トンネル掘削機
【課題】 トンネル掘削機において、掘削機前方の全ての領域を遠方まで精度良く探査することで容易に障害物を探査可能とする。
【解決手段】 カッタヘッド１２の前面部に受信アンテナ２５とこの受信アンテナ２５の外周辺に近接して４つの送信アンテナ２１，２２，２３，２４を配設し、長距離探査では、同期制御装置２８が各送信アンテナ２１〜２４による電磁波の同時送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御し、広範囲探査では、同期制御装置２８が各送信アンテナ２１〜２３による電磁波の断続的な送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御し、解析装置３０が受信アンテナ２５が受信した受信信号とロータリエンコーダ２９が検出したカッタヘッド１２の回転角度から、障害物Ｐ（Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ）の位置と距離を高精度に演算処理する。
【解決手段】 カッタヘッド１２の前面部に受信アンテナ２５とこの受信アンテナ２５の外周辺に近接して４つの送信アンテナ２１，２２，２３，２４を配設し、長距離探査では、同期制御装置２８が各送信アンテナ２１〜２４による電磁波の同時送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御し、広範囲探査では、同期制御装置２８が各送信アンテナ２１〜２３による電磁波の断続的な送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御し、解析装置３０が受信アンテナ２５が受信した受信信号とロータリエンコーダ２９が検出したカッタヘッド１２の回転角度から、障害物Ｐ（Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ）の位置と距離を高精度に演算処理する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、前方の地盤にカッタヘッドでは掘削が困難な障害物があった場合に、この障害物を事前に探査する探査機能を有するトンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１４に障害物探査機能を有する従来のシールド掘削機の概略を示す。
【０００３】従来のシールド掘削機において、図１４に示すように、筒状の掘削機本体101の前部にはカッタヘッド102が回転自在に装着されており、このカッタヘッド102の前面には図示しない多数のカッタビットが固定されており、カッタヘッド102は図示しない旋回モータによって回転可能となっている。また、掘削機本体101の後部には周方向に図示しない複数のシールドジャッキが並設されており、このシールドジャッキが伸長することで、既設のセグメントからの反力によって掘削機本体101が前進することができる。
【０００４】従って、トンネルを掘削形成するには、まず、旋回モータによりカッタヘッド102を回転させながら、複数のシールドジャッキを伸長してその押し付け反力によって掘削機本体101を前進させことで、カッタヘッド102の多数のカッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを掘削形成することができる。
【０００５】ところで、シールド掘削機によるトンネルの掘削中に、前方の地盤に予期せぬ障害物、例えば、シートパイルやＨ型鋼杭、鉄筋コンクリート杭などが発見された場合、カッタヘッド102ではこれを破砕することができない。そのため、シールド掘削機には地中レーダなどからなる探査機構が設けられており、この探査機構によって前方の地盤に存在する障害物を事前に探査し、トンネルの上方の地面を開削してこの障害物を除去したり、振動杭打ち機などを利用して障害物を抜き取っていた。
【０００６】即ち、従来のシールド掘削機において、カッタヘッド102の前面部には電磁波を送信する送信アンテナ111と反射した電磁波を受信する受信アンテナ112が並んで装着されている。従って、回転するカッタヘッド102によって前方の地盤を掘削しているとき、送信アンテナ111から前方に向かって電磁波が放射すると、電磁波は障害物によって反射し、受信アンテナ112がこの反射した電磁波を受信することで、その受信レベルから障害物までの距離を算出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、探査機構によって前方の障害物を探査する場合、探査精度を向上させるためにはアンテナの指向性を良くする必要がある。また、探査機構によって遠方の障害物を探査するためには、アンテナの形状を大きくする必要がある。ところが、上述した従来のシールド掘削機では、カッタヘッド102の前面部の一部に送信アンテナ111と受信アンテナ112からなる一組の探査機構が設けられているだけであり、カッタヘッド102の回転時に、この探査機構による探査領域は図１４に二点鎖線で表した近距離の領域Ａであり、シールド掘削機の遠方の全ての領域を探査することができないという問題がある。
【０００８】そして、シールド掘削機の遠方の全ての領域を探査するためには、送信アンテナ111と受信アンテナ112とからなる探査機構を複数設けたり、形状を大きくしなければならず、コスト高となってしまう。また、カッタヘッド102の前面部には前方の地盤を掘削するための多数のカッタビットが装着されており、送信アンテナ111及び受信アンテナ112の装着スペースに制約があり、数を増やしたり、大きくしたりすることはできなかった。
【０００９】本発明はこのような問題を解決するものであって、掘削機前方の全ての領域を遠方まで精度良く探査することで容易に障害物を探査可能としたトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するための請求項１の発明のトンネル掘削機は、掘削機本体の前部に回転自在なカッタヘッドが装着され、前記掘削機本体の前進に伴って前記カッタヘッドを駆動回転させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを形成するトンネル掘削機において、前記カッタヘッドの前面部に受信アンテナを装着すると共に、前記カッタヘッドの前面部に該受信アンテナの外周辺に近接して複数の送信アンテナを装着し、同期制御装置によって該複数の送信アンテナからの送信波の同時送信あるいは同時放射と前記受信アンテナでの送信波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能としたことを特徴とするものである。
【００１１】また、請求項２の発明のトンネル掘削機は、掘削機本体の前部に回転自在なカッタヘッドが装着され、前記掘削機本体の前進に伴って前記カッタヘッドを駆動回転させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを形成するトンネル掘削機において、前記カッタヘッドの前面部に周方向に沿って並設された送信アンテナと受信アンテナとからなるアンテナ装置を前記カッタヘッドの径方向に沿って複数組並設すると共に、前記各送信アンテナと受信アンテナとが互いに隣接するように配設し、同期制御装置によって前記複数の送信アンテナからの送信波の同時送信あるいは同時放射と前記受信アンテナでの送信波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能としたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】図１に本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の概略、図２にカッタヘッドに装着されたアンテナの概略、図３に障害物探査機構の概略構成、図４に障害物探査機構による長距離探査時の説明、図５に長距離探査時における送受信波のタイムチャート、図６に障害物探査機構による広範囲探査時の説明、図７に広範囲探査時における送受信波のタイムチャートを示す。
【００１４】本実施形態のシールド掘削機において、図１R>１乃至図３に示すように、筒状の掘削機本体１１の前部にはカッタヘッド１２が回転自在に装着されており、このカッタヘッド１２の前面には地盤を掘削する図示しない多数のカッタビットが固定されており、カッタヘッド１２は図示しない旋回モータによって回転可能となっている。また、掘削機本体１１の後部には周方向に図示しない複数のシールドジャッキが並設されており、このシールドジャッキが伸長することで、既設のセグメントからの反力によって掘削機本体１１が前進することができる。
【００１５】このカッタヘッド１２の前面部には、電磁波を送信する複数（本実施形態では４つ）の送信アンテナ２１，２２，２３，２４と、反射した電磁波を受信する受信アンテナ２５がそれぞれ装着されている。本実施形態では、各アンテナ２１〜２５がカッタヘッド１２の回転中心Ｏと一方の外周部との間に配設され、受信アンテナ２５の外周辺に近接して各送信アンテナ２１，２２，２３，２４が位置している。この各アンテナ２１〜２５は、内部にダイポールアンテナ２１ａ〜２５ａを有しており、前面部には土圧や水圧の影響を防ぐために十分な強度と水密性を有すると共に、電磁波を透過可能な、例えば、ＦＲＰ樹脂からなる保護カバー２６が取付けられている。また、各アンテナ２１〜２５はこのダイポールアンテナ２１ａ〜２５ａに接続された受信部２１ｂ〜２５ｂを有し、この受信部２１ｂ〜２５ｂは内部に高周波増幅器や周波数変換用サンプリング回路を有しており、例えば、受信アンテナ２５が受信した微弱な高周波信号を増幅して低周波に変換することができる。
【００１６】この送信アンテナ２１，２２，２３，２４及び受信アンテナ２５はスリップリング２７を介して掘削機本体１１に搭載された同期制御装置２８に接続されている。この同期制御装置２８は各送信アンテナ２１〜２４に送信指令を与えて前方に電磁波（送信波）を発信させたり、受信アンテナ２５に受信指令を与えて反射して戻ってきた電磁波（送信波）を受信させるものであり、各送信アンテナ２１〜２４による電磁波の送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能となっている。
【００１７】また、掘削機本体１１にはロータリエンコーダ２９が装着されており、カッタヘッド１２の回転角度を検出することができる。このロータリエンコーダ２９は掘削機本体１１に搭載された解析装置３０に接続されており、この解析装置３０には同期制御装置２８も接続されている。この解析装置３０は、受信アンテナ２５が受信して同期制御装置２８から入力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤ変換器３０ａと、ロータリエンコーダ２９から入力されたパルス信号をカッタヘッド１２の回転角度に変換するカウンタ３０ｂとを有している。そして、この解析装置３０は、ＡＤ変換器３０ａがデジタル信号に変換した受信データと、カウンタ３０ｂが変換したカッタヘッド１２の回転角度とから障害物の位置と距離を演算し、その演算結果を表示する。
【００１８】従って、上述した本実施形態のシールド掘削機によってトンネルを掘削形成するには、まず、旋回モータによりカッタヘッド１２を回転させながら、複数のシールドジャッキを伸長してその押し付け反力によって掘削機本体１１を前進させことで、カッタヘッド１２の多数のカッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを掘削形成することができる。
【００１９】このトンネル掘削作業と同時に、アンテナ２１〜２５等からなる探査機構によって前方の地盤に存在する障害物を事前に探査している。即ち、長距離探査を行う場合、図４に示すように、同期制御装置２８が、まず、各送信アンテナ２１〜２４に同時に送信指令を与えると、送信部２１ｂ〜２４ｂは高周波電圧パルスを印加し、図５に示すように、ダイポールアンテナ２１ａ〜２４ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。このダイポールアンテナ２１ａ〜２４ａから放射された電磁波は同じ位置で重なり合うため、送信波の振幅は大きくなってより遠方の障害物Ｐまで到達することができる。
【００２０】そして、このダイポールアンテナ２１ａ〜２４ａからの送信波が障害物Ｐに到達すると反射し、次に、受信アンテナ２５に受信指令を与えると、この受信アンテナ２５のダイポールアンテナ２５ａが受信する。そして、受信部２５ｂは受信アンテナ２５が受信した微弱な高周波信号を増幅して低周波に変換し、同期制御装置２８を介して解析装置３０に出力する。このように同期制御装置２８は各送信アンテナ２１〜２４による電磁波の送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御する。
【００２１】一方、ロータリエンコーダ２９はカッタヘッド１２の回転角度をパルス信号として検出し、その検出結果を解析装置３０に出力する。そして、解析装置３０にて、受信アンテナ２５が受信して同期制御装置２８から入力された受信信号をＡＤ変換器３０ａがアナログ信号からデジタル信号に変換すると共に、ロータリエンコーダ２９から入力されたパルス信号をカウンタ３０ｂがカッタヘッド１２の回転角度に変換する。そして、この解析装置３０は、ＡＤ変換器３０ａがデジタル信号に変換した受信データと、カウンタ３０ｂが変換したカッタヘッド１２の回転角度とから障害物Ｐの位置と距離を演算し、その演算結果を表示する。
【００２２】また、広範囲探査を行う場合、図６に示すように、同期制御装置２８が、まず、送信アンテナ２１に送信指令を与えると、送信部２１ｂは高周波電圧パルスを印加し、図７に示すように、ダイポールアンテナ２１ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。次に、同期制御装置２８が送信アンテナ２２に送信指令を与えると、送信部２２ｂは高周波電圧パルスを印加し、ダイポールアンテナ２２ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。更に、同期制御装置２８が送信アンテナ２３に送信指令を与えると、送信部２３ｂは高周波電圧パルスを印加し、ダイポールアンテナ２３ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。そして、各ダイポールアンテナ２１ａ〜２４ａから放射された電磁波は近傍の障害物Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 に到達すると反射し、送信アンテナ２５に受信指令を与えると、ダイポールアンテナ２５ａが受信する。
【００２３】受信アンテナ２５の受信部２５ｂは受信した微弱な高周波信号を増幅して低周波に変換し、同期制御装置２８を介して解析装置３０に出力する。このように同期制御装置２８は各送信アンテナ２１〜２３による電磁波の断続的な送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御する。そして、解析装置３０は、受信アンテナ２５が受信した受信信号をデジタル信号に変換すると共に、ロータリエンコーダ２９から入力されたパルス信号をカッタヘッド１２の回転角度に変換し、障害物Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 の各位置と距離を演算し、その演算結果を表示する。
【００２４】このように本実施形態のシールド掘削機にあっては、カッタヘッド１２の前面部に受信アンテナ２５とこの受信アンテナ２５の外周辺に近接して４つの送信アンテナ２１，２２，２３，２４を配設し、長距離探査を行う場合には、同期制御装置２８が各送信アンテナ２１〜２４による電磁波の同時送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御し、広範囲探査を行う場合には、同期制御装置２８が各送信アンテナ２１〜２３による電磁波の断続的な送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御しており、解析装置３０は、受信アンテナ２５が受信した受信信号とロータリエンコーダ２９が検出したカッタヘッド１２の回転角度から、障害物Ｐ（Ｐ1 ，Ｐ2，Ｐ3 ）の各位置と距離を適切に高精度に演算処理することができる。
【００２５】図８に本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の概略、図９に障害物探査機構の概略構成、図１０に障害物探査機構による長距離探査時の説明、図１１に長距離探査時における送受信波のタイムチャート、図１２に障害物探査機構による広範囲探査時の説明、図１３に広範囲探査時における送受信波のタイムチャートを示す。
【００２６】本実施形態のシールド掘削機において、図８R>８及び図９に示すように、掘削機本体３１の前部には多数のカッタビットを有するカッタヘッド３２が旋回モータによって回転可能に装着されている。そして、このカッタヘッド３２の前面部には、電磁波を送信する複数（本実施形態では３つ）の送信アンテナ４１，４２，４３と、反射した電磁波を受信する複数（本実施形態では３つ）の受信アンテナ４３，４４，４５がそれぞれ装着されている。本実施形態では、送信アンテナ４１〜４３と受信アンテナ４３〜４５とがカッタヘッド３２の周方向に沿ってそれぞれ対をなして並設され、各アンテナ４１，４４と４２，４５と４３，４６がそれぞれアンテナ装置としてカッタヘッド３２の径方向に沿って並設されている。なお、送信アンテナ４１〜４３と受信アンテナ４３〜４５は互いに隣接するように配設されている。そして、各アンテナ４１〜４６は、内部にダイポールアンテナ４１ａ〜４６ａと、このダイポールアンテナ４１ａ〜４６ａに接続された受信部４１ｂ〜４６ｂを有している。
【００２７】この送信アンテナ４１〜４３及び受信アンテナ４４〜４６はスリップリング４７を介して同期制御装置４８に接続され、この同期制御装置４８は各送信アンテナ４１〜４３に送信指令を与えて前方に電磁波（送信波）を発信させたり、受信アンテナ４４〜４６に受信指令を与えて反射して戻ってきた電磁波（送信波）を受信させるものであり、電磁波の送信と受信とを繰り返し行うように切換制御可能となっている。また、掘削機本体１１にはロータリエンコーダ４９と解析装置５０が搭載されており、解析装置５０は、受信アンテナ４４〜４６が受信して同期制御装置４８から入力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤ変換器５０ａと、ロータリエンコーダ４９から入力されたパルス信号をカッタヘッド３２の回転角度に変換するカウンタ５０ｂとを有している。そして、この解析装置５０は、ＡＤ変換器５０ａがデジタル信号に変換した受信データと、カウンタ５０ｂが変換したカッタヘッド３２の回転角度とから障害物の位置と距離を演算し、その演算結果を表示する。
【００２８】従って、上述した本実施形態のシールド掘削機によってトンネルを掘削形成するには、まず、旋回モータによりカッタヘッド３２を回転させながら、複数のシールドジャッキを伸長してその押し付け反力によって掘削機本体３１を前進させことで、カッタヘッド３２の多数のカッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを掘削形成することができる。
【００２９】このトンネル掘削作業と同時に、アンテナ４１〜４６等からなる探査機構によって前方の地盤に存在する障害物を事前に探査している。即ち、長距離探査を行う場合、図１０に示すように、同期制御装置４８が、まず、各送信アンテナ４１〜４３に同時に送信指令を与えると、送信部４１ｂ〜４３ｂは高周波電圧パルスを印加し、図１１に示すように、ダイポールアンテナ４１ａ〜４３ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。このダイポールアンテナ４１ａ〜４３ａから放射された電磁波は同じ位置で重なり合うため、送信波の振幅は大きくなってより遠方の障害物Ｐまで到達することができる。
【００３０】そして、このダイポールアンテナ４１ａ〜４３ａからの送信波が障害物Ｐに到達すると反射し、次に、送信アンテナ４５に受信指令を与えると、この受信アンテナ４５のダイポールアンテナ４５ａが受信する。そして、受信部４５ｂは受信アンテナ４５が受信した微弱な高周波信号を増幅して低周波に変換し、同期制御装置４８を介して解析装置５０に出力する。このように同期制御装置５８は各送信アンテナ４１〜４３による電磁波の送信と受信アンテナ４５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御する。
【００３１】一方、ロータリエンコーダ４９はカッタヘッド３２の回転角度をパルス信号として検出し、その検出結果を解析装置５０に出力する。そして、解析装置５０にて、受信アンテナ４５が受信して同期制御装置４８から入力された受信信号をＡＤ変換器５０ａがアナログ信号からデジタル信号に変換すると共に、ロータリエンコーダ４９から入力されたパルス信号をカウンタ５０ｂがカッタヘッド３２の回転角度に変換する。そして、この解析装置５０は、ＡＤ変換器５０ａがデジタル信号に変換した受信データと、カウンタ５０ｂが変換したカッタヘッド３２の回転角度とから障害物Ｐの位置と距離を演算し、その演算結果を表示する。
【００３２】また、広範囲探査を行う場合、図１２に示すように、同期制御装置２８が、まず、送信アンテナ４１に送信指令を与えると、送信部４１ｂは高周波電圧パルスを印加し、図１３に示すように、ダイポールアンテナ４１ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。そして、ダイポールアンテナ４１ａから放射された電磁波は近傍の障害物Ｐ1 に到達すると反射し、送信アンテナ４４に受信指令を与えると、ダイポールアンテナ４４ａが受信する。次に、同期制御装置２８が送信アンテナ４２に送信指令を与えると、送信部４２ｂは高周波電圧パルスを印加し、ダイポールアンテナ４２ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。そして、ダイポールアンテナ４２ａから放射された電磁波は近傍の障害物Ｐ2 に到達すると反射し、送信アンテナ４５に受信指令を与えると、ダイポールアンテナ４５ａが受信する。更に、同期制御装置２８が送信アンテナ４３に送信指令を与えると、送信部４３ｂは高周波電圧パルスを印加し、ダイポールアンテナ４３ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。そして、ダイポールアンテナ４３ａから放射された電磁波は近傍の障害物Ｐ3 に到達すると反射し、送信アンテナ４６に受信指令を与えると、ダイポールアンテナ４６ａが受信する。
【００３３】各受信アンテナ４４〜４６の受信部４４ｂ〜４６ｂは受信した微弱な高周波信号を増幅して低周波に変換し、同期制御装置４８を介して解析装置５０に出力する。このように同期制御装置４８は各送信アンテナ４１〜４３による電磁波の断続的な送信と各受信アンテナ４４〜４６による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御する。そして、解析装置５０は、受信アンテナ４４〜４６が受信した受信信号をデジタル信号に変換すると共に、ロータリエンコーダ４９から入力されたパルス信号をカッタヘッド３２の回転角度に変換し、障害物Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 の各位置（大きさ）と距離を演算し、その演算結果を表示する。
【００３４】このように本実施形態のシールド掘削機にあっては、カッタヘッド３２の前面部に送信アンテナ４１〜４３と受信アンテナ４４〜４６を周方向に沿って並設すると共に径方向に沿って複数組並設して互いに隣接するように配設し、長距離探査を行う場合には、同期制御装置４８が各送信アンテナ４１〜４３による電磁波の同時送信と受信アンテナ４４〜４６うちの一つによる電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御し、広範囲探査を行う場合には、同期制御装置４８が各送信アンテナ４１〜４３による電磁波の断続的な送信と受信アンテナ４４〜４６による電磁波の断続的な受信とを繰り返し行うように切換制御しており、解析装置５０は、受信アンテナ４４〜４６が受信した受信信号とロータリエンコーダ４９が検出したカッタヘッド３２の回転角度から、障害物Ｐ（Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ）の各位置（大きさ）と距離を適切に高精度に演算処理することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、カッタヘッドの前面部に受信アンテナを装着すると共に、カッタヘッドの前面部にこの受信アンテナの外周辺に近接して複数の送信アンテナを装着し、同期制御装置によって複数の送信アンテナからの送信波の同時送信あるいは同時放射と受信アンテナでの送信波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能としたので、長距離探査では、各送信アンテナによる電磁波の同時送信と受信アンテナによる電磁波の受信とを繰り返し行い、広範囲探査では、各送信アンテナによる電磁波の断続的な送信と受信アンテナによる電磁波の受信とを繰り返し行うことで、掘削機前方の全ての領域を遠方まで精度良く探査して容易に障害物の位置や距離を得ることができる。
【００３６】また、請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、カッタヘッドの前面部に周方向に沿って並設された送信アンテナと受信アンテナとからなるアンテナ装置をカッタヘッドの径方向に沿って複数組並設すると共に、各送信アンテナと受信アンテナとが互いに隣接するように配設し、同期制御装置によって複数の送信アンテナからの送信波の同時送信あるいは同時放射と受信アンテナでの送信波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能としたので、長距離探査では、各送信アンテナによる電磁波の同時送信と受信アンテナによる電磁波の受信とを繰り返し行い、広範囲探査では、各送信アンテナによる電磁波の断続的な送信と各受信アンテナによる電磁波の断続的な受信とを繰り返し行うことで、掘削機前方の全ての領域を遠方まで精度良く探査して容易に障害物の位置や距離を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の概略図である。
【図２】カッタヘッドに装着されたアンテナの概略図である。
【図３】障害物探査機構の概略構成図である。
【図４】障害物探査機構による長距離探査時の説明図である。
【図５】長距離探査時における送受信波のタイムチャートである。
【図６】障害物探査機構による広範囲探査時の説明図である。
【図７】広範囲探査時における送受信波のタイムチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の概略図である。
【図９】障害物探査機構の概略構成図である。
【図１０】障害物探査機構による長距離探査時の説明図である。
【図１１】長距離探査時における送受信波のタイムチャートである。
【図１２】障害物探査機構による広範囲探査時の説明図である。
【図１３】広範囲探査時における送受信波のタイムチャートである。
【図１４】障害物探査機能を有する従来のシールド掘削機の概略図である。
【符号の説明】
１１ 掘削機本体
１２ カッタヘッド
２１，２２，２３，２４ 送信アンテナ
２５ 受信アンテナ
２８ 同期制御装置
２９ ロータリエンコーダ
３０ 解析装置
３１ 掘削機本体
３２ カッタヘッド
４１，４２，４３ 送信アンテナ
４４，４５，４６ 受信アンテナ
４８ 同期制御装置
４９ ロータリエンコーダ
５０ 解析装置
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、前方の地盤にカッタヘッドでは掘削が困難な障害物があった場合に、この障害物を事前に探査する探査機能を有するトンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１４に障害物探査機能を有する従来のシールド掘削機の概略を示す。
【０００３】従来のシールド掘削機において、図１４に示すように、筒状の掘削機本体101の前部にはカッタヘッド102が回転自在に装着されており、このカッタヘッド102の前面には図示しない多数のカッタビットが固定されており、カッタヘッド102は図示しない旋回モータによって回転可能となっている。また、掘削機本体101の後部には周方向に図示しない複数のシールドジャッキが並設されており、このシールドジャッキが伸長することで、既設のセグメントからの反力によって掘削機本体101が前進することができる。
【０００４】従って、トンネルを掘削形成するには、まず、旋回モータによりカッタヘッド102を回転させながら、複数のシールドジャッキを伸長してその押し付け反力によって掘削機本体101を前進させことで、カッタヘッド102の多数のカッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを掘削形成することができる。
【０００５】ところで、シールド掘削機によるトンネルの掘削中に、前方の地盤に予期せぬ障害物、例えば、シートパイルやＨ型鋼杭、鉄筋コンクリート杭などが発見された場合、カッタヘッド102ではこれを破砕することができない。そのため、シールド掘削機には地中レーダなどからなる探査機構が設けられており、この探査機構によって前方の地盤に存在する障害物を事前に探査し、トンネルの上方の地面を開削してこの障害物を除去したり、振動杭打ち機などを利用して障害物を抜き取っていた。
【０００６】即ち、従来のシールド掘削機において、カッタヘッド102の前面部には電磁波を送信する送信アンテナ111と反射した電磁波を受信する受信アンテナ112が並んで装着されている。従って、回転するカッタヘッド102によって前方の地盤を掘削しているとき、送信アンテナ111から前方に向かって電磁波が放射すると、電磁波は障害物によって反射し、受信アンテナ112がこの反射した電磁波を受信することで、その受信レベルから障害物までの距離を算出することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、探査機構によって前方の障害物を探査する場合、探査精度を向上させるためにはアンテナの指向性を良くする必要がある。また、探査機構によって遠方の障害物を探査するためには、アンテナの形状を大きくする必要がある。ところが、上述した従来のシールド掘削機では、カッタヘッド102の前面部の一部に送信アンテナ111と受信アンテナ112からなる一組の探査機構が設けられているだけであり、カッタヘッド102の回転時に、この探査機構による探査領域は図１４に二点鎖線で表した近距離の領域Ａであり、シールド掘削機の遠方の全ての領域を探査することができないという問題がある。
【０００８】そして、シールド掘削機の遠方の全ての領域を探査するためには、送信アンテナ111と受信アンテナ112とからなる探査機構を複数設けたり、形状を大きくしなければならず、コスト高となってしまう。また、カッタヘッド102の前面部には前方の地盤を掘削するための多数のカッタビットが装着されており、送信アンテナ111及び受信アンテナ112の装着スペースに制約があり、数を増やしたり、大きくしたりすることはできなかった。
【０００９】本発明はこのような問題を解決するものであって、掘削機前方の全ての領域を遠方まで精度良く探査することで容易に障害物を探査可能としたトンネル掘削機を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するための請求項１の発明のトンネル掘削機は、掘削機本体の前部に回転自在なカッタヘッドが装着され、前記掘削機本体の前進に伴って前記カッタヘッドを駆動回転させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを形成するトンネル掘削機において、前記カッタヘッドの前面部に受信アンテナを装着すると共に、前記カッタヘッドの前面部に該受信アンテナの外周辺に近接して複数の送信アンテナを装着し、同期制御装置によって該複数の送信アンテナからの送信波の同時送信あるいは同時放射と前記受信アンテナでの送信波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能としたことを特徴とするものである。
【００１１】また、請求項２の発明のトンネル掘削機は、掘削機本体の前部に回転自在なカッタヘッドが装着され、前記掘削機本体の前進に伴って前記カッタヘッドを駆動回転させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを形成するトンネル掘削機において、前記カッタヘッドの前面部に周方向に沿って並設された送信アンテナと受信アンテナとからなるアンテナ装置を前記カッタヘッドの径方向に沿って複数組並設すると共に、前記各送信アンテナと受信アンテナとが互いに隣接するように配設し、同期制御装置によって前記複数の送信アンテナからの送信波の同時送信あるいは同時放射と前記受信アンテナでの送信波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能としたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１３】図１に本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の概略、図２にカッタヘッドに装着されたアンテナの概略、図３に障害物探査機構の概略構成、図４に障害物探査機構による長距離探査時の説明、図５に長距離探査時における送受信波のタイムチャート、図６に障害物探査機構による広範囲探査時の説明、図７に広範囲探査時における送受信波のタイムチャートを示す。
【００１４】本実施形態のシールド掘削機において、図１R>１乃至図３に示すように、筒状の掘削機本体１１の前部にはカッタヘッド１２が回転自在に装着されており、このカッタヘッド１２の前面には地盤を掘削する図示しない多数のカッタビットが固定されており、カッタヘッド１２は図示しない旋回モータによって回転可能となっている。また、掘削機本体１１の後部には周方向に図示しない複数のシールドジャッキが並設されており、このシールドジャッキが伸長することで、既設のセグメントからの反力によって掘削機本体１１が前進することができる。
【００１５】このカッタヘッド１２の前面部には、電磁波を送信する複数（本実施形態では４つ）の送信アンテナ２１，２２，２３，２４と、反射した電磁波を受信する受信アンテナ２５がそれぞれ装着されている。本実施形態では、各アンテナ２１〜２５がカッタヘッド１２の回転中心Ｏと一方の外周部との間に配設され、受信アンテナ２５の外周辺に近接して各送信アンテナ２１，２２，２３，２４が位置している。この各アンテナ２１〜２５は、内部にダイポールアンテナ２１ａ〜２５ａを有しており、前面部には土圧や水圧の影響を防ぐために十分な強度と水密性を有すると共に、電磁波を透過可能な、例えば、ＦＲＰ樹脂からなる保護カバー２６が取付けられている。また、各アンテナ２１〜２５はこのダイポールアンテナ２１ａ〜２５ａに接続された受信部２１ｂ〜２５ｂを有し、この受信部２１ｂ〜２５ｂは内部に高周波増幅器や周波数変換用サンプリング回路を有しており、例えば、受信アンテナ２５が受信した微弱な高周波信号を増幅して低周波に変換することができる。
【００１６】この送信アンテナ２１，２２，２３，２４及び受信アンテナ２５はスリップリング２７を介して掘削機本体１１に搭載された同期制御装置２８に接続されている。この同期制御装置２８は各送信アンテナ２１〜２４に送信指令を与えて前方に電磁波（送信波）を発信させたり、受信アンテナ２５に受信指令を与えて反射して戻ってきた電磁波（送信波）を受信させるものであり、各送信アンテナ２１〜２４による電磁波の送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能となっている。
【００１７】また、掘削機本体１１にはロータリエンコーダ２９が装着されており、カッタヘッド１２の回転角度を検出することができる。このロータリエンコーダ２９は掘削機本体１１に搭載された解析装置３０に接続されており、この解析装置３０には同期制御装置２８も接続されている。この解析装置３０は、受信アンテナ２５が受信して同期制御装置２８から入力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤ変換器３０ａと、ロータリエンコーダ２９から入力されたパルス信号をカッタヘッド１２の回転角度に変換するカウンタ３０ｂとを有している。そして、この解析装置３０は、ＡＤ変換器３０ａがデジタル信号に変換した受信データと、カウンタ３０ｂが変換したカッタヘッド１２の回転角度とから障害物の位置と距離を演算し、その演算結果を表示する。
【００１８】従って、上述した本実施形態のシールド掘削機によってトンネルを掘削形成するには、まず、旋回モータによりカッタヘッド１２を回転させながら、複数のシールドジャッキを伸長してその押し付け反力によって掘削機本体１１を前進させことで、カッタヘッド１２の多数のカッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを掘削形成することができる。
【００１９】このトンネル掘削作業と同時に、アンテナ２１〜２５等からなる探査機構によって前方の地盤に存在する障害物を事前に探査している。即ち、長距離探査を行う場合、図４に示すように、同期制御装置２８が、まず、各送信アンテナ２１〜２４に同時に送信指令を与えると、送信部２１ｂ〜２４ｂは高周波電圧パルスを印加し、図５に示すように、ダイポールアンテナ２１ａ〜２４ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。このダイポールアンテナ２１ａ〜２４ａから放射された電磁波は同じ位置で重なり合うため、送信波の振幅は大きくなってより遠方の障害物Ｐまで到達することができる。
【００２０】そして、このダイポールアンテナ２１ａ〜２４ａからの送信波が障害物Ｐに到達すると反射し、次に、受信アンテナ２５に受信指令を与えると、この受信アンテナ２５のダイポールアンテナ２５ａが受信する。そして、受信部２５ｂは受信アンテナ２５が受信した微弱な高周波信号を増幅して低周波に変換し、同期制御装置２８を介して解析装置３０に出力する。このように同期制御装置２８は各送信アンテナ２１〜２４による電磁波の送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御する。
【００２１】一方、ロータリエンコーダ２９はカッタヘッド１２の回転角度をパルス信号として検出し、その検出結果を解析装置３０に出力する。そして、解析装置３０にて、受信アンテナ２５が受信して同期制御装置２８から入力された受信信号をＡＤ変換器３０ａがアナログ信号からデジタル信号に変換すると共に、ロータリエンコーダ２９から入力されたパルス信号をカウンタ３０ｂがカッタヘッド１２の回転角度に変換する。そして、この解析装置３０は、ＡＤ変換器３０ａがデジタル信号に変換した受信データと、カウンタ３０ｂが変換したカッタヘッド１２の回転角度とから障害物Ｐの位置と距離を演算し、その演算結果を表示する。
【００２２】また、広範囲探査を行う場合、図６に示すように、同期制御装置２８が、まず、送信アンテナ２１に送信指令を与えると、送信部２１ｂは高周波電圧パルスを印加し、図７に示すように、ダイポールアンテナ２１ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。次に、同期制御装置２８が送信アンテナ２２に送信指令を与えると、送信部２２ｂは高周波電圧パルスを印加し、ダイポールアンテナ２２ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。更に、同期制御装置２８が送信アンテナ２３に送信指令を与えると、送信部２３ｂは高周波電圧パルスを印加し、ダイポールアンテナ２３ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。そして、各ダイポールアンテナ２１ａ〜２４ａから放射された電磁波は近傍の障害物Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 に到達すると反射し、送信アンテナ２５に受信指令を与えると、ダイポールアンテナ２５ａが受信する。
【００２３】受信アンテナ２５の受信部２５ｂは受信した微弱な高周波信号を増幅して低周波に変換し、同期制御装置２８を介して解析装置３０に出力する。このように同期制御装置２８は各送信アンテナ２１〜２３による電磁波の断続的な送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御する。そして、解析装置３０は、受信アンテナ２５が受信した受信信号をデジタル信号に変換すると共に、ロータリエンコーダ２９から入力されたパルス信号をカッタヘッド１２の回転角度に変換し、障害物Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 の各位置と距離を演算し、その演算結果を表示する。
【００２４】このように本実施形態のシールド掘削機にあっては、カッタヘッド１２の前面部に受信アンテナ２５とこの受信アンテナ２５の外周辺に近接して４つの送信アンテナ２１，２２，２３，２４を配設し、長距離探査を行う場合には、同期制御装置２８が各送信アンテナ２１〜２４による電磁波の同時送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御し、広範囲探査を行う場合には、同期制御装置２８が各送信アンテナ２１〜２３による電磁波の断続的な送信と受信アンテナ２５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御しており、解析装置３０は、受信アンテナ２５が受信した受信信号とロータリエンコーダ２９が検出したカッタヘッド１２の回転角度から、障害物Ｐ（Ｐ1 ，Ｐ2，Ｐ3 ）の各位置と距離を適切に高精度に演算処理することができる。
【００２５】図８に本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の概略、図９に障害物探査機構の概略構成、図１０に障害物探査機構による長距離探査時の説明、図１１に長距離探査時における送受信波のタイムチャート、図１２に障害物探査機構による広範囲探査時の説明、図１３に広範囲探査時における送受信波のタイムチャートを示す。
【００２６】本実施形態のシールド掘削機において、図８R>８及び図９に示すように、掘削機本体３１の前部には多数のカッタビットを有するカッタヘッド３２が旋回モータによって回転可能に装着されている。そして、このカッタヘッド３２の前面部には、電磁波を送信する複数（本実施形態では３つ）の送信アンテナ４１，４２，４３と、反射した電磁波を受信する複数（本実施形態では３つ）の受信アンテナ４３，４４，４５がそれぞれ装着されている。本実施形態では、送信アンテナ４１〜４３と受信アンテナ４３〜４５とがカッタヘッド３２の周方向に沿ってそれぞれ対をなして並設され、各アンテナ４１，４４と４２，４５と４３，４６がそれぞれアンテナ装置としてカッタヘッド３２の径方向に沿って並設されている。なお、送信アンテナ４１〜４３と受信アンテナ４３〜４５は互いに隣接するように配設されている。そして、各アンテナ４１〜４６は、内部にダイポールアンテナ４１ａ〜４６ａと、このダイポールアンテナ４１ａ〜４６ａに接続された受信部４１ｂ〜４６ｂを有している。
【００２７】この送信アンテナ４１〜４３及び受信アンテナ４４〜４６はスリップリング４７を介して同期制御装置４８に接続され、この同期制御装置４８は各送信アンテナ４１〜４３に送信指令を与えて前方に電磁波（送信波）を発信させたり、受信アンテナ４４〜４６に受信指令を与えて反射して戻ってきた電磁波（送信波）を受信させるものであり、電磁波の送信と受信とを繰り返し行うように切換制御可能となっている。また、掘削機本体１１にはロータリエンコーダ４９と解析装置５０が搭載されており、解析装置５０は、受信アンテナ４４〜４６が受信して同期制御装置４８から入力された受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡＤ変換器５０ａと、ロータリエンコーダ４９から入力されたパルス信号をカッタヘッド３２の回転角度に変換するカウンタ５０ｂとを有している。そして、この解析装置５０は、ＡＤ変換器５０ａがデジタル信号に変換した受信データと、カウンタ５０ｂが変換したカッタヘッド３２の回転角度とから障害物の位置と距離を演算し、その演算結果を表示する。
【００２８】従って、上述した本実施形態のシールド掘削機によってトンネルを掘削形成するには、まず、旋回モータによりカッタヘッド３２を回転させながら、複数のシールドジャッキを伸長してその押し付け反力によって掘削機本体３１を前進させことで、カッタヘッド３２の多数のカッタビットが前方の地盤を掘削し、トンネルを掘削形成することができる。
【００２９】このトンネル掘削作業と同時に、アンテナ４１〜４６等からなる探査機構によって前方の地盤に存在する障害物を事前に探査している。即ち、長距離探査を行う場合、図１０に示すように、同期制御装置４８が、まず、各送信アンテナ４１〜４３に同時に送信指令を与えると、送信部４１ｂ〜４３ｂは高周波電圧パルスを印加し、図１１に示すように、ダイポールアンテナ４１ａ〜４３ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。このダイポールアンテナ４１ａ〜４３ａから放射された電磁波は同じ位置で重なり合うため、送信波の振幅は大きくなってより遠方の障害物Ｐまで到達することができる。
【００３０】そして、このダイポールアンテナ４１ａ〜４３ａからの送信波が障害物Ｐに到達すると反射し、次に、送信アンテナ４５に受信指令を与えると、この受信アンテナ４５のダイポールアンテナ４５ａが受信する。そして、受信部４５ｂは受信アンテナ４５が受信した微弱な高周波信号を増幅して低周波に変換し、同期制御装置４８を介して解析装置５０に出力する。このように同期制御装置５８は各送信アンテナ４１〜４３による電磁波の送信と受信アンテナ４５による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御する。
【００３１】一方、ロータリエンコーダ４９はカッタヘッド３２の回転角度をパルス信号として検出し、その検出結果を解析装置５０に出力する。そして、解析装置５０にて、受信アンテナ４５が受信して同期制御装置４８から入力された受信信号をＡＤ変換器５０ａがアナログ信号からデジタル信号に変換すると共に、ロータリエンコーダ４９から入力されたパルス信号をカウンタ５０ｂがカッタヘッド３２の回転角度に変換する。そして、この解析装置５０は、ＡＤ変換器５０ａがデジタル信号に変換した受信データと、カウンタ５０ｂが変換したカッタヘッド３２の回転角度とから障害物Ｐの位置と距離を演算し、その演算結果を表示する。
【００３２】また、広範囲探査を行う場合、図１２に示すように、同期制御装置２８が、まず、送信アンテナ４１に送信指令を与えると、送信部４１ｂは高周波電圧パルスを印加し、図１３に示すように、ダイポールアンテナ４１ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。そして、ダイポールアンテナ４１ａから放射された電磁波は近傍の障害物Ｐ1 に到達すると反射し、送信アンテナ４４に受信指令を与えると、ダイポールアンテナ４４ａが受信する。次に、同期制御装置２８が送信アンテナ４２に送信指令を与えると、送信部４２ｂは高周波電圧パルスを印加し、ダイポールアンテナ４２ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。そして、ダイポールアンテナ４２ａから放射された電磁波は近傍の障害物Ｐ2 に到達すると反射し、送信アンテナ４５に受信指令を与えると、ダイポールアンテナ４５ａが受信する。更に、同期制御装置２８が送信アンテナ４３に送信指令を与えると、送信部４３ｂは高周波電圧パルスを印加し、ダイポールアンテナ４３ａから前方に向かって高周波電磁波パルスが放射される。そして、ダイポールアンテナ４３ａから放射された電磁波は近傍の障害物Ｐ3 に到達すると反射し、送信アンテナ４６に受信指令を与えると、ダイポールアンテナ４６ａが受信する。
【００３３】各受信アンテナ４４〜４６の受信部４４ｂ〜４６ｂは受信した微弱な高周波信号を増幅して低周波に変換し、同期制御装置４８を介して解析装置５０に出力する。このように同期制御装置４８は各送信アンテナ４１〜４３による電磁波の断続的な送信と各受信アンテナ４４〜４６による電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御する。そして、解析装置５０は、受信アンテナ４４〜４６が受信した受信信号をデジタル信号に変換すると共に、ロータリエンコーダ４９から入力されたパルス信号をカッタヘッド３２の回転角度に変換し、障害物Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 の各位置（大きさ）と距離を演算し、その演算結果を表示する。
【００３４】このように本実施形態のシールド掘削機にあっては、カッタヘッド３２の前面部に送信アンテナ４１〜４３と受信アンテナ４４〜４６を周方向に沿って並設すると共に径方向に沿って複数組並設して互いに隣接するように配設し、長距離探査を行う場合には、同期制御装置４８が各送信アンテナ４１〜４３による電磁波の同時送信と受信アンテナ４４〜４６うちの一つによる電磁波の受信とを繰り返し行うように切換制御し、広範囲探査を行う場合には、同期制御装置４８が各送信アンテナ４１〜４３による電磁波の断続的な送信と受信アンテナ４４〜４６による電磁波の断続的な受信とを繰り返し行うように切換制御しており、解析装置５０は、受信アンテナ４４〜４６が受信した受信信号とロータリエンコーダ４９が検出したカッタヘッド３２の回転角度から、障害物Ｐ（Ｐ1 ，Ｐ2 ，Ｐ3 ）の各位置（大きさ）と距離を適切に高精度に演算処理することができる。
【００３５】
【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、カッタヘッドの前面部に受信アンテナを装着すると共に、カッタヘッドの前面部にこの受信アンテナの外周辺に近接して複数の送信アンテナを装着し、同期制御装置によって複数の送信アンテナからの送信波の同時送信あるいは同時放射と受信アンテナでの送信波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能としたので、長距離探査では、各送信アンテナによる電磁波の同時送信と受信アンテナによる電磁波の受信とを繰り返し行い、広範囲探査では、各送信アンテナによる電磁波の断続的な送信と受信アンテナによる電磁波の受信とを繰り返し行うことで、掘削機前方の全ての領域を遠方まで精度良く探査して容易に障害物の位置や距離を得ることができる。
【００３６】また、請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、カッタヘッドの前面部に周方向に沿って並設された送信アンテナと受信アンテナとからなるアンテナ装置をカッタヘッドの径方向に沿って複数組並設すると共に、各送信アンテナと受信アンテナとが互いに隣接するように配設し、同期制御装置によって複数の送信アンテナからの送信波の同時送信あるいは同時放射と受信アンテナでの送信波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能としたので、長距離探査では、各送信アンテナによる電磁波の同時送信と受信アンテナによる電磁波の受信とを繰り返し行い、広範囲探査では、各送信アンテナによる電磁波の断続的な送信と各受信アンテナによる電磁波の断続的な受信とを繰り返し行うことで、掘削機前方の全ての領域を遠方まで精度良く探査して容易に障害物の位置や距離を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の概略図である。
【図２】カッタヘッドに装着されたアンテナの概略図である。
【図３】障害物探査機構の概略構成図である。
【図４】障害物探査機構による長距離探査時の説明図である。
【図５】長距離探査時における送受信波のタイムチャートである。
【図６】障害物探査機構による広範囲探査時の説明図である。
【図７】広範囲探査時における送受信波のタイムチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機としてのシールド掘削機の概略図である。
【図９】障害物探査機構の概略構成図である。
【図１０】障害物探査機構による長距離探査時の説明図である。
【図１１】長距離探査時における送受信波のタイムチャートである。
【図１２】障害物探査機構による広範囲探査時の説明図である。
【図１３】広範囲探査時における送受信波のタイムチャートである。
【図１４】障害物探査機能を有する従来のシールド掘削機の概略図である。
【符号の説明】
１１ 掘削機本体
１２ カッタヘッド
２１，２２，２３，２４ 送信アンテナ
２５ 受信アンテナ
２８ 同期制御装置
２９ ロータリエンコーダ
３０ 解析装置
３１ 掘削機本体
３２ カッタヘッド
４１，４２，４３ 送信アンテナ
４４，４５，４６ 受信アンテナ
４８ 同期制御装置
４９ ロータリエンコーダ
５０ 解析装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】 掘削機本体の前部に回転自在なカッタヘッドが装着され、前記掘削機本体の前進に伴って前記カッタヘッドを駆動回転させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを形成するトンネル掘削機において、前記カッタヘッドの前面部に受信アンテナを装着すると共に、前記カッタヘッドの前面部に該受信アンテナの外周辺に近接して複数の送信アンテナを装着し、同期制御装置によって該複数の送信アンテナからの送信波の同時送信あるいは同時放射と前記受信アンテナでの送信波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能としたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】 掘削機本体の前部に回転自在なカッタヘッドが装着され、前記掘削機本体の前進に伴って前記カッタヘッドを駆動回転させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを形成するトンネル掘削機において、前記カッタヘッドの前面部に周方向に沿って並設された送信アンテナと受信アンテナとからなるアンテナ装置を前記カッタヘッドの径方向に沿って複数組並設すると共に、前記各送信アンテナと受信アンテナとが互いに隣接するように配設し、同期制御装置によって前記複数の送信アンテナからの送信波の同時送信あるいは同時放射と前記受信アンテナでの送信波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能としたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項１】 掘削機本体の前部に回転自在なカッタヘッドが装着され、前記掘削機本体の前進に伴って前記カッタヘッドを駆動回転させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを形成するトンネル掘削機において、前記カッタヘッドの前面部に受信アンテナを装着すると共に、前記カッタヘッドの前面部に該受信アンテナの外周辺に近接して複数の送信アンテナを装着し、同期制御装置によって該複数の送信アンテナからの送信波の同時送信あるいは同時放射と前記受信アンテナでの送信波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能としたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】 掘削機本体の前部に回転自在なカッタヘッドが装着され、前記掘削機本体の前進に伴って前記カッタヘッドを駆動回転させることで、前方の地盤を掘削してトンネルを形成するトンネル掘削機において、前記カッタヘッドの前面部に周方向に沿って並設された送信アンテナと受信アンテナとからなるアンテナ装置を前記カッタヘッドの径方向に沿って複数組並設すると共に、前記各送信アンテナと受信アンテナとが互いに隣接するように配設し、同期制御装置によって前記複数の送信アンテナからの送信波の同時送信あるいは同時放射と前記受信アンテナでの送信波の受信とを繰り返し行うように切換制御可能としたことを特徴とするトンネル掘削機。
【図５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１２】
【図１４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１３】
【図１２】
【図１４】
【公開番号】特開平１１−８１８６２
【公開日】平成１１年（１９９９）３月２６日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平９−２４２４７４
【出願日】平成９年（１９９７）９月８日
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【公開日】平成１１年（１９９９）３月２６日
【国際特許分類】
【出願日】平成９年（１９９７）９月８日
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
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