JPH09158244A

JPH09158244A - 地盤の掘削装置

Info

Publication number: JPH09158244A
Application number: JP31920795A
Authority: JP
Inventors: Fujio Ito; 不二夫伊藤; Yoshihiko Hikita; 喜彦疋田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1995-12-07
Filing date: 1995-12-07
Publication date: 1997-06-17

Abstract

(57)【要約】【課題】基礎地盤位置の正確な判断【解決手段】地盤性状判断装置２１は、振動，音響セ
ンサ２２，２４と、制御部３２とを有している。振動セ
ンサ２２と音響センサ２４とは、オーガ軸１０の上部側
に配置されている。振動センサ２２は、オーガ軸１０に
発生する振動を検出するものであり、音響センサ２４
は、オーガ軸１０の音を検出するものである。走行車１
６側には、振動および／または音響センサ２２，２４の
検出信号を受けて制御部３２側に送出する無線中継機３
１が搭載されている。制御部３２は、センサ２２，２４
の検出信号の変化から、オーガ軸１０の先端位置の地盤
の性状を判断するものであり、制御部３２は、受信アン
テナ３２ａと、装置本体３２ｂとを備えている。装置本
体３２ｂ内には、受信アンテナ３２ａに接続された受信
機３２ｃと、受信機３２ｃに接続されたＡ／Ｄ変換器３
２ｄと、ＣＰＵ３２ｅと、メモリ３２ｆおよびディスプ
レイ３２ｇとを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地盤の掘削装置
に関し、特に、オーガ軸の先端位置の地盤の性状を判断
することができる地盤の掘削装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地下ダムなどの止水壁工事においては、
止水壁の基礎地盤への根入れ深さが重要な管理項目とな
っている。そこで、この種の工事においては、施工前の
設計調査段階で基礎地盤深度の確認をボーリング調査に
より行っており、このようなボーリング調査は、通常、
２０ｍ程度の間隔で実施されている。

【０００３】しかしながら、このようなボーリング調査
による基礎地盤深度の確認には、以下に説明する技術的
な課題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、比較的深度
変化がなく直線状の基礎地盤の場合には、２０ｍ間隔で
ボーリング調査した基礎地盤深度に基づいて、根入れ深
さを設定しても、根入れ深さにある程度の安全率を設け
ておくことで、止水壁の先端が基礎地盤上になる可能性
は少ない。

【０００５】ところが、基礎地盤の深度が大きく変化し
ている場合には、２０ｍ間隔で行ったボーリング調査の
結果で根入れ深さを設定すると、止水壁の根入れ深さが
不足し、止水壁に欠陥が生じるという問題があった。こ
の場合、止水壁を構築する際に使用する掘削装置で、現
位置の基礎地盤深度を確認しながら施行すると、このよ
うな問題を回避することができるが、オーガ系の掘削装
置を使用する場合には、オーガ軸の先端部の地盤性状を
目視することができないこと、オーガ軸の側面に突設さ
れているオーガスクリューのサイド抵抗が、先端オーガ
トルクに比べて大きくなり易いため、例えば、オーガ軸
のトルク変動を検知する方法では、先端部の地盤の性状
を正確に判断することができず、とりわけ地盤の性状変
化の状況を地上から判断できにくいと言われていた。

【０００６】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的とするところは、基
礎地盤の深度を確実に判定することができ、信頼性の高
い根入れを確保できる地盤の掘削装置を提供することに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、回転駆動させながら地盤中に貫入される
オーガ軸を有する地盤の掘削装置において、前記オーガ
軸に配置された振動センサおよび／または音響センサ
と、これらのセンサの出力信号の変化から、前記オーガ
軸の先端位置の地盤の性状を判断する制御部とからなる
地盤性状判断装置を設けた。このように構成された地盤
の掘削装置によれば、オーガ軸の振動および／または音
をセンサで検出し、その出力変化からオーガ軸先端位置
の地盤性状を判断するので、正確に地盤を判定すること
ができる。すなわち、オーガ軸を地盤中に貫入する過程
で、オーガ軸の先端が基礎地盤に到達すると、基礎地盤
と他の地盤との性状の差により、オーガ軸の振動ないし
は音が微妙に異なり、この変化を検出することで、基礎
地盤の位置を判別するようにした。この場合、前記制御
部は、予め入力される前記地盤のボーリング調査値に基
づいて前記オーガ軸の先端位置の地盤の性状を判断する
ことができ、このような構成を採用すると、より一層正
確に基礎地盤の位置を判定することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図３
は、本発明にかかる地盤の掘削装置の一実施例を示して
いる。同図に示す掘削装置は、いわゆる、ソイルセメン
ト連続壁工法（ＳＭＷ工法）に使用されるものであっ
て、オーガ軸１０を備えている。オーガ軸１０は、先端
に掘削ビットが設けられるとともに、その側面には、オ
ーガスクリュー１０ａが上下方向に間隔をおいて間欠的
に突設されている。

【０００９】オーガ軸１０は、図１の紙面と直交する方
向に、３本が直列状に配置されていて、隣接するオーガ
軸１０間において、平面的にみて、オーガスクリュー１
０ａの回転半径が一部重複するように配置され、かつ、
オーガスクリュー１０ａ間での相互干渉を避けるよう
に、上下方向に間隔を置いて配置されている。各オーガ
軸１０には、その軸方向に沿って硬化材（セメントミル
クなど）の供給通路が形成されるとともに、側面には、
硬化材の噴射口が開口形成されている（図示省略）。そ
して、各オーガ軸１０の上端側は、回転駆動部１２に支
持されている。回転駆動部１２は、支柱１４に上下移動
自在に支持されており、回転駆動部１２は、図外の上下
移動装置により、支柱１４に沿って上下移動させられ
る。支柱１４は、クローラ式の走行車１６の一端に、ス
テー１８を介して垂設状態になるように支持されてい
る。

【００１０】回転駆動部１２の上部側には、オーガ軸１
０の先端位置の貫入深度を検出する深度センサ２０が配
置されている。この深度センサ２０は、例えば、ロータ
リエンコーダ式のものであって、その設置箇所は、図示
の場所に限ることはない。以上のように構成された地盤
の掘削装置は、従来のこの種の装置と同じであるが、本
実施例の掘削装置には、地盤性状判断装置装置２１が設
けられており、この点で従来の掘削装置と顕著な相違が
ある。

【００１１】この実施例では、地盤性状判断装置２１
は、振動および音響センサ２２，２４と、無線中継機３
１と、制御部３２とを有している。振動センサ２２と音
響センサ２４とは、オーガ軸１０の上部側、すなわち、
地盤中に貫入されない地上側に配置されている。振動セ
ンサ２２は、オーガ軸１０に発生する振動を検出するも
のであって、具体的には、圧電素子で構成された加速度
センサなどであって、この実施例では、送信機２６とと
もに一体化された状態で、オーガ軸１０の外周面に固設
される、例えば、環状の金属バンド２８の側面に固設さ
れている。なお、この振動センサ２２は、例えば、上下
振動と左右振動とをそれぞれ個別に検出する一対で構成
してもよい。

【００１２】音響センサ２２は、オーガ軸１０の音を検
出するものであって、例えば、集音器マイクロホンなど
から構成され、振動センサ２２とほぼ同様な構成で固設
されている。音響センサ２２の出力側は、増幅器を介し
て、送信機２６に接続されていいる。送信機２６には、
送信アンテナ２６ａが接続されている。一方、走行車１
６側には、振動および／または音響センサ２２，２４の
検出信号を受信して、受信した検出信号を増幅して送出
する無線中継機３１が設置されている。無線中継機３１
は、受信アンテナ３１ａと、送信アンテナ３１ｂと、装
置本体３１ｃ内に内蔵された増幅回路やブザーなどを備
えており、センサ２２，２４で検出した信号を遠距離ま
でより確実に伝達するために設置しており、正確な検出
信号が制御部３２に直接伝達できる場合には、必ずしも
必要としない。

【００１３】制御部３２は、走行車１６から離れた場所
に設置されていて、この制御部３２は、いわゆる、マイ
クロコンピュータを主構成とするものであって、受信ア
ンテナ３２ａと、装置本体３２ｂとを備えている。装置
本体３２ｂ内には、図２にその詳細を示すように、受信
アンテナ３２ａに接続された受信機３２ｃと、受信機３
２ｃに接続されたＡ／Ｄ変換器３２ｄと、ＣＰＵ３２ｅ
と、メモリ３２ｆおよびディスプレイ３２ｇとを有して
いる。

【００１４】受信機３２ｃは、センサ２０，２２で検出
され、送信機２６から送出される振動信号および音響信
号を、無線中継機３１により増幅して受信アンテナ３２
ａを介して受信する。Ａ／Ｄ変換器３２ｄは、受信機３
２ｃで受信された振動信号および音響信号と、深度セン
サ２０から送出される深度信号とをデジタル信号に変換
して、ＣＰＵ３２ｅに送出する。

【００１５】ＣＰＵ３２ｅは、Ａ／Ｄ変換器３２ｄから
送出される振動信号，音響信号，深度信号に基づいて、
予めメモリ３２ｆに格納されている手順に従って、地盤
中の基礎地盤位置を判断する。ディスプレイ３２ｇは、
ＣＰＵ３２ｅで判断した結果などを表示する。以上のよ
うに構成された地盤の掘削装置では、オーガ軸１０を回
転駆動部１２により回転駆動させながら、回転駆動部１
２を下方に移動させて、オーガ軸１０を地盤中に貫入さ
せる。

【００１６】オーガ軸１０を地盤中に貫入させる過程に
おいて、オーガ軸１０で地盤を掘削し、かつ、スクリュ
ウーオーガ１０ａによって掘削された地盤の攪拌が同時
に行われ、このような掘削，攪拌とともに、硬化材がオ
ーガ軸１０の噴射口から噴射され、硬化材が硬化するこ
とにより、柱列状（１パネル分）のソイルセメント壁が
形成される。

【００１７】このとき、本実施例の掘削装置では、制御
部３２のＣＰＵ２３ｅにより、形成するソイルセメント
壁の先端位置が以下に説明する方法により判断される。
図３は、このときＣＰＵ３２ｅで実行される手順の一例
が示されている。同図に示す手順がスタートすると、ま
ず、ステップｓ１で初期設定が行われる。この初期設定
は、基礎地盤から下方に突出するソイルセメント壁の根
入れ深さＨ₀，振動センサ２２のサンプリング周期
ｔ₀，ボーリング調査に基づく現位置における基礎地盤
の推定深度Ｈなどである。なお、ボーリング調査に基づ
く基礎地盤の推定深度Ｈは、例えば、所定の間隔をおい
て行われるボーリング調査値を比例按分して、予め計算
しておき、これを初期設定で個別に入力してもよいが、
その値をメモリ３２ｆに格納しておいて、順次読み出す
ようにしてもよい。

【００１８】また、図３に示した手順では、振動センサ
２２からの出力信号に基づいて、基礎地盤の位置を判断
する場合を示しているが、音響センサ２４と併用するこ
と、および音響センサ２４だけの信号に基づいて判断す
ることのいずれも可能である。初期設定が終了すると、
ステップｓ２で、振動センサ２２からの振動信号Ｓ
_nと、深度センサ２２からの深度信号ｈ_nとがＡ／Ｄ変
換器３２ｄを介してサンプリング周期ｔ₀毎に取り込ま
れる。

【００１９】続くステップｓ３では、周期ｔ₀の前後に
おける振動信号Ｓ_nが比較演算され、その値が所定値Δ
以上か否かが判断される。そして、これがΔよりも小さ
いと判断された場合には、ステップｓ２に戻り、この過
程を繰り返すことにより、Ｓ _n−Ｓ_n+1がΔよりも大き
くなる状態が検出されると、ステップｓ４に移行する。

【００２０】つまり、このステップｓ２，ｓ３では、振
動センサ２２で検出されるオーガ軸１０の振動の経時的
な変化を考察し、これが所定値Δ以上となる点を検出し
ている。オーガ軸１０を地盤中に貫入する過程におい
て、その先端の掘削ビットが基礎地盤に到達し、これを
掘削する際には、この部分が他の部分よりも一般的に硬
く、硬い部分を掘削する際には、オーガ軸１０の振動が
異なってくるので、このときの変化を検知することで、
その位置を基礎地盤位置と判断するようにしている。

【００２１】所定値Δを決定する際には、例えば、図４
に示すような振動解析を有効に活用することができる。
図４（Ａ）に示したグラフは、振動波形の経時的変化を
示したものであり、このようなグラフから振幅の大きさ
が顕著に異なる部分を検出する。また、同図（Ｂ）に示
したグラフは、横軸に振動周波数を取り、縦軸に振動の
大きさを示した振動の周波数毎の解析グラフであり、こ
のようなグラフを使用する際には、例えば、特定の周波
数に対応した部分の振動の大きさの変化を抽出してもよ
い。

【００２２】さらに、図４（Ｃ）は、振動の三次元周波
数解析グラフであり、このような解析値に基づいてΔを
決定してもよい。そして、ステップｓ３でＳ_n−Ｓ_n+1
がΔよりも大きくなった状態が検出されると、その時点
の深度ｈがステップｓ４でメモリ３２ｆに格納され、そ
の後ステップｓ５が実行される。ステップｓ５では、深
度ｈと基礎地盤の推定深度Ｈとの比較演算が行われ、深
度ｈ≧推定深度Ｈ場合には、現位置における基礎地盤の
深度がｈであるとして、深度ｈに根入れ深さＨ₀を加算
した深度を求め、これをディスプレイ３２ｇに表示する
（ステップｓ７）。

【００２３】続くステップｓ１０では、深度センサ２０
の深度信号ｈが、ｈ＋Ｈ₀以上になった時点が検出され
る。この時点が検出されると、走行車１６側のオペレー
タに無線ないしは有線によりブザーを鳴動させることな
どによりその旨が報知される（ステップｓ１１）。この
報知を受けたオペレータは、ソイルセメント壁が深度
（ｈ＋Ｈ₀）まで形成されたことになるので、オーガ１
０軸の貫入および回転を停止して、その状態でオーガ軸
１０を地上まで引上げ、その後に、形成されたソイルセ
メント壁の側方にオーガ軸１０を移動させて、ステップ
ｓ１からの手順を繰り返す。

【００２４】一方、ステップｓ６で、深度ｈが推定深度
Ｈよりも小さいと判断された場合には、ステップｓ８，
９が実行される。ステップｓ８では、再び振動信号Ｓ_n
と，深度信号ｈ_nが取り込まれ、続くステップｓ９で
は、所定深度まで振動信号Ｓ_nがΔ以上変化しないか否
かが判断される。そして、所定深度以内で振動信号Ｓ_n
がΔ以上変化した場合には、ステップｓ４に戻る。

【００２５】また、所定深度まで振動信号Ｓ_nがΔ以上
変化しない場合には、ステップｓ７に移行する。この場
合の所定深度は、例えば、ソイルセメント壁の根入れ深
さＨ ₀などに設定する。つまり、このステップｓ８，９
では、ステップｓ３で基礎地盤として判断された深度ｈ
が、例えば、推定深度Ｈに対して大きく異なっている場
合には、その位置が誤認されものと判断し、基礎地盤の
位置を再確認するための手順を繰り返す。また、ステッ
プｓ３で基礎地盤として判断された深度ｈよりもさらに
所定深度だけ掘削を続行しても、振動信号Ｓ_nがΔ以上
変化しない場合には、ステップｓ３で基礎地盤として判
断された深度ｈが真の基礎地盤深度と判断するようにし
ている。

【００２６】さて、以上のように構成された地盤の掘削
装置においては、オーガ軸１０の振動をセンサ２２で検
出し、その振動信号Ｓ_nの変化からオーガ軸１０の先端
位置の地盤性状を判断するので、正確に地盤を判定する
ことができる。すなわち、オーガ軸１０を地盤中に嵌入
する過程で、オーガ軸１０の先端が基礎地盤に到達する
と、基礎地盤と他の地盤との性状の差により、オーガ軸
１０の振動が微妙に異なり、この変化を検出すること
で、基礎地盤の位置を判別するようにしたので、正確に
基礎地盤の位置が判別され、確実にソイルセメント壁の
根入れ深さＨ₀を確保することができる。

【００２７】また、この実施例では、制御部３２は、予
め入力される地盤のボーリング調査値に基づいて、オー
ガ軸１０の先端位置の地盤の性状を判断するので、より
一層正確に基礎地盤の位置を判定することができる。な
お、上記実施例では、本発明をソイルセメント連続壁工
法（ＳＭＷ工法）の掘削装置に適用した場合を例示した
が、本発明は、これに限定されることはなく、オーガ軸
を備えた他の掘削装置にも適用することができる。

【００２８】また、本発明の掘削機は、基盤の検出だけ
でなく、通常地盤地層の区別に使用することもできる。
さらに、上記実施例では、センサ２２，２４と制御部３
２との間に、無線信号の授受を行う送，受信機および無
線中継機を介装した例を示したが、センサ２２，２４か
らの信号を有線により制御部３２側に伝達してもよい。

【００２９】さらにまた、上記実施例では、ボーリング
調査に基づく推定深度ｈ₀を入力し、この値を基礎地盤
の判断に利用しているが、基礎地盤を判断する際には、
必ずしもこの推定深度ｈ₀は必要としない。

【００３０】

【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかる地盤の掘削装置によれば、基礎地盤の位
置が正確に判別されるので、信頼性の高い根入れが可能
になるとともに、ボーリング調査をする場合において
も、その施工数量も大幅に低減できるので経済的な効果
も大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる地盤の掘削装置の一実施例を示
す側面説明図である。

【図２】同装置の地盤性状判断装置の構成ブロック図で
ある。

【図３】同地盤性状判断装置の制御部で実行するプログ
ラム手順の一例を示すフローチャート図である。

【図４】同制御部で基礎地盤を確認する際の基準となる
振動解析例を示すグラフである。

【符号の説明】

１０オーガ軸１０ａオーガスクリュー１６走行車２０深度センサ２１地盤性状判断装置２２振動センサ２４音響センサ２６送信機３２制御部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転駆動させながら地盤中に貫入される
オーガ軸を有する地盤の掘削装置において、前記オーガ軸に配置された振動センサおよび／または音
響センサと、これらのセンサの出力信号の変化から、前
記オーガ軸の先端位置の地盤の性状を判断する制御部と
からなる地盤性状判断装置を設けたことを特徴とする地
盤の掘削装置。
【請求項２】前記制御部は、予め入力される前記地盤
のボーリング調査値に基づいて前記オーガ軸の先端位置
の地盤の性状を判断することを特徴とする請求項１記載
の地盤の掘削装置。