JP5273568B2 - In-hole excitation source - Google Patents

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Description

本発明は、ボーリング孔内で振動を発生させる装置に関し、更に詳しく述べると、圧縮空気によりピストンを孔軸方向に駆動し、該ピストンによる打撃力を孔軸に直交する方向に変換して孔壁に直接的に打撃力を付与する方式の孔内起振源に関するものである。この技術は、特に位置及び時刻に関して高い精度が要求される弾性波トモグラフィ調査のための起振源として有用である。   The present invention relates to a device for generating vibrations in a borehole, and more specifically, a piston is driven in a hole axial direction by compressed air, and a striking force by the piston is converted into a direction perpendicular to the hole axis to thereby change the hole wall. The present invention relates to an in-hole excitation source that directly applies an impact force. This technique is particularly useful as a vibration source for elastic wave tomography investigations that require high accuracy with respect to position and time.

高レベル放射性廃棄物の地層処分場のような地下構造物の力学的安定性評価には、構造物周辺岩盤の探査が重要である。このような岩盤に対する物理探査手法の一つに弾性波トモグラフィ調査がある。これは、調査対象となる範囲に設置した多くの起振源と受振器の間を伝わる弾性波の走時(初動が到達するのにかかった時間)から調査対象となる岩盤の状態を可視化する手法である。   In order to evaluate the mechanical stability of underground structures such as geological disposal sites for high-level radioactive waste, it is important to investigate the rock surrounding the structure. One of the geophysical exploration techniques for such rocks is the elastic wave tomography survey. This visualizes the condition of the rock mass to be investigated from the running time of the elastic wave (the time it took for the initial movement to reach) between the many excitation sources and geophones installed in the survey area. It is a technique.

弾性波の起振には、ダイナマイト(雷管)、重錘落下、ハンマー打撃、エアーガンなど様々な方法が用いられる。起振場所は、地下での調査の場合、坑道内部あるいはボーリング孔内部となる。   Various methods such as dynamite (detonator), weight drop, hammer hit, air gun, etc. are used for the vibration generation of elastic waves. In the case of an underground survey, the place of vibration is inside the tunnel or the borehole.

例えば高レベル放射性廃棄物の地層処分場では、小孔径のボーリング孔を利用して坑道近傍を詳細に調査する。そのためには、数m〜10m程度の距離を弾性波が伝わる十分に大きなエネルギーを有することが必要となる。また、ボーリング孔を占有することができないために、ボーリング孔内を移動することのできる構造でなければならない。更に、岩盤が可燃性ガスを含有している場合には、ボーリング孔内は常に可燃性ガスが高濃度で存在する環境となる恐れがあるため、防爆仕様にすることなく使用できる機構にすることが望ましい。更に、無水孔内での起振が可能なこと、水平孔内でも使用でき、孔内で方向を制御できること、などの要件も必要である。   For example, in a geological disposal site for high-level radioactive waste, the vicinity of a mine shaft is investigated in detail using a small bore diameter borehole. For that purpose, it is necessary to have a sufficiently large energy for the elastic wave to travel a distance of about several meters to 10 meters. Further, since the boring hole cannot be occupied, the structure must be able to move in the boring hole. Furthermore, if the bedrock contains a flammable gas, the boring hole may be in an environment where flammable gas is always present at a high concentration. Is desirable. Furthermore, requirements such as being able to vibrate in anhydrous holes, being able to be used in horizontal holes, and being able to control the direction in the holes are also necessary.

ところで従来技術として、空気などの流体圧を利用してピストンを孔軸方向に駆動し、該ピストンの孔軸方向の突出動作を回転ハンマーで孔軸に直交する方向の運動に変換してケーシングの側面を打撃する構造の孔内起振源が開発されている(特許文献1参照)。このような構造は、ピストンを孔軸方向に駆動する方式であることから、必要なストロークがとれ、大きな打撃エネルギーを発生できる利点がある。しかし、この孔内起振源は、ボーリング孔径よりもかなり小さな外径のケーシング内に組み込まれており、該ケーシングを圧着用パッカーで孔壁面に押し付けた状態で孔壁面を間接的に起振する。そのため、発生する弾性波は一方向(圧着した孔壁面の方向)に偏ったものとなるほか、ハンマーの回転動作を要しケーシングを介しての間接的な打撃となることから孔壁面に打撃エネルギーが到達するまでの時間遅れが大きく、また打撃面が大きくなり、鉛直孔において数10mから100m程度の範囲を調査するための起振源としては使用できるが、10m未満程度の範囲を対象とする坑道近傍の詳細な調査には不向きである。   By the way, as a conventional technique, the piston is driven in the direction of the hole axis by utilizing fluid pressure such as air, and the projecting movement of the piston in the direction of the hole axis is converted into a movement in a direction perpendicular to the hole axis by a rotary hammer. An in-hole vibration source having a structure that strikes the side surface has been developed (see Patent Document 1). Since such a structure is a system in which the piston is driven in the direction of the hole axis, there is an advantage that a necessary stroke can be taken and a large impact energy can be generated. However, this in-hole excitation source is incorporated in a casing having an outer diameter that is considerably smaller than the diameter of the bore hole, and indirectly vibrates the hole wall surface while the casing is pressed against the hole wall surface by a crimping packer. . For this reason, the generated elastic waves are biased in one direction (the direction of the pressure-bonded hole wall surface), and the hammering operation requires an indirect impact through the casing. The time delay until it reaches is large, the striking surface becomes large, and it can be used as a vibration source for investigating the range of about several tens to 100 m in the vertical hole, but it targets the range of less than 10 m It is not suitable for detailed surveys near the tunnel.

特開2000−46954号公報JP 2000-46954 A

本発明が解決しようとする課題は、小孔径のボーリング孔内で、限りなく点に近い狭い場所での時間遅れのない起振を可能とし、それによって位置及び時刻精度を向上させ、数m程度の狭い範囲での弾性波トモグラフィ調査を実施できるようにすることである。   The problem to be solved by the present invention is that it enables vibration without time delay in a narrow place as close as possible within a small bore diameter hole, thereby improving the position and time accuracy, about several meters It is possible to conduct an elastic wave tomography survey in a narrow range.

本発明は、圧縮空気によりピストンを孔軸方向に駆動する打撃エネルギー発生部と、前記ピストンの孔軸方向の突出動作を利用して孔壁に打撃力を付与する打撃ハンマー部とを備えている孔内起振源において、前記打撃ハンマー部は、ピストンの孔軸方向の突出動作による打撃力を孔軸に直交する方向に変換する回転リンク機構と、外向きにバネで付勢された状態で孔壁に圧着保持され前記回転リンク機構を介して駆動される加振ハンマーとを具備し、それら回転リンク機構と加振ハンマーとの組み合わせを、複数、円周上で均等に配置し、前記打撃エネルギー発生部の単一のピストンにより各加振ハンマーを加振して孔軸に直交方向の孔壁面を円周方向の複数箇所で同時に直接打撃するようにしたことを特徴とする孔内起振源である。   The present invention includes a striking energy generating section that drives a piston in the hole axial direction by compressed air, and a striking hammer section that applies a striking force to the hole wall by utilizing the projecting operation of the piston in the hole axial direction. In the in-hole vibration source, the hitting hammer portion is in a state in which it is urged outward by a rotary link mechanism that converts a striking force generated by a projecting operation of the piston in the hole axis direction into a direction orthogonal to the hole axis. A vibration hammer that is pressure-bonded to the hole wall and driven via the rotary link mechanism, and a plurality of combinations of the rotary link mechanism and the vibration hammer are arranged evenly on the circumference, and the striking In-hole excitation characterized in that each excitation hammer is vibrated by a single piston of the energy generating portion and the hole wall surface perpendicular to the hole axis is directly struck simultaneously at a plurality of locations in the circumferential direction. Is the source.

ここで加振ハンマーは、その頭部で、基端側を起振源躯体に固定し先端側を先端カバーに取り付けた孔軸方向に延びる板バネに固定され、前記加振ハンマーの向きが常に孔軸に直交する方向を維持するように外向きに付勢されて支えられている構造が好ましい。   Here, the vibration hammer is fixed at its head to a leaf spring extending in the axial direction of the hole with the proximal end fixed to the vibration source housing and the distal end attached to the distal cover, and the direction of the vibration hammer is always A structure that is supported by being biased outward so as to maintain a direction orthogonal to the hole axis is preferable.

また前記回転リンク機構は、平面的に見たときに直角な2辺を備えた板状の剛性回転コマと、その一方の辺の両端近傍に位置する固定枢軸と可動枢軸を有し、固定枢軸で起振源躯体に軸支され、可動枢軸では加振ハンマーの基端部を軸支し、他方の辺にピストンが衝突する構造になっているのが好ましい。   The rotary link mechanism has a plate-like rigid rotary piece having two sides perpendicular to each other when viewed in a plane, a fixed pivot and a movable pivot located near both ends of one side, and the fixed pivot It is preferable that the movable shaft is pivotally supported by the vibration source housing, the proximal end portion of the vibration hammer is pivotally supported, and the piston collides with the other side.

本発明に係る孔内起振源は、ピストンの孔軸方向の突出動作による打撃力を孔軸に直交する方向に変換する回転リンク機構と、外向きにバネで付勢された状態で孔壁に圧着保持され前記回転リンク機構を介して駆動される加振ハンマーとを具備し、それら回転リンク機構と加振ハンマーとの組み合わせが、複数、円周上で均等に配置されているので、打撃エネルギー発生部の単一のピストンにより各加振ハンマーを加振して孔軸に直交方向の孔壁面を同時に直接打撃することができる。回転リンク機構と加振ハンマーとが常に機械的に結合し、場所によって変化するボーリング孔の孔径によらず、前記加振ハンマーの頭部が孔壁面に押し付けられているため、ピストンによる打撃力が回転リンク機構から加振ハンマーを経て孔壁面へと瞬時に伝搬することになり、ピストンの突出動作と孔壁面の打撃時刻に遅れが生じることがほとんどなく、高い時刻精度で打撃の瞬間を計測することができる。また、従来技術のようなケーシングや圧着用パッカーを必要とせず、加振ハンマーの頭部が孔壁面に当接する構造なので、小孔径のボーリング孔内で打撃面を非常に小さくできるため、限りなく点に近い発振点での起振が可能となり、数m程度の範囲内におけるトモグラフィ調査を精度良く実施できる。なお、本発明の孔内起振源は、水平孔内でも使用でき、孔内での方向も制御できるし、孔壁の崩壊などの孔の状態に柔軟に対応できる。更に、加振ハンマーが、孔軸に直交方向の孔壁面を直接打撃する構造のため、ボーリング孔内が水などの弾性媒質で満たされていない気中での起振も可能である。   The in-hole excitation source according to the present invention includes a rotary link mechanism that converts a striking force generated by a projecting operation of the piston in the hole axis direction into a direction perpendicular to the hole axis, and a hole wall that is biased outward by a spring. A vibration hammer that is held by pressure and driven via the rotary link mechanism, and a plurality of combinations of the rotary link mechanism and the vibration hammer are arranged evenly on the circumference. Each vibration hammer can be vibrated by a single piston of the energy generating portion, and a hole wall surface in a direction perpendicular to the hole axis can be directly hit at the same time. The rotary linkage mechanism and the vibration hammer are always mechanically coupled, and the head of the vibration hammer is pressed against the hole wall surface regardless of the hole diameter of the boring hole that changes depending on the location. Propagation instantaneously from the rotary link mechanism to the hole wall surface through the vibration hammer, and there is almost no delay in the piston projecting operation and the hole wall impact time, and the impact moment is measured with high time accuracy. be able to. In addition, there is no need for a casing or crimping packer as in the prior art, and since the head of the vibration hammer is in contact with the hole wall surface, the striking surface can be made very small in the bore hole with a small hole diameter. It is possible to vibrate at an oscillation point close to the point, and tomographic investigation within a range of about several meters can be performed with high accuracy. The in-hole excitation source of the present invention can be used in a horizontal hole, the direction in the hole can be controlled, and the hole state such as collapse of the hole wall can be flexibly dealt with. Further, since the vibration hammer directly hits the hole wall surface perpendicular to the hole axis, vibration in the air where the borehole is not filled with an elastic medium such as water is also possible.

勿論、本発明も、起振に圧縮空気を使用する方式を採用しているため、完全な防爆化を図ることができ、安全性が向上するし、起振源の使用に際して認可申請や届け出などの法律上の手続を必要としないので、作業性も向上する。また、圧縮空気によりピストンを孔軸方向に駆動することで打撃エネルギーを発生させる方式なので、容易に同一地点で繰り返し起振できるし、小孔径のボーリング孔内でも大きな打撃力を生じさせることができ、しかもストロークを調整することにより打撃力を調整可能である。   Of course, the present invention also employs a method of using compressed air for vibration, so that complete explosion-proofing can be achieved, safety is improved, and an application for approval or notification is made when using the vibration source. This eliminates the need for legal procedures and improves workability. In addition, it is a system that generates impact energy by driving the piston in the axial direction of the hole with compressed air, so it can easily vibrate repeatedly at the same point, and can generate a large impact force even in a small bore bore hole. In addition, the striking force can be adjusted by adjusting the stroke.

本発明に係る孔内起振源の一実施例を示す説明図。Explanatory drawing which shows one Example of the in-hole excitation source which concerns on this invention. その打撃エネルギー発生部の説明図。Explanatory drawing of the impact energy generation part. その孔内起振源の動作説明図。The operation | movement explanatory drawing of the in-hole excitation source. その孔内起振源のボーリング孔径変化に対する順応性を示す説明図。Explanatory drawing which shows the adaptability with respect to the boring hole diameter change of the vibration source in the hole.

孔内起振源は、ボーリング孔内で何らかの方法でエネルギーを放出することにより孔壁面及びその周辺に直接的あるいは間接的に弾性変形を与えることにより、弾性的な波動または非弾性的な波動を発生させるものである。この実施例では、次のような条件を満たす設計仕様で孔内起振源を製作した。
・必要なボーリング孔径をφ86mmとする(一般的なコアボーリングの孔径)。
・ボーリング孔内は可燃性のメタンガスが発生するため、非爆薬、非電気式であること。
・ボーリング孔壁を直接打撃できること。
・同じ起振位置で繰り返し打撃が行えること。
そこで、本発明では、駆動源として高圧ガス保安法の適用を受けない範囲の低圧の圧縮空気を用いる方式を採用している。圧縮空気は、供給・排出が簡単なため、孔内の1箇所で繰り返し何度でも容易に起振できるからである。
An in-hole excitation source generates elastic or inelastic waves by directly or indirectly applying elastic deformation to the hole wall surface and its surroundings by releasing energy in some way within the borehole. Is generated. In this example, an in-hole excitation source was manufactured with a design specification that satisfies the following conditions.
-Necessary boring hole diameter is φ86 mm (general core boring hole diameter).
・ Because combustible methane gas is generated in the borehole, it must be non-explosive and non-electric.
・ Be able to hit the borehole wall directly.
・ It should be possible to hit repeatedly at the same vibration position.
Therefore, in the present invention, a system using low-pressure compressed air in a range not subject to application of the high-pressure gas safety method as a drive source is adopted. This is because compressed air can be easily oscillated over and over again at one place in the hole because it is easy to supply and discharge.

本発明に係る孔内起振源の一実施例を図1に示す。Aは一部カット断面であり、Bはそのx−x断面である。この孔内起振源は、打撃エネルギー発生部10と打撃ハンマー部12とから構成される。打撃エネルギー発生部12は、圧縮空気によりピストンを孔軸方向(図1のAでは図面水平方向)に駆動する部分であり、打撃ハンマー部12は、前記ピストンの孔軸方向の突出動作による打撃力を孔軸に直交する方向に変換して孔壁に打撃力を付与する部分である。   One embodiment of the in-hole excitation source according to the present invention is shown in FIG. A is a partially cut section, and B is its xx section. This in-hole excitation source includes a hit energy generating unit 10 and a hit hammer unit 12. The striking energy generating unit 12 is a part that drives the piston in the hole axial direction (the horizontal direction in FIG. 1A) with compressed air, and the striking hammer unit 12 has a striking force due to the protruding operation of the piston in the hole axial direction. This is a portion that applies a striking force to the hole wall by converting the direction into a direction perpendicular to the hole axis.

まず、打撃エネルギー発生部10について説明する。打撃エネルギー発生部10の詳細を図2に示す。孔軸方向に延びるシリンダー20の内部にピストン22が移動自在に組み込まれ、シリンダー20の先端部からピストン22が突出する構成である。シリンダー20は、後端部に空気口24が開口し、該空気口24に連通してシリンダー内部に空気溜まり26が設けられ、それに連続して段差を経て小孔径のピストン出入孔28が形成されている構造である。また、空気溜まり28の後部壁に磁石30が組み込まれている。ピストン22は、後端部に大径のフランジ部32を備え、該フランジ部32の外周にOリングシール34が装着されて空気溜まり26の気密状態が維持できる構造である。ピストン基端側の、前記フランジ部と段差との間にピストン戻し用のコイルバネ36が装着され、ピストン22に基端側方向(図面左手方向)への弾撥力が作用するようになっている。なお、フランジ部自体もしくはその一部は強磁性体からなり、前記磁石30への磁気的引力が作用するように構成されている。   First, the impact energy generating unit 10 will be described. Details of the impact energy generating unit 10 are shown in FIG. The piston 22 is movably incorporated in the cylinder 20 extending in the hole axis direction, and the piston 22 protrudes from the tip of the cylinder 20. The cylinder 20 has an air port 24 opened at the rear end, an air reservoir 26 is provided in the cylinder in communication with the air port 24, and a piston inlet / outlet hole 28 having a small hole diameter is formed continuously through a step. It is a structure. A magnet 30 is incorporated in the rear wall of the air reservoir 28. The piston 22 includes a large-diameter flange portion 32 at the rear end portion, and an O-ring seal 34 is attached to the outer periphery of the flange portion 32 so that the airtight state of the air reservoir 26 can be maintained. A coil spring 36 for returning the piston is attached between the flange portion and the step on the base end side of the piston, so that an elastic force in the base end direction (left hand direction in the drawing) acts on the piston 22. . The flange portion itself or a part thereof is made of a ferromagnetic material, and is configured such that a magnetic attractive force acts on the magnet 30.

この打撃エネルギー発生部10の動作は次の如くである。ピストン22は、磁石30とコイルバネ36の力によって通常は後方(図面左手側)に留まっている。圧縮空気を空気口24から注入すると、圧縮空気は空気溜まり26に溜まる。磁石30の吸引力を超えて圧縮空気が溜まると、ピストン22はその圧力によって勢いよく前方(図面右手方向)へ駆動される。その後、圧縮空気が抜けると、コイルバネ36と磁石30の力によりピストン22は元の後方の位置に戻る。従って、圧縮空気を繰り返し注入することで、繰り返し打撃エネルギーを発生させることができる。ボーリング孔が小径でも、シリンダー20を狭い孔径方向ではなく十分な長さをとることのできる孔軸方向に長くすることにより、打撃エネルギーを増大させることができる。   The operation of the impact energy generating unit 10 is as follows. The piston 22 normally remains rearward (left hand side in the drawing) by the force of the magnet 30 and the coil spring 36. When compressed air is injected from the air port 24, the compressed air accumulates in the air reservoir 26. When the compressed air accumulates exceeding the attractive force of the magnet 30, the piston 22 is driven forward (to the right in the drawing) by the pressure. Thereafter, when the compressed air is released, the piston 22 returns to the original rear position by the force of the coil spring 36 and the magnet 30. Therefore, repeated hitting energy can be generated by repeatedly injecting compressed air. Even if the boring hole has a small diameter, it is possible to increase the striking energy by making the cylinder 20 longer in the direction of the hole axis that can take a sufficient length rather than in the narrow hole diameter direction.

次に、打撃ハンマー部12について説明する。図1に立ち戻って、打撃ハンマー部12は、前記ピストン22の孔軸方向の突出動作による打撃力を孔軸に直交する方向に変換する回転リンク機構40と、外向きにバネで付勢された状態で保持され前記回転リンク機構40を介して駆動される加振ハンマー42とを具備している。図1のBに示すように、それら回転リンク機構40と加振ハンマー42との組み合わせが、4組、円周上で90°ずつ角度を変えて均等に配置されている。そして、前記打撃エネルギー発生部10の単一のピストン22により各加振ハンマー42を一斉に加振して孔軸に直交方向の孔壁面を同時に直接打撃するように構成されている。   Next, the striking hammer portion 12 will be described. Returning to FIG. 1, the striking hammer portion 12 is biased outwardly by a rotary link mechanism 40 that converts a striking force generated by the projecting motion of the piston 22 in the hole axis direction into a direction orthogonal to the hole axis. And a vibration hammer 42 that is held in a state and driven via the rotary link mechanism 40. As shown in FIG. 1B, the combinations of the rotary link mechanism 40 and the vibration hammer 42 are equally arranged at four angles, changing the angle by 90 ° on the circumference. The vibration hammers 42 are vibrated all at once by the single piston 22 of the striking energy generating unit 10 so that the hole wall surface orthogonal to the hole axis is directly hit at the same time.

前記回転リンク機構40は、矩形板状(従って、平面的に見たときに互いに直角な2辺を備えている)の剛性回転コマ44と、その一辺(孔軸に平行な外側の方の辺)の両端近傍に位置する固定枢軸(変位しない枢軸)rと可動枢軸(変位可能な枢軸)sを有し、固定枢軸rで起振源躯体に軸支され、可動枢軸sでは加振ハンマー42の基端部を軸支し、他方の辺(孔軸に直交する後方の辺)にピストン22が衝突する構造となっている。具体的には、剛性回転コマ44が軸支されている起振源躯体は、打撃エネルギー発生部10のシリンダー20の先端面から前方に突設されている4本の角柱状の支持部材46であり、各支持部材46の先端部に位置する固定枢軸rでそれぞれ剛性回転コマ44が軸支されている。   The rotary link mechanism 40 includes a rigid rotary piece 44 having a rectangular plate shape (and thus having two sides perpendicular to each other when viewed in plan), and one side thereof (an outer side parallel to the hole axis). ) And a movable pivot (displaceable pivot) s. The fixed pivot r is pivotally supported by the vibration source housing, and the movable pivot s has an excitation hammer 42. The piston 22 collides with the other side (the rear side orthogonal to the hole axis). Specifically, the vibration source housing on which the rigid rotating piece 44 is pivotally supported is composed of four prismatic support members 46 projecting forward from the front end surface of the cylinder 20 of the impact energy generating unit 10. The rigid rotating pieces 44 are pivotally supported by the fixed pivots r located at the distal end portions of the respective support members 46.

前記加振ハンマー42は、支柱の先端に偏平な大径の頭部を設けた形状であり、その頭部で、基端側を起振源躯体に固定した孔軸方向に延びる板バネ48に固定されている。具体的には、板バネ48の基端側はシリンダー20に固定され、先端側はフリーの状態にある先端カバー50に取り付けられている。   The vibration hammer 42 has a shape in which a flat large-diameter head is provided at the distal end of the support column, and a flat spring 48 extending in the axial direction of the hole with the proximal end fixed to the vibration source housing at the head. It is fixed. Specifically, the base end side of the leaf spring 48 is fixed to the cylinder 20, and the tip end side is attached to the tip cover 50 in a free state.

前記4本の支持部材48で囲まれた領域がピストン移動空間となる。そのピストン移動空間において、シリンダー20の先端面と剛性回転コマ40のピストン衝突面との間に、コイルバネ52がピストン22を囲むように巻装されている。このコイルバネ52は、剛性回転コマ44のピストン衝突面に弾撥力を付勢し、各剛性回転コマ44に回転力を付与して、加振ハンマー42の頭部をボーリング孔壁面に押し付ける機能を果たしている。   A region surrounded by the four support members 48 is a piston moving space. In the piston movement space, a coil spring 52 is wound around the piston 22 between the tip surface of the cylinder 20 and the piston collision surface of the rigid rotary piece 40. The coil spring 52 has a function of urging the piston collision surface of the rigid rotating piece 44 with an elastic force and applying a rotational force to each rigid rotating piece 44 to press the head of the vibration hammer 42 against the borehole wall surface. Plays.

前記板バネ48は、加振ハンマー42の向きが常に孔軸に直交する方向を維持するように(加振ハンマー42の頭部がボーリング孔壁面に常に正対するように)、加振ハンマー42の姿勢を適正に保持する機能を果たす。また、この板バネ48は、滑り面となって、孔内起振源のボーリング孔内への挿入、取り出しを円滑にする機能も有している。更に、4枚の板バネ48が先端側で先端カバー50で束ねられ、該先端カバー50が板バネ48で支えられているだけのフリーな状態になっているので、孔内起振源の挿入位置がボーリング孔内で偏心していてもセントラライズされることになり、その点でも孔内起振源をボーリング孔内へ挿入し易くなる。従って、この板バネの効果は、ボーリング孔壁が一部損傷しているような場合に、特に有効に作用する。   The leaf spring 48 is arranged so that the direction of the vibration hammer 42 is always maintained in a direction perpendicular to the hole axis (so that the head of the vibration hammer 42 is always directly facing the wall surface of the borehole). It fulfills the function of maintaining a proper posture. Further, the leaf spring 48 has a function as a sliding surface to smoothly insert and remove the in-hole excitation source into the boring hole. Furthermore, since the four leaf springs 48 are bundled by the tip cover 50 on the tip side and the tip cover 50 is only supported by the leaf spring 48, insertion of the in-hole vibration source is performed. Even if the position is eccentric in the borehole, it will be centralized, and at that point also, the in-hole excitation source can be easily inserted into the borehole. Therefore, the effect of this leaf spring is particularly effective when the borehole wall is partially damaged.

孔壁打撃の機構について、図3により説明する。図3では、分かりやすいように一方向の回転リンク機構と加振ハンマーのみを表し、力の伝達方向を矢印で示している。圧縮空気によるエネルギーはピストン22を押し出す。該ピストン22は剛性回転コマ44を打撃する。固定枢軸rと可動枢軸sによって、打撃エネルギーは剛性回転コマ44を介して加振ハンマー42に伝わる。その際、可動枢軸sにより加振ハンマー42は孔壁面hに対して垂直を維持しているため、ボーリング孔軸方向の打撃力が、剛性回転コマ44により向きを90°変えて加振ハンマー42に加わり、孔壁面を垂直に打撃する。図1のB(x−x断面)に示されているように、4方向に配置されている加振ハンマー42が同時に加振されるため、4方向の孔壁面が同時に打撃されることになる。その際、回転リンク機構と加振ハンマーとが常に機械的に結合し、場所によって変化するボーリング孔の孔径によらず、前記加振ハンマーの先端部が孔壁面に押し付けられているため、ピストンによる打撃力が回転リンク機構から加振ハンマーを経て孔壁面へと瞬時に伝搬することになり、ピストンの突出動作と孔壁面の打撃時刻に遅れが生じることがほとんどなく、1マイクロ秒程度以下の時刻精度で打撃の瞬間を計測することができる。また、孔壁面に当接する加振ハンマーの頭部を小さくすることができるため、1cm×2cm程度の小さな面を発振点とする起振が可能となる。更に、シリンダの長さでボーリング孔軸方向のストロークを自由に設定できるため、打撃エネルギー発生部10の容量によって孔壁面を打撃するエネルギーの大きさを自由に調整することができる。   The hole wall striking mechanism will be described with reference to FIG. In FIG. 3, for easy understanding, only a one-way rotation link mechanism and a vibration hammer are shown, and a force transmission direction is indicated by an arrow. The energy from the compressed air pushes the piston 22 out. The piston 22 strikes the rigid rotating piece 44. By the fixed pivot r and the movable pivot s, the impact energy is transmitted to the vibration hammer 42 through the rigid rotating piece 44. At this time, since the vibration hammer 42 is maintained perpendicular to the hole wall surface h by the movable pivot shaft s, the striking force in the boring hole axial direction is changed by 90 ° by the rigid rotation piece 44 and the vibration hammer 42. And hit the hole wall vertically. As shown in FIG. 1B (xx cross section), the vibration hammers 42 arranged in the four directions are vibrated at the same time, so that the hole wall surfaces in the four directions are hit simultaneously. . At that time, the rotating link mechanism and the vibration hammer are always mechanically coupled, and the tip of the vibration hammer is pressed against the hole wall surface regardless of the hole diameter of the boring hole that changes depending on the location. The striking force is instantaneously propagated from the rotary link mechanism to the hole wall surface through the vibration hammer, and there is almost no delay between the piston projecting operation and the hole wall striking time. The moment of impact can be measured with accuracy. In addition, since the head of the vibration hammer that abuts against the hole wall surface can be made small, vibration can be generated with a small surface of about 1 cm × 2 cm as an oscillation point. Furthermore, since the stroke in the boring hole axial direction can be freely set by the length of the cylinder, the magnitude of the energy for striking the hole wall surface can be freely adjusted by the capacity of the striking energy generating unit 10.

この孔内起振源は、ボーリング孔径変化にも順応できる。その様子を図4に示す。掘削後のボーリング孔は、掘削後に時間が経過することにより、孔径が変化することがありえる。Aは孔径が掘削直後で設計仕様通りの場合であり、Bは孔壁の崩壊などで孔径が大きくなった場合である。ボーリング孔径が拡大した場合でも適切にボーリング孔の中心に位置し、加振ハンマーが孔壁面に当接する必要がある。加振ハンマー42に取り付けられている板バネ48と、2つの枢軸を備えている剛性回転コマ44と、該剛性回転コマ44を押し付けるコイルバネ52が、そのセントラライザー機能を果たしている。   This in-hole excitation source can adapt to changes in the bore diameter. This is shown in FIG. The bore diameter of the drilled hole after excavation may change as time passes after excavation. A is the case where the hole diameter is just as designed immediately after excavation, and B is the case where the hole diameter is increased due to the collapse of the hole wall. Even when the diameter of the boring hole is enlarged, it is necessary to appropriately place the boring hole at the center of the boring hole so that the vibration hammer contacts the hole wall surface. A leaf spring 48 attached to the vibration hammer 42, a rigid rotating piece 44 having two pivots, and a coil spring 52 that presses the rigid rotating piece 44 perform the centralizer function.

加振ハンマー42は、ボーリング孔内においては板バネ48とコイルバネ52により、その頭部が孔壁に押さえつけられた状態を維持する。Bに示すように、ボーリング孔径が拡大した場合は、コイルバネ52が剛性回転コマ44を前方に押す。その際、固定枢軸rを中心として各剛性回転コマ44が回転し、加振ハンマー42を外向きに押し出す。可動枢軸sで加振ハンマー42の向きも回転する。コイルバネ52と板バネ48とのバランスによって、加振ハンマー42は孔壁に対して垂直な姿勢を維持する。このような形で打撃ハンマー部12の外径が拡大する。この時、4個の剛性回転コマ44は同じように回転して外形が変形するため、ピストン22の打撃エネルギーは、各剛性回転コマ44を介して均等に各加振ハンマー42に伝わることになる。   The vibration hammer 42 maintains its head pressed against the hole wall by the leaf spring 48 and the coil spring 52 in the borehole. As shown in B, when the borehole diameter is enlarged, the coil spring 52 pushes the rigid rotating piece 44 forward. At that time, each rigid rotary piece 44 rotates around the fixed pivot r to push the vibration hammer 42 outward. The direction of the vibration hammer 42 is also rotated by the movable pivot s. Due to the balance between the coil spring 52 and the leaf spring 48, the vibration hammer 42 maintains a vertical posture with respect to the hole wall. In this way, the outer diameter of the hitting hammer portion 12 is increased. At this time, since the four rigid rotating pieces 44 rotate in the same manner and the outer shape is deformed, the striking energy of the piston 22 is uniformly transmitted to the respective excitation hammers 42 via the respective rigid rotating pieces 44. .

このように、本実施例では打撃ハンマー部12は、孔軸方向に2〜3cmの長さで円周方向で4方向を4個の加振ハンマー42により同時に打撃する機構を備えているので、できる限り孔壁面の円周方向にわたってまんべんなく打撃でき、数m程度の範囲におけるトモグラフィ調査を行う上でも限りなく点に近い発振点となり、あたかもボーリング孔内で発破をしたように円周方向に等しくエネルギーが放出される状態となるため、精度のよい調査が可能となる。   Thus, in the present embodiment, the hitting hammer portion 12 is provided with a mechanism that simultaneously hits the four directions in the circumferential direction with the four vibration hammers 42 in the length direction of 2 to 3 cm in the hole axis direction. It can be struck evenly in the circumferential direction of the hole wall as much as possible, it becomes an oscillation point as close as possible to the tomographic investigation in the range of several meters, and it is equal to the circumferential direction as if blasting in the borehole Since the energy is released, an accurate investigation is possible.

なお、上記の実施例では4個の加振ハンマーを円周上で90°均等に配置する構成であるが、例えば3個の加振ハンマーを円周上で120°均等に配置する構成とすることも、あるいは8個の加振ハンマーを円周上で45°均等に配置することも可能である。   In the above-described embodiment, the four vibration hammers are arranged at 90 ° equally on the circumference. For example, the three vibration hammers are arranged at 120 ° equally on the circumference. Alternatively, it is possible to arrange the eight vibration hammers evenly at 45 ° on the circumference.

10 打撃エネルギー発生部
12 打撃ハンマー部
20 シリンダー
22 ピストン
40 回転リンク機構
42 加振ハンマー
44 剛性回転コマ
46 支持部材
48 板バネ
50 先端カバー
52 コイルバネ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Impact energy generation part 12 Impact hammer part 20 Cylinder 22 Piston 40 Rotation link mechanism 42 Excitation hammer 44 Rigid rotation top 46 Support member 48 Leaf spring 50 Tip cover 52 Coil spring

Claims (3)

圧縮空気によりピストンを孔軸方向に駆動する打撃エネルギー発生部と、前記ピストンの孔軸方向の突出動作を利用して孔壁に打撃力を付与する打撃ハンマー部とを備えている孔内起振源において、
前記打撃ハンマー部は、ピストンの孔軸方向の突出動作による打撃力を孔軸に直交する方向に変換する回転リンク機構と、外向きにバネで付勢された状態で孔壁に圧着保持され前記回転リンク機構を介して加振される加振ハンマーとを具備し、それら回転リンク機構と加振ハンマーとの組み合わせを、複数、円周上で均等に配置し、前記打撃エネルギー発生部の単一のピストンにより各加振ハンマーを加振して孔軸に直交方向の孔壁面を円周方向の複数箇所で同時に直接打撃するようにしたことを特徴とする孔内起振源。
In-hole excitation provided with a striking energy generating section for driving the piston in the hole axial direction by compressed air, and a striking hammer section for applying a striking force to the hole wall by utilizing the projecting motion of the piston in the hole axial direction. At the source,
The striking hammer part is pressure-bonded and held on the hole wall in a state where the striking force generated by the projecting motion of the piston in the hole axis direction is converted to a direction perpendicular to the hole axis and biased outward by a spring. A vibration hammer that is vibrated via a rotation link mechanism, and a plurality of combinations of the rotation link mechanism and the vibration hammer are arranged evenly on the circumference, so that a single impact energy generating unit is provided. An in-hole excitation source characterized in that each excitation hammer is vibrated by a plurality of pistons so that a hole wall surface perpendicular to the hole axis is directly struck simultaneously at a plurality of locations in the circumferential direction.
加振ハンマーは、その頭部で、基端側を起振源躯体に固定し先端側を先端カバーに取り付けた孔軸方向に延びる板バネに固定され、前記加振ハンマーの向きが常に孔軸に直交する方向を維持するように外向きに付勢されて支えられている請求項1記載の孔内起振源。   The vibration hammer is fixed to a leaf spring extending in the axial direction of the hole with its base end fixed to the vibration source housing and the distal end attached to the distal end cover, and the direction of the vibration hammer is always the hole axis. The in-hole excitation source according to claim 1, which is supported by being biased outward so as to maintain a direction orthogonal to the vertical direction. 回転リンク機構は、平面的に見たときに直角な2辺を備えた板状の剛性回転コマと、その一方の辺の両端近傍に位置する固定枢軸と可動枢軸を有し、固定枢軸で起振源躯体に軸支され、可動枢軸では加振ハンマーの基端部を軸支し、他方の辺にピストンが衝突する構造になっている請求項1又は2記載の孔内起振源。   The rotary link mechanism has a plate-like rigid rotary piece having two sides perpendicular to each other in plan view, and a fixed pivot and a movable pivot located near both ends of one side. The in-hole excitation source according to claim 1 or 2, wherein the excitation source is pivotally supported by a vibration source housing, the base end portion of the vibration hammer is pivotally supported by the movable pivot, and the piston collides with the other side.
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