JP3599925B2 - 削孔情報計測装置および削孔管理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、削孔精度の向上を図るために、方位角および傾斜角等の削孔情報を計測する計測装置およびこれに用いる方位計並びに削孔管理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
立坑、斜坑は用途により、長大トンネルの作業坑、地下発電所の調圧水槽、鉄管路斜坑、道路トンネル等の換気用立坑等に分類されるが、施工に当たっては、水平トンネルと違い、諸々の運搬作業に巻上げ装置等を使用するなど、特殊な機械を使って施工するので、地質調査を十分に行うことはもちろんであるが、安全性、施工性に十分に配慮する必要がある。
【０００３】
近年、このような要求に答える立坑や斜坑の施工法として、高能率、低コストで安全性の高いレイズボーリング工法がある。このレイズボーリング工法は、図８および図９に示されるように、上部坑道５５（または地表）にレイズボーリングマシン５０を設置し、目的の下部坑道５６に向けて、鋼製厚肉のパイプ（削孔ロッド）５１に取り付けたパイロットビット５２（通常はトリコンビット）で、孔計３０ｃｍ前後のパイロット孔を削孔貫通させた後、下部坑道５６でパイロットビット５２を外し、リーマーヘッド５３Ａの上面側に複数のローラカッター５３ａ、５３ａ…を取り付けた大口径のリーマー５３を取り付け、前記ローラカッター５３ａ、５３ａ…を回転させながら上方に引上げることで最初に形成したパイロット孔を拡幅し、上部坑道５５（または地表）に至る立坑または斜坑Ｈを形成する方法である。リーミングで掘削されたズリは、下部坑道５６に自然落下し、下部坑道５６から搬出される。また、規模または用途によっては、最初に形成した立坑や斜坑Ｈを発破あるいはその他の方法で大断面に切り拡げたり、吹付けコンクリートやコンクリートライニングで壁面が補強される。
【０００４】
前記レイズボーリング工法においては、最初のパイロット孔の形成精度がそのままリーミング掘削の精度に大きく影響するため、パイロット孔を如何にして孔曲がりを少なく高精度で削孔し得るかが重要となり、そのために削孔中に現削孔軌跡を迅速に知る必要がある。
【０００５】
近年、削孔軸の孔曲がりを防止する方法としては、掘削軸内に傾斜計を設けて、傾斜度合いを測定しながら掘削軸の傾斜を修正することが提案されている。これらの例としては、たとえば特開昭６２−１１０１１１号、特開平１−９４１１７号、特開平１−２７８６８７号公報に記載のものを挙げることができる。
【０００６】
これらの発明は掘削軸内に傾斜計などの検出器を設けて、その軸内を通して地上に至る信号ケーブル線を配線して信号を導くか、掘削軸とは別に制御管を設け、その内部に傾斜計を設けてその管内を通して地上に至る信号ケーブル線を配線して信号を導くようにしている。また、信号ケーブル線の接続部の伝送方法としては、単位掘削軸の上下端部に電磁コイル等を埋設した非接触型コネクターを利用するものもある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ボーリングは順次単位掘削軸を継ぎ足して削孔距離を延長させるため、信号ケーブル線を通して計測信号を伝達する場合には、単位掘削軸の継ぎ足し時において、同時に信号ケーブル線の継ぎ足しを行う必要があり、これが施工能率を低下させる原因になるとともに、危険作業をともなっている。また、信号ケーブルに損傷があった場合、その都度交換が必要となり、その手間とコストが嵩む。他方、前記非接触型のコネクターを使用する場合には、単位掘削軸の継ぎ足し時に信号ケーブル線の接続作業が不要となる利点はあるものの、各単位掘削軸の上下端部に電磁コイル等の非接触コネクターの埋込みを行わなければならないため、既存の掘削軸をそのままでは使用することができず、大幅な装置改造が必要となるためコストが嵩むなどの問題がある。
【０００８】
そこで本発明の主たる課題は、信号ケーブルを不要とし、削孔ロッドの継ぎ足しの際の信号ケーブルの連結およびその付帯作業を無くすること、および削孔中の任意の時期に傾斜角度、方位角等の削孔情報を容易に得ることができるようにし、その計測データを現削孔作業に対して迅速に反映することによって高い精度で削孔を行い得るようにした削孔情報計測装置およびこれに用いる方位計並びに削孔管理方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明装置は、削孔ロッド内の先端部位置に装着される削孔情報計測装置であって、
前記削孔情報計測装置は、ハウジング内に、少なくとも傾斜計と、方位計と、これらの計測データを記憶するためのメモリー部と、これら機器のためのバッテリー部とを備え、
別途用意された回収装置である、吊りワイヤーの操作によって前記削孔ロッド内を昇降自在とされ、かつ前記ハウジングの上部に形成された係合尖頭部に対して係合自在とされるオーバーショット装置により地上側に回収可能となっていることを特徴とするものである。
【００１０】
この場合、前記削孔情報計測装置に対して好適に用いられる方位計は、測定精度はもちろんの事、再現性（同じ深さでロッドが回転しても同一の値を示すこと）を満足するものでなくてはならない。そこで、これらの要求を満足するために方位計としては、上端側および下端側が軸受によって支持され削孔ロッドの略軸心回りに回転自在とされるとともに、一側がわにウエイトが付設され、削孔ロッドの傾斜状態とは無関係に常に一定の向きに保持されるバランスホルダーが設けられ、このバランスホルダーに対して水平支軸が設けられるとともに、この水平支軸に対して、該水平支軸回りに揺動自在かつ付設されたウエイトによって水平保持される電子磁気コンパスを取付け、この電子磁気コンパスからのリード線はスリップリングを介して他に連結されているものが、好適に用いられる。
【００１１】
また、前記方位計としては、上端側および下端側が軸受によって支持され削孔ロッドの略軸心回りに回転自在とされるとともに、一側がわにウエイトが付設され、削孔ロッドの傾斜状態とは無関係に常に一定の向きに保持されるバランスホルダーが設けられ、このバランスホルダーに対して水平支軸が設けられるとともに、この水平支軸に対して少なくとも削孔時において水平配置となるように電子磁気コンパスを固定し、この電子磁気コンパスからのリード線はスリップリングを介して他に連結されているものも、好適に用いられる。
【００１２】
他方、本発明に係る削孔管理方法は、削孔ロッド内に前記削孔情報計測装置をセッティングした状態で削孔を進め、予め設定されたサンプリング時間毎に傾斜計および方位計による計測を行い、これらの計測データを前記メモリー部に蓄積しておき、定期的に前記回収装置により削孔情報計測装置を地上側に回収し、蓄積された計測データの取り出しを行うことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明では、削孔ロッドに対して直接、方位計や傾斜計を設けるのではなく、別に設計されたハウジング内に方位計や傾斜計を設け、かつこのハウジング内に設けられたメモリー部に対して計測した削孔情報を蓄積するようにし、任意の時期に前記ハウジングをオーバーショット装置により地上に回収可能としている。
【００１４】
したがって、信号ケーブルが不要となり、したがって、削孔ロッドの継ぎ足しの際の信号ケーブルの連結およびその付帯作業が無くなり、削孔を効率的に進めることができるようになるとともに、任意の時期に削孔情報を得ることができるため、この計測結果をその後の削孔に反映させることによって高い精度で削孔を行うことができる。
【００１５】
ところで、本発明装置においては、傾斜角度をもつ削孔に合わせて特に設計された前記の方位計を用いるようにしている。本発明者は開発の当初、図７に示される従来のジンバル構造の方位計、すなわちピボット６０、６０により回転自在に外ジンバル６１を設け、かつこの外ジンバル６１の内周面に突設された内ピボット６２、６２によって内ジンバル６３を支持し、この内ジンバル６３に電子磁気コンパス６６を設けるとともに、ウエイト６４を設けた方位計を採用してみた。しかし、電子磁気コンパス６６を水平に保つためにウエイトを重くするとピボット６０が振動や衝撃によって曲がるまたは折れるなどの問題が発生し、またピボット６０を保護するためにウエイト６４を軽くすると電子磁気コンパス６６が水平を保ちにくいなどの問題が発生し、十分な精度および再現性を確保することができなかった。
【００１６】
そこで、上端および下端で軸受によって支持され、削孔ロッドの略軸心回りに回転自在とされるとともに、一側がわにウエイトが付設され、削孔ロッドの傾斜状態とは無関係に常に一定の向きに保持されるバランスホルダー構造を採用することにした。この構造であれば、上下の軸受によってバランスホルダーを堅固に保持できるためウエイト重量を増加させても構造的問題が生じない。また、スリップリングを介して電気的に接続しているため、リード線の影響による回転障害もなくなる。さらに、ロッドの回転の影響を小さくすることができ再現性を向上させることができるなどの理由によりほぼ満足のいく測定精度と再現性を得ることができるようになった。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて詳述する。
図１は本発明に係る削孔情報計測装置１の削孔ロッドＲに対するセット状態図であり、図２は装置本体部Ｓの内部構造図である。
削孔情報計測装置１は、外形がロッド状の装置本体部Ｓと、この装置本体部Ｓの前後に連設された各センターライザー７、８とから構成されている。したがって、前記センターライザー７、８によって削孔ロッドＲ（以下、単にロッドという。）内の掘削ビット１０の直上位置にセットされた状態では、ロッドＲの軸心位置に確実に定位するようになっている。なお、１１は前記削孔情報計測装置１のストッパーである。
【００１８】
前記装置本体部Ｓは、詳細には図２に示されるように、非磁性体の円筒状ハウジング１４内にロッド先端側から順に、方位計２、方位信号処理部２Ａ、傾斜計３、傾斜信号処理部３Ａ、メモリー部５、バッテリー部６が内設されたものであり、特に前記方位計２は、特に傾斜角度をもつ削孔に合わせて本装置用に特に設計された方位計（図３参照）が使用されている。この方位計２は、上端側および下端側がベアリング２１、２２によって支持されロッドＲの略軸心回りに回転自在とされるとともに、一側がわにウエイト２３Ａ，２３Ｂが付設され、ロッドＲの傾斜状態とは無関係に常に一定の向きに保持されるバランスホルダー２０が設けられ、このバランスホルダー２０に対して前記ウエイト作用によって常に水平となる方向に配置された水平支軸２４が設けられるとともに、この水平支軸２４に対して揺動自在かつ付設されたウエイト２６によって常に水平保持される電子磁気コンパス２５を備えたもので、この電子磁気コンパス２５からのリード線２７はスリップリング２８を介して接続コネクター２９に連結されている。なお、前記水平支軸２４に対する電子磁気コンパス２５の取付けは、汎用性を持たせるために揺動可能に支持させているが、削孔傾斜角度が一定である場合には削孔傾斜角度に合わせて固定、すなわち少なくとも削孔時において電子磁気コンパス２５が水平配置となるように所定の傾斜をもって固定的に取付けることもできる。
【００１９】
前記電子磁気コンパス２５の計測精度としては、方位分解能が０．１５°程度のものを使用するのがよい。前記方位計２により計測された方位信号は、方位信号処理部２Ａにより解析処理されるとともにデジタル信号化された後、メモリー部５に記憶される。
【００２０】
次いで、傾斜計３は、２つの加速度センサー３Ａ，３ＢをそれぞれＸ軸方向およびＹ軸方向に直交配置したものであり、これら加速度センサー３Ａ，３Ｂにより計測された傾斜信号は、傾斜信号処理部１３により解析処理されるとともにデジタル信号化された後、メモリー部５に記憶される。傾斜計３としては、前記加速度センサーの他に、作動トランス、歪ゲージ、静電容量式などの測定機器を使用することもできる。
【００２１】
メモリー部５およびバッテリー部６の容量は、予め設定されるサンプリング時間や蓄積された方位計測データ、傾斜計測データの回収サイクルタイムなどの関係から適宜その容量が決定される。
【００２２】
一方、地上側のセンターライザー８の上部には、回収装置（以下、オーバーショット装置）４が係止するための係合尖頭部９が設けられており、地上側からロッドＲ内に吊り降ろされたオーバーショット装置４によって引上げ回収できるようになっている。前記オーバーショット装置４は、図４に示されるように、軸４１により枢着された一対のラッチ４０Ａ、４０Ｂが設けられるとともに、これらラッチ４０Ａ、４０Ｂの基端側片にスプリング４２が跨設された係合装置を備えており、前記ラッチ４０Ａ、４０Ｂ間にセンターライザー８の係合尖頭部９が強制挿入されると自動的に拡開し、完全に係合尖頭部９が挿入し終えた段階で、前記スプリング４２の弾発作用により閉縮し、ラッチ４０Ａ、４０Ｂの顎部分に係合尖頭部９が掛止するようになっている。そして、センターライザー８の係合尖頭部９にオーバーショット装置４が掛止し両者が連結されたならば、ワイヤー４３を地上側に巻き上げて、削孔情報計測装置１を地上側に回収するものである。
【００２３】
以下、施工手順に従いながら削孔管理方法について説明すると、
図５（Ａ）に示されるように、削孔ロッドＲの先端側に本削孔情報計測装置１をセッティングした状態で削孔機１５により削孔を開始する。これ以降、削孔情報計測装置１は、予め入力されたサンプリング時間毎、たとえば２〜３分毎に、方位計２および傾斜計３により方位角と傾斜角度が計測され、その時の計測データがメモリー部５に蓄積されるようになっている。また、削孔深度に関しては、接続されたロッド本数の計数することにより、あるいはロッドの表面に接触して従回転するローラの回転数をロータリーエンコーダーやポテンションメータなどによって計数することにより削孔深度が計測されるようになっている（図示しない）。この場合、いずれの深度測定方法を採用するにしても、前記サンプリング時に対応してその時の削孔深度が判るようにしておく必要がある。
【００２４】
ロッドＲを順次継ぎ足しながら削孔を進め、所定の時間（たとえば１〜３日）が経過したならば、削孔情報計測装置１の回収を行う。回収は図５（Ｃ）に示されるように、オーバーショット装置４をウインチ装置１６により吊り降ろし、削孔情報計測装置１に接続させたならば、ワイヤー４３を地上側に巻き上げて、削孔情報計測装置１を地上に回収する。削孔情報計測装置１のメモリー部５に記録された計測データは、接続されたケーブルコードを介してコンピューター１７に取り込まれ、図６に示されるように、深度毎に方位角と傾斜角とがモニター上に表示されるようになっている。これらの計測結果は、以後の削孔に対して反映され、孔曲がりが生じているようであれば、その孔曲がりが修正される。蓄積データの取り出しが完了したならば、充電された新バッテリーに交換した後、前記オーバーショット装置４および搬入時アダプター（図示しない）を使ってロッドＲの先端まで吊り降ろして元の場所にセットし、削孔を継続する。
【００２５】
【発明の効果】
以上詳説のとおり、本発明によれば、削孔中の任意の時期に傾斜角度、方位角等の削孔情報を容易に得ることができるようになり、もって高い精度で削孔を行うことができるようになる。また、信号ケーブルが不要となるため、ロッドの継ぎ足しの際に信号ケーブルの連結およびその付帯作業が不要となり効率的に削孔作業を進めることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明削孔情報計測装置１の削孔ロッドＲに対するセット状態図である。
【図２】装置本体部Ｓの内部構造図である。
【図３】方位計２の構造図である。
【図４】オーバーショット装置４の構造図である。
【図５】施工手順図である。
【図６】モニター表示画面図である。
【図７】従来のジンバル式方位計の斜視図である。
【図８】レイズボーリング工法における削孔要領図である。
【図９】レイズボーリング工法におけるリーミング掘削要領図である。
【符号の説明】
１…削孔情報計測装置、２…方位計、３…傾斜計、４…オーバーショット装置（回収装置）、５…メモリー部、６…バッテリー部、７・８…センターライザー、９…係合尖頭部、２０…バランスホルダー、２１・２２…ベアリング、２３Ａ・２３Ｂ…ウエイト、２４…水平支軸、２５…電子磁気コンパス、２６…ウエイト、２８…スリップリング、２９…接続コネクター。

Claims (4)

1. 削孔ロッド内の先端部位置に装着される削孔情報計測装置であって、
   前記削孔情報計測装置は、ハウジング内に、少なくとも傾斜計と、方位計と、これらの計測データを記憶するためのメモリー部と、これら機器のためのバッテリー部とを備え、
   別途用意された回収装置である、吊りワイヤーの操作によって前記削孔ロッド内を昇降自在とされ、かつ前記ハウジングの上部に形成された係合尖頭部に対して係合自在とされるオーバーショット装置により地上側に回収可能となっていることを特徴とする削孔情報計測装置。
2. 方位計は、
   上端側および下端側が軸受によって支持され削孔ロッドの略軸心回りに回転自在とされるとともに、一側がわにウエイトが付設され、削孔ロッドの傾斜状態とは無関係に常に一定の向きに保持されるバランスホルダーが設けられ、このバランスホルダーに対して水平支軸が設けられるとともに、この水平支軸に対して、該水平支軸回りに揺動自在かつ付設されたウエイトによって水平保持される電子磁気コンパスを取付け、この電子磁気コンパスからのリード線はスリップリングを介して他に連結されている、請求項１記載の削孔情報計測装置。
3. 方位計は、
   上端側および下端側が軸受によって支持され削孔ロッドの略軸心回りに回転自在とされるとともに、一側がわにウエイトが付設され、削孔ロッドの傾斜状態とは無関係に常に一定の向きに保持されるバランスホルダーが設けられ、このバランスホルダーに対して水平支軸が設けられるとともに、この水平支軸に対して少なくとも削孔時において水平配置となるように電子磁気コンパスを固定し、この電子磁気コンパスからのリード線はスリップリングを介して他に連結されている、請求項１記載の削孔情報計測装置。
4. 削孔ロッド内に前記請求項１〜３のいずれかに記載の削孔情報計測装置をセッティングした状態で削孔を進め、予め設定されたサンプリング時間毎に傾斜計および方位計による計測を行い、これらの計測データを前記メモリー部に蓄積しておき、定期的に前記回収装置により削孔情報計測装置を地上側に回収し、蓄積された計測データの取り出しを行うことを特徴とする削孔管理方法。

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