JPH079467B2

JPH079467B2 - 地下埋設管探査装置及び地下埋設管探査方法

Info

Publication number: JPH079467B2
Application number: JP19721791A
Authority: JP
Inventors: 重明荒巻; 敬二円福
Original assignee: 九州電気建設工事株式会社
Priority date: 1991-07-11
Filing date: 1991-07-11
Publication date: 1995-02-01
Anticipated expiration: 2010-02-01
Also published as: JPH0519063A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下埋設管探査装置に
係り、更に詳しくは地下に埋設された電力ケーブル、水
道管、ガス管、電話線管路などの水平方向位置及び地中
深さを磁界測定により知ることができる装置及びそれを
用いた探査方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年都市の過密化、生活の高度化などに
伴い、地下に多条の電力ケーブル、水道管、ガス管、電
話線管路などが埋設され、地下ではこれら埋設管が複雑
に入り組み、その位置関係を正確に把握することは、極
めて困難になっている。そのため、埋設管を増設するた
め建設機械を用いて道路工事を行なっている際、誤って
既存の上記埋設管を破損するなどの事故が多発してい
る。このような事故を未然に防止するためには、是非と
も上記埋設管の位置確認手段が必要となる。

【０００３】ここで、従来上記埋設管の位置確認手段と
されているものには、大きく分けて次の三種類のものが
ある。（１）まず、上記埋設管に高周波電流を流し、それによ
り発生する磁界を計測し、位置を確認するというもので
ある。しかしながら、この方法が有効であるためには、
埋設管が大地と絶縁され、地中に金属などのきょう雑物
がなく、地中深さが約３ｍ以下であるという条件が、必
要である。しかも、埋設管に高周波電流を流し、磁界を
発生させると、二次・三次誘導が発生し、磁界のみを測
定してもそれが埋設管のものであるかどうか定かでない
ことが多い。したがって、埋設管の位置を実際的かつ正
確に測定できるとは言い得ないものである。（２）次に、レーダー技術を用いて埋設管の位置を知る
という方法がある。すなわち、地上に配置した発信機か
ら地中に向け電波を発射し、その反射波を受信して埋設
管の位置を知るものである。しかしながら、地中には上
記埋設管の他に、コンクリートの破片、鉄屑、その他の
固形物が散在しているのが現状であり、上記埋設管から
の反射波の他にこれら固形物からの反射波も受信されて
しまい、この方法によっても上記埋設管の位置を正確に
知ることは困難である。仮に、埋設管からのものと固形
物からのものとを識別し、不要な反射波を消去する手段
を用いるとしても、全体として大規模かつ高価な装置と
ならざるを得ない。（３）最後に、人力による掘削で、埋設管の位置を知る
方法がある。すなわち、深夜道路の主要部分のみ人力に
より試掘・調査するというものである。現状では、上記
（１）及び（２）の方法の信頼性が低いため、ほとんど
この方法によっている。しかしながら、この作業は、一
般人の生活活動を阻害しないようにするため、深夜のご
く限られた時間でしか行なえず、しかも多大の労力・費
用を要するばかりでなく、騒音の発生など公害の原因と
もなるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の問題点に鑑み、
本発明の目的は、対象である埋設管以外の物体に攪乱さ
れず、外部からのノイズに阻害されることなく、すなわ
ち容易にかつ精度・感度が高く地下埋設管の位置を確認
でき、公害の原因となるおそれのない地下埋設管探査装
置と、それを用いた地下埋設管探査方法を提供する点に
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明は、地上において超電導用冷却手段を移動さ
せて地下埋設管の位置を探査する装置において、超電導
インダクタンス回路が前記超電導用冷却手段内に収納さ
れており、前記インダクタンス回路は、第一の補助コイ
ルと、前記第一の補助コイルと略同一のインダクタンス
を有しかつ該補助コイルと逆巻方向をなし所定間隔を隔
てて略直線状かつ直列接続される第二の補助コイルと、
前記第二の補助コイルに直列接続される検出コイルとか
らなり、該検出コイルの近傍には磁束検出素子が配設さ
れているという第一技術と、地下埋設管探査方法におい
て、ガス管、水道管又は電話線管路などの導電性線条体
からなる地下埋設管に直流電流を流し、発生磁界を第一
技術記載の地下埋設管探査装置により計測し、該地下埋
設管の位置を特定するという第二技術とをもって構成さ
れる。

【０００６】

【実施例】本発明の実施例を図面を参照して説明する。

【０００７】図１は、磁束検出素子１０として、ホ−ル
素子を用いた例を示す。この素子１０のリ−ド線１０ａ
に発生する電圧を、図示していないが便宜増幅器及びＡ
−Ｄ変換器を介してコンピュ−タに入力し磁束を測定す
る。超電導用冷却手段１内部には、液体ヘリウムが充満
される。また、符号１ａで示すものはガス抜口であっ
て、ジュール熱などにより蒸発したヘリウムを該冷却手
段１外へ排出する。前記冷却手段１内に収納される超電
導インダクタンス回路Ｃに、Ｎｂ3Ｓｎ、ＮｂＴｉ等の
超電導体を使用する場合には、この手段１内に液体ヘリ
ウムを充満させ十分冷却することが望ましい。一方、該
回路ＣにＢａ,Ｂｉ,Ｓｒ系の高温超電導体を使用する場
合には、高価な液体ヘリウムに代えて液体窒素により冷
却しても差支えない。そして、磁束検出素子１０及び検
出インダクタンス手段Ｌ₃ は磁気シ−ルド材１１により
被覆される。

【０００８】図２は、液体ヘリウムを使用し、磁束検出
素子１０としてフラックスゲ−トを用いた例を示す。フ
ラックスゲ−トは高価であるが、感度を向上させるため
には、前記ホ−ル素子よりも好適である。このフラック
スゲートの断熱材１０ｂ内部は、真空部１０ｄとなって
おり、真空部１０ｄ内には磁心１０ｃが挿入されてい
る。そして断熱材１０ｂの周囲を、検出コイルＬ₃ が巻
回するように配置する。また、１０ｅは電流端子、１０
ｆは電圧端子であって、その他は図１の例と同様であ
る。この磁心１０ｃは、透磁率の高い材料によりなるも
のであれば差支えないが、その好適な一例としてアモル
ファス鉄心をあげることができる。磁心１０ｃにこのア
モルファス鉄心を採用し、前記回路Ｃを液体ヘリウムで
冷却する場合には、磁心１０ｃの過冷却による特性劣化
を防止するために、上述のように断熱材１０ｂ等を用い
て、磁心１０ｃを液体ヘリウムから熱的に遮断する必要
がある。一方、液体ヘリウムに代えて液体窒素を使用す
る場合には、上記過冷却による磁心１０ｃの特性劣化を
考慮しなくてもよいので、断熱材１０ｃ等を省略するこ
とができ、構造を大幅に簡素化することができる。

【０００９】図３は、超電導インダクタンス回路Ｃと磁
束検出素子１０を示す。第一の補助コイルＬ₁ 、第二の
補助コイルＬ₂ 及び検出コイルＬ₃ が順に直列接続され
る。ここで第一及び第二の補助コイルＬ₁ 、Ｌ₂ は巻数
及び断面積が同じで同一のインダクタンスを有するもの
であり、巻線方向が逆である。即ち、第一の補助コイル
Ｌ₁と第二の補助コイルＬ₂とにより差働方式を形成す
る。このようにすると、地磁気や架空配電線などによる
ノイズの影響を消去することができる。なぜなら、これ
らのノイズは遠方より来るものであり、電流が流れてい
る位置までの距離ｒ（即ち磁力線の曲率半径）が非常に
大であるので、補助コイルＬ₁及びＬ₂の双方にノイズに
よる磁力線が鎖交する。したがって、ノイズによる影響
は、これら第一の補助コイルＬ₁と第二の補助コイルＬ₂
とによって打ち消され、検出コイルＬ₃による測定の精
度を非常に高く保持することができる。そして、第一及
び第二の補助コイルＬ₁及びＬ₂は、略直線状に所定間隔
ｔを隔てて配置され、直列に接続される。なお、この間
隔ｔは数十ｃｍ以上とすることが望ましく、これらの補
助コイルＬ₁ 、Ｌ₂ は検出コイルＬ₃ よりも数倍の直径
を有するものとすると良い。さて、本実施例では、次式
の関係とし、外部磁束Φe＝０なるとき式２の超電導電
流の回路条件を満たすようにした。

【００１０】

【式１】

【００１１】

【式２】

【００１２】（１）ガス管、水道管、電話線管路などの
導電性線条体の位置測定地下に埋設されたこれらの導電性線条体２に直流電流を
流し、発生磁界を上述の地下埋設管探査装置により計測
し、地下埋設管の位置を特定するものである。これらの
導電性線条体２は一般に鋳鉄製であり、最近のものは表
面に防蝕処理が施され半径方向の耐電圧はかなり高い。
一方、古いものは表面に上記処理が施されていないが、
地中に埋設されているものであるため、表面が酸化され
外皮の抵抗が高くなっており半径方向の耐電圧が数ｖな
いし数十ｖとかなり大きくなっている（コヒーラの効
果）。また、ガス管についても地中に埋設されているも
のであるため、酸素濃度が低く、大電流を流す必要はな
いので、ガス漏れがない場合爆発のおそれはない。実際
に、直流電流を流す場合は蓄電池によっても良い。な
お、この測定方法は、直流電流を流すものであって、従
来の高周波電流を流すもののように誘導障害を引き起こ
すことはない。

【００１３】「導電性線条体の長さ方向の電流変化」さて、上記線条体２に直流電流を流す場合の、線条体２
長さ方向の電流の変化について検討する。図４におい
て、次の関係が成立する。

【００１４】

【式３】

【００１５】上式を、ｘ＝０のときＩ＝Ｉ₀、Ｘ→∞の
ときＩ→０の条件下で解くと、電流Ｉは

【００１６】

【式４】

【００１７】ここで、コヒーラの効果を考慮すると、例
えばガス管の場合次のようになる。

【００１８】

【式５】

【００１９】すなわち、電流Ｉはほとんど減少せず、長
さ方向に十分流れるものである。

【００２０】「磁束密度の分布」図５において、ガス管などの線条体２に直流電流を流し
た場合、アンペアの法則から

【００２１】

【式６】

【００２２】ここで図３に示す装置では、後述するよう
に、この装置全体を移動した際の磁界Ｈの水平成分Ｈ_H
の差分ΔＨ_Hを求めている。しかし、この差分ΔＨ_Hを周
知の手段（ローカリゼイションプロブレム）により積分
してゆけば、簡単に磁界Ｈの水平成分Ｈ_Hを求めること
ができる。また同様に、磁界Ｈの垂直成分Ｈ_Vを求める
ことができる。そして、磁束密度Ｂと磁界Ｈとには、Ｂ
＝μＨ（μは透磁率）なる関係がある。ゆえに、磁束密
度Ｂの水平方向成分Ｂ_H（実線）及び垂直方向成分Ｂ
_V（破線）を定性的に図示すると、図６のようになる。
したがって、まず水平方向成分Ｂ_Hが最大となる点を計
測すれば、その点の真下に線条体２があることを知るこ
とができる（水平方向位置）。次に垂直方向成分Ｂ_Vが
最大となる点を計測する。垂直方向成分Ｂ_Vが最大とな
るのは、式６からｘ＝ｈであるときである。したがっ
て、垂直方向成分Ｂ_Vが最大となる点と水平方向成分Ｂ_H
が最大となる点との水平方向距離ｌを計り、この距離ｌ
を線条体２の地中深さｈ（垂直方向位置）とすればよ
い。このように、水平方向成分Ｂ_H及び垂直方向成分Ｂ_V
の最大となる点を計ることができれば、線条体２の水平
方向及び垂直方向の位置を知ることができる。なお、上
述したように線条体２には十分な電流が流れるものであ
るが、この電流の値そのものは未知であっても差支えな
い。

【００２３】「地上での移動手段」冷却手段１は、いわゆる魔法瓶に液体ヘリウムまたは液
体窒素を充満させたものでもよく、非常に小型・軽量、
例えば約３ないし４kgに、構成することができ持ち運び
を容易にすることができるし、装置全体の構造を簡単・
堅牢にすることができる。また、稼働人員は小数で足
り、液体窒素を用いた場合には製造及び運用コストを大
幅に低減することができる。さて、図７に示すように、
ガイドレール３、３を被計測地面上に敷設し、冷却手段
１の支持枠４に設けた車輪５、５を該ガイドレール３、
３上に載せ、冷却手段１を走行可能に支持する。また、
冷却手段１の支持枠４には、冷却手段１が水平方向と垂
直方向とを向くことができるように回転軸４ａが取付け
られている。ここで、図７に示す冷却手段１の位置は、
磁束密度の垂直方向成分Ｂ_Vを計測するときのものであ
り、もちろん水平方向成分Ｂ_Hを計測する際には、前記
回転軸４ａにより９０度回動させて計るものである。な
お、冷却手段１の位置検出手段（図示外）は、周知のも
のであるので説明を省略する。

【００２４】（２）電力ケーブルの位置測定図８に示すものは、単心ケーブルからなる２回線（Ａ，
Ｂ，Ｃ及びＡ’，Ｂ’，Ｃ’）電力ケーブルについて、
上述と同様に磁束密度の水平方向成分Ｂ_H及び垂直方向
成分Ｂ_Vを求め、図示したグラフである。もちろん、こ
の電力ケーブルには既に電流が流れているため、（１）
の場合のように特別に電流を流す必要はなく、従来の高
周波電流を流すもののように二次・三次の誘導障害を引
き起こすことがない。また、１回線ケーブルであって
も、同様に計測できる。さて一般に、電力ケーブル用管
路は、電力各社において標準化されているか又は既知の
ものであることが多い。したがって、道路工事などに適
用するには、図示中の水平方向位置及び垂直方向位置を
知りうれば十分である。したがって、（１）と同様の要
領で、磁束密度の水平方向成分Ｂ_H及び垂直方向成分Ｂ_V
を計測して、該両位置を知ることができる。なお、各回
線の電流が回線間で異なる場合、水平方向成分Ｂ_H・垂
直方向成分Ｂ_Vの大きさ・位置が変動するが、補正可能
であって、計測に支障はない。

【００２５】勿論、本発明は上述の実施例に限定される
ものではなく、要旨を変更しない範囲において必要に応
じ種々変形することができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は上述のように構成したので、以
下の利点がある。（１）磁界測定に超電導現象を適用し、差働方式による
第一及び第二の補助コイルを採用したので、非常に精度
及び感度が高くかつ外部のノイズに攪乱されにくい埋設
管探査を行ない得る。（２）被測定物に交流電流を流す必要がないため、測定
に際し他の埋設物に誘導障害などを生じないし、直接地
面を試掘する必要がないため、騒音を起こすおそれも少
ない。（３）加えて、磁界計測により埋設管の位置を知る構成
としたため、埋設管が地中かなり深い位置にあっても計
測可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る地下埋設管探査装置
の要部を示す概略図である。

【図２】本発明の他の実施例に係る地下埋設管探査装
置の要部を示す概略図である。

【図３】超電導インダクタンス回路及び磁束検出素子
を示す説明図である。

【図４】線条体に直流電流を流す状態を示す説明図で
ある。

【図５】線条体に直流電流を流した状態における磁界
と位置との関係を示す説明図である。

【図６】線条体に直流電流を流した状態における磁束
密度の分布を示す説明図である。

【図７】本発明に係る地下埋設管探査装置を磁束密度
の垂直方向成分計測位置にて地面上に支持した状態を示
す概略図である。

【図８】２回線電力ケーブルについての磁束密度の分
布を示す説明図である。

【符号の説明】１超電導冷却手段Ｃ超電導インダクタンス回路Ｌ₁ 第一の補助コイルＬ₂ 第二の補助コイルＬ₃ 検出コイル２導電性線条体１０磁束検出素子ｔ間隔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地上において超電導用冷却手段を移動さ
せて地下埋設管の位置を探査する装置において、超電導インダクタンス回路が前記超電導用冷却手段内に
収納されており、前記インダクタンス回路は、第一の補助コイルと、前記第一の補助コイルと略同一のインダクタンスを有し
かつ該補助コイルと逆巻方向をなし所定間隔を隔てて略
直線状かつ直列接続される第二の補助コイルと、前記第二の補助コイルに直列接続される検出コイルとか
らなり、該検出コイルの近傍には磁束検出素子が配設されている
ことを特徴とする地下埋設管探査装置。
【請求項２】ガス管、水道管又は電話線管路などの導
電性線条体からなる地下埋設管に直流電流を流し、発生
磁界を請求項１記載の地下埋設管探査装置により計測
し、該地下埋設管の位置を特定する地下埋設管探査方
法。