JP3809009B2

JP3809009B2 - Exploration device and method in underground propulsion method

Info

Publication number: JP3809009B2
Application number: JP08726298A
Authority: JP
Inventors: 啓雅中内
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1998-03-31
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2018-03-31
Also published as: JPH11280382A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、いわゆる地中推進工法を用いて地中にたとえば各種管路を敷設する際に、既に存在する地中埋設物の破損を予防して、その地中埋設物を検出して探査するための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
或る提案された地中推進工法では、土壌中を推進する推進体のドリルヘッドに、推進体の軸線に対して傾斜した平坦な傾斜面を有する先細状の先端部を形成し、推進体を、その基端部で推進方向に押込んで推進し、その推進体を軸線まわりに角変位することによって、推進方向を一直線状に、または湾曲するように変化させることができる。前記ドリルヘッド内には、前記傾斜面に臨んで送信および受信アンテナを設け、電磁波を発生して、地中埋設物による反射波を受信し、これによって地中埋設物を検出することができる。したがって地中埋設物を避けて推進体を地中で推進することができる。
【０００３】
この提案された技術では、アンテナの電磁波の指向方向が、前記傾斜面に垂直である。したがってたとえばドリルヘッドの軸線上で推進方向下流側（すなわち推進方向前方）にある地中埋設物に向けて放射される電磁波の強度は小さく、また反射波の強度は小さい。したがって推進方向前方の地中埋設物の検出が困難であるという問題がある。
【０００４】
この問題を解決するために、アンテナの指向性を広くすることが容易に考えられるけれども、そのように構成すると、地中埋設物の位置がドリルヘッドの軸線上またはその軸線の近傍に存在するのか、またはドリルヘッドの軸線から比較的遠くに離れた位置に存在するのかを検出することができなくなる。
【０００５】
他の提案された技術では、土壌中を推進する推進体のドリルヘッド内に、電磁波を発生するゾンデである発信器を設け、地表面上で発信器からの電磁波を受信するコイルから成る受信器を移動して発信器からの電磁波を受信する。これによって地中を推進するドリルヘッドの位置を検知することができる。この提案された技術でもまた、前述の技術と同様に、地中埋設物の位置を正確に探査することは困難である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、地中埋設物の位置を正確に探査することができるようにした地中推進工法における探査装置および方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、土壌中を推進する推進体のドリルヘッドに、推進体の軸線に対して傾斜した平坦な傾斜面を有する先細状の先端部が形成され、
推進体を、ドリルヘッドよりも推進方向上流側で軸線方向に押込むとともに、少なくともドリルヘッドを軸線まわりに角変位する推進駆動手段と、
前記先端部内に前記傾斜面に臨んで、電磁波を発生し反射波を受信する送信および受信アンテナを設け、
送信および受信アンテナに送信信号を与えて駆動するとともに、反射波の受信信号を演算処理する手段とを備え、
前記先端部には、
送信および受信アンテナの前部に、推進方向に沿って厚みが変化する誘電体を設け、この誘電体によって電磁波を屈折することを特徴とする地中推進工法における探査装置である。
【０００８】
本発明に従えば、推進体の先端部には、送信および受信アンテナが設けられる。送信および受信アンテナは、送信アンテナと受信アンテナとが個別的に構成されていてもよく、または単一のアンテナが送信および受信のためにスイッチング手段によって切換えて接続される構成であってもよい。本件明細書中において、「送信および受信アンテナ」、または「送信アンテナおよび受信アンテナ」というのは、２つの個別的なアンテナが用いられる構成だけでなく、このような単一のアンテナがスイッチング手段によって切換えられて送信および受信の各機能を達成する構成をも含む概念であると解釈されなければならない。
【０００９】
送信アンテナからは、地中で電磁波が発生される。受信アンテナに、土壌中の地中埋設物による反射波が受信されることによって、推進体の先端部の近傍に存在する地中埋設物を検出することができる。
【００１０】
地中埋設物は、地中に埋設されたガスおよび水などを輸送する管路であり、またはその他の地中構造物などである。
【００１１】
本発明に従えば、地表面からの深度が大きくても、推進体の先端部が、地中埋設物の近傍に近付いたとき、その地中埋設物の存在を容易に検出することができる。また地中構造物などの地中埋設物の存在位置を知ることができる。したがってその地中埋設物を避けて、推進体を地中に推進し、これによって地中埋設物である地中構造物に推進体が衝突し、または接触してその障害物が破損することを防ぐことができる。
【００１２】
さらに本発明に従えば、ドリルヘッドの傾斜面を有する先細状の先端部には、アンテナの前部を構成する誘電体を配置し、送信および受信アンテナのアンテナ本体からの電磁波は、この誘電体によって屈折されて土壌中に放射され、地中埋設物による反射波は、誘電体によって屈折されて前記アンテナによって受信される。
【００１３】
また本発明は、誘電体は、推進方向下流側になるにつれて大きくなる厚みを有し、
推進する土壌の比誘電率を超える比誘電率を有する材料から成ることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、後述の図３に明らかに示されるように、誘電体の厚みを、推進方向下流側である前方になるにつれて大きく構成し、さらにそれだけでなく、その誘電体の比誘電率ε１を、推進する土壌の比誘電率ε２を超える値に選ぶ（ε１＞ε２）。これによってアンテナから発生される電磁波は、ドリルヘッドの軸線に近い角度を成して、たとえばほぼ推進方向に放射させることができる。したがってドリルヘッドの推進方向６に存在する地中埋設物を正確に検出することができる。
【００１５】
また本発明は、誘電体は、推進方向下流側になるにつれて小さくなる厚みを有し、
推進する土壌の比誘電率を超える比誘電率を有する材料から成ることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、後述の図６に明らかに示されるように、誘電体の厚みを、推進方向下流側である前方になるにつれて小さくなるように形成し、しかもその誘電体の比誘電率ε１を、推進する土壌の比誘電率ε２を超える値に選ぶ（ε１＞ε２）。これによってアンテナから発生される電磁波は、ドリルヘッドの軸線と大きな角度を成して、たとえばほぼ垂直に土壌中に放射されることができる。したがってドリルヘッドの先端部の地表面からの深さおよび位置を正確に検出することができるようになる。
【００１７】
また本発明は、土壌中を推進する推進体を準備し、
この推進体のドリルヘッドには、
推進体の軸線に対して傾斜した平坦な傾斜面を有する先細状の先端部が形成され、
この先端部内に前記傾斜面に臨んで、電磁波を発生する送信アンテナを設け、前記先端部には、送信アンテナの前部に、推進方向下流側になるにつれて小さくなる厚みを有し、かつ推進する土壌の比誘電率を超える比誘電率を有する材料から成る誘電体を設け、
推進体を、ドリルヘッドよりも推進方向上流側で軸線方向に押込むとともに、少なくともドリルヘッドを軸線まわりに角変位し、
送信アンテナに送信信号を与えて駆動し、
地表面上で受信アンテナを移動して送信アンテナからの電磁波を受信し、
この受信した電磁波の最大強度が得られる位置を検出することを特徴とする地中推進工法における探査方法である。
【００１８】
本発明に従えば、ドリルヘッドの先端部の傾斜面に臨んで送信アンテナを設け、この送信アンテナの前部に、推進方向下流側になるにつれて小さくなる厚みを有しかつ土壌の比誘電率を超える比誘電率を有する誘電体を配置することによって、送信アンテナから発生される電磁波を、ドリルヘッドの軸線に対して大きな角度で、たとえばほぼ垂直で土壌中に放射することができる。したがって地上の受信アンテナによって、土壌を介する送信アンテナの電磁波を受信し、その地表面上で受信アンテナから得られる電磁波の最大強度に依存するドリルヘッドの先端部の地表面からの深さを正確に検出することができる。この受信アンテナで受信した電磁波の最大強度が得られる地表面上の位置の直下に、送信アンテナ、したがってドリルヘッドの先端部が存在するものと検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態の地中推進工法を示す断面図である。土壌１内で可撓性を有する推進体２を地表面３上から、土壌１中に推進する。推進体２は、可撓性を有する推進体本体４と、その推進体本体４に連結されるドリルヘッド５とを含む。推進駆動手段４６は、推進体２を、ドリルヘッド５よりも推進方向上流側で、この実施の形態では基端部で、推進体２の軸線方向に推進方向６で示されるように押込み、さらに推進体２の基端部を、軸線まわりに角変位して回転駆動することができる。
【００２０】
推進体２を土壌１内に推進するにあたっては、ドリルヘッド５を土壌１中に貫入し、推進体本体４の一部を構成する推進管を順次的に継ぎ足しながら土壌１中に圧入し、掘削を進める。推進体２が、土壌１に形成された到達立坑７で、または地表面３上で、ドリルヘッド５を取外し、敷設すべきポリエチレン管の端部を接続し、推進体２を引戻し、発進立坑８または地上までポリエチレン管を引込んで作業を終了する。
【００２１】
図２は、推進体２のドリルヘッド５付近の断面図である。推進体２の軸線に直角な断面は円形であり、そのドリルヘッド５の先端部９には、平坦な傾斜面１０が形成される。この先端部９は、先細状に形成される。傾斜面１０は、推進体２、したがってドリルヘッド５の軸線１１に対して傾斜している。ドリルヘッド５の先端部９にはまた、傾斜面１０の推進方向６下流側（図２の左方）に臨んで噴出孔１２が形成される。この噴出孔１２には、推進体２内に挿通された可撓管を介して、供給源１３からベントナイト水を圧送して噴射する。このベントナイト水によって、ドリルヘッド５による土壌１の掘削が容易になるとともに、形成された掘進孔の孔壁が安定化される。
【００２２】
ドリルヘッド５の先端部９に、上述のように傾斜面１０が形成されているので、推進体２の少なくともドリルヘッド５を回転駆動しつつ押込むことによって直進させることができ、またその少なくともドリルヘッド５を回転駆動することなく押込むことによって、可撓性を有する推進体本体４を湾曲させ、土壌１中を掘進することができる。推進体本体４を湾曲させることによって、土壌１中に地中埋設物１４が存在しても、推進体２は、その地中埋設物１４を避けて、推進することができる。
【００２３】
ドリルヘッド５の先端部９における傾斜面１０は、平板状の誘電体１５から成る。この先端部９内には、誘電体１５、したがって傾斜面１０に臨んで送信アンテナ１６ａと受信アンテナ１６ｂとが設けられる。参照符の添字ａ，ｂを省略して数字だけで総括的に示すことがある。図２において誘電体１５は、傾斜面１０を形成する。
【００２４】
アンテナ１６は、たとえばボータイアンテナなどによって実現される。これらのアンテナ１６は、ドリルヘッド５内の電気回路１７に接続される。電気回路１７は、地表面３に設けられた他の電気回路に接続される。
【００２５】
図３は、誘電体１５付近の拡大断面図である。誘電体１５は、この実施の形態では、三角柱であって、その軸線に垂直な図２および図３の紙面内で直角三角形を有する。誘電体１５の斜辺を成す面３２には、送信アンテナ１６ａのアンテナ本体５３および受信アンテナ１６ｂのアンテナ本体５４が配置される。この図ではアンテナ１６ａ，１６ｂは紙面に平行に配置されているか、垂直に配置されてもよい。これらのアンテナ１６ａ，１６ｂのアンテナ本体５３，５４の電磁波の指向方向は、面３２に垂直である。誘電体１５の傾斜面１０と、もう１つの平面３３とは、直角である。こうして誘電体１５は、推進方向下流側（図３の左方、すなわち前方）になるにつれて大きくなる厚みを有する。誘電体１５は、アンテナ１６ａ，１６ｂの前部を構成する。アンテナ１６ａ，１６ｂは、誘電体１５とアンテナ本体５３，５４とによって構成される。
【００２６】
誘電体１５の比誘電率ε１は、推進する土壌１の比誘電率ε２を超える値に選ばれる（ε１＞ε２）。誘電率１５の材料は、たとえばセラミックスなどであってもよい。
【００２７】
誘電体１５内の電磁波の速度をＶ１とし、土壌１内の電磁波の速度をＶ２とし、誘電体１５の土壌１に接する傾斜面１０の法線３４と成す入射角θ１と出射角θ２とに関して、次の式１が成立する。
【００２８】

たとえば誘電体１５の比誘電率ε１＝９０、土壌１の比誘電率ε２＝４０、入射角θ１＝１０°であるとき、出射角θ２＝約１５°である。誘電体１５の厚みが一定である平板状である構成では、θ２＝約８°である。本発明の構成によれば、平板状誘電体を用いたときにおける傾斜面１０の軸線１１となす角度θ０を約２３°（＝８°＋１５°）とした構成と等価に電磁波を屈折することができることになる。こうして本発明によれば、送信アンテナ１６ａからの主な電磁波の進行方向３５は、推進方向６に近い角度となり、前方にある地中埋設物１４からの反射波の受信信号強度を大きくすることができる。したがって推進方向６の前方に存在する地中埋設物１４の検出を正確に行うことができる。
【００２９】
図４は、図２に示される電気回路１７の構成を示すブロック図である。送信アンテナ１６ａは、電波である電磁波を発生する。受信アンテナ１６ｂは、その電磁波を受信する。アンテナ１６による電磁波によって地中埋設物１４を検出することができ、こうして得られる探査データは、たとえば推進体２に挿通されたケーブル１８を介して地上で、出力手段１９によって受信される。出力手段１９は、先端部９付近に地中埋設物１４が存在するかどうかなどを目視表示する。この出力手段１９は、たとえば液晶または陰極線管などによって実現される表示手段などであってもよく、または数値などを表示する手段などであってもよい。
【００３０】
電気回路１７の一例として、たとえばサンプラ方式地中探査レーダであってもよい。パルス発生回路２０は、送信アンテナ１６ａのアンテナ本体５３に、駆動手段２１によってパルス状の送信信号を与える。送信アンテナ１６ａからの電磁波は、土壌１に向けて放射される。この送信アンテナ１６ａからの電磁波は、地中埋設物１４によって反射され、または地表面３によって反射され、その反射波は受信アンテナ１６ｂによって受信され、アンテナ本体５４の出力は増幅回路２２で増幅される。処理回路２３は、たとえばマイクロコンピュータなどによって実現され、パルス発生回路２０からのパルス状の送信信号に同期した出力と、増幅回路２２からの受信信号とに応答し、その受信信号をサンプリングしてデジタル化し、地中埋設物１４の画像信号および地表面３からの反射波の信号を、ケーブル１８を介して導出し、出力手段１９によって前述のように表示させる。電気回路１７はまた、そのほかの構成を有していてもよい。
【００３１】
送信アンテナ１６ａと受信アンテナ１６ｂとは、図２〜図４に示されるように別々の構成であってもよいけれども、本発明の実施の他の形態では、単一のアンテナをスイッチングして切換えて用いるようにしてもよい。
【００３２】
傾斜面１０の軸線１１となす角度θ０は、たとえば８°または１５°であってもよく、５〜２５°の範囲で選ばれてもよい。パルス発生回路２０から送信アンテナ１６に駆動手段２１によって与えられるパルス状の送信波形は、たとえば０．５〜１．５ＧＨｚの周波数範囲であってもよい。
【００３３】
図５は、推進体２を用いて土壌１を推進している状態を示す。図５（１）に示されるように、傾斜面１０が土壌１の地表面３に向けた状態であっても、あるいはまた図５（２）に示されるように、傾斜面１０が土壌１の地表面３とは反対側である下方に向けられた状態であっても、推進方向６の前方にある地中埋設物１４の検出を正確に行うことができる。
【００３４】
図６は、本発明の実施の他の形態の一部の断面図である。この実施の形態は、前述の図１〜図５に関連して述べた実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、誘電体１５ａに関連する構成には、対応する参照符に添字ａを付して示す。誘電体１５ａは、前述の実施の形態と同様に三角柱状であり、推進方向６下流側（図６の左方である前方）になるにつれて小さくなる厚みを有する。この誘電体１５ａの比誘電率ε１は、土壌１の比誘電率ε２を超える材料から成る（ε１＞ε２）。このような材料としては、たとえばＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）、ガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）、そのほかの合成樹脂材料、たとえばウルトラポリエチレン（ＵＰＥ）である。誘電体１５ａとアンテナ本体５３ａ，５４ａとによって送給アンテナ１６ａと受信アンテナ１６ｂとがそれぞれ構成される。
【００３５】
この実施の形態によれば、送信アンテナ１６ａからの主な電磁波の進行方向３６は、推進方向６に対してほぼ垂直に近い角度となり、地表面３との境界面から返ってくる反射波の受信信号強度が大きくなる。これによって地表面３までを伝搬する電磁波の時間を高精度で検出することができ、したがってドリルヘッド５の先端部９の地表面３までの距離である深さを正確に検出することができる。
【００３６】
図７（１）は、アンテナの傾斜面１０を地表面にほぼ平行な状態にして推進しながら得られた実験結果である。
【００３７】
前述の図６に示される構成を有し、その他の構成は前述の実施の形態と同様である探査装置を用い、前述の図５（１）に示されるように傾斜面１０が地表面３に臨んで上向きとなるとき、本件発明者の実験によれば、図７（１）に示される画像と同等の画像が、出力手段１９から得られると考えられる。地表面３とドリルヘッド５の軸線１１の間の距離である深さＬ１は、図７（１）において得られた画像における直接波の像２５と、地表面３による反射像２６との間の時間差Ｗ１に対応する。
【００３８】
推進体２の少なくともドリルヘッド５を軸線１１まわりに角変位して図５（１）の状態から１８０°回転した状態は、図５（２）に示されている。傾斜面１０は下向きである。このとき得られる出力手段１９による画像は、図７（２）に示されるとおりであり、地中埋設物１４が存在しないとき、それらの地中埋設物１４および土壌１の地表面３の画像は得られない。
【００３９】
図７（１）および図７（２）において、たとえば横軸であるＸ軸は時間を示し、たとえば縦のＹ軸は地表面３の推進方向６に沿う方向を示している。深さＬ１は、時間差Ｗ１および土壌１の比誘電率ε１を用いて式２のように示される。
【００４０】
Ｌ１＝Ｗ１・ｃ／√ε１ …（２）
ここでｃは、電磁波の伝搬速度であって、３×１０⁸ｃｍである。本件発明者の実験結果によれば、距離Ｌ１が比較的高精度で検出できることが確認された。
【００４１】
図５に示されるように、推進体２の軸線１１が水平であって地表面３と平行である状態で、その軸線１１まわりに少なくともドリルヘッド５を角変位すると、図７（１）に示される受信アンテナ１６ｂによる反射波の受信信号のレベルが図７（１）の大きいレベルから図７（２）の零のレベルまで変化する。したがってこの反射像２６が得られる受信信号の最大値に対する最大値未満のレベルの比をレベル弁別することによって、ドリルヘッド５の軸線１１まわりの回転角度を検出することができる。出力手段１９は、このような受信信号のレベルの比を演算してレベル弁別する手段を備える。
【００４２】
図８は、本発明の実施のさらに他の形態の一部の断面図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付す。注目すべきはこの実施の形態では、図１〜図５に関連して説明した誘電体１５と、さらに図６および図７に関連して述べた誘電体１５ａとが、ドリルヘッド５の先端部９の共通な一平面内にある傾斜面１０，１０ａを成すように配置される。これによって推進方向６にほぼ平行な電磁波の方向３５を得ることができるとともに、垂直な電磁波の方向３６を得ることができる。各誘電体１５，１５ａ毎に、前述の図４の電気回路１７がそれぞれ設けられる。
【００４３】
図８の実施の形態によれば、ドリルヘッド５の推進方向６の前方の地中埋設物１４などの検出を正確に行うことができるとともに、地表面３までの深さを正確に検出して、ドリルヘッド５の先端部９の位置を正確に検出することができる。
【００４４】
本発明の実施のさらに他の形態では、誘電体１５または１５ａに関連して送信アンテナ１６ａだけが設けられ、受信アンテナ１６ｂは、前述の図１における参照符１６ｃで示されるようにして地表面３上で移動可能に設けられてもよい。
【００４５】
地表面３上の受信アンテナ１６ｃは、操作者２７が手で持って移動してもよく、または台車などによって移動するようにしてもよい。この受信アンテナ１６ｃからの信号は、図４の電気回路１７において前述の受信アンテナ１６ｂと同様にして増幅回路２２に与えられ、同様に演算処理が行われるようにしてもよい。受信アンテナ１６ｃからの受信信号によって、送信アンテナ１６ａへの送信信号を与えた時刻から受信アンテナ１６ｃの受信信号が得られるまでの時間差は、前記深さＷ１に対応している。受信アンテナ１６ｃによって得られる受信信号の最大レベルが得られる地表面３上の位置は、土壌１中の送信アンテナ１６ａまでの最短距離であり、これによってその受信アンテナ１６ｃの直下にドリルヘッド５が存在するものと判断することができる。さらにこの受信アンテナ１６ｃの受信強度の前記最大強度に対する比を演算手段によって演算し、その比に対応して、傾斜面１０の軸線１１まわりの回転角度を検出することができる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１の本発明によれば、推進体のドリルヘッドの傾斜面を有する先細状の先端部には、送信および受信アンテナを設け、そのアンテナの前部に、推進方向に沿って厚みが変化する誘電体を配置して電磁波を屈折するようにしたので、アンテナの指向性を狭くして、希望する方向に電磁波を発生し、また受信することができるようになる。これによって地中埋設物の探査を正確に行うことができ、またドリルヘッドの先端部の地表面からの深さを正確に検出することもまた可能になる。
【００４７】
請求項２の本発明によれば、推進体のドリルヘッドの先端部に設けられた送信アンテナの前部に、推進方向に沿って厚みが変化する誘電体を配置し、送信アンテナからの電磁波を屈折するようにしたので、送信アンテナの指向性を狭くして希望する方向に、たとえばドリルヘッドの軸線にほぼ垂直方向に電磁波を発生して、地表面に移動可能に設けられた受信アンテナで電磁波を受信することによって、地中埋設物を正確に検出することができ、またドリルヘッドの先端部の地表面からの深さを正確に検出することができるようになる。
【００４８】
さらに本発明によれば、ドリルヘッドの先端部の傾斜面に臨んで送信アンテナが設けられ、この送信アンテナから電磁波が発生されて地表面上で受信アンテナで電磁波が受信されるので、前述の請求項１における土壌中を往復伝搬する電磁波の経路に比べて、請求項２の構成では、約１／２であって、その伝搬経路はいわば片道だけであるので、送信アンテナから発生された電磁波が地表面上で受信アンテナに受信されるまでの減衰量が、約半分になる。したがってドリルヘッド先端部の検出を正確に行うことができる。また送信アンテナから受信アンテナまでの電磁波伝搬可能距離が長くなるので、ドリルヘッド先端部が土壌中で深い位置にあっても、その位置を検出することができる。
【００４９】
請求項３の本発明によれば、誘電体自体によって前記傾斜面の一部を形成するようにしたので、構成の簡略化を図ることができるとともに、電磁波の方向を正確に設定することができるようになる。
【００５０】
請求項４の本発明によれば、前述の図３に示されるように、誘電体の厚みを、推進方向下流側になるにつれて大きく形成するとともに、その誘電体の比誘電率を、土壌の比誘電率を超える値に選ぶことによって、推進方向下流側である前方に電磁波を屈折して土壌中に発射し、推進時の地中埋設物の検出を正確に行うことができる。これによって推進体が地中埋設物を避けて推進させることができる。
【００５１】
請求項５の本発明によれば、前述の図６に明らかに示されるように、誘電体の厚みを、推進方向下流側である前方になるにつれて小さくなるように形成し、しかもその比誘電率を土壌の比誘電率を超える値に選ぶことによって、電磁波の方向をドリルヘッドの軸線に、たとえばほぼ垂直に屈折させることができ、これによってドリルヘッドの側方に存在する地中埋設物の検出を正確に行うことができ、またドリルヘッドの先端部の地表面からの深さを正確に検出することができるようになる。
【００５２】
請求項６の本発明によれば、ドリルヘッドの傾斜面を有する先端部に設けられた送信および受信アンテナの前部に、推進方向に沿って厚みが変化する誘電体を設けて電磁波をドリルヘッドの軸線にたとえばほぼ平行に、またはほぼ垂直に屈折することができるようになるので、地中埋設物を正確に検出することができ、またドリルヘッドの軸線にほぼ垂直に電磁波を放射してドリルヘッド先端部の地表面からの深さを正確に検出することができる。
【００５３】
請求項７の本発明によれば、ドリルヘッドの傾斜面を有する先端部に設けられた送信アンテナの前部に、推進方向下流側になるにつれて小さくなる厚みを有しかつ土壌の比誘電率未満である誘電体を設けることによって、送信アンテナからの電磁波を、ドリルヘッドの軸線にたとえばほぼ垂直に土壌中に放射することができるので、地表面で受信アンテナを用いて電磁波を受信することによって、その送信アンテナからの電磁波を受信アンテナで受信するまでの時間に対応した深さを正確に検出することができ、また受信アンテナによって受信した電磁波の最大強度が得られる位置がドリルヘッドの先端部の直上にあるものとしてその位置を正確に検出することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態の地中推進工法を示す断面図である。
【図２】推進体２のドリルヘッド５付近の断面図である。
【図３】誘電体１５付近の拡大断面図である。
【図４】図２に示される電気回路１７の構成を示すブロック図である。
【図５】推進体２を用いて土壌１を推進している状態を示す。
【図６】本発明の実施の他の形態の一部の誘電体１５付近の断面図である。
【図７】本件発明者の実験結果を示す土壌１の断面画像を示す図である。
【図８】本発明の実施のさらに他の形態の一部の断面図である。
【符号の説明】
１土壌
２推進体
３地表面
４推進体本体
５ドリルヘッド
６推進方向
７到達立坑
８発進立坑
９先端部
１０傾斜面
１１軸線
１２噴射孔
１３供給源
１４地中埋設物
１５，１５ａ誘電体
１６ａ送信アンテナ
１６ｂ，１６ｃ受信アンテナ
１７電気回路
１９出力手段
２０パルス発生回路
２１駆動手段
２２増幅回路
２３処理回路
４６推進駆動手段
５３，５４アンテナ本体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, when various pipes are laid in the ground by using a so-called underground propulsion method, the underground buried object is prevented from being damaged, and the underground buried object is detected and searched. Relates to an apparatus and a method.
[0002]
[Prior art]
In one proposed underground propulsion method, a tapered tip having a flat inclined surface inclined with respect to the axis of the propulsion unit is formed on the drill head of the propulsion unit propelling in the soil, and the propulsion unit is The propulsion direction can be changed to be linear or curved by pushing the base end portion in the propulsion direction for propulsion and angularly displacing the propulsion body about the axis. In the drill head, transmitting and receiving antennas are provided facing the inclined surface, electromagnetic waves are generated, and reflected waves from the underground object are received, whereby the underground object can be detected. Therefore, the propulsion body can be propelled underground while avoiding underground objects.
[0003]
In this proposed technique, the direction of the electromagnetic wave of the antenna is perpendicular to the inclined surface. Therefore, for example, the intensity of the electromagnetic wave radiated toward the underground object on the downstream side in the propulsion direction (that is, the front in the propulsion direction) on the axis of the drill head is small, and the intensity of the reflected wave is small. Therefore, there is a problem that it is difficult to detect an underground object in front of the propulsion direction.
[0004]
In order to solve this problem, it is easy to widen the directivity of the antenna. However, with such a configuration, whether the position of the underground object exists on or near the axis of the drill head. , Or a position relatively far away from the axis of the drill head cannot be detected.
[0005]
In another proposed technique, a transmitter that is a sonde that generates electromagnetic waves is provided in a drill head of a propulsion body that propels the soil, and a receiver that includes a coil that receives electromagnetic waves from the transmitter on the ground surface. To receive the electromagnetic wave from the transmitter. As a result, the position of the drill head propelling in the ground can be detected. Also with this proposed technique, it is difficult to accurately search the position of the underground object, as in the above-described technique.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide an exploration apparatus and method in an underground propulsion method capable of accurately exploring the position of an underground object.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the drill head of the propulsion body propelling in the soil is formed with a tapered tip having a flat inclined surface inclined with respect to the axis of the propulsion body,
A propulsion drive unit that pushes the propulsion body in the axial direction upstream of the drill head in the propulsion direction and at least angularly displaces the drill head around the axis; and
A transmitting and receiving antenna that generates an electromagnetic wave and receives a reflected wave, facing the inclined surface in the tip,
The transmission and reception antennas are driven by applying transmission signals, and a means for calculating the reception signals of the reflected waves is provided.
In the tip,
An exploration device in an underground propulsion method characterized in that a dielectric having a thickness varying along a propulsion direction is provided at a front portion of transmission and reception antennas, and electromagnetic waves are refracted by the dielectric.
[0008]
According to the present invention, the tip of the propulsion body is provided with transmission and reception antennas. The transmission and reception antennas may be configured such that the transmission antenna and the reception antenna are individually configured, or may be configured such that a single antenna is switched and connected by switching means for transmission and reception. In this specification, “transmission and reception antennas” or “transmission antennas and reception antennas” are not only a configuration in which two separate antennas are used, but also such a single antenna is switched by a switching means. It should be construed as a concept that also includes a configuration that is switched to achieve transmission and reception functions.
[0009]
An electromagnetic wave is generated from the transmitting antenna in the ground. By receiving the reflected wave from the underground buried object in the soil, the underground antenna existing near the tip of the propulsion body can be detected.
[0010]
The underground object is a pipeline that transports gas and water embedded in the ground, or other underground structure.
[0011]
According to the present invention, even when the depth from the ground surface is large, the presence of the underground object can be easily detected when the tip of the propulsion body approaches the vicinity of the underground object. It is also possible to know the location of underground objects such as underground structures. Therefore, avoiding the underground objects and propelling the propulsion unit into the ground, this will cause the propulsion unit to collide with or contact the underground structure that is the underground item and damage the obstacle. Can be prevented.
[0012]
Furthermore, according to the present invention, a dielectric that forms the front portion of the antenna is disposed at the tapered tip portion having the inclined surface of the drill head, and electromagnetic waves from the antenna body of the transmitting and receiving antennas are Refracted by and radiated into the soil, and the reflected wave from the underground object is refracted by the dielectric and received by the antenna.
[0013]
In the present invention, the dielectric has a thickness that increases toward the downstream side in the propulsion direction.
It is made of a material having a relative dielectric constant exceeding the relative dielectric constant of the soil to be propelled.
[0014]
According to the present invention, as clearly shown in FIG. 3 to be described later, the thickness of the dielectric is configured to increase toward the front which is the downstream side in the propulsion direction, and not only that, but also the relative dielectric constant of the dielectric. ε1 is selected to be a value exceeding the relative permittivity ε2 of the soil to be promoted (ε1> ε2). Thus, the electromagnetic wave generated from the antenna can be radiated, for example, substantially in the propulsion direction at an angle close to the axis of the drill head. Therefore, the underground object existing in the propulsion direction 6 of the drill head can be accurately detected.
[0015]
Further, in the present invention, the dielectric has a thickness that becomes smaller toward the downstream side in the propulsion direction,
It is made of a material having a relative dielectric constant exceeding the relative dielectric constant of the soil to be propelled.
[0016]
According to the present invention, as clearly shown in FIG. 6 to be described later, the thickness of the dielectric is formed so as to decrease toward the front, which is the downstream side in the propulsion direction, and the relative dielectric constant ε1 of the dielectric. Is selected to be a value that exceeds the relative dielectric constant ε2 of the soil to be promoted (ε1> ε2). As a result, the electromagnetic wave generated from the antenna can be radiated into the soil, for example, substantially perpendicularly, at a large angle with the axis of the drill head. Therefore, it becomes possible to accurately detect the depth and position of the tip of the drill head from the ground surface.
[0017]
The present invention also provides a propulsion body that propels the soil,
The drill head of this propulsion body
A tapered tip having a flat inclined surface inclined with respect to the axis of the propulsion body is formed,
A transmitting antenna that generates an electromagnetic wave is provided in the tip portion so as to face the inclined surface, and the tip portion has a thickness that decreases toward the downstream side in the propulsion direction at the front portion of the transmitting antenna and propels it. Provide a dielectric made of a material having a relative dielectric constant exceeding the relative dielectric constant of the soil,
The propellant is pushed in the axial direction upstream of the drill head in the propulsion direction, and at least the drill head is angularly displaced around the axis,
Drive by giving a transmission signal to the transmission antenna,
Move the receiving antenna on the ground surface to receive the electromagnetic wave from the transmitting antenna,
This is an exploration method in the underground propulsion method characterized by detecting a position where the maximum intensity of the received electromagnetic wave is obtained.
[0018]
According to the present invention, the transmitting antenna is provided facing the inclined surface of the tip portion of the drill head, and the front portion of the transmitting antenna has a thickness that decreases toward the downstream side in the propulsion direction and has a relative dielectric constant of soil. By disposing a dielectric having a relative dielectric constant exceeding, the electromagnetic wave generated from the transmitting antenna can be radiated into the soil at a large angle with respect to the axis of the drill head, for example, substantially perpendicular. Therefore, the receiving antenna on the ground receives the electromagnetic wave of the transmitting antenna through the soil, and the depth from the ground surface of the tip of the drill head that depends on the maximum intensity of the electromagnetic wave obtained from the receiving antenna on the ground surface is accurately determined. Can be detected. It can be detected that the transmitting antenna, that is, the tip of the drill head is present immediately below the position on the ground surface where the maximum intensity of the electromagnetic wave received by the receiving antenna is obtained.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an underground propulsion method according to an embodiment of the present invention. A propulsion body 2 having flexibility in the soil 1 is propelled from the ground surface 3 into the soil 1. The propulsion body 2 includes a propulsion body main body 4 having flexibility and a drill head 5 coupled to the propulsion body main body 4. The propulsion drive means 46 pushes the propulsion body 2 as shown by the propulsion direction 6 in the axial direction of the propulsion body 2 on the upstream side in the propulsion direction with respect to the drill head 5, in the base end portion in this embodiment, The base end portion of the propulsion body 2 can be rotationally driven by angular displacement about the axis.
[0020]
When propelling the propellant 2 into the soil 1, the drill head 5 is inserted into the soil 1, and the propulsion pipe constituting a part of the propellant body 4 is sequentially inserted into the soil 1 and excavated. To proceed. The propulsion body 2 removes the drill head 5 at the reaching shaft 7 formed on the soil 1 or on the ground surface 3, connects the end of the polyethylene pipe to be laid, pulls back the propulsion body 2, and the starting shaft 8 Or draw the polyethylene pipe to the ground and finish the work.
[0021]
FIG. 2 is a cross-sectional view of the propelling body 2 in the vicinity of the drill head 5. The cross section perpendicular to the axis of the propulsion body 2 is circular, and a flat inclined surface 10 is formed at the tip 9 of the drill head 5. The tip 9 is formed in a tapered shape. The inclined surface 10 is inclined with respect to the propulsion body 2 and thus the axis 11 of the drill head 5. The tip 9 of the drill head 5 is also formed with an ejection hole 12 facing the downstream side of the inclined surface 10 in the propulsion direction 6 (left side in FIG. 2). Bentonite water is pumped and injected from the supply source 13 into the ejection hole 12 through a flexible tube inserted into the propelling body 2. This bentonite water facilitates excavation of the soil 1 by the drill head 5 and stabilizes the hole wall of the formed excavation hole.
[0022]
Since the inclined surface 10 is formed at the distal end portion 9 of the drill head 5 as described above, at least the drill head 5 of the propulsion body 2 can be moved straight by being driven while being driven to rotate, and at least the drill thereof. By pushing the head 5 without being driven to rotate, the propellant body 4 having flexibility can be bent and the soil 1 can be dug. By curving the propelling body 4, the propelling body 2 can be propelled by avoiding the underground buried object 14 even if the underground buried object 14 exists in the soil 1.
[0023]
The inclined surface 10 at the tip 9 of the drill head 5 is made of a flat plate-like dielectric 15. In the distal end portion 9, a transmitting antenna 16 a and a receiving antenna 16 b are provided so as to face the dielectric 15 and thus the inclined surface 10. In some cases, the subscripts “a” and “b” of the reference mark are omitted, and only the numerals are used. In FIG. 2, the dielectric 15 forms the inclined surface 10.
[0024]
The antenna 16 is realized by, for example, a bow tie antenna. These antennas 16 are connected to an electric circuit 17 in the drill head 5. The electric circuit 17 is connected to another electric circuit provided on the ground surface 3.
[0025]
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view near the dielectric 15. In this embodiment, the dielectric 15 is a triangular prism and has a right triangle in the plane of FIG. 2 and FIG. 3 perpendicular to the axis thereof. An antenna body 53 of the transmitting antenna 16a and an antenna body 54 of the receiving antenna 16b are disposed on the surface 32 forming the oblique side of the dielectric 15. In this figure, the

antennas

16a and 16b may be arranged parallel to the paper surface or arranged vertically. The direction of electromagnetic waves of the

antenna bodies

53 and 54 of these

antennas

16 a and 16 b is perpendicular to the surface 32. The inclined surface 10 of the dielectric 15 and the other plane 33 are at right angles. Thus, the dielectric 15 has a thickness that increases as it becomes downstream in the propulsion direction (leftward in FIG. 3, that is, forward). The dielectric 15 constitutes the front part of the

antennas

16a and 16b. The

antennas

16a and 16b are composed of a dielectric 15 and

antenna bodies

53 and 54.
[0026]
The relative dielectric constant ε1 of the dielectric 15 is selected to be a value exceeding the relative dielectric constant ε2 of the soil 1 to be promoted (ε1> ε2). The material having a dielectric constant of 15 may be ceramics, for example.
[0027]
The velocity of the electromagnetic wave in the dielectric 15 is V1, the velocity of the electromagnetic wave in the soil 1 is V2, and the incident angle θ1 and the outgoing angle θ2 formed with the normal 34 of the inclined surface 10 in contact with the soil 1 of the dielectric 15 are as follows. The following formula 1 is established.
[0028]

For example, when the relative dielectric constant ε1 of the dielectric 15 is 90, the relative dielectric constant ε2 of the soil 1 is 40, and the incident angle θ1 is 10 °, the outgoing angle θ2 is about 15 °. In the configuration in which the thickness of the dielectric 15 is flat, θ2 = about 8 °. According to the configuration of the present invention, the electromagnetic wave can be refracted equivalently to the configuration in which the angle θ0 formed with the axis 11 of the inclined surface 10 when the flat dielectric is used is about 23 ° (= 8 ° + 15 °). It will be possible. Thus, according to the present invention, the traveling direction 35 of the main electromagnetic wave from the transmitting antenna 16a is an angle close to the propulsion direction 6, and the received signal intensity of the reflected wave from the underground buried object 14 ahead can be increased. it can. Therefore, the underground object 14 existing in front of the propulsion direction 6 can be accurately detected.
[0029]
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the electric circuit 17 shown in FIG. The transmission antenna 16a generates an electromagnetic wave that is a radio wave. The receiving antenna 16b receives the electromagnetic wave. The underground buried object 14 can be detected by the electromagnetic wave by the antenna 16, and the search data obtained in this way is received by the output means 19 on the ground via, for example, the cable 18 inserted into the propulsion body 2. The output means 19 visually displays whether or not the underground object 14 is present in the vicinity of the distal end portion 9. The output means 19 may be a display means realized by, for example, a liquid crystal or a cathode ray tube, or may be a means for displaying numerical values.
[0030]
As an example of the electric circuit 17, for example, a sampler-type underground exploration radar may be used. The pulse generation circuit 20 gives a pulsed transmission signal to the antenna body 53 of the transmission antenna 16a by the driving means 21. The electromagnetic wave from the transmission antenna 16 a is radiated toward the soil 1. The electromagnetic wave from the transmitting antenna 16a is reflected by the underground object 14 or reflected by the ground surface 3, the reflected wave is received by the receiving antenna 16b, and the output of the antenna body 54 is amplified by the amplifier circuit 22. . The processing circuit 23 is realized by, for example, a microcomputer, and responds to the output synchronized with the pulsed transmission signal from the pulse generation circuit 20 and the reception signal from the amplification circuit 22, samples the reception signal and performs digital processing. The image signal of the underground object 14 and the signal of the reflected wave from the ground surface 3 are derived through the cable 18 and displayed by the output means 19 as described above. The electric circuit 17 may also have other configurations.
[0031]
Although the transmitting antenna 16a and the receiving antenna 16b may have different configurations as shown in FIGS. 2 to 4, in another embodiment of the present invention, a single antenna is switched and switched. You may make it use.
[0032]
The angle θ0 formed with the axis 11 of the inclined surface 10 may be, for example, 8 ° or 15 °, and may be selected in the range of 5 to 25 °. The pulse-like transmission waveform provided from the pulse generation circuit 20 to the transmission antenna 16 by the driving means 21 may be in a frequency range of 0.5 to 1.5 GHz, for example.
[0033]
FIG. 5 shows a state in which the soil 1 is being propelled using the propellant 2. As shown in FIG. 5 (1), even when the inclined surface 10 is directed to the ground surface 3 of the soil 1, or as shown in FIG. Even in the state of being directed downward, which is the opposite side to the ground surface 3, the underground object 14 in front of the propulsion direction 6 can be accurately detected.
[0034]
FIG. 6 is a partial cross-sectional view of another embodiment of the present invention. This embodiment is similar to the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 5 described above, and corresponding portions bear the same reference numerals. It should be noted that in this embodiment, the structure related to the dielectric 15a is indicated by adding a suffix a to the corresponding reference mark. The dielectric body 15a has a triangular prism shape as in the above-described embodiment, and has a thickness that decreases as it becomes downstream in the propulsion direction 6 (front side on the left in FIG. 6). The dielectric constant ε1 of the dielectric 15a is made of a material exceeding the relative dielectric constant ε2 of the soil 1 (ε1> ε2). Examples of such a material include PVC (polyvinyl chloride), glass fiber reinforced plastic (FRP), and other synthetic resin materials such as ultra polyethylene (UPE). The dielectric 15a and the

antenna bodies

53a and 54a constitute a feeding antenna 16a and a receiving antenna 16b, respectively.
[0035]
According to this embodiment, the traveling direction 36 of the main electromagnetic wave from the transmitting antenna 16a is an angle that is almost perpendicular to the propulsion direction 6, and receives the reflected wave that returns from the boundary surface with the ground surface 3. The signal strength increases. Thereby, the time of the electromagnetic wave propagating to the ground surface 3 can be detected with high accuracy, and therefore the depth which is the distance to the ground surface 3 of the tip 9 of the drill head 5 can be accurately detected.
[0036]
FIG. 7A shows experimental results obtained while propelling the antenna with the inclined surface 10 substantially parallel to the ground surface.
[0037]
6 has the configuration shown in FIG. 6 described above, and the other configuration is the same as that of the above-described embodiment, and the inclined surface 10 is formed on the ground surface 3 as shown in FIG. 5A. When facing upwards, according to the experiment of the present inventors, it is considered that an image equivalent to the image shown in FIG. The depth L1 which is the distance between the ground surface 3 and the axis 11 of the drill head 5 is the distance between the direct wave image 25 and the reflected image 26 by the ground surface 3 in the image obtained in FIG. This corresponds to the time difference W1.
[0038]
FIG. 5 (2) shows a state in which at least the drill head 5 of the propulsion body 2 is angularly displaced about the axis 11 and rotated 180 ° from the state of FIG. 5 (1). The inclined surface 10 is downward. The image by the output means 19 obtained at this time is as shown in FIG. 7 (2). When the underground object 14 does not exist, the images of the underground object 14 and the ground surface 3 of the soil 1 are as follows. I can't get it.
[0039]
7 (1) and 7 (2), for example, the X axis that is the horizontal axis indicates time, and the vertical Y axis indicates the direction along the propulsion direction 6 of the ground surface 3, for example. The depth L1 is expressed as in Expression 2 using the time difference W1 and the relative dielectric constant ε1 of the soil 1.
[0040]
L1 = W1 · c / √ε1 (2)
Here, c is the propagation speed of the electromagnetic wave and is 3 × 10 ⁸ cm. According to the experiment result of the present inventors, it was confirmed that the distance L1 can be detected with relatively high accuracy.
[0041]
As shown in FIG. 5, when the axis 11 of the propulsion body 2 is horizontal and parallel to the ground surface 3, at least the drill head 5 is angularly displaced about the axis 11 as shown in FIG. The level of the reception signal of the reflected wave by the receiving antenna 16b changes from the large level in FIG. 7 (1) to the zero level in FIG. 7 (2). Therefore, the rotational angle around the axis 11 of the drill head 5 can be detected by discriminating the ratio of the level less than the maximum value to the maximum value of the received signal from which the reflected image 26 is obtained. The output means 19 includes means for calculating a level ratio of such received signals and discriminating the level.
[0042]
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of still another embodiment of the present invention. This embodiment is similar to the above-described embodiment, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals. It should be noted that in this embodiment, the dielectric 15 described with reference to FIGS. 1 to 5 and the dielectric 15a described with reference to FIGS. It arrange | positions so that the

inclined surfaces

10 and 10a which exist in 9 common one plane may be comprised. As a result, an electromagnetic wave direction 35 substantially parallel to the propulsion direction 6 can be obtained, and a vertical electromagnetic wave direction 36 can be obtained. The aforementioned electric circuit 17 shown in FIG. 4 is provided for each of the

dielectrics

15 and 15a.
[0043]
According to the embodiment of FIG. 8, it is possible to accurately detect the underground buried object 14 and the like ahead of the propulsion direction 6 of the drill head 5 and to accurately detect the depth to the ground surface 3. The position of the tip 9 of the drill head 5 can be accurately detected.
[0044]
In yet another embodiment of the present invention, only the transmitting antenna 16a is provided in connection with the dielectric 15 or 15a, and the receiving antenna 16b is connected to the ground surface 3 as indicated by the reference numeral 16c in FIG. It may be movably provided above.
[0045]
The receiving antenna 16c on the ground surface 3 may be moved by the operator 27 by hand, or may be moved by a carriage or the like. The signal from the receiving antenna 16c may be given to the amplifier circuit 22 in the electric circuit 17 of FIG. 4 in the same manner as the receiving antenna 16b described above, and the arithmetic processing may be similarly performed. The time difference from when the transmission signal to the transmission antenna 16a is given by the reception signal from the reception antenna 16c until the reception signal of the reception antenna 16c is obtained corresponds to the depth W1. The position on the ground surface 3 at which the maximum level of the received signal obtained by the receiving antenna 16c is obtained is the shortest distance to the transmitting antenna 16a in the soil 1, whereby the drill head 5 exists immediately below the receiving antenna 16c. Can be determined. Furthermore, the ratio of the reception intensity of the reception antenna 16c to the maximum intensity can be calculated by the calculation means, and the rotation angle around the axis 11 of the inclined surface 10 can be detected corresponding to the ratio.
[0046]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the tapered tip portion having the inclined surface of the drill head of the propulsion body is provided with the transmitting and receiving antennas, and the thickness changes along the propulsion direction at the front portion of the antenna. Since the dielectric is arranged to refract the electromagnetic wave, the directivity of the antenna is narrowed, and the electromagnetic wave can be generated and received in a desired direction. As a result, the underground object can be accurately searched, and the depth of the tip of the drill head from the ground surface can also be accurately detected.
[0047]
According to the second aspect of the present invention, a dielectric having a thickness that varies along the propulsion direction is disposed at the front of the transmission antenna provided at the tip of the drill head of the propulsion unit, and electromagnetic waves from the transmission antenna are transmitted. Since the antenna is refracted, the directivity of the transmitting antenna is narrowed to generate an electromagnetic wave in a desired direction, for example, in a direction substantially perpendicular to the axis of the drill head, and the electromagnetic wave is generated by the receiving antenna provided movably on the ground surface. By receiving this, it is possible to accurately detect the underground object and to accurately detect the depth of the tip of the drill head from the ground surface.
[0048]
Furthermore, according to the present invention, the transmitting antenna is provided facing the inclined surface of the tip of the drill head, and electromagnetic waves are generated from the transmitting antenna and received by the receiving antenna on the ground surface. Compared to the path of electromagnetic waves propagating back and forth in the soil in item 1, in the configuration of claim 2, the propagation path is only one way, so the electromagnetic wave generated from the transmitting antenna is The amount of attenuation until it is received by the receiving antenna on the ground surface is approximately halved. Therefore, it is possible to accurately detect the tip of the drill head. In addition, since the electromagnetic wave propagation distance from the transmitting antenna to the receiving antenna becomes long, the position can be detected even if the tip of the drill head is at a deep position in the soil.
[0049]
According to the third aspect of the present invention, since the part of the inclined surface is formed by the dielectric itself, the configuration can be simplified and the direction of the electromagnetic wave can be set accurately. It becomes like this.
[0050]
According to the present invention of claim 4, as shown in FIG. 3 described above, the thickness of the dielectric is increased as it goes downstream in the propulsion direction, and the relative dielectric constant of the dielectric is set to the soil ratio. By selecting a value that exceeds the dielectric constant, the electromagnetic wave is refracted forward in the downstream direction of the propulsion direction and emitted into the soil, and the underground object during propulsion can be accurately detected. As a result, the propulsion body can be propelled away from underground objects.
[0051]
According to the present invention of claim 5, as clearly shown in FIG. 6, the thickness of the dielectric is formed so as to decrease toward the front which is the downstream side in the propulsion direction, and the relative dielectric constant thereof. By selecting a value that exceeds the relative dielectric constant of the soil, the direction of the electromagnetic wave can be refracted, for example, approximately perpendicular to the axis of the drill head, thereby detecting underground objects that lie on the side of the drill head. And the depth from the ground surface of the tip of the drill head can be accurately detected.
[0052]
According to the sixth aspect of the present invention, a dielectric having a thickness varying along the propulsion direction is provided at the front portion of the transmitting and receiving antenna provided at the tip portion having the inclined surface of the drill head so that the electromagnetic wave is transmitted to the drill head. Can be refracted, for example, substantially parallel to or substantially perpendicular to the axis of the drill, so that underground objects can be accurately detected, and electromagnetic waves are radiated almost perpendicularly to the axis of the drill head to drill. It is possible to accurately detect the depth of the head tip from the ground surface.
[0053]
According to the seventh aspect of the present invention, the front portion of the transmitting antenna provided at the tip portion having the inclined surface of the drill head has a thickness that decreases toward the downstream side in the propulsion direction and is less than the relative dielectric constant of the soil. By providing a dielectric that is, the electromagnetic wave from the transmitting antenna can be radiated into the soil, for example, substantially perpendicular to the axis of the drill head, so by receiving the electromagnetic wave using the receiving antenna on the ground surface, The depth corresponding to the time until the electromagnetic wave from the transmitting antenna is received by the receiving antenna can be accurately detected, and the position where the maximum intensity of the electromagnetic wave received by the receiving antenna is obtained is the position of the tip of the drill head. It becomes possible to accurately detect the position as if it is directly above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an underground propulsion method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the vicinity of a drill head 5 of the propulsion body 2;
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view in the vicinity of a dielectric 15;
4 is a block diagram showing a configuration of the electric circuit 17 shown in FIG. 2. FIG.
FIG. 5 shows a state in which the soil 1 is being propelled using the propellant 2.
FIG. 6 is a sectional view of the vicinity of a part of a dielectric 15 according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional image of soil 1 showing the experimental results of the present inventors.
FIG. 8 is a partial cross-sectional view of still another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Soil 2 Propulsion body 3 Ground surface 4 Propulsion body main body 5 Drill head 6 Propulsion direction 7 Reaching shaft 8 Starting shaft 9 Tip part 10 Inclined surface 11 Axis 12 Injection hole 13 Supply source 14 Underground objects 15, 15a Dielectric

16a Transmission Antennas

16b and 16c Reception antenna 17 Electric circuit 19 Output means 20 Pulse generation circuit 21 Driving means 22 Amplifying circuit 23 Processing circuit 46 Propulsion driving means 53 and 54 Antenna body

Claims

In the drill head of the propulsion body that propels in the soil, a tapered tip portion having a flat inclined surface that is inclined with respect to the axis of the propulsion body is formed,
A propulsion drive unit that pushes the propulsion body in the axial direction upstream of the drill head in the propulsion direction and at least angularly displaces the drill head around the axis; and
A transmitting and receiving antenna that generates an electromagnetic wave and receives a reflected wave, facing the inclined surface in the tip,
The transmission and reception antennas are driven by applying transmission signals, and a means for calculating the reception signals of the reflected waves is provided.
In the tip,
An exploration device in a ground propulsion method characterized in that a dielectric having a thickness varying along a propulsion direction is provided at a front portion of a transmitting and receiving antenna, and an electromagnetic wave is refracted by the dielectric.

In the drill head of the propulsion body that propels in the soil, a tapered tip portion having a flat inclined surface that is inclined with respect to the axis of the propulsion body is formed,
A propulsion drive unit that pushes the propulsion body in the axial direction upstream of the drill head in the propulsion direction and at least angularly displaces the drill head around the axis; and
A transmitting antenna that generates an electromagnetic wave facing the inclined surface in the tip portion;
Means for applying a transmission signal to the transmission antenna for driving;
A receiving antenna for receiving reflected electromagnetic waves;
Means for processing the received signal from the receiving antenna;
In the tip,
An exploration device in an underground propulsion method characterized in that a dielectric having a thickness varying along a propulsion direction is provided at a front portion of a transmitting antenna, and electromagnetic waves are refracted by the dielectric.

The exploration device in the underground propulsion method according to claim 1 or 2, wherein the dielectric forms a part of the inclined surface.

The dielectric has a thickness that increases toward the downstream side in the propulsion direction,
The exploration device in the underground propulsion method according to any one of claims 1 to 3, wherein the exploration device is made of a material having a relative dielectric constant exceeding a relative dielectric constant of the soil to be propelled.

The dielectric has a thickness that decreases toward the downstream side in the propulsion direction,
The exploration device in the underground propulsion method according to any one of claims 1 to 3, wherein the exploration device is made of a material having a relative dielectric constant exceeding a relative dielectric constant of the soil to be propelled.

Prepare a propulsion body to propel the soil,
The drill head of this propulsion body
A tapered tip having a flat inclined surface inclined with respect to the axis of the propulsion body is formed,
Facing the inclined surface in the tip, a transmission and reception antenna that generates electromagnetic waves and receives reflected waves is provided,
In the tip,
At the front of the transmitting and receiving antennas, a dielectric whose thickness varies along the propulsion direction is provided, and the electromagnetic wave is refracted by this dielectric,
The propellant is pushed in the axial direction upstream of the drill head in the propulsion direction, and at least the drill head is angularly displaced around the axis,
By driving the transmission and reception antennas with transmission signals, and calculating the reflected wave reception signals,
An exploration method in an underground propulsion method characterized by detecting a depth from a ground surface of a buried object or a tip of a drill head.

Prepare a propulsion body to propel the soil,
The drill head of this propulsion body
A tapered tip having a flat inclined surface inclined with respect to the axis of the propulsion body is formed,
A transmitting antenna that generates electromagnetic waves is provided in the tip portion facing the inclined surface,
The tip portion is provided with a dielectric made of a material having a thickness that decreases toward the downstream side in the propulsion direction and having a relative permittivity that exceeds the relative permittivity of the soil to be propelled at the front portion of the transmitting antenna,
The propellant is pushed in the axial direction upstream of the drill head in the propulsion direction, and at least the drill head is angularly displaced around the axis,
Drive by giving a transmission signal to the transmission antenna,
Move the receiving antenna on the ground surface to receive the electromagnetic wave from the transmitting antenna,
An exploration method in the underground propulsion method characterized by detecting a position where the maximum intensity of the received electromagnetic wave is obtained.