JPS637495A - 連続地下トンネル掘削方法および装置と該掘削装置の操縦装置 - Google Patents

連続地下トンネル掘削方法および装置と該掘削装置の操縦装置

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JPS637495A
JPS637495A JP62123590A JP12359087A JPS637495A JP S637495 A JPS637495 A JP S637495A JP 62123590 A JP62123590 A JP 62123590A JP 12359087 A JP12359087 A JP 12359087A JP S637495 A JPS637495 A JP S637495A
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drilling
drilling device
tunnel excavation
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underground tunnel
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グレン　ベイカー
アルバート　ダブリュー　チョー
ジョン　イー　マーサー
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Flowmole Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、土の中を通って移動される長い穿孔装置によ
りトンネルを掘削する技術に関し、特に、穿孔装置が土
の中を通って移動するときに該穿孔装置を操縦し、同時
に穿孔装置のピ・ノチング角度（縦揺れ角度）およびロ
ーリング角度（横揺れ角度）を監視する簡単で信頼でき
る方法に関する。
本発明は特に、１９８６年５月２２日付米国特許出願第
８６６．２４０号明細書に記載の技術に関連するもので
ある。本願において参考として記載するこの米国特許筒
８６６．２４０号明細書には、連続地下トンネルを掘削
するための全体の装置が記載されており、以下、この米
国特許出願を出願係属中の「装置」出願と呼ぶことにす
る。この米国特許出願に記載された装置は長い穿孔装置
を用いるものであり、該穿孔装置は、穿孔装置が土の中
を通って前向きに押し出されるときに穿孔装置の長手方
向軸線のまわりで回転されかつ前記長手方向軸線から外
れた位置において前向きに配置された高圧流体ジェット
を備えている。この穿孔装置は、第１の地点において土
の中に入り、次いで特定の経路（この経路は特別に予め
定めてお（ことができる）に沿って移動し、第２の地点
において地上に出るようになっている。この第２の地点
において、トンネル内に敷設されるべき各種公共事業用
ケーブル（ガス管、水道管）、電話線等が穿孔装置に連
結され、次いでこの穿孔装置がケーブル等を後に従えて
、トンネルを通って後向きに引き出されるように構成さ
れている。
本発明の１つの目的は、上記穿孔装置を操縦するための
簡単で信頼できる装置および方法を提供することにある
。
本発明の他の目的は、穿孔装置が地中を通って移動する
ときに、穿孔装置のローリング角度とは独立乙てピッチ
ング角度を簡単かつ信頼できる方法で監視する技術を提
供することにある。
本発明の更に他の目的は、穿孔装置のローリング角度を
監視すると同時に穿孔装置の１つの掘削ジェットの回転
位置を監視して、与えられた基準位置に対する掘削ジェ
ットの回転位置を連続的に監視する技術を提供すること
にある。
以下に詳細に述べるように、本明細書において開示する
連続地下トンネル掘削技術は、長平方向の中心軸線と、
軸線方向に延在する本体と、該本体に対し同心状にかつ
回転自在に取付けられた前向きの穿孔ヘッドと、前記中
心軸線から外れた前向きの位置において前記穿孔ヘッド
に形成されたノズルとを備えた長い穿孔装置を使用する
ものである。また、ノズルに加圧流体を供給して、ノズ
ルの出口において、穿孔装置の中心軸線から外れた前向
きの方向に加圧流体ジェットを噴射させる手段が設けら
れている。この加圧流体ジェットは、土に孔を穿けるの
に充分な強さを有するものである。同時に穿孔装置は、
例えば出願係属中の「装置」出願に記載されているよう
な連続推進導管によって前方に押し出され、加圧流体ジ
ェットにより孔を穿けられた領域に向って連続的に前方
に移動される。
穿孔装置が前方に押出されて土に孔を穿けるとき、前方
穿孔ヘッドおよびノズルは、穿孔装置を直線経路に沿っ
て前進させる第１の方法、および、前方穿孔装置を、前
記穿孔ヘッドが回転される方向により定められる特定の
弯曲経路に沿って前進させる方法で、穿孔装置の中心軸
線のまわりで回転される。特に、穿孔装置を直線状の経
路に沿って移動させたいときには、穿孔ヘッドがその中
心軸線のまわりで一定速度で回転され、また、穿孔装置
を方向転換したいときには、加圧流体ジェットの特定の
回転角度範囲の方が残りの回転角度範囲よりも時間を費
すように、穿孔ヘッドがその中心軸線のまわりで回転さ
れる。加圧流体ジェットが殆んどの時間を費して回転さ
れる回転角度範囲の方向が、穿孔装置により孔を穿ける
べき方向として決定される。
穿孔装置が地中を通って操縦されるとき、穿孔装置の特
にピッチング角度およびローリング角度で定められる穿
孔装置の゛位置および傾斜、および固定の基準位置に対
する加圧流体ジェットすなわち掘削ジェットの正確な位
置を連続的に監視することが重要である。以下に詳細に
述べるように、水平な地表面に対する穿孔装置のピッチ
ング角度は、そのローリング角度とは独立して監視され
る。
同時に、基準ロール位置に対するローリング角度および
同じ基準ロール位置に対する掘削ジェットの回転位置も
監視される。このようにして掘削ジェットの運動を監視
して、掘削ジェットの運動を適宜変えることによって穿
孔装置を操縦することが可能となる。
穿孔装置を操縦する特別な方法および穿孔装置の掘削ジ
ェットの運動と共に穿孔装置のピッチング角度およびロ
ーリング角度を監視する特別な方法について、添付図面
を参照しつつ以下に詳細に説明する。
初めに、全図面を通じて、同一の機能をもつ構成部品に
ついては同一の参照番号を用いていることを述べておく
。第１図は、第１の入口地点と該第１の人口地点から間
隔を隔てた第２の出口地点との間に連続地下トンネルを
掘削するための装置を概略的に示すものである。装置の
全体を番号１０で示すが、装置の全体１０に関する詳細
な説明は、前述の出願係属中の「装置」出願において記
載されている。また、トンネルの一部を番号１２で示し
である。装置１０は、（１１本発明の多数の観点に従っ
て設計された穿孔装置１４と、（２）推進導管１６と、
（３）リール支持組立体１８と、（４）推進組立体２０
とを備えている。リール支持組立体１８と推進組立体の
両者は、全体を番号２２で示すトレーラの上に支持して
おくのがよく、トレーラ２２は更に、作業者用の座席２
４および手動制御装置を備えた制御パネル（図示せず）
を支持している。
トンネル１２は以下に述べる方法で形成されることを第
１図に基いて説明する。まず、トレーラ２２をトンネル
１２の掘削開始点に比較的接近した位置におき、弯曲し
た掘削開始チューブ２６を入れるための入口開口を手で
穿けておく。推進導管１６は、リール支持組立体１８の
一部を構成するリール２８のまわりに最初は巻回されて
いる。
推進導管１６の最先端部は穿孔装置１４の後端部に連結
されており、穿孔装置１４は掘削始動チューブ２６の入
口の中に手で入れられている。その後、穿孔装置１４の
一部を構成している孔穿は手段が始動され、同時に推進
組立体２ｏが推進導管１６に作用して、該推進導管１６
をその軸線に沿って穿孔装置１４の方向に推進してい（
。かくして、穿孔装置１４が土の中を通って孔を穿けて
いくとき、該穿孔装置１４がその目的場所に到達するま
で、推進導管１６により前方に押し続けられる。
第２図には、穿孔装置１４をより詳細に示しである。図
示のように穿孔装置１４は、長い本体３０と、該本体３
０の軸線のまわりで回転できるように本体３０に取付け
られた穿孔ヘッド３２とを備えている。穿孔ヘッド３２
については後で詳細に説明する。穿孔ヘッド３２を回転
させるためのモータ（このモータについても後で詳細に
説明する）が本体３０内に収容されており、穿孔へラド
３２には複数のノズル３４が設けられている。
該ノズル３４は前方に向けて配置されているが、穿孔装
置１４の中心軸線から外れた位置に設けられている。中
心から外れて噴射される掘削ジェット３６を生じさせる
ため、例えば水と粘土粒子とからなる高圧掘削流体が、
高圧流体導管を通ってノズル３４に導かれる。掘削流体
の供給源を番号３８（第１図）で示してあり、かつ、該
供給源３８とノズル３４との間の高圧流体ライン（導管
）を番号４０で示しである。出願係属中の「装置」出願
に記載されているように、この高圧流体導管４０は、掘
削流体供給源３８から推進導管１６を通って穿孔ヘッド
３２まで延在している。
穿孔装置１４により土に孔を穿けて、直線状の経路に沿
って均一の直径をもつトンネル１２を掘削するため、穿
孔ヘッド３２が穿孔装置１４の軸線のまわりで充分な高
速度で回転される間に掘削ジェット３６が勢い付けられ
て、穿孔装置１４が推進導管１６により前進されるとき
に、穿孔装置１４の直径よりも僅かに大きな孔を形成す
る。このためには次の諸点が前提条件となる。すなわち
、（１）各掘削ジェット３６の圧力が一定であること、
（２）穿孔へラド３２が一定の速度で回転されること、
（３）穿孔装置１４が一定の速度で前方に押し出される
こと、および（４）土が均一の固さを有することである
。これらの条件の下で、穿孔装置１４は均一な直径をも
つ直線状のトンネル１２を掘削することができる。トン
ネル１２の実際の直径寸法は、多数の要因例えば掘削ジ
ェット３６はどの程度強くまた中心軸線に対する傾斜角
度はどの程度の大きさであるのか、穿孔装置１４は土の
中をどの位速くまたはどの位遅く移動されるのか、穿孔
ヘッド３２はどの位速く回転されるのか、土または堆積
物の特性はどのようなものか、等の要因に基くものであ
る。トンネル１２の直径は、掘削した土を穿孔装置１４
の後方に移動させることができ、かつトンネル１２の入
口端部からトンネルの外に排出できるように、穿孔装置
１４の直径よりも少し大きければ充分である。このため
、第１図に番号４２で示す圧縮空気供給源が、協働する
圧縮空気導管４６を介して穿孔ヘッド３２（第２図）の
１つ以上の空気ノズル４４に連結されており、穿孔装置
１４の前端部および／または後端部から１つ以上の空気
ジェット４８が噴射されるように構成しである。これら
の空気ジェット４日は、掘削した土をトンネル１２から
排出させるためのものである。圧縮空気導管４６と、穿
孔ヘッド３２を回転させるべく、穿孔装置１４内に収容
されたモータに電力を供給しかつ穿孔ヘッド３２内に収
容された成る制御機構（この制？Ｉ１機構については後
で述べる）に電力を供給するための導管線５０とは、高
圧流体導管４０と共に推進導管内に収容されている。
上記議論は、穿孔装置１４が直線状の経路に沿って土の
中を移動することを仮定して述べたものである。穿孔装
置１４を単に直線状の経路に沿って移動させるだけなら
ば、掘削ジェットの流体圧力が一定に維持されておりか
つ穿孔へラド３２のまわりの土が均一な固さを有すると
した場合、穿孔へラド３２を一定の速度で回転させるだ
けでよい。このことは第３Ａ図に最もよ（示されており
、ここには真直なトンネル５２を掘削する場合の穿孔装
置１４が示されている。真直なトンネル５２は、穿孔装
置１４の前方にある土が、穿孔へラド３２のまわりで掘
削ジェット３６により均一に掘削されることによって形
成される。このとき、穿孔装置１４は、該穿孔装置１４
の前方にある掘削部５４ａに向って連続的に前方に押し
出されていく。
本発明の１つの特徴は、穿孔装置１４が非直線状の経路
に沿って動き得るようにしたことである。
穿孔装置を非直線状の経路に沿って移゛動させる従来の
１つの方法では、穿孔装置の穿孔ヘッドを本体３０の軸
線から外れる方向に物理的に向けていたのである。本発
明によれば、穿孔ヘッド３２を本体３０の軸線から外れ
る方向に向けるということを全く行なわないで、穿孔装
置１４を操縦することができる。以下に述べるように、
穿孔ヘッド３２の軸線まわりの回転は、穿孔装置１４の
全体により掘削されるべき特定の経路に応じて変わるよ
うに制御される。すなわち、穿孔ヘッド３２がその軸線
まわりで１回転する中で、特定の回転角度範囲における
穿孔ヘッド３２の回転速度を、残りの回転角度範囲にお
ける穿孔ヘッド３２の回転速度よりも時間をかけて遅く
回転するように、穿孔へノド３２の軸線まわりの回転速
度を変えて制御するものであり、これを第３Ｂ図および
第３Ｃ図に基いて説明す。第３Ｂ図および第３Ｃ図は、
穿孔装置１４により垂直下向きに向かう孔を掘削すると
ころを示すものであり、この場合には、穿孔ヘッド３２
は、掘削ジェット３６が垂直下向きに噴射される回転角
度範囲のところで時間をかけてゆっくりと回転される。
これにより、トンネルの下底壁にある土の方が残りの部
分（トンネルの頂壁部および側壁部）にある土よりも大
量に掘削される。従って第３Ｂ図および第３Ｃ図に示す
ように、トンネル５２の前端壁の掘削部５４ｂ（第３Ｂ
図）は徐々に下向きに傾き始め、次いで第３Ｃ図に示す
ように、前壁部５４Ｃはより急角度で下向きに傾いてい
く。かような掘削が行われている間、推進導管１６によ
って穿孔装置１４は全体として前方に押し出されていく
。このため、穿孔装置１４はトンネルの前端壁の掘削部
５４ｂ、５４’Ｃに向って下向きに方向転換される。単
に下向きに９０°方向転換させるだけでよい場合は、前
壁部５４Ｃ（第３Ｃ図）が形成された後、穿孔ヘッド３
２を均一な速度で回転させることにより、下向きの直線
状トンネル部分を掘削することができる。
第４図および第５Ａ図〜第５Ｃ図には、穿孔装置１４の
全体を方向転換させるために穿孔ヘッド３２の回転速度
を変える方法が示しである。第４図にはこの目的を達成
するための穿孔袋２１４の構成要素、すなわち、本体３
０と、穿孔ヘッド３２およびその掘削ジェットノズル３
４（３４ａ、３４ｂ、３４Ｃ）と、逆転自在の可変速直
流モータ５６と、穿孔へノド３２を駆動するために該穿
孔ヘッド３２とモータ５６とを連結する遊星ギアボック
ス５８とが示されている。、モータ５６の駆動および制
御は、導電線５０（第１図）を介して、外部電源と、全
体のプロセス制御パネル６０内に配置された適当な制御
手段とにより行なわれる。
第４図に示すように、穿孔へ・ノド３２は後方に向って
延びている軸６２を有し、該軸６２は、穿孔装置１４の
長手方向軸線６３と同心状の回転軸線を形成しており、
かつ、遊星ギアボックス５８を介してモータ５６の出力
軸に連結されている。このため、逆転自在の可変速モー
タ５６は、軸６２のまわり従って穿孔装置１４の長手方
向軸線６３のまわりで、穿孔ヘッド３２を時計回り方向
および反時計回り方向に速度を変えて回転させることが
できる。この結果、穿孔装置１４の長手方向軸線６３か
ら外れた位置に設けられているノズル３４および関連す
る掘削ジェット３６は、長手方向軸線６３のまわりで時
計回り方向および反時計回り方向に可変速度で回転する
ことができる。この様子を第５Ａ図、第５Ｂ図および第
５Ｃ図に最も分り易く示してあり、これらの図面には、
１つのノズル３４およびその運動軌跡が、多数の矢印で
図式的に示されている。第５Ａ図は、穿孔ヘッド３２が
同一方向（例えば時計回り方向）に−定の速度で回転さ
れるときのノズル３４（従って掘削ジェット３６）の運
動軌跡を示すものである。
この場合には、穿孔装置１４が直線状の経路に沿って移
動される。第５Ｂ図は、穿孔装置１４を右側に旋回させ
るため、ノズル３４　（従って掘削ジェット３６）が軌
跡の右側においてゆっ（りと時間をかけて回転される状
態を示すものである。第５Ｃ図は、穿孔装置１４を上向
きに旋回させるため、ノズル３４（従って掘削ジェット
３６）が軌跡の上側においてゆっくりと時間をかけて回
転される状態を図式的に示すものである。穿孔装置１４
を旋回させるために穿孔ヘッド３２の回転速度を変える
方法として、別の方法を採用することができる。その１
つは、例えば第５Ｂ図に隣り合う逆向きの矢印で示すよ
うに、穿孔ヘッド３２を一定速度で前・後方向に往復回
転させる方法である。他の方法は、第５Ｃ図に大きな矢
印で示すように、所望の角度範囲部分をゆっくりと同一
方向に回転させる方法である。また、これらの両方の方
法を組み合わせて回転させることもできる。これらのい
ずれの方法を採用する場合でも、プロセス制御パネル６
０によってモータ５６を制御することにより目的を達成
することができる。
制御手段により穿孔装置１４を操縦する１つの主な理由
は、穿孔装置１４を、地中を通る所定の移動経路に沿っ
て移動させることにある。このため、穿孔装置１４の位
置および傾斜と、固定の基準位置（例えば地表面）に対
する掘削ジェット３６の位置とを厳格に監視する必要が
ある。穿孔装置１４についてのこれらの位置等は、本発
明に従って以下に述べるように監視される。穿孔装置１
４の深さは適当な公知の手段により監視することができ
、かつ、穿孔装置１４の運動経路に沿う位置は１９８６
年５月２２日付出願に係る米国特許第８６６　、２４２
号明細書に記載の方法により監視することができる。
第６図は、穿孔装置１４のローリング角度、すなわち、
基準ロール位置に対する穿孔装置１４の長手方向軸線６
３のまわりの角度位置を監視する装置６４を示すもので
ある。第６図に示すように、ローリング角度監視装置６
４は、円筒状の支持ハウジング６８と、該支持ハウジン
グ６８の内周面に沿って同心状に取付けられた電気抵抗
要素６８とを備えている。この電気抵抗要素６８は、支
持アーム７２に取付けられておりかつ該支持アーム７２
から半径方向に延びる接触要素すなわちブラシ７０を備
えたポテンショメータの全体の一部を構成している。支
持アーム７２はハウジング６６に対して同心状に該ハウ
ジング６６を貫通して延びており、ハウジング６６は支
持アーム７２のまわりで時計回り方向および反時計回り
方向に３６０゜回転できるように、適当なベアリング７
４により支持されている。支持アーム７２は、剛性ロッ
ド７８およびコネクタ８０を介して自由に吊り下るよう
にして支持アーム７２に連結された重錘７６によって、
重力の作用方向すなわち垂直下向きに付勢されている。
このため、支持アーム７２がその軸線のまわりで回転す
ることはなく、ブラシ７０は図示のように垂直下向きに
付勢されている。
第７図は、電気抵抗要素６８、ブラシ７０、電源８２、
および電流計８４（第７Ａ図）または電圧計８６（第７
Ｂ図）からなる電気等価回路を示すものである。電気抵
抗要素６８の自由端部は、協働するターミナル８７を介
して、外部（例えばプロセス制御パネル６０）に設けた
電源８２の両端に連結されている。ターミナル８７と電
源８２とを結ぶリード線は、推進導管１６内に収容する
ことができる。
以上、ローリング角度監視装置６４の機械的構成および
電気回路的構成について説明したが、次にこの監視装置
６４が穿孔装置１４のロール位置をどのようにして監視
するのか、その方法について説明する。まず初めに注意
すべきは、支持アーム７２が穿孔装置１４の長手方向軸
線６３と平行（該軸ｖＡ６３と同心状にするのが好まし
い）になるように、ローリング角度監視装置６４が穿孔
装置１４の本体３０内に取付けられていて、穿孔装置１
４がその長手方向軸線６３のまわりで回転するときに支
持ハウジング６６も穿孔装置１４と共に回転するように
構成されていることである。このことを念頭におけば、
第６図は穿孔装置１４がその基準ロール位置にあるとき
のローリング角度監視装置６４を示すものであることが
理解されよう。この状態において、ブラシ７０は、ター
ミナル８７の間の中間点で電気抵抗要素６８と接触して
いる。これにより、制御パネル６ｏにおいて較正される
特定の基準電流または基準電圧を得ることができ、従っ
て穿孔装置１４０基準位置を表示することができる。穿
孔装置１４がその長手方向軸線６３のまわりでいずれか
一方の方向（例えば時計回り方向）に回転すると、支持
ハウジング６６も穿孔装置１４と共に時計回り方向に回
転し、これにより電気抵抗要素６８もブラシ７ｏに対し
て時計回り方向に回転するので、第７図の電気回路中の
抵抗値が増大あるいは減少される。穿孔装置１４が逆方
向すなわち反時計回り方向に回転するときには、これと
反対の事象が生じる。第７図の電気回路中の抵抗値は、
基準位置に対する穿孔装置１４のローリング角度に応じ
て増大または減少する。第６図に示すように、ターミナ
ル８６の間には、ブラシ７０が電気抵抗要素６日と全く
接触しなくなる１つの点があり、従ってこの点ではター
ミナル間にオープン回路が生じ、電流がゼロとなってし
まう。第６図の特別な実施例では、この点は、基準位置
に対し約１８０°のローリング角度で穿孔装置１４が回
転した位置にある。
与えられた基準位置に対する穿孔装置１４のローリング
角度を監視できるように構成することが重要であるとい
う理由は、基準位置に対する掘削ジェット３６の位置を
監視することになるからである。第８図は掘削ジェット
位置監視装置９０を示すものである。この監視装置９０
はホール効果センサ９２を備えており、該ホール効果セ
ンサ９２は、適当な手段（図示せず）を介して、穿孔ヘ
ッド３２の軸６２の端部９４のまわりで同心状に支持さ
れている。これらのホール効果センサ９２は８個取付け
られていて、８つの検出位置ａ、ｂ、ｃ・・・・・・、
ｈを備えている。軸６２にはマグネット９６が固定され
ていて、前述のように穿孔へンド３２が穿孔装置１４の
長手方向軸線６３のまわりで回転するとき、マグネット
９６は軸６２と共に回転する。第８図に示すように、マ
グネット９６はノズル３４のうちの１つ（例えばノズル
３４ａ）と整合する位置に取付けられている。同時に、
マグネット９６はホール効果センサ９２にきわめて近接
した位置に配置されていて、ホール効果センサ９２は、
ホール効果検出位置ａ、、ｂ、Ｃ・・・・・・、ｈに対
応する個別信号を発生することによって、これらの検出
位置に対するマグネット９６の正確な位置を検出できる
電気回路の一部を構成している。この電気回路は穿孔装
置１４（例えば本体３０）内に内蔵して、推進導管１６
を介して外部の電源から電力を供給するように構成する
か、あるいは制御パネル６０に取付けてもよい。
以上、掘削ジェット位置監視装置９０の構造について説
明したが、次に、基準位置に対する掘削ジェット３６の
位置を連続的に監視する方法について説明する。先ず、
穿孔装置１４のロール位置は、最初第６図に示す基準位
置にあり、かつ、穿孔ヘッド３２は第８図に示す位置に
あるものと仮定しておく。このような状況では、第６図
に示したローリング位置監視装置６４は、本体３０が基
準位置にあることを表示し、これによりホール効果セン
サ９２の種々の位置が決定されることになる。同時に、
掘削ジェット位置監視装置９０は、マグネット９６の位
置によって、ホール効果センナに対する掘削シェアドの
ノズル３４ａの位置を表示し、従ってこの情報は容易に
構成できる電気回路によって組み合わされ、ローリング
角度の基準位置に対するノズル３４ａの位置を監視する
ことができる。この結果、もしも穿孔装置１４の本体３
０がローリングして該本体３０と共にホール効果センサ
９２がローリングすることになれば、掘削ジェットのノ
ズル３４ａは常に最初の基準ロール位置に位置すること
ができ、従って、掘削ジェット３６のすべての位置を監
視することができる。このため、掘削ジェット３６の回
転を正確に変化させて穿孔装置１４を操縦することがで
きる。
第９図は、ローリング角度とは独立して、穿孔装置１４
のピッチング角度を監視できるように、本発明に従って
設計されたピッチング角度監視装置１００を示すもので
ある。まず初めにこのピッチング角度監視装置１００の
電気回路について以下に説明する。穿孔装置１４の外部
に設けられた交流の基４！電源１０２が、可変抵抗器１
０４．１０６からなる分圧器および固定抵抗器４００．
４０１を介して、差動増幅器１０３の両入力端子に連結
されている。差動増幅器１０３の出力はプロセス回路１
０７に入力され、該プロセス回路１０７の出力は適当な
表示装置または記録装置１０８に連結されている。
各可変抵抗器１０４．１０６の抵抗値は、穿孔装置１０
４のローリング角度とは無関係に、直接穿孔装置１０４
のピッチング角度に基いて定められる。穿孔装置１４が
完全に水平になっていてピッチング角度がゼロであるこ
とを表示するときには、２つの可変抵抗器１０４．１０
６の値が等しく、平衡した状態になっている。従って、
電源１０２から２つの可変抵抗器１０４．１０６を通っ
て流れる電圧が等しく分圧され、差動増幅器１０３から
の出力はゼロとなる。このため、プロセス回路１０７が
差動増幅器１０３からの出力信号に応答して、表示装置
１０８にピッチング角度がゼロであることを表示させる
。もしもピッチング角度が正になる、すなわち、穿孔装
置１４の後端部に対して前端部が上向きに変位するとき
は、可変抵抗器１０４．１０６の一方の抵抗値が他方の
抵抗値より増大する。このため、差動増幅器１０３への
入力値が平衡しなくなり、差動増幅器１０３によりこの
信号を出力する。プロセス回路１０７はこの出力信号に
応答して表示装置１０Ｂを駆動し、該表示装置１０８に
穿孔装置１４の正確なビッング角度を表示させる。以下
の説明から明らかなように、ピッチング角度監視装置１
００は、穿孔装置１４のローリング角度とは無関係に作
動する。すなわち、もしも穿孔装置１４が基準ロール位
置にある場合でも、あるいは他のロール位置にある場合
でも、ピッチング角度監視装置１００は、穿孔装置１４
のピッチング角度を正確に検出することができる。
第１０図および第１１図には組立体１１０が示してあり
、該組立体１１０は、該組立体１１０の一部を構成する
可変抵抗器１０４．１０６を提供している。組立体１１
０は、端部が開いている円筒状の誘電体チューブ１１２
を有し、該誘電体チューブ１１２は、導電体で作られた
端キャンプ１１４．１１６によりその両端が封鎖されて
いる。
これらの端キャンプ１１４．１１６は、誘電体チューブ
１１２の内部とそれぞれ直接連通している内面１１４ａ
、１１６ａを備えている。誘電体チューブ１１２の周囲
には誘電体で作られた第３の環状部材１１８が設けてあ
り、該環状部材１１８は誘電体チューブ１１２を２つの
部分１２０．１２２に区分している。第１０図に示すよ
うに、誘電体チューブ１１２の２つの部分１２０．１２
２および環状部材１１８は互に協働して、環状部材１１
８の一部１１８ａが誘電体チューブ１１２の内部と直接
連通ずるようになっている。
第９図および第１０図を参照すれば、基準電源１０２が
ターミナルＴ１を介して可変抵抗器１０４．１０６に連
結されており、かつ、差動増幅器１０３の入力側には、
ターミナルＴ！、Ｔ３を介して可変抵抗器１０４．１０
６の反対側の端部が連結されていることが理解されよう
。第９図に示す固定抵抗器４００．４０１は同一の抵抗
値（公称抵抗値は１０，０００オーム）を有し、この抵
抗値は可変抵抗器１０４．１０６の抵抗値にほぼ等しい
ものである。導電体で作られた環状部材１１８はターミ
ナルＴ１として作用し、また、同じく導電体で作られた
端キャンプ１１４．１１６はターミナルＴ、　、Ｔ、と
して作用する。誘電体チューブ１１２には、例えば塩化
ナトリウムのような電解質溶液１２４が部分的に満たさ
れている。第１０図に示すように、この電解質溶液１２
４は、常時環状部材１１８　（すなわちターミナルＴＩ
）と接触している。同時に、電解質溶液１２４は、端キ
ャップ１１４．１１６の内面１１４ａ、１１６ａ（すな
わちターミナルＴ　２　、Ｔ　３の一部を形成する面）
の成る面積を覆っている。組立体１１０は、誘電体チュ
ーブ１１２の軸線が穿孔装置１４の長手方向軸線６３と
平行になるように、穿孔装置１４の本体３０内に固定し
て取付けられている。
ｅツチング角度監視装置１００を構成する残りの構成要
素は、電源１０２および表示装置１０８を除いて、穿孔
装置１４に取付けておくのが望ましい。電源１０２５お
よび表示装置１０８は制御パネル６０（第１図）に取付
けておき、）■進導管１６を介して回路の残りの部分と
連結するように構成することができる。
以上、ピッチング角度監視装置１００およびその組立体
１１０について機械的構造および電気回路を説明したが
、次に穿孔装置１４のローリング角度とは独立してピッ
チング角度を監視するために、組立体１１０を可変抵抗
器１０４．１０６として機能させる方法について説明す
る。初めに、穿孔装置１４が完全に水平な姿勢になって
いてそのピッチング角度がゼロであると仮定すれば、電
解質溶液１２４が誘電体チューブ１１２の全長に亘って
均一レベルを維持していることが理解されよう。この結
果、電解質溶液１２４は、端キャップ１１４．１１６　
（すなわちターミナルＴ２　、Ｔ３）の内面１１４ａ、
１１６ａと等しい面積で接触している。このため、電解
質溶液１２４は、ターミナルＴ、　、Ｔ３の内面１１４
ａ、１１６ａと環状部材１１８　（すなわちターミナル
Ｔ、）　との間で等しい導電性（あるいは抵抗性）をも
つ通路を形成している。このことは穿孔装置１４のロー
リング角度の如何にかかわらず成立する事実である。
すなわち、穿孔装置１４のローリング角度の如何にかか
わらず電解質溶液１２４が均一レベルを維持するため、
端キャンプ１１４．１１６　（すなわちターミナルＴｚ
　、Ｔ’ｓ　）と環状部材１１８　（すなわちターミナ
ルＴＩ）との間に等しい抵抗値が与えられる。もしも穿
孔装置１４のピッチング角度が変化すると誘電体チュー
ブ１１２のピッチング角度も変化し、このため、端キャ
ンプ１１４．１１６の内面１１４ａ、１１６ａのいずれ
か一方の方が、他方よりも大きな面積で電解質溶液１２
４と接触することになる。この結果、電解質溶液１２４
により大きな面積で覆われる一方の内面１１４ａ又は１
１６ａと環状部材１１８との間の導電性の方が、小さな
面積で覆われる他方の内面１１６ａ又は１１４ａと環状
部材１１８との間の導電性よりも大きくなる。このこと
は、後者の方が前者よりも電気抵抗が大きくなるという
ことを意味する。再度述べるが、この事実は穿孔装置１
４のロール位置とは無関係に成立するものである。
第１２図は実際に作動する穿孔装置１４の実施例を示す
ものであり、この図面には、本発明の種々の特徴とは関
係のない多くの特徴、例えば、掘削流体をノズル３４に
導く方法および穿孔へラド３２を本体３０内に収容する
方法等が示されている。また第１２図には、本体３０内
に収容したモータ５６および遊星ギアボックス５８と、
カップリング部材９４’（３９力ツプリング部材９４′
は、第８図に関して述べた軸６２の端部９４に相当し、
軸６２を遊星ギアボックス５８に対し解除自在に連結す
る機能を有するものである）とが示されている。モータ
５６の後方に示すボックス１３０は、ローリング角度監
視装置６４、組立体１１０およびこれらに関連する電気
回路等を収容するように設計されたものである。ホール
効果センサ９２は、遊星ギアボックス５８の前方におい
て該遊星ギアボックス５８に取付けられている。軸６２
を備えた穿孔ヘッド３２自体の実際に作動する実施例が
第１３図に示されている。
第１２図および第１３図に示した種々の特徴は、本発明
の範囲を制限する目的で示したものではない。例えば、
ローリング角度監視装置６４、掘削ジェット位置監視装
置９０およびピッチング角度監視装置１００に関連する
電気回路は、例示した電気回路とは別の回路に変えるこ
とが可能である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、互に間隔を隔てた第１の地点と第２の地点と
の間に連続地下トンネルを掘削する装置の全体を示す斜
視図である。 第２図は、第１図の全体装置の一部を構成する穿孔装置
を示す斜視図である。 第３Ａ図、第３Ｂ図および第３Ｃ図は、第２図に示す穿
孔装置が土中に孔を穿けるときに、該穿孔装置がいかに
して方向転換するかを示す説明図である。 第４図は、第２図の穿孔装置の構成を示す概略拡大図で
ある。 第５Ａ図、第５Ｂ図および第５Ｃ図は、第４図の穿孔装
置を、本発明によりいかに操縦するかを示す図式的説明
図である。 第６図、第７Ａ図および第７Ｂ図は、第４図の穿孔装置
のローリング角度を監視すべく本発明により設計された
ローリング角度監視装置の概略構成を示すものである。 第８図は、穿孔装置の掘削ジェット位置を監視する装置
の斜視図である。 第９図は、第４図の穿孔装置のピッチング角度監視装置
の電気回路の概略構成を示すものである。 第１０図は、第９図のピッチング角度監視装置の一部を
構成する組立体の側面図である。 第１１図は、第１０図の組立体の正面図である。 第１２図は、本発明に従って設計された実際に作動する
穿孔装置の縦断面図である。 第１３図は、第１２図の穿孔装置の一部を構成する穿孔
ヘッドの縦断面図ある。 １４・・・・・・穿孔装置、　　　１６・・・・・・推
進恵管、３２・・・・・・穿孔ヘッド、　　３４・・・
・・・ノズル、３６・・・・・・掘削ジェット、 ６４・・・・・・ローリング角度監視装置、９０・・・
・・・掘削ジェット位置監視装置、１００・・・・・・
ピッチング角度監視装置。

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）連続地下トンネル掘削装置において、 （ａ）長手方向の中心軸線と、軸線方向に延在する本体
    と、該本体に対し同心状にかつ回転自在に取付けられた
    前向きの穿孔ヘッドと、前記中心軸線から外れた前向き
    の位置において前記穿孔ヘッドに形成されたノズルとを
    備えた長い穿孔装置と、 （ｂ）前記ノズルに加圧流体を供給して、ノズルの出口
    において前記穿孔装置の中心軸線から外れた前向きの方
    向に、土に孔を穿けるのに充分な強さの加圧流体ジェッ
    トを噴射させる加圧流体供給手段と、 （ｃ）前記加圧流体ジェットが噴射されるときに前記穿
    孔装置を前方に押し出して、加圧流体ジェットにより掘
    削される領域に向けて前記穿孔装置を前進させる手段と
    、 （ｄ）前記穿孔装置を直線経路に沿って前進させる第１
    の方法および前記穿孔装置を、前記穿孔ヘッドが回転さ
    れる方向により定められる特定の弯曲経路に沿って前進
    させる第２の方法で、前記穿孔ヘッドおよびノズルを穿
    孔装置の中心軸線のまわりで回転させる手段と を有することを特徴とする連続地下トンネル掘削装置。
  2. （２）前記第１の方法で前記穿孔ヘッドを回転させる前
    記手段が、前記穿孔装置の中心軸線のまわりで一定速度
    で前記穿孔ヘッドを回転させ、前記第２の方法で前記穿
    孔ヘッドを回転させる前記手段は、前記加圧流体ジェッ
    トの特定の回転角度範囲の方が残りの回転角度範囲より
    も時間を費すように加圧流体ジェットを回転させ、特定
    の回転角度範囲が前記穿孔装置の掘削すべき特定の弯曲
    経路を決定するように、前記穿孔ヘッドを前記穿孔装置
    の中心軸線のまわりで回転させることを特徴とする特許
    請求の範囲第１項に記載の連続地下トンネル掘削装置。
  3. （３）前記穿孔ヘッドを回転させる前記手段が、穿孔ヘ
    ッドに連結されたモータと、該モータの回転速度従って
    穿孔装置により掘削される経路に基いて定められる穿孔
    ヘッドの回転速度を変える手段とを備えていることを特
    徴とする特許請求の範囲第２項に記載の連続地下トンネ
    ル掘削装置。
  4. （４）前記モータが逆転可能なモータであり、前記モー
    タおよび穿孔ヘッドの回転速度を変える前記手段が、前
    記穿孔装置により掘削される経路に基いて前記モータお
    よび穿孔ヘッドの回転方向を変える手段を備えているこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載の連続地下
    トンネル掘削装置。
  5. （５）前記モータが、前記穿孔装置の本体内に配置され
    ていることを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
    連続地下トンネル掘削装置。
  6. （６）前記穿孔装置が地中にあるとき、水平な地表面に
    対する前記穿孔装置の中心軸線により定められるピッチ
    ング角度を、穿孔装置のロール位置とは独立して監視す
    る装置を備えていることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項に記載の連続地下トンネル掘削装置。
  7. （７）基準ロール位置に対する前記穿孔装置のローリン
    グ角度を監視する手段と、与えられた基準位置に対する
    前記加圧流体ジェットの回転位置を監視して前記基準ロ
    ール位置に対する加圧流体ジェットの回転位置を決定す
    る手段とを備えていることを特徴とする特許請求の範囲
    第１項に記載の連続地下トンネル掘削装置。
  8. （８）前記穿孔装置が地中にあるときに、水平な地表面
    に対する前記穿孔装置の中心軸線により定められるピッ
    チング角度を、穿孔装置のロール位置とは独立して監視
    する手段と、基準ロール位置に対する穿孔装置のローリ
    ング角度を監視する手段と、与えられた基準位置に対す
    る前記加圧流体ジェットの回転位置を監視して、前記基
    準ロール位置に対する加圧流体ジェットの回転位置を決
    定する手段とを備えていることを特徴とする特許請求の
    範囲第１項に記載の連続地下トンネル掘削装置。
  9. （９）穿孔装置を前進させて地中にトンネルを掘削させ
    るべく穿孔装置が地中を通って前進される間に、穿孔装
    置の中心軸線のまわりで回転されかつ前記中心軸線から
    外れた位置で前向きに噴射される高圧流体ヘッドを備え
    た長い穿孔装置によって連続地下トンネルを掘削する装
    置において、前記穿孔装置が地中を前進されるときに該
    穿孔装置により掘削されるべき所望の方向に基いて前記
    高圧流体ヘッドの回転速度および／または回転方向を変
    える手段を有することを特徴とする連続地下トンネル掘
    削装置。
  10. （１０）前記穿孔装置が地中にあるときに、水平な地表
    面に対する前記穿孔装置の中心軸線により定められるピ
    ッチング角度を、穿孔装置のロール位置とは独立して監
    視する手段を備えていることを特徴とする特許請求の範
    囲第９項に記載の連続地下トンネル掘削装置。
  11. （１１）基準ロール位置に対する前記穿孔装置のローリ
    ング角度を監視する手段と、与えられた基準位置に対す
    る前記高圧流体ジェットの回転位置を監視して、前記基
    準ロール位置に対する高圧流体ジェットの回転位置を決
    定する手段とを備えていることを特徴とする特許請求の
    範囲第１０項に記載の連続地下トンネル掘削装置。
  12. （１２）地中を通って移動される長い穿孔装置により地
    下トンネルを掘削する装置において、水平な地表面に対
    する前記穿孔装置の中心軸線により定められるピッチン
    グ角度を、穿孔装置のロール位置とは独立して監視する
    手段を有することを特徴とする地下トンネル掘削装置。
  13. （１３）水平な地表面に対する穿孔装置の長手方向軸線
    により定められるピッチング角度を、穿孔装置のロール
    位置とは独立して監視する装置において、該ピッチング
    角度監視装置が、穿孔装置のピッチング角度に相当する
    信号を、穿孔装置のロール位置とは独立して発生させる
    ための、前記穿孔装置により支持されたセンサと、前記
    信号を検出して処理するための手段とを備えており、前
    記センサが、 （ａ）前記穿孔装置の長手方向軸線と平行な軸線を有し
    かつ両端を備えた同心状に延在する内部室を形成する封
    鎖された中室の管状容器と、（ｂ）前記内部室の中の両
    端に位置する第１および第２の接触手段と、前記内部室
    の両端の中間点において前記内部室内でその周囲に延在
    する第３の接触手段とを備えた電気回路手段と、 （ｃ）前記内部室を部分的に満たしていて前記３つの接
    触手段のすべてと接触する電解質溶液とを備えており、
    該電解質溶液と前記第１および第２の接触手段との接触
    の程度は、前記穿孔装置のロール位置とは独立して穿孔
    装置のピッチング角度に基いて定められ、前記信号は前
    記電解質溶液と前記第１および第２の接触手段との接触
    の程度に基いて定められることを特徴とする穿孔装置の
    ピッチング角度監視装置。
  14. （１４）地中を通って移動される長い穿孔装置により地
    下トンネルを掘削する装置であって、前記穿孔装置が、
    中心軸線と、軸線方向に延在する本体と、該本体に対し
    て同心状かつ回転自在に取付けられた前方の穿孔ヘッド
    と、前記穿孔装置の中心軸線から外れた前向きの位置に
    おいて前記穿孔ヘッドに形成されたノズルとを備えてい
    る地下トンネル掘削装置において、基準ロール位置に対
    する前記穿孔装置のローリング角度を監視する手段と、
    与えられた基準位置に対する流体ジェットの回転位置を
    監視して、前記基準回転位置に対する流体ジェットの回
    転位置を決定する手段とを有することを特徴とする地下
    トンネル掘削装置。
  15. （１５）連続地下トンネル掘削方法において、（ａ）長
    手方向の中心軸線と、軸線方向に延在する本体と、該本
    体に対して同心状かつ回転自在に取付けられた前方の穿
    孔ヘッドと、前記中心軸線から外れた前向きの位置にお
    いて前記穿孔ヘッドに形成されたノズルとを備えた長い
    穿孔装置を設置する工程と、 （ｂ）前記ノズルに加圧流体を供給して、ノズルの出口
    において前記穿孔装置の中心軸線から外れた前向きの方
    向に、土に孔を穿けるのに充分な強さの加圧流体ジェッ
    トを噴射させる工程と、 （ｃ）前記加圧流体ジェットが噴射されるときに前記穿
    孔装置を前方に押し出して加圧流体ジェットにより掘削
    される領域に向けて前記穿孔装置を前進させる工程と、 （ｄ）前記穿孔装置を直線経路に沿って前進させる第１
    の方法および前記穿孔装置を、前記穿孔ヘッドが回転さ
    れる方向により定められる特定の弯曲経路に沿って前進
    させる第２の方法で、前記穿孔ヘッドおよびノズルを穿
    孔装置の中心軸線のまわりで回転させる工程とからなる
    ことを特徴とする連続地下トンネル掘削方法。
  16. （１６）前記穿孔装置が地中にあるときに、水平な地表
    面に対する前記穿孔装置の中心軸線によって定められる
    ピッチング角度を、穿孔装置のロール位置とは独立して
    監視する工程を有することを特徴とする特許請求の範囲
    第１５項に記載の連続地下トンネル掘削方法。
  17. （１７）基準ロール位置に対する前記穿孔装置のローリ
    ング角度を監視する工程と、与えられた基準位置に対す
    る前記流体ジェットの回転位置を監視して、前記基準ロ
    ール位置に対する前記流体ジェットの回転位置を決定す
    る工程とを有することを特徴とする特許請求の範囲第１
    ５項に記載の連続地下トンネル掘削方法。
  18. （１８）穿孔装置を前進させて地中にトンネルを掘削さ
    せるべく穿孔装置が地中を通って前進される間に、穿孔
    装置の中心軸線のまわりで回転されかつ前記中心軸線か
    ら外れた位置で前向きに噴射される高圧流体ヘッドを備
    えた長い穿孔装置によって連続地下トンネルを掘削する
    方法において、前記穿孔装置が地中を前進されるときに
    該穿孔装置により掘削されるべき所望の方向に基いて前
    記高圧流体ヘッドの回転速度および／または回転方向を
    変える工程を有することを特徴とする連続地下トンネル
    掘削方法。
  19. （１９）地中を通って移動される長い穿孔装置により地
    下トンネルを掘削する方法において、水平な地表面に対
    する前記穿孔装置の中心軸線により定められるピッチン
    グ角度を、穿孔装置のロール位置とは独立して監視する
    工程を有することを特徴とする地下トンネル掘削方法。
JP62123590A 1986-05-22 1987-05-20 連続地下トンネル掘削方法および装置と該掘削装置の操縦装置 Pending JPS637495A (ja)

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