JP2010078585A

JP2010078585A - 磁性材料埋設物の位置探査方法

Info

Publication number: JP2010078585A
Application number: JP2009055842A
Authority: JP
Inventors: Masaki Ueda; 勝紀植田
Original assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Current assignee: Penta Ocean Construction Co Ltd
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2010-04-08

Abstract

【課題】目的物に対してより近接した位置において磁気探査が可能であり、地上に構築物がある場合においても、別の地表から操作によってその下の部の地中磁性埋設物の位置を性格に探査することができる磁性材料埋設物の位置探査方法の提供。
【解決手段】３次元的に削孔形状を把握しつつ削孔できる曲がり削孔装置を使用して地中に埋設されているタイロッド２１等の磁性体からなる探査目的物の近くに探査孔２５を形成し、該探査孔２５内に非磁性材料からなる可撓性筒からなる磁気センサ用ガイド筒２４を挿入し、然る後前ガイド筒内に磁気センサ２２を挿入し、該磁気センサの挿入長さを測定しつつ移動させて前記探査孔内における位置を計測しつつ磁気センサにより磁気の強さを測定することにより、前記探査目的物の埋設位置を計測する。
【選択図】図１

Description

本発明は、構築物下の鋼管杭や、船舶接岸用の岸壁や路側部の山留等の控え工に使用されているタイロッド等、磁性材料からなる埋設物の位置を高精度に探査するための、磁性材料埋設物の位置探査方法に関する。

一般に、山留の控え工としてタイロッドが多く埋設された場所での地盤改良工事や建造物の構築工事においては、タイロッドの位置を避けて施工しなければならない。また、既存の構築物下の地下工事を行う際にも、既存構築物下の基礎杭を避けなければならない場合が多い。

このように工事予定区域内に、タイロッドや鋼管杭等の埋設物がある場合において、建設当時の設計図により凡その埋設物位置を知ることができるが、設計図どおりに施工されているか否かは確かではなく、多くの場合、施工時の何らかの要因によって設計位置からずれて埋設されている場合が多い。

このため、工事に先立ち、地下埋設物の位置の探査が必要である。この種の探査方法としては、一般に地中レーダーと称されている地中探査装置がある（例えば特許文献１）。これは探査用電磁波を送信アンテナから地中に向けて放射し、探査用電磁波が土砂と電気的性質の異なる埋設物との境界面で反射され、反射波が受信アンテナに到達するまでの伝搬時間から反射物体までの距離を求めるものであり、地表面上に置いた地中探査装置を移動させて所望の地中画像を得るものである。

この他に、磁気センサを使用した磁気探査方法がある（例えば特許文献２）。これは、地中にある磁性体が長さ方向に磁化されていることを利用、磁気センサによって地中の磁性体の磁化の強さを検出させることによって探査するものである。

また、上述の他に、地上からの探査が困難な地中埋設物の位置を探査する方法として、曲線ボーリング孔内に地中探査装置を通して探査する方法がある（特許文献３）。

この技術は、探査対象近傍に湾曲管を用いた弧状ボーリングや直線ボーリングで探査孔を削孔し、探査孔内に地中探査装置を通して対象物の３次元的な位置探査を行うものである。弧状ボーリングによる削孔は、探査孔の両端を地表に開口させるように形成し、削孔機により一方側から他方側に貫通開口させた後に、終端側から地中探査装置を引き込むものである。直線的なボーリングは、探査対象近傍の震度まで探査孔を削孔し、地中探査装置を押し込むようにしている。
特開２００７−２６３８８２号公報特開２００４−３４７５３３号公報特開２００１−１１６８５３号公報

上述した地中レーダーにおいては、探査深さを大きくするためには発信する電磁波の出力を大きくする必要があるが、電波法によってその値が制限され、探査深さが限定される。また、地中の地盤とは性質の異なる物質に当たった際その境界部分から反射してくる電磁波の強さを測定しているものであるため、材質の異なったものであっても同様に反応する場合が多いため、タイブルや鉄筋、鋼管などの特定埋設物のみを検出しにくいという問題がある。

また、前述した磁気センサによる磁気探査方法には、以下のごとき問題があった。即ち、探査可能な範囲はセンサから被検知体までの距離が１〜２ｍ程度までであり、これを超えると地表からの検知ができない。また、仮に検知できても、センサと被検知体との距離が５０ｃｍ以上となると位置検知精度が悪い。地上に構造物があると地表からの探査作業ができない。更に、周辺に目的物以外の磁性体埋設物があると正確な位置検出ができないなどの問題があった。

更に、前述した特許文献３の如き曲がりボーリングによる方法では、次の如き問題があった。即ち、弧状ボーリングによる探査孔の削孔は、使用する湾曲管の曲率半径での削孔が基本のため、線形の白由度が低い。このため、特に複数の探査物があるときは、探査孔と探査対象物との離隔距離を一定保てず、位置探査精度が低下する。弧状ボーリング、もしくは直線ボーリングで形成した探査孔の出来形は、削孔後に別途位置計測しなければならず、被検知体の敷設位置検知は、この探査孔の計測精度に制約される。直線ボーリングで形成する探査孔は、地上に構造物や施設が存在する場所では難しい。障害物を避けて直線ボーリングする場合、削孔開始位置の制約から立坑構築など事前準備が大掛かりになるなどの問題があった。

本発明はこのような従来の問題にかんがみ、目的物に対してより近接した位置において磁気探査が可能であり、また、地上に構築物がある場合においても、別の地表から操作によってその下の部の地中磁性埋設物の位置を性格に探査することができる磁性材料埋設物の位置探査方法の提供を目的としてなされたものである。

上述のごとき従来の問題を解決し、所期の目的を達成するための請求項１に記載の発明の特徴は、３次元的に削孔形状を把握しつつ削孔できる曲がり削孔装置を使用して地中に埋設されている磁性体からなる探査目的物の近くに探査孔を形成し、該探査孔の内壁面を非磁性材料からなる可撓性筒からなる磁気センサ用ガイド筒で保護した状態で、該探査孔内に磁気センサを挿入し、該磁気センサの挿入長さを測定しつつ移動させて前記探査孔内における位置を計測しつつ磁気センサにより磁気の強さを測定することにより、前記探査目的物の埋設位置を計測する磁性材料埋設物の位置探査方法にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、棒状をした可撓性の挿抜操作具の先端に前記磁気センサを固定し、該挿抜操作具の押し込み長さを計測することにより、前記探査孔内における磁気センサの位置を計測することにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２何れか１の請求項の構成に加え、前記探査目的物が、工事予定区域内に水平に埋設された多数本のタイロッドであり、該タイロッドの凡その埋設深さを部分的な実測又は既存の設計図によって予測し、該予測埋設深さから所望の範囲の深さに前記探査孔を形成し、前記タイロッドの水平位置を探査することにある。

本発明においては、３次元的に削孔形状を把握しつつ削孔できる曲がり削孔装置を使用して地中に埋設されている磁性体からなる探査目的物の近くに探査孔を形成し、該探査孔の内壁面を非磁性材料からなる可撓性筒からなる磁気センサ用ガイド筒で保護した状態で、該探査孔内に磁気センサを挿入し、該磁気センサの挿入長さを測定しつつ移動させて前記探査孔内における位置を計測しつつ磁気センサにより磁気の強さを測定することにより、前記探査目的物の埋設位置を計測するようにしたことにより、以下の効果が得られる。
１．磁気探査精度が向上する。

磁気探査は、探査対象と探査装置との離隔距離が１ｍ以上になると著しく探査精度が低下するが、曲がり削孔を用いることで、探査対象物と探査器の離隔距離が１．０ｍ以下の探査孔を形成できるため高精度の位置探査が可能である。
２．非磁性体の探査孔は磁気乱れを発生しない。

ガイド筒は非磁性材料を用いるため、磁気探査データヘの影響(外乱)を与えない。
３．広範囲の探査が可能である。

探査孔となる「曲がり削孔」のラインは曲がり性能の範囲で形成するが、長距離(１００ｍ程度)を自由度の高い曲線で形成できるため、１ラインで広範囲の探査が可能となる。
４．複数回の探査を段階的に実施することで位置探査精度を上げることが可能である。

曲がり削孔装置による「直線ボーリング」や「曲がり削孔」にて探査孔を複数回行い被探査物との離隔を次第に近づけることで、爆弾(不発弾)などの危険物探査においても安全な計画ができる。

次に本発明の実施するための最良の形態を図面に示した実施例について説明する。

図１は本発明を岸壁の鋼矢板壁の控え工などに使用されているタイロッド２１の埋設位置探査に実施した例を示しており、タイロッド２１の埋設位置を磁気センサ２２によって検出させている状態を示している。同図において符号２４は曲がり削孔装置２０によって形成した探査孔２５内の磁気センサ用ガイド筒であり、２６は先端に磁気センサ２２を固定した挿抜操作具である。この挿抜操作具には可撓性の合成樹脂棒状材が使用されている。

磁気センサ２２には、地中に埋設されている磁性物体の磁界の強さを感知できる磁気センサを使用する。

この実施例におけるタイロッド２１の埋設位置探査は、３次元的に形状を把握しつつ形成した探査孔２５内に挿入したガイド筒２４内へ、磁気センサ２２を、挿抜操作具２６を使用して挿入する。その際に、挿入長さをロータリーエンコーダ等の移動長さ計測器２７を使用して計測することにより、磁気センサ２２の探査孔２５内における位置を割り出しつつ挿入する。このようにして磁気センサ２２を挿入しつつ該磁気センサ２２によって、タイロッド２１による磁界の強さをリアルタイムで計測し、タイロッドに最も近づいた際に磁界の強さがピークとなることを利用し、その際の磁気センサ２２の探査孔２５内における位置によってタイロッド２１の水平位置を割り出す。

尚、前記ピーク値の大きさによって、磁気センサとタイロッドとの距離をも計測することが可能であるため、必要に応じ、探査孔２５の既知の３次元的形状と合わせることによってタイロッド２１の埋設深さも合わせて探査することができる。

次に、前述した磁気センサ２２による探査にいたるまでの工程について説明する。

まず、探査区域に一部を試掘して、１または数本のタイロッド埋設深さを調べる。この試掘に際しては、タイロッド設置工事を行った際の設計図があればこれを参考にする。

このようにしてタイロッド２１の凡その埋設深さを調べた後、図２に示すように３次元的に削孔形状を把握しつつ削孔できる曲がり削孔装置２０を使用し、必要な探査区域の外側から斜め下向きに探査孔２５の挿入部２５ａを形成し、探査区域内において先に調べたタイロッド埋設深さに一定の距離まで近づけて水平の向きの探査部２５ｂを掘削する。この掘削と同時に探査孔２５の３次元的形状をコンピュータに記録する。

このこのように挿入部２５ａと探査部２５ｂとからなる探査孔２５を形成した後、曲がり削孔装置２０を引き抜き、該探査孔２５内面を磁気センサ用ガイド筒２４で保護した状態とする。このガイド筒２４は一例として可撓性の塩化ビニルパイプを使用する。このガイド筒２４は、探査孔２５内の崩落を防止するとともに、磁気センサ２２による計測値に悪影響を及ぼさず、かつこれがスムーズに挿抜できるようにするものであり、後述する曲がり削孔装置２０の削孔用ロッド２を挿入するための鞘管１を非磁性材料からなる管を使用しておき、探査孔２５の削孔作業後、鞘管１を探査孔２５内にそのまま残したものであっても良く、削孔後、鞘管１を抜き取って別の非磁性材料からなるガイド筒材を挿入することによって設置しても良い。

次いで図１に示すようにガイド筒２４で保護された探査孔２５内へ磁気センサ２２を挿入する。挿入に際しては挿抜操作具２６を使用する。この挿抜操作具２６は、ガイド筒２４内へ磁気センサ２２を送り込み且つ引き出すことができ、その際に座屈が生じない程度の強度を有する可撓性の棒状材であればよく、一例として塩化ビニル製のパイプ材が使用できる。

挿抜操作具２６の先端に磁気センサ２２を固定し、必要な配線をパイプ内に挿通させて探査孔２５内に挿入する。挿入に際して使用する移動長さ計測器は前述したロータリーエンコーダの他、挿抜操作具２６に挿入長さを読み取ることができる目盛を付しておき、これを計測者が目視により、あるいは自動読み取り機を使用して読み取ることによって計測するものであっても良い。

このようにして挿抜操作具２６による磁気センサ２２に押し込み距離を計測することによって、３次元的に形状が把握されている探査孔２５内における磁気センサ２２の位置データと、磁気センサ２２による磁性体検出データによってタイロッド２１の埋設位置が探査される。

上述の実施例では、タイロッドの水平位置の探査方法について示しているが、この他、地上に構築された建造物３０の下の鋼製杭３１の配列位置の探査にも実施することができ、この場合には、図３に示すように、建造物から離れた地表面から探査孔２５を削孔装置２０により削孔する。この場合、鋼管杭３１の凡その配列位置を建設当時の設計図に基づいて把握し、その近傍に探査孔２５を形成する。その後の工程は前述の実施例と同様である。

以上、本発明の実施例として、タイロッドと鋼製杭の探査について示しているが、本発明はこれらに限らず、磁性材料からなる埋設物であって予めおおよその埋設位置が分かっている地中の埋設物であれば、この他の各種の埋設物の探査に実施できる。

上述した曲がり削孔装置２０としては、一例として特許第３８２６３８６号公報に示されている装置が使用できる。この削孔装置は、図２に示すように、屈曲可能な鞘管１と、鞘管１の中心に挿入された同じく屈曲可能な削孔用ロッド２と、削孔用ロッド２の先端部に連結され、鞘管１の先端部外に突出させた可撓性先端ロッド２ａと、可撓性先端ロッド２ａの先端部に固定された削孔ビット３とを備え、削孔用ロッド２及び可撓性先端ロッド２ａを回転させながら押し出すことにより掘り進み、これに追随させて鞘管１を推進させるようになっている。尚、図中符号４は削孔用ロッド２の回転及び押し出し、それに伴う鞘管１の押し出し作業等を行う支援装置であり、符号６は管理制御用コンピュータである。

また、この削孔装置には、削孔装置の位置管理が必要な部分、即ち削孔用ロッド２の先端部に該削孔用ロッド２と一体に回転できるように方位傾斜角検知装置５が連結され、削孔用ロッド２の先端部と共に動作し、削孔用ロッド２の先端部と同じ方位角及び傾斜角を検出するようになっている。

この方位傾斜角検知装置５は図４に示すように、削孔装置の削孔用ロッド２の先端部に連結され、装置の外殻をなす筒状の計測用ケース７と、計測用ケース７内に配置されたセンサ支持台８と、センサ支持台８に回転台９を介して支持され、計測用ケースの中心軸ｙ及び中心軸と直交しセンサ支持台と平行配置にある軸ｘを入力軸とするチューンドドライジャイロ１０と、センサ支持台８にそれぞれ回転台１１，１２を介して支持され、計測用ケースの中心軸ｙ方向の加速度を検知する加速度計１３及び中心軸と直交しセンサ支持台と平行配置にある軸ｘ方向の加速度を検知する加速度計１４と、回転台９，１１，１２を同期的に回転させる回転制御手段１５と、回転台１２の回転角を検知する回転角検知手段１６と、チューンドドライジャイロ１０、加速度計１３，１４及び回転角検知手段１６からの出力に基づいてセンサ支持台８の傾斜及び方位を算出する算出手段１７とを備えている。尚、図中符号１８は、ｚ軸方向の加速度を測定する加速度計である。

また、この方位傾斜角検知装置５は、必要に応じて、加速度計１４からの出力をフィードバックして、センサ支持台８が中心軸回りで水平な状態となるようにセンサ支持台の位置を調整することができるようになっている。

この方位傾斜角検知装置５は、所定の距離を移動する毎（直線区間では３ｍ毎、曲線区間では１．５ｍ毎）に、加速度計より傾斜角θを検出し、チューンドドライジャイロ１０を用いて地球自転角速度の水平・鉛直成分を計測し、それに基づいて真北からの角度（絶対方位）αを検出する。

この算出された（絶対）方位角α、傾斜角θ及び測定された削孔装置（センサ支持台）の移動距離Ｌに基づいて、方位角α、傾斜角θ及び移動距離Ｌの関係は図５に示すようになるので、削孔装置の位置座標を次式により求めることができる。尚、移動距離Ｌは、削孔用ロッドの押し出し量より計測することができる。
ｘ_ｎ＝ｘ_ｎ−１＋Ｌｃｏｓθ・ｓｉｎα
ｙ_ｎ＝ｙ_ｎ−１＋Ｌｃｏｓθ・ｃｏｓα
ｚ_ｎ＝ｚ_ｎ−１＋Ｌｓｉｎθ
このような各座標成分を所望の移動距離毎（通常、直線区間では３ｍ毎、曲線区間では１．５ｍ毎）に算出し、その座標データに基づいて削孔装置の削孔位置を管理するようになっている。

尚、本発明に使用する曲がり削孔装置は上述の方式の装置の他、掘削しながら削孔の３次元形状が把握できるものであれば良い。

試験例
図６に示すように地上から０．６５ｍの高さにガイド筒２４を水平に固定し、地上にガイド筒２４と略直行する配置に探査対象物としてのワイヤー２８を複数本置き、ガイド筒２４内に磁気センサを挿入し、該ガイド筒内を移動させながら磁界の強さ（μＴ）を測定した。

この時の磁界の変化計測データは図７のグラフに示す如くであった。この結果から読み取れるように、ワイヤー２８の間隔は実測値に対し数ｃｍ以内の誤差であり、ガイド筒と磁気センサの間隔が６５ｃｍのときには十分検知可能であった。

本発明に係る磁性材料埋設物の位置探査方法をタイブル位置探査に実施した探査時の状態を示す断面図である。同上の曲がり削孔時の状態を示す断面図である。本発明に係る磁性材料埋設物の位置探査方法を建造物下の鋼管又は鉄筋コンクリート杭位置探査に実施する際の曲がり削孔時の状態を示す断面図である。（ａ）は図２に示す削孔装置中の方位傾斜角検知装置を示す部分破断側面図、（ｂ）は同部分破断平面図である。同上の削孔装置の位置管理するための座標系を説明するための斜視図である。同部分拡大縦断側面図である。本発明の試験例における装置の配置を示す側面図である。同試験結果を示すグラフである。

１鞘管
２削孔用ロッド
２ａ可撓性先端ロッド
３削孔ビット
４支援装置
５方位傾斜角検知装置
６管理制御用コンピュータ
７計測用ケース
８センサ支持台
９回転台
１０チューンドドライジャイロ
１１，１２回転台
１３，１４加速度計
１５回転制御手段
１６回転角検知手段
１７算出手段
１８加速度計
２０曲がり削孔装置
２１タイロッド
２２磁気センサ
２４磁気センサ用ガイド筒
２５探査孔
２５ａ挿入部
２５ｂ探査部
２６挿抜操作具
２７移動長さ計測器
３０建造物
３１鋼製杭

Claims

３次元的に削孔形状を把握しつつ削孔できる曲がり削孔装置を使用して地中に埋設されている磁性体からなる探査目的物の近くに探査孔を形成し、該探査孔の内壁面を非磁性材料からなる可撓性筒からなる磁気センサ用ガイド筒で保護した状態で、該探査孔内に磁気センサを挿入し、該磁気センサの挿入長さを測定しつつ移動させて前記探査孔内における位置を計測しつつ磁気センサにより磁気の強さを測定することにより、前記探査目的物の埋設位置を計測する磁性材料埋設物の位置探査方法。
棒状をした可撓性の挿抜操作具の先端に前記磁気センサを固定し、該挿抜操作具の押し込み長さを計測することにより、前記探査孔内における磁気センサの位置を計測する請求項１に記載の磁性材料埋設物の位置探査方法。
前記探査目的物が、工事予定区域内に水平に埋設された多数本のタイロッドであり、該タイロッドの凡その埋設深さを部分的な実測又は既存の設計図によって予測し、該予測埋設深さから所望の範囲の深さに前記探査孔を形成し、前記タイロッドの水平位置を探査する請求項１又は２の何れか１に記載の磁性材料埋設物の位置探査方法。