送水経路が形成されると共に、上記コネクタは上記高圧の水への耐性を備えている。
【0014】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、上記中空体の根元側から上記探査部に対して伝送される電気信号にはこの探査部に供給される電源電力成分が含まれており、好適には、この電源電力成分は他の信号成分と時分割多重化されて伝送される。
【0015】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、上記中空体の先端部には、この中空体の回転運動を電力に変換する発電機が内蔵されるか、あるいは、この中空体の内部を送水される高圧の水の流動エネルギーを電力に変換する発電機が内蔵されることにより、地上からの給電が不要にせしめられる。
【0016】
【実施例】
図1は、本発明の一実施例の地中掘削装置の構成を示す模式図である。この地中掘削装置は、地上に設置される駆動装置Qと、複数の管状体(パイプ)Po,P1,P2,P3,P4から成る細長の中空体(ロッド)Rと、この中空体Rの先端部分に取付けられた掘削刃B及び高圧水吐出用ノズルNとを備えている。
【0017】
中空体Rの先端部の掘削刃Bの裏面には地中レーダ装置のアンテナATが取付けられており、このアンテナATは地中探査部を含む地中側装置Eに接続されている。この地中側装置Eと地上に設置された地上側装置Dとは、管状体の接続部に形成されるコネクタC1,C2,C3,C4を介在させながら中空体Rの内部を延長されるケーブルLによって接続されている。
【0018】
管状体Po,P1,P2,P3,P4の接続部に形成されるコネクタC1,C2,C3.C4は全て同一の構造を有している。図2と図3は、これらのコネクタの構成を管状体P1とP2の接続部に形成されるコネクタC2で代表して示す断面図である。図2は管状体P1,P2の中心軸を含む面で切断して示す縦断面図であり、図3は管状体P1,P2の中心軸と直交する面で切断して示す横断面図である。
【0019】
このコネクタC2は、互いに対向して配置される1対のフェライトを素材とする円形ポットコア1a,1bと、これらポットコア1a,1bのそれぞれに巻回された捲線2a,2bとを備えた変成器から成る非一体型の電磁結合器である。円形のポットコア1aと1bのそれぞれは回転対称性を有しており、それぞれの回転対称軸を円形断面の管状体P1,P2のそれぞれの中心軸に一致させるように、管状体P1,P2のそれぞれの端部に固定される。この固定を行うために、管状体P1,P2の端部に保持具7a,7bが嵌合され、これらの保持具7a,7bの内部にポットコア1aと1bが保持される。
【0020】
保持具7a内に保持されたポットコア1aは、同じくこの保持具7a内に保持されているバネ6aと6bとによって、図示しないストッパによって制限される位置まで前方に押し出され、その前端面が対向するポットコア1bの前端面に押圧される。ポットコア1aの前端面には、4弗化エチレンなどの摩擦の小さな誘電体の薄片3が介在せしめられ、対向するポットコア1bとの間で滑らかな回転動作が確保される。
【0021】
保持具7aと7bの外周部には、40気圧程度の高圧の水を中空体Rの先端部に向けて流すための開口8a,8b,8c,8d・・・が形成されている。この高圧水の圧力によるポットコアの機械的な破壊を防止すると共に、これに巻回された捲線2a,2bの短絡を防止するために、ポットコア1a,1bの内部の空隙部分4a,4bと、保持具7a,7bの空隙部分5a,5bには、ドットを付して図示するように、予め樹脂が充填されている。
【0022】
このコネクタC2は、管状体P1とP2がそれぞれの端部の外周面に形成されたネジ溝Xによって互いに螺合される際に、この管状体どうしの螺合と同時に形成される。このことは、ポットコア7a,7bの回転対称軸を管状体P1,P2の中心軸と一致させたことによって可能になる。従って、現場の作業者は、コネクタの存在を意識することなく、管状体の螺合によるその継ぎ足し作業のみを意識することによって、管状体の延長に伴って必要になるケーブルの延長を無意識のうちに自動的に行うことが可能になる。
【0023】
図4は、図1中の地上側装置Dと地中側装置Eの構成の一例を示す機能ブロック図である。地上側装置Dは、信号処理部D1、表示部D2、給電部D3及び多重化/分離部D4を備えている。また、地中側装置Eは、地中探査部E1、周波数変換部E2、整流・給電部E3及び多重化/分離部E4とを備えている。
【0024】
地上側装置D内の給電部は、図5の波形図に例示するように、変成器の通過帯域内の周波数のバースト状の大振幅の交流電力Tを一定の周期で発生し、これを多重化/分離部D4に供給する。多重化/分離部D4は、一定の周期で切り替えられるスイッチなどから構成され、給電部D3から供給される大振幅の一定周期のバースト状の交流電力Tを一定の期間にわたってケーブルL上に転送すると共に、ケーブルL上に同一の周期でずれたタイミングで出現するバースト状の信号Sを一定の期間にわたって信号処理部D1に転送することにより、時分割多重化と、多重分離とを行う。
【0025】
同様に、地中側装置E内の多重化/分離部E4は、地中探査部E1から周波数変換部E2を介して供給される一定周期のバースト状の信号SをケーブルL上に転送すると共に、ケーブルL上に同一の周期でずれたタイミングで出現する大振幅のバースト状の交流電力Tを整流・給電部E3に転送することにより、時分割多重化と、多重分離とを行う。
【0026】
整流・給電部E3は、多重化/分離部E4から供給されるバースト状の交流電力を整流することにより一定電圧の直流電力に変換し、この直流電力を地中探査部E1と周波数変換部E2と多重化/分離部E4に供給する。なお、多重化/分離部E4は、整流・給電部E3からの直流電力の給電が開始されるまでは、ケーブルLに出現する全ての電気信号を整流・給電部E3に転送するように初期設定されている。
【0027】
地中探査部E1は、整流・給電部E3から直流電力の供給を受けて動作を開始し、送信アンテナから一定の周期で地中にパルス状の電波を放射し、地中で生じた反射波を受信アンテナを介して受信する。地中探査部は、電波の送信から反射波の受信までに要した時間に関する情報を含む信号Sを周波数変換部E2を介して多重化/分離部E4に供給する。この周波数変換部E2は、地中探査部E1から供給された信号を、図2に例示した変成器の通過損失や帯域特性などの電気特性に関して最適の周波数に変換して多重化/分離部E4に供給する。
【0028】
上記信号Sは、ケーブルLによって地上側装置Dに転送され、その多重化/分離部D4を介して信号処理部D1に転送される。信号処理部D1は、地中探査部E1から転送されてきた信号を処理することにより、レーダ画面を作成し、これを表示部D2に転送する。このレーダ画面は、ブラウン管や高輝度の液晶装置などで構成される表示部D2に表示される。作業者は、この表示部D2に表示中のレーダ画面を観察することによって障害物を監視しながら掘削作業を進めることができる。
【0029】
このように、信号成分と電力成分とが時分割多重化されるため、振幅多重化の場合に比べて磁気回路の飽和に伴う信号成分の歪みが小さくなり、そのぶんS/N比が向上する。また、信号成分と電力成分とが周波数多重化される場合に比べて、両成分について変成器内の通過損失の低減が可能になり、信号成分のS/N比の向上や、電力成分の高効率の伝送が可能になる。
【0030】
図6は、本発明の他の実施例を示す断面図である。この実施例では、先端の管状体Po内に発電機が設置される。この発電機は、管状体Poと同軸の状態でこの管状体Po内に保持されて管状体Poと一緒に回転する中心軸Zと、この中心軸ZにベアリングUを介して吊り下げられた永久磁石Mと、管状体Poの内周面にはめ込まれたヨークYから等角度間隔で突出する4個の磁極(ポール)PL1〜PL4と、これらの磁極に巻回された捲線Wとを備えている。
【0031】
中心軸ZからベアリングUを介して吊り下げられた永久磁石Mは、管状体Poが地上装置から伝達される回転力によって回転し、従って中心軸Zが回転しても自重とベアリングUによる滑りとによって静止状態を保つ。この結果、管状体Poと共に回転する4個の磁極PL1〜PL4が次々に、永久磁石Mの真下を通過してゆき、この通過の際に、永久磁石Mから出て磁極に巻回された捲線Wと交差する磁束密度が変化し、端子w1,w2間に交流電圧が誘起され、これが整流されて直流電力となり地中側装置内の各部に動作電力として供給される。
【0032】
中心軸Zと永久磁石Mとの間にベアリングを設置する代わりに、これを管状体Poと中心軸との間に設置することにより、管状体Poが回転しても中心軸Zがこの管状体poとの間に設置されたベアリングと永久磁石の自重とによって静止状態を保つ構成を採用することもできる。
【0033】
図7は、本発明の他の実施例を示す断面図である。この実施例でも、先端の管状体Po内に発電機が設置される。この発電機は、管状体Poと同軸の状態でこの管状体Po内に保持されて管状体Poと一緒に回転する中心軸Zと、この中心軸Zのまわりに回転自在に保持された回転体Gと、この管状体po内を流動する高圧水の水流で回転体Gを回転させるプロペラPPとを備えている。回転軸Zと回転体Gのそれぞれの側に、永久磁石と捲線とが対向して設置され、捲線に交流電力が誘起される。
【0034】
上述のように、中空体R自体の回転力や高圧水の流動エネルギーを利用して中空体Rの先端部分で発電を行う構成を採用することにより、地上から電力を送電する必要がなくなり、送電系統の簡略化が可能になる。
【0035】
以上、コネクタとして変成器を使用する場合を例示した。しかしながら、棒状のピンとこれを収容する管状のレセプタクルとが機械的な接触を保ちながら回転自在に嵌合される構造の同軸コネクタを、その軸線を管状体の軸線に一致させて配置した構造など他の構造を利用することもできる。
【0036】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の地中掘削装置は、コネクタの回転対称軸を管状体の中心軸に一致させながら各コネクタを管状体の螺合部に取付ける構成であるから、現場の作業者は、コネクタの存在を意識せずに、管状体の螺合による結合作業のみを意識することによって、管状体の延長とこれに伴うケーブルの延長とを迅速・確実に行うことができる。
【0037】
本発明の好適な実施の形態によれば、上記コネクタは非一体型の電磁結合器であるから、安価で、確実な伝送路を形成することができる。
【0038】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、中空体の回転エネルギーや高圧水の流動エネルギーを利用して中空体の先端部分で発電を行う構成であるから、地上から地中側装置への給電系統が簡略化できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の地中掘削装置の構成を示す模式図である。
【図2】図1中のコネクタC1〜C4の構成をコネクタC2で代表し、これを管状体P1、P2の中心軸を含む面で切断して示す縦断面図縦断面図である。
【図3】上記コネクタC2を管状体P1、P2の中心軸と直交する面で切断して示す横断面図である。
【図4】図1中の地上側装置Dと地中側装置Eの構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図5】図1と図4に示した地中側装置Dと地中側装置E間を伝送される電気信号の波形を例示する波形図である。
【図6】先端のパイプの内部にこの管状体の回転力によって駆動される発電機が形成される本発明の他の実施例を示す断面図である。
【図7】先端のパイプの内部に水流で駆動される発電機が形成される本発明の更に他の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
P0〜P4 管状体(パイプ)
R 中空体(ロッド)
B 掘削刃
N 圧力水吐出用ノズル
Q 駆動装置
AT アンテナ
C1〜C4 コネクタ
L ケーブル
D 地上側装置
E 地中側装置
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an underground excavator called a shield machine, and more particularly to an underground excavator equipped with a radar device for obstacle detection at a tip portion.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a shield excavation method is known as a non-cutting method for forming a tunnel in the ground without performing excavation from the ground. Recently, as an ultra-small shield drilling system, a drilling blade with a diameter of about 50 mm to 60 mm was attached to the tip of a flexible long body called a rod, and the base side of this rod was installed on the ground. A method of forming a small-diameter tunnel for laying a pipe in the ground by rotating and propelling with a driving device has been adopted. Such a shield excavation method is referred to as a non-open drilling method.
[0003]
In such a non-open-cut drilling method, the length of the rod is increased by adding a certain length of pipe one after another as the length of the tunnel being formed increases. The pipes need to be added quickly at the work site. For this reason, the pipes are added by forming screw grooves at the ends of the pipes and screwing these screw grooves. In addition, for the purpose of cooling the excavation blade at the tip and softening the soil to be excavated, high pressure water of about 40 atm is fed from the root portion through the rod and discharged from the tip portion into the ground. Things have been done.
[0004]
In the conventional non-open-cut drilling method, prior to the formation of the tunnel, the underground state of the existing equipment such as gas pipes, water pipes, power cables, etc. in the formation target is operated by operating the ground radar device from the ground. A tunnel formation route that can be explored to avoid contact with existing buried objects is determined. However, in reality, a tunnel that is being formed may come into contact with an underground object due to a measurement error or the like. In order to avoid such a situation, it has been considered to perform excavation while attaching a small ground penetrating radar device to the tip of the rod and checking for the presence of obstacles ahead.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In addition to the problem of how to downsize the ground penetrating radar, the problem of how to transmit the exploration results of the ground penetrating radar apparatus to the ground, and the ground penetrating radar apparatus It is necessary to solve the problem of how to supply operating power. This is because, when an electric cable is used to connect the ground and the underground radar apparatus, it is necessary to add a cable as the pipe is added. However, it is unexpectedly difficult to add the cables quickly at the work site.
[0006]
Therefore, without connecting an electrical cable between the ground and the ground penetrating radar device, the measurement result of the ground penetrating radar device is transmitted from the separately installed communication transmitting antenna device to the ground, and this is transmitted. Wireless systems for receiving with a receiver arranged on the ground have been studied. In this wireless system, the operation power of the ground penetrating radar apparatus is supplied from a storage battery stored at the tip of the rod.
[0007]
However, in this wireless system, the attenuation of the electrical signal transmitted from the ground toward the ground surface is extremely large, so the receiving antenna is placed close to the underground transmission antenna, that is, at the tip of the rod. It is necessary to arrange them close to each other. However, unlike the underground, there are structures such as private houses on the surface of the ground, so it is not always possible to place a receiving antenna near the transmitting antenna. In such a case, it is transmitted from the underground antenna. The received radio wave cannot be received.
[0008]
In addition, the ground penetrating radar needs to transmit a high-power radio wave in order to ensure a certain S / N ratio under a large attenuation of the radio wave in the ground. For this reason, the power consumption of the ground penetrating radar becomes large, and it becomes difficult to install a large-capacity capacitor for covering the large power consumption in the small-diameter rod. As a result, frequent replacement of the storage battery is required, and the efficiency of the entire excavation work is reduced. In addition, in the wireless system, since a communication transmission antenna and a transmission circuit in the preceding stage must be provided, there is a problem that it is difficult to reduce the size and power consumption of the entire apparatus.
[0009]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a non-cutting drilling method capable of reliably transmitting electrical signals and power supply between a ground penetrating radar device installed at the tip of a rod and a ground device with an inexpensive structure. It is to provide an underground excavator.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The underground excavation apparatus of the present invention that solves the above-described problems of the prior art has a rotational symmetry around a certain axis, and the rotational symmetry axis coincides with the central axis of each tubular body (pipe), while An electrical signal output from an exploration portion provided at the tip of a long and narrow hollow body (rod) having a connector attached to the threaded portion and constituted by the plurality of tubular bodies is provided on the root side of the hollow body. A transmission line for transmission is provided.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
According to a preferred embodiment of the present invention, the connector has a configuration capable of bidirectional transmission, and an electrical signal is transmitted also from the base side of the hollow body to the exploration part.
[0012]
According to another preferred embodiment of the present invention, the connector is a non-integral type electromagnetic coupler, for example, a pair of circular pot cores arranged opposite to each other and wound around each of these pot cores. It is composed of a transformer with a shoreline. More preferably, a frequency converter for converting the center frequency of the electric signal to a frequency optimum for the transfer characteristic of the transformer is arranged in front of the transformer.
[0013]
According to a further preferred embodiment of the present invention, the inside of the hollow body is formed with a high-pressure water supply path that is supplied from the base side and discharged from the tip portion into the ground. The connector is resistant to the high pressure water.
[0014]
According to another preferred embodiment of the present invention, the electrical signal transmitted from the base side of the hollow body to the exploration unit includes a power supply component supplied to the exploration unit, Preferably, the power source power component is time-division multiplexed with other signal components and transmitted.
[0015]
According to another preferred embodiment of the present invention, a generator for converting the rotational motion of the hollow body into electric power is built in the distal end portion of the hollow body, or the interior of the hollow body is disposed inside. By incorporating a generator that converts the flow energy of the high-pressure water to be sent into electric power, power supply from the ground is unnecessary.
[0016]
【Example】
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an underground excavation device according to an embodiment of the present invention. This underground excavation apparatus includes a drive device Q installed on the ground, an elongated hollow body (rod) R composed of a plurality of tubular bodies (pipes) Po, P1, P2, P3, P4, and the hollow body R. A drilling blade B and a high-pressure water discharge nozzle N are provided at the tip.
[0017]
An antenna AT of a ground penetrating radar device is attached to the back surface of the excavation blade B at the tip of the hollow body R, and this antenna AT is connected to a ground side device E including a ground exploration portion. The underground side device E and the ground side device D installed on the ground are cables that extend inside the hollow body R while interposing connectors C1, C2, C3, and C4 formed at connection portions of the tubular body. Connected by L.
[0018]
Connectors C1, C2, C3.. Formed at connecting portions of the tubular bodies Po, P1, P2, P3, P4. All C4 have the same structure. 2 and 3 are cross-sectional views representatively showing the configuration of these connectors as a connector C2 formed at a connection portion between the tubular bodies P1 and P2. FIG. 2 is a longitudinal sectional view cut along a plane including the central axis of the tubular bodies P1 and P2, and FIG. 3 is a transverse sectional view cut along a plane orthogonal to the central axes of the tubular bodies P1 and P2. .
[0019]
The connector C2 is a transformer including a pair of circular pot cores 1a and 1b made of ferrite and arranged opposite to each other, and windings 2a and 2b wound around the pot cores 1a and 1b, respectively. This is a non-integral electromagnetic coupler. Each of the circular pot cores 1a and 1b has rotational symmetry, and each of the tubular bodies P1 and P2 has a rotational symmetry axis coincident with each central axis of the tubular bodies P1 and P2 having a circular cross section. It is fixed to the end. In order to perform this fixing, the holders 7a and 7b are fitted to the ends of the tubular bodies P1 and P2, and the pot cores 1a and 1b are held inside the holders 7a and 7b.
[0020]
The pot core 1a held in the holder 7a is pushed forward by springs 6a and 6b, which are also held in the holder 7a, to a position limited by a stopper (not shown), and the front end face thereof is opposed. It is pressed against the front end face of the pot core 1b. A dielectric thin piece 3 of low friction such as tetrafluoroethylene is interposed on the front end face of the pot core 1a, and a smooth rotating operation is ensured between the opposing pot core 1b.
[0021]
Openings 8 a, 8 b, 8 c, 8 d... For flowing high-pressure water of about 40 atm toward the tip of the hollow body R are formed on the outer peripheral portions of the holders 7 a and 7 b. In order to prevent mechanical destruction of the pot core due to the pressure of the high-pressure water and to prevent short-circuiting of the windings 2a and 2b wound around the pot core, the gap portions 4a and 4b inside the pot cores 1a and 1b and the holding The gap portions 5a and 5b of the tools 7a and 7b are filled with resin in advance as shown in the drawing with dots.
[0022]
The connector C2 is formed simultaneously with the screwing of the tubular bodies when the tubular bodies P1 and P2 are screwed together by the thread grooves X formed on the outer peripheral surfaces of the respective end portions. This is made possible by making the rotational symmetry axes of the pot cores 7a and 7b coincide with the central axes of the tubular bodies P1 and P2. Accordingly, workers on site can be unaware of the extension of the cable that is required along with the extension of the tubular body by not only being aware of the presence of the connector, but only being aware of the extension work by screwing the tubular body. Can be done automatically.
[0023]
FIG. 4 is a functional block diagram showing an example of the configuration of the ground side device D and the ground side device E in FIG. The ground side device D includes a signal processing unit D1, a display unit D2, a power feeding unit D3, and a multiplexing / separating unit D4. The underground device E includes an underground exploration unit E1, a frequency conversion unit E2, a rectification / feeding unit E3, and a multiplexing / separation unit E4.
[0024]
As illustrated in the waveform diagram of FIG. 5, the power supply unit in the ground side device D generates burst-like large-amplitude AC power T having a frequency within the passband of the transformer at a constant cycle, and multiplexes this. To the conversion / separation unit D4. The multiplexing / demultiplexing unit D4 is configured by a switch or the like that is switched at a constant cycle, and transfers the large-amplitude constant-period burst AC power T supplied from the power feeding unit D3 onto the cable L over a certain period. At the same time, time-division multiplexing and demultiplexing are performed by transferring a burst-like signal S appearing on the cable L at a timing shifted in the same cycle to the signal processing unit D1 over a certain period.
[0025]
Similarly, a multiplexing / separating unit E4 in the underground side device E transfers a burst-like signal S having a fixed period supplied from the underground exploration unit E1 via the frequency conversion unit E2 onto the cable L. By transferring the large-amplitude burst-like AC power T appearing on the cable L at a timing shifted in the same cycle to the rectifying / feeding unit E3, time division multiplexing and demultiplexing are performed.
[0026]
The rectifying / feeding unit E3 rectifies the burst-like AC power supplied from the multiplexing / separating unit E4 to convert it into DC power having a constant voltage, and converts the DC power into the underground exploration unit E1 and the frequency conversion unit E2. And supplied to the multiplexing / separating unit E4. The multiplexing / separating unit E4 is initially set so as to transfer all electrical signals appearing on the cable L to the rectifying / feeding unit E3 until the DC power supply from the rectifying / feeding unit E3 is started. Has been.
[0027]
The underground exploration section E1 starts operating upon receiving DC power from the rectifying / feeding section E3, radiates pulsed radio waves from the transmitting antenna into the ground at a fixed period, and the reflected waves generated in the ground Is received via the receiving antenna. The underground exploration unit supplies a signal S including information related to the time required from transmission of radio waves to reception of reflected waves to the multiplexing / demultiplexing unit E4 via the frequency conversion unit E2. The frequency conversion unit E2 converts the signal supplied from the underground exploration unit E1 into an optimum frequency with respect to the electrical characteristics such as the pass loss and the band characteristic of the transformer illustrated in FIG. To supply.
[0028]
The signal S is transferred to the ground side device D by the cable L, and is transferred to the signal processing unit D1 through the multiplexing / demultiplexing unit D4. The signal processing unit D1 creates a radar screen by processing the signal transferred from the underground exploration unit E1, and transfers this to the display unit D2. This radar screen is displayed on a display unit D2 including a cathode ray tube, a high-luminance liquid crystal device, or the like. The operator can proceed with excavation work while monitoring obstacles by observing the radar screen being displayed on the display unit D2.
[0029]
As described above, since the signal component and the power component are time-division multiplexed, the distortion of the signal component accompanying the saturation of the magnetic circuit is smaller than in the case of amplitude multiplexing, and the S / N ratio is improved. . Further, compared with the case where the signal component and the power component are frequency-multiplexed, it is possible to reduce the passage loss in the transformer for both components, and the signal component has an improved S / N ratio and the power component is increased. Efficient transmission is possible.
[0030]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention. In this embodiment, a generator is installed in the tubular body Po at the tip. This generator has a central axis Z that is held in the tubular body Po in a state of being coaxial with the tubular body Po and rotates together with the tubular body Po, and a permanent shaft suspended from the central axis Z via a bearing U. A magnet M, four magnetic poles (poles) PL1 to PL4 projecting at equal angular intervals from a yoke Y fitted into the inner peripheral surface of the tubular body Po, and a winding W wound around these magnetic poles are provided. Yes.
[0031]
The permanent magnet M suspended from the central axis Z via the bearing U is rotated by the rotational force transmitted from the ground device to the tubular body Po. Therefore, even if the central axis Z rotates, the permanent magnet M is slipped by its own weight and the bearing U. Keeps stationary. As a result, the four magnetic poles PL1 to PL4 rotating together with the tubular body Po pass one after another directly under the permanent magnet M, and the winding wire wound out of the permanent magnet M and wound around the magnetic pole during this passage. The magnetic flux density intersecting with W changes, and an AC voltage is induced between the terminals w1 and w2. This is rectified to become DC power and supplied as operating power to each part in the underground device.
[0032]
Instead of installing a bearing between the central axis Z and the permanent magnet M, by installing it between the tubular body Po and the central axis, the central axis Z remains in the tubular body even if the tubular body Po rotates. It is also possible to adopt a configuration in which a stationary state is maintained by a bearing installed between po and the weight of the permanent magnet.
[0033]
FIG. 7 is a sectional view showing another embodiment of the present invention. Also in this embodiment, a generator is installed in the tubular body Po at the tip. The generator includes a central axis Z that is held in the tubular body Po in a state of being coaxial with the tubular body Po and rotates together with the tubular body Po, and a rotating body that is rotatably held around the central axis Z. G and a propeller PP that rotates the rotating body G with a water flow of high-pressure water flowing in the tubular body po. On each side of the rotating shaft Z and the rotating body G, a permanent magnet and a shoreline are installed facing each other, and AC power is induced in the shoreline.
[0034]
As described above, by adopting a configuration in which power is generated at the tip of the hollow body R using the rotational force of the hollow body R itself or the flow energy of high-pressure water, there is no need to transmit power from the ground. The system can be simplified.
[0035]
The case where a transformer is used as the connector has been illustrated above. However, a coaxial connector having a structure in which a rod-like pin and a tubular receptacle that accommodates the pin are rotatably fitted while maintaining mechanical contact is arranged with its axis aligned with the axis of the tubular body, etc. The structure of can also be used.
[0036]
【The invention's effect】
As described above in detail, the underground excavation apparatus of the present invention is configured to attach each connector to the threaded portion of the tubular body while aligning the rotational symmetry axis of the connector with the central axis of the tubular body. The operator can quickly and surely extend the tubular body and the cable along with it by noting the presence of the connector but only being aware of the coupling work by screwing the tubular body.
[0037]
According to a preferred embodiment of the present invention, since the connector is a non-integral type electromagnetic coupler, an inexpensive and reliable transmission path can be formed.
[0038]
According to another preferred embodiment of the present invention, since the power is generated at the tip of the hollow body using the rotational energy of the hollow body and the flow energy of high-pressure water, from the ground to the underground device There is an advantage that the power feeding system can be simplified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an underground excavation device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration of connectors C1 to C4 in FIG. 1 represented by a connector C2, which is cut along a plane including the central axes of tubular bodies P1 and P2.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the connector C2 cut along a plane orthogonal to the central axis of the tubular bodies P1 and P2.
4 is a functional block diagram showing an example of a configuration of a ground side device D and a ground side device E in FIG. 1. FIG.
5 is a waveform diagram illustrating a waveform of an electric signal transmitted between the underground device D and the underground device E shown in FIGS. 1 and 4; FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another embodiment of the present invention in which a generator driven by the rotational force of the tubular body is formed inside a pipe at the tip.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing still another embodiment of the present invention in which a generator driven by a water flow is formed inside a pipe at the tip.
[Explanation of symbols]
P0 ~ P4 Tubular body (pipe)
R Hollow body (rod)
B drilling blade
N Nozzle for pressure water discharge
Q drive
AT antenna
C1-C4 connector
L cable
D Ground side equipment
E Underground equipment

Claims (10)

螺合によって継ぎ足される複数の管状体から成り、根元側が結合された駆動装置によって軸線のまわりに回転され地中に推進される細長の中空体と、
この中空体の先端部に取り付けられた掘削工具と、
この中空体の先端部に取り付けられた地中探査部と、
ある軸のまわりの回転対称性を有すると共にこの回転対称軸を前記各管状体の中心軸に一致させながら各管状体の螺合部に取付けられるコネクタを有し、上記中空体の先端部に設置された探査部から出力される電気信号をこの中空体の根元側に伝送する伝送線路と
を備えたことを特徴とする地中掘削装置。
An elongated hollow body that is composed of a plurality of tubular bodies that are joined by screwing and is rotated around an axis line and propelled into the ground by a driving device coupled to the root side;
A drilling tool attached to the tip of this hollow body;
Underground exploration part attached to the tip of this hollow body,
A connector having rotational symmetry about a certain axis and being attached to a threaded portion of each tubular body with the rotational symmetry axis being coincident with the central axis of each tubular body, and installed at the tip of the hollow body An underground excavation apparatus comprising: a transmission line that transmits an electrical signal output from the exploration section to the base side of the hollow body.
請求項1において、
前記コネクタは双方向伝送が可能な構成を有し、前記中空体の根元側から前記探査部に対しても電気信号が伝送されることを特徴とする地中掘削装置。
In claim 1,
The connector has a configuration capable of bidirectional transmission, and an underground excavation device is characterized in that an electrical signal is transmitted also from the base side of the hollow body to the exploration part.
請求項1と2のそれぞれにおいて、
前記コネクタは、非一体型の電磁結合器であることを特徴とする地中掘削装置。
In each of claims 1 and 2,
The connector is a non-integral electromagnetic coupler, and is an underground excavation device.
請求項3において、
前記非一体型の電磁結合器は、互いに対向して配置される1対の円形ポットコアと、これらポットコアのそれぞれに巻回された捲線を備えた変成器から成ることを特徴とする地中掘削装置。
In claim 3,
The non-integral type electromagnetic coupler comprises a transformer having a pair of circular pot cores arranged opposite to each other and a winding wound around each of the pot cores. .
請求項4において、
前記電気信号の中心周波数を前記変成器の伝達特性に最適の周波数に変換するための周波数変換器がこの変成器の前段に配置されたことを特徴とする地中掘削装置。
In claim 4,
A ground excavator characterized in that a frequency converter for converting the center frequency of the electric signal to a frequency optimum for the transfer characteristic of the transformer is arranged in a stage preceding the transformer.
請求項1乃至5のそれぞれにおいて、
前記中空体の内部にはその根元側から供給されてその先端部から地中に吐出される高圧の水の送水経路が形成されると共に、前記コネクタは前記高圧の水への耐性を備えたことを特徴とする地中掘削装置。
In each of claims 1 to 5,
Inside the hollow body is formed a water supply path for high-pressure water that is supplied from the root side and discharged from the tip portion into the ground, and the connector has resistance to the high-pressure water. Underground excavator characterized by.
請求項2において、
前記中空体の根元側から前記探査部に対して伝送される電気信号にはこの探査部に供給される電源電力成分が含まれることを特徴とする地中掘削装置。
In claim 2,
An underground excavation apparatus characterized in that an electrical signal transmitted from the base side of the hollow body to the exploration unit includes a power supply component supplied to the exploration unit.
請求項7において、
前記伝送される電気信号のうち電源電力成分は他の信号成分と時分割多重化されて伝送されることを特徴とする地中掘削装置。
In claim 7,
A power source component of the transmitted electrical signal is time-division multiplexed with other signal components and transmitted.
請求項1乃至6のそれぞれにおいて、
前記中空体の先端部には、この中空体の回転運動を電力に変換する発電機が内蔵されたことを特徴とする地中掘削装置。
In each of claims 1 to 6,
An underground excavation device characterized in that a generator for converting the rotational motion of the hollow body into electric power is built in the tip of the hollow body.
請求項1乃至6のそれぞれにおいて、
前記中空体の先端部には、この中空体の内部を送水される前記高圧の水の流動エネルギーを電力に変換する発電機が内蔵されたことを特徴とする地中掘削装置。
In each of claims 1 to 6,
An underground excavation device characterized in that a generator for converting the flow energy of the high-pressure water fed through the inside of the hollow body into electric power is built in the tip of the hollow body.
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