JP3813012B2 - レーダー付推進装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス管、水道管、電話、電気等の地下埋設物を非開削で工事する場合の他、土中埋設物の事前検知技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、掘削ルート（穴径１ｍ程度）の予備調査にあたっては、他の埋設物が存在しそうな場所を予め試掘し、目視にて埋設物の状況を確認することとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような手法を採用すると、以下のような問題がある。
（１） 試掘箇所以外では、他の埋設物があるか否かは不明で、掘削をおこなう場所以外の位置にある他の埋設物を損傷するリスクがある。
（２） 非開削工事にもかかわらず試掘が必要で、イメージダウンであるとともに、試掘費用がかかる。
【０００４】
一方、上記のような比較的大径（穴径１ｍ程度）の掘削を伴わない作業として、所謂、ガス管の埋設、通線等を目的として、フローモール、ボアモアを使用した掘削技術が開発されている。この掘削技術にあっては、推進ドリルヘッド（推進管）の先端部位近傍に、電磁波の送受信装置を備え、推進移動経路の前方に、障害物が無いかどうかを地中から帰ってくる電磁波があるかないかから確認して、安全な掘削をおこなうこととしている。しかしながら、このような装置にあっては、推進経路上もしくはその近傍に障害物があるかどうかの推定は行えるが、比較的大径の掘削ルートの状態の確認に関しては、十分とはいえず、改良の余地がある。
【０００５】
従って、本発明の目的は、レーダー装置を比較的小型の推進管に備えたレーダー付推進装置にあって、推進管の推進移動経路との関係において、その周りの地中断面情報を合理的に得ることができる装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するための本発明による、
推進軸周りの回転を伴って地中を推進する推進管を備え、
地中に電磁波を送信するとともに地中にある物体から反射して帰ってくる電磁波を受信する送受信装置を前記推進管に備え、前記送受信装置により地中からの送受信情報を得る構成を有し、
前記地中に於ける推進移動に伴う基準位置に対する前記推進管の位置を得る位置検出装置を備えたレーダー付推進装置の特徴構成は、
前記推進管の推進軸周りの回転角を検出する回転角検出手段を備え、
前記回転角検出手段によって検出される回転角が同一の推進管姿勢における前記送受信情報を抽出する特定回転角情報抽出手段を備え、
前記特定回転角情報抽出手段により抽出される前記送受信情報と、前記抽出をおこなう時点における前記位置検出装置により検出される前記推進管の位置との関係情報から、前記回転角に対応した地中断面情報を得る解析手段を備えたことにある。
本願で使用するレーダー型推進装置にあっては、推進管自体は、その構成により、推進軸周りの回転を伴って地中を推進できる構造とされており、その推進管の位置（例えば基準位置である推進開始位置から現在推進管がある位置までの離間距離）は、装置に備えられる位置検出装置により検出される。このような推進管に於ける推進軸周りの回転角は回転角検出手段によって検出される。
一方、地中に送信されて地中にある物体から反射して帰ってくる反射信号に関しては、これが、送受信装置により検出される。
さて、本願にあっては、地中の断面情報（例えば断面画像）が得たいのであるが、送受信装置において得られる情報は、推進管の回転姿勢に依存した情報のよせ集めになっており、この情報をそのまま処理して断面画像を得ることは難しい。従って、本願の装置にあっては、特定回転角情報抽出手段を備え、推進管の姿勢（回転角）が一定となっている情報における送受信情報のみを抽出してくる。
同時に、このような抽出時点における推進管の位置情報が位置検出装置から集められ、これらの関係情報が得られる。そして、このような関係情報から、特定の回転角に対応した断面に於ける地中断面情報を解析手段により、得ることができる。
【０００７】
さて、このような地中断面情報としては、図３（ロ）に示すような、推進管の位置と各位置に於ける反射時間情報との関係情報、さらには、このような関係情報から、図３（ハ）に示すような、これに合成開口処理あるいはマイグレーション処理を施して得られる地中断面画像を上げることができる。
そして、地中断面画像を得る場合にあっては、装置構成として、その解析手段の構成を、以下のようにすることで、地中断面画像を得ることができる。
即ち、前記送受信情報から、地中にある前記物体からの電磁波の反射時間を得る反射時間導出手段を備え、
推進管の位置に関連つけられた反射時間導出手段から得られる反射時間の情報である位置−反射時間関係情報を得る第１解析手段を備え、
この第１解析手段により得られる位置−反射時間関係情報から、回転角に対応した地中断面画像を得る第２解析手段を備えるのである。
【０００８】
推進管が例えば直進推進をおこなう場合、図３（イ）に示すように、地中にある物体がこの推進管の推進径路との関係において、その下側にあると、レーダー波が下方にのみ照射（回転角が一定の場合）される姿勢での情報が、推進管の位置と反射波の反射時間との関係は、図３（ロ）に示すように、双曲線状となる。このような位置−反射時間関係情報を得るのが、第１解析手段によって得られるのである。そして、この位置−反射時間関係情報を使用して、例えば、合成開口処理あるいはマイグレーション処理をすることにより、図３（ハ）に示すように、第２解析手段が、所定の推進管の回転角に対応した地中断面画像を得る。結果、各回転角に対応して、地中断面画像を得ることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本願のレーダー付推進装置１の構成を図面に基づいて先ず説明する。
図１、２、３には、本願のレーダー付推進装置１の構成が、その使用状態とともに示されている。
本願のレーダー付推進装置１は、図示するように、所謂ドリルヘッドと呼ばれる地中推進移動用の推進管２と、この推進管２の基端側に接続され、ドリルヘッドと地上に配置される推進装置本体３との間を繋ぐロッド４と、推進装置本体３をなすガイドドリルユニット５、駆動・制御車６とから構成されている。
この構成は、従来型のフローモール工法に使用される推進装置と基本構成は同じである。
【００１０】
図示するように、推進管２は、先端に掘削推進用のドリル７を備えたものであり、図３（イ）に示すように、その中心軸Ｚ周りに駆動回転可能に構成され、地中を軸Ｚ周りに回転しながら、前進できる構成とされている。さらに、ドリル７に対してその基端側に所謂前方監視センサーと呼ばれるレーダー８及びこれに付随した電子回路９とを有する送受信装置１０が備えられている。即ち、この推進管２は、電磁波を地中に送信するとともに、地中にある物体から反射して帰ってくる電磁波を受信する送受信装置１０を備える。ここで、このレーダーの照射方向は、推進管２の中心軸Ｚの方向から傾く方向とされており、図示するように、斜め前方向へ電磁波を照射可能に構成されている。この構成により、推進管２の回転に伴って、電磁波は推進管２の斜め前方へ円錐状に照射され、このような領域を探査することができる。この領域径は、５０ｃｍ程度である。
【００１１】
さて、前記の駆動・制御車６には、推進管２の推進制御をおこなう制御用オペレーション装置１１が備えられているのであるが、このオペレーション装置１１には、当然、推進管２の基準位置（例えば推進開始位置Ｏ）からの推進距離Ｄ（位置）を検出する位置検出装置１２が備えられている。例えば、本体側からのロッド４の送り出し量の検出により、推進管２のその推進移動経路Ｌ上での位置を、送り出し量だけ基準位置から移動した位置と特定するものである。
さらに、一般には、前記の送受信装置１０にはレーダー波の送信時と受信時との差情報として得られる反射時間を得る反射時間導出手段１７が備えられている。ここで、このような反射時間導出の目的は、電磁波の反射体（地中にある物体Ｒで障害物となる可能性のある埋設管等）との距離を求め、これを推進管２の推進制御にあって、このような物体Ｒとの衝突等を回避することに使用される。
【００１２】
以上は、従来からの前方監視用のレーダー付推進装置１の構成であるが、以下、本願の特徴構成に関して説明する。このような特徴構成部は、推進管２に備えられる送受信装置１０からの送受信情報に基づいて、推進管２の回転姿勢に対応した地中断面画像を得るための機構である。
この構成に関して、図１を参照しながら説明する。
前記推進管２の基端側部位に、この推進管２の推進軸（回転軸Ｚと一致する）周りの回転角を検出する回転角検出手段１４が備えられている。一方、先に説明した送受信装置１０からは、レーダー波の反射信号が経時的に出力される構成が採用されている。
これらの回転角信号及びレーダー波の送信時間及び反射時間を含んだ送受信情報は、オペレーション装置１１側へ送られる。
このオペレーション装置１１には、前記回転角検出手段１４によって検出される回転角が同一の推進管姿勢における前記送受信情報を抽出する特定回転角情報抽出手段１５が備えられており、この特定回転角情報抽出手段１５により抽出される送受信情報と、抽出をおこなう時点における位置検出装置１２により検出される推進管２の位置との関係情報から、抽出の基準となる回転角に対応した地中断面情報を得る解析手段１６を備えた構成とされている。
さらに詳細には、先に説明した送受信情報から、地中にある物体からの電磁波の反射時間を得る反射時間導出手段１７が備えられており、推進管２の位置に関連つけられた反射時間の情報である位置−反射時間関係情報を得る第１解析手段１８を備え、さらに、この第１解析手段１８により得られる位置−反射時間関係情報から、回転角に対応した地中断面画像を得る第２解析手段１９が備えられている。
即ち、特定回転角情報抽出手段１５により、推進管２が特定回転角を採っている姿勢における送受信情報が抽出され、抽出された情報のみが合成されて、この第１解析手段１８にあって、図３（ロ）に示されるような情報が合成される。これらの図面にあって、横軸は物体Ｒの一例である埋設管２からみた推進径路に沿った離間距離（この距離は、これまで推進管の位置として説明してきた情報Ｄと等価である）を示しており、縦軸は物体Ｒからの反射時間を示している。これらの図面において、情報は離散点として示されているが、これは、推進管２が軸Ｚ周りの回転を伴いながら推進されるため、例えばレーダー波の照射方向が下方を向いている姿勢に於ける反射時間のみを抽出したものである。図３（ロ）には、反射時間の分布（双曲線状の分布）の理解を容易にするため、各反射時間を示す点を接続して図示した。この位置−反射時間関係情報は、横軸を推進経路に沿った空間位置座標、縦軸を反射時間座標とするものであり、二次元の各座標には（実際上は情報を構成する各ピクセルには）反射信号の信号強度に従った情報が保持されている。先に示した図３（ロ）においては、信号強度の強い点のみを示している。
【００１３】
さらに、この第１解析手段１８により得られる位置−反射時間関係情報から、この情報を合成開口処理、あるいはマイグレーション処理して、特定断面に於ける断面画像情報とする第２解析手段１９が備えられている。即ち、図３（ロ）の縦軸が反射時間であるのに対して図３（ハ）の縦軸は、推進経路に対して直交する深度軸とされる。従って、この解析手段１９の働きにより、この断面内に強い電磁波の反射体（例えば物体）がある場合は、これが、実際の状況に対応して画像化させることとなる。この断面画像は、例えば断面を横断する方向に埋設管がある場合、この埋設管のある部位に、信号の強い領域が存在する画像となる。図３（ハ）に実際の状況に対応した画像を示した。横軸は（ロ）と同様で縦軸は推進軸（経路）からの距離となる。
【００１４】
本願装置１にあっては、第１解析手段１８から位置−反射時間関係情報（関係線）が、第２解析手段１９から推進管２の回転角に対応した地中断面画像が、作業者に有用な情報として提供できる。
【００１５】
上記のようなレーダー付推進装置１を使用して、比較的大径の掘削ルート２０を調査する場合の例に関して図２に基づいて説明する。図２は、これまで説明してきたレーダー付推進装置１を使用する場合に、少なくとも掘削ルート２０より深い位置まで届く立て坑２１を掘削して、この立て坑２１の所定深度位置から、掘削ルート内でこのルート２０に沿って水平にレーダー付推進装置の推進管２を推進させて、調査をおこなっている状況を（イ）に、さらに、立て坑２１を掘削することなく、地表面２２から斜めに所定深度まで推進管２を斜行挿入し、この推進管２が所定深度に到達した後、掘削ルート内で、このルート２０に沿って水平にレーダー付推進装置の推進管２を推進させて、調査をおこなっている状況を（ロ）に示した。
従って、このような調査方法を採用することにより、掘削ルート内の任意の方向の断面画像を、推進管の推進移動経路Ｌとの関係で求めることができる。
さて、このような場合に、掘削ルート断面に於ける複数の箇所２３からレーダー付推進装置の推進管２を推進させ、複数の推進移動経路に対して物体Ｒの位置を求め、掘削ルート２０を調査することで、さらに詳細で、正確な掘削ルート２０の調査をおこなうことができる。
【００１６】
このようにすれば、例えば、径が１ｍ程度の地中内に想定される掘削ルート２０の調査にあって、非開削工事をおこなう掘削ルート内に、事前に、立て坑あるいは地表から口径８０ｃｍ以下の推進管２（ドリルヘッド）で数カ所水平ボーリングを行い、その掘削移動経路Ｌの周囲５０ｃｍの範囲を探査できるので、例えば、直径１ｍのトンネルを掘削する場合に、トンネルルートの中心にボーリングをおこなえば、掘削ルート２０の範囲の他埋設物の検知ができた。それより大きなトンネルの場合や、ルート周辺まで探査したい場合は適宜ボーリング数を増やせば、同様に調査を好適に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願のレーダー付推進装置の要部構成を示す図
【図２】本願のレーダー付推進装置の使用状態を示す説明図
【図３】物体が推進移動経路上にない場合の取得データ特性図、断面画像を示す図
【符号の説明】
１ レーダー付推進装置
２ 推進管
１０ 送受信装置
１２ 位置検出装置
１４ 回転角検出手段
１５ 特定回転角情報抽出手段
１６ 解析手段
１７ 反射時間導出手段
１８ 第１解析手段
１９ 第２解析手段
Ｚ 中心軸（推進軸）
Ｌ 推進移動経路
Ｒ 物体

Claims (2)

1. 推進軸周りの回転を伴って地中を推進する推進管を備え、
   地中に電磁波を送信するとともに地中にある物体から反射して帰ってくる前記電磁波を受信する送受信装置を前記推進管に備え、前記送受信装置により地中からの送受信情報を得る構成を有し、
   地中に於ける前記推進移動に伴う基準位置に対する前記推進管の位置を得る位置検出装置を備えたレーダー付推進装置であって、
   前記推進管の推進軸周りの回転角を検出する回転角検出手段を備え、
   前記回転角検出手段によって検出される回転角が同一の推進管姿勢における前記送受信情報を抽出する特定回転角情報抽出手段を備え、
   前記特定回転角情報抽出手段により抽出される前記送受信情報と、前記抽出をおこなう時点における前記位置検出装置により検出される前記推進管の位置との関係情報から、前記回転角に対応した地中断面情報を得る解析手段を備えたレーダー付推進装置。
2. 前記送受信情報から、地中にある前記物体からの電磁波の反射時間を得る反射時間導出手段を備え、
   前記推進管の位置に関連つけられた前記反射時間導出手段から得られる前記反射時間の情報である位置−反射時間関係情報を得る第１解析手段を備え、
   前記第１解析手段により得られる前記位置−反射時間関係情報から、前記回転角に対応した地中断面画像を得る第２解析手段を備えたレーダー付推進装置。

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