JPH0425397B2

JPH0425397B2 -

Info

Publication number: JPH0425397B2
Application number: JP59156666A
Authority: JP
Inventors: Yoshuki Ootsuka
Original assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Current assignee: Shimizu Construction Co Ltd
Priority date: 1984-07-27
Filing date: 1984-07-27
Publication date: 1992-04-30
Also published as: JPS6136492A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、掘削時において、掘削地盤の粒度
を自動的に判別する土砂性状感知方法および装置
に関する。

〔従来技術〕

一般に、土の粒度は細かい方から粗い方に向つ
て、粘土、シルト、砂、砂利、礫等に分類され、
地盤の掘削を行なう場合には、この土の粒度に応
じて、ドリルの回転速度や、ドリルの掘進速度を
変えなければならない。具体的には、土の粒度が
細かい場合には、ドリルの回転速度を遅くし、か
つその掘進速度を速める一方、粒度が粗い場合に
は、ドリルの回転速度を速くし、かつその掘進速
度を遅くする必要がある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来、掘削最中に、土の粒度を
自動的に判別する手段がなかつたために、オペレ
ータは、ドリルを回転させるモータの電流値の変
化から土の粒度を推定しており、この結果熟練度
のちがいから、各オペレータの判別に差が生じ、
施工結果に個人差が生じていた。また、前記電流
値の変化によつては、粒度を推定できないことが
ある。このような場合には、掘削を一時中止し
て、排出された土砂を、オペレータが目視によつ
てえ確認しなければならず、これによつて作業効
率が低下していた。

この発明は、上記事情に鑑み、掘削地盤の粒度
を自動的に判別することができる土砂性状感知方
法および装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の要旨は、回転しながら進行する掘削
ドリルによつて掘削される地盤の粒度を判別する
土砂性状感知方法において、振動センサが設けら
れたセンサビツトを、前記掘削ドリルに先行して
掘進するセンサドリルの先端に取り付け、前記掘
削ドリルから前記センサビツトへの駆動手段等に
よる振動の伝達を遮断する緩衝材を前記センサビ
ツトに設け、前記振動センサによつて掘削に伴う
前記センサビツトに生じる振動のみを検出し、こ
の検出結果を解析することによつて前記地盤の粒
度を判別する点に存する。

〔実施例〕

以下図面を参照して、この発明の一実施例につ
いて説明する。

第１図は、この発明の一実施例による土砂性状
感知装置の構成を示すブロツク図である。

図において１は、センサビツトであり、回転駆
動され、地盤に押圧されることにより掘削を行
う。センサビツト１は、掘削部２と、検出部３と
からなり、掘削部２の一端には、刃部２ａが形成
され、他端には、軸方向に突出する凸部２ｂが形
成されている。また、検出部３の先端には、凹部
３ａが形成され、凹部３ａの底部には、圧電素子
４が固定されている。そして、凹部３ａに凸部２
ｂが嵌入され、掘削部２が検出部３に取り付けら
れている。この場合、掘削部２と検出部３との間
には、凸部２ｂが圧電素子４に当接する部分を除
き、緩衝部材５が設けられている。そして、セン
サビツト１が回転し、刃部２ａが地盤を掘削する
と、この掘削に伴なう振動加速度に比例した電圧
が圧電素子４から発生し、この電圧が検出信号Ｓ
として、信号変換装置６へ供給される。また、セ
ンサビツト１の図示せぬ基端部には、ロードセル
７が設けられており、このロードセル７によつ
て、センサビツト１が地盤に押圧される荷重が検
出されるようになつている。

信号変換器６へ供給された検出信号Ｓは、前置
増幅器８によつて増幅された後、帯域ろ過器９へ
供給される。帯域ろ過器９は、100〜200KHzまで
の周波数帯域を、所定の帯域幅に分割した複数の
帯域フイルタによつて構成されており、検出信号
Ｓを、前記所定の帯域幅毎に分離する。さらに説
明すると、検出信号Ｓは、周波数および振幅の異
なる複数の基本信号が合成されたものであり、帯
域ろ過器９は、検出信号Ｓを、前記複数の基本信
号に分離する。分離された基本信号は、各々主増
幅器１０によつて増幅された後、弁別回路１１へ
供給される。弁別回路１１は、前記基本信号群の
うち、所定の振幅値以下のものをノイズとしてカ
ツトする。

第２図に、上述した基本信号の分布状態の１例
を示す。第２図に示すグラフは、縦軸に振幅、横
軸に周波数を取り、前記基本信号をスペクトル表
示したものであり、基本信号は、最も振幅の大き
いものを中心として山形に分布している。一般に
検出信号Ｓの周波数は、粒度が細い粘土で最も高
く、以下シルト、砂…と低下し、最も粒度の粗い
礫で最低となる。すなわち、基本信号の分布は、
地盤の粒度が粗くなると矢印Y₁方向へ移動し、
粒度が細かくなると矢印Y₂方向へ移動する。弁
別回路１１は、基本信号のなかで、最も振幅の大
きい基本信号のみを通過させ、データレコーダ
１２および電圧調整器１３へ供給する。電圧調整
器１３は、基本信号のレベルを所定のレベルに
変換して、カウンタ１４へ供給する。カウンタ１
４は、基本信号の周波数を計数し、計数結果
を、ペンレコーダ１５へ供給し、記録・表示させ
ると共に、これを土砂性状データＤとして出力す
る。

一方、データレコーダ１２は、弁別回路１１か
ら供給された基本信号と、ロードセル７から出
力された荷重とを磁気テープ等に記録する。

次に、このような土砂性状感知装置が設けられ
た掘削装置について説明する。

第３図は、多軸回転式掘削機の構成を示す正面
図であり、多軸回転式掘削機は、BWロングウオ
ールドリルとも呼ばれ、現在、地下連続壁の施工
に最も多く利用されている。この図において、２
０は、やぐらであり、このやぐら２０から吊ワイ
ヤロープ２１によつて、ドリル本体２２が懸吊さ
れている。このドリル本体２２は、やぐら２０に
設けられたウインチ２３によつて、巻上げ、もし
くは巻下げられるようになつており、徐々に降下
しながら、自重によつて掘削を行なう。

ドリル本体２２によつて掘削された土砂は、水
と共にサクシヨンポンプ２４によつて、リバース
パイプ２５から地上へ汲み上げられ、ろ過器２６
によつて水と分離されて排土槽２７へ排出され
る。また、土砂が取り除かれた水は、貯留タンク
２８に一時貯留された後、必要な水が新液槽２９
から加えられて掘削孔３０へ注水される。

第４図は、ドリル本体２２の構成を示す正面図
である。ドリル本体２２の底面には一列に、５本
のドリル３１〜３５が取り付けられており、これ
らは、ドリル本体２２内に設けられた水中モータ
３６によつて回転駆動される。この水中モータ３
６には、電力ケーブル３７を介して地上から電流
が供給されるようになつている。また、ドリ本体
２２の前面および後面の４隅には、偏位修正板３
８，３８…が設けられており、これらは地上か
ら、油圧ホース３９，３９…によつて供給される
油により油圧駆動され、各々が独立して外方向へ
突出し、掘削偏位の修正を行う。また、４０は、
傾斜計であり、この傾斜計４０によつてドリル本
体２２の傾きが計測され、その傾斜データは傾斜
計ケーブル４１によつて地上に送られるようにな
つている。また、４２は、一端がドリル本体２２
に固定された深度計ケーブル、４３は、土砂の汲
み上げを容易にするために、リバースパイプ２５
内にエアーを吹き込む、エアーリフト用ホースで
ある。

このようなドリル本体２２におけるドリル３２
の先端に、前述したセンサビツト１が取り付けら
れ、さらに、これとバランスを取るためのダミー
ビツト４４が、ドリル３４の先端に取り付けられ
ている。そして、センサビツト１が、回転しなが
ら地盤を掘削することにより、これに伴つて生じ
る振動が検出され、前述した検出信号Ｓが、セン
サケーブル４５によつて地上に送られるようにな
つている。

次に、第５図を用いて掘削機の制御部について
説明する。

センサビツト１からの検出信号Ｓを伝送するセ
ンサケーブル４５の一端は、地上において、セン
サケーブル用リール５０に巻き取られており、前
記検出信号Ｓは、このセンサケーブル用リール５
０から、前述した信号変換装置６へ供給される。
そして、信号変換装置６から出力される土砂性状
データＤは、オペレーシヨンユニツト５１へ供給
されるようになつている。

前記傾斜計４０からの傾斜データを伝送する傾
斜計ケーブル４１の一端は、地上において傾斜計
ケーブルリール５２に巻取られており、前記傾斜
データは、この傾斜計ケーブルリール５２から傾
斜表示計５３へ供給される。傾斜表示計５３は、
ドリル本体２２の傾きを、アナログメータ等に表
示すると共に、前記傾斜データをオペレーシヨン
ユニツト５１および傾斜自動記録計５４へ供給す
る。

また、一端が、ドリル本体２２に固定された深
度計ケーブル４２の他端は、地上に設置された深
度計５５に接続されている。この深度計５５によ
つてドリル本体２２の掘削深度が計測され、その
深度データは、前記傾斜自動記録計５４へ供給さ
れる。傾斜自動記録計５４は、この深度データ
と、傾斜表示計５３から供給された傾斜データと
に基づいて、一定深度毎に、ドリル本体２２の傾
きを記録する。

前記偏位修正板３８，３８…の駆動に用いられ
る油圧ホース３９，３９…の各々の一端は、地上
に設けらた油圧ホースリール５５，５５…に巻取
られており、この油圧ホースリール５５，５５…
に油圧ポンプユニツト５６が接続されている。

オペレーシヨンユニツト５１は、油圧ポンプユ
ニツト５６、水中モータ３６およびウインチ２３
の駆動制御を行う。この制御は、オペレーシヨン
ユニツト５１に設けられた手動運転装置により、
オペレータが行なう他、内部に設けられた自動運
転装置によつても行なうことができるようになつ
ている。すなわち、オペレーシヨンユニツト５１
は、前記傾斜データに基づいて、油圧ポンプユニ
ツト５６を作動させ、ドリル本体２２の偏位の修
正を行なうと共に、土砂性状データＤに基づいて
水中モータ３６およびウインチ２３の制御を行な
う。

以上の構成において、掘削が開始されると同時
に、センサビツト１から検出信号Ｓが出力され、
信号変換装置６へ供給される。信号変換装置６へ
供給された検出信号Ｓは、帯域ろ過器９によつて
基本信号に分離され、次いで弁別回路１１によつ
て前記検出信号Ｓを最も特徴づける基本信号
（最も振幅の大きい基本信号）のみが取り出され
る。そして、この基本信号の周波数がカウンタ
１４によつて計数され、その計数値がペンレコー
ダ１５に表示されると共に、土砂性状データＤと
して出力される。

掘削を手動で行なう場合には、オペレータは、
ペンレコーダ１５の表示を見て、水中モータ３６
の回転速度およびウインチ２３の巻上げ速度の制
御を行う。

また、掘削を自動で行なう場合には、オペレー
シヨンユニツト５１は、予め実験によつて求めら
れ、記憶された幾つかの回転速度および巻下げ速
度のデータから、入力された土砂性状データＤに
対応するデータを読み出し、これに基づいて、水
中モータ３６およびウインチ２３の制御を行う。

このように、地盤の粒度を自動的に判別するこ
とができるので、掘削機を、地盤の粒度に応じて
的確に操作することが可能となる。

なお、本実施例においては、センサビツトなる
特殊なビツトを取り付けたが、圧電素子を本来の
掘削用のビツトに組み込むことも勿論可能であ
る。

また、本発明による土砂性状感知装置は、多軸
回転式掘削等に限らず、他の掘削装置、例えば横
穴掘削機等にも用いることができるのは勿論であ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば、掘削
ドリルに先行して掘進するセンサドリルに振動セ
ンサを設けたセンサビツトを緩衝材を介して設
け、この振動センサによつて、センサビツトに生
じる振動のみを検出し、この振動結果を解析する
ことによつて掘削地盤の粒度を判別するようにし
たので、オペレータの勘に頼ることなく、さらに
掘削ドリルの先端にセンサビツトを設けた場合に
比べて正確に地盤構成土砂粒子の粒度の判別を行
うことができ、施工結果に生じる個人差を少なく
することができる。また、粒度を判別するために
掘削を一時中止する必要がなくなり、作業時間を
30％程度短縮することが可能となる。

また、この発明によれば、地盤の粒度を定量化
することができるので、これに基づいて掘削作業
を自動化することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例による土砂性状
感知装置の構成を示すブロツク図、第２図は、同
土砂性状感知装置によつて行なわれる検出信号Ｓ
の解析を説明するためのグラフ、第３図は同土砂
性状感知装置が設けられた掘削装置の構成を示す
正面図、第４図は、ドリル本体の構成を示す正面
図、第５図は、同掘削機の制御部の構成を示す概
略図である。１……センサビツト（ドリル）、４……圧電素
子（振動センサ）、６……信号変換装置、１５…
…ペンレコーダ（表示手段）、５１……オペレー
シヨンユニツト、Ｄ……土砂性状データ（判別結
果）、Ｓ……検出信号。

Claims

【特許請求の範囲】１回転しながら進行する掘削ドリルによつて掘
削される地盤の粒度を判別する土砂性状感知方法
において、振動センサが設けられたセンサビツト
を、前記掘削ドリルに先行して掘進するセンサド
リルの先端に取り付け、前記掘削ドリルから前記
センサビツトへの駆動手段等による振動の伝達を
遮断する緩衝材を前記センサビツトに設け、前記
振動センサによつて掘削に伴う前記センサビツト
に生じる振動のみを検出し、この検出結果を解析
することによつて前記地盤構成土砂粒子の粒度を
判別することを特徴とする土砂性状感知方法。２回転しながら進行する掘削ドリルによつて掘
削される地盤の粒度を判別する土砂性状感知装置
において、前記掘削ドリルに先行して掘進するセ
ンサドリルと、当該センサドリルの先端に取り付
けられ、内部に振動センサが設けられたセンサビ
ツトと、当該センサビツトに設けられた、前記掘
削ドリルを駆動する駆動手段等から前記振動セン
サへの振動の伝達を遮断する緩衝材と、前記振動
センサから出力された検出信号を解析して地盤構
成土砂粒子の粒度を判別し、判別結果を出力する
信号変換装置と、前記判別結果を表示する表示手
段とを具備することを特徴とする土砂性状感知装
置。３回転しながら進行する掘削ドリルによつて掘
削される地盤の粒度を判別する土砂性状感知装置
において、前記掘削ドリルに先行して掘進するセ
ンサドリルと、当該センサドリルの先端に取り付
けられ、内部に振動センサが設けられたセンサビ
ツトと、当該センサビツトに設けられた、前記掘
削ドリルを駆動する駆動手段等から前記振動セン
サへの振動の伝達を遮断する緩衝材と、前記振動
センサから出力された検出信号を解析して地盤構
成土砂粒子の粒度を判別し、判別結果を出力する
信号変換装置と、前記判別結果を表示する表示手
段と、前記判別結果に基づいて前記ドリルの回転
速度および進行速度の制御を行うオペレーシヨン
ユニツトとを具備することを特徴とする掘削装
置。