(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向移動する２つの作孔ヘッド（１，２）を用いて大地に孔を穿つ方法であって、両前記作孔ヘッド（１，２）のうちの一方の作孔ヘッドを、他方の作孔ヘッド（１，２）に設けられた検出ユニット（６）により検出し、前記作孔ヘッド（１，２）のうちの少なくとも一方の作孔ヘッドの掘進方向を他方の作孔ヘッド（１，２）に関連して調整する方法において、電磁放射の送受信ができるように構成された検出ユニット（６）を使用し、両前記作孔ヘッド（１，２）はそれぞれ１つの前記検出ユニット（６）を有しており、前記作孔ヘッド（１，２）により検出したパターンを比較パターンと比較することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記電磁放射としてレーダ波を利用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
傾きを検出することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
ローリングを検出することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
高低偏差又は左右偏差を検出することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記パターンは検出した作孔ヘッド（１，２）の輪郭であることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記作孔ヘッド（１，２）の双方を互いに対向するように方向付けることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
作孔ロッドを大地を押し退けるように掘進し、かつ、作孔ロッドの長軸回りで作孔ロッドを回転させることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記作孔ヘッド（１，２）は傾斜作孔ヘッドであることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
２つの作孔ヘッド（１，２）を備える、請求項１から９に記載の方法を実施する地中作孔装置であって、両前記作孔ヘッド（１，２）にそれぞれ１つの電磁放射を送受信する検出ユニット（６）が設けられていて、前記検出ユニット（６）は、少なくとも１つの他の作孔ヘッド（１，２）の方向付けを検出するように構成されており、方向制御ユニット（８）が備えられていて、該方向制御ユニット（８）によって、前記作孔ヘッド（１，２）の掘進方向を前記他の作孔ヘッド（１，２）に対して方向付け可能であり、前記検出ユニット（６）により求めたデータをパターン認識のために評価可能であることを特徴とする地中作孔装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対向移動する２つの作孔ヘッドを用いて大地に孔を穿つ方法及び作孔ヘッドを備える地中作孔装置に関する。
【０００２】
２つの地中作孔装置を用いてそれぞれ１つの孔を形成し、孔同士を１つの貫通孔が生じるように方向付ける対向作孔（Ａｕｆｅｉｎａｎｄｅｒ−ｚｕ−Ｂｏｈｒｕｎｇ）は、公知である。つまり、両孔は、両孔のそれぞれの目標区域（終点）においてドッキングする。ただし、対向作孔において従来達成可能な「ドッキング信頼性」は低く、高いコストに結び付く。＋／−０．５メートルという従来達成可能な「ドッキング信頼性」は、差し当たり十分のように見えるが、両孔が合同にドッキングしない限り、例えば管を、生じた孔に挿入することができない。それゆえ、従来は、複数回、しばしば３乃至８回の修正作孔が目標区域において必要である。それゆえ対向作孔は、時間とコストを要する。
【０００３】
従来、ドッキング信頼性を高めるため、一方では、作孔ヘッドの位置特定を、強い人工的な磁界及び／又は人工的な磁気目標点（陸地で使用するためのいわゆる「ビーコン（ｂｅａｃｏｎ）」及び水面下で使用するためのいわゆる「ベンチマーク（ｂｅｎｃｈｍａｒｋ）」）を利用して実施する提案がなされた。人工的な磁界又は人工的な磁気目標点を設けるには、作孔の前段階で講じなければならない別の措置を要する。人工的な磁界あるいは人工的な磁気目標点は、所定の箇所に収めねばならず、このことも、手間あるいはコストを要する。加えて、人工的な磁界及び／又は磁気目標点は、場合によっては、再び大地から除去されねばならない。他方において、従来、使用される２つの作孔ヘッドのそれぞれの位置特定を、好適なシステム、例えば高精度の光学式のジャイロシステムを用いて実施する提案がなされた。作孔ヘッド内に設けられたジャイロシステムにより、作孔ヘッドが現在どこにいるか、特定可能である。このようなシステムは、高価であるし、まさに目標区域の領域において、このとき、両作孔ヘッド相互の同軸かつ同位の方向付けに関するリスクが残り、その結果、このシステムも、時間の浪費及び修正の手間、ひいてはコスト高に結び付く。
【０００４】
本発明の根底にある課題は、単純に構成されているかつ／又は対向作孔時の時間の浪費と修正の手間を減じる、対向移動する２つの作孔ヘッドを用いて大地に孔を穿つ改良された方法を提供することである。対向移動する作孔ヘッドを用いて、まず、ドッキングしたときに１つの貫通孔をなすそれぞれ１つの（部分）孔が形成される。別の課題は、改良された対向作孔を達成可能な地中作孔装置を提供することである。
【０００５】
本発明の根底にあるアイデアは、両作孔ヘッドのうちの少なくとも一方の作孔ヘッドが、他方の作孔ヘッドを検出し、この他方の作孔ヘッドの検出に基づいて、両作孔ヘッドのうちの少なくとも一方の作孔ヘッドの掘進方向を、他方の作孔ヘッドに関連して調整することにある。これにより、この基本思想は、対向作孔の成功にとって、作孔ヘッドの自己の姿勢、位置及び／又は方向付けが一番に重要なのではなく、他方の作孔ヘッドの姿勢、位置及び／又は方向付けが重要である点から出発している。方向付けは、達成すべきと目される所定の軌道に基づいて実施されるのではなく、対向作孔を行うために同様に移動する／移動した他方の作孔ヘッドの、検出された姿勢、位置及び／又は方向付けに基づいて実施される。これにより、両作孔ヘッドのうちの少なくとも一方の作孔ヘッドの掘進方向の調整は、前記少なくとも一方の作孔ヘッド外の非静的な基準点に基づいて実施され、これは、従来のドッキング信頼性を高める方法から脱却するものといえる。
【０００６】
本発明は、それぞれ１つの部分孔を形成し得る、対向移動する２つの作孔ヘッドを用いて大地に孔を穿つ方法を提供する。本方法では、両作孔ヘッドのうちの一方の作孔ヘッドを、他方の作孔ヘッドに設けられた検出装置により検出し、検出した作孔ヘッドに基づいて、両作孔ヘッドのうちの少なくとも一方の作孔ヘッドの掘進方向を他方の作孔ヘッドに関連して調整する。これにより、他方の作孔ヘッドの検出に応じて、掘進方向の調整が互いに対向して実施可能であることが、達成され得る。対向作孔する両作孔ヘッドの少なくとも一方の作孔ヘッドは、両作孔ヘッドのうちの（移動している又は移動を実施した）他方の作孔ヘッドに合わせて方向付けられる。
【０００７】
「作孔ヘッド（Ｂｏｈｒｋｏｐｆ）」なる概念は、本発明の意味で、地中作孔装置の作孔ロッドの前面領域を包含する。「地中作孔装置（Ｅｒｄｂｏｈｒｖｏｒｒｉｃｈｔｕｎｇ）」とは、特に、孔、特に水平孔を形成若しくは拡張するため又管路その他の長尺の物体を地中に引き込むために、複数の作孔ロッド要素を有する作孔ロッドを地中の形成すべき通路内に移動させるあらゆる装置と解される。地中作孔装置は、特にＨＤ装置（ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ｄｒｉｌｌｉｎｇ、水平作孔）であり得る。本発明に係る「地中作孔装置」は、作孔ロッドを駆動する装置を備え、作孔ロッドを駆動する装置は、大地を押し退けるように働き、作孔ロッドは、少なくとも一部角度範囲にわたって回転されながら作孔ロッドの長軸方向で駆動され得る。本発明の意味での「ＨＤ」なる概念は、略水平に延びる孔又は水平線に対して傾いた孔であってもよい孔を包含する。
【０００８】
作孔ヘッドは、特に、作孔液を大地の作孔ヘッド周りの領域に送出可能なノズルが存在する作孔ヘッドであってもよい。特にベントナイト、好ましくは粒子の形態のベントナイトを含む作孔液が使用可能である。作孔液は、加圧できるので、加圧した作孔液を、作孔ヘッドに設けたノズルから流出させてもよい。作孔液により、作孔ヘッド周りの領域の大地を緩ませることができる。加圧されていてもよい、作孔ヘッドから流出した作孔液は、大地を緩ませることができる。地中作孔装置は、作孔液を加圧するために、適当なポンプを備えていてもよい。作孔液を作孔ヘッドへ供給するために、地中作孔装置を作孔ヘッドに接続する作孔ロッドは、作孔液を例えば貯蔵容器、特に坑外に配置されていてもよい貯蔵容器から作孔ヘッドに輸送する通路を有していることができる。
【０００９】
好ましい一実施の形態において、検出ユニットは、電磁放射の送受信ができるように構成されている。検出ユニットは、電磁放射を送受信するユニットの一部であってもよい。検出ユニットは、電磁放射を送受信するユニットとは別体であってもよい。本発明の意味での「電磁放射」は、あらゆる電磁波、特にレーダ波を包含するので、検出ユニットは、レーダとして形成されていてもよい。レーダにより、地中の他の対象物の外側の輪郭が簡単に検出可能である。特にレーダアンテナにより、他の作孔ヘッドの金属における強い反射により当該他の作孔ヘッドが容易に検出可能であるため、当該他の作孔ヘッドの形状及び姿勢が検出可能である。特に両作孔ヘッドのうちの他方の作孔ヘッドに対する間隔は、容易に検出可能である。
【００１０】
好ましい一実施の形態において、特に、他の作孔ヘッドのフロント部輪郭を検出してもよい。このために、当該他の作孔ヘッドの、フロント部輪郭の姿勢を示す以下のパラメータのうちの少なくとも１つパラメータ：傾き（ピッチ）、ローリング（ツールフェイス位置）、軸（高低及び左右の同化）が検出可能である。上述のパラメータのうちの少なくとも１つのパラメータの検出は、軸及び姿勢に関して正確な対向移動が可能であることにより、正確な対向作孔を可能にする。
【００１１】
好ましい一実施の形態において、両作孔ヘッドのうちの一方の作孔ヘッドを、他方の作孔ヘッドをゆっくりと逆走させた後、この逆走した作孔ヘッドの孔内に正確かつ偏差なしに進入させ、この孔を特に通走するようにしてもよい。これにより、共同の孔拡張と、共同の管引き込み又はケーブル引き込みとを実現できる。これにより、例えば、比較的小さな地中作孔装置により、ひいては安価に作孔可能な長い孔を実現できる。
【００１２】
好ましい一実施の形態において、検出ユニットを用いて、作孔ヘッド前方の岩石緩み域（Ｇｅｓｔｅｉｎｓｌｏｅｓｕｎｇｓｚｏｎｅ）を検出する。
【００１３】
「岩石緩み域」なる概念は、作孔ヘッド前方の領域であって、作孔ヘッドから流出した作孔液が、作孔ヘッド前方に存在する大地の緩みを引き起こす領域を包含する。作孔液は、作孔ヘッド内に構成されたノズルにより作孔ヘッドから流出可能である。作孔液は加圧できるので、加圧式（高圧式）の作孔さらい（Ｄｒｕｃｋｂｏｈｒｓｐｕｅｌｕｎｇ）が生じ、岩石緩み域が作孔ヘッド前方に形成される。掘進時、流体力学的な力の成分が、緩んだ岩石にかかり、而して、この力学的な成分は、より容易に岩石に入り込むことができる。一般に、岩石緩み域の領域、すなわち、流体力学的な緩み域は、数センチメートル、特に７乃至１７センチメートル、好ましくは１０センチメートル乃至１５センチメートルの範囲にある。作孔ヘッド前方の岩石緩み域において、特にベントナイト粒子の形態のベントナイトを含んでいてもよい作孔液の使用に基づいて、ベントナイト粒子が遮蔽を引き起こす可能性があるため、両作孔ヘッドのうちの一方の作孔ヘッドの、他方の作孔ヘッドによる検出は困難かもしれないという点から出発したが、それにもかかわらず、作孔ヘッドを本発明により検出することができる。特に電磁放射、好ましくはレーダ波により、作孔ヘッド前方及び側方領域への、数デシメートル乃至数メートルまでの侵入が可能である。特にレーダ波は、反射（波信号の戻り）により異物や、地中の密度差を検出する。これにより、かつてあった管路トレンチの場所も知ることができ、粘土包有（Ｔｏｎｅｉｎｌａｇｅｒｕｎｇ）及び粘土層準（Ｔｏｎｈｏｒｉｚｏｎｔ）を表示することができ、地下水の表面を検出することができ、しかも、例えば特に強い反射により金属包有（Ｍｅｔａｌｌｅｉｎｌａｇｅｒｕｎｇ：金属管、別の作孔ロッド）を正確に検出することができる。特に他の作孔ヘッド、例えばここでは対向作孔時に一方の作孔ヘッドに接近する他方の作孔ヘッドは、「鋭敏に」検知され、これにより一方では、輪郭を表示し、作孔ヘッドの距離も特定できる。
【００１４】
好ましい一実施の形態において、両作孔ヘッドのうちの一方の作孔ヘッドにより検出したパターンを比較パターンと比較してもよい。本発明の意味での「パターン（Ｍｕｓｔｅｒ）」なる概念は、検出した作孔ヘッドの輪郭を包含し、輪郭は、特に作孔ヘッドの作孔ヘッドフロント部を含む。比較パターンは、メモリ内に格納されたパターンであって、検出される他方の作孔ヘッドを所定の単数又は複数の位置で表すパターンであってよい。特に付加的に又は検出ユニットに組み込まれて、（ミニ）コンピュータその他のユニットの形態のコンピュータユニットが設けられていることができ、プログラミング可能な規則によりデータを処理する。検出ユニットは、パターンが検出ユニットにより、反射した信号から形成されて、メモリ内に格納されたパターンのうちの少なくとも１つのパターンと比較され得るように構成されていてもよい。しかし、検出ユニットのデータが、作孔ストリング内に配置されるユニット又は地上に配置されるユニットに伝送されるようになっていてもよく、この場合、作孔ストリング内に設けられたユニットあるいは地上に配置されたユニットが、コンピュータユニットを有していてもよい。このユニットは、地中作孔装置の機械コントロールステーションであってもよい。「地上」なる概念は、スタート坑又はゴール坑内の配置も包含する。コンピュータユニットには、パターン認識のためのソフトウェアがインストールされていることができ、ソフトウェアにより、検出した作孔ヘッドのパターンが、単数又は複数の比較パターンと比較される。これにより、検出した作孔ヘッドを姿勢に関して正確に位置特定し、左右偏差及び／又は高低偏差を求めることができる。両作孔ヘッドのうちの少なくとも一方の作孔ヘッドの掘進方向は、例えば、検出したパターンと単数又は複数の比較パターンとの間で所定の偏差が超過されると、調整され得る。而して、所定の偏差の超過が、機械コントロールステーションに伝送され、機械オペレータにより方向制御ユニットにおける対抗制御指令によって修正されることによって、あるいは自動制御（例えばファジー論理をベースとする自動制御）に相当する対抗制御指令がひとりでに発生され、機械コントロールステーションの方向制御ユニットに伝送されることによって、自動調整又は両地中作孔装置のうちの一方の地中作孔装置の機械オペレータにより発動される調整が、実施可能である。
【００１５】
好ましい一実施の形態において、作孔ヘッドの双方を互いに対向するように方向付けてもよい。これにより作孔ヘッドの双方は、接近及び対向作孔に関する最適化を行うことができる。これにより本発明に係る方法は、両作孔ヘッドのうちの一方の作孔ヘッドが検出ユニットを有することにより実現されるだけでなく、両方の作孔ヘッドが検出ユニットを有することによって実現されてもよい。
【００１６】
本発明は、作孔ヘッドを備える地中作孔装置であって、少なくとも１つの他の作孔ヘッドの方向付けを検出する検出ユニットを備える地中作孔装置も提供する。さらに地中作孔装置は、作孔ヘッドの掘進方向を他の作孔ヘッドに対して方向付け可能な方向制御ユニットを備える。
【００１７】
好ましい一実施の形態において、検出ユニットは、認識すべき他の作孔ヘッドを容易に識別可能なパターン認識のためのユニットを有する。
【００１８】
本発明は、大地に孔を穿つように構成されている作孔ヘッド内での検出ユニットの使用も提供する。検出ユニットは、別の作孔ヘッドを検出し、作孔ヘッドの掘進方向を別の作孔ヘッドに関して方向付けるために使用される。
【００１９】
上述の説明は、例示的な実施の形態の後続の説明も同様であるが、特定の実施の形態又は特徴の放棄を意図するものではない。
【００２０】
以下に本発明について、図面に示した実施例を参照しながら詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】対向移動する２つの作孔ヘッドを用いて大地に孔を穿つ様子を示す図である。
【００２２】
図１は、２つの作孔ヘッド１，２を用いて大地に孔を穿つ様子を示している。作孔ヘッド１，２は、作孔ロッド３あるいは作孔ストリングに結合されている。作孔ロッド３あるいは作孔ストリングは、互いに結合される複数のロッド要素からなる。これらのロッド要素は、作孔経路に応じて互いに結合される。作孔ヘッド１，２は、作孔ロッド３を介して、地表に配置される駆動装置４により掘進され、（一時的に）回転駆動される。回転駆動は、一方では、地中での作孔ヘッド１，２の掘進を改善するために用いられ、他方では、回転駆動によって、両作孔ヘッド１，２のうちの少なくとも一方の作孔ヘッドが、傾斜作孔ヘッド（Ｓｃｈｒａｅｇｂｏｈｒｋｏｐｆ）として形成されていることと関連して、コントロール機能が達成される。傾斜作孔ヘッドとして構成された作孔ヘッド１，２を、大地を通して送ると、作孔ヘッド１，２の斜面は、偏向を起こす。この偏向作用は、作孔ヘッド１，２が一回転することで相殺される。したがって、傾斜作孔ヘッドとして構成される作孔ヘッド１，２が、送り中、連続的に回転駆動されると、地中作孔装置は、真っ直ぐに掘り進む。地中作孔装置の方向転換は、作孔ヘッド１，２を所定の方向付け、すなわち、作孔ヘッド１，２の斜面の所定の位置（いわゆる「ロール角」）で停止すると同時に、送りを続けることで実施される。而して、斜面によって生じる偏向は、弧状の作孔経路を生ぜしめる。弧状の作孔経路は、所望の新しい作孔方向が達成されるまで続けられる。その後、続いて真っ直ぐに掘り進むように、回転駆動が再起動される。
【００２３】
図１に示した実施例において、両作孔ヘッド１，２の各々は、レーダユニット５を有する。レーダユニット５は、作孔ヘッド１，２の斜面の背後あるいは斜面内に配置されている。これにより、（部分的に）作孔ヘッド１，２に先行する検出領域が規定される。作孔ヘッド１，２は、レーダユニット５に機能的に接続されるそれぞれ１つの検出ユニット６を有する。
【００２４】
レーダユニット５は、フロントレーダとサイドレーダとを組み合わせて構成したレーダであってよく、電磁波を集束させて一次信号として送信し、対象物に反射した信号を二次信号として受信する。
【００２５】
検出ユニット６は、対象物についての情報を得るために、レーダユニット５の反射した（二次）信号を評価する。このとき、特に検出対象物の外側の輪郭を求める。これにより、特に、その都度他方の作孔ヘッド１，２の作孔ヘッドフロント部に反射したレーダ波が、それぞれの作孔ヘッド１，２内に設けられたコンピュータユニット７内にインストールされたパターン認識ソフトウェアにより評価され得る。パターン認識ソフトウェアにより、他方の作孔ヘッド１，２の傾き、ローリング、左右偏差及び／又は高低偏差が検出可能である。比較のために、コンピュータユニット７のメモリ内には、作孔ヘッド１，２のための単数又は複数の比較パターンが保存されている。
【００２６】
両作孔ヘッド１，２のうちの少なくとも一方の作孔ヘッドの掘進方向は、検出したパターンと単数又は複数の比較パターンとの間で所定の偏差が超過されると、調整される。図１に示した実施の形態では、２つの調整が可能である。一方では、コンピュータユニット７の比較に応じて指令が発生され、これが地中作孔装置（駆動装置４）の機械コントロールステーションに伝送され、これにより、掘進方向を両作孔ヘッド１，２のうちの少なくとも一方の作孔ヘッドの駆動装置４の方向制御ユニット８において調整することができることで、自動調整が実施可能である。この調整は、駆動装置４のディスプレイに表示可能である。しかし、比較結果を、自動調整せず、両作孔ヘッド１，２のうちの一方の作孔ヘッドの駆動装置４の機械オペレータに対し、例えば駆動装置４のディスプレイに表示し、機械オペレータ自ら、方向制御ユニット８を用いて掘進方向の調整を行うことも可能である。
【図１】
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