JPH0328494A - 地中削進工法における掘削先端部の位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は二重管式の掘削装置を用いた地中削進工法に
おいて，掘削部先端を検出するための方法に関する． 〔従来の技術〕 地下埋設管の敷設方法として、埋設管の地中削進工法が
広く行われている．一般に，ガス管等の地下配管は、他
の埋設物や土地所有等の関係から、その敷設範囲が極め
て限定されており，このため、このような埋設管を上記
工法により敷設する場合、管の削進方向を高精度に管理
する必要がある。また、この種の工法では、管の到達側
にピットを設け、このピットに削進管を到達させるよう
にする場合があり、このような場合には，削進管をピッ
トに確実に到達させる必要があることから、この点でも
削進方向の高精度化が要求される。

しかし、地中削進工法では、距離が長くなる程、削進方
向に誤差を生じ易く、特に，建造物や河川等の障害物を
避ける場合等に行われる円弧推進工法では、削進方向を
計画線上に維持することは非常に難しい。

このため、この種の工法では絶えず掘削先端部位置を確
認し、削進方向を！ｌ！Ｉ整する必要がある． 〔発明が解決すべき課題〕 従来、削進方向のうち掘削先端部の深度については、傾
斜計などを用いることにより比較的精度良く測定するこ
とが可能であるが、水平方向での位置については信頼の
おける検出方法は未だ確立されていない．すなわち，従
来、水平方向の位置検出はジャイロやロケータ等によっ
て行われているが、ジャイロによる測定では、削進距離
が長くなるにしたがってその測定誤差が累積されていく
ため、削進距離がある程度以上長くなると、非常に大き
な検出誤差を生じてしまう．一般に、埋設管の敷設範囲
の許容差は、前述したような理由により計画線から±２
ｍ以内であるのに対し、ジャイロによる検出では、削進
匙離１０００ｍでその検出誤差が±５ｍにも及んでしま
う．また、ロケータは深さ２〜３ｍが検出の限界であり
、それ以上の深度にある削進管の検知はほとんど不可能
である。また、他の方法として電磁波の反射を用いる地
中レーダーの利用も考えられるが、電磁波の地中減衰率
などの条件から、これも検出深度が２〜３ｍ以下であり
，それ以上の深度にある削進管の検知は難しい。

本発明はこのような従来の問題に鑑み、掘削先端部の水
平方向での位置を，その深さにかかわりなく高精度に検
出することができる方法を提供しようとするものである
． 〔課題を解決するための手段〕 このため本発明は、外管および内管からなり、これら外
管および内管を回転させながら先端ビットにより掘削を
行う二重管式の掘削装置を用いた地中削進工法において
、地表に適当な間隔をおいて複数の振動計を設置してお
き、掘削先端部で衝撃を生じさせ、この衝撃により生じ
た弾性波のＰ波を前記振動計で検出し、複数の振動計間
でのＰ波検出時間差またはＰ波検出順に゛基づき、掘削
先端部の水平方向での位置を検出するようにしたことを
その特徴とする。

本発明では、掘削装置を利用して上記弾性波を極く簡単
に発生させることができる．Ｍも簡単な方法は，管を進
退させることによってその先端を地盤に衝突させる方法
であり，例えば、二重管式の掘削装置では内管を外管に
対して進退させることができることから、内管を外管に
対して進退させて内管先端を地盤に衝突させことにより
、弾性波を生じさせることができる。

また，内管および外管を同時に進退させることによって
も、同様に弾性波を生じさせることができる． また、弾性波は内管内に電気雷管を送り込み、これを爆
発させる方法によっても生じさせることもできる。

以下、本発明の詳細を図面に基づいて具体的に説明する
． 第１図は本発明の実施に供すべき二重管式掘削装置の一
例を示すもので、装置は外管（１）および内管（２）か
らなり、これらはそれぞれその先端にビットを有してい
る． 外管および内管はその発進側の回転・推進装置により回
転（通常、反対方向に回転）せしめられつつ推進される
．内管（２）は発進側の廓動装置（例えば，シリンダ装
置）により外管（１）に対して進退可能となっている。

第２図および第３図は、以上のような掘削装置を用いた
本発明法を模式的に示したものである。

一般に、地中削進工法では埋設ラインの数箇所で掘削先
端部の位置検出を行い、その都度方位修正が行われる。

本発明法では、予め地表の位置検出地点の適当な範囲に
複数の振動計（Ｓ）を配置しておく．第２図および第３
図の例では１６個（４Ｘ４）の振動計を等間隔で配置し
ている．掘削先端部の位置検出を行うには、外管等の推
進長から掘削先端部が位置検出地点に達したことを判断
して管の削進を中止し、ここで地盤に衝突を与えて弾性
波を生じさせる。

具体的には、内管（２）を回転させたまま、数十〇程度
発進側に引き戻し、しかる後，内管（２）を前方に突き
出して地盤に衝突させ弾性波を生じさせる。

この弾性波のＰ波は地表の各振動計（Ｓ）で検出される
。この検出されたＰ波から水平方向における掘削先端部
位置を検出する方法としては，複数の振動計間でのＰ波
の検出時間差に基づき伯置の決定を行う到達時間差法と
、複数の振動計間でのＰ波の検出順序に基づき位置（領
域）の決定を行うゾーン法とがある。

前記到達時間差法は、地３ｌ震源の位置検出の分野で用
いられている方法であり、そのアルゴ？ズムを以下述べ
る． Ｐ波の伝播速度をＶ、掘削先端部すなわち弾性波震源（
以下、ＡＥ源という）の座標および弾性波の発生時刻を
未知数（Ｘｏ　＝　Ｙｏ　−　Ｚｏ−丁０）、Ｎ個の振
動計のうち１番目の振動計の座標およびＰ波到達時刻を
（Ｘｉ，　Ｙｉ，　Ｚｉ，　Ｔｉ）とすると，伝播距離
に対して（　１−１　）式が成立する。更に，ｉ＝１の
（１−１）式を各式からひいて、（１−２）式が得られ
る． （Ｘｉ−Ｘ．　）”　＋（Ｙｉ−Ｙ．　）”　＋　（Ｘ
ｉ−Ｚ．　）”　＝　Ｖ”　（Ｔｉ−Ｔ．　）”（ｉ＝
１，２，・・・，Ｎ）・・・・・・（１−１）（Ｘｉ−
Ｘ，）Ｘ．　＋　（Ｙｉ−Ｙ■）Ｙ，　＋　（Ｚｉ−Ｚ
１）Ｚ，　＝　Ａｉ　（Ｔｉ−Ｔ■）Ｔｏ＋　Ｂｉ（ｉ
＝＝２．３，・・・．Ｎ）・・・・・・（１−２）Ｎ＝
４であれば、この式の解が一意に決定でき、ＡＥｇの位
置と発生時刻を知ることができる。

Ｎ＞４の場合、地下速度構造の誤評価やＰ波到達時刻の
読み取りミスが存在すれば、ＡＥ源を一意に決定できな
い．この場合には（１−２）式で表されるＮ個の式のう
ち４つの式で求めた解を予備ＡＥ源の座標および発生時
刻とし、予？ＡＥ源導出に用いられなかった振動計によ
るＰ波到達時刻のＷＡ９Ｊ値と計算値の二乗残差の総和
を最小にするように予備ＡＥ源により得られた解の補正
を行い、最終計算値を得る．またゾーン法は、２つの振
動計間で早く波の到達した振動計側にＡＥ源が存在する
という考えに基づくもので，例えば第４図（ａ）に示す
ように、複数の振動計のうちＳ．の振動計が最初にＰ波
を検出した場合、周囲の振動計との関係では、それら各
振動計との垂直二等線により作られる境界ａ■〜ａ，よ
り振動計Ｓエ側にＡＥ源が存在することになり、したが
ってＡＥ源は斜線で示す領域（イ）に存在することにな
る。

また、第４図（ｂ）は複数個（３個以上）の振動計のＰ
波検出順による位置検出の方法を示すもので、複数個の
振動計８８〜Ｓ，のうち，Ｐ波がＳｌｌ　３２−　３３
の順で検出されたとすれば、上記と同様、これらの各振
動計とその周囲の振動計との間の境界でＡＥ源の存在す
る側の領域が画され、境界ａ１〜ａ，で囲まれた斜線で
示す領域（口）（振動計８１を含む正六角形を１２等分
したうちの１つの領域）にＡＥｆｉが存在することにな
る．このようなゾーン法は，到達時間差法と異なり、Ｐ
波の観測点数によらずＡＥ源の位置検出が可能なので減
衰の大きい媒質で特に有効である．また減衰が大きく、
到達時間差法での検出に必要となる個数の到達時間に関
するデータ数が得られなくともＡＥ源の検出が可能であ
る６更に、特別な速度モデルや膨大な計算時間を必要と
しない単純なアルゴリズムであり、しかも信頼性の高い
結果を得ることができる方法である。

なお、以上説明したようなゾーン法では、振動計（Ｓ）
間の境界線上に位置するＡＥ源を検出する場合、境界線
に接する２つのゾーンのどちらかでしか評価できないた
め，検出結果の信頼性に問題を生ずる可能性がある。そ
こでこれを防ぐために、Ｐ波の検出時間差にある程度幅
を持たせ，その範囲内で各振動計の検出時刻が同じであ
れば「同時検出」であると判断し，振動計と振動計との
間の領域をＡＥ源の存在する領域として特定する。第５
図においてＣの範囲がこの「同時検出」と判断される中
間の領域である。したがって例えば、■の位置にＡＥ源
がある場合には領域（ハ）が、また■の位置にＡＥ源が
ある場合には領域（二）が、それぞれＡＥ源の存在する
領域として検出されることになる。

本発明法において、弾性波を生じさせるための衝撃は連
続的ではなく単発的であることが好ましい。

また、通常振動計（Ｓ）は，検出深度が５ｍ程度の場合
、３ｍ前後の間隔で配置すれば十分である。

本発明法は水平削進および円弧削進のいずれの工法にも
適用可能であり、特に削進距離が長く、深度の大きい掘
削に好適である． 〔実施例〕 第６図および第７図に示すように、地表に３ｍ間隔で１
６個（４Ｘ４）の振動計（上下動速度型ジオフオン）を
配置し、掘削先端部の検出を行った．この際の掘削先端
部の深度はほぼ３ｍであった。また弾性波は内管を回転
させたまま数＋鼾後退させた後、その先端を地盤に衝突
させることにより発生させた． 第６図は到達時間差法による検出結果を示すもので、Ｐ
波伝播速度をこの付近の土質柱状図をもとに２００ｍ／
ｓと推定して計算を行った。

図中黒丸がこれら計算により検出されたＡＥＭの位置で
あり、白丸で示す実際のＡＥ源から、ほぼ１ｍ以内の地
点をＡＥ源として検出することができた。

また、第７図はゾーン法による検出結果を示すもので，
これによってもＡＥ［からほぼｌｍ以内の領域（ホ）を
ＡＥ源の存在する領域として検出することができた． 〔発明の効果〕 以上述べた本発明によれば，掘削先端部の水平方向の位
置を，その深度にかかわりなく高精度，具体的には±ｌ
ｍ以内の精度で検出することができ、一般の埋設管の敷
設範囲の許容差（通常±２ｍ程度）に十分対応した位置
検出を行うことができる．

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は本発明の実施に供される二重管式掘削装置の一
例を概略的に示す縦断面図である。 第２図および第３図は本発明の実施状況を示すもので、
第２図は地中断面方向で示す説明図、第３図は振動計の
配置状態を示す平面図である．第４図（ａ）（ｂ）はそ
れぞれ掘削先端部の検出をゾーン法で行う場合の概念図
である。第５図はゾーン法の一態様を示す概念図である
。第６図および第７図は実施例での検出結果を示すもの
で，第６図は到達時間差法、第７図はゾーン法による場
合をそれぞれ示している． 図において，（ｌ）は外管、（２）は内管．（Ｓ）．（
Ｓ１）〜（Ｓ，）は振動計を各示す。 第１図 １ 第２図 第３図 ０　　　ｏ 一ｒ一一−　−　−４ ０ ０ ０ ○ ０ ０ Ｃ Ｃ 第４図 口 口 口 Ｏ 口 Ｏ 嶌 口 ● ：検出ａ置 口 Ｏ 口 ホ 口 口 ３ｍ 土。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）外管および内管からなり、これら外管および内管
   を回転させながら先端ビットにより掘削を行う二重管式
   の掘削装置を用いた地中削進工法における掘削先端部の
   位置検出方法において、地表に適当な間隔をおいて複数
   の振動計を設置しておき、掘削先端部で衝撃を生じさせ
   、この衝撃により生じた弾性波のＰ波を前記振動計で検
   出し、複数の振動計間でのＰ波検出時間差またはＰ波検
   出順に基づき、掘削先端部の水平方向での位置を検出す
   ることを特徴とする地中削進工法における掘削先端部の
   位置検出方法。
2. （２）管を進退させてその先端を地盤に衝突させること
   により、弾性波を生じさせることを特徴とする特許請求
   の範囲（１）記載の地中削進工法における掘削先端部の
   位置検出方法。
3. （３）内管内を通じ掘削先端部に電気雷管を送り込み、
   これを爆発させることにより弾性波を生じさせることを
   特徴とする特許請求の範囲（１）記載の地中削進工法に
   おける掘削先端部の位置検出方法。