JP3831904B2 - 地層岩盤判別方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ロータリパーカッションドリルによる地盤の削孔時に用いられる地層岩盤判別方法に関するものであり、特に、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地層岩盤の判別精度を高めることができる地層岩盤判別方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、地下空洞等の施工に際して、施工範囲における地層岩盤を的確に評価予測することは、施工を進める上で極めて重要である。このことから従来においては、様々な地層岩盤の判別方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特公平７−４９７５６号公報には、ピストン打撃による油圧式パーカッションドリルで地盤を削孔し、単位孔長あたりの平均破壊エネルギを算出した後、確率・統計的手法により岩盤等級と破壊エネルギとの対応付けを行い、破壊エネルギによる岩盤評価を実施し、大型コンピュータによる画像処理を行い、破壊エネルギの分布状態を把握して切羽前方の地層岩盤の評価や予測を行う方法が開示されている。
【０００４】
ここで、破壊エネルギは、油圧式パーカッションドリルが削孔に要した、つまり、岩盤を破壊するのに要したエネルギであり、破壊エネルギをＥｖ、ピストン打撃エネルギをＥｓ、ピストン打撃回数をＮｓ、掘進速度をＶｄ、掘孔断面積をＡｒとすると、つぎの（１）式で表される。
Ｅｖ＝（Ｅｓ×Ｎｓ）／（Ｖｄ／Ａｒ）・・・（１）
【０００５】
また、同公報の従来例では、例えば、地下石油備蓄基地工事のうち、水封トンネル工事における水封ボーリング孔の削孔時に、事前に試験削孔を行い、岩盤等級毎の破壊エネルギを確率・統計的手法を用いて把握することにより、破壊エネルギをパラメータとした岩盤評価を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の削孔においては、ドリルロッドの先端に推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギという三種類のエネルギを作用させることにより地盤を削孔するロータリパーカッションドリルが用いられる。
【０００７】
ここで、ロータリパーカッションドリルにおいても、施工範囲における地層岩盤を的確に評価予測することが望まれる。しかしながら、特公平７−４９７５６号公報に開示された方法をロータリパーカッションドリルに適用した場合には、地層岩盤の判別精度が低下するという問題点が発生する。
【０００８】
すなわち、ロータリパーカッションドリルにおいては、削孔対象の地盤特性に応じて、削孔に対する三種類のエネルギの寄与度が変化する。すなわち、比較的柔らかい地盤では、推進力エネルギや回転エネルギの寄与度が高くなる傾向を示す。これに対して、硬い地盤では、打撃エネルギの寄与度が高くなる傾向を示す。
【０００９】
従って、破壊エネルギ（ピストン打撃エネルギ、ピストン打撃回数、掘進速度、掘孔断面積）という限定されたパラメータから地層岩盤を判別する従来の方法では、硬い地盤の判別には有利であるが、ロータリパーカッションドリルにおける推進力エネルギおよび回転エネルギという重要なパラメータが考慮されないため、柔らかい地盤の判別が難しくなる。
【００１０】
このように、従来の方法は、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地盤地層の判別に適さないのである。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地層岩盤の判別精度を高めることができる地層岩盤判別方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、地盤削孔時に削孔装置の削孔部に作用している推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギをセンサ検出パラメータに基づいて算出する工程と、前記推進力エネルギ、前記回転エネルギおよび前記打撃エネルギの合計に基づいて単位体積削孔エネルギを算出する工程と、算出した単位体積削孔エネルギと深度／柱状図データとの相関に基づいて、地層岩盤の判別基準を設定する工程と、実削孔時に得られた推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギと前記判別基準との比較結果より削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、地盤削孔時に削孔装置の削孔部に作用している推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギの合計に基づいて単位体積削孔エネルギを算出し、実削孔時に得られた推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギと判別基準との比較結果より削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別することとしたので、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地層岩盤の判別精度を高めることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明にかかる地層岩盤判別方法の一実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明にかかる一実施の形態が適用される削孔システム１００の構成を示す側面図である。同図に示した削孔システム１００は、前述したロータリパーカッション方式が採用されており、ドリルロッド１０３の先端（ビット１０４）に、回転エネルギ、打撃エネルギおよび推進力エネルギという三種類のエネルギを複合的に作用させて、地盤Ｇを削孔し孔Ｈを形成するためのシステムである。
【００２６】
また、削孔システム１００は、推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギの合計から求められる単位体積削孔エネルギＥits（または削孔エネルギＰ）に基づいて、施工範囲における地層岩盤を判別する機能を備えている。
【００２７】
削孔システム１００において、ベースマシン１０１は、ロータリパーカッションドリル装置１０２を垂直に支持する。ロータリパーカッションドリル装置１０２は、ロータリパーカッション方式のドリル装置である。ドリルロッド１０３は、先端に刃先部としてのビット１０４が取り付けられており、ロータリパーカッションドリル装置１０２に垂直方向に進退自在に設けられている。
【００２８】
このドリルロッド１０３は、推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギという三種類のエネルギが複合的に与えられつつ、ロータリパーカッションドリル装置１０２に沿って進退されることにより、地盤Ｇを削孔し孔Ｈを形成する。
【００２９】
回転駆動用モータ１０５は、ドリルロッド１０３に回転エネルギを付与することにより、ドリルロッド１０３を回転駆動させるモータである。送水ポンプ１０６は、ロータリパーカッションドリル装置１０２へ送水するためのポンプである。ピストン１０７は、ドリルロッド１０３に打撃エネルギを付与するものである。
【００３０】
削孔制御装置１０８は、ベースマシン１０１に設けられており、削孔作業に際して、ロータリパーカッションドリル装置１０２の各部を制御する。操作盤１０９は、削孔制御装置１０８に接続されており、オペレータにより操作される。
【００３１】
地層岩盤判別装置２００は、図２に示した各パラメータを用いて、図３に示した推進力エネルギＰf 、回転エネルギＰr および打撃エネルギＰs の合計である削孔エネルギＰから求められる単位体積削孔エネルギＥits に基づいて、ロータリパーカッションドリル装置１０２の削孔範囲における地層岩盤をリアルタイムで判別し、判別結果を表示する装置であり、ベースマシン１０１に設けられている。
【００３２】
図３に示したように、地層岩盤判別装置２００においては、事前の調査削孔で得られた単位体積削孔エネルギＥits と、深度に応じた地層岩盤の状況を表す深度／柱状図データとの相関に基づいて、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC が予め求められる。
【００３３】
第１の判別基準ＬB は、岩種（地層岩盤）のＡとＢとを判別するための基準である。第２の判別基準ＬC は、岩種のＢとＣとを判別するための基準である。
【００３４】
そして、地層岩盤判別装置２００においては、実際に削孔システム１００で削孔されている間の単位体積削孔エネルギＥits と、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC （＞第１の判別基準ＬB ）との比較結果から岩種（地層岩盤）をリアルタイムで判別し、判別結果を表示する。
【００３５】
具体的には、単位体積削孔エネルギＥits が第１の判別基準ＬB 未満である場合には、岩種（地層岩盤）がＡとして判別される。また、単位体積削孔エネルギＥits が第１の判別基準ＬB 以上第２の判別基準ＬC 未満である場合には、岩種（地層岩盤）がＢとして判別される。また、単位体積削孔エネルギＥits が第２の判別基準ＬC 以上である場合には、岩種（地層岩盤）がＣとして判別される。
【００３６】
また、岩種Ａ、ＢおよびＣにおける柔らかさは、岩種Ａ＞岩種Ｂ＞岩種Ｃの順である。つまり、岩種Ａ、ＢおよびＣの中では、岩種Ａが最も柔らかく、岩種Ｃが最も硬い。同図からわかるように、ロータリパーカッション方式においては、柔らかい岩種では、推進力エネルギＰf や回転エネルギＰr の寄与度が高くなる傾向を示す。これに対して、硬い岩種では、打撃エネルギＰs の寄与度が高くなる傾向を示す。
【００３７】
図２は、地層岩盤の判別に際して用いられる各パラメータを示す図である。同図において、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。同図において、Ｔは、ドリルロッド１０３の先端（ビット１０４）に作用する回転トルク［Ｎｍ］である。ＮT は、ドリルロッド１０３の回転数［回／ｓｅｃ］である。Ｆは、ドリルロッド１０３の先端（ビット１０４）に作用する推進力［Ｎ］である。
【００３８】
Ｓは、ピストン１０７の打撃によりドリルロッド１０３の先端（ビット１０４）に作用するピストン打撃エネルギ［Ｎｍ］である。Ｎs は、ピストン１０７がドリルロッド１０３へ打撃した単位時間あたりのピストン打撃回数［回／ｓｅｃ］である。
【００３９】
ｄδは、ドリルロッド１０３による削孔長［ｍ］である。ｄｔは、削孔長ｄδを削孔するのに要した所要時間［ｓｅｃ］である。Ｓp（＝ｄδ／ｄｔ）は、ドリルロッド１０３による単位時間あたりの削孔速度である。Ａは、孔Ｈの孔断面積［ｍ2］である。ｒは、孔Ｈの孔半径［ｍ］である。
【００４０】
図１に戻り、磁気センサ２０１は、ロータリパーカッションドリル装置１０２に設けられており、回転駆動用モータ１０５の回転数ＮT （図２参照）を検出するセンサである。
【００４１】
削孔長センサ２０２は、ロータリパーカッションドリル装置１０２に設けられており、ドリルロッド１０３の変位量、すなわち、削孔長ｄδ（図２参照）を検出するセンサである。圧力センサ２０３は、ベースマシン１０１に設けられており、推進力Ｆ、回転トルクＴおよびピストン打撃回数Ｎｓ（図２参照）を検出するセンサである。
【００４２】
これらの磁気センサ２０１、削孔長センサ２０２および圧力センサ２０３の各出力データは、センサ検出パラメータとして、地層岩盤判別装置２００に入力される。
【００４３】
図４は、図１に示した地層岩盤判別装置２００の構成を示すブロック図である。同図において、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。同図に示した入出力インタフェース２０６は、地層岩盤判別装置２００内の各部と、磁気センサ２０１、削孔長センサ２０２、圧力センサ２０３、入力部２０４および表示部２０５との入出力のインタフェースをとる。
【００４４】
磁気センサ２０１、削孔長センサ２０２および圧力センサ２０３（図１参照）は、前述した回転数ＮT 、削孔長ｄδ、推進力Ｆ、回転トルクＴおよびピストン打撃回数Ｎs という各センサ検出パラメータのデータを入出力インタフェース２０６へ出力する。
【００４５】
入力部２０４は、各種データの入力に用いられる。表示部２０５は、リアルタイムで地層岩盤の判別結果（図３参照）等を表示するためのＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等である。
【００４６】
制御部２０７は、地層岩盤判別装置２００の各部を制御する。推進力エネルギ算出部２０８は、入出力インタフェース２０６を介して各パラメータを取得し、後述する算出式に基づいて、ドリルロッド１０３（図１および図２参照）の先端（ビット１０４）に作用する推進力エネルギを算出する。
【００４７】
回転エネルギ算出部２０９は、入出力インタフェース２０６を介して各パラメータを取得し、後述する算出式に基づいて、ドリルロッド１０３（図１および図２参照）の先端（ビット１０４）に作用する回転エネルギを算出する。
【００４８】
打撃エネルギ算出部２１０は、入出力インタフェース２０６を介して各パラメータを取得し、後述する算出式に基づいて、ドリルロッド１０３（図１および図２参照）の先端（ビット１０４）に作用する打撃エネルギを算出する。
【００４９】
削孔エネルギ算出部２１１は、推進力エネルギ算出部２０８、回転エネルギ算出部２０９および打撃エネルギ算出部２１０でそれぞれ算出される推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギから、後述する算出式に基づいて、削孔エネルギを算出する。
【００５０】
判別基準設定部２１２は、前述したように、事前の調査削孔で得られた上記削孔エネルギと、深度／柱状図データとの相関に基づいて、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC （図３参照）を求め、これを地層岩盤判別部２１３に設定する。
【００５１】
地層岩盤判別部２１３は、図３に示したように、実際に削孔システム１００で削孔されている間の削孔エネルギと、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC との比較結果から岩種（地層岩盤）をリアルタイムで判別し、判別結果を表示部２０５に表示させる。
【００５２】
調査用エネルギデータ格納部２２０は、判別基準の設定の際に調査用として算出されるエネルギ（推進力エネルギ、回転エネルギ、打撃エネルギおよび削孔エネルギ）に関する調査用エネルギデータを格納する。
【００５３】
深度／柱状図データ格納部２３０は、調査用として作成される深度／柱状図データを格納する。地層岩盤判別データ格納部２４０は、地層岩盤判別部２１３の判別結果である地層岩盤判別データを格納する。
【００５４】
つぎに、一実施の形態の動作について、図５〜図７に示したフローチャートを参照しつつ説明する。図５に示したステップＳＡ１では、調査削孔が実施され、地層岩盤の判別基準、すなわち、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC を地層岩盤判別部２１３に設定するための判別基準設定処理が実行される。
【００５５】
具体的には、図６に示したステップＳＢ１では、入力部２０４より、パラメータとして、孔半径ｒ、ピストン打撃エネルギＳおよび孔断面積Ａ（いずれも固定値）が入力される。これにより、回転エネルギ算出部２０９には、孔半径ｒが初期設定される。打撃エネルギ算出部２１０には、ピストン打撃エネルギＳが初期設定される。また、削孔エネルギ算出部２１１には、孔断面積Ａが初期設定される。
【００５６】
以後、削孔システム１００により調査削孔され、磁気センサ２０１、削孔長センサ２０２および圧力センサ２０３からセンサ検出パラメータのデータが地層岩盤判別装置２００に出力される。また、調査削孔においては、コアサンプリング等により、深度／柱状図データが作成される。
【００５７】
ステップＳＢ２では、推進力エネルギ算出部２０８、回転エネルギ算出部２０９、打撃エネルギ算出部２１０および削孔エネルギ算出部２１１のそれぞれは、磁気センサ２０１、削孔長センサ２０２および圧力センサ２０３より調査用のセンサ検出パラメータ（回転数ＮT 、削孔長ｄδ、推進力Ｆ、回転トルクＴおよびピストン打撃回数Ｎs ）を取得する。
【００５８】
ステップＳＢ３では、推進力エネルギ算出部２０８は、各パラメータに基づいて、調査用の推進力エネルギを算出する。具体的には、推進力エネルギ算出部２０８は、次の（２）式に、推進力Ｆ、削孔長ｄδおよび所要時間ｄｔを代入することにより、単位時間あたりの推進力エネルギＰf を算出する。
【００５９】
Ｐf ＝Ｆ×ｄδ／ｄｔ［Ｎｍ／ｓｅｃ］ ・・・（２）
【００６０】
ここで、（２）式におけるｄδ／ｄｔが削孔速度Ｓp（図２参照）であるため、（２）式はつぎの（３）式で表される。
【００６１】
Ｐf ＝Ｆ×Ｓp ［Ｎｍ／ｓｅｃ］ ・・・（３）
【００６２】
ステップＳＢ４では、回転エネルギ算出部２０９は、各パラメータに基づいて、調査用の回転エネルギを算出する。具体的には、回転エネルギ算出部２０９は、次の（４）式に回転トルクＴ、孔半径ｒおよび回転数ＮT を代入することにより、単位時間あたりの回転エネルギＰr を算出する。
【００６３】
Ｐr ＝（Ｔ／ｒ）×２πｒ×ＮT
＝２π×Ｔ×ＮT ［Ｎｍ／ｓｅｃ］・・・（４）
【００６４】
ステップＳＢ５では、打撃エネルギ算出部２１０は、各パラメータに基づいて、調査用の打撃エネルギを算出する。具体的には、打撃エネルギ算出部２１０は、次の（５）式にピストン打撃エネルギＳおよびピストン打撃回数Ｎs を代入することにより、単位時間あたりの打撃エネルギＰs を算出する。
Ｐs ＝Ｓ×Ｎs ［Ｎｍ／ｓｅｃ］・・・（５）
【００６５】
ステップＳＢ６では、削孔エネルギ算出部２１１は、推進力エネルギ算出部２０８、回転エネルギ算出部２０９および打撃エネルギ算出部２１０で算出された推進力エネルギＰf 、回転エネルギＰr および打撃エネルギＰs を次の（６）式に代入することにより、単位時間あたりの削孔エネルギＰを算出する。
【００６６】
Ｐ＝Ｐf ＋Ｐr ＋Ｐs ［Ｎｍ／ｓｅｃ］・・・（６）
【００６７】
つぎに、削孔エネルギ算出部２１１は、単位体積の地盤を削孔するのに必要な単位体積削孔エネルギＥits を算出する。ここで、単位体積削孔エネルギＥits は、単位時間あたりの削孔エネルギをＰ（（６）式参照）、単位時間あたりの掘削体積をｄＶ／ｄｔとすると、つぎの（７）式で表される。
【００６８】
Ｅits ＝Ｐ／（ｄＶ／ｄｔ）・・・（７）
【００６９】
ここで、（７）式に示した削孔エネルギＰを（３）式〜（６）式で表し、（ｄＶ／ｄｔ）を孔断面積Ａおよび削孔速度Ｓp で表すと、（７）式は、つぎの（８）式に変形される。
【００７０】
Ｅits ＝（（Ｆ×Ｓp ）＋（２π×Ｔ×ＮT ）＋（Ｓ×Ｎs ））／（Ａ×Ｓp） ・・・（８）
【００７１】
削孔エネルギ算出部２１１は、推進力Ｆ、削孔速度Ｓp 、回転トルクＴ、回転数ＮT 、ピストン打撃エネルギＳ、ピストン打撃回数Ｎs 、孔断面積Ａ 、削孔速度Ｓp という各パラメータを（８）式に代入することにより、単位体積削孔エネルギＥits を算出する。
【００７２】
ステップＳＢ７では、制御部２０７は、推進力エネルギ算出部２０８、回転エネルギ算出部２０９、打撃エネルギ算出部２１０、削孔エネルギ算出部２１１でそれぞれ算出された推進力エネルギＰf 、回転エネルギＰr 、打撃エネルギＰs 、削孔エネルギＰおよび単位体積削孔エネルギＥits を深度に対応付けて調査用エネルギデータとして、調査用エネルギデータ格納部２２０に格納する。なお、深度は、削孔長ｄδに対応している。
【００７３】
ステップＳＢ８では、調査削孔が終了したか否かが判断され、この場合、判断結果が「Ｎｏ」とされる。
【００７４】
以後、ステップＳＢ８の判断結果が「Ｙｅｓ」になるまで、調査削孔が進み、ステップＳＢ２〜ステップＳＢ７が繰り返し実行される。これにより、調査用エネルギデータ格納部２２０には、深度に対応付けて調査用エネルギデータが順次格納される。また、調査削孔が進むにつれて、深度／柱状図データも順次作成される。
【００７５】
そして、ステップＳＢ８の判断結果が「Ｙｅｓ」になると、ステップＳＢ９では、制御部２０７は、入力部２０４および入出力インタフェース２０６を介して、上記作成された深度／柱状図データを取得する。ステップＳＢ１０では、制御部２０７は、深度／柱状図データを深度／柱状図データ格納部２３０に格納する。
【００７６】
ステップＳＢ１１では、判別基準設定部２１２は、調査用エネルギデータ格納部２２０から調査用エネルギデータとして単位体積削孔エネルギＥits のデータを取得するとともに、深度／柱状図データ格納部２３０より深度／柱状図データを取得する。
【００７７】
つぎに、判別基準設定部２１２は、図３に示したように、単位体積削孔エネルギＥits と深度／柱状図データとの相関を調べ、判別基準として、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC を求める。
【００７８】
ステップＳＢ１２では、判別基準設定部２１２は、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC を地層岩盤判別部２１３に設定する。これにより、一連の判別基準設定処理が終了する。
【００７９】
図５に示したステップＳＡ２では、削孔システム１００による深度０からの削孔が開始され、判別基準設定処理で設定された第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC に基づいて、実際に地層岩盤を判別するための地層岩盤判別処理が実行される。
【００８０】
具体的には、図７に示したステップＳＣ１では、推進力エネルギ算出部２０８、回転エネルギ算出部２０９、打撃エネルギ算出部２１０および削孔エネルギ算出部２１１のそれぞれは、磁気センサ２０１、削孔長センサ２０２および圧力センサ２０３より判別用のセンサ検出パラメータ（回転数ＮT 、削孔長ｄδ、推進力Ｆ、回転トルクＴおよびピストン打撃回数Ｎs ）を取得する。
【００８１】
ステップＳＣ２では、推進力エネルギ算出部２０８は、前述した（２）式に、推進力Ｆ、削孔長ｄδおよび所要時間ｄｔを代入することにより、単位時間あたりの判別用の推進力エネルギＰf を算出する。
【００８２】
ステップＳＣ３では、回転エネルギ算出部２０９は、前述した（４）式に回転トルクＴ、孔半径ｒおよび回転数ＮT を代入することにより、単位時間あたりの判別用の回転エネルギＰr を算出する。
【００８３】
ステップＳＣ４では、打撃エネルギ算出部２１０は、前述した（５）式にピストン打撃エネルギＳおよびピストン打撃回数Ｎs を代入することにより、単位時間あたりの判別用の打撃エネルギＰs を算出する。
【００８４】
ステップＳＣ５では、削孔エネルギ算出部２１１は、推進力エネルギ算出部２０８、回転エネルギ算出部２０９および打撃エネルギ算出部２１０で算出された推進力エネルギＰf 、回転エネルギＰr および打撃エネルギＰs と（６）式〜（８）式とから、単位時間あたりの判別用の単位体積削孔エネルギＥits を算出する。
【００８５】
ステップＳＣ６では、地層岩盤判別部２１３は、図３に示したように、単位体積削孔エネルギＥits と、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC との比較結果から岩種（地層岩盤）を判別し、判別結果を地層岩盤判別データとする。
【００８６】
なお、一実施の形態においては、削孔エネルギ算出部２１１で前述した（６）式から削孔エネルギＰを求めた後、地層岩盤判別部２１３で削孔エネルギＰと判別基準との比較結果から地層岩盤を判別してもよい。
【００８７】
ステップＳＣ７では、地層岩盤判別部２１３は、地層岩盤判別データを入出力インタフェース２０６を介して、図３に示したように、表示部２０５にリアルタイムに表示させる。
【００８８】
ステップＳＣ８では、地層岩盤判別部２１３は、地層岩盤判別データを地層岩盤判別データ格納部２４０に格納する。ステップＳＣ９では、削孔が終了したか否かが判断され、この場合、判断結果が「Ｎｏ」とされる。
【００８９】
以後、ステップＳＣ９の判断結果が「Ｙｅｓ」になるまで、削孔が進み、ステップＳＣ１〜ステップＳＣ８が繰り返し実行される。これにより、表示部２０５には、図３に示したように、リアルタイムに深度に応じた岩種の判別結果（地層岩盤判別データ）が表示されるとともに、地層岩盤判別データ格納部２４０に地層岩盤判別データが順次格納される。
【００９０】
そして、ステップＳＣ９の判断結果が「Ｙｅｓ」になると、一連の地層岩盤判別処理が終了する。
【００９１】
また、一実施の形態においては、図１および図２に示した地層岩盤判別装置２００を地盤改良に適用して、改良対象地盤と健全地盤との判別に応用してもよい。図８は、同地層岩盤判別装置２００を地盤改良に適用した場合の動作を説明するフローチャートである。
【００９２】
同図に示したステップＳＤ１では、地盤改良前に、改良対象地盤と健全地盤とを含む地盤範囲について、図６に示した判別基準設定処理と同様にして、判別基準設定処理（地盤改良前）が実行される。これにより、改良対象地盤、健全地盤等を判別するための第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC が地層岩盤判別部２１３に設定される。
【００９３】
ステップＳＤ２では、地盤改良前に、改良対象地盤と健全地盤とを含む地盤範囲について、図７に示した地層岩盤判別処理と同様にして、地層岩盤判別処理（地盤改良前）が実行される。これにより、実際に削孔システム１００で地盤範囲が削孔され、削孔エネルギと、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC との比較結果に基づいて、改良対象地盤や健全地盤等の判別がリアルタイムで行われる。
【００９４】
ステップＳＤ３では、判別結果に基づいて、改良対象地盤を健全地盤化するための地盤改良が実施される。
【００９５】
ステップＳＤ４では、地盤改良の効果を確認するために、地盤改良後に、当該地盤範囲について、図７に示した地層岩盤判別処理と同様にして、地層岩盤判別処理（地盤改良後）が実行される。
【００９６】
これにより、実際に削孔システム１００で地盤範囲が削孔され、削孔エネルギと、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC との比較結果に基づいて、判別がリアルタイムで行われる。そして、ステップＳＤ２での判別結果とステップＳＤ４での判別結果とを比較することにより、地盤改良の効果が容易に把握される。
【００９７】
なお、一実施の形態においては、地層岩盤判別部２１３により、ステップＳＤ２での地盤改良前の判別結果と、ステップＳＤ４での地盤改良後の判別結果とを表示部２０５に比較表示してもよい。
【００９８】
以上説明したように、一実施の形態によれば、地盤削孔時にロータリパーカッション方式によるドリルロッド１０３の先端部（ビット１０４）に作用している推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギという三種類のエネルギ（削孔エネルギ）を算出し、図３に示したように、実削孔時に得られた推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギの合計に基づく単位体積削孔エネルギＥits と判別基準（第１の判別基準ＬB 、第２の判別基準ＬC ）との比較結果より削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別することとしたので、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地層岩盤の判別精度を高めることができる。
【００９９】
また、一実施の形態によれば、図８を参照して説明したように、地盤削孔時に削孔装置の削孔部に作用している推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギの合計に基づく単位体積削孔エネルギＥits を算出し、地盤改良前の実削孔時に得られた推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギに基づく単位体積削孔エネルギＥits と判別基準（第１の判別基準ＬB 、第２の判別基準ＬC ）との比較結果より削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別した後、地盤改良後も同様にして、削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別することとしたので、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地層岩盤（例えば、改良対象地盤、健全地盤）の判別精度を高めることができる。
【０１００】
また、一実施の形態によれば、地盤改良前の判別結果と地盤改良後の判別結果とを表示部２０５に比較表示することとしたので、地盤改良の効果を容易に把握することができる。
【０１０１】
以上本発明にかかる一実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成例はこの一実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【０１０２】
例えば、前述した一実施の形態においては、地層岩盤判別装置２００の機能を実現するためのプログラムを図９に示したコンピュータ読み取り可能な記録媒体４００に記録して、この記録媒体４００に記録されたプログラムを同図に示したコンピュータ３００に読み込ませ、実行することにより各機能を実現してもよい。
【０１０３】
同図に示したコンピュータ３００は、上記プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）３１０と、キーボード、マウス等の入力装置３２０と、各種データを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）３３０と、演算パラメータ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）３４０と、記録媒体４００からプログラムを読み取る読取装置３５０と、ディスプレイ、プリンタ等の出力装置３６０と、装置各部を接続するバス３７０とから構成されている。
【０１０４】
ＣＰＵ３１０は、読取装置３５０を経由して記録媒体４００に記録されているプログラムを読み込んだ後、プログラムを実行することにより、前述した機能を実現する。なお、記録媒体４００としては、光ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク等が挙げられる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、地盤削孔時に削孔装置の削孔部に作用している推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギの合計に基づいて単位体積削孔エネルギを算出し、実削孔時に得られた推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギと判別基準との比較結果より削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別することとしたので、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地層岩盤の判別精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる一実施の形態が適用される削孔システム１００の構成を示す側面図である。
【図２】同一実施の形態で用いられる各パラメータを示す図である。
【図３】同一実施の形態における地層岩盤判別方法を説明する図である。
【図４】図１に示した地層岩盤判別装置２００の構成を示すブロック図である。
【図５】同一実施の形態の動作を説明するフローチャートである。
【図６】図５および図８に示した判別基準設定処理を説明するフローチャートである。
【図７】図５および図８に示した地層岩盤判別処理を説明するフローチャートである。
【図８】図１および図４に示した地層岩盤判別装置２００を地盤改良に適用した場合の動作を説明するフローチャートである。
【図９】同一実施の形態の変形例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００ 削孔システム
１０２ ロータリパーカッションドリル装置
１０３ ドリルロッド
１０４ ビット
１０５ 回転駆動用モータ
１０８ 削孔制御装置
２００ 地層岩盤判別装置
２０１ 磁気センサ
２０２ 削孔長センサ
２０３ 圧力センサ
２０４ 入力部
２０５ 表示部
２０７ 制御部
２０８ 推進力エネルギ算出部
２０９ 回転エネルギ算出部
２１０ 打撃エネルギ算出部
２１１ 削孔エネルギ算出部
２１２ 判別基準設定部
２１３ 地層岩盤判別部
２２０ 調査用エネルギデータ格納部
２３０ 深度／柱状図データ格納部
２４０ 地層岩盤判別データ格納部
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ロータリパーカッションドリルによる地盤の削孔時に用いられる地層岩盤判別方法に関するものであり、特に、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地層岩盤の判別精度を高めることができる地層岩盤判別方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、地下空洞等の施工に際して、施工範囲における地層岩盤を的確に評価予測することは、施工を進める上で極めて重要である。このことから従来においては、様々な地層岩盤の判別方法が提案されている。
【０００３】
例えば、特公平７−４９７５６号公報には、ピストン打撃による油圧式パーカッションドリルで地盤を削孔し、単位孔長あたりの平均破壊エネルギを算出した後、確率・統計的手法により岩盤等級と破壊エネルギとの対応付けを行い、破壊エネルギによる岩盤評価を実施し、大型コンピュータによる画像処理を行い、破壊エネルギの分布状態を把握して切羽前方の地層岩盤の評価や予測を行う方法が開示されている。
【０００４】
ここで、破壊エネルギは、油圧式パーカッションドリルが削孔に要した、つまり、岩盤を破壊するのに要したエネルギであり、破壊エネルギをＥｖ、ピストン打撃エネルギをＥｓ、ピストン打撃回数をＮｓ、掘進速度をＶｄ、掘孔断面積をＡｒとすると、つぎの（１）式で表される。
Ｅｖ＝（Ｅｓ×Ｎｓ）／（Ｖｄ／Ａｒ）・・・（１）
【０００５】
また、同公報の従来例では、例えば、地下石油備蓄基地工事のうち、水封トンネル工事における水封ボーリング孔の削孔時に、事前に試験削孔を行い、岩盤等級毎の破壊エネルギを確率・統計的手法を用いて把握することにより、破壊エネルギをパラメータとした岩盤評価を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の削孔においては、ドリルロッドの先端に推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギという三種類のエネルギを作用させることにより地盤を削孔するロータリパーカッションドリルが用いられる。
【０００７】
ここで、ロータリパーカッションドリルにおいても、施工範囲における地層岩盤を的確に評価予測することが望まれる。しかしながら、特公平７−４９７５６号公報に開示された方法をロータリパーカッションドリルに適用した場合には、地層岩盤の判別精度が低下するという問題点が発生する。
【０００８】
すなわち、ロータリパーカッションドリルにおいては、削孔対象の地盤特性に応じて、削孔に対する三種類のエネルギの寄与度が変化する。すなわち、比較的柔らかい地盤では、推進力エネルギや回転エネルギの寄与度が高くなる傾向を示す。これに対して、硬い地盤では、打撃エネルギの寄与度が高くなる傾向を示す。
【０００９】
従って、破壊エネルギ（ピストン打撃エネルギ、ピストン打撃回数、掘進速度、掘孔断面積）という限定されたパラメータから地層岩盤を判別する従来の方法では、硬い地盤の判別には有利であるが、ロータリパーカッションドリルにおける推進力エネルギおよび回転エネルギという重要なパラメータが考慮されないため、柔らかい地盤の判別が難しくなる。
【００１０】
このように、従来の方法は、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地盤地層の判別に適さないのである。
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地層岩盤の判別精度を高めることができる地層岩盤判別方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、地盤削孔時に削孔装置の削孔部に作用している推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギをセンサ検出パラメータに基づいて算出する工程と、前記推進力エネルギ、前記回転エネルギおよび前記打撃エネルギの合計に基づいて単位体積削孔エネルギを算出する工程と、算出した単位体積削孔エネルギと深度／柱状図データとの相関に基づいて、地層岩盤の判別基準を設定する工程と、実削孔時に得られた推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギと前記判別基準との比較結果より削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、地盤削孔時に削孔装置の削孔部に作用している推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギの合計に基づいて単位体積削孔エネルギを算出し、実削孔時に得られた推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギと判別基準との比較結果より削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別することとしたので、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地層岩盤の判別精度を高めることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明にかかる地層岩盤判別方法の一実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、本発明にかかる一実施の形態が適用される削孔システム１００の構成を示す側面図である。同図に示した削孔システム１００は、前述したロータリパーカッション方式が採用されており、ドリルロッド１０３の先端（ビット１０４）に、回転エネルギ、打撃エネルギおよび推進力エネルギという三種類のエネルギを複合的に作用させて、地盤Ｇを削孔し孔Ｈを形成するためのシステムである。
【００２６】
また、削孔システム１００は、推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギの合計から求められる単位体積削孔エネルギＥits（または削孔エネルギＰ）に基づいて、施工範囲における地層岩盤を判別する機能を備えている。
【００２７】
削孔システム１００において、ベースマシン１０１は、ロータリパーカッションドリル装置１０２を垂直に支持する。ロータリパーカッションドリル装置１０２は、ロータリパーカッション方式のドリル装置である。ドリルロッド１０３は、先端に刃先部としてのビット１０４が取り付けられており、ロータリパーカッションドリル装置１０２に垂直方向に進退自在に設けられている。
【００２８】
このドリルロッド１０３は、推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギという三種類のエネルギが複合的に与えられつつ、ロータリパーカッションドリル装置１０２に沿って進退されることにより、地盤Ｇを削孔し孔Ｈを形成する。
【００２９】
回転駆動用モータ１０５は、ドリルロッド１０３に回転エネルギを付与することにより、ドリルロッド１０３を回転駆動させるモータである。送水ポンプ１０６は、ロータリパーカッションドリル装置１０２へ送水するためのポンプである。ピストン１０７は、ドリルロッド１０３に打撃エネルギを付与するものである。
【００３０】
削孔制御装置１０８は、ベースマシン１０１に設けられており、削孔作業に際して、ロータリパーカッションドリル装置１０２の各部を制御する。操作盤１０９は、削孔制御装置１０８に接続されており、オペレータにより操作される。
【００３１】
地層岩盤判別装置２００は、図２に示した各パラメータを用いて、図３に示した推進力エネルギＰf 、回転エネルギＰr および打撃エネルギＰs の合計である削孔エネルギＰから求められる単位体積削孔エネルギＥits に基づいて、ロータリパーカッションドリル装置１０２の削孔範囲における地層岩盤をリアルタイムで判別し、判別結果を表示する装置であり、ベースマシン１０１に設けられている。
【００３２】
図３に示したように、地層岩盤判別装置２００においては、事前の調査削孔で得られた単位体積削孔エネルギＥits と、深度に応じた地層岩盤の状況を表す深度／柱状図データとの相関に基づいて、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC が予め求められる。
【００３３】
第１の判別基準ＬB は、岩種（地層岩盤）のＡとＢとを判別するための基準である。第２の判別基準ＬC は、岩種のＢとＣとを判別するための基準である。
【００３４】
そして、地層岩盤判別装置２００においては、実際に削孔システム１００で削孔されている間の単位体積削孔エネルギＥits と、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC （＞第１の判別基準ＬB ）との比較結果から岩種（地層岩盤）をリアルタイムで判別し、判別結果を表示する。
【００３５】
具体的には、単位体積削孔エネルギＥits が第１の判別基準ＬB 未満である場合には、岩種（地層岩盤）がＡとして判別される。また、単位体積削孔エネルギＥits が第１の判別基準ＬB 以上第２の判別基準ＬC 未満である場合には、岩種（地層岩盤）がＢとして判別される。また、単位体積削孔エネルギＥits が第２の判別基準ＬC 以上である場合には、岩種（地層岩盤）がＣとして判別される。
【００３６】
また、岩種Ａ、ＢおよびＣにおける柔らかさは、岩種Ａ＞岩種Ｂ＞岩種Ｃの順である。つまり、岩種Ａ、ＢおよびＣの中では、岩種Ａが最も柔らかく、岩種Ｃが最も硬い。同図からわかるように、ロータリパーカッション方式においては、柔らかい岩種では、推進力エネルギＰf や回転エネルギＰr の寄与度が高くなる傾向を示す。これに対して、硬い岩種では、打撃エネルギＰs の寄与度が高くなる傾向を示す。
【００３７】
図２は、地層岩盤の判別に際して用いられる各パラメータを示す図である。同図において、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。同図において、Ｔは、ドリルロッド１０３の先端（ビット１０４）に作用する回転トルク［Ｎｍ］である。ＮT は、ドリルロッド１０３の回転数［回／ｓｅｃ］である。Ｆは、ドリルロッド１０３の先端（ビット１０４）に作用する推進力［Ｎ］である。
【００３８】
Ｓは、ピストン１０７の打撃によりドリルロッド１０３の先端（ビット１０４）に作用するピストン打撃エネルギ［Ｎｍ］である。Ｎs は、ピストン１０７がドリルロッド１０３へ打撃した単位時間あたりのピストン打撃回数［回／ｓｅｃ］である。
【００３９】
ｄδは、ドリルロッド１０３による削孔長［ｍ］である。ｄｔは、削孔長ｄδを削孔するのに要した所要時間［ｓｅｃ］である。Ｓp（＝ｄδ／ｄｔ）は、ドリルロッド１０３による単位時間あたりの削孔速度である。Ａは、孔Ｈの孔断面積［ｍ2］である。ｒは、孔Ｈの孔半径［ｍ］である。
【００４０】
図１に戻り、磁気センサ２０１は、ロータリパーカッションドリル装置１０２に設けられており、回転駆動用モータ１０５の回転数ＮT （図２参照）を検出するセンサである。
【００４１】
削孔長センサ２０２は、ロータリパーカッションドリル装置１０２に設けられており、ドリルロッド１０３の変位量、すなわち、削孔長ｄδ（図２参照）を検出するセンサである。圧力センサ２０３は、ベースマシン１０１に設けられており、推進力Ｆ、回転トルクＴおよびピストン打撃回数Ｎｓ（図２参照）を検出するセンサである。
【００４２】
これらの磁気センサ２０１、削孔長センサ２０２および圧力センサ２０３の各出力データは、センサ検出パラメータとして、地層岩盤判別装置２００に入力される。
【００４３】
図４は、図１に示した地層岩盤判別装置２００の構成を示すブロック図である。同図において、図１の各部に対応する部分には同一の符号を付ける。同図に示した入出力インタフェース２０６は、地層岩盤判別装置２００内の各部と、磁気センサ２０１、削孔長センサ２０２、圧力センサ２０３、入力部２０４および表示部２０５との入出力のインタフェースをとる。
【００４４】
磁気センサ２０１、削孔長センサ２０２および圧力センサ２０３（図１参照）は、前述した回転数ＮT 、削孔長ｄδ、推進力Ｆ、回転トルクＴおよびピストン打撃回数Ｎs という各センサ検出パラメータのデータを入出力インタフェース２０６へ出力する。
【００４５】
入力部２０４は、各種データの入力に用いられる。表示部２０５は、リアルタイムで地層岩盤の判別結果（図３参照）等を表示するためのＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等である。
【００４６】
制御部２０７は、地層岩盤判別装置２００の各部を制御する。推進力エネルギ算出部２０８は、入出力インタフェース２０６を介して各パラメータを取得し、後述する算出式に基づいて、ドリルロッド１０３（図１および図２参照）の先端（ビット１０４）に作用する推進力エネルギを算出する。
【００４７】
回転エネルギ算出部２０９は、入出力インタフェース２０６を介して各パラメータを取得し、後述する算出式に基づいて、ドリルロッド１０３（図１および図２参照）の先端（ビット１０４）に作用する回転エネルギを算出する。
【００４８】
打撃エネルギ算出部２１０は、入出力インタフェース２０６を介して各パラメータを取得し、後述する算出式に基づいて、ドリルロッド１０３（図１および図２参照）の先端（ビット１０４）に作用する打撃エネルギを算出する。
【００４９】
削孔エネルギ算出部２１１は、推進力エネルギ算出部２０８、回転エネルギ算出部２０９および打撃エネルギ算出部２１０でそれぞれ算出される推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギから、後述する算出式に基づいて、削孔エネルギを算出する。
【００５０】
判別基準設定部２１２は、前述したように、事前の調査削孔で得られた上記削孔エネルギと、深度／柱状図データとの相関に基づいて、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC （図３参照）を求め、これを地層岩盤判別部２１３に設定する。
【００５１】
地層岩盤判別部２１３は、図３に示したように、実際に削孔システム１００で削孔されている間の削孔エネルギと、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC との比較結果から岩種（地層岩盤）をリアルタイムで判別し、判別結果を表示部２０５に表示させる。
【００５２】
調査用エネルギデータ格納部２２０は、判別基準の設定の際に調査用として算出されるエネルギ（推進力エネルギ、回転エネルギ、打撃エネルギおよび削孔エネルギ）に関する調査用エネルギデータを格納する。
【００５３】
深度／柱状図データ格納部２３０は、調査用として作成される深度／柱状図データを格納する。地層岩盤判別データ格納部２４０は、地層岩盤判別部２１３の判別結果である地層岩盤判別データを格納する。
【００５４】
つぎに、一実施の形態の動作について、図５〜図７に示したフローチャートを参照しつつ説明する。図５に示したステップＳＡ１では、調査削孔が実施され、地層岩盤の判別基準、すなわち、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC を地層岩盤判別部２１３に設定するための判別基準設定処理が実行される。
【００５５】
具体的には、図６に示したステップＳＢ１では、入力部２０４より、パラメータとして、孔半径ｒ、ピストン打撃エネルギＳおよび孔断面積Ａ（いずれも固定値）が入力される。これにより、回転エネルギ算出部２０９には、孔半径ｒが初期設定される。打撃エネルギ算出部２１０には、ピストン打撃エネルギＳが初期設定される。また、削孔エネルギ算出部２１１には、孔断面積Ａが初期設定される。
【００５６】
以後、削孔システム１００により調査削孔され、磁気センサ２０１、削孔長センサ２０２および圧力センサ２０３からセンサ検出パラメータのデータが地層岩盤判別装置２００に出力される。また、調査削孔においては、コアサンプリング等により、深度／柱状図データが作成される。
【００５７】
ステップＳＢ２では、推進力エネルギ算出部２０８、回転エネルギ算出部２０９、打撃エネルギ算出部２１０および削孔エネルギ算出部２１１のそれぞれは、磁気センサ２０１、削孔長センサ２０２および圧力センサ２０３より調査用のセンサ検出パラメータ（回転数ＮT 、削孔長ｄδ、推進力Ｆ、回転トルクＴおよびピストン打撃回数Ｎs ）を取得する。
【００５８】
ステップＳＢ３では、推進力エネルギ算出部２０８は、各パラメータに基づいて、調査用の推進力エネルギを算出する。具体的には、推進力エネルギ算出部２０８は、次の（２）式に、推進力Ｆ、削孔長ｄδおよび所要時間ｄｔを代入することにより、単位時間あたりの推進力エネルギＰf を算出する。
【００５９】
Ｐf ＝Ｆ×ｄδ／ｄｔ［Ｎｍ／ｓｅｃ］ ・・・（２）
【００６０】
ここで、（２）式におけるｄδ／ｄｔが削孔速度Ｓp（図２参照）であるため、（２）式はつぎの（３）式で表される。
【００６１】
Ｐf ＝Ｆ×Ｓp ［Ｎｍ／ｓｅｃ］ ・・・（３）
【００６２】
ステップＳＢ４では、回転エネルギ算出部２０９は、各パラメータに基づいて、調査用の回転エネルギを算出する。具体的には、回転エネルギ算出部２０９は、次の（４）式に回転トルクＴ、孔半径ｒおよび回転数ＮT を代入することにより、単位時間あたりの回転エネルギＰr を算出する。
【００６３】
Ｐr ＝（Ｔ／ｒ）×２πｒ×ＮT
＝２π×Ｔ×ＮT ［Ｎｍ／ｓｅｃ］・・・（４）
【００６４】
ステップＳＢ５では、打撃エネルギ算出部２１０は、各パラメータに基づいて、調査用の打撃エネルギを算出する。具体的には、打撃エネルギ算出部２１０は、次の（５）式にピストン打撃エネルギＳおよびピストン打撃回数Ｎs を代入することにより、単位時間あたりの打撃エネルギＰs を算出する。
Ｐs ＝Ｓ×Ｎs ［Ｎｍ／ｓｅｃ］・・・（５）
【００６５】
ステップＳＢ６では、削孔エネルギ算出部２１１は、推進力エネルギ算出部２０８、回転エネルギ算出部２０９および打撃エネルギ算出部２１０で算出された推進力エネルギＰf 、回転エネルギＰr および打撃エネルギＰs を次の（６）式に代入することにより、単位時間あたりの削孔エネルギＰを算出する。
【００６６】
Ｐ＝Ｐf ＋Ｐr ＋Ｐs ［Ｎｍ／ｓｅｃ］・・・（６）
【００６７】
つぎに、削孔エネルギ算出部２１１は、単位体積の地盤を削孔するのに必要な単位体積削孔エネルギＥits を算出する。ここで、単位体積削孔エネルギＥits は、単位時間あたりの削孔エネルギをＰ（（６）式参照）、単位時間あたりの掘削体積をｄＶ／ｄｔとすると、つぎの（７）式で表される。
【００６８】
Ｅits ＝Ｐ／（ｄＶ／ｄｔ）・・・（７）
【００６９】
ここで、（７）式に示した削孔エネルギＰを（３）式〜（６）式で表し、（ｄＶ／ｄｔ）を孔断面積Ａおよび削孔速度Ｓp で表すと、（７）式は、つぎの（８）式に変形される。
【００７０】
Ｅits ＝（（Ｆ×Ｓp ）＋（２π×Ｔ×ＮT ）＋（Ｓ×Ｎs ））／（Ａ×Ｓp） ・・・（８）
【００７１】
削孔エネルギ算出部２１１は、推進力Ｆ、削孔速度Ｓp 、回転トルクＴ、回転数ＮT 、ピストン打撃エネルギＳ、ピストン打撃回数Ｎs 、孔断面積Ａ 、削孔速度Ｓp という各パラメータを（８）式に代入することにより、単位体積削孔エネルギＥits を算出する。
【００７２】
ステップＳＢ７では、制御部２０７は、推進力エネルギ算出部２０８、回転エネルギ算出部２０９、打撃エネルギ算出部２１０、削孔エネルギ算出部２１１でそれぞれ算出された推進力エネルギＰf 、回転エネルギＰr 、打撃エネルギＰs 、削孔エネルギＰおよび単位体積削孔エネルギＥits を深度に対応付けて調査用エネルギデータとして、調査用エネルギデータ格納部２２０に格納する。なお、深度は、削孔長ｄδに対応している。
【００７３】
ステップＳＢ８では、調査削孔が終了したか否かが判断され、この場合、判断結果が「Ｎｏ」とされる。
【００７４】
以後、ステップＳＢ８の判断結果が「Ｙｅｓ」になるまで、調査削孔が進み、ステップＳＢ２〜ステップＳＢ７が繰り返し実行される。これにより、調査用エネルギデータ格納部２２０には、深度に対応付けて調査用エネルギデータが順次格納される。また、調査削孔が進むにつれて、深度／柱状図データも順次作成される。
【００７５】
そして、ステップＳＢ８の判断結果が「Ｙｅｓ」になると、ステップＳＢ９では、制御部２０７は、入力部２０４および入出力インタフェース２０６を介して、上記作成された深度／柱状図データを取得する。ステップＳＢ１０では、制御部２０７は、深度／柱状図データを深度／柱状図データ格納部２３０に格納する。
【００７６】
ステップＳＢ１１では、判別基準設定部２１２は、調査用エネルギデータ格納部２２０から調査用エネルギデータとして単位体積削孔エネルギＥits のデータを取得するとともに、深度／柱状図データ格納部２３０より深度／柱状図データを取得する。
【００７７】
つぎに、判別基準設定部２１２は、図３に示したように、単位体積削孔エネルギＥits と深度／柱状図データとの相関を調べ、判別基準として、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC を求める。
【００７８】
ステップＳＢ１２では、判別基準設定部２１２は、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC を地層岩盤判別部２１３に設定する。これにより、一連の判別基準設定処理が終了する。
【００７９】
図５に示したステップＳＡ２では、削孔システム１００による深度０からの削孔が開始され、判別基準設定処理で設定された第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC に基づいて、実際に地層岩盤を判別するための地層岩盤判別処理が実行される。
【００８０】
具体的には、図７に示したステップＳＣ１では、推進力エネルギ算出部２０８、回転エネルギ算出部２０９、打撃エネルギ算出部２１０および削孔エネルギ算出部２１１のそれぞれは、磁気センサ２０１、削孔長センサ２０２および圧力センサ２０３より判別用のセンサ検出パラメータ（回転数ＮT 、削孔長ｄδ、推進力Ｆ、回転トルクＴおよびピストン打撃回数Ｎs ）を取得する。
【００８１】
ステップＳＣ２では、推進力エネルギ算出部２０８は、前述した（２）式に、推進力Ｆ、削孔長ｄδおよび所要時間ｄｔを代入することにより、単位時間あたりの判別用の推進力エネルギＰf を算出する。
【００８２】
ステップＳＣ３では、回転エネルギ算出部２０９は、前述した（４）式に回転トルクＴ、孔半径ｒおよび回転数ＮT を代入することにより、単位時間あたりの判別用の回転エネルギＰr を算出する。
【００８３】
ステップＳＣ４では、打撃エネルギ算出部２１０は、前述した（５）式にピストン打撃エネルギＳおよびピストン打撃回数Ｎs を代入することにより、単位時間あたりの判別用の打撃エネルギＰs を算出する。
【００８４】
ステップＳＣ５では、削孔エネルギ算出部２１１は、推進力エネルギ算出部２０８、回転エネルギ算出部２０９および打撃エネルギ算出部２１０で算出された推進力エネルギＰf 、回転エネルギＰr および打撃エネルギＰs と（６）式〜（８）式とから、単位時間あたりの判別用の単位体積削孔エネルギＥits を算出する。
【００８５】
ステップＳＣ６では、地層岩盤判別部２１３は、図３に示したように、単位体積削孔エネルギＥits と、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC との比較結果から岩種（地層岩盤）を判別し、判別結果を地層岩盤判別データとする。
【００８６】
なお、一実施の形態においては、削孔エネルギ算出部２１１で前述した（６）式から削孔エネルギＰを求めた後、地層岩盤判別部２１３で削孔エネルギＰと判別基準との比較結果から地層岩盤を判別してもよい。
【００８７】
ステップＳＣ７では、地層岩盤判別部２１３は、地層岩盤判別データを入出力インタフェース２０６を介して、図３に示したように、表示部２０５にリアルタイムに表示させる。
【００８８】
ステップＳＣ８では、地層岩盤判別部２１３は、地層岩盤判別データを地層岩盤判別データ格納部２４０に格納する。ステップＳＣ９では、削孔が終了したか否かが判断され、この場合、判断結果が「Ｎｏ」とされる。
【００８９】
以後、ステップＳＣ９の判断結果が「Ｙｅｓ」になるまで、削孔が進み、ステップＳＣ１〜ステップＳＣ８が繰り返し実行される。これにより、表示部２０５には、図３に示したように、リアルタイムに深度に応じた岩種の判別結果（地層岩盤判別データ）が表示されるとともに、地層岩盤判別データ格納部２４０に地層岩盤判別データが順次格納される。
【００９０】
そして、ステップＳＣ９の判断結果が「Ｙｅｓ」になると、一連の地層岩盤判別処理が終了する。
【００９１】
また、一実施の形態においては、図１および図２に示した地層岩盤判別装置２００を地盤改良に適用して、改良対象地盤と健全地盤との判別に応用してもよい。図８は、同地層岩盤判別装置２００を地盤改良に適用した場合の動作を説明するフローチャートである。
【００９２】
同図に示したステップＳＤ１では、地盤改良前に、改良対象地盤と健全地盤とを含む地盤範囲について、図６に示した判別基準設定処理と同様にして、判別基準設定処理（地盤改良前）が実行される。これにより、改良対象地盤、健全地盤等を判別するための第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC が地層岩盤判別部２１３に設定される。
【００９３】
ステップＳＤ２では、地盤改良前に、改良対象地盤と健全地盤とを含む地盤範囲について、図７に示した地層岩盤判別処理と同様にして、地層岩盤判別処理（地盤改良前）が実行される。これにより、実際に削孔システム１００で地盤範囲が削孔され、削孔エネルギと、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC との比較結果に基づいて、改良対象地盤や健全地盤等の判別がリアルタイムで行われる。
【００９４】
ステップＳＤ３では、判別結果に基づいて、改良対象地盤を健全地盤化するための地盤改良が実施される。
【００９５】
ステップＳＤ４では、地盤改良の効果を確認するために、地盤改良後に、当該地盤範囲について、図７に示した地層岩盤判別処理と同様にして、地層岩盤判別処理（地盤改良後）が実行される。
【００９６】
これにより、実際に削孔システム１００で地盤範囲が削孔され、削孔エネルギと、第１の判別基準ＬB および第２の判別基準ＬC との比較結果に基づいて、判別がリアルタイムで行われる。そして、ステップＳＤ２での判別結果とステップＳＤ４での判別結果とを比較することにより、地盤改良の効果が容易に把握される。
【００９７】
なお、一実施の形態においては、地層岩盤判別部２１３により、ステップＳＤ２での地盤改良前の判別結果と、ステップＳＤ４での地盤改良後の判別結果とを表示部２０５に比較表示してもよい。
【００９８】
以上説明したように、一実施の形態によれば、地盤削孔時にロータリパーカッション方式によるドリルロッド１０３の先端部（ビット１０４）に作用している推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギという三種類のエネルギ（削孔エネルギ）を算出し、図３に示したように、実削孔時に得られた推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギの合計に基づく単位体積削孔エネルギＥits と判別基準（第１の判別基準ＬB 、第２の判別基準ＬC ）との比較結果より削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別することとしたので、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地層岩盤の判別精度を高めることができる。
【００９９】
また、一実施の形態によれば、図８を参照して説明したように、地盤削孔時に削孔装置の削孔部に作用している推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギの合計に基づく単位体積削孔エネルギＥits を算出し、地盤改良前の実削孔時に得られた推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギに基づく単位体積削孔エネルギＥits と判別基準（第１の判別基準ＬB 、第２の判別基準ＬC ）との比較結果より削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別した後、地盤改良後も同様にして、削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別することとしたので、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地層岩盤（例えば、改良対象地盤、健全地盤）の判別精度を高めることができる。
【０１００】
また、一実施の形態によれば、地盤改良前の判別結果と地盤改良後の判別結果とを表示部２０５に比較表示することとしたので、地盤改良の効果を容易に把握することができる。
【０１０１】
以上本発明にかかる一実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成例はこの一実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含まれる。
【０１０２】
例えば、前述した一実施の形態においては、地層岩盤判別装置２００の機能を実現するためのプログラムを図９に示したコンピュータ読み取り可能な記録媒体４００に記録して、この記録媒体４００に記録されたプログラムを同図に示したコンピュータ３００に読み込ませ、実行することにより各機能を実現してもよい。
【０１０３】
同図に示したコンピュータ３００は、上記プログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）３１０と、キーボード、マウス等の入力装置３２０と、各種データを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）３３０と、演算パラメータ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）３４０と、記録媒体４００からプログラムを読み取る読取装置３５０と、ディスプレイ、プリンタ等の出力装置３６０と、装置各部を接続するバス３７０とから構成されている。
【０１０４】
ＣＰＵ３１０は、読取装置３５０を経由して記録媒体４００に記録されているプログラムを読み込んだ後、プログラムを実行することにより、前述した機能を実現する。なお、記録媒体４００としては、光ディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク等が挙げられる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、地盤削孔時に削孔装置の削孔部に作用している推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギの合計に基づいて単位体積削孔エネルギを算出し、実削孔時に得られた推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギと判別基準との比較結果より削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別することとしたので、柔らかい地盤から硬い地盤までを広く含む施工範囲における地層岩盤の判別精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる一実施の形態が適用される削孔システム１００の構成を示す側面図である。
【図２】同一実施の形態で用いられる各パラメータを示す図である。
【図３】同一実施の形態における地層岩盤判別方法を説明する図である。
【図４】図１に示した地層岩盤判別装置２００の構成を示すブロック図である。
【図５】同一実施の形態の動作を説明するフローチャートである。
【図６】図５および図８に示した判別基準設定処理を説明するフローチャートである。
【図７】図５および図８に示した地層岩盤判別処理を説明するフローチャートである。
【図８】図１および図４に示した地層岩盤判別装置２００を地盤改良に適用した場合の動作を説明するフローチャートである。
【図９】同一実施の形態の変形例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１００ 削孔システム
１０２ ロータリパーカッションドリル装置
１０３ ドリルロッド
１０４ ビット
１０５ 回転駆動用モータ
１０８ 削孔制御装置
２００ 地層岩盤判別装置
２０１ 磁気センサ
２０２ 削孔長センサ
２０３ 圧力センサ
２０４ 入力部
２０５ 表示部
２０７ 制御部
２０８ 推進力エネルギ算出部
２０９ 回転エネルギ算出部
２１０ 打撃エネルギ算出部
２１１ 削孔エネルギ算出部
２１２ 判別基準設定部
２１３ 地層岩盤判別部
２２０ 調査用エネルギデータ格納部
２３０ 深度／柱状図データ格納部
２４０ 地層岩盤判別データ格納部
Claims (1)
- 地盤削孔時に削孔装置の削孔部に作用している推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギをセンサ検出パラメータに基づいて算出する工程と、
前記推進力エネルギ、前記回転エネルギおよび前記打撃エネルギの合計に基づいて単位体積削孔エネルギを算出する工程と、
算出した単位体積削孔エネルギと深度／柱状図データとの相関に基づいて、地層岩盤の判別基準を設定する工程と、
実削孔時に得られた推進力エネルギ、回転エネルギおよび打撃エネルギと前記判別基準との比較結果より削孔中の地層岩盤をリアルタイムに判別する工程と、
を含むことを特徴とする地層岩盤判別方法。
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