JP4765616B2

JP4765616B2 - 地層探査方法及び同装置

Info

Publication number: JP4765616B2
Application number: JP2005375409A
Authority: JP
Inventors: 良祐荒井; 文男木下
Original assignee: Kobelco Cranes Co Ltd
Current assignee: Kobelco Cranes Co Ltd
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP2007177451A

Description

本発明は地層の土質や性状等を計測して地層状況を探査する地層探査方法及び同装置に関するものである。

地中に止水壁や汚染地盤を封じ込めるための防護壁を造成する場合、掘削装置によって地中に連続した溝を掘削し、この溝内に固化材を投入・固化させる方法が一般にとられる。

また、この方法に使用される掘削機として、図６に示すように自走機能を持ったベースマシン(たとえばクローラクレーンのベースマシン)１に門形の支持フレーム２を取付けるとともに、この支持フレーム２にリーダ３を介してチェーンカッター式の掘削装置４を取付け、この掘削装置４を地中に建て込んで回転させながらベースマシン１を横移動させることによって連続溝Ｇを掘削するものが公知である(特許文献１参照)。

掘削装置４は、カッターポスト５の上部に設けられた駆動輪６と下部に設けられた遊動輪７との間に掘削刃付きのチェーン８を上下方向にエンドレス状に回転自在に架け渡して構成され、駆動輪６が図示しない油圧モータによって回転駆動される。

なお、通常、支持フレーム２とリーダ３との間に図示しない横行シリンダ(油圧シリンダ)が設けられ、ベースマシン１の自走機能と、この横行シリンダによるリーダ水平移動機能とを併用して掘削装置４を横移動させる構成がとられる。

こうして掘削された連続溝Ｇ内には固化材(たとえば自硬性安定液または超遅硬性固化液)が注入され、この固化材が固化して地中連続壁が造成される。

このような地中連続壁の施工に当たって、壁先端を不透水層や硬質地盤(以下、目標地盤という)まで到達させる必要があるため、たとえば電気検層(地層に電流を流し、地層の比抵抗を連続して測定する方法)により地層の土質・性状等を計測して地層状況を探査し、探査された地層情報に基づいて壁を造成するための地中連続溝の掘削深度を決定する必要がある。

従来、電気検層を含む種々の探査法によって地層探査を実施する場合、溝掘削に先立って対象地盤の複数個所でボーリングし、穴内に探査機を入れて探査する方法がとられている。
特開平１１−１３５４８号公報

しかし、この方法によると、ピンポイントで選んだボーリング個所のデータ(地盤柱状図)から掘削予定地盤の地層を推定するしかないため、推定地層と実際の地層とのずれが避けられない。

このため、目標地盤が推定よりも上方に厚い場合には無駄な掘削が行われ、逆に目標地盤が推定よりも下方にある場合は掘削深度が目標地盤に達しない事態が生じる等、正確で効率の良い掘削が困難となり信頼性が低いものとなる。

また、探査と掘削を全く別の工程として分けて行うため、連続壁の施工工事全体として効率が悪く、工期、工費いずれの面でも不利となる。

さらに、掘削設備とは別に探査専用の設備が必要となるため、設備コストが高くつくという問題もあった。

そこで本発明は、掘削深度を決定するための地層状況を正確に探査することができ、しかも工期、工費及び設備コストの面で有利な地層探査方法及び同装置を提供するものである。

請求項１の発明(地層探査方法)は、カッターポストに掘削刃付きのチェーンを上下方向にエンドレス状に架け渡してなる掘削装置によって地中に溝を掘削し、地層を探査するセンサを上記掘削装置のチェーンに取付けた状態で上記掘削された溝内でチェーンを回転させることにより、上記センサを溝の壁面に沿って移動させて地層を探査するものである。

請求項２の発明は、請求項１の方法において、センサからの信号を地上設備に入力し、地層情報として処理するものである。

請求項３の発明(地層探査装置)は、地中に連続した溝を掘削する掘削装置を備え、この掘削装置は、カッターポストに掘削刃付きのチェーンを上下方向にエンドレス状に架け渡して構成し、この掘削装置のチェーンにセンサ取付部を設け、地層を探査するセンサを、上記チェーンの回転により上記掘削された溝の壁面に沿って移動し得る状態で上記センサ取付部に着脱可能に取付けたものである。

請求項４の発明は、請求項３の構成において、センサからの信号を地上で受け取って地層情報として処理する地上設備を備えたものである。

請求項５の発明は、請求項３または４の構成において、センサを溝の壁面に対し接近・離間する方向に移動させて位置調節するセンサ位置調節手段を具備するものである。

請求項６の発明は、請求項５の構成において、センサ位置調節手段は、流体圧シリンダと、この流体圧シリンダの伸縮力をセンサの移動力に変換するリンク機構とを備えたものである。

本発明の地層探査方法及び同装置によると、探査用のセンサを掘削装置のチェーンに取付けて、掘削した溝内でチェーンとともに回転させることにより、センサを溝壁面に沿って移動させて地層を探査するため、たとえば地中連続溝を掘進する過程において要所要所で上記探査を行うことにより、従来のボーリングによるピンポイント探査法と比較して、より緻密な探査が可能となる。

また、探査しながら、その探査結果に基づいて掘削深度を決定することができるため、ピンポイント探査では把握できない地層の変化にも正確に対応することができる。

さらに、掘削装置が元々備えている機能を活用し、たとえばチェーンの回転速度が可変であるという機能を利用してセンサを土質性状に応じた適正な速度で移動させることができるとともに、掘削深度を計測するための深度計のデータと探査データとを対比させることができる。

これらの点により、正確で信頼性の高い地層探査を行うことができる。

また、地層探査を掘削工程の中に組み込んで行うことができるため、連続壁の施工工事全体として効率を上げ、工期短縮及び工費節減を実現することができる。

しかも、溝を掘削するための掘削装置を探査装置の一部として利用するため、設備としては掘削と探査を兼ね備えた一つの設備でよい。このため、設備コストが安くなる。

また、請求項２,４の発明によると、センサからの信号を地上設備で地層情報として処理する(たとえば信号処理したうえでモニタ表示し、記録する)ため、掘削深度の決定や地層の変化への対応を現場で迅速に行うことができる。

請求項５,６の発明によると、溝壁面に対してセンサを位置調節できるため、センサを壁面状況等に応じた適正位置にセットしてより正確な探査を行うことができる。

この場合、請求項６の発明によると、センサ位置調節手段として流体圧シリンダとリンク機構を組み合わせた簡単な構造のものを用いるため、コストが安く、しかも故障のおそれが少なくて動作の信頼性が高い。

本発明の実施形態を図１〜図５によって説明する。

図１にこの実施形態にかかる探査装置の全体構成を示す。

この探査装置は、連続溝掘削用の掘削装置４を備えた掘削機と、掘削装置４のチェーン８に着脱可能に取付けられる地層探査用の複数のセンサを備えたセンサユニット９と、センサからの信号を地上で受け取って地層情報として処理する地上設備１０とによって構成される。

掘削機そのものの構成は図６に示す掘削機のそれと同じであるため、同一部分には同一符号を付して示し、その重複説明を省略する。

センサ取付構造を図２〜図４によって説明する。

掘削装置４のチェーン８を構成するチェーンリンク８ａの一つにセンサ取付部としてのセンサ取付プレート１１が取付けられ、このセンサ取付プレート１１にセンサユニット９が取付けられている。

センサ取付プレート１１はチェーンリンク８ａにボルト止め等によって着脱可能に取付けられている。また、センサユニット９はこのセンサ取付プレート１１に対して前後方向(溝Ｇの掘進方向を左右としたときの前後方向。以下にいう前後左右の方向性について同じ)に着脱可能に取付けられている。すなわち、センサユニット９(後述するセンサ１５,１６)はこの二個所の着脱部分のいずれによっても着脱可能となっている。

図２中、１２はチェーン８にビットプレート１３を介して取付けられた掘削刃である。

センサユニット９はセンサボックス１４を備え、このセンサボックス１４の前後両側にセンサ１５,１６が設けられている。

このセンサ１５,１６は、図例では前後それぞれにおいて四角配置で四個ずつ(計八個)設けているが、このセンサ数と配置は探査内容等に応じて適宜選択される。たとえば、前後それぞれにおいて複数個のセンサ１５,１６を上下方向に間隔を置いて配列してもよい。

この前後のセンサ１５,１６を溝Ｇの前後の壁面Ｇ１,Ｇ２に対し接近・離間する方向に移動させて位置調節するセンサ位置調節手段が設けられている。

すなわち、センサボックス１４の上面に流体圧シリンダとしてのエアシリンダ１７が設けられるとともに、センサボックス１４内に前後一対のリンク１８,１８が互いの一端部でピン連結された状態で設けられ、エアシリンダ１７のロッド端がこの両リンク１８,１８のピン連結部分に連結されている。

また、センサボックス１４内の前後(図４の左右)両側に、センサ１５,１６が取付けられたセンサブロック１９,１９が前後方向にスライド自在に支持され、両リンク１８,１８の他端がこのセンサブロック１９,１９にピン連結されている。

この構成において、エアシリンダ１７の伸縮運動(伸縮力)がリンク機構(両リンク１８,１８)の前後方向の屈伸運動(センサ移動力)に変換され、この屈伸運動により前後のセンサ１５,１６がセンサブロック１９,１９とともに前後方向に進退移動する。

これにより、溝壁面Ｇ１,Ｇ２に対する前後のセンサ１５,１６の位置(対壁面距離)を壁面状況等に応じて適正位置に調節し得るように構成されている。

なお、図２,３に示すようにセンサボックス１４の外面に配線中継ボックス２０が設けられ、地上からセンサ１５,１６に電源を供給する電源線、及びセンサ信号を地上に伝送する信号線(図１,２中に配線２１として一括表示している)が、地上に設置された巻取り機構付きのケーブルリール２２からチェーン８沿いに引き出され、配線中継ボックス２０を介してセンサ１５,１６に接続される。

また、エアシリンダ１７にエアを供給するエア配管２３も、配線２１とともにチェーン８沿いに設置され、エアシリンダ１７に接続される。

さらに、チェーン８の複数個所に図示しないクランプが設けられ、上記配線２１及びエア配管２３が要所でこのクランプで支持される。

図１に示す地上設備１０は、電源２４と、信号処理部２５と、モニタ２６と、記録部２７とから成り、センサ１５,１６からの信号が信号処理部２５で地層情報として処理されてモニタ２６で表示され、かつ、記録部２７に記録される。

この地層探査装置の作用を説明する。

掘削機によって地中に連続溝Ｇを掘進していく過程において要所要所で作業を中断し、チェーン８を回転させてセンサ取付プレート１１を地上近くに移動させ、センサユニット９を取付ける。このとき、このセンサユニット９の取付けの必要に応じて掘削装置４を少し引き上げる。

この状態でチェーン８を低速(たとえば５ｍ／ｍｉｎ程度)でほぼ半周回転させることにより、センサユニット９を溝Ｇの前後の壁面Ｇ１,Ｇ２に沿って図１中の開始位置から中間位置、そして最下部の計測終点までゆっくり下降させ、たとえば電気検層による地層探査を行う。

このとき、探査データを見ながら前記センサ位置調節手段によってセンサ位置を最適位置に調節する。

こうして、溝Ｇの前後の壁面Ｇ１,Ｇ２を通して地層が探査され、そのデータがセンサ１５,１６から地上設備１０に送られてモニタ表示され、記録される。

探査終了後はチェーン８を逆回転させてセンサユニット９を開始位置まで戻したうえで取外し、探査された地層状況に基づいて掘削深度が適正であれば次に向かって掘削作業を再開する。あるいは、掘削深度が不足しておればその位置での掘削を続け、深度を修正する。

このように、掘削対象となる地盤の地層を要所要所で探査し、深度の適否を確認し、必要に応じて修正しながら全掘削範囲を掘進する。

この方法によると、溝Ｇの掘削過程おいて要所要所で上記探査を行うため、従来のボーリングによるピンポイント探査法と比較して、より緻密な探査が可能となる。

さらに、掘削装置４が元々備えている機能を地層探査に活用することができる。たとえば、チェーン８の回転速度が可変であるため、センサユニット９(センサ１５,１６)を土質性状に適した計測速度で移動させることができる。また、掘削深度を計測するための深度計を備えているため、この深度計のデータと探査データとを対比させることができる。

図５はこの方法によって目標地盤(たとえば不透水層)Ｘまで掘削した場合を示し、目標地盤Ｘの高低変化に追従して目標地盤Ｘの一定深さＹまで掘削することができる。

しかも、溝Ｇを掘削するための掘削装置４を探査装置の一部として利用するため、設備としては掘削と探査を兼ね備えた一つの設備でよい。このため、設備コストが安くなる。

また、センサ１５,１６からの信号を地上設備１０で受け取って地層情報として処理する(信号処理したうえでモニタ表示し、記録する)ため、掘削深度の決定や地層の変化への対応を現場で迅速に行うことができる。

さらに、センサ１５,１６を溝Ｇの壁面Ｇ１,Ｇ２に対して位置調節することができるため、センサ１５,１６を壁面状況等に応じた適正な位置にセットしてより正確な探査を行うことができる。

他の実施形態
(１) 上記実施形態では、センサ１５,１６と地上設備１０とを配線２１で接続した場合を例示したが、センサユニット９に電源(バッテリ)と記憶装置と発信装置を組み込み、センサ信号を記憶し、地上の受信装置に発信するようにしてもよい。

この場合、溝Ｇ内には溝保全用の安定液(通常は固化材を兼ねる安定液)が注入され、この安定液が障害となって無線システムが作動しない可能性があるため、探査後にセンサユニット９が地上に上がってきたときにデータを発信する構成をとるのが望ましい。

(２) 上記実施形態では掘削過程で掘削作業を中断して地層探査を行うようにしたが、上記無線システムの採用が可能で、かつ、センサ１５,１６を外圧から防護できる構成をとり得る場合には、センサ１５,１６をチェーン８に取付けたまま掘削作業を行い、常時、あるいは適当なタイミングでチェーン８の回転速度を落として地層探査することも可能である。

(３) センサ位置調節手段において、リンク１８,１８を駆動する駆動源としてエアシリンダ１７に代えてバネ(板バネやコイルバネ)を用いてもよい。この場合、センサ１５,１６の進出量を規制するストッパを設けるのが望ましい。

また、前後のセンサ１５,１６を背中合わせに設けた別々の流体圧シリンダで移動させて位置調節する構成等をとってもよい。

本発明の実施形態にかかる探査装置の全体構成図である。センサ取付部分の拡大図である。図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線拡大断面図である。図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。実施形態にかかる探査装置を用いた施工状況例を示す図である。従来技術を説明するための掘削機の概略正面図である。

符号の説明

１掘削機を構成するベースマシン
２同支持フレーム
３同リーダ
４同掘削装置
５掘削装置のカッターポスト
６駆動輪
７遊動輪
８チェーン
８ａチェーンのリンク
９センサユニット
１０地上設備
１１センサ取付部としてのセンサ取付プレート
１４センサボックス
１５,１６センサ
１７センサ位置調節手段を構成するエアシリンダ(流体圧シリンダ)
１８,１８リンク機構を構成する一対のリンク
１９,１９センサブロック
２４地上設備の電源
２５同信号処理部
２６同モニタ
２７同記録部

Claims

カッターポストに掘削刃付きのチェーンを上下方向にエンドレス状に架け渡してなる掘削装置によって地中に溝を掘削し、地層を探査するセンサを上記掘削装置のチェーンに取付けた状態で上記掘削された溝内でチェーンを回転させることにより、上記センサを溝の壁面に沿って移動させて地層を探査することを特徴とする地層探査方法。
センサからの信号を地上設備に入力し、地層情報として処理することを特徴とする請求項１記載の地層探査方法。
地中に連続した溝を掘削する掘削装置を備え、この掘削装置は、カッターポストに掘削刃付きのチェーンを上下方向にエンドレス状に架け渡して構成し、この掘削装置のチェーンにセンサ取付部を設け、地層を探査するセンサを、上記チェーンの回転により上記掘削された溝の壁面に沿って移動し得る状態で上記センサ取付部に着脱可能に取付けたことを特徴とする地層探査装置。
センサからの信号を地上で受け取って地層情報として処理する地上設備を備えたことを特徴とする請求項３記載の地層探査装置。
センサを溝の壁面に対し接近・離間する方向に移動させて位置調節するセンサ位置調節手段を具備することを特徴とする請求項３または４記載の地層探査装置。
センサ位置調節手段は、流体圧シリンダと、この流体圧シリンダの伸縮力をセンサの移動力に変換するリンク機構とを備えたことを特徴とする請求項５記載の地層探査装置。