方向制御削孔方法、方向制御削孔システム及び削孔システム
【課題】削孔誤差が生じるおそれのない方向制御削孔方法とする。
【解決手段】削孔管５に固定式計測装置Ｄnが設けられた削孔手段によって所定区間Ｌnの削孔を行う。次いで、削孔管５を後退及び推進させ、固定式計測装置Ｄnによって方位角変化量及び傾斜角を求め、これらの値に基づいて所定区間Ｌnの後端部に対する先端部の相対位置ΔＰn-1を求め、更に孔先端部の現在位置を求める。ここで固定式計測装置は、孔先端部に一の固定式計測装置Ｄnが位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、複数設けられている。そこで、一の固定式計測装置Ｄnによって得られた相対位置ΔＰn-1とこの相対位置ΔＰn-1を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とを合算して孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間Ｌn+1の削孔を行う。
【解決手段】削孔管５に固定式計測装置Ｄnが設けられた削孔手段によって所定区間Ｌnの削孔を行う。次いで、削孔管５を後退及び推進させ、固定式計測装置Ｄnによって方位角変化量及び傾斜角を求め、これらの値に基づいて所定区間Ｌnの後端部に対する先端部の相対位置ΔＰn-1を求め、更に孔先端部の現在位置を求める。ここで固定式計測装置は、孔先端部に一の固定式計測装置Ｄnが位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、複数設けられている。そこで、一の固定式計測装置Ｄnによって得られた相対位置ΔＰn-1とこの相対位置ΔＰn-1を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とを合算して孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間Ｌn+1の削孔を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適宜方向を変化させながら削孔を行う方向制御削孔方法及び方向制御削孔システム、並びに削孔システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、適宜方向を変化させながら削孔を行う方向制御削孔方法・システムが開発され、注目されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。この方法・システムを利用すると、例えば、地盤表面から既設構造物等の下方に各種管体を建て込むことができ、既設構造物等の使用を中断することなく、施工を行うことができる。そして、この方向制御削孔方法においては、曲がり可能な削孔管と、この削孔管を軸心回りに回転させる回転手段と、削孔管の先端に取り付けられたテーパービットと、を有する削孔手段によって削孔が行われる。
【０００３】
削孔管の先端に取り付けられたテーパービットには、削孔管の軸心方向に対して傾斜した平坦面（受圧面）が形成されており、削孔管を推進させた際に当該受圧面が地盤から圧力を受ける。したがって、削孔管に推進力のみを与えると、受圧面が受ける圧力によって削孔管の推進方向が変化し、曲線的な削孔が行われる。他方、削孔管に推進力と伴に回転力を与えると、受圧面が受ける径方向（軸心方向に直交する方向）の圧力が相殺されるため、直線的な削孔が行われる。
【０００４】
もっとも、従来の方向制御削孔方法・システムにおいては、地盤中における削孔管先端部の位置や孔の形状等を正確に把握することができなかった。そこで、本出願人は、削孔管の先端部に水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置を設けてなる方向制御削孔システムや、このシステムを利用して削孔する方向制御削孔方法を提案した（例えば、特許文献３及び特許文献４参照。）。この方向制御削孔システムを利用して削孔するにあたっては、所定区間の削孔を行った後、削孔管の回転を止めた状態で当該所定区間の分だけ削孔管を後退させ、更に当該削孔管を推進させて元の位置に戻した。また、削孔管の推進に際しては角速度検出手段によって角速度を検出し、検出した角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、削孔管の先端部が所定区間の先端部に位置する状態で傾斜角検出手段によって傾斜角を検出した。そして、このようにして得た方位角変化量及び傾斜角を利用して所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、更にこの相対位置に基づいて孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行った。この方法によると、削孔管先端部の位置や孔の形状等を把握することができるうえに、孔先端部の位置を確認しながら削孔を進めることになるため、方向制御削孔に極めて適する。
【０００５】
しかしながら、この従来の方向制御削孔方法・システムによると、各所定区間において後端部に対する先端部の相対位置を求め、この相対位置を保存しておき、この保存位置を順次合算することによって現在位置を求めることになる。したがって、削孔の途中において、例えば軟弱地盤である等を原因として削孔管が動いて（ずれて）しまった場合に、計測誤差・削孔誤差が生じるおそれがある。
【０００６】
この点、削孔位置を計測する装置としては、現在、加速度センサを２軸又は３軸に組み合わせ、あるいはこれに水平方向の角速度を検出するジャイロ等を組み合わせた「挿入式計測装置」の提案もされている（例えば、特許文献５及び特許文献６参照。）。この挿入式計測装置は、全削孔区間の削孔が終了した後、当該全削孔区間の計測を連続的に行うものであり、固定式計測装置を使用した場合のような計測誤差の問題は生じない。しかしながら、挿入式計測装置は、固定式計測装置のように所定区間ごとに計測（リアルタイム計測）を行い、この計測値を基準に次の所定区間の削孔を行うものではなく、特に方向を制御しながら削孔する場合には適さないとの問題を有する。
【０００７】
また、以上の固定式計測装置や挿入式計測装置を使用する場合は、孔の断面形状を把握することができないため、削孔管が動いて孔が楕円形状になってしまった場合に、問題が生じるおそれがある。孔が楕円形状になると、例えば、マンシェットチューブを用いて薬液注入を行う際に（例えば、特許文献７参照。）、スリーブが孔内壁に当接しない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１９４９９０号公報
【特許文献２】特開平８−１２０６６１号公報
【特許文献３】特開２００４−１８３３７４号公報
【特許文献４】特開２００４−１８３３７５号公報
【特許文献５】特許３１９１８８８号公報
【特許文献６】特開２００７−２０５９５６号公報
【特許文献７】特開平９−３８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする主たる課題は、削孔誤差が生じるおそれのない方向制御削孔方法及びシステムを提供することにある。また、孔の断面形状を把握することができる削孔システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決した本発明は、次の通りである。
〔請求項１記載の発明〕
地盤に曲線的に挿入可能な削孔管と、この削孔管を回転及び進退させる回転進退手段とを有し、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置が前記削孔管に設けられた削孔手段によって所定区間の削孔を行った後、
前記削孔管を後退させて前記固定式計測装置を前記所定区間の先端部から後端部まで移動し、更に前記削孔管を推進させて当該固定式計測装置を前記所定区間の後端部から先端部まで移動し、前記後退又は前記推進に際して前記角速度検出手段によって角速度を検出し、この検出角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、前記固定式計測装置が前記所定区間の先端部に位置するときに前記傾斜角検出手段によって傾斜角を検出し、前記方位角変化量及び前記傾斜角に基づいて前記所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、
この相対位置に基づいて前記所定区間の先端部である孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う方向制御削孔方法であって、
前記孔先端部に一の固定式計測装置が位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、前記固定式計測装置が複数設けられており、
前記一の固定式計測装置によって得られた相対位置とこの相対位置を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とを合算して前記孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う、
ことを特徴とする方向制御削孔方法。
【００１１】
〔請求項２記載の発明〕
地盤に曲線的に挿入可能な削孔管と、この削孔管を回転及び進退させる回転進退手段とを有し、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置が前記削孔管に設けられた削孔手段が備えられ、
この削孔手段によって所定区間の削孔を行った後、前記削孔管を後退させて前記固定式計測装置を前記所定区間の先端部から後端部まで移動し、更に前記削孔管を推進させて当該固定式計測装置を前記所定区間の後端部から先端部まで移動し、前記後退又は前記推進に際して前記角速度検出手段によって角速度を検出し、この検出角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、前記固定式計測装置が前記所定区間の先端部に位置するときに前記傾斜角検出手段によって傾斜角を検出し、前記方位角変化量及び前記傾斜角に基づいて前記所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、
この相対位置に基づいて前記所定区間の先端部である孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う構成とされた方向制御削孔システムであって、
前記孔先端部に一の固定式計測装置が位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、前記固定式計測装置が複数設けられ、
前記一の固定式計測装置によって得られた相対位置とこの相対位置を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とを合算して前記孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う構成とされた、
ことを特徴とする方向制御削孔システム。
【００１２】
〔請求項３記載の発明〕
地盤に挿入可能な削孔管と、この削孔管を回転及び進退させる回転進退手段とを有し、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置が前記削孔管に設けられた削孔手段が備えられ、
この削孔手段によって所定区間の削孔を行った後、前記削孔管を後退させて前記固定式計測装置を前記所定区間の先端部から後端部まで移動し、更に前記削孔管を推進させて当該固定式計測装置を前記所定区間の後端部から先端部まで移動し、前記後退又は前記推進に際して前記角速度検出手段によって角速度を検出し、この検出角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、前記固定式計測装置が前記所定区間の先端部に位置するときに前記傾斜角検出手段によって傾斜角を検出し、前記方位角変化量及び前記傾斜角に基づいて前記所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、
この相対位置に基づいて前記所定区間先端部の現在位置を求める構成とされた削孔システムであって、
一の所定区間先端部に一の固定式計測装置が位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、前記固定式計測装置が複数設けられ、
前記一の固定式計測装置によって得られた相対位置とこの相対位置を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とに基づいて前記一の所定区間先端部の現在位置を求め、この現在位置を保存し、
この保存位置と、次の所定区間の削孔を行った際に得られた前記一の所定区間先端部の現在位置とを比較可能な構成とされた、
ことを特徴とする削孔システム。
【００１３】
（主な作用効果）
所定区間の削孔を行うごとに当該所定区間先端部（孔先端部）の現在位置を固定式計測装置によって求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う方法やシステムは、方向制御削孔に適する。しかしながら、従来の当該方法やシステムは、例えば、図６の（１）に示すように、所定区間Ｌ2の削孔を行った後、当該所定区間Ｌ2先端部（孔先端部）の現在位置Ｂ2を求め、この現在位置Ｂ2を保存しておき、図６の（２）に示すように、次の所定区間Ｌ3の削孔を行った後、当該所定区間Ｌ3先端部（孔先端部）の相対位置を求め、この相対位置を前記保存位置（保存した現在位置）Ｂ2に合算して孔先端部の現在位置を求めるものであった。したがって、削孔管５が動いてしまった場合は、保存位置Ｂ2と真の位置Ｂ2´との間にずれが生じるため、保存位置Ｂ2に相対位置を合算して得た算出位置Ｂ3と真の位置Ｂ3´との間に誤差（計測誤差）が生じることになる。
しかるに、図７の（１）に示すように、孔先端部（所定区間Ｌ2先端部）に一の固定式計測装置Ｄ4が位置するときに他の所定区間Ｌ1先端部に他の固定式計測装置Ｄ3が位置するように、固定式計測装置が複数設けられていると、当該計測誤差の問題が生じない。すなわち、この方法・システムにおいては、図７の（２）から明らかなように、次の所定区間Ｌ3先端部（孔先端部）の相対位置を求める際に、他の所定区間Ｌ1，Ｌ2先端部の相対位置もそれぞれ求めることができ、保存位置Ａ2ではなく真の位置Ａ2´に対して次の所定区間Ｌ3先端部の相対位置を合算することができる。したがって、孔先端部の真の位置Ａ3´を正確に求めることができ、削孔誤差が生じるおそれがない。また、この方法・システムにおいては、保存位置Ａ2と真の位置Ａ2´とを比較することによって、孔Ｈの断面形状を把握することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、削孔誤差が生じるおそれのない方向制御削孔方法及びシステムとなる。また、孔の断面形状を把握することができる削孔システムとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】削孔状態の断面概要図である。
【図２】方向制御の方法を説明するための図である。
【図３】相対位置から現在位置を求める方法を説明するための図である。
【図４】削孔要領を説明するための断面模式図である。
【図５】相対位置を求める方法を説明するための図である。
【図６】従来の方法・システムの説明図である。
【図７】本形態の方法・システムの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための形態について説明する。
本形態の方向制御削孔システムには、図１に示すように、地盤Ｇに曲線的に挿入可能な削孔管５及び図示しない回転進退手段を有する削孔手段が備えられている。回転進退手段は、削孔管５を軸心回り回転させ、また、推進及び後退（進退）させる装置である。削孔管５の例えば内空部には、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段ＡＤ及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段ＢＤが備わる固定式計測装置Ｄが内蔵されている。
【００１７】
削孔管５は鋼管等の曲がる材料によって主に形成されているが、削孔管５の固定式計測装置Ｄが内蔵された部位は、当該固定式計測装置Ｄが破壊等されないよう曲がらない材料によって形成されているのが好ましい。ただし、このように材料を異なるものとせず、例えば管厚、管径等を異なるものとすることによって曲がる部位、曲がらない部位、曲がり易い部位、曲がり難い部位等を形成することもできる。また、削孔管５は、地盤Ｇに挿入（削孔）するに際して単位管を直列接続することによって構築することができ、曲がる単位管、曲がらない単位管、曲がり易い単位管、曲がり難い単位管等を適宜接続することによって曲がる部位、曲がらない部位、曲がり易い部位、曲がり難い部位等を形成することもできる。単位管としては、例えば、一端部に雌ネジが形成され、他端部に雄ネジが形成されており、相互に隣接する単位管を螺合することによって接続（連結）することができるものを使用することができる。削孔管５の内径や外径は特に限定されず、例えば外径５〜２０ｃｍとすることができる。また、曲がらない部位や曲がり難い部位の長さは、例えば軸方向に１０〜５０ｃｍとすることができる。
【００１８】
削孔管５の先端には、図２にも示すように、軸心方向に対して傾斜した平坦面（受圧面）６０を有するテーパービット６が取り付けられている。テーパービット６は、円柱の頭部側が軸方向に対して斜め方向にカットされ、このカット面が受圧面６０とされた形状とされている。テーパービット６は、例えば鋳造等によって製造することができる。
【００１９】
本形態の方向制御削孔方法においては、テーパービット６を用いて削孔管５の削孔方向（推進方向）を制御することができる。具体的には、削孔管５を曲線推進させる場合は、図２の（ａ）に示すように、削孔管５の回転を止め、当該削孔管５に推進力のみを与える。この際、受圧面６０は、その先端縁が削孔管５の軸心に対して推進させる側（曲げる側）に位置する状態としておく。この状態で削孔管５に推進力を与えると、受圧面６０が地盤Ｇから受ける圧力を逃すために削孔管５が受圧面６０の先端縁側に曲線推進する。この曲線推進は、三次元的に行うことができ、例えば削孔管５を鉛直面方向に曲げるだけではなく、水平面方向に曲げることもできる。
【００２０】
一方、削孔管５を直線推進させる場合は、図２の（ｂ）に示すように、削孔管５を軸心回りに回転させながら、当該削孔管５に推進力を与える。削孔管５を軸心回りに回転させることで受圧面６０が地盤Ｇから受ける径方向の圧力が相殺され、軸心方向の圧力のみとなり、削孔管５が直線推進する。
【００２１】
図１に示す例では、削孔管５を地盤Ｇの表面（地表面）から目標層まで曲線状に推進させ、その後、目標層内を水平方向に直線推進させた状態を示している。削孔管５は、この状態で削孔終了とすることや、更に地盤Ｇの表面に向かって曲線推進させたり、立坑内に向かって直線推進させたりすること等ができる。
【００２２】
本形態の方向制御削孔方法やシステムは、例えば、集水管や排水管、下水管、水道管、ガス管、各種ケーブル等を通す地中管等を地盤Ｇ中に非開削で設置する場合等に適用することができるほか、地盤Ｇ中に薬液注入管を挿入する場合等にも適用することができる。
【００２３】
固定式計測装置Ｄの角速度検出手段ＡＤとしては、レートジャイロ等の各種ジャイロを用いた少なくとも１軸の装置を使用することができる。もっとも、角速度検出手段ＡＤを内蔵した削孔管５が回転や捩れ等によってローリングしてしまうと、水平方向の方位角に計測誤差が生じる可能性がある。したがって、削孔管５のロール角を検出するジャイロ等を別途設け、この検出値に基づいて水平方向の方位角を補正するのが好ましい。なお、ロール角の検出によって、例えば受圧面６０の向きも把握することができるようになる。
【００２４】
一方、固定式計測装置Ｄの傾斜角検出手段ＢＤとしては、例えば三軸静加速度センサ（相互に直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の重力加速度を検出するセンサ）を使用することができる。このセンサを使用した場合は、検出された各軸方向の重力加速度を次式に代入することによって傾斜角を算出することができる。
傾斜角＝ｔａｎ-1（（（Ｘ軸重力加速度）2＋（Ｚ軸重力加速度）2）1/2／Ｙ軸重力加速度）
【００２５】
角速度検出手段ＡＤ及び傾斜角検出手段ＢＤの基準軸は、演算を簡素化するために、削孔管５の軸心（回転中心軸）に一致させるのが好ましい。また、角速度検出手段ＡＤや傾斜角検出手段ＢＤは、信号送受信装置やスリップリング等を介して図示しない信号伝送用電線（信号線）に電気的に接続される。この信号線は、例えば、削孔管５内を通され、削孔管５の基端部（後端部）から削孔管５外に導出され、図示しない外部制御装置等に接続される。当該信号線は、角速度検出手段ＡＤや傾斜角検出手段ＢＤからの検出信号を伝送するために利用することができるとともに、角速度検出手段ＡＤや傾斜角検出手段ＢＤに電力を供給するためにも利用することができる。また、角速度検出手段ＡＤや傾斜角検出手段ＢＤからの検出信号は、無線方式で伝送することもできる。無線方式とする場合、角速度検出手段ＡＤや傾斜角検出手段ＢＤの電力は、充電池等を利用して供給することができる。
【００２６】
本形態の固定式計測装置Ｄは、図１に示すように、削孔管５に対して軸方向に間隔をおいて複数設けられている。相互に隣接する固定式計測装置Ｄ間の距離は、同じであっても、異なっていてもよい。ただし、図３の（１）に示すように、孔先端部（所定区間Ｌnの先端部）５Ｆ（図１参照）に一の固定式計測装置Ｄnが位置するときに他の所定区間Ｌ1〜Ｌn-1の先端部にそれぞれ他の固定式計測装置Ｄ1〜Ｄn-1が位置する状態になるように少なくとも設けられる。
【００２７】
このように固定式計測装置Ｄが複数設けられた削孔システムを利用して削孔を行うにあたっては、まず、所定区間Ｌ1の削孔を行い、この段階でいったん削孔管５の後退及び推進を行う。この後退及び推進に際しては、所定区間Ｌ1の後端部（削孔管５の挿入部）に対する先端部の相対位置を求め、この相対位置に基づいて所定区間Ｌ1先端部の現在位置を求める。
【００２８】
より詳細には、まず、図４の（Ａ）に示すように、削孔管５を地盤Ｇの表面に臨ませ、図４の（Ｂ）に示すように、必要により削孔管５を回転させながら所定区間Ｌ1の削孔を行う。次に、図４の（Ｃ）に示すように、回転を止めた状態で削孔管５を後退させて削孔管先端部５Ｆに内蔵された固定式計測装置Ｄを所定区間Ｌ1の先端部から後端部まで移動する。次に、図４の（Ｄ）に示すように、回転を止めた状態で削孔管５を推進させて固定計測装置Ｄを所定区間Ｌ1の後端部から先端部まで移動する。
【００２９】
以上の削孔管５の後退（図４の（Ｃ））又は推進（図４の（Ｄ））に際しては、角速度検出手段ＡＤによって角速度を検出する。検出された角速度は、積分して所定区間Ｌ1における水平方向の方位角変化量を求める。角速度の検出は、削孔管５の後退に際して行っても、削孔管５の推進に際して行ってもよいが、推進に際して行う方が好ましい。角速度の検出を削孔管５の後退に際して行うと、その後の削孔管５の推進に際して削孔管５が動いて（ずれて）しまった場合に、計測誤差が生じるおそれがある。
【００３０】
一方、固定式計測装置Ｄが所定区間Ｌ1の先端部に位置するときに傾斜角検出手段ＢＤによって傾斜角を検出する。この傾斜角の検出は、削孔管５を後退する前（図４の（Ｂ）の状態）に行うこともできるが、削孔管５を後退及び推進した後に行う方が好ましい。削孔管５を後退する前に行うと、その後の削孔管５の後退及び推進に際して削孔管５が動いて（ずれて）しまった場合に、計測誤差が生じるおそれがある。なお、所定区間Ｌ1の後端部（削孔管５の挿入部）は、原点となるため、傾斜角検出手段ＢＤによる傾斜角の検出は不要である。
【００３１】
以上のようにして方位角変化量及び傾斜角を得たら、これらの値に基づいて所定区間Ｌ1の後端部に対する先端部の相対位置を求め、この相対位置に基づいて所定区間Ｌ1先端部の現在位置を求める。そして、この現在位置に基づいて、図４の（Ｅ）〜（Ｇ）に示すように、必要により削孔管（単位管）５に他の単位管５Ａを継ぎ足し、次の所定区間Ｌ2について同様の作業を行う。以後、所定区間ごとに、同様の作業を繰り返す。この際、必要に応じて単位管を継ぎ足しながら作業を行う。なお、図４は直線的に削孔を行う場合を示しているが、曲線的に削孔を行う場合も同様である。
【００３２】
ここで方位角変化量及び傾斜角に基づいて、各所定区間Ｌ1，Ｌ2…の後端部に対する先端部の相対位置を求める方法について説明する。
【００３３】
例えば、図５に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸（鉛直方向）からなる三次元直交座標の原点位置から削孔を行い、ｉ番目の所定区間Ｌiの削孔並びに方位角変化量及び傾斜角の算出を終えたとする。この場合、所定区間Ｌi先端部の位置座標は、接線法等の公知の坑跡計算方法を用いると次の通りとなる。
Ｘi＝Ｘi-1−Ｓiｓｉｎ・ＶiｓｉｎΣＷn（ｎ＝１〜ｉ）
Ｙi＝Ｙi-1＋Ｓiｓｉｎ・ＶiｃｏｓΣＷn（ｎ＝１〜ｉ）
Ｚi＝Ｚi-1＋Ｓiｃｏｓ・Ｖi
ここで、Ｓiは所定区間Ｌiの距離であり、削孔管５の回転進退手段にストローク計を取り付ける等して計測することができる。また、Ｖiは、所定区間Ｌi先端部のＺ軸方向に対する傾斜角（絶対的な傾斜角）であり、傾斜角検出手段ＢＤによって検出される。さらに、Ｗiは、所定区間Ｌ1における水平方向の方位角変化量であり、角速度検出手段ＡＤによって検出される角速度を積分することによって算出される。また、Ｘi，Ｙi，Ｚiは、それぞれ所定区間Ｌi先端部のＸ座標，Ｙ座標，Ｚ座標であり、Ｘi-1，Ｙi-1，Ｚi-1は、それぞれ所定区間Ｌi-1先端部のＸ座標，Ｙ座標，Ｚ座標である。したがって、相対位置（ΔＸi-1，ΔＹi-1，ΔＺi-1）は、次の通りとなる。
ΔＸi-1＝Ｘi−Ｘi-1＝−Ｓiｓｉｎ・ＶiｓｉｎΣＷn（ｎ＝１〜ｉ）
ΔＹi-1＝Ｙi−Ｙi-1＝Ｓiｓｉｎ・ＶiｃｏｓΣＷn（ｎ＝１〜ｉ）
ΔＺi-1＝Ｚi−Ｚi-1＝Ｓiｃｏｓ・Ｖi
【００３４】
次に、このようにして算出した相対位置から現在位置を求める方法について説明する。
図３の（１）には、所定区間Ｌnの削孔が終了した状態を示している。この状態においては、所定区間Ｌnの先端部に固定式計測装置Ｄnが位置しており、所定区間Ｌn-1の先端部に固定式計測装置Ｄn-1が位置している。更に削孔管５の基端部（後端部）に向かって同様に各所定区間の先端部に固定式計測装置が位置しており、所定区間Ｌ2の先端部に固定式計測装置Ｄ2が、所定区間Ｌ1の先端部に固定式計測装置Ｄ1が、それぞれ位置している。
【００３５】
この状態から、図３の（２）に示すように、削孔管５を後退させ、更に図３の（３）に示すように、削孔管５を推進させる。この後退又は推進に際しては、固定式計測装置Ｄnに備わる角速度検出手段ＡＤによって角速度を検出し、この角速度を積分して所定区間Ｌnの方位角変化量（Ｗn）を求める。また、固定式計測装置Ｄnが所定区間Ｌnの先端部に位置するときに固定式計測装置Ｄnに備わる傾斜角検出手段ＢＤによって傾斜角（Ｖn）を検出する。そして、上記した相対位置の算出方法を用いて、方位角変化量（Ｗn）及び傾斜角（Ｖn）から所定区間Ｌnの後端部に対する先端部の相対位置ΔＰn-1（ΔＸn-1，ΔＹn-1，ΔＺn-1）を算出する。
【００３６】
また、以上の削孔管５の後退又は推進に際しては、固定式計測装置Ｄnー1によって所定区間Ｌn-1の後端部に対する先端部の相対位置ΔＰn-2（ΔＸn-2，ΔＹn-2，ΔＺn-2）を算出する。更に削孔管５の基端部（後端部）に向かって同様に各所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を算出し、固定式計測装置Ｄ2によって所定区間Ｌ2の後端部に対する先端部の相対位置ΔＰ1を算出し、固定式計測装置Ｄ1によって所定区間Ｌ1の後端部に対する先端部の相対位置ΔＰ0を算出する。
【００３７】
以上の算出値に基づくと、所定区間Ｌ1先端部の現在位置Ｐ0´を次の式で求めることができる。
Ｐ0´＝Ｐ0＋ΔＰ0
ここで、Ｐ0は地盤Ｇに対する削孔管５の挿入位置を示す。
次に、当該現在位置Ｐ0´に基づくと次の所定区間Ｌ2先端部の現在位置Ｐ1´を次の式で求めることができる。
Ｐ1´＝Ｐ0´＋ΔＰ1
同様にして、所定区間Ｌ3先端部の現在位置Ｐ2´、所定区間Ｌ4先端部の現在位置Ｐ3´等も求めることができる。この算出を繰り返すことにより、所定区間Ｌn先端部の現在位置Ｐn-1´は、次の式で求めることができる。
Ｐn-1´＝Ｐ0＋ΣΔＰi（ｉ＝０〜ｎ−１）
本方法において、相対位置ΔＰ0〜ΔＰn-2は、一の固定式計測装置Ｄnを利用して相対位置ΔＰn-1を求める際に、他の固定式計測装置Ｄ1〜Ｄn-1を利用して求められた値である。したがって、相対位置ΔＰ0〜ΔＰn-2は、削孔管５が動いたとしても、動いた後の現況を示しており、相対位置ΔＰ0〜ΔＰn-1を合算して得た現在位置Ｐn-1´は、孔先端部の位置を正確に示すことになる。結果、この現在位置を基準として次の削孔を行う本形態の削孔方法・削孔システムにおいては、削孔誤差が生じるおそれがない。
【００３８】
以上のようにして算出した位置座標は、適宜図形化する等してディスプレイ装置や印刷装置等に出力することができる。この出力にあたっては、例えば、特開２００３−８５５９４号公報等を参照することができる。
【００３９】
ところで、以上では、孔先端部の現在位置を正確に算出し、この算出値を基準に次の削孔を行う場合について説明したが、本形態の方法・システムは、他にも有益な用途がある。すなわち、上記した方法によると、孔先端部（所定区間Ｌn先端部）の現在位置を求めるのと同時に、他の所定区間Ｌ1〜Ｌn-1先端部の現在位置も正確に求められる。そこで、所定区間Ｌ1〜Ｌn先端部の現在位置を保存し、この保存位置と、例えば、次の所定区間Ｌn+1の削孔を行った際に得られた各所定区間Ｌ1〜Ｌn先端部の現在位置とを比較可能な構成としておけば、各地点における位置のずれを考察することによって孔Ｈの断面形状を把握することができる。例えば、図７の（２）中に拡大して示すように、現在位置が上方にずれたようであれば、孔Ｈが縦長楕円形状に変形していることが推定される。このような場合、例えば、マンシェットチューブを用いて薬液注入を行う際にスリーブが孔内壁に当接しないことが予想されるため、予め対策をとることが可能になる。なお、この孔Ｈの断面形状把握は、削孔管５が地盤Ｇに曲線的に挿入可能である場合にのみ適用されるものではなく、したがって方向制御削孔以外の削孔においても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、適宜方向を変化させながら削孔を行う方向制御削孔方法及び方向制御削孔システム、並びに削孔システムとして適用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
５…削孔管、５Ｆ…孔先端部、６…テーパービット、６０…受圧面、ＡＤ…角速度検出センサ、ＢＤ…傾斜角検出センサ、Ｄ…固定式計測装置、Ｇ…地盤、Ｈ…孔、Ｌ…所定区間。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、適宜方向を変化させながら削孔を行う方向制御削孔方法及び方向制御削孔システム、並びに削孔システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、適宜方向を変化させながら削孔を行う方向制御削孔方法・システムが開発され、注目されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。この方法・システムを利用すると、例えば、地盤表面から既設構造物等の下方に各種管体を建て込むことができ、既設構造物等の使用を中断することなく、施工を行うことができる。そして、この方向制御削孔方法においては、曲がり可能な削孔管と、この削孔管を軸心回りに回転させる回転手段と、削孔管の先端に取り付けられたテーパービットと、を有する削孔手段によって削孔が行われる。
【０００３】
削孔管の先端に取り付けられたテーパービットには、削孔管の軸心方向に対して傾斜した平坦面（受圧面）が形成されており、削孔管を推進させた際に当該受圧面が地盤から圧力を受ける。したがって、削孔管に推進力のみを与えると、受圧面が受ける圧力によって削孔管の推進方向が変化し、曲線的な削孔が行われる。他方、削孔管に推進力と伴に回転力を与えると、受圧面が受ける径方向（軸心方向に直交する方向）の圧力が相殺されるため、直線的な削孔が行われる。
【０００４】
もっとも、従来の方向制御削孔方法・システムにおいては、地盤中における削孔管先端部の位置や孔の形状等を正確に把握することができなかった。そこで、本出願人は、削孔管の先端部に水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置を設けてなる方向制御削孔システムや、このシステムを利用して削孔する方向制御削孔方法を提案した（例えば、特許文献３及び特許文献４参照。）。この方向制御削孔システムを利用して削孔するにあたっては、所定区間の削孔を行った後、削孔管の回転を止めた状態で当該所定区間の分だけ削孔管を後退させ、更に当該削孔管を推進させて元の位置に戻した。また、削孔管の推進に際しては角速度検出手段によって角速度を検出し、検出した角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、削孔管の先端部が所定区間の先端部に位置する状態で傾斜角検出手段によって傾斜角を検出した。そして、このようにして得た方位角変化量及び傾斜角を利用して所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、更にこの相対位置に基づいて孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行った。この方法によると、削孔管先端部の位置や孔の形状等を把握することができるうえに、孔先端部の位置を確認しながら削孔を進めることになるため、方向制御削孔に極めて適する。
【０００５】
しかしながら、この従来の方向制御削孔方法・システムによると、各所定区間において後端部に対する先端部の相対位置を求め、この相対位置を保存しておき、この保存位置を順次合算することによって現在位置を求めることになる。したがって、削孔の途中において、例えば軟弱地盤である等を原因として削孔管が動いて（ずれて）しまった場合に、計測誤差・削孔誤差が生じるおそれがある。
【０００６】
この点、削孔位置を計測する装置としては、現在、加速度センサを２軸又は３軸に組み合わせ、あるいはこれに水平方向の角速度を検出するジャイロ等を組み合わせた「挿入式計測装置」の提案もされている（例えば、特許文献５及び特許文献６参照。）。この挿入式計測装置は、全削孔区間の削孔が終了した後、当該全削孔区間の計測を連続的に行うものであり、固定式計測装置を使用した場合のような計測誤差の問題は生じない。しかしながら、挿入式計測装置は、固定式計測装置のように所定区間ごとに計測（リアルタイム計測）を行い、この計測値を基準に次の所定区間の削孔を行うものではなく、特に方向を制御しながら削孔する場合には適さないとの問題を有する。
【０００７】
また、以上の固定式計測装置や挿入式計測装置を使用する場合は、孔の断面形状を把握することができないため、削孔管が動いて孔が楕円形状になってしまった場合に、問題が生じるおそれがある。孔が楕円形状になると、例えば、マンシェットチューブを用いて薬液注入を行う際に（例えば、特許文献７参照。）、スリーブが孔内壁に当接しない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−１９４９９０号公報
【特許文献２】特開平８−１２０６６１号公報
【特許文献３】特開２００４−１８３３７４号公報
【特許文献４】特開２００４−１８３３７５号公報
【特許文献５】特許３１９１８８８号公報
【特許文献６】特開２００７−２０５９５６号公報
【特許文献７】特開平９−３８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする主たる課題は、削孔誤差が生じるおそれのない方向制御削孔方法及びシステムを提供することにある。また、孔の断面形状を把握することができる削孔システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題を解決した本発明は、次の通りである。
〔請求項１記載の発明〕
地盤に曲線的に挿入可能な削孔管と、この削孔管を回転及び進退させる回転進退手段とを有し、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置が前記削孔管に設けられた削孔手段によって所定区間の削孔を行った後、
前記削孔管を後退させて前記固定式計測装置を前記所定区間の先端部から後端部まで移動し、更に前記削孔管を推進させて当該固定式計測装置を前記所定区間の後端部から先端部まで移動し、前記後退又は前記推進に際して前記角速度検出手段によって角速度を検出し、この検出角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、前記固定式計測装置が前記所定区間の先端部に位置するときに前記傾斜角検出手段によって傾斜角を検出し、前記方位角変化量及び前記傾斜角に基づいて前記所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、
この相対位置に基づいて前記所定区間の先端部である孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う方向制御削孔方法であって、
前記孔先端部に一の固定式計測装置が位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、前記固定式計測装置が複数設けられており、
前記一の固定式計測装置によって得られた相対位置とこの相対位置を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とを合算して前記孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う、
ことを特徴とする方向制御削孔方法。
【００１１】
〔請求項２記載の発明〕
地盤に曲線的に挿入可能な削孔管と、この削孔管を回転及び進退させる回転進退手段とを有し、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置が前記削孔管に設けられた削孔手段が備えられ、
この削孔手段によって所定区間の削孔を行った後、前記削孔管を後退させて前記固定式計測装置を前記所定区間の先端部から後端部まで移動し、更に前記削孔管を推進させて当該固定式計測装置を前記所定区間の後端部から先端部まで移動し、前記後退又は前記推進に際して前記角速度検出手段によって角速度を検出し、この検出角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、前記固定式計測装置が前記所定区間の先端部に位置するときに前記傾斜角検出手段によって傾斜角を検出し、前記方位角変化量及び前記傾斜角に基づいて前記所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、
この相対位置に基づいて前記所定区間の先端部である孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う構成とされた方向制御削孔システムであって、
前記孔先端部に一の固定式計測装置が位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、前記固定式計測装置が複数設けられ、
前記一の固定式計測装置によって得られた相対位置とこの相対位置を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とを合算して前記孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う構成とされた、
ことを特徴とする方向制御削孔システム。
【００１２】
〔請求項３記載の発明〕
地盤に挿入可能な削孔管と、この削孔管を回転及び進退させる回転進退手段とを有し、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置が前記削孔管に設けられた削孔手段が備えられ、
この削孔手段によって所定区間の削孔を行った後、前記削孔管を後退させて前記固定式計測装置を前記所定区間の先端部から後端部まで移動し、更に前記削孔管を推進させて当該固定式計測装置を前記所定区間の後端部から先端部まで移動し、前記後退又は前記推進に際して前記角速度検出手段によって角速度を検出し、この検出角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、前記固定式計測装置が前記所定区間の先端部に位置するときに前記傾斜角検出手段によって傾斜角を検出し、前記方位角変化量及び前記傾斜角に基づいて前記所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、
この相対位置に基づいて前記所定区間先端部の現在位置を求める構成とされた削孔システムであって、
一の所定区間先端部に一の固定式計測装置が位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、前記固定式計測装置が複数設けられ、
前記一の固定式計測装置によって得られた相対位置とこの相対位置を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とに基づいて前記一の所定区間先端部の現在位置を求め、この現在位置を保存し、
この保存位置と、次の所定区間の削孔を行った際に得られた前記一の所定区間先端部の現在位置とを比較可能な構成とされた、
ことを特徴とする削孔システム。
【００１３】
（主な作用効果）
所定区間の削孔を行うごとに当該所定区間先端部（孔先端部）の現在位置を固定式計測装置によって求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う方法やシステムは、方向制御削孔に適する。しかしながら、従来の当該方法やシステムは、例えば、図６の（１）に示すように、所定区間Ｌ2の削孔を行った後、当該所定区間Ｌ2先端部（孔先端部）の現在位置Ｂ2を求め、この現在位置Ｂ2を保存しておき、図６の（２）に示すように、次の所定区間Ｌ3の削孔を行った後、当該所定区間Ｌ3先端部（孔先端部）の相対位置を求め、この相対位置を前記保存位置（保存した現在位置）Ｂ2に合算して孔先端部の現在位置を求めるものであった。したがって、削孔管５が動いてしまった場合は、保存位置Ｂ2と真の位置Ｂ2´との間にずれが生じるため、保存位置Ｂ2に相対位置を合算して得た算出位置Ｂ3と真の位置Ｂ3´との間に誤差（計測誤差）が生じることになる。
しかるに、図７の（１）に示すように、孔先端部（所定区間Ｌ2先端部）に一の固定式計測装置Ｄ4が位置するときに他の所定区間Ｌ1先端部に他の固定式計測装置Ｄ3が位置するように、固定式計測装置が複数設けられていると、当該計測誤差の問題が生じない。すなわち、この方法・システムにおいては、図７の（２）から明らかなように、次の所定区間Ｌ3先端部（孔先端部）の相対位置を求める際に、他の所定区間Ｌ1，Ｌ2先端部の相対位置もそれぞれ求めることができ、保存位置Ａ2ではなく真の位置Ａ2´に対して次の所定区間Ｌ3先端部の相対位置を合算することができる。したがって、孔先端部の真の位置Ａ3´を正確に求めることができ、削孔誤差が生じるおそれがない。また、この方法・システムにおいては、保存位置Ａ2と真の位置Ａ2´とを比較することによって、孔Ｈの断面形状を把握することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によると、削孔誤差が生じるおそれのない方向制御削孔方法及びシステムとなる。また、孔の断面形状を把握することができる削孔システムとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】削孔状態の断面概要図である。
【図２】方向制御の方法を説明するための図である。
【図３】相対位置から現在位置を求める方法を説明するための図である。
【図４】削孔要領を説明するための断面模式図である。
【図５】相対位置を求める方法を説明するための図である。
【図６】従来の方法・システムの説明図である。
【図７】本形態の方法・システムの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための形態について説明する。
本形態の方向制御削孔システムには、図１に示すように、地盤Ｇに曲線的に挿入可能な削孔管５及び図示しない回転進退手段を有する削孔手段が備えられている。回転進退手段は、削孔管５を軸心回り回転させ、また、推進及び後退（進退）させる装置である。削孔管５の例えば内空部には、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段ＡＤ及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段ＢＤが備わる固定式計測装置Ｄが内蔵されている。
【００１７】
削孔管５は鋼管等の曲がる材料によって主に形成されているが、削孔管５の固定式計測装置Ｄが内蔵された部位は、当該固定式計測装置Ｄが破壊等されないよう曲がらない材料によって形成されているのが好ましい。ただし、このように材料を異なるものとせず、例えば管厚、管径等を異なるものとすることによって曲がる部位、曲がらない部位、曲がり易い部位、曲がり難い部位等を形成することもできる。また、削孔管５は、地盤Ｇに挿入（削孔）するに際して単位管を直列接続することによって構築することができ、曲がる単位管、曲がらない単位管、曲がり易い単位管、曲がり難い単位管等を適宜接続することによって曲がる部位、曲がらない部位、曲がり易い部位、曲がり難い部位等を形成することもできる。単位管としては、例えば、一端部に雌ネジが形成され、他端部に雄ネジが形成されており、相互に隣接する単位管を螺合することによって接続（連結）することができるものを使用することができる。削孔管５の内径や外径は特に限定されず、例えば外径５〜２０ｃｍとすることができる。また、曲がらない部位や曲がり難い部位の長さは、例えば軸方向に１０〜５０ｃｍとすることができる。
【００１８】
削孔管５の先端には、図２にも示すように、軸心方向に対して傾斜した平坦面（受圧面）６０を有するテーパービット６が取り付けられている。テーパービット６は、円柱の頭部側が軸方向に対して斜め方向にカットされ、このカット面が受圧面６０とされた形状とされている。テーパービット６は、例えば鋳造等によって製造することができる。
【００１９】
本形態の方向制御削孔方法においては、テーパービット６を用いて削孔管５の削孔方向（推進方向）を制御することができる。具体的には、削孔管５を曲線推進させる場合は、図２の（ａ）に示すように、削孔管５の回転を止め、当該削孔管５に推進力のみを与える。この際、受圧面６０は、その先端縁が削孔管５の軸心に対して推進させる側（曲げる側）に位置する状態としておく。この状態で削孔管５に推進力を与えると、受圧面６０が地盤Ｇから受ける圧力を逃すために削孔管５が受圧面６０の先端縁側に曲線推進する。この曲線推進は、三次元的に行うことができ、例えば削孔管５を鉛直面方向に曲げるだけではなく、水平面方向に曲げることもできる。
【００２０】
一方、削孔管５を直線推進させる場合は、図２の（ｂ）に示すように、削孔管５を軸心回りに回転させながら、当該削孔管５に推進力を与える。削孔管５を軸心回りに回転させることで受圧面６０が地盤Ｇから受ける径方向の圧力が相殺され、軸心方向の圧力のみとなり、削孔管５が直線推進する。
【００２１】
図１に示す例では、削孔管５を地盤Ｇの表面（地表面）から目標層まで曲線状に推進させ、その後、目標層内を水平方向に直線推進させた状態を示している。削孔管５は、この状態で削孔終了とすることや、更に地盤Ｇの表面に向かって曲線推進させたり、立坑内に向かって直線推進させたりすること等ができる。
【００２２】
本形態の方向制御削孔方法やシステムは、例えば、集水管や排水管、下水管、水道管、ガス管、各種ケーブル等を通す地中管等を地盤Ｇ中に非開削で設置する場合等に適用することができるほか、地盤Ｇ中に薬液注入管を挿入する場合等にも適用することができる。
【００２３】
固定式計測装置Ｄの角速度検出手段ＡＤとしては、レートジャイロ等の各種ジャイロを用いた少なくとも１軸の装置を使用することができる。もっとも、角速度検出手段ＡＤを内蔵した削孔管５が回転や捩れ等によってローリングしてしまうと、水平方向の方位角に計測誤差が生じる可能性がある。したがって、削孔管５のロール角を検出するジャイロ等を別途設け、この検出値に基づいて水平方向の方位角を補正するのが好ましい。なお、ロール角の検出によって、例えば受圧面６０の向きも把握することができるようになる。
【００２４】
一方、固定式計測装置Ｄの傾斜角検出手段ＢＤとしては、例えば三軸静加速度センサ（相互に直交するＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の重力加速度を検出するセンサ）を使用することができる。このセンサを使用した場合は、検出された各軸方向の重力加速度を次式に代入することによって傾斜角を算出することができる。
傾斜角＝ｔａｎ-1（（（Ｘ軸重力加速度）2＋（Ｚ軸重力加速度）2）1/2／Ｙ軸重力加速度）
【００２５】
角速度検出手段ＡＤ及び傾斜角検出手段ＢＤの基準軸は、演算を簡素化するために、削孔管５の軸心（回転中心軸）に一致させるのが好ましい。また、角速度検出手段ＡＤや傾斜角検出手段ＢＤは、信号送受信装置やスリップリング等を介して図示しない信号伝送用電線（信号線）に電気的に接続される。この信号線は、例えば、削孔管５内を通され、削孔管５の基端部（後端部）から削孔管５外に導出され、図示しない外部制御装置等に接続される。当該信号線は、角速度検出手段ＡＤや傾斜角検出手段ＢＤからの検出信号を伝送するために利用することができるとともに、角速度検出手段ＡＤや傾斜角検出手段ＢＤに電力を供給するためにも利用することができる。また、角速度検出手段ＡＤや傾斜角検出手段ＢＤからの検出信号は、無線方式で伝送することもできる。無線方式とする場合、角速度検出手段ＡＤや傾斜角検出手段ＢＤの電力は、充電池等を利用して供給することができる。
【００２６】
本形態の固定式計測装置Ｄは、図１に示すように、削孔管５に対して軸方向に間隔をおいて複数設けられている。相互に隣接する固定式計測装置Ｄ間の距離は、同じであっても、異なっていてもよい。ただし、図３の（１）に示すように、孔先端部（所定区間Ｌnの先端部）５Ｆ（図１参照）に一の固定式計測装置Ｄnが位置するときに他の所定区間Ｌ1〜Ｌn-1の先端部にそれぞれ他の固定式計測装置Ｄ1〜Ｄn-1が位置する状態になるように少なくとも設けられる。
【００２７】
このように固定式計測装置Ｄが複数設けられた削孔システムを利用して削孔を行うにあたっては、まず、所定区間Ｌ1の削孔を行い、この段階でいったん削孔管５の後退及び推進を行う。この後退及び推進に際しては、所定区間Ｌ1の後端部（削孔管５の挿入部）に対する先端部の相対位置を求め、この相対位置に基づいて所定区間Ｌ1先端部の現在位置を求める。
【００２８】
より詳細には、まず、図４の（Ａ）に示すように、削孔管５を地盤Ｇの表面に臨ませ、図４の（Ｂ）に示すように、必要により削孔管５を回転させながら所定区間Ｌ1の削孔を行う。次に、図４の（Ｃ）に示すように、回転を止めた状態で削孔管５を後退させて削孔管先端部５Ｆに内蔵された固定式計測装置Ｄを所定区間Ｌ1の先端部から後端部まで移動する。次に、図４の（Ｄ）に示すように、回転を止めた状態で削孔管５を推進させて固定計測装置Ｄを所定区間Ｌ1の後端部から先端部まで移動する。
【００２９】
以上の削孔管５の後退（図４の（Ｃ））又は推進（図４の（Ｄ））に際しては、角速度検出手段ＡＤによって角速度を検出する。検出された角速度は、積分して所定区間Ｌ1における水平方向の方位角変化量を求める。角速度の検出は、削孔管５の後退に際して行っても、削孔管５の推進に際して行ってもよいが、推進に際して行う方が好ましい。角速度の検出を削孔管５の後退に際して行うと、その後の削孔管５の推進に際して削孔管５が動いて（ずれて）しまった場合に、計測誤差が生じるおそれがある。
【００３０】
一方、固定式計測装置Ｄが所定区間Ｌ1の先端部に位置するときに傾斜角検出手段ＢＤによって傾斜角を検出する。この傾斜角の検出は、削孔管５を後退する前（図４の（Ｂ）の状態）に行うこともできるが、削孔管５を後退及び推進した後に行う方が好ましい。削孔管５を後退する前に行うと、その後の削孔管５の後退及び推進に際して削孔管５が動いて（ずれて）しまった場合に、計測誤差が生じるおそれがある。なお、所定区間Ｌ1の後端部（削孔管５の挿入部）は、原点となるため、傾斜角検出手段ＢＤによる傾斜角の検出は不要である。
【００３１】
以上のようにして方位角変化量及び傾斜角を得たら、これらの値に基づいて所定区間Ｌ1の後端部に対する先端部の相対位置を求め、この相対位置に基づいて所定区間Ｌ1先端部の現在位置を求める。そして、この現在位置に基づいて、図４の（Ｅ）〜（Ｇ）に示すように、必要により削孔管（単位管）５に他の単位管５Ａを継ぎ足し、次の所定区間Ｌ2について同様の作業を行う。以後、所定区間ごとに、同様の作業を繰り返す。この際、必要に応じて単位管を継ぎ足しながら作業を行う。なお、図４は直線的に削孔を行う場合を示しているが、曲線的に削孔を行う場合も同様である。
【００３２】
ここで方位角変化量及び傾斜角に基づいて、各所定区間Ｌ1，Ｌ2…の後端部に対する先端部の相対位置を求める方法について説明する。
【００３３】
例えば、図５に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸（鉛直方向）からなる三次元直交座標の原点位置から削孔を行い、ｉ番目の所定区間Ｌiの削孔並びに方位角変化量及び傾斜角の算出を終えたとする。この場合、所定区間Ｌi先端部の位置座標は、接線法等の公知の坑跡計算方法を用いると次の通りとなる。
Ｘi＝Ｘi-1−Ｓiｓｉｎ・ＶiｓｉｎΣＷn（ｎ＝１〜ｉ）
Ｙi＝Ｙi-1＋Ｓiｓｉｎ・ＶiｃｏｓΣＷn（ｎ＝１〜ｉ）
Ｚi＝Ｚi-1＋Ｓiｃｏｓ・Ｖi
ここで、Ｓiは所定区間Ｌiの距離であり、削孔管５の回転進退手段にストローク計を取り付ける等して計測することができる。また、Ｖiは、所定区間Ｌi先端部のＺ軸方向に対する傾斜角（絶対的な傾斜角）であり、傾斜角検出手段ＢＤによって検出される。さらに、Ｗiは、所定区間Ｌ1における水平方向の方位角変化量であり、角速度検出手段ＡＤによって検出される角速度を積分することによって算出される。また、Ｘi，Ｙi，Ｚiは、それぞれ所定区間Ｌi先端部のＸ座標，Ｙ座標，Ｚ座標であり、Ｘi-1，Ｙi-1，Ｚi-1は、それぞれ所定区間Ｌi-1先端部のＸ座標，Ｙ座標，Ｚ座標である。したがって、相対位置（ΔＸi-1，ΔＹi-1，ΔＺi-1）は、次の通りとなる。
ΔＸi-1＝Ｘi−Ｘi-1＝−Ｓiｓｉｎ・ＶiｓｉｎΣＷn（ｎ＝１〜ｉ）
ΔＹi-1＝Ｙi−Ｙi-1＝Ｓiｓｉｎ・ＶiｃｏｓΣＷn（ｎ＝１〜ｉ）
ΔＺi-1＝Ｚi−Ｚi-1＝Ｓiｃｏｓ・Ｖi
【００３４】
次に、このようにして算出した相対位置から現在位置を求める方法について説明する。
図３の（１）には、所定区間Ｌnの削孔が終了した状態を示している。この状態においては、所定区間Ｌnの先端部に固定式計測装置Ｄnが位置しており、所定区間Ｌn-1の先端部に固定式計測装置Ｄn-1が位置している。更に削孔管５の基端部（後端部）に向かって同様に各所定区間の先端部に固定式計測装置が位置しており、所定区間Ｌ2の先端部に固定式計測装置Ｄ2が、所定区間Ｌ1の先端部に固定式計測装置Ｄ1が、それぞれ位置している。
【００３５】
この状態から、図３の（２）に示すように、削孔管５を後退させ、更に図３の（３）に示すように、削孔管５を推進させる。この後退又は推進に際しては、固定式計測装置Ｄnに備わる角速度検出手段ＡＤによって角速度を検出し、この角速度を積分して所定区間Ｌnの方位角変化量（Ｗn）を求める。また、固定式計測装置Ｄnが所定区間Ｌnの先端部に位置するときに固定式計測装置Ｄnに備わる傾斜角検出手段ＢＤによって傾斜角（Ｖn）を検出する。そして、上記した相対位置の算出方法を用いて、方位角変化量（Ｗn）及び傾斜角（Ｖn）から所定区間Ｌnの後端部に対する先端部の相対位置ΔＰn-1（ΔＸn-1，ΔＹn-1，ΔＺn-1）を算出する。
【００３６】
また、以上の削孔管５の後退又は推進に際しては、固定式計測装置Ｄnー1によって所定区間Ｌn-1の後端部に対する先端部の相対位置ΔＰn-2（ΔＸn-2，ΔＹn-2，ΔＺn-2）を算出する。更に削孔管５の基端部（後端部）に向かって同様に各所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を算出し、固定式計測装置Ｄ2によって所定区間Ｌ2の後端部に対する先端部の相対位置ΔＰ1を算出し、固定式計測装置Ｄ1によって所定区間Ｌ1の後端部に対する先端部の相対位置ΔＰ0を算出する。
【００３７】
以上の算出値に基づくと、所定区間Ｌ1先端部の現在位置Ｐ0´を次の式で求めることができる。
Ｐ0´＝Ｐ0＋ΔＰ0
ここで、Ｐ0は地盤Ｇに対する削孔管５の挿入位置を示す。
次に、当該現在位置Ｐ0´に基づくと次の所定区間Ｌ2先端部の現在位置Ｐ1´を次の式で求めることができる。
Ｐ1´＝Ｐ0´＋ΔＰ1
同様にして、所定区間Ｌ3先端部の現在位置Ｐ2´、所定区間Ｌ4先端部の現在位置Ｐ3´等も求めることができる。この算出を繰り返すことにより、所定区間Ｌn先端部の現在位置Ｐn-1´は、次の式で求めることができる。
Ｐn-1´＝Ｐ0＋ΣΔＰi（ｉ＝０〜ｎ−１）
本方法において、相対位置ΔＰ0〜ΔＰn-2は、一の固定式計測装置Ｄnを利用して相対位置ΔＰn-1を求める際に、他の固定式計測装置Ｄ1〜Ｄn-1を利用して求められた値である。したがって、相対位置ΔＰ0〜ΔＰn-2は、削孔管５が動いたとしても、動いた後の現況を示しており、相対位置ΔＰ0〜ΔＰn-1を合算して得た現在位置Ｐn-1´は、孔先端部の位置を正確に示すことになる。結果、この現在位置を基準として次の削孔を行う本形態の削孔方法・削孔システムにおいては、削孔誤差が生じるおそれがない。
【００３８】
以上のようにして算出した位置座標は、適宜図形化する等してディスプレイ装置や印刷装置等に出力することができる。この出力にあたっては、例えば、特開２００３−８５５９４号公報等を参照することができる。
【００３９】
ところで、以上では、孔先端部の現在位置を正確に算出し、この算出値を基準に次の削孔を行う場合について説明したが、本形態の方法・システムは、他にも有益な用途がある。すなわち、上記した方法によると、孔先端部（所定区間Ｌn先端部）の現在位置を求めるのと同時に、他の所定区間Ｌ1〜Ｌn-1先端部の現在位置も正確に求められる。そこで、所定区間Ｌ1〜Ｌn先端部の現在位置を保存し、この保存位置と、例えば、次の所定区間Ｌn+1の削孔を行った際に得られた各所定区間Ｌ1〜Ｌn先端部の現在位置とを比較可能な構成としておけば、各地点における位置のずれを考察することによって孔Ｈの断面形状を把握することができる。例えば、図７の（２）中に拡大して示すように、現在位置が上方にずれたようであれば、孔Ｈが縦長楕円形状に変形していることが推定される。このような場合、例えば、マンシェットチューブを用いて薬液注入を行う際にスリーブが孔内壁に当接しないことが予想されるため、予め対策をとることが可能になる。なお、この孔Ｈの断面形状把握は、削孔管５が地盤Ｇに曲線的に挿入可能である場合にのみ適用されるものではなく、したがって方向制御削孔以外の削孔においても適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、適宜方向を変化させながら削孔を行う方向制御削孔方法及び方向制御削孔システム、並びに削孔システムとして適用可能である。
【符号の説明】
【００４１】
５…削孔管、５Ｆ…孔先端部、６…テーパービット、６０…受圧面、ＡＤ…角速度検出センサ、ＢＤ…傾斜角検出センサ、Ｄ…固定式計測装置、Ｇ…地盤、Ｈ…孔、Ｌ…所定区間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に曲線的に挿入可能な削孔管と、この削孔管を回転及び進退させる回転進退手段とを有し、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置が前記削孔管に設けられた削孔手段によって所定区間の削孔を行った後、
前記削孔管を後退させて前記固定式計測装置を前記所定区間の先端部から後端部まで移動し、更に前記削孔管を推進させて当該固定式計測装置を前記所定区間の後端部から先端部まで移動し、前記後退又は前記推進に際して前記角速度検出手段によって角速度を検出し、この検出角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、前記固定式計測装置が前記所定区間の先端部に位置するときに前記傾斜角検出手段によって傾斜角を検出し、前記方位角変化量及び前記傾斜角に基づいて前記所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、
この相対位置に基づいて前記所定区間の先端部である孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う方向制御削孔方法であって、
前記孔先端部に一の固定式計測装置が位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、前記固定式計測装置が複数設けられており、
前記一の固定式計測装置によって得られた相対位置とこの相対位置を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とを合算して前記孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う、
ことを特徴とする方向制御削孔方法。
【請求項２】
地盤に曲線的に挿入可能な削孔管と、この削孔管を回転及び進退させる回転進退手段とを有し、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置が前記削孔管に設けられた削孔手段が備えられ、
この削孔手段によって所定区間の削孔を行った後、前記削孔管を後退させて前記固定式計測装置を前記所定区間の先端部から後端部まで移動し、更に前記削孔管を推進させて当該固定式計測装置を前記所定区間の後端部から先端部まで移動し、前記後退又は前記推進に際して前記角速度検出手段によって角速度を検出し、この検出角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、前記固定式計測装置が前記所定区間の先端部に位置するときに前記傾斜角検出手段によって傾斜角を検出し、前記方位角変化量及び前記傾斜角に基づいて前記所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、
この相対位置に基づいて前記所定区間の先端部である孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う構成とされた方向制御削孔システムであって、
前記孔先端部に一の固定式計測装置が位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、前記固定式計測装置が複数設けられ、
前記一の固定式計測装置によって得られた相対位置とこの相対位置を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とを合算して前記孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う構成とされた、
ことを特徴とする方向制御削孔システム。
【請求項３】
地盤に挿入可能な削孔管と、この削孔管を回転及び進退させる回転進退手段とを有し、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置が前記削孔管に設けられた削孔手段が備えられ、
この削孔手段によって所定区間の削孔を行った後、前記削孔管を後退させて前記固定式計測装置を前記所定区間の先端部から後端部まで移動し、更に前記削孔管を推進させて当該固定式計測装置を前記所定区間の後端部から先端部まで移動し、前記後退又は前記推進に際して前記角速度検出手段によって角速度を検出し、この検出角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、前記固定式計測装置が前記所定区間の先端部に位置するときに前記傾斜角検出手段によって傾斜角を検出し、前記方位角変化量及び前記傾斜角に基づいて前記所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、
この相対位置に基づいて前記所定区間先端部の現在位置を求める構成とされた削孔システムであって、
一の所定区間先端部に一の固定式計測装置が位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、前記固定式計測装置が複数設けられ、
前記一の固定式計測装置によって得られた相対位置とこの相対位置を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とに基づいて前記一の所定区間先端部の現在位置を求め、この現在位置を保存し、
この保存位置と、次の所定区間の削孔を行った際に得られた前記一の所定区間先端部の現在位置とを比較可能な構成とされた、
ことを特徴とする削孔システム。
【請求項１】
地盤に曲線的に挿入可能な削孔管と、この削孔管を回転及び進退させる回転進退手段とを有し、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置が前記削孔管に設けられた削孔手段によって所定区間の削孔を行った後、
前記削孔管を後退させて前記固定式計測装置を前記所定区間の先端部から後端部まで移動し、更に前記削孔管を推進させて当該固定式計測装置を前記所定区間の後端部から先端部まで移動し、前記後退又は前記推進に際して前記角速度検出手段によって角速度を検出し、この検出角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、前記固定式計測装置が前記所定区間の先端部に位置するときに前記傾斜角検出手段によって傾斜角を検出し、前記方位角変化量及び前記傾斜角に基づいて前記所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、
この相対位置に基づいて前記所定区間の先端部である孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う方向制御削孔方法であって、
前記孔先端部に一の固定式計測装置が位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、前記固定式計測装置が複数設けられており、
前記一の固定式計測装置によって得られた相対位置とこの相対位置を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とを合算して前記孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う、
ことを特徴とする方向制御削孔方法。
【請求項２】
地盤に曲線的に挿入可能な削孔管と、この削孔管を回転及び進退させる回転進退手段とを有し、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置が前記削孔管に設けられた削孔手段が備えられ、
この削孔手段によって所定区間の削孔を行った後、前記削孔管を後退させて前記固定式計測装置を前記所定区間の先端部から後端部まで移動し、更に前記削孔管を推進させて当該固定式計測装置を前記所定区間の後端部から先端部まで移動し、前記後退又は前記推進に際して前記角速度検出手段によって角速度を検出し、この検出角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、前記固定式計測装置が前記所定区間の先端部に位置するときに前記傾斜角検出手段によって傾斜角を検出し、前記方位角変化量及び前記傾斜角に基づいて前記所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、
この相対位置に基づいて前記所定区間の先端部である孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う構成とされた方向制御削孔システムであって、
前記孔先端部に一の固定式計測装置が位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、前記固定式計測装置が複数設けられ、
前記一の固定式計測装置によって得られた相対位置とこの相対位置を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とを合算して前記孔先端部の現在位置を求め、この現在位置を基準に次の所定区間の削孔を行う構成とされた、
ことを特徴とする方向制御削孔システム。
【請求項３】
地盤に挿入可能な削孔管と、この削孔管を回転及び進退させる回転進退手段とを有し、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段及び絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段が備わる固定式計測装置が前記削孔管に設けられた削孔手段が備えられ、
この削孔手段によって所定区間の削孔を行った後、前記削孔管を後退させて前記固定式計測装置を前記所定区間の先端部から後端部まで移動し、更に前記削孔管を推進させて当該固定式計測装置を前記所定区間の後端部から先端部まで移動し、前記後退又は前記推進に際して前記角速度検出手段によって角速度を検出し、この検出角速度を積分して方位角変化量を求め、他方で、前記固定式計測装置が前記所定区間の先端部に位置するときに前記傾斜角検出手段によって傾斜角を検出し、前記方位角変化量及び前記傾斜角に基づいて前記所定区間の後端部に対する先端部の相対位置を求め、
この相対位置に基づいて前記所定区間先端部の現在位置を求める構成とされた削孔システムであって、
一の所定区間先端部に一の固定式計測装置が位置するときに他の所定区間先端部にそれぞれ他の固定式計測装置が位置するように、前記固定式計測装置が複数設けられ、
前記一の固定式計測装置によって得られた相対位置とこの相対位置を得る際に他の固定式計測装置によって得られた相対位置とに基づいて前記一の所定区間先端部の現在位置を求め、この現在位置を保存し、
この保存位置と、次の所定区間の削孔を行った際に得られた前記一の所定区間先端部の現在位置とを比較可能な構成とされた、
ことを特徴とする削孔システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１１０７４（Ｐ２０１３−１１０７４Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４３１９０（Ｐ２０１１−１４３１９０）
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００１１５４６３）ライト工業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２８日（２０１１．６．２８）
【出願人】（０００１１５４６３）ライト工業株式会社 (137)
【Ｆターム（参考）】
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