JP3136202B2 - 掘進機の地盤探査装置 - Google Patents

掘進機の地盤探査装置

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JP3136202B2 JP04227306A JP22730692A JP3136202B2 JP 3136202 B2 JP3136202 B2 JP 3136202B2 JP 04227306 A JP04227306 A JP 04227306A JP 22730692 A JP22730692 A JP 22730692A JP 3136202 B2 JP3136202 B2 JP 3136202B2
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博義 笠
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、掘進機前方の地盤を探
査する掘削機の地盤探査装置に関する。
【0002】
【従来の技術】掘進機のシールド面板に送波器と受波器
をそれぞれ並設し、送波器から音波を発信して地層境界
や地盤中の障害物に向けて音波を反射することにより、
上記受波器で受信した信号を信号波形として掘進機前方
の地盤を探査していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、前方からの反射波とシールド面板から直接受
波される音波とを受信し、両者の区別が難しく、時には
発信した音波が前方の障害物からの反射波ではなく、掘
進機本体から直接伝搬してきた受信波のみの場合もあっ
た。
【0004】本発明では、上記従来の欠点を解消しよう
とするものであり、その目的とするところは本来必要と
する掘進機前方における地盤を正確に現わす掘進機の地
盤探査装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたものであり、その要旨は、掘進機
のシールド面板に設け、音波を発信する送波器と、その
発信された音波が地盤中の人工構造物や埋設物などの障
害物に反射して返ってくる音波と、前記送波器からシー
ルド面板上を伝わってくる音波とを受信するやはりシー
ルド面板に設けた受波器と、該受波器に設け、前記シー
ルド面板から伝わってくる音波などの不要な波形を計測
する振動計と、からなる地盤探査装置において、前記送
波器とは別に、シールド面板前方の地盤中に突出するシ
ャフトの先端部に配置し、音波を前記受波器に直接発信
して、該受波器までの音波速度と音波の減衰の度合いに
より前記掘進機がこれから掘進する土質を判断するため
に、前記シールド面板の送波器とは別個に、先方送波器
を設けたことを特徴とする掘進機の地盤探査装置にあ
る。ここで、上記受波器の受信センサーに近接して設け
た振動計は、受波器を設置したシールド面板が、このシ
ールド面板に取り付けた受波器の受信センサー収納箱な
ど、シールド面板から伝わってくる送波器からの音波、
及び掘進機内の駆動音、作業音の掘進機固有の振動音な
どを受波器における受信と同等のものを受信できる場所
に備設する。
【0006】なお、上記受信センサー収納箱をゴムのよ
うな免震体にし、該免震体に受信センサーと振動計を取
り付けると受信センサーと振動計は共に掘進機固有の振
動音を零もしくは微少にすることができる。
【0007】
【作用】本発明である掘削機の地盤探査装置によれば、
シールド面板に設けた送波器からの発信音は、掘進機前
方の地盤内を進行して地層境界や人工敷設物等の障害物
に当たり反射してシールド面板に設けた受波器に受信さ
れる受信音と同時に、掘進機のシールド面板には上記送
波器と掘削機自体が発する音波が上記受信音と重なって
受波器の受信センサーに受信される。
【0008】一方、振動計にはシールド面板に伝わって
受信される、上記送波器から直接に伝達する音波と掘進
機の駆動音や作業音などの掘進機独自の音波、すなわち
ノイズが伝えられる。そこで、上記受信センサーに受信
されたノイズ波形を含む信号波形から上記ノイズ波形を
除去することにより本来求められる実効波形が得られ
る。
【0009】そして、本発明の特徴は、上記シールド面
板に設けた送波器と受波器を備えることを前提として、
掘進機前方の地盤中に先方送波器を配置することによ
り、この先方送波器と前記受波器間での音波速度と音波
の減衰の度合いを計測して、これから掘進する土質を判
断する。
【0010】
【実施例】以下に本発明である掘進機の地盤探査装置の
実施例を添付図面に基づいて説明する。
【0011】図1は本発明装置を縦断面で示す概略説明
図であり、図2は図1における先方送波器の拡大図であ
る。図3は図2とは別の先方送波器の拡大説明図であ
る。図4は図1の受波器の拡大説明図である。図5は掘
進器のシールド面板における送受波器によって得られた
従来装置での受波波形、図6は振動計により計測された
波形、及び図7は図5の波形から図6の波形を差し引い
た波形である。
【0012】図1乃至図4において、掘進機1の前部に
カッターヘッド4があり、その中心にセンターシャフト
3を設けると共に前面となるシールド面板2にカッター
刃10を備えている。
【0013】シールド面板2には、従来同様に、音波を
発信する送波器6と、発信された音波を土砂中の岩盤な
どの障害物に反射して帰ってくる信号を受信する受波器
8とをそれぞれセンサー収納箱16,18内に配置す
る。
【0014】一方、本発明装置の特徴の一つである先方
送波器7は、上記センターシャフト3から、前記の地盤
中に押圧、ボーリング又はドリル等の公知の方法によっ
て、突出するシャフト5を配置し、その先端部に内蔵し
ている。また、上記先方送波器7には、音波を送発信す
るための通信ケーブル9を配してセンサー収納箱17内
の発信センサーに接続する。
【0015】先方送波器7の詳細は、図2と図3に示す
ように、いずれもシールド面板2から突出したシャフト
5の先端部に配置したセンサー収納箱内に受信センサー
を入れたものであるが、このシャフト5は突出した状態
でシールド面板に固定してもよいが、現実には地盤掘進
上、邪魔になるので図3に示すねじを切った先端コーン
12を回転させて地盤内を推進して突出させるか、予め
ボーリングやドリルによって穿孔してから、センターシ
ャフト3内に収納したシャフト5をネジ11等で接続し
ながら突出させることが好ましい。
【0016】さらに、受波器8の詳細は、図4に示すよ
うに、シールド面板2にセンサー収納箱16を設け、箱
16内に受信センサー13をボルト14で固定してその
前面空間を油液で満している。また、受信センサー13
からの音波はデータ変換器19を経て通信ケーブル20
によりコンピュータ及びディスプレイへと送信される。
また、上記受信センサー13を固定したボルト14の近
傍には、センサー収納箱16を介してシールド面板2か
らの振動をキャッチする振動計15が固定され、振動計
からの信号を上記したテータ変換器19に接続して、上
記受信センサー13からの信号と並行に受信される。な
お、21は液体としての音波伝搬媒体であり22は空気
からなる音波絶縁体である。
【0017】なお、センサー収納箱16は防振金属から
なる防振体とすることで、掘進機の駆動音や作業音など
のノイズが直接入ってくることを零もしくは微少にする
ことにより、地盤探査測定の精度を上げることができ
る。また、送波器6と受波器8とは、送受信センサーの
別があるものの、同様の構造で成り、したがって送受波
器6,8を交換しても、受波器を複数配置しても測定で
きる。
【0018】上記構成からなる本発明装置を用いた、別
の発明としての地盤探査方法について以下に説明する。
【0019】送波器6により、掘進機1の前方へ音波を
発信する。発信された音波は、地盤中の人工構造物や埋
設物などの障害物に反射して返ってくる音波を受波器8
により受信するが、この際、送波器6からシールド面板
2上を伝わってくる音波も含まれる。この不要な波は、
障害物から反射された音波と共に受信センサー13に入
ってくるが、振動計15にも計測しておく。こうして計
測した音波は、前方からの反射波やシールド面板を伝わ
る音波あるいは掘進機本体の振動等、種々雑多なものを
含んだ波形を現わす(図5)。そこで、このような波形
から振動計から計測した波形(図6)を演算によって差
し引きすることで、図7のような不必要な振動を除いた
正確な計測波形を得ることができるために、より正確な
地盤の探査計測の判定が得られる。
【0020】つぎに、上記受波器には、反射波が受波器
8に帰ってくるが、これでは掘進機前方の土の性質を知
るために必要な土中での、音波速度や減衰の度合いを測
ることができない。すなわち、上記反射波はこれが障害
物と衝突した際に、送波時と受波時の音圧の差となって
音圧に減衰が生じ、また反射するときに送受信時間、発
信周波数、及び距離から求められる土質を計測する要素
の中の送受信時間で測る音速にも狂いが生じる。そこ
で、本発明では上述したセンターシャフト3内に収納し
たシャフト5を前方に回転しながら先端コーン12を押
し出す。押し出した長さによってはネジ11でシャフト
を接続しておく。
【0021】シャフト5の先端が地盤の所定位置に達す
ると、先方送波器7から音波を発信する。この音波は、
直接受信器8に達するので、先方送波器7から受信器8
までの土質が正確な音波速度や発信した音波の減衰の度
合いにより判断できる。また、先方送波器7からの音波
はさらに前方の障害物からの反射波をも受波器8で受信
されるが、上記した直接受信される音波の波形とは時間
的に明らかに遅れるので計測上問題ない。
【0022】
【発明の効果】本発明装置は、今まで単に送波器から掘
進機の前方地盤に音波を発信して、地盤中の障害物に反
射して返ってくる音波を受波器で受信することで、これ
から掘進する前方の障害物がおおよその位置にあること
しか判らない。つまり、掘進機からの障害物の位置を正
確に測るには、上記
【0021】において記載した不都合な理由により、音
波速度や音波の減衰の度合いを測ることが不正確であっ
たものを、本発明により、上記送波器とは別に掘進機前
方の地盤中に設置した先方送波器から前記と同じ受波器
に直接受波することで、両器間の音波速度と音波の減衰
が測れるので、これから掘進する土質の判断がなされる
ことで、上記障害物までの距離をより正確に把握するこ
とができるようにした。またこの他に、本発明装置で
は、受波器が受信したこれから掘進する地盤を測定した
波形と地盤の測定とは不要なシールド面板から伝わって
くる波形とを含む波形から、受波器に設けた振動計によ
り上記した不要な波形を差し引くことでこれから掘進す
る地盤のより正確な波形を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置の縦断概要図である。
【図2】図1における先方送波器の要部拡大図である。
【図3】図2とは別の実施例を示す要部拡大図である。
【図4】図1の受波器の要部拡大図である。
【図5】従来装置としての受波器での受波波形である。
【図6】図4の振動計により計測された波形である。
【図7】図5から図6を演算により差し引いた波形であ
る。
【符号の説明】
1 掘進機 2 シールド面板 5 シャフト 6 送波器 7 先方送波器 8 受波器
フロントページの続き (72)発明者 巽 治 東京都港区北青山2−5−8 株式会社 間組内 (72)発明者 木下 正生 大阪府大阪市此花区西九条5丁目3番28 号 日立造船株式会社内 (72)発明者 森井 俊明 大阪府大阪市此花区西九条5丁目3番28 号 日立造船株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−223289(JP,A) 特開 昭63−280192(JP,A) 特開 平2−276987(JP,A) 特開 昭64−17992(JP,A) 特開 平2−28586(JP,A) 特開 平3−85483(JP,A) 特開 平6−75039(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/52 - 7/64 G01S 15/00 - 15/96 E21D 9/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 掘進機のシールド面板に設け、音波を発
    信する送波器と、その発信された音波が地盤中の人工構
    造物や埋設物などの障害物に反射して返ってくる音波
    と、前記送波器からシールド面板上を伝わってくる音波
    とを受信するやはりシールド面板に設けた受波器と、該
    受波器に設け、前記シールド面板から伝わってくる音波
    などの不要な波形を計測する振動計と、からなる地盤探
    査装置において、 前記送波器とは別に、シールド面板前方の地盤中に突出
    するシャフトの先端部に配置し、音波を前記受波器に直
    接発信して、該受波器までの音波速度と音波の減衰の度
    合いにより前記掘進機がこれから掘進する土質を判断す
    るために、前記シールド面板の送波器とは別個に、先方
    送波器を設けたことを特徴とする掘進機の地盤探査装
    置。
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