JP2016011499A

JP2016011499A - 削孔状態の判定方法、削孔長の算出方法、および地質の検層方法

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Publication number: JP2016011499A
Application number: JP2014132616A
Authority: JP
Inventors: 三郎片山; Saburo Katayama; 正敏江田; Masatoshi Eda
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2016-01-21
Anticipated expiration: 2034-06-27
Also published as: JP6339425B2

Abstract

【課題】ボーリングを行った現場で、現在削孔中であるか否かを判定する方法を提供する。
【解決手段】ドリルが削孔中であるか否かを判定するための判定方法であって、（ａ１）ドリルの回転力を発生させる油圧モータの油圧値、打撃力を発生させる油圧ハンマーの油圧値、およびフィード機構のための油圧シリンダの油圧値の積が一定の値以上であること、（ａ２）ドリル速度が一定の範囲内であること、の両方の条件を満たす際に、ドリルが削孔中であると判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばクローラドリルなどの掘削装置を使って地質を検層する場合に、実際にドリルが削孔中であるか否かを判断するための削孔状態の判定方法と、前記判定方法を用いた削孔長の算出方法および地質の検層方法に関する。

骨材の製造方法として、原石山を爆破して原石を採取する方法がある。
しかし、原石山にはコンクリート骨材には不適な廃棄材も含まれており、これらを取り除く必要がある。
そのため、通常、原石山の材料賦存量を原石採掘工事に先立って調査ボーリングによる地質調査により推定し、これに基づき事前に大まかな骨材採取計画を立てて、採掘作業を行う。

しかし、原石山の採掘範囲に対して調査ボーリングの数は少ないため、材料賦存量の推定精度には限界がある。
そこで、最終的な材料判定は、原石を採掘した後、当該原石を目視確認することで材料種別を判断するに留まっている。
近年、この目視確認を行わずとも、リアルタイムな地質調査が可能な技術の提案が望まれている。

なお、以下の特許文献１は山岳トンネル工事が目的であるが、事前の地質調査によって脆弱箇所を特定する発明が記載されている。
特許文献１記載の発明は、ドリルジャンボに油圧センサを取り付け、そのデータのログをメモリーカードに記録し、調査ボーリングが終わってから事務所にデータを持ち帰って解析して地質判定を行う方法である。
よって、特許文献１に記載の技術でも、調査ボーリングの場でリアルタイムに地質検層の結果を知ることはできていない。

特許第２７４９５６１号公報

前記したように、目視確認を行うことなく、削孔箇所の地質調査を精度良く行うには、以下の点をリアルタイムで把握する必要がある。
（１）削孔中であるか否かの判定。
（２）正確な削孔長。
（３）ドリルの挙動による地質の推定。

例えば、パーカッション系の削岩機による検層には、打撃、回転、フィードの油圧データから算出した削孔エネルギーの変化から、削孔中か否かを判定する方法がある。
しかし、このパーカッション系の削岩機では、削孔内の洗浄などのために調査ボーリング中のロッドの抜き差しを頻繁に行う必要がある。
そのため、油圧データの変化を捉えるだけでは、どの範囲が削孔状態であるのか、その判断が容易ではない。
また、単にロッドの移動量を見る方法も考えられるが、ロッドの継ぎ足し工程ごとにロッドを上下方向へ移動するため、この方法でも不十分である。

すなわち、本願発明は、目視確認を行うことなく、リアルタイムで削孔箇所の地質調査を精度良く行うための各種方法を提供することを目的の一つとする。

上記課題を解決すべくなされた本願の第１発明は、ドリルが削孔中であるか否かを判定するための判定方法であって、（ａ１）ドリルの回転力を発生させる油圧モータの油圧値、打撃力を発生させる油圧ハンマーの油圧値、およびフィード機構のための油圧シリンダの油圧値の積が一定の値以上であること、（ａ２）ドリル速度が一定の範囲内であること、の両方の条件を満たす際に、ドリルが削孔中であると判定することを特徴とする、削孔状態の判定方法を提供する。
また、本願の第２発明は、ドリルの削孔長を算出するための算出方法であって、（Ａ１）前記第１発明に記載の判定方法によって、ドリルが削孔中であるか否かを判定し、（Ａ２）ドリルのフィード量のうち、前記（Ａ１）工程によって削孔中と判断された時間内のフィード量を積算して削孔長とすることを特徴とする、削孔長の算出方法を提供する。
また、本願の第３発明は、削孔箇所の地質を検層するための検層方法であって、（Ｂ１）前記第１発明に記載の判定方法によって、ドリルが削孔中であるか否かを判定し、（Ｂ２）前記（Ｂ１）工程によって削孔中と判断された際の前記ドリル速度の値によって、ドリル先端の地質を推測することを特徴とする、地質の検層方法を提供する。

前記した各発明によれば、以下に記載する効果のうち、少なくとも何れか１つの効果を得ることができる。
（１）削孔中であるか否かの判定が正確である。
ドリルの駆動油圧に起因する条件と、ドリル速度の二つの条件を組合せることで、ドリルが削孔中であるか否かをより精度良く判定することができる。
（２）正確な削孔長を把握できる。
削孔中であるか否かを精度良く判定できれば、削孔中の際のドリルのフィード量を積算することで、正確な削孔長を導き出すことができる。
（３）地質の推定が可能となる。
削孔中であることを把握した上で、前記ドリル速度を予め入力してある判断条件に当てはめれば、リアルタイムに地質を推定することが可能となる。

実際の削孔装置の説明図。ドリルのフィード量と第１の測定値との関係を示す図。ドリルのフィード量と第２の測定値との関係を示す図。実施例１に係る判定工程のフローチャート。実施例２に係る算出工程による削孔長の積算経緯を示す図。削孔長の対比結果を示す図。ドリル速度と岩盤等級の関係例を示す図。ダム基礎岩盤の分類例。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
なお、後述する各種方法は、図１に示す掘削装置Ａに設けたセンサやマイコンなどの公知のハードウェアにソフトウェアを共働させた態様で実施することができる。

まず、本発明に係る削孔状態の判定方法について説明する。
＜１＞前提。
図１に示す掘削装置Ａは、ドリルＢでもって削孔を行い、一定の削孔長に達した時点で、ロッドＣを複数本継ぎ足すことで、より深い箇所まで削孔していくものである。

＜２＞判定方法の概要。
ドリルが削孔中であるか否かを判定するための判定方法は、以下の２つの条件を組み合わせて実施する。
（ａ１）第１の判定工程。
ドリルの駆動油圧に関連した条件式に基づいて、削孔中であるか否かを判定する。
（ａ２）第２の判定工程。
ドリルの速度に関連した条件式に基づいて、削孔中であるか否かを判定する。
本発明では、これら（ａ１）および（ａ２）の両方の工程で削孔中と判定された場合に、ドリルが削孔中であると判定する。
以下、各工程の詳細について説明する。

＜３＞第１の判定工程（図２）。
第１の判定工程では、ドリルの油圧に関連した条件式でもって、ドリルが削孔中であるか否かを判断する。

条件式の一例を以下に示す。
第１の測定値＞第１の下限値・・・・（式１）
前記第１の下限値は、試験結果などによって適宜決定することができる。

上記式１に用いる、第１の測定値は、ドリルが非削孔中の際に、低い値を呈するような変数となるように選定することが望ましい。
例えば、第１の測定値［ＭＰａ^３］は、穿孔中の油圧削岩機の油圧アクチュエータでドリルにおける回転力を発生させる油圧モータの油圧値［ＭＰａ］、打撃力を発生させる油圧ハンマーの油圧値［ＭＰａ］およびフィード機構のための油圧シリンダの油圧値［ＭＰａ］の積から生成することができる。
この場合、ドリルの削孔中には多くの油圧を消費するため、回転数、打撃力とも高い値を示すことから、第１の測定値は高い値を示す。
一方、削孔中以外の、例えばロッドを引き抜く作業、あるいは孔内の洗浄中には、仮に回転数や打撃力が高い値を示したとしても、フィード圧が減少し０に近い値となるため、第１の測定値は低い値を示すこととなる。

以上説明した通り、前記第１の測定値の変化によって、削孔中か否かの一応の区別は可能である。
しかし、削孔した孔の中には、破砕した岩の粉が詰まっているので、それがドリルの移動の抵抗となる場合がある。このときには非削孔中であっても第１の測定値は高い値を示す場合が考えられる。
このように、第１の判定工程だけでは、削孔中であるか否かを確実に判定することは困難である。

＜４＞第２の判定工程（図３）。
第２の判定工程では、ドリルの速度に関連した条件式でもって、ドリルが削孔中であるか否かを判断する。
条件式の一例を以下に示す。
第２の上限値＞第２の測定値＞第２の下限値・・・・（式２）

前記上限値および下限値は、試験結果によって、任意に設定することができる。また、地質の岩球などによって適宜変更することもできる。また、前記上限値および下限値には、許容範囲を拡張・収縮するための任意の係数を乗じてもよい。

上記式２に用いる第２の測定値は、ドリル速度を使用することができる。
ドリル速度とは、ドリルを１ｃｍ送るのに要した時間当たりの速度であり、例えば３ｃｍ／ｍｉｎなどで表すことができる。
このとき、削孔中はドリル先端に抵抗があるため、第２の測定値は低い値を示す。一方、ドリルの延長の際には、ドリルを削孔した孔から引き戻す工程や、新たなドリルを接続して再度既設の孔に挿入する工程であるため、第２の測定値は高い値を示す。

以上説明した通り、前記第２の測定値の変化によって、削孔中か否かの一応の区別は可能である。
しかし実際には、孔内に詰まった削孔粉を吹き飛ばすためなど、ドリルをゆっくりと挿入する場合もあり、そのような場合にはドリル速度が低速でも削孔工程ではない場合がある。
このように、第２の判定工程だけであっても、削孔中であるか否かを確実に判定することは困難である。

＜５＞二つの条件の組合せによる判定（図４）。
上記した第１の判定工程だけでは削孔中か否かは十分に判断できず、同様に第２の判定工程だけでも削孔中か否かは十分に判断できなかった。
しかしその両者が一致するとき、すなわち、前記第１の測定値が一定の値以上で、且つ第２の測定値が一定の範囲内に収まっている場合には、削孔中であると判断することができる。
このような二つの判定工程を組み合わせてフィルタリングを行えば、削孔中か否かの判定を精度良く行うことができる。

なお、図４では、第１の判定工程（Ｓ１１０）、第２の判定工程（Ｓ１２０）の順に判定を行っているが、本発明は各判定工程が真であれば良く、工程の順番は特段限定されない。

＜６＞実際の削孔結果との対比。
実際の削孔状態と、本発明の判定工程による削孔中であるか否かの判定結果とを目視等で直接対比することは困難である。
そこで、実施例１に記載の判定方法を用いた、下記実施例２に記載の削孔長の算出方法にて算出した削孔長と、実際の削孔長とを対比することにより、実施例１に記載の判定方法の妥当性について確認することとする。
これらの対比説明は、実施例２において後述する。

＜７＞小括。
このように、本発明によって現時点で削孔中であるか否かの判断ができれば、後述する削孔長の算出方法や、地質の検層方法をより精度良く行うことができる。

次に、本発明に係る削孔長の算出方法について説明する。
＜１＞概要。
本発明に係る削孔長の算出方法は、以下の２つの工程によって実施する。
（Ａ１）ドリルが削孔中であるか否かを判定する。
（Ａ２）ドリルのフィード量のうち、前記（Ａ１）工程によって削孔中と判断された時間内のフィード量を積算して削孔長とする。
以下、各工程の詳細について説明する。

＜２＞削孔状態の判定工程。
前記（Ａ１）工程は、前記実施例１に記載の削孔状態の判定方法を使用するため、詳細な説明は省略する。

＜３＞削孔長の算出工程（図５）。
削孔長を算出するには、公知技術で測定可能なドリルのフィード量のうち、前記（Ａ１）工程によって削孔中と判断された時間内のフィード量のみを順次積算していけばよい。
図５は、前記（Ａ１）工程によって削孔中と判断された時間内のフィード量のみを順次積算していって得られた削孔長の遷移結果を示した一例を示した図である。

＜４＞実際の削孔結果との対比（図６）。
図６は、前記（Ａ１）工程によるフィルタリングを行った、１０本分の削孔長を示すものである。
図６に示す通り、フィルタリングを実施した時の誤差は平均４０ｃｍ程度であった。
よって、前記（Ａ１）工程による削孔中であるか否かの判断が正確であれば、削孔長もより精度良い値を導出することができる点が確認できた。

＜５＞小括。
このように、本実施例に係る方法によれば、現時点で削孔中であるか否かの判断が可能となることで、削孔中の際のドリルのフィード量から実際の削孔長を算出することができる。

次に、本発明に係る地質の検層方法について説明する。
＜１＞概要。
本発明に係る地質の検層方法は、以下の２つの工程によって実施する。
（Ｂ１）ドリルが削孔中であるか否かを判定する。
（Ｂ２）前記（Ｂ１）工程によって削孔中と判断された際のドリル速度によって、ドリル先端の地質を推測する。
以下、各工程の詳細について説明する。

＜２＞削孔状態の判定工程。
前記（Ｂ１）工程は、前記実施例１に記載の削孔状態の判定方法を使用するため、詳細な説明は省略する。

＜３＞地質の推測工程。
地質を推測するには、前記（Ｂ１）工程によって削孔中と判断された際のドリル速度の値が如何なる値であるかによって行う。
すなわち、削孔中であるか否かが判断できれば、削孔中の際のドリル速度が如何なる値であるかによって、現在削孔している岩がどの程度の岩であるか、その判断に利用することが可能となる。

＜３．１＞ドリル速度と岩級（図７）。
ドリル速度は、削岩機の性能と岩級に応じてある程度は想定が可能である。
そのため、現場の近くの岩盤を利用して、ドリル速度の上・下限値および許容範囲はどの岩盤でどの程度の速度、範囲になるか、事前にキャリブレーションしておく等して決定することが好ましい。
その対照表の一例を図７に示す。なお図７の数値はイメージであって、実際のものではない。

＜３．２＞岩盤の判定の一例（図８）。
ドリル速度を、前記した対照表に当てはめて、該当する岩級を判断する。
ただし対象が自然の岩盤であり、削岩機の性能も変化するから、正確に１：１で岩級を特定することは危険である。
そこで許容範囲を考慮しつつ、例えば下記の条件式を用いて判断を行うことができる。

Ａ_Ｈ×Ｓ＞Ｖ＞Ａ_Ｌ×Ｓ・・・・（式３）
ここで、
Ｖ：ドリル速度
Ａ_Ｌ：ドリル速度の下限値（岩級に応じて設定）
Ａ_Ｈ：ドリル速度の上限値（岩級に応じて設定）
Ｓ：許容範囲（任意に設定可能）

岩級とは、岩盤等級、岩盤区分とも呼ばれ、岩盤の土木的な特性をとらえやすい評価基準として作成された表であり、図８に示すような態様で区分することができる。

＜４＞小括。
このように、本実施例に係る方法によれば、現時点で削孔中であるか否かの判断が可能となることで、削孔中の際のドリル速度によって、区別できる岩盤の種類を現場で直ちに判定して、その検層結果を削孔作業に反映することができる。

Ａ掘削装置
Ｂドリル
Ｃロッド

Claims

ドリルが削孔中であるか否かを判定するための判定方法であって、
（ａ１）ドリルの回転力を発生させる油圧モータの油圧値、打撃力を発生させる油圧ハンマーの油圧値、およびフィード機構のための油圧シリンダの油圧値の積が一定の値以上であること、
（ａ２）ドリル速度が一定の範囲内であること、
の両方の条件を満たす際に、ドリルが削孔中であると判定することを特徴とする、
削孔状態の判定方法。
ドリルの削孔長を算出するための算出方法であって、
（Ａ１）請求項１に記載の判定方法によって、ドリルが削孔中であるか否かを判定し、
（Ａ２）ドリルのフィード量のうち、前記（Ａ１）工程によって削孔中と判断された時間内のフィード量を積算して削孔長とすることを特徴とする、
削孔長の算出方法。
削孔箇所の地質を検層するための検層方法であって、
（Ｂ１）請求項１に記載の判定方法によって、ドリルが削孔中であるか否かを判定し、
（Ｂ２）前記（Ｂ１）工程によって削孔中と判断された際の前記ドリル速度の値によって、ドリル先端の地質を推測することを特徴とする、
地質の検層方法。