(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎に与えられるデータの取得タイミングに基づいて５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の削孔データを収集し、記録するデータ収集装置と、前記収集及び記録された削孔データに基づき、前記深度毎の地盤強度推定又は地層判定を行う地盤性状推定装置とを備えることを特徴とする地盤性状推定システム。
【請求項２】
前記データ収集装置は、
回転ロッドの先端に取付けられたビットによって削孔を行う削孔機と、
前記削孔による掘屑を地上に排出するための送水を行う送水ポンプと、
前記削孔に関わる各種情報を検出する各種センサーと、
前記各種センサーによって検出された各種情報を収集するとともに、データ化した削孔データとして記録装置に記録するデータ収集記録装置と
を備え、
前記地盤性状推定装置は、前記データ収集記録装置に記録された各所定深度毎の削孔データに基づき、地盤性状推定の演算を行う推定演算部を備え、
前記演算結果は深度毎に出力される
ことを特徴とする請求項１に記載の地盤性状推定システム。
【請求項３】
前記各種センサーは、
前記ビットによる削孔深度を検出する深度センサーと、
前記送水ポンプの送水圧を検出する送水圧センサーと、
前記ビットの回転トルクを検出するトルクセンサーと、
前記ビットの推進力を検出する推進力センサーと、
前記ビットの回転数を検出する回転数センサーと
を備えていることを特徴とする請求項２に記載の地盤性状推定システム。
【請求項４】
前記データ収集記録装置は、
前記深度センサーによって検出された削孔深度に基づき、前記所定深度に達したときに前記各種センサーからの前記各種情報の取得タイミングを与えるパルスカウンタと、
前記所定深度毎の削孔時間を得るタイマと
を備えることを特徴とする請求項２に記載の地盤性状推定システム。
【請求項５】
５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎に与えられるデータの取得タイミングに基づいて５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の削孔データを収集し、記録する第１の工程と、前記収集及び記録された削孔データに基づき、前記深度毎の地盤強度推定又は地層判定を行う第２の工程とを備えることを特徴とする地盤性状推定方法。
【請求項６】
前記第１の工程には、
回転ロッドの先端に取付けられたビットによって削孔を行う第３の工程と、
前記削孔による掘屑を地上に排出するための送水を行う第４の工程と、
前記削孔に関わる各種情報を検出する第５の工程と、
前記検出された各種情報を収集するとともに、データ化した削孔データとして記録する第６の工程と
が含まれ、
前記第２の工程には、
前記記録された各所定深度毎の削孔データに基づき、地盤性状推定の演算を行う第７の工程と、
前記演算結果を深度毎に出力する第８の工程と
が含まれる
ことを特徴とする請求項５に記載の地盤性状推定方法。
【請求項７】
前記第５の工程には、
前記ビットによる削孔深度を検出する第９の工程と、
前記送水の送水圧を検出する第１０の工程と、
前記ビットの回転トルクを検出する第１１の工程と、
前記ビットの推進力を検出する第１２の工程と、
前記ビットの回転数を検出する第１３の工程と
が含まれることを特徴とする請求項６に記載の地盤性状推定方法。
【請求項８】
前記第６の工程には、
前記検出された削孔深度に基づき、前記所定深度に達したときに前記各種情報の取得タイミングを与える第１４の工程と、
前記所定深度毎の削孔時間を得る第１５の工程と
が含まれることを特徴とする請求項６に記載の地盤性状推定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転ロッドの先端に設けたビットによって対象地盤を削孔し、その際に収集記録した各種削孔データから地盤強度等の地盤性状を推定する地盤性状推定システム及び地盤性状推定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、この種の地盤性状推定システム及び地盤性状推定方法においては、たとえば図７で説明すると、図７の矢印で示すように、一定の時間間隔（時系列）で削孔データの収集が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した従来の削孔データを得る方法では、軟弱地盤３、硬い地盤４及び中硬地盤５のそれぞれにおいて、削孔速度が異なる。
【０００４】
すなわち、軟弱地盤３では、削孔速度が速くなるため、収集深度間隔が大きくなり、データ収集量が少なくなる。硬い地盤４では、削孔速度が遅くなるため、収集深度間隔が小さくなり、データ収集量が大きくなる。中硬地盤５では、軟弱地盤３と硬い地盤４との略中程度のデータ収集量となる。
【０００５】
このように、軟弱地盤３、硬い地盤４及び中硬地盤５のそれぞれにおいて、時系列に得られる削孔データの収集量が異なり、削孔前に削孔データの収集量の推定ができないため、必要以上の容量をもったデータ記録装置が必要となる。また、軟弱地盤３のように、収集深度間隔が大きい場合、補正後のデータ精度を確保するために、収集時間間隔を小さくすると、削孔データの全体の収集量が増大してしまい、さらに大きな容量をもったデータ記録装置が必要となる。
さらには、削孔深度に対する地盤性状の推定を行う場合、削孔データの解析時又は解析結果出力時に、図８に示すように、一定深度間隔のデータとなるように補正する処理が必要となる。
【０００６】
よって、このように、大きな容量をもったデータ記録装置が必要となったり、一定の深度間隔のデータに変換する処理が必要となったりすることにより、システムのコストアップを招いてしまうばかりか、迅速な地盤性状の推定を行えないといった問題を生じる。
【０００７】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、システムのコストアップを招くことなく、地盤性状の推定を迅速に行うことができる地盤性状推定システム及び地盤性状推定方法を提供することができるようにするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の地盤性状推定システムは、５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎に与えられるデータの取得タイミングに基づいて５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の削孔データを収集し、記録するデータ収集装置と、前記収集及び記録された削孔データに基づき、前記深度毎の地盤強度推定又は地層判定を行う地盤性状推定装置とを備えることを特徴とする。
また、前記データ収集装置は、回転ロッドの先端に取付けられたビットによって削孔を行う削孔機と、前記削孔による掘屑を地上に排出するための送水を行う送水ポンプと、前記削孔に関わる各種情報を検出する各種センサーと、前記各種センサーによって検出された各種情報を収集するとともに、データ化した削孔データとして記録装置に記録するデータ収集記録装置とを備え、前記地盤性状推定装置は、前記データ収集記録装置に記録された５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の削孔データに基づき、地盤性状推定の演算を行う推定演算部を備え、前記演算結果は深度毎に出力されるようにすることができる。
また、前記各種センサーは、前記ビットによる削孔深度を検出する深度センサーと、前記送水ポンプの送水圧を検出する送水圧センサーと、前記ビットの回転トルクを検出するトルクセンサーと、前記ビットを推進力を検出する推進力センサーと、前記ビットの回転数を検出する回転数センサーとを備えているようにすることができる。
また、前記データ収集記録装置は、前記深度センサーによって検出された削孔深度に基づき、前記所定深度に達したときに前記各種センサーからの前記各種情報の取得タイミングを与えるパルスカウンタと、前記５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の削孔時間を得るタイマとを備えるようにすることができる。
請求項５に記載の地盤性状推定方法は、５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎に与えられるデータの取得タイミングに基づいて５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の削孔データを収集し、記録する第１の工程と、前記収集及び記録された削孔データに基づき、前記深度毎の地盤強度推定又は地層判定を行う第２の工程とを備えることを特徴とする。
また、前記第１の工程には、回転ロッドの先端に取付けられたビットによって削孔を行う第３の工程と、前記削孔による掘屑を地上に排出するための送水を行う第４の工程と、前記削孔に関わる各種情報を検出する第５の工程と、前記検出された各種情報を収集するとともに、データ化した削孔データとして記録する第６の工程とが含まれ、前記第２の工程には、前記記録された５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の削孔データに基づき、地盤性状推定の演算を行う第７の工程と、前記演算結果を深度毎に出力する第８の工程とが含まれるようにすることができる。
また、前記第５の工程には、前記ビットによる削孔深度を検出する第９の工程と、前記送水の送水圧を検出する第１０の工程と、前記ビットの回転トルクを検出する第１１の工程と、前記ビットを推進力を検出する第１２の工程と、前記ビットの回転数を検出する第１３の工程とが含まれるようにすることができる。
また、前記第６の工程には、前記検出された削孔深度に基づき、前記所定深度に達したときに前記各種情報の取得タイミングを与える第１４の工程と、前記５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の削孔時間を得る第１５の工程とが含まれるようにすることができる。
本発明に係る地盤性状推定システム及び地盤性状推定方法においては、データ収集装置により、５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の削孔データを収集及び記録し、地盤性状推定装置により、収集及び記録された削孔データに基づき５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の地盤強度推定又は地層判定を行うようにする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の地盤性状推定システムの一実施の形態を示す図、図２は、図１の削孔機の詳細を示す図、図３は、図１のデータ収集記録装置の内部構成を示すブロック図、図４は、図３のデータ収集記録装置によって収集される削孔データの詳細を示す図、図５は、図１の地盤性状推定装置を説明するための図、図６は、図１の地盤性状推定システムによる地盤性状の推定方法を説明するためのフローチャートである。
【００１１】
図１に示す地盤性状推定システムは、データ収集装置１００及び地盤性状推定装置２００を備えている。地盤性状推定装置２００は、後述する削孔データに基づき、地盤性状推定の演算を行う推定演算部２０１を備えているが、その推定演算部２０１の詳細は後述する。
【００１２】
データ収集装置１００は、削孔機１１０、送水ポンプ１２０、各種センサー１３０、データ収集記録装置１４０及びメモリカード１５０を備えている。
【００１３】
削孔機１１０は、図２に示すように、機体１１１上にデータ収集記録装置１４０を搭載している。データ収集記録装置１４０によって収集された削孔データは、メモリカード１５０に記録された後、地盤性状推定装置２００に受渡されるようになっている。
【００１４】
なお、本実施の形態では、記録媒体としてメモリカード１５０用いた場合を示しているが、フロッピーディスク（ＦＤ）、ＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ等の他の記録媒体を用いることもできる。
【００１５】
また、機体１１１には、圧力センサー（２〜４）１３０ｃ〜１３０ｅを搭載している。これら圧力センサー（２〜４）１３０ｃ〜１３０ｅの詳細については、後述する。
【００１６】
機体１１１の前方には、ドリフター１１２によって回転駆動及び上下動されるロッド１１３が垂下されている。また、ドリフター１１２には、回転数センサー１３０ｆが搭載されている。この回転数センサー１３０ｆについての詳細は、後述する。
【００１７】
ロッド１１３の先端には、ビット１１４が取付けられている。ガイドセル１１５の上部には、上下動するドリフター１１２の移動量を検出する深度センサー１３０ａが搭載されている。この深度センサー１３０ａについての詳細は、後述する。
【００１８】
削孔機１１０に対して近接配置される送水ポンプ１２０には、圧力センサー（１）１３０ｂが搭載されている。この圧力センサー（１）１３０ｂの詳細についても後述する。
【００１９】
データ収集記録装置１４０には、図３に示すように、各種センサー１３０である深度センサー１３０ａ、圧力センサー（１〜４）１３０ｂ〜１３０ｅ及び回転数センサー１３０ｆからの検出値が取込まれるようになっている。
【００２０】
ここで、圧力センサー（１）１３０ｂは、送水ポンプ１２０の送水圧を検出する送水圧センサーである。圧力センサー（２）１３０ｃは、ビット１１４の回転トルクを検出するトルクセンサーである。圧力センサー（３，４）１３０ｄ，１３０ｅは、ビット１１４の推進力（ビット荷重）を検出する推進力センサーである。
【００２１】
データ収集記録装置１４０は、パルスカウンタ１４１，１４７、タイマ１４２及びＡ／Ｄコンバータ１４３〜１４６を備えている。パルスカウンタ１４１は、検出値（データ）の取得タイミングを与えるものである。取得タイミングは、たとえば５ｍｍの深度間隔で与えられる。これにより、たとえば５ｍｍの深度毎の削孔データが得られる。
【００２２】
なお、本実施の形態では、深度を５ｍｍとした場合について示しているが、５ｍｍ〜１００ｍｍ程度が好適である。
【００２３】
ここで、削孔データには、たとえば図４に示すように、削孔深度（ｍ）、送水圧（ＭＰａ）、回転トルク（ＭＰａ）、推進力（ＭＰａ）、保持力（ＭＰａ）、回転数（歯数）、削孔時間（ｓ）が含まれている。
【００２４】
削孔深度（ｍ）は、データ収集時の孔口よりの削孔深度である。送水圧（ＭＰａ）は、削孔掘屑を地上に排出するための送水ラインの圧力である。回転トルク（ＭＰａ）は、ロッド１１３（ビット１１４）を回転させるための油圧機構の駆動圧である。
【００２５】
推進力（ＭＰａ）は、ドリフター１１２（ビット１１４）を推し進めるための油圧機構の駆動圧である。保持力（ＭＰａ）は、ドリフター１１２推進機構の背圧である。この推進力（ＭＰａ）と保持力（ＭＰａ）の差がビット１１４の実質的な推進力（ビット荷重）である。回転数（歯数）は、単位深度当りのビット回転機構の駆動ギヤ歯数である。削孔時間（ｓ）は、単位深度当りの削孔所要時間である。
【００２６】
すなわち、図３において、深度センサー１３０ａからの検出値から削孔深度（ｍ）が得られる。圧力センサー（１）１３０ｂからの検出値は、Ａ／Ｄコンバータ１４３によりデジタル信号に変換されることで、送水圧（ＭＰａ）のデータとされる。圧力センサー（２）１３０ｃからの検出値は、Ａ／Ｄコンバータ１４４によりデジタル信号に変換されることで、回転トルク（ＭＰａ）のデータとされる。
【００２７】
圧力センサー（３）１３０ｄからの検出値は、Ａ／Ｄコンバータ１４５によりデジタル信号に変換されることで、推進力（ＭＰａ）のデータとされる。圧力センサー（４）１３０ｅからの検出値は、Ａ／Ｄコンバータ１４６によりデジタル信号に変換されることで、保持力（ＭＰａ）のデータとされる。
【００２８】
回転数センサー１３０ｆからの検出値は、パルスカウンタ１４７によりカウントされることで、回転数（歯数）のデータとされる。また、タイマ１４２からの時間によって５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の削孔時間（ｓ）が得られる。そして、これらの削孔データは、上記のメモリカード１５０に記録される。
【００２９】
本実施例では、ビット１１４の推進力（ビット荷重）を圧力センサー（３）１３０ｄから検出した推進力（ＭＰａ）と圧力センサー（４）１３０ｅから検出した保持力（ＭＰａ）の差から求めているが、ビット１１４に荷重計等のセンサー（図示せず）を設け、ビット１１４の推進力（ビット荷重）を直接的に検出することもできる。また、回転トルクは、ロッド１１３を回転させるための油圧機構の駆動圧を検出することによって間接的に求めているが、ビット１１４又はロッド１１３の周面に歪み計等（図示せず）のセンサーを設け、直接的に検出することもできる。
【００３０】
次に、図５により図１の地盤性状推定装置２００について説明する。
【００３１】
地盤性状推定装置２００は、メモリカード１５０に記録された削孔データに基づいて地盤強度推定又は地層判定を行うものである。
【００３２】
なお、本実施の形態での地盤性状推定装置２００は、地盤強度推定を行うものとした説明とする。
【００３３】
すなわち、地盤性状推定装置２００は、メモリカード１５０に記録された削孔データを、削孔データ群２０２に展開する。次に、推定演算部２０１により、削孔データ群２０２のそれぞれの削孔データより一軸圧縮強度の換算を行う。
【００３４】
ここで、一軸圧縮強度の換算を行うに際しては、次のような地盤強度推定式が用いられる。
【００３５】
ｑｕ＝α・｛（ビット荷重・削孔時間）／ビット断面積｝＋β・｛（回転トルク・回転数）／（削孔速度・ビット断面積）｝＋ｃ・・・・ 但し、ｑｕは一軸圧縮強度、α，β，ｃは係数である。地盤強度推定式によって得られた５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の一軸圧縮強度は、レポート２０３として出力される。
【００３６】
次に、以上のような構成の地盤性状推定システムによる地盤強度推定方法について説明する。
【００３７】
まず、図６に示すように、調査削孔を行う（ステップ６０１）。続いて、削孔データの記録を行う（ステップ６０２）。ここでは、上述したように、データ収集記録装置１４０に取込まれる各種センサー１３０である深度センサー１３０ａ、圧力センサー（１〜４）１３０ｂ〜１３０ｅ及び回転数センサー１３０ｆからの検出値が取込まれる。これらの検出値は、削孔データとされる。
【００３８】
また、削孔データとしては、上述したように、削孔深度（ｍ）、送水圧（ＭＰａ）、回転トルク（ＭＰａ）、推進力（ＭＰａ）、保持力（ＭＰａ）、回転数（歯数）、削孔時間（ｓ）が含まれる。これらの削孔データは、上記のメモリカード１５０に記録される。
【００３９】
次に、地盤性状推定装置２００により、メモリカード１５０に記録されている削孔データから一軸圧縮強度の換算が行われる（ステップ６０３）。
【００４０】
一軸圧縮強度の換算を行うに際しては、上述した地盤強度推定式が用いられる。そして、地盤強度推定式によって得られた一軸圧縮強度は、レポート２０３として出力される（ステップ６０４）。
【００４１】
このように、本実施の形態では、データ収集装置１００のデータ収集記録装置１４０により５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の削孔データを収集するとともに、メモリカード１５０に記録し、地盤性状推定装置２００の推定演算部２０１によりメモリカード１５０に記録された削孔データに基づき一軸圧縮強度の換算を行うことで、５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の地盤強度推定を行うようにした。
【００４２】
よって、５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の削孔データを収集するようにしたことから、削孔前に削孔データの収集量の推定が容易となり、必要最小限の容量をもったデータ収集記録装置１４０を用意することができるため、システムのコストアップを抑えることができる。また、従来のように、一定深度間隔のデータとなるような補正処理が不要となるため、迅速な地盤性状の推定を行うことができる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、地盤性状推定装置２００は、地盤強度推定を行うものとした場合について説明したが、推定演算部２０１に地層判定式を設定することによって、収集記録された削孔データに基づき地層判定を行うことも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
以上の如く本発明に係る地盤性状推定システム及び地盤性状推定方法によれば、データ収集装置により、５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎に削孔データを収集及び記録し、地盤性状推定装置により、収集及び記録された削孔データに基づき５ｍｍ〜１００ｍｍの深度毎の地盤強度推定又は地層判定を行うようにしたので、システムのコストアップを招くことなく、地盤性状の推定を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の地盤性状推定システムの一実施の形態を示す図である。
【図２】図１の削孔機の詳細を示す図である。
【図３】図１のデータ収集記録装置の内部構成を示すブロック図である。
【図４】図３のデータ収集記録装置によって収集される削孔データの詳細を示す図である。
【図５】図１の地盤性状推定装置を説明するための図である。
【図６】図１の地盤性状推定システムによる地盤性状の推定方法を説明するためのフローチャートである。
【図７】従来の地盤性状を推定するための削孔データを得る方法を説明するための図である。
【図８】図７の削孔データを一定の深度間隔のデータに変換する場合を説明する図である。
【符号の説明】
１００  データ収集装置
１１０  削孔機
１１１  機体
１１２  ドリフター
１１３  ロッド
１１４  ビット
１１５  ガイドセル
１２０  送水ポンプ
１３０  各種センサー
１３０ａ  深度センサー
１３０ｂ〜１３０ｅ  圧力センサー（１〜４）
１３０ｆ  回転数センサー
１４０  データ収集記録装置
１４１，１４７  パルスカウンタ
１４２  タイマ
１４３〜１４６  Ａ／Ｄコンバータ
１５０  メモリカード
２００  地盤性状推定装置
２０１  推定演算部
２０２  削孔データ群
２０３  レポート
【図１】
0003704257.tif 000002
【図２】
0003704257.tif 000003
【図３】
0003704257.tif 000004
【図４】
0003704257.tif 000005
【図５】
0003704257.tif 000006
【図６】
0003704257.tif 000007
【図７】
0003704257.tif 000008
【図８】
0003704257.tif 000009