JPH06185290A - 土中推進穿孔機械用姿勢検知方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】土中推進穿孔機械内の送排水管に搭載され、当
該土中推進穿孔機械の姿勢情報をワイヤレスで発信かつ
立坑側で受信する姿勢情報検知方法及び装置を提供す
る。 【構成】土中推進穿孔機械αの姿勢を検知する方法にお
いて、まず、先端部Ａの姿勢情報θ，φを検知し、次い
で、当該検知した姿勢情報θ，φをパルス符号化によっ
て超音波信号に変換し、引続き、前記土中推進穿孔機械
α内に施された送水軸管５，排水外管６に流れる媒体を
通して超音波パルス信号Ｓ３として送信し、当該送水軸
管５，排水外管６内若しくはその延長上で当該超音波パ
ルス信号Ｓ３を受信・再生することにより、超音波を利
用してワイヤレスで前記土中推進穿孔機械αの先端姿勢
情報θ，φを掘削を推進する立坑Ｈ側で検知する事を特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、通信用ケーブル，上下
水道或いはガス等の配管付設において、土木建設工事用
の土中推進穿孔機械の掘削精度及び信頼性向上のため、
又は、作業の効率化のため、当該土中推進穿孔機械の先
端姿勢情報をケーブル（有線）を使用せずに、当該土中
推進穿孔機械に接続される管路内を流れる送排水を利用
して超音波によって伝送する土中推進穿孔機械用姿勢検
知方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の土中推進穿孔機械の姿勢検知方法
では、当該土中推進穿孔機械の先端姿勢情報は、信号ケ
ーブルを介して発進側の立坑に伝送されていた。

【０００３】また、特開平２−７０８９０号公報に開示
されている方法としては、土中を掘削推進する先端姿勢
情報を磁界センサを設けて当該磁界センサ直上の地上で
送信されてくる送信磁界を受信し、立坑へ有線或いは無
線で当該姿勢情報を伝送する方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の土中
推進穿孔機械の姿勢検知方法では、信号ケーブル及び推
進管の接続作業が煩雑で、当該機械内部に信号ケーブル
の実装空間が必要な分だけ施工性を悪くする等の問題点
が存在した。

【０００５】また、特開平２−７０８９０号公報に記載
されている方法においては、磁界センサが備えられてい
る先端部の直上が道路，軌道或いは河川等の場合は、送
信磁界による伝送信号を受信する装置を設置する事が困
難である。

【０００６】さらに、掘削推進深さが増加すると、当該
土中推進穿孔機械から発信された磁界が土壌による減衰
の影響を受けて受信する事が困難となり、このため先端
姿勢情報を検知する事ができないという問題点がある。

【０００７】本発明は、前記従来の技術の課題に鑑み、
土中推進穿孔機械内の送排水管に搭載され、当該土中推
進穿孔機械の姿勢情報をワイヤレスで発信かつ立坑側で
受信する姿勢情報検知方法及び装置を提供せんとするも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記従来の技術の課題の
解決は、本発明の次に列挙する新規な特徴的構成手法及
び手段を採用することにより達成される。すなわち、本
発明方法の特徴は、土中推進穿孔機械の姿勢を検知する
方法において、まず、先端の姿勢情報を検知し、次い
で、当該検知した姿勢情報をパルス符号化によって超音
波信号に変換し、引続き、前記土中推進穿孔機械内に施
された送排水管に流れる媒体を通して超音波パルス信号
として送信し、さらに、当該送排水管内若しくはその延
長上で当該超音波パルス信号を受信・再生することによ
り、超音波を利用してワイヤレスで前記土中推進穿孔機
械の先端姿勢情報を掘削を推進する立坑側で検知してな
る土中推進穿孔機械用姿勢検知方法である。

【０００９】本発明装置の第１の特徴は、姿勢情報を検
知して電気信号とする検知手段と、当該検知電気信号を
パルス符号化するディジタル信号化変換部と、当該パル
ス符号化された信号を増幅する増幅手段とを備えて土中
推進穿孔機械の先端部に設けられる姿勢情報検知変換部
と、当該姿勢情報検知変換部のパルス符号化された信号
を超音波の搬送周波数で変調する送信回路部と、媒体に
向けて変調された超音波パルス信号を発振する超音波振
動子とを備える信号変調部と、当該信号変調送信部から
発振された超音波パルス信号を受信して電気信号に変換
する超音波振動子と、当該超音波振動子からの電気信号
を濾波及び増幅する濾波増幅手段とを備えて別途立坑側
地上に設けている解析手段に信号を送出する信号受信再
生部とにより構成される土中推進穿孔機械用姿勢検知装
置である。

【００１０】本発明装置の第２の特徴は、前記装置の第
１の特徴における姿勢情報検知変換部と信号変調送信部
が、相互を連結しかつ土中推進穿孔機械の送水軸管内周
面所要部所に環突したストッパ突部に相互空転係止自在
に連通絞り部を設けてなる土中推進穿孔機械用姿勢装置
である。

【００１１】本発明装置の第３の特徴は、前記装置の第
１又は第２の特徴における信号受信再生部が、中間部に
形成しかつ土中推進穿孔機械の送信軸管立坑寄り内周面
所要部所に環突したストッパ突部に相互空転係止自在に
連通絞り部を設けてなる土中推進穿孔機械用姿勢検知装
置である。

【００１２】本発明装置の第４の特徴は、前記装置の第
１，第２又は、第３の特徴における信号変調送信部と信
号受信再生部が、外周面適宜箇所に土中推進穿孔機械の
送水軸管内周面と内接する心出し突起を環設してなる土
中推進穿孔機械用姿勢検知装置である。

【００１３】

【作用】本発明は、前記のような手段及び手法を採用す
ることにより、土中推進穿孔機械の先端姿勢情報を送水
管又は排水管路中を流れる媒体（主に水）を利用してワ
イヤレスで発信かつ立坑側で受信することが可能とな
り、信号ケーブルを不要のものとすることができ、か
つ、ケーブルと推進管の煩雑な接続作業も解消すること
が可能となる。

【００１４】

【実施例】

（装置例）次に本発明の装置例を示す。図１は本装置例
の姿勢情報検知変換部及び信号変調送信部の縦断面図、
図２は本実施例の信号受信再生部の縦断面図、図３は本
装置例の使用状態説明図である。

【００１５】図中、αは土中推進穿孔機械、１は元押し
装置、２は排水管駆動装置、３は送水管駆動装置、４は
掘削用ビット、５は送水軸管、６は排水（土）外管、７
は送水軸管５と排水外管６構造の推進管、８は姿勢情報
検知変換部、９は信号変調送信部、１０は信号受信再生
部、１１は操作盤、１２は駆動電力装置、１３は送水・
排水タンク、１４は送排水ポンプ、Ｇは地上面、Ｐは操
作者、Ｈは発進立坑である。なお、図中の土中推進穿孔
機械α中の姿勢情報検知変換部８及び信号変調送信部９
が存在する途中省略線より先の部分を、以下の説明の便
宜上、土中推進穿孔機械αの「先端部」Ａとする。

【００１６】図中、１５はピッチング角検出器、１６は
ローリング角検出器、１７はディジタル信号化回路、１
８は信号増幅器、１９は電源、２０は超音波信号送信用
の電源、２１は超音波送信回路、２２は送信用の超音波
振動子たる送信用マイクロフォン、２３はモールド材、
２４は心出し環状突起である。

【００１７】２５は受信用の超音波振動子たる受信用マ
イクロフォン、２６は信号増幅・フィルタ回路、２７は
信号再生器、２８はモールド材、２９は心出し環状突起
である。また、送水軸管５内には姿勢情報検知変換部８
及び信号変調送信部９が、また、信号受信再生部１０が
送水されてくる水に押し流されないように、連通絞り部
３０，３１を係止する環状ストッパ突部５′，５″が設
けられている。

【００１８】心出し環状突起２４，２９は、信号変調送
信部９及び信号受信再生部１０の各マイクロフォン２
２，２５が管軸上で心出し対向するように支持するもの
であり、モールド材２３，２８は超音波の送受信指向性
を前方に高めるように工夫されている。

【００１９】本装置例の仕様は、このような基本的実施
態様であるので、次にこれらの使用状態を図３について
述べる。本装置例を搭載する土中推進穿孔機械αは、立
坑Ｈから先端に掘削用ビット４を固設しかつ基端を連結
された排水管駆動装置２及び送水軸管５を内挿する排水
外管６基端を連結された送水管駆動装置３を通して回転
させながら、元押し装置１によって地中に押し込まれて
推進する。

【００２０】この時、送水・排水タンク１３及び送排水
ポンプ１４によって、元押し装置１側から送水軸管５を
経て掘削用ビット４前方に水が供給される。当該掘削用
ビット４の回転によって掘削かつ排土された泥水（土）
は、排水（土）外管６を通して送排水ポンプ１４により
排水（排土）され、送水・排水タンク１３に再び戻され
る。

【００２１】土中推進穿孔機械αの先端部Ａの姿勢情報
等は、ピッチング角及びローリング角として姿勢情報検
知変換部８内に装備された角度検出器によって測定さ
れ、ディジタルなパルス信号化されて信号変調送信部９
におくられる。

【００２２】信号変調送信部９では、送信用マイクロフ
ォン２２により送水軸管５内に流れる水を通して超音波
パルス信号を送信する。送水軸管５内を伝播された超音
波パルス信号は、立坑Ｈ側の送水軸管５或いはその延長
上に配置される信号受信再生部１０で検知され、再び姿
勢情報に変換されて、操作盤１１に送られる。

【００２３】姿勢情報検知変換部８及び信号変調送信部
９は、内部の電源により各回路及び装置が動作し、信号
受信再生部１０は駆動電力装置１２を経て操作盤１１か
ら供給される電力によって動作する。このような動作を
通して、当該土中推進穿孔機械αの先端部Ａの姿勢角を
検知することが可能となる。

【００２４】なお、操作盤１１では、これら送信されて
きた姿勢情報を基に、元押し装置１，排水管駆動装置２
及び送水管駆動装置３を通して土中推進穿孔機械αの堀
削・推進状態を制御することができる。

【００２５】（方法例）本装置例の姿勢情報検知変換部
８及び信号変調送信部９並びに信号受信再生部１０に本
方法例を適用した場合の先端部Ａの姿勢情報検知及び信
号伝送の実行手順を図１，図２及び図４のフロー・チャ
ートを参照して説明する。以下で説明するステップ数
は、特に断らない限り、図４におけるものとする。

【００２６】まず、姿勢情報検知変換部８の電源１９が
オンされた状態でピッチング角検出器１５から信号増幅
器１８までの回路が動作状態となり、ピッチング角検出
器１５及びローリング角検出器１６で先端部Ａのピッチ
ング角θ及びローリング角φを検出する（ステップ
Ｉ）。

【００２７】これら両者の角度値θ，φは、ディジタル
信号化回路１７でパルス符号化されて（ステップII）パ
ルス信号Ｓ１となる。当該パルス信号Ｓ１は信号増幅器
１８で増幅されて（ステップIII ）増幅パルス信号Ｓ２
となり、信号変調送信部９の超音波送信回路２１に送ら
れる。超音波送信回路２１では、送信されてきた信号Ｓ
２を超音波の搬送周波数で変調して（ステップIV）、変
調増幅パルス信号Ｓ３として送信用マイクロフォン２２
に送る。

【００２８】送信用マイクロフォン２２では、送水軸管
５内の水を媒体として、立坑Ｈ側に向けて変調増幅パル
ス信号Ｓ３を送信する（ステップＶ）。信号受信再生部
１０の受信用マイクロフォン２５では、送水軸管５内の
水を媒体として伝播してきて受信された変調増幅パルス
信号Ｓ３を電気変換されたパルス信号Ｓ４に変換する
（ステップVI）。

【００２９】受信用マイクロフォン２５で受信されて変
換されたパルス信号Ｓ４は、信号増幅・フィルタ回路２
６で送信に用いた超音波の搬送周波数成分だけをバンド
・パス・フィルタをかけて増幅して濾波・増幅パルス信
号Ｓ５とする（ステップVII）。

【００３０】信号再生器２７で処理された信号から濾波
・増幅パルス信号Ｓ５を再生してピッチング角θ及びロ
ーリング角φの両角度値を検出して（ステップIIX ）、
操作盤１１にデータ信号Ｓ６を有線或いは無線で転送す
る。

【００３１】さらに、当該土中推進穿孔機械αの押し込
み長さから得られる推進距離Ｌ（ステップIX）から、当
該土中推進穿孔機械αの先端部Ａの位置を決定すること
ができる（ステップＸ）。以上のようにして、土中推進
穿孔機械αの先端部Ａの姿勢情報θ，φ及び位置情報Ｌ
を得て、土中推進穿孔機械αの姿勢及び位置検知を行
う。

【００３２】なお、これらの信号伝送は、超音波送信回
路２１及び信号増幅・フィルタ回路２６で送受信信号を
複数回繰り返して送受信すること、及び信号再生器２７
で繰り返し信号を平均化処理すること等の信号処理を行
うことによって、伝送信号の品質を高めることが可能と
なる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、特別な
信号伝送用のケーブル等が不要になり、土中推進穿孔機
械の送排水管路の水を媒体に信号伝送するため、推進管
等の接続が効率的に行え、信号伝送用ケーブルの実装空
間が不要になる。

【００３４】さらに、従来の無線での信号伝送に用いら
れた磁界が到達得ない地中深さを推進する場合にも、土
中推進穿孔機械の姿勢情報を有効に検出できるので、土
中推進穿孔機械の自動化及び推進作業の効率化が行える
だけでなく、推進深さや適用箇所の範囲を大きく拡大す
ることが可能となる等、優れた有用性を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置例に用いる姿勢情報検知部及び信
号送信器の構成を示す縦断面図である。

【図２】同上、信号受信器の構成を示す縦面断面図であ
る。

【図３】同上、使用状態説明図である。

【図４】本発明の方法例を示す、フロー・チャートであ
る。

【符号の説明】

α…土中推進穿孔機械 Ａ…先端部 Ｇ…地上面 Ｈ…発進側立坑 Ｐ…操作者 １…元押し装置 ２…排水管駆動装置 ３…送水管駆動装置 ４…掘削用ビット ５…送水軸管 ５′，５″…ストッパ ６…排水（土）外管 ７…推進管 ８…姿勢情報検知変換部 ９…信号変調送信部 １０…信号受信再生部 １１…操作盤 １２…駆動電力装置 １３…送水・排水タンク １４…送排水ポンプ １５…ピッチング角検出器 １６…ローリング角検出器 １７…ディジタル信号化回路 １８…信号増幅器 １９，２０…電源 ２１…超音波送信回路 ２２…送信用マイクロフォン ２３，２８…モールド材 ２４，２９…心出し環状突起 ２５…受信用マイクロフォン ２６…信号増幅・フィルタ回路 ２７…信号再生器 ３０，３１…連通絞り部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松永 広 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内 (72)発明者 杉野 文秀 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日 本電信電話株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】土中推進穿孔機械の姿勢を検知する方法に
   おいて、まず先端の姿勢情報を検知し、次いで、当該検
   知した姿勢情報をパルス符号化によって超音波信号に変
   換し、引続き、前記土中推進穿孔機械内に施された送排
   水管に流れる媒体を通して超音波パルス信号として送信
   し、さらに、当該送排水管内若しくはその延長上で当該
   超音波パルス信号を受信・再生することにより、超音波
   を利用してワイヤレスで前記土中推進穿孔機械の先端姿
   勢情報を掘削を推進する立坑側で検知する事を特徴とす
   る土中推進穿孔機械用姿勢検知方法。
2. 【請求項２】姿勢情報を検知して電気信号とする検知手
   段と、当該検知電気信号をパルス符号化するディジタル
   信号化変換部と、当該パルス符号化された信号を増幅す
   る増幅手段とを備えて土中推進穿孔機械の先端部に設け
   られる姿勢情報検知変換部と、 当該姿勢情報検知変換部のパルス符号化された信号を超
   音波の搬送周波数で変調する送信回路部と、送排水媒体
   に向けて変調された超音波パルス信号を発振する超音波
   振動子とを備える信号変調送信部と、 当該信号変調送信部から発振された超音波パルス信号を
   受信して電気信号に変換する超音波振動子と、当該超音
   波振動子からの電気信号を濾波及び増幅する濾波増幅手
   段とを備えて別途立坑側地上に設けている解析手段に信
   号を送出する信号受信再生部と、により構成されること
   を特徴とする土中推進穿孔機械用姿勢検知装置。
3. 【請求項３】姿勢情報検知変換部と信号変調送信部は、
   相互を連結しかつ土中推進穿孔機械の送水軸管内周面所
   要部所に環突したストッパ突部に相互空転係止自在に連
   通絞り部を設けたことを特徴とする請求項２記載の土中
   推進穿孔機械用姿勢検知装置。
4. 【請求項４】信号受信再生部は、中間部に形成しかつ土
   中推進穿孔機械の送信軸管立坑寄り内周面所要部所に環
   突したストッパ突部に相互空転係止自在に連通絞り部を
   設けたことを特徴とする請求項２又は３記載の土中推進
   穿孔機械用姿勢検知装置。
5. 【請求項５】信号変調送信部と信号受信再生部は、外周
   面適宜箇所に土中推進穿孔機械の送水軸管内周面と内接
   する心出し突起を環設したことを特徴とする請求項２，
   ３又は４記載の土中推進穿孔機械用姿勢検知装置。