JPS6136492A - 土砂性状感知方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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、掘削地盤の粒度な自動的
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１土の粒度は細かい方から粗い方に向って、粘土
、タルト、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
を遅くシ、かつその掘進速度を速める一方、粒度か粗い
場合には、ドリルの回転速度を速くシ、かつその掘進速
度を遅くする必要がある。

〔発明か解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来、掘削最中に、土の粒度な自動的に
判別する手段がなかった九めに１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
しておシ、この結果熟練度のちがいから、各オペレータ
の判断に差か生じ、施工結果に個人差か生じてい友。ま
え、前記電流値の変化によりては、粒度な推定できない
ことかおる。このような場合には、掘削を一時中止して
、排出され九土砂を、オペレータか目視によって確認し
なけれはならず、これによって作業効率が低下してい九
。

この発明は、上記事情に１！！み、掘削地盤の粒度な自
動的に判別することかできる土砂性状感知方法およびヤ
豐装置シ豐伊雷溜會電懐提供することを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

この発明は、掘削に伴なうドリルの振動か、掘削地盤の
粒度に応じ°て変化することに着目してなされたもので
、上記目的を達成するため罠、内部に振動センナが設け
られたセンサビットをドリルの先端に取シ付け、この振
動センサによつ曵センサピットの振動を検出し、この検
出結果を解析することによって前記地盤の粒度を判別す
ることを特徴とする。

〔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２図は、この発明の一実施例による土砂性状感知方法
の構成を示すブロック図でおる。

図においてｌは、センサビットでラフ、回転駆動され、
地盤に押圧されることによ〕掘削を行う。

センサビット１は、掘削部２と、検出Ｂ３とからなシ、
掘削部２の一端には、刃部２ａか形成され、他端には、
軸方向に突出する凸１１ｓ２ｂが形成されている。ｔ　
＋　、検出部３の先ＭＫは、凹ｓ３ａか形成され、凹１
１ｓ３ａの底部には、圧電素子４か固定されている。そ
して、凹１１ｓ３　ａＫ凸部２ｂか嵌入され、掘削！Ｂ
２か検出部３に取り付けられている。この場合、掘削Ｗ
６２と検出部３との間には、凸部２ｂか圧ｖＬ素子４に
歯接する部分を除き、緩衝部材５か設けられている。そ
して、センサビット１が回転し、刃部２ａが地盤を掘削
すると、この掘削に伴なう揚動加速度に比例した電圧か
圧電素子４かも発生し、この電圧か検出信号Ｓとして、
信号変換器［６へ供給される。を九、センサピント１０
図示せぬ基端部には、ロードセル７か設けられ【おシ、
このロードセル７によって、センサビット１が地盤に押
圧される荷重が検出されるようＫなっている。

信号変換器６へ供給された検出信号Ｓは、前置増幅器８
によって増幅された後、帯域ろ過器９へ供給される。帯
域ろ過器９は、１００〜−〇　〇ＫＪ１ｚ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ィルタに
よって構成されておシ、検出信号Ｓを、前記所定の帯域
幅毎に分離する。さらＫｉｄ！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か合成され
たものでおり、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。分離され九基本信号は、吾々
主増幅器ｌＯによって増幅された後、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１億以下のものをノイズとしてカットする。

第１図に１上述し九基本信号の分布状態の）例を示す。

第一図に示すグラフは、縦軸に振幅、横軸に周波数を取
シ、前記基本信号をスペクトル表示し九ものであシ、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℃いる。一般に検出信号Ｓの周波数は、粒度か細い
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、地盤の粒度か粗くなると矢印Ｙ１方向へ移動し、粒
度か細かくなると矢印Ｙ２方向へ移動する。弁別回路１
１は、基本信号のなかで、最奄振−の大きい基本信号工
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１！ｌｌＪ整器１３は、基本信号
工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１４は、基本（ｆｆ号Ｉ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１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、ロートセルフから出力され九荷重と
を磁気テープ等に記録する。

次に１このような土砂性状感知装置か設けられ九掘削装
置Ｋ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ら〕
、多軸回転式掘削機は、ＢＷロングクオールドリルとも
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、２０は、やぐらで１）ＦＪｌこ
のやぐら２０から吊ワイヤロープ２１によつ【、ドリル
本体２２かＮ１品され【いる。このドリル本体２２は、
やぐら２０に設けられ九ウィンチ２３によって、巻上げ
、もしゆは巻下げられるようＫなっておシ、徐々に降下
しながら、自重によって掘削を行なう。

ドリル本体２２によって掘削され九土砂は、水と共にサ
クションポンプ２４によって、リバースパイプ２５から
地上に汲み上けられ、ろ過器２６によって水と分離され
て排土槽２７へ排出される。

また、土砂か取シ除かれ丸木は、貯留タンク２８に一時
貯留され九後、必要な水か新液槽２９から加えられて掘
削孔３０へ注水される。

揶参図は、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１ｊ本のドリル３１〜
３５が取り付けられておシ、これらは、ドリル本体２２
内に設けられ上水中モータ３６によって回転駆動される
。この水中モータ３６には、電カケープル３７を介して
地上から電流か供給されるようになっている。また、ド
リル本体２２の前面および後面のμ隅には、偏位修正板
３８゜３８・・・が設けられてお〕、これらは地上から
、油圧ホース３９．３９・・・Ｋよって供給される油に
よシ油圧駆動され、各々が独立して外方向へ突出し、掘
削偏位の修正を行う。ま光、４０は、傾斜計でラシ、こ
の傾斜計４０によってドリル本体２２の傾きか計測され
、その傾斜データは傾斜計ケーブル４１によって地上に
送られるよう罠なっている。

また、４２は、一端がドリル本体２２に固定され九深度
計ケーブル、４３は、土砂の汲み上げを容易にするため
に１　リバースパイプ２５内にエアーを吹き込む会、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
１前述し九センサビット１が取シ付けられ、さらに１こ
れとバランスを取る丸めのダミービット４４か、ドリル
３４の先端Ｋ［Ｊ＋付けられている。そして、センサピ
ッ）１が、回転しながら地盤を掘削することＫより、こ
れに伴って生じる振動が検出され、前述し九検出信号Ｓ
か、センナケーブル４５によって地上に送られるように
なっている。

次に１第！図を用いて掘削機の制御１１１について説明
する。

センサビット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【、センナケーブル用リ
ール５０に巻き取られ【おシ、前記検出信号Ｓは、この
センサケーブル用す−ル園から、前述し九信号変換装置
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、オペレーションユニット５１へ
供給すれるよう罠なっている。

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に巻取られておシ、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
メーメ等に表示すると共に、前記傾斜データをオペレー
ションユニン）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に固定され九深度計ケー
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によってドリル本体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。

前記優位修正板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
られ九油圧ホースリール５５．５５・・・に巻取られて
おシ、この油圧ホースリール５５．５５・・・に油圧ポ
ンプユニット５６か接続されている。

オペレーションユニット５１は、油圧ポンプユニット５
６、水中モータ３６およびウィンチ２３の駆動制御を行
う。この制御は、オペレーションユニツ）５１に設けら
れ九手動運転装置により、オペレータか行なう他、内部
に設けられた自動運転装置によっても行なうことかでき
るようＫなっている。すなわち、オペレーションユニッ
ト５１は、前記傾斜データに基づいて、油圧ポンプユニ
ット５６を作動させ、ドリル本体２２０偏位の修正を行
なうと共に、土砂性状データＤＫ基づい【水中モータ３
６およびウィンチ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１セン
サビツト１から検出信号Ｓか出力され、信号変換装ｆ６
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によって基本信号に分離され、次いで
弁別回路１１によって前記検出信号Ｓを最も特徴づける
基本信号Ｉ（最も振幅の大きい基本信号）のみか取シ出
される。

そし【、この基本信号工の周波数がカクンタ１４によっ
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１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
びウィンチ２３の巻下げ速度の制御を行う。

また、掘削を自動で行なう場合には、オペレーションユ
ニット５１は、予め実験によって求められ、記憶され上
鏝り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ＤＫ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およびウィンチ２３の
制御を行う。

このように、地盤の粒度な自動的に判別することかでき
るので、掘削機を、地盤の粒度に応じ【的確に操作する
ことか可能となる。

なお、本実施例においては、センサビットなる特殊なビ
ットを取シ付は九か、圧電素子を本来の掘削用のビン）
Ｋ組み込むことも勿論可能である。

ま九、本発明による土砂性状感知装置は、多軸回転式掘
削機に限らず、他の掘削装置、例えば積大掘削機等にも
用いることができるのは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明し九うに、この発明によれば、ドリルに振動セ
ンナを設け、この振動センサによって、掘削時のドリル
の振動を検出し、この振動結果を解析することによって
掘削地盤の粒度な判別するようＫし九ので、オペレータ
の勘に頼ることなく粒度の判別を行なうことかでき、施
工結果に生じる個人差を少なくすることかできる。まな
、粒度な判別するために掘削を一時中止する必猥がなく
なシ、作業時間を３０％程度短縮することが可能となる
。

ｔな、この発明によれば、地盤の粒度な定量化すること
かできるので、これに基づいて掘削作業を自動化するこ
とかできる。

【図面の簡単な説明】

第２図は、この発明の一実施例による土砂性状感知装置
の構成を示すブロック図、第２図は、同土砂性状感知装
置Ｋよって行なわれる検出信号Ｓの解析を説明する丸め
のグラフ、第３図は同土砂性状感知装置か設けられ九掘
削装置の構成を示す正面図、第弘図は、ドリル本体の構
成を示す正面図、第よ図は、同掘削機の制御部の構成を
示す概略図である。 ｌ・・・・・・センサビット（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
・・曲オペレーションユニット、Ｄ・・・・・・土砂性
状データ（判別結果）、Ｓ・・・・・・検出信号。 第１図 第２図 第３図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転しながら進行するドリルによって掘削される
   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ットを前記ドリルの先端に
   取り付け、前記振動センサによって掘削に伴なう振動を
   検出し、この検出結果を解析することによって前記地盤
   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. （２）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ットと、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. （３）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ットと、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なうオペレーションユニ
   ットとを具備することを特徴とする掘削装置。