JP3165629B2 - 壁面測定装置および壁面測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、超音波を利用し壁
面の３次元データを測定する壁面測定装置および方法に
関する。

【０００２】

【発明の背景】土木工事における地下連壁工法、縦坑掘
削工法などでは掘削壁の鉛直性や掘削幅を確保するため
に壁面の掘削精度の測定が必要である。

【０００３】例えば、地下連壁工法は、掘削溝に安定液
を満たし壁面の崩壊を防ぎながら地中に溝を掘削し、こ
の中に鉄筋コンクリート壁を造ることによって、土留め
壁、止水壁、構造物の基礎、地下構造壁などを構築する
ものである。

【０００４】このため、掘削溝内は安定液と土砂などが
混合された混濁液の状態であり、掘削壁面は地下深くま
で及ぶことも多く、直接的な壁面形状の測定は難しい。

【０００５】このような特殊性を持つ地下連壁工法、縦
坑掘削工法などにおける壁面の掘削精度の測定の一つの
方法として、超音波を用いて壁面形状の測定が有効であ
る。

【０００６】掘削壁面の超音波を利用した従来の形状測
定は、単一方向を向いたビームを発する超音波送受信部
をウインチなどによって昇降させながら壁面の形状を測
定するものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の測定法
では、超音波センサの昇降手段による一回の上昇または
下降の動作の間には、昇降経路に沿って壁面の表面形状
しか測定できないこと、また、壁面全体の形状を把握す
るには、位置をずらしながら超音波センサの昇降手段に
よる上昇または下降を繰り返す必要があり長時間を要す
こと、などの問題点がある。

【０００８】また、掘削途中において、リアルタイムの
掘削壁面形状の把握ができないという問題点もある。

【０００９】本発明は、上述のような検討結果に基づき
なされたものであり、その目的は、壁面全体の３次元デ
ータの把握が比較的短時間で可能な壁面測定装置、測定
方法ならびにその方法を用いた新規な掘削管理方法を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】（１）前記課題を解決す
るため、超音波を送受信する超音波送受信部と、縦坑ま
たは溝内において、前記超音波送受信部を昇降させる昇
降手段と、前記超音波送受信部の送信する超音波ビーム
を、そのビーム走査面が前記昇降方向と交差するように
走査する超音波走査手段と、少なくとも、前記超音波送
受信部の受信信号と、前記超音波ビームの走査方向と、
前記超音波送受信部の昇降位置とに基づき、超音波送信
方向の壁面の３次元データを演算する壁面データ演算手
段と、を含み、前記超音波送受信部の移動経路に沿った
壁面の３次元データを前記超音波ビームの走査幅で測定
する壁面測定装置であって、 前記昇降手段は、 前記超音
波送受信部を一端側で吊持するワイヤと、 前記縦坑また
は溝の上方で、前記ワイヤを支持する支持部と、 前記ワ
イヤの他端側を卷装し、前記超音波送受信部を昇降させ
るワイヤ巻き上げ手段と、 前記支持部に吊持され、下端
に重りを取付け固定すると共に、 前記超音波送受信部と
スライド自在に係合された基準位置設定ワイヤと、 を含
むことを特徴とする。

【００１１】請求項１の発明の壁面測定装置は、超音波
送受信部が超音波ビームをスキャンしながら上昇または
下降することによって、超音波ビームの走査範囲内にあ
り、超音波送受信部の昇降範囲に対応する領域の壁面に
対して超音波ビームを送信する。そして、この受信波
と、対応する昇降位置と、対応する超音波ビームの方向
との情報をもとに、壁面の表面３次元データを、壁面デ
ータ演算手段の演算により求める。このため、壁面測定
装置は、壁面全体の３次元データを比較的短時間で把握
することができる。また、本発明の壁面測定装置は、超
音波送受信部をワイヤの一端で吊し、ワイヤを溝の上方
で支持部によって支持し、ワイヤの他端のワイヤ巻き上
げ手段によってワイヤの長さを調節して、超音波送受信
部の鉛直位置を変更する。これによって、壁面測定装置
は、超音波送受信部を所望の鉛直位置に設定することが
できる。 ここにおいて、前記昇降手段は、前記支持部か
ら吊持された基準位置設定ワイヤを含み、前記超音波送
受信部を前記基準位置設定ワイヤに沿って昇降させるよ
う形成される。 この壁面測定装置は、支持部から基準位
置設定ワイヤを吊し、そのワイヤの案内に沿って超音波
送受信部を昇降させる。このため、吊持ワイヤの振れに
よる超音波送受信部の主として水平平面内における望ま
しくない位置の変動と回転を抑制することができる。 さ
らに、本発明の壁面測定装置は、前記超音波送受信部の
姿勢を検出する検出手段を含み、前記壁面データ演算手
段は、検出された姿勢に基づき、壁面の３次元データを
補正演算するよう形成することが好ましい。 この壁面測
定装置は、検出手段によって超音波送受信部の姿勢を検
出し、その情報によって壁面上の各サンプル点の３次元
データを補正演算する。そのため、この壁面測定装置
は、超音波送受信部の姿勢の変化による壁面３次元デー
タの測定誤差を小さくすることができる。 さらに、本発
明の壁面測定装置は、前記超音波送受信部の取付ハウジ
ングに設けられ、安定液内での超音波送受信部の姿勢を
安定させる安定板を含むよう形成 することが好ましい。
この壁面測定装置は、超音波送受信部の取付ハウジング
から安定液内に突出するように設けられた安定板によっ
て、超音波送受信部の急激な姿勢の変動、特に鉛直線を
軸とした回転による姿勢の変動を防止する。そのため、
この壁面測定装置は、壁面形状測定における誤差を抑え
ることができる。

【００１２】（２）また、請求項２の発明の壁面測定装
置は、請求項１において、前記超音波走査手段は、超音
波ビームを所定角度幅で繰り返し走査するよう形成され
たことを特徴とする。

【００１３】請求項２の発明の壁面測定装置は、超音波
送受信部の一回の上昇または下降の動作の間に超音波ビ
ームを所定の角度幅で繰り返し走査する。すなわち、所
定の走査角度幅で所定の鉛直位置の壁面に超音波ビーム
を送信し、その反射波を受信する。このため、請求項２
の発明の壁面測定装置は、所定の走査角度幅で壁面表面
の３次元データを比較的短時間で測定することができ
る。

【００１４】（３）また、請求項３の発明の壁面測定装
置は、請求項２において、前記超音波送受信部は、異な
る方向に向け超音波ビームの送受信を行う少なくとも２
個の超音波トランスジューサを含むことを特徴とする。

【００１５】請求項３の発明の壁面測定装置は、少なく
とも２つの超音波トランスジューサによって超音波ビー
ムを異なる方向に向けて走査するため、超音波送受信部
の一回の上昇または下降の間に、より広い面積の壁面の
形状を得るための情報を集めることができる。例えば、
地下連壁工法における対向する壁面の測定では、少なく
とも２つの超音波トランスジューサを設け、一方を対向
する壁面の一方に向け、他方を対向する壁面の他方に向
けることによって、超音波送受信部の一回の上昇または
下降の動作の間に、両壁面の表面３次元データを得るこ
とができる。

【００１６】（４）また、請求項４の発明の壁面測定装
置は、請求項１において、前記超音波走査手段は、超音
波ビームを回転走査するよう形成され、前記壁面データ
演算手段は、前記回転走査方向に沿って、壁面の３次元
データを演算するようたことを特徴とする。

【００１７】請求項４の発明の壁面測定装置は、縦坑な
どの場合に使用され、超音波送受信部が上昇あるいは下
降する鉛直線を回転軸として超音波ビームを回転させる
ように走査し、壁面の全周に向けて超音波ビームを送信
する。このため、請求項４の発明の壁面測定装置は、超
音波送受信部の一回の上昇または下降の間に縦坑の壁面
の全周にわたる表面３次元データを得ることができる。

【００１８】（５）また、請求項５の発明の壁面測定装
置は、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記昇降手段
の昇降動作および前記超音波走査手段の超音波ビーム走
査を制御する制御手段を含むことを特徴とする。

【００１９】請求項５の発明の壁面測定装置は、昇降手
段の昇降動作と超音波走査手段の超音波ビームの走査と
を制御する制御手段を持つことによって、超音波ビーム
の発射される方向を確実にコントロールする。このた
め、請求項５の発明の壁面測定装置は、壁面の必要な部
分の形状を求めるための情報を必要最低限の時間で得る
ことができる。

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【００２４】

【００２５】

【００２６】

【００２７】

【００２８】（６）また、請求項６の発明は、超音波を
送受信する超音波送受信部を、縦坑または溝内において
昇降させるとともに、前記超音波送受信部の送信する超
音波ビームを、そのビーム走査面が前記昇降方向と交差
するように走査する工程と、 少なくとも、前記超音波送
受信部の受信信号と、前記超音波ビームの走査方向と、
前記超音波送受信部の昇降位置とに基づき、超音波送信
方向の壁面の３次元データを演算する工程と、 を含み、
前記超音波送受信部の一回の上昇または下降動作によ
り、その移動経路に沿った壁面の３次元データを前記超
音波ビームの走査幅で測定する壁面測定方法であって、
前記超音波送受信部を昇降させる工程において、下端に
重りを取付け固定した基準位置設定ワイヤに前記超音波
送受信部をスライド自在に係合させつつ、前記超音波送
受信部を吊持するワイヤを縦坑または溝の上方でワイヤ
巻き上げ手段により昇降させることを特徴とする。

【００２９】請求項６の発明の壁面測定方法では、超音
波送受信部が超音波ビームをスキャンしながら上昇また
は下降することによって、超音波ビームの所定の走査幅
内にあり、超音波送受信部の昇降範囲に対応するエリア
にある壁面に対して超音波ビームを送受信する。そし
て、この送受信波と、対応する昇降位置と、対応する超
音波ビームの方向との情報をもとに壁面の表面３次元デ
ータを、壁面データ演算手段の演算により求める。この
ため、請求項７の発明の壁面測定方法によれば、壁面全
体の３次元データの測定が比較的短時間で可能となる。
この場合、超音波送受信部をワイヤによって昇降させる
際に、動きの基準位置設定ワイヤに案内させながら、こ
れに沿って昇降させることで、吊持ワイヤの振れによる
超音波送受信部の主として水平面内における望ましくな
い位置の変動と回転を抑制することができる。

【００３０】

【００３１】

【００３２】

【００３３】

【００３４】

【００３５】

【００３６】

【００３７】

【００３８】

【００３９】

【００４０】

【００４１】

【００４２】

【００４３】

【００４４】

【００４５】

【００４６】

【００４７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につき
図面を参照して説明する。

【００４８】（１）第１の実施の形態 図１には、本発明が適用される地下連壁工法の一例が示
されている。

【００４９】地下連壁工法においては、まず地中に溝を
掘削するが、この掘削は掘削溝１８内に安定液１６を満
たし、掘削溝壁２０の崩落を防ぎながら行われる。次
に、この掘削溝１８の中に鉄筋コンクリート壁を作るこ
とによって、例えば土留め壁、止水壁、構造物の基礎、
地下構造壁などが構築される。

【００５０】実施例においては、ロータリ式掘削機１０
を使った地下連壁工法の概略を示す。同図に示したよう
に、ロータリ式掘削機１０を使った地下連壁工法では、
回転ピット１２を回転させて鉛直方向に向け地山を掘削
し、掘削土砂は安定液１６とともに吸い上げ、吸い上げ
ポンプ１４から排出される。

【００５１】ところで、地下連壁工法などの多くの土木
工法では、掘削溝壁２０の鉛直性や掘削幅を確実に確保
することが必要となる。しかし、掘削溝壁２０Ａ，２０
Ｂは、掘削中の振動やその他の原因によって、その一部
が崩落し、その鉛直性や掘削幅を確実に確保できないこ
とがある。図２には、掘削溝壁２０Ｂの壁面の一部が崩
落した状態が示されている。本来、この掘削溝壁２０Ｂ
は、図中二点鎖線で示す２０Ｂ′に沿って形成されるこ
とが好ましい。しかし、その一部に崩落が発生すると、
この崩落エリア２２の部分に窪みが生じ、このエリア２
２から崩落した土砂が底部に堆積し堆積エリア２４とな
る。この結果、掘削溝壁２０Ｂに凹凸が生じ、さらには
崩落土砂が堆積することによって掘削深度が浅くなり、
その後の工事に影響を与えることになる。

【００５２】このような望ましくない状況が壁面に発生
したことを認識するために、掘削溝壁２０の表面形状の
測定を行うことが重要となる。

【００５３】しかし、掘削溝１８内は安定液１６と土砂
などが混合された混濁液の状態にあり、しかも掘削溝壁
２０は地下深くまで達していることも多く、直接的な測
定法を用いても、掘削溝壁２０の壁面形状を測定するこ
とは困難である。

【００５４】このため、掘削溝壁２０の表面形状の超音
波を利用した測定が、このような掘削溝壁の測定に有効
となる。

【００５５】図３には、本発明の壁面測定装置の一例が
概略的に示されている。実施例の壁面測定装置は、図１
に示す掘削が終了した後、掘削溝１８の両掘削溝壁２０
Ａ，２０Ｂの３次元形状を、超音波送受信ユニット５０
を用いて測定するように形成されている。具体的には、
地上に設けられた昇降装置４０のワイヤ４２で、超音波
送受信ユニット５０を吊持した状態で、超音波送受信ユ
ニット５０を徐々に下降させる。そして、超音波送受信
ユニット５０からその両側に位置する掘削溝壁２０Ａ，
２０Ｂに向け超音波ビーム１００Ａ，１００Ｂを送受波
することにより、壁面形状を測定するように構成されて
いる。

【００５６】前記昇降装置４０は、図４に示すよう、巻
上部４６と、一端が前記巻上部４６に巻回され多端が前
記超音波送受信ユニット５０に取付け固定されたワイヤ
４２と、所定の測定部位に設置され超音波送受信ユニッ
ト５０と巻上部４６との間でワイヤ４２を支持する支持
部４４とを含むように構成される。この支持部４４は、
超音波送受信ユニット５０の真上に位置するように設置
する必要があるため、実施例では、この支持部４４は、
掘削溝１８を跨ぐようその両端が設置される移動型設置
アーム４８の中央に取付け固定されている。そして、掘
削溝壁２０の測定位置に合わせて、この前記支持アーム
４８を移動させ、超音波送受信ユニット５０を図中Ｚ方
向（掘削溝１８の長手方向）へ移動設置自在に形成され
ている。

【００５７】また、本実施例において、前記ワイヤ４２
内には、超音波送受信ユニット５０と演算制御装置３０
との間を連絡する、信号ライン及び電源ラインが設けら
れている。そして、演算制御装置３０は、巻上部４６を
制御しながら、超音波送受信ユニット５０を掘削溝１８
の底部に向け徐々に下降させる。

【００５８】本実施例の特徴は、この超音波送受信ユニ
ット５０の下降動作に連動して、超音波送受信ユニット
５０から、超音波ビーム１００を、そのビーム走査面１
１０が前記超音波送受信ユニット５０の下降方向と交差
するように走査することにある。実施例では、超音波送
受信ユニット５０の下降動作に合わせて、走査角θ_Mの
範囲内で、超音波ビームを水平方向に繰り返し走査する
よう形成されている。

【００５９】このようにすることにより、前記演算制御
装置３０は、前記超音波送受信ユニット５０の移動経路
に沿った掘削溝壁２０Ａ，２０Ｂの３次元形状を、前記
超音波ビーム１００Ａ，１００Ｂの走査角度幅θ_Mで測
定することができる。すなわち、巻上部４６を用い、超
音波送受信ユニット５０を一回下降または上昇させるこ
とにより、従来はラインに沿ってしか測定できなかった
掘削溝壁２０Ａ，２０Ｂの３次元形状を、走査角度幅θ
_Mに対応した幅ｄで測定することができ、掘削溝壁２０
Ａ，２０Ｂの形状の把握を比較的短時間で効率的に行う
ことが可能となる。

【００６０】図８には、図２に示すようその一部が崩落
した掘削溝壁２０Ｂの測定データが概略的に示されてい
る。同図に示すよう、実施例の演算制御装置３０は、一
回の測定動作により、超音波ビーム１００Ｂの走査幅ｄ
の範囲で、超音波送受信ユニット５０の昇降経路に対応
した深さｈ_Maxのエリアで掘削溝壁２０の３次元形状を
測定し、これを図示しないディスプレイ上に画像表示す
ることができる。なお、図８では、掘削溝壁２０Ｂの壁
面の凹凸を、等高線で図示するように測定画像が表示さ
れる。これにより、その３次元形状を、視覚的に正確に
把握することが可能となる。

【００６１】図５には、前記超音波送受信ユニット５０
の具体的な構成が示されている。実施例の超音波送受信
ユニット５０は、円筒形状に形成されたハウジング５２
と、このハウジング５２内に設けられた超音波送受信部
５６と、この超音波送受信部５６から送受信される超音
波ビームを水平方向に走査する走査手段とを含んで構成
される。

【００６２】前記ハウジング５２は、その側面両側に、
所定角度幅θ_Mよりやや大きい音響窓５４Ａ，５４Ｂが
形成されており、この音響窓５４Ａ，５４Ｂには、超音
波ビームが透過可能な窓材が取付け固定されている。

【００６３】また、このハウジング５２内は、仕切板６
２，６４により３室に分離されており、この両仕切板６
２，６４間には、回転軸６０が回動自在に取付け固定さ
れている。回転軸６０には、超音波送受信部５６が一体
的に取付け固定されており、この送受信部５６の両端に
設けられた超音波トランスジューサ５８Ａ，５８Ｂが、
音響窓５４Ａ，５４Ｂと対向するように形成されてい
る。

【００６４】仕切板６２の裏面側には、超音波走査手段
としてモータ６６が設けられており、このモータ６６の
正逆転駆動により、回転軸６０を介し超音波送受信部５
６が図６に示すよう、所定走査角幅θ_Mで繰り返し回転
走査されるようになっている。

【００６５】これにおいて、前記ハウジング１２内にお
いて、仕切板６２，６４で囲まれた空間、すなわち超音
波トランスジューサ５８の存在する空間は所定の油で満
たされており、超音波送受信ユニット５０が安定液１６
内に位置する場合に、音響窓５４の内外での音響インピ
ーダンスがほぼ同程度になるように構成されている。こ
れにより、音響窓５４の境界面における、超音波ビーム
の反射によるエネルギーロスを少なくし、超音波ビーム
の送受波を効率良く行うことができる。

【００６６】図９には、実施例の壁面測定装置の回路構
成の一例が示されている。

【００６７】実施例の装置は、前記演算制御装置３０
と、操作部３６と、表示装置３８と、送受信回路７０
と、超音波送受信部５６と、走査部６６とを含んで構成
される。

【００６８】前記演算制御装置３０，操作部３６および
表示装置３８は、地上側に設けられている。

【００６９】前記送受信回路７０，超音波送受信部５
６、および走査部として機能するモータ６６は、超音波
送受信ユニット５０のハウジング５２内に設けられてい
る。

【００７０】そして、前記送受信回路７０は、超音波送
受信部５６の超音波トランスジューサ５８Ａ，５８Ｂを
駆動し、超音波ビームの送受信を行うよう構成されてい
る。具体的には、この送受信回路７０は、トリガパルサ
７２，送信パルサ７４，送受分離回路７６，ＳＴＣ（Ｓ
ｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ Ｔｉｍｅ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ）
回路７８，検波回路８０，増幅回路８２を含んで構成さ
れる。

【００７１】前記トリガパルサ７２は、後述するよう制
御手段３４から送信を指示する信号が入力されると、ト
リガ信号を送信パルサ７４へ向け出力するように構成さ
れている。

【００７２】送信パルサ７４は、トリガ信号の入力と同
期して、送受分離回路７６を介し超音波送受信部５６の
各超音波トランスジューサ５８Ａ，５８Ｂに向け送信パ
ルサを出力して、各超音波トランスジューサ５８Ａ，５
８Ｂから超音波ビーム１００Ａ，１００Ｂを出力させ
る。

【００７３】このようにして出力された超音波ビーム１
００Ａ，１００Ｂは、掘削溝壁２０Ａ，２０Ｂで反射さ
れ、再度各超音波トランスジューサ５８Ａ，５８Ｂで受
信され、ここで電気信号に変換された後、送受分離回路
７６へ入力される。このとき、超音波トランスジューサ
５８Ａ，５８Ｂによって電気信号に変換された信号に
は、受信波以外に送信波の信号も混在するため、前記送
受分離回路７６は、超音波トランスジューサ５８Ａ，５
８Ｂから出力される信号から超音波ビーム１００の受信
信号のみを分離し、ＳＴＣ回路７８へ向け出力し、ここ
で受信信号を所定の利得に調整した後、検波回路８０へ
向け出力する。

【００７４】検波回路８０は、入力された超音波ビーム
の受信信号から、送信信号の変調波に対応する成分のみ
を取り出し、これを増幅回路８２を介して演算制御装置
３０へ向け出力する。

【００７５】このようにして、実施例の送受信回路７０
は、超音波トランスジューサ５８Ａ，５８Ｂに用いた超
音波ビーム１００Ａ，１００Ｂの送受波を行い、受信さ
れた信号を演算制御装置３０へ向け出力するように構成
されている。

【００７６】前記演算制御装置３０は、ＲＡＭと、所定
の演算制御プログラムが記憶されたＲＯＭと、ＣＰＵと
を含み、壁面データ演算手段３２および制御手段３４と
して機能するように形成されている。

【００７７】前記制御手段３４は、超音波送受信ユニッ
ト５０の昇降動作と、超音波トランスジューサ５８Ａ，
５８Ｂの駆動制御と、走査部として機能するモータ６６
を用いた超音波ビーム走査の制御とを行うように形成さ
れている。具体的には、この制御手段３４は、巻上部４
６へ向け超音波送受信ユニット５０の昇降位置制御用の
巻上制御信号を出力するとともに、モータ６６へ向け超
音波送受信部５６の走査方向θを指示する回転制御信号
を出力するとともに、トリガパルサ７２へ向け送信を指
示する信号を出力するように形成されている。

【００７８】前記壁面データ演算手段３２は、超音波ト
ランスジューサ５８Ａ，５８Ｂの送受信信号と、超音波
ビーム１００の走査方向と、超音波送受信部５６の昇降
位置とを記憶する記憶部を含み、記憶データに基づき前
記超音波送受信部５６の移動経路に沿って、超音波ビー
ムの走査幅ｄの壁面３次元形状を演算し、表示回路３８
上に表示するように形成されている。具体的には、超音
波ビームが送受波される毎に、トリガパルサ７２から出
力されるトリガ信号の出力タイミングと、増幅回路８２
から出力される受信信号の受信タイミングとの時間差に
基づき、各超音波トランスジューサ５８Ａ，５８Ｂと壁
面との距離を演算する。このとき、同時に、巻上部４６
へ出力された制御信号に基づき、各超音波トランスジュ
ーサ５８Ａ，５８Ｂの深さ（深さ方向のＹ座標データ）
を検出するとともに、走査部として機能するモータ６６
へ向けた駆動信号に基づき、超音波ビーム１００の走査
方向θを検出する。そして、これら各データに基づき、
超音波ビーム１００Ａ，１００Ｂの壁面２０Ａ，２０Ｂ
上での反射ポイントを特定し、当該各ポイントにおける
３次元データ（Ｘ，Ｙ，Ｚの各座標値）を演算する。そ
して、演算された３次元データを、図８に示すような画
像として表示装置３８上に表示する。

【００７９】特に、本実施例においては、図８に示すよ
う、壁面に垂直なＸ座標データが等しい箇所を、等高線
で結んで表示することにより、壁面の３次元形状を視覚
的に瞬時に理解することが可能となる。

【００８０】図１０には、実施例の壁面測定装置の具体
的な測定動作のフローチャートが示されている。

【００８１】まず、図３、図４に示すよう、掘削溝１８
の所定測定ポイントに支持部４４をセットすると共に、
この掘削溝１８の上方の開口位置に超音波送受信ユニッ
ト５０をセットする。このとき、図６に示すよう、超音
波送受信ユニット５０の音響窓５４Ａ，５４Ｂが、両側
の掘削溝壁２０Ａ，２０Ｂと相対向するようにハウジン
グ５２の姿勢を初期設定する。

【００８２】そして、壁面データ演算手段３２は、この
ときの超音波送受信ユニット５０の昇降位置ｈを、初期
値ｈ₀として記憶する（ステップＳ１０）。

【００８３】この状態で、測定を開始すると、まず走査
部として機能するモータ６６に向け、走査角θを初期値
θ₀に設定する制御指令が出力され（ステップＳ１
２）、最初の超音波の送受信動作が行われる（ステップ
Ｓ１４）。

【００８４】そして、この時の超音波送受信データがデ
ータ演算処理され、超音波ビーム１００Ａ，１００Ｂの
壁面反射ポイントにおける、３次元座標データ（Ｘ，
Ｙ，Ｚ）が求められる（ステップＳ１６）。

【００８５】その後、超音波ビームの走査角度θを、△
θだけ水平方向へ移動させ（ステップＳ１８）、同様に
して超音波ビームの送受信およびデータ処理を行う（ス
テップＳ１４，１６）。このようなステップＳ１４〜１
８の一例の処理を、走査角度θが、所定の走査角度θ_M
となるまで繰り返し行う。これにより、図７に示すよ
う、走査面１１０−１に沿った一回目の超音波ビーム１
００のビーム走査が、矢印１２０方向へ順次行われ、各
測定ポイントＰ₁，Ｐ₂…Ｐ_Kの３次元座標データが求め
られることになる。

【００８６】そして、前記ビーム走査角θが、所定基準
値θ_Mに達したと判断されると（ステップＳ２０）、巻
上部４６から△ｈ分だけワイヤが送り出され（ステップ
Ｓ２２）、同様にしてステップＳ１２〜Ｓ２０に示す動
作が繰り返し行われる。これにより、図７に示すよう、
走査面１１０−２に沿った掘削溝壁２０Ａ，２０Ｂの３
次元形状が測定することになる。

【００８７】このような一連の測定動作（ステップＳ１
２〜Ｓ２２）を、超音波送受信ユニット５０が所定深さ
ｈmaxに達するまで繰り返し行い、所定深さに達したと
判断された時点で（ステップＳ２４）、その測定を終了
し、超音波送受信ユニット５０が巻上げられることにな
る。

【００８８】次に、支持部４４を距離ｄだけ又軸方向に
移動設置し、同様にして測定を行う。

【００８９】このような測定動作を、壁面全体の測定が
終了するまでくり返して行う。

【００９０】以上説明したように、本実施例によれば、
超音波送受信ユニット５０の一回の昇降動作により、幅
ｄ（走査角θ_Mに相当する幅）および高さｈ_Maxの範囲
で、掘削溝壁２０Ａ，２０Ｂの壁面形状を３次元測定す
ることが可能となる。

【００９１】特に、本実施例によれば、図６に示すよ
う、超音波送受信ユニット５０の両側に向け超音波トラ
ンスジューサ５８Ａ，５８Ｂを設け、一回の測定で相対
向する両壁面２０Ａ，２０Ｂを同時測定するように構成
されている。これにより、地下連壁工法の場合のよう
に、相対向するように掘削溝壁２０Ａ，２０Ｂが存在し
ている場合に、その両方の壁面の測定をより効率的に行
うことができる。

【００９２】ここで、従来の測定法で得られる情報と、
本実施例の測定法で得られる情報とを比較してみる。

【００９３】従来の測定において、超音波トランスジュ
ーサを掘削溝で一回昇降させることによって得られる情
報は、掘削溝壁２０の一本の鉛直線に沿うサンプル点の
３次元情報である。これは、超音波トランスジューサ５
８の一回の上昇または下降動作によっては、図７に示す
Ａ−Ａラインに沿った線の情報しか得られないことを意
味する。

【００９４】これに対し、本実施例の測定方法によれ
ば、超音波トランスジューサ５８を掘削溝１８内で一回
上昇または下降させることによって、超音波ビーム１０
０の走査角度幅に対応する幅ｄで壁面の３次元形状を測
定できる。すなわち、図７において、超音波ビームの走
査角度幅ｄで、高さｈ_Maxのエリア内における壁面２０
の面の情報を得ることができる。このことから、本実施
例の測定方法によれば、従来技術に比べ、極めて効率的
に壁面の３次元形状を測定可能であることが理解されよ
う。

【００９５】なお、本実施例では、各水平走査が終了す
るまでは、超音波トランスジューサ５８の深さｈは変化
させないようにしたが、本実施例はこれに限らず、必要
に応じ、超音波トランスジューサ５８の深さｈを変化さ
せながら、超音波ビームの水平走査を行うようにしても
よい。

【００９６】（２）第２の実施の形態 図１１，図１２には、本発明の好適な第２実施例が示さ
れている。なお、前記第１実施例と対応する部材には同
一符号を付しその説明は省略する。

【００９７】本実施例の壁面測定装置は、縦坑２６の側
壁２０の３次元形状を連続測定するように形成したこと
を特徴とするものである。

【００９８】このため、実施例の超音波送受信ユニット
５０は、超音波ビーム１００を回転走査するように構成
されている。具体的には、ハウジング５２の側面に、音
響窓５４を３６０度の範囲で形成している。そして、走
査手段として機能するモータ６６を用い、超音波送受信
部５６を、図１１の矢印２００で示すよう３６０度の範
囲にわたって、連続的に回転走査するよう形成されてい
る。なお、前記第１実施例の超音波送受信部５６との違
いは、第１実施例では超音波送受信部５６の両端に、２
個の超音波トランスジューサ５８Ａ，５８Ｂが形成され
ていたのに対し、本実施例ではその一端側にのみ、超音
波トランスジューサ５８が形成されている点である。

【００９９】以上の構成とすることにより、超音波送受
信ユニット５０を図１２に示すよう、縦坑２６の上方か
ら次第に下降させ、これと同時に超音波送受信部５６を
連続的に回転走査することにより、図中一点鎖線２１０
で示すスパイラル曲線上の各測定ポイントＰ１，Ｐ２…
で、側壁２０の３次元座標を求めることができる。

【０１００】このようにすることにより、本実施例の壁
面測定装置によれば、縦坑２６の側壁２０の３次元形状
を、効率的に短時間で測定することかできる。

【０１０１】（３）第３の実施の形態 図１３には、本発明の好適な第３の実施例が示されてい
る。なお前記各実施例と対応する部材には、同一符号を
付してその説明は省略する。

【０１０２】前記各実施例では、超音波ビーム１００の
走査をモータ等を用いて機械的に行っているが、本実施
例では、超音波ビームの走査を電気的に行うことを特徴
とするものである。

【０１０３】すなわち、本実施例において、超音波送受
信部５６は、複数の超音波トランスジューサ５８−１，
５８−２…５８−５を所定間隔に配置した超音波トラン
スジューサアレーとして構成されており、このトランス
ジューサアレーを構成する各超音波トランスジューサ５
８に供給する駆動信号の位相を制御することによって、
超音波ビーム１００を水平方向に走査するよう構成され
ている。

【０１０４】例えば、各超音波トランスジューサ５８−
１，５８−２…５８−５に、順に所定の遅れ位相を持っ
た駆動信号を供給することにより、超音波ビーム１００
−１を送受信することができ、また前記位相遅れを逆に
することにより、超音波ビーム１００−３を送受信する
ことができる。また各トランスジューサ５８−１，５８
−２…５８−５を同じ位相で駆動することにより、超音
波ビーム１００−２を送受信することができる。

【０１０５】このように、本実施例によれば、超音波送
受信部５６のトランスジューサアレーを制御することに
より、超音波ビーム１００を所定の走査角度幅内で繰り
返し走査することができる。

【０１０６】特に、本実施例によれば、超音波ビーム１
００の走査が電気信号の処理によって行われるため、超
音波ビームの走査のための機械的構成を単純化でき、し
かも機械的な超音波ビームの走査に比べ、比較的高速の
スキャンも容易に行うことができる。

【０１０７】（４）第４の実施の形態 図１４には、本発明の好適な第４実施例が示されてい
る。

【０１０８】本実施例の特徴は、超音波送受信部５６が
設けられたハウジング５２の姿勢を安定化させ、より高
精度な壁面３次元形状の測定を可能とすることにある。

【０１０９】このため、本実施例の測定装置は、支持部
４８から、基準位置設定ワイヤ８０を吊持するよう構成
され、このワイヤ８０の下端部にワイヤ８０のブレを防
ぐための重り８２を取付け固定している。

【０１１０】そして、ハウジング５２は、前記基準位置
設定ワイヤ８０と、スライド自在に係合するように構成
されている。このような構成とすることにより、本実施
例の壁面測定装置は、超音波送受信ユニット５０が安定
液１６内で望ましくない動きをすることを防止でき、特
に、超音波送受信ユニット５０が、水平面内でブレや回
転といった望ましくない動きをすることを防止でき、こ
の結果、壁面２０の３次元形状測定における誤差を、抑
制することができる。

【０１１１】さらに、本実施例では、ハウジング５２の
側面に、一対の安定板８４ａ，８４ｂを上下方向へ向け
形成し、ハウジング５２の姿勢の急激な変動、特に鉛直
線を中心軸とした回転による姿勢の変動を防止すること
ができ、より高精度の壁面３次元形状の測定を行うこと
ができる。

【０１１２】さらに、本実施例の壁面測定装置は、ハウ
ジング５２の意図しない姿勢の変動によって生ずる測定
誤差を補正するため、ハウジング５２の姿勢を検出する
手段、例えばジャイロコンパスと傾斜計が設けられてい
る。ジャイロコンパスによって真北と、真北からのズレ
（回転）を検出でき、さらに、２軸傾斜計によってピッ
チングおよびヨーイングを検出できる。そして、ハウジ
ング５２の姿勢が、基準の姿勢からどれだけズレている
かを測定し、その測定結果を基に、壁面データ演算手段
３２が、壁面の３次元形状の測定誤差を補正するように
構成されている。

【０１１３】以上の構成とすることにより、実施例によ
れば、より高精度の壁面３次元形状の測定を行うことが
可能となる。

【０１１４】なお、本実施例の壁面測定装置は、基準位
置設定ワイヤ８０と、安定板８４と、ハウジング５２の
姿勢検出手段とのすべてを含むように構成したが、必要
に応じこの３つの構成の内、いずれか１つあるいは２つ
を含む構成としても良い。

【０１１５】おな、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく本発明の要旨の範囲内の各種の変形実施が可
能である。

【０１１６】例えば、前記実施例では、超音波送受信ユ
ニット５０を、下降動作させながら壁面形状を測定する
場合を例にとり説明したが、本発明はこれに限らず、例
えば、超音波送受信ユニット５０を上昇動作させながら
壁面形状を測定するようにしてもよい。

【０１１７】また、前記実施例では、超音波送受信ユニ
ット５０の上昇または下降動作と同時に、壁面形状を順
次演算する場合を例にとり説明したが、本発明はこれに
限らず、例えば超音波送受信ユニットを下降または上昇
させることにより前記実施例と同様にして各測定ポイン
トでの測定データ（例えば、超音波ビームの送受信タイ
ミング、走査方向、深さ位置等）のみを壁面データ演算
手段３２内のメモリに記憶しておき、一連の測定動作終
了後に、このメモリに記憶されたデータに基づき当該測
定エリア内における壁面の３次元形状データを演算し、
例えば図８に示すよう表示装置３８上に表示するように
してもよい。

【０１１８】（５）第５の実施の形態 次に、本発明の第５の実施例について図面を参照して説
明する。

【０１１９】上述した実施例は、掘削後に超音波測定器
を降下させて壁面を計測するものであったが、本実施例
では、掘削機の天端に超音波測定器を固定し、掘削を行
いながら、同時に壁面形状の測定を行うことができるよ
うにした。

【０１２０】これにより、掘削と壁面測定とのタイムラ
グをなくしてリアルタイムで壁面形状の測定ができる。
このようにして取得された壁面形状データは、掘削管理
に直接に反映させることが可能である。

【０１２１】この場合、超音波測定器が掘削機自体に固
定されているために、壁面測定の際、掘削機の位置・姿
勢の影響は避けられないが、壁面の崩落の有無等の判定
には微少な誤差は何ら問題とならず、したがって、必要
な精度のデータの取得は十分に可能である。

【０１２２】以下、図１５，図１６を参照して具体的に
説明する。

【０１２３】図１５（ａ）は掘削機の天端（上端）部分
の斜視図であり、図１５（ｂ）はその平面図である。

【０１２４】掘削機１０は吊りワイヤー５２０で吊り下
げられており、超音波送受信ユニット（超音波測定器）
５０は、掘削機の天端の隅に固定されており、その超音
波送受信ユニット５０の両側には反射板５４０Ａ，５４
０Ｂが、同じく掘削機の天端に固定されて設けられてい
る。

【０１２５】超音波送受信ユニット５０は超音波送受信
部５６を備えており、この超音波送受信部５６は、３６
０度回転しながら周囲の透明窓を介して、水平方向（掘
削機の昇降方向に交差する方向）に超音波を送出し、そ
の反射波を受信できる回転式のトランスデューサであ
る。

【０１２６】本実施例では、一つの超音波送受信ユニッ
ト５０で、前後の掘削壁面６００Ａ，６００Ｂの形状デ
ータを一挙に取得する。

【０１２７】また、超音波送受信部５６の回転位置は、
反射板５４０Ａ，５４０Ｂからの反射波の受信信号に基
づき検出する。つまり、反射板は近くに設置されている
ため、掘削壁面からの反射波よりも高いレベルの受信信
号が得られる。したがって、回転に伴う受信信号の周期
的な強弱を判定することにより、超音波送受信部５６の
相対的な回転位置（超音波の送出方向）を判別できる。

【０１２８】さらに、反射板５４０Ａ，５４０Ｂの区別
は、例えば、それぞれの反射板の大きさを異ならせた
り、それぞれに形状的な特徴を付与することで可能とな
る。そして、超音波送受信部５６を例えば、時計回り
に、所定角度でステップ的に走査していくことにより、
絶対的な回転位置を特定することが可能となる。

【０１２９】（６）第６の実施の形態 本実施例の特徴は、図１５のように反射板を用いること
なく、掘削機の天端に設けられた超音波送受信ユニット
における、超音波の送出方向を検出できるようにしたこ
とである。

【０１３０】つまり、超音波走査を行う場合、必ず初期
位置から超音波ビームの走査を開始し、かつ超音波ビー
ムを所定角度幅内で繰り返し走査する構成とすること
で、超音波送受信部５６の位置を特定できるようにな
る。

【０１３１】以下、図１６を用いて具体的に説明する。

【０１３２】図１６は、図５に示した超音波送受信部５
６の走査機構に、若干の改良を施したものである。

【０１３３】その特徴は、発光素子６２０Ａ，受光素子
６２０Ｂならびに開口部６４０を有するエンコード板６
３からなる回転位置検出機構を設けると共に、モータ６
６としてパルスモータを使用し、このモータ６６にパル
ス供給回路６７０からパルスを供給するようにし、位置
リセット回路６６０がパルス供給回路６７０を制御する
ことにより、超音波送受信部５４の走査を必ず、初期位
置から開始するようにしたことである。

【０１３４】エンコード板６３は回転軸６０と一体的に
回転するようになっており、図１６に示される位置にあ
るとき、開口部６４０を介して受光素子６２０Ｂに光が
入射し、光検出信号が得られる。この位置が初期位置で
ある。

【０１３５】位置リセット回路６６０は、超音波送受信
部５６の回転（超音波の走査）を始めるにあたり、受光
素子６２０Ｂより光検出信号が得られるまで、パルス供
給回路６７０にパルス出力を指示し、初期位置状態とな
って受光素子６２０Ｂから光検出信号が出力されると、
パルス供給を停止させる。これにより、常に、所定の初
期位置から超音波の走査が開始される。

【０１３６】回転後の位置は、例えば、パルスモータ６
６に供給するパルス数をカウントすることにより、常に
把握可能である。

【０１３７】このような構成により、図１５のような回
転位置検出のための反射板を設ける必要がなくなる。

【０１３８】（７）第７の実施の形態 図１７に第７の実施例を示す。図示されるように、本実
施例の特徴は、図１５（ａ）の構成に、さらに、超音波
送受信ユニット５１，反射板５４１Ａ，５４１Ｂを設け
たものである。

【０１３９】このように、複数個の超音波測定器を掘削
機の天端に固定しておくことによって、より広範囲な壁
面データの取得を一挙に行うことができる。

【０１４０】また、掘削機の天端の余裕をうまく活用す
れば、掘削機の長手方向（測定しようとする壁面）に沿
って、多数の超音波測定器を配置することもできる。

【０１４１】（８）第８の実施の形態 本実施例は、掘削機位置・姿勢を検出する掘削機位置・
姿勢検出手段によって検出された掘削機位置・姿勢に基
づき、掘削機を基準とした座標から、理想的な掘削溝を
規定する絶対座標への変換を行って測定データを補正
し、より高精度な掘削壁面の３次元データを演算するこ
とを特徴とするものである。

【０１４２】つまり、上述したように、超音波送受信ユ
ニット（超音波測定器）が掘削機自体に固定されている
と、壁面測定の際に掘削機の位置・姿勢の影響を受ける
ことは避けられない。したがって、より高精度な壁面形
状の把握が必要な場合には、掘削機位置・姿勢に基づ
き、掘削機を基準とした座標（図１８中のｘ，ｙ，ｚ）
から、理想的な掘削溝を規定する絶対座標（図１８中の
Ｘ，Ｙ，Ｚ）への座標軸の変換を行い、掘削機の位置・
姿勢に影響されない、より正確な壁面形状の把握を行う
ものである。

【０１４３】このような座標軸の変換は、図９の壁面デ
ータ演算手段３２により、図１９に例示される方法によ
り行われる。以下、簡単に説明する。

【０１４４】図１８において、超音波送受信ユニット５
０により測定された、掘削機基準のデータ（ａ，ｂ，
ｃ）について、座標変換を行って絶対座標における座標
を求める場合を考える。

【０１４５】図１９に示すように、掘削機基準の座標標
（ｘ，ｙ，ｚ）から絶対座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）への変換
は、平行移動（Ｔ），ｘ軸まわりの回転（Ｒｘ），ｙ軸
まわりの回転（Ｒｙ），ｚ軸まわりの回転（Ｒｚ）を行
うことにより達成できる。したがって、行列式を用いた
演算（アフィン変換）により、変換後の座標（Ａ，Ｂ，
Ｃ）が求められる。

【０１４６】（９）第９の実施の形態 図２０は、上述した壁面測定装置を用いて掘削管理を行
うシステムの全体構成の一例を示す図である。

【０１４７】本実施例は、大深度立坑の築造のための連
続地中壁の掘削に用いられるシステムである。

【０１４８】その特徴の一つは、掘削途中において、傾
斜角センサ７２０の検出出力に基づき掘削機位置・姿勢
を検出すると共に、超音波送受信ユニット（超音波測定
器）５０による掘削壁面までの距離の測定データを利用
して掘削壁面形状を計測することである。測定データの
演算は、演算手段２０００により行われる。

【０１４９】また、他の特徴は、掘削機位置・姿勢の検
出結果に基づき、操作盤９９０により掘削機１０の制御
を行い高精度の掘削を実現し、かつ、壁面形状の計測結
果に基づき安定液の粘性（粘度）および密度制御手段８
１０，粘性および密度調整手段８２０により安定液の粘
性および密度のこまめな管理（掘削管理）を行うことで
ある。

【０１５０】以下、具体的に説明する。

【０１５１】掘削溝１８には安定液１６が充填されてお
り、掘削機１０は回転ビット１２によって溝底部を掘削
する。

【０１５２】掘削機１０の鉛直方向の位置は、ウインチ
７４０による吊りワイヤー５２０の長さ調整によって制
御されるようになっている。また、巻き上げ部８５０の
回転数はロータリーエンコーダ９００により検出され、
深度計９１０により掘削機１０の鉛直方向の位置が検出
されるようになっている。

【０１５３】掘削機１０の天端（上端）には、傾斜角セ
ンサ７２０が取り付けられている。この傾斜角センサ７
２０の検出出力等は、通信用のケーブル５２２を介して
地上に導出され、傾斜角検出手段９２０により検出され
るようになっている。

【０１５４】また、超音波送受信ユニット５０は、掘削
機１０の天端に固定されており、測定データは、通信用
ケーブル５２２を介して地上に導出され、距離算出手段
９３０により検出されるようになっている。

【０１５５】また、位置等検出手段９５０は、掘削機の
位置・姿勢を検出すると共に、深度制御手段９４０に指
示を与え、ウインチ７４０による掘削機の鉛直方向の位
置を調整させる働きも併せ持っている。

【０１５６】位置等検出手段９５０により検出された掘
削機１０の位置・姿勢は、リアルタイムで表示手段９６
０に表示されると共に、例えば、データレコーダ（不図
示）に記録される。

【０１５７】掘削機制御装置９８０は、位置等検出手段
９５０から送られてくる掘削機位置情報に基づき掘削機
操作盤９９０に指示を与え、掘削機操作盤９９０は、こ
の指示に従って掘削機１０の掘削姿勢を補正する。この
結果、リアルタイムの掘削機位置・姿勢の検出による高
精度な掘削制御が実現される。

【０１５８】一方、壁面形状検出装置９７０は、距離算
出手段９３０から送られてくる掘削壁面までの距離デー
タ等に基づき、壁面形状を演算してリアルタイムで表示
手段９６０に表示すると共に、例えば、データレコーダ
（不図示）に記録する。

【０１５９】さらに、この壁面形状検出手段９７０によ
り検出された壁面形状情報は、粘性および密度制御手段
８１０に送られ、掘削壁面に剥離が認められる場合に
は、粘性および密度調整手段８２０により、安定液の粘
性および密度を、剥離が生じないような最適の粘度およ
び密度に調整する。このような安定液の管理（掘削管
理）は、具体的には、以下のように行われる。

【０１６０】すなわち、掘削機１０の回転ビット１２に
より掘削された土砂は、サクションポンプ（Ｐ１）７８
０により、吸い上げパイプ１４を介して安定液と共に吸
い上げられる。

【０１６１】その後、土砂分離手段７９０によって安定
液から土砂が分離され、つづいて、粘性および密度調整
手段８２０によって安定液の粘度および密度が調整さ
れ、粘度および密度調整後の安定液は送水ポンプ（Ｐ
２）８３０によって送り出され、送水管８３２を介して
掘削溝１８内に戻される。

【０１６２】なお、土砂分離後の安定液の粘性および密
度は粘性および密度検出手段８００により検出され、粘
性制御手段８１０は、検出されたその粘性および密度情
報を利用して粘性および密度調整手段８２０に指示を与
えて安定液の粘性および密度の調整行う。

【０１６３】このように、本実施例によれば、壁面形状
の計測により掘削壁面に崩落が生じていることが判明し
た場合、縦坑または溝内に充填されている安定液の粘性
および密度を調整して、掘削途中において掘削管理を行
うことができる。掘削壁面の剥離（崩落）が生じるの
は、安定液の不良が主な原因である。そこで、掘削途中
で、こまめに安定液の管理を行うことにより、大規模な
崩落を防いで精度よく、かつ効率よく掘削をすすめるこ
とができる。

【０１６４】また、掘削完了後に崩落が生じていること
が判明した場合、鉄筋籠の建入が困難になったり、余分
なコンクリートの充填が必要になるなどして、作業効率
の低下を招き、コストも高くなる。これに対し、掘削途
中の安定液の管理は効率よく安価に可能であり、この点
でも有利である。

【０１６５】以上、本発明を実施例を用いて説明した
が、これに限定されるものではなく、本発明は、種々に
変形、応用が可能である。例えば、図１４に示される構
成のみでは鉛直方向の降下および上昇時において流動抵
抗が大きくて、安定液の粘性や密度のばらつきに起因し
て超音波測定器が特定の方向に流されてしまう場合も考
えられる。このような場合には、図２１に示すように、
超音波測定器等の底面あるいは天端面に鉛直方向の降下
あるいは上昇を促進するための部材５７ａ，５７ｂを設
ける構造を採用するのが効果的である。上述の部材５７
ａ，５７ｂは、図２２（ａ）に示すように、円錐形状を
なす部材である。なお、円錐形状のみならず、図２２
（ｂ）のような横幅（厚み）が先端にいくほど小さくな
るような部材も使用できる。

【０１６６】また、図２３に示すように第１の超音波送
受信機の他に、さらに、独立して昇降可能な第２の超音
波送受信機を使用することもできる。図２３において、
参照番号５０ｂが壁面形状測定用の第１の超音波送受信
機であり、参照番号５０ａが独立して昇降可能な第２の
超音波送受信機である。

【０１６７】この構成によれば、第１の超音波送受信機
５０ｂを所定の深さ位置に固定しておき、その一方、第
２の超音波送受信機５０ａを自由に独立して昇降させ、
掘削溝の上から下までの任意の箇所の壁面状態を監視す
ることができる。

【０１６８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される地下連壁工法の一例の説明
図である。

【図２】掘削溝壁の崩落の様子を示す説明図である。

【図３】掘削溝の側面形状の測定動作の一例を示す説明
図である。

【図４】本実施例の装置の概略的な構成を示す説明図で
ある。

【図５】実施例の超音波送受信ユニットの構成を示す説
明図であり、同図（Ａ）は、その超音波送受信ユニット
をハウジング外部から見た概略斜視図であり、同図
（Ｂ）は、ハウジング内部に設けられた超音波送受信部
およびその走査手段の概略説明図である。

【図６】実施例の超音波送受信ユニットの超音波ビーム
走査の一例を示す説明図である。

【図７】掘削溝壁の３次元形状測定動作の一例を示す概
略説明図である。

【図８】ディスプレイ上に表示される掘削溝壁の３次元
形状測定画面の説明図である。

【図９】実施例の装置の回路構成を示す説明図である。

【図１０】実施例の装置の動作を示すフローチャート図
である。

【図１１】本発明の好適な第２実施例の概略説明図であ
る。

【図１２】前記第２実施例の装置の測定動作を示す説明
図である。

【図１３】第３実施例の装置に用いられる超音波トラン
スジューサアレーの説明図である。

【図１４】第４実施例の装置の要部の概略説明図であ
る。

【図１５】図１５（ａ）は掘削機の天端（上端）部分の
構造の一例を示す斜視図であり、図１５（ｂ）はその平
面図である。

【図１６】超音波送受信部５６の回転機構および初期位
置リセット機構を示す要部の概略図である。

【図１７】掘削機の天端（上端）部分の構造の他の例を
示す斜視図である。

【図１８】掘削機基準の座標（マシン座標）と、絶対座
標との関係を示す図である。

【図１９】掘削機基準の座標（マシン座標）から絶対座
標への変換を行う方法を説明するための図である。

【図２０】上述した壁面測定装置を用いて掘削管理を行
うシステムの全体構成の一例を示す図である。

【図２１】本発明の変形例の構成を示す図である。

【図２２】図２２（ａ），（ｂ）はそれぞれ、図２１の
構成において使用可能な、超音波測定器の鉛直降下を促
進するための部材の例を示す図である。

【図２３】本発明の他の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１０ 掘削機 １６ 安定液 １８ 掘削溝 ２０ 掘削溝壁 ２２ 崩落エリア ２４ 堆積エリア ３０ 演算制御装置 ３２ 壁面データ演算手段 ３４ 制御手段 ３８ 表示装置 ４０ 昇降装置 ４２ ワイヤ ４４ 支持部 ４６ 巻上部 ５０ 超音波送受信ユニット ５２ ハウジング ５６ 超音波送受信部 ５８Ａ，５８Ｂ 超音波トランスジューサ ６０ 回転軸 ６６ モータ １００ 超音波ビーム ７４０ ウインチ ８１０ 粘性および密度制御手段 ９７０壁面形状検出手段 ２０００ 演算手段

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−306923（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−204706（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−341824（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−273148（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−18179（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 17/00 - 17/08 E21B 47/00 G01C 7/06 G01V 3/18 G01V 5/04

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波を送受信する超音波送受信部と、縦 坑または溝内において、前記超音波送受信部を昇降さ
   せる昇降手段と、 前記超音波送受信部の送信する超音波ビームを、そのビ
   ーム走査面が前記昇降方向と交差するように走査する超
   音波走査手段と、 少なくとも、前記超音波送受信部の受信信号と、前記超
   音波ビームの走査方向と、前記超音波送受信部の昇降位
   置とに基づき、超音波送信方向の壁面の３次元データを
   演算する壁面データ演算手段と、 を含み、前記超音波送受信部の移動経路に沿った壁面の
   ３次元データを前記超音波ビームの走査幅で測定する壁
   面測定装置であって、 前記昇降手段は、 前記超音波送受信部を一端側で吊持するワイヤと、 前記縦坑または溝の上方で、前記ワイヤを支持する支持
   部と、 前記ワイヤの他端側を卷装し、前記超音波送受信部を昇
   降させるワイヤ巻き上げ手段と、 前記支持部に吊持され、下端に重りを取付け固定すると
   共に、 前記超音波送受信部とスライド自在に係合された基準位
   置設定ワイヤと、 を含む ことを特徴とする壁面測定方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記超音波走査手段は、 超音波ビームを所定角度幅で繰り返し走査するよう形成
   されたことを特徴とする壁面測定装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記超音波送受信部は、 異なる方向に向け超音波ビームの送受信を行う少なくと
   も２個の超音波トランスジューサを含むことを特徴とす
   る壁面測定装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、 前記超音波走査手段は、 超音波ビームを回転走査するよう形成され、 前記壁面データ演算手段は、 前記回転走査方向に沿って、壁面の３次元データを演算
   するよう形成されたことを特徴とする壁面測定装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかにおいて、 前記昇降手段の昇降動作および前記超音波走査手段の超
   音波ビーム走査を制御する制御手段を含むことを特徴と
   する壁面測定装置。
6. 【請求項６】 超音波を送受信する超音波送受信部を、
   縦坑または溝内において昇降させるとともに、前記超音
   波送受信部の送信する超音波ビームを、そのビーム走査
   面が前記昇降方向と交差するように走査する工程と、 少なくとも、前記超音波送受信部の受信信号と、前記超
   音波ビームの走査方向と、前記超音波送受信部の昇降位
   置とに基づき、超音波送信方向の壁面の３次元データを
   演算する工程と、 を含み、前記超音波送受信部の一回の上昇または下降動
   作により、その移動経路に沿った壁面の３次元データを
   前記超音波ビームの走査幅で測定する壁面測定方法であ
   って、 前記超音波送受信部を昇降させる工程において、下端に
   重りを取付け固定した基準位置設定ワイヤに前記超音波
   送受信部をスライド自在に係合させつつ、前記超音波送
   受信部を吊持するワイヤを縦坑または溝の上方でワイヤ
   巻き上げ手段により昇降させる ことを特徴とする壁面測
   定方法。