JPH11280381A - 地中推進工法におけるドリルヘッド先端部の検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ドリルヘッド５の構成を小形化して、深さＬ
１を検出すること。 【解決手段】 推進体２のドリルヘッド５の先端部９に
形成された傾斜面１０に臨んで送信および受信アンテナ
１６ａ，１６ｂを設け、このアンテナから電磁波を地中
に送信し、地表面３からの反射波を受信する。反射波の
受信信号を演算処理して、ドリルヘッド５の先端部９の
地表面３からの深さＬ１を検出する。さらにこの反射波
の受信信号によって、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もできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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
設物を検出するとともに、ドリルヘッドの地表面からの
深さを検出するための方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】或る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の先端部に、推進方向前方を
監視するためのアンテナを有するいわゆるレーダシステ
ムを設けるとともに、さらにドリルヘッドの地表面から
の深さを検出するために、そのドリルヘッド内にさら
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。受信器
で検出した磁界の強度を検出して、ドリルヘッドと地表
面との間の距離である深さを測定する。

【０００３】このような提案された技術では、ドリルヘ
ッド内に収納すべきレーダシステムと発信器を含む電子
回路が大形化し、ドリルヘッドを長く構成しなければな
らず、またはその外径が大きくなるという問題が生じ
る。これによってドリルヘッドの推進方向の転換などの
機能に悪影響が生じる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、構成
を小形化してドリルヘッドの推進方向の変換などの機能
に悪影響が生じないようにした地中推進工法におけるド
リルヘッド先端部の検出方法を提供することである。

【０００５】

【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、電磁波を発生し反射波を受信する送信および受
信アンテナを設け、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ことによって、ドリルヘッド先
端部の地表面からの深さを検出することを特徴とする地
中推進工法におけるドリルヘッド先端部の検出方法であ
る。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】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。

【００１０】本発明に従えば、ドリルヘッドの傾斜面が
上向きになるように、すなわち地表面に臨むように、少
なくともドリルヘッドをそのドリルヘッドの軸線まわり
に角変位した状態で送信および受信アンテナに送信信号
を与えて電磁波を発生すると、地表面の反射波がそのア
ンテナによって受信される。これによってアンテナと地
表面との間の距離である深さを検出することができる。
こうしてドリルヘッドの先端部の地表面からの深さ位置
を検出することができる。

【００１１】また本発明は、前記反射波の受信信号のレ
ベルによってドリルヘッドの軸線まわりの回転角度を検
出することを特徴とする。

【００１２】本発明に従えば、送信および受信アンテナ
からの反射波の受信信号のレベルは、前記傾斜面が地表
面に対してなすドリルヘッドの軸線まわりの角度に依存
する。したがって送信および受信アンテナから得られる
反射波の受信信号のレベルに依存するドリルヘッドの軸
線まわりの回転角度を検出することができる。

【００１３】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、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ドリルヘ
ッド先端部の検出方法である。

【００１４】本発明に従えば、地中にある推進体の先端
部に送信アンテナが設けられ、この送信アンテナから電
磁波を発生する。地上では、受信アンテナによって、送
信アンテナから土壌を介する電磁波を受信する。送信ア
ンテナから受信アンテナまでの電磁波の経路の途中に地
中埋設物が存在すると、受信アンテナで受信される電磁
波の強度が変化し、これによって地中埋設物を容易に検
出することができる。これに対して、地上から送信アン
テナによって電磁波を土壌に向けて放射し、この送信ア
ンテナから放射された電磁波が、土壌および地中埋設物
によって反射され、地上に設けられた受信アンテナによ
って受信されて、地中埋設物を探査する構成では、大き
い深度内の地中埋設物を検出するためには、地上の送信
アンテナ５から大電力の電磁波を発生しなければなら
ず、したがって地上での電波障害を生じるおそれがあ
る。本発明は、この問題を解決する。

【００１５】本発明に従えば、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
先端部の地表面からの深さを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。受信アンテナの受信出力は、送信アンテナを駆動
する送信信号に同期してその送信アンテナに送信信号を
与えた時刻から受信アンテナで電磁波が受信するまでの
時間を検出し、この時間に対応して地表面からドリルヘ
ッド先端部の送信アンテナまでの深さを検出することが
できる。

【００１６】本発明の実施の他の形態では、受信アンテ
ナが受信した出力レベルである電磁波の強度を検出し、
送信アンテナを駆動する送信信号と受信アンテナの出力
との時間差を検出するように構成しなくてもよい。

【００１７】また本発明は、受信アンテナの受信出力の
レベルによってドリルヘッドの軸線まわりの回転角度を
検出することを特徴とする。

【００１８】本発明に従えば、受信アンテナの受信出力
のレベルの最大強度が得られる位置で、ドリルヘッドが
その軸線まわりに角変位されることによって、受信アン
テナの強度が変化する。これによってドリルヘッドの軸
線まわりの回転角度を検出することができる。

【００１９】前述の送信および受信アンテナおよび送信
アンテナは、ドリルヘッド先端部の傾斜面に垂直な電磁
波の放射成分を有し、指向性を有する。

【００２０】

【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。

【００２１】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。

【００２２】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）に臨んで噴射孔１２が形成される。この噴射
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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】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。

【００２６】図３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。

【００２７】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、増幅回路２
２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。

【００２８】送信アンテナ１６ａと受信アンテナ１６ｂ
とは、図２および図３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。

【００２９】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に送信手段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。

【００３０】図４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４（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５（１）に示される画像が、出力手
段１９から得られた。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５（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。

【００３１】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４（１）の状態から１８０
°回転した状態は、図４（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５（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。

【００３２】図５（１）および図５（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１のように示される。

【００３３】 Ｌ１ ＝ Ｗ１・ｃ／√ε１ …（１） ここでｃは、電磁波の伝播速度であって、３×１０⁸ｃ
ｍ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。図４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５（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５（１）の大きいレベルから図５（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１
１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。

【００３４】本発明の実施の他の形態では、ドリルヘッ
ド５の先端部９の傾斜面１０には、送信アンテナ１６だ
けが設けられ、受信アンテナは、図１の参照符１６ｃで
示されるように、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３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。

【００３５】

【発明の効果】請求項１の本発明によれば、推進体のド
リルヘッドの先端部の傾斜面に臨んで設けられた送信お
よび受信アンテナから電磁波を発生し、地表面からの反
射波を受信してその反射波の受信信号を演算処理するこ
とによって、深さを検出するので、前述の先行技術に関
連して述べたレーダシステムのほかにさらに発信器を備
える構成に比べて、本発明ではドリルヘッド内における
電子回路部分の小形化を図ることができる。したがって
ドリルヘッドの推進方向の方向転換などの機能を充分に
達成することができる。

【００３６】請求項２の本発明によれば、送信および受
信アンテナからの反射波の受信信号のレベルによって、
ドリルヘッドの回転角度を検出することができるので、
推進体の推進方向を正確に設定することができる。たと
えば反射波の受信信号のレベルが大きいとき、先端部の
傾斜面は、地表面に臨んで上向きであるものと推測する
ことができ、またその反射波が受信されないときには、
先端部の傾斜面は地表面とは反対側である下向きの回転
角度の位置になっているものと推測することができる。

【００３７】請求項３の本発明によれば、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，
２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３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播可能距離が長
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。

【００３８】請求項４の本発明によれば、ドリルヘッド
の軸線まわりの回転角度を検出することができるので、
推進体の推進方向を正確に把握することができる。

【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】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４】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】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。

【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 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

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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、電磁波を発生し反
   射波を受信する送信および受信アンテナを設け、 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ことによっ
   て、 ドリルヘッド先端部の地表面からの深さを検出すること
   を特徴とする地中推進工法におけるドリルヘッド先端部
   の検出方法。
2. 【請求項２】 前記反射波の受信信号のレベルによって
   ドリルヘッドの軸線まわりの回転角度を検出することを
   特徴とする請求項１記載の地中推進工法におけるドリル
   ヘッド先端部の検出方法。
3. 【請求項３】 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、 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ドリルヘッド
   先端部の検出方法。
4. 【請求項４】 受信アンテナの受信出力のレベルによっ
   てドリルヘッドの軸線まわりの回転角度を検出すること
   を特徴とする請求項１または３記載の地中推進工法にお
   けるドリルヘッド先端部の検出方法。