JP2002286850A - 異種伝搬波による非開削工法用対象物探査システム - Google Patents
異種伝搬波による非開削工法用対象物探査システムInfo
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- JP2002286850A JP2002286850A JP2001092605A JP2001092605A JP2002286850A JP 2002286850 A JP2002286850 A JP 2002286850A JP 2001092605 A JP2001092605 A JP 2001092605A JP 2001092605 A JP2001092605 A JP 2001092605A JP 2002286850 A JP2002286850 A JP 2002286850A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】建設する管路の深さに対する依存性が少ない障
害物の検知をすることができる異種伝搬波による非開削
工法用対象物探索システムを提供する。。 【解決手段】非開削工法により、掘削ヘッドの前方の物
体および掘削ヘッドの位置を探査するシステムにおい
て、掘削孔を形成するための掘削先端が少なくとも縦波
弾性波あるいは横波弾性波あるいはその両方の互いに異
なる種類の少なくとも１種類の探査波を発生する探査波
発生手段を備え、探査波発生手段が発生した弾性波と該
弾性波が対象物により反射されて生じた反射波の少なく
とも一方を地上の受波器で受波して、縦波弾性波と横波
弾性波との伝搬時間の差から掘削ヘッドおよび対象物の
少なくとも一方の位置を算出する構成を有している。
害物の検知をすることができる異種伝搬波による非開削
工法用対象物探索システムを提供する。。 【解決手段】非開削工法により、掘削ヘッドの前方の物
体および掘削ヘッドの位置を探査するシステムにおい
て、掘削孔を形成するための掘削先端が少なくとも縦波
弾性波あるいは横波弾性波あるいはその両方の互いに異
なる種類の少なくとも１種類の探査波を発生する探査波
発生手段を備え、探査波発生手段が発生した弾性波と該
弾性波が対象物により反射されて生じた反射波の少なく
とも一方を地上の受波器で受波して、縦波弾性波と横波
弾性波との伝搬時間の差から掘削ヘッドおよび対象物の
少なくとも一方の位置を算出する構成を有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、非開削管路建設工
法のための埋設物探査技術に関する。
法のための埋設物探査技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】非開削工法により地中に管路を建設する
場合、既に埋設されている他の管路，計画されている経
路上の構造物，構造物の残骸，岩塊等（対象物）の存在
を知る必要がある。このための最も有力な方法は地中レ
ーダであるが、地中レーダによりこれらの探査が可能な
深さは地山の含水率に大きく左右され、国内の土質では
２ｍ程度が限度である。探査すべき対象物の大きさによ
っては探査可能な深さはさらに浅くなる。従って、地表
から１ｍ〜１ｍ半程度の深さに管路を建設する場合で
も、地中レーダでは十分な信頼性を掘削に対する障害物
の有無を判定できない場合が少なからずある。
場合、既に埋設されている他の管路，計画されている経
路上の構造物，構造物の残骸，岩塊等（対象物）の存在
を知る必要がある。このための最も有力な方法は地中レ
ーダであるが、地中レーダによりこれらの探査が可能な
深さは地山の含水率に大きく左右され、国内の土質では
２ｍ程度が限度である。探査すべき対象物の大きさによ
っては探査可能な深さはさらに浅くなる。従って、地表
から１ｍ〜１ｍ半程度の深さに管路を建設する場合で
も、地中レーダでは十分な信頼性を掘削に対する障害物
の有無を判定できない場合が少なからずある。
【０００３】例えば、従来の地中レーダでは、図２０に
示すように、送信アンテナ２０１／受信アンテナ２０２
の組合せあるいは送受信アンテナ２０３を地表２００に
設置し、送受信装置２０４ａ，２０４ｂで発生させた高
周波出力をケーブル２０５ａ，２０５ｂを介して送信ア
ンテナ２０１，２０３に供給することにより、地表２０
０から地中に向けて発射した電磁送信波２０６ａ，２０
６ｂの埋設物２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃによる反射
波２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃを地表２００で受信ア
ンテナ２０２，２０３により受信する。従って、地表の
アンテナ２０２，２０３に達する電磁反射波２０７ａ，
２０７ｂ，２０７ｃは、埋設物２０８ａ，２０８ｂ，２
０８ｃと地表２００の間の距離の往復分の吸収を受け
る。
示すように、送信アンテナ２０１／受信アンテナ２０２
の組合せあるいは送受信アンテナ２０３を地表２００に
設置し、送受信装置２０４ａ，２０４ｂで発生させた高
周波出力をケーブル２０５ａ，２０５ｂを介して送信ア
ンテナ２０１，２０３に供給することにより、地表２０
０から地中に向けて発射した電磁送信波２０６ａ，２０
６ｂの埋設物２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃによる反射
波２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃを地表２００で受信ア
ンテナ２０２，２０３により受信する。従って、地表の
アンテナ２０２，２０３に達する電磁反射波２０７ａ，
２０７ｂ，２０７ｃは、埋設物２０８ａ，２０８ｂ，２
０８ｃと地表２００の間の距離の往復分の吸収を受け
る。
【０００４】一方、図２１に示すように、推進工法で管
路を建設する場合、推進ヘッドあるいは掘削ヘッド２１
１の前方に障害物があるかどうかが分かれば十分な場合
が多い。既に、掘進ヘッド２１１の先端に地中レーダの
送受信器２１０を設置して前方の障害物を検知する試み
が行われている。この方法では、埋設物２１２からの反
射電磁波２１３を地中で受信するので、受信した信号あ
るいはそれらを処理した情報を、推進管２１４内に通し
た信号線２１５で地上の送受信機２１６に送信してい
る。しかし、推進管２１４は短尺のものを順次繋ぎ込ん
でいくためにその度に信号線２１５の切り離しと接続が
必要になり、施工速度が大幅に低下してしまう欠点があ
る。特に、水平ドリリング工法のように施工速度が速い
ことを特長としている工法では、影響が大きく、本来の
利点を生かすことができない。
路を建設する場合、推進ヘッドあるいは掘削ヘッド２１
１の前方に障害物があるかどうかが分かれば十分な場合
が多い。既に、掘進ヘッド２１１の先端に地中レーダの
送受信器２１０を設置して前方の障害物を検知する試み
が行われている。この方法では、埋設物２１２からの反
射電磁波２１３を地中で受信するので、受信した信号あ
るいはそれらを処理した情報を、推進管２１４内に通し
た信号線２１５で地上の送受信機２１６に送信してい
る。しかし、推進管２１４は短尺のものを順次繋ぎ込ん
でいくためにその度に信号線２１５の切り離しと接続が
必要になり、施工速度が大幅に低下してしまう欠点があ
る。特に、水平ドリリング工法のように施工速度が速い
ことを特長としている工法では、影響が大きく、本来の
利点を生かすことができない。
【０００５】本発明は、このような状況に鑑み、建設す
る管路の深さに対する依存性が少ない障害物の検知をす
ることができる異種伝搬波による非開削工法用対象物探
索システムを提供するものである。
る管路の深さに対する依存性が少ない障害物の検知をす
ることができる異種伝搬波による非開削工法用対象物探
索システムを提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明による異種伝搬波による非開削工法用対象物
探査システムは、非開削工法により、掘削ヘッドの前方
の物体および掘削ヘッドの位置を探査するシステムにお
いて、掘削孔を形成するための掘削先端が少なくとも縦
波弾性波あるいは横波弾性波あるいはその両方の互いに
異なる種類の少なくとも１種類の探査波を発生する探査
波発生手段を備え、該探査波発生手段が発生した弾性波
と該弾性波が対象物により反射されて生じた反射波の少
なくとも一方を地上の受波器で受波して、前記縦波弾性
波と該横波弾性波との伝搬時間の差から前記掘削ヘッド
および前記対象物の少なくとも一方の位置を算出するこ
とを特徴とする構成を有している。
に、本発明による異種伝搬波による非開削工法用対象物
探査システムは、非開削工法により、掘削ヘッドの前方
の物体および掘削ヘッドの位置を探査するシステムにお
いて、掘削孔を形成するための掘削先端が少なくとも縦
波弾性波あるいは横波弾性波あるいはその両方の互いに
異なる種類の少なくとも１種類の探査波を発生する探査
波発生手段を備え、該探査波発生手段が発生した弾性波
と該弾性波が対象物により反射されて生じた反射波の少
なくとも一方を地上の受波器で受波して、前記縦波弾性
波と該横波弾性波との伝搬時間の差から前記掘削ヘッド
および前記対象物の少なくとも一方の位置を算出するこ
とを特徴とする構成を有している。
【０００７】これは、次のように要約することができ
る。 （１）電磁波に比べて伝搬速度が遅く、従って同じ空間
分解能を得る周波数が低く、結果として伝搬損失が少な
い弾性波を用いることにより、探査可能な距離を延伸し
ている。 （２）掘削ヘッドから弾性波を発射して、地上で受波し
て対象物あるいは掘削ヘッドの位置を探査することによ
り、従来試みられている掘削ヘッドに地中レーダを組み
込む手法で問題になる掘削ヘッドと地上の信号伝送に関
する問題を解決している。 （３）縦波弾性波と横波弾性波の伝搬速度の違いを利用
して、対象物あるいは堀削ヘッドの位置を算出すること
により、地上の受波器あるいは地上の測定場所の個数を
減らし、より簡便で迅速な測定を可能としている。 （４）堀削ヘッドから複数の種類の弾性波を発射してそ
れぞれの弾性波を受波する方法、対象物における弾性波
の反射によって生じる縦波弾性波と横波弾性波を受波す
る方法など複数の方法を提供することにより、状況に応
じた効率的な測定を可能にしている。
る。 （１）電磁波に比べて伝搬速度が遅く、従って同じ空間
分解能を得る周波数が低く、結果として伝搬損失が少な
い弾性波を用いることにより、探査可能な距離を延伸し
ている。 （２）掘削ヘッドから弾性波を発射して、地上で受波し
て対象物あるいは掘削ヘッドの位置を探査することによ
り、従来試みられている掘削ヘッドに地中レーダを組み
込む手法で問題になる掘削ヘッドと地上の信号伝送に関
する問題を解決している。 （３）縦波弾性波と横波弾性波の伝搬速度の違いを利用
して、対象物あるいは堀削ヘッドの位置を算出すること
により、地上の受波器あるいは地上の測定場所の個数を
減らし、より簡便で迅速な測定を可能としている。 （４）堀削ヘッドから複数の種類の弾性波を発射してそ
れぞれの弾性波を受波する方法、対象物における弾性波
の反射によって生じる縦波弾性波と横波弾性波を受波す
る方法など複数の方法を提供することにより、状況に応
じた効率的な測定を可能にしている。
【０００８】
【発明の実施の形態】（実施例１）本発明の実施例１を
図１を用いて説明する。図１において、１は位置算出手
段、２は探査信号受信機、３−１，３−２，３−３，
…，３−ｎはそれぞれ探査波受波器である。４は堀削ヘ
ッド、５は推進管、６は電源、７はコントローラ、８−
１，８−２はそれぞれ送信機、９−１，９−２はそれぞ
れ探査波送波器、１０−１，１０−２はそれぞれターゲ
ットであり、地表面１１以下の地中１２内に位置する。
また、１３は探査信号、１４は受波探査信号、１５は制
御信号、１６−１，１６−２はそれぞれ送波信号、１７
は探査波、１８は反射波である。
図１を用いて説明する。図１において、１は位置算出手
段、２は探査信号受信機、３−１，３−２，３−３，
…，３−ｎはそれぞれ探査波受波器である。４は堀削ヘ
ッド、５は推進管、６は電源、７はコントローラ、８−
１，８−２はそれぞれ送信機、９−１，９−２はそれぞ
れ探査波送波器、１０−１，１０−２はそれぞれターゲ
ットであり、地表面１１以下の地中１２内に位置する。
また、１３は探査信号、１４は受波探査信号、１５は制
御信号、１６−１，１６−２はそれぞれ送波信号、１７
は探査波、１８は反射波である。
【０００９】推進管５は水平ドリリング工法におけるド
リルロッドや小口径推進工法における推進管であり、成
果物である管路材よりなる。堀削ヘッド４は非開削工法
で地中に管路を建設する場合の堀削先端部分であり、地
山の切り崩し、圧密などの機能を担う部分である。堀削
方向制御の機能を有する場合もある。堀削ヘッド４は大
雑把に言えば堀削ビットとビットのホルダ部分から構成
される。ホルダ部分の内部には堀削位置測定装置用のビ
ーコンなどを収納する場合がある。本発明においては、
探査波発生手段を構成するコントローラ７、送信機８、
電源６、探査波送波器９などが堀削ヘッド４に格納され
る。電源６はコントローラ７，送信機８−１，送信機８
−２、必要に応じて探査波送波器９−１，探査波送波器
９−２に必要な電力を供給する電源である。
リルロッドや小口径推進工法における推進管であり、成
果物である管路材よりなる。堀削ヘッド４は非開削工法
で地中に管路を建設する場合の堀削先端部分であり、地
山の切り崩し、圧密などの機能を担う部分である。堀削
方向制御の機能を有する場合もある。堀削ヘッド４は大
雑把に言えば堀削ビットとビットのホルダ部分から構成
される。ホルダ部分の内部には堀削位置測定装置用のビ
ーコンなどを収納する場合がある。本発明においては、
探査波発生手段を構成するコントローラ７、送信機８、
電源６、探査波送波器９などが堀削ヘッド４に格納され
る。電源６はコントローラ７，送信機８−１，送信機８
−２、必要に応じて探査波送波器９−１，探査波送波器
９−２に必要な電力を供給する電源である。
【００１０】コントローラ７は探査波発生手段が縦波，
水平偏波横波，垂直偏波横波，周波数，位相，コーディ
ング等どのような種類の弾性波をどのような時系列にし
たがって発生するかを制御する。制御信号１５はこれら
を制御するために送信機８−１，送信機８−２に送る制
御信号である。送信機８−１，送信機８−２はコントロ
ーラ７からの制御信号１５にしたがって、必要な周波
数，位相，タイミングで弾性波を発生するための駆動信
号である送波信号１６−１，送波信号１６−２をそれぞ
れ発生する。探査波送波器９−１，探査波送波器９−２
はそれぞれ送波信号１６−１，送波信号１６−２によっ
て駆動され探査波を発生する。本実施例では送信機８の
数は２個であるが、本発明ではどのような種類の弾性波
を何種類使うかによって１個以上複数個使用することが
できる。
水平偏波横波，垂直偏波横波，周波数，位相，コーディ
ング等どのような種類の弾性波をどのような時系列にし
たがって発生するかを制御する。制御信号１５はこれら
を制御するために送信機８−１，送信機８−２に送る制
御信号である。送信機８−１，送信機８−２はコントロ
ーラ７からの制御信号１５にしたがって、必要な周波
数，位相，タイミングで弾性波を発生するための駆動信
号である送波信号１６−１，送波信号１６−２をそれぞ
れ発生する。探査波送波器９−１，探査波送波器９−２
はそれぞれ送波信号１６−１，送波信号１６−２によっ
て駆動され探査波を発生する。本実施例では送信機８の
数は２個であるが、本発明ではどのような種類の弾性波
を何種類使うかによって１個以上複数個使用することが
できる。
【００１１】探査波受波器３−１，探査波受波器３−
２，探査波受波器３−３，…，探査波受波器３−ｎは弾
性波を受波して電気信号である受波探査信号１４に変換
する働きをする。探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，
３，…，ｎ）は縦波弾性波および横波弾性波を電気信号
に変換する機能を持っている。このためには縦波弾性波
の検出素子と横波弾性波の検出素子とを組み合わせるな
どの構成が可能である。受波探査信号１４は個々の探査
波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）により個別
に出力されて探査信号受信機２に送られる。また、探査
波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…ｎ）がそれぞれ複
数の弾性波検出器から構成されているときにはそれぞれ
の弾性波検出素子からの出力信号であってもよい。探査
信号受信機２は、個々の探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，
２，３，…，ｎ）に到達する縦波弾性波と横波弾性波の
到達時刻の差、個々の探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，
２，３，…，ｎ）に到達する縦波弾性波あるいは横波弾
性波の探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）
の到達時刻の差を受波探査信号１４から検出し、探査信
号１３として位置算出手段１に送る。
２，探査波受波器３−３，…，探査波受波器３−ｎは弾
性波を受波して電気信号である受波探査信号１４に変換
する働きをする。探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，
３，…，ｎ）は縦波弾性波および横波弾性波を電気信号
に変換する機能を持っている。このためには縦波弾性波
の検出素子と横波弾性波の検出素子とを組み合わせるな
どの構成が可能である。受波探査信号１４は個々の探査
波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）により個別
に出力されて探査信号受信機２に送られる。また、探査
波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…ｎ）がそれぞれ複
数の弾性波検出器から構成されているときにはそれぞれ
の弾性波検出素子からの出力信号であってもよい。探査
信号受信機２は、個々の探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，
２，３，…，ｎ）に到達する縦波弾性波と横波弾性波の
到達時刻の差、個々の探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，
２，３，…，ｎ）に到達する縦波弾性波あるいは横波弾
性波の探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）
の到達時刻の差を受波探査信号１４から検出し、探査信
号１３として位置算出手段１に送る。
【００１２】なお、本発明では、探査波受波器３−ｋ
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）の個数ｎは使用する位置測
定法に従って３個以上複数個とすることができる。ま
た、複数個の探査波受波器を用いる代わりに１個の探査
波受波器を用いて、使用する位置測定法にしたがって３
個以上複数個の位置で探査波１７あるいは反射波１８あ
るいはその両方を受波することもできる。位置算出手段
１は探査信号１３がもたらす情報をもとに堀削ヘッド，
ターゲット（対象物）の位置を算出する機能を持つ。位
置の算出法については後ほど詳しく説明する。
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）の個数ｎは使用する位置測
定法に従って３個以上複数個とすることができる。ま
た、複数個の探査波受波器を用いる代わりに１個の探査
波受波器を用いて、使用する位置測定法にしたがって３
個以上複数個の位置で探査波１７あるいは反射波１８あ
るいはその両方を受波することもできる。位置算出手段
１は探査信号１３がもたらす情報をもとに堀削ヘッド，
ターゲット（対象物）の位置を算出する機能を持つ。位
置の算出法については後ほど詳しく説明する。
【００１３】なお、図中の太い実線で表されている探査
波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）、位置算出
手段１、探査信号受信機２の位置は探査波発生手段から
発射された探査波１７を直接受波して堀削ヘッドの位置
を測定する場合のものであり、細い実線で表された探査
波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）、位置算出
手段１、探査信号受信機２の位置はターゲット１０など
により探査波１７が反射されて生じた反射波１８を選択
的に受波して、ターゲット１０などの位置を測定する場
合のものである。後者の場合、探査波１７が直接到達し
ない場所に探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，
ｎ）を設置する。
波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）、位置算出
手段１、探査信号受信機２の位置は探査波発生手段から
発射された探査波１７を直接受波して堀削ヘッドの位置
を測定する場合のものであり、細い実線で表された探査
波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）、位置算出
手段１、探査信号受信機２の位置はターゲット１０など
により探査波１７が反射されて生じた反射波１８を選択
的に受波して、ターゲット１０などの位置を測定する場
合のものである。後者の場合、探査波１７が直接到達し
ない場所に探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，
ｎ）を設置する。
【００１４】図１では、探査波送波器３−１により探査
波１７が発射されているが、使用する位置測定法に従っ
て、探査波送波器３−２により探査波１７を発射するこ
とも、あるいはその両方から発射することも可能であ
る。
波１７が発射されているが、使用する位置測定法に従っ
て、探査波送波器３−２により探査波１７を発射するこ
とも、あるいはその両方から発射することも可能であ
る。
【００１５】（実施例２）図２は、本発明の別の実施例
である。図中、３は探査波受波器、１９−１，１９−
２，１９−３，…，１９−ｋ，…，１９−ｎは探査波受
波地点である。本実施例では、１個の探査波受波器３を
用いているが、図１の実施例のように複数個の探査波受
波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ；ｎ≧３または
４）を用いる代わりに、複数の探査波受信点１９−ｋ
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ；ｎ＞３または４）で探査波
１７または反射波１８またはその両方を受波することに
より、それぞれ堀削ヘッド４あるいは対象物（ターゲッ
ト）１０あるいはその両方の位置測定を行う。
である。図中、３は探査波受波器、１９−１，１９−
２，１９−３，…，１９−ｋ，…，１９−ｎは探査波受
波地点である。本実施例では、１個の探査波受波器３を
用いているが、図１の実施例のように複数個の探査波受
波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ；ｎ≧３または
４）を用いる代わりに、複数の探査波受信点１９−ｋ
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ；ｎ＞３または４）で探査波
１７または反射波１８またはその両方を受波することに
より、それぞれ堀削ヘッド４あるいは対象物（ターゲッ
ト）１０あるいはその両方の位置測定を行う。
【００１６】図２において、中、破線で表された探査波
受波器３は、探査波受波器３を移動して複数の探査波受
波地点で受波することを模式的に表している。また、図
２中の太い実線および破線で表されている探査波受波器
３，位置算出手段１，探査信号受信機２の位置は探査波
発生手段から発射された探査波１７を直接受波して堀削
ヘッド４の位置を測定する場合のものであり、細い実線
および破線で表された探査波受波器３，位置算出手段
１，探査信号受信機２の位置はターゲット１０などによ
り探査波１７が反射されて生じた反射波１８を選択的に
受波して、ターゲット１０などの位置を測定する場合の
ものである。後者の場合、探査波１７が直接到達しない
場所に探査波受波器３を設置する。
受波器３は、探査波受波器３を移動して複数の探査波受
波地点で受波することを模式的に表している。また、図
２中の太い実線および破線で表されている探査波受波器
３，位置算出手段１，探査信号受信機２の位置は探査波
発生手段から発射された探査波１７を直接受波して堀削
ヘッド４の位置を測定する場合のものであり、細い実線
および破線で表された探査波受波器３，位置算出手段
１，探査信号受信機２の位置はターゲット１０などによ
り探査波１７が反射されて生じた反射波１８を選択的に
受波して、ターゲット１０などの位置を測定する場合の
ものである。後者の場合、探査波１７が直接到達しない
場所に探査波受波器３を設置する。
【００１７】（本発明で使用する位置測定法）ここで、
本発明において使用する位置測定法について説明する。
本発明では、以下の位置測定法を使用する。図３から図
６は下記の方法によりターゲット１０あるいは堀削ヘッ
ド４の位置を測定する場合の配置を説明している。
本発明において使用する位置測定法について説明する。
本発明では、以下の位置測定法を使用する。図３から図
６は下記の方法によりターゲット１０あるいは堀削ヘッ
ド４の位置を測定する場合の配置を説明している。
【００１８】（１）ターゲットからの縦波反射波および
横波反射波を受波する方法 本方法は探査波１７が対象物により反射されることによ
って生じる縦波反射波２０および横波反射波２１を受波
して対象物の位置を測定する方法である。探査波送波器
３−１あるいは探査波送波器３−２により、縦波弾性波
である縦波探査波３５あるいは横波弾性波である横波探
査波３６を探査波１７として発射する。探査波１７が実
質的に直接到達しない場所において、探査波受波器３−
ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）あるいは１個の探査波受
波器３により複数の探査波受波地点１９−ｋ（ｋ＝１，
２，３，…，ｎ）において縦波反射波２０と横波反射波
２１とを受波して、２種類の弾性波の到達時間の差を検
知する。
横波反射波を受波する方法 本方法は探査波１７が対象物により反射されることによ
って生じる縦波反射波２０および横波反射波２１を受波
して対象物の位置を測定する方法である。探査波送波器
３−１あるいは探査波送波器３−２により、縦波弾性波
である縦波探査波３５あるいは横波弾性波である横波探
査波３６を探査波１７として発射する。探査波１７が実
質的に直接到達しない場所において、探査波受波器３−
ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）あるいは１個の探査波受
波器３により複数の探査波受波地点１９−ｋ（ｋ＝１，
２，３，…，ｎ）において縦波反射波２０と横波反射波
２１とを受波して、２種類の弾性波の到達時間の差を検
知する。
【００１９】探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，
…，ｎ）あるいは探査波受波地点１９−ｋ（ｋ＝１，
２，３，…，ｎ）の位置ベクトルｒR,k （ｋ＝１，２，
３，…，ｎ）が既知であるとする。求めるべきターゲッ
ト１０の位置をベクトルｒT とすれば、ｎ個の方程式
…，ｎ）あるいは探査波受波地点１９−ｋ（ｋ＝１，
２，３，…，ｎ）の位置ベクトルｒR,k （ｋ＝１，２，
３，…，ｎ）が既知であるとする。求めるべきターゲッ
ト１０の位置をベクトルｒT とすれば、ｎ個の方程式
【数１】 が成立する。ここで、ｖL ，ｖs はそれぞれ縦波弾性波
および横波弾性波の地中の伝搬速度である。また、Δｔ
k （ｋ＝１，２，３，…，ｎ）はｋ番目の探査波受波器
３−ｋあるいはｋ番目の探査波受波地点１９−ｋに当該
ターゲット１０からの縦波反射波２０と横波反射波２１
の到達する到達時刻の差である。
および横波弾性波の地中の伝搬速度である。また、Δｔ
k （ｋ＝１，２，３，…，ｎ）はｋ番目の探査波受波器
３−ｋあるいはｋ番目の探査波受波地点１９−ｋに当該
ターゲット１０からの縦波反射波２０と横波反射波２１
の到達する到達時刻の差である。
【００２０】（１）式により、最低３個の探査波受波器
あるいは探査波受波地点があれば当該ターゲット１０の
位置を求めることができることが分かる。もし、探査波
受波器３−ｎあるいは探査波受波地点１９−ｎの個数ｎ
が３個より多い場合には、
あるいは探査波受波地点があれば当該ターゲット１０の
位置を求めることができることが分かる。もし、探査波
受波器３−ｎあるいは探査波受波地点１９−ｎの個数ｎ
が３個より多い場合には、
【数２】 などを最小にするターゲットの位置ベクトルｒT を求め
ればよい。なお、複数のターゲット１０−１，１０−
２，…がある場合に、当該ターゲット１０−１，１０−
２，…からの反射波１８を抽出するためには探査波１７
を適当なコードでコーディングしておき、コーディング
した符号と受波探査信号１４との相関をとる方法が有効
である。
ればよい。なお、複数のターゲット１０−１，１０−
２，…がある場合に、当該ターゲット１０−１，１０−
２，…からの反射波１８を抽出するためには探査波１７
を適当なコードでコーディングしておき、コーディング
した符号と受波探査信号１４との相関をとる方法が有効
である。
【００２１】（２）ターゲットからの反射波を受波する
方法 本方法は探査波１７が対象物により反射されることによ
って生ずる探査波と同じ種類の反射波１８を受波して対
象物の位置を測定する方法である。探査波送波器９−１
および探査波送波器９−２により、それぞれ縦波探査波
３５あるいは横波探査波３６を発射する。探査波１７が
実質的に直接到達しない場所において、探査波受波器３
−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）あるいは１個の探査波
受波器３により複数の探査波受波地点１９−ｋ（ｋ＝
１，２，３，…，ｎ）において発射した探査波と同じ種
類の反射波１８を受波して、２種類の弾性波の到達時間
の差を検知する。
方法 本方法は探査波１７が対象物により反射されることによ
って生ずる探査波と同じ種類の反射波１８を受波して対
象物の位置を測定する方法である。探査波送波器９−１
および探査波送波器９−２により、それぞれ縦波探査波
３５あるいは横波探査波３６を発射する。探査波１７が
実質的に直接到達しない場所において、探査波受波器３
−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）あるいは１個の探査波
受波器３により複数の探査波受波地点１９−ｋ（ｋ＝
１，２，３，…，ｎ）において発射した探査波と同じ種
類の反射波１８を受波して、２種類の弾性波の到達時間
の差を検知する。
【００２２】このためには、 縦波探査波３５と横波探査波３６を同時に発射する
が、縦波探査波３５と横波探査波３６の周波数を変えて
おく。 縦波探査波３５と横波探査波３６を同時に発射する
が、縦波探査波３５と横波探査波３６を互いに識別可能
な方法で変調しておく。 縦波探査波３５と横波探査波３６を同時に発射する
が、縦波探査波３５と横波探査波３６を互いに直交する
異なるコードでコーディングしておく。 縦波探査波３５と横波３６を交互に所定の時間間隔で
発射する。最初の種類の探査波の反射波を受波した時刻
と別の種類の探査波の反射波を受波した時刻の差からこ
れらの探査波が発射された時刻の予め決められている差
を差し引けば、探査波の種類による到達時間の差を求め
ることができる。 などの方法が可能である。勿論これらを組合せた方法も
可能である。
が、縦波探査波３５と横波探査波３６の周波数を変えて
おく。 縦波探査波３５と横波探査波３６を同時に発射する
が、縦波探査波３５と横波探査波３６を互いに識別可能
な方法で変調しておく。 縦波探査波３５と横波探査波３６を同時に発射する
が、縦波探査波３５と横波探査波３６を互いに直交する
異なるコードでコーディングしておく。 縦波探査波３５と横波３６を交互に所定の時間間隔で
発射する。最初の種類の探査波の反射波を受波した時刻
と別の種類の探査波の反射波を受波した時刻の差からこ
れらの探査波が発射された時刻の予め決められている差
を差し引けば、探査波の種類による到達時間の差を求め
ることができる。 などの方法が可能である。勿論これらを組合せた方法も
可能である。
【００２３】前の方法と同様に、探査波受波器３−ｋ
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）あるいは探査波受波地点１
９−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）の位置ベクトルｒ
R,k （ｋ＝１，２，３，…，ｎ）が既知であるとする。
また、縦波弾性波および横波弾性波の地中の伝搬速度を
それぞれｖL ，ｖs とする。求めるべきターゲット１０
の位置をベクトルｒT とする。説明を簡単にするため
に、探査波送波器９−１および探査波送波器９−２の位
置が同じとみなしてベクトルｒs とすれば、ｎ個の方程
式
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）あるいは探査波受波地点１
９−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）の位置ベクトルｒ
R,k （ｋ＝１，２，３，…，ｎ）が既知であるとする。
また、縦波弾性波および横波弾性波の地中の伝搬速度を
それぞれｖL ，ｖs とする。求めるべきターゲット１０
の位置をベクトルｒT とする。説明を簡単にするため
に、探査波送波器９−１および探査波送波器９−２の位
置が同じとみなしてベクトルｒs とすれば、ｎ個の方程
式
【数３】 が設立する。また、Δｔk （ｋ＝１，２，３，…，ｎ）
はｋ番目の探査波受波器３−ｋあるいはｋ番目の探査波
受波地点１９−ｋに当該ターゲットからの縦波の反射波
１８と横波の反射波１８の到達する到達時刻の差であ
る。
はｋ番目の探査波受波器３−ｋあるいはｋ番目の探査波
受波地点１９−ｋに当該ターゲットからの縦波の反射波
１８と横波の反射波１８の到達する到達時刻の差であ
る。
【００２４】波源に関する項は全ての方程式に同じ形で
含まれるから、辺々引算をすると波源の位置を含まない
ｎ−１個の方程式が得られる。
含まれるから、辺々引算をすると波源の位置を含まない
ｎ−１個の方程式が得られる。
【数４】 （５）式により、最低４個の探査波受波器あるいは探査
波受波地点があれば当該ターゲット１０の位置を求める
ことができることが分かる。
波受波地点があれば当該ターゲット１０の位置を求める
ことができることが分かる。
【００２５】もし、探査波受波器３−ｎあるいは探査波
受波地点１９−ｎの個数ｎが４個より多い場合には、
受波地点１９−ｎの個数ｎが４個より多い場合には、
【数５】 などを最小にするターゲット１０の位置ベクトルｒT を
求めればよい。
求めればよい。
【００２６】なお、複数のターゲット１０−１，１０−
２，…がある場合に、当該ターゲットからの反射波１８
を抽出するためには探査波１７を適当なコードでコーデ
ィングしておき、コーディングした符号と受波探査信号
１４との相関をとる方法が有効である。
２，…がある場合に、当該ターゲットからの反射波１８
を抽出するためには探査波１７を適当なコードでコーデ
ィングしておき、コーディングした符号と受波探査信号
１４との相関をとる方法が有効である。
【００２７】（３）堀削ヘッドからの直達波を受波する
方法 本方法は、探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，
ｎ）あるいは探査波受波地点１９−ｋ（ｋ＝１，２，
３，…，ｎ）に直接到達する探査波１７を受波して堀削
ヘッド４の位置を測定する方法である。探査波送波器９
−１および探査波送波器９−２により、それぞれ縦波探
査波３５あるいは横波探査波３６を発射する。探査波１
７が直接到達する場所において、探査波受波器３−ｋ
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）あるいは１個の探査波受波
器３により複数の探査波受波地点１９−ｋ（ｋ＝１，
２，３，…，ｎ）において発射した探査波と同じ種類の
探査波１７を受波して、２種類の弾性波の到達時間の差
を検知する。
方法 本方法は、探査波受波器３−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，
ｎ）あるいは探査波受波地点１９−ｋ（ｋ＝１，２，
３，…，ｎ）に直接到達する探査波１７を受波して堀削
ヘッド４の位置を測定する方法である。探査波送波器９
−１および探査波送波器９−２により、それぞれ縦波探
査波３５あるいは横波探査波３６を発射する。探査波１
７が直接到達する場所において、探査波受波器３−ｋ
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）あるいは１個の探査波受波
器３により複数の探査波受波地点１９−ｋ（ｋ＝１，
２，３，…，ｎ）において発射した探査波と同じ種類の
探査波１７を受波して、２種類の弾性波の到達時間の差
を検知する。
【００２８】このためには、 縦波探査波３５と横波探査波３６を同時に発射する
が、縦波探査波３５と横波探査波３６の周波数を変えて
おく。 縦波探査波３５と横波探査波３６を同時に発射する
が、縦波探査波３５と横波探査波３６を互いに識別可能
な方法で変調しておく。 縦波探査波３５と横波探査波３６を同時に発射する
が、縦波探査波３５と横波探査波３６互いに直交する異
なるコードでコーディングしておく。 縦波探査波３５と横波３６を交互に所定の時間間隔で
発射する。最初の種類の探査波の反射波を受波した時刻
と別の種類の探査波の反射波を受波した時刻の差からこ
れらの探査波が発射された時刻の予め決められている差
を差し引けば、探査波の種類による到達時間の差を求め
ることができる。 などの方法が可能である。勿論これらを組合せた方法も
可能である。
が、縦波探査波３５と横波探査波３６の周波数を変えて
おく。 縦波探査波３５と横波探査波３６を同時に発射する
が、縦波探査波３５と横波探査波３６を互いに識別可能
な方法で変調しておく。 縦波探査波３５と横波探査波３６を同時に発射する
が、縦波探査波３５と横波探査波３６互いに直交する異
なるコードでコーディングしておく。 縦波探査波３５と横波３６を交互に所定の時間間隔で
発射する。最初の種類の探査波の反射波を受波した時刻
と別の種類の探査波の反射波を受波した時刻の差からこ
れらの探査波が発射された時刻の予め決められている差
を差し引けば、探査波の種類による到達時間の差を求め
ることができる。 などの方法が可能である。勿論これらを組合せた方法も
可能である。
【００２９】前の方法と同様に、探査波受波器３−ｋ
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）あるいは探査波受波地点１
９−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）の位置ベクトルｒ
R,k （ｋ＝１，２，３，…，ｎ）が既知であるとする。
また、縦波弾性波および横波弾性波の地中の伝搬速度を
それぞれｖL ，ｖs とする。説明を簡単にするために、
探査波送波器９−１および探査波送波器９−２の位置が
同じとみなしてベクトルｒ s とすれば、ｎ個の方程式
（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）あるいは探査波受波地点１
９−ｋ（ｋ＝１，２，３，…，ｎ）の位置ベクトルｒ
R,k （ｋ＝１，２，３，…，ｎ）が既知であるとする。
また、縦波弾性波および横波弾性波の地中の伝搬速度を
それぞれｖL ，ｖs とする。説明を簡単にするために、
探査波送波器９−１および探査波送波器９−２の位置が
同じとみなしてベクトルｒ s とすれば、ｎ個の方程式
【数６】 が設立する。また、ΔＴk （ｋ＝１，２，３，…，ｎ）
はｋ番目の探査波受波器３−ｋあるいはｋ番目の探査波
受波地点１９−ｋに堀削ヘッド４からの縦波探査波３５
と横波探査波３６が到達する到達時刻の差である。
はｋ番目の探査波受波器３−ｋあるいはｋ番目の探査波
受波地点１９−ｋに堀削ヘッド４からの縦波探査波３５
と横波探査波３６が到達する到達時刻の差である。
【００３０】（８）式により、最低３個の探査波受波器
３−ｎあるいは探査波波受波地点１９−ｎがあれば堀削
ヘッド４の位置を求めることができることが分かる。も
し、探査波受波器３−ｎあるいは探査波受波地点１９−
ｎの個数ｎが４個より多い場合には、
３−ｎあるいは探査波波受波地点１９−ｎがあれば堀削
ヘッド４の位置を求めることができることが分かる。も
し、探査波受波器３−ｎあるいは探査波受波地点１９−
ｎの個数ｎが４個より多い場合には、
【数７】 などを最小にするターゲット１０の位置ベクトルｒS を
求めればよい。
求めればよい。
【００３１】（堀削ヘッドの実施例１）図７は、本発明
の堀削ヘッドで用いる堀削ビットの構成例である。図に
おいて、２５は堀削ビット（の断面）、２６は波動発生
手段、２７は波動伝達体、２８は伝達体支持、２９は固
定ネジ部、３０は応力支持部、３１は波動発生信号線で
ある。波動発生手段２６と波動発生信号線３１と波動伝
達体２７は探査波発生手段の一部をなしている。波動発
生手段２６は波動発生信号線３１を通して加えられた電
気信号を縦波弾性波あるいは横波弾性波あるいはその両
方に変換する機能を持ち、波動伝達体２７の一端に固定
されている。具体的には電気音響変換器あるいはその集
合体である。
の堀削ヘッドで用いる堀削ビットの構成例である。図に
おいて、２５は堀削ビット（の断面）、２６は波動発生
手段、２７は波動伝達体、２８は伝達体支持、２９は固
定ネジ部、３０は応力支持部、３１は波動発生信号線で
ある。波動発生手段２６と波動発生信号線３１と波動伝
達体２７は探査波発生手段の一部をなしている。波動発
生手段２６は波動発生信号線３１を通して加えられた電
気信号を縦波弾性波あるいは横波弾性波あるいはその両
方に変換する機能を持ち、波動伝達体２７の一端に固定
されている。具体的には電気音響変換器あるいはその集
合体である。
【００３２】波動伝達体２７は、波動発生手段２６が発
生した弾性波（波動）を堀削ビット外部に伝達する働き
をする。そのために、周囲から音響的に効率的に遮断さ
れていることが必要である。本実施例では、波動発生手
段２６側で固定ネジ部２９により堀削ビット２５に固定
されているとともに、先端部で伝達体支持２８により堀
削ビット２５に対して保持されている。波動伝達体２７
の先端は堀削時に地山に適切に接触するように堀削ビッ
ト２５前方に突出するように保持される。波動発生手段
２６が地山に直接接触しないので、波動発生手段２６の
損耗を防ぐことができる。波動伝達体２７は、堀削ビッ
ト２５の外に突出する部分だけ置換可能な構造とするこ
とができる。
生した弾性波（波動）を堀削ビット外部に伝達する働き
をする。そのために、周囲から音響的に効率的に遮断さ
れていることが必要である。本実施例では、波動発生手
段２６側で固定ネジ部２９により堀削ビット２５に固定
されているとともに、先端部で伝達体支持２８により堀
削ビット２５に対して保持されている。波動伝達体２７
の先端は堀削時に地山に適切に接触するように堀削ビッ
ト２５前方に突出するように保持される。波動発生手段
２６が地山に直接接触しないので、波動発生手段２６の
損耗を防ぐことができる。波動伝達体２７は、堀削ビッ
ト２５の外に突出する部分だけ置換可能な構造とするこ
とができる。
【００３３】図８，図９，図１０はそれぞれ図７に示す
波動伝達体２７，伝達体支持２８，堀削ビット２５の構
造例である。
波動伝達体２７，伝達体支持２８，堀削ビット２５の構
造例である。
【００３４】（堀削ヘッドの実施例２）図１１は、本発
明の堀削ヘッドで用いる堀削ビットの別の構成例であ
る。本具体例では、波動伝達体２７は伝達体支持２８の
みにより堀削ビット２５に対して保持されているため
に、堀削ビット２５との音響的な遮断性を高くすること
ができる。
明の堀削ヘッドで用いる堀削ビットの別の構成例であ
る。本具体例では、波動伝達体２７は伝達体支持２８の
みにより堀削ビット２５に対して保持されているため
に、堀削ビット２５との音響的な遮断性を高くすること
ができる。
【００３５】（堀削ヘッドの実施例３）図１２は、本発
明の堀削ヘッドで用いる堀削ビットの第３の構成例であ
る。図１２において、３２は伝達体位置制御体であり、
波動伝達体２７が地山に適切な応力で押しつけられるよ
うに波動伝達体２７の位置を調節する機能を持ってい
る。これにより、堀削の状況にかかわらず、波動伝達体
２７が地山に適切に接触するために、探査波１７が土中
に効率良く放射される。
明の堀削ヘッドで用いる堀削ビットの第３の構成例であ
る。図１２において、３２は伝達体位置制御体であり、
波動伝達体２７が地山に適切な応力で押しつけられるよ
うに波動伝達体２７の位置を調節する機能を持ってい
る。これにより、堀削の状況にかかわらず、波動伝達体
２７が地山に適切に接触するために、探査波１７が土中
に効率良く放射される。
【００３６】（縦波発生手段を備えた波動発生手段の具
体例）図１３は１個の縦波発生手段３３を備えた波動発
生手段の構成例である。縦波発生手段３３は電気音響変
換器等であり、例えば圧電セラミック製の厚み振動子の
ように、印加された電気信号を縦波弾性波に変換する働
きをする。
体例）図１３は１個の縦波発生手段３３を備えた波動発
生手段の構成例である。縦波発生手段３３は電気音響変
換器等であり、例えば圧電セラミック製の厚み振動子の
ように、印加された電気信号を縦波弾性波に変換する働
きをする。
【００３７】（横波発生手段を備えた波動発生手段の具
体例）図１４は１個の横波発生手段３７を備えた波動発
生手段の構成例である。横波発生手段３７は電気音響変
換器等であり、例えば圧電セラミック製のすべり振動子
のように、印加された電気信号を横波弾性波に変換する
働きをする。
体例）図１４は１個の横波発生手段３７を備えた波動発
生手段の構成例である。横波発生手段３７は電気音響変
換器等であり、例えば圧電セラミック製のすべり振動子
のように、印加された電気信号を横波弾性波に変換する
働きをする。
【００３８】（縦波発生手段と横波発生手段を備えた波
動発生手段の具体例）図１５は、１個の縦波発生手段３
３と１個の横波発生手段３７を備えた波動発生手段の構
成例である。この波動発生手段は縦波弾性波と横波弾性
波を発生することが可能である。
動発生手段の具体例）図１５は、１個の縦波発生手段３
３と１個の横波発生手段３７を備えた波動発生手段の構
成例である。この波動発生手段は縦波弾性波と横波弾性
波を発生することが可能である。
【００３９】（縦波発生手段と横波発生手段を備えた波
動発生手段の第２の具体例）図１６は、１個の縦波発生
手段３３と４個の横波発生手段３７を備えた波動発生手
段の構成例である。この波動発生手段は縦波弾性波と横
波弾性波を発生することが可能である。縦波弾性波に比
べて電気音響変換効率が低い横波発生手段３７を複数個
にして縦波弾性波と同等な強度の横波弾性波を空間的な
バランス良く発生できるようにしている。
動発生手段の第２の具体例）図１６は、１個の縦波発生
手段３３と４個の横波発生手段３７を備えた波動発生手
段の構成例である。この波動発生手段は縦波弾性波と横
波弾性波を発生することが可能である。縦波弾性波に比
べて電気音響変換効率が低い横波発生手段３７を複数個
にして縦波弾性波と同等な強度の横波弾性波を空間的な
バランス良く発生できるようにしている。
【００４０】（縦波発生手段と横波発生手段を備えた波
動発生手段の第３の具体例）図１７は、１個の縦波発生
手段３３と２個の水平横波発生手段３８と２個の垂直横
波発生手段３９とを備えた波動発生手段の構成例であ
る。この波動発生手段は縦波弾性波と横波弾性波とを発
生することが可能である。横波弾性波は、その偏波方向
が対象物の面に平行に入射する場合、モード変換を受け
ない。そこで、互いに偏波方向が直交する２種類の横波
弾性波を発生できるようにしておくことにより、対象物
への入射方向に関わりなく縦波と横波が反射されるよう
にすることができる。また、探査波受波器で横波を受波
する場合、偏波方向が合わないと効率良く受波すること
ができない。そこで、直交する偏波方向を持つ２種類の
横波弾性波を発生しておけば、少なくとも一方の偏波方
向の横波弾性波は効率良く受波することができる。
動発生手段の第３の具体例）図１７は、１個の縦波発生
手段３３と２個の水平横波発生手段３８と２個の垂直横
波発生手段３９とを備えた波動発生手段の構成例であ
る。この波動発生手段は縦波弾性波と横波弾性波とを発
生することが可能である。横波弾性波は、その偏波方向
が対象物の面に平行に入射する場合、モード変換を受け
ない。そこで、互いに偏波方向が直交する２種類の横波
弾性波を発生できるようにしておくことにより、対象物
への入射方向に関わりなく縦波と横波が反射されるよう
にすることができる。また、探査波受波器で横波を受波
する場合、偏波方向が合わないと効率良く受波すること
ができない。そこで、直交する偏波方向を持つ２種類の
横波弾性波を発生しておけば、少なくとも一方の偏波方
向の横波弾性波は効率良く受波することができる。
【００４１】（モード変換による縦波発生手段の具体
例）図１８は、縦波弾性波から横波弾性波へのモード変
換を用いた縦波発生手段の実施例である。図１８におい
て、４０はモード変換楔であり、例えば３角柱状をした
弾性波媒質である。４１はモード変換面である。縦波発
生手段３３が発生した縦波弾性波は、モード変換面４１
で反射して横波弾性波にモード変換され、波動伝達体２
７に入射する。
例）図１８は、縦波弾性波から横波弾性波へのモード変
換を用いた縦波発生手段の実施例である。図１８におい
て、４０はモード変換楔であり、例えば３角柱状をした
弾性波媒質である。４１はモード変換面である。縦波発
生手段３３が発生した縦波弾性波は、モード変換面４１
で反射して横波弾性波にモード変換され、波動伝達体２
７に入射する。
【００４２】図１９を用いて、縦波弾性波が横波弾性波
に効率良く変換されるための条件について説明する。図
１９において、θ1 は縦波弾性波のモード変換面４１に
対する入射角、θ2 はモード変換された横波弾性波の反
射角である。縦波弾性波が横波弾性波に効率良く変換さ
れるためには、入射角θ1 と反射角θ2 との間に
に効率良く変換されるための条件について説明する。図
１９において、θ1 は縦波弾性波のモード変換面４１に
対する入射角、θ2 はモード変換された横波弾性波の反
射角である。縦波弾性波が横波弾性波に効率良く変換さ
れるためには、入射角θ1 と反射角θ2 との間に
【数８】 なる関係が必要である。ここで、ｃL とｃT はそれぞれ
モード変換楔４０中での縦波弾性波と横波弾性波の伝搬
速度、ｖはモード変換楔４０の材料のポアソン比であ
る。
モード変換楔４０中での縦波弾性波と横波弾性波の伝搬
速度、ｖはモード変換楔４０の材料のポアソン比であ
る。
【００４３】例えば、バルクの単結晶シリコンのポアソ
ン比は０．１７であり、入射角θ1を約４７°とすれば
よい。このとき反射角θ2 は約２７．６°となる。ま
た、図１９は、モード変換楔４０の各部の角度をどのよ
うに設定すればよいかを示している。
ン比は０．１７であり、入射角θ1を約４７°とすれば
よい。このとき反射角θ2 は約２７．６°となる。ま
た、図１９は、モード変換楔４０の各部の角度をどのよ
うに設定すればよいかを示している。
【００４４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
堀削ヘッド近傍の埋設物を従来の方法に比べて格段に深
くまで探査可能である。探査深さの改善に加えて、従来
の手法に見られるような地上と堀削ヘッドの間での大量
の情報伝達が不要である。
堀削ヘッド近傍の埋設物を従来の方法に比べて格段に深
くまで探査可能である。探査深さの改善に加えて、従来
の手法に見られるような地上と堀削ヘッドの間での大量
の情報伝達が不要である。
【図１】第１の種類の探査波を送波している場合におけ
る本発明の実施例１の構成を示すブロック図である。
る本発明の実施例１の構成を示すブロック図である。
【図２】第１の種類の探査波を送波している場合におけ
る本発明の実施例２の構成を示すブロック図である。
る本発明の実施例２の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明システムにおいて縦波探査波発生時にお
ける掘削ヘッドの位置測定法を説明するための図であ
る。
ける掘削ヘッドの位置測定法を説明するための図であ
る。
【図４】本発明システムにおいて横波探査波発生時にお
ける掘削ヘッドの位置測定法を説明するための図であ
る。
ける掘削ヘッドの位置測定法を説明するための図であ
る。
【図５】本発明システムにおいて縦波探査波発生時にお
ける対象物の位置測定法を説明する図である。
ける対象物の位置測定法を説明する図である。
【図６】本発明システムにおいて横波探査波発生時にお
ける対象物の位置測定法を説明する図である。
ける対象物の位置測定法を説明する図である。
【図７】本発明システムにおいて掘削ビットと探査波発
生手段の実施例で使用することができる波動伝達体の構
造例である。
生手段の実施例で使用することができる波動伝達体の構
造例である。
【図８】図７の掘削ビットと探査波発生手段の第１の具
体例で使用することができる波動伝達体の構造例を示す
横断面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。
体例で使用することができる波動伝達体の構造例を示す
横断面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。
【図９】図７の掘削ビットと探査波発生手段の第１の具
体例で使用することができる伝達体支持の構造例を示す
横断面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。
体例で使用することができる伝達体支持の構造例を示す
横断面図（ａ）と縦断面図（ｂ）である。
【図１０】図７の掘削ビットと探査波発生手段の第１の
具体例で使用することができる掘削ビットの構造例を示
す背面図（ａ）と側面図（ｂ）と正面図（ｃ）である。
具体例で使用することができる掘削ビットの構造例を示
す背面図（ａ）と側面図（ｂ）と正面図（ｃ）である。
【図１１】本発明システムに用いる掘削ビットと探査波
発生手段の第２の具体例を示す縦断面図である。
発生手段の第２の具体例を示す縦断面図である。
【図１２】本発明システムに用いる掘削ビットと探査波
発生手段の第３の具体例を示す縦断面図である。
発生手段の第３の具体例を示す縦断面図である。
【図１３】本発明システムに用いる縦波発生手段を備え
た波動発生手段の第１の構成例を示す平面図（ａ）と正
面図（ｂ）である。
た波動発生手段の第１の構成例を示す平面図（ａ）と正
面図（ｂ）である。
【図１４】本発明システムに用いる横波発生手段を備え
た波動発生手段第２の構成例を示す平面図（ａ）と正面
図（ｂ）である。
た波動発生手段第２の構成例を示す平面図（ａ）と正面
図（ｂ）である。
【図１５】本発明システムに用いる縦波発生手段と横波
発生手段を備えた波動発生手段の第３の構成例を示す平
面図（ａ）と正面図（ｂ）である。
発生手段を備えた波動発生手段の第３の構成例を示す平
面図（ａ）と正面図（ｂ）である。
【図１６】本発明システムに用いる縦波発生手段と横波
発生手段を備えた波動発生手段の第４の構成例を示す平
面図（ａ）と正面図（ｂ）である。
発生手段を備えた波動発生手段の第４の構成例を示す平
面図（ａ）と正面図（ｂ）である。
【図１７】本発明システムに用いる縦波発生手段と垂直
横波発生手段および水平横波発生手段を備えた波動発生
手段の第５の構成例を示す平面図（ａ）と正面図（ｂ）
である。
横波発生手段および水平横波発生手段を備えた波動発生
手段の第５の構成例を示す平面図（ａ）と正面図（ｂ）
である。
【図１８】本発明システムに用いるモード変換楔を用い
る探査発生手段の構成を示す平面図（ａ）と側面図
（ｂ）と正面図（ｃ）である。
る探査発生手段の構成を示す平面図（ａ）と側面図
（ｂ）と正面図（ｃ）である。
【図１９】本発明システムに用いるモード変換楔の角度
の設定例を示す側面略図である。
の設定例を示す側面略図である。
【図２０】地上からの探査による従来の対象物探査法を
示す地中配置略図である。
示す地中配置略図である。
【図２１】掘削ヘッドからの探査による従来の対象物探
査法を示す地中配置略図である。
査法を示す地中配置略図である。
１ 位置算出手段 ２ 探査信号受信機 ３ 探査波受波器 ３−１，３−２，…，３−ｎ 探査波受波器 ４ 掘削ヘッド ５ 推進管 ６ 電源 ７ コントローラ ８，８−１，８−２ 送信機 ９，９−１，９−２ 探査波送波器 １０，１０−１，１０−２ ターゲット １１ 地表面 １２ 地中 １３ 探査信号 １４ 受波探査信号 １５ 制御信号 １６−１，１６−２ 送波信号 １７ 探査波 １８ 反射波 １９−１，１９−２，１９−３，…，１９−ｋ，…，１
９−ｎ 探査波受波地点 ２０ 縦波反射波 ２１ 横波反射波 ２５ 掘削ビット ２６ 波動発生手段 ２７ 波動伝達体 ２８ 伝達体支持 ２９ 固定ネジ部 ３０ 応力支持部 ３１ 波動発生信号線 ３２ 伝達体位置制御体 ３３ 縦波発生手段 ３４ 横波変換器 ３５ 縦波探査波 ３６ 横波探査波 ３７ 横波発生手段 ３８ 水平横波発生手段 ３９ 垂直横波発生手段 ４０ モード変換楔 ４１ モード変換面 ２００ 地表 ２０１ 送信アンテナ ２０２ 受信アンテナ ２０３ 送受信アンテナ ２０４ａ，２０４ｂ 送受信装置 ２０５ａ，２０５ｂ ケーブル ２０６ａ，２０６ｂ 電磁送信波 ２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ 反射波 ２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃ 埋設物 ２１０ 送受信器 ２１１ 推進ヘッドあるいは堀削ヘッド ２１２ 埋設物 ２１３ 反射電磁波 ２１４ 推進管 ２１５ 信号線 ２１６ 送受信機 ｔLSR1，ｔLSR2，ｔLSR3，…，ｔLSRk，…，ｔLSRn 掘
削ヘッドと各探査波受波器ｋの間の縦波弾性波の伝搬時
間 ｔSSR1，ｔSSR2，ｔSSR3，…，ｔSSRk，…，ｔSSRn 掘
削ヘッドと各探査波受波器ｋの間の横波弾性波の伝搬時
間 ｔLST 掘削ヘッドとターゲットの間の縦波弾性波の伝
搬時間 ｔSST 掘削ヘッドとターゲットの間の横波弾性波の伝
搬時間 ｔLTR1，ｔLTR2，ｔLTR3，…，ｔLTRk，ｔLTRn ターゲ
ットと各探査波受波器ｋの間の縦波弾性波の伝搬時間 ｔSTR1，ｔSTR2，ｔSTR3，…，ｔSTRk，ｔSTRn ターゲ
ットと各探査波受波器ｋの間の横波弾性波の伝搬時間
９−ｎ 探査波受波地点 ２０ 縦波反射波 ２１ 横波反射波 ２５ 掘削ビット ２６ 波動発生手段 ２７ 波動伝達体 ２８ 伝達体支持 ２９ 固定ネジ部 ３０ 応力支持部 ３１ 波動発生信号線 ３２ 伝達体位置制御体 ３３ 縦波発生手段 ３４ 横波変換器 ３５ 縦波探査波 ３６ 横波探査波 ３７ 横波発生手段 ３８ 水平横波発生手段 ３９ 垂直横波発生手段 ４０ モード変換楔 ４１ モード変換面 ２００ 地表 ２０１ 送信アンテナ ２０２ 受信アンテナ ２０３ 送受信アンテナ ２０４ａ，２０４ｂ 送受信装置 ２０５ａ，２０５ｂ ケーブル ２０６ａ，２０６ｂ 電磁送信波 ２０７ａ，２０７ｂ，２０７ｃ 反射波 ２０８ａ，２０８ｂ，２０８ｃ 埋設物 ２１０ 送受信器 ２１１ 推進ヘッドあるいは堀削ヘッド ２１２ 埋設物 ２１３ 反射電磁波 ２１４ 推進管 ２１５ 信号線 ２１６ 送受信機 ｔLSR1，ｔLSR2，ｔLSR3，…，ｔLSRk，…，ｔLSRn 掘
削ヘッドと各探査波受波器ｋの間の縦波弾性波の伝搬時
間 ｔSSR1，ｔSSR2，ｔSSR3，…，ｔSSRk，…，ｔSSRn 掘
削ヘッドと各探査波受波器ｋの間の横波弾性波の伝搬時
間 ｔLST 掘削ヘッドとターゲットの間の縦波弾性波の伝
搬時間 ｔSST 掘削ヘッドとターゲットの間の横波弾性波の伝
搬時間 ｔLTR1，ｔLTR2，ｔLTR3，…，ｔLTRk，ｔLTRn ターゲ
ットと各探査波受波器ｋの間の縦波弾性波の伝搬時間 ｔSTR1，ｔSTR2，ｔSTR3，…，ｔSTRk，ｔSTRn ターゲ
ットと各探査波受波器ｋの間の横波弾性波の伝搬時間
Claims (18)
- 【請求項１】 非開削工法により、掘削ヘッドの前方の
物体および掘削ヘッドの位置を探査するシステムにおい
て、 掘削孔を形成するための掘削先端が少なくとも縦波弾性
波あるいは横波弾性波あるいはその両方の互いに異なる
種類の少なくとも１種類の探査波を発生する探査波発生
手段を備え、該探査波発生手段が発生した弾性波と該弾
性波が対象物により反射されて生じた反射波の少なくと
も一方を地上の受波器で受波して、前記縦波弾性波と該
横波弾性波との伝搬時間の差から前記掘削ヘッドおよび
前記対象物の少なくとも一方の位置を算出することを特
徴とする異種伝搬波による非開削工法用対象物探査シス
テム。 - 【請求項２】 前記探査波発生手段が少なくとも１種類
の縦波弾性波である縦波探査波および少なくとも１種類
の横波弾性波である横波探査波を発生し、 前記地上の受波器が相異なる場所に設置された少なくと
も３個の受波器であり、 該探査波発生手段から送波されて前記受波器に直接到達
する前記縦波弾性波と前記横波弾性波の該受波器への到
達時刻の差から該掘削ヘッドの位置を検出することを特
徴とする請求項１に記載の異種伝搬波による非開削工法
用対象物探査システム。 - 【請求項３】 前記探査波発生手段が少なくとも１種類
の縦波弾性波である縦波探査波および少なくとも１種類
の横波弾性波である横波探査波を発生し、 １個の前記受波器により少なくとも３個の相異なる地上
の場所で、前記探査波発生手段から送波され該受波器に
直接到達する前記縦波弾性波および前記横波弾性波を受
波し、 各場所での前記縦波弾性波と前記横波弾性波との到達時
刻の差から該掘削ヘッドの位置を算出することを特徴と
する請求項１に記載の異種伝搬波による非開削工法用対
象物探査システム。 - 【請求項４】 前記探査波発生手段が少なくとも１種類
の縦波弾性波である前記縦波探査波および少なくとも１
種類の横波弾性波である前記横波探査波を発生し、 前記受波器が、前記探査波発生手段から発生する弾性波
の直接到達しない相異なる地表面上の場所に設置された
少なくとも４個の受波器であり、 該探査波発生手段から送波された前記縦波弾性波および
前記横波弾性波が地中の対象物により反射されて生じた
反射波を各受波器で受波し、 該探査波発生手段から送波された該縦波弾性波により生
じた前記縦波反射波と該探査波発生手段から送波された
該横波弾性波により生じた前記横波反射波が各受波器に
到達する到達時刻の差から対象物の位置を算出すること
を特徴とする請求１に記載の異種伝搬波による非開削工
法用対象物探査システム。 - 【請求項５】 前記探査波発生手段が少なくとも１種類
の縦波弾性波である縦波探査波および少なくとも１種類
の横波弾性波である横波探査波を発生し、 前記探査波発生手段から発生する弾性波の直接到達しな
い少なくも４個の相異なる地表面上の場所で該探査波発
生手段から送波された該縦波弾性波および該横波弾性波
が地中の対象物により反射されて生じた反射波を１個の
受波器により受波し、 該探査波発生手段から送波された該縦波弾性波により生
じた縦波反射波と該探査波発生手段から送波された該横
波弾性波により生じた横波反射波が各場所で受波器に到
達する到達時刻の差から対象物の位置を算出することを
特徴とする請求項１に記載の異種伝搬波による非開削工
法用対象物探査システム。 - 【請求項６】 前記探査波発生手段が少なくとも１種類
の縦波弾性波である縦波探査波あるいは少なくとも１種
類の横波弾性波である横波探査波のいずれかを発生し、 地上の前記受波器が、該探査波発生手段から発生する弾
性波の直接到達しない相異なる場所に設置された少なく
とも４個の受波器であり、 該探査波発生手段から送波された前記縦波弾性波又は前
記横波弾性波が地中の対象物により反射されて生じた縦
波反射波および横波反射波を各受波器で受波し、 該縦波反射波と該横波反射波が各受波器に到達する到達
時刻の差から対象物の位置を算出することを特徴とする
請求項１に記載の異種伝搬波による非開削工法用対象物
探査システム。 - 【請求項７】 探査波発生手段が少なくとも１種類の縦
波弾性波である縦波探査波又は少なくとも１種類の横波
弾性波である横波探査波のいずれかを発生し、 該探査波発生手段から発生する弾性波の直接到達しない
少なくとも４個の相異なる地表面上の場所で該探査波発
生手段から送波された該縦波弾性波および該横波弾性波
が地中の対象物により反射されて生じた縦波反射波およ
び横波反射波を１個の受波器により受波し、 該縦波反射波と該横波反射波が各場所で受波器に到達す
る到達時刻の差から対象物の位置を算出することを特徴
とする請求項１に記載の異種伝搬波による非開削工法用
対象物探査システム。 - 【請求項８】 前記探査波発生手段が、電気信号から弾
性波を発生するための弾性波発生手段と、該弾性波発生
手段が発生した弾性波を前記掘削ヘッドの外部に伝達す
るための柱状の波動伝達体により構成され、 該波動伝達体の一端に弾性波発生手段が固定され、 かつ、該波動伝達体の一部のみが該掘削ヘッドに固定さ
れていることを特徴とする請求項１から請求項７のいず
れかに記載の異種伝搬波による非開削工法用対象物探査
システム。 - 【請求項９】 前記探査波発生手段が、電気信号から弾
性波を発生するための弾性波発生手段と、該弾性波発生
手段が発生した弾性波を前記掘削ヘッドの外部に伝達す
るための柱状の波動伝達体と、波動伝達体を所定の応力
で掘削ヘッド前方の孔壁に押しつけるための伝達体位置
制御手段により構成され、 前記波動伝達体の一端に弾性波発生手段が固定され、 かつ、該波動伝達体の一部のみが前記掘削ヘッドに保持
されるとともに伝達体位置制御手段に固定され、 該伝達体位置制御手段が前記掘削ヘッドに固定されてい
ることを特徴とする請求１から請求項７のいずれかに記
載の異種伝搬波による非開削工法用対象物探査システ
ム。 - 【請求項１０】 前記探査波発生手段が、弾性波発生手
段として、 縦波弾性波を発生する機能を有する少なくとも１個の縦
波発生手段、又は、 横波弾性波を発生する機能を有する少なくとも１個の横
波発生手段、又は、 少なくとも１個の縦波発生手段および少なくとも１個の
横波発生手段を備えていることを特徴とする請求項１か
ら請求項９のいずれかに記載の異種伝搬波による非開削
工法用対象物探査システム。 - 【請求項１１】 前記探査波発生手段が少なくとも互い
に垂直な偏波方向の横波を発生する各１個の横波発生手
段を備えていることを特徴とする請求項１から請求項１
０のいずれかに記載の異種伝搬波による非開削工法用対
象物探査システム。 - 【請求項１２】 前記横波発生手段が、 モード変換楔と縦波発生手段とを備え、 該モード変換楔の第１の面に固定された縦波発生手段か
ら発生する縦波弾性波が該モード変換楔中を伝搬して該
モード変換楔の第２の面により反射されるときに、反射
波が全て横波弾性波に変換されるように、該モード変換
楔の第１の面と第２の面がなす角度が設定され、 かつ、該反射により生じた横波弾性波が該モード変換楔
の第３の面に垂直に入射するように該第３の面が第１の
面あるいは第２の面となす角度が設定され、 該第３の面を波動伝達体の一端に固定することを特徴と
する請求項8 または請求項９に記載の異種伝搬波による
非開削工法用対象物探査システム。 - 【請求項１３】 前記探査波発生手段が発生する縦波弾
性波あるいは横波弾性波あるいはその両方の少なくとも
２種類の探査波の周波数が互いに全て異なることを特徴
とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載の異種
伝搬波による非開削工法用対象物探査システム。 - 【請求項１４】 前記探査波発生手段が前記縦波弾性波
もしくは前記横波弾性波又はその両方の互いに異なる種
類の少なくとも２種類の探査弾性波を交互に所定の時間
間隔と時間順序に従って発生することを特徴とする請求
項１から請求項１２のいずれかに記載の異種伝搬波によ
る非開削工法用対象物探査システム。 - 【請求項１５】 前記探査波発生手段が発生する前記縦
波弾性波もしくは前記横波弾性波又はその両方の少なく
とも２種類の探査波に互いに全て異なる変調を施すこと
を特徴とする請求項１から請求項１２のいずれかに記載
の異種伝搬波による非開削工法用対象物探査システム。 - 【請求項１６】 前記探査波発生手段から発生する前記
探査波に周波数変調，位相変調，振幅変調が施されてい
ることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか
に記載の異種伝搬波による非開削工法用対象物探査シス
テム。 - 【請求項１７】 前記探査波発生手段から発生する前記
探査波に擬似ランダムなコードで周波数変調，位相変
調，振幅変調が施されていることを特徴とする請求項１
から請求項１２のいずれかに記載の異種伝搬波による非
開削工法用対象物探査システム。 - 【請求項１８】 前記モード変換楔が単結晶シリコンに
より形成されていることを特徴とする請求項１２に記載
の異種伝搬波による非開削工法用対象物探査システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001092605A JP2002286850A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 異種伝搬波による非開削工法用対象物探査システム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001092605A JP2002286850A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 異種伝搬波による非開削工法用対象物探査システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002286850A true JP2002286850A (ja) | 2002-10-03 |
Family
ID=18947039
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001092605A Pending JP2002286850A (ja) | 2001-03-28 | 2001-03-28 | 異種伝搬波による非開削工法用対象物探査システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002286850A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010237198A (ja) * | 2009-03-13 | 2010-10-21 | Jfe Steel Corp | Ｓｈ波の発生方法、ｓｈ波の検出方法、および超音波計測方法 |
| JP2016217834A (ja) * | 2015-05-19 | 2016-12-22 | 日本電信電話株式会社 | 地中レーダ装置及び測定方法 |
| CN110208849A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-09-06 | 武汉天宸伟业物探科技有限公司 | 干湿两用的弹性波孔底溶洞、地下空洞探测装置及方法 |
| CN119781006A (zh) * | 2025-01-24 | 2025-04-08 | 广东省水利电力勘测设计研究院有限公司 | 基于跨孔地震波ct检查技术的地下管线探测系统及方法 |
-
2001
- 2001-03-28 JP JP2001092605A patent/JP2002286850A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN119781006A (zh) * | 2025-01-24 | 2025-04-08 | 广东省水利电力勘测设计研究院有限公司 | 基于跨孔地震波ct检查技术的地下管线探测系统及方法 |
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