JPH10148084A - 削孔情報計測装置およびこれに用いる方位計並びに削孔管理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】信号ケーブルを不要としながら、削孔中の任意
の時期に傾斜角度、方位角等の削孔情報を容易に得るこ
とができるようにする。 【解決手段】削孔ロッドＲ内の先端部位置に装着される
削孔情報計測装置１であって、前記削孔情報計測装置１
は、ハウジング１４内に、少なくとも傾斜計３と、方位
計２と、これらの計測データを記憶するためのメモリー
部５と、これら機器のためのバッテリー部６とを備え、
別途用意される回収装置４により地上側に回収可能とな
っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、削孔精度の向上を
図るために、方位角および傾斜角等の削孔情報を計測す
る計測装置およびこれに用いる方位計並びに削孔管理方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】立坑、斜坑は用途により、長大トンネル
の作業坑、地下発電所の調圧水槽、鉄管路斜坑、道路ト
ンネル等の換気用立坑等に分類されるが、施工に当たっ
ては、水平トンネルと違い、諸々の運搬作業に巻上げ装
置等を使用するなど、特殊な機械を使って施工するの
で、地質調査を十分に行うことはもちろんであるが、安
全性、施工性に十分に配慮する必要がある。

【０００３】近年、このような要求に答える立坑や斜坑
の施工法として、高能率、低コストで安全性の高いレイ
ズボーリング工法がある。このレイズボーリング工法
は、図８および図９に示されるように、上部坑道５５
（または地表）にレイズボーリングマシン５０を設置
し、目的の下部坑道５６に向けて、鋼製厚肉のパイプ
（削孔ロッド）５１に取り付けたパイロットビット５２
（通常はトリコンビット）で、孔径３０cm前後のパイロ
ット孔を削孔貫通させた後、下部坑道５６でパイロット
ビット５２を外し、リーマーヘッド５３Ａの上面側に複
数のローラカッター５３ａ、５３ａ…を取り付けた大口
径のリーマー５３を取り付け、前記ローラカッター５３
ａ、５３ａ…を回転させながら上方に引上げることで最
初に形成したパイロット孔を拡幅し、上部坑道５５（ま
たは地表）に至る立坑または斜坑Ｈを形成する方法であ
る。リーミングで掘削されたズリは、下部坑道５６に自
然落下し、下部坑道５６から搬出される。また、規模ま
たは用途によっては、最初に形成した立坑や斜坑Ｈを発
破あるいはその他の方法で大断面に切り拡げたり、吹付
けコンクリートやコンクリートライニングで壁面が補強
される。

【０００４】前記レイズボーリング工法においては、最
初のパイロット孔の形成精度がそのままリーミング掘削
の精度に大きく影響するため、パイロット孔を如何にし
て孔曲がりを少なく高精度で削孔し得るかが重要とな
り、そのために削孔中に現削孔軌跡を迅速に知る必要が
ある。

【０００５】近年、削孔軸の孔曲がりを防止する方法と
しては、掘削軸内に傾斜計を設けて、傾斜度合いを測定
しながら掘削軸の傾斜を修正することが提案されてい
る。これらの例としては、たとえば特開昭６２−１１０
１１１号、特開平１−９４１１７号、特開平１−２７８
６８７号公報に記載のものを挙げることができる。

【０００６】これらの発明は掘削軸内に傾斜計などの検
出器を設けて、その軸内を通して地上に至る信号ケーブ
ル線を配線して信号を導くか、掘削軸とは別に制御管を
設け、その内部に傾斜計を設けてその管内を通して地上
に至る信号ケーブル線を配線して信号を導くようにして
いる。また、信号ケーブル線の接続部の伝送方法として
は、単位掘削軸の上下端部に電磁コイル等を埋設した非
接触型コネクターを利用するものもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ボーリ
ングは順次単位掘削軸を継ぎ足して削孔距離を延長させ
るため、信号ケーブル線を通して計測信号を伝達する場
合には、単位掘削軸の継ぎ足し時において、同時に信号
ケーブル線の継ぎ足しを行う必要があり、これが施工能
率を低下させる原因になるとともに、危険作業をともな
っている。また、信号ケーブルに損傷があった場合、そ
の都度交換が必要となり、その手間とコストが嵩む。他
方、前記非接触型のコネクターを使用する場合には、単
位掘削軸の継ぎ足し時に信号ケーブル線の接続作業が不
要となる利点はあるものの、各単位掘削軸の上下端部に
電磁コイル等の非接触コネクターの埋込みを行わなけれ
ばならないため、既存の掘削軸をそのままでは使用する
ことができず、大幅な装置改造が必要となるためコスト
が嵩むなどの問題がある。

【０００８】そこで本発明の主たる課題は、信号ケーブ
ルを不要とし、削孔ロッドの継ぎ足しの際の信号ケーブ
ルの連結およびその付帯作業を無くすること、および削
孔中の任意の時期に傾斜角度、方位角等の削孔情報を容
易に得ることができるようにし、その計測データを現削
孔作業に対して迅速に反映することによって高い精度で
削孔を行い得るようにした削孔情報計測装置およびこれ
に用いる方位計並びに削孔管理方法を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の本発明装置は、削孔ロッド内の先端部位置に装着され
る削孔情報計測装置であって、前記削孔情報計測装置
は、ハウジング内に、少なくとも傾斜計と、方位計と、
これらの計測データを記憶するためのメモリー部と、こ
れら機器のためのバッテリー部とを備え、別途用意され
た回収装置により地上側に回収可能となっていることを
特徴とするものである。

【００１０】この場合、前記回収装置としては、吊りワ
イヤーの操作によって削孔ロッド内を昇降自在とされ、
かつ前記ハウジングの上部に形成された係合尖頭部に対
して係合自在とされるオーバーショット装置が好適に用
いられる。

【００１１】また前記削孔情報計測装置に対して好適に
用いられる方位計は、測定精度はもちろんの事、再現性
（同じ深さでロッドが回転しても同一の値を示すこと）
を満足するものでなくてはならない。そこで、これらの
要求を満足するために特に開発された方位計は、削孔ロ
ッド内に直接またはハウジンジを介して内設される方位
計であって、前記方位計は上端側および下端側が軸受に
よって支持され削孔ロッドの略軸心回りに回転自在とさ
れるとともに、一側がわにウエイトが付設され、削孔ロ
ッドの傾斜状態とは無関係に常に一定の向きに保持され
るバランスホルダーが設けられ、このバランスホルダー
に対して水平支軸が設けられるとともに、この水平支軸
に対して、該水平支軸回りに揺動自在かつ付設されたウ
エイトによって水平保持される電子磁気コンパスを取付
け、この電子磁気コンパスからのリード線はスリップリ
ングを介して他に連結されていることを特徴とするもの
である。また、かかる方位計において、電子磁気コンパ
スを揺動自在とすることなく、少なくとも削孔時におい
て電子磁気コンパスが水平となるように前記水平支軸に
対して所定の傾斜をもって固定的に取付けることでもよ
い。

【００１２】他方、本発明に係る削孔管理方法は、削孔
ロッド内に前記削孔情報計測装置をセッティングした状
態で削孔を進め、予め設定されたサンプリング時間毎に
傾斜計および方位計による計測を行い、これらの計測デ
ータを前記メモリー部に蓄積しておき、定期的に前記回
収装置により削孔情報計測装置を地上側に回収し、蓄積
された計測データの取り出しを行うことを特徴とするも
のである。

【００１３】本発明では、削孔ロッドに対して直接、方
位計や傾斜計を設けるのではなく、別に設計されたハウ
ジング内に方位計や傾斜計を設け、かつこのハウジング
内に設けられたメモリー部に対して計測した削孔情報を
蓄積するようにし、任意の時期に前記ハウジングをオー
バーショット装置により地上に回収可能としている。

【００１４】したがって、信号ケーブルが不要となり、
したがって、削孔ロッドの継ぎ足しの際の信号ケーブル
の連結およびその付帯作業が無くなり、削孔を効率的に
進めることができるようになるとともに、任意の時期に
削孔情報を得ることができるため、この計測結果をその
後の削孔に反映させることによって高い精度で削孔を行
うことができる。

【００１５】ところで、本発明装置においては、傾斜角
度をもつ削孔に合わせて特に設計された前記の方位計を
用いるようにしている。本発明者は開発の当初、図７に
示される従来のジンバル構造の方位計、すなわちピボッ
ト６０、６０により回転自在に外ジンバル６１を設け、
かつこの外ジンバル６１の内周面に突設された内ピボッ
ト６２、６２によって内ジンバル６３を支持し、この内
ジンバル６３に電子磁気コンパス６６を設けるととも
に、ウエイト６４を設けた方位計を採用してみた。しか
し、電子磁気コンパス６６を水平に保つためにウエイト
を重くするとピボット６０が振動や衝撃によって曲がる
または折れるなどの問題が発生し、またピボット６０を
保護するためにウエイト６４を軽くすると電子磁気コン
パス６６が水平を保ちにくいなどの問題が発生し、十分
な精度および再現性を確保することができなかった。

【００１６】そこで、上端および下端で軸受によって支
持され、削孔ロッドの略軸心回りに回転自在とされると
ともに、一側がわにウエイトが付設され、削孔ロッドの
傾斜状態とは無関係に常に一定の向きに保持されるバラ
ンスホルダー構造を採用することにした。この構造であ
れば、上下の軸受によってバランスホルダーを堅固に保
持できるためウエイト重量の増加させても構造的問題が
生じない。また、スリップリングを介して電気的に接続
しているため、リード線の影響による回転障害もなくな
る。さらに、ロッドの回転の影響を小さくすることがで
き再現性を向上させることができるなどの理由によりほ
ぼ満足のいく測定精度と再現性を得ることができるよう
になった。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面に基づいて詳述する。図１は本発明に係る削孔情
報計測装置１の削孔ロッドＲに対するセット状態図であ
り、図２は装置本体部Ｓの内部構造図である。削孔情報
計測装置１は、外形がロッド状の装置本体部Ｓと、この
装置本体部Ｓの前後に連設された各センターライザー
７、８とから構成されている。したがって、前記センタ
ーライザー７、８によって削孔ロッドＲ（以下、単にロ
ッドという。）内の掘削ビット１０の直上位置にセット
された状態では、ロッドＲの軸心位置に確実に定位する
ようになっている。なお、１１は前記削孔情報計測装置
１のストッパーである。

【００１８】前記装置本体部Ｓは、詳細には図２に示さ
れるように、非磁性体の円筒状ハウジング１４内にロッ
ド先端側から順に、方位計２、方位信号処理部２Ａ、傾
斜計３、傾斜信号処理部３Ａ、メモリー部５、バッテリ
ー部６が内設されたものであり、特に前記方位計２は、
特に傾斜角度をもつ削孔に合わせて本装置用に特に設計
された方位計（図３参照）が使用されている。この方位
計２は、上端側および下端側がベアリング２１、２２に
よって支持されロッドＲの略軸心回りに回転自在とされ
るとともに、一側がわにウエイト２３Ａ，２３Ｂが付設
され、ロッドＲの傾斜状態とは無関係に常に一定の向き
に保持されるバランスホルダー２０が設けられ、このバ
ランスホルダー２０に対して前記ウエイト作用によって
常に水平となる方向に配置された水平支軸２４が設けら
れるとともに、この水平支軸２４に対して揺動自在かつ
付設されたウエイト２６によって常に水平保持される電
子磁気コンパス２５を備えたもので、この電子磁気コン
パス２５からのリード線２７はスリップリング２８を介
して接続コネクター２９に連結されている。なお、前記
水平支軸２４に対する電子磁気コンパス２５の取付け
は、汎用性を持たせるために揺動可能に支持させている
が、削孔傾斜角度が一定である場合には削孔傾斜角度に
合わせて固定、すなわち少なくとも削孔時において電子
磁気コンパス２５が水平配置となるように所定の傾斜を
もって固定的に取付けることもできる。

【００１９】前記電子磁気コンパス２５の計測精度とし
ては、方位分解能が０．１５°程度のものを使用するの
がよい。前記方位計２により計測された方位信号は、方
位信号処理部２Ａにより解析処理されるとともにデジタ
ル信号化された後、メモリー部５に記憶される。

【００２０】次いで、傾斜計３は、２つの加速度センサ
ー３Ａ，３ＢをそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に直交
配置したものであり、これら加速度センサー３Ａ，３Ｂ
により計測された傾斜信号は、傾斜信号処理部１３によ
り解析処理されるとともにデジタル信号化された後、メ
モリー部５に記憶される。傾斜計３としては、前記加速
度センサーの他に、作動トランス、歪ゲージ、静電容量
式などの測定機器を使用することもできる。

【００２１】メモリー部５およびバッテリー部６の容量
は、予め設定されるサンプリング時間や蓄積された方位
計測データ、傾斜計測データの回収サイクルタイムなど
の関係から適宜その容量が決定される。

【００２２】一方、地上側のセンターライザー８の上部
には、回収装置（以下、オーバーショット装置）４が係
止するための係合尖頭部９が設けられており、地上側か
らロッドＲ内に吊り降ろされたオーバーショット装置４
によって引上げ回収できるようになっている。前記オー
バーショット装置４は、図４に示されるように、軸４１
により枢着された一対のラッチ４０Ａ、４０Ｂが設けら
れるとともに、これらラッチ４０Ａ、４０Ｂの基端側片
にスプリング４２が跨設された係合装置を備えており、
前記ラッチ４０Ａ、４０Ｂ間にセンターライザー８の係
合尖頭部９が強制挿入されると自動的に拡開し、完全に
係合尖頭部９が挿入し終えた段階で、前記スプリング４
２の弾発作用により閉縮し、ラッチ４０Ａ、４０Ｂの顎
部分に係合尖頭部９が掛止するようになっている。そし
て、センターライザー８の係合尖頭部９にオーバーショ
ット装置４が掛止し両者が連結されたならば、ワイヤー
４３を地上側に巻き上げて、削孔情報計測装置１を地上
側に回収するものである。

【００２３】以下、施工手順に従いながら削孔管理方法
について説明すると、図５（Ａ）に示されるように、削
孔ロッドＲの先端側に本削孔情報計測装置１をセッティ
ングした状態で削孔機１５により削孔を開始する。これ
以降、削孔情報計測装置１は、予め入力されたサンプリ
ング時間毎、たとえば２〜３分毎に、方位計２および傾
斜計３により方位角と傾斜角度が計測され、その時の計
測データがメモリー部５に蓄積されるようになってい
る。また、削孔深度に関しては、接続されたロッド本数
の計数することにより、あるいはロッドの表面に接触し
て従回転するローラの回転数をロータリーエンコーダー
やポテンションメータなどによって計数することにより
削孔深度が計測されるようになっている（図示しな
い）。この場合、いずれの深度測定方法を採用するにし
ても、前記サンプリング時に対応してその時の削孔深度
が判るようにしておく必要がある。

【００２４】ロッドＲを順次継ぎ足しながら削孔を進
め、所定の時間（たとえば１〜３日）が経過したなら
ば、削孔情報計測装置１の回収を行う。回収は図５
（Ｃ）に示されるように、オーバーショット装置４をウ
インチ装置１６により吊り降ろし、削孔情報計測装置１
に接続させたならば、ワイヤー４３を地上側に巻き上げ
て、削孔情報計測装置１を地上に回収する。削孔情報計
測装置１のメモリー部５に記録された計測データは、接
続されたケーブルコードを介してコンピューター１７に
取り込まれ、図６に示されるように、深度毎に方位角と
傾斜角とがモニター上に表示されるようになっている。
これらの計測結果は、以後の削孔に対して反映され、孔
曲がりが生じているようであれば、その孔曲がりが修正
される。蓄積データの取り出しが完了したならば、充電
された新バッテリーに交換した後、前記オーバーショッ
ト装置４および搬入時アダプター（図示しない）を使っ
てロッドＲの先端まで吊り降ろして元の場所にセット
し、削孔を継続する。

【００２５】

【発明の効果】以上詳説のとおり、本発明によれば、削
孔中の任意の時期に傾斜角度、方位角等の削孔情報を容
易に得ることができるようになり、もって高い精度で削
孔を行うことができるようになる。また、信号ケーブル
が不要となるため、ロッドの継ぎ足しの際に信号ケーブ
ルの連結およびその付帯作業が不要となり効率的に削孔
作業を進めることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明削孔情報計測装置１の削孔ロッドＲに対
するセット状態図である。

【図２】装置本体部Ｓの内部構造図である。

【図３】方位計２の構造図である。

【図４】オーバーショット装置４の構造図である。

【図５】施工手順図である。

【図６】モニター表示画面図である。

【図７】従来のジンバル式方位計の斜視図である。

【図８】レイズボーリング工法における削孔要領図であ
る。

【図９】レイズボーリング工法におけるリーミング掘削
要領図である。

【符号の説明】

１…削孔情報計測装置、２…方位計、３…傾斜計、４…
オーバーショット装置（回収装置）、５…メモリー部、
６…バッテリー部、７・８…センターライザー、９…係
合尖頭部、２０…バランスホルダー、２１・２２…ベア
リング、２３Ａ・２３Ｂ…ウエイト、２４…水平支軸、
２５…電子磁気コンパス、２６…ウエイト、２８…スリ
ップリング、２９…接続コネクター

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 594081766 株式会社村田製作所 東京都杉並区高円寺北２−１−24 村田第 三ビル１階 (72)発明者 目時 康男 神奈川県横浜市中区山下町193−１ 佐藤 工業株式会社横浜支店内 (72)発明者 吉永 正雄 東京都中央区日本橋本町４丁目12番20号 佐藤工業株式会社内 (72)発明者 村上 荘二 東京都千代田区岩本町１丁目２番地 佐藤 工業株式会社関東支店内 (72)発明者 堂免 孝志 東京都千代田区岩本町１丁目２番地 佐藤 工業株式会社関東支店内 (72)発明者 秋本 晃 東京都港区新橋５丁目10番５号 日本レイ ズボーラーズ株式会社内 (72)発明者 島田 和雄 神奈川県横浜市金沢区高舟台１丁目15−７ (72)発明者 村田 芳雄 東京都杉並区高円寺北２−１−24 村田第 三ビル１階株式会社村田製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】削孔ロッド内の先端部位置に装着される削
   孔情報計測装置であって、 前記削孔情報計測装置は、ハウジング内に、少なくとも
   傾斜計と、方位計と、これらの計測データを記憶するた
   めのメモリー部と、これら機器のためのバッテリー部と
   を備え、 別途用意された回収装置により地上側に回収可能となっ
   ていることを特徴とする削孔情報計測装置。
2. 【請求項２】前記回収装置は、吊りワイヤーの操作によ
   って削孔ロッド内を昇降自在とされ、かつ前記ハウジン
   グの上部に形成された係合尖頭部に対して係合自在とさ
   れるオーバーショット装置である請求項１記載の削孔情
   報計測装置。
3. 【請求項３】削孔ロッド内に直接またはハウジンジを介
   して内設される方位計であって、前記方位計は上端側お
   よび下端側が軸受によって支持され削孔ロッドの略軸心
   回りに回転自在とされるとともに、一側がわにウエイト
   が付設され、削孔ロッドの傾斜状態とは無関係に常に一
   定の向きに保持されるバランスホルダーが設けられ、こ
   のバランスホルダーに対して水平支軸が設けられるとと
   もに、この水平支軸に対して、該水平支軸回りに揺動自
   在かつ付設されたウエイトによって水平保持される電子
   磁気コンパスを取付け、この電子磁気コンパスからのリ
   ード線はスリップリングを介して他に連結されているこ
   とを特徴とする方位計。
4. 【請求項４】削孔ロッド内に直接またはハウジンジを介
   して内設される方位計であって、前記方位計は上端側お
   よび下端側が軸受によって支持され削孔ロッドの略軸心
   回りに回転自在とされるとともに、一側がわにウエイト
   が付設され、削孔ロッドの傾斜状態とは無関係に常に一
   定の向きに保持されるバランスホルダーが設けられ、こ
   のバランスホルダーに対して水平支軸が設けられるとと
   もに、この水平支軸に対して少なくとも削孔時において
   水平配置となるように電子磁気コンパスを固定し、この
   電子磁気コンパスからのリード線はスリップリングを介
   して他に連結されていることを特徴とする方位計。
5. 【請求項５】削孔ロッド内に前記請求項１、２記載の削
   孔情報計測装置をセッティングした状態で削孔を進め、
   予め設定されたサンプリング時間毎に傾斜計および方位
   計による計測を行い、これらの計測データを前記メモリ
   ー部に蓄積しておき、定期的に前記回収装置により削孔
   情報計測装置を地上側に回収し、蓄積された計測データ
   の取り出しを行うことを特徴とする削孔管理方法。