(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘進ヘッドの後方に管状の連結ロッドを順次接続しながら前進および回転させて地中を掘進する小中径の地中掘進作業において、前記掘進ヘッド近傍に傾斜計を取り付け、この傾斜計の測定値を光信号に変換して後方に向けて発信させるとともに、前記連結ロッド内に光信号受信手段を挿入して前記掘進ヘッド後方で前記光信号を受信させ、前記光信号受信手段に接続した通信ケーブルにより連結ロッドの後方で前記測定値を取り出す地中掘進ヘッドの傾斜度検出方法であって、前記管状の連結ロッドを接続する際に、前記光信号受信手段を前記通信ケーブルを取り外すことなく一旦連結ロッドから取り出し、新たな連結ロッドを接続した後、前記測定値を取り出す場合に再び前記光信号受信手段を連結ロッド内に挿入することを特徴とする地中掘進ヘッドの傾斜度検出方法。
【請求項２】
前記光信号受信手段に前記通信ケーブルに加えてメッセンジャワイヤを連結しておき、
前記管状の連結ロッドを接続する際に、前記メッセンジャワイヤによって前記光信号受信手段を既に接続されている連結ロッドの後方に引き出し、
前記新たな連結ロッドを接続した後、前記測定値を取り出す場合に前記メッセンジャワイヤによって前記光信号受信手段を前記連結ロッド内に押し込む
ことを特徴とする請求項１に記載の地中掘進ヘッドの傾斜度検出方法。
【請求項３】
地中を掘進する掘進ヘッドと、この掘進ヘッドの後方に接続した管状の連結ロッドと、この連結ロッドを前進および回転させる掘進機とからなる小中径の地中掘進装置における地中掘進ヘッドの傾斜度検出装置において、
前記掘進ヘッド近傍に、この掘進ヘッドの傾斜度を測定する傾斜計と、この傾斜計の測定値を光信号に変換する変換手段と、この光信号を発信する発信機とを備えるとともに、前記連結ロッドの後方から前記連結ロッド内で前記光信号を受信できる箇所まで挿入される光信号受信手段を更に備え、
前記光信号受信手段は、前面をガラスで閉じた防水構造のケーシングと、そのケーシング内に配置された受信素子と、その受信素子でキャッチした光信号を後方に伝送する通信ケーブルと、前記光信号受信手段を前記連結ロッド内に出し入れするための前記ケーシングに連結されたメッセンジャワイヤとを有している
ことを特徴とする地中掘進ヘッドの傾斜度検出装置。
【請求項４】
前記傾斜計が掘進ヘッドのローリング方向およびピッチング方向の２方向の傾斜を測定するように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の地中掘進ヘッドの傾斜度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間が立ち入ることのできない小中径の配管等を地上から地中に向けて敷設する地中掘進工法における地中掘進ヘッドの傾斜度検出方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物などの構造物の直下を経由して地上から地中に向けて管路を埋設したり、構造物下部の地盤を改良するため土中に薬液を注入したりするのに、従来は構造物の外側に立坑を設け、ここを起点として水平方向にボーリングすることなどが行われていたが、近年、米国において、進行方向を自在に制御できる掘進ヘッドが開発され、これを使用することによって立坑を設けることなく任意に曲がった管路を敷設することが可能となった。特許文献１にはこのような掘進装置、ならびにこれを使用する掘進工法が記載されている。
【０００３】
図４はこのような掘進機を使用して構造物の下部を地盤改良する場合の概念図で、符号１は掘進ヘッド、符号５は連結ロッド、符号６は掘進機、符号Ｓは構造物である。構造物Ｓの脇の地上から地中に向けて斜めにボーリングを開始し、所定の深さに到達したら掘進ヘッドの向きを水平方向に変え、以後は水平にボーリングするのである。掘進ヘッド１の後方には可撓性の連結ロッド５が次々に連結される。破線で囲んだ部分が改良する対象地盤である。
【０００４】
図５は特許文献１に記載の掘進ヘッド１の実施例の断面図で、符号１１はジェットノズル、符号１２は水などの高圧流体の供給される流体経路である。ジェットノズル１１は掘進ヘッド１の中心軸に対して約５度斜め方向を向いている。したがって掘進ヘッド１に回転を与えながら前進させれば掘進ヘッド１は直進するが、回転を与えずに前進させればジェットノズル１１に従って斜め方向に進む。
【０００５】
図６は同じく特許文献１に記載された掘進機６の外観図で、符号６１はベース、符号６２はその上を移動する前進フレーム、符号６３は回転用モータ、符号６４はチェーン、符号６５は前進用モータ、符号５は前進用の管体である連結ロッドである。前進フレーム６２には連結ロッド５を固定するクランプと連結ロッド５を把持して回転させるチャックが備えられており、これに前進機構を組み合わせると連結ロッド５を回転させずに前進させたり、回転させながら前進させたりすることができる。
【０００６】
特許文献１には、掘進ヘッド１に無線送信機および指向性アンテナを装備することにより、受信機によって掘進ヘッド１の現在位置を検出することができると記載されており、また掘進ヘッド１の現在の傾度の検出については電解トランスジューサが組み込まれている、と記載されている。
【０００７】
人間が立ち入ることのできない小中径の地中配管の掘進施工にあたって、掘進ヘッドの現在位置ならびに傾度を知ることは重要であるが、とくに掘進方向を制御するには、掘進ヘッドが現在どの方向を向いているか、すなわち軸心に対してジェットノズル１１が上下左右いずれの方向を向いているかを知ることが重要である。
【０００８】
なお、特許文献２には、交差する２本のレール上に金属球を載せ、この金属球を介して２本のレールが導通することにより掘進ヘッドの傾斜度が設定値であることを検知して光を発するようにした地中掘進装置の傾斜度検出装置が記載されている。しかしこのやり方では傾斜が特定の設定値であるか、ないかしか判定できないので、傾斜度を連続して測定することができず、制御が自由にできないという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭６１−２５７５０１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１６８８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ここで本発明に係わる地中掘進工法の作業手順について若干説明する。前記したとおり、先端に掘進ヘッド１を取り付け、その後方に連結ロッド５を連結し、これを図６に示した掘進機６に装着し、掘進ヘッド１の先端のジェットノズル１１から高圧流体を噴出させつつ地中に押し込むのであるが、連結ロッド５は高圧流体の送り込み管を兼ねているので、高圧ポンプから供給される高圧流体は連結ロッド５の末端から連結ロッド５の内部を通って掘進ヘッド１に到達するのである。掘進機６の前進ストローク一杯に押し込んだら掘進を中断し、掘進機６から連結ロッド５を外して送水ホースも取り外し、新しい連結ロッド５を後方に接続してあらためて掘進機６にセットし、後端に送水ホースをセットして再び掘進を行うのである。したがって連結ロッド５の単位長さは掘進機の前進ストローク以内、例えば１．５ｍ程度であるから、仮に１５ｍの距離を掘進するとすれば１０回程度の段取り替えを行い、掘進ヘッド１の後方には１０本かそれ以上の連結ロッド５を連結しなければならない。
【００１１】
掘進作業を制御するには、現在掘進ヘッドがどの位置にあり、ジェットノズル１１がどの方向を向いているかを常に把握している必要がある。例えば図７に示す掘進ヘッド１において、（ａ）に示すピッチング方向の傾斜度、（ｂ）に示す軸芯回りのローリング方向の傾斜度を知れば、次の掘進作業における掘進ヘッド１の向きを修正することができる。
【００１２】
特許文献１には、掘進ヘッド内に無線送信機を備えるようにすればよいという記載があるが、地中で、かつ上部に建物等の構造物がある作業現場においては、無線電波を地上で確実に受信することが困難な場合が多い。したがって、傾斜計等の角度計測機器を掘進ヘッド内に置いたとしても、これに通信ケーブルを接続して連結ロッド３末端から取り出し、地上の受信機で計測データを受信するのがもっとも現実的である。
【００１３】
ところが、いま説明したように掘進作業においては頻繁に段取り替えが必要であり、その都度、新しい連結ロッド５を接続するのに一旦通信ケーブルを取り外し、新しい連結ロッド５の中に通信ケーブルをくぐらせて再び受信機に接続するという手間が必要となる。
【００１４】
これは、本来少しでも短縮したい段取り替え時間を大幅に長引かせる原因となり、また通信ケーブルの接続不良などを招いて掘進作業の信頼性を損なう原因ともなる。
【００１５】
本発明は、段取り替え毎の通信ケーブルの取り外し、再接続をなくし、段取り替え時間を短縮して掘進作業を効率化するとともに制御の信頼性を向上させることのできる地中掘進ヘッドの傾斜度検出方法およびその装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
請求項１に記載の本発明は、掘進ヘッドの後方に管状の連結ロッドを順次接続しながら前進および回転させて地中を掘進する小中径の地中掘進作業において、前記掘進ヘッド近傍に傾斜計を取り付け、この傾斜計の測定値を光信号に変換して後方に向けて発信させるとともに、前記連結ロッド内に光信号受信手段を挿入して前記掘進ヘッド後方で前記光信号を受信させ、前記光信号受信手段に接続した通信ケーブルにより連結ロッドの後方で前記測定値を取り出す地中掘進ヘッドの傾斜度検出方法であって、前記管状の連結ロッドを接続する際に、前記光信号受信手段を前記通信ケーブルを取り外すことなく一旦連結ロッドから取り出し、新たな連結ロッドを接続した後、前記測定値を取り出す場合に再び前記光信号受信手段を連結ロッド内に挿入することを特徴とする地中掘進ヘッドの傾斜度検出方法である。
【００１７】
請求項２に記載の本発明は、前記光信号受信手段に前記通信ケーブルに加えてメッセンジャワイヤを連結しておき、前記管状の連結ロッドを接続する際に、前記メッセンジャワイヤによって前記光信号受信手段を既に接続されている連結ロッドの後方に引き出し、前記新たな連結ロッドを接続した後、前記測定値を取り出す場合に前記メッセンジャワイヤによって前記光信号受信手段を前記連結ロッド内に押し込むことを特徴とする請求項１に記載の地中掘進ヘッドの傾斜度検出方法である。
【００１８】
また、請求項３に記載の本発明は、地中を掘進する掘進ヘッドと、この掘進ヘッドの後方に接続した管状の連結ロッドと、この連結ロッドを前進および回転させる掘進機とからなる小中径の地中掘進装置における地中掘進ヘッドの傾斜度検出装置において、前記掘進ヘッド近傍に、この掘進ヘッドの傾斜度を測定する傾斜計と、この傾斜計の測定値を光信号に変換する変換手段と、この光信号を発信する発信機とを備えるとともに、前記連結ロッドの後方から前記連結ロッド内で前記光信号を受信できる箇所まで挿入される光信号受信手段を更に備え、前記光信号受信手段は、前面をガラスで閉じた防水構造のケーシングと、そのケーシング内に配置された受信素子と、その受信素子でキャッチした光信号を後方に伝送する通信ケーブルと、前記光信号受信手段を前記連結ロッド内に出し入れするための前記ケーシングに連結されたメッセンジャワイヤとを有していることを特徴とする地中掘進ヘッドの傾斜度検出装置である。
【００１９】
請求項４に記載の本発明は、前記傾斜計が掘進ヘッドのローリング方向およびピッチング方向の２方向の傾斜を測定するものである請求項３に記載の地中掘進ヘッドの傾斜度検出装置である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、段取り替えの都度、受信ユニットを一旦取り出してしまうので通信ケーブルの取り外し、再接続という作業が不要で段取り替え時間が短縮できて掘進作業が効率化されるとともに、信号回路の安全性が確保でき、制御の信頼性も向上するというすぐれた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例の地中掘進装置の主要部を示す断面図である。
【図２】実施例の発信ユニット周辺を示す断面図である。
【図３】実施例の受信ユニットを示す断面図である。
【図４】従来公知の掘進機を使用する掘進作業の概念図である。
【図５】従来公知の掘進ヘッドの一例を示す断面図である。
【図６】従来公知の掘進機の一例を示す外観図である。
【図７】本発明における２方向の傾斜度を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下本発明の望ましい実施例について図面により詳しく説明する。
【００２３】
図１は実施例の地中掘進作業を行う掘進装置の主要部を主として断面で示す側面図である。先端に掘進ヘッド１が一体になって取り付けられた円筒体２の後方には、連結ロッド５ａ，５ｂ，５ｃ・・・が接続されている。円筒体２内には追って詳しく説明する角度計測値の発信ユニットが内蔵されており、符号３３はその中の姿勢センサ（傾斜計）、３５は計測データを光信号に変換して発信する赤色などの発光ダイオードである。
【００２４】
発信ユニット３は、掘進ヘッド１そのものの中に取り付けられればそれでよいが、それが困難な場合は掘進ヘッド１の近傍、すなわち掘進ヘッド１に接近してこれと一体になった部分に取り付ければよい。
【００２５】
一方、発信ユニット３の後方に、受信ユニット４が配置される。これはこの図で省略している後方、地上の掘進機のある基地からメッセンジャワイヤ４５によって押し込まれたもので、受信ユニット４には通信ケーブル４４が接続されている。
【００２６】
発光ダイオード３５から発せられる信号を、受信ユニット４がキャッチし、通信ケーブルを介して地上に伝えるのである。発光ダイオード３５と受信ユニット４との間のみが無線の光通信でケーブルは結合されておらず、その前後はすべて有線の信号経路となっている。
【００２７】
連結ロッド５の内部は水が充満しており、土砂も混入しているため通常の電波や音波などは伝達されにくいが、赤色発光ダイオードの光は効率よく伝達される。
【００２８】
受信ユニット４は前記した段取り替え毎に一旦地上へ引き出され、新しい連結ロッド５を接続した後、再び連結ロッド５内に挿入されるのであるが、通信ケーブル４４の接続は一切取り外す必要がなく、受信ユニット４の出し入れは前記のメッセンジャワイヤ４５によって迅速に行われるので、段取り替え作業は短時間で済み、通信ケーブル４４の信頼性を損なうおそれもない。
【００２９】
また、受信ユニット４の出し入れは自在であるから、挿入する段階で信号を検知し、受信確実な位置まで挿入を行うようにすればよい。
【００３０】
図２は掘進ヘッド１および円筒体２、その中に納められた発信ユニット３を示す断面図である。円筒体２はジェットノズル１１に流体を供給するように構成され、後方には栓体３４がねじ込まれて内部は水のない空間となっていて、その中に発信ユニット３が収納されている。符号３１は発信ユニット３のケーシング、符号３２は電池ユニット、符号３３が傾斜計である。近年はピッチング方向、ローリング方向を同時に計測できる２軸傾斜計も開発されているので、これを使用すれば内部構成はきわめてコンパクトになる。
【００３１】
傾斜計の計測データは、コード化されたパルス信号に変換され、栓体３４内に設置された発光ダイオード３５から光の点滅信号として発射される。符号３６は光のみを透過し、防水を行うガラス板である。円筒体２の更に後方には、連結ロッド５と接続するためのカプラ２２が設けられている。
【００３２】
光信号の種類は特定しないが、発光ダイオードの場合は点滅の立ち上がりや立ち下がりのキレがよいので信号処理が安定している。
【００３３】
図３は受信ユニット４を示す断面図である。円筒状のケーシング４１の前面にはガラス板４２が設けられ、その後方の防水空間内に受信素子４３が置かれて、光信号をキャッチする。信号は後方に接続した通信ケーブル４４により地上に送信される。通信ケーブル４４は掘進作業の最後まで使用できるよう、十分の長さのものを使用する。通信ケーブル４４として光ファイバを用いると小径管などの場合にコンパクトになり、作業性が向上する。
【００３４】
ケーシング４１の後方には通信ケーブル４４の取り出し口と、この受信ユニット４を出し入れするメッセンジャワイヤ４５を固定する取り付け孔とが設けられている。
【００３５】
なお、以上、掘進ヘッド１のピッチング、ローリング両方向の傾斜度を測定する例について説明したが、同じやり方で、例えばジャイロスコープを利用した姿勢検知手段を用いて更にヨーイング方向の向きを検知したりすることもできる。また掘進機からの掘進ヘッドの位置については、使用した連結ロッド５の総延長から推定したり、メッセンジャワイヤ４５にリニアエンコーダを併用するなどの従来公知の方法で可能である。さらに、本発明における傾斜計は、ジャイロなどの角度を検出する計測器を含むものである。
【符号の説明】
【００３６】
１…掘進ヘッド、  ２…円筒体、  ３…発信ユニット、  ４…受信ユニット、  ５…連結ロッド、  ６…掘進機、  １１…ジェットノズル、  ２２…カプラ、  ３１，４１…ケーシング、  ３２…電池ユニット、  ３３…傾斜計、  ３４…栓体、  ３５…発光ダイオード、  ３６，４２…ガラス板、  ４３…受信素子、  ４４…通信ケーブル、  ４５…メッセンジャワイヤ、  ６１…ベース、  ６２…前進フレーム、  ６３…回転用モータ、  ６４…チェーン、６５…前進用モータ、  Ｓ…構造物。
【図１】
0005873052.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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