JPH0972738A - ボアホール壁面の性状調査方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボアホール壁面の性状を容易に測定する。 【解決手段】 ボアホール１内の所定深さに挿入された
ゾンデ２のレーザー光の投光装置からボアホールの壁面
１ａの一部にレザー光１８を照射し、且つレーザー光１
８を照射機構１３によって壁面１ａに周方向に照射せし
め、壁面１ａで反射したレーザー光１８をゾンデ２の受
光装置で受光し、レーザー光１８の照射方位を方位測定
装置１１によって計測し、上記投受光されたレーザー光
１８と方位測定装置１１の測定データーをコンピュータ
２２で計算処理することで、方角に対応したボアホール
壁面１ａのレーザー光１８照射部分の性状を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は地層のボーリング
調査に際して、ボアホール壁面の凹凸や亀裂等の性状を
調査するボアホール壁面の性状調査方法と装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に各種土木工事に際しての工事地の
地層調査は極めて重要であり、例えば岩盤の節理や亀裂
地層性状の調査は、露頭観察の他、ボーリングによって
得られたボーリングコアの観察又は塑性変形するチュー
ブをボアホール内に挿入して加圧変形させ、ボアホール
壁面の亀裂等を転写する方法（ボアホールスタンプ）等
でボアホール壁面の性状を調査すること等によって行わ
れていた。特に大規模なダムサイトや地下空洞の建物の
建設地においては、より正確に地層状況を調査する必要
があるため、ボアホールカメラ等を使用してボアホール
の壁面状況を映像化することで、ボアホール壁面の性状
をより正確に調査することも行われていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしボアホールスタ
ンプは装置が簡単で安価であるため経済的であるが、測
定時に塑性変形するチューブの挿入，加圧変形，チュー
ブの取り出し等複数の工程があるため、測定が繁雑で測
定時間がかかるという欠点がある。一方ボアホールカメ
ラ等のボアホール壁面の映像化装置はボアホール壁面を
直接撮影するため、ボアホールスタンプに比較して測定
が容易で測定時間もかからないが、装置が複雑且つ高額
であるのでコスト高になるだけでなく、カメラ等の専門
的装置の操作が必要となるので操作が複雑で、オペレー
ターに高度な技術が必要であるという欠点がある。また
ボアホール壁面の映像を岩盤の節理や亀裂地層性状の調
査データーとする場合、映像画面上ではデーター処理が
できないため、一旦ビデオ映像を写真化する必要があり
ビデオ映像からのデーター処理に時間がかかるという問
題点もあった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めの本発明のボアホール壁面の性状調査方法は、レーザ
ー光の投光装置及び受光装置を備えたゾンデ２をボアホ
ール１内の所定深さに挿入し、ボアホールの壁面１ａの
一部にレザー光１８を照射し、且つレーザー光１８を該
壁面１ａに周方向に照射せしめ、この壁面１ａで反射し
たレーザー光１８を受光することによってボアホール壁
面１ａにおけるレーザー光１８照射部分の性状を測定す
ることを第１の特徴としている。

【０００５】またレーザー光１８の照射方位を計測し、
上記ボアホール壁面１ａの性状を方角に対応させて測定
することを第２の特徴としている。

【０００６】さらに上記ボアホール壁面１ａの性状計算
を、上記投受光されたレーザー光１８のデーター、又は
該レーザー光１８のデータとレーザー光１８の照射方位
の計測データとをコンピュータ２２で処理して行うこと
を第３の特徴としている。

【０００７】そして上記ボアホール壁面１ａの性状測定
をボアホール１における深さ方向の複数箇所で行うこと
を第４の特徴としている。

【０００８】一方本発明のボアホール壁面の性状調査装
置は、ボアホール１の壁面１ａの一部にレーザー光１８
を照射するレーザー投光装置と、該レーザー光１８を該
壁面１ａに周方向に照射せしめる照射機構１３と、壁面
１ａで反射した上記レーザー光１８を受光するレーザー
受光装置とを備えたゾンデ２と、該ゾンデ２をボアホー
ル１内の所定深さに挿入する挿入装置４と、ゾンデ２の
データを処理し、ボアホール壁面１ａにおけるレーザー
光１８照射部分の性状を計算する処理装置とで構成され
たことを第１の特徴としている。

【０００９】またゾンデ２のボアホール１内での方位を
測定する方位測定装置１１を設け、処理装置を投受光さ
れたレーザー光１８と方位測定装置１１の測定データー
とによって上記ボアホール壁面１ａの性状を方角に対応
させて計算する構成としたことを第２の特徴としてい
る。

【００１０】そして上記データー処理を行う処理装置を
コンピュータ２２で形成したことを第３の特徴としてい
る。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図示する実施の形態について
詳細に説明する。図１は本発明の装置を用いて、ボアホ
ール壁面の凹凸，亀裂等の性状（形状）を調べるための
測定方法を示した側断面略図である。ボーリングによっ
て得られたボアホール１内には、後述する構造で上記性
状を測定するゾンデ２が、外部（地上の測定場所）に備
えられた制御装置３によってコントロールされるウイン
チ４等により挿入されており、該ゾンデ２によってボア
ホール１における深さ方向の複数位置でボアホール壁面
１ａの形状を２次元的に測定し、最終的にボウリング孔
壁面１ａ全体の凹凸，亀裂５等の性状を測定する構成と
なっている。

【００１２】上記ウインチ４は、ウインチ４のワイヤー
６端と前記ゾンデ２の上端との接続により、ゾンデ２を
ワイヤー６によって吊っており、上記制御装置３のコン
トローラー７，ジェネレータ８等によって該ウインチ４
を制御して動作させ、ワイヤー６の巻き上げ又は引きだ
しを行うことによって、ゾンデ２をボアホール１内の任
意の深さに挿入することができる構造となっている。そ
して該ゾンデ２は、挿入された位置（深さ）で、その位
置に対応するボアホール壁面１ａの形状を後述するよう
に２次元的に測定する。

【００１３】次にゾンデ２の構造を説明する。図２に示
されるように、ゾンデ２は円筒形状の透明なゾンデケー
ス９内に、ジャイロスコープ１１，レーザー投受光装置
１２，ミラー１３，パルスモーター１４等が上下方向に
備えられており、前述の制御装置３によって動作制御、
データー処理等が行われている。またゾンデ２の下端に
はウエイト１６が設けられており、上記のようにゾンデ
２をボウリング孔１内に挿入する際、ウエイト１６の自
重によってゾンデ２はボアホール１内に鉛直に挿入され
る。特にボアホール１内には水が溜まっている場合があ
るが、上記ウエイト１６によってゾンデ２のボアホール
１内への鉛直挿入は確実に行われる。以下にゾンデケー
ス９内の各部の構造について詳細に説明する。

【００１４】ゾンデケース９内の上下方向の略中央位置
付近には上記レーザー投受光装置１２が、該ゾンデケー
ス９に固定されて設けられており、該レーザー投受光装
置１２はレーザーダイオード１７によってレーザー光１
８を発生させるとともに、鉛直下向きに該レーザー光１
８を投光し、そのレーザー光１８の反射光を、レーザー
投受光装置１２に備えられているゾンデケース９の内径
とほぼ同じ径の円板状のレーザー受光板１９によって受
光することで、受光強度に比例したアナログ信号を出力
することができる構造となっている。このときレーザー
投受光装置１２の入出力ケーブルは信号ケーブル３１と
してゾンデケース９上端から外部に突出して上記制御装
置３側に接続されており、制御装置３のコンピューター
２２等により上記アナログ信号の処理が行われる。

【００１５】一方上記レーザー投受光装置１２の下方に
は前述のミラー１３が設けられており、該ミラー１３
は、鉛直方向（レーザー投受光装置１２から投光される
レーザー光１８の進行方向）に対して４５゜の角度を有
している反射面２３を備えた反射部１３ａと、該反射部
１３ａの中心から鉛直下向に突設されたボス１３ｂとで
構成されている。そして該ボス１３ｂにはミラー１３下
方に縦方向に設けられた前述のパルスモーター１４の回
転軸１４ａが嵌入固定されている。

【００１６】このときパルスモーター１４はその下端側
がゾンデケース９に固定されているとともに、モーター
ケーブル（図示せず）がゾンデケース９上端から外部に
突出して上記制御装置３側に接続されており、制御装置
３のコントローラードライバー２６，コンピューター２
２等により上記パルスモーター１４の駆動が制御されて
いる。なおミラー１３の中心（ボス１３）及びパルスモ
ーター１４の回転軸１４ａはゾンデケース９の中心線
（軸芯）上にあり、ミラー１３はパルスモーター１４が
動作することで、鉛直方向に対する４５°の角度を保っ
たままゾンデケース９の軸芯を中心に回転する。

【００１７】上記のようにレーザー投受光装置１２とミ
ラー１３がセットされているので、レーザー投受光装置
１２から鉛直下向きに投光されたレーザー光１８は、ミ
ラー１３によって進行方向を９０゜屈曲させられる。こ
のときゾンデケース９が透明であるため該屈曲させられ
たレーザー光１８はゾンデケース９を通り抜け、ボアホ
ールの壁面１ａの一部に照射されて反射する。そしてこ
の反射したレーザー光１８はゾンデケース９を通り抜け
てゾンデケース９内に入り、再びミラー１３によって進
行方向を屈曲させられて、レーザー投受光装置１２のレ
ーザー受光板１９に受光される。そしてこのとき出力さ
れるレーザー投受光装置１２からのアナログ信号が上記
のように制御装置３（コンピュータ２２）に入力され
る。

【００１８】またパルスモーター１４によって上記のよ
うにレーザー光１８が投光されているミラー１３をパル
スモーター１４のステップ角毎に周方向に概ね３６０゜
回転させることで、ボアホール１における最初にレーザ
ー光１８が照射された部分の深さを保ったままで、レー
ザー光１８をボアホール壁面１ａにステップ角間隔で概
ね３６０゜照射させることができる。このためコンピュ
ーター２２の制御により、パルスモーター１４を間欠的
（ステップ角毎）に回転させながら、パルスモーター１
４の各停止位置（ステップ角間隔）において上記レーザ
ー投受光装置１２による測定（アナログ信号の出力）を
行い、例えばパルスモーター１４の総回転角度を横軸
に、レーザー投受光装置１２からのアナログ信号の強度
（電圧値，電流値等）を縦軸にとることによって、ボア
ホール１における所定深さの壁面１ａの形状を２次元的
に測定することができる。

【００１９】つまりボアホール壁面１ａの凹凸と、壁面
１ａからレーザー受光板１９間までのレーザー光１８の
経路の距離とは比例（凹部分では長く、凸部分では短
い）し、該距離が長いほど受光強度が落ちるため、レー
ザー投受光装置１２からは、ボアホール壁面１ａの一部
（レーザー光照射部分）の凹凸に比例したからアナログ
信号が出力される。このためパルスモーター１４の総回
転角度を横軸にしたアナログ信号の波形はボアホール壁
面１ａのレーザー光照射部分の凹凸形状に一致する。

【００２０】一方上記パルスモーター１４の回転軸１４
ａには、上記ミラー１３のボス１３ｂの下端位置より下
方位置にセンサー板２７が一体的に固定されており、ま
たパルスモーター１４の本体上面には、上記センサー板
２７のセンシングが可能であるフォトセンサー２８が固
定されている。これによってパルスモーター１４（回転
軸１４ａ）が回転すると、センサー板１３が回転軸１４
ａと一体的に回転し、所定角度パルスモーター１４が回
転すると、フォトセンサー２８がセンサー板１３をセン
シングする。

【００２１】そして該フォトセンサー２８のデーターが
パルスモーター１４の駆動制御側に入力され、フォトセ
ンサー２８がセンサー板２７をセンシングするとパルス
モーター１４の回転がストップするように制御されてい
る。これによりパルスモーター１４がストップすると、
パルスモーター１４（回転軸１４ａ）のこの位置（回転
がストップした位置）でミラー１３が固定され、レーザ
ー光１８の照射方向が決定される。このレーザー光１８
の照射方向をゾンデ２の方向とする。

【００２２】また前述のレーザー投受光装置１２の上方
には、前述のジャイロスコープ１１がレーザー投受光装
置１２に固定されて設けられており、該ジャイロスコー
プ１１はゾンデ２の方向を測定する機能を有している。
そしてジャイロスコープ１１のデータケーブルが信号ケ
ーブル３１としてゾンデケース９上端から外部に突出し
て上記制御装置３側に接続されており、ジャイロスコー
プ１１からの、ゾンデ２の方向の方角（方位）データー
が該データケーブル（信号ケーブル３１）から制御装置
３に入力され、該データーの情報がコンピューター２２
に入力されている。なお信号ケーブル３１は上記ジャイ
ロスコープ１１のデーターケーブルと前述のレーザー投
受光装置１２の入出力ケーブルが一体となったものであ
る。

【００２３】ゾンデ２は以上に示す構造となっているの
で、前述のレーザー投受光装置１２によるボアホール１
における所定深さの壁面１ａの形状データと、ジャイロ
スコープ１１によるゾンデ２の基準方向の方角データー
とを、制御装置３のコンピューター２２で解析して、上
記ボアホール壁面形状の２次元データーの横軸（パルス
モーターの総回転角度）を方角に変換することで、例え
ば北（Ｎ）を横軸の原点とした、方角に対応したボアホ
ール壁面１ａの形状を２次元データーとして得ることが
できる。

【００２４】そして制御装置３の一部であるオシロスコ
ープ３２によって上記データーが２次元グラフに映像化
され、その後オシロスコープ３２の映像データーがコン
ピューター２２に送られ、該データーがコンピュータ２
２のメモリーに保存されると同時に、必要であればプロ
ッター３３によって該データーを図面としてプリントア
ウトして取り出すことができる。つまりデーターをコン
ピューター２２で管理するためデーターの保存性に優れ
ると同時にデーターがプロッター３３によって直接プリ
ントアウトされるため、生データーを素早く得ることが
でき、データーの記録性が良く、データー処理を円滑に
行うことができる。

【００２５】なお図３は上記のようにして得られたボア
ホール壁面１ａの２次元データー（図面）である。横軸
は方角を示し原点が北（Ｎ）であり、右へ順に東
（Ｅ），南（Ｓ），西（Ｗ），北（Ｎ）となっている。
つまりボアホール壁面１ａを平面視において北を始点に
時計回りに展開したものである。また縦軸はレーザー投
受光装置１２からのアナログ信号の強度（電圧値，電流
値等）である。つまり図面上縦方向の凹凸が実際の凹凸
を再現しており、上方への突出３５ａが壁面１ａの凸
を、下方への突出３５ｂが凹を示す。特に下方に大きく
窪んだ部分３５ｃはレーザー投受光装置１２からのアナ
ログ信号が他の部分より極端に弱い部分となりつまり亀
裂５であるといえ、その幅Ｈが亀裂５の幅である。

【００２６】そして以上に示す測定（サーチ）をボアホ
ール１において深さ方向に概ね５〜１０ミリメートル間
隔で行って、ボアホール１内のほぼ全体の測定を行い、
それぞれの測定位置（深さ）で得られたデーターから、
次に述べる解析方法を基本とする解析を行うことによっ
て、ボアホール１内の壁面形状を２次元的に再現する。
その後再現されたボアホール１の壁面形状からボーリン
グが行われた地層における岩盤の節理や亀裂地層性状の
調査を行う。

【００２７】なおパルスモーター１４は約１．６秒で一
回転（３６０゜回転）するように設定されており、一回
のサーチ時間も１．６秒＋αと比較的短く、このためボ
アホール壁面１ａ全体のサーチ時間も比較的短くなる。
また壁面形状の測定が基本的には上述のレーザー光１８
によるアナログ信号出力のみであるため、測定に特別な
技術等を要しない。このため制御装置３の操作を行うこ
とのみで、誰でも容易にボアホール壁面１ａの測定を行
うことができ、操作性がよい。さらに本発明の装置は、
比較的安価なレーザー投受光装置１２を中心に構成され
ているため、映像装置等を有するボアホールテレビ等に
比較して安価で経済的でもある。

【００２８】次に上記解析方法の基本について説明す
る。一般に岩盤の節理や亀裂地層性状は、その岩盤に設
けたボアホール１の壁面形状から容易に知ることができ
る。例えば図４に示すような水平面に対して東西方向が
α゜傾斜した節理３４が存在している地盤の場合、図５
（ａ）に示すようにボアホール１の壁面１ａには、東西
方向が長軸となる水平面に対してα゜角度を有した楕円
形状の亀裂３６が存在する。つまり逆にボアホール１の
壁面１ａに図５（ａ）に示すような亀裂３６が存在して
いれば、その岩盤には図４に示すような節理３４が存在
しているといえる。

【００２９】このとき上記例（図５（ａ））のボアホー
ル壁面１ａを平面上に展開すると、該亀裂３６は図５
（ｂ）に示されるように東（Ｅ）と西（Ｗ）が上下のピ
ークとなる波状カーブを描く。このためＺを地表とした
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇの各深さにおいて前述のよ
うにレーザー投受光装置１２によるボアホール壁面１ａ
の形状測定を行うと、それぞれ図６に示されるようなデ
ーターが得られる。なお図６は図３と同様に横軸に方角
を、縦軸にレーザー投受光装置１２の出力強度をとって
おり、凹部分が亀裂３６である。またＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，
Ｅ，Ｆ，Ｇは順に深くなっている。

【００３０】つまり本発明の性状調査装置によって得ら
れたボアホール１ａの深さ方向の複数のデーター（図６
に示されるものと同様のもの）から図５（ｂ）に示され
るものと同様のボアホール壁面１ａの平面展開図を作成
することで、ボアホール壁面１ａの性状が判り、地盤の
地層等を解析することができる。このため例えばボアホ
ール壁面１ａの形状を本発明の装置で測定して、図６と
同じデーターが得られた場合、図６における凹部分のデ
ーターを例えば図７に示されるようにグラフ上に×でプ
ロットすると、図５（ｂ）と同じ東と西が上下のピーク
となる波状カーブ形状のグラフを得ることができる。つ
まりボアホール壁面１ａの平面展開図が得られる。そし
てこのようにして得られたボアホール壁面１ａの平面展
開図から、このボアホール壁面１ａの立体的な性状が解
析され、この地盤は図３に示されるような節理を有する
ということが解析できる。なおボアホール壁面１ａの平
面展開図から地盤の節理等を解析する方法については、
従来のボアホールスタンプ等におけるものと同様である
ので、その詳細については割愛する。

【００３１】以上に示す実施の形態はレーザー光による
測定例について説明したが、レーザー投受光装置１２の
代わりに超音波の送受信装置を用い、ミラー１３を超音
波反射型として上記レーザー光による測定を超音波によ
って行う構成にしても上記同様のボアホール１の測定を
行うことができる。また上記に示す解析をコンピュータ
ー２２によって自動解析させてもよく、この場合はボア
ホール１内の性状測定から地盤の性状解析までをより短
時間で、簡単且つ正確に行うことができる。さらにゾン
デケース９はレーザー光又は超音波を通過させるもので
あれば、透明なものでなくてもどのような材料で形成さ
れていてもよく、またレーザー光又は超音波を通過させ
る部分は必要な所のみでも良い。

【００３２】

【発明の効果】以上のように構成される本発明によれ
ば、映像装置等に比較して安価なレーザー投受光装置を
中心とした装置によってボアホール内の性状調査を行う
ことができるため、従来のボアホールテレビ等に比較し
て装置が安価で経済的であるというだけでなく、ボアホ
ール内を挿入装置とゾンデによって直接測定（サーチ）
するので測定が容易、且つ測定時間も短いという効果が
ある。またレーザー光の照射方向を方位測定装置によっ
て測定することで、より正確にボアホール内の性状調査
を行うこともできる

【００３３】さらに上記測定をボアホールにおける深さ
方向の複数箇所で行うことにより、ボアホール壁面全体
の性状を測定することができ、より正確にボアホールが
設けられた地盤の性状を解析することができる。

【００３４】加えて測定工程が挿入装置によるゾンデの
ボアホールへの挿入のみであるので操作性が良く、操作
オペレータに高度な技術を必要としないという利点もあ
る。さらにデーターをコンピュータで処理することによ
ってデーター処理を円滑に行うことができ、データーの
保存をコンピュータ側で行うことができるとともにプロ
ッターによって直接プリントアウトすることもできるの
でデーターの記録性に優れるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】ゾンデによるボアホール壁面の測定状態を示す
側断面図である。

【図２】ゾンデの側断面図である。

【図３】ゾンデによる測定データーである。

【図４】地盤の状態をしめす側断面図である。

【図５】（ａ）は図４の地盤のボアホールの亀裂状態を
示す斜視図、（ｂ）はボアホール壁面の平面展開図であ
る。

【図６】図５のボアホールのゾンデによる測定データー
である。

【図７】図６の測定データをグラフ上に示したものであ
る。

【符号の説明】 １ ボアホール １ａ 壁面 ２ ゾンデ １１ ジャイロスコープ（方位測定装置） １３ ミラー（照射機構） １８ レザー光 ２２ コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── 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 11/30 Ｇ０１Ｃ 15/00 Ｇ０１Ｎ 21/88

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 レーザー光の投光装置及び受光装置を備
   えたゾンデ（２）をボアホール（１）内の所定深さに挿
   入し、ボアホールの壁面（１ａ）の一部にレザー光（１
   ８）を照射し、且つレーザー光（１８）を該壁面（１
   ａ）に周方向に照射せしめ、この壁面（１ａ）で反射し
   たレーザー光（１８）を受光することによってボアホー
   ル壁面（１ａ）におけるレーザー光（１８）照射部分の
   性状を測定するボアホール壁面の性状調査方法。
2. 【請求項２】 レーザー光（１８）の照射方位を計測
   し、上記ボアホール壁面（１ａ）の性状を方角に対応さ
   せて測定する請求項１のボアホール壁面の性状調査方
   法。
3. 【請求項３】 上記ボアホール壁面（１ａ）の性状計算
   を、上記投受光されたレーザー光（１８）のデーター、
   又は該レーザー光（１８）のデータとレーザー光（１
   ８）の照射方位の計測データとをコンピュータ（２２）
   で処理して行う請求項１又は２のボアホール壁面の性状
   調査方法。
4. 【請求項４】 上記ボアホール壁面（１ａ）の性状測定
   をボアホール（１）における深さ方向の複数箇所で行う
   請求項１又は２又は３のボアホール壁面の性状調査方
   法。
5. 【請求項５】 ボアホール（１）の壁面（１ａ）の一部
   にレーザー光（１８）を照射するレーザー投光装置と、
   該レーザー光（１８）を該壁面（１ａ）に周方向に照射
   せしめる照射機構（１３）と、壁面（１ａ）で反射した
   上記レーザー光（１８）を受光するレーザー受光装置と
   を備えたゾンデ（２）と、該ゾンデ（２）をボアホール
   （１）内の所定深さに挿入する挿入装置（４）と、ゾン
   デ（２）のデータを処理し、ボアホール壁面（１ａ）に
   おけるレーザー光（１８）照射部分の性状を計算する処
   理装置とで構成されるボアホール壁面の性状調査装置。
6. 【請求項６】 ゾンデ（２）のボアホール（１）内での
   方位を測定する方位測定装置（１１）を設け、処理装置
   を投受光されたレーザー光（１８）と方位測定装置（１
   １）の測定データーとによって上記ボアホール壁面（１
   ａ）の性状を方角に対応させて計算する構成とした請求
   項５のボアホール壁面の性状調査装置。
7. 【請求項７】上記データー処理を行う処理装置をコンピ
   ュータ（２２）で形成した請求項５又は６のボアホール
   壁面の性状調査装置。