(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジャイロスコープを利用して掘進方向を検出し、掘削位置を計測してボーリングを行う水平ボーリング工法において、少なくとも内管と外管とからなる２重以上の多重管で構成し、その内管を外管に対して軸方向の相対移動可能でかつ回転方向の相対回転不可に追従用キーを介して係合し、外管の先端内径部に内管を偏心させるウエッジを突設し、内管の先端部に掘削ビットを駆動する駆動装置を取り付けて、その掘削ビットを駆動して掘進し、内管の前記駆動装置の後方にクラッチを介して姿勢変化を検出するジャイロスコープを取り付け、そのジャイロスコープの姿勢検出信号と挿入量とから掘削位置をリアルタイムで測定し、掘削位置が所定範囲から外れたら内管を引き戻し追従用キーによる外管との係止を解除し、クラッチを切って外管と内管とをそれぞれ回動して内管を押し出し、掘削ビットを前記外管先端部のウエッジによって偏心させて内管と外管とを係合し、軌道を修正して掘削を行うことを特徴とする水平コントロールボーリング工法。
【請求項２】
ジャイロスコープを利用して掘進方向を検出し、掘削位置を計測してボーリングを行う水平ボーリング装置において、少なくとも内管と外管とからなる２重以上の多重管で構成し、その内管は外管に対して軸方向の相対移動可能でかつ回転方向の相対回動不可に追従用キーを介装して係合し、外管の先端内径部には内管を偏心させるウエッジを突設し、そして内管の先端部に掘削ビットを駆動する駆動装置を取り付け、その駆動装置の後方にクラッチを介装して姿勢変化を検出するジャイロスコープを取り付け、そのジャイロスコープの姿勢検出信号と挿入量とから掘削位置をリアルタイムで測定する掘削位置測定手段と、掘削位置が所定範囲から外れたら内管を引き戻して追従用キーによる外管との係合を解除し、クラッチを切って外管と内管とをそれぞれ回動し、内管を再び押し出して内管を前記ウエッジで偏心させて前記キーで外管に係合する軌道修正手段とを設けていることを特徴とする水平コントロールボーリング装置。
【請求項３】
前記駆動装置とクラッチとの間に多数の弾性体と樹脂材とを積層して構成された緩衝部材を設けている請求項２の水平コントロールボーリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ジャイロスコープを利用して掘進方向を検出し、掘削装置の位置を計測してボーリングを行う水平ボーリング工法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジャイロスコープによる姿勢検出と挿入量とから掘削装置の掘削位置を特定し、ボーリングを行う工法は従来から知られている。
【０００３】
しかし、この方法では、掘削ビットの駆動によって掘削ビットとジャイロスコープを蔽う外管との間で相対捩じれが発生し、ジャイロスコープによる計測に誤差が生じて位置検出の精度を低下させていた。
【０００４】
掘削に際して、掘削ビットの回転や掘削地盤との摩擦に起因するロッドの捻れ等によって生じた微小な誤差が常に発生する。上述の位置決定の手法によれば、その様な微少な誤差も積分されてしまい、その結果、積分誤差として大きな誤差が発生してしまう。従来技術では、このような積分誤差については、対処が不可能であった。
そして、この様な誤差やその他の原因で掘削方向の軌道修正が必要になった場合には、一旦、掘削装置を引き戻し、再挿入する必要があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点に対処するものであり、掘削距離の長短に関わらず、リアルタイムで正確な掘削位置を検出して穿孔を行う水平長尺コントロールボーリング工法及びその装置の提供を目的とする。
そして、リアルタイムの位置検出によって計画との誤差が検出された場合に、容易に軌道修正が可能な水平コントロールボーリング工法及びその装置の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の水平コントロールボーリング工法は、ジャイロスコープを利用して掘進方向を検出し、掘削位置を計測してボーリングを行う水平ボーリング工法において、少なくとも内管と外管とからなる２重以上の多重管で構成し、その内管を外管に対して軸方向の相対移動可能でかつ回転方向の相対回転不可に追従用キーを介して係合し、外管の先端内径部に内管を偏心させるウエッジを突設し、内管の先端部に掘削ビットを駆動する駆動装置を取り付けて、その掘削ビットを駆動して掘進し、内管の前記駆動装置の後方にクラッチを介して姿勢変化を検出するジャイロスコープを取り付け、そのジャイロスコープの姿勢検出信号と挿入量とから掘削位置をリアルタイムで測定し、掘削位置が所定範囲から外れたら内管を引き戻し追従用キーによる外管との係止を解除し、クラッチを切って外管と内管とをそれぞれ回動して内管を押し出し、掘削ビットを前記外管先端部のウエッジによって偏心させて内管と外管とを係合し、軌道を修正して掘削を行うことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の水平コントロールボーリング装置は、ジャイロスコープを利用して掘進方向を検出し、掘削位置を計測してボーリングを行う水平ボーリング装置において、少なくとも内管と外管とからなる２重以上の多重管で構成し、その内管は外管に対して軸方向の相対移動可能でかつ回転方向の相対回動不可に追従用キーを介装して係合し、外管の先端内径部には内管を偏心させるウエッジを突設し、そして内管の先端部に掘削ビットを駆動する駆動装置を取り付け、その駆動装置の後方にクラッチを介装して姿勢変化を検出するジャイロスコープを取り付け、そのジャイロスコープの姿勢検出信号と挿入量とから掘削位置をリアルタイムで測定する掘削位置測定手段と、掘削位置が所定範囲から外れたら内管を引き戻して追従用キーによる外管との係合を解除し、クラッチを切って外管と内管とをそれぞれ回動し、内管を再び押し出して内管を前記ウエッジで偏心させて前記キーで外管に係合する軌道修正手段とを設けていることを特徴とする。
【０００８】
そして、前記駆動装置とクラッチとの間に多数の弾性体と樹脂材とを積層して構成された緩衝部材を設けるのが好ましい。
【０００９】
このように構成された水平コントロールボーリング工法によれば、ジャイロスコープの姿勢検出信号と挿入量とから掘削位置がリアルタイムで測定され、例えば計画線に対するずれが所定量を越えた場合などに、掘削装置の内外管を相対移動させることでキーとキー溝との係合状態を解除し、クラッチを切って互いに回動可能とし、外管内径面に突設されたウエッジの方向を変えることで内管（掘削ロッド）を偏心させて軌道を修正するができ、正確に長尺水平ボーリングを施工することができる。
【００１０】
また、掘削ビットの反力などで内外管にねじれが生じた場合においても、クラッチを切って内管または外管を回動し、修正することも可能である。
【００１１】
上述した構成を具備する本発明は、少なくとも２重以上の多重構造を有する多重管の外側から２番目の管に取り付けられたジャイロスコープのローリング角を検出する工程と、ローリング角が所定角度以上となった際に、掘削ロッドに設けられたクラッチを断切状態にして掘削ロッド先端の掘削ビットをボーリングマシンからの回転伝達を遮断するクラッチ断切工程と、ボーリングマシンによって多重管の外側から２番目の管をローリング角がゼロに相当する状態まで捩るローリング角除去工程、とを有する掘削位置検出方法（図１４）と組み合わせて実施されることが好ましい。
【００１２】
また本発明は、掘削ロッド先端の掘削ビットが交換を必要とするか否かを判断する工程と、掘削ロッド及びジャイロスコープが取り付けられた管を引き抜く工程と、掘削ビットを交換した掘削ロッド及びジャイロスコープが取り付けられた管を再挿入する工程と、該再挿入する工程に際して、ジャイロスコープが計測した姿勢角度及びジャイロスコープが取り付けられた管の挿入量から再挿入完了時のジャイロスコープ位置を演算・決定する位置決定工程、とを含む掘削位置検出方法（図１４）と組み合わせて実施されることが好ましい。
【００１３】
本発明は、少なくとも２重以上の多重構造を有する多重管と、多重管の内側管内に挿入され且つ先端に掘削ビットを有する掘削ロッドと、該掘削ロッド先端の掘削ビットをボーリングマシンからの回転伝達を遮断するためのクラッチと、前記多重管の外側から２番目の管に取り付けられたジャイロスコープと、多重管の外側から２番目の管或いは前記ジャイロスコープのローリング角を検出するローリング角検出手段と、制御手段を有し、前記制御手段は、ローリング角検出手段で検出されたローリング角が所定角度以上となった際に、前記クラッチを断切状態として、前記ボーリングマシンにより多重管の外側から２番目の管をローリング角度がゼロに相当する状態まで捩らせる様に構成されている掘削位置検出装置（図１６〜図２２）と組み合わせて実施されるのが好ましい。
【００１４】
ここで前記掘削装置は、掘削ビットに連続した箇所に設けられ、多数の弾性体と樹脂材とを積層して構成された緩衝部材を有するのが好ましい（図２３〜図２８）。
【００１５】
このように構成された掘削位置検出方法と組み合わせれば、ローリング角が所定角度以上となった際に、ボーリングマシンによってジャイロスコープが取り付けられている管（多重管の外側から２番目の管）をローリング角がゼロに相当する状態まで捩ることにより、ローリング角を解消することが出来る。
【００１６】
ここで、従来技術では掘削ビットが稼動している際にジャイロスコープが取り付けられている管を捩ることは困難であった。しかし、上述した構成であれば、掘削ロッドに設けられたクラッチを断切状態にして掘削ロッド先端の掘削ビットをボーリングマシンからの回転伝達を遮断する様に構成されているので、クラッチを断切した後にジャイロスコープが取り付けられている管を捩れば良い。即ち、ローリング角による誤差は解消される。
【００１７】
また、掘削ロッド先端の掘削ビットが交換となり、掘削ロッドを引き抜き、再挿入するに際して、再挿入時に、ジャイロスコープが計測した姿勢角度及びジャイロスコープが取り付けられた管の挿入量から、ジャイロスコープ位置を演算・決定し、これを積算することにより位置を決定することが出来る。そして、再挿入時には、一度に現掘削位置まで挿入するので、掘削時の様に（微小な）誤差が積算されて大きな誤差となってしまうことが防止出来る。
【００１８】
この様な掘削位置検出方法及び装置と本発明とを組み合わせれば、ローリング角を解消することが出来るので、ローリング角による誤差の発生が無い。
また、ビット交換をして掘削ビットを再挿入する度に誤差が解消されて、正確な位置が決定されるので、現掘削位置に関するデータを訂正・更新も可能となる。
従って、掘削距離が長くなっても、常に正確な掘削位置を決定出来るのである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の水平コントロールボーリング装置の全体構成を示している。図において、符号１０は、後記の図２及び図３にて説明する掘削装置を示し、その他端（坑外）には、掘削装置１０を作動するボーリングマシン２０が設置され、油圧ユニット２２及び水ポンプ２３、そして中央制御盤３１、操作ユニット３２、及びコンピュータ３３で構成される制御ユニット３０が設置されている。
【００２０】
掘削装置１０は、図２に示すように外管（ケーシング）７内に内管（削孔ロッド）１１が挿入され、その内管１１の先端部（図の右方）には、掘削ビット（図示例では拡径ビットが示されている）１を取り付けた駆動装置（例えば、循環流体を原動力としたダウンホールモータ）２が設けられている。内管１１と外管７とは、図４に示すように、キー溝７ａに追従用キー９が係止され、軸方向の相対移動可能でかつ回転方向の相対回動不可に係合されており、推力を伝達するように構成されている。
【００２１】
したがって、掘削ビット１を回転駆動することにより穿孔が行われ、外管７には回転は与えられず、また、外管７と内管１１とは、ボーリングマシン２０の駆動により個々に軸方向（掘進方向）に移動できる。
【００２２】
そして、図３に示すように内管１１の駆動装置２の後方には、ダンパー部３、クラッチ部４、及びジャイロ部５が構成されており、ジャイロ部５のジャイロスコープによる（ローリング・ピッチング・ヨーイングの）計測信号は、伝送部６を介してケーブル１３によって制御ユニット３０に伝送されている。
ダンパー部３には多数の弾性体と樹脂材とが積層されて構成された緩衝部材が挿入されており、掘削ビット１による掘削の際に生じる衝撃がジャイロスコープに伝達されないようにされている。
また、クラッチ部４は、ボーリングマシン２０側からと駆動装置２側からとの回転伝達を接続・遮断する機能を有している。
【００２３】
図２に戻って、外管７の先端内径部には、テーパ状に内方に突出した制御ウエッジ８が形成されており、内管１１に偏心を与えるようになっている。
この制御ウエッジ８は、図５の断面図に示すように、半月状に突設されたもの、あるいは図６に示すように、偏心円８Ａで形成されたもののいずれでもよいが、偏心円状８Ａの方が（直角方向の）ガタがなく好ましい。
【００２４】
制御ユニット３０は、図１に示すように、油圧ユニット２２で発生させた油圧によって運転制御されるボーリングマシン２０の操作を主に行う操作ユニット３２と、ジャイロスコープの姿勢検出信号や掘削装置１０の挿入量などの信号を受信して掘削位置をリアルタイムで計測しディスプレイする掘削位置測定手段、あるいは後記する軌道修正の制御を行う軌道修正手段を含む種々の制御を行う中央制御盤３１及びコンピュータ３３とが主な構成である。
【００２５】
図７にコンピュータ３３のディスプレイに表示される計測画面の一例が示されている。掘削位置の座標、計画線に対する掘削のズレなどの表示と共に、各種機器類の運転状態などが表示され、この情報をもとにエンジニアが操作指示を行う。勿論、各制御は、自動、手動のいずれであってもよい。
【００２６】
以下、図８〜図１３を参照し、掘進の態様を説明する。
まず、直線掘削時を、図８を参照して説明する。図は、掘削装置１０の先端部を示しており、符号Ｄは回転部、符号Ｆは非回転部を示している。
まず、外管７のキー溝７ａに内管１１のキー９をセットし、駆動装置（ダウンホールモータの場合は水を送って）を駆動して掘削ビット１を回転（Ｒ）させ、掘進する。そして、外管７と内管１１とをボーリングマシン２０で同時に押し込む（Ｐ、Ｑ）。
【００２７】
したがって、外筒７は、掘削ビット１に追従して大きな押圧力を必要とせず、かつ偏心回転がないので地山の損傷が少なく、掘進することができる。
そして、掘進位置は、ジャイロスコープの姿勢（ローリング・ピッチング・ヨーイング）の検出及び挿入量から制御ユニット３０において逐次積分して求め、リアルタイムでコンピュータ３３に表示して制御する。
【００２８】
次に、図９〜図１３を参照し、方向修正について説明する。
ジャイロスコープによる計測結果はリアルタイムで表示されており、軌道修正が必要となった場合、まず内管１１を引き込む（Ｑ１）。この際、拡径ビットは閉じて外管７内に引き込まれる（図９）。
そして、ボーリングマシン２０で外管７を回動（Ｒ１）させ、ウエッジ８の位置を変える（図１０）。
【００２９】
次に、内管１１全体を回動（Ｒ２）させ、内管のキー９と外管のキー溝７ａとを合わせて押し出す（Ｑ２）と、内管１１の先端部は外管内径部の制御ウエッジ８によって偏心し、拡径ビット１は開いて押し出される（図１１）。
さらに、クラッチを切って内管（の後部）１１を回動（Ｒ３）しジャイロスコープの計測許容範囲に入れてクラッチを繋ぐ。このとき制御ウエッジ８の位置がコンピュータに記憶される（図１２）。
【００３０】
そして、駆動装置２によって掘削ビット１を駆動（Ｒ４）し、内管１１と外管７とをボーリングマシン２０で押し込んで行く（Ｐ４、Ｑ４）と、制御ウエッジ８とは反対（矢印Ｔ）方向に軌道修正される（図１３）。こうして、位置検出手段により掘削位置を把握して掘削を続ける。
【００３１】
次に、図１４〜図２８を参照して、本発明と好適に組み合わせることが出来る掘削位置検出方法及び装置について説明する。
図１５において、掘削位置検出装置全体は多重管Ｂと、該多重管Ｂの先端の回転部である掘削ビット１と、ボーリングマシンＥとを含む掘削装置Ａと、制御装置Ｃを含む掘削位置検出装置と、前記掘削装置Ａと前記制御装置Ｃを接続する信号線Ｌ、とから構成されている。
【００３２】
図１６は図１５のＦ部（掘削ロッドＤと先端部１との総称：ここで「掘削ロッドＤ」とはモータ収納部２、ダンパ部３、クラッチ部４、ジャイロ収納部５、非回転伸張部６の総称である）を拡大した前記掘削ビット１と多重管Ｂの構成を示す部分断面概要図である。
【００３３】
図１６において、多重管Ｂは前記先端の掘削ビット１から、後方（図示しない地上側）へ順に、掘削ビット１を回転されるためのモータの収納部２、掘削時等に加わる衝撃を緩和するためのダンパ部３、ボーリングマシンＥの前記掘削ビット１への回転力を断接するためのクラッチ部４、ジャイロスコープ５１（図１７）を収納するジャイロスコープ収納部５、伝送ユニット収納部等を含む非回転伸長部６（上述した様に、上記部材２、３、４、５、６が、掘削ロッドＤを構成している）が設けられている。
そして外管７が、上記部材２、３、４、５、６（掘削ロッドＤ）を覆っている。
【００３４】
図１７、図１９、図２１において、ジャイロスコープ収納部５にはジャイロスコープ５１が収納されている。明確には示されていないが、ジャイロスコープ５１はジャイロスコープ収納部５に固定されており、ジャイロスコープ収納部５（及びジャイロスコープ５１）は、掘削装置Ａにより、（クラッチ部４が断切状態であれば）外官７内で当該外官７に対して回転することが出来る。
ここで、ジャイロスコープ収納部５は「外側から２番目の管」に該当し、ジャイロスコープ５１は「外側から２番目の管に取り付けられたジャイロスコープ」に相当する。
【００３５】
前記クラッチ部４は、例えば、ダンパ３側の雌スプライン４３（図１８）と、ジャイロスコープ収納部５側の雄スプライン４５（図１８）とにより構成されている。クラッチ部４は、図示しない手段による非回転伸長部６の伸長・縮退動作によって、接続或いは断切される構成である。
なお、図１６では、クラッチが接続された状態を示している。
【００３６】
次に、ジャイロスコープ５１（図１７、図１９）を用いた掘削位置の検出メカニズムについて、説明する。
図１５、図１６、図１８、図２０において、掘削装置Ａの先端の掘削ビット１からジャイロスコープ収納部５までは機能上、剛体に近い剛性を有するものであり、当然掘削ビット１からジャイロスコープ５１（図１５、図１６、図１８、図２０においてはジャイロ収納部５のみを示す）までの距離も決定されている。
一方、詳細を図１７、図１９、図２１で示すジャイロスコープ５１は、ローリング、ピッチング、ヨーイングの３軸の角度を検出するもので、明確には図示されてはいないが、ジャイロ姿勢角度（単位時間での水平面での方角及び水平に対するジャイロの傾き角の総称）は、常に記録出来るように構成されている。  掘削開始時点の位置を認識しておれば、単位時間毎の前記掘削ロッドＤの送り量と前述の姿勢角度との積を積分することにより、ジャイロスコープ５１の位置、即ち掘削ビット１の位置を特定出来る。
【００３７】
実際に掘削作業を進める場合、掘削ビットに近い場所では、掘削による反動トルクと、掘削ビット１とモータ収納部２との間の摩擦とにより、掘削ロッドＤは捩じられてしまい、外管７とは回転位相差、即ちローリング角α（図１９、図２１）が生じてしまう。
【００３８】
掘削抵抗による反動トルクの大小と、ジャイロ５１のローリング角αとの関係について、図１６〜図２１を用いて説明する。
前述の図１６は、通常掘削時で掘削抵抗による反動トルクが小さな場合の状態を示すものである。この場合におけるジャイロスコープ収納部５のＸ１-Ｘ１断 面 を図１７に示す。
なお、掘削ビット１の回転方向は、図１８の矢印Ｇで示す。
【００３９】
図１７（通常掘削時で掘削抵抗による反動トルクが小さな場合におけるジャイロスコープ収納部５の横断面）において、外管７の内部には、管状のジャイロスコープ収納部５が、当該外管７と相対回転自在に収納されている。ここで、回転方向の基準位置５５は、管状のジャイロスコープ収納部５において、図１７中真上の位置に配置されている。
ジャイロスコープ収納部５内には、図示せぬ手段によって支持された状態で、ジャイロスコープ５１が収納され配置されている。図１６、図１７で示す場合、すなわち通常掘削時で掘削抵抗による反動トルクが小さな場合には、管状のジャイロスコープ収納部５には捩れが生じないので、前記基準位置５５は図１７中で真上に位置したままである。
【００４０】
次に、掘削時で掘削抵抗による反動トルクが大きな場合は、図１８、図１９（図１８のＸ２-Ｘ２断面）で示されている。  図１８において、クラッチ部４は図１６と同様に接続状態である。上述した通り、図１８の状態では掘削ビット１に発生した反動トルクが大きいので、掘削ビット１とモータ収納部２との間の抵抗によって、クラッチ部４のダンパ側（ビット１側）の雌スプライン４３にも、捩れによる回転変位（或いはローリング角）αが生じてしまう。
尚、図１８においても、掘削ビット１の回転方向は矢印Ｇで示されている。
【００４１】
ここで、クラッチは接続状態にあるので、前記クラッチ部４のジャイロスコープ側の雄スプライン４５及びジャイロスコープ収納部５も、図１９で示す様に、回転変位αを生じる。
ジャイロスコープ５１おいて、この回転変位αすなわちローリング角αが一定以上になると、ジャイロスコープ５１によるジャイロ姿勢角度の検出精度が悪化してしまい、掘削位置の検出精度も低下してしまう。
これに対して図示の実施形態では、図２０、図２１を参照して説明する態様にて、ジャイロスコープ５１のローリング角を解消するべく修正を行う。
【００４２】
図２０において、図示しない手段により非回転伸長部６が縮退動作をおこない、そのためダンパ３側の雌スプライン４３とジャイロスコープ側の雄スプライン４５は接続が解かれ、クラッチ部４は断切状態となって、スプライン４３と４５とは相対回転自在となる。
雌スプライン４３と雄スプライン４５とが相対回転自在となれば、掘削ビット１と掘削地盤との摩擦の影響を受けること無く、ジャイロスコープ５１と共にジャイロスコープ収納部５を、地上側から掘削装置Ａ（或いはボーリングマシンＥ）により回転することが可能となる。従って、クラッチ部４が断切状態となる直前（図１９の状態）のローリング角αの状態から、図２１の矢印ＣＣＷで示す方向へ、ジャイロスコープ収納部５を（ジャイロスコープ５１と共に）回転して、掘削位置の決定に誤差を与える原因となるローリング角αを解消することが出来る。
【００４３】
明確には示されていないが、地上側からジャイロスコープ収納部５を（ジャイロスコープ５１と共に）回転する機構として、例えば、掘削装置Ａを用いて、ローリング角αを解消する回転ＣＣＷを与えれば良い。
【００４４】
ジャイロスコープ５１の検出結果に基づいて、ローリング角αが許容値以上になったことが判明した場合には、図２０で示す様にクラッチ４を切り、掘削装置Ａ（図１５）により、ジャイロスコープ収納部５及びジャイロスコープ５１を、ローリング角αを解消する方向へ回転する。これにより、掘削ビット１の回転動作及び掘削地盤との摩擦に起因して生じたローリング角αを除去して、ジャイロスコープ位置の検出精度を向上することが出来る。
ローリング角αが解消したならば、再度図示しない手段によって掘削ロッドＤを伸長し、クラッチ４を接続し（雌スプライン４３と雄スプライン４５とで最も近い歯同士を組み合わせて）、再び掘削作業を続行する。
【００４５】
図２２では、掘削ビット１の交換時に、ジャイロスコープ位置の修正、即ち、座標の補正を行う態様を示している。以下、図２２を参照して、座標補正手順を説明する。
【００４６】
図２２の（イ）は、通常掘削時の状態を示す。
通常掘削に際しては、掘削作業中における単位時間毎に、前記掘削ロッドＤの送り量と前述の姿勢角度との積から当該単位時間における掘削ビットの位置変化を決定し、その変化量を積分すれば、ジャイロスコープ５１の位置、即ち掘削ビット１の位置を決定している。
上述した通り、掘削ビット１の回転により微細な誤差が生じ、その誤差が積分されて所謂「積分誤差」が発生してしまうが、通常の掘削時において当該積分誤差を解消することは困難である。
【００４７】
これに対して、図示の実施形態では、図２２（ロ）、（ハ）、（ニ）で示す処理により、上述した積分誤差を解消して、掘削位置の座標を補正している。図２２（ロ）の段階では、所定の掘削時間が経過したため、掘削ビット１を交換するべく、掘削ロッドＤを引き抜く。そして、図２２（ハ）で示す様に、掘削ビット１を交換した後に、掘削ロッドＤを挿入する。
【００４８】
ここで、掘削ロッドＤの挿入に際して、単位挿入量と姿勢角よりロッドＤ或いは掘削ビット１の変位量が計算され、計算された変位量を積分することにより、ロッドＤ或いは掘削ビット１の位置が決定される。そして、掘削ビット１交換後の掘削ロッドＤ再挿入の場合には、掘削ビット１の回転掘削は行われないので、挿入量と姿勢角度の積或いはその積分値に誤差が生じる恐れが無い。
すなわち、図２２（イ）の通常掘削時とは異なり、図２２（ハ）の再挿入時には、掘削ビット１の回転による微細な誤差は生じないので、挿入量と姿勢角度の積による位置決定が極めて高精度に行われる。
【００４９】
図２２の（ニ）では、掘削ビット交換前の位置（図２２の（イ）の位置）まで、掘削ビット１及び掘削ロッドＤを挿入（再挿入）した状態を示している。図２２（ハ）でも述べた様に、再挿入時には掘削ビット１の回転による微細な誤差は生じない。従って、掘削ビット１及び掘削ロッドＤの所定挿入量（予め定められた最小単位の挿入量）と姿勢角度の積算値を求め、当該積算値を積分することにより、掘削ビット１及び掘削ロッドＤの位置が、正確に決定されるのである。
【００５０】
図２２（イ）の段階で決定された掘削ビット１及び掘削ロッドＤの位置は、掘削ビット１の回転による微小誤差が積分されたものを包含しているので、不正確である。図２２（ニ）の段階で掘削ビット１及び掘削ロッドＤの正確な位置が定されたならば、地上側の制御装置Ｃ（図１５）に記憶された不正確な位置データ（図２２（イ）の段階の位置データ）を、図２２（ニ）の段階の正確なデータに補正する。具体的には、誤差を含んだ座標データを図２２（ニ）の段階で決定された正確な座標データに補正する。
【００５１】
図１５−図２２を参照して説明した掘削位置検出システムについて、図１４をも参照して、さらに説明する。
図１４のフローチャートにおいて、スタートし、ステップＳ１においてクラッチ４を繋ぎ（クラッチＯＮ）、ステップＳ２に進み、掘削作業の開始と共に掘削距離の計測が行われ、次のステップＳ３においてジャイロスコープ５１（図１７、図１９、図２１）により掘削ロッドＤのローリング角が検出される。
【００５２】
次にステップＳ４に進み、制御装置Ｃによりローリング角が許容範囲以内か否かが判断される。許容範囲以内であれば（ステップＳ４においてＹＥＳ）、ステップＳ８に進み、許容範囲を超していれば（ステップＳ４においてＮＯ）、ステップＳ５に進む。
【００５３】
ステップＳ５では、制御装置Ｃは作業を終了するか否かを判断して、終了する場合は（ステップＳ５においてＹＥＳ）、制御を完了する。制御を終了しないのであれば（ステップＳ５においてＮＯ）、ステップＳ６に進む。
ステップＳ６ではクラッチ４を切り（クラッチＯＦＦ）、そしてステップＳ７に進む。ステップＳ７では、図２０、図２１を参照して前述した態様で、許容範囲以上のローリング角を解消する。すなわち、掘削装置Ａ或いはボーリングマシンＥによってジャイロスコープ収納部５を（ジャイロスコープ５１と共に）回転し、以ってローリング角（図１９、図２１において、符号「α」で示す角度）を解消し、或いはジャイロスコープ５１で検出されるローリング角を許容範囲内に戻す。そして、ステップＳ２に戻る。
【００５４】
ステップＳ４においてジャイロスコープ５１で検出されたローリング角が許容範囲内であれば、例えば制御装置Ｃにより、掘削ビット１の交換が必要か否かを判断する。掘削ビット１の交換が必要でない場合（ステップＳ８においてＮＯ）、ステップＳ２に戻る。
一方、掘削ビット１の交換が必要な場合（ステップＳ８においてＹＥＳ）、ステップＳ９に進み、掘削ロッドＤを引き抜く（図２２（ロ）参照）。そして、掘削ビット１を交換し（ステップＳ１０）、ステップＳ１１に進む。
【００５５】
ステップＳ１１では、図２２（ハ）、（ニ）で説明した様に、掘削ロッドＤを挿入しながら、挿入量及び姿勢角度の積算値を積分することにより、掘削ビット１及び掘削ロッドＤの位置を計測する。掘削ビット１及び掘削ロッドＤをビット交換前の位置に戻したならば座標データを補正し、ステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では制御装置Ｃは作業を終了するのか否かを判断する。作業を終了する場合（ステップＳ１２においてＹＥＳ）には、掘削ビット１及び掘削ロッドＤの位置座標を補正した（ステップＳ１３）後、制御を終了する。
作業を終了しないのであれば（ステップＳ１２においてＮＯ）、ステップＳ１４に進む。
【００５６】
この様に構成することにより、ロッドＤの再挿入時には誤差の累積が無いため、再挿入時に挿入量と姿勢角度の積算値を積分することにより、正確な位置が決定されるので、ビット１及びロッドＤの現在位置に関する座標データを訂正・更新も可能となる。また、ビット交換の度に誤差が解消されて、掘削距離が長くなっても、常に正確な位置決めが可能である。
【００５７】
ステップＳ１４以下の工程では、上述したステップＳ５−Ｓ７と同様な処理を実行する。すなわち、制御装置Ｃはジャイロスコープ５１で検出されるローリング角が許容範囲以内であるか否かを判断し（ステップＳ１４）、許容範囲以内であれば（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、ステップＳ１１に戻る。
【００５８】
一方、計測されたローリング角が許容範囲を超えれば（ステップＳ１４においてＮＯ）、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、クラッチ４を切り（クラッチＯＦＦ）、ステップＳ１６に進み、ボーリングマシンＥで掘削ロッドＤを回し、ジャイロ５１を計測許容範囲以内に戻し、ステップＳ１１に戻る。
【００５９】
次に、多数の弾性体と樹脂材とを積層して構成された緩衝部材を有するダンパ部３について、図２３〜図２８を用いて説明する。  図２３のダンパ部品組付け図において、前述の外管７（図２３では図示しない）に内接して、内管３１（掘削ロッドＤの全長に及ぶ）が設けられ、該内管３１のダンパ部３の図中左端には図示せぬモータ収納部２を取り付ける接続金具３２が外周面に設けられたねじで係合され、該接続金具３２の図中右端にはスプリングシート３３が当接している。
【００６０】
図２４に示すように該スプリングシート３３には円周部と平面部よりなるシート面３３ｂが形成されており、このシート面に緩衝材の一つであるコイルスプリング３４の左端面が当接されている。
図２３において、該コイルスプリング３４の右端面には図２５に詳細を示すように、フランジ３５ａ、シート面３５ｂ、スリーブ３５ｃ、雌インロー３５ｅよりなる管状体の第一のフランジ付き緩衝材シート３５の前記シート面３５ｂが当接されている。
【００６１】
図２３で、前記第一のフランジ付き緩衝材シート３５の雌インロー３５ｅには、図２６に詳細を示すように、フランジ３６ａ、シート面３６ｂ、スリーブ３６ｃ、雄インロー３６ｄ、雌インロー３６ｅよりなる管状体における第二のフランジ付き緩衝材シート３６の雄インロー３６ｄが緩く嵌合されている。
【００６２】
図２３において、前記第一のフランジ付き緩衝材シート３５におけるフランジ３５ａの外周面と、第二のフランジ付き緩衝材シート３６におけるスリーブ３６ｃの外周面には、夫々、図２８に詳細を示すように、シート面３９ａ、スリーブ３９ｂ、雄インロー部３９ｃ、内径面３９ｄよりなる連続付き合わせ管状体３９のスリーブ３９ｂの内周面と、内径面３９ｄとに緩やかに嵌合され、軸方向に摺動自在に組付けられている。
【００６３】
また、前記第一のフランジ付き緩衝材シート３５の雌インロー３５ｅには第二のフランジ付き緩衝材シート３６の雄インロー３６ｄが緩く嵌合されている。
第二のフランジ付き緩衝材シート３６（組付け順に３６イ、３６ロ、３６ハ、３６ニ）が互いに、雌インロー３６ｅ、と雄インロー３６ｄとによって互いに嵌合し合っている。一方、図示では組付け順に３９イ、３９ロ、３９ハ、３９ニ、３９ホの５個の前記連続付き合わせ管状体３９が雄インロー３９ｃとスリーブ３９ｂの内壁とによって互いに嵌合し合っている。
尚、最右に位置する管状体３９ホの雄インロー３９ｃと前記内管３１の堰３１ａの内径側が係合し、連続付き合わせ管状体３９の集合体の左行を阻止している。
【００６４】
前記第二のフランジ付き緩衝材シート３６（３６ニ）の雌インロー３６ｅと、図２７に詳細を示すように、中央フランジ３７ａ、シート面３７ｂ、スリーブ３７ｃ、雄インロー３７ｄ、延長軸部３７ｆよりなる管状体の第三のフランジ付き緩衝材シート３７の雄インロー３９ｄとが緩やかに嵌合している。
【００６５】
前記管状体３９のシート面３９ａと前記第二のフランジ付き緩衝材シート３６のシート面３６ｂとの間、若しくは前記管状体３９のシート面３９ａと前記第三のフランジ付き緩衝材シート３７のシート面３７ｂとの間には樹脂製の緩衝材３８が５箇所で挟持されている。
【００６６】
前記第三のフランジ付き緩衝材シート３７の延長軸部３７ｆは図示しないクラッチ４の本体と摺動自在に嵌合されており、図示しない手段によって図面上左右方向に伸長・縮退可能に構成されている。
【００６７】
かかる構成によれば、クラッチ部４、ジャイロスコープ収納部６を介して非回転伸長部６の伸長運動や、掘削ビット１からの過大な衝撃力を受けた場合には、前記コイルスプリング３４と複数の樹脂製の緩衝材３８が撓むことにより、衝撃力は緩和され、位置検出時に影響を及ぼさない。
この場合、樹脂製の緩衝材の数を増すことにより衝撃力を分散することが出来、より衝撃緩和効果を高められる。
【００６８】
図１４〜図２８を参照して説明した掘削位置検出方法及び装置によれば、誤差の累積が無く、正確な位置が決定出来る。そして、再挿入時に正確な位置が決定されるので、現掘削位置に関するデータを訂正・更新も可能となる。
また、上記掘削位置検出方法及び装置によれば、ビット交換の度に誤差が解消されて、掘削距離が長くなっても、常に正確な位置決めが可能である。
さらに、複層の樹脂製の緩衝材を用いたダンパによって、掘削時等の衝撃が緩和され、位置検出時への影響を無くすことが出来る。
【００６９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した構成により、以下に列挙する様な優れた効果を奏するものである。
（１）  掘削削位置がリアルタイムで把握でき、計画に対し誤差を生じた場合に容易に軌道修正ができていちいち引き戻す必要がない。
（２）  外管（ケーシング）が回転しないので地山を痛めない。
（３）  したがって、長尺ボーリングを正確に施工できる。
（４）  また、複層の樹脂製の緩衝部材材を用い、掘削時等の衝撃が緩和され、位置検出時への影響を無くすことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の構成を示す図。
【図２】掘削装置を示す断面図。
【図３】掘削装置の詳細を示す断面図。
【図４】キーを示す図２のａ−ａ断面図。
【図５】制御ウエッジを示す図２のｂ−ｂ断面図。
【図６】制御ウエッジの他の実施形態を示す断面図。
【図７】計測画面の一例を示す図。
【図８】直線掘削時を説明する図。
【図９】方向修正時に内管を引き込んだ状態を説明する図。
【図１０】外管を回しウエッジの位置を変えた状態を説明する図。
【図１１】内管を回動しキーを合わせ外管から押し出す状態を説明する図。
【図１２】クラッチを切って内管を回転しジャイロ計測範囲に入れる状態を説明する図。
【図１３】ビットを駆動し軌道修正をしている状態を説明する図。
【図１４】本発明と組み合わせて用いられる掘削位置検出方法の計測・制御フローチャートを示す図。
【図１５】本発明と組み合わせて用いられる掘削位置検出装置の全体構成図。
【図１６】掘削ビットを含む多重管の概要図であって、掘削抵抗により外管に捩れが生じていない場合の状態図。
【図１７】図１６のＸ１-Ｘ１断面図。
【図１８】掘削ビットを含む多重管の概要図であって、掘削抵抗により外管に捩れが生じている場合の状態図。
【図１９】図１８のＸ２-Ｘ２断面図。
【図２０】掘削ビットを含む多重管の概要図であって、ジャイロ修正時の状態図。
【図２１】図２０のＸ３-Ｘ３断面図。
【図２２】回転方向の座標を補正する手順を示す図。
【図２３】本発明と組み合わせて用いられる掘削位置検出装置のダンパ部の部分断面詳細図。
【図２４】ダンパ部の構成部品であるスプリングシートの断面詳細図。
【図２５】ダンパ部の構成部品である第一のフランジ付き緩衝材シートの断面詳細図。
【図２６】ダンパ部の構成部品である第二のフランジ付き緩衝材シートの断面詳細図。
【図２７】ダンパ部の構成部品である第三のフランジ付き緩衝材シートの断面詳細図。
【図２８】ダンパ部の構成部品である連続付き合わせ管状体の断面詳細図。
【符号の説明】
１・・・掘削ビット
２・・・モータ
３・・・ダンパ部
４・・・クラッチ部
５・・・ジャイロ収納部
６・・・伝送部
７・・・外管
８・・・制御ウエッジ１０・・・掘削装置
２０・・・ボーリングマシン
３０・・・制御ユニット
３１・・・中央制御盤
３２・・・操作ユニット
３３・・・コンピュータ
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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