(57)【要約】【課題】  高圧噴射撹拌工法における原地盤の切削状態を、リアルタイムに的確に把握し得るモニタリング装置を提供する。【解決手段】  切削状態モニタリング装置は、計測パイプ６４の内壁に向けてばね７により拡圧弾力が付与された第１のローラ付きアーム１と、第２のローラ付きアーム２が、所定間隔を隔てて、本体部４に設けた支軸９に回動可能に取着され、本体部４の中央部には、カバー部材６で覆われた第１、第２の加速度変換器５ａ、５ｂが、計測パイプ６４の内壁に受感方向を垂直に向けて取着されている。第１の加速度変換器５ａと、第２の加速度変換器５ｂとは、上方から見て互いに９０度の間隔を隔てて取着されている。本体部４の下端には、吊り環１１を介して重り１２が吊り下げられている。本体部４の上端には、吊り環１０を介して吊り下げワイヤ１３が連結され、電動巻上機で上下動可能に構成されている。【選択図】          図１
2018012938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に挿入された注入管の噴射ノズルから高速噴射される固化材による地盤の切削状態をモニタリングするため、前記注入管から所定間隔を隔てて地盤中に埋設される計測パイプ内に挿入して用いられるモニタリング装置において、
前記計測パイプの内壁に向けて拡圧弾力が付与された複数のローラ付きアームによって保持される本体部と、
前記計測パイプの内壁面に受感軸を垂直に向けるようにして、前記本体部に取着された加速度変換器と、
前記本体部の下方に設けられる重りと、
前記本体部を吊下する吊り下げワイヤと、
前記加速度変換器から送出される検出信号を地上側に導出する電気ケーブルと、を有し、
前記噴射ノズルから高速噴射される固化材によって、前記計測パイプが受ける加速度を前記ローラ付きアームを介して前記加速度変換器で検出し得るように構成したことを特徴とする地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項２】
前記ローラ付きアームは、２組からなり、それぞれが両端にローラを軸支し、中間部が前記本体部に所定間隔を隔てて揺動可能に取着されてなり、その全長が、前記計測パイプの内径よりも大きく設定され、
前記アームと前記本体部との間に弾性部材を設け、前記ローラが前記計測パイプの内壁を押圧するように構成してなることを特徴とする請求項１に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項３】
前記ローラ付きアームは、３組からなり、第１と第２のローラ付きアームは、所定間隔を隔てて前記本体部に同じ向きに取着し、第３のローラ付きアームは、前記第１と第２のローラ付きアームとは１８０度反対側の前記本体部に揺動可能に取着し、前記第３のローラ付きアームを外方に向けて拡がるように弾性部材を前記本体部と前記第３のローラ付きアームの間に懸架するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項４】
加速度変換器は、２つからなり、第１の加速度変換器を前記本体部に受感方向を前記計測パイプの内壁に垂直になるように向けて取着し、第２の加速度変換器を、前記第１の加速度変換器に対し、上方から見て互いに９０度の間隔を隔てて取着してなることを特徴とする請求項１に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項５】
前記加速度変換器と前記ローラ付きアームと前記本体部からなる加速度検出ユニットを前記計測パイプ内の上下方向に直列状に２組連結してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項６】
前記計測パイプが埋設された地上側において、
前記吊り下げワイヤを上下動させる巻上機と
前記巻上機を駆動するモータの回転制御をするコントローラと、
前記加速度変換器から出力される検出信号を前記電気ケーブルを介して受けて、適宜、増幅処理、Ａ／Ｄ変換処理、演算処理をそれぞれ施し、加速度値を演算する処理回路と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項７】
前記コントローラは、別途設けられる地盤中に挿入された注入管の噴射ノズルの上下方向の移動速度に連動し、または、当該移動速度に対応して前記モータの回転を制御し得るように構成したことを特徴とする請求項６に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項８】
前記加速度変換器からの検出信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
当該デジタル信号の最大値を時系列的に蓄積する記録部と、
前記記録部に蓄積された各最大値からの増減を複数回に亘って演算し、数値動向を判断して最大値の平均化を行い、当該平均化されたデジタル数値を基に上り下りの予測を行う演算回路と
前記演算回路より出力される予測後のデジタル数値をアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器と、
を有する予測変換回路を具備すると共に、
前記Ｄ／Ａ変換器からの出力を受け予測表示画像を表示するモニタ部と、
前記吊り下げワイヤを上下動する前記巻上機を通電制御する手動スイッチと、
をさらに具備し、
前記モニタ部の予測表示に基づき、前記手動スイッチを操作することで、前記噴射ノズルの上下移動に追随し得るように構成したことを特徴とする請求項１に記載の切削状態モニタリング装置。
【請求項９】
前記加速度変換器、前記ローラ付きアームを前記本体部からなる加速度検出ユニットを２基上下方向に縦列状に連結し、前記計測パイプに内挿した状態で、上下２つの前記加速度変換器の検出信号をそれぞれ処理して２つの検出信号を比較し、出力信号の大きい加速度変換器が設けられている方向に前記本体部が移動するように前記モータの回動を制御するように構成したことを特徴とする請求項５に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項１０】
前記処理回路の出力を受けて前記加速度変換器の出力波形をリアルタイムで表示するモニタを備えてなることを特徴とする請求項６に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軟弱地盤改良工法のうち、地盤中に挿入された注入管の噴射ノズルから高圧噴射される固化剤と原土とを撹拌混合して地盤改良体を造成する際の地盤の切削状態を、モニタリングするために、前記注入管から所定間隔を隔てて地盤中に埋設される計測パイプ内に挿入して、用いられるモニタリング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、高圧噴射撹拌工法は、地中に挿入した注入管を介し、その先端の噴射ノズルから固化材を高圧噴射し、その強力なエネルギーによって原地盤を切削崩壊し、かつ固化材と原土とを強制的に撹拌混合して円柱状の改良体を造成する方法であり、仮設から本設工事まで多目的に利用可能な地盤改良工法として知られている。
しかしながら、原土と固化材との撹拌混合が地中で行われ目視できないため、何らかの方法により施工状況を確認する必要がある。従来、この種の確認は、施工後に行うチェックボーリングや造成された地盤改良体の頭部を一部露出させる等の方法によって行っていた。
また、例えば、特許文献１（特開平０７−１８６６０号公報）には、注入管の先端に吊したゾンデ内の電極群により、その周囲の地盤改良柱と土の比抵抗を測定し、その測定値に基づいて形成されつつある地盤改良体の出来上がり状況を推定する確認方法が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２（特開２００７−１８２６９５号公報）には、酸化系カルシウムを主成分とするセメント系固化材を含むスラリーを地中に噴射撹拌して円柱状の地盤改良体を造成する高圧噴射撹拌工法において、酸化カルシウムの含有率が大きいほど造成される地盤改良体の径が小さいという関係を利用して、酸化カルシウムの含有率から地盤改良体の径を推定する方法が記載されている。
また、特許文献３（特開２０１２−６２６２６号公報）には、注入管の周囲に挿入される複数の建込み管と、当該建込み管内にそれぞれ設置され、注入管先端の噴射ノズルから高圧噴射される固化材の建込み管に当たる音をモニタリングする複数の集音器と、噴射ノズルのステップアップに連動して集音器をステップアップさせる巻き上げ装置と、集音器によってモニタリングされた音のデータを集中管理する管理装置と、モニタリングされた音のデータを記録する記録装置とを備えて構成するモニタリング装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−１８６６０号公報
【特許文献２】特開２００７−１８２６９５号公報
【特許文献３】特開２０１２−６２６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、チェックボーリングや地盤改良体の頭部を一部露出して地盤改良体の径を確認する方法は、いずれも地盤改良体を造成した後に行う方法であるため、たとえ未改良部分が確認されても、すぐには対応ができず、また改めて装置を備え付けて施工する必要がありきわめて効率のわるいものであった。
また、特許文献１の検出装置は、注入管の先端に吊したゾンデ内の電極群により、その周囲の地盤改良柱と土の比抵抗を測定し、地質改良体の出来より状況を推定する方法であるため、地盤改良体の径を、瞬時に且つ的確に測定し得るものではない。
また、特許文献２にあっては、地盤改良体の酸化カルシウム含有率を測定するものであるため、リアルタイム処理とはいえず、また、地盤改良体の径を正確に予測することは、困難といわざるを得ない。
【０００６】
また、特許文献３にあっては、高速噴射される固化材の建込み管に当たる音が建込み管の中で、上下方向に広がり、または共鳴するため、固化材の建込み管に当たる位置を的確に検知し得ないという課題がある。
さらに、特許文献３にあっては、集音マイクを任意の位置に固定することができる、としているが、移動するには集音器を内装したパッカー内に別途地上から下したエアホースをもって、パッカー内の空気を抜いて収納させ、そして、パッカー内に空気を注入して膨脹させることにより固定する、という厄介な作業を強いられるという、不便さがあると共に、巻上機とは別途にエアポンプや送風管を設けなければならないので、製造コスト、作業コストが嵩む要因となる。
【０００７】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、第１の目的とするところは、地中に挿入された注入管の噴射ノズルから高圧噴射される固化材が、注入管の周囲の地盤内に挿入された計測パイプに当たることを、施工中に的確に検出することができ、それによって、原地盤の切削状態をリアルタイムに把握することが可能なモニタリング装置を提供することにあり、
第２の目的とするところは、注入管の噴射ノズルの移動に伴って本体部に固定された加速度変換器を任意に、または連動して円滑に連続的に移動することが可能な地盤の切削状態モニタリング装置を提供することにあり、第３の目的とするところは、注入管の噴射ノズルの上昇速度や上昇開始時点、停止情報などが知り得ない状況にあっても、計測パイプに内挿された加速度変換器付きの本体部の位置を、噴射ノズルの位置に追従させ得る地盤の切削状態モニタリング装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に記載した発明に係る地盤の切削状態モニタリング装置は、上述した第１および第２の目的を達成するために、
地盤中に挿入された注入管の噴射ノズルから高速噴射される固化材による地盤の切削状態をモニタリングするため、前記注入管から所定間隔を隔てて地盤中に埋設される計測パイプ内に挿入して用いられるモニタリング装置において、
前記計測パイプの内壁に向けて拡圧弾力が付与された複数のローラ付きアームによって保持される本体部と、
前記計測パイプの内壁面に受感軸を垂直に向けるようにして、前記本体部に取着された加速度変換器と、
前記本体部の下方に設けられる重りと、
前記本体部を吊下する吊り下げワイヤと、
前記加速度変換器から送出される検出信号を地上側に導出する電気ケーブルと、を有し、
前記噴射ノズルから高速噴射される固化材によって、前記計測パイプが受ける加速度を前記ローラ付きアームを介して前記加速度変換器で検出し得るように構成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１に記載した発明に係る地盤の切削状態モニタ装置によれば、
地盤中に挿入された注入管の噴射ノズルから高速噴射される固化材による地盤の切削状態をモニタリングするため、前記注入管から所定間隔を隔てて地盤中に埋設される計測パイプ内に挿入して用いられるモニタリング装置において、
前記計測パイプの内壁に向けて拡圧弾力が付与された複数のローラ付きアームによって保持される本体部と、
前記計測パイプの内壁面に受感軸を垂直に向けるようにして、前記本体部に取着された加速度変換器と、
前記本体部の下方に設けられる重りと、
前記本体部を吊下する吊り下げワイヤと、
前記加速度変換器から送出される検出信号を地上側に導出する電気ケーブルと、を有し、
前記噴射ノズルから高速噴射される固化材によって、前記計測パイプが受ける加速度を前記ローラ付きアームを介して前記加速度変換器で検出し得るように構成したので、第１には、地中に挿入された注入管の噴射ノズルから高圧噴射される固化材が注入管の周囲の地盤内に挿入された計測パイプに当たることを加速度変換器をもって施工中に的確に検出することができ、延いては、地盤改良体を造成しながら、造成されつつある地盤改良体の外形を同時に把握することができ、
第２には、注入管の噴射ノズルの移動に伴って、本体部に取着された加速度変換器を計測パイプの内壁に沿って円滑に、連続的に、移動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置の要部の構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置の縦断面構成を含む全体構成図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置の縦断面構成を示す全体構成図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置の構成を示すもので、（ａ）は、モニタリング装置全体の構成を示す縦断面図、（ｂ）は、収納ボックスの内部を、上方から見た平面図、（ｃ）は、収納ボックスの内部を正面から見た正面図である。
【図５】高圧噴射撹拌工事の設備一式と該設備の注入管に隣接して埋設された計測パイプを示す縦断面図である。
【図６】高圧噴射撹拌工事の設備における注入管とモニタリング装置の計測パイプとの配置関係を示すもので、（ａ）は、上方から見た平面図、（ｂ）は、Ｘ−Ｘ方向矢視縦断面図である。
【図７】高圧噴射撹拌工事が進み原土と固化材とを強制的に撹拌混合して地盤改良体が形成された状態を示すもので、（ａ）は、途中まで地盤改良体が形成された状態を示し、（ｂ）は、地盤改良体が所定通りに形成された状態を示す。
【図８】３本の計測パイプにそれぞれ挿入された本発明に係る地盤の切削状態モニタリング装置における加速度変換器より検出され且つ処理された波形図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置の予測変換回路により処理されモニタ部に表示された予測表示画像を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に基づき、図面を参照して本発明に係る地盤の切削状態モニタリング装置を詳細に説明する。
先ず、初めに本発明の地盤の切削状態モニタリング装置が使用される高圧噴射工事の設備について、図５〜図７を用いて説明する。
高圧噴射撹拌工法は、地中に挿入した注入管５０を介し、その先端の噴射ノズル５１から固化材を高圧噴射し、その強力なエネルギーによって原地盤を切削崩壊し、且つ固化材と原土とを強制的に撹拌混合して円柱状の改良体を造成するものである。
注入管５０の先端には、側方に固化材を高圧噴射するための噴射ノズル５１と下方に削孔水を放水するための放水口（図省略）がそれぞれ設けられている。
尚、固化材は、セメント供給車５８から送出されるセメントと、水供給車６０から送出される水とが、ミキシングマシン兼高圧ポンプ５９で加圧されて、固化材注入口５２から注入管５０に注入される。
【００１２】
また、削孔水は、水供給車６０から送出され、一部は、ミキシングマシン兼高圧ポンプ５９に供給され、残りは、高圧ポンプ６１で加圧され、残りは、高圧ポンプ６１で加圧されて、高圧水注入口５３から注入管５０に注入される。
また、圧縮空気は、コンプレッサ６２で適宜加圧されて圧縮空気注入口５４から注入される。
５５は、注入管５０の上端（地上側）に、注入管５０を介して地盤中に原土と固化材とからなる円柱状の地盤改良体６６（図７参照）を造成するための施工機である。
このような構成において、注入管５０先端の放水口から加圧された削孔水を放水しながら、施工機５５によって、注入管５０を回転させながら、地盤中に挿入する。
また、注入管５０先端の噴射ノズル５１から側方に固化材を高圧噴射し、その強力なエネルギーによって原地盤を切削崩壊しつつ、注入管５０を回転することにより、固化材と原土とを強制的に撹拌混合して地盤改良体６６を造成することができる。
さらに、注入管５０を徐々に引き上げることにより、地盤改良体６６を円柱状に造成することができる。
このようにして造成される地盤改良体６７の計画径内またはその近傍には、複数本（この場合、３本）の計測パイプ６４が埋設される。
この計測パイプ６４の内部には、後述する本発明に係る地盤の切削状態モニタリング装置６５が、上下動可能なるように設けられる。
【００１３】
〔第１の実施の形態〕
次に、本発明の第１の実施の形態に係るモニタリング装置について、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置の要部の構成を示す縦断面図、図２は、第２の実施の形態に係る図１のモニタリング装置の縦断面構成とブロック構成を示す全体構成図である。
図１および図２において、本体部４には、計測パイプ６４の内壁に向けて拡大張力が付与された第１のローラ付きアーム１および第２のローラ付きアーム２が支軸９および支軸９によって回動可能に軸支されている。
ローラ３、３は、第１のローラ付きアーム１の両端に回動可能に軸支され、計測パイプ６４の内壁に沿って移動する。
【００１４】
第１および第２のローラ付きアーム１および２には、本体部４に植設されたばね掛け８と第１のアーム１との間に、ばね７がそれぞれ掛け渡され、図１において、第１のローラ付きアーム１は、反時計方向にばね付勢されており、
第２のローラ付きアーム２は、時計方向にばね付勢されており、
計測パイプ６４に挿入された状態では、４つのローラ３が計測パイプ６４の内壁に向けて拡圧弾力が付与され、密接した状態で、移動可能となっている。
この条件を満たすためには、２組のローラ付きアーム１、２の全長、即ち、（アーム１の長さ）＋（ローラ３の半径×２）の長さが、計測パイプ６４の内径より充分長い必要がある。
また、本体部４の上下方向の中間部には、２つの第１の加速度変換器５ａと第２の加速度変換器５ｂとが、上方から見て互いに９０度ずれた角度関係で本体部４に取着されている。
それぞれ第１の加速度変換器５ａと第２の加速度変換器５ｂは、受感軸を計測パイプ６４の内壁面に垂直に向けるように、本体部４に、ねじ止め、その他の手段により取着され、その外周をカバー部材６によってカバーされている。
各加速度変換器５（５ａ、５ｂ）からは、加速度に応じた検出信号が出力されるが、その検出信号は、電気ケーブル１４を介して、地上側へ導出される。
【００１５】
本体部４の上端と下端には、それぞれ吊り環１０と１１が連結されており、上端の吊り環１０には、本体部４を吊り下げる吊り下げワイヤ１３が連結され、下端の吊り環１１には、重り１２が連結される。
上記のような構成よりなる本体部４に付設されているローラ付きアーム１、２、加速度変換器５、重り１２等を含む加速度検出ユニット２２は、吊り下げワイヤ１３を上下動することにより、全体がが円滑に応動するように、ばね７のばね定数、重り１２の重量、その他の各部の摩擦力等を総合して調整がはかられているものとする。
【００１６】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置の全体構成について、図２を参照して説明する。
この第２の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置は、加速度検出ユニット２２が図１の第１の実施の形態のものと共通の構成であるが、加速度検出ユニット２２を上・下動させるための巻上機（以下、「電動巻上機」という）２４、スイッチ２５および予測変換回路２６、処理回路２７、記録部２８およびモニタ部２９を加えた構成となっている。
ここで、第２の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置の作動を噴射撹拌工法の実施要領と共に説明する。
先ず、高圧噴射撹拌工事の設備については、図５〜図７を参照して説明したところであるが、改めて補足的に説明する。
最初に、造成される地盤改良体６６（図７参照）の計画範囲の複数地点にボーリングを用いて縦孔を削孔する。
各縦孔内に３本の計測パイプ６４（６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ）を挿入して固定する。
【００１７】
尚、計測パイプ６４は、１本でもよいが、複数本埋設した方が、噴射ノズル５１との対峙頻度が多くなるため、加速度変換器から得られる信号が増え、より的確なモニタリングができる。
次に、地盤改良体６６の造成位置の中心に施工機５５を据え付け、施工機５５に注入管５０をクレーン等を用いて吊って挿入する。
そして、注入管５０の上端の高圧水注入口５３から削孔水を注入し、施工機５５によって注入管５０を回転させながら、地盤中の計画深度まで挿入する。
次に、各計測パイプ６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ（以下、総称して「６４」として説明する）の上端から重り１２を最も下にして、図１および図２に示すように、第２のローラ付きアーム２をばね７を伸ばすように、反時計方向に回動した状態を維持すると共に、第１のローラ付きアーム１を、ばね７を伸ばしながら、時計方向に回動した状態を維持しつつ、加速度検出ユニット２２の全体を、計測パイプ６４の内部に挿入する。
この挿入状態では、第１のローラ付きアーム１および第２のローラ付きアーム２がばね７、７の弾性力によって、ローラ３、３が計測パイプ６４の内壁を圧接し、振動の伝達を直に受けることになる。
【００１８】
このとき、重り１２の重量が、第１、第２のローラアーム１、２の摩擦力よりも大きく設定してあるので、吊り下げワイヤ１３を離せば落下することになるが、位置を調整するには、吊り下げワイヤ１３の引き上げ量、即ち、電動巻上機２４の巻上げ量を制御することによって行う。
次に、注入管５０を介し、噴射ノズル５１から固化材を高圧噴射し、その強力な衝撃力によって原地盤を切削崩壊しながら、施工機５５によって注入管５０を一定速度で回転させることにより、原土と固化材とを強制的に撹拌混合して地盤改良体６６を造成する。
この間、注入管５０先端（下端）の噴射ノズル５１から高圧噴射された固化材が、各計測パイプ６４（６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃ）に到達していれば、各計測点の地盤は切削崩壊されており、各計測点に挿入された計測パイプ６４に固化材が当たり、各計測パイプ６４Ａ、６４Ｂ、６４Ｃに固化材の当たる衝撃（振動）が発生する。
各計測点の衝撃（加速度）は、各計測パイプ６４内に内挿された加速度検出ユニット２２の第１、第２のローラ付きアーム１、２、本体部４を順に介して２つの加速度変換器５ａ、５ｂに直に伝達され、計測パイプ６４が受ける振動（加速度）に、直接的に応動し、的確な加速度が検出される。
【００１９】
即ち、計測パイプ６４が受けた振動を、剛性の大きいローラ３、アーム１、２、本体部４を順に介して加速度変換器５ａ、５ｂが受けるため、音とは異なり伝達に減衰や広がりがなく、当該衝撃位置と加速度レベルを正確に検出できる利点がある。
このようにして計測パイプ６４から受ける加速度（振動）を、２つの互いに直交するように、計測パイプ６４の内壁に向けて配設した加速度変換器５ａ、５ｂにより加速度に対応する検出信号を発せられ、その検出信号は、電気ケーブル１４を介して、地上側に設けられた予測変換回路２６、処理回路２７、記録部２８、モニタ部２９に伝送それる。
上記の予測変換回路２６は、詳しくは、後述するが、上記検出信号を内部に設けた増幅器により増幅した後、Ａ／Ｄ変換器によりデジタル量に変換し、そのデジタル量の最大値を時系列的に蓄積し、最大値の予測を演算し、その予測変換後のデータをＤ／Ａ変換器によりアナログ信号に戻して、処理回路２７、記録部２８、モニタ部２９に向けて出力する。
一方、加速度変換器５ａ、５ｂから出力された検出信号は、処理回路２７により、適宜、増幅処理、Ａ／Ｄ変換処理、加速度値への演算処理が施された上、各種データは、記録部２８および必要に応じてモニタ部２９に出力される。例えば、加速度変換器５ａ、５ｂの検出信号を基に、処理回路２７、記録部２８で処理された波形図（図８参照）をもって、モニタ部２９に表示される。この図８の波形図を確認することによって、造成されつつある地盤改良体の径を施工段階においてリアルタイムで容易に判定することができる。
【００２０】
上述したように構成された加速度変換器５ａ、５ｂを含む加速度検出ユニット２２は、計測パイプ６４内に吊り下げワイヤ１３を介して垂下され、注入管５０の下降および上昇に関連して下降および上昇するようになっている。
吊り下げワイヤ１３は、地上側に設けられた滑車２３を介して、電動巻上機２４によって、巻上調整される。
即ち、最初のステージにおける地盤改良体の造成が完了したら、施工機５５を作動させて、注入管５０を、第二、第三ステージ、・・・へと地盤改良体を円柱状に造成することができる（図６、図７参照）。
また、その間、各ステージにおいて、計測パイプ６４に固化材の当たる振動（衝撃）を加速度検出ユニット２２の加速度変換器５ａ、５ｂによって的確にモニタリングすることができる。
【００２１】
加速度変換器５ａ、５ｂから出力された微小な出力信号は、処理回路２７に入力され、増幅器により増幅され、さらにＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換され、演算回路によって加速度データが算出されて、記録部２８に保存される。処理回路２７によって求められた加速度データは、デジタル値として保存されると共に、さらにアナログデータとしても保存され、必要に応じモニタ部２９にて、加速度の値を数値でリアルタイムに表示したり、加速度の波形データをリアルタイムで表示することができる。
一方、加速度変換器５ａ、５ｂが取着されている本体部４は、吊り下げ１３を介して、電動巻上機２４によって、上下位置を調整されることになるが、例えば、図２に示す第２の実施の形態にあっては、加速度変換器５ａ、５ｂの上下方向の位置（以下、「センサ位置」という）が、噴射ノズル５１から高圧噴射された固化材が計測パイプ６４に衝突した位置（以下、「衝突位置」という）に一致していれば、最大の加速度レベルを検出するが、センサ位置が衝突位置から外れれば、加速度レベルは小さくなる。このことを応用して、予測変換回路２６では、加速度変換器の検出信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換したデジタル値の最大値を時系列的に蓄積し、その最大値の予測をモニタ部２９上に、例えば図９に示すようなグラフなどの分かり易い形式で表示する。これにより、最大値が下降を始めたことを、視覚により確認し、電動巻上機２４を制御するスイッチ２５を、巻上げ方向（上昇方向）へ操作し、検出信号が大きくなるようにする。
【００２２】
ここで、電動巻上機２４を巻上げ制御する回路について、詳述する。
先ず、予測変換回路２６は、
前記加速度変換器５ａ、５ｂの検出信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
当該デジタル信号の最大値を時系列的に蓄積する記録部と、
前記記録部に蓄積された各最大値からの増減を複数回に亘って演算し、数値動向を判断して最大値の平均化を行い、当該平均化されたデジタル数値を基に上り下りの予測を行う演算回路と、
前記演算回路より出力される予測後のデジタル数値をアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器と、
を有する。
この予測変換回路２６の前記Ｄ／Ａ変換器からの出力を受け予測表示画像を表示するモニタ部２９と、
前記吊り下げワイヤ１３を上下動する前記巻上機２４を通電制御するスイッチ２５と、をさらに具備する。
【００２３】
前記モニタ部２９の予測表示に基づき、前記スイッチ２５を操作することで、前記噴射ノズルの上下移動に追随し得るように構成してある。
即ち、モニタ部２９の予測表示の例について、図９を参照して説明する。
図９において、横軸は時間（分）を示し、縦軸は、電圧を示す。
予測変換回路２６内のＤ／Ａ変換器から出力される予測表示画像を一例を示せば、図９に示す通りであり、例えば、時点ｔ１から時点ｔ２に至る間は、センサ位置が「衝突位置」に対峙する「センサ位置」（時点ｔ１）から、上下方向にずれていく過程の電圧の低下を示しており、この間は巻上げは、停止状態である。
時点ｔ２に至ると、「センサ位置」が「衝突位置」から大きくずれたことになるので、スイッチ２５を操作して、巻上機２４を、加速度検出ユニット２２が上昇する方向に駆動制御し、時点ｔ３に至るまで継続する。
時点ｔ３に至ると、「センサ位置」と「衝突位置」とが対峙する（最接近する）ので、電圧値が最大となるので、スイッチ２５を操作して、巻上機２４による吊下げワイヤ１３の巻上げ動作を停止させる。
【００２４】
時点ｔ３から時点ｔ４までは、「センサ位置」が「衝突位置」から離れていくため、電圧の低下が生じる。そこで時点ｔ４になったら、再びスイッチ２５を操作して、巻上機２４を上昇方向へ駆動すべく制御する。
すると、「センサ位置」が「衝突位置」に次第に近づくため、電圧が上昇し時点ｔ５になると電圧値が最大値となるので、スイッチ２５を操作して巻上機２４の回動を停止させる。
このように構成することで、噴射ノズル５１の上下動に関する情報が得られない場合であっても、予測変換回路２６、処理回路２７、記録部２８、モニタ部２９等を備えることによって、噴射ノズル５１の上下動方向位置に、加速度変換器５ａ、５ｂの上下方向位置を追従させることができる。
【００２５】
もっとも、噴射ノズル５１が、一定の速度で、例えば上昇する構造である場合は、電動巻上機２４による加速度変換器５ａ、５ｂの上昇速度も一定の巻上げ速度となるように設定しておくこともできる。
その場合、上述した予測変換回路２６により得られた予測情報により、最大値の下降を確認した場合は、電動巻上機２４の回転速度を増速させるように、スイッチ２５の操作を行い、逆にこの操作の段階でセンサ位置が衝突位置より上がり過ぎ、再び最大値が下降することになるので、電動巻上機２４の回転速度を減速させるようにスイッチ２５の操作を行う。
上述の加速度変換器５として、第１の加速度変換器５ａと、第２の加速度変換器５ｂの２つからなり、例えば、第１の加速度変換器それぞれ受感方向を計測パイプ６４の内壁に垂直になるように向けて、配置すると共に、第２の加速度変換器５ｂの方向（Ｙ軸方向）に対し、加速度変換器５ａの方向（Ｘ軸方向）を上方から見て互いに９０度の間隔を隔てて、本体部４に取着してある。
【００２６】
このように、第１の加速度変換器５ａをＸ軸方向、第２の加速度変換器５ｂをＸ軸と直交するＹ方向に本体部４に取着し、両加速度変換器５ａ、５ｂに接続された２つの電気ケーブルを並列接続（例えば、２つのブリッジ回路を並列接続）することにより、Ｘ軸方向の加速度信号とＹ軸方向の加速度信号との合成信号を得ることができるため、安定した加速度検出が可能となるとと共に、増幅器やＡ／Ｄ変換器も１台で済む、という利点がある。
また、モニタ部２９には、加速度変換器５ａ、５ｂの検出信号を、処理回路２７にて処理された信号を受けて加速度データの波形グラフ表示をリアルタイムで行う。
一方、加速度変換器５ａ、５ｂの検出信号を受けて、増幅、Ａ／Ｄ変換、最大値蓄積、最大値の下降を示す予測表示信号を出力する処理回路２７より受けて、モニタ部２９において、予測表示を、例えば、折れ線表示の形式で表示することが望ましい。
【００２７】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置について、図３を参照して説明する。
この第３の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置は、加速度変換器５ａ、５ｂ、ローラ付きアーム１、２を含む本体部４を、２基、上下方向に縦列状に吊り環１１をもって連結し、計測パイプ６４内に挿入した状態で、上・下二段に設けた加速度変換器５ａ、５ｂ（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向に向けた加速度変換器５ａ、６ｂを合わせると、合計４個）の検出信号を、自動巻上装置３１に入力する。
この自動巻上装置３１では、上・下二段に縦列状に連結された加速度変換器５ａ、５ｂからの検出信号を、アンプ３２で増幅し、これをコントローラ３３でＡ／Ｄ変換し、２つの信号のレベルを比較し、大きい方向のレベルを出力した加速度変換器５ａ、５ｂが設けられた方向、例えば、上方（上段）に設けられた加速度変換器の信号レベルが大きい場合には、サーボモータ３４により、本体部４を、上昇する方向にサーボモータ３４を回転させ、上・下二段に設けた加速度変換器５ａ、５ｂの出力が等しくなったか、一定の範囲に入ったときサーボモータ３４の回転を停止させるように構成する。
【００２８】
また、逆に、例えば、下段に設けられた加速度変換器５ａ、５ｂから出力された検出信号の方が大きいレベルであると判定された場合には、サーボモータ３４を制御し、本体部４を下降させ、その過程で、上段と下段の加速度変換器の出力が等しくなったとき、または一定の範囲内に至ったとき、サーボモータ３４の回転を停止させるように構成してある。
尚、図３において、上段と下段に配設された、加速度検出ユニット３０は、図１および図２に示した加速度検出ユニット２２を、二段に縦列状に連結した構成であるため、重複した説明は省略する。
また、第３の実施の形態における処理回路２７、記録部２８およびモニタ部２９は、第２の実施の形態と同様の構成であるが、処理回路２７よりアナログ信号を自動巻上装置３１に供給する点が異なっている。
上記のように構成された第３の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置によれば、注入管５０の噴射ノズル５１の上昇速度や、上昇開始時点、停止情報などが知り得ない状況にあっても、計測パイプ６４に内挿された加速度変換器５ａ、５ｂ付きの本体部４の位置を、噴射ノズル５１の位置に円滑に且つ自動的に追従させることができる。
【００２９】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態に係る地盤の切削状態モニタリング装置について、図４を用いて説明する。
図４の（ａ）は、切削状態モニタリング装置の要部の構成を示す縦断面図、（ｂ）は、収納ボックス４７の内部を、上方から見た平面図、（ｃ）は、収納ボックス４７の内部を正面から見た正面図である。
この第４の実施の形態にあっては、上記第１〜第３の実施の形態に係る加速度検出ユニットの構成が異なっているだけである。
即ち、本発明の第４の実施の形態に係る加速度検出ユニット４０は、ローラ付きアームは、３組からなり、第１のローラ（４４）付きアーム４１、第２のローラ（４４）付きアーム４２は、所定間隔を隔てて本体部４６に同じ向き（図４（ａ）においては、右向き）に取着し、第３のローラ（４４）付きアーム４３は、第１と第２のローラ付きアーム４１、４２とは１８０度反射側の本体部４６に揺動可能に取着し、この第３のローラ付きアーム４３が、外方に拡がるように、即ち、計測パイプ６４の内壁を押圧するように、弾性部材としてのばね４８を、本体部４６上に植設したばね掛け４９と第３のローラ付きアーム４３の間に懸架するように構成したものである。
本体部４６の下端には、吊り環１１を介して、所定重量の重り１２が連結されている。
【００３０】
図４（ｂ）に示すように、２つの加速度変換器のうち、第１の加速度変換器４５ａを前記本体部４６に受感方向を計測パイプ６４の内壁に垂直になるように向けて取着し、第２の加速度変換器４５ｂを、第１の加速度変換器４５ａに対し、上方から見て、互いに９０度の間隔を隔てて取着してなる。
このように、２つの加速度変換器４５ａ、４５ｂを、９０度ずらせて配置することにより、計測パイプ６４内における加速度検出ユニット４０の回転に関係なく、安定した計測を行うことができる。
この第４の実施の形態における加速度検出ユニット４０の加速度変換器４５ａ、４５ｂから出力される検出信号は、図２に示した信号処理と同様に、処理回路２７、記録部２８、モニタ部２９を用いて同様に処理されるものであるので、重ねての説明は省略する。
尚、図示は省略したが、図２、図１３等に示される滑車２３または吊り下げワイヤ１３が掛け渡される他の滑車等の回転軸に回転パルス発生器を取り付け、その回転パルス発生器の出力を受けるパルスカウンタを設けて、吊り下げワイヤ１３の移動量、延いては、本体部４の移動量を監視したり、加速度変換器の検出信号より得られに波形図の高さ位置情報を関連付けて記録するようにすることもできる。
【符号の説明】
【００３１】
１    第１のアーム（ローラ付きアーム）
２    第２のアーム
３    ローラ
４    本体部
５    加速度変換器
５ａ    第１の加速度変換器
５ｂ    第２の加速度変換器
６    カバー部材
７    ばね（弾性部材）
８    ばね掛け
９    支軸
１０、１１    吊り環
１２    重り
１３    吊り下げワイヤ
１４    電気ケーブル
１５    滑車
２２    第１の加速度検出ユニット
２３    滑車
２４    電動巻上機
２５    スイッチ
２６    予測変換回路
２７    処理回路
２８    記録部
２９    モニタ部
３０    第３の実施の形態の加速度検出ユニット
３１    自動巻上装置
３２    アンプ
３３    コントローラ
３４    サーボモータ
４０    第４の加速度検出ユニット
４１    第１のローラ付きアーム
４２    第２のローラ付きアーム
４３    第３のローラ付きアーム
４４    ローラ
４５、４５ａ、４５ｂ    加速度変換器
４６    本体部
４６ａ    支軸
４７    収納ボックス
４８    ばね
４９    ばね掛け
６４    計測パイプ
【図１】
2018012938.tif 000003
【図２】
2018012938.tif 000004
【図３】
2018012938.tif 000005
【図４】
2018012938.tif 000006
【図５】
2018012938.tif 000007
【図６】
2018012938.tif 000008
【図７】
2018012938.tif 000009
【図８】
2018012938.tif 000010
【図９】
2018012938.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年10月17日(2017.10.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤中に挿入された注入管の噴射ノズルから高速噴射される固化材による地盤の切削状態をモニタリングするため、前記注入管から所定間隔を隔てて地盤中に埋設される計測パイプ内に挿入して用いられるモニタリング装置において、
前記計測パイプの内壁に向けて拡圧弾力が付与された複数のローラ付きアームによって保持される本体部と、
前記計測パイプの内壁面に受感軸を垂直に向けるようにして、前記本体部に取着された加速度変換器と、
前記本体部の下方に設けられる重りと、
前記本体部を吊下する吊り下げワイヤと、
前記加速度変換器から送出される検出信号を地上側に導出する電気ケーブルと、を有し、
前記噴射ノズルから高速噴射される固化材によって、前記計測パイプが受ける加速度を前記ローラ付きアームを介して前記加速度変換器で検出し得るように構成したことを特徴とする地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項２】
前記ローラ付きアームは、２組からなり、それぞれが両端にローラを軸支し、中間部が前記本体部に所定間隔を隔てて揺動可能に取着されてなり、その全長が、前記計測パイプの内径よりも大きく設定され、
前記アームと前記本体部との間に弾性部材を設け、前記ローラが前記計測パイプの内壁を押圧するように構成してなることを特徴とする請求項１に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項３】
前記ローラ付きアームは、３組からなり、第１と第２のローラ付きアームは、所定間隔を隔てて前記本体部に同じ向きに取着し、第３のローラ付きアームは、前記第１と第２のローラ付きアームとは１８０度反対側の前記本体部に揺動可能に取着し、前記第３のローラ付きアームを外方に向けて拡がるように弾性部材を前記本体部と前記第３のローラ付きアームの間に懸架するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項４】
加速度変換器は、２つからなり、第１の加速度変換器を前記本体部に受感方向を前記計測パイプの内壁に垂直になるように向けて取着し、第２の加速度変換器を、前記第１の加速度変換器に対し、上方から見て互いに９０度の間隔を隔てて取着してなることを特徴とする請求項１に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項５】
前記加速度変換器と前記ローラ付きアームと前記本体部からなる加速度検出ユニットを前記計測パイプ内の上下方向に直列状に２組連結してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項６】
前記計測パイプが埋設された地上側において、
前記吊り下げワイヤを上下動させる巻上機と
前記巻上機を駆動するモータの回転制御をするコントローラと、
前記加速度変換器から出力される検出信号を前記電気ケーブルを介して受けて、適宜、増幅処理、Ａ／Ｄ変換処理、演算処理をそれぞれ施し、加速度値を演算する処理回路と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項７】
前記コントローラは、別途設けられる地盤中に挿入された注入管の噴射ノズルの上下方向の移動速度に連動し、または、当該移動速度に対応して前記モータの回転を制御し得るように構成したことを特徴とする請求項６に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項８】
前記加速度変換器からの検出信号を増幅する増幅器と、
前記増幅器のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
当該デジタル信号の最大値を時系列的に蓄積する記録部と、
前記記録部に蓄積された各最大値からの増減を複数回に亘って演算し、数値動向を判断して最大値の平均化を行い、当該平均化されたデジタル数値を基に上り下りの予測を行う演算回路と
前記演算回路より出力される予測後のデジタル数値をアナログ電圧に変換するＤ／Ａ変換器と、
を有する予測変換回路を具備すると共に、
前記Ｄ／Ａ変換器からの出力を受け予測表示画像を表示するモニタ部と、
前記吊り下げワイヤを上下動する巻上機を通電制御する手動スイッチと、
をさらに具備し、
前記モニタ部の予測表示に基づき、前記手動スイッチを操作することで、前記噴射ノズルの上下移動に追随し得るように構成したことを特徴とする請求項１に記載の切削状態モニタリング装置。
【請求項９】
前記加速度変換器、前記ローラ付きアームを前記本体部からなる加速度検出ユニットを２基上下方向に縦列状に連結し、前記計測パイプに内挿した状態で、上下２つの前記加速度変換器の検出信号をそれぞれ処理して２つの検出信号を比較し、出力信号の大きい加速度変換器が設けられている方向に前記本体部が移動するようにモータの回動を制御するように構成したことを特徴とする請求項５に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。
【請求項１０】
前記処理回路の出力を受けて前記加速度変換器の出力波形をリアルタイムで表示するモニタを備えてなることを特徴とする請求項６に記載の地盤の切削状態モニタリング装置。