JPH07286490A

JPH07286490A - 放電式弾性波検層装置

Info

Publication number: JPH07286490A
Application number: JP7892694A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Takahashi; 康裕高橋; Shiyouzou Nabeoka; 昭三鍋岡
Original assignee: DAITO SEKKEI CONSULTANT KK; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: DAITO SEKKEI CONSULTANT KK; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1994-04-18
Filing date: 1994-04-18
Publication date: 1995-10-31

Abstract

(57)【要約】【目的】小型・コンパクト化して軽量化を図るととも
に、小型・コンパクト化しても発振エネルギを大きくと
ることができ、弾性波の速度解析や波形解析を行って精
度の高い地盤探査を行なうことができる放電式弾性波検
層装置を提供することにある。【構成】放電式弾性波検層装置１５は、液体で満たされ
たボーリング孔１７内に挿入され、弾性波動を発振させ
る発振装置２２と、この発振装置２２に所定の間隔をお
いてケーブル連結され、伝播される弾性波動を受振する
受振装置２３と、発振装置２２および受振装置２３をボ
ーリング孔１７内で昇降させる昇降装置２４と、受振装
置２３で受振した波動信号を記録する記録装置２０と、
発振装置２２，受振装置２３および記録装置２０の作動
を制御する制御装置１９とを有し、発振装置２２は放電
極３７に放電電圧を印加する放電回路３１を本体ケース
２９に内蔵したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は地盤の構造や物性を弾性
波を利用して物理探査する物理検層装置に係り、特に、
地盤の構造，物性を弾性波検層により測定可能な放電式
弾性波検層装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地盤内の土質や地質状態，構造，亀裂の
有無を調査する物理探査には、地震探査，電気弾性波探
査，磁気探査や放射能探査等が存在し、これらの物理探
査をボーリング調査等と組み合せて用いれば調査域の地
盤の土質や地質状態をより正確に把握することができ、
極めて有効である。地盤の構造や物性を物理的に探査す
る方法に、ボーリング孔を利用する弾性波探査がある。

【０００３】この弾性波探査には、図４０に示すよう
に、アップホール（Up Hole ）法，ダウンホール（Down
Hole ）法，サスペンション（Suspension）法およびク
ロスホール（Cross Hole）法等の種々の方法がある。

【０００４】アップホール法は、図４０（Ａ）に示すよ
うに、地中に掘削された調査用ボーリング孔１内に爆発
源や発振源である発振器２を挿入し、この発振器２から
の出力を地表に設置した受振器３で測定する地盤探査技
術である。ダウンホール法は図４０（Ｂ）に示すよう
に、地表に発振器２を設置し、調査用ボーリング孔１内
に受振器３を設置した点でアップホール法と発振・受振
方式が異なる。

【０００５】このアップホール法およびダウンホール法
を採用した地盤探査装置は、構造が簡単で平均的な弾性
波の速度解析が可能であるが、地表の風化や土壌の影響
を受け、地表層部分で弛み領域の影響を受けて発振波形
そのものが崩れ、変形してしまったり、また、走行経路
の湾曲に基づく誤差、いわゆるミラージュ現象が生じ、
地盤の構造や物性を正確に把握できない難点がある。

【０００６】この地盤の構造や物性の情報を正確に把握
する地盤探査装置にサスペンション法およびクロスホー
ル法を採用したものがある。サスペンション法およびク
ロスホール法を採用した地盤探査装置には図４０
（Ｃ），（Ｄ）に示すように発振器２や受振器３を調査
用ボーリング孔１内に挿入して岩盤４内に位置させ、健
全な岩盤４内で孔内発振や孔内受振ができるようにした
ものである。

【０００７】これらの地盤検層装置は、健全な岩盤４内
で発振器２から孔内に発振させ、受振器３で孔内受振さ
せたので、地表の風化や土壌の影響を受けることなく、
地盤の地質情報を正確に把握できる利便がある。ただ、
クロスホール法は２本の調査用ボーリング孔１１内で物
理探査試験が行なわれるため、物理探査試験に２系統の
ボーリング孔が必要となり、手間隙がかかる点から、サ
スペンション方式の地盤検層装置が用いられている。

【０００８】従来のサスペンション型検層装置は、発振
器にセラミックを使用した電歪型加振器やソレノイドを
使用した線輪型加振器を用い、発振器から指向性を持た
せた加振を行なっている。この検層装置は小型・軽量で
コンパクトであり、測定が容易であるため、狭隘な地形
にも適用し得、軟岩における弾性波の速度解析に適して
いる。

【０００９】しかしながら、サスペンション型検層装置
は、発振エネルギが小さく、Ｓ／Ｎ比も大きくとれない
ために、多彩な岩盤の検層には適していない。事実人工
地盤（コンクリート）における最近の研究ではＰ波（縦
波）およびＳ波（横波）の速度解析がかなり困難である
ことが明らかになっている。

【００１０】また、石油関連分野においては、地上にて
物理探査を行ない、石油を埋蔵する頁岩の存在を確認し
た後、地盤内の土質や地質状態や構造をより精査するた
めに、ボーリング孔を穿設してこのボーリング孔内に弾
性波を利用した音波検層装置を挿入し、地盤内部の音波
検層を行なうようになっている。

【００１１】代表的な音波検層装置としてシュランベル
ジャタイプのものがある。シュランベルジャの音波検層
装置には初期の放電式音波検層装置と、現在一般的に使
用されている磁歪式音波検層装置とがある。

【００１２】放電式音波検層装置は、ボーリング孔内に
発振器と受振器を備えた円筒状のゾンデを挿入し、発振
装置に高電圧を印加して放電させるようになっている。

【００１３】しかしながら、この放電式検層装置は、地
上に設置した放電回路から高圧の放電電圧がケーブルを
介して発振器に印加されるために、ケーブルは高電圧に
対する絶縁が必要であったり、また、放電回路から発振
器に至る長い区間で高電圧に晒されるため、安全性の配
慮が不可欠であったり、さらには、ケーブルのインピー
ダンスが大きいため、高圧の放電エネルギが高圧ケーブ
ルの抵抗により低下し、放電効率の低下を招くという問
題があった。

【００１４】さらにまた、発振器を吊設するケーブルに
高圧の放電電流が流れるため、放電電流による電磁誘導
や静電誘導の影響を受け、受振器からの受振信号に悪影
響を与え、精度の高い地盤検層を行なうことができなか
った。

【００１５】この点から、放電式音波検層装置に代わる
検層構造として磁歪型のものが開発され、この磁歪型音
波検層装置が普及されて一般的に使用されている。

【００１６】この磁歪型音波検層装置は、図４１に示す
ように、円筒状のゾンデ５内に磁歪型の発振器６と受振
器７とを一体的に組み込み、磁歪型発振器６と受振器７
とを備えたゾンデ５を水で満たされた石油調査用ボーリ
ング孔８内に降ろし、発振器６から超音波を発振させる
ようにしたものである。

【００１７】発振された超音波は密度が異なるボーリン
グ孔壁面で一部が反射し、残りは地盤９の地層内に弾性
波となって進入する。この弾性波は地層内のあらゆる方
向に向って伝播する一方、そのうちの一部はボーリング
孔壁に沿って進んで屈折し、水中音波となって受振器７
に入り、この受振器７で検出される。受振器７で受信さ
れた音波（弾性波）信号は電子回路１０でインピーダン
ス変換されて地上装置に伝達され、図示しない記録装置
にデジタル記録されるようになっている。

【００１８】地上側の記録装置に記録されたデジタル記
録からコンピュータを用いて弾性波（縦波のＰ波，横波
のＳ波，ストンリー波）の速度解析や波形解析（減衰率
解析，あるいはSynthetic 解析）を行なって地盤内部を
精査している。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の音波検
層装置は大型で車両に積載して運搬しており、この車両
を穿設されたボーリング孔に横付けしてセットし、音波
検層が行なわれるため、山岳地帯の狭隘な場所には適用
困難な場合があったり、また、発振器から発振されるエ
ネルギが磁歪型（あるいは電歪型）発振器のため、１ジ
ュール以下と小さく、充分なＳ／Ｎ比を確保できるとは
限らないため、多彩な岩盤の音波検層に対応できなかっ
た。

【００２０】また、音波検層装置の円筒状ゾンデは１０
cmφ程度の直径を有し、石油関連分野の２５cmφ〜３０
cmφ程度のボーリング孔内への挿入はスムーズに行なわ
れ、格別な支障はないが、小型・コンパクト化に限界が
あり、土木や建設分野で必要とされる１００mmφ以下の
小孔径のホーリング孔に挿入することが困難であった
り、また、小孔径の土木・建設用ボーリング孔に挿入し
ても、ボーリング孔とゾンデとの間に充分な間隙を確保
できないため、Ｓ波の解析が困難で、土木・建設分野の
音波検層装置に適用することが困難であった。

【００２１】本発明は、上述した事情を考慮してなされ
たもので、小型・コンパクト化して軽量化を図るととも
に、小型・コンパクト化しても発振エネルギを大きくと
ることができ、弾性波の速度解析や波形解析を行って、
精度の高い地盤探査を行なうことができる放電式弾性波
検層装置を提供することを目的とする。

【００２２】本発明の他の目的は、小型・コンパクト化
して土木・建設分野の適用を可能とし、山岳地帯や狭隘
な場所の弾性波（音波）検層が可能な機動性を有する放
電式弾性波検層装置を提供するにある。

【００２３】本発明のさらに他の目的は、発振エネルギ
を増大させるとともにＳ／Ｎ比を向上させ、多彩の岩盤
の弾性波（音波）検層を効果的に行なうことができる放
電式弾性波検層装置を提供するにある。

【００２４】本発明の別の目的は、土木・建設用ボーリ
ング孔に挿入可能で弾性波の速度や減衰率等の波形解析
が可能な放電式弾性波検層装置を提供するにある。

【００２５】また、本発明の他の目的は、ノイズ軽減対
策を施してＳ／Ｎ比を向上させ、弾性波（音波）検層精
度を向上させて信頼性を高めた放電式弾性波検層装置を
提供するにある。

【００２６】本発明のさらに他の目的は、ボーリング孔
に挿入される発振装置に高圧放電回路を組み込んで安全
対策を施し、安全かつ迅速な測定が可能な放電式弾性波
検層装置を提供するにある。

【００２７】本発明の別の目的は、発振装置と受振装置
とをケーブル結合して土木・建設用の小孔径ボーリング
孔に挿入可能とし、弾性波のうちＳ波の解析や波形解析
をも可能な放電式弾性波検層装置を提供するにある。

【００２８】本発明のさらに別の目的は、発振装置と受
振装置とを着脱自在にケーブル結合して受振装置を交換
可能とし、受振装置の感度推定や減衰率の推定を行ない
得る放電式弾性波検層装置を提供するにある。

【００２９】本発明のさらに他の目的は、土木・建設用
ボーリング孔に沿う複数箇所の地盤を同時に音波検層し
て、地盤探査効率を向上させた放電式弾性波検層装置を
提供するにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る放電式弾性
波検層装置は、上述した課題を解決するために、請求項
１に記載したように、液体で満たされたボーリング孔内
に挿入され、弾性波動を発振させる発振装置と、この発
振装置に所定の間隔をおいてケーブル連結され、伝播さ
れる弾性波動を受振する受振装置と、前記発振装置およ
び受振装置をボーリング孔内で昇降させる昇降装置と、
前記受振装置で受振した波動信号を記録する記録装置
と、前記発振装置，受振装置および記録装置の作動を制
御する制御装置とを有し、前記発振装置は放電極に放電
電圧を印加する放電回路を本体ケースに内蔵したもので
ある。

【００３１】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係る放電式弾性波検層装置は、請求項２に記載し
たように、発振装置は円筒状の耐圧本体ケースを有し、
この本体ケース内に交流電圧を昇圧させ、整流化して充
電する充電回路と、この充電回路で充電された高電圧を
印加して放電させ、弾性波動を発振させる放電回路とを
収容したものである。

【００３２】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係る放電式弾性波検層装置は、請求項３に記載
したように、受振装置の本体ケース内に収容される充電
回路は、電源電圧を昇圧させる変圧器と、こ変圧器から
の出力を整流させるとともにさらに昇圧させる整流器と
を有するとともに、放電回路は前記整流器で昇圧された
高電圧をチャージするコンデンサユニットと、コンデン
サユニットにチャージされた放電電圧を遠隔指令により
作動制御する開閉器と、放電電圧の印加により弾性波動
を発振させる放電極とを有するものである。

【００３３】さらにまた、上述した課題を解決するため
に、本発明に係る放電式弾性波検層装置は、請求項４に
記載したように、コンデンサユニットは複数のコンデン
サを並列に接続してユニット化し、放電可能なコンデン
サ容量を有し、放電可能な電圧をチャージ可能に設定し
たものである。

【００３４】一方、上述した課題を解決するために、本
発明に係る放電式弾性波検層装置は、請求項５に記載し
たように、受振装置は、放電極からの放電と同期して記
録装置および制御装置作動用トリガパルスを生成させる
トリガ発生器と、本体ケース内を挿通させる受振装置出
力線を放電時の電磁誘導から保護する磁気シールド装置
とを備えたものである。

【００３５】他方、上述した課題を解決するために、本
発明に係る放電式弾性波検層装置は、請求項６に記載し
たように、磁気シールド装置はＦｅ−Ｎｉ合金製のシー
ルド管を複数本備え、各シールド管内に受振装置出力線
を挿通させたものである。

【００３６】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係る放電式弾性波検層装置は、請求項７に記載し
たように、受振装置は所要長さのコネクタケーブルを介
して発振装置に着脱自在に連結される一方、円筒状の耐
圧本体ケースを有し、この本体ケース内に伝播される弾
性波動に感振して電気信号を出力する受振器と、この受
振器からの電気信号を処理する差動入力・差動出力の増
幅器とを収容したものである。

【００３７】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係る放電式弾性波検層装置は、請求項８に記載
したように、受振装置の増幅器で処理された波動検出信
号は受振装置出力線により昇降装置に付設のスリップリ
ングを通して地上設置の記録装置に伝送される一方、ス
リップリングは磁気シールド装置が備えられたものであ
る。

【００３８】さらにまた、上述した課題を解決するため
に、本発明に係る放電式弾性波検層装置は、請求項９に
記載したように、受振装置は発振装置と直列状にケーブ
ル結合されて１００mmφ以下の土木・建設用ボーリング
孔に挿入される一方、受振装置は発振装置の下方または
上方に配置されたものである。

【００３９】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係る放電式弾性波検層装置は、請求項１０に記
載したように、受振装置は複数台が接続ケーブルにより
直列状に着脱自在にケーブル結合されて受振装置群が構
成され、上記受振装置群は隣り合う受振装置間の間隔お
よび発振装置と隣り合う受振装置の間隔が互いに等しく
なるように調節設定されたものである。

【００４０】一方、上述した課題を解決するために、本
発明に係る放電式弾性波検層装置は、請求項１１に記載
したように、液体で満たされたボーリング孔内に挿入さ
れた弾性波動を発振させる発振装置と、この発振装置か
ら発振され、伝播される弾性波動を受振する受振装置
と、この受振装置で受振した波動信号を記録する記録装
置と、前記発振装置，受振装置および記録装置の作動を
制御する制御装置とを有し、前記発振装置は放電極に放
電電圧を印加する放電回路を本体ケースに内蔵させると
ともに、受振装置は、発振装置を収容したボーリング孔
と異なるボーリング孔に挿入されたものである。

【００４１】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係る放電式弾性波検層装置は、請求項１２に記載
したように、発振装置は接続ケーブルにより複数台が直
列状に接続されて受振装置群を構成し、上記受振装置群
が発振装置を収容したボーリング孔と異なるボーリング
孔に挿入されたものである。

【００４２】さらに、上述した課題を解決するために、
本発明に係る放電式弾性波検層装置は、請求項１３に記
載したように、発振装置および受振装置を収容するボー
リング孔は土木・建設用ボーリング孔であるものであ
る。

【００４３】

【作用】請求項１に記載の放電式弾性波検層装置におい
ては、液体で満たされたボーリング孔内に発振装置と受
振装置とをそれぞれ収容し、発振装置は、放電極に放電
電圧を印加する放電回路を本体ケースに内蔵させたの
で、磁歪型音波検層装置と異なり、発振エネルギを大き
くとることができ、精度の高い地盤探査を行なうことが
できるとともに、弾性波検層装置の小型・コンパクト
化，軽量化を図ることができる。

【００４４】また、放電電圧を放電極に印加する高圧の
放電回路をボーリング孔に挿入される発振装置に収容さ
せたので、高圧部が地上に露出することがなく、放電は
ケーブルのインピーダンスの影響を受けず、放電効率を
高め、効率よく放電させることができる一方、取扱いが
極めて安全であり、安全性を向上させることができる。

【００４５】この放電式弾性波検層装置は、小型・コン
パクト化でき、軽量化できるので、土木・建設分野のボ
ーリング孔への適用が可能となり、山岳地帯の狭隘な場
所での音波検層が可能となり、弾性波を利用した音波検
層に機動性を持たせることができる。

【００４６】請求項２に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、発振装置は円筒状の耐圧本体ケース内に充電
回路と放電回路を収容したので、充電回路の高圧部が地
上に位置されず、取扱いが容易で安全性を向上させるこ
とができ、高圧の充電回路と放電回路を収容した発振装
置は放電式であるので、弾性波動を発振させる発振エネ
ルギを大きくとることができる。

【００４７】また、この放電式弾性波検層装置は、発振
装置の本体ケース内に充電回路や放電回路を収容したの
で、放電コンデンサを地上に設置してケーブルに高電圧
を作用させる必要がなく、ケーブルは高電圧に対する絶
縁が不要となる。

【００４８】また、請求項３に記載の放電式弾性波検層
装置においては、電源電圧をメインステップアップする
第１段の変圧器と、この変圧器で昇圧された電圧を整流
化して第２段のステップアップさせる整流器を備えた充
電回路を備えたから、変圧器の小型・コンパクト化が図
れる。

【００４９】また、放電回路は放電電圧をチャージして
放電するコンデンサユニットを本体ケース内に収容した
ので、高圧部が本体ケース内にコンパクトに収容され、
安全性を高めることができる。

【００５０】請求項４に記載の放電式弾性波検層装置
は、放電回路のコンデンサユニットは、複数のコンデン
サを並列に接続してユニット化したので、各コンデンサ
は小さなものでよく、小さなコンデンサを並列に接続す
ることにより、コンデンサユニットを小型でコンパクト
化することができ、このコンデンサユニットを用いて充
分な放電電圧をチャージすることができる。

【００５１】請求項５に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、発振装置の本体ケースに磁気シールド装置を
設け、この磁気シールド装置により、受振装置出力線を
放電時の電磁誘導や静電誘導から保護したので、発振装
置内で高電圧が印加されたり、大きな発振エネルギで放
電されても、受振装置出力線は悪影響を受けることな
く、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

【００５２】請求項６に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、磁気シールド装置は、透磁性に優れたＦｅ−
Ｎｉ合金製のシールド管で構成し、シールド管内に受振
装置出力線を挿通させたから、発振装置内で高電圧印加
されたり、大きな発振エネルギで放電されても、電磁誘
導や静電誘導がシールド管でシールドされ、受振装置出
力線は悪影響を与えるのを有効的に防止できる。

【００５３】請求項７に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、受振装置は発振装置に接続ケーブルを介して
着脱自在に連結されたから、受振装置の変換が容易とな
り、受振装置の相対的な感度特性を容易に把握すること
ができる。

【００５４】また、受振装置を発振装置にケーブル接合
させることにより、ケーブル区間では土木・建設用の調
査ボーリング孔のように小孔径のボーリング孔であって
も、ボーリング孔とケーブル表面との間の間隙を充分に
確保することができ、発振装置で発振される弾性波動が
伝播されて受振装置で受振するとき、この受振装置の受
振器でＰ波，Ｓ波およびストンリー波のフルウェイブ
（Full Wave ）に感振し、中でも土木・建設分野に必要
なＳ波の解析を有効的に行なうことができる。

【００５５】さらに、受振装置は、受振器の高いインピ
ーダンスを差動入力，差動出力の増幅器で低減させ、同
相ノイズを互いに打ち消すようにしたので、低レベルの
弾性波の波動から高レベルの弾性波の波動に至る広範な
波動を大きなＳ／Ｎ比をもって検出することができる。

【００５６】請求項８に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、受振装置の増幅器で処理された、広範な弾性
波の波動を受振装置出力線（信号ケーブル）により大き
なＳ／Ｎ比を持って地上設置の記録装置に伝送し、記録
させることができる。その際、スリップリングや発振装
置には磁気シールド装置が設けられているので、波動検
出信号のＳ／Ｎ比の低下を極力抑えることができる。

【００５７】請求項９に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、受振装置と発振装置は直列状にケーブル接合
させて１００mmφ以下の土木・建設用ボーリング孔に挿
入させ、受振装置は発振装置の下方または上方に配置さ
れるので、土木・建設分野で測定対象の地盤の境界条件
に適した音波検層が可能となり、１００mmφ以下のボー
リング孔であっても、フルウェイブの弾性波の解析を行
なうことができる。

【００５８】請求項１０に記載の放電式弾性波検層装置
においては、受振装置は複数台が接続ケーブルにより直
列状に着脱自在にケーブル結合されて受振装置群が構成
されるので、各受振装置の配置を任意に選択することに
より、地盤の測定条件に適した測定が可能であるととも
に、各受振装置の感度特性を比較的容易に把握すること
ができる。

【００５９】さらに、受振装置は複数台備えられ、各受
振装置は着脱自在に直列状に連結されたので、ボーリン
グ孔に沿う複数箇所の地盤を同時に探査でき、地盤探査
効率を向上させ、能率よく探査できる。

【００６０】請求項１１に記載の放電式弾性波検層装置
においては、発振装置と受振装置を異なるボーリング孔
に挿入することにより、比較的狭い範囲のボーリング孔
間の音波検層を精度よく行なうことができ、この音波検
層を画像処理技術と組み合せると測定対象となる地盤の
トモグラフィを実現することができる。

【００６１】請求項１２に記載の放電式弾性波検層装置
においても、比較的狭い範囲のボーリング孔間の音波検
層を効率的に精度よく行なうことができる。

【００６２】請求項１３に記載の放電式弾性波検層装置
では、発振装置および受振装置は土木・建設用ボーリン
グ孔に挿入でき、小型・コンパクト化が図れる一方、土
木・建設用ボーリング孔でも音波検層を行なうことがで
きる。

【００６３】

【実施例】以下、本発明に係る放電式弾性波検層装置の
一実施例について添付図面を参照して説明する。

【００６４】図１は本発明に係る放電式弾性波検層装置
を例示する概略図である。この弾性波検層装置１５は地
盤１６に掘削されたボーリング孔１７を利用して地盤の
構造や物性を物理探査するものであり、地上側に電源１
８に接続される制御装置１９が設置され、この制御装置
１９はオシロスコープ等の表示装置を内蔵した記録装置
２０と本体ケーシング２１内に一体的に収容される。制
御装置１９と記録装置２０は個別に設置してもよい。

【００６５】一方、ボーリング孔１７は土木・建設用調
査ボーリング孔で孔径が１００mmφ以下、好ましくは６
０mmφ〜９０mmφの孔径を有する。ボーリング孔１７は
水で満たされる一方、上記ボーリング孔１７内に水中放
電式の発振装置２２と受振装置２３がウィンチ等の昇降
装置２４によりケーブル２５を介して昇降自在に吊設さ
れる。ケーブル２５は電源ケーブルと複数本の制御ケー
ブル，信号ケーブル等とを組み合せて構成される。ケー
ブル２５は昇降装置２４に設けられたスリップリング２
６を介して制御装置１９および記録装置２０に電気的に
接続される。

【００６６】発振装置２２はケーブル２５の下端に着脱
自在に連結される一方、この発振装置２２にコネクタケ
ーブル２７を介して複数の受振装置２３が直列状に所定
間隔をおいて接続される。各受振装置２３間の間隔ｄや
発振装置２２と隣り合う受振装置２３の間隔ｄは、所定
の間隔、例えば１ｍとなるように予め調節設定される。

【００６７】発振装置２２は、図２に示すようにゾンデ
として例えばステンレス鋼製の円筒状耐圧本体ケース２
９を有し、この本体ケース２９内に電源電圧を高圧にす
る充電回路３０と、充電回路３０にチャージされた高電
圧を放電する放電回路３１とが収容される。この発振装
置２２は本体ケース２９の外径および長さが例えば６３
mmφ，１７５０mmで約１３kgの重量を有し、最大例えば
約１８０ジュールの発振エネルギを有するように設計さ
れる。

【００６８】発振装置２２内に収容される充電回路３０
は電源電圧である例えば１００Ｖの交流電圧を例えば５
００Ｖ程度まで初段で昇圧するメインステップアップト
ランスとしての変圧器３３と、この変圧器３３で昇圧さ
れた交流電圧を整流して直流化するとともにさらに昇圧
させる整流器３４とを有し、この整流器３４でステップ
アップされた高電圧が放電回路３１に印加されるように
なっている。充電回路３０は電源電圧を変圧器３３と整
流器３４で多段階に分けて昇圧させるために、大型の変
圧器や整流器の使用が不要となり、小型・コンパクト化
を図ることができる。

【００６９】また、放電回路３１は整流器３４でステッ
プアップされた高電圧をチャージするコンデンサユニッ
ト３５と、このコンデンサユニット３５でチャージされ
た放電電圧を遠隔指令により作動制御する開閉器３６
と、放電電圧の印加により弾性波動を発振させる放電極
３７とを有する。コンデンサユニット３５は、例えば４
００μＦ，耐電圧５００Ｖの小容量のコンデンサを複数
個並列接続して、放電可能なコンデンサ容量、例えば２
０μＦ以上、好ましくは４０μＦ以上のコンデンサ容量
を有するように、コンパクトにユニット化したものであ
る。コンデンサユニット３５は大容量の大型コンデンサ
を使用する必要がなく、小容量コンデンサの並列接続に
よるユニット化により形成したので、小さくて高圧に耐
えるコンデンサユニット３５を製造でき、小型・コンパ
クト化が図れ、全体として１０００Ｖ〜３０００Ｖの放
電可能な電圧をチャージすることができる。

【００７０】この発振装置２２においては、コンデンサ
ユニット３５にチャージされた高圧の放電電圧を遠隔操
作指令により作動制御される小型の開閉器３６を介して
放電極３７に印加され、この放電極３７から大きな発振
エネルギの弾性波の波動を出力させるようになってい
る。放電回路３１の放電極３７から放電される発振エネ
ルギは、例えば最大１８０ジュールと大きい。

【００７１】その際、発振装置２２の本体ケース（ゾン
デ）２９内に充電回路３０や放電回路３１がコンパクト
に収容され、高圧部が地上側に位置しないので、取扱い
が容易で安全性の向上が図れる。また、放電回路３１を
発振装置２２の本体ケース２９内で孤立させ、放電回路
３１のみに大電流が流れるように形成し、高電圧が地上
側からケーブルを介して発振装置に作用させる必要がな
いので、ケーブル２５のインピーダンスによる放電エネ
ルギの損失がなく、大きな発振エネルギの弾性波動を効
率よく発振させることができる。

【００７２】また、発振装置２２は、放電極３７からの
放電と同期して記録装置２０および制御装置１９を作動
させるトリガパルスを生成するトリガ発生器（図示せ
ず）を有するとともに、充電回路３０による放電回路３
１への充電終了と放電回路３１の放電開始までの時間の
ずれを利用して放電回路３１を切断するディレイ回路３
８が後述する図９および図１０に示すように備えられ
る。このディレイ回路３８で放電回路３１を切断し、放
電回路３１のみに大きな放電電流が流れるようにして放
電時のノイズを減少させ、このノイズが受振装置２３側
に伝達されるのを抑制してＳ／Ｎ比を向上させ、大きく
している。

【００７３】さらに、発振装置２２の本体ケース２９は
図３に示すように、例えば５０kg／cm²の耐圧特性を有
するようにステンレス鋼製で形成され、内部にアルミニ
ウム製の収納ケース４０が偏心して収容され、いわゆる
舟型に構成される。収納ケース４０内に充電回路３０や
放電回路３１がそれぞれ収容される一方、本体ケース２
と収納ケース４０との間に磁気シールド装置４１が設け
られる。磁気シールド装置４１は本体ケース２９を長手
方向に貫く複数のシールド管４３で構成され、このシー
ルド管４３内に発振装置出力線である信号ケーブル４４
が案内される。シールド管４３はＦｅ−Ｎｉ合金のよう
に透磁性に優れた材料で形成される。

【００７４】信号ケーブル４４をシールド管４３で被覆
して放電回路３１の側方を通すことにより、放電回路３
１等からの電磁誘導や静電誘導をシールドし、信号ケー
ブル４４に放電の悪影響が及ばないようにしてＳ／Ｎ比
を向上させている。

【００７５】また、発振装置２２にコネクタケーブル２
７を介して連結される受振装置２３は、耐電圧型で例え
ばステンレス鋼製の円筒状本体ケース４７を有する。こ
の本体ケース４７は例えば５０kg／cm²の耐圧条件を有
し、その外径および長さが例えば６３mmφ，５４０mmで
６kgの重量を有するように設計される。

【００７６】受振装置２３の本体ケース４７内には、図
４に示すように弾性波の波動に感振する感振器としての
受振器４８と、この受振器４８で受振した信号波形を増
幅させる増幅器４９とが収容される。受振器４８はセラ
ミック圧電素子等の受振素子５０を備えたトランスジュ
ーサとしての電歪型センサであり、このセンサにて弾性
波の波動をキャッチし、受振した弾性波の波動に応じた
電気信号を出力するようになっている。

【００７７】受振装置２３の受振器４８で受振した弾性
波の波動信号は、図５に示すように、予期しない衝撃に
よって発生する電圧による増幅器４９の損傷を防止する
ため、余分な電流をカットする安全回路５０を経て増幅
器４９としてのインピーダンス変換回路に送られる。安
全回路５０は例えば１ｋΩの抵抗５１とダイオード５２
を組み合せて構成される。

【００７８】また、インピーダンス変換回路４９は例え
ば０．１μＦのカップリングコンデンサ５３と２４Ωの
抵抗５４を組み合せたカップリング回路５５と差動入力
・差動出力のインピーダンス変換器５８とを有し、この
インピーダンス変換器５８は波動出力信号をプリアンプ
として増幅させるとともに、同相ノイズを打ち消し、Ｓ
／Ｎ比を向上させている。

【００７９】インピーダンス変換器５８からの出力信号
は、受振装置出力線である信号ケーブル５９を通して地
上設置の記録装置２０に送られ、記録装置２０内のメイ
ンアンプとして増幅回路６０に入力される。増幅回路６
０は、電圧を２００倍程度まで増幅するメインアンプと
しての増幅器６１を備える一方、この増幅器６１で増幅
された出力信号は後述するメモリ６２に伝達され、フロ
ッピディスクなどに記録される。信号ケーブル５９はコ
ネタケーブル２７やケーブル２５内を通される。

【００８０】一方、地上側に設置される制御装置１９
は、発振装置２２や受振装置２３，記録装置２０の作動
を制御しており、発振装置２２にＡＣ電源を印加させた
り、受振装置２３のプリアンプ（インピーダンス変換
器）用ＤＣ電源を印加したり、また記録装置２０のオシ
ロスコープ用出力データを出力している。

【００８１】また、制御装置１９には昇降装置２４のウ
ィンチ６５あるいはガイドホイール６６に付設されたパ
ルスモータ（図示せず）からパルス信号を入力して発振
装置２２や受振装置２３の挿入深度を計測している。

【００８２】昇降装置２４のウィンチ６５には、図６に
示すように、スリップリング２６が付設される。スリッ
プリング２６はウィンチ６５の取付座６７に固定される
一方、ウィンチ６５のドラム内に通される回転側ケーブ
ル６８を固定側ケーブル６９にシューリング７０とシュ
ーブラシ７１を用いて電気的に接続している。

【００８３】ケーブル６８，６９には電源ケーブル７３
や信号・制御ケーブル７４が収容されており、このう
ち、信号ケーブルや制御ケーブルの固定部と回転部を接
続するシューリング７０およびシューブラシ７１は磁気
シールド装置７６でシールドされ、磁気に対する遮蔽が
行なわれる。磁気シールド装置７６はシューリング７０
やシューブラシ７１を外側から覆うトーラス状のシール
ドカバー７７で形成され、シールドカバー７７はＦｅあ
るいはＦｅ−Ｎｉ合金で構成される。符号７８はリング
カバーである。

【００８４】図６では、受振装置２３の３体分に対応し
て例えば６チャンネル分が磁気シールド装置７６でシー
ルドされ、電源ケーブル７３の固定部と回転部の接続部
分にはノンシールド構造でシールドが施されていない。

【００８５】シューリング７０から引き出された信号ケ
ーブルや制御ケーブル７４は記録装置２０や制御装置１
９にそれぞれ接続される一方、電源ケーブル７３は制御
装置２０を介して電源に接続される。

【００８６】また、制御装置１９と一体化された記録装
置２０は図７に示すように構成され、コンピュータによ
る弾性波の波形解析を考慮してデジタル記録を行なうメ
モリ８０を備えている。このメモリ７０には、ロギング
セレクタ８１にて検層対象の受振装置２３が選択され、
選択された受振装置２３からの弾性波の波動出力信号が
増幅器６１で増幅されて入力され、記憶される。メモリ
８０に記憶された弾性波の波動信号は、記録手段として
のフロッピディスクドライブユニット８２によりフロッ
ピディスクに記録される一方、必要に応じて波動モニタ
８３により出力される。

【００８７】ロギングセレクタ８１や増幅器６１，メモ
リ８０，フロッピディスクドライブユニット８２，波動
モニタ８３はロギングコントローラ８４により作動制御
され、メモリ８０に記憶された弾性波の波動信号の取扱
い操作、特にロギングデータの取扱いはオペレータ８５
により行なわれる。

【００８８】なお、符号８６はロギングセレクタ作動電
圧を供給する電源であり、符号８７はロギングデータイ
ンディケータである。

【００８９】また、記録装置２０にて記録されるフロッ
ピディスクにはＭＳ−ＤＯＳでフォーマットされたヘッ
ダ部とデータ部が備えられ、ヘッダ部には例えばＡＳＣ
ＩＩ（American Standard Code Information Interfac
e）CodeでFile名，日付，チャージ電圧，深度，Gain等
が記録され、データ部には例えばバイナリCodeで出力波
形が記録される。

【００９０】さらに、記録装置２０のフロッピディスク
ドライブユニット８２にて弾性波の波動信号が記録され
たフロッピディスクは図８に示すように波形解析装置８
８のコンピュータ８９に掛けられて弾性波の波動解析が
行なわれ、解析結果はディスプレイ装置９０に表示され
る一方、プリンタ９１に印字され、記録される。符号９
２はノイズカットスタビライザである。

【００９１】図９は土木・建設に適した小孔径のボーリ
ング孔１７の上側に発振装置２２を、この発振装置２２
の下側に例えば３台の受振装置２３を受振ボーングルー
プとして配置した例を、図１０は図９とは逆にボーリン
グ孔１７の上側に例えば３台の受振装置２３を、受振ボ
ーングループとして受振装置２３の下側に発振装置２２
を配置した概略例をそれぞれ示す。図９および図１０に
おいて、符号３８は、放電回路３１を切断するディレイ
回路であり、またこのディレイ回路３８は放電タイミン
グを遅らせる放電遅延用継電器で構成される。

【００９２】水中放電式弾性波検層装置１５において、
発振装置２２と受振装置２３の位置関係は、図１１に示
すように地盤探査の用途に応じて適宜選択される。

【００９３】図１１は、土木の分野で地中に掘削される
トンネル９４内周辺の緩み域９５を放電式弾性波検層装
置１５で弾性波を利用して物理探査するものであり、ト
ンネル９４より上方では土木・建設用調査ボーリング孔
１７内の上方に発振装置２２を、下方に受振装置２３を
配置して上部発振・下部受振の地盤探査を行なった例
で、トンネル９４より下方領域は、ボーリング孔１７内
上方に受振装置２３を、下方に発振装置２２を配置して
下部発振・上部受振を行なった例を示す。

【００９４】放電式弾性波検層装置１５によって弾性波
を利用してトンネル周辺の緩み域９５の地盤探査によ
り、緩み域９５に打ち込まれるロックボルトの長さや、
合理的な鉄筋の配列密度が設定され、緩み域の適切な補
強を行なうことができる。

【００９５】この水中放電式弾性波検層装置１５は、上
部発振・下部受振や下部発振・上部受振を適宜行ない得
るように、図１２（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）に示すよ
うに構成される。

【００９６】図１２（Ａ）に示す発振装置２２は本体ケ
ース２９の両側にケーブルコネクタ部９６，９６が設け
られる一方、発振装置２２の先端側に受振装置２３を接
続しない場合には、防水キャップ９７でコネクタ部９６
端面が液密に被覆される。

【００９７】受振装置２３も図１２（Ｂ）に示すように
本体ケース４７の両側にケーブルコネクタ部９８が設け
られ、このコネクタ部９８に図１２（Ｃ）に示す所定長
さのコネクタケーブル２７が着脱自在に液密に接続され
る。

【００９８】コネクタケーブル２７で発振装置２２と受
振装置２３を着脱自在に接続したり、受振装置２３同士
を相互にケーブル連結している。これにより、図１およ
び図９，図１０に示すように発振装置２２と受振装置２
３は一定の間隔をおいて相互に切離し可能に連結され
る。具体的には発振装置２２と受振装置２３との間隔
は、発振装置２２の放電極３７の放電面から受振装置２
３の受振器（受振面）４８までの距離ｄであり、受振装
置２３同士の間隔は、受振器４８間の間隔ｄである。

【００９９】発振装置２２や受振装置２３の各ケーブル
コネクタ部９６，９８またはコネクタケーブル２７の両
側コネクタ部９９は例えば図１３に示す断面構造を有
し、各コネクタ部９６，９８，９９には電源ケーブルや
発振装置制御用ケーブルのためのコネクタ１００と信号
ケーブル用コネクタ１０１が組み込まれており、各コネ
クタ１００，１０１間は絶縁されている。なお、符号１
０２は位置決め用切欠溝である。

【０１００】次に、放電式弾性波検層装置の作動を説明
する。

【０１０１】放電式弾性波検層装置１５の作動状況を確
認するために、図１４および図１５で示すようにコンク
リート製の円柱状の人工地盤１０５を泥岩１０６上に形
成し、この人工地盤１０５の周辺に掘削土による盛土１
０７を行なった。人工地盤１０５は例えば直径Ｄが８ｍ
φ，高さＨが８ｍで、盛土の高さが２．８ｍであった。

【０１０２】そして、人工地盤１０５の中心に土木・建
設用に適した７６mmφのボーリング孔１７を縦方向に穿
設し、このボーリング孔１７内に水を張って図１および
図９に示すように、発振装置２２を上方に、３台の受振
装置２３を下方にケーブル結合してセットし、上方発振
・下方受振の態様で弾性波を利用した地盤の物理探査の
実験を行なった。具体的には、発振装置２２をボーリン
グ孔１７の深さ４．２ｍ位置、３台の受振装置２３を
５．２ｍ，６．２ｍおよび７．２ｍ位置に図１６
（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）に示すように設置し、この
設置状態で発振装置２１の放電電圧を１０００Ｖ−３０
００Ｖの間で変化させた。

【０１０３】発振装置２２の放電電圧が１２００Ｖの例
を図１６（Ａ）に、放電電圧が２０００Ｖ，３０００Ｖ
の例を図１６（Ｂ）および（Ｃ）にそれぞれ示す。

【０１０４】図１６（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）から放
電電圧を変化させても、出力波形の形や振動数はほぼ同
様で再現性があり、出力波形の振幅は放電電圧が高圧に
なるほど大きいことがわかった。

【０１０５】記録装置２０で記録された出力波形は、各
縦波（Ｐ波）Ｖp の立ち上がりを結ぶ線Ａと横波（Ｓ
波）Ｖs を結ぶ線（Ｐ波からＳ波への転換点を結ぶ線）
Ｂは、深度と時間との間に比例関係が成立することがわ
かる。

【０１０６】記録装置２０で測定された実験結果から、
人工地盤１０５の弾性波速度は、縦波Ｖp ＝３．９Ｋｍ
／sec 、横波Ｖs ＝２．４Ｋｍ／sec であることがわか
り、この弾性波速度Ｖp ，Ｖs から算出される動ポアソ
ン比σｄ＝０．１９５，動弾性係数はＥｄ＝３．２３×
１０⁵kg／cm²であることがわかった。これらの実験値
は、人工地盤（コンクリート）において採取したボーリ
ング孔を整形した標本について実施したＰ波およびＳ波
の速度値と一致した値となっており、妥当であることが
わかる。

【０１０７】また、図１６（Ｄ）および（Ｅ）はボーリ
ング孔１７内に吊設される発振装置２２と受振装置２３
の位置を変化させたときの例であり、図１６（Ｄ）に表
示される出力波形の縦波（Ｐ波）Ｖp および横波（Ｓ
波）Ｖs を結ぶ線が屈曲していることから、各受振装置
２３の深度７．６ｍ〜９．６ｍの間で地層が変化してい
ることがわかる。さらに、図１６（Ｅ）からボーリング
孔１７の深度が９ｍ以下では、各出力波形を結ぶ線Ａ，
Ｂが直線であることから、地層の変化がないことがわか
り、また弾性波の伝播速度約１５００ｍ／sec から軟か
い岩盤（泥岩）１０６であることがわかる。

【０１０８】ところで、放電式弾性波検層装置１５は、
発振装置２２と受振装置２３，および受振装置２３間を
２cmφ程度の細径のコネクタケーブル２７でシリーズに
連結し、このケーブル結合状態で発振装置２２および受
振装置２３と土木・建設用調査ボーリング孔１７に吊り
降し、上部発振・下部受振あるいは下部発振・上部受振
で音波検層するようにしたから、石油関連分野で使用さ
れるボーリング孔と異なり、土木・建設分野で使用され
る１００mmφ以下の小口径のボーリング孔１７であって
も、ボーリング孔１７の壁面と細径のコネクタケーブル
２７の表面との間の充分な間隙を確保することができ
る。

【０１０９】図１７は人工地盤１０５における放電式弾
性波検層装置１５を用い２０００Ｖの放電電圧で下部発
振・上部受振した音波検層の実験例を示すものである。

【０１１０】この場合、発振装置２２の発信源である放
電極の発振位置を３．４ｍ、第１チャンネルから第３チ
ャンネルの受振装置２３を２．４ｍ，１．４ｍ，０．４
ｍの深さ位置に受振器４８をセットした実験データであ
る。

【０１１１】発振装置２２の放電回路３１に２０００Ｖ
の放電電圧をチャージし、チャージされた放電電圧を印
加して放電極３７を放電させると、放電極３７から弾性
波の波動が発振せしめられる。

【０１１２】放電極３７から発振された弾性波の波動は
波動インピーダンスの差のあるボーリング孔壁面で一部
が反射し、残りは地盤（バウンダリ）１６内に弾性波と
なって進入する。この弾性波は地盤１６の地層内をあら
ゆる方向に向って伝播する一方、そのうちの一部はボー
リング孔壁に沿って進んで水中音波となって受振装置２
３の受振器４８に入り、この受振器４８で感振し、検出
される。この弾性波の波動は、エネルギが比較的低いＰ
波（縦波）と呼ばれるもので、Ｐ波の検出は図１７の各
チャンネルの受振装置２３で検出された実験データ（サ
ンプリングデータ）に示すように、それ以前のグランド
ノイズとの比較であるから簡単に検出される。

【０１１３】また、放電極３７から発振された弾性波の
波動は、ボーリング孔壁面とコネクタケーブル２７の表
面との間で反射を繰り返し、増幅されて受振装置２３の
受振器４８に到達し、この受振器４８で感振して検出さ
れる。この受振器４８で検出される弾性波の波動は、ボ
ーリング孔１７の円筒状バウンダリ内に伝播されるコニ
カルウェーブと呼ばれる波動で、Ｐ波より速度の遅いＳ
波（横波）である。

【０１１４】Ｐ波やＳ波より速度が遅いストンリー波
は、第１チャンネルや第２チャンネルの受振装置２３で
の実験データ（サンプリングデータ）から直ちに検出す
ることはできないが、この実験データで検出された弾性
波の波動をスペクトル分析し、速い周波数の波動成分を
ハイカットフィルタ（ＨＣフィルタ）でフィルタ処理す
ることにより、第１チャンネル，第２チャンネルの波動
データからストンリー波を求めることができる。第３チ
ャンネルの波動データにはＰ波やＳ波のみならず、Ｐ波
やＳ波より速度の遅いストンリー波も明確にキャッチさ
れ、表示されている。

【０１１５】第１チャンネルの実験データは、記録時に
１０倍のゲインをかけて増幅し、さらに表示するとき１
倍して総合増幅率１０倍で表示したものであり、第２チ
ャンネルの実験データは総合増幅率４０倍（２０ゲイン
×２倍）、第３チャンネルの実験データは総合増幅率８
００倍（２００ゲイン×４倍）で表示したものである。
また、１デビジョンの時間は２００μＳであり、各チャ
ンネル間の間隙はそれぞれ１ｍであるので、図１７に表
示された波動データを波形分析することにより、Ｐ波や
土木・建設分野で尊重されるＳ波の速度解析，減衰率解
析を行なうことができる。このＰ波やＳ波の速度を求め
ることにより、地盤が完全な弾性体の場合には、地盤の
動弾性係数やポアソン比を簡単に求めることができ、土
木や建設のための次の設計に役立てることができる。

【０１１６】また、ストンリー波は第１チャンネルおよ
び第２チャンネルでは、波動の速い周波数成分をフィル
タ処理することにより、また、第３チャンネルでは、直
ちに求めることができ、このストンリー波の速度や減衰
状態を求めることにより、地盤１６の割れ目等の亀裂状
態やパーミアビリティル（透水係数）の関係を検出する
ことができる。

【０１１７】さらに、放電式弾性波検層装置１５の発振
装置２２と受振装置２３とを連結するコネクタケーブル
２７を太径にし、ボーリング孔１７とコネクタケーブル
２７の表面との間の間隙を小さくすると、Ｓ波が高周波
数、例えば１００ＫＨｚ以上の高周波となって、受振器
４８で精度よくキャッチすることができなくなる。土木
・建設分野では例えば２０ＫＨｚ〜４０ＫＨｚと低い周
波数のＳ波を効率よくキャッチできるように受振器４８
が設定されている。

【０１１８】また、放電式弾性波検層装置１５を地盤１
６としての泥岩中のボーリング孔１７を使用し、弾性波
を利用して音波検層した例を図１８に示す。図１８に示
す波動データは、放電電圧約２０００Ｖで上部発振・下
部受振した例であり、泥岩における弾性波の波形分析を
行なうと、Ｐ波やストンリー波の波形分析（速度解析や
減衰率解析）を容易に行なうことができるが、この場合
には、Ｓ波の波形解析を行なうことが困難である。この
理由は、Ｓ波の速度が泥岩中では０．５km/sec程度と、
水中での音波速度より小さいため、Ｓ波の検出ができな
い。

【０１１９】しかしながら、この場合にも、ストンリー
波の速度解析と理論考案を組み合せることにより、Ｓ波
の速度を求めることができる。Ｓ波の減衰率については
Ｐ波の減衰とパーティションファンクションの計算によ
って求めることができる。

【０１２０】次に、図１９以下に放電式弾性波検層装置
１５を用いて得られた実験データをデジタル表示する。

【０１２１】図１９は地盤１６の各地層毎におけるＰ波
の速度を示す実験データであり、図２０はＳ波の速度を
示す実験データである。

【０１２２】また、図２１は関東ローム層のボーリング
孔に鉄パイプ製ケーシングを挿入して実験したもので、
約１５００Ｖの放電電圧で上部発振・下部受振した波動
データを示すもので、各チャンネルの波動データからＰ
波の波形解析を行なうことができる。

【０１２３】図２２は、図２１における波動データと同
じ条件で試験したＰ波の初動を示すものである。

【０１２４】図２３は、コンクリート製人工地盤１０５
における約２０００Ｖの放電電圧で下部発振・上部受振
したとき、Ｐ波の初動を示す波動データである。放電位
置（スパーク位置）は深さ５．９ｍである。

【０１２５】図２４は人工地盤１０５におけるＰ波の波
形状態を示す波動データである。

【０１２６】図２５は人工地盤１０５における反射コニ
カル波（Ｓ波）を示す波動データである。

【０１２７】図２６は、コンクリート製人工地盤１０５
における約２０００Ｖで下部発振・上部受振し、第１チ
ャンネルは５００倍（１００ゲイン×５倍）、第２チャ
ンネルは４００倍（２００ゲイン×２倍）で表示したも
ので、この波動データからTEST SITE におけるＰ波の速
度を求めることができる。

【０１２８】図２７は泥岩中におけるＰ波の速度を求め
たものである。

【０１２９】図２８はコンクリート製人工地盤１０５に
おいて、上部発振・下部受振により求めた各チャンネル
の波動データからＳ波の速度を求めたものである。

【０１３０】図２９は泥岩中におけるストンリー波の速
度を求めたものである。

【０１３１】図３０〜図３２はコンクリート製人工地盤
１０５における各チャンネル毎のＰ波のスペクトル解析
をそれぞれ示すものであり、図３３〜図３５は各チャン
ネル毎のＳ波のスペクトル解析をそれぞれ示すものであ
る。

【０１３２】図３６は均質でないコンクリート地盤にお
けるＰ波の減衰率を求めるグラフであり、図３７はコン
クリート製人工地盤１０５におけるＰ波の減衰率を求め
たグラフであり、図３８および図３９は人工地盤１０５
の境界層および泥岩中におけるＰ波の減衰率を求めたも
のである。図３６〜図３９においてSOURCEは発振位置を
示すものである。

【０１３３】図１７〜図３９のデジタル解析で示すよう
に、この放電式弾性波検層装置を用いると、小型・コン
パクト化が図れ、土木・建設用の小孔径ボーリング孔１
７に適用することができ、Ｓ／Ｎ比が優れた波動データ
の記録が得られ、多彩な岩盤の構造や物性を弾性波を利
用した音波検層により多面的な物理探査をすることがで
きる。

【０１３４】この放電式弾性波検層装置１５は、小型で
コンパクト化が図れ、軽量構造であるので、狭隘な地形
にも適用可能である。したがって、土木・建設分野に適
用すると、地下発電所周辺の地盤の弛みの実態や経時的
変化の推定が可能となる。

【０１３５】この放電式弾性波検層装置においては、発
振装置２２および受振装置２３を昇降装置２４にはボー
リング孔１７内で昇降させつつ上部発振・下部受振また
は下部発振・上部受振を繰り返すことにより、ボーリン
グ孔１７の深度と地盤の構造や物性情報の物理探査を行
なうことができる。

【０１３６】その際、この放電式弾性波検層装置１５に
おいては、発振装置２２にコンデンサ内蔵型水中放電式
の発振器３２が採用されるので、放電コンデンサユニッ
ト３５を発振装置２２内に内蔵させることができる。こ
のため、従来のシュランベルジャの音波検層装置のよう
に高圧コンデンサを地上に設置したり、高圧ケーブルを
採用する必要がなく、ケーブルに耐高電圧用の絶縁被覆
を施す必要がなく、通常の絶縁被覆でよい。

【０１３７】また、ボーリング孔１７内に吊設される発
振装置２２と受振装置２３、さらには受振装置２３同士
は所定長さのコネクタケーブル２７で着脱可能に接続さ
れるので、発振装置２２と受振装置２３の間隔や受振装
置２３同士の間隔を所定長さｄに一義的に決定すること
ができる。したがって、この放電式弾性波検層装置１５
は、上部発振であるか下部発振であるか、発振方式が決
定されれば、発振装置２２の深度を求めることにより、
残りの受振装置２３の深度が一義的に決定される。求め
る深度は発振装置２２に代えていずれかの受振装置２３
であってもよい。

【０１３８】放電式弾性波検層装置の一実施例において
は、発振装置と受振装置をシリーズに接続し、土木・建
設用ボーリング孔に挿入させる例を説明したが、発振装
置と受振装置とをそれぞれ異なるボーリング孔に挿入し
ても、また異なるボーリング孔に挿入させる受振装置を
複数個シリーズに接続して受振装置群を構成してもよ
い。

【０１３９】また、発振装置と受振装置とをコネクタケ
ーブルでケーブル結合し、ケーブル結合された発振装置
と受振装置を１つのボーリング孔に挿入した後、異なる
１つあるいは複数のボーリング孔に受振装置あるいは受
振装置群を挿入することも可能である。

【０１４０】これらの構成により、比較的狭い範囲（領
域）において、ボーリング孔間の音波検層を精度よく実
現することができ、画像処理技術を組み合せるとトモグ
ラフィを実現することができる。

【０１４１】また、ボーリング孔は水で満たされた例を
説明したが、オイル等の液体で満たしたものであっても
よい。

【０１４２】

【発明の効果】以上に述べたように本発明に係る放電式
弾性波検層装置においては、土木・建設用ボーリング孔
に適用することができ、地盤の物性を弾性波を利用して
多面的に認識することができる一方、小型・コンパクト
化，軽量化が図れ、狭隘な地形への適用も可能であり、
また、放電式とすることで発振エネルギを増大させるこ
とができ、発振エネルギを増大させてもＳ／Ｎ比を大き
くとることができるので、受振装置でキャッチされる弾
性波の波動をＳ／Ｎ比の優れた状態で記録させることが
でき、多彩な岩盤への適用が可能となる。

【０１４３】請求項１に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、液体で満たされたボーリング孔内に発振装置
と受振装置とをそれぞれ収容し、発振装置は、放電極に
放電電圧を印加する放電回路を本体ケースに内蔵させた
ので、磁歪型音波検層装置と異なり、発振エネルギを大
きくとることができ、精度の高い地盤探査を行なうこと
ができるとともに、弾性波検層装置の小型・コンパクト
化，軽量化を図ることができる。

【０１４４】また、放電電圧を放電極に印加する高圧の
放電回路をボーリング孔に挿入される発振装置に収容さ
せたので、高圧部が地上に露出することがなく、放電電
極はケーブルのインピーダンスの影響を受けず、放電効
率を高め、効率よく放電させることができる一方、取扱
いが極めて安全であり、安全性を向上させることができ
る。

【０１４５】この放電式弾性波検層装置は、小型・コン
パクト化でき、軽量化できるので、土木・建設分野のボ
ーリング孔への適用が可能となり、山岳地帯の狭隘な場
所での音波検層が可能となり、弾性波を利用した音波検
層に機動性を持たせることができる。

【０１４６】請求項２に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、発振装置は円筒状の耐圧本体ケース内に充電
回路と放電回路を収容したので、充電回路の高圧部が地
上に位置されず、取扱いが容易で安全性を向上させるこ
とができ、高圧の充電回路と放電回路を収容した発振装
置は放電式であるので、弾性波動を発振させる発振エネ
ルギを大きくとることができる。

【０１４７】また、この放電式弾性波検層装置は、発振
装置の本体ケース内に充電回路や放電回路を収容したの
で、放電コンデンサを地上に設置してケーブルに高電圧
を作用させる必要がなく、ケーブルは高電圧に対する絶
縁が不要となる。

【０１４８】また、請求項３に記載の放電式弾性波検層
装置においては、電源電圧をメインステップアップする
第１段の変圧器と、この変圧器で昇圧された電圧を整流
化して第２段のステップアップさせる整流器を備えた充
電回路を備えたから、変圧器の小型・コンパクト化が図
れる。

【０１４９】また、放電回路は放電電圧をチャージして
放電するコンデンサユニットを本体ケース内に収容した
ので、高圧部が本体ケース内にコンパクトに収容され、
安全性を高めることができる。

【０１５０】請求項４に記載の放電式弾性波検層装置
は、放電回路のコンデンサユニットは、複数のコンデン
サを並列に接続してユニット化したので、各コンデンサ
は小さなものでよく、小さなコンデンサを並列に接続す
ることにより、放電可能なコンデンサ容量を有し、放電
電圧をチャージ可能なコンデンサユニットを小型でコン
パクト化することができ、このコンデンサユニットを用
いて充分な放電電圧をチャージすることができる。

【０１５１】請求項５に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、発振装置の本体ケースに磁気シールド装置を
設け、この磁気シールド装置により、受振装置出力線を
放電時の電磁誘導や静電誘導から保護したので、発振装
置内で高電圧が印加されたり、大きな発振エネルギで放
電されても、受振装置出力線を悪影響を受けることな
く、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

【０１５２】請求項６に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、磁気シールド装置は、透磁性に優れたＦｅ−
Ｎｉ合金製のシールド管で構成し、シールド管内に受振
装置出力線を挿通させたから、発振装置内で高電圧印加
されたり、大きな発振エネルギで放電されても、電磁誘
導や静電誘導がシールド管でシールドされ、受振装置出
力線は悪影響を与えるのを有効的に防止できる。

【０１５３】請求項７に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、受振装置は発振装置に接続ケーブルを介して
着脱自在に連結されたから、受振装置の変換が容易とな
り、受振装置の相対的な感度特性を容易に把握すること
ができる。

【０１５４】また、受振装置を発振装置にケーブル接合
させることにより、ケーブル区間では土木・建設用の調
査ボーリング孔のように小孔径のボーリング孔であって
も、ボーリング孔とケーブル表面との間の間隙を充分に
確保することができ、発振装置で発振される弾性波動が
伝播されて受振装置で受振するとき、この受振装置の受
振器でＰ波，Ｓ波およびストンリー波のフルウェイブ
（Full Wave ）に感振し、中でも土木・建設分野に必要
なＳ波の解析を有効的に行なうことができる。

【０１５５】さらに、受振装置は、受振器の高いインピ
ーダンスを差動入力，差動出力の増幅器で低減させ、同
相ノイズを互いに打ち消すようにしたので、低レベルの
弾性波の波動から高レベルの弾性波の波動に至る広範な
波動を大きなＳ／Ｎ比をもって検出することができる。

【０１５６】請求項８に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、受振装置の増幅器で処理された、広範な弾性
波の波動を受振装置出力線（信号ケーブル）により大き
なＳ／Ｎ比を持って地上設置の記録装置に伝送し、記録
させることができる。その際、スリップリングや発振装
置には磁気シールド装置が設けられているので、波動検
出信号のＳ／Ｎ比の低下を極力抑えることができる。

【０１５７】請求項９に記載の放電式弾性波検層装置に
おいては、受振装置と発振装置は直列状にケーブル接合
させて１００mmφ以下の土木・建設用ボーリング孔に挿
入させ、受振装置は発振装置の下方または上方に配置さ
れるので、土木・建設分野で測定対象の地盤の境界条件
に適した音波検層が可能となり、１００mmφ以下のボー
リング孔であっても、フルウェイブの弾性波の解析を行
なうことができる。

【０１５８】請求項１０に記載の放電式弾性波検層装置
においては、受振装置は複数台が接続ケーブルにより直
列状に着脱自在にケーブル結合されて受振装置群が構成
されるので、各受振装置の配置を任意に選択することに
より、測定対象の地質の測定条件に適した測定が可能で
あるとともに、各受振装置の感度特性を比較的容易に把
握することができる。

【０１５９】さらに、受振装置は複数台備えられ、各受
振装置は着脱自在に直列状に連結されたので、ボーリン
グ孔に沿う複数箇所の地盤を同時に探査でき、地盤探査
効率を向上させ、能率よく探査できる。

【０１６０】請求項１１に記載の放電式弾性波検層装置
においては、発振装置と受振装置を異なるボーリング孔
に挿入することにより、比較的狭い範囲のボーリング孔
間の音波検層を精度よく行なうことができ、この音波検
層を画像処理技術と組み合せると測定対象となる地盤の
トモグラフィを実現することができる。

【０１６１】請求項１２に記載の放電式弾性波検層装置
においても、比較的狭い範囲のボーリング孔間の音波検
層を効率的に精度よく行なうことができる。

【０１６２】請求項１３に記載の放電式弾性波検層装置
では、発振装置および受振装置は土木・建設用ボーリン
グ孔に挿入でき、小型・コンパクト化が図れる一方、土
木・建設用ボーリング孔でも音波検層を行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る放電式弾性波検層装置の一実施例
を示す原理的な概略図。

【図２】図１の放電式弾性波検層装置に備えられる発振
装置を示す概略図。

【図３】図２に示す発振装置の変圧器部分で横断した断
面図。

【図４】図１の放電式弾性波検層装置に備えられる受振
装置を示す概略図。

【図５】図４に示す受振装置内に組み込まれる受振回路
の一例を示す図。

【図６】本発明の放電式弾性波検層装置の昇降装置に付
設されるスリップリングの断面図。

【図７】放電式弾性波検層装置に備えられる記録装置を
示すブロックダイヤグラム。

【図８】本発明の放電式弾性波検層装置でフロッピディ
スクに記録された弾性波の波動データを波形解析表示す
るシステムを示すブロックダイヤグラム。

【図９】上部発振・下部受振方式の放電式弾性波検層装
置を示す図。

【図１０】下部発振・上部受振方式の放電式弾性波検層
装置を示す図。

【図１１】地中に掘削されたトンネル周辺の地質探査に
本発明の放電式弾性波検層装置を適用した例を示す概略
図。

【図１２】（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は放電式弾性波
検層装置の構成部品を示すもので、発振装置，受振装置
およびコネクタケーブルをそれぞれ示す外観図。

【図１３】発振装置，受振装置およびコネクタケーブル
の各コネクタ部を示す断面図。

【図１４】本発明の放電式弾性波検層装置を用いて地盤
探査するために形成した実験用モデル地盤を示す断面
図。

【図１５】図１４に示すモデル地盤の平面図。

【図１６】（Ａ）〜（Ｅ）は本発明に係る放電式弾性波
検層装置をモデル地盤を使用して実験したときの出力波
形のデータを示す断面図。

【図１７】本発明に係る放電式弾性波検層装置を用いて
コンクリート製人工地盤の弾性波（音波）検層を行なっ
た波動データを示す図。

【図１８】本発明に係る放電式弾性波検層装置を用いて
泥岩における弾性波（音波）検層を行なった波動データ
を示す図。

【図１９】本発明に係る放電式弾性波検層装置を用いて
地盤の各地層毎のＰ波の速度を示す実験データ図。

【図２０】図１９と同様なＳ波の速度を示す実験データ
図。

【図２１】本発明に係る放電式弾性波検層装置を用いて
関東ローム層を音波検層した波動データ図。

【図２２】本発明に係る放電式弾性波検層装置を用いて
関東ローム層におけるＰ波の初動を音波検層した波動デ
ータ図。

【図２３】人工地盤におけるＰ波の初動を示す波動デー
タ図。

【図２４】人工地盤におけるＰ波の屈折を示す波動デー
タ図。

【図２５】人工地盤における反射コニカル波を示す波動
データ図。

【図２６】人工地盤におけるＰ波の速度決定のための波
動データ図。

【図２７】泥岩におけるＰ波の速度決定のための波動デ
ータ図。

【図２８】人工地盤におけるＳ波の速度決定のための波
動データ図。

【図２９】泥岩におけるＳ波の速度決定のための波動デ
ータ図。

【図３０】人工地盤における第１チャンネルでのＰ波の
スペクトル解析を示す図。

【図３１】人工地盤における第２チャンネルでのＰ波の
スペクトル解析を示す図。

【図３２】人工地盤における第３チャンネルでのＰ波の
スペクトル解析を示す図。

【図３３】人工地盤における第１チャンネルでのＳ波の
スペクトル解析を示す図。

【図３４】人工地盤における第２チャンネルでのＳ波の
スペクトル解析を示す図。

【図３５】人工地盤における第３チャンネルでのＳ波の
スペクトル解析を示す図。

【図３６】非均質なコンクリート地盤におけるＰ波の減
衰を表わす図。

【図３７】人工地盤におけるＰ波の減衰を表わす図。

【図３８】人工地盤と泥岩との境界域におけるＰ波の減
衰を表わす図。

【図３９】泥岩中におけるＰ波の減衰を表わす図。

【図４０】（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）および（Ｄ）は従来
のボーリング孔を利用する弾性波探査の種類を表わす原
理図。

【図４１】石油分野で使用される従来の磁歪型音波検層
装置を示す図。

【符号の説明】

１５放電式弾性波検層装置１６地盤１７ボーリング孔１８電源１９制御装置２０記録装置２１本体ケーシング２２発振装置２３受振装置２４昇降装置２５ケーブル２６スリップリング２７コネクタケース２９本体ケース３０充電回路３１放電回路３３変圧器（トランス）３４整流器３５コンデンサユニット３６開閉器３７放電極３８ディレイ回路４０収納ケース４１磁気シールド装置４３シールド管４４信号ケーブル（制御ケーブル）４７本体ケース４８受振器（電歪型センサ）４９増幅器（インピーダンス変換回路）５０安全回路５８インピーダンス変換器５９信号ケーブル６０増幅回路６１増幅機７０シューリング７１シューブラシ７３電源ケーブル７４信号ケーブル，制御ケーブル７６磁気シールド装置７７シールドカバー８０メモリ８２フロッピィレコーダ８３ロギング波動モータ８８弾性波の波形解析装置８９コンピュータ９０ディスプレイ装置９１プリンタ９４トンネル９５緩み域９６，９８，９９コネクタ部９７防水キャップ１００，１０１コネクタ１０５人工地盤１０６泥岩１０７盛土

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｂ 17/00 ＺＧ０１Ｖ 1/00 Ｃ 9406−2Ｇ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】液体で満たされたボーリング孔内に挿入
され、弾性波動を発振させる発振装置と、この発振装置
に所定の間隔をおいてケーブル連結され、伝播される弾
性波動を受振する受振装置と、前記発振装置および受振
装置をボーリング孔内で昇降させる昇降装置と、前記受
振装置で受振した波動信号を記録する記録装置と、前記
発振装置，受振装置および記録装置の作動を制御する制
御装置とを有し、前記発振装置は放電極に放電電圧を印
加する放電回路を本体ケースに内蔵したことを特徴とす
る放電式弾性波検層装置。
【請求項２】発振装置は円筒状の耐圧本体ケースを有
し、この本体ケース内に交流電圧を昇圧させ、整流化し
て充電する充電回路と、この充電回路で充電された高電
圧を印加して放電させ、弾性波動を発振させる放電回路
とを収容した請求項１に記載の放電式弾性波検層装置。
【請求項３】受振装置の本体ケース内に収容される充
電回路は、電源電圧を昇圧させる変圧器と、こ変圧器か
らの出力を整流させるとともにさらに昇圧させる整流器
とを有するとともに、放電回路は前記整流器で昇圧され
た高電圧をチャージするコンデンサユニットと、コンデ
ンサユニットにチャージされた放電電圧を遠隔指令によ
り作動制御する開閉器と、放電電圧の印加により弾性波
動を発振させる放電極とを有する請求項２記載の放電式
弾性波検層装置。
【請求項４】コンデンサユニットは複数のコンデンサ
を並列に接続してユニット化し、放電可能なコンデンサ
容量を有し、放電可能な電圧をチャージ可能に設定した
請求項３に記載の放電式弾性波検層装置。
【請求項５】受振装置は、放電極からの放電と同期し
て記録装置および制御装置作動用トリガパルスを生成さ
せるトリガ発生器と、本体ケース内を挿通させる受振装
置出力線を放電時の電磁誘導から保護する磁気シールド
装置とを備えた請求項１ないし３のいずれかに記載の放
電式弾性波検層装置。
【請求項６】磁気シールド装置はＦｅ−Ｎｉ合金製の
シールド管を複数本備え、各シールド管内に受振装置出
力線を挿通させた請求項４記載の放電式弾性波検層装
置。
【請求項７】受振装置は所要長さのコネクタケーブル
を介して発振装置に着脱自在に連結される一方、円筒状
の耐圧本体ケースを有し、この本体ケース内に伝播され
る弾性波動に感振して電気信号を出力する受振器と、こ
の受振器からの電気信号を処理する差動入力・差動出力
の増幅器とを収容した請求項１ないし３のいずれかに記
載の放電式弾性波検層装置。
【請求項８】受振装置の増幅器で処理された波動検出
信号は受振装置出力線により昇降装置に付設のスリップ
リングを通して地上設置の記録装置に伝送される一方、
スリップリングは磁気シールド装置が備えられた請求項
７記載の放電式弾性波検層装置。
【請求項９】受振装置は発振装置と直列状にケーブル
結合されて１００mmφ以下の土木・建設用ボーリング孔
に挿入される一方、受振装置は発振装置の下方または上
方に配置された請求項１〜３のいずれかに記載の放電式
弾性波検層装置。
【請求項１０】受振装置は複数台が接続ケーブルによ
り直列状に着脱自在にケーブル結合されて受振装置群が
構成され、上記受振装置群は隣り合う受振装置間の間隔
および発振装置と隣り合う受振装置の間隔が互いに等し
くなるように調節設定された請求項９記載の放電式弾性
波検層装置。
【請求項１１】液体で満たされたボーリング孔内に挿
入された弾性波動を発振させる発振装置と、この発振装
置から発振され、伝播される弾性波動を受振する受振装
置と、この受振装置で受振した波動信号を記録する記録
装置と、前記発振装置，受振装置および記録装置の作動
を制御する制御装置とを有し、前記発振装置は放電極に
放電電圧を印加する放電回路を本体ケースに内蔵させる
とともに、受振装置は、発振装置を収容したボーリング
孔と異なるボーリング孔に挿入されたことを特徴とする
放電式弾性波検層装置。
【請求項１２】発振装置は接続ケーブルにより複数台
が直列状に接続されて受振装置群を構成し、上記受振装
置群が発振装置を収容したボーリング孔と異なるボーリ
ング孔に挿入された請求項１１に記載の放電式弾性波検
層装置。
【請求項１３】発振装置および受振装置を収容するボ
ーリング孔は土木・建設用ボーリング孔である請求項１
１または１２に記載の放電式弾性波検層装置。