JP2023175273A - Support layer reaching determination device and support layer reaching determination method - Google Patents

Support layer reaching determination device and support layer reaching determination method Download PDF

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Abstract

To provide a support layer reaching determination device and a support layer reaching determination method capable of highly accurately determining whether a support layer has been reached.SOLUTION: A support layer reaching determination device 30 comprises: a data acquisition unit 32 that acquires drilling recording data composed of a maximum depth of drilling and a value related to drilling resistance of a drilling machine for each preset measurement depth; a memory 31a that stores design soil quality data indicating a relation between the depth and soil quality based on a result of ground survey; an N value estimation unit 35 that calculates an estimated N value by using an N value estimation model including the drilling recording data and the design soil quality data in input elements; and a soil quality estimation unit 36 that estimates the soil quality by using a soil quality estimation model including the drilling recording data and the estimated N value in input elements.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、掘削機による掘削が支持層に到達したか否かを判定する支持層到達判定装置および支持層到達判定方法に関する。 The present invention relates to a support layer arrival determination device and a support layer arrival determination method for determining whether excavation by an excavator has reached a support layer.

構造物の荷重を支える工法として、地中にある硬質な地層である支持層まで杭孔を掘削し、その杭孔を利用して打ち込んだ複数の杭を介して構造物の荷重を支える工法がある。こうした工法として、例えば特許文献1のように、オールケーシング工法が知られている。オールケーシング工法においては、ケーシングチューブを揺動あるいは回転させながら地中に圧入するとともにケーシングチューブ内の土砂をハンマーグラブで地上に排土することにより杭孔が形成される。そして、ケーシングチューブが支持層に到達すると、ケーシングチューブの内側に鉄筋かごなどを建て込んだのち、ケーシングチューブを引き抜きながらコンクリートが打設される。 A construction method that supports the load of a structure is to drill a pile hole to the supporting layer, which is a hard stratum underground, and then use the pile hole to support the load of the structure through multiple piles driven into the ground. be. As such a construction method, an all-casing construction method is known, for example, as disclosed in Patent Document 1. In the all-casing construction method, the pile hole is formed by pressing the casing tube into the ground while swinging or rotating it, and then removing the earth and sand inside the casing tube to the ground using a hammer grab. When the casing tube reaches the support layer, a reinforcing cage or the like is placed inside the casing tube, and then concrete is poured while the casing tube is pulled out.

特開2015-140548号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-140548

ところで、構造物の建設前、支持層の深度を特定するための地盤調査が行われる。そして、この地盤調査における標準貫入試験によって、地盤の固さを示す指標であるN値などが取得される。一方、地盤調査が行われた位置と杭孔の掘削位置とで地質構造が同じとは限らない。また、各掘削位置において地盤調査を行うには、その費用や手間を考えると現実的ではない。そのため、各掘削位置において支持層に到達したか否かを高い精度で判定することのできる技術が求められている。なお、こうした要望は、オールケーシング工法に限らず、掘削機で支持層まで掘削する工法に共通する。 By the way, before construction of a structure, a ground investigation is conducted to determine the depth of the supporting layer. Then, through the standard penetration test in this ground investigation, the N value, etc., which is an index indicating the hardness of the ground, is obtained. On the other hand, the geological structure is not necessarily the same between the location where the ground investigation was conducted and the location where the pile hole was excavated. Furthermore, it is not practical to conduct a ground investigation at each excavation location, considering the cost and effort involved. Therefore, there is a need for a technology that can determine with high accuracy whether or not the support layer has been reached at each excavation position. These requests are not limited to the all-casing construction method, but are common to construction methods that use an excavator to excavate to the supporting layer.

上記課題を解決する支持層到達判定装置は、掘削機による掘削が支持層に到達したことを判定する支持層到達判定装置であって、予め設定した計測タイミングごとに、前記掘削の最大深度と前記掘削機の掘削抵抗に関する値とで構成された掘削記録データを取得するデータ取得部と、地盤調査の結果に基づく深度と土質との関係を示す設計土質データを記憶する設計土質記憶部と、前記掘削記録データと前記設計土質データとを入力要素に含むN値推定モデルを用いて推定N値を算出するN値推定部と、前記掘削記録データと前記推定N値とを入力要素に含む土質推定モデルを用いて土質を推定する土質推定部と、を備える。 A support layer arrival determination device that solves the above problem is a support layer arrival determination device that determines whether excavation by an excavator has reached the support layer, and which determines the maximum depth of the excavation and the a data acquisition unit that acquires excavation record data consisting of values related to excavation resistance of an excavator; a design soil storage unit that stores design soil data indicating a relationship between depth and soil quality based on the results of a ground survey; an N value estimator that calculates an estimated N value using an N value estimation model that includes excavation record data and the design soil data as input elements; and a soil estimation unit that includes the excavation record data and the estimated N value as input elements. A soil quality estimation section that estimates soil quality using a model.

本発明によれば、掘削機による掘削が支持層に到達したか否かを高い精度で判定することができる。 According to the present invention, it is possible to determine with high accuracy whether excavation by an excavator has reached the support layer.

支持層到達判定装置の一実施形態を用いた掘削システムの概略構成を模式的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a schematic configuration of an excavation system using an embodiment of a support layer arrival determination device. 支持層到達判定装置として機能する情報処理装置のハードウェア構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hardware configuration of an information processing device that functions as a support layer attainment determination device. 支持層到達判定装置を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram showing a support layer arrival determination device. 最大深度が条件設定区間の設定値以下にある経過時間についてのフィルタリング処理を説明するためのグラフである。It is a graph for explaining filtering processing for an elapsed time in which the maximum depth is equal to or less than the set value of the condition setting section. 最大深度が条件設定区間の設定値よりも大きい経過時間についてのフィルタリング処理を説明するためのグラフである。It is a graph for explaining the filtering process regarding the elapsed time in which the maximum depth is larger than the setting value of the condition setting section. (a)最大深度とフィルタリング処理前の経過時間との関係の一例を示すグラフであり、(b)最大深度とフィルタリング処理後の経過時間との関係の一例を示すグラフである。(a) It is a graph which shows an example of the relationship between the maximum depth and the elapsed time before filtering processing, and (b) It is a graph which shows an example of the relationship between the maximum depth and the elapsed time after the filtering process. 支持層到達判定方法の一実施形態の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of one embodiment of the support layer attainment determination method. 表示装置における表示の一部を例示した図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a part of a display on a display device.

図1~図8を参照して、支持層到達判定装置および支持層到達判定方法の一実施形態について説明する。なお、本実施形態では、オールケーシング工法によって杭孔が掘削される場合を例に支持層到達判定装置および支持層到達判定方法について説明する。 An embodiment of a support layer attainment determining device and a support layer attainment determining method will be described with reference to FIGS. 1 to 8. In addition, in this embodiment, the support layer attainment determination apparatus and the support layer attainment determination method will be described using as an example a case where a pile hole is excavated by the all-casing construction method.

図1に示すように、オールケーシング工法においては、地盤10に対して全周回転掘削機15によって杭孔が形成される。全周回転掘削機15は、ベース装置16、保持装置17、回転機構18、および、押込機構19を備えている。 As shown in FIG. 1, in the all-casing construction method, pile holes are formed in the ground 10 by a full-circumference rotating excavator 15. The all-round rotating excavator 15 includes a base device 16 , a holding device 17 , a rotating mechanism 18 , and a pushing mechanism 19 .

ベース装置16は、地盤10に対して全周回転掘削機15を設置するための装置である。保持装置17は、地盤10に対して圧入されるケーシングチューブ20を外側から支持する装置である。保持装置17は、ケーシングチューブ20の中心軸を回転中心としてケーシングチューブ20を回転可能に、また、ケーシングチューブ20を上下方向に移動可能に支持する。 The base device 16 is a device for installing the full-circumference rotating excavator 15 on the ground 10. The holding device 17 is a device that supports the casing tube 20 that is press-fitted into the ground 10 from the outside. The holding device 17 supports the casing tube 20 so as to be rotatable about the central axis of the casing tube 20 and to be movable in the vertical direction.

回転機構18は、動力装置21から動力が供給されることにより、ケーシングチューブ20の中心軸を回転中心としてケーシングチューブ20を回転させる。押込機構19は、動力装置21から動力が供給されることにより、ケーシングチューブ20を地中へと押し込む。地中へと押し込まれたケーシングチューブ20の下端が位置している深度を最大深度Dという。 The rotation mechanism 18 rotates the casing tube 20 around the central axis of the casing tube 20 by being supplied with power from the power device 21 . The pushing mechanism 19 pushes the casing tube 20 into the ground by being supplied with power from the power device 21 . The depth at which the lower end of the casing tube 20 pushed into the ground is located is referred to as the maximum depth D.

動力装置21は、動力として例えば油圧を全周回転掘削機15に供給する。動力装置21には、図示されない操作盤が設けられている。オペレーターは、その操作盤を操作することにより、全周回転掘削機15を操作する。全周回転掘削機15は、オペレーターの操作に応じて、回転機構18でケーシングチューブ20を揺動あるいは回転させながら、押込機構19でケーシングチューブ20を地盤10に押し込む。ケーシングチューブ20内の土砂は、図示されないハンマーグラブなどによって排土される。 The power device 21 supplies, for example, hydraulic pressure to the all-round rotating excavator 15 as motive power. The power plant 21 is provided with an operation panel (not shown). The operator operates the all-round rotating excavator 15 by operating the operation panel. The full-circumference rotating excavator 15 pushes the casing tube 20 into the ground 10 with the pushing mechanism 19 while swinging or rotating the casing tube 20 with the rotating mechanism 18 according to the operator's operation. The earth and sand in the casing tube 20 is removed by a hammer grab (not shown) or the like.

なお、全周回転掘削機15においては、ケーシングチューブ20の長さが不足した場合、ケーシングチューブ20の上端に新たなケーシングチューブを接続する継ぎ足し作業が行われる。 In addition, in the all-round rotating excavator 15, when the length of the casing tube 20 is insufficient, a replenishment operation is performed in which a new casing tube is connected to the upper end of the casing tube 20.

動力装置21には、回転機構18による回転トルクを計測する回転トルク計測器22、押込機構19による押込み力を計測する押込み力計測器23が備えられている。また、全周回転掘削機15には、変位計測器25が備えられている。変位計測器25は、全周回転掘削機15が駆動されると、ケーシングチューブ20の変位を計測する。各計測器22,23,25は、所定のサンプリング周期(例えば1sec)で計測を行い、その計測値を支持層到達判定装置30に出力する。 The power plant 21 is equipped with a rotational torque measuring device 22 that measures the rotational torque of the rotating mechanism 18 and a pushing force measuring device 23 that measures the pushing force of the pushing mechanism 19. Further, the all-round rotating excavator 15 is equipped with a displacement measuring device 25. The displacement measuring device 25 measures the displacement of the casing tube 20 when the full-circumference rotating excavator 15 is driven. Each measuring device 22 , 23 , 25 performs measurement at a predetermined sampling period (for example, 1 sec) and outputs the measured value to the support layer attainment determination device 30 .

(支持層到達判定装置)
図2に示すように、支持層到達判定装置30は、情報処理装置H10を用いて構成されている。情報処理装置H10は、通信装置H11、入力装置H12、表示装置H13、記憶装置H14、プロセッサH15を有する。なお、このハードウェア構成は一例であり、他のハードウェアを有していてもよい。
(Support layer attainment determination device)
As shown in FIG. 2, the support layer attainment determination device 30 is configured using an information processing device H10. The information processing device H10 includes a communication device H11, an input device H12, a display device H13, a storage device H14, and a processor H15. Note that this hardware configuration is just an example, and other hardware may be included.

通信装置H11は、他の装置との間で通信経路を確立して、データの送受信を実行するインタフェースである。入力装置H12は、利用者等からの入力を受け付ける装置であり、例えばマウスやキーボード等である。表示装置H13は、各種情報を表示するディスプレイやタッチパネル等である。記憶装置H14は、支持層到達判定装置30の各種機能を実行するためのデータや各種プログラムを格納する記憶部である。記憶装置H14の一例としては、ROM、RAM、ハードディスク等がある。 The communication device H11 is an interface that establishes a communication path with other devices and executes data transmission and reception. The input device H12 is a device that receives input from a user or the like, and is, for example, a mouse, a keyboard, or the like. The display device H13 is a display, touch panel, or the like that displays various information. The storage device H14 is a storage unit that stores data and various programs for executing various functions of the support layer attainment determination device 30. Examples of the storage device H14 include ROM, RAM, hard disk, and the like.

プロセッサH15は、記憶装置H14に記憶されるプログラムやデータを用いて、支持層到達判定装置30における各処理を制御する。プロセッサH15の一例としては、例えばCPUやMPU等がある。このプロセッサH15は、ROM等に記憶されるプログラムをRAMに展開して、各種処理に対応する各種プロセスを実行する。例えば、プロセッサH15は、支持層到達判定装置30のアプリケーションプログラムが起動された場合、後述する各処理を実行するプロセスを動作させる。 The processor H15 controls each process in the support layer attainment determination device 30 using programs and data stored in the storage device H14. Examples of the processor H15 include a CPU, an MPU, and the like. This processor H15 expands a program stored in a ROM or the like into a RAM and executes various processes corresponding to various processing. For example, when the application program of the support layer attainment determination device 30 is started, the processor H15 operates a process that executes each process described below.

プロセッサH15は、自身が実行するすべての処理についてソフトウェア処理を行なうものに限られない。例えば、プロセッサH15は、自身が実行する処理の少なくとも一部についてハードウェア処理を行なう専用のハードウェア回路(例えば、特定用途向け集積回路:ASIC)を備えてもよい。すなわち、プロセッサH15は、以下で構成し得る。 The processor H15 is not limited to performing software processing for all processes that it executes. For example, the processor H15 may include a dedicated hardware circuit (for example, an application-specific integrated circuit: ASIC) that performs hardware processing for at least part of the processing that it executes. That is, the processor H15 may be configured as follows.

(1)コンピュータプログラム(ソフトウェア)に従って動作する1つ以上のプロセッサ
(2)各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する1つ以上の専用のハードウェア回路、或いは
(3)それらの組み合わせ、を含む回路(circuitry)
プロセッサは、CPU並びに、RAM及びROM等のメモリを含み、メモリは、処理をCPUに実行させるように構成されたプログラムコード又は指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用又は専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。
(1) one or more processors that operate according to a computer program (software); (2) one or more dedicated hardware circuits that execute at least some of the various processes; or (3) a combination thereof. circuitry including
A processor includes a CPU and memory, such as RAM and ROM, where the memory stores program codes or instructions configured to cause the CPU to perform processing. Memory or computer-readable media includes any available media that can be accessed by a general purpose or special purpose computer.

図3に示すように、支持層到達判定装置30は、各種プログラムの実行により機能する機能部として、管理部31、データ取得部32、N値学習部33、土質学習部34、N値推定部35、および、土質推定部36を備えている。また、支持層到達判定装置30は、各種データを記憶する記憶部として、データ記憶部41、N値推定モデル記憶部42、および、土質推定モデル記憶部43を備えている。 As shown in FIG. 3, the support layer attainment determination device 30 includes a management section 31, a data acquisition section 32, an N-value learning section 33, a soil learning section 34, and an N-value estimating section as functional sections that function by executing various programs. 35, and a soil quality estimating section 36. The support layer attainment determination device 30 also includes a data storage section 41, an N-value estimation model storage section 42, and a soil estimation model storage section 43 as storage sections that store various data.

管理部31は、支持層到達判定装置30に入力される各種データの取り扱いや各種データを用いた処理の実行などを管理する。
データ取得部32は、各種データを取得する。データ取得部32は、計測値取得部51、経過時間取得部52、フィルタリング部53、積算トルク算出部54、平均値算出部55、および、標準偏差算出部56を備えている。
The management unit 31 manages handling of various data input to the support layer attainment determination device 30, execution of processing using the various data, and the like.
The data acquisition unit 32 acquires various data. The data acquisition section 32 includes a measurement value acquisition section 51, an elapsed time acquisition section 52, a filtering section 53, an integrated torque calculation section 54, an average value calculation section 55, and a standard deviation calculation section 56.

計測値取得部51は、変位計測器25が計測した変位に基づいて最大深度Dを取得する。また、計測値取得部51は、計測タイミングごとに回転トルクTおよび押込み力Fを取得する。本実施形態において、計測値取得部51は、最大深度Dに基づいて、予め設定した所定の計測深度ごとに回転トルクTおよび押込み力Fを取得する。計測深度は、例えば0.1mに設定される。例えば、計測値取得部51は、最大深度Dが計測深度だけ変化した期間における回転トルク計測器22の計測値を平均した値を回転トルクTとして取得する。また、計測値取得部51は、最大深度Dが計測深度だけ変化した期間における押込み力計測器23の計測値を平均した値を押込み力Fとして取得する。 The measurement value acquisition unit 51 acquires the maximum depth D based on the displacement measured by the displacement measuring device 25. Furthermore, the measurement value acquisition unit 51 acquires the rotational torque T and the pushing force F at each measurement timing. In this embodiment, the measurement value acquisition unit 51 acquires the rotational torque T and the pushing force F for each predetermined measurement depth based on the maximum depth D. The measurement depth is set to 0.1 m, for example. For example, the measurement value acquisition unit 51 acquires, as the rotation torque T, a value that is the average of the measurement values of the rotation torque measuring device 22 during a period in which the maximum depth D has changed by the measurement depth. Further, the measured value acquisition unit 51 acquires, as the pushing force F, the average value of the measured values of the pushing force measuring device 23 during the period in which the maximum depth D changes by the measured depth.

経過時間取得部52は、変位計測器25が計測した変位と計測深度だけ掘削するのに要した時間とに基づいて、単位深さだけ掘削するのに要する時間を経過時間t(=要した時間/計測深度)として取得する。 The elapsed time acquisition unit 52 calculates the elapsed time t (= time required /measured depth).

フィルタリング部53は、経過時間取得部52が取得した経過時間tに対してフィルタリング処理を行うことにより、該経過時間tから異常値を除去する。フィルタリング部53は、例えば、計測深度だけ掘削する間にケーシングチューブ20の継ぎ足し作業が行われた場合など、異常に大きい経過時間tを異常値として除去する。 The filtering unit 53 performs filtering processing on the elapsed time t acquired by the elapsed time acquisition unit 52 to remove abnormal values from the elapsed time t. The filtering unit 53 removes an abnormally large elapsed time t as an abnormal value, such as when the casing tube 20 is added while excavating the measured depth, for example.

積算トルク算出部54は、計測深度だけ掘削したときの積算トルクTaを算出する。例えば、積算トルク算出部54は、回転トルクTと経過時間tとを乗算することにより積算トルクTaを算出する。 The cumulative torque calculation unit 54 calculates the cumulative torque Ta when excavating by the measured depth. For example, the cumulative torque calculation unit 54 calculates the cumulative torque Ta by multiplying the rotational torque T and the elapsed time t.

平均値算出部55は、回転トルクT、押込み力F、および、積算トルクTaの各々について、最大深度Dに至るまでの算出対象区間における値を母集団として、回転トルク平均値T1、押込み力平均値F1、および、積算トルク平均値Ta1を算出する。算出対象区間は、例えば1.0mに設定される。平均値算出部55は、計測深度ごとに各種の平均値T1,F1,Ta1を算出する。 The average value calculation unit 55 calculates the rotational torque average value T1 and the pushing force average for each of the rotational torque T, the pushing force F, and the cumulative torque Ta, using the values in the calculation target section up to the maximum depth D as a population. The value F1 and the cumulative torque average value Ta1 are calculated. The calculation target section is set to 1.0 m, for example. The average value calculation unit 55 calculates various average values T1, F1, and Ta1 for each measured depth.

標準偏差算出部56は、回転トルクT、押込み力F、および、積算トルクTaの各々について、算出対象区間における値を母集団として、回転トルク標準偏差T2、押込み力標準偏差F2、および、積算トルク標準偏差Ta2を算出する。標準偏差算出部56は、計測深度ごとに各種の標準偏差T2,F2,Ta2を算出する。 The standard deviation calculation unit 56 calculates the rotational torque standard deviation T2, the pushing force standard deviation F2, and the cumulative torque for each of the rotational torque T, the pushing force F, and the cumulative torque Ta, using the values in the calculation target section as a population. Calculate the standard deviation Ta2. The standard deviation calculation unit 56 calculates various standard deviations T2, F2, and Ta2 for each measured depth.

N値学習部33は、データ記憶部41に記憶されたN値用教師データを用いた機械学習を行うことにより、最大深度Dにおける推定N値を算出するN値推定モデルを生成する。N値学習部33は、生成したN値推定モデルをN値推定モデル記憶部42に保存する。 The N value learning unit 33 generates an N value estimation model for calculating the estimated N value at the maximum depth D by performing machine learning using the N value teacher data stored in the data storage unit 41. The N-value learning section 33 stores the generated N-value estimation model in the N-value estimation model storage section 42 .

土質学習部34は、データ記憶部41に記憶された土質用教師データを用いた機械学習を行うことにより、最大深度Dにおける土質を推定する土質推定モデルを生成する。土質推定部36は、生成した土質推定モデルを土質推定モデル記憶部43に保存する。 The soil quality learning unit 34 generates a soil quality estimation model for estimating the soil quality at the maximum depth D by performing machine learning using the soil quality training data stored in the data storage unit 41. The soil estimation section 36 stores the generated soil estimation model in the soil estimation model storage section 43 .

N値推定部35は、施工現場の設計土質、掘削位置における掘削記録、および、N値推定モデル記憶部42に記憶されたN値推定モデルに基づいて、最大深度Dにおける推定N値を算出する。 The N value estimation unit 35 calculates the estimated N value at the maximum depth D based on the design soil quality of the construction site, the excavation record at the excavation position, and the N value estimation model stored in the N value estimation model storage unit 42. .

土質推定部36は、掘削位置における掘削記録、N値推定部35が算出した推定N値、および、土質推定モデル記憶部43に記憶された土質推定モデルに基づいて、最大深度Dにおける土質を推定する。 The soil quality estimation unit 36 estimates the soil quality at the maximum depth D based on the excavation record at the excavation position, the estimated N value calculated by the N value estimation unit 35, and the soil quality estimation model stored in the soil quality estimation model storage unit 43. do.

(フィルタリング部)
フィルタリング部53が実行するフィルタリング処理の一例について説明する。上述のように、フィルタリング処理は、経過時間tのなかから異常値を除去する処理である。
(filtering section)
An example of filtering processing executed by the filtering unit 53 will be described. As described above, the filtering process is a process of removing abnormal values from the elapsed time t.

フィルタリング処理において、フィルタリング部53は、除去対象時間と条件設定区間とを設定する。除去対象時間は、フィルタリング処理において除去の対象となる経過時間tである。条件設定区間は、除去対象時間が異常条件を満たすか否かを判定するための判定値を、当該区間における経過時間tに基づいて設定するための区間である。条件設定区間は、例えば2.0mに設定される。 In the filtering process, the filtering unit 53 sets a removal target time and a condition setting section. The removal target time is the elapsed time t that is the target of removal in the filtering process. The condition setting section is a section for setting a determination value for determining whether or not the removal target time satisfies the abnormality condition based on the elapsed time t in the section. The condition setting section is set to 2.0 m, for example.

フィルタリング部53は、対応する最大深度Dが条件設定区間の設定値以下にある経過時間tについては、すべての経過時間tを除去対象時間に設定するとともに、設定値に対応する最大深度Dまでの区間を条件設定区間に設定する。 For elapsed time t where the corresponding maximum depth D is less than or equal to the set value of the condition setting section, the filtering unit 53 sets all the elapsed time t as the removal target time, and also sets the elapsed time t to the maximum depth D corresponding to the set value. Set the interval as the condition setting interval.

例えば、図4に示すように、条件設定区間の設定値が2.0mである場合、フィルタリング部53は、最大深度Dが2.0m以下にある経過時間tについては、最大深度2.0mに対応する経過時間tを基準経過時間tsとして、すべての経過時間tを除去対象時間設定するとともにそれらの経過時間tに基づいて判定値を設定する。 For example, as shown in FIG. 4, when the setting value of the condition setting section is 2.0 m, the filtering unit 53 sets the maximum depth D to 2.0 m for the elapsed time t when the maximum depth D is 2.0 m or less. The corresponding elapsed time t is set as a reference elapsed time ts, and all elapsed times t are set as removal target times, and determination values are set based on these elapsed times t.

フィルタリング部53は、対応する最大深度Dが条件設定区間の設定値よりも大きい経過時間tについては、その経過時間tを基準経過時間tsとして、除去対象時間と条件設定区間とを設定する。 For an elapsed time t for which the corresponding maximum depth D is greater than the setting value of the condition setting section, the filtering section 53 sets the removal target time and the condition setting section using the elapsed time t as the reference elapsed time ts.

具体的には、フィルタリング部53は、基準経過時間tsと基準経過時間tsの前後2つの経過時間tとを除去対象時間に設定する。フィルタリング部53は、設定値に基づく区間であって、基準経過時間tsに対応する最大深度Dに至るまでの所定の深度区間を条件設定区間に設定する。 Specifically, the filtering unit 53 sets the reference elapsed time ts and two elapsed times t before and after the reference elapsed time ts as the removal target times. The filtering unit 53 sets a predetermined depth interval, which is an interval based on a set value, up to the maximum depth D corresponding to the reference elapsed time ts as a condition setting interval.

例えば、図5に示すように、条件設定区間の設定値が2.0mであり、かつ、最大深度5.0mに対応する経過時間tを基準経過時間tsとした場合、フィルタリング部53は、最大深度3.0m~5.0mを条件設定区間に設定し、その区間において計測された経過時間tに基づいて判定値を設定する。 For example, as shown in FIG. 5, if the setting value of the condition setting section is 2.0 m and the elapsed time t corresponding to the maximum depth of 5.0 m is the reference elapsed time ts, the filtering unit 53 A depth of 3.0 m to 5.0 m is set as a condition setting section, and a determination value is set based on the elapsed time t measured in that section.

図4および図5に例示するように、除去対象時間と条件設定区間とを設定したフィルタリング部53は、条件設定区間における経過時間tの中央値tcを算出する。そして、フィルタリング部53は、中央値tcに基づく異常条件を設定する。異常条件は、ケーシングチューブの継ぎ足し作業を行った場合など、土質の変化とは無関係に経過時間tが異常に大きいことを示す条件である。異常条件には、予め行った検証結果などに基づき、例えば中央値tcの3倍である経過時間tb以上であることが設定される。フィルタリング部53は、異常条件を満たす経過時間tを異常値として除去する。図4および図5においては、異常値として除去された経過時間tを黒丸で示している。なお、フィルタリング部53は、異常値として除去された経過時間tに対応する経過時間として、その異常値前後の経過時間tを用いて線形補間した補正経過時間を設定してもよい。 As illustrated in FIGS. 4 and 5, the filtering unit 53 that has set the removal target time and the condition setting section calculates the median value tc of the elapsed time t in the condition setting section. Then, the filtering unit 53 sets an abnormal condition based on the median value tc. The abnormal condition is a condition in which the elapsed time t is abnormally long, regardless of changes in soil quality, such as when a casing tube is added. The abnormal condition is set to be equal to or longer than the elapsed time tb, which is three times the median value tc, for example, based on the results of verification conducted in advance. The filtering unit 53 removes the elapsed time t that satisfies the abnormal condition as an abnormal value. In FIGS. 4 and 5, the elapsed time t removed as an abnormal value is indicated by a black circle. Note that the filtering unit 53 may set, as the elapsed time corresponding to the elapsed time t removed as an abnormal value, a corrected elapsed time obtained by performing linear interpolation using the elapsed time t before and after the abnormal value.

図6(a)のグラフは、最大深度Dが0m付近、5m付近、10m付近、15m付近においてケーシングチューブの継ぎ足し作業が行われた例について、最大深度Dとフィルタリング処理前の経過時間tとの関係を示している。図6(b)のグラフは、図6(a)で示される経過時間tに対してフィルタリング処理を行った後の最大深度Dと経過時間tとの関係を示している。図6(a)および図6(b)に示すように、上述したフィルタリング処理によって、ケーシングチューブの継ぎ足し作業などが行われたときの経過時間tが異常値として除去されていることがわかる。 The graph in FIG. 6(a) shows the relationship between the maximum depth D and the elapsed time t before the filtering process for examples in which casing tube addition work was performed when the maximum depth D was around 0 m, around 5 m, around 10 m, and around 15 m. It shows a relationship. The graph in FIG. 6(b) shows the relationship between the maximum depth D and the elapsed time t after filtering is performed on the elapsed time t shown in FIG. 6(a). As shown in FIGS. 6(a) and 6(b), it can be seen that the elapsed time t when the casing tube addition work was performed is removed as an abnormal value by the filtering process described above.

(支持層到達判定方法)
図7に示すように、支持層到達判定装置30を用いた支持層到達判定方法は、施工前工程、調査工程、掘削前工程、および、掘削工程を備えている。施工前工程は、実績データに基づいて、N値推定モデルおよび土質推定モデルが生成される工程である。調査工程は、これから掘削を行う施工現場の調査位置についての地盤調査(例えばボーリング調査)が行われる工程である。掘削前工程は、施工現場において、各掘削位置を掘削する前に行われる工程である。掘削工程は、各掘削位置の掘削中に行われる工程である。
(Method for determining support layer reach)
As shown in FIG. 7, the support layer attainment determination method using the support layer attainment determination device 30 includes a pre-construction process, an investigation process, a pre-excavation process, and an excavation process. The pre-construction process is a process in which an N value estimation model and a soil quality estimation model are generated based on actual data. The investigation process is a process in which a ground investigation (for example, a boring investigation) is performed on the investigation position of the construction site where excavation is to be performed. The pre-excavation process is a process performed at the construction site before excavating each excavation position. The excavation process is a process performed during excavation of each excavation position.

(施工前工程)
施工前工程において、管理部31は、実績データを記憶する外部記憶媒体や外部端末などが通信装置H11に接続された状態において入力装置H12で教師データ取得操作が行われると、実績データに基づく教師データを取得する教師データ取得処理を実行する(ステップS1-1)。また、管理部31は、教師データ取得処理の終了後に入力装置H12で学習操作が行われると、学習処理を実行する(ステップS1-2)。
(Pre-construction process)
In the pre-construction process, when a teacher data acquisition operation is performed using the input device H12 while an external storage medium or external terminal storing performance data is connected to the communication device H11, the management unit 31 acquires a teacher based on the performance data. A teacher data acquisition process for acquiring data is executed (step S1-1). Furthermore, when a learning operation is performed on the input device H12 after the teacher data acquisition process ends, the management unit 31 executes the learning process (step S1-2).

実績データは、過去の施工現場において得られた各種の計測値などで構成されている。具体的には、実績データは、施工現場およびその施工現場における掘削位置を識別する識別情報に対して、設計土質データのほか、計測深度ごとの測定N値および実際の土質、ならびに、計測深度ごとの回転トルクT、押込み力F、最大深度D、フィルタリング前の経過時間tが関連付けられたデータである。実際の土質は、例えば、粘性土、砂質土、砂礫、岩盤の4種類に分類される。設計土質データは、施工現場における所定の調査位置に対して行った地盤調査の結果に基づくデータである。設計土質データは、調査位置における深度ごとの実際の土質を示すデータである。 The performance data consists of various measured values obtained at past construction sites. Specifically, actual data includes design soil quality data, measured N value and actual soil quality for each measurement depth, and identification information that identifies the construction site and the excavation position at the construction site. The rotational torque T, pushing force F, maximum depth D, and elapsed time t before filtering are data associated with each other. Actual soil quality is classified into four types, for example, clay soil, sandy soil, gravel, and bedrock. The design soil data is data based on the results of a ground survey conducted at a predetermined survey position at the construction site. The design soil quality data is data indicating the actual soil quality at each depth at the survey location.

(教師データ取得処理)
教師データ取得処理(ステップS1-1)において、データ取得部32は、各掘削位置について、実績データに基づく実績掘削データを取得する。
(Teacher data acquisition process)
In the teacher data acquisition process (step S1-1), the data acquisition unit 32 acquires actual excavation data based on actual data for each excavation position.

実績掘削データの取得において、データ取得部32は、経過時間tのフィルタリング処理のほか、計測深度ごとに、積算トルクTa、各種の平均値T1,F1,Ta1および標準偏差T2,F2,Ta2の算出を行う。そして、データ取得部32は、識別情報に対して、フィルタリング処理後の経過時間t、当該経過時間tに対応する回転トルクT、押込み力F、最大深度D、積算トルクTa、ならびに、各種の平均値T1,F1,Ta1および標準偏差T2,F2,Ta2を関連付けることにより実績掘削データを取得する。 In acquiring the actual excavation data, the data acquisition unit 32 performs a filtering process on the elapsed time t, and also calculates the cumulative torque Ta, various average values T1, F1, Ta1, and standard deviations T2, F2, Ta2 for each measurement depth. I do. Then, the data acquisition unit 32 acquires, for the identification information, an elapsed time t after the filtering process, a rotational torque T corresponding to the elapsed time t, a pushing force F, a maximum depth D, an integrated torque Ta, and various averages. Actual excavation data is obtained by associating values T1, F1, Ta1 and standard deviations T2, F2, Ta2.

データ取得部32は、実績掘削データおよび設計土質データに対して、各最大深度Dに対応する測定N値を正解データとして関連付けることにより、N値用教師データを作成する。また、データ取得部32は、実績掘削データおよび測定N値に対して、各最大深度Dに対応する実際の土質を正解データとして関連付けることにより、土質用教師データを作成する。データ取得部32は、作成したN値用教師データおよび土質用教師データを管理部31に出力する。管理部31は、データ取得部32が出力したN値用教師データおよび土質用教師データをデータ記憶部41に記憶すると、教師データ取得処理を終了する。 The data acquisition unit 32 creates training data for N values by associating measured N values corresponding to each maximum depth D with the actual excavation data and design soil data as correct data. Furthermore, the data acquisition unit 32 creates teacher data for soil quality by associating the actual soil quality corresponding to each maximum depth D with the actual excavation data and the measured N value as correct data. The data acquisition unit 32 outputs the created N-value training data and soil quality training data to the management unit 31. When the management unit 31 stores the N-value teacher data and the soil quality teacher data output by the data acquisition unit 32 in the data storage unit 41, it ends the teacher data acquisition process.

(学習処理)
学習処理(ステップS1-2)は、N値推定モデル生成および土質推定モデルが生成される処理である。
(Learning process)
The learning process (step S1-2) is a process in which an N-value estimation model and a soil quality estimation model are generated.

学習処理において、N値学習部33は、データ記憶部41に記憶されたN値用教師データを用いた機械学習を行うことでN値推定モデルを生成する。具体的には、N値学習部33は、実績掘削データおよび設計土質データを入力層、該実績掘削データに対応する測定N値を出力層とする機械学習を行うことでN値推定モデルを生成する。N値学習部33は、その生成したN値推定モデルをN値推定モデル記憶部42に記憶する。 In the learning process, the N-value learning unit 33 generates an N-value estimation model by performing machine learning using the N-value teacher data stored in the data storage unit 41. Specifically, the N value learning unit 33 generates an N value estimation model by performing machine learning using actual excavation data and design soil data as an input layer and measured N values corresponding to the actual excavation data as an output layer. do. The N-value learning section 33 stores the generated N-value estimation model in the N-value estimation model storage section 42 .

また、学習処理において、土質学習部34は、データ記憶部41に記憶された土質用教師データを用いた機械学習を行うことで土質推定モデルを生成する。具体的には、土質学習部34は、実績掘削データおよび測定N値を入力層、該実績掘削データに対応する実際の土質を出力層とする機械学習を行うことで土質推定モデルを生成する。土質学習部34は、その生成した土質推定モデルを土質推定モデル記憶部43に記憶する。 In addition, in the learning process, the soil quality learning unit 34 generates a soil quality estimation model by performing machine learning using the soil quality teacher data stored in the data storage unit 41. Specifically, the soil quality learning unit 34 generates a soil quality estimation model by performing machine learning using the actual excavation data and the measured N value as an input layer and the actual soil quality corresponding to the actual excavation data as an output layer. The soil quality learning unit 34 stores the generated soil quality estimation model in the soil quality estimation model storage unit 43.

各学習部における機械学習法には、各種の方法が適用可能である。そのなかでも、N値推定モデルおよび土質推定モデルの生成には、アンサンブル学習法の1つであるバギング、深層学習であるLSTM(Long Short Term Memory)、予測結果や推定結果に至るプロセスが説明可能なXAI(Explainable AI)であるGAM(Generalized Additive Model)やLIME(Local Interpretable Modelagnostic Explanations)などが好適である。また、土質推定モデルの生成には、深層学習であるCNN(Convolutional Neural Network)が好適である。N値推定モデルおよび土質推定モデルが記憶されると、管理部31は、学習処理を終了する。これにより、施工前工程が終了する。 Various methods can be applied to the machine learning method in each learning section. Among them, to generate the N-value estimation model and soil quality estimation model, bagging, which is an ensemble learning method, LSTM (Long Short Term Memory), which is deep learning, and the process leading to prediction results and estimation results can be explained. GAM (Generalized Additive Model) and LIME (Local Interpretable Model Explanations), which are XAI (Explainable AI), are suitable. Further, CNN (Convolutional Neural Network), which is a deep learning method, is suitable for generating the soil quality estimation model. Once the N-value estimation model and the soil estimation model are stored, the management unit 31 ends the learning process. This completes the pre-construction process.

(調査工程)
調査工程においては、施工現場の調査位置に対して地盤調査を行ったのち(ステップS2-1)、外部端末などを用いて調査結果に基づく設計データを作成する(ステップS2-2)。設計データは、調査位置における深度ごとの土質である設計土質データと深度ごとのN値である設計N値データとで構成されている。設計データは、外部端末や外部記憶媒体などに保存される。
(Investigation process)
In the investigation process, after conducting a ground investigation at the investigation location at the construction site (step S2-1), design data is created based on the investigation results using an external terminal or the like (step S2-2). The design data is composed of design soil quality data that is the soil quality for each depth at the survey position and design N value data that is the N value for each depth. The design data is stored in an external terminal, external storage medium, etc.

(掘削前工程)
掘削前工程においては、全周回転掘削機15や動力装置21が掘削位置に設置される設置作業が行われる(ステップS3-1)。その後、回転トルク計測器22、押込み力計測器23、および、変位計測器25などの各種計測器の配線が支持層到達判定装置30に接続される配線作業が行われる(ステップS3-2)。
(Pre-excavation process)
In the pre-excavation process, installation work is performed in which the all-round rotary excavator 15 and the power unit 21 are installed at the excavation position (step S3-1). Thereafter, wiring work is performed to connect the wiring of various measuring instruments such as the rotational torque measuring instrument 22, the pushing force measuring instrument 23, and the displacement measuring instrument 25 to the support layer arrival determination device 30 (step S3-2).

また、支持層到達判定装置30に、施工現場における設計データ、施工現場の識別情報、および、掘削位置の識別情報といった各種情報が入力される(ステップS3-3)。設計データは、該設計データを記憶する外部記憶媒体や外部端末などが通信装置H11に接続された状態において入力装置H12で設計データ入力操作が行われることにより、支持層到達判定装置30に入力される。施工現場および掘削位置の各々の識別情報は、入力装置H12において識別情報入力操作が行われることにより、支持層到達判定装置30に入力される。設計データおよび識別情報が入力されると、管理部31は、それらをメモリ31aに登録する登録処理を実行する(ステップS3-4)。設計データを記憶したメモリ31aは、設計土質記憶部として機能する。 Further, various information such as design data at the construction site, identification information of the construction site, and identification information of the excavation position are input to the support layer arrival determination device 30 (step S3-3). The design data is input to the support layer attainment determination device 30 by performing a design data input operation on the input device H12 while an external storage medium or external terminal storing the design data is connected to the communication device H11. Ru. The identification information of each of the construction site and the excavation position is input to the support layer arrival determination device 30 by performing an identification information input operation on the input device H12. When the design data and identification information are input, the management unit 31 executes a registration process to register them in the memory 31a (step S3-4). The memory 31a that stores the design data functions as a design soil storage section.

(掘削工程)
掘削工程においては、オペレーターによって操作盤が操作されて全周回転掘削機15による掘削が開始される。掘削が開始されると、入力装置H12において掘削開始操作がなされる。掘削開操作がなされると、管理部31によって掘削記録取得処理(ステップS4-1)、推定処理(ステップS4-2)、および、出力処理(ステップS4-3)が実行されたのち、支持層への到達判定が行われる(ステップS4-4)。
(excavation process)
In the excavation process, the operator operates the operating panel to start excavation by the full-circumference rotary excavator 15. When excavation is started, an excavation start operation is performed on the input device H12. When the excavation opening operation is performed, the management unit 31 executes excavation record acquisition processing (step S4-1), estimation processing (step S4-2), and output processing (step S4-3), and then A determination is made as to whether the destination has been reached (step S4-4).

掘削記録取得処理(ステップS4-1)において、データ取得部32は、回転トルクT、押込み力F、最大深度D、および、経過時間tを計測深度ごとに取得する。また、データ取得部32は、経過時間tのフィルタリング処理のほか、積算トルクTa、ならびに、各種の平均値T1,F1,Ta1および標準偏差T2,F2,Ta2を計測深度ごとに算出する。そして、データ取得部32は、回転トルクT、押込み力F、最大深度D、フィルタリング処理後の経過時間t、積算トルクTa、ならびに、各種の平均値T1,F1,Ta1および標準偏差T2,F2,Ta2を関連付けた掘削記録データを計測深度ごとに取得する。データ取得部32は、取得した掘削記録データを管理部31に出力する。管理部31は、データ取得部32が出力した掘削記録データとメモリ31aに保存した設計データと関連付けてメモリ31aに保存する。 In the excavation record acquisition process (step S4-1), the data acquisition unit 32 acquires the rotational torque T, pushing force F, maximum depth D, and elapsed time t for each measured depth. In addition to filtering the elapsed time t, the data acquisition unit 32 calculates the integrated torque Ta, various average values T1, F1, Ta1, and standard deviations T2, F2, Ta2 for each measurement depth. The data acquisition unit 32 then obtains the rotational torque T, the pushing force F, the maximum depth D, the elapsed time t after filtering processing, the integrated torque Ta, and various average values T1, F1, Ta1 and standard deviations T2, F2, Excavation record data associated with Ta2 is acquired for each measurement depth. The data acquisition unit 32 outputs the acquired excavation record data to the management unit 31. The management unit 31 stores the excavation record data output by the data acquisition unit 32 in the memory 31a in association with the design data stored in the memory 31a.

推定処理(ステップS4-2)において、管理部31は、最新の掘削記録データと設計土質データとをN値推定部35に出力する。N値推定部35は、N値推定モデル記憶部42に記憶されているN値推定モデルに、掘削記録データおよび設計土質データを入力要素として入力する。そして、N値推定部35は、N値推定モデルの出力層に出力された値を最大深度Dにおける推定N値として算出する。また、管理部31は、最新の掘削記録データを土質推定部36に出力する。土質推定部36は、土質推定モデル記憶部43に記憶されている土質推定モデルに、掘削記録データおよびN値推定部35が算出した推定N値を入力要素として入力する。そして、土質推定部36は、土質推定モデルの出力層に出力された値に対応する土質を最大深度Dにおける実際の土質として推定する。 In the estimation process (step S4-2), the management unit 31 outputs the latest excavation record data and design soil data to the N value estimation unit 35. The N-value estimation unit 35 inputs the excavation record data and the design soil data as input elements to the N-value estimation model stored in the N-value estimation model storage unit 42. Then, the N value estimation unit 35 calculates the value output to the output layer of the N value estimation model as the estimated N value at the maximum depth D. Furthermore, the management unit 31 outputs the latest excavation record data to the soil quality estimation unit 36. The soil estimation unit 36 inputs the excavation record data and the estimated N value calculated by the N value estimation unit 35 as input elements to the soil estimation model stored in the soil estimation model storage unit 43. Then, the soil quality estimation unit 36 estimates the soil quality corresponding to the value output to the output layer of the soil quality estimation model as the actual soil quality at the maximum depth D.

出力処理(ステップS4-3)において、管理部31は、掘削記録取得処理および推定処理などによって得られた情報を設計データとともに表示装置H13などに出力する。
図8は、表示装置H13における表示の一部を例示している。表示装置H13には、設計N値、推定N値、回転トルクT、積算トルクTa、所要時間(各最大深度まで掘削するのに要した時間)、フィルタリング処理後の経過時間t、押込み力F、設計土質、および、推定土質などが表示される。ここで、設計N値および推定N値が同じグラフ内に表示されることが好ましい。これにより、設計N値および推定N値の推移が理解しやすくなるとともに、設計N値と推定N値の比較がしやすくなる。また、設計土質と推定土質とが並ぶように表示されることが好ましい。これにより、設計土質と推定土質との比較がしやすくなる。
In the output process (step S4-3), the management unit 31 outputs the information obtained through the excavation record acquisition process and the estimation process to the display device H13 or the like together with the design data.
FIG. 8 illustrates part of the display on the display device H13. The display device H13 displays the design N value, estimated N value, rotational torque T, integrated torque Ta, required time (time required to excavate to each maximum depth), elapsed time t after filtering process, pushing force F, Design soil quality, estimated soil quality, etc. are displayed. Here, it is preferable that the design N value and the estimated N value are displayed in the same graph. This makes it easier to understand the changes in the design N value and the estimated N value, and also makes it easier to compare the design N value and the estimated N value. Further, it is preferable that the designed soil quality and estimated soil quality are displayed side by side. This makes it easier to compare the design soil quality and estimated soil quality.

支持層への到達判定(ステップS4-4)においては、推定N値および推定土質に基づいて、最大深度Dが支持層に到達したか否かが判定される。最大深度Dが支持層に到達していないと判定された場合、全周回転掘削機15による掘削が継続され、(ステップS4-1)~(ステップS4-4)が繰り返される。一方、最大深度Dが支持層に到達していると判定された場合、操作盤を操作して全周回転掘削機15による掘削を終了させるとともに、入力装置H12において掘削終了操作がなされる。掘削終了操作がなされると、管理部31は、メモリ31aに保存されている各種識別情報、設計データ、および、掘削記録データを消去する。 In the determination of reaching the supporting layer (step S4-4), it is determined whether the maximum depth D has reached the supporting layer based on the estimated N value and the estimated soil quality. If it is determined that the maximum depth D has not reached the support layer, excavation by the all-round rotary excavator 15 is continued, and (step S4-1) to (step S4-4) are repeated. On the other hand, if it is determined that the maximum depth D has reached the support layer, the operation panel is operated to end the excavation by the all-round rotary excavator 15, and an operation to end the excavation is performed using the input device H12. When the excavation end operation is performed, the management unit 31 erases various identification information, design data, and excavation record data stored in the memory 31a.

全周回転掘削機15による掘削が終了すると、ケーシングチューブ20の内側への配筋かごの建込作業が行われたのち、ケーシングチューブ20を引き抜きながらトレミー管を用いたコンクリート打設作業が行われる。これにより、掘削位置に杭が構築される。杭が構築されると、支持層到達判定装置30から各種計測器の配線を取り外す作業が行われたのち、次の掘削位置について掘削前工程と掘削工程とが行われる。なお、支持層到達判定装置30は、2回目以降の掘削前工程においては、設計データの登録が省略されるように構成されてもよい。 When the excavation by the all-round rotating excavator 15 is completed, a reinforcing cage is built inside the casing tube 20, and then concrete placement using a tremie pipe is performed while pulling out the casing tube 20. . This will build a pile at the excavation location. When the pile is constructed, the wiring of various measuring instruments is removed from the support layer arrival determination device 30, and then a pre-excavation process and an excavation process are performed for the next excavation position. Note that the support layer arrival determination device 30 may be configured so that registration of design data is omitted in the second and subsequent excavation pre-processes.

本実施形態の効果について説明する。
(1)支持層到達判定装置30においては、実績掘削データと設計土質データとを入力層、測定N値を出力層として生成されたN値推定モデルを用いて推定N値が算出される。また、実績掘削データと測定N値とを入力層、実際の土質を出力層として生成された土質推定モデルを用いて土質が推定される。そのため、推定N値および推定土質の精度が高められることから、最大深度Dが支持層に到達した否かを高い精度のもとで判定することができる。
The effects of this embodiment will be explained.
(1) In the support layer attainment determination device 30, an estimated N value is calculated using an N value estimation model generated using actual excavation data and design soil data as an input layer and a measured N value as an output layer. In addition, soil quality is estimated using a soil quality estimation model generated using actual excavation data and measured N values as an input layer and actual soil quality as an output layer. Therefore, since the accuracy of the estimated N value and the estimated soil quality is increased, it is possible to determine with high accuracy whether the maximum depth D has reached the supporting layer.

(2)計測深度ごとに取得される経過時間tにフィルタリング処理が行われることにより、ケーシングチューブ20の継ぎ足し作業が行われた場合など、経過時間tの異常値を除去することができる。その結果、推定N値および推定土質の精度をさらに高めることができる。 (2) By performing a filtering process on the elapsed time t acquired for each measured depth, abnormal values of the elapsed time t, such as when the casing tube 20 is added, can be removed. As a result, the accuracy of the estimated N value and estimated soil quality can be further improved.

(3)フィルタリング処理においては、条件設定区間における経過時間tの中央値tcに基づいて判定値が設定される。これにより、経過時間tの異常値に対してロバスト性をもった判定値を設定することができる。その結果、条件設定区間に経過時間tの異常値が含まれていたとしても、その異常値をより確実に除去することができる。 (3) In the filtering process, a determination value is set based on the median value tc of the elapsed time t in the condition setting section. Thereby, it is possible to set a determination value that is robust against an abnormal value of the elapsed time t. As a result, even if the condition setting interval includes an abnormal value of the elapsed time t, the abnormal value can be removed more reliably.

(4)異常値の代わりとして前後の経過時間tを線形補間した補正経過時間が設定されることにより、その異常値に対応する最大深度DにおけるN値および土質の高い精度のもとで推定することができる。 (4) By setting a corrected elapsed time obtained by linearly interpolating the elapsed time t before and after the abnormal value as a substitute for the abnormal value, it is estimated based on the N value and soil quality at the maximum depth D corresponding to the abnormal value with high accuracy. be able to.

(5)掘削記録データは、回転トルクT、押込み力F、および、積算トルクTaの各々の平均値T1,F1,Ta1および標準偏差T2,F2,Ta2を含んでいる。こうした構成によれば、掘削の進行にともなう掘削抵抗の変化を加味してN値および土質を推定することができる。 (5) The excavation record data includes average values T1, F1, Ta1 and standard deviations T2, F2, Ta2 of the rotational torque T, pushing force F, and integrated torque Ta. According to this configuration, the N value and the soil quality can be estimated by taking into account changes in excavation resistance as excavation progresses.

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態においては、全周回転掘削機15を用いたオールケーシング工法に支持層到達判定装置30および支持層到達判定方法を適用した。これに限らず、支持層到達判定装置30および支持層到達判定方法は、例えばアースオーガ工法のように、掘削機の掘削抵抗を取得することが可能な他の工法に適用することも可能である。
This embodiment can be modified and implemented as follows. This embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
- In the above embodiment, the support layer arrival determination device 30 and the support layer arrival determination method are applied to the all-casing construction method using the all-round rotating excavator 15. Not limited to this, the support layer arrival determination device 30 and the support layer arrival determination method can also be applied to other construction methods that can obtain the excavation resistance of an excavator, such as the earth auger construction method. .

・フィルタリング部53は、条件設定区間に基づいて設定した判定値ではなく、予め設定した判定値(一定値)に基づいて経過時間tのフィルタリングを行ってもよい。この場合の判定値は、例えば、設計データに基づいて深度ごとに設定されることが好ましい。 - The filtering unit 53 may filter the elapsed time t based on a preset judgment value (fixed value) instead of the judgment value set based on the condition setting section. The determination value in this case is preferably set for each depth based on design data, for example.

・支持層到達判定装置30は、管理部31、データ取得部32、N値推定モデル記憶部42、土質推定モデル記憶部43、N値推定部35、および、土質推定部36を有していればよい。そのため、支持層到達判定装置30は、学習済みのN値推定モデルおよび土質推定モデルを記憶した外部記憶媒体や外部端末などから、これらのモデルを取り込んで各記憶部42,43に記憶する構成であってもよい。 - The support layer attainment determination device 30 includes a management section 31, a data acquisition section 32, an N-value estimation model storage section 42, a soil estimation model storage section 43, an N-value estimation section 35, and a soil estimation section 36. Bye. Therefore, the supporting layer attainment determination device 30 is configured to import learned N-value estimation models and soil estimation models from external storage media or external terminals that store these models and store them in the respective storage units 42 and 43. There may be.

・上記実施形態においては、測定N値や実際の土質を正解データとする教師あり学習により各種モデルを生成した。これに限らず、N値推定モデルは、実績掘削データおよび設計土質データを入力層とする教師なし学習により生成されてもよい。また、土質推定モデルは、実績掘削データおよびN値推定モデルの出力結果を入力層とする教師なし学習により生成されてもよい。また、こうした構成において、管理部31は、推定処理の終了時に、メモリ31aに保存されている各種識別情報、設計データ、および、掘削記録データをデータ記憶部41に記憶することが好ましい。これにより、その掘削記録データを用いて各学習部33,34がさらに機械学習を行うことができるため、各種モデルの精度を高めることができる。 - In the above embodiment, various models were generated by supervised learning using the measured N value and actual soil quality as correct data. The N-value estimation model is not limited to this, and may be generated by unsupervised learning using actual excavation data and design soil data as input layers. Further, the soil quality estimation model may be generated by unsupervised learning using actual excavation data and the output results of the N-value estimation model as input layers. Further, in such a configuration, it is preferable that the management unit 31 stores various identification information, design data, and excavation record data stored in the memory 31a in the data storage unit 41 at the end of the estimation process. Thereby, each of the learning units 33 and 34 can further perform machine learning using the excavation record data, so that the accuracy of various models can be improved.

・機械学習法として説明可能なXAIを用いた場合には、貢献度の高い入力要素が表示装置H13に表示されてもよい。こうした構成によれば、その時々の状況に応じてどのような入力要素の貢献度が高いかを把握することができる。 - When XAI, which can be explained as a machine learning method, is used, input elements with a high degree of contribution may be displayed on the display device H13. According to such a configuration, it is possible to grasp which input element has a high degree of contribution depending on the situation at the time.

・支持層到達判定装置30は、機械学習法を選択する選択部を有していてもよい。選択部は、その時々の状況や各種の設定に応じて、例えば、その時々の設計データや入力要素の貢献度等に応じて機械学習法を選択する。 - The support layer attainment determination device 30 may have a selection unit that selects a machine learning method. The selection unit selects a machine learning method according to the situation at the time and various settings, for example, according to the design data at the time, the degree of contribution of input elements, etc.

・支持層到達判定装置30は、推定N値および推定土質に基づいて、最大深度が支持層に到達したか否かを判定する判定部を有していてもよい。判定部は、例えば、推定N値と推定土質とを入力層、支持層に到達しているか否かを出力層とする機械学習によって生成される判定モデルによって構成することができる。なお、判定モデルの入力層には、抵抗データや設計土質データが含まれていてもよい。 - The support layer reaching determination device 30 may include a determination unit that determines whether the maximum depth has reached the support layer based on the estimated N value and the estimated soil quality. The determination unit can be configured, for example, by a determination model generated by machine learning in which the estimated N value and the estimated soil quality are used as an input layer, and whether or not the support layer has been reached is used as an output layer. Note that the input layer of the determination model may include resistance data and design soil data.

・上記実施形態において、フィルタリング部53は、基準経過時間tsと基準経過時間tsの前後2つの経過時間tとを除去対象時間に設定した。これに限らず、フィルタリング部53は、経過時間tの最新値を基準経過時間および除去対象時間に設定してもよい。 - In the above embodiment, the filtering unit 53 sets the reference elapsed time ts and the two elapsed times t before and after the reference elapsed time ts as the removal target times. The present invention is not limited to this, and the filtering unit 53 may set the latest value of the elapsed time t as the reference elapsed time and the removal target time.

・上記実施形態において、データ取得部32は、計測深度ごとに、すなわち最大深度Dの変化に基づくタイミングを計測タイミングとして、掘削記録データを取得している。これに限らず、データ取得部32は、一定時間を計測タイミングとして、その一定時間ごとに掘削記録データを取得してもよい。一定時間は、例えば10secに設定される。 - In the above embodiment, the data acquisition unit 32 acquires excavation record data for each measured depth, that is, using timing based on a change in the maximum depth D as the measurement timing. However, the present invention is not limited to this, and the data acquisition unit 32 may acquire excavation record data every certain period of time, with a certain period of time as the measurement timing. The certain period of time is set to 10 seconds, for example.

一定時間ごとに掘削記録データを取得する場合、データ取得部32は、一定時間における回転トルク計測器22の計測値を平均した値を回転トルクT、押込み力計測器23の計測値を平均した値を押込み力Fとして取得する。また、データ取得部32は、一定時間と最大深度Dとに基づく値(=一定時間/一定時間における最大深度Dの変化量)を経過時間tとして取得する。 When acquiring excavation record data at regular time intervals, the data acquisition unit 32 calculates the average value of the measurement values of the rotational torque measuring device 22 over a certain period of time as the rotational torque T, and the average value of the measurement values of the pushing force measuring device 23. is obtained as the pushing force F. Furthermore, the data acquisition unit 32 acquires a value based on the fixed time and the maximum depth D (=fixed time/amount of change in the maximum depth D in the fixed time) as the elapsed time t.

また、一定時間ごとに掘削記録データを取得する場合、ケーシングチューブの継ぎ足し作業などが行われると、その作業時の深度付近において多くの掘削記録データが取得される。そのため、フィルタリング部53は、例えば所定の深度区間(例えば、0.1m)において複数の掘削記録データが取得された場合には、その深度区間における経過時間tのデータ数に閾値を設けてフィルタリング処理を実行することが好ましい。 Further, in the case where excavation record data is acquired at regular intervals, when work such as adding a casing tube is performed, a large amount of excavation record data is acquired near the depth at the time of the work. Therefore, for example, when a plurality of excavation record data are acquired in a predetermined depth section (for example, 0.1 m), the filtering section 53 sets a threshold value for the number of data in the elapsed time t in the depth section and performs filtering processing. It is preferable to carry out.

H10…情報処理装置、H11…通信装置、H12…入力装置、H13…表示装置、H14…記憶装置、H15…プロセッサ、10…地盤、15…全周回転掘削機、16…ベース装置、17…保持装置、18…回転機構、19…押込機構、20…ケーシングチューブ、21…動力装置、22…回転トルク計測器、23…押込み力計測器、25…変位計測器、30…支持層到達判定装置、31…管理部、31a…メモリ、32…データ取得部、33…N値学習部、34…土質学習部、35…N値推定部、36…土質推定部、41…データ記憶部、42…N値推定モデル記憶部、43…土質推定モデル記憶部、51…計測値取得部、52…経過時間取得部、53…フィルタリング部、54…積算トルク算出部、55…平均値算出部、56…標準偏差算出部。 H10...information processing device, H11...communication device, H12...input device, H13...display device, H14...storage device, H15...processor, 10...ground, 15...all-round rotating excavator, 16...base device, 17...holding Device, 18... Rotating mechanism, 19... Pushing mechanism, 20... Casing tube, 21... Power device, 22... Rotating torque measuring device, 23... Pushing force measuring device, 25... Displacement measuring device, 30... Support layer arrival determination device, 31... Management section, 31a... Memory, 32... Data acquisition section, 33... N value learning section, 34... Soil quality learning section, 35... N value estimation section, 36... Soil quality estimation section, 41... Data storage section, 42... N Value estimation model storage section, 43... Soil estimation model storage section, 51... Measured value acquisition section, 52... Elapsed time acquisition section, 53... Filtering section, 54... Integrated torque calculation section, 55... Average value calculation section, 56... Standard Deviation calculation section.

Claims (6)

掘削機による掘削が支持層に到達したことを判定する支持層到達判定装置であって、
予め設定した計測タイミングごとに、前記掘削の最大深度と前記掘削機の掘削抵抗に関する値とで構成された掘削記録データを取得するデータ取得部と、
地盤調査の結果に基づく深度と土質との関係を示す設計土質データを記憶する設計土質記憶部と、
前記掘削記録データと前記設計土質データとを入力要素に含むN値推定モデルを用いて推定N値を算出するN値推定部と、
前記掘削記録データと前記推定N値とを入力要素に含む土質推定モデルを用いて土質を推定する土質推定部と、を備える
支持層到達判定装置。
A support layer arrival determination device that determines that excavation by an excavator has reached the support layer,
a data acquisition unit that acquires excavation record data consisting of the maximum depth of excavation and a value related to excavation resistance of the excavator at each preset measurement timing;
a design soil storage unit that stores design soil data indicating a relationship between depth and soil quality based on the results of a ground survey;
an N value estimation unit that calculates an estimated N value using an N value estimation model that includes the excavation record data and the design soil data as input elements;
A support layer reaching determination device, comprising: a soil quality estimating unit that estimates soil quality using a soil quality estimation model that includes the excavation record data and the estimated N value as input elements.
前記データ取得部は、
単位深さだけ掘削するのに要する経過時間を取得する経過時間取得部と、
前記経過時間に対してフィルタリング処理を行うフィルタリング部と、を備え、
前記フィルタリング処理後の経過時間を前記掘削記録データの構成要素として取得する
請求項1に記載の支持層到達判定装置。
The data acquisition unit includes:
an elapsed time acquisition unit that acquires the elapsed time required to excavate a unit depth;
a filtering unit that performs filtering processing on the elapsed time,
The support layer arrival determination device according to claim 1, wherein the elapsed time after the filtering process is acquired as a component of the excavation record data.
前記フィルタリング部は、
基準経過時間を設定するとともに前記基準経過時間に対応する最大深度に至るまでの所定の区間を条件設定区間に設定し、
前記条件設定区間における経過時間の中央値に基づいて異常条件を設定し、
前記基準経過時間が前記異常条件を満たす場合に当該基準経過時間を異常値として除去する
請求項2に記載の支持層到達判定装置。
The filtering section includes:
setting a reference elapsed time and setting a predetermined section up to the maximum depth corresponding to the reference elapsed time as a condition setting section;
setting an abnormal condition based on the median elapsed time in the condition setting interval;
The support layer attainment determining device according to claim 2, wherein when the reference elapsed time satisfies the abnormal condition, the reference elapsed time is removed as an abnormal value.
前記フィルタリング部は、
前記基準経過時間と前記基準経過時間の前後の経過時間とを除去対象時間に設定し、
前記異常条件を満たす前記除去対象時間を異常値として除去する
請求項3に記載の支持層到達判定装置。
The filtering section includes:
setting the reference elapsed time and the elapsed time before and after the reference elapsed time as the removal target time;
The support layer arrival determination device according to claim 3, wherein the removal target time that satisfies the abnormal condition is removed as an abnormal value.
前記掘削機は、ケーシングチューブを回転させる回転機構と前記ケーシングチューブを地中に押し込む押込機構とを有する全周回転掘削機であり、
前記データ取得部は、
前記掘削機の掘削抵抗に関する値として、計測タイミングごとに、前記回転機構の回転トルク、前記押込機構の押込み力、および、前記回転トルクに基づく積算トルクを取得するとともに、前記回転トルク、前記押込み力、および、前記積算トルクの各々について、最大深度に至るまでの所定の区間を算出対象区間として、前記算出対象区間における値を母集団とする平均値および標準偏差を取得する
請求項1~4のいずれか一項に記載の支持層到達判定装置。
The excavator is a full-circumference rotating excavator having a rotation mechanism that rotates a casing tube and a pushing mechanism that pushes the casing tube into the ground,
The data acquisition unit includes:
As values related to the excavation resistance of the excavator, the rotational torque of the rotating mechanism, the pushing force of the pushing mechanism, and the integrated torque based on the rotating torque are obtained at each measurement timing, and the rotating torque and the pushing force are obtained. , and for each of the integrated torques, a predetermined section up to the maximum depth is set as a calculation target section, and an average value and a standard deviation are obtained using the values in the calculation target section as a population. The support layer attainment determination device according to any one of the items.
支持層到達判定装置を用いて、掘削機による掘削が支持層に到達したことを判定する支持層到達判定方法であって、
前記支持層到達判定装置が、
予め設定した計測タイミングごとに、前記掘削の最大深度と前記掘削機の掘削抵抗に関する値とで構成された掘削記録データを取得する工程と、
地盤調査の結果に基づく深度と土質との関係を示す設計土質データを記憶する工程と、
前記掘削記録データと前記設計土質データとを入力要素に含むN値推定モデルを用いて推定N値を算出する工程と、
前記掘削記録データと前記推定N値とを入力要素に含む土質推定モデルを用いて土質を推定する工程と、を実行する
支持層到達判定方法。
A support layer arrival determination method for determining that excavation by an excavator has reached the support layer using a support layer arrival determination device, the method comprising:
The support layer attainment determination device includes:
a step of acquiring excavation record data consisting of the maximum depth of the excavation and a value related to the excavation resistance of the excavator at each preset measurement timing;
a step of storing design soil data indicating the relationship between depth and soil quality based on the results of a ground survey;
calculating an estimated N value using an N value estimation model that includes the excavation record data and the design soil data as input elements;
a step of estimating soil quality using a soil quality estimation model including the excavation record data and the estimated N value as input elements.
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