掘進機の障害物探査装置及び掘進機の障害物探査方法
【課題】金属製障害物の探査が可能な掘進機の障害物探査装置を得る。
【解決手段】電磁波送信装置５と、電磁波送信装置５から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物９による誘導磁場を受信する電磁波受信装置６とを掘進機に設置し、前記電磁波受信装置６における受信センサ６の設置位置は、カッターヘッド２後方の隔壁１９に設けた凹部１８空間内であって、前記凹部１８空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサ６を埋め込み、前記電磁波受信装置６で受信された電磁波の位相角における金属製障害物９が有るときと無いときの位相角差の変化を解析する位相変化解析装置７を備えた。
【解決手段】電磁波送信装置５と、電磁波送信装置５から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物９による誘導磁場を受信する電磁波受信装置６とを掘進機に設置し、前記電磁波受信装置６における受信センサ６の設置位置は、カッターヘッド２後方の隔壁１９に設けた凹部１８空間内であって、前記凹部１８空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサ６を埋め込み、前記電磁波受信装置６で受信された電磁波の位相角における金属製障害物９が有るときと無いときの位相角差の変化を解析する位相変化解析装置７を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、推進工法又はシールド工法において、電磁波送信装置と電磁波受信装置を掘進機に備え、前記電磁波受信装置で受信された電磁波を用いて、掘進機の切羽前方の金属製障害物を探査する掘進機の障害物探査装置及び掘進機の障害物探査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法では、掘削開始後の掘進機の交換が殆ど不可能であるため、掘削中に掘進機が地中の障害物に当たって損傷すると、多大の損害を被る。さらに、掘進機が既設埋設物（例えば、大中口径水道鉄管）を損傷した場合は、社会的影響が甚大である。そのため、掘進中にシールド切羽前方に特にＨ形鋼や既設埋設物のような金属製障害物が迫ってきたときにそれを感知し、事故を未然に防ぐことができるような、金属製障害物の探査装置及び探査方法の提供が望まれている。
【０００３】
従来、この種の障害物探査装置としては、音波発振器と、その音波発振器から出力され地中を伝搬した音波を受信する音波受信器とを掘進機に取付けて構成したものがある（特許文献１）。しかし、音波を利用する障害物探査装置は、地中において、金属製障害物と玉石又は礫（小石）との区別がつかない。玉石、礫は推進工法とシールド工法では障害物ではない。地中では、出力した音波も、障害物等によって反射された音波も、玉石、礫によって拡散してしまい障害物を感知できないことが多い。又、地中内に空洞があると音波が伝わらない等の問題がある。
【０００４】
また、従来、レーダーを利用した障害物探査装置がある（例えば、特許文献２）。一般的に、レーダーでは、周波数が低い電波を使うと電波の減衰が少なく、遠くまで探知することができるが、分解能が低くなるため、目標の解像度は悪くなる。逆に、周波数が高い電波は、空気中に含まれる水蒸気や雲・雨などに吸収・反射され易いので減衰が大きく、遠くまで探知することはできないが、高い解像度を得ることができる性質がある。しかし、水中では減衰が大きく透過性がない。そのため地中において含水比の大きい土質や、地下水位の高い地中における探査には適していない問題がある。
【０００５】
さらに、従来、高周波交番磁束を利用した障害物探査装置がある（例えば、特許文献３）。掘進機のカッターヘッドに、その発生磁束がカッターヘッドの前方へ向かうようにしてプローブを取付ける。プローブの取付位置は、カッターヘッドの外周近傍である。プローブに高周波電力を供給しつつカッターヘッドを回転させて掘削を実行すると、プローブがシールド切羽前方をカッターヘッドの外周に沿って走査する。この走査に伴って生じるプローブのインピーダンスの変化を連続的に検出し、その検出した地盤のインピーダンス変化を解析してシールド切羽前方の鉄製障害物の有無を判定するものである。しかし、インピーダンスの変化による解析方法は計測距離が小さく、中大口径 ８００ｍｍ〜２０００ｍｍに対して、小さな掘進機（例えば、口径が７００ｍｍ以下）には適さない問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２４２２５４号公報
【特許文献２】特開平８−２１１８４号公報
【特許文献３】特開平１０−３０６６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、水分の多い土質や地下水位に影響が少なく、金属製障害物と玉石，礫とを区別して、金属製障害物（例えば、鉄製金属，鉄，鋳鉄，アルミニウム）の探査が可能であり、推進工法やシールド工法の小口径から大口径の掘進機に適用可能である掘進機の障害物探査装置及び掘進機の障害物探査方法を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる掘進機の障害物探査装置は、電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させる電磁波送信装置と、前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を受信する電磁波受信装置とを掘進機に設置し、前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の変化を解析する位相変化解析装置を備え、金属製障害物の有無を探査するものである。
【０００９】
また、この発明に係わる掘進機の障害物探査装置は、電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させる電磁波送信装置と、前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を受信する電磁波受信装置とを掘進機に設置し、前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角と、前記電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差における、金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を解析する位相変化解析装置を備え、金属製障害物の有無を探査するものである。
【００１０】
また、この発明に係わる掘進機の障害物探査方法は、掘進機のカッターヘッドを回転させながら、掘進機に設置した電磁波送信装置より、電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させ、前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を、掘進機に設置した電磁波受信装置で受信し、
前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、前記カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の変化を位相変化解析装置で解析し、金属製障害物の有無を探査するようにしたものである。
【００１１】
さらに、この発明に係わる掘進機の障害物探査方法は、掘進機のカッターヘッドを回転させながら、掘進機に設置した電磁波送信装置より、電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させ、前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を、掘進機に設置した電磁波受信装置で受信し、前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、前記カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角と、前記電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差における、金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を位相変化解析装置で解析し、金属製障害物の有無を探査するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の掘進機の障害物探査装置及び掘進機の障害物探査方法によれば、水分の多い土質や地下水位に影響が少なく、金属製障害物と玉石，礫とを区別して、金属製障害物の探査が可能であり、推進工法やシールド工法の小口径から大口径の掘進機に適用可能である掘進機の障害物探査装置及び掘進機の障害物探査方法を得ることができる。さらに、電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込んだので、受信コイルの出力の減衰を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１における掘進機の障害物探査装置を示す構成図である。
【図２】実施の形態１の掘進機の障害物探査装置における回路部を示すブロック構成図である。
【図３】この発明の原理を説明する説明図である。
【図４】実施の形態１における電磁波送信装置の送信電流と送信磁場を示す波形図である。
【図５】実施の形態１における初期値の△φoを示す図である。
【図６】実施の形態１における掘削時の△φjを示す図である。
【図７】実施の形態２の掘進機の障害物探査装置における受信コイルの設置位置を示す構成図である。
【図８】実施の形態３の掘進機の障害物探査装置における受信コイルの設置位置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における掘進機の障害物探査装置を示す構成図である。
１は掘進機で、前部に回転式のカッターヘッド２が備えられている。掘進機１の後方の発進立坑１４に至るまでの掘削完了領域には、組み立てられ連結された後続管１５が構築されている。３は掘進機１（の運転部）に設置された送信機で、交流１００Ｖ電源１３より電力が供給される。５は送信コイルで、掘進機１の先端部、例えば、鋼製の外筒の先端部の外周溝（環状溝）に、例えばエナメル線で１０〜１００ターンを巻回させ、送信機３の出力端に接続されている。送信コイル５は、発生させた電磁波であり、時間で変化する磁場（１次磁場）１０を、切羽前方の地中に送信する。送信コイル５を埋め込み納めた環状溝の表面部は、エポキシ樹脂（非金属性の保護材）で被い固めて保護と防水を施している。送信機３と送信コイル５とで、電磁波送信装置を構成している。
【００１５】
４は掘進機１（の運転部）に設置された受信機である。受信コイル６は、前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物９（例えば、Ｈ形鋼，鋼管，鋼矢板，鋼杭や大中口径水道鉄管等）による誘導磁場（２次磁場）１１を受信し、その出力端を受信機４の入力端に接続して、受信コイル６の出力を、受信機４に入力する。１２は電磁波を受けることによって生じる金属製障害物９（以下単に障害物９という）の誘導電流である。受信コイル６は、掘進機１の先端部、例えば、鋼製の外筒の外周もしくは内周の凹部又はカッターヘッド２後方の隔壁の凹部に埋め込まれ、凹部の表面部は、エポキシ樹脂（非金属性の保護材）で被い保護と防水を施している。受信機４と受信コイル６とで電磁波受信装置を構成している。
【００１６】
７は掘進機１の外部に設置されたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）（以下コンピュータと称す）で、入力端末を有し前記電磁波受信装置と接続され、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における障害物が有るときと無いときの位相角差の変化を解析する位相変化解析装置を有している。８はコンピュータ７に接続され、位相変化解析装置の解析結果が表示されるモニタである。受信コイルは、受信センサであり、受信コイルのほか、磁気センサやホール素子でもよい。なお、電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の情報をコンピュータ７に取込む必要があるときは、送信機３からＡ／Ｄ変換器を介して送信機３とコンピュータ７が接続される。
【００１７】
図２は実施の形態１の掘進機の障害物探査装置における回路部を示すブロック構成図である。図１の構成図より回路部を取り出してより詳しく説明する図である。なお、各図中の同一符号は同一又は相当部分を示し、以下同様である。送信機３は電源１３に接続された周波数発生装置２１とこれに接続された送信波増幅器２２で構成されており、送信波増幅器２２は送信コイル５に接続されている。
【００１８】
周波数発生装置２１は、１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚの低周波数の交流を用いている。周波数が１００Ｈｚ以下になると、誘導磁場（２次磁場）１１が発生しにくくなる。理論的には送信磁場（１次磁場）１０によって障害物９に発生する誘導起電力は送信磁場１０の時間ｔによる微分で求められ、計算の結果、誘導起電力の強度は周波数に比例する。そのため、誘導磁場（２次磁場）１１の強度も必然的に周波数に比例する。周波数が１００ｋＨｚ以上になると、地中の電磁波の透過性が悪くなる。地中に水など電気抵抗の低い物質が多くなればより電磁波の透過性が悪くなる。このため、周波数発生装置２１の周波数（送信周波数）は１０００Ｈｚ〜５０ｋＨｚの周波数を使うのが効率的であり、１０００Ｈｚ〜３８００Ｈｚを使用するのがさらに望ましい。
【００１９】
受信機４は、受信コイル６に接続された受信フィルタ２３と、これに接続されたＡ／Ｄ変換器２４で構成されており、Ａ／Ｄ変換器２４はコンピュータ７に接続されている。なお、受信フィルタ２３の前段に増幅器を接続しておいてもよい。コンピュータ７はＡ／Ｄ変換器２４を介して受け取った計測データを解析する（後述）ことで、切羽前方（カッターヘッド前方）の障害物の存在の有無を判定する。また必要により、コンピュータ７には、カッターヘッド２の回転信号や掘進機１の速度等の掘進データを含む掘進機１の動作情報が、掘進機１の運転制御器から入力されて、Ａ／Ｄ変換器２４からの計測データの位相変化解析結果と前記掘進機１の動作情報とを統合して解析することによって、切羽前方の障害の位置・方向を推定し、その推定した位置をモニタ８上に表示するとよい。受信コイル６は、互いに離間して複数個設けてもよい（実施の形態２，３）。例えば、掘進機１の外筒の外周もしくは内周の凹部を、１８０°隔てて設けて、２個の受信コイル６を埋め込んで設置する。２個の受信コイル６をそれぞれ受信機４に時分割的に切替接続して受信する。受信コイル６を４個設置するときは、９０°隔てて設けるとよい。
【００２０】
次に誘導磁場を分離する解析方法について説明する。図３はこの発明の原理を説明する説明図である。
１．基礎となる原理：
送信コイル５より発生させた送信磁場１０は、障害物９に誘導磁場１１を、以下の順に引き起こさせる。
時間で変化する磁場１０（送信磁場） → 障害物９に誘導起電力が発生する。→ 障害物９に誘導電流１２が流れる。 → 誘導電流１２により誘導磁場１１が発生する。
【００２１】
このとき、各現象の数式は次のようになる。
送信機３の送信電流： Icos(ωt)
（I：電流，ω：角周波数，t：時間）,（ω＝2πf f：周波数[Hz]）
送信磁場１０： H1cos(ωt) [ビオ・サバールの法則]
｛H1：磁場（磁界）｝
誘導起電力に関する項： ―△φ/△t＝ωμoSH1sin(ωt)
（φ（磁束）＝μoSH1，μo：真空の透磁率，S：面積）
[ファラデーの法則］
誘導電流１２に関する項： σωH1sin(ωt) ［オームの法則］
｛σ：障害物９の導電率（比抵抗の逆数）｝
誘導磁場１１： σωH2sin(ωt) ［ビオ・サバールの法則］
｛H2：磁場（磁界）｝
受信波形： 受信波形は送信磁場１０と誘導磁場１１の合成波形である。ただし、送信磁場１０はcos(ωt)、誘導磁場１１はsin(ωt)の波でありフーリエ解析により分離できる。
【００２２】
障害物９により発生した誘導磁場１１を電磁波受信装置で捉えることにより障害物９の有無が分かる。また、複数の受信コイル６を用いれば、それら受信コイル６の出力（位相）の差により、障害物９の存在方向が解る。障害物９を事前に感知することにより、事故を未然に防ぐことができる。
【００２３】
２．実際の探査方法：
実際には、受信コイル６により受信した電磁波（誘導磁場１１）は、（ａ）障害物９の誘導磁場１１、（ｂ）送信した磁場１０、そして（ｃ）マシンや周辺の地盤による誘導磁場からなる。これら３種（ａ〜ｃ）の混ざり合った磁場の中から（ａ）障害物９の誘導磁場１１のみを抽出する方法を以下に述べる。
（１）事前に障害物９のない位置で初期値となる磁場（ｄ）を測定する。この初期値となる磁場（ｄ）は、（ｂ）と（ｃ）の混合した磁場である。
（２）次に、掘削中に磁場を測定する。障害物９が前方に存在する位置に来ると、初期値の磁場（ｄ）に（ａ）障害物９の誘導磁場が加算される。
（３）（ａ）を分離し障害物を見分ける。この見分けは、例えば、位相差（位相角差）で行う。
【００２４】
図によって、位相差（位相角差）を表してみる。図４は実施の形態１における電磁波送信装置の送信電流と送信磁場を示す波形図である。３１は送信電流波形又は送信磁場波形を示す。図５は実施の形態１における初期値の△φoを示す図である。４１（１０）は送信磁場波形である。なお、（ ）で示す符号は、他の図で用いた相当する符号を示す。以下同じである。４２はマシンによる誘導磁場波形、４３は周辺の地盤による誘導磁場波形、４４は初期値となる測定磁場波形、４５は電流値位相ずれ補正角を示す。図６は実施の形態１における掘削時の△φjを示す図である。５１（１０）は送信磁場波形、５２（１１）は障害物による誘導磁場波形hcj＝rcj・sin(ωt-φcj)、５３は掘削時の測定磁場波形、５４は電流値位相ずれ補正角を示す。
【００２５】
３．解析方法：
（１）送信機３から流す送信電流をIcjとする。ここでIcjはjの測定を行った時の電流値を意味する。
Icj＝Scj・cos(ωt-φcj)
ここで、Scj：電流強度、t：時間[sec]、ω：角周波数(＝2πf) f：周波数[Hz]
φcj：位相角[°]
次にIcjによって発生する送信磁場１０をHcjとすると、
Hcj＝Rcj・cos(ωt-φcj)
ここで、Rcj：磁場強度であり、送信機３から流す電流と同相である。
（２）初期値となる測定磁場をＨoとする。
Ｈo＝Ro・cos(ωt-φo)
ここで、Ro：磁場強度、φo：位相角[°]
（３）掘削時の測定磁場をＨjとする。
Ｈj＝Rj・cos(ωt-φj)
ここで、Rj：磁場強度、φj：位相角[°]
このように、初期値（例えば、障害物が無い時）と掘削時（例えば、障害物が有る時）とで、位相角に違いが生じるので、電磁波受信装置で受信された電磁波（測定磁場）の位相角における障害物が有るときと無いときの位相角差の変化を解析する位相変化解析装置を備えたことにより、障害物を探査することができる。
【００２６】
実際的には、より正確度を上げるために、
（４）(*1計算)により、以下の各位相角の値を計算する。
電流値位相ずれ補正：
△φo＝φo-φco
△φj＝φj-φcj
ここで、φco：送信機３から流す初期値の電流をIcoとすると、
Ico＝Sco・cos(ωt-φco)、送信磁場Hco＝Rco・cos(ωt-φco)となるが、その時の位相角[°]である。
初期値補正：
△φoj＝△φj-△φo
△φojは、障害物９が存在した場合、誘導磁場１１のためにある値を示す。逆に、障害物９がなければ△φoj≒0となる。
この△φojの値を、数値、あるいは図化することにより障害物の有無を探査する。
【００２７】
(*1計算)
一般式として、Ｈ：磁場、R：受信磁場強度、φ：位相角とする。
Ｈ=Rcos(ωt-φ)
Ｈ=R(cos(φ)cos(ωt) + sin(φ)sin(ωt))
フーリエ解析を用いて、
cos(ωt)の項を取り出すと、A＝Rcos(φ)
sin(ωt)の項を取り出すと、B＝Rsin(φ)
B/A＝(Rsin(φ))/(Rcos(φ))
B/A＝tan(φ)
∴ φ=tan-1(B/A)
【００２８】
つまり、
初期値の△φo＝初期の受信コイルによる測定磁場の位相角―初期の送信磁場（又は送信電流）の位相角
掘削時の△φj＝掘削時の受信コイルによる測定磁場の位相角―掘削時の送信磁場（又は送信電流）の位相角
位相角差の差△φoj＝掘削時の△φj―初期値の△φoが障害物９が存在した場合、誘導磁場１１のためにある値を示す。逆に、障害物９がなければ△φoj≒0となる。
【００２９】
このように、電磁波受信装置で受信された電磁波（測定磁場）の位相角と、電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差における、障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を解析する位相変化解析装置を備えたことにより、障害物をより正確に探査することができる。
【００３０】
実測結果では、送信機３の周波数発生装置２１の周波数（送信電流の周波数）が、２０００Ｈｚで、初期値の△φo＝５．０１３°であり、切羽前方２ｍの位置の障害物を感知したときの掘削時の△φj＝５．２２４°であった。そのため、位相角差の差△φoj＝△φj-△φo＝５．２２４°−５．０１３°＝０．２１１°となった。実測結果では、インピーダンス解析より遠く、例えば２ｍ程度で、障害物を検知できた。このように、インピーダンス解析より遠くの障害物を検知できる掘進機の障害物探査装置及び掘進機の障害物探査方法を得ることができる。
【００３１】
実施の形態２．
図７は実施の形態２の掘進機の障害物探査装置における受信コイルの設置位置を示す構成図で、その（ａ）は全体構成図、その（ｂ）はカッターヘッド側から掘進機を見たときの側面図である。受信コイル６は、外筒１７のカッターヘッド２側縁部における外周に穿設した凹部１８に埋設して設置されている。受信コイル６の端子は外筒１７の凹部１８から内部（運転部）に引き込まれて受信機４に接続されている。受信コイル６を埋め込んだ凹部１８の表面部はエポキシ樹脂で被われて保護と防水が施されている。
【００３２】
外筒１７の凹部１８に埋め込んだ受信コイル６は、１個で、図７で示す２個の凹部１８のどちらか１個だけでもよいが、実施の形態２では、図７に示すように、外筒１７の凹部１８は、外周上で１８０°離間させて２個設けられ、それぞれに受信コイル６が設置され、２個の受信機コイル６がそれぞれ受信機４に接続される。２個の受信機コイル６と受信機４との接続は時分割的に切替接続されるようにするとよい。同様に、外筒１７の凹部１８は、外周上で９０°離間させて４個設けられ、それぞれに受信コイル６が設置され、４個の受信機コイル６がそれぞれ受信機４に時分割的に切替接続されるようにしてもよい。
他の回路，構成や構造及び動作は実施の形態１と同様である。
【００３３】
受信コイル６を複数個設けることにより、障害物に接近した受信コイル６は、他のものと比較して、障害物の応答である位相角差の差（△φoj）が大きくなる。その結果、掘削中の掘進機１に４個の受信コイルを上下左右に設けた場合、上前方、下前方、左前方、あるいは右前方のいずれに障害物が接近してきているかを示す障害物存在方向を明らかにすることができる。
【００３４】
実施の形態３．
図８は実施の形態３の掘進機の障害物探査装置における受信コイルの設置位置を示す構成図で、その（ａ）は全体構成図、その（ｂ）はカッターヘッド側から掘進機を見たときの側面図、その（ｃ）は、（ｂ）の受信コイルの埋め込み凹部の拡大図である。受信コイル６は、カッターヘッド２の即後方の隔壁１９で、カッターヘッド２側から設けた凹部１８に埋設して設置されている。受信コイル６を埋め込んだ隔壁１９の凹部１８の表面部（カッターヘッド２側からみた表面部）はエポキシ樹脂１６で被われて保護と防水が施されている。受信コイル６の端子は隔壁１９の凹部１８から内部（運転部）に引き込まれて受信機４に接続されている。凹部１８のカッターヘッド２側からみた形状は、例えば円形であり、凹部１８の深さ方向の形状は軸心がある円柱状穴である。受信コイル６は円柱状穴の軸心を外しして設置されている。つまり、受信コイル６（受信センサ）の設置位置は、隔壁１９に設けた軸心を有する凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心位置からずらせて設置されている。他の回路，構成や構造及び動作は実施の形態１と同様である。
【００３５】
受信コイル６を凹部空間の軸心位置からずらせて設置すると、受信コイル６を取り囲む金属部分に対して非対称、すなわち円柱状穴であれば軸心位置を避けた位置に設置し、障害物からの誘導磁場を、受信コイル６の周囲の金属に生じた打消し磁場で消失させず受信できるようにする。これにより、受信コイル６の出力の減衰を抑えることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 掘進機 ２ カッターヘッド
３ 送信機 ４ 受信機
５ 送信コイル ６ 受信コイル
７ コンピュータ ８ モニタ
９ 障害物 １０ 送信磁場（１次磁場）
１１ 誘導磁場（２次磁場） １２ 誘導電流
１３ 電源 １４ 発進立坑
１５ 後続管 １６ エポキシ樹脂
１７ 外筒 １８ 凹部
１９ 隔壁 ２１ 周波数発生装置
２２ 送信波増幅器 ２３ 受信フィルタ
２４ Ａ／Ｄ変換器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、推進工法又はシールド工法において、電磁波送信装置と電磁波受信装置を掘進機に備え、前記電磁波受信装置で受信された電磁波を用いて、掘進機の切羽前方の金属製障害物を探査する掘進機の障害物探査装置及び掘進機の障害物探査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シールド工法では、掘削開始後の掘進機の交換が殆ど不可能であるため、掘削中に掘進機が地中の障害物に当たって損傷すると、多大の損害を被る。さらに、掘進機が既設埋設物（例えば、大中口径水道鉄管）を損傷した場合は、社会的影響が甚大である。そのため、掘進中にシールド切羽前方に特にＨ形鋼や既設埋設物のような金属製障害物が迫ってきたときにそれを感知し、事故を未然に防ぐことができるような、金属製障害物の探査装置及び探査方法の提供が望まれている。
【０００３】
従来、この種の障害物探査装置としては、音波発振器と、その音波発振器から出力され地中を伝搬した音波を受信する音波受信器とを掘進機に取付けて構成したものがある（特許文献１）。しかし、音波を利用する障害物探査装置は、地中において、金属製障害物と玉石又は礫（小石）との区別がつかない。玉石、礫は推進工法とシールド工法では障害物ではない。地中では、出力した音波も、障害物等によって反射された音波も、玉石、礫によって拡散してしまい障害物を感知できないことが多い。又、地中内に空洞があると音波が伝わらない等の問題がある。
【０００４】
また、従来、レーダーを利用した障害物探査装置がある（例えば、特許文献２）。一般的に、レーダーでは、周波数が低い電波を使うと電波の減衰が少なく、遠くまで探知することができるが、分解能が低くなるため、目標の解像度は悪くなる。逆に、周波数が高い電波は、空気中に含まれる水蒸気や雲・雨などに吸収・反射され易いので減衰が大きく、遠くまで探知することはできないが、高い解像度を得ることができる性質がある。しかし、水中では減衰が大きく透過性がない。そのため地中において含水比の大きい土質や、地下水位の高い地中における探査には適していない問題がある。
【０００５】
さらに、従来、高周波交番磁束を利用した障害物探査装置がある（例えば、特許文献３）。掘進機のカッターヘッドに、その発生磁束がカッターヘッドの前方へ向かうようにしてプローブを取付ける。プローブの取付位置は、カッターヘッドの外周近傍である。プローブに高周波電力を供給しつつカッターヘッドを回転させて掘削を実行すると、プローブがシールド切羽前方をカッターヘッドの外周に沿って走査する。この走査に伴って生じるプローブのインピーダンスの変化を連続的に検出し、その検出した地盤のインピーダンス変化を解析してシールド切羽前方の鉄製障害物の有無を判定するものである。しかし、インピーダンスの変化による解析方法は計測距離が小さく、中大口径 ８００ｍｍ〜２０００ｍｍに対して、小さな掘進機（例えば、口径が７００ｍｍ以下）には適さない問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２４２２５４号公報
【特許文献２】特開平８−２１１８４号公報
【特許文献３】特開平１０−３０６６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、水分の多い土質や地下水位に影響が少なく、金属製障害物と玉石，礫とを区別して、金属製障害物（例えば、鉄製金属，鉄，鋳鉄，アルミニウム）の探査が可能であり、推進工法やシールド工法の小口径から大口径の掘進機に適用可能である掘進機の障害物探査装置及び掘進機の障害物探査方法を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係わる掘進機の障害物探査装置は、電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させる電磁波送信装置と、前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を受信する電磁波受信装置とを掘進機に設置し、前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の変化を解析する位相変化解析装置を備え、金属製障害物の有無を探査するものである。
【０００９】
また、この発明に係わる掘進機の障害物探査装置は、電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させる電磁波送信装置と、前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を受信する電磁波受信装置とを掘進機に設置し、前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角と、前記電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差における、金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を解析する位相変化解析装置を備え、金属製障害物の有無を探査するものである。
【００１０】
また、この発明に係わる掘進機の障害物探査方法は、掘進機のカッターヘッドを回転させながら、掘進機に設置した電磁波送信装置より、電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させ、前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を、掘進機に設置した電磁波受信装置で受信し、
前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、前記カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の変化を位相変化解析装置で解析し、金属製障害物の有無を探査するようにしたものである。
【００１１】
さらに、この発明に係わる掘進機の障害物探査方法は、掘進機のカッターヘッドを回転させながら、掘進機に設置した電磁波送信装置より、電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させ、前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を、掘進機に設置した電磁波受信装置で受信し、前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、前記カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角と、前記電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差における、金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を位相変化解析装置で解析し、金属製障害物の有無を探査するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の掘進機の障害物探査装置及び掘進機の障害物探査方法によれば、水分の多い土質や地下水位に影響が少なく、金属製障害物と玉石，礫とを区別して、金属製障害物の探査が可能であり、推進工法やシールド工法の小口径から大口径の掘進機に適用可能である掘進機の障害物探査装置及び掘進機の障害物探査方法を得ることができる。さらに、電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込んだので、受信コイルの出力の減衰を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１における掘進機の障害物探査装置を示す構成図である。
【図２】実施の形態１の掘進機の障害物探査装置における回路部を示すブロック構成図である。
【図３】この発明の原理を説明する説明図である。
【図４】実施の形態１における電磁波送信装置の送信電流と送信磁場を示す波形図である。
【図５】実施の形態１における初期値の△φoを示す図である。
【図６】実施の形態１における掘削時の△φjを示す図である。
【図７】実施の形態２の掘進機の障害物探査装置における受信コイルの設置位置を示す構成図である。
【図８】実施の形態３の掘進機の障害物探査装置における受信コイルの設置位置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における掘進機の障害物探査装置を示す構成図である。
１は掘進機で、前部に回転式のカッターヘッド２が備えられている。掘進機１の後方の発進立坑１４に至るまでの掘削完了領域には、組み立てられ連結された後続管１５が構築されている。３は掘進機１（の運転部）に設置された送信機で、交流１００Ｖ電源１３より電力が供給される。５は送信コイルで、掘進機１の先端部、例えば、鋼製の外筒の先端部の外周溝（環状溝）に、例えばエナメル線で１０〜１００ターンを巻回させ、送信機３の出力端に接続されている。送信コイル５は、発生させた電磁波であり、時間で変化する磁場（１次磁場）１０を、切羽前方の地中に送信する。送信コイル５を埋め込み納めた環状溝の表面部は、エポキシ樹脂（非金属性の保護材）で被い固めて保護と防水を施している。送信機３と送信コイル５とで、電磁波送信装置を構成している。
【００１５】
４は掘進機１（の運転部）に設置された受信機である。受信コイル６は、前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物９（例えば、Ｈ形鋼，鋼管，鋼矢板，鋼杭や大中口径水道鉄管等）による誘導磁場（２次磁場）１１を受信し、その出力端を受信機４の入力端に接続して、受信コイル６の出力を、受信機４に入力する。１２は電磁波を受けることによって生じる金属製障害物９（以下単に障害物９という）の誘導電流である。受信コイル６は、掘進機１の先端部、例えば、鋼製の外筒の外周もしくは内周の凹部又はカッターヘッド２後方の隔壁の凹部に埋め込まれ、凹部の表面部は、エポキシ樹脂（非金属性の保護材）で被い保護と防水を施している。受信機４と受信コイル６とで電磁波受信装置を構成している。
【００１６】
７は掘進機１の外部に設置されたパーソナルコンピュータ（ＰＣ）（以下コンピュータと称す）で、入力端末を有し前記電磁波受信装置と接続され、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における障害物が有るときと無いときの位相角差の変化を解析する位相変化解析装置を有している。８はコンピュータ７に接続され、位相変化解析装置の解析結果が表示されるモニタである。受信コイルは、受信センサであり、受信コイルのほか、磁気センサやホール素子でもよい。なお、電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の情報をコンピュータ７に取込む必要があるときは、送信機３からＡ／Ｄ変換器を介して送信機３とコンピュータ７が接続される。
【００１７】
図２は実施の形態１の掘進機の障害物探査装置における回路部を示すブロック構成図である。図１の構成図より回路部を取り出してより詳しく説明する図である。なお、各図中の同一符号は同一又は相当部分を示し、以下同様である。送信機３は電源１３に接続された周波数発生装置２１とこれに接続された送信波増幅器２２で構成されており、送信波増幅器２２は送信コイル５に接続されている。
【００１８】
周波数発生装置２１は、１００Ｈｚ〜１００ｋＨｚの低周波数の交流を用いている。周波数が１００Ｈｚ以下になると、誘導磁場（２次磁場）１１が発生しにくくなる。理論的には送信磁場（１次磁場）１０によって障害物９に発生する誘導起電力は送信磁場１０の時間ｔによる微分で求められ、計算の結果、誘導起電力の強度は周波数に比例する。そのため、誘導磁場（２次磁場）１１の強度も必然的に周波数に比例する。周波数が１００ｋＨｚ以上になると、地中の電磁波の透過性が悪くなる。地中に水など電気抵抗の低い物質が多くなればより電磁波の透過性が悪くなる。このため、周波数発生装置２１の周波数（送信周波数）は１０００Ｈｚ〜５０ｋＨｚの周波数を使うのが効率的であり、１０００Ｈｚ〜３８００Ｈｚを使用するのがさらに望ましい。
【００１９】
受信機４は、受信コイル６に接続された受信フィルタ２３と、これに接続されたＡ／Ｄ変換器２４で構成されており、Ａ／Ｄ変換器２４はコンピュータ７に接続されている。なお、受信フィルタ２３の前段に増幅器を接続しておいてもよい。コンピュータ７はＡ／Ｄ変換器２４を介して受け取った計測データを解析する（後述）ことで、切羽前方（カッターヘッド前方）の障害物の存在の有無を判定する。また必要により、コンピュータ７には、カッターヘッド２の回転信号や掘進機１の速度等の掘進データを含む掘進機１の動作情報が、掘進機１の運転制御器から入力されて、Ａ／Ｄ変換器２４からの計測データの位相変化解析結果と前記掘進機１の動作情報とを統合して解析することによって、切羽前方の障害の位置・方向を推定し、その推定した位置をモニタ８上に表示するとよい。受信コイル６は、互いに離間して複数個設けてもよい（実施の形態２，３）。例えば、掘進機１の外筒の外周もしくは内周の凹部を、１８０°隔てて設けて、２個の受信コイル６を埋め込んで設置する。２個の受信コイル６をそれぞれ受信機４に時分割的に切替接続して受信する。受信コイル６を４個設置するときは、９０°隔てて設けるとよい。
【００２０】
次に誘導磁場を分離する解析方法について説明する。図３はこの発明の原理を説明する説明図である。
１．基礎となる原理：
送信コイル５より発生させた送信磁場１０は、障害物９に誘導磁場１１を、以下の順に引き起こさせる。
時間で変化する磁場１０（送信磁場） → 障害物９に誘導起電力が発生する。→ 障害物９に誘導電流１２が流れる。 → 誘導電流１２により誘導磁場１１が発生する。
【００２１】
このとき、各現象の数式は次のようになる。
送信機３の送信電流： Icos(ωt)
（I：電流，ω：角周波数，t：時間）,（ω＝2πf f：周波数[Hz]）
送信磁場１０： H1cos(ωt) [ビオ・サバールの法則]
｛H1：磁場（磁界）｝
誘導起電力に関する項： ―△φ/△t＝ωμoSH1sin(ωt)
（φ（磁束）＝μoSH1，μo：真空の透磁率，S：面積）
[ファラデーの法則］
誘導電流１２に関する項： σωH1sin(ωt) ［オームの法則］
｛σ：障害物９の導電率（比抵抗の逆数）｝
誘導磁場１１： σωH2sin(ωt) ［ビオ・サバールの法則］
｛H2：磁場（磁界）｝
受信波形： 受信波形は送信磁場１０と誘導磁場１１の合成波形である。ただし、送信磁場１０はcos(ωt)、誘導磁場１１はsin(ωt)の波でありフーリエ解析により分離できる。
【００２２】
障害物９により発生した誘導磁場１１を電磁波受信装置で捉えることにより障害物９の有無が分かる。また、複数の受信コイル６を用いれば、それら受信コイル６の出力（位相）の差により、障害物９の存在方向が解る。障害物９を事前に感知することにより、事故を未然に防ぐことができる。
【００２３】
２．実際の探査方法：
実際には、受信コイル６により受信した電磁波（誘導磁場１１）は、（ａ）障害物９の誘導磁場１１、（ｂ）送信した磁場１０、そして（ｃ）マシンや周辺の地盤による誘導磁場からなる。これら３種（ａ〜ｃ）の混ざり合った磁場の中から（ａ）障害物９の誘導磁場１１のみを抽出する方法を以下に述べる。
（１）事前に障害物９のない位置で初期値となる磁場（ｄ）を測定する。この初期値となる磁場（ｄ）は、（ｂ）と（ｃ）の混合した磁場である。
（２）次に、掘削中に磁場を測定する。障害物９が前方に存在する位置に来ると、初期値の磁場（ｄ）に（ａ）障害物９の誘導磁場が加算される。
（３）（ａ）を分離し障害物を見分ける。この見分けは、例えば、位相差（位相角差）で行う。
【００２４】
図によって、位相差（位相角差）を表してみる。図４は実施の形態１における電磁波送信装置の送信電流と送信磁場を示す波形図である。３１は送信電流波形又は送信磁場波形を示す。図５は実施の形態１における初期値の△φoを示す図である。４１（１０）は送信磁場波形である。なお、（ ）で示す符号は、他の図で用いた相当する符号を示す。以下同じである。４２はマシンによる誘導磁場波形、４３は周辺の地盤による誘導磁場波形、４４は初期値となる測定磁場波形、４５は電流値位相ずれ補正角を示す。図６は実施の形態１における掘削時の△φjを示す図である。５１（１０）は送信磁場波形、５２（１１）は障害物による誘導磁場波形hcj＝rcj・sin(ωt-φcj)、５３は掘削時の測定磁場波形、５４は電流値位相ずれ補正角を示す。
【００２５】
３．解析方法：
（１）送信機３から流す送信電流をIcjとする。ここでIcjはjの測定を行った時の電流値を意味する。
Icj＝Scj・cos(ωt-φcj)
ここで、Scj：電流強度、t：時間[sec]、ω：角周波数(＝2πf) f：周波数[Hz]
φcj：位相角[°]
次にIcjによって発生する送信磁場１０をHcjとすると、
Hcj＝Rcj・cos(ωt-φcj)
ここで、Rcj：磁場強度であり、送信機３から流す電流と同相である。
（２）初期値となる測定磁場をＨoとする。
Ｈo＝Ro・cos(ωt-φo)
ここで、Ro：磁場強度、φo：位相角[°]
（３）掘削時の測定磁場をＨjとする。
Ｈj＝Rj・cos(ωt-φj)
ここで、Rj：磁場強度、φj：位相角[°]
このように、初期値（例えば、障害物が無い時）と掘削時（例えば、障害物が有る時）とで、位相角に違いが生じるので、電磁波受信装置で受信された電磁波（測定磁場）の位相角における障害物が有るときと無いときの位相角差の変化を解析する位相変化解析装置を備えたことにより、障害物を探査することができる。
【００２６】
実際的には、より正確度を上げるために、
（４）(*1計算)により、以下の各位相角の値を計算する。
電流値位相ずれ補正：
△φo＝φo-φco
△φj＝φj-φcj
ここで、φco：送信機３から流す初期値の電流をIcoとすると、
Ico＝Sco・cos(ωt-φco)、送信磁場Hco＝Rco・cos(ωt-φco)となるが、その時の位相角[°]である。
初期値補正：
△φoj＝△φj-△φo
△φojは、障害物９が存在した場合、誘導磁場１１のためにある値を示す。逆に、障害物９がなければ△φoj≒0となる。
この△φojの値を、数値、あるいは図化することにより障害物の有無を探査する。
【００２７】
(*1計算)
一般式として、Ｈ：磁場、R：受信磁場強度、φ：位相角とする。
Ｈ=Rcos(ωt-φ)
Ｈ=R(cos(φ)cos(ωt) + sin(φ)sin(ωt))
フーリエ解析を用いて、
cos(ωt)の項を取り出すと、A＝Rcos(φ)
sin(ωt)の項を取り出すと、B＝Rsin(φ)
B/A＝(Rsin(φ))/(Rcos(φ))
B/A＝tan(φ)
∴ φ=tan-1(B/A)
【００２８】
つまり、
初期値の△φo＝初期の受信コイルによる測定磁場の位相角―初期の送信磁場（又は送信電流）の位相角
掘削時の△φj＝掘削時の受信コイルによる測定磁場の位相角―掘削時の送信磁場（又は送信電流）の位相角
位相角差の差△φoj＝掘削時の△φj―初期値の△φoが障害物９が存在した場合、誘導磁場１１のためにある値を示す。逆に、障害物９がなければ△φoj≒0となる。
【００２９】
このように、電磁波受信装置で受信された電磁波（測定磁場）の位相角と、電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差における、障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を解析する位相変化解析装置を備えたことにより、障害物をより正確に探査することができる。
【００３０】
実測結果では、送信機３の周波数発生装置２１の周波数（送信電流の周波数）が、２０００Ｈｚで、初期値の△φo＝５．０１３°であり、切羽前方２ｍの位置の障害物を感知したときの掘削時の△φj＝５．２２４°であった。そのため、位相角差の差△φoj＝△φj-△φo＝５．２２４°−５．０１３°＝０．２１１°となった。実測結果では、インピーダンス解析より遠く、例えば２ｍ程度で、障害物を検知できた。このように、インピーダンス解析より遠くの障害物を検知できる掘進機の障害物探査装置及び掘進機の障害物探査方法を得ることができる。
【００３１】
実施の形態２．
図７は実施の形態２の掘進機の障害物探査装置における受信コイルの設置位置を示す構成図で、その（ａ）は全体構成図、その（ｂ）はカッターヘッド側から掘進機を見たときの側面図である。受信コイル６は、外筒１７のカッターヘッド２側縁部における外周に穿設した凹部１８に埋設して設置されている。受信コイル６の端子は外筒１７の凹部１８から内部（運転部）に引き込まれて受信機４に接続されている。受信コイル６を埋め込んだ凹部１８の表面部はエポキシ樹脂で被われて保護と防水が施されている。
【００３２】
外筒１７の凹部１８に埋め込んだ受信コイル６は、１個で、図７で示す２個の凹部１８のどちらか１個だけでもよいが、実施の形態２では、図７に示すように、外筒１７の凹部１８は、外周上で１８０°離間させて２個設けられ、それぞれに受信コイル６が設置され、２個の受信機コイル６がそれぞれ受信機４に接続される。２個の受信機コイル６と受信機４との接続は時分割的に切替接続されるようにするとよい。同様に、外筒１７の凹部１８は、外周上で９０°離間させて４個設けられ、それぞれに受信コイル６が設置され、４個の受信機コイル６がそれぞれ受信機４に時分割的に切替接続されるようにしてもよい。
他の回路，構成や構造及び動作は実施の形態１と同様である。
【００３３】
受信コイル６を複数個設けることにより、障害物に接近した受信コイル６は、他のものと比較して、障害物の応答である位相角差の差（△φoj）が大きくなる。その結果、掘削中の掘進機１に４個の受信コイルを上下左右に設けた場合、上前方、下前方、左前方、あるいは右前方のいずれに障害物が接近してきているかを示す障害物存在方向を明らかにすることができる。
【００３４】
実施の形態３．
図８は実施の形態３の掘進機の障害物探査装置における受信コイルの設置位置を示す構成図で、その（ａ）は全体構成図、その（ｂ）はカッターヘッド側から掘進機を見たときの側面図、その（ｃ）は、（ｂ）の受信コイルの埋め込み凹部の拡大図である。受信コイル６は、カッターヘッド２の即後方の隔壁１９で、カッターヘッド２側から設けた凹部１８に埋設して設置されている。受信コイル６を埋め込んだ隔壁１９の凹部１８の表面部（カッターヘッド２側からみた表面部）はエポキシ樹脂１６で被われて保護と防水が施されている。受信コイル６の端子は隔壁１９の凹部１８から内部（運転部）に引き込まれて受信機４に接続されている。凹部１８のカッターヘッド２側からみた形状は、例えば円形であり、凹部１８の深さ方向の形状は軸心がある円柱状穴である。受信コイル６は円柱状穴の軸心を外しして設置されている。つまり、受信コイル６（受信センサ）の設置位置は、隔壁１９に設けた軸心を有する凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心位置からずらせて設置されている。他の回路，構成や構造及び動作は実施の形態１と同様である。
【００３５】
受信コイル６を凹部空間の軸心位置からずらせて設置すると、受信コイル６を取り囲む金属部分に対して非対称、すなわち円柱状穴であれば軸心位置を避けた位置に設置し、障害物からの誘導磁場を、受信コイル６の周囲の金属に生じた打消し磁場で消失させず受信できるようにする。これにより、受信コイル６の出力の減衰を抑えることができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 掘進機 ２ カッターヘッド
３ 送信機 ４ 受信機
５ 送信コイル ６ 受信コイル
７ コンピュータ ８ モニタ
９ 障害物 １０ 送信磁場（１次磁場）
１１ 誘導磁場（２次磁場） １２ 誘導電流
１３ 電源 １４ 発進立坑
１５ 後続管 １６ エポキシ樹脂
１７ 外筒 １８ 凹部
１９ 隔壁 ２１ 周波数発生装置
２２ 送信波増幅器 ２３ 受信フィルタ
２４ Ａ／Ｄ変換器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させる電磁波送信装置と、
前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を受信する電磁波受信装置とを掘進機に設置し、
前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、
前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の変化を解析する位相変化解析装置を備え、金属製障害物の有無を探査する掘進機の障害物探査装置。
【請求項２】
前記位相変化解析装置は、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の変化をフーリエ解析を用いて算出する請求項１記載の掘進機の障害物探査装置。
【請求項３】
電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させる電磁波送信装置と、
前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を受信する電磁波受信装置とを掘進機に設置し、
前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、
前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角と、前記電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差における、金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を解析する位相変化解析装置を備え、金属製障害物の有無を探査する掘進機の障害物探査装置。
【請求項４】
前記位相変化解析装置は、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角と、前記電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差をフーリェ解析を用いて算出し、算出した位相角差における、金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を解析する請求項３記載の掘進機の障害物探査装置。
【請求項５】
前記電磁波送信装置における送信コイルは、前記掘進機の外筒の外周溝に巻回され埋め込まれている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の掘削機の障害物探査装置。
【請求項６】
掘進機のカッターヘッドを回転させながら、掘進機に設置した電磁波送信装置より、電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させ、
前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を、掘進機に設置した電磁波受信装置で受信し、
前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、前記カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、
前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の変化を位相変化解析装置で解析し、金属製障害物の有無を探査するようにした掘進機の障害物探査方法。
【請求項７】
前記位相変化解析装置は、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の変化をフーリエ解析を用いて算出する請求項６記載の掘進機の障害物探査方法。
【請求項８】
掘進機のカッターヘッドを回転させながら、掘進機に設置した電磁波送信装置より、電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させ、
前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を、掘進機に設置した電磁波受信装置で受信し、
前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、前記カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、
前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角と、前記電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差における、金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を位相変化解析装置で解析し、金属製障害物の有無を探査するようにした掘進機の障害物探査方法。
【請求項９】
前記位相変化解析装置は、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角と、前記電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差をフーリェ解析を用いて算出し、算出した位相角差における、金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を解析する請求項８記載の掘進機の障害物探査方法。
【請求項１】
電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させる電磁波送信装置と、
前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を受信する電磁波受信装置とを掘進機に設置し、
前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、
前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の変化を解析する位相変化解析装置を備え、金属製障害物の有無を探査する掘進機の障害物探査装置。
【請求項２】
前記位相変化解析装置は、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の変化をフーリエ解析を用いて算出する請求項１記載の掘進機の障害物探査装置。
【請求項３】
電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させる電磁波送信装置と、
前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を受信する電磁波受信装置とを掘進機に設置し、
前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、
前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角と、前記電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差における、金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を解析する位相変化解析装置を備え、金属製障害物の有無を探査する掘進機の障害物探査装置。
【請求項４】
前記位相変化解析装置は、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角と、前記電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差をフーリェ解析を用いて算出し、算出した位相角差における、金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を解析する請求項３記載の掘進機の障害物探査装置。
【請求項５】
前記電磁波送信装置における送信コイルは、前記掘進機の外筒の外周溝に巻回され埋め込まれている請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の掘削機の障害物探査装置。
【請求項６】
掘進機のカッターヘッドを回転させながら、掘進機に設置した電磁波送信装置より、電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させ、
前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を、掘進機に設置した電磁波受信装置で受信し、
前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、前記カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、
前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の変化を位相変化解析装置で解析し、金属製障害物の有無を探査するようにした掘進機の障害物探査方法。
【請求項７】
前記位相変化解析装置は、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角における金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の変化をフーリエ解析を用いて算出する請求項６記載の掘進機の障害物探査方法。
【請求項８】
掘進機のカッターヘッドを回転させながら、掘進機に設置した電磁波送信装置より、電磁波であり時間で変化する磁場を地中に送信させ、
前記電磁波送信装置から送信され地中を伝搬した電磁波を受けることによって生じる金属製障害物による誘導磁場を、掘進機に設置した電磁波受信装置で受信し、
前記電磁波受信装置における受信センサの設置位置は、前記カッターヘッド後方の隔壁に設けた凹部空間内であって、前記凹部空間の軸心における軸心位置からずらせて設置して、前記受信センサを埋め込み、
前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角と、前記電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差における、金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を位相変化解析装置で解析し、金属製障害物の有無を探査するようにした掘進機の障害物探査方法。
【請求項９】
前記位相変化解析装置は、前記電磁波受信装置で受信された電磁波の位相角と、前記電磁波送信装置の送信磁場又は送信電流の位相角との位相角差をフーリェ解析を用いて算出し、算出した位相角差における、金属製障害物が有るときと無いときの位相角差の差の変化を解析する請求項８記載の掘進機の障害物探査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９２５３１（Ｐ２０１３−９２５３１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８７０１７（Ｐ２０１２−２８７０１７）
【出願日】平成２４年１２月２８日（２０１２．１２．２８）
【分割の表示】特願２０１１−１２６２６９（Ｐ２０１１−１２６２６９）の分割
【原出願日】平成２３年６月６日（２０１１．６．６）
【出願人】（５０６２９２２６２）ヤスダエンジニアリング株式会社 (8)
【出願人】（５１１１３７０４６）有限会社ネオサイエンス (2)
【出願人】（５０５３５８６７９）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月２８日（２０１２．１２．２８）
【分割の表示】特願２０１１−１２６２６９（Ｐ２０１１−１２６２６９）の分割
【原出願日】平成２３年６月６日（２０１１．６．６）
【出願人】（５０６２９２２６２）ヤスダエンジニアリング株式会社 (8)
【出願人】（５１１１３７０４６）有限会社ネオサイエンス (2)
【出願人】（５０５３５８６７９）
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]