JPH07120252A - 空洞検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】構造物周囲や構造物直下に生じた空洞内に地下
水と空気が混在していても空洞の大きさを精度良く測定
する。 【構成】船体４を構造物周囲や構造物直下の空洞内の地
下水に浮かべて推進しながら、一対のレ−ザ発振器５
ａ，５ｂからレ−ザビ−ムを照射する。各レ−ザビ−ム
が空洞上面又は下面に当って形成された輝点をテレビカ
メラ８で常時監視する。一対のレ−ザビ−ムの輝点が一
致するようにビ−ム角度可変手段７でレ−ザビ−ムの照
射角度を可変する。一対のレ−ザビ−ムの輝点が一致し
たらレ−ザビ−ムの照射角度を算出し、レ−ザビ−ムの
輝点までの距離を算出する。この処理を順次繰返して空
洞の大きさを検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は構造物周囲や構造物直
下の空洞の容積を検出する空洞検知装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】近年、海岸部の埋立地や軟弱地盤の上に
多くの構造物が構築されている。このような埋立地や軟
弱地盤の上に構築された構造物の周囲や直下において
は、地盤が盛土荷重によって圧密され、長期間にわたり
地盤沈下が生じたり、偏載荷重による側方流動が生じた
りして、構造物周囲や構造物直下に空洞が発生している
ことが推測されている。

【０００３】通常、埋立地や軟弱地盤の上に構築された
構造物は杭基礎工法により施工されている。この構造物
の周囲や直下に空洞が生じて杭基礎が突出すると杭基礎
の水平支持力が低下し、地震時の水平耐力が不足する可
能性がある。このため構造物の周囲や直下に生じた空洞
の大きさを測定し、杭基礎の突出長が一定の許容値に達
したら、空洞に充填材を注入して構造物の安全を確保す
る必要がある。

【０００４】この構造物周囲や構造物直下に生じた空洞
の大きさを測定する方法として弾性波を利用する方法や
地盤内の比抵抗分布を測定する方法，ボ−リングによる
方法等が検討されている。

【０００５】弾性波を利用する方法は、調査する地盤の
領域にボ−リング孔を設け、一方のボ−リング孔に振源
を入れ、他方のボ−リング孔に複数の受信器を配置す
る。そして振源から弾性波を調査対象領域に送り出し、
受信器で調査対象領域を通過した弾性波を受信し、その
結果を解析して空洞の有無と大きさを検出する方法であ
る。

【０００６】地盤内の比抵抗分布を測定する方法は、上
記と同様に調査する地盤の領域にボ−リング孔を設け、
一方のボ−リング孔に電流電極を入れ、他方のボ−リン
グ孔に電位電極を入れ、電流電極と電位電極を移動させ
ながら調査対象領域内の比抵抗分布を測定し、測定した
比抵抗分布から空洞の有無と大きさを検出する方法であ
る。

【０００７】ボ−リングによる方法は、地上に設置した
ボ−リングマシンでフ−チングと調査対象領域内を鉛直
に削孔したり、あるいは調査用の立坑からボ−リングマ
シンで調査対象領域内を水平に削孔して、削孔時のボ−
リングロッドの貫入抵抗や循環泥水の戻り状況等から経
験的に空洞の有無と大きさを推定する方法である。

【０００８】また、調査用の立坑から調査対象領域内に
推進管を推進し、推進管内から空洞の状況を目視で判定
する方法もある。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のように弾性波を
利用した方法で構造物直下のコンクリト基礎に近接した
空洞の状況を調査しようとすると、空洞内部の地下水を
伝播する弾性波より空洞を迂回してコンクリト基礎内を
伝播する弾性波のほうがはるかに速度が早いために、空
洞の部分が不感帯になる可能性があり、構造物直下の空
洞の状況を精度良く検出することは困難である。

【００１０】また、比抵抗の分布を測定する方法は、空
洞内の地下水と空洞以外の地盤との比抵抗にあまり差が
なく、空洞の有無が明確に判らない場合が生じる。ま
た、構造物の下には多くの鋼管杭があるため、その影響
を受けて空洞の大きさを定量的に検出することは困難で
ある。

【００１１】さらに弾性波を利用した方法や比抵抗の分
布を測定する方法は空洞内が地下水で充満している場合
には空洞の大きさを検出することができるが、空洞内に
は地下水の上部に空気層があることが多く、このように
空洞内に地下水と空気が混在している場合には空気層の
大きさを検出することができず、空洞の大きさを正確に
検出することは困難であった。

【００１２】また、ボ−リングによる方法で空洞の状況
を精度良く検出するためには、数多く削孔する必要があ
る。このため鉛直方向にボ−リングする場合にはフ−チ
ングの鉄筋を切断する可能性がある。さらにフ−チング
に削孔することにより基礎の構造的な強度等に問題があ
る。また水平方向にボ−リングする場合は、構造物の下
は多くの鋼管杭があるため削孔数に限度があり、空洞の
大きさを精度良く検出することは困難である。また、推
進管を推進する方法では大量の地下水とともに周辺の土
砂が推進管内に流れ込み、構造物周囲の地盤が陥落する
恐れがある。

【００１３】この発明はかかる短所を解消するためにな
されたものであり、構造物周囲や構造物直下に生じた空
洞内に地下水と空気が混在していても精度良く空洞の大
きさを測定することができる空洞検知装置を得ることを
目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明に係る空洞検知
装置は、外部操作により推進する船体と一対のレ−ザ発
振器と回転手段とビ−ム角度可変手段と画像入力手段と
制御部とを有し、船体は透明樹脂からなり円筒状に形成
された外筒を有し、回転手段は回転駆動部と、外筒の軸
心に沿って設けられ、回転駆動部の出力軸に連結された
回転軸とを有し、ビ−ム角度可変手段は回転軸に取付け
られた揺動駆動部と、回転軸の中央部に直交して取付ら
れ揺動駆動部の出力軸に連結された送りねじと、送りね
じと噛み合うねじを中央部に有し、両端部にクランクア
−ム連結部を有する昇降ア−ムと、上記回転軸の両端部
にそれぞれ回動自在に取付けられ、一方の端部にレ−ザ
発振器取付部を有し、他方の端部にクランクア−ム連結
部を有する一対の揺動ブロックと、昇降ア−ムと揺動ブ
ロックとを連結するクランクア−ムと、昇降ア−ムの位
置を検出する位置検出器とを有し、画像入力手段は上記
回転軸の中央部に取付けられ、レ−ザビ−ムの照射位置
を検出し、制御部は画像入力手段で検出した一対のレ−
ザビ−ムの照射位置が一致したときに位置検出器で検出
した昇降ア−ムの位置に基づきレ−ザビ−ムの輝点まで
の距離を算出することを特徴とする。

【００１５】

【作用】この発明においては、船体を構造物周囲や構造
物直下の空洞内の地下水に浮かべて推進しながら、一対
のレ−ザ発振器から船体の透明な外筒を介して船体外部
にレ−ザビ−ムを照射する。このレ−ザビ−ムを照射し
ているときに各レ−ザビ−ムが空洞上面又は下面に当っ
て形成された輝点を画像入力手段で常時監視し、一対の
レ−ザビ−ムの輝点が一致するようにビ−ム角度可変手
段でレ−ザビ−ムの照射角度を可変する。レ−ザビ−ム
の照射角度を可変し一対のレ−ザビ−ムの輝点が一致し
たらビ−ム角度可変手段の昇降ア−ムの位置とレ−ザ発
振器を取付た揺動ブロック間の距離とからレ−ザビ−ム
の照射角度を算出し、レ−ザビ−ムの輝点までの距離を
算出する。空洞の上面又は下面のいずれか一方の距離測
定が終了した後、回転手段によりレ−ザ発振器を取付け
たビ−ム角度可変手段と画像入力手段を回動し、空洞の
他方の面までの距離を測定する。この処理を順次繰返し
て空洞の大きさを検出する。

【００１６】

【実施例】図１はこの発明の一実施例の空洞検知装置の
検出部を示す断面図である。図に示すように、空洞検知
装置の検出部１は推進器２と舵３を有する船体４と、船
体４内に収納された一対のレ−ザ発振器５ａ，５ｂと回
転手段６，ビ−ム角度可変手段７，テレビカメラ８，推
進装置９，操舵装置１０及び前方監視部１１とを有す
る。船体４は半球状をした船首部１２の後方に円筒状を
した外筒１３が設けられ、外筒１３の後端部に推進器２
と舵３が取付られている。外筒１３は例えばアクリル樹
脂やポリカ−ボネ−ト樹脂等の透明な樹脂から形成され
ている。

【００１７】レ−ザ発振器５ａ，５ｂは外筒１３を介し
て船体４の外部にレ−ザビ−ムを照射するものであり、
回転手段６に取付られたビ−ム角度可変手段７に装着さ
れている。回転手段６は、図２の部分断面図に示すよう
に、外筒１３の軸心に沿って設けられた回転モ−タ１４
と、外筒１３の軸心に沿って回転自在に取付られ回転モ
−タ１４の出力軸に連結された回転軸１５とを有する。
回転モ−タ１４には回転角度検出スイッチが内蔵されて
いる。

【００１８】ビ−ム角度可変手段７は、図２に示すよう
に、揺動モ−タ１６と送りねじ１７，昇降ア−ム１８，
一対の揺動ブロック１９ａ，１９ｂとクランクア−ム２
０ａ，２０ｂ及び位置検出器２１を有する。揺動モ−タ
１６は出力軸が回転軸１５と直交するように回転軸１５
の中央部に取付られている。送りねじ１７は揺動モ−タ
１６の出力軸に連結されている。昇降ア−ム１８は送り
ねじ１７と噛み合うねじ部２２を中央部に有し、ねじ部
２２から一定距離隔てた両端部にクランクア−ム連結部
２３ａ，２３ｂを有する。送りねじ１７とねじ部２２は
摩擦が小さく効率が良い例えばボ−ルねじからなる。揺
動ブロック１９ａ，１９ｂは回転軸１５の揺動モ−タ１
６取付部から一定距離隔てた回転軸１５の両端部にそれ
ぞれ回動自在に取付けられている。各揺動ブロック１９
ａ，１９ｂの一方の端部にはレ−ザ発振器５ａ，５ｂが
それぞれ取付られ、他方の端部にはクランクア−ム連結
部２４ａ，２４ｂを有する。クランクア−ム２０ａ，２
０ｂはそれぞれ昇降ア−ム１８の端部と揺動ブロック１
９ａ，１９ｂの端部を連結している。位置検出器２１は
例えばエンコ−ダからなり揺動モ−タ１６の回転軸に取
付けられ、揺動モ−タ１６の回転量を検出し揺動モ−タ
１６が停止したときの回転量から昇降ア−ム１８の位置
を検出する。テレビカメラ８は回転軸１５の中央部で昇
降ア−ム１８と反対側の位置に取付られ、レ−ザ発振器
５ａ，５ｂで照射したレ−ザビ−ムの照射位置を検出す
る。

【００１９】推進装置９は駆動モ−タ２５と、推進器２
と駆動モ−タ２５を連結するギヤ−群２６とを有する。
操舵装置１０は、図３の平面図に示すように操舵モ−タ
２７と、操舵モ−タ２７の出力軸に連結されたギヤ−群
２８と、ギヤ−群２８に連結された出力ア−ム２９及び
出力ア−ム２９と舵３とを連結した操舵軸３０とを有す
る。前方監視部１１は船首部１２に設けられた前照灯３
１と前方監視カメラ３２とを有する。

【００２０】上記のように構成された空洞検知装置の検
出部１はケ−ブル３３を介して地上に設置された制御部
に接続されている。

【００２１】制御部４０は、図４のブロック図に示すよ
うに、装置全体を管理するＣＰＵ４１と制御プログラム
を記憶したＲＯＭ４２と各種デ−タを格納するＲＡＭ４
３と入力手段４４，表示装置４５，傾き角検出部４６，
距離演算部４７，出力部４８，駆動制御部４９，５０及
び推進制御部５１を有する。入力手段４４は、例えばキ
−ボ−ド等からなり、検出部１の回転モ−タ１４や揺動
モ−タ１６の駆動等を指示する。表示装置４５は検出部
１の移動位置やテレビカメラ８で撮影したレ−ザビ−ム
の輝点位置等を表示する。傾き角検出部４６はビ−ム角
度可変手段７の位置検出器２１から送られる昇降ア−ム
１８の位置からレ−ザ発振器５ａ，５ｂで出力されるレ
−ザビ−ムの傾き角を算出する。距離演算部４７は傾き
角検出部４６で算出したレ−ザビ−ムの傾き角から検出
部１からレ−ザビ−ムの輝点までの距離を演算する。出
力部４８は距離演算部４７で演算した距離をハ−ドメモ
リ等に出力する。駆動制御部４９は回転モ−タ１４の駆
動を制御し、駆動制御部５０は揺動モ−タ１６の駆動を
制御する。

【００２２】推進制御部５１は、図５のブロック図に示
すように、推進駆動制御部５２と推進操作部５３と前方
監視カメラ３２で撮影した状況を表示する前方表示装置
５４とを有し、推進操作部５３からの操作信号により推
進装置９の駆動モ−タ２５と操舵装置１０の操舵モ−タ
２７を駆動して検出部１の推進を制御する。

【００２３】上記のように構成された空洞検知装置を使
用して図６の断面図に示すように、構造物６０の基礎６
１の周囲又は直下に生じた空洞６２の大きさを検出する
ときは、まず基礎６１の周辺部の複数個所をボ−リング
マシンを用い削孔し、空洞６２が生じていることを確認
する。空洞６２が生じていることを確認したら、検出部
１の挿入孔６３を削孔し、検出部１の前方監視カメラ３
２で空洞６２の状態を監視しながら検出部１を挿入孔６
３を通して地下水６４と空気層６５がある空洞６２に入
れて地下水６４に浮かべる。その後、制御部４０の推進
制御部５１で推進装置９の駆動モ−タ２５と操舵装置１
０の操舵モ−タ２７を駆動制御して検出部１を前進させ
ながら、入力手段４４でレ−ザ発振器５ａ，５ｂを駆動
し、船体４の透明な外筒１３を通して船体上部にビ−ム
径を絞ったレ−ザビ−ムを照射する。この検出部１を前
進させているときに推進制御部５１の推進駆動制御部５
２は前進している検出部１の位置を逐次確認してＣＰＵ
４１に送る。ＣＰＵ４１は送られた検出部１の移動量を
逐次記憶させ、表示装置４５に表示する。

【００２４】一方、レ−ザ発振器５ａ，５ｂからのレ−
ザビ−ムが空洞６２の上面６２ａに入射すると、図７の
説明図に示すように、各入射点に輝点６６ａ，６６ｂが
表れる。この輝点６６ａ，６６ｂをテレビカメラ８で撮
影し制御部４０に送り表示装置４５に表示する。操作者
は表示装置４５に表示された輝点６６ａ，６６ｂの位置
を監視しながら、入力手段４４を操作して駆動制御部４
９を介してビ−ム可変手段７の揺動モ−タ１６を駆動さ
せる。揺動モ−タ１６が回転すると揺動モ−タ１６の出
力軸に連結されている送りねじ１７が回転し昇降ア−ム
１８を昇降させる。この揺動モ−タ１６を回転している
ときに、揺動モ−タ１６に取付られた位置検出器２１は
揺動モ−タ１６の回転量から昇降ア−ム１８の移動位置
を逐次検出して制御部４０に送る。ＣＰＵ４１は送られ
た昇降ア−ム１８の位置を逐次書き替えてＲＡＭ４３に
格納する。

【００２５】例えば図７に示すようにレ−ザ発振器５ａ
から照射したレ−ザビ−ムの輝点６６ａがレ−ザ発振器
５ａ側に生じ、レ−ザ発振器５ｂから照射したレ−ザビ
−ムの輝点６６ｂがレ−ザ発振器５ｂ側に生じている場
合には、図２の破線で示すように昇降ア−ム１８を上昇
するように揺動モ−タ１６を回転する。昇降ア−ム１８
を上昇するとクランクア−ム２０ａ，２０ｂが回動して
レ−ザ発振器５ａ，５ｂを保持している揺動ア−ム１９
ａ，１９ｂがそれぞれ回転軸１５の中心の方に回転す
る。揺動ア−ム１９ａ，１９ｂが回転軸１５の中心の方
に回転するとレ−ザ発振器５ａ，５ｂから照射したレ−
ザビ−ムによる輝点６６ａ，６６ｂは互いに接近する方
に移動する。操作者は輝点６６ａ，６６ｂが接近して一
致したことをテレビカメラ８からの映像で確認したら揺
動モ−タ１６の回転を停止する。揺動モ−タ１６の回転
が停止すると、そのときの昇降ア−ム１８の位置がＲＡ
Ｍ４３に記憶される。

【００２６】その後、操作者は入力手段４４を操作して
距離演算を指示する。ＣＰＵ４１は距離演算が指示され
るとＲＡＭ４３に記憶された昇降ア−ム１８の位置を傾
き各検出部４６に送る。傾き各検出部４６は昇降ア−ム
１８の位置が送られるとあらかじめ定められているビ−
ム角度可変手段７の各部の寸法から揺動ブロック１９
ａ，１９ｂの回転軸１５に対する傾き角αを算出し距離
演算部４７に送る。距離演算部４７は送られた傾き角α
と揺動ブロック１９ａ，１９ｂの回転軸１５に対する取
付位置とから回転軸１５から一致している輝点６６ａ，
６６ｂまでの距離を演算する。ＣＰＵ４１は演算した距
離をＲＡＭ４３に記憶させ、検出部１の位置とともに表
示装置４５に表示する。この表示された内容は出力部４
８を介して記録紙やハ−ドメモリ等に記録される。

【００２７】操作者は表示装置４５に検出部１の位置と
空洞６２の上面６２ａまでの距離が表示されたことを確
認したら入力手段４４を操作して駆動制御部５０を介し
て回転手段６の回転モ−タ１４を駆動し回転軸１５を18
0度回転し、テレビカメラ８やレ−ザ発振器５ａ，５ｂ
を下向きにする。その後上記と同様にして空洞６２の下
面までの距離を演算し、ＲＡＭ４３に記憶させるととも
に表示装置４５に表示し、出力部４８を介して記録紙や
ハ−ドメモリ等に記録する。

【００２８】以下、検出部１が所定距離前進するたびに
上記処理を繰返し、測定した結果を記憶し、記録する。
この逐次記録した測定結果を確認することにより空洞６
２の大きさを精度良く検出することができる。

【００２９】なお、上記実施例は操作者が入力手段４４
を操作してビ−ム角度の可変や距離演算を指示する場合
について説明したが、テレビカメラ８で撮影した輝点６
６ａ，６６ｂの位置を自動的に検出し、ビ−ム角度の可
変や距離演算を自動的に指示するようにしても良い。

【００３０】

【発明の効果】この発明は以上説明したように、船体を
構造物周囲や構造物直下の空洞内の地下水に浮かべて推
進しながら、一対のレ−ザ発振器から船体の透明な外筒
を介して船体外部にレ−ザビ−ムを照射し、各レ−ザビ
−ムが空洞上面又は下面に当って形成された輝点が一致
するようにレ−ザビ−ムの照射角度を可変し、一対のレ
−ザビ−ムの輝点が一致したらレ−ザビ−ムの照射角度
を算出し、レ−ザビ−ムの輝点までの距離を算出し、空
洞の上面又は下面のいずれか一方の距離測定が終了した
後、レ−ザ発振器を回動して空洞の他方の面までの距離
を測定するするようにしたから、空洞内に地下水と空気
が混在していても空洞の大きさを精度良く検出すること
ができる。

【００３１】また、空洞内部の状態も画像入力手段で観
察しながら空洞の大きさを検出するから、空洞内の杭等
の状態を正確に確認することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の空洞検知装置の検出部を示
す断面図である。

【図２】回転手段と角度可変手段を示す部分断面図であ
る。

【図３】操舵装置を示す平面図である。

【図４】空洞検知装置の制御部を示すブロック図であ
る。

【図５】推進制御部を示すブロック図である。

【図６】空洞の測定状態を示す断面図である。

【図７】上記実施例の動作を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 検出部 ２ 推進器 ３ 舵 ４ 船体 ５ａ，５ｂ レ−ザ発振器 ６ 回転手段 ７ ビ−ム角度可変手段 ８ テレビカメラ ９ 推進装置 １０ 操舵装置 １１ 前方監視部 １３ 外筒 １４ 回転モ−タ １５ 回転軸 １６ 揺動モ−タ １７ 送りねじ １８ 昇降ア−ム １９ａ，１９ｂ 揺動ブロック ２０ａ，２０ｂ クランクア−ム ２１ 位置検出器 ４０ 制御部 ４４ 入力手段 ４５ 表示装置 ４６ 傾き角検出部 ４６ 距離演算部 ５１ 推進制御部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部操作により推進する船体と一対のレ
   −ザ発振器と回転手段とビ−ム角度可変手段と画像入力
   手段と制御部とを有し、 船体は透明樹脂からなり円筒状に形成された外筒を有
   し、 回転手段は回転駆動部と、外筒の軸心に沿って設けら
   れ、回転駆動部の出力軸に連結された回転軸とを有し、 ビ−ム角度可変手段は回転軸に取付けられた揺動駆動部
   と、回転軸の中央部に直交して取付られ揺動駆動部の出
   力軸に連結された送りねじと、送りねじと噛み合うねじ
   を中央部に有し、両端部にクランクア−ム連結部を有す
   る昇降ア−ムと、上記回転軸の両端部にそれぞれ回動自
   在に取付けられ、一方の端部にレ−ザ発振器取付部を有
   し、他方の端部にクランクア−ム連結部を有する一対の
   揺動ブロックと、昇降ア−ムと揺動ブロックとを連結す
   るクランクア−ムと、昇降ア−ムの位置を検出する位置
   検出器とを有し、 画像入力手段は上記回転軸に取付けられ、レ−ザビ−ム
   の照射位置を検出し、 制御部は画像入力手段で検出した一対のレ−ザビ−ムの
   照射位置が一致したときに位置検出器で検出した昇降ア
   −ムの位置に基づきレ−ザビ−ムの輝点までの距離を算
   出することを特徴とする空洞検知装置。