JP4086379B2

JP4086379B2 - 地中推進工法における障害物検出装置

Info

Publication number: JP4086379B2
Application number: JP28903398A
Authority: JP
Inventors: 克敏西浦; 啓雅中内
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2018-10-12
Also published as: JP2000121747A

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各種管路を敷設する際に、既に存在する地中構造物等の障害物の破損を予防することができるように、その障害物を検出する地中推進工法における障害物検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、特願平９−２４４１０５号（出願日：平成９年９月９日）において、地中推進工法における障害物検出装置を提案した。この提案した障害物検出装置は、送信アンテナ、受信アンテナ、サンプラ、画像信号処理手段及び表示手段を備えている。送信アンテナは、地中に埋設されたガス管、水道管等の埋設管に向けて電磁波（例えばレーダ波）を送信し、受信アンテナは埋設管により反射された電磁波を受信し、受信アンテナの受信信号はサンプラに送給される。サンプラは受信信号をサンプリングして受信信号に基づいて画像情報信号を生成し、生成された画像情報信号が画像信号処理手段に送られる。画像信号処理手段は画像情報信号を所要の通りに処理して、検出した埋設管の位置情報信号を生成し、生成された位置情報信号が表示手段に送給され、この位置情報信号の内容が表示手段に表示される。
【０００３】
地中推進工法では、地中（土壌中）を推進する推進体が用いられ、この推進体は、推進本体と、この推進本体の先端部に装着されたドリルヘッドとを備えている。ドリルヘッドの先端には掘削刃が取付けられており、このドリルヘッドを回転しながら押込むことによって、推進体は掘削しながら地中を推進する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
提案された上述の障害物検出装置では、送信アンテナ、受信アンテナ及びサンプラがドリルヘッドに内蔵され、画像信号処理手段及び表示手段が操作者側に、例えば地上、発進立坑に設けられる。従って、推進体にて、受信アンテナにて受信した受信信号のサンプリングが行われ、サンプラにてサンプリングされた画像情報信号が低周波処理された後に操作者側の画像信号処理手段に伝送され、この画像信号処理手段にて画像情報信号が所要の通りに処理されて障害物に関する位置情報信号が得られる。
【０００５】
このような構成の障害物検出装置では、推進体から操作者側に伝送される信号が画像情報信号であって、そのデータ量が多く、サンプリングされた画像情報信号を推進体から操作者側の画像信号処理手段に伝送するのに時間を要する。従って、このことに起因して、埋設障害物の位置を検出するための検出時間が長くなり、推進体の推進速度が速くなると、推進体が埋設障害物に衝突する恐れがある。このような推進体の衝突を防止するためには、その推進速度を遅くする必要があるが、推進速度を遅くした場合、その作業効率が低下する。
【０００６】
本発明の目的は、埋設障害物の検出時間を短縮することができる、地中推進工法における障害物検出装置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、地中隠蔽物に向けて電磁波を送信する送信アンテナと、地中隠蔽物から反射された電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナからの出力信号をサンプリングするサンプラと、前記サンプラによってサンプリングされた画像情報信号を処理して隠蔽物の位置情報信号を得る画像信号処理手段と、前記画像信号処理手段からの位置情報信号の内容を表示する表示手段とを備え、
前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、前記サンプラ及び前記画像信号処理手段が、土壌中を推進する推進体に設けられ、前記表示手段が地上又は車両にて操作を行う操作者側に設けられ、前記推進体は、推進体本体と、この推進体本体の前端部に設けられたドリルヘッドとを備え、前記ドリルヘッドに前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが取付けられ、前記サンプラ及び前記画像信号処理手段は前記ドリルヘッドに内蔵され、前記画像信号処理手段にて得られた前記位置情報信号が前記表示手段に伝送されることを特徴とする。
【０００８】
本発明に従えば、送信アンテナ、受信アンテナ、サンプラ及び画像信号処理手段が推進体に設けられ、表示手段が操作者側に設けられる。それ故に、推進体から操作者側に伝送される信号は、画像信号処理手段にて画像情報信号を処理して得られた位置情報信号である。この位置情報信号は、例えば埋設障害物までの距離を示す数値データ（例えばテキストデータ）であり、そのデータ量は少なく、従って推進体から操作者側へ伝送する信号の伝送時間を短くすることができ、埋設障害物の検出時間を短縮することができる。また、推進体のドリルヘッドに送信アンテナ及び受信アンテナが取付けられ、サンプラ及び画像信号処理手段はこのドリルヘッドに内蔵されている。それ故に、受信アンテナにて受信された受信信号は、ほとんど伝送されることなくサンプラにてサンプリングされ、サンプリングにより生成された画像情報信号は、ほとんど伝送されることなく画像信号処理手段にて処理されて位置情報信号が生成される。従って、データ量の多い信号の伝送はほとんどなく、埋設障害物の検出時間を短縮することができるとともに、受信アンテナにて受信した受信信号の減衰も少なくすることができる。
【００１１】
更に、本発明は、前記ドリルヘッドは筒状ケーシングを備え、前記筒状ケーシング内にユニットケーシングが配設され、前記ユニットケーシングに前記サンプラ及び前記画像信号処理手段が内蔵され、前記ユニットケーシングは前記筒状ケーシングに弾性部材を介して弾性的に支持されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明に従えば、サンプラ及び画像信号処理手段はユニットケーシングに内蔵され、このユニットケーシングは弾性部材を介してドリルヘッドの筒状ケーシングに弾性的に支持されているので、推進作業中の振動等が弾性部材に吸収されてユニットハウジングにあまり伝達されず、振動等によるサンプラ、画像信号処理手段への悪影響を少なくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に従う障害物検出装置の一実施形態について説明する。図１は、本発明に従う障害物検出装置の一形態を装備した推進体を用いた地中推進工法の一例を簡略的に示す図であり、図２は、図１の推進体に装備された障害物検出装置を簡略的に示すブロック図であり、図３は、図１の推進体のドリルヘッド及びその近傍を簡略的に示す断面図であり、図４（ａ）〜図４（ｃ）は、それぞれ、図３におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線による断面図であり、図５は、推進体のドリルヘッドの一部を拡大して示す部分拡大断面図である。
【００１４】
図１を参照して、地中推進工法は、例えば、土壌（地中）２内でガス、水道水等を輸送する導管を敷設するために、非開削でポリエチレン管等の合成樹脂製可撓管を埋設する埋設工事に適用され、この地中推進工法を行うのに、土壌２中を掘削して進む推進体４が用いられる。
【００１５】
推進体４は、推進体本体６と、この推進体本体６の前端部に装着されたドリルヘッド８とを備え、ドリルヘッド８は矢印１０で示す方向に回転駆動される。このような推進体４を用いる場合、例えば、図１に示すように、土壌２に発進立坑１２が形成され、この発進立坑１２から推進体４が土壌２中に推進される。発進立坑１２内には、駆動手段１４が設けられる。駆動手段１４はドリルヘッド８を矢印１０で示す方向に回転駆動するとともに、推進体４を土壌２中に押込み、このように駆動することによって推進体４は土壌２中を推進する。
【００１６】
地中推進工法では、推進体４のドリルヘッド８が土壌２中に貫入され、推進体４が推進するに従い、推進体本体６の一部を構成する推進管が着脱自在に継足され、このようにして推進体４の掘削推進が行われる。回転駆動しながら押込むことによって、ドリルヘッド８を直進させることができ、また回転駆動することなく押込むことによってドリルヘッド８を湾曲して進ませることができ（ドリルヘッド８の先端部の片側部に傾斜部が設けられており、そのために、単に押込むことによってドリルヘッド８を湾曲して進ませることができる）、ドリルヘッド８の推進を操作者がこのように操作することによって、既に埋設されたガス管、水道管等の障害物１６を回避して推進することができる。
【００１７】
図２を参照して、推進体４には、障害物１６の埋設位置を検出するための障害物検出装置２０が設けられる。障害物検出装置２０は、送信アンテナ２２、受信アンテナ２４、高周波回路２６及び画像信号処理手段２８を備えている。高周波回路２６は、高周波信号を発生、処理する回路であり、この実施形態では、パルス発生器３２、信号制御手段３４，高周波増幅器３６及びサンプラ３８を含んでいる。図３をも参照して、ドリルヘッド８の先端部４０の一側部（図３において下側部）には傾斜部４２が設けられ、この傾斜部４２の内面に送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４が相互に隣接して設けられ、高周波回路２６と送信アンテナ２２とがライン４４を介して電気的に接続され、また高周波回路２６と受信アンテナ２４とがライン４６を介して電気的に接続されている。
【００１８】
高周波回路２６のパルス発生器３２はパルス状の送信信号を生成し、生成された送信信号はライン４４を通して送信アンテナ２２に送給され、送信アンテナ２２は、この送信信号に基づいた電磁波を推進体４の推進方向前方に向けて、即ち推進方向に存在する埋設障害物１６（地中隠蔽物）に向けて送信する（放射する）（図１参照）。受信アンテナ２４は、送信アンテナ２２から送信されて障害物１６によって反射された電磁波を受信し、受信された受信信号はライン４６を通して高周波回路２６の高周波増幅器３６に送給される。高周波増幅器３６は、受信信号を増幅し、増幅された受信信号はサンプラ３８に送給される。推進体４のドリルヘッド８から埋設障害物までの間隔が短いと、電磁波がアンテナ２２から送信された後この電磁波が受信アンテナ２４に受信されるまでの時間が短く、一方障害物までの間隔が長いと、上述した受信されるまでの時間が長く、この時間間隔を利用して埋設障害物１６までの距離を測定する。
【００１９】
受信アンテナ２４によって受信する信号が高周波の電磁波であるので、その受信信号はサンプラ３８によってサンプリングされる。信号制御手段３４は、パルス発生器３２に発生されるパルス状の送信信号を制御するとともに、この送信信号のパルスに関連してサンプラ３８におけるサンプリング信号を制御する。サンプラ３８は、サンプリング信号を少しずらして受信信号をサンプリングし、このようにサンプリングすることによって受信信号の全体波形を読取るとともに、その受信信号をデジタル化し、このようにして埋設障害物１６に関する画像情報信号が得られる。尚、サンプラ３８によるサンプリング様式としては、種々の様式を用いることができる。
【００２０】
得られた画像情報信号は、画像信号処理手段２８に送給される。この画像信号処理手段２８は、画像情報信号を処理する演算処理手段４８及びメモリ５０を含んでいる。サンプラ３８からの画像情報信号はメモリ５０に蓄えられ、演算処理手段４８は、メモリ５０に蓄えられた画像情報信号を所要の通りに演算処理して埋設障害物１６までの距離に関する位置情報信号を生成する。
【００２１】
この実施形態では、障害物検出装置２０は、更に、操作者側に設置されるパソコン５２を含んでいる。また、推進体４には、通信回路５４が設けられ、画像信号処理手段２８にて生成された位置情報信号は通信回路５４を介してパソコン５２に送給される。この位置情報信号の伝送は、ケーブルを用いて行ってもよく、無線で送信するようにしてもよい。
【００２２】
操作者側に設置されるパソコン５２は、操作者が発進立坑１２内で推進体４の操縦を行う場合に発進立坑１２内に設置される（図１参照）。操作者が地上（又は車両内）にて操縦を行う場合、パソコン５２は地上（又は車両内）に設置される。パソコン５２は、演算処理手段５６、入力手段５８及び表示手段６０を備えている。入力手段５８は、例えばキーボード、マウス等から構成され、表示手段６０は、例えばＣＲＴ、液晶表示装置等から構成される。パソコン５２は、更に、通信回路から構成される通信手段６２を含んでいる。
【００２３】
画像信号処理手段２８にて得られた位置情報信号は、通信回路５４を介してパソコン５２の演算処理手段５６に送給され、演算処理手段５６は上記位置情報信号を処理して表示手段６０に送給し、表示手段６０は位置情報信号の内容を表示する。従って、操作者は、この表示手段６０に表示された内容を見ることによって埋設障害物１６の位置を知ることができ、この表示内容を見ながら推進体４の推進方向を操縦することによって、障害物１６を回避しながら推進体４を推進することができる。尚、入力手段５８は、各種設定を行うときに用いられ、例えば検出する埋設障害物１６の個数等を設定するときに入力設定する。入力手段５８からの設定入力信号は演算処理手段５６を介して通信手段６２から推進体４の画像信号処理手段２８に送給され、画像信号処理手段２８の処理内容が設定される。
【００２４】
上述した障害物検出装置２０では、上述したように、推進体４から操作者側のパソコン５２に伝送される信号が、画像信号処理手段２８にて画像信号処理されて得られた位置情報信号である。このような位置情報信号は、埋設障害物１６までの距離を示す数値データ、例えばテキストデータであり、それ故に、そのデータ量は少なく、推進体４の画像信号処理手段２８から操作者側のパソコン５２に短時間に伝送することができ、このことに関連して障害物の検出時間を短縮することができる。従来、推進体から操作者側のパソコンに伝送していた信号は画像情報信号であり、このような画像情報信号のデータ量は、例えば、横軸（移動距離）２００ピクセル、縦軸（反射時間）２５６ピクセルで構成される二次元的データである。これに対して、画像信号処理手段２８にて処理された後に得られた位置情報信号のデータ量は、移動距離と反射時間とで示される一次元的データであり、そのデータ量は画像情報信号のデータ量も著しく少なく、例えば上述した場合であると１／２５６となり、それ故に、推進体４からの信号の伝送時間を短縮することができる。
【００２５】
この実施形態では、高周波回路２６、画像信号処理手段２８及び通信回路５４は、例えば、図３〜図５に示すように推進体４のドリルヘッド８に内蔵される。この形態では、ドリルヘッド８は円筒状の筒状ケーシング７２を備え、この筒状ケーシング７２の一端部（前端部）に先端部４０が装着されている。筒状ケーシング７２の内部には、円筒状のユニットケーシング７４が配設され、このユニットケーシング７４内に高周波回路２６、画像信号処理手段２８及び通信回路５４が内蔵されている。高周波回路２６は直方体状の回路ユニット７６（特に図４（ａ）参照）として構成され、この回路ユニット７６がユニットケーシング７４内の前部（図３において左部）に所要の通りに取り付けられている。通信回路５４は直方体状の回路ユニット７８（特に図４（ｃ）参照）として構成され、この回路ユニット７８がユニットケーシング７４内の後部（図３において右部）に所要の通りに取付けられている。また、画像信号処理手段２８は、画像信号処理用チップを含む複数枚（この形態では２枚）の画像処理用ボード８０（特に図４（ｂ）参照）から構成され、これら画像処理用ボード８０がユニットケーシング７４内の中間部、即ち高周波回路２６と通信回路５４との間の空間）に装着されている。このように高周波回路２６、画像信号処理手段２８及び通信回路５４を、送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４が設けられるドリルヘッド８に設けることによって、パルス状の送信信号及び受信アンテナからの受信信号の伝送がほとんどなく、特に受信信号の減衰を少なくして検出感度を高めることができる（本実施形態では、画像信号処理手段２８にて処理された位置情報信号が操作者側に伝送されるため、この信号の減衰は問題とならない）。
【００２６】
ユニットケーシング７４は、筒状ケーシング７２内に弾性部材を介して弾性的に支持されるのが望ましい。この実施形態では、図５に示すように、ユニットケーシング７４の外周面には、弾性部材を構成する板ばね８２が装着されている。板ばね８２は半径方向外方に凸状であり、その両端部が固定用ねじ８４によってユニットケーシング７４の外周面に固定される。かかる板ばね８２は、ユニットケーシング７４の周方向及び軸線方向（図５において左右方向）に間隔を置いて複数個装着される。このように複数個の板ばね８２を介してユニットケーシング７４を支持することによって、推進中に発生する振動が板ばね８２によって吸収され、これによって筒状ケーシング７２からユニットケーシング７４に伝達される振動等が少なくなり、高周波回路２６、画像信号処理手段２８及び通信手段５２を振動等から保護することができる。尚、図５に示すように、ユニットケーシング７４の外周面の所定部位に、各板ばね８２に対応して、突部８６（例えば環状のものでよい）を設けることができる。このように突部８６を設けることによって板ばね８２が大きく弾性変形することが防止され、ユニットケーシング７４が大きく変位することが防止される。
【００２７】
この実施形態では、ユニットケーシング７４の外周面に板ばね８２を設けているが、これとは反対に、筒状ケーシング７２の内周面に半径方向内方に凸状となる板ばねを設けるようにしてもよい。また、弾性部材として、板ばね８２に代えて、例えばゴム製のＯリングを用いることもでき、この場合、Ｏリングをユニットケーシング７４の外周面及び／又は筒状ケーシング７２の内周面に設けることができる。
【００２８】
このようなユニットケーシング７４は、例えば、次の通りにして筒状ケーシング７２に固定される。この形態では、筒状ケーシング７２の先端部にはリング状部材８８が固定され、このリング状部材８８を通して固定用ねじ９０がユニットケーシング７４の端壁９２に螺着され、このようにして、ユニットケーシング７４の一端が筒状ケーシング７２に固定され、ユニットケーシング７４の一端を除く他の部分が板ばね８２を介して弾性的に支持されている。
【００２９】
尚、ユニットケーシング７４の端壁９２には、これを貫通してコネクタ手段９４，９６が取付けられ、一方のコネクタ手段９４の端子部に、高周波回路２６のパルス発生器３２に接続されたコネクタ９８が電気的に接続され、このコネクタ手段９４のコネクタ部１００に、送信アンテナ２２に接続されたライン４４が電気的に接続される。また、他方のコネクタ手段９６の端子部に、高周波回路２６の高周波増幅器３６に接続されたコネクタ１０２が電気的に接続され、このコネクタ手段９６のコネクタ部１０４に、受信アンテナ２４に接続されたライン４６が電気的に接続される。このように構成されているので、固定用ねじ９０を外すことによって、筒状ケーシング７２からユニットケーシング７４を取外すことができ、また高周波回路２６の固定手段（図示せず）を外すことによって、ユニットケーシング７４から高周波回路２６を取外すことができる。また、明確に図示していないが、高周波回路２６と画像信号処理手段２８とが、また画像信号処理手段２８と通信回路５４とが、それぞれ、コネクタ手段を介して電気的に接続されており、通信回路５４及び画像信号処理手段２８もユニットケーシング７４から取外すことができる。
【００３０】
以上、本発明に従う障害物検出装置の一実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。
例えば、図示の実施形態では、アンテナとして相互に独立した送信アンテナ２２及び受信アンテナ２４を備えているが、これに代えて、送受信兼用のアンテナから構成し、一つのアンテナを電磁波を送信するときには送信アンテナとして機能させ、電磁波を受信するときには受信アンテナとして機能させるようにすることもできる。
【００３１】
また、例えば、図示の実施形態では、推進体４に内蔵された画像信号処理手段２８にて生成された位置情報信号を操作者側のパソコン５２に送り、このパソコン５２の表示手段６０に埋設障害物１６の位置情報を表示しているが、この位置情報の内容を表示するのみであれば表示手段６０を設置するのみでよい。この場合、画像信号処理手段２８にて生成された画像情報信号が通信回路５４を介して直接的に表示手段６０に送給され、パソコン５２のその他の構成要素、即ち演算処理手段５６及び入力手段５８等は省略することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の請求項１の障害物検出装置によれば、推進体から操作者側に伝送される信号は、画像信号処理手段にて画像情報信号を処理して得られた位置情報信号である。この位置情報信号はデータ量は少なく、従ってその伝送時間を短くすることができ、これによって埋設障害物の検出時間を短縮することができる。また、受信アンテナにて受信された受信信号は、ほとんど伝送されることなくサンプラにてサンプリングされ、サンプリングにより生成された画像情報信号は、ほとんど伝送されることなく画像信号処理手段にて処理されて位置情報信号が生成される。従って、データ量の多い信号の伝送はほとんどなく、埋設障害物の検出時間を短縮することができるとともに、受信アンテナにて受信した受信信号の減衰も少なくすることができる。
【００３４】
更に、本発明の請求項２の障害物検出装置によれば、推進作業中の振動等が弾性部材に吸収されてユニットハウジングにあまり伝達されず、振動等によるサンプラ、画像信号処理手段への悪影響を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従う障害物検出装置の一形態を装備した推進体を用いた地中推進工法の一例を簡略的に示す図である。
【図２】図１の推進体に装備された障害物検出装置を簡略的に示すブロック図である。
【図３】図１の推進体のドリルヘッド及びその近傍を簡略的に示す断面図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、それぞれ、図３におけるＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線及びＣ−Ｃ線による簡略断面図である。
【図５】推進体のドリルヘッドの一部を拡大して示す部分拡大断面図である。
【符号の説明】
２土壌
４推進体
６推進体本体
８ドリルヘッド
１６障害物
２０障害物検出装置
２２送信アンテナ
２４受信アンテナ
２６高周波回路
２８画像信号処理手段
３２パルス発生器
３８サンプラ
５２パソコン
６０表示手段
７２筒状ケーシング
７４ユニットケーシング
８２板ばね

Claims

地中隠蔽物に向けて電磁波を送信する送信アンテナと、地中隠蔽物から反射された電磁波を受信する受信アンテナと、前記受信アンテナからの出力信号をサンプリングするサンプラと、前記サンプラによってサンプリングされた画像情報信号を処理して隠蔽物の位置情報信号を得る画像信号処理手段と、前記画像信号処理手段からの位置情報信号の内容を表示する表示手段とを備え、
前記送信アンテナ、前記受信アンテナ、前記サンプラ及び前記画像信号処理手段が、土壌中を推進する推進体に設けられ、前記表示手段が地上又は車両にて操作を行う操作者側に設けられ、前記推進体は、推進体本体と、この推進体本体の前端部に設けられたドリルヘッドとを備え、前記ドリルヘッドに前記送信アンテナ及び前記受信アンテナが取付けられ、前記サンプラ及び前記画像信号処理手段は前記ドリルヘッドに内蔵され、前記画像信号処理手段にて得られた前記位置情報信号が前記表示手段に伝送されることを特徴とする地中推進工法における障害物検出装置。
前記ドリルヘッドは筒状ケーシングを備え、前記筒状ケーシング内にユニットケーシングが配設され、前記ユニットケーシングに前記サンプラ及び前記画像信号処理手段が内蔵され、前記ユニットケーシングは前記筒状ケーシングに弾性部材を介して弾性的に支持されていることを特徴とする請求項１記載の地中推進工法における障害物検出装置。