JPH0443158B2

JPH0443158B2 -

Info

Publication number: JPH0443158B2
Application number: JP60026049A
Authority: JP
Inventors: Junosuke Iizuka; Taku Ishii; Yoshitaka Matsumoto; Osamu Murakami
Original assignee: Koa Corp; Shimizu Construction Co Ltd
Current assignee: Koa Corp; Shimizu Construction Co Ltd
Priority date: 1985-02-13
Filing date: 1985-02-13
Publication date: 1992-07-15
Also published as: JPS61186693A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、ボアホール（ボーリング孔その他パ
イプ孔など）内を昇降するゾンデに内臓されたス
キヤナーによつて孔壁の観測を行うボアホール孔
壁観測方法に関するものである。

〔従来の技術〕

ダムやトンネルなどの地下空洞を堀削する際に
は、建設地点の地質調査を行い、設計に反映させ
るとともに採用する施工法の選定や工事の進め
方、安全対策などに万全を期すことが必要であ
る。このような場合の地質調査では、一般に岩盤
の割れ目の方向、傾斜及び性状、さらには地層の
方向及び傾斜を知ることが必要である。このため
建設地点をボーリングしてコアを採取して観察す
る方法や直接ボアホールの孔壁を観測する方法で
調査が行われている。直接ボアホールの孔壁を観
測する方法では、ボアホール・テレビ、ボアホー
ル・ペリスコープ、ボアホール・カメラ、ボアホ
ール・スキヤナーなどの装置が使用される。

第１０図はボアホール・スキヤナーの具体的な
構成例を示す図、第１１図は光ビームが走査する
孔壁展開面の軌跡を示す図である。図において、
３１はボアホール、３２はゾンデ、３３は旋回用
モーター、３４は方向計、３５と４２はレンズ、
３６はミラー、３７は光学ヘツド、３８と４１は
スリツト、３９は光電変換器、４０はハーフ・ミ
ラー、４３は光源をそれぞれ示している。

第１０図において、ボアホール３１の中を上下
動するゾンデ３２には、方向計３４及びレンズ３
５とミラー３６とを備えた光学ヘツド３７が旋回
用モーター３３に連結されている。また、ハー
フ・ミラー４０を通して、この光学ヘツド３７に
光ビームを送り出すための光源４３と光ビーム作
成のためのレンズ４２、スリツト４１、さらには
光学ヘツド３７からの反射ビームを検出するため
のスリツト３８、光電変換器３９が設けられる。
このような構成によつて、光源４３からの光は、
レンズ４２、スリツト４１でビーム状にし、ハー
フ・ミラー４０、ミラー３６、レンズ３５を通し
てボアホールの内壁に照射される。そしてその反
射ビームの強度は、レンズ３５、ミラー３６、ハ
ーフ・ミラー４０、スリツト３８を通して光電変
換器３９で測定される。従つて、旋回用モーター
３３により光学ヘツド３７を旋回させながらゾン
デ３２を下降させると、第１１図に示すようなボ
アホールの内壁スキヤンｕが行われ、その反射ビ
ームの強度に対応する電気信号が光電変換器３９
から得られることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のようにボアホール・スキヤナーによる孔
壁観測は、内蔵された方向計３４によつて常に基
準となる方位を確認しながら行なわれる。そのた
めボアホールが完全に鉛直であることが必要であ
り、それ以外の場合には観測精度が著しく低下す
ることも予測される。

しかし、ボーリング長が長くなると堀削ビツト
付近に砕かれた石片がかみ込むことにより、また
硬さの異なる地層境界面を斜めに堀削する時の堀
削抵抗の差により、あるいはボーリングロツドの
材料変形特性の偏りなどにより、ボーリング孔は
不規則に曲がつて掘れてしまう場合があり、ボー
リングで得られた地質情報は正しい座標と方向を
示さない問題が生じる。また、水平あるいは傾斜
ボーリングの孔壁観察を行う場合には、孔壁観察
で得られた断層面、地層面等の割れ目の絶対軸
（鉛直軸及びＮ−Ｓ、Ｅ−Ｗ軸）上の値を直接読
み取ることができず、データを机上で図解すると
いう繁雑作業が必要になる。

本発明は、上記の考察に基づくものであつて、
スキヤナーを内蔵するゾンデがどのように傾斜し
ても、スキヤナー・ヘツドが向いている方向を算
出して傾斜孔であつても連続的に正確な位置に基
づく孔壁の観測ができるボアホール孔壁観測方法
の提供を目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために本発明のボアホール孔壁観測方法
は、ボアホール内を昇降するゾンデに内蔵された
スキヤナーによつて孔壁の連続撮影を行うボアホ
ール孔壁観測方法であつて、地上から吊り下げる
ケーブルのくり出し長さ、ゾンデの傾斜方向、ゾ
ンデの傾斜角、及びゾンデの回転方向を検出し、
ゾンデの位置、ゾンデの傾き、及びゾンデに内蔵
されたスキヤナー・ヘツドの向いている方向を算
出して孔壁を観測することを特徴とするものであ
る。

〔作用〕

本発明のボアホール孔壁観測方法では、ゾンデ
の位置、ゾンデの傾きから地表上の位置や深さな
どの観測位置とその孔曲がりの方向や角度などの
状況を把握することができ、スキヤナー・ヘツド
の向いている方向からボアホールの孔壁観測位置
を正確に把握することができる。

〔実施例〕

以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図は方位計と傾斜計と回転計の取付例を示
す図、第２図は方位計と傾斜計の検出角度を説明
するための図、第３図は本発明の１実施例システ
ム構成を示す図、第４図は第３図図示のシステム
による処理を説明するための図、第５図は第３図
のシステムによる表示出力の例を示す図である。
図において、１はゾンデ、２は方位計、３は傾斜
計、４は回転計、５は深度計、６と７は演算部、
８は記憶部、９は制御部、１０は出力制御部、
CLはケーブルをそれぞれ示している。

本発明が適用されるゾンデ１内には、先に第１
０図により説明したスキヤナー構成部に加えて、
第１図図示のように孔曲がり測定手段として方位
計２と傾斜計３とを設け、スキヤナー・ヘツドの
向きを測定する手段として回転計４を設ける。方
位計２は、例えば図示点線の如くゾンデ１の軸方
向と一致する線ｌを軸に回転自在になつた第１の
支点Ａ、A′と、線ｌに直交する線ｍを軸に回転
自在になつた第２の支点Ｑ、Q′とを介して支点
Ａ、A′でゾンデ１に取り付けられ、計測部が地
上からの鉛直方向に対して常に変わらない状態に
支持されるものであり、第６図により後述するよ
うに磁石を内蔵し、ゾンデ１の傾斜方向角を計測
する。同様に傾斜計３は、線ｌを軸に回転自在に
なつた支点Ｒ、R′を有し、点Ｂ、B′でゾンデ１
に取り付けられ、計測部がゾンデ１の傾きに対応
して線ｌの周りを回転するようにしたものであ
り、第８図により後述するように重りを内蔵し、
ゾンデ１の傾斜角を計測する。また、回転計４
は、方位計２の取り付け支点Ａの位置に設けら
れ、ゾンデ１の基準となる方向Ｅを計測する。

そこで、第２図に示すｘ、ｙ、ｚよりなる３次
元の座標空間において、ｘ軸の方向を南北の方
向、ｙ軸の方向を東西の方向、ｚ軸方向を地球の
重力の方向とすると、方位角はθは北からの方
位、傾斜角φは水平面からの傾斜を表し、第１図
図示のゾンデでは、方位計２の示す傾斜方向角に
より第２図に示す方位角θが求められ、傾斜計３
の示す傾斜角により第２図に示す傾斜角φが求め
られる。従つて、今第１図図示の基準点Ｄを北の
方位に合わせてこれを基準方位とし、第１図図示
の方位計２及び傾斜計３の状態で方位角θ及び傾
斜角φが０であると定義したとする。そうする
と、例えば第１図図示の状態からボアホールが北
の方位に向いて角度αだけ傾いている場合には、
方位角θが０、傾斜角φがα、回転角δが０とな
る。しかし、ボアホールが西の方位に向いて角度
αだけ傾いている場合には、方位計２及び傾斜計
３が線ｌを軸として反時計方向に90°回転する。
そのため、方位角θが−90°、傾斜角φがαとな
るとともに回転計４により測定される回転角δも
90°となる。また、ここでゾンデが西の方向に90°
回転した（捻れた）場合には、方位角θと傾斜角
φは変わらないが、回転計４により測定される回
転角δのみが0°に変わる。つまり、方位計２と傾
斜計３とによつてボアホールの孔曲がりが測定さ
れ、回転計４によつてゾンデの向きが測定され
る。スキヤナーによる測定の場合において、光学
ヘツド３７（スキヤナー・ヘツド）は、ゾンデ内
に設定された基準となる位置Ｅからの回転量（方
向計３４の出力）でその向いている方向を知るこ
とができる。回転計４は、その捩じれによる光学
ヘツド３７の向きを求めるため、ゾンデの基準と
なる位置Ｅの向きを測定するものである。すなわ
ち、先に述べたようにゾンデ１の基準となる位置
Ｅの方位は、方位計２により測定される方位角θ
に回転計４により測定される回転角δを加えるこ
とによつて求めることができる。他方、スキヤナ
ー部の方向計３４は、ゾンデ１の基準となる位置
Ｅからの光学ヘツド３７（スキヤナー・ヘツド）
の向いている方向を測定するものであるから、さ
らにこの測定値により光学ヘツド３７の向きを補
正することによつて光電変換器３９から得られる
スキヤン・データの観測位置を求めることができ
る。このスキヤン・データの観測位置は、光学ヘ
ツド３７の回転中心の位置座標、その向き、ボア
ホール径、ボアホールの傾きのデータに基づき所
定の計算式を使うことによつて正確な値で算出す
ることができる。

次に、第３図図示のシステムについて説明す
る。第３図において、深度計５は、ケーブルCL
のくり出し長さを制御する地上の制限機に設けら
れ、くり出されたケーブルCLの長さを検出する
ものである。演算部６は、深度計５によりケーブ
ルCLのくり出し長さが単位の長さになつたこと
を検出すると、方位計２及び傾斜計３から方位角
θ、傾斜角φを読み込み、ケーブルCLのくりだ
し長さΔL、方位角θ、傾斜角φから第２図に示
す座標空間に対応する各成分によるケーブルCL
のくり出し長さΔx、Δy、Δzを算出するものであ
り、それぞれは Δx＝ΔL cosφ cosθ Δy＝ΔL cosφ sinθ Δz＝ΔL sinφ で表される。

演算部７は、記憶部８から前回までΔx、Δy、
Δzの積算によつて求められたゾンデの位置座標
X_i、Y_i、Z_iを読み出し、これり演算部６で算出さ
れたくり出し長さΔx、Δy、Δzを加算し、現在の
ゾンデ位置座標X_i+1、Y_i+1、Z_i+1を算出するもの
であり、それぞれは X_i+1＝X_i＋Δx Y_i+1＝Y_i＋Δy Z_i+1＝Z_i＋Δz で表される。

従つて、例えば孔口を（０、０、０）として、
北へ10ｍ、西へ30ｍ、地下50ｍの地点Ａを（10、
30、50）で表すと、ゾンデがこの位置からθ＝
０、φ＝30°の方向にケーブルを10ｍくり出して
移動した場合、その変化量は、 Δx＝10×cos30°cos0＝8.7 Δy＝10×cos30°sin0＝０ Δz＝10×sin3°＝５となり、よつてその位置（現在位置）は、 X_i+1＝10＋8.7＝18.7 Y_i+1＝30＋０＝30 Z_i+1＝50＋５＝55 となる。つまり北方向に18.7ｍ、西方向に30ｍ、
地下方向に55ｍにゾンデが位置していることにな
る。さらに演算部７は、スキヤナー部からのスキ
ヤン・データに対応して回転計４からのゾンデの
回転角と上記の演算によつて求められたゾンデの
位置とをもとに観測位置を算出する。

記憶部８は、演算部７で算出するゾンデの位置
座標Ｘ、Ｙ、Ｚを時系列的に記憶しておくとも
に、対応するゾンデの向き、スキヤン・データ及
びその観測位置を記憶しておくものである。この
記憶部８にゾンデの位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚを時系列
的に記憶するまでの処理の流れを示したのが第４
図である。そして出力制御部１０は、記憶部８に
記憶された位置座標Ｘ、Ｙ、Ｚから例えばCRT
デイスプレイやXYプロツタなどにゾンデの軌跡
を描画し出力したり、テレビ画像に表示したり、
スキヤン・データをハード・コピーして出力した
りするものである。なお、スキヤン・データをハ
ード・コピーする装置は、本願の発明者らにより
別途提案（特願昭59−245664号）しているものが
あるが、その概要は、スキヤン・データを輝度変
調して例えばフイルム上に焼付するものである。
斜めに曲がつているボアホールのスキヤン・デー
タは、そのままテレビ画像にして観測する場合に
は、ゾンデの位置とその傾斜角とをもとにスキヤ
ン・ヘツドの向きをすなわちスキヤン位置毎の座
標値（観測位置）を算出し、この座標値をスキヤ
ン・データとともに格納しておき、画像中に観測
された断層面、地層面、節理面等の割れ目のテレ
ビ画像上のポイントをライトペン等で読み取り、
演算部７にて計算させることによつて、割れ目の
座標及び走向、傾斜をその場で測定することがで
きる。

南北の断面によりゾンデの軌跡を描画した例を
示したのが第５図ａであり、東西の断面によりゾ
ンデの軌跡を描画した例を示したのが第５図ｂで
あり、上から平面的に見たゾンデの軌跡を描画し
た例を示したのが第５図ｃであり、鳥かん図とし
てゾンデの軌跡を描画した例を示したのが第５図
ｄである。なお制御部９は、上記の各演算部６，
７、記憶部８、出力制御部１０を含め全体を制御
するものである。

第６図は本発明に用いられる方位計の例を示す
図、第７図は第６図に示す方位計の取付例を示す
図、第８図は本発明に用いられる傾斜計の例を示
す図、第９図は第８図に示す方位計の取付例を示
す図である。図において、１１と２１はケース、
１２と２２は比重液、１３と２３は軸受、１４は
磁石、１５と２５はエンコーダ板、１６と２６は
受光部、１７と２７は発光部、２４は浮き、２８
は重りをそれぞれ示している。

第６図に示す方位計において、ケース１１内に
封入された比重液１２は、磁石１４とエンコーダ
板１５からなる可動部分の軸受１３にかかる重量
がほぼ零になるような透明液体、例えばシリコ
ン・オイルである。この比重液１２の中で可動部
分を軸受１３により軸支することによつて、磁石
１４は比重液１２の浮力と粘性のために重力量が
補正されてスムーズな動きを示し、常に北の方位
を向くことになる。この磁石１４と一体となつて
動くエンコーダ板１５に対向して発光部１７と受
光部１６が配置され、発光部１７からエンコーダ
板１５に光を照射し、受光部１６でその光を受け
ることによつて方位を判定する。方位の判定は、
例えばゾンデの観測方位が北の方位を向いている
ときのエンコーダ板１５の位置を基準にすること
によつて、ゾンデの観測方位が変わり、その変位
を従つてケース１１が回転すると、受光部６から
の信号によりエンコーダ板１５の回転角を求め、
北の方位からの変位を判定する。この方位計の取
付例を示したのが第７図である。第７図におい
て、ケース１１は、先に述べたように回転自在に
なつた支点Ａ、A′及び支点Ｑ、Q′を介して連結
され、支点Ａ、A′でゾンデに取り付けられる。
この支点Ａ，A′を結ぶ線は、ゾンデが真下を向
いた状態において垂直（ゾンデの軸の方向に一
致）になるように調整される。従つて、ゾンデの
傾きが変化して支点Ａ、A′を結ぶ線の傾きが変
化しても、ケース１１の姿勢は変動せず、エンコ
ーダ板１５を水平状態に維持して、高い測定精度
を得ることができる。また、ゾンデ軸の方向が真
下または真上を向いた状態のまま支点Ａ、A′を
結ぶ線上で回転移動が生じた場合、その出力は不
定となるが、この場合にはゾンデの方向の水平成
分は０であるから方位計２の出力は必要ない。

第８図に示す傾斜計において、エンコーダ板２
５には浮き２４と重り２８とが取り付けられる。
そしてこのエンコーダ板２５は、重り２８を取り
付けた側が常に下になるようにケース２１内で垂
直にされて軸受２３によつて軸支される。従つ
て、第８図ｂは第８図ａの側面図（断面図）を表
しているが、この図に示す状態から左右方向に傾
くと、エンコーダ板２５上での発光部２７と受光
部２６の位置が変化することになり、この変化量
を検出することによつて傾斜が測定される。この
傾斜計の取付例を示したのが第９図である。第９
図において、ケース２１は、先に述べたように回
転自在になつた支点Ｒ、R′を介して連結され、
固定点Ｂ、B′でゾンデに固定される。この固定
点Ｂ、B′を結ぶ線は、ゾンデが真下を向いた状
態において垂直（ゾンデの軸と一致する方向）に
なるように調整される。従つて、ゾンデがどの方
向に傾斜してもケース２１はその傾斜に伴いＢ、
B′を結ぶ線を軸として回転し、エンコーダ板２
５を常に垂直に維持し、高い測定精度を得ること
ができる。すなわち、傾斜計は、第８図ａ図示の
左右方向には傾くことなく、ゾンデの傾斜に伴い
第８図ｂ図示の左右方向にのみ傾くように支持さ
れる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、ボアホールの傾斜方向角、傾斜角、長さを検
出して各点の位置を算出するので、ボアホールが
曲がつていても正確な観測位置や深さを知ること
ができる。また、ボアホール内でのゾンデの回転
を検出してスキヤナー・ヘツドの向きを算出する
ので、スキヤン・データの観測位置や深さを正確
に把握することができる。さらには傾斜孔であつ
ても、各スキヤン・データを観測画像から絶対軸
（鉛直軸、Ｎ−Ｓ軸、Ｅ−Ｗ軸）に対する走向、
傾斜情報を計測することによる観測を行うことが
でき、傾斜孔における斜め断層なども連続的に正
確な位置に基づく孔壁の観測ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は方位計と傾斜計と回転計の取付例を示
す図、第２図は方位計と傾斜計の検出角度を説明
するための図、第３図は本発明の１実施例システ
ム構成を示す図、第４図は第３図のシステムによ
る処理を説明するための図、第５図は第３図のシ
ステムによる表示出力の例を示す図、第６図は本
発明に用いられる方位計の例を示す図、第７図は
第６図に示す方位計の取付例を示す図、第８図は
本発明に用いられる傾斜計の例を示す図、第９図
は第８図に示す方位計の取付例を示す図、第１０
図はボアホール、スキヤナーの具体的な構成例を
示す図、第１１図は光ビームが走査する孔壁展開
面の軌跡を示す図である。１……ゾンデ、２……方位計、３……傾斜形、
４……回転計、５……深度計、６と７……演算
部、８……記憶部、９……制御部、１０……出力
制御部、１１と２１……ケース、１２と２２……
比重液、１３と２３……軸受、１４……磁石、１
５と２５……エンコーダ板、１６と２６……受光
部、１７と２７……発光部、２４……浮き、２８
……重り、３１……ボアホール、３２……ゾン
デ、３３……旋回用モーター、３４……方向計、
３５と４２……レンズ、３６……ミラー、３７…
…光学ヘツド、３８と４１……スリツト、３９…
…光電変換器、４０……ハーフ・ミラー、４３…
…光源、CL……ケーブル。

Claims

【特許請求の範囲】

１ボアホール内を昇降するゾンデに内臓された
スキヤナーによつて孔壁の連続撮影を行うボアホ
ール孔壁観測方法であつて、地上から吊り下げる
ケーブルのくり出し長さ、ゾンデの傾斜方向、ゾ
ンデの傾斜角、及びゾンデの回転方向を検出し、
ゾンデの位置、ゾンデの傾き、及びゾンデに内蔵
されたスキヤナー．ヘツドの向いている方向を算
出して孔壁を観測することを特徴とするボアホー
ル孔壁観測方法。