JP3734014B2

JP3734014B2 - 推進管の位置検出方法

Info

Publication number: JP3734014B2
Application number: JP2000326543A
Authority: JP
Inventors: 正直阿部; 政仁奥田
Original assignee: ライト工業株式会社
Priority date: 2000-10-26
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2020-10-26
Also published as: JP2002129883A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤中を推進する管装置の現在位置を検出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤を水平、あるいは、斜めに掘削する管装置など、地盤中を推進する管装置が知られている。この種の管装置としては、たとえば地震時の液状現象などを防止するために、オイルタンク下を推進しその適宜の個所において地盤硬化材を注入して地盤強化する工法に用いる考えがある。たとえば、特許第２７７０１１３号に記載の注入装置をその用途に使用する考えがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、地上から管装置を所定位置まで正確に推し進めることは、きわめて困難であり、計画推進経路からずれて推進してしまう。そこで、このずれを防ぐために、管装置にジャイロコンパスを取り付け、管装置の推進する方向を検出することが考えられるが、方位を中心としての検出であり、管装置の先端部の深さや水平位置検出を行うためには、他の検出手段を必要とする。
【０００４】
したがって、本発明の課題は、地盤中を推進させる管装置の先端部の位置を正確にかつ簡易な手段をもって検出する方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１記載の発明＞
地盤中を推進させる管装置の位置を検出する方法であって、
前記管装置は基端部から先端部にかけて縦波伝播体とし、前記管装置の先端部より前方の位置に弾性波を受波する少なくとも３つの受波器を、地上部または地下部の異なる位置に設置しておき、
前記管装置の基端部に打撃を与えて弾性波を前記先端部に伝播させ、この弾性波を地盤中に送波し；
前記弾性波が前記先端部から各受波器に到達するまでの時間を計測し、
この時間計測値と各受波器の既知の３次元位置に基づいて、前記先端部から前記各受波器までの距離を求め、
この距離に基づいて、前記管装置の先端部の座標位置を、次記の（Ａ）によって算出することを特徴とする、推進管の位置検出方法。
（Ａ）前記各受波器の座標位置を（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１），（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２），…，（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）とし、前記先端部から送波した弾性波が、前記各受波器に到達するまでの時間をＴ１，Ｔ２，…Ｔｎとし、
前記弾性波が前記地盤中を伝わる平均速度をＷとした場合に、
前記管装置の先端部の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、
（Ｗ・Ｔ１）²＝（Ｘ−Ｘ１）²＋（Ｙ−Ｙ１）²＋（Ｚ−Ｚ１）²，（Ｗ・Ｔ２）²＝（Ｘ−Ｘ２）²＋（Ｙ−Ｙ２）²＋（Ｚ−Ｚ２）²，…，（Ｗ・Ｔｎ）²＝（Ｘ−Ｘｎ）²＋（Ｙ−Ｙｎ）²＋（Ｚ−Ｚｎ）²、
の連立方程式を解いて算出する。
【０００６】
（作用効果）
装置の先端部に打撃による送波器を取り付ける形態と異なり、管装置の基端部に打撃を与えて弾性波を前記先端部に伝播させ、この弾性波を地盤中に送波するものである。打撃による送波器を作動させて弾性波を地盤中に送波する形態では、必ずしも強い弾性波を送波できず、したがって、深度が深い場合、減衰により検出精度の低下が生じるが、本発明のように、管装置の基端部に打撃を与えて弾性波を先端部に伝播させ、この弾性波を地盤中に送波すると、大きくかつ強い弾性波を送波できることを知見した。
【０００７】
この形態では、送波器を管装置の先端部に設けないので、管装置の径が小さくとも装置構成が可能である。管装置の中間部からも弾性波が送波されるので、先端部から送波されるものと区別する必要があり、少なくとも３つの受波器は管装置の先端部より後方に設置する場合には、その区別が困難であるので、少なくとも３つの受波器は管装置の先端部より前方の位置に設置することとした。これによって、先端部から送波される弾性波のみを検出して精度の高い推進管の先端部の位置検出が可能となる。
【０００８】
＜請求項２記載の発明＞
地盤中を推進させる管装置の位置を検出する方法であって、
前記管装置の先端部に中間受波器を設け、前記管装置はその基端部から中間受波器にかけて縦波伝播体とし、前記管装置の先端部より前方の位置に弾性波を受波する少なくとも３つの受波器を、地上部または地下部の異なる位置に設置しておき、
前記管装置の基端部に打撃を与えて弾性波を前記先端部に伝播させ、この弾性波を地盤中に送波し；
前記弾性波を前記中間受波器で受波した時点から各受波器に到達するまでの時間を計測し、
この時間計測値と各受波器の既知の３次元位置に基づいて、前記中間受波器から前記各受波器までの距離を求め、
この距離に基づいて、前記管装置の先端部の座標位置を、次記の（Ａ）によって算出することを特徴とする、推進管の位置検出方法。
（Ａ）前記各受波器の座標位置を（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１），（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２），…，（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）とし、前記先端部から送波した弾性波が、前記各受波器に到達するまでの時間をＴ１，Ｔ２，…Ｔｎとし、
前記弾性波が前記地盤中を伝わる平均速度をＷとした場合に、
前記管装置の先端部の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、
（Ｗ・Ｔ１）²＝（Ｘ−Ｘ１）²＋（Ｙ−Ｙ１）²＋（Ｚ−Ｚ１）²，（Ｗ・Ｔ２）²＝（Ｘ−Ｘ２）²＋（Ｙ−Ｙ２）²＋（Ｚ−Ｚ２）²，…，（Ｗ・Ｔｎ）²＝（Ｘ−Ｘｎ）²＋（Ｙ−Ｙｎ）²＋（Ｚ−Ｚｎ）²、
の連立方程式を解いて算出する。
【０００９】
（作用効果）
この発明においては、装置の先端部に中間受波器を設け、管装置はその基端部から中間受波器にかけて縦波伝播体とし、管装置の基端部に打撃を与えて弾性波を先端部に伝播させ、この弾性波を地盤中に送波し、弾性波を中間受波器で受波した時点から各受波器に到達するまでの時間を計測するものである。
【００１０】
先端部に中間受波器を設けなくとも、主に管装置の長さ（既知長さの単位管を継ぎ足すから推進全長は知ることができる）によって、管装置の基端部に打撃を与えた弾性波が先端部に伝播されるまでの時間を知ることができる。しかし、この方式は推定であり、必ずしも精度が高くないのに対して、請求項３記載の発明によれば、現実に中間受波器を設けて、管装置の基端部に打撃を与えた弾性波が先端部に伝播されたタイミングを知ることができるので、管装置の先端部から送波する弾性波に関し各受波器に到達するまでの時間を正確に計測することができ、きわめて精度の高い推進管の先端部の位置検出が可能となる。
【００１１】
＜請求項３記載の発明＞
前記平均速度は地盤の土質の相違を加味して定める請求項１または２記載の推進管の位置検出方法。
【００１２】
（作用効果）
平均速度は地盤の土質の相違を加味して定めるので、管装置先端部の位置検出がより正確になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を使って、本発明の実施の形態を説明する。
（弾性波が地盤を伝わる速度の検出）
本発明は、弾性波を用いて、地盤中を推進する管装置先端部の位置を検出するものであり、この弾性波としては、衝撃波、音波、超音波等を使用することができるが、衝撃波を利用するのが望ましい。ただ、いずれの弾性波を使用するにせよ、使用する弾性波が地盤を伝わる速度（以下、単に「弾性波の速度」ともいう。）を定める必要があり、この速度は、処理の対象となる地盤の土質に基づいて補正しながら定めるのがよい。
【００１４】
そこで、弾性波の速度を地盤の土質に基づいて定める方法においては、弾性波の速度は、地盤の性質、地盤中の障害物等によってさまざまな影響を受ける。また、当然、使用する弾性波の種類、周波数、出力等によっても異なった値となる。したがって、実際に使用する送波器、及び弾性波を用いて、現場において実験を行うのがよい。実験の具体的な方法としては、以下の方法がある。
【００１５】
まず、図３に示すように、地盤１に対し、予め決めた深さ、好ましくは、４〜１５ｍ位の掘削を行い、削孔２を作る。そして、この削孔２の底面２ａに、弾性波送波器である電磁ハンマーやエアハンマーなどの打撃による送波器１０１を設置する。この送波器１０１としては、種々のものを使用できるが、例えば、電磁ハンマーとしては、図４に模式的に示すような、電磁石１０１Ａ、コイル１０１Ｂ、可動部１０１Ｃ及び打撃部１０１Ｄを基本構成として備えるものを使用できる。この装置によれば、高電圧発生器１０４からリード線１０３を介しコイル１０１Ｂに電流を印加すると、鉄等の磁性体からなる可動部１０１Ｃが電磁石１０１Ａに引き寄せられ、これにより可動部１０１Ｃと連動する打撃部１０１Ｄが削孔２の底面２ａに直接または間接的に打撃を与え、弾性波が送波されることになる。
【００１６】
このようにして構成される送波器１０１に対する高電圧発生器１０４は、地盤１の地表面１ａに設置し、さらに、この地表面１ａには、一定の間隔をおきながら受波器１０２，１０２…を設置する。この受波器１０２は、１つでも足りるが、複数設置した方が、より正確な弾性波の速度を検出することができる。
【００１７】
コントロールユニット１０５を操作して高電圧発生器１０４から送波器１０１に印加すると、送波器１０１が作動し、弾性波Ｌを送波する。そこで、この弾性波Ｌが送波される時点から受波器１０２，１０２…に到達するまでの時間を計測し、この値をアンプ変換器１０６で信号に変換して、ＣＰＵ１０７にて弾性波Ｌが地盤１を伝わる速度を算出する。この速度は、送波器１０１の深度を変えたり、受波器１０２，１０２…の設置位置を変えたりして、複数回行うと、より正確な値となる。また、受波器１０２を送波器１０１から遠くに設置し、予め、実験の対象となる弾性波の到達可能距離を計測しておくとよい。なお、この実験で使用する送波器１０１は、当然、実際に管装置の位置を検出する際に使用するものと同じである必要がある。
【００１８】
（管装置の位置検出の参考の形態）
次に、現実に管装置の位置を検出する方法を説明する。なお、本参考の形態においては、図１及び図２のように、地上に存在する建造物（たとえばオイルタンク）１５の下を推進させた管装置１３の先端部が、現在どの位置にあるのかを検出する場合を想定して説明する。
【００１９】
まず、本発明の対象となる管装置１３としては、地盤中を推進する管装置であればよくその具体的な構成に限定されるものではない。例えば、特開平１１−２８０３６７号公報に開示するような、外管、先導管、外管と先導管を屈折可能に連結する傾斜ピース及び先導管の先端側に設けられる刃先を主要な構成として備える推進可能な管装置を使用することができる。
【００２０】
そして、このように構成される管装置１３の先端部に、予め、電磁ハンマーやエアハンマーなどの打撃による送波器１１を取り付けておく。この送波器１１としては、前述した送波器１０１と同じものが使用できる。また、送波器１１は、電源装置１４とリード線１６を介して接続しておく。なお、図１及び図２では、リード線１６の管装置１３内に位置する部分については、図示していない。
【００２１】
一方、地盤１の地表面１ａには、少なくとも３つの受波器１２，１２…を、所定の間隔をおいて設置する。図１で示すように、処理対象範囲（本実施の形態では、建造物存在領域及びその周辺。）を囲むように複数の受波器１２，１２…を一連に設置しておけば、送波器１１が処理対象範囲内において、いずれの場所にあるときも、選択して３つ以上の受波器１２，１２…で受波することができるので好適である。
【００２２】
以上のような状態において、管装置１３の位置を検出するには、まず、電源装置１４からリード線１６を介して送波器１１を作動させる。送波器１１の作動により、弾性波Ｌが送波される。この送波時点（送波器１１の作動時点）から、受波器１２，１２…が弾性波Ｌを受波するまでの時間を計測する。そして、この計測値と、弾性波Ｌの速度とから、送波器１１、つまり、管装置１３の先端部の座標位置を算出する。
【００２３】
この管装置１３の先端部の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）としては、例えば、受波器１２をｎ個、位置座標（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１），（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２），…，（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）に配置し、送波器１１から送波した弾性波Ｌが、受波器１２，１２…に到達するまでの時間がＴ１，Ｔ２，…Ｔｎ、弾性波Ｌの速度がＷであった場合、次式
（Ｗ・Ｔ１）²＝（Ｘ−Ｘ１）²＋（Ｙ−Ｙ１）²＋（Ｚ−Ｚ１）²，
（Ｗ・Ｔ２）²＝（Ｘ−Ｘ２）²＋（Ｙ−Ｙ２）²＋（Ｚ−Ｚ２）²，
…，
（Ｗ・Ｔｎ）²＝（Ｘ−Ｘｎ）²＋（Ｙ−Ｙｎ）²＋（Ｚ−Ｚｎ）²、
を解くことにより算出するのがよい。
【００２４】
このようにして、管装置１３の先端部の位置を検出した場合に、管装置１３の先端部の位置が計画腺とずれていれば、推進方向の調整を行うことで、所望の計画線に沿って管装置１３を推進させることができ、もって所期の領域の地盤改良などを図ることができる。
【００２５】
（管装置の位置検出の本発明の実施の形態）
図５に本発明の実施の形態を示した。この形態では、管装置１３の先端部に送波器を取り付ける形態と異なり、管装置１３の基端部に打撃手段２１により、もしくは作業員がハンマーなどにより打撃を与えて、弾性波を管装置１３の先端部に伝播させ、この弾性波を先端部から地盤中に送波するものである。
【００２６】
この場合、管装置１３の先端部に中間受波器２０を設け、管装置１３はその基端部から中間受波器２０にかけて縦波伝播可能な構造としておく。管装置１３の基端部にたとえば打撃手段２１により打撃を与えて弾性波を先端部に伝播させ、この弾性波を地盤中に送波し、弾性波を中間受波器２０で受波した時点の信号を信号処理装置２２に得て、弾性波を中間受波器２０で受波した時点から各受波器１２、１２…に到達するまでの時間を計測する。
【００２７】
この形態によれば、現実に中間受波器２０を設けて、管装置１３の基端部に打撃を与えた弾性波が先端部に伝播されたタイミングを知ることができるので、管装置の先端部から送波する弾性波に関し各受波器に到達するまでの時間を正確に計測することができ、きわめて精度の高い推進管の先端部の位置検出が可能となる。
【００２８】
以上の例においては、各受波器１２、１２…を地上部に設置した例であるが、地下部に設置することもできる。たとえば、地上から削孔し、その孔内に各受波器１２、１２…をすることができる。この場合、管装置１３の先端部の土質と同じ土質層内に設置するのが望ましい。複数の土質層を横断する場合は打撃波の伝播速度が異なり検出精度が低下するのに対して、管装置１３の先端部の土質と同じ土質層内に設置すると、伝播速度が同一であるから、検出精度の低下がない。
【００２９】
【発明の効果】
本発明に係る推進管の位置検出方法によれば、地盤中を推進させる管装置の先端部の位置を正確にかつ簡易な手段をもって検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】地盤中を推進する管装置の位置を検出するために設置した機器の配置の平面的模式説明図である。
【図２】その断面的模式説明図である。
【図３】弾性波の速度を検出するために設置した機器の配置を断面的に見た場合の模式図である。
【図４】送波器の模式図である。
【図５】本発明の実施の形態の断面的模式説明図である。
【符号の説明】
１…地盤、１ａ…地表面、２…削孔、２ａ…削孔底面、１１…送波器、１２…受波器、１３…推進管（管装置）、１４…電源装置、１５…建造物、１６…リード線、２１…打撃手段、２０…中間受波器、２２…信号処理装置、Ｌ…弾性波。

Claims

地盤中を推進させる管装置の位置を検出する方法であって、
前記管装置は基端部から先端部にかけて縦波伝播体とし、前記管装置の先端部より前方の位置に弾性波を受波する少なくとも３つの受波器を、地上部または地下部の異なる位置に設置しておき、
前記管装置の基端部に打撃を与えて弾性波を前記先端部に伝播させ、この弾性波を地盤中に送波し；
前記弾性波が前記先端部から各受波器に到達するまでの時間を計測し、
この時間計測値と各受波器の既知の３次元位置に基づいて、前記先端部から前記各受波器までの距離を求め、
この距離に基づいて、前記管装置の先端部の座標位置を、次記の（Ａ）によって算出することを特徴とする、推進管の位置検出方法。
（Ａ）前記各受波器の座標位置を（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１），（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２），…，（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）とし、前記先端部から送波した弾性波が、前記各受波器に到達するまでの時間をＴ１，Ｔ２，…Ｔｎとし、
前記弾性波が前記地盤中を伝わる平均速度をＷとした場合に、
前記管装置の先端部の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、
（Ｗ・Ｔ１）²＝（Ｘ−Ｘ１）²＋（Ｙ−Ｙ１）²＋（Ｚ−Ｚ１）²，（Ｗ・Ｔ２）²＝（Ｘ−Ｘ２）²＋（Ｙ−Ｙ２）²＋（Ｚ−Ｚ２）²，…，（Ｗ・Ｔｎ）²＝（Ｘ−Ｘｎ）²＋（Ｙ−Ｙｎ）²＋（Ｚ−Ｚｎ）²、
の連立方程式を解いて算出する。
地盤中を推進させる管装置の位置を検出する方法であって、
前記管装置の先端部に中間受波器を設け、前記管装置はその基端部から中間受波器にかけて縦波伝播体とし、前記管装置の先端部より前方の位置に弾性波を受波する少なくとも３つの受波器を、地上部または地下部の異なる位置に設置しておき、
前記管装置の基端部に打撃を与えて弾性波を前記先端部に伝播させ、この弾性波を地盤中に送波し；
前記弾性波を前記中間受波器で受波した時点から各受波器に到達するまでの時間を計測し、
この時間計測値と各受波器の既知の３次元位置に基づいて、前記中間受波器から前記各受波器までの距離を求め、
この距離に基づいて、前記管装置の先端部の座標位置を、次記の（Ａ）によって算出することを特徴とする、推進管の位置検出方法。
（Ａ）前記各受波器の座標位置を（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１），（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２），…，（Ｘｎ，Ｙｎ，Ｚｎ）とし、前記先端部から送波した弾性波が、前記各受波器に到達するまでの時間をＴ１，Ｔ２，…Ｔｎとし、
前記弾性波が前記地盤中を伝わる平均速度をＷとした場合に、
前記管装置の先端部の座標位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を、
（Ｗ・Ｔ１）²＝（Ｘ−Ｘ１）²＋（Ｙ−Ｙ１）²＋（Ｚ−Ｚ１）²，（Ｗ・Ｔ２）²＝（Ｘ−Ｘ２）²＋（Ｙ−Ｙ２）²＋（Ｚ−Ｚ２）²，…，（Ｗ・Ｔｎ）²＝（Ｘ−Ｘｎ）²＋（Ｙ−Ｙｎ）²＋（Ｚ−Ｚｎ）²、
の連立方程式を解いて算出する。
前記平均速度は地盤の土質の相違を加味して定める請求項１または２記載の推進管の位置検出方法。