JP5559008B2

JP5559008B2 - 固定式計測装置及び方向制御削孔装置

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Publication number: JP5559008B2
Application number: JP2010244533A
Authority: JP
Inventors: 正直阿部; 淳三宅; 亘横山
Original assignee: ライト工業株式会社
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: JP2012097430A

Description

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固定式計測装置及び方向制御削孔装置に関するものである。

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。

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構成要素とする固定式計測装置を設けてなる方向制御削孔装置」を提案した（例えば、特許文献３及び４参照。）。この装置を用いた削孔方法は、例えば、「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、この方向制御削孔装置においては、削孔管内に固定式計測装置が設けられるため、削孔管内の空間が塞がれてしまい、削孔管内に他の管体や薬液等を通す場合は、当該他の管体や薬液等を削孔管内に通すに先立って、いったん固定式計測装置を引き抜く必要があり、作業時間が長くなるとの問題が存在する。

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、計測に際して削孔管内に挿入されるものであり、上記したようないったん引き抜かなければならないとの問題は存在しない。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方向制御削孔には適さないとの問題を有する。

特開２００２−１９４９９０号公報特開平８−１２０６６１号公報特開２００４−１８３３７４号公報特開２００４−１８３３７５号公報特許３１９１８８８号公報特開２００７−２０５９５６号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、作業時間が長くなるのを抑えることができ、しかも方向を制御しながら削孔するに好適な固定式計測装置及び方向制御削孔装置を提供することにある。

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〕
地中に挿入可能な削孔管と、この削孔管を推進させる推進手段とを有し、前記削孔管に、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段、絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段及びこれら両検出手段を収納するケース体を構成要素とする固定式計測装置が設けられる削孔装置と、
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、この削孔管を前記削孔区間の引戻し位置から引戻し前の位置へ推進させつつ、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の方位角変化量を求め、他方で、前記削孔管を前記削孔区間の引戻し前の位置に位置させた状態で前記傾斜角検出手段により、前記削孔区間の引戻し前の位置における前記削孔管の傾斜角を検出し、前記方位角変化量と前記傾斜角とを用いて、前記削孔区間の引戻し位置に対する引戻し前の位置の相対位置を求める機構と、
が備わる方向制御削孔装置に用いられる固定式計測装置であり、
前記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両検出手段が収納されて前記内筒内が前記削孔管内の空間と連続する空間とされている、
ことを特徴とする固定式計測装置。

（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内筒内が削孔管内の空間と連続する空間とされていると、角速度検出手段及び傾斜角検出手段が削孔管に設けられた状態においても、当該削孔管内に他の管体や薬液等を通すことができる。したがって、他の管体や薬液等を削孔管内に通すに先立って、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、作業時間が長くなるのを抑えることができる。

〔請求項２記載の発明〕
前記角速度検出手段及び傾斜角検出手段が相互に直交するＸ軸センサ、Ｙ軸センサ及びＺ軸センサの組み合わせからなり、
前記Ｚ軸センサが前記Ｘ軸センサ及び前記Ｙ軸センサから周方向に４５〜１３５°の間隔を置いて配置されている、
請求項１記載の固定式計測装置。

（作用効果）
角速度検出手段及び傾斜角検出手段が相互に直交するＸ軸センサ、Ｙ軸センサ及びＺ軸センサの組み合わせからなる場合において、Ｚ軸センサがＸ軸センサ及びＹ軸センサから周方向に４５〜１３５°の間隔を置いて配置されていると、内筒と外筒との間隔を狭めることができる。また、各センサをそれぞれ軸方向に並べて複数配置することができ、計測精度を向上させることができる。

〔請求項３記載の発明〕
地中に挿入可能な削孔管と、この削孔管を推進させる推進手段とを有し、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、絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段及びこれら両検出手段を収納するケース体を構成要素とする固定式計測装置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、が備わり、
前記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両検出手段が収納されて前記内筒内が前記削孔管内の空間と連続する空間とされている、
ことを特徴とする方向制御削孔装置。

（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。また、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。さらに、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。

本発明によると、作業時間が長くなるのを抑えることができ、しかも方向を制御しながら削孔するに好適な固定式計測装置及び方向制御削孔装置となる。

削孔状態の概要図である。方向制御の説明図である。削孔管の概要図である。削孔要領を示す断面図である。位置検出原理の説明図である。固定式計測装置（参考例）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。固定式計測装置（本形態）の配置例である。固定式計測装置（本形態）の模式断面図である。固定式計測装置（参考例）の模式断面図である。方向制御削孔の処理フロー図である。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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構成要素とする固定式計測装置を設ける。この固定式計測装置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。

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。

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。

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。

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。

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（引戻し位置）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（引戻し前の位置）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（Ｗ_i）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。

またその一方で、削孔管５の先端部を第１区間の先端（引戻し前の位置）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。

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。

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（引戻し位置）に対する先端（引戻し前の位置）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。

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。

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Ｐ_i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Ｗ_i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、Ｘ_i，Ｙ_i，Ｚ_iはｉ位置のＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標であり、Ｘ_i-1，Ｙ_i-1，Ｚ_i-1はｉ−１位置のＸ座標、Ｙ座標およびＺ座標である。

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。

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Ｗ_i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Ｐ_i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。

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。

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。

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。

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、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。

もっとも、従来の形態による場合は、削孔管先端部５０Ｆ内に角速度検出センサＡＤや傾斜角検出センサＢＤ等を構成要素と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、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った。具体的には、図６に示す通りである。
すなわち、図６の（ａ）に示すように、従来の固定式計測装置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になる（固定式計測装置３０の引抜き）。

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、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が引き抜かれる。

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。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は削孔管先端部５０Ｆまで移動することができる。

一方、挿入式計測装置４０は本形態でも使用できるものであり、円筒状で、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。

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。

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。

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。

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。

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内から引き抜く。また、従来の固定式計測装置３０は、この段階で再度挿入することになる。

このように従来の固定式計測装置３０による場合は、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必要があるが、本形態の固定式計測装置によると、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。

本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。ただし、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内筒７１内が削孔管５内の空間と連続する空間とされている。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内の空間と連続する内筒７１内の空間まで、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。

ここで、固定式計測装置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。

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。

（その他）
以上では、固定式計測装置を削孔管先端部５０Ｆに設ける形態を説明したが、本形態の固定式計測装置は削孔管主軸部５０Ｐに設けることもできる。固定式計測装置を削孔管主軸部５０Ｐに設けた場合は、削孔管５の当該固定式計測装置を設けた部位の現在位置・軌跡等を把握することができる。また、本形態の固定式計測装置は、削孔管５の軸方向に間隔をおいて複数設けることもできる。

また、以上では、削孔管５内に移動式計測装置４０を通す形態を説明したが、これに限定する趣旨ではない。本形態の固定式計測装置７０による場合は、削孔管５内が塞がれないため、当該固定式計測装置７０を引き抜くことなく、例えば、他の管体や注入用薬液等も通すこともできる。

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固定式計測装置及び方向制御削孔装置として適用可能である。

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。

Claims

地中に挿入可能な削孔管と、この削孔管を推進させる推進手段とを有し、前記削孔管に、水平方向の角速度を検出する角速度検出手段、絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段及びこれら両検出手段を収納するケース体を構成要素とする固定式計測装置が設けられる削孔装置と、
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、この削孔管を前記削孔区間の引戻し位置から引戻し前の位置へ推進させつつ、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の方位角変化量を求め、他方で、前記削孔管を前記削孔区間の引戻し前の位置に位置させた状態で前記傾斜角検出手段により、前記削孔区間の引戻し前の位置における前記削孔管の傾斜角を検出し、前記方位角変化量と前記傾斜角とを用いて、前記削孔区間の引戻し位置に対する引戻し前の位置の相対位置を求める機構と、
が備わる方向制御削孔装置に用いられる固定式計測装置であり、
前記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両検出手段が収納されて前記内筒内が前記削孔管内の空間と連続する空間とされている、
ことを特徴とする固定式計測装置。
前記角速度検出手段及び傾斜角検出手段が相互に直交するＸ軸センサ、Ｙ軸センサ及びＺ軸センサの組み合わせからなり、
前記Ｚ軸センサが前記Ｘ軸センサ及び前記Ｙ軸センサから周方向に４５〜１３５°の間隔を置いて配置されている、
請求項１記載の固定式計測装置。
地中に挿入可能な削孔管と、この削孔管を推進させる推進手段とを有し、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、絶対的な傾斜角を検出する傾斜角検出手段及びこれら両検出手段を収納するケース体を構成要素とする固定式計測装置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、が備わり、
前記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両検出手段が収納されて前記内筒内が前記削孔管内の空間と連続する空間とされている、
ことを特徴とする方向制御削孔装置。