説明

方向制御削孔方法及び装置

【課題】計測誤差・削孔誤差が生じる可能性が小さく、しかも方向を制御しながら削孔するに好適な方向制御削孔方法とする。
【解決手段】削孔管5を有し、削孔管先端部50Fに角速度検出手段AD及び傾斜角検出手段BDを設けてなる削孔装置を用いて、削孔管5を推進させつつ、角速度検出手段ADにより角速度を検出し、積分することにより方位角変化量を求め、他方で、傾斜角検出手段BDにより削孔区間の先端における傾斜角を検出し、方位角変化量と傾斜角とを用いて、削孔区間の基端に対する先端の相対位置を求め、この作業を所定回繰り返して削孔管5を地中に段階的に進行させた段階で、削孔管5内に挿入式計測装置40を挿入し、削孔管先端部50Fまで移動させて孔先端部の現在位置を計測し、この計測値に基づいて相対位置を合算して得た孔先端部の現在位置を補正し、この補正値を基準として更に削孔管5を地中に段階的に進行させる。

【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のに好適な方向制御削孔方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
近年、適宜削孔方向制御を行う削孔方法(以下、「方向制御削孔」ともいう。)を利用して、例えば、既設構造物の周囲の地表面から下部地盤に対して曲がり可能な樹脂製管を地中に建て込む工法が開発され、注目されている(例えば、特許文献1及び2参照。)。かかる方向制御削孔においては、曲がり可能な削孔管の先端に、軸心方向に対して傾斜した平坦な受圧面を有するテーパービットを取り付け、曲線的に削孔する場合には削孔管に推進力のみを与えることで、その先端のテーパービットの受圧面にかかる力により推進方向を変化させながら削孔管を地中に曲線推進させる。他方、直線的に削孔する場合には、削孔管に回転力と推進力の両方を与え、受圧面にかかる力の方向を回転軸心周りの変化により打ち消すことで、直線的な削孔を可能にしている。しかしながら、削孔管の先端部が地中の何処にあるのか、どのような孔が形成されていのかを確認することは施工管理上非常に重要であるにもかかわらず、従来の工法においては、ジャイロ等のセンサを用いることができるといった程度の抽象的な提案しかなされていなかった。
【0003】
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と絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段とを設けてなる削孔装置」を提案した(例えば、特許文献3及び4参照。以下、この形態を「固定式計測装置を設けてなる削孔装置」ともいう。)。この装置を用いた削孔方法は、「所定削孔区間の削孔を行った後に削孔管を引き戻し、削孔管を回転させずにその先端部を削孔区間の基端から先端まで推進させつつ、角速度検出手段により角速度を検出し、検出した角速度を積分することにより当該削孔区間における削孔管先端部の方位角変化量を求め、他方で、削孔管の先端部を当該削孔区間の先端に位置させた状態で傾斜角検出手段により、当該削孔区間の先端における削孔管先端部の傾斜角を検出し、以上の方位角変化量と傾斜角とを用いて、当該削孔区間における基端に対する先端の相対位置を算出」し、この算出値に基づいて削孔を制御するものである。しかしながら、この固定式の方向制御削孔装置・方法は、各削孔区間において基端に対する先端の相対的な位置を算出し、この算出値を順次合算して現在位置を求めるものであるため、軟弱地盤等において削孔管が動いて(ずれて)しまった場合に、計測誤差・削孔誤差が生じる可能性がある。
【0004】
一方、削孔位置を計測する装置としては、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」も提案されている(例えば、特許文献5及び6参照。)。この装置は、全削孔区間の計測を連続的に行うものであり、上記したような計測誤差の問題は生じない。しかしながら、この挿入式計測装置は、固定式計測装置のように所定削孔区間ごとに計測(リアルタイム計測)を行い、この計測値に基づいて次の所定削孔区間における削孔を制御するものではないため、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする主たる課題は、計測誤差・削孔誤差が生じる可能性が小さく、しかも方向を制御しながら削孔するに好適な方向制御削孔方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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〕
地中に曲線的に挿入可能である曲り可能な削孔管と、この削孔管を回転及び推進させる回転推進手段とを有し、前記削孔管の先端部に、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段と絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段とを設けてなる削孔装置を用いて、
所定削孔区間の削孔を行った後に、前記削孔管を引き戻し、この削孔管をその先端部を前記削孔区間の基端から先端まで推進させつつ、前記角速度検出手段により角速度を検出し、又は、前記削孔管の引き戻しに際して当該削孔管をその先端部を前記削孔区間の先端から基端まで移動させつつ、前記角速度検出手段により角速度を検出し、検出した角速度を積分することにより前記削孔区間における前記削孔管先端部の方位角変化量を求め、他方で、前記削孔管先端部を前記削孔区間の先端に位置させた状態で前記傾斜角検出手段により、前記削孔区間の先端における前記削孔管先端部の傾斜角を検出し、前記方位角変化量と前記傾斜角とを用いて、前記削孔区間の基端に対する先端の相対位置を求め、
この所定削孔区間における削孔及び先端の相対位置を求める作業を所定回繰り返して前記削孔管を地中に段階的に進行させた段階で、前記削孔管内に挿入式計測装置を挿入し、当該挿入式計測装置を前記削孔管の先端部まで移動させて孔先端部の現在位置を計測し、この計測値に基づいて前記所定削孔区間先端の相対位置を合算して得た孔先端部の現在位置を補正し、この補正値を基準として更に前記削孔管を地中に段階的に進行させる作業を進める、
ことを特徴とする方向制御削孔方法。
【0008】
(作用効果)
削孔区間ごとに当該区間先端の相対位置を求めると、この相対位置に基づいて次の削孔区間の削孔を制御することができ、方向制御削孔に適する。また、挿入式計測装置によって孔先端部の現在位置を計測し、この計測値に基づいて前記相対位置を合算して得た孔先端部の現在位置を補正すると、計測誤差が生じる可能性が小さくなり、また、当該補正値を基準として更に削孔管を地中に段階的に進行させる作業を進めると、削孔誤差が生じる可能性が小さくなる。さらに、固定式計測装置による計測に比して挿入式計測装置による計測は時間がかかるが、所定削孔区間の削孔を行った後、毎回挿入式計測装置によって孔先端部の現在位置を計測するものとはせず、所定削孔区間の削孔を所定回繰り返した段階においてのみ挿入式計測装置による計測を行うものとすることで、計測時間を抑えることができる。
【0009】
〔請求項2記載の発明〕
地中に曲線的に挿入可能である曲り可能な削孔管と、この削孔管を回転及び推進させる回転推進手段とを有し、前記削孔管の先端部に、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段と絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段とを設けてなる削孔装置と、
前記削孔管内に挿入し、前記削孔管の先端部まで移動させて孔先端部の現在位置を計測する挿入式計測装置と、
所定削孔区間の削孔を行った後に、前記削孔管を引き戻し、この削孔管をその先端部を前記削孔区間の基端から先端まで推進させつつ、前記角速度検出手段により角速度を検出し、又は、前記削孔管の引き戻しに際して当該削孔管をその先端部を前記削孔区間の先端から基端まで移動させつつ、前記角速度検出手段により角速度を検出し、検出した角速度を積分することにより前記削孔区間における前記削孔管先端部の方位角変化量を求め、他方で、前記削孔管先端部を前記削孔区間の先端に位置させた状態で前記傾斜角検出手段により、前記削孔区間の先端における前記削孔管先端部の傾斜角を検出し、前記方位角変化量と前記傾斜角とを用いて、前記削孔区間の基端に対する先端の相対位置を求める機構と、
この所定削孔区間における削孔及び先端の相対位置を求める作業を所定回繰り返して前記削孔管を地中に段階的に進行させた段階で、前記削孔管内に前記挿入式計測装置を挿入し、当該挿入式計測装置を前記削孔管の先端部まで移動させて孔先端部の現在位置を計測し、この計測値に基づいて前記所定削孔区間先端の相対位置を合算して得た孔先端部の現在位置を補正する機構と、が備わる、
ことを特徴とする方向制御削孔装置。
【0010】
(作用効果)
請求項1記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【0011】
〔請求項3記載の発明〕
前記角速度検出手段及び前記傾斜角検出手段を収納するケース体が備わり、
このケース体が内筒及び外筒を有し、当該内筒及び外筒間に前記角速度検出手段及び傾斜角検出手段が収納されている、
請求項2記載の方向制御削孔装置。
【0012】
(作用効果)
角速度検出手段及び傾斜角検出手段を収納するケース体が備わり、このケース体が内筒及び外筒を有し、当該内筒及び外筒間に角速度検出手段及び傾斜角検出手段が収納されていると、角速度検出手段及び傾斜角検出手段が削孔管先端部に設けられた状態において、挿入式計測装置を削孔管先端部まで移動することができる。したがって、挿入式計測装置を削孔管内に挿入するに先立って、角速度検出手段及び傾斜角検出手段を引き抜く必要がなく、計測時間の短縮を図ることができる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によると、計測誤差・削孔誤差が生じる可能性が小さく、しかも方向を制御しながら削孔するに好適な方向制御削孔方法及び装置となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】削孔状態の概要図である。
【図2】方向制御の説明図である。
【図3】削孔管の概要図である。
【図4】削孔要領を示す断面図である。
【図5】位置検出原理の説明図である。
【図6】固定式計測装置の引抜き及び挿入式計測装置の挿入・移動の説明図である。
【図7】固定式計測装置の応用形態である。
【図8】応用形態に係る固定式計測装置の模式断面図である。
【図9】基本形態に係る固定式計測装置の模式断面図である。
【図10】方向制御削孔の処理フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しつつ詳説する。
図1は、本形態による施工状態を概略的に示したものであり、主に、削孔管5と、その先端に対して取り付けられたテーパービット6と、削孔管5を回転及び推進させる図示しない回転推進装置とから構成された削孔装置が示されている。
【0016】
削孔管5は、曲り可能な材料、例えば鋼管等により形成でき、軸径は基本的に任意であるが、5〜20cmの範囲のものが好適である。本形態では削孔管先端部50Fに固定式計測装置を内蔵するため、当該固定式計測装置の設置部分は実質的に曲がらない(内部の固定式計測装置が破壊等により機能しなくならない)ように構成することが望まれる。このように曲り易さに差異をもたせるために、部分的に材質を異ならしめたり、軸径を異ならしめたりすることができる。削孔管先端部50Fの長さは、適宜定めることができるが、10〜50cmが好ましい。
【0017】
より好ましい形態では、削孔管5は、例えば挿入深さに応じて単位管(図示せず)を複数直列接続して形成するようにし、先頭の単位管を基端側の単位管よりも曲がり難いものとし、その内部に固定式計測装置を設けることができる。この場合、単位管の一端部に雌ネジ部を及び他端部に雄ネジ部をそれぞれ形成し、単位管相互の連結を図ることができる。
【0018】
削孔管5の先端には、軸心方向に対して傾斜した受圧面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としては、例えば図2にも示すように、略円柱状をなし、頭部に軸心方向に対して傾斜した平坦面よりなる受圧面60を有するものとできる。テーパービット6は、鋳造等により製造できる。
【0019】
かかるテーパービット6を用いると、削孔管5を、その方向を制御しながら地中に推進させることができる。より詳細に説明すると、曲線推進を行うときには図2の(a)に示すように、テーパービット6の受圧面60の先端が回転軸心に対して曲げたい側に位置する状態で削孔管5の回転を止め、更にそのままの状態で回転推進装置により削孔管5に推進力のみを与える。この際、テーパービット6の受圧面60にかかる力によりテーパービット6の推進方向が徐々に変化し、削孔管5を地中に曲線的に推進させることができる。換言すれば、テーパービット6は受圧面60で受ける力を逃がすように脇へ逸れつつ進行される。なお、この曲線推進は三次元曲線的な推進が可能であり、図示例では鉛直面方向において曲げているが、水平面方向に曲げることもできる。これに対して、直線推進を行うときには図2の(b)に示すように、削孔管5に回転力および推進力を与え、削孔管5を先端のテーパービット6により削孔しながら地中に推進させる。この際、テーパービット6の先端は受圧面60を有しているものの軸心周りに回転しながら前進するので受圧面60による受圧の影響は打ち消され、直線的に削孔することが可能である。
【0020】
かくして、例えば図1に示すように、削孔管5を地表面から目標層までは弧状に進行させ、その後は目標層内を水平方向に沿って進行させることができる。かかる方向制御推進(削孔)は、削孔管5を地中内位置まで挿入する場合の他、挿入位置から離間した地上部または予め設けた立坑内まで貫くように施工する場合等にも適用できる。なお、単位管連結構造の削孔管5を用いる場合には、必要に応じて単位管を継ぎ足しながら削孔管を地中に挿入する。
【0021】
以上の方向制御推進は、地盤内の水を排水するための集水管や排水管、もしくは下水や、水道水、ガス、各種ケーブル等のための地中埋設管を非開削で設置する場合の削孔や、薬液注入に際しての削孔に応用できる。
【0022】
かかる方向制御に際して、形成孔Hの先端(または削孔管5先端部)の現在位置や、姿勢、軌道等を知るために本形態の位置検出技術を用いることができる。すなわち、上記装置に適用する場合、削孔管5の先端部に、水平方向の相対的な方位角を検出する角速度検出手段と、絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段とを設ける。この角速度検出手段及び傾斜角検出手段は、加速度センサやジャイロ等を適宜組み合わせて構成することができる。本形態では、図3に示すように、角速度検出手段として角速度検出センサADが、傾斜角検出手段として傾斜角検出センサBDが設けられている。
【0023】
傾斜角検出センサBDとしては、3軸静加速度センサ(相互に直交するX軸・Y軸・Z軸方向の重力加速度を検出するセンサ)を用いることができ、検出される各軸方向の重力加速度を次式に代入することにより傾斜角Piを求めることができる。また演算の簡素化のために、傾斜角検出センサBDの基準軸を削孔管5の軸心(回転中心軸)に合わせるのが好ましいことはいうまでもない。
【0024】
【数1】

【0025】
角速度検出センサADとしては、レートジャイロ等の各種ジャイロ等を用いた少なくとも1軸の角速度を検出する角速度検出器を好適に用いることができる。また演算の簡素化のために、傾斜角検出センサBDの基準軸と角速度検出センサADの基準軸とを合わせるのが好ましいことはいうまでもない。
【0026】
他方、角速度検出センサADを取り付けた削孔管5が回転や捩れ等によりローリングしてしまうと、削孔管5の水平方向の方位角を計測するのは困難となる。そこで、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ことができる。なお、このロール角の検出によって受圧面60の向きも把握することができる。
【0027】
角速度検出センサADや傾斜角検出センサ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に電気的に接続される。この信号線は、削孔管5内を通り、削孔管主軸部50Pの基端部から削孔管5外に導出され、外部制御装置に接続される(図示せず)。また、当該信号線を利用して、角速度検出センサADや傾斜角検出センサBDからの検出信号を伝送することのほか、角速度検出センサADや傾斜角検出センサBDに電力供給を行うこともできる。なお、この構成は、有線信号伝送を行う場合を想定しているが、無線により信号伝送を行うこともできる。この場合における角速度検出センサAD及び傾斜角検出センサBDの電力は充電池により供給するように構成できる。
【0028】
図4に、本形態に係る方向制御削孔方法の施工要領例を示す。符号Hは削孔により形成した孔を表している。本例では、先ず同図(A)に示すように、削孔管5を地表面に臨ませ、同図(B)に示すように所定区間(所定削孔区間)、例えば単位管の長さ分の深さまで削孔した後に、同図(C)に示すように削孔管5を引き戻し、その先端部を削孔区間の基端に位置させる。以下、この形成孔の区間を区別するため第1区間という。この状態から、同図(D)に示すようにそのまま削孔管5を回転させずに又は回転させて、削孔管5の先端部を第1区間の先端まで推進させるとともに、角速度検出センサADにより角速度を検出する。そして検出した角速度を積分することにより当該第1区間における削孔管5の先端部の水平方向の方位角変化量(Wi)を求める。なお、この角速度の検出は、削孔管5の引き戻しに際して当該削孔管5を回転させずに又は回転させてその先端部を第1区間の先端から基端まで移動させつつ、角速度検出センサADにより行うこともできる。ただし、この方法によると、角速度の検出後、削孔管5を先端側へ移動させた際に、軟弱地盤等であることを原因として削孔管5が動いて(ずれて)しまい、計測誤差が生じる可能性がある。したがって、角速度の検出は、削孔管5の先端部を第1区間の先端側へ推進させる際に行う方が好ましい。
【0029】
またその一方で、削孔管5の先端部を第1区間の先端に位置させた状態で傾斜角検出センサBDにより、第1区間の先端における削孔管5の先端部の傾斜角を検出する。この傾斜角の検出は削孔直後に削孔管5の引き戻しに先立って行う(すなわち図8(B)の状態で行う)こともできるが、区間先端位置における方位角の検出とともに行うほうがより好ましい。なお、第1区間の基端は原点となるため、傾斜角の検出は不要である。
【0030】
以降は、図4の(E)〜(G)に示すように、必要に応じて削孔管5を継ぎ足しながら次の区間の削孔・引戻し・検出・算出等の作業を行うことを所定回繰り返し、所定深さまで削孔を行う。また、図6は直線的な削孔を行う場合を示しているが、曲線的な削孔を行う場合には、前述のとおり、削孔時にテーパービット6の受圧面60を回転させずに推進させることはいうまでもない。
【0031】
他方、各削孔区間の削孔及び検出・算出が完了した段階で、それぞれ検出値等に基づいて各削孔区間における基端に対する先端の相対位置が算出される。この点、所定深さまで削孔を行った後に、各区間先端の相対位置を算出すると、削孔途中で各区間先端の相対位置を把握して削孔経路を修正するといった管理を行うことができなくなる。
【0032】
各区間先端の相対位置の算出は、例えば次の要領で行うことができる。いま、図5に示す状態、すなわちX軸、Y軸および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番目の区間の削孔および検出・算出を終えた状態を考えると、その区間先端のi位置の座標は、公知の坑跡計算方法を利用することにより算出でき、例えば接線法を用いると下記式(2)のようになる。
【0033】
ここで、Siは区間基端(前回測定点)i−1と区間先端(今回測定点)iとの間の距離により定まる検出区間長であり、削孔管5を挿入する装置にストローク計等を取り付けること等により計測することができるものである。またPiは、削孔管5のi位置のZ軸方向に対する傾斜角(ここでは0°(鉛直上)〜180°(鉛直下)としている)であり、傾斜角検出センサBDにより検出されるものである。またWiは、基端検出位置i−1に対する先端検出位置iの水平方向の方位角変化量であり、角速度検出センサADにより計測されるものである。さらに、Xi,Yi,Ziはi位置のX座標、Y座標およびZ座標であり、Xi-1,Yi-1,Zi-1はi−1位置のX座標、Y座標およびZ座標である。
【0034】
【数2】

【0035】
かくして、各削孔区間の先端位置iの座標を求めることができる。以上に説明した位置検出原理からも判るように、削孔管5の位置検出を行うに際しては、例えば削孔管5の地中挿入位置等の基準位置において、座標値、角速度検出センサADおよび傾斜角検出センサBDの初期設定(0設定)を行い、しかる後に削孔管5の挿入過程において適宜上述の検出を行うことにより、削孔管5の相対位置の座標値(基準位置に対する位置)を正確に計測することができる。そして、上記複数の座標相対位置の軌跡を採れば、詳細な削孔経路、現在位置等を把握することができる。
【0036】
このように、削孔と検出・算出とを別工程で行うことにより位置検出精度が向上する。また、安価かつコンパクトな角速度検出センサADを用いることにより、削孔管先端部50Fが区間基端から先端まで移動した際の方位角変化量Wiを容易に検出できるようになり、これと傾斜角検出センサBDにより検出される絶対的な傾斜角Piとを用いて、公知の坑跡計算方法により削孔区間の基端を基準とした当該区間の先端の相対位置を容易に算出できる。
【0037】
このようにして検出された先端位置座標は、例えば本出願人による特開2003−85594号公報に記載の管理装置によって作業員が位置を把握できる形態、例えば座標値、立体的または平面的な経路図等としてディスプレイ装置や印刷装置等の出力装置へ出力したり、単に座標値や経路図等を表示装置に表示或いは印刷するといった簡易な形態で出力したりすることもできる。
【0038】
以上の所定削孔区間における削孔及び先端の相対位置を求める作業は、所定回繰り返して削孔管5を地中に段階的に進行させる。この所定回を何回とするかは特に限定されず、例えば、5〜20回とすることができ、好ましくは削孔管5の推進距離が2〜30mとなる回数、より好ましくは削孔管5の推進距離が3〜10mとなる回数とすることができる。方向制御精度を重視する場合は所定回を相対的に少なくし、他方、方向制御削孔の迅速性を重視する場合は所定回を相対的に多くするとよい。
【0039】
ところで、本形態の方向制御削孔方法による場合は、各削孔区間において基端に対する先端の相対的な位置を算出し、この算出値を合算して削孔管先端部50Fの現在位置を求めることになる。一方、削孔管5は、削孔中等において動いて(ずれて)しまうことがあり、特に、削孔の対象が軟弱地盤等である場合は削孔管5がずれ易くなる。しかるに、削孔管5がずれると、削孔管5がずれる前の基端の位置を基準として削孔管5がずれた後における先端の相対的位置を求めることになっていまい、現在位置に誤差が生じることになる。
【0040】
そこで、本形態においては、図10に示すように、削孔及び先端の相対位置を求める作業(固定式計測装置による計測)を所定回繰り返して削孔管5を地中に段階的に進行させた段階で、必要により固定式計測装置を引き抜き(この必要の有無は後述する。)、削孔管5内に挿入式計測装置を挿入する。そして、この挿入式計測装置を削孔管先端部50Fまで移動させて孔先端部の現在位置を計測(挿入式計測装置による計測)し、この計測値に基づいて所定削孔区間先端の相対位置を合算して得た孔先端部の現在位置を補正する(現在位置の補正)。この補正を行うと、正確な現在位置を基準として更に削孔管5を地中に段階的に進行させることができ、方向制御精度が向上する。なお、この補正は、例えば、固定式計測装置を利用して求めた現在位置を、挿入式計測装置を利用して求めた現在位置に変える方法によることができる。なお、挿入式計測装置による計測は、当該装置を先端側へ移動させるに際に行っても、基端側へ移動させる(戻す)際に行ってもよい。
【0041】
もっとも、図3に示すように、削孔管先端部50F内には、角速度検出センサADや傾斜角検出センサBD等を有する固定式計測装置が設けられており(内蔵されており)、この状態では、挿入式計測装置を削孔管先端部50Fまで移動することができない。そこで、本形態では、図10に示すように、挿入式計測装置による計測に先立って、固定式計測装置を削孔管5内からいったん引き抜く必要がある。この具体的例を図6に基づいて説明する。
【0042】
図6の(a)に示すように、本形態の固定式計測装置30は、角速度検出センサAD及び傾斜角検出センサBDを収納する円筒状のケース体31を有する。このース体31の基端面には、ワイヤー、ケーブル、棒材等からなる線材32が連結されており、この線材32の他端部が削孔管5外まで延びている。したがって、削孔管5外から線材32を引くことによって、あるいは巻き取ることによって、図6の(b)に示すように、固定式計測装置30を基端側に移動させ、削孔管5内から取り出すことができる(固定式計測装置30の引抜き)。
【0043】
なお、固定式計測装置30の移動が可能である限り、ケース体31が削孔管5の内周面に当接していても、当接していなくてもよい。また、線材32の内部には、必要に応じて、角速度検出センサADや傾斜角検出センサBDの信号伝送用電線や、電気供給用電線等を通すことができる。さらに、本形態においては、図6に示すように、テーパービッド6を削孔管先端部50Fに取り付けられた中空状のアウタービット6Aと、このアウタービット6Aの中空部に納められたインナービット6Bと、で構成することができる。この形態においては、ケース体31の先端面にインナービット6Bを連結しておくことで、固定式計測装置30を引き抜くのと同時に、インナービット6Bも引き抜くことができる。
【0044】
このようにして固定式計測装置30を引き抜いたら、図6の(c)に示すように、挿入式計測装置40を削孔管5内に挿入する。本形態では、この挿入に先立って固定式計測装置30を引き抜いているので、挿入式計測装置40を削孔管先端部50Fまで移動することができる。
【0045】
本形態の挿入式計測装置40は、円筒状であり、円筒形ケーシング41内に角度検出器44が備えられている。また、当該円筒形ケーシング41の周面には、先端側と後端側(基端側)とにそれぞれ車輪43が周方向に90度間隔で4つずつ取付けられていて(もちろん、120度間隔で3つずつ取付けることや、5つ以上の複数ずつ取付けることも可能である。)、挿入される削孔管5の内壁面と接触してもスムーズに移動するようになっている。なお、挿入される削孔管5の口径との関係で、車輪43は削孔管5の内周面と必ずしも常に接触しているものではない。
【0046】
一方、角度検出器44としては、例えば、ピッチ角およびロール角を計測するための傾斜センサ(振り子式、サーボ式等)と、方位角(ヨー角)を計測するための角速度センサ(レートジャイロ、DTGジャイロ等の各種ジャイロ等)とを組み合わせたものを好適に用いることができる。もちろん、ピッチ角、ロール角および方位角を計測するものであれば、他のセンサを使用することもできる。
【0047】
角度検出器44のうち傾斜センサとしては、三軸静加速度センサ(相互に直交するX軸・Y軸・Z軸方向の重力加速度を検出する)を用いることができる。また、角度検出器44のうち角速度センサとしては、レートジャイロ、DTGジャイロ等の各種ジャイロ等を用いた少なくとも1軸の角速度を検出する角速度センサを好適に用いることができる。もちろん、他の検出装置を使用することもできる。また演算の簡素化のために、傾斜センサの基準軸と角速度センサの基準軸とを合わせるのが好ましいことはいうまでもない。
【0048】
挿入式計測装置40の先端面には照明手段としての発光ダイオードや、削孔管5内を撮影する撮影手段としてのCCDカメラを設けることができる。CCDカメラの外周に複数の発光ダイオードが略等間隔に配設され、この発光ダイオードにより、前方が照らされる。発光ダイオードにより照射された対象がCCDカメラに映し出され、その映像信号はカメラケーブルを介して、カメラモニター等に伝送される。このようにCCDカメラが挿入式計測装置40に取付けられていると、何らかの原因で挿入式計測装置40が途中で引掛かり、それ以上先に進むことができなくなったとしても、視覚的に障害物を特定できる。加えて、別途管内カメラ等を挿入する手間を省くことができる。また、削孔管5の亀裂や破損等の状況を把握することもできる。
【0049】
挿入式計測装置40の円筒形ケーシング41は、後部にワイヤー、ケーブル、棒材等からなる線材が、図示例ではケーブル42が連結されており、このケーブル42はケーブルリールにより巻取り及び巻き出し可能になっている。ケーブル42の内部には、電気ケーブルやカメラケーブル等が配線され、外部は硬質ポリエチレンケーブル、鋼線(ワイヤーケーブル)等によって被覆されている。ケーブルリールには、ロータリーエンコーダが取付けられており、挿入式計測装置40の挿入量(測定点の距離)を計測できるようになっている。
【0050】
挿入式計測装置40を削孔管先端部50Fまで移動し、孔先端部の現在位置を計測したら、ケーブル42を利用して挿入式計測装置40を削孔管5内から引き抜き、再度固定式計測装置30を挿入する。
【0051】
以上では挿入式計測装置40による計測に先立って、固定式計測装置30をいったん引き抜く形態を説明したが、固定式計測装置を改良することによって、この引抜きを省略することができる。以下、具体的に説明する。
【0052】
この形態の固定式計測装置は、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とともに、これら両検出手段を収納するケース体を有する。そして、図7及び図8に示すように、本形態の固定式計測装置70は、ケース体が円筒状の内筒71及び外筒72で構成された多重管構造(図示例では二重管構造)とされており、これら内筒71及び外筒72間に両検出手段が収納されている。この形態によると、固定式計測装置70を引き抜くことなく、削孔管5内に移動式計測装置を挿入し、そのまま削孔管5内の中空部と連続する内筒71内の中空部まで、すなわち削孔管先端部50Fまで移動させることができる。なお、図示例では、移動式計測装置を削孔管先端部50Fまで円滑に移動するために、削孔管5の内周面と内筒71の内周面とを面一の状態としている。つまり、本形態のケース体(71,72)は、削孔管5の先端部50Fに、内周面側から埋め込まれた状態になっており、内筒71及び外筒72は削孔管5と同軸的に設置されている。
【0053】
ここで、固定式計測装置30,70の角速度検出手段及び傾斜角検出手段は、角速度及び傾斜角を検出するためのものであり、例えば、1軸ジャイロで角速度を検出し、3軸加速度センサで傾斜角を検出する構成とすることや、ジャイロを3軸に組み合わせて角速度及び傾斜角を検出する構成とするなど、さまざまなバリエーションを考えることができる。ただし、これらのバリエーションのうち、相互に直交するX軸センサ(X軸加速度センサ、X軸ジャイロ等)、Y軸センサ(Y軸加速度センサ、Y軸ジャイロ等)及びZ軸センサ(Z軸加速度センサ、Z軸ジャイロ等)の組み合わせからなる構成を採用する場合は、図8に示すように、Z軸センサ73ZをX軸センサ73X及びY軸センサ73Yから周方向に45〜135°(度)、好ましくは80〜100°、より好ましくは90°の間隔を置いて配置するのが好ましい。この形態によると、内筒71と外筒72との間隔を狭めることができる。また、図示例のように、X軸センサ73X、Z軸センサ73Z及びY軸センサ73Yを周方向に並べる形態とすれば、図8の(b)に示すように、それぞれ複数のX軸センサ73X、Z軸センサ73Z及びY軸センサ73Yを軸方向に並べて配置することができる。各センサ73X,73Z,73Yを複数とすることにより、計測精度を向上させることができる。
【0054】
この点、前述した引き抜く形態の固定式計測装置の場合は、例えば、図9に示すように、当該固定式計測装置90が、各種センサ93X,93Y,93Zが配置される基盤91とこの基盤91を収納する円筒状の筒体92とで主に構成される。この形態の場合は、図9の(b)から明らかなように、いずれかのセンサが、図示例ではZ軸センサ83Zが基盤81から立ち上がった状態となるため、固定式計測装置90の断面積が大きなものとなる。しかも、基盤91の面積は限られており、そのうえ信号送受信器84等も配置されるため、通常、各種センサ93X,93Y,93Zをそれぞれ1つしか配置することができない。したがって、前記した固定式計測装置70におけるように、各センサ93X,93Z,93Yを複数として計測精度を向上させるには困難を伴う。また、所定の削孔が全て終了した後、当該削孔管5を利用して他の作業を行う場合、例えば、削孔管5内に他の管体や薬液等を通して作業を行う場合にも、この固定式計測装置を引き抜くか否かは、作業効率に影響を与えることになる。
【産業上の利用可能性】
【0055】
本発明は、適宜方向を変化させながら削孔を行うのに好適な方向制御削孔方法及び装置として適用可能である。
【符号の説明】
【0056】
5…削孔管、6…テーパービット、30,70,90…固定式計測装置、31…ケース体、32…線材、40…挿入式計測装置、41…円筒形ケーシング、43…車輪、44…角度検出器、50F…削孔管先端部、50P…削孔管主軸部、6…テーパービット、60…受圧面、71…内筒、72…外筒、73X,93X…X軸センサ、73Y,93Y…Y軸センサ、73Z,93Z…Z軸センサ、91…基盤、92…筒体、AD…角速度検出センサ、BD…傾斜角検出センサ、H…孔。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
地中に曲線的に挿入可能である曲り可能な削孔管と、この削孔管を回転及び推進させる回転推進手段とを有し、前記削孔管の先端部に、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段と絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段とを設けてなる削孔装置を用いて、
所定削孔区間の削孔を行った後に、前記削孔管を引き戻し、この削孔管をその先端部を前記削孔区間の基端から先端まで推進させつつ、前記角速度検出手段により角速度を検出し、又は、前記削孔管の引き戻しに際して当該削孔管をその先端部を前記削孔区間の先端から基端まで移動させつつ、前記角速度検出手段により角速度を検出し、検出した角速度を積分することにより前記削孔区間における前記削孔管先端部の方位角変化量を求め、他方で、前記削孔管先端部を前記削孔区間の先端に位置させた状態で前記傾斜角検出手段により、前記削孔区間の先端における前記削孔管先端部の傾斜角を検出し、前記方位角変化量と前記傾斜角とを用いて、前記削孔区間の基端に対する先端の相対位置を求め、
この所定削孔区間における削孔及び先端の相対位置を求める作業を所定回繰り返して前記削孔管を地中に段階的に進行させた段階で、前記削孔管内に挿入式計測装置を挿入し、当該挿入式計測装置を前記削孔管の先端部まで移動させて孔先端部の現在位置を計測し、この計測値に基づいて前記所定削孔区間先端の相対位置を合算して得た孔先端部の現在位置を補正し、この補正値を基準として更に前記削孔管を地中に段階的に進行させる作業を進める、
ことを特徴とする方向制御削孔方法。
【請求項2】
地中に曲線的に挿入可能である曲り可能な削孔管と、この削孔管を回転及び推進させる回転推進手段とを有し、前記削孔管の先端部に、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段と絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段とを設けてなる削孔装置と、
前記削孔管内に挿入し、前記削孔管の先端部まで移動させて孔先端部の現在位置を計測する挿入式計測装置と、
所定削孔区間の削孔を行った後に、前記削孔管を引き戻し、この削孔管をその先端部を前記削孔区間の基端から先端まで推進させつつ、前記角速度検出手段により角速度を検出し、又は、前記削孔管の引き戻しに際して当該削孔管をその先端部を前記削孔区間の先端から基端まで移動させつつ、前記角速度検出手段により角速度を検出し、検出した角速度を積分することにより前記削孔区間における前記削孔管先端部の方位角変化量を求め、他方で、前記削孔管先端部を前記削孔区間の先端に位置させた状態で前記傾斜角検出手段により、前記削孔区間の先端における前記削孔管先端部の傾斜角を検出し、前記方位角変化量と前記傾斜角とを用いて、前記削孔区間の基端に対する先端の相対位置を求める機構と、
この所定削孔区間における削孔及び先端の相対位置を求める作業を所定回繰り返して前記削孔管を地中に段階的に進行させた段階で、前記削孔管内に前記挿入式計測装置を挿入し、当該挿入式計測装置を前記削孔管の先端部まで移動させて孔先端部の現在位置を計測し、この計測値に基づいて前記所定削孔区間先端の相対位置を合算して得た孔先端部の現在位置を補正する機構と、が備わる、
ことを特徴とする方向制御削孔装置。
【請求項3】
前記角速度検出手段及び前記傾斜角検出手段を収納するケース体が備わり、
このケース体が内筒及び外筒を有し、当該内筒及び外筒間に前記角速度検出手段及び傾斜角検出手段が収納されている、
請求項2記載の方向制御削孔装置。

【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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【公開番号】特開2012−97429(P2012−97429A)
【公開日】平成24年5月24日(2012.5.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−244532(P2010−244532)
【出願日】平成22年10月29日(2010.10.29)
【出願人】(000115463)ライト工業株式会社 (137)
【Fターム(参考)】