JP7316188B2

JP7316188B2 - データ伝送システム

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Publication number: JP7316188B2
Application number: JP2019194070A
Authority: JP
Inventors: 英基永谷; 光太郎久保田; 智宇治川; 勝利藤崎
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2019-10-25
Filing date: 2019-10-25
Publication date: 2023-07-27
Anticipated expiration: 2039-10-25
Also published as: JP2021067113A

Description

本発明は、データ伝送システムに関する。

地盤を削孔する際に、センサを用いて削孔装置の位置や傾斜、地盤の改良径などに関するデータを測定するシステムがある。例えば特許文献１、２では、掘削ヘッドに設けた超磁歪素子の振動をロッドに伝達したり、ロッド部材の接続部付近に光通信手段を設けて赤外線通信を行ったりすることにより測定データを地上に伝送している。

また特許文献３では、高圧噴射撹拌工法により地盤改良を行う際に、高圧噴射撹拌装置の下端部に設けられたセンサで測定した測定データを、電磁波等を用いて地上のコンピュータに伝送することが記載されている。

特許第2935179号公報特許第5984576号公報特開2014－181526号公報

しかしながら、これらの方法は、測定データの伝送を実現する上での課題があった。例えば振動による伝送は減衰やノイズによる伝送距離の限界がある。また上記の赤外線通信では複雑な構成の光通信手段をロッド部材ごとに必要とし、各ロッド部材に相当の改変を要する。さらに、電磁波を用いる場合、金属製のロッドにより測定データの伝送が阻害される懸念がある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、測定データを好適に伝送できるデータ伝送システムを提供することを目的とする。

前述した目的を達成するための本発明は、地盤に挿入させる金属製のロッドを有し、地盤改良時に前記ロッドから空気を噴出する施工装置に設けられたデータ伝送システムであって、センサと、前記センサにより地表面下で測定した測定データを、可視光信号に変換する変換部と、前記可視光信号を、前記ロッドの内部の前記空気の流路で、前記空気を介して伝送させる通信部と、を具備し、前記通信部は、前記施工装置の下端部に設けられた送信部と、前記施工装置の上端部に設けられた受信部と、を有し、前記可視光信号の送信時の絞り値を、３０～７５の範囲とすることを特徴とするデータ伝送システムである。
第２の発明は、地盤に挿入させる金属製のロッドを有し、前記ロッドから噴出した削孔水により前記地盤の削孔を行う施工装置に設けられたデータ伝送システムであって、センサと、前記センサにより地表面下で測定した測定データを、可視光信号に変換する変換部と、前記可視光信号を、前記ロッドの内部の噴出前の前記削孔水の流路で、前記削孔水を介して伝送させる通信部と、を具備し、前記通信部は、前記施工装置の下端部に設けられた送信部と、前記施工装置の上端部に設けられた受信部と、を有し、前記可視光信号の送信時の絞り値を、３０～７５の範囲とすることを特徴とするデータ伝送システムである。
第３の発明は、地盤に挿入させる金属製のロッドを有し、地盤改良または地盤の削孔を行う施工装置に設けられたデータ伝送システムであって、センサと、前記センサにより地表面下で測定した測定データを、可視光信号に変換する変換部と、前記可視光信号を、前記ロッドの内部に形成された専用の伝送路である管内で、前記管内の中空部を介して伝送させる通信部と、を具備し、前記通信部は、前記施工装置の下端部に設けられた送信部と、前記施工装置の上端部に設けられた受信部と、を有し、前記可視光信号の送信時の絞り値を、３０～７５の範囲とすることを特徴とするデータ伝送システムである。

本発明では、センサで取得した測定データを可視光通信によりロッド内を伝送させ、迅速に送信することができる。可視光通信を用いることにより長距離の伝送が可能であり、ロッドの大部分は改変を要しない。また金属製のロッドにより伝送が阻害されることもない。そのため、測定データを好適に伝送することができる。

前記施工装置の地表面下の下端部に、前記変換部と前記送信部とを収容するハウジングが設けられることが望ましい。
ハウジングを設けることにより、変換部や送信部等の防水を実現し、またこれらの損傷を防ぐことができる。

第２の発明では、前記ロッド内の水の流路で前記可視光信号が伝送される。第１の発明では、前記ロッド内の空気の流路で前記可視光信号が伝送される。第３の発明では、前記ロッド内に、前記可視光信号を伝送するための専用の伝送路が管によって形成される。
このように、可視光信号は水や空気の流路を用いて伝送することができ、この場合、ロッド内に可視光信号を伝送するための空間を新たに追加する必要がない。一方、可視光信号を伝送するための専用の伝送路を管によって形成してもよく、この場合は通信を阻害するものが無いので好適に信号を伝送できる。

前記流路または前記伝送路の壁面の一部または全部に、前記可視光信号の反射部が設けられることが望ましい。
壁面の一部または全部を反射部とすることにより、ロッドに曲がりや反りが生じた場合にも、可視光信号を壁面で反射させて好適に伝送することができる。

また、前記ロッド内の水、空気、または固化材の流れを利用して発電を行う発電部を備えることも望ましい。
上記の発電部を設けることにより、センサ等に電力を供給するバッテリが不要になる。

本発明のデータ伝送システムは、例えば、前記施工装置による前記地盤の削孔時に、前記センサで得られた測定データを用いて前記地盤の特性を判定する解析部を有する。
地盤の削孔時に測定データを解析部に伝送して地盤の特性を判定することで、判定結果を地盤の削孔工事にフィードバックしたり地盤改良体の施工等に反映させたりすることができる。

また、前記施工装置による前記地盤の改良時に、前記センサで得られた測定データを用いて地盤改良体の出来形を判定する解析部を有することも望ましい。
地盤改良時に測定データを解析部に伝送して地盤改良体の出来形を判定することで、判定結果を地盤改良工事にフィードバックするなどして地盤改良体の品質及び生産性を大幅に向上させることができる。

前記受信部で受信した前記可視光信号を電気信号に変換して地上の解析部に伝送する地上伝送部をさらに具備することも望ましい。
これにより、受信した可視光信号を地上に設置したコンピュータ等の解析部に伝送することができる。

本発明によれば、測定データを好適に伝送できるデータ伝送システムを提供できる。

高圧噴射撹拌装置１を示す図。高圧噴射撹拌装置１を示す図。高圧噴射撹拌装置１による地盤３１の削孔時の状態を示す図。高圧噴射撹拌装置１による地盤３１の改良時の状態を示す図。比抵抗センサの例。高圧噴射撹拌装置１’を示す図。高圧噴射撹拌装置１”を示す図。反射部５３を示す図。高圧噴射撹拌装置１ａを示す図。高圧噴射撹拌装置１ｂを示す図。高圧噴射撹拌装置１ｃを示す図。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。

［第１の実施形態］
（１．高圧噴射撹拌装置１）
図１、図２は、本発明の実施形態に係るデータ伝送システムを有する高圧噴射撹拌装置１を示す図である。図１（ａ）、（ｂ）は高圧噴射撹拌装置１のロッド３の軸方向に沿った断面を示す図であり、図２は高圧噴射撹拌装置１のロッド３の軸方向に直交する断面を示す図である。図１（ａ）は図２の線Ｂ１－Ｂ１による断面、図１（ｂ）は図２の線Ｂ２－Ｂ２による断面であり、図２は図１（ａ）、（ｂ）の線Ａ－Ａによる断面である。

高圧噴射撹拌装置１は、複数の管体を軸方向に繋いで構成されたロッド３を有する。高圧噴射撹拌装置１の下端部には防水性のハウジング７と先端部材９が設けられ、上端部にはスイベル１１が設けられる。

ハウジング７はロッド３の下方に設けられる。ハウジング７の外周形状はロッド３の外周形状に対応し、ロッド３とハウジング７の境界には隔壁１３が設けられる。先端部材９はハウジング７の下方に設けられる。

スイベル１１はロッド３の上方に設けられる。スイベル１１は、ロッド３の内部に水、空気、固化材等を供給するためのものである。

本実施形態の高圧噴射撹拌装置１は地盤改良に加えて地盤の削孔も可能な施工装置であり、先端部材９から高圧の削孔水を噴き出すことにより地盤を掘削し、またロッド３の下部からロッド３の外側にセメントミルク等の固化材を噴出することにより地盤改良を行う。

本実施形態において、ロッド３を構成する管体は三重管となっており、外側の管３－１および中央の管３－２の下端は隔壁１３によって閉鎖される。内側の管３－３は、隔壁１３を貫通してハウジング７内で屈曲し、その下端が先端部材９の外周面に達する。

管３－１は空気の流路１７－１となり、ロッド３の下部からロッド３の外側に向けて空気を噴出するための噴出口５－１を有する。管３－２は固化材の流路１７－２となり、ロッド３の下部からロッド３の外側に向けて固化材を噴出するための噴出口５－２を有する。管３－３は水の流路１７－３となり、先端部材９から斜め下方に向けて水を噴出するための噴出口５－３を有する。

本実施形態のデータ伝送システムは、高圧噴射撹拌装置１による地盤の削孔時や地盤改良時に、地表面下で測定した測定データを可視光通信により地上に伝送するものであり、センサ１９（１９－１、１９－２）、送信部２１、変換部２３、バッテリ２５、受信部２７、地上伝送部２９等を有する。

センサ１９－１は水圧を測定する間隙水圧計などのセンサであり、先端部材９またはハウジング７の表面に設けられる。センサ１９－２は超音波センサであり、ハウジング７の表面に設けられる。

送信部２１、変換部２３、バッテリ２５は、ハウジング７内に収容される。

送信部２１は可視光線の光源であり、可視光信号を送信する。光源には例えばＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ）が用いられ、可視光線の波長（色）は特に限定されない。可視光信号の送信時の絞り値（Ｆ値）も特に限定されないが、本実施形態では、適度な光の散乱が有り、可視光が管内で反射する方がロッドの曲がり等が有った場合でも通信できるので好ましい。例えばＦ値が３０～７５の範囲であれば、長距離の通信にも耐え得、また光軸のズレにも強いので、様々な長さや径の管体に対して適用可能である。

送信部２１は、流路１７－１の直下の隔壁１３の下面に設けられる。隔壁１３は、送信部２１から送信された可視光信号を透過させる透光部１５を有する。透光部１５は、例えば耐圧ガラス等によって形成される。

変換部２３は、センサ１９－１、１９－２で取得した測定データを可視光信号に変換する。変換部２３は、送信部２１の近傍に設置される。

バッテリ２５は、センサ１９－１、１９－２、変換部２３、送信部２１等に電力を供給し、これらを動作させる。

受信部２７は、送信部２１が送信した可視光信号を受信する。受信部２７は、スイベル１１内の流路１７－１に対応する位置で、送信部２１の直上に設けられる。送信部２１と受信部２７は、本発明における通信部を構成する。

地上伝送部２９は、受信部２７で受信した可視光信号を電気信号に変換し、無線等の通信手段によって地上の解析部３５（図３、図４参照）に伝送する。地上伝送部２９は、受信部２７の近傍に設置される。

（２．測定データの伝送）
図３（ａ）は、高圧噴射撹拌装置１による地盤３１の削孔時の状態を示す図である。

地盤３１を削孔するには、図３（ａ）に示すように、ボーリングマシン３３により高圧噴射撹拌装置１を保持し、ロッド３を回転させつつ地盤３１に挿入する。同時に、スイベル１１に接続したホースから流路１７－３に水を供給し、噴出口５－３から高圧の削孔水３７を噴出することにより地盤３１が切削される。

高圧噴射撹拌装置１の先端は、先端部材９が地盤３１の所定の深さに到達するまで、矢印Ｃに示すように地盤３１を切削しながら下降する。送信部２１、変換部２３、バッテリ２５は高圧噴射撹拌装置１の下端部（地表面下の端部）のハウジング７内に収容されており、防水性が確保される。

本実施形態では、高圧噴射撹拌装置１による地盤の削孔時、センサ１９－１を用いて削孔箇所の水圧を測定する。その測定データは図３（ｂ）の矢印ａで示すように変換部２３に送られ、可視光信号に変換される。送信部２１は、変換部２３で変換された可視光信号を受信部２７に向けて送信する。

送信部２１が送信した可視光信号は、矢印ｂで示すように透光部１５を通過して流路１７－１内に上向きに入り、上方に進んで地上の受信部２７で受信される。

地上伝送部２９は、受信部２７で受信した可視光信号を電気信号に変換し、地上の解析部３５に伝送する。

解析部３５は例えば制御部、記憶部、表示部等を備えたコンピュータ端末であり、伝送された測定データに基づいて、地盤３１の特性を判定する。

例えば、これまでに蓄積されてきた高圧噴射撹拌装置１による地盤の削孔箇所の水圧のデータと、地盤の土質種別やＮ値との関係をあらかじめ得ておけば、当該関係に基づいて削孔時の測定データから地盤３１の特性を判定できる。一般的に、水圧が高い場合には地盤３１は硬く、水圧が低い場合には地盤３１は軟らかい。

一方、図４（ａ）は、高圧噴射撹拌装置１による地盤３１の改良時の状態を示す図である。

地盤３１を改良するには、図４（ａ）に示すように、ボーリングマシン３３で高圧噴射撹拌装置１を保持し、地盤３１に挿入されたロッド３を回転させつつ引き上げる。同時に、スイベル１１に接続したホースから流路１７－１、１７－２に空気と固化材をそれぞれ供給し、噴出口５－１、５－２（図１（ａ）参照）からそれぞれ噴出する。これにより、固化材と空気からなるジェット３９でロッド３の外側の地盤３１が切削されるとともに、固化材と地盤３１の切削土砂とが混合撹拌されて円柱状の地盤改良体４１が形成される。

高圧噴射撹拌装置１の先端は、地盤改良体４１が地盤３１の所定の深さ範囲に形成されるまで、矢印Ｄに示すように地盤３１中を上昇する。

本実施形態では、高圧噴射撹拌装置１で地盤改良を行う際、センサ１９－２を用いて超音波測定を行う。超音波測定では、センサ１９－２が、ロッド３の外側に向けて超音波を発振する。発振された超音波は固化前の地盤改良体４１内を伝搬し、その周面４２の地盤で反射する。センサ１９－２はこの反射波を受信し、超音波の発振時と受信時の時間差を測定する。

センサ１９－２による測定データは、図４（ｂ）の矢印ｃで示すように変換部２３に送られ、可視光信号に変換される。送信部２１は、変換部２３で変換された可視光信号を受信部２７に向けて送信する。

送信部２１が送信した可視光信号は、前記と同様、矢印ｂで示すように透光部１５を通過して流路１７－１内に上向きに入り、上方に進んで地上の受信部２７で受信される。地上伝送部２９は、受信部２７で受信した可視光信号を電気信号に変換し、地上の解析部３５に伝送する。

解析部３５は、伝送された測定データに基づいて、地盤改良体４１の出来形を判定する。例えば、超音波の発振時と受信時の時間差に基づいて、ロッド３から前記の周面４２までの距離を算出し、地盤改良体４１のサイズや形状が所望のものかどうか判定する。

以上説明したように、本実施形態では、センサ１９－１、１９－２で取得した測定データを可視光通信によりロッド３内を伝送させ、地上まで迅速に送ることができる。可視光通信を用いることにより長距離の伝送が可能になり、ロッド３の大部分は改変を要しない。また金属製のロッド３により伝送が阻害されることもない。そのため、測定データを好適に伝送することができる。

本実施形態では、地盤３１の削孔時にセンサ１９－１で測定した測定データにより地盤３１の特性をリアルタイムで迅速に判定でき、これを地盤３１の削孔工事にフィードバックしたり地盤改良体４１の施工に反映させたりすることができる。また地盤改良中にはセンサ１９－２で測定した測定データにより地盤改良体４１の出来形をリアルタイムで迅速に判定して品質を確認することができ、高圧噴射撹拌装置１の制御にフィードバック等すること等が可能になるので、地盤改良体４１の品質及び生産性を大幅に向上させることができ、工事の省力化や工期・コストの削減にもつながる。

また本実施形態では、変換部２３や送信部２１等をハウジング７に収容することでこれらの防水を実現し、またこれらの損傷を防ぐことができる。

また、可視光信号はロッド３内の空気の流路１７－１を用いて伝送することができ、ロッド３内に可視光信号を伝送するための空間を新たに追加する必要がない。そのため、ロッド３の径を既存のロッドより大きくすることなく、測定データの伝送が可能になる。

また、本実施形態では受信部２７で受信した可視光信号を地上伝送部２９によって電気信号に変換し、地上に設置したコンピュータ等の解析部３５に伝送することができる。

しかしながら本発明はこれに限らない。例えば本実施形態では、地盤３１の削孔時に削孔箇所の水圧を測定して地盤３１の特性を判定したが、地盤３１の削孔時に測定するデータはこれに限らない。

一例として、高圧噴射撹拌装置１の下端部の加速度、下端部に加わる荷重、下端部に加わるモーメント、下端部の周面の摩擦力、削孔水３７の噴射圧などを高圧噴射撹拌装置１の下端部に設けたセンサで測定してもよい。例えば加速度を測定するセンサ１９としては３軸方向の加速度計を用いることができ、モーメントを測定するセンサ１９としては６軸センサを用いることができる。また荷重を測定するセンサ１９としてはロードセルを用いることができ、摩擦力を測定するセンサ１９としては摩擦計を用いることができる。これらのセンサ１９は例えばハウジング７や先端部材９の内部あるいは表面などに配置され、複数のセンサ１９による測定データを組み合わせて判定に用いてもよい。

また、地盤３１の削孔時に測定するデータは、地盤３１の特性の判定に用いるものに限らず、高圧噴射撹拌装置１の位置や姿勢の計測に用いるものであってもよい。例えば、センサ１９としてジャイロセンサや地磁気センサを先端部材９に設け、地盤３１の削孔時にこれらの測定データを可視光通信で地上に伝送する。これらの測定データと、地上のGPSセンサで測定した高圧噴射撹拌装置１の平面位置や地上で測定したロッド３の地盤挿入部分の長さ等のデータを総合すれば、先端部材９の３次元座標位置やロッド３の曲がり具合などをリアルタイムに算出し把握できる。

また、本実施形態では地盤改良時に超音波センサの測定データにより地盤改良体４１の出来形を判定したが、地盤改良時に測定するデータはこれに限らない。例えば、固化材の噴射圧を噴出口５－２の近傍に配置されたセンサ１９で測定したり、地盤改良箇所の圧力を測定するセンサ１９をハウジング７の表面に設けたり、地盤改良箇所とその周囲の地盤との間の比抵抗（電気の流れやすさ）の違いをセンサ１９によって測定して、これらのセンサ１９の測定データを地盤改良体４１の出来形の判定に利用することも可能である。前記と同様、複数のセンサ１９による測定データを組み合わせて判定に用いてもよい。

図５はセンサ１９としてリング状の一組の電流電極１９１とリング状の一組の電位電極１９２を有する比抵抗センサを用いる例であり、一組の電流電極１９１が、噴出口５－１、５－２の下のハウジング７の周面に上下に間隔を空けて配置され、一組の電位電極１９２が、一組の電流電極１９１の間で上下に間隔を空けてハウジング７の周面に配置される。電流電極１９１と電位電極１９２を合わせた計４つの電極は等間隔ａで配置され、その間隔ａは例えば施工予定の地盤改良体４１の半径程度の値とする。

比抵抗センサはバッテリ２５から電力の供給を受けて動作し、一方の電流電極１９１からハウジング７の外側に向けて電流を流す。電流は、固化前の地盤改良体４１または地盤３１内を矢印Ｉに示すように流れ、他方の電流電極１９１に到達する。比抵抗センサは、電流を流した時の電位電極１９２間の電位差に基づき、測定データとしてハウジング７からの離間距離がａ以下の範囲の比抵抗の値を算出する。測定データ（比抵抗）は可視光通信等により地上の解析部３５まで伝送され、地盤改良体４１の出来形の判定に用いられる。比抵抗は固化前の地盤改良体４１と地盤３１とで異なるので（一般的に固化前の地盤改良体４１の方が小さい）、算出される比抵抗が固化前の地盤改良体４１特有の値を示していれば、おおよそ予定通りに地盤改良体４１が形成されていると判定できる。

このように、削孔時の測定データや地盤改良時の測定データ、およびその測定に用いるセンサ１９としては様々なものが考えられ、これは後述する各実施形態でも同様である。また、削孔時の測定データや地盤改良時の測定データは、削孔時や地盤改良時の各種の施工データと紐付け、これを地盤３１の特性や地盤改良体４１の出来形と対応させて記録しておく。こうして記録したデータから機械学習を行うなどして得たAI（人工知能）を利用すれば、一連の施工作業を完全に自動化することも可能である。

また本実施形態では、空気の流路１７－１を通して可視光信号を伝送したが、他の流路を通して可視光信号を伝送してもよい。例えば図６の高圧噴射撹拌装置１’では、可視光信号が矢印ｅに示すように固化材の流路１７－２を通して伝送される。この場合、送信部２１は流路１７－２の直下の隔壁１３の下面に設けられ、隔壁１３において送信部２１に対応する位置には透光部１５が設けられる。受信部２７は、スイベル１１において流路１７－２に対応する位置に設けられる。可視光信号として波長の短い青色光を用いることで、濁った固化材中でも可視光信号の伝送を好適に行うことができる。

図７（ａ）の高圧噴射撹拌装置１”では、可視光信号が矢印ｆに示すように水の流路１７－３を通して伝送される。この場合、送信部２１は管３－３の屈曲部の下方に設けられる。図７（ｂ）に示すようにハウジング７内でコの字型の屈曲部を管３－３に設け、この屈曲部の下方に送信部２１を設けてもよい。いずれの場合も、管３－３において送信部２１に対応する位置には透光部１５が設けられ、受信部２７はスイベル１１において流路１７－３に対応する位置に設けられる。

また図８に示すように、流路１７－１の壁面に塗装を施して壁面より高い反射率を有する反射部５３を設けてもよい。これにより、地盤の削孔や地盤改良の過程でロッド３に曲がりや反りが生じた場合にも、点線で示すように可視光信号を壁面の反射部５３で反射させて伝送することができる。この例では、可視光信号の伝送に用いられる流路１７－１の壁面、すなわち管３－１の内周面および管３－２の外周面に反射部５３が形成される。本実施形態では、壁面の一部を反射部５３としてもよく、壁面の全部を反射部５３としてもよい。すなわち、反射部５３の形成範囲は、流路１７－１の壁面全体でもよいし、ロッド３に曲がりや反りが生じる箇所が既知の場合はその箇所のみでもよい。

また、本実施形態のデータ伝送システムを設置する対象は、前記した高圧噴射撹拌装置１に限らず、地盤３１に挿入させるロッド３を有する施工装置であればよい。例えば削孔機能を持たない高圧噴射撹拌装置であってもよく、その他、杭や地中連続壁の造成に用いるオーガーや、グラウンドアンカーの施工・トンネル施工時のフォアパイリング・薬液注入・BH工法、BCH工法、TBH工法などの各種の杭の施工等に用いるボーリングロッドなどの削孔装置でもよい。またロッド３の構成も内部で可視光信号による通信を行えるものであれば特に限定されない。

例えばSMW工法などで地中連続壁を造成する際に用いるオーガーの場合、オーガー（ロッド）の先端に設けた傾斜計などのセンサの測定データをオーガー内の空間で伝送させ、地上でリアルタイムにモニタリングすることで削孔精度を向上させることができる。

また、カーベックス（登録商標）工法など、曲線削孔が可能な削孔ロッドを用いて地盤を削孔し、当該孔より薬液を注入して地盤改良を行う自在ボーリング式地盤改良工法（例えば特開2013-023888号公報など）にも適用でき、この場合はジャイロセンサなどのセンサによって計測した削孔ロッドの先端の位置情報を可視光通信を利用して地上まで伝送し、地上で削孔ロッドの位置を確認しつつ、削孔ロッドによる削孔を行うことができる。

その他、トンネル掘削時にフォアパイリング用のボーリングを行う際に、ボーリングロッドの先端にカメラによるセンサを設け、カメラで穿孔内を撮影した画像データを可視光通信を利用してトンネル内の端末まで伝送し、亀裂等が無いか確認することなども可能である。

また本実施形態では可視光信号を用いたデータ伝送を行っているが、可視光信号の代わりにレーザー信号を用いてもよく、前記と同様の効果が得られる。この場合、前記の変換部２３はセンサ１９－１、１９－２で取得した測定データをレーザー信号に変換し、地上伝送部２９は、受信部２７で受信したレーザー信号を電気信号に変換し、解析部３５に伝送する。

以下、本発明の別の例について第２～第４の実施形態として説明する。各実施形態はそれまでに説明した実施形態と異なる点について説明し、同様の構成については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。また、第１の実施形態も含め、各実施形態で説明する構成は必要に応じて組み合わせることができる。

［第２の実施形態］
図９は、第２の実施形態に係る高圧噴射撹拌装置１ａを図１（ｂ）と同様に示す図である。図９に示す高圧噴射撹拌装置１ａは、バッテリ２５の代わりに羽根車４９および発電機５１を有する発電部５０を備えた点で第１の実施形態と異なる。

羽根車４９は、水の流路１７－３の内部に設けられる。羽根車４９および発電機５１はハウジング７内に配置される。高圧噴射撹拌装置１ａでは、流路１７－３内に水を供給すると水流によって羽根車４９が回転する。発電機５１は、羽根車４９の回転から電力を得て蓄電し、センサ１９－１、１９－２、変換部２３、送信部２１等に給電してこれらを作動させる。

第２の実施形態では、測定データの可視光通信を行うことで第１の実施形態と同様の効果が得られるのに加え、水の流れを利用した発電を行うことでバッテリ２５が不要になる。

なお、第２の実施形態では水流によって発電を行ったが、発電方法はこれに限らない。空気の流路１７－１や固化材の流路１７－２に設置した羽根車４９を空気や固化材の流れによって回転させて発電してもよい。また、可視光通信の光を用いて発電することも可能である。

［第３の実施形態］
図１０は、第３の実施形態に係る高圧噴射撹拌装置１ｂを図１（ｂ）と同様に示す図である。高圧噴射撹拌装置１ｂは、可視光信号の送信部４３および受信部４７を追加した点で第１の実施形態と異なる。

送信部４３は、スイベル１１において、流路１７－１に対応する位置に設けられる。受信部４７は、流路１７－１に対応する位置の隔壁１３の下面で送信部４３の直下に設けられる。隔壁１３において受信部４７に対応する位置には可視光信号を透過させる透光部４５が設けられる。

高圧噴射撹拌装置１ｂでは、地上の解析部３５からの制御指令が図示しない変換部で可視光信号に変換され、この可視光信号が送信部４３から送信される。可視光信号は矢印ｇに示すように流路１７－１を下方に進み、透光部４５を通って受信部４７で受信される。受信した可視光信号は、図示しない変換部で制御指令に変換され、例えばセンサ１９－１、１９－２に伝送されてサンプリングタイムなどの測定仕様が制御される。前記と同様、可視光信号の代わりにレーザー信号を用いることも可能である。

第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果に加えて、地上の解析部３５からの制御指令をロッド３内を通して伝送することにより、センサ１９－１、１９－２の測定仕様等を適切に制御することができる。その他、制御指令をロッド３内を通して伝送することによりロッドによる削孔制御や薬液注入方向の制御などの施工制御を行うことも可能である。また、前記した自在ボーリング式地盤改良工法の場合であれば、上記制御指令に基づき削孔ロッド先端の角度を制御するなどして削孔位置の変更を行うことも可能である。

［第４の実施形態］
図１１は、第４の実施形態に係る高圧噴射撹拌装置１ｃを図１（ｂ）と同様に示す図である。この高圧噴射撹拌装置１ｃは、可視光信号の送受信のため専用の伝送路を設けた点で第１の実施形態と主に異なる。なお、本実施形態でも第３の実施形態と同様、可視光信号の送信部４３および受信部４７を追加することで双方向通信を可能としている。

また、高圧噴射撹拌装置１ｃは削孔機能を持たないものであり、前記の先端部材９が省略され、削孔水の流路１７－３（管３－３）の代わりにロッド３’の流路１７－２の中央部に管３－４が設けられ、管３－４の内側に可視光信号の送受信のための中空の伝送路１７－４を形成する。

可視光信号の送信部２１と受信部４７は、伝送路１７－４の直下の隔壁１３の下面に設けられる。透光部１５、４５は、隔壁１３においてこれらの送信部２１、受信部４７に対応する位置に設けられる。

一方、上記の送信部２１、受信部４７と対をなす可視光信号の受信部２７、送信部４３は、スイベル１１の上端に設けられたキャップ３０内で、伝送路１７－４に対応する位置に設けられる。可視光信号の受信部２７、送信部４３はそれぞれ、上記の送信部２１、受信部４７の直上に当たる位置に設けられる。

本実施形態では可視光信号を伝送するための専用の伝送路を管３－４によって設けるので、通信を阻害するものが無く、好適に信号を伝送できる。また管３－４はロッド３’の断面中心にあるので、ロッド３’の回転による位置変化が無く、通信の難度も低い。

本実施形態では、測定データの送受信を行う送信部２１と受信部２７の組、制御指令の送受信を行う送信部４３と受信部４７の組を異なる平面位置とすることで双方向通信を可能にしているが、送信部２１と受信部４７の機能を一纏めにした送受信部、および、送信部４３と受信部２７の機能を一纏めにした送受信部を伝送路１７－４の上下に設け、測定データを送受信するタイミングと、制御指令を送受信するタイミングを異ならせてもよい。このように異なるタイミングで通信を行うことでも双方向通信は可能である。

その他、本実施形態の管３－４についても、内面を鏡面仕上げとするなどして前記の反射部を設けることが可能である。また管３－４の内部には水や固化材等が流通しないので、鏡面反射性を有する紙筒などの筒体を内部に挿入するなどして反射部を簡易に設けることもできる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１、１’、１”、１ａ、１ｂ、１ｃ：高圧噴射撹拌装置
３、３’：ロッド
３－１、３－２、３－３、３－４：管
５－１、５－２、５－３：噴出口
７：ハウジング
９：先端部材
１１：スイベル
１３：隔壁
１５、４５：透光部
１７－１、１７－２、１７－３：流路
１７－４：伝送路
１９、１９－１、１９－２：センサ
２１、４３：送信部
２３：変換部
２５：バッテリ
２７、４７：受信部
２９：地上伝送部
３０：キャップ
３１：地盤
３３：ボーリングマシン
３５：解析部
３７：削孔水
３９：ジェット
４１：地盤改良体
４２：周面
４９：羽根車
５０：発電部
５１：発電機
５３：反射部
１９１；電流電極
１９２；電位電極

Claims

地盤に挿入させる金属製のロッドを有し、地盤改良時に前記ロッドから空気を噴出する施工装置に設けられたデータ伝送システムであって、
センサと、
前記センサにより地表面下で測定した測定データを、可視光信号に変換する変換部と、
前記可視光信号を、前記ロッドの内部の前記空気の流路で、前記空気を介して伝送させる通信部と、
を具備し、
前記通信部は、前記施工装置の下端部に設けられた送信部と、前記施工装置の上端部に設けられた受信部と、を有し、
前記可視光信号の送信時の絞り値を、３０～７５の範囲とすることを特徴とするデータ伝送システム。
地盤に挿入させる金属製のロッドを有し、前記ロッドから噴出した削孔水により前記地盤の削孔を行う施工装置に設けられたデータ伝送システムであって、
センサと、
前記センサにより地表面下で測定した測定データを、可視光信号に変換する変換部と、
前記可視光信号を、前記ロッドの内部の噴出前の前記削孔水の流路で、前記削孔水を介して伝送させる通信部と、
を具備し、
前記通信部は、前記施工装置の下端部に設けられた送信部と、前記施工装置の上端部に設けられた受信部と、を有し、
前記可視光信号の送信時の絞り値を、３０～７５の範囲とすることを特徴とするデータ伝送システム。
地盤に挿入させる金属製のロッドを有し、地盤改良または地盤の削孔を行う施工装置に設けられたデータ伝送システムであって、
センサと、
前記センサにより地表面下で測定した測定データを、可視光信号に変換する変換部と、
前記可視光信号を、前記ロッドの内部に形成された専用の伝送路である管内で、前記管内の中空部を介して伝送させる通信部と、
を具備し、
前記通信部は、前記施工装置の下端部に設けられた送信部と、前記施工装置の上端部に設けられた受信部と、を有し、
前記可視光信号の送信時の絞り値を、３０～７５の範囲とすることを特徴とするデータ伝送システム。
前記施工装置の地表面下の下端部に、前記変換部と前記送信部とを収容するハウジングが設けられたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のデータ伝送システム。
前記流路または前記伝送路の壁面の一部または全部に、前記可視光信号の反射部が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のデータ伝送システム。
前記ロッド内の水、空気、または固化材の流れを利用して発電を行う発電部を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のデータ伝送システム。
前記施工装置による前記地盤の削孔時に、前記センサで得られた測定データを用いて前記地盤の特性を判定する解析部を有することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のデータ伝送システム。
前記施工装置による前記地盤の改良時に、前記センサで得られた測定データを用いて地盤改良体の出来形を判定する解析部を有することを特徴とする請求項１または請求項３に記載のデータ伝送システム。
前記受信部で受信した前記可視光信号を電気信号に変換して地上の解析部に伝送する地上伝送部をさらに具備することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載のデータ伝送システム。