(57)【要約】【課題】金属製の円筒形のロッドを継ぎ足して金属パイプを形成し、その先端に地中掘削機を取付け、この掘削機に上記金属パイプを介して地上から回転力と推進力とを伝達する非開削ドリリング工法などに用いる地中掘削装置に設置される地中レーダ装置において、安価で確実なデータ伝送方式を提供する。【解決手段】地中に電波を送信し反射信号を受信する地中アンテナ（ＴＸ，ＲＸ）  と、この地中アンテナが受信した受信反射信号等の電気信号を地中掘削機（Ｐ）  の後方から地上まで延長される金属パイプ（Ｒ）  に伝達しかつ接地端子を適宜な長さの信号線を介して接地点に接続する信号送信部（ＳＴ）とを地中掘削機（Ｐ）  内に備えるとともに、金属パイプ（Ｒ）  を通して地上に伝達された電気信号を非接触型の電磁結合器（Ｃ）  を介して受信する信号受信部（Ａ，Ｄ，ＳＰ）を地上に備える。【選択図】図１
2005017101.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製の円筒形状のロッドを継ぎ足して金属パイプを形成し、その先端に地中掘削機を取付け、この掘削機に前記金属パイプを介して地上から回転力と推進力とを伝達する非開削ドリリング工法またはそれに類する工法に用いる地中掘削装置に設置される地中レーダ装置であって、
地中に電波を送信し反射信号を受信する地中アンテナと、この地中アンテナが受信した反射信号等の電気信号を前記地中掘削機の後方から地上まで延長される前記金属パイプに伝達しかつ接地端子を適宜な長さの信号線を介して接地点に接続する信号送信部とを前記地中掘削機内に備えるとともに、
前記金属パイプを通して地上に伝達された前記電気信号を非接触型の電磁結合器を介して受信する信号受信部を地上に備えたことを特徴とする地中レーダ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記信号送信部の接地端子と前記接地点とを接続する信号線の長さは調整可能であることを特徴とする地中レーダ装置。
【請求項３】
請求項１と２のそれぞれにおいて、
前記掘削機は金属製であり、前記接地点は前記掘削機の後部から電気的に絶縁された先端部に設定されることを特徴とする地中レーダ装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のそれぞれにおいて、
前記掘削機は金属製であり、前記接地点はこの金属製の掘削機から電気的に絶縁された状態で地中に突出された金属体で実現されることを特徴とする地中レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、地中掘削機などに搭載される地中レーダ装置に関するものであり、特に、地中で得られた受信反射信号を地上の受信装置に伝達するための簡易・安価な伝送システムを実現した地中レーダ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地上からの開削を行うことなく地上からの操作によって地中に小径のトンネルを掘削するという非開削ドリリング工法が開発されている。この非開削ドリリング工法では、ロッドと称される３メートルほどの長さの可撓性の金属製の円筒体の先端部に、掘削刃が先端に取付けられた直径数ｃｍから数十ｃｍの地中掘削機が取付けられる。また、このロッドの根元側を地上に設置した駆動装置に取付け、このロッドに回転力と推進力とを与えることにより、トンネルの掘削が行われる。トンネルの掘削の進行に伴い、根元側でロッドが１本ずつ螺合によって継ぎ足されることにより複数のロッドが連結された金属パイプが形成され，その長さが増大せしめられる。
【０００３】
このような非開削ドリリング工法では、地中に埋設されている水道管やガス管などの障害物への地中掘削機の接触を回避するために、地中掘削機の先端部や側部に地中レーダ装置を設置し、障害物の検出を行うという方法が開発されてきている。このような地中レーダ装置では、地中掘削機の先端部や側部に取付けられた地中アンテナから地中掘削機の前方や側方の地中にパルス状の電波が放出され、地中の障害物によって生じた反射波がアンテナに受信される（特許文献１乃至６）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１４７１３７号公報
【特許文献２】
特開２０００−２０４８８３号公報
【特許文献３】
特開２００１−  ２１６６３号公報
【特許文献４】
特開２００１−  ５１０６６号公報
【特許文献５】
特開２００１−  ５６３７３号公報
【特許文献６】
特開２００２−  １６５５３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記先行技術の地中レーダ装置では、地中アンテナが受信した受信反射信号は、金属パイプの内部に形成した有線伝送路を通して地上の受信装置に伝送されるか、あるいは、地中掘削機に設置したアンテナから地中の無線伝送路を通して地上の無線受信装置に直接伝送される。前者の有線伝送路を形成する方式では、互いに螺合されるロッドの端部ごとに、非接触型の電磁結合器を有線伝送路に設置する必要があり、有線伝送路が高価になるという問題がある。
【０００６】
後者の地中を無線伝送する方式では、掘削機の近傍の地上に無線受信装置を設置しなければならない。しかしながら、トンネルを高速道路や河川などの下に形成する場合などは、掘削機の近傍の地上に無線受信装置を設置することが困難になるという問題がある。従って、本発明の目的は、上記問題点を伴わない掘削機から地上の受信装置への反射信号の伝送方法を採用した地中レーダ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する本発明の地中レーダ装置は、金属製の円筒形状のロッドを継ぎ足して金属パイプを形成し、その先端に地中掘削機を取付け、この掘削機に前記金属パイプを介して地上から回転力と推進力とを伝達する非開削ドリリング工法またはそれに類する工法に用いる地中掘削装置に設置される地中レーダ装置である。そして、この地中レーダ装置は、地中に電波を送信し反射信号を受信する地中アンテナと、この地中アンテナが受信した反射信号等の電気信号を前記地中掘削機の後方から地上まで延長される前記金属パイプに伝達しかつ接地端子を適宜な長さの信号線を介して接地点に接続する信号送信部とを前記地中掘削機内に備えるとともに、前記金属パイプを通して地上に伝達された前記電気信号を非接触型の電磁結合器を介して受信する信号受信部とを地上に備え、掘削のための回転力と推進力を伝達する金属パイプそのものを伝送路としても利用するという簡易・安価な構成により、前記電気信号が地上に伝送される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態によれば、接地端子と接地点とを接続する信号線の長さは調整可能に設定され、受信感度の最適化が行われる。
【０００９】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、上記掘削機は金属製であり、上記接地点は上記掘削機の後部から電気的に絶縁された先端部に設定される。
【００１０】
本発明のさらに他の好適な実施の形態によれば、上記掘削機は金属製であり、上記接地点はこの金属製の掘削機から電気的に絶縁された状態で地中に突出された金属体で実現される。
【００１１】
【実施例】
図１は、本発明の一実施例の地中レーダ装置の地中部分の構成を掘削機との関係と共に示す機能ブロック図である。この地中レーダ装置の地中部分は、非開削ドリリング工法に使用される概ね円筒形状の金属製の地中掘削機Ｐの内部に設置され、送信アンテナＴＸ、受信アンテナＲＸ、レーダ送受信部ＴＲ、周波数変調部ＦＭ、信号送信部ＳＴおよび信号線Ｌ，Ｌｏを備えている。
【００１２】
概ね円筒形状を呈する３メートル程の長さの金属製のロッドＱが螺合により複数本結合されて金属パイプが形成され、この金属パイプの先端部分に地中掘削機Ｐが螺合によって取付けられる。この金属パイプの根元側は地上に設置された駆動装置に結合されており、この駆動装置から回転力と推進力を受ける。掘削の進展に伴い根元側に新たなロッドＲが追加されるることによりこの金属パイプの長さが増加せしめられる。地中掘削機Ｐの先端部には、掘削刃ＢＬがこの地中掘削機Ｐの軸線方向に傾斜した状態で取付けられている。
【００１３】
送信アンテナＴＸと受信アンテナＲＸは、金属製の掘削刃ＢＬの中央部に形成された窓の内部にはめ込まれた平面型アンテナにより構成される。レーダ送受信部ＴＲは、送信アンテナＴＸにパルス状の送信電力を供給し、この送信アンテナＴＸから地中に電波を放射させる。地中に放射された電波のうち地中の障害物で生じた反射波が受信アンテナＲＸに受信され、レーダ送受信部ＴＲに供給される。レーダ送受信部ＴＲに受信された受信信号は、後段の周波数変調部ＦＭにおいて周波数変調が施され、信号送信部ＳＴに供給される。
【００１４】
信号送信部ＳＴは、周波数変調部ＦＭから受け取った周波数変調された反射信号を信号側端子に接続される信号線Ｌ上に送出する。この信号線Ｌは、金属製の地中掘削機Ｐに螺合される金属製のロッドＱの先端部分に接続される。信号送信部ＳＴの接地側端子は、信号線Ｌｏを介して金属製の掘削機Ｐの先端部に接続される。金属製の掘削機Ｐの先端部は、ＦＲＰやセラミックなどの電気絶縁性の素材で構成される絶縁接合部Ｉによって掘削機Ｐの後部とは電気的に絶縁されている。信号線Ｌが接続された金属製のロッドＲの外周面には、ＦＭ反射信号の振幅に応じた振幅の交流電流がその長手方向に流れる。
【００１５】
図２は、上記実施例の地中レーダ装置の地上部分の構成を、金属パイプの根元側部分との関係と共に示す機能ブロック図であり、Ｃはコイル、Ａは増幅部、Ｄは復調部、ＳＰは信号処理部である。金属パイプＲの根元のロッドＱのまわりに絶縁体を介在させながらコイルＣが巻回され、このコイルＣの両端子が増幅部Ａに接続されている。金属パイプＲの長手方向に沿って流れる交流電流によってコイルＣにＦＭ反射信号に対応した交流電圧が誘起される。コイルＣに誘起されたＦＭ反射信号は、増幅部Ａで増幅され、復調部Ｄで復調され、信号処理部ＳＰで処理されることにより、障害物の検出が行われる。
【００１６】
図３は、上記実施例の信号伝送の原理を説明するための概念図である。（Ａ）は、周知の非対称給電型の円柱ダイポールアンテナである。（Ｂ）は上記実施例の信号伝送路について推測される等価回路図である。長い方の導体は、円柱ダイポールアンテナの円柱の代わりに、複数のロッドの継ぎ足しによって構成された円筒形の金属パイプＲに置き換えられる。また、円柱ダイポールアンテナの短い方の円柱は、信号線Ｌｏに置き換えられる。金属パイプＺの側面は、ロッドＱと土壌との間の分布定数の接触抵抗ｒを介して接地される。周波数変調部の被変調周波数は１２５  ｋＨｚ  で、波長では２．４  ｋｍとなり、通常、金属パイプＺの長さよりも大きな値となる。この金属パイプＺの軸線方向に沿って交流電流ｉが流れ、その先端部に巻回されたコイルＣに交流電圧が誘起される。
【００１７】
図４は、本発明の他の実施例の地中レーダ装置の地中部分の構成を掘削機との関係と共に示す機能ブロック図である。本図において図１と同一の参照符号を付した構成要素は、図１に関して既に説明した構成要素と同一のものであり、これらについては重複する説明を省略する。この実施例は、掘削機Ｐの先端部を絶縁接合部Ｉによってその後部と電気的に絶縁する代わりに、金属性の掘削機Ｐから電気絶縁性の窓ｄを通して金属棒が地中に突出され、この金属棒に信号線Ｌｏを介して信号送信部ＳＴの接地端子が接続されている点である。このようにすると金属性の掘削機Ｐの途中に絶縁接合部Ｉを形成することが省略可能となる。
【００１８】
以上、レーダ送受信部から出力されるＦＭ反射信号を地上装置に伝送する構成の地中レーダ装置を例にとって本発明を説明した。しかしながら、この信号を周波数変調することなくそのまま送信する構成や、回転角度に関する適宜なセンサ信号など他の信号を上記反射信号に重畳して地上の受信装置に伝送する構成や、受信反射信号を処理した障害物に関する解析結果を地上の受信装置に伝送する構成の地中レーダ装置に対しても本発明の伝送方式を適用できることは明らかである。
【００１９】
また、信号線Ｌｏを金属製の地中掘削機Ｐの先端部に接続する構成を例示した。しかしながら、この信号線Ｌｏの長さを可変したり、地中掘削機Ｐへの接続点を先端部以外の適宜な箇所に設定することにより、地上の受信部の受信感度を向上させる構成とすることもできる。
【００２０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の地中レーダ装置は、反射信号等の電気信号を地中掘削機の後方から地上に連なる金属パイプに伝達するとともに、接地側端子を信号線を介して接地点に接続する信号送信部と、この金属パイプを通して地上に伝達された電気信号を非接触型の電磁結合器を介して受信する受信部とを備え、掘削のための回転力と推進両を伝達する金属パイプそのものを信号の伝送路としても利用する構成であるから、ロッドの螺合部に非接触型の電磁結合器を設置したり、地中掘削機の近傍の地上に無線受信装置を設置したりする必要がなくなり、安価な伝送路を構成できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の地中レーダ装置の地中部分の構成を掘削機との関係とともに示す機能ブロック図である。
【図２】上記実施例の地中レーダ装置の地上部分の構成を、長尺体の根元側部分との関係と共に示す機能ブロック図である。
【図３】上記実施例の信号伝送の原理を説明する概念図である。
【図４】本発明の他の実施例の地中レーダ装置の地中部分の構成を掘削機との関係とともに示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
Ｐ    掘削機
Ｑ    ロッド
Ｒ    金属パイプ
ＢＬ  掘削刃
ＴＸ  送信アンテナ
ＲＸ  受信アンテナ
ＴＲ  レーダ送受信部
ＦＭ  周波数変調部
ＳＴ  信号伝送部
Ｉ      絶縁接合部
ｄ    電気絶縁性の窓
ｍ      金属棒
Ｃ    コイル
Ａ    増幅部
Ｄ    復調部
ＳＰ  信号処理部
【図１】
2005017101.tif 000003
【図２】
2005017101.tif 000004
【図３】
2005017101.tif 000005
【図４】
2005017101.tif 000006