JP7123316B2

JP7123316B2 - 地中音源位置の測定方法及び測定装置

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Publication number: JP7123316B2
Application number: JP2018084848A
Authority: JP
Inventors: 秋男阿部; 雄宣稲川; 東雲柳
Original assignee: TOKYO SOIL RESEARCH CO., LTD.; Obayashi Corp
Current assignee: TOKYO SOIL RESEARCH CO., LTD.; Obayashi Corp
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2022-08-23
Anticipated expiration: 2038-04-26
Also published as: JP2019191024A

Description

この発明は、地盤中にある音源から発生する地中音をセンサで検出することにより、地中音の発生する位置を特定する測定方法及び測定装置に関するものである。

従来、地盤中の地盤改良位置や掘削ロッドの位置等を特定するための地中音源位置の測定装置及び測定方法が提案されている。

このような技術としては、改良範囲の位置とは別に、予め地盤中に掘削された孔にセンサを設置して改良範囲を確認する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、別孔に設置されたセンサが、地盤中に噴射されている地盤改良剤の音を検出し、地盤改良位置を特定するようになっている。

また、掘削施工機械の掘削ロッドの先端に人工的な音源を設置し、人工的な音源が発生した地中音をセンサにより検出する技術も提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。この技術では、人工的な音源から発生した地中音が地盤中を伝播し、これが地表面に到達したときの音波を複数のセンサで検出し、複数のセンサが検出した音波の位相差を演算装置が演算することにより掘削ロッドの位置を特定するようになっている。

特開２０１２－６２６２６特開２０１２－５８０２５特開２０１２－５８０３８

しかしながら、特許文献１に記載されている地中音源位置の測定方法では、地盤中にセンサを設置するために地盤中に別孔を掘削する必要があるため、測定の価格コストが高くなると共に測定の工程数が多く掛かるという問題が生じていた。

また、特許文献２及び３に記載されている地中音源位置の測定方法では、地表面に複数のセンサを設けるだけでなく、掘削施工機械の切削ロッドに人工的な音源を設ける必要があるため、測定の価格コストが嵩むという問題が生じていた。

そこで、この発明は、地盤中に別孔を設けてセンサを設置したり、掘削施工機械の掘削ロッドの先端に人工的な音源を設けたりすることなく、最小の構成のセンサのみで音源で発生する音を検出し、これを解析することにより、価格コストと測定の工程数を掛けずに行うことができる地中音源位置の測定方法及び測定装置を提供することを課題としている。

上記の課題を鑑みて、請求項１に記載の発明は、地盤中にある音源位置で発生する、噴射された所定の液体が地盤に衝突する接触面で発生する個体音を予め特定してデータ収録手段にデータ収録しておき、地中に設けられた噴射部から前記所定の液体を噴射するようになっており、少なくとも３個のセンサを地表面に配置し、前記液体が前記地盤に当たって前記地盤中を移動していく状態を、前記個体音が前記地盤中を伝播して地表面に到達する音波を含む音情報として前記センサで検出し、前記センサで検出した前記音情報を前記データ収録手段でフィルタリングして前記個体音を特定し、解析手段が、前記センサそれぞれの特定された前記個体音の位相差により、前記音源位置を三次元的に特定する地中音源位置の測定方法としたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、地盤中にある音源位置で発生する、噴射された所定の液体が地盤に衝突する接触面で発生する個体音を予め特定してデータ収録手段にデータ収録しておき、ボーリングにより垂直方向に所定長さ掘り下げた位置に設けられた噴射部から略水平方向に前記所定の液体を噴射するようになっており、少なくとも２個のセンサを地表面に配置し、前記液体が前記地盤に当たって前記地盤中を移動していく状態を、前記個体音が前記地盤中を伝播して地表面に到達する音波を含む音情報として前記センサで検出し、前記センサで検出した前記音情報を前記データ収録手段でフィルタリングして前記個体音を特定し、解析手段が、前記センサそれぞれの特定された前記個体音の位相差と前記噴射部の前記地表面からの垂直方向の長さにより、前記音源位置を三次元的に特定する地中音源位置の測定方法としたことを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記センサを前記地面に密着又は前記地面に埋没させた状態で配置している地中音源位置の測定方法としたことを特徴とする。

さらにまた、請求項４に記載の発明は、地盤中にある音源位置で発生する、噴射された所定の液体が地盤に衝突する接触面で発生する個体音を予め特定してデータ収録したデータ収録手段と、地表面に配置され、前記液体が前記地盤に当たって前記地盤中を移動していく状態を、前記個体音が前記地盤中を伝播して地表面に到達する音波を含む音情報として検出する複数のセンサと、を有し、前記センサで検出した前記音情報を前記データ収録手段でフィルタリングして前記個体音を特定するようになっており、かつ、前記センサそれぞれの特定された前記個体音の位相差により、前記音源位置を三次元的に特定する解析手段を有する地中音源位置の測定装置としたことを特徴とする。

この発明によれば、少なくとも３個のセンサを地表面に配置し、当該センサで検出した音情報をデータ収録手段でフィルタリングして個体音を特定し、解析手段が、センサそれぞれの特定された固体音の位相差により音源位置を特定するため、地盤中にセンサ及び人工的な音源を設置することなく、地表面のセンサのみで音源の個体音を検出して、測定装置の価格コストと測定の工程数を掛けずに音源位置を三次元で特定することができる。

また、この発明によれば、ボーリングによって垂直方向の長さが判明している噴射部から液体を噴射して地盤に当たって発生する個体音について、少なくとも２個のセンサを地表面に配置し、当該センサで検出した音情報をデータ収録手段でフィルタリングして個体音を特定し、解析手段が、センサそれぞれの特定された固体音の位相差と噴射部の深さにより音源位置を特定するため、地盤中にセンサ及び人工的な音源を設置することなく、地表面のセンサと噴射部の深さのみで音源の個体音を検出して、測定装置の価格コストと測定の工程数を掛けずに音源位置を三次元で特定することができる。

また、この発明によれば、センサを地面に密着又は地面に埋没させた状態で配置することで、音源位置の個体音をより正確に検出することができる。

この発明の実施の形態１に係る噴射系地盤改良工法における地中音源位置の測定装置の概要図である。同実施の形態１に係る地中音源位置の測定装置のセンサ、アンプ、データ収録・解析装置のブロック図である。同実施の形態１に係る地中音源位置の測定装置のセンサが検出した音源Ｓ１の重合波形を示す図である。同実施の形態１に係る地中音源位置の測定装置のセンサが検出した音源Ｓ１の重合波形をフーリエ変換し、周波数領域の波形で示した図である。同実施の形態１に係る地中音源位置の測定装置のセンサが検出した周波数領域の音源Ｓ１の周波数領域の波形をフーリエ逆変換し、時間領域で示した図で、（ａ）～（ｃ）は音源Ｓ１の特定の周波数成分の異なる波形の例である。同実施の形態１に係るデータ収録・解析装置が地盤改良剤の位置を特定する原理を説明する概略図である。この発明の実施の形態２に係るボーリングマシンの掘削ロッドの先端位置の特定における地中音源位置の測定装置の概要図である。

以下、この発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］
図１乃至図６には、この発明の実施の形態１を示す。

この実施の形態１に係る地中音源位置の測定装置１００は、図１に示すように、施工機械１のロッドの先端の地盤改良剤噴射位置４から地盤改良剤を高圧で噴射して地盤改良を行う噴射系地盤改良工法において、音源である地盤改良剤の位置を特定するものである。この実施の形態１において、地中音源位置の測定装置１００は、改良範囲の外延部に高速度で噴射された地盤改良剤が、地盤２にあたることにより発生する個体音を、後述する地表面３に設置した６つのセンサ７により検出して、解析することにより、地盤改良剤の位置を特定するものである。

また、この実施の形態１においては、図１に示すように、地盤２中に地盤改良剤が１箇所に噴射されており、センサ７で捉える音情報には、後述する音源Ｓ１が含まれている。

さらに、この実施の形態１では、地盤２中に地盤改良剤を噴射している状態で音情報を検出するようになっており、地盤改良剤が地盤２中を移動している状態で地中音源位置の測定を行っている。

この実施の形態１の地中音源位置の測定装置１００は、図１に示すように、音源位置としての個体音発生位置５で発生した個体音１１を含む、地表面３に到達した音波を音情報として検出し、当該音情報の信号を発信するセンサ７と、センサ７の信号を増幅するアンプ８と、アンプ８が増幅した信号を受信してデータを収録し、解析して地盤改良剤の位置を特定するデータ収録・解析装置９を備えている。なお、この実施の形態１では、このデータ収録・解析装置９がデータ収録手段と解析手段の双方を兼ね備えた装置となっている。

このセンサ７は、個体音を測定できる２０Ｈｚから２００００Ｈｚの広範囲の周波数成分の音を検出するものであり、この実施の形態１では、音場音圧型のマイクロフォンが設けられている。なお、このセンサ７は、音場音圧型のマイクロフォンだけでなく、音場音圧型のジオフォン、又は、加速度計でもよい。このセンサ７は、地盤２中の個体音伝播経路６を経て三次元的に広がって伝播する個体音を検出するため、図１に示すように、地表面３に平面アレイ状に６つ設けられる。また、これらのセンサ７は、音源Ｓ１である地盤改良剤が個体音発生位置５で発生した個体音１１を検出し、図５に示す音源Ｓ１の個体音１１とその他の工事等で発生する雑音が重合した、図３に示すような波形の音波を音情報（ここでは信号化している）としてアンプ８を経由してデータ収録・解析装置９に発信するように構成されている。

一方、アンプ８は、図２に示すように、６つのセンサ７のそれぞれと接続され、それぞれのセンサ７が検出して発信した個体音１１の信号を増幅して、データ収録・解析装置９に送信するように構成されている。

また、一方で、データ収録・解析装置９は、アンプ８によって増幅された個体音１１の音波の信号を受信してＡ／Ｄ変換し、周波数成分ごとに分離して、リアルタイムで複数の個体音１１が有する特定の周波数成分と位相を解析し、それぞれの地盤改良剤の個体音発生位置５を特定するコンピュータを備えている。

データ収録・解析装置９は、このコンピュータにより、６つのセンサ７から受信した信号を、図３に示すように、横軸を検出時間、縦軸を電圧、電流等の成分とした時間領域で、音源Ｓ１の波形が重合した波形で検知するように構成されている。

また、このコンピュータは、音源Ｓ１の時間領域の波形をフーリエ変換して、図４に示すように、横軸を周波数成分、縦軸を振幅又は位相とした周波数領域の波形に演算するように構成されている。

さらに、このコンピュータには、地盤改良剤と地盤との接触面で発生する個体音１１の特徴的な特定の周波数が複数、収録されている。コンピュータは、収録されている特徴的な周波数と、図４に示すような音源Ｓ１の周波数領域の波形で振幅がある周波数とを比較して、音源Ｓ１の特定の周波数成分１１を分析する。この周波数領域の波形のうち、他の周波数成分の波形をフィルタリングすることにより、それぞれの音源の特徴的な周波数成分である音源Ｓ１の特定の周波数成分１１、音源Ｓ２の特定の周波数成分１２、音源Ｓ３の特定の周波数成分１３のみの波形をそれぞれ分離して抽出するように構成されている。

また、コンピュータは、この分離して抽出した音源Ｓ１の特定の周波数成分１１の周波数領域の波形をフーリエ逆変換して、それぞれ、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような時間領域の波形に演算するように構成されている。

さらにまた、このコンピュータは、６つのセンサ７が検出した音源Ｓ１の個体音の音波の波形のそれぞれから音源Ｓ１の特定の周波数成分１１をフィルタリングして分離して抽出し、各センサ７の図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すような音源の波形をそれぞれ６つずつ検知するように構成されている。

また、コンピュータは、この各センサ７からの信号を解析して得られた６つずつの音源Ｓ１の波形の横軸方向の時間成分の位相の差を解析して、音源Ｓ１である地盤改良剤の位置をそれぞれ特定するように構成されている。このデータ収録・解析装置が、コンピュータにより、地盤改良剤の位置を特定する原理及び解析手順については、測定方法で詳細に説明する。

また、データ収録・解析装置９には、成分が異なる複数の種類の地盤改良剤と地盤２との接触面で発生する個体音１１の周波数のデータが収録されており、コンピュータにより、個体音１１が有する特定の周波数成分の周波数特性と比較分析し、地盤改良剤の硬さや物質成分など、地盤改良剤の物質特性を特定するように構成されている。

さらに、データ収録・解析装置９は、コンピュータにより、噴射されて地盤２中を常に移動する地盤改良剤が地盤２と衝突して接触面で発生する個体音１１の信号を解析して位置を特定するように構成されている。

次に、この実施の形態１に係る地中音源位置の測定装置１００による測定方法について説明する。

まず、作業者は、センサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆを地表面に配置する。このとき、センサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆを地面に密着させる又は地面に埋没させるようにしておくのが好ましい。なお、突起を有しているようなセンサの場合は、当該突起を地面に突き刺しても良い。地中音源位置の測定装置１００のセンサ７、アンプ８、データ収録・解析装置９を起動する。次に、作業者は、図１に示すように、施工機械１の掘削ロッドの改良剤噴射位置４から、地盤改良剤を噴射させる。噴射された地盤改良剤は音源Ｓ１として地盤２と衝突し、その接触面である個体音発生位置５が音源Ｓ１となって個体音１１を発生する。

これらの個体音１１は、地盤２中の個体音伝播経路６を伝播して地表面３に到達する。この地表面３まで伝播した音源Ｓ１の個体音１１を含む音波の音情報をセンサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆが検出し、それぞれのセンサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆが個体音１１，１２，１３を含むの音情報の信号を発信する。発信された信号は、図２に示すように、センサ７と連結されているアンプ８で増幅され、アンプ８に連結されているデータ収録・解析装置９に受信される。

データ収録・解析装置９は、センサ７から受信した音源Ｓ１の情報の信号を、図３に示すような、横軸を検出時間、縦軸を電圧、電流等の成分とした時間領域の音源Ｓ１の音波の波形が重複した波形で検知する。

データ収録・解析装置９は、コンピュータにより、この音源Ｓ１の時間領域の波形の信号をフーリエ変換して、図４に示すような、横軸を周波数成分、縦軸を振幅又は位相とした周波数領域の波形に演算する。

また、データ収録・解析装置９は、コンピュータにより、図４に示すような、この周波数領域の音源Ｓ１の波形で振幅がある周波数に対して、予め収録されている地盤改良剤と地盤との接触面で発生する個体音の特徴的な特定の周波数を取り出すようにフィルタリングして、ほぼ一致するものを取り出す。この特徴的な特定の周波数とほぼ一致する音源Ｓ１の特定の周波数成分１１のみの波形を分離して抽出する。

さらに、データ収録・解析装置９は、コンピュータにより、この分離して抽出した音源Ｓ１の特定の周波数成分１１の周波数領域の波形をフーリエ逆変換して、図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような音源の波形を抽出する。これらの音源の波形は、６つのセンサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆで検出されたものであるため、６つずつ抽出される。また、この６つ抽出された音源Ｓ１の波形は、音源である地盤改良剤と各センサ７の距離が異なるため、伝播時間の差により、横軸の時間成分の位相に差が生じている。詳しくは、６つのセンサのうちの３つを抽出して位相差を見ることで、音源位置を三次元的に特定することができる。この作業を異なる３つのセンサで複数回行い、平均を取るようにすると、より精度の良い音源位置を特定することができる。

ここで、データ収録・解析装置９のコンピュータが、この６つの音源の波形の横軸方向の時間成分の位相の差を解析して、地盤改良剤の位置を特定する原理を、図６を用いて説明する。図６では、センサ７ａとセンサ７ｂにより、地盤改良剤である音源Ｓ１の２つの波形の位相の差を解析して、地盤改良剤の位置を特定する構成原理について簡単に説明する。

コンピュータは、センサ７ａ，７ｂから得られたそれぞれの音源Ｓ１の波形の横軸方向の時間成分を解析して、測定開始時間から波形が表示し始めるまでの時間から、各センサ７ａ、７ｂに検出されるまでの音源Ｓ１の個体音の伝播時間を演算する。この伝播時間と、波形の周波数から、センサ７ａから音源Ｓ１までの距離ｌとセンサ７ｂから音源Ｓ１までの距離（ｌ＋ｄ）が演算される。センサ７ａ、７ｂから得られた音源Ｓ１の波形とでは横軸方向の時間成分で位相の差があり、この位相の差から伝播時間の差が解析でき、この伝播時間の差からセンサ７ａ，７ｂから音源Ｓ１までの距離の差ｄが演算される。

また、このコンピュータには、センサ７のそれぞれの位置座標のデータが収録されている。コンピュータは、センサ７ａ，７ｂの位置座標のデータからセンサ７ａとセンサ７ｂの相対距離ｗを演算する。

このコンピュータは、演算して得られたセンサ７ａから音源Ｓ１までの距離ｌ、センサ７ｂから音源Ｓ１までの距離（ｌ＋ｄ）、センサ７ａとセンサ７ｂの相対距離ｗと、音源Ｓ１と地表面の垂直線分の距離ｚ、この垂直線分とセンサ７ａまでの距離ｘとを用いて、周知のピタゴラスの定理により地盤改良剤である音源Ｓ１の位置を演算する。

このｌ、ｗ、ｚ、ｘの成分を用いて、周知のピタゴラスの定理より、
ｘ^２＋ｚ^２＝ｌ^２
（ｗ－ｘ）^２＋ｚ^２＝（ｌ＋ｄ）^２
という式が成り立つ。この式を展開して整理すると、以下の［数１］の式になる。
［数１］

図６には示していないが、二つのセンサ７ａ，７ｂの線を結ぶ線の垂直平面と音源Ｓ１の位置には、奥行き方向にずれがあるため、奥行き方向をｙ軸として、センサ７ａ，７ｂの線を結ぶ垂直平面から音源Ｓ１の位置までのｙ軸方向の距離をｙとすると、以下の［数２］の式になる。
［数２］

ｄは地盤中の音の伝播速度に依存するので、ｄ、ｘ、ｙ、ｚという要素によって曲面が形成される。

同様に、コンピュータは、センサ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆのうち二つのセンサ７間の相対距離とその二つのセンサ７から音源Ｓ１の波形の位相の差から演算して、ｄ、ｘ、ｙ、ｚの要素による曲面を多数形成し、これら複数の曲面が交差する点を解析する。コンピュータは、この複数の曲面が交差する点を地盤改良剤である音源Ｓ１の位置として特定する。

このようにして、データ収録・解析装置９は、センサ７が検出した信号をＡ／Ｄ変換して、コンピュータで周波数分析と位相の解析を行い、リアルタイムで複数の地盤改良剤の個体音発生位置５を特定する。

また、データ収録・解析装置９は、コンピュータにより、抽出した音源Ｓ１の特定の周波数成分１１と、成分が異なる複数の種類の地盤改良剤と地盤２との接触面で発生する個体音１１の周波数のデータとを比較分析し、地盤改良剤が接触する地盤の硬さや物質成分を特定する。このように地盤改良剤が接触する硬さや物質成分を特定したデータを有していると、施工済み地盤改良体と接触しているかどうかの判定ができ、これにより、出来形管理を行うことができるものである。

さらに、噴射系地盤改良工法の作業中では、地盤改良剤は常に地盤２中に噴射されているため、地盤改良剤の位置は常に移動している。データ収録・解析装置９は、センサ７が地盤改良剤の個体音の音波を逐次検出して発信した信号を解析して移動する地盤改良剤の位置を特定する。

作業者は、データ収録・解析装置９が特定した移動する地盤改良剤の位置と地盤改良剤の硬さや物質成分を確認し、作業工程を進める。

以上のように、この実施の形態１の地中音源位置の測定装置１００及び測定方法によれば、センサ７として広範囲の周波数の音波を検出する音場音圧型のマイクロフォンを複数、平面アレイ状に地表面３に配置し、当該センサ７で検出した音情報に基づき、データ収録・解析装置９でデータ収録された当該音源Ｓ１の個体音１１を特定し、当該音源Ｓ１の位置を特定するため、地盤２中に別のセンサや人工的な音源装置を設置することなく、地表面３のセンサ７のみで音源Ｓ１の個体音１１を検出でき、測定装置の価格コストと測定の工程数をかけずに地盤改良剤の位置を三次元で特定することができる。

また、この地中音源位置の測定装置１００及び測定方法では、データ収録・解析装置９が、センサ７で検出した音情報をフィルタリングして、音源Ｓ１である地盤改良剤と地盤２との接触面で発生した個体音１１が有する特徴的な特定の周波数成分を分離して検出する。そのため、地盤２中のノイズに妨げられることなく、音源Ｓ１による個体音１１の特定の周波数を選択して検出でき、正確に音源Ｓ１の位置を特定することできる。

また、この地中音源位置の測定装置１００及び測定方法では、データ収録・解析装置９が、センサ７で検出した音情報をフィルタリングして、音源Ｓ１で発生した個体音１１の有する特徴的な特定の周波数成分を分離して個別に検出するため、高精度に音源Ｓ１の位置を特定することができる。

また、この地中音源位置の測定装置１００及び測定方法では、データ収録・解析装置９が、複数のセンサ７で検出した音情報をＡ／Ｄ変換して、コンピュータで音源Ｓ１の周波数分析と位相の解析を行い、リアルタイムで地盤２中の地盤改良剤の位置を特定するため、作業者は、噴射式地盤過料工程の最中に地盤改良剤の位置を確認することができ、工程の進行具合の確認や工程の見直し等の対処をすることが可能となる。

さらにまた、この地中音源位置の測定装置１００及び測定方法では、データ収録・解析装置９が、音源Ｓ１の特定の周波数成分１１と予め収録されている複数の種類の成分の地盤改良剤と、成分が異なる複数の種類の地盤改良剤と地盤２との接触面で発生する個体音１１の周波数のデータとを比較分析し、地盤改良剤が接触する地盤の硬さや物質成分を特定するため、作業者は、施工済み地盤改良体と接触しているかどうかの判定ができ、これにより、出来形管理を行うことができる。

また、この地中音源位置の測定装置１００及び測定方法では、データ収録・解析装置９が、噴射式地盤改良工程の最中に、噴射されて地盤２中を常に移動する地盤改良剤の個体音１１をリアルタイムで解析して、移動する地盤改良剤の位置を逐次特定するため、作業者は、移動する地盤改良剤の位置を逐次確認して、移動する音源Ｓ１の個体音１１にも対処することができる。
［発明の実施の形態２］
次に、この発明の実施の形態２について、説明する。

図７には、この実施の形態２を示す。

この実施の形態２に係る地中音源位置の測定装置１００及びその方法は、図７に示すように、地盤を掘削するボーリングマシン１０の先端位置を特定するものである。

なお、この実施の形態２に係る地中音源位置の測定装置１００及びその方法について、実施の形態１に係る地中音源位置の測定装置１００の構成及び測定方法と重複する部分は省略する。

この地中音源位置の測定装置１００のセンサ７は、５つ設けられ、地表面３に平面アレイ状に配置されている。

また、データ収録・解析装置９には、地盤２の硬さや物質成分などの物理的特性に対してボーリングマシン１０の掘削ロッドの先端との接触面で発生する個体音の周波数のデータが複数収録されている。

その他の構成は、前記した実施の形態１と同様となる。

次に、この実施の形態２での地中音源位置の測定方法について説明するが、実施の形態１と重複する部分は省略して説明する。

まず、作業者は、地中音源位置の測定装置１００のセンサ７、アンプ８、データ収録・解析装置９を起動する。次に、作業者は、ボーリングマシン１０を起動して、掘削ロッドの先端を振動させて地盤を掘削する。なお、この実施の形態２では、水平方向へのボーリングを行っているが、鉛直方向へのボーリングの場合は、ボーリングの掘り下げ位置が特定されるため、地表面からの垂直方向の長さｈが予め特定されていることになる。

また、このとき、掘削ロッドの先端と地盤とが掘削により接触し、接触面である個体音発生位置５から個体音が発生する。この個体音は個体音伝播経路６を伝播して、地表面３に到達し、伝播してきた個体音をセンサ７が検出して個体音の情報の信号を発信する。センサ７からの個体音の信号はアンプ８で増幅され、データ収録・解析装置９に受信される。

データ収録・解析装置９は、受信した信号の音波の波形から、コンピュータにより周波数成分と位相の解析を行い、実施の形態１と同様の測定手順で、ボーリングマシン１００の掘削ロッドの先端位置を特定する。作業者は、データ収録・解析装置９で特定されたボーリングマシン１００の掘削ロッドの位置や地盤２の硬さや物質成分を見て、作業工程を進める。なお、鉛直方向へのボーリングの場合は、ボーリングマシン１００の掘削ロッドの先端位置の前後左右の平面軸方向のみを特定するだけでも良い。

以上のように、この実施の形態２の地中音源位置の測定装置１００及び測定方法によれば、センサ７として広範囲の周波数の音波を検出する音場音圧型のマイクロフォンを５つ、平面アレイ状に地表面３に配置し、ボーリングマシン１００の掘削ロッドの先端と地盤２との接触面である個体音発生位置５で発生した音源の個体音を検出するため、地盤２中に別のセンサや人工的な音源装置を設置することなく、地表面３のセンサ７のみで音源の個体音を検出でき、測定装置の価格コストと測定の工程数をかけずに地盤改良剤の位置を三次元で特定することができる。

また、この地中音源位置の測定装置１００及び測定方法では、データ収録・解析装置９が、掘削ロッドの先端と地盤２との接触面で発生する個体音と異なる地盤２中の様々な音をフィルタリングするため、地盤２中のノイズに妨げられることなく、掘削ロッドの先端と地盤２の接触による音源の特定の周波数成分を選択して検出でき、正確に掘削ロッドの先端位置を特定するので、作業者は、さらに正確に掘削ロッドの先端位置を確認することが可能となる。

また、この地中音源位置の測定装置１００及び測定方法では、データ収録・解析装置９が、複数のセンサ７で検出した音情報をＡ／Ｄ変換して、コンピュータで音源の周波数分析と位相の解析を行い、リアルタイムで地盤２中の地盤改良剤の位置を特定するため、作業者は、作業工程の最中に掘削ロッドの先端位置を確認し、工程の進行具合の確認や工程の見直し等の対処をすることが可能となる。

また、この地中音源位置の測定装置１００及び測定方法では、地盤２中を常に移動する掘削ロッドの先端と地盤２との接触で発生する個体音をリアルタイムで解析して、移動する掘削ロッドの先端位置を逐次特定するため、作業者は、移動する掘削ロッドの先端位置を逐次確認して、移動する音源の個体音にも対処することができる。

なお、上記各実施の形態は本発明の例示であり、本発明が上記各実施の形態のみに限定されることを意味するものではないことは、言うまでもない。

例えば、実施の形態１では６つのセンサ７、実施の形態２では５つのセンサ７を地表面３に配置しているが、３個以上であれば、いくつセンサ７を配置しても良い。また、ボーリングのように垂直方向の長さが特定されている場合には、センサ７が２個以上有ればよい。

また、実施の形態１及び実施の形態２では、複数のセンサ７とデータ収録・解析装置９の間にアンプ８を１つ設けているが、センサ７が発信する個体音の信号がデータ収録・解析装置９で受信、解析できるほどの大きさであればよく、アンプ８がなくても、また、各センサ７ごとに１つずつアンプ８が接続されていても良い。

さらに、この実施の形態１では、データ収録・解析装置９が、コンピュータにより、音源Ｓ１の特定の周波数成分１１から、音源の地盤改良剤の位置を特定しているが、異なる位置で同様の音源Ｓ１の特定の周波数成分１１を検出する必要がある場合には、地中音源位置の測定方法として、それぞれの音源Ｓ１にあたる地盤改良剤の噴射し始める時間に差をつけ、その時間差分、音源Ｓ１の時間領域の波形の横軸の時間成分がずれていることを確認して、それぞれの音源Ｓ１に対する地盤改良剤の位置を特定するようにすることが考えられる。

さらにまた、実施の形態１及び実施の形態２において、データ収録・解析装置９に、特定した地盤改良剤の位置を表示するモニタが備えられていても良い。

また、実施の形態１では、１つの地盤改良剤の位置を特定しているが、２つ、又は、３つ以上の地盤改良剤の位置を特定しても良い。

さらに、実施の形態２では、１つのボーリングマシン１０の掘削ロッドの先端位置を特定しているが、複数のボーリングマシン１０の掘削ロッドの先端位置を特定しても良い。

さらにまた、実施の形態１では噴射式地盤改良工程における地盤改良剤の位置の特定、実施の形態２ではボーリングマシン１０の掘削ロッドの先端位置の特定に、地中音源位置の測定装置１００を用いているが、地盤中の音源であれば、この地中音源位置の測定装置１００を用いて、水が流れている位置や他の機械がが動作している位置等、他の音源の位置を特定すること可能である。

また、この地中音源位置の測定装置１００及び測定方法は、従来の地中にセンサを設けたり、掘削ロッドの先端等に人工的な音源を設ける地中音源位置の測定方法と併用することも可能である。

また、前記した実施の形態では、データ収録手段と解析手段の双方を兼ねたデータ収録・解析装置を有していたが、これに限るものではなく、データ収録手段と解析手段とが異なる装置で構成されていても良い。

１……施工機械
２……地盤
３……地表面
４……改良剤噴射位置
５……個体音発生位置（音源位置）
６……個体音伝播経路
７……センサ
８……アンプ
９……データ収録・解析装置（データ収録手段、解析手段）
１０……ボーリングマシン
１１……音源Ｓ１の特定の周波数成分（個体音）
１００……地中音源位置の測定装置
Ｓ１……音源

Claims

地盤中にある音源位置で発生する、噴射された所定の液体が地盤に衝突する接触面で発生する個体音を予め特定してデータ収録手段にデータ収録しておき、
地中に設けられた噴射部から前記所定の液体を噴射するようになっており、
少なくとも３個のセンサを地表面に配置し、前記液体が前記地盤に当たって前記地盤中を移動していく状態を、前記個体音が前記地盤中を伝播して地表面に到達する音波を含む音情報として前記センサで検出し、
前記センサで検出した前記音情報を前記データ収録手段でフィルタリングして前記個体音を特定し、
解析手段が、前記センサそれぞれの特定された前記個体音の位相差により、前記音源位置を三次元的に特定することを特徴とする地中音源位置の測定方法。
地盤中にある音源位置で発生する、噴射された所定の液体が地盤に衝突する接触面で発生する個体音を予め特定してデータ収録手段にデータ収録しておき、
ボーリングにより垂直方向に所定長さ掘り下げた位置に設けられた噴射部から略水平方向に前記所定の液体を噴射するようになっており、
少なくとも２個のセンサを地表面に配置し、前記液体が前記地盤に当たって前記地盤中を移動していく状態を、前記個体音が前記地盤中を伝播して地表面に到達する音波を含む音情報として前記センサで検出し、
前記センサで検出した前記音情報を前記データ収録手段でフィルタリングして前記個体音を特定し、
解析手段が、前記センサそれぞれの特定された前記個体音の位相差と前記噴射部の前記地表面からの垂直方向の長さにより、前記音源位置を三次元的に特定することを特徴とする地中音源位置の測定方法。
前記センサを前記地面に密着又は前記地面に埋没させた状態で配置していることを特徴とする請求項１又は２に記載の地中音源位置の測定方法。
地盤中にある音源位置で発生する、噴射された所定の液体が地盤に衝突する接触面で発生する個体音を予め特定してデータ収録したデータ収録手段と、
地表面に配置され、前記液体が前記地盤に当たって前記地盤中を移動していく状態を、前記個体音が前記地盤中を伝播して地表面に到達する音波を含む音情報として検出する複数のセンサと、
を有し、
前記センサで検出した前記音情報を前記データ収録手段でフィルタリングして前記個体音を特定するようになっており、
かつ、前記センサそれぞれの特定された前記個体音の位相差により、前記音源位置を三次元的に特定する解析手段を有することを特徴とする地中音源位置の測定装置。