(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面波探査手段を用いて非破壊的に調査対象の地盤の状況を調査し、前記表面波探査手段で検出された検出データに基づき前記地盤のＳ波速度構造を解析し、この解析されたＳ波速度構造に基づき、前記地盤の地中熱を熱源として用いるアースリソースシステムの設計に必要なパラメータを導出する方法であって、
前記表面波探査手段は、前記検出データを記憶するとともに、この記憶された検出データを前記表面波探査手段と接続された探査通信部を介して前記検出データの処理・解析を行うデータ解析手段へ送信し、
前記データ解析手段は、前記探査通信部によって送信された検出データに基づき、周波数・位相速度関係曲線を算出し、この算出結果により前記Ｓ波速度構造を解析し、解析したＳ波速度構造を基にして、Ｓ波速度と土相との対応に関し予め設定された土相判定標準表を用いて前記地盤の土相分布を特定するとともに、前記Ｓ波速度と前記Ｎ値との対応に関して予め設定されたＮ値換算式またはＮ値換算表を用いて前記地盤のＮ値分布を特定し、特定した土相と熱量の関係及びＮ値と熱量の関係に関し予め設定された熱量換算表を用いて、前記土相分布及び前記Ｎ値分布に基づき前記パラメータとなる前記地盤の単位厚さ当たりの単位吸放熱量を推定することを特徴とする地盤情報処理方法。
【請求項２】
請求項１記載の地盤情報処理方法において、
前記データ解析手段は、前記探査通信部から送信された検出データを記憶するとともに、前記探査通信部によって送信された検出データに対し、ノイズの多寡、及び周波数と位相速度との関係に関し予め設定されたデータ品質評価基準に基づき、前記検出データの品質評価を行うことを特徴とする地盤情報処理方法。
【請求項３】
請求項２記載の地盤情報処理方法において、
前記データ解析手段は、前記検出データが品質不良の場合には前記地盤の再調査を促す内容を、前記検出データが品質良好の場合には前記地盤の調査終了を促す内容をそれぞれ指示データとして解析通信部を介して前記表面波探査手段へ送信することを特徴とする地盤情報処理方法。
【請求項４】
地中熱を用いて熱交換を行うアースリソースシステムであって、
請求項１ないし３の何れかに記載の地盤情報処理方法によって得られた単位吸放熱量を用いてシステム設計を行うことを特徴とするアースリソースシステム。
【請求項５】
請求項４記載のアースリソースシステムにおいて、
システム設置場所の地盤内に設けた井戸と、この井戸内に配設された地中内熱交換器と、前記地中内熱交換器と接続されて地表側に配設されたヒートポンプと、前記ヒートポンプの凝縮側の熱交換器と前記地中内熱交換器とに間に接続され、液状媒体となる水と不凍液の混合溶液を熱交換器と地中内熱交換器との間で循環させるポンプを有するブライン回路と、混合溶液を貯留する貯留手段と、ヒートポンプの蒸発側の熱交換器と前記貯留手段とに間に接続され、前記貯留手段の混合溶液を前記熱交換器と前記貯留手段との間で循環させるポンプを有する回路とを備えたことを特徴とするアースリソースシステム。
【請求項６】
非破壊的に地盤の状況を調査する表面波探査手段と、
前記表面波探査手段により得られた検出データに基づき前記地盤のＳ波速度構造を解析するとともに、解析されたＳ波速度構造を基に前記地盤の地中熱を熱源として利用するアースリソースシステムの設計に必要なパラメータを導出するデータ解析手段とを有し、
前記データ解析手段は、前記表面波探査手段で得られた検出データからＳ波速度構造を解析するＳ波解析部と、前記Ｓ波解析部で解析されたＳ波速度構造を基に前記地盤の土相分布、Ｎ値分布を特定する土相・Ｎ値判定部と、前記土相・Ｎ値判定部で特定した土相分布及びＮ値分布に基づき前記パラメータとなる前記地盤の単位吸放熱量を推定する熱量解析部とを有することを特徴とする地盤情報処理システム。
【請求項７】
請求項６記載の地盤情報処理システムにおいて、
前記データ解析手段は、前記表面波探査手段で得られた検出データの品質を評価するデータ品質評価部を有することを特徴とする地盤情報処理システム。
【請求項８】
請求項７記載の地盤情報処理システムにおいて、
前記データ解析手段は、前記表面波探査手段で得られた検出データ、前記Ｓ波解析部での解析結果、前記土相・Ｎ値判定部での特定結果、前記熱量解析部での推定結果及び前記データ品質評価部での品質評価結果のうちの少なくとも１つを記憶する解析記憶部を有することを特徴とする地盤情報処理システム。
【請求項９】
請求項６ないし８の何れかに記載の地盤情報処理システムにおいて、
前記表面波探査手段は、前記地盤を加振する加振手段と、この加振手段によって地盤に発生した振動を受振する受振手段と、前記受振手段で受振した検出データを記憶する探査記憶部と、前記探査記憶部に記憶された検出データを前記データ解析手段へ送信するとともに前記データ解析手段から送信される再調査及び調査終了を促す指示データを受信する探査通信部とを有することを特徴とする地盤情報処理システム。
【請求項１０】
請求項９記載の地盤情報処理システムにおいて、
前記データ解析手段は、前記表面波探査手段から前記探査通信部を介して送信されてくる検出データを受信するとともに、前記探査通信部を介して前記指示データを前記表面波探査手段へ送信する解析通信部を有することを特徴とする地盤情報処理システム。
【請求項１１】
請求項６ないし１０の何れかに記載の地盤情報処理システムにおいて、
前記アースソースシステムが、システム設置場所の地盤内に設けた井戸と、この井戸内に配設された地中内熱交換器と、前記地中内熱交換器と接続されて地表側に配設されたヒートポンプと、前記ヒートポンプの凝縮側の熱交換器と前記地中内熱交換器とに間に接続され、液状媒体となる水と不凍液の混合溶液を熱交換器と地中内熱交換器との間で循環させるポンプを有するブライン回路と、混合溶液を貯留する貯留手段と、ヒートポンプの蒸発側の熱交換器と前記貯留手段とに間に接続され、前記貯留手段の混合溶液を前記熱交換器と前記貯留手段との間で循環させるポンプを有する回路とを備えたことを特徴とする地盤情報処理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤情報処理方法と地盤情報処理システム及びアースリソースシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
地球資源の１つである地中熱を熱源として利用して冷房や暖房を行う熱交換システムであるアースリソースシステムの１つとしてヒートポンプシステムが知られている。このシステムは、地中に設けた井戸に熱交換器を配設するとともに、地上にヒートポンプと液状媒体貯留部を配設して、これらを配管でつないで、液状媒体を地上と地中との間で循環させることで熱交換を行っている。通常、熱交換システムを設計するには、空調・給湯・暖房負荷の計算に加え、地盤の土相、地中温度、比熱、熱伝導率、地下水位、地下水流速を見極め、地盤の吸熱・放熱量を判定し、ヒートポンプの容量を選定している。
このように熱交換システムの設計は、様々な要素を考慮して行われるが、中でも吸熱・放熱量がシステム設計においては重要である。このため、従来は、調査対象の地盤を直接ボーリング調査し、地盤の土相分布、Ｎ値分布をつかみ、システム設計に必要にパラメータを推定している。
【０００３】
一方、地盤探査法には、ボーリング調査のような破壊的な調査方法の他に、振動の伝達状態から地盤構造を知る非破壊的な調査手法がある。非破壊的調査手法としては、表面波探査法や微動探査法が知られている。
表面波探査法は、受振手段となる複数の振動センサを等間隔に直線状に配置した測線を設け、この測線の端部からオフセット距離をとった加振点で加振し、発生した弾性波の全波動（表面波、直達波、屈折波、反射波等）を前記測線上の振動センサで受振して記憶手段で記憶し、この記憶した波動記録の中から表面波を識別して測線下におけるＳ波速度構造を解析して地下構造を推定している。
【０００４】
微動探査方法は、地盤の自然微動を観測する手段として、地表に描いた円周上に等間隔に配置された複数の微動観測器（地震計及び記憶装置）と、当該円の中心に配置された一つの微動観測器（地震計及び記憶装置）とからなる円形アレーを用いた微動観測手段を有している。円は一つの円である他に同心の２重、３重、４重の複数の多重円を設ける場合があり、円形アレーを構成する微動観測器によって観測した微動記録から表面波を抽出し、抽出した表面波から周波数・位相速度関係を算出し、これに基づき地下のＳ波速度構造を解析している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
地盤探査手法の一つであるボーリング調査は、調査対象領域の局部的な地下構造の抽出に限定されるため、熱交換システムの設計に用いるためには、調査対象範囲に対して多数のボーリング調査を実施しなければならず、調査に多大な時間と費用と労力を要することから、大雑把な地盤予測で済ましてしまうことが多い。このため、熱交換システムであるアースリソースシステムに用いる熱交換器を埋設する井戸の掘削段階において、設計で想定された地盤の単位厚さ当たりの吸熱・放熱量（単位吸放熱量）と、システム施設稼動後に実際の地盤から得られる単位厚さ当たりの吸熱・放熱量（単位吸放熱量）との誤差が大きく、井戸の掘削深度や井戸本数、熱量計算の修正を迫られることが多く、結果として工期が延長されることになる。
【０００６】
地盤探査法として表面波探査法や微動探査法を用いることは、調査にかかる時間と費用と労力を軽減できる反面、調査対象から得られた検出データの解析を素早くするという観点からすると、調査場所に測定・観測・解析に関して熟練した能力を持つ専門技術者を配置しなければならない。また、専門技術者の個人差もあり、同一調査場所であっても、専門技術者が異なると検出データの品質や解析結果にばらつきが生じてしまう。さらに、調査場所が多数となると専門技術者が不足することになり、解析精度にばらつきが生じる場合や解析に時間を要してしまう。
【０００７】
本発明は、アースリソースシステムの設計に用いる地盤情報を正確に迅速に解析することを可能とする地盤情報処理方法と地盤情報処理システムを提供することを、その目的とする。
本発明は、設計と実際との誤差を極小化して設計変更が極めて少なく、工期の短縮、人件費の削減が可能で、多様な個々の地盤に対応したアースリソースシステムを提供することを、その目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明にかかる地盤情報処理方法は、非破壊的に調査対象の地盤状況を検出する手段として表面波探査手段を用いる。そして、これら表面波探査手段で検出された検出データに基づき地盤のＳ波速度構造を解析し、この解析されたＳ波速度構造に基づき、地盤の地中熱を熱源として利用するアースリソースシステムの設計に必要なパラメータを導出することを特徴とする。このような地盤情報処理方法では、地盤の状況を非破壊的に検出できるため、ボーリング調査による方法に比べて調査にかかる時間や費用や労力が低減するとともに、精度の良い地盤情報を推定することができる。
【０００９】
本発明にかかる地盤情報処理方法は、表面波探査手段により検出された検出データを記憶するとともに、この記憶された検出データを表面波探査手段に接続された探査通信部を介して検出データの処理・解析を行うデータ解析手段へ送信することを特徴としている。このような地盤情報処理方法では、表面波探査手段で検出されたデータがデータ解析手段で一括処理されるので、データ処理の効率化が図ることができる。
【００１０】
本発明にかかる地盤情報処理方法は、データ解析手段において、探査通信部から送信された検出データを記憶するともに、探査通信部によって送信された検出データに対し、ノイズの多寡、及び周波数と位相速度との関係に関し予め設定されたデータ品質評価基準（標準波形、標準Ｆ−Ｋスペクトルからなる）に基づき、検出データの品質評価を行うことを特徴としている。本発明にかかる地盤情報処理方法では、データ解析手段が、検出データが品質不良の場合には地盤の再調査を促す内容を、検出データが品質良好の場合には地盤の調査終了を促す内容をそれぞれ指示データとして解析通信部を介して表面波探査手段へ送信することを特徴としている。
【００１１】
このような地盤情報処理方法では、データ解析手段での処理結果に応じた指示データが現場の表面波探査手段に対してフィードバックされる。そして検出データが品質不良の場合には、表面波探査手段に対して地盤の再調査を促す内容が送信されるので、必要に応じて再調査を行うことができ地盤調査の精度が高められる。また、検出データが品質良好の場合には表面波探査手段に対して地盤の調査終了を促す内容が送信されるので、無駄な調査をしなくて済み調査時間の短縮を図ることができる。
【００１２】
本発明にかかる地盤情報処理方法は、データ解析手段において、探査通信部によって送信された検出データに基づき、周波数・位相速度関係曲線を算出し、この算出結果によりＳ波速度構造を解析し、このＳ波速度構造を基にして、Ｓ波速度と土相との対応に関し予め設定された土相判定標準表を用いて、地盤の土相分布を特定するとともに、Ｓ波速度とＮ値との対応に関し予め設定されたＮ値換算式またはＮ値換算表等の換算手段を用いて地盤のＮ値分布を特定することを特徴としている。
【００１３】
すなわち、データ解析手段は、検出データをフーリエ変換して、周波数毎の表面波位相速度を算出し、周波数・位相速度関係（分散曲線という曲線で表現される）を特定し、これに基づきＳ波速度構造を解析する。Ｓ波速度構造の解析法は、通常逆解析と呼ばれる方法であり、検出データから得られた分散曲線（観測分散曲線）と、これに基づき初めに試行解析したＳ波速度構造（初期構造モデル）から理論的に算出される分散曲線（理論分散曲線）とを対比し、２つの曲線が良好に一致するまでＳ波速度構造を修正し、順次これを繰り返していくという方法で行なわれる。
【００１４】
この他に、Ｓ波速度構造を略式に解析する方法を用いる場合もあり、それは表面波速度がＳ波速度のほぼ９０％であることと、ある周波数の表面波の速度はその波長（周波数によって異なる）のほぼ１／２に相当する深さまでの荷重平均的Ｓ波速度を示す、という表面波伝播特性を利用してＳ波速度構造を解析する方法である。これらにより、精度の良い検出データを用いてＳ波速度構造が解析できるとともに、土相分布及びＮ値分布を精度良く特定することができる。
【００１５】
本発明にかかる地盤情報処理方法は、データ解析手段において、土相と熱量の関係及びＮ値と熱量の関係に関し予め設定された熱量換算表を用いて、土相分布及びＮ値分布に基づきパラメータとなる地盤の単位厚さ当たりの単位吸放熱量を推定することを特徴としている。このため、精度良く特定した土相分布及びＮ値分布に基づき、熱量換算表から地盤の単位吸放熱量を精度高く推定することができる。
【００１６】
本発明にかかる、地中熱を利用した熱交換を行うアースリソースシステムでは、上記地盤情報処理方法により得られた精度の高い単位吸放熱量を用いてシステム設計が行われるので、設計で用いた単位吸放熱量とシステム施設稼動後に得られる実際の地盤の単位吸放熱量との誤差が少なくなるので、設計変更が極めて少な
くなる。
【００１７】
上記目的や方法を達成するため、本発明は、非破壊的に地盤の状況を調査する表面波探査手段と、表面波探査手段により得られた検出データに基づき地盤のＳ波速度構造を解析するとともに、解析されたＳ波速度構造を基に地盤の地中熱を熱源として利用するアースリソースシステムの設計に必要なパラメータを導出するデータ解析手段とを有する地盤情報処理システムを提案している。
【００１８】
本発明にかかる地盤情報処理システムにおいて、データ解析手段は、表面波探査手段で得られた検出データからＳ波速度構造を解析するＳ波解析部と、Ｓ波解析部で解析されたＳ波速度構造を基に地盤の土相分布、Ｎ値分布を特定する土相・Ｎ値判定部と、土相・Ｎ値判定部で特定した土相分布及びＮ値分布とからパラメータとなる単位吸放熱量を推定する熱量解析部や、表面波探査手段で得られた検出データの品質を評価するデータ品質評価部や、表面波探査手段で得られた検出データ、Ｓ波解析部での解析結果、土相・Ｎ値判定部での特定結果、熱量解析部での推定結果及びデータ品質評価部での品質評価結果のうちの少なくとも１つを記憶する解析記憶部等を備えている。
【００１９】
本発明にかかる地盤情報処理システムにおいて、表面波探査手段は、地盤を加振する加振手段と、この加振手段によって地盤に発生した振動を受振する受振手段と、受振手段で受振した検出データを記憶する探査記憶部と、探査記憶部に記憶された検出データをデータ解析手段へ送信するとともにデータ解析手段から送信される再調査及び調査終了を促す指示データを受信する探査通信部とを備えている。
【００２０】
本発明にかかる地盤情報処理システムにおいて、データ解析手段は、表面波探査手段から探査通信部を介して送信されてくる検出データを受信するとともに、指示データを表面波探査手段へ探査通信部を介して送信する解析通信部を備えている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１に示す地盤情報処理システム１は、非破壊的に調査対象の地盤３の内部状況を検出する手段として表面波探査手段４を用いたものである。地盤情報処理システム１は、表面波探査手段４と、表面波探査手段４により検出された検出データに基づき地盤３のＳ波速度構造を解析するとともに、このＳ波速度構造を基に地盤３の地中熱を熱源として利用する後述のアースリソースシステムの設計に必要なパラメータを導出するデータ解析手段５とを備えている。
【００２２】
表面波探査手段４は、検出データを記憶するとともに表示機能を有する探査記憶部６と、探査記憶部６に記憶された検出データをデータ解析手段５へ送信するとともにデータ解析手段５から送信される再調査及び調査終了を促す指示データを受信する探査通信部７とを備えている。探査通信部７とデータ解析手段５とは、ネットワークの一形態であるインターネット８に接続されており、互いに交信可能とされている。
【００２３】
表面波探査手段４は、加振手段としてのハンマー１１と、地盤３に配置されてハンマー１１によって叩かれることで加振点を成す鉄板１２と、受信点を構成する複数の受振手段としての受振センサ１３・・を備えている。受振センサ１３は、所定の間隔（例えば０．５〜２．０ｍ）を空けて直線状に配置されており、探査記憶部６とケーブル６ａで接続されている。ハンマー１１で打撃される部位が加振点となる鉄板１２は、受振センサ１３の列と同一直線上に配置され、最近接する受信センサ１３ａとの間にオフセット距離Ｌが設けられている。オフセット距離Ｌは、通常２〜３０ｍ程度である。本形態では、ハンマー１１で叩かれる部材を鉄板１２としたが、硬質樹脂やこれに類したものを用いても良い。
【００２４】
表面波探査手段４は、鉄板１２をハンマー１１で打撃することにより地盤３を起振し、発生した弾性波の全波動（表面波、直達波、屈折波、反射波）を受振センサ１３で受振して探査記憶部６に記憶する。探査記憶部６は、受振センサ１３が受振した検出データである波動データを記憶し、この記憶した波形データを、到達走時を基に表示される波形データとして、図示しないディスプレイ装置に表示するなど目的に応じて、受振点下部の地下構造を反映した波動伝播特性を表示するとともに、受振した検出データを記憶するものである。
【００２５】
各受振センサ１３の設置間隔、およびオフセットＬの距離については、地盤３の特性に対応した最適な波動データ（検出データ）を得るため適宜設定するもので、特定の値に限定されるものではない。図２は、地盤３にセットした受振センサ１３による検出データを記憶した際の波形記録を示す。
【００２６】
データ解析手段５は、演算回路やメモリ等を備えた周知のコンピュータであって、図示しないが表示手段となるモニター、操作手段となるキーボートやマウス等を備えている。データ解析手段５は、図１に示すように、表面波探査手段４の探査通信部７との間で検出データを送受信できる解析通信部９と、データ解析手段５側の各種情報を記憶する解析記憶部１０と、表面波探査手段４で得られた検出データからＳ波速度構造を解析するＳ波解析部２０と、Ｓ波解析部２０で解析されたＳ波速度構造を基に地盤の土相分布、Ｎ値分布を特定する土相・Ｎ値判定部２１と、土相・Ｎ値判定部２１で特定した土相分布及びＮ値分布とからパラメータとなる単位吸放熱量を推定する熱量解析部２２と、表面波探査手段４で得られた検出データの品質を評価するデータ品質評価部２３とを備えている。データ解析手段５は、解析通信部９を介してインターネット８にアクセスでき、探査通信部７との間でデータの送受信が行えるように構成されている。
【００２７】
本形態において、解析記憶部１０は、表面波探査手段４の探査通信部７から送信されて解析通信部９で受信した検出データ、Ｓ波解析部２０での解析結果、土相・Ｎ値判定部２１での特定結果、熱量解析部２２での推定結果及びデータ品質評価部２３での品質評価結果をそれぞれ記憶するように構成されている。
【００２８】
データ解析手段５は、データ品質評価基準に基づいてデータ品質評価部２３でなされた検出データの品質評価結果を指示データとして、解析通信部９を介して探査通信部７へ送信する機能を備えている。データ解析手段５は、データ品質評価部２３で、検出データが品質不良と判断された場合には、調査対象地盤の再調査を促す内容を指示データとし、検出データの品質が良好と判断された場合には、調査対象の地盤３の調査終了を促す内容を指示データとして、解析通信部９から探査通信部７を介して表面波探査手段４へ送信する機能を備えている。
【００２９】
検出データの品質とは、各受振センサ１３の配置の良し悪しにより得られるデータの質のことである。各受振センサ１３の配置の方角または位置が良好な場合と悪い場合とでは検出によって得られる波形データが異なる。また、調査対象の地盤３の周囲に雑音の原因となる土木・建築工事や重車両の通行等の状況がある場合には検出によって得られる波形データは不良となり、この場合には測定時間帯を変えて再調査しなければならない。このため，本形態ではデータ品質評価基準として、各受振センサ１３の配置が悪い場合と良い場合の波形データのパターンを類型化して標準波形、標準Ｆ−Ｋスペクトルの形として、データ解析手段５に設けた記憶手段２４に記憶されてデータベース化されている。
【００３０】
記憶手段２４には、観測分散曲線に対応する初期構造モデルがデータベース化されて記憶されている。この初期構造モデルは、観測分散曲線が特定されることで自動的に選択設定されるように構成されている。Ｓ波解析部２０は、観測分散曲線と理論分離曲線との一致度を目標化した所定の基準値が設定され、この基準値に達するまでＳ波速度構造の解析試行を繰り返すようになっている。この基準値は通常、１．０００に近い値とするが、調査対象の地盤３に応じて決めるもので（例えば０．９３５、０．９５０、０．９８０）、図示しないキーボードから入力して設定する。
【００３１】
土相・Ｎ値判定部２１は、Ｓ波速度から土相を特定するためのデータベース化された図４に示す土相判定標準表から土相を特定するためのものである。土相判定標準表は、記憶手段２４にデータベース化されて記憶されている。一般に、地盤３の土相は非常に様々で、それぞれの土相に対応してＳ波速度はすべて異なる。例えば、沖積世（地質時代名）の地盤において、土質が細粒砂であるか粗粒砂であるか、シルトであるか砂混りシルトであるか、粘土であるか砂混り粘土であるか、または砂礫であるか同じ砂礫でも礫分が多いか少ないか、その礫は大きいか小さいか、その礫は硬いか軟いかで、すべてＳ波速度は異なり、また、同じ土質でも地質時代が沖積世か、より古い洪積世か、第三紀かでもＳ波速度は違ってくる。さらに、地盤が岩盤である場合、強風化岩の岩相か弱風化岩の岩相かでもＳ波速度は違ってくる。また、地域特性が異なることでも対応は違い、軟弱地盤地域であるか扇状地性堆積地であるか河岸段丘であるか火山山麓であるかでも、Ｓ波速度と土相の対応は異なってくる。図４に示す土相判定標準表は、このような様々な土相、岩相に対応したＳ波速度を具体的、総合的にまとめたものである。
【００３２】
土相・Ｎ値判定部２１は、Ｓ波速度からＮ値を特定するための周知のＮ値換算式または図５に示すＮ値換算表等の換算手段を用いてＮ値を特定するものである。周知のＮ値換算式としては、例えば（Ｓ波速度／９１）２．９７の式が挙げられる。しかし、この式は土相の多様性や地域特性を無視して算出した平均的な統計式であり、異なる土相に応じて換算方法を適宜補正しなければならない作業を省いて作られており、あらゆる地盤に適用して正確であるかという面で限界をもっている。Ｎ値換算式またはＮ値換算表は、いろいろな地域での様々な土相における数多くの表面波探査実測データによって構築されたデータベースを基にして作られたもので、Ｓ波速度からＮ値を高精度に特定できる特徴を有しており、記憶手段２４に記憶されている
熱量解析部２２には、Ｎ値分布及び土相分布から導き出した地盤の単位厚さ当たりの単位吸放熱量をデータベース化した図６に示す熱量換算表から推定するものである。熱量換算表は記憶手段２４にデータベース化されて記憶されている。
【００３３】
データ解析手段５での処理内容の流れを図７、図８に示すフローチャートを用いて説明する。図７と図８は一連のフローであるが、便宜上それぞれ端子▲１▼の部分で分割している。図７のステップＡ２〜ステップＡ８までの処理はＳ波解析部２０での流れを示す。ステップＡ１では検出データ（波形データ）が入力され、ステップＡ２及びＡ３において、Ｆ−Ｋスペクトルの算出の経過を経て図２にドットの状の線で示す観測分散曲線が特定される。
ステップＡ４では、記憶手段２４に記憶されたデータベースを参照して初期構造モデルが設定される。ステップＡ５では、設定された初期構造モデルから表面波理論に基づき図２に実線で示す理論分離曲線が算出されてステップＡ６に進む。ステップＡ６では、算出された理論分離曲線とステップＡ３で算出した観測分散曲線とが一致するか否かが目標基準値との対比によって判断される。観測値と理論値という性質上、両曲線が最初から一致することは少なく、両曲線が一致しない場合には、ステップＡ７に進んで、理論分離曲線が観測分散曲線に近づくように構造モデルの修正を行い、ステップＡ５に戻り、再度理論分離曲線を算出する。
このステップＡ５〜Ａ７のステップは、理論分離曲線と観測分散曲線とが一致するまで繰り返される。ステップＡ６において、理論分離曲線と観測分散曲線との一致度が目標基準値に達すると、ステップＡ８に進んで、Ｓ波速度構造を解析する。このＳ波速度構造と分散曲線との関係を図３に示す。図３において、縦軸は深度、横軸は表面波の位相速度及びＳ波速度を示す。
【００３４】
次に、ステップＡ８でＳ波速度構造が解析されると、図８のステップＡ９に進み、解析したＳ波速度構造を解析記憶部１０に記憶することで取り込み、ステップＡ１０において、データベース化されたＳ波速度構造に応じた図４に示す土相判定標準表と解析記憶部１０に記憶されているＳ波速度構造とから地盤３の土相分布を特定し、特定した結果を一旦解析記憶部１０に記憶する。
ステップＡ１１では、Ｓ波速度構造とＮ値換算式によりＮ値分布を算出し、算出した値を解析記憶部１０に記憶する。なお、Ｎ値換算式ではなく、図５に示すＮ値換算表からＮ値分布を選択・特定してもよい。これらステップＡ９〜Ａ１１は、土相・Ｎ値判定部２１で処理される。
ステップＡ１２では、熱量解析部２３により、記憶手段２４に記憶してあるＮ値分布と土相分布に対応してデータベースされている図６に示す熱量換算表が参照されて地盤３の単位厚さ当たりの単位吸放熱量（アースリソースシステムの設計に用いるバラメータ）を推定し、推定した値を解析記憶部１０に記憶した後、この一連の処理を終了する。
【００３５】
このように、快適表面波探査手段４で検出された波形データに基づき地盤３のＳ波速度構造を算出し、算出されたＳ波速度構造に基づき地盤３の地中熱を熱源として用いるアースリソースシステムの設計に必要なパラメータである地盤３の単位厚さ当たりの単位吸放熱量をデータ処理手段５で導出（推定）することができるとともに、検出データの収集から単位吸放熱量の推定までの工程を全て非破壊的な作業で行うことができる。このため、ボーリング調査等の破壊的な地盤調査方法に比べて調査にかかる時間や費用や労力が低減するとともに、アースリソースシステムの設計に不可欠な地盤情報を精度の良く推定することができる。
【００３６】
表面波探査手段４により検出されて探査記憶部６に記憶された波形データを、探査記憶部６と接続された探査通信部７を介してデータ処理手段５へ送信するので、表面波探査手段４からの波形データ処理をデータ処理手段５で一括処理でき、データ処理時間の短縮を図ることができるとともに、地盤情報の解析結果のバラツキや解析人員配置数を低減することができる。
【００３７】
図９に示すフローチャートを用いてデータ品質評価部２３での処理を説明する。ステップＢ１では、解析記憶部１０から検出データが入力され、ステップＢ２において波形及びＳ波解析部２０で算出されたＦ−Ｋスペクトルを図示しないディスプレイに表示する。ステップＢ３では、データベース化されたデータ品質評価基準と前記した波形及びＦ−Ｋスペクトルとを対比して検出データの品質評価が行われる。この形態では、データベース化された標準波形及び標準Ｆ−Ｋスペクトルとの対比によってデータの良・不良が判断される。
ステップＢ３において、波形及びＦ−Ｋスペクトルが標準以上（データ良）の場合は、波形及びＦ−Ｋスペクトルを解析記憶部１０に記憶してこの処理を終え、波形及びＦ−Ｋスペクトルが標準以下（データ不良）の場合にはステップＢ４に進む。ステップＢ４では、各振動センサ１３の方角や位置あるいは測定時間帯をずらすなりして再調査する内容を指示データとして探査通信部７へ送信する。
【００３８】
このように、データ解析手段５では、表面波探査手段４側から送信された検出波形データが品質不良の場合、データ品質評価部２３により表面波探査手段４による調査対象の地盤３の再調査を促す内容を指示データとして探査通信部６へ送信するので、迅速に再調査を行え、調査対象の地盤３での調査精度を高められるとともに、パラメータを算出する基礎データとなる波形データの精度を高められ、より高精度なパラメータを推定することができる。
【００３９】
本形態においては、データ品質評価基準、土相判定標準表、Ｎ値換算式、Ｎ値換算表、熱量換算表及び観測分散曲線に対応する初期構造モデルが、共通の記憶手段２４に予め記憶されてデータベース化されているが、Ｓ波解析部２０、土相・Ｎ値判定部２１、熱量解析部２２、データ品質評価部２３にそれぞれ記憶手段を接続し、各記憶手段に各部で用いる情報をそれぞれデータベース化して記憶させる形態としてもよい。
【００４０】
本形態において、各受振センサ１３は、同一直線状に配置したが、このような配置に限定されるものではなく、同一直線に対して左右にずらして配置したものであっても良い。加振手段としてハンマー１１を例示したが、花火あるいは周知の振動機を加振手段として用いても良い。加振機を用いる場合には、振動周波数を制御できるものが好ましい。また、探査方法としては、所謂板たたきによるＳ波屈折探査法を用いても良い。
【００４１】
本形態では、非破壊的に地盤３の内部状況の検出手段として表面波探査手段４を用いているが、このようなものに限定されるものではなく、広義の意味で表面波探査法に含まれる微動探査法を用いても良い。この場合でもＳ波速度構造までは、微動探査法独自の解析手法で解析できるので、解析されたＳ波速度構造と図４，図５，図６とを用いて地盤３の単位厚さ当たりの単位吸放熱量をデータ処理手段５で導出することができる。
【００４２】
図１０，１１は、地中熱を利用した熱交換システムであるアースリソースシステムの一例であるヒートポンプシステム１００の概略構成を示す。図１０は加熱時の状態を示し、図１１は冷却時の状態を示す。
【００４３】
このヒートポンプシステム１００は、設置場所の地盤３内（地中）に設けた井戸１０１と、井戸１０１内に配設された地中内熱交換器１０２と、地中内熱交換器１０２と接続されて地表側に配設されたヒートポンプ１０３と、ヒートポンプ１０３の凝縮側の熱交換器１０４と地中内熱交換器１０２とに間に接続され、液状媒体となる水と不凍液の混合溶液を熱交換器１０４と地中内熱交換器１０２との間で循環させるポンプ１０６を有するブライン回路１０７と、混合溶液を貯留する貯留手段としての冷温水タンク１０８と、ヒートポンプ１０３の蒸発側の熱交換器１０５と冷温水タンク１０８とに間に接続され、冷温水タンク１０８の混合溶液を熱交換器１０５と冷温水タンク１０８との間で循環させるポンプ１０９を有する回路１１０とを備えている。ヒートポンプ１０３は、熱交換器１０４と熱交換器１０５とは、拡張弁１１１，１１２及び圧縮機１１３と四方弁１１４とを備えた冷媒回路１１５上に設けられている。
このようなヒートポンプシステム１００を設計するには、通常、空調・給湯・暖房負荷の計算や、ヒートポンプの容量を選定、地盤の吸熱・放熱量の算出等を行う。本形態で用いるヒートポンプシステム１００においては、これら設計に際し、地盤情報処理システム１により得られた高精度の単位吸放熱量を用いるので、設計により算出された単位吸放熱量（吸熱・放熱量）とシステム施設稼動後に実際の地盤３から得られる単位吸放熱量（吸熱・放熱量）との誤差が小さくなり、設計変更が極めて少なくなる。このため、システムの設計変更に伴う工期の延期がなく短縮を図れるとともに、人件費の削減を図りながら地盤に対応したシステム設計を行える。システム設計の変更が極めて少なくなるので、安価なシステム設計と施工を行うことができる。
【００４４】
このような構成のヒートポンプシステム１００では、加熱時においては井戸１０１内の地中内熱交換器１０２により液状媒体が地中の熱を吸熱し、冷却時においては地中内熱交換器１０２により液状媒体の熱が地中に放熱されることになる。このため、吸熱及び放熱が地中で行われるので、ヒートアイランド現象を著しく低減することができ、ヒートポンプシステム１００に用いる電力を低減することができ、二酸化炭素の削減に貢献することができる。また、地中内は外気温に関係なく一年を通して略一定の温度であるため、上記効果を安定的に発揮することができる。
【００４５】
本形態におけるヒートポンプシステム１００は、井戸１０１と地中内熱交換器１０２とをそれぞれ１本として例示したが、これら本数に限定されるものではなく、地盤情報処理システム１により得られた高精度の吸放熱量データを基に、効率良く採熱して、適宜所望の出力を得られるように井戸１０１の深度や本数を設計すればよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、非破壊的に調査対象の地盤状況を検出する手段として表面波探査手段を用いれば、地盤の状況を非破壊的に調査でき、この表面波探査手段で検出された検出データに基づき地盤のＳ波速度構造を算出し、算出されたＳ波速度構造に基づき地盤の地中熱を熱源として用いるアースリソースシステムの設計に用いる必要なパラメータをデータ解析手段で導出することができる。このため、ボーリング調査に比べて調査にかかる時間や費用や労力が低減するとともに、熱交換システムであるアースリソースシステムの設計に用いる地盤情報を精度の良く推定することができる。
【００４７】
本発明によれば、表面波探査手段により検出された検出データが、表面波探査手段に接続された探査通信部を介して検出データの処理・解析を行うデータ解析手段へ送信されるので、この検出データをデータ解析手段で一括処理することができ、データ処理の効率化が図ることができる。
【００４８】
本発明によれば、探査通信部から送信された検出データに対してノイズの多寡、及び周波数と位相速度との関係に関し予め設定されたデータ品質評価基準に基づき検出データの品質評価が行われるので、検出データの質を高めることができる。
【００４９】
本発明によれば、検出データが品質不良の場合には地盤の再調査を促す内容が、検出データが品質良好の場合には地盤の調査終了を促す内容がそれぞれ解析通信部を介して表面波探査手段へ送信されるので、データ解析手段での処理結果に応じた指示データが現場の表面波探査手段に対してフィードバックされる。検出データが品質不良の場合には、表面波探査手段に対して地盤の再調査を促す内容が送信されるので、必要に応じて再調査を行うことができ地盤調査の精度が高められ、検出データが品質良好の場合には表面波探査手段に対して地盤の調査終了を促す内容が送信されるので、無駄な調査をしなくて済み調査時間の短縮を図れる。
【００５０】
本発明によれば、検出データに基づき、周波数・位相速度関係曲線が算出され、この算出結果によりＳ波速度構造を解析し、このＳ波速度構造を基にしてＳ波速度と土相との対応に関し予め設定された土相判定標準表を用いて、地盤の土相分布が特定されるとともに、Ｓ波速度とＮ値との対応に関し予め設定されたＮ値換算式またはＮ値換算表を用いて地盤のＮ値分布が特定されるので、精度の良い検出データを用いてＳ波速度構造が解析できるとともに、土相分布及びＮ値分布を精度良く特定することができる。また、この特定された土相分布及びＮ値分布を用いて、土相と熱量の関係及びＮ値と熱量の関係に関し予め設定された熱量換算表からパラメータとなる地盤の単位厚さ当たりの単位吸放熱量が精度高く推定することができる。
【００５１】
本発明にかかる、地中熱を利用した熱交換を行うアースリソースシステムでは、上記地盤情報処理方法により得られた精度の高い単位吸放熱量を用いてシステム設計が行われるので、設計で用いた単位吸放熱量とシステム施設稼動後に得られる実際の地盤の単位吸放熱量との誤差が少なくなるので、設計変更が極めて少なくなり、工期の短縮、人件費の削減を図りながら地盤に対応したシステム設計を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】表面波探査手段を用いた地盤情報処理システムの概略構成を示す図である。
【図２】探査記憶部に表示される波形データの一例を示す図である。
【図３】分散曲線とＳ波速度構造との関係を示す図である。
【図４】Ｓ波速度から土相を特定するための土相判定標準表の一例を示す図である。
【図５】Ｓ波速度からＮ値を特定するためのＮ値換算表の一例を示す図である。
【図６】Ｎ値分布及び土相分布から導き出した地盤の単位厚さ当たりの単位吸放熱量を導出するための熱量換算表の一例を示す図である。
【図７】データ処理手段のパラメータ処理部によるデータ処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】図７の端子▲１▼に続くデータ処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】データ処理手段の品質判断処理部によるデータ処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】アースリソースシステムの一形態であるヒートポンプシステムの構成と発熱時の状態を示す図である。
【図１１】図１０に示したヒートポンプシステムの冷却時の状態を示す図である。
【符号の説明】
１    地盤情報処理システム
３    地盤
４    表面波探査手段
５    データ解析手段
６    探査記憶部
７    探査通信部
９    解析通信部
１０    解析記憶部
１１    加振手段
１３    受振手段
２０    Ｓ波解析部
２１    土相・Ｎ値判定部
２２    熱量解析部
２３    データ品質評価部
１００    アースリソースシステム
【要約】【課題】アースリソースシステムの設計に用いる地盤情報を正確で迅速に算出可能な地盤情報処理方法を提供する。
【解決手段】表面波探査手段４を用いて非破壊的に調査対象の地盤３の状況を検出し、データ解析手段５で、表面波探査手段４で検出された検出データに基づき地盤３のＳ波速度構造を算出し、算出されたＳ波速度構造を基にしてＳ波速度と土相との対応に関して予め設定された土相判定標準表を用いて地盤の土相分布を特定するとともに、Ｓ波速度とＮ値との対応に関して予め設定されたＮ値換算式またはＮ値換算表を用いて地盤のＮ値分布を特定し、土相と熱量の関係及びＮ値と熱量の関係に関して予め設定された熱量換算表から特定した土相分布及びＮ値分布に基づきパラメータとなる地盤３の単位厚さ当たりの単位吸放熱量を推定する。
【選択図】      図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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