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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-01
(45)【発行日】2023-05-12
(54)【発明の名称】地中音源位置の測定システム
(51)【国際特許分類】
G01S 5/22 20060101AFI20230502BHJP
E02D 3/12 20060101ALI20230502BHJP
【ＦＩ】
G01S5/22
E02D3/12 101
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2019067865
(22)【出願日】2019-03-29
(65)【公開番号】P2020165862
(43)【公開日】2020-10-08
【審査請求日】2022-03-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000000549
【氏名又は名称】株式会社大林組
(74)【代理人】
【識別番号】100104776
【弁理士】
【氏名又は名称】佐野 弘
(74)【代理人】
【識別番号】100119194
【弁理士】
【氏名又は名称】石井 明夫
(73)【特許権者】
【識別番号】000151368
【氏名又は名称】株式会社東京ソイルリサーチ
(72)【発明者】
【氏名】阿部 秋男
(72)【発明者】
【氏名】稲川 雄宣
(72)【発明者】
【氏名】柳 東雲
【審査官】山下 雅人
(56)【参考文献】
【文献】特開平０６－１５８６３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０６２６２６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１９９９１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１２３６０３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－０５８０２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－２６６８６６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１３３６１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１０４９７９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－１９１０２４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ５／１８－ ５／３０
Ｇ０１Ｓ ７／５２－ ７／６４
Ｇ０１Ｓ１５／００－１５／９６
Ｇ０１Ｖ １／００－ １／５２
Ｅ０２Ｄ ３／１２
Ｅ２１Ｄ １／００－ ９／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ボーリングにより垂直方向に所定の深さに掘り下げた位置に設けられた掘削ロッドの噴射部から略水平方向に噴出される液体が地盤又は地中構造物に当たって発生する個体音を前記掘削ロッドの所定の位置に配置された少なくとも２個のセンサが音波を含む音情報として逐次検出して、前記センサで検出した前記音情報をデータ収録手段が周波数成分によって特定してデータ収録し、
前記センサで検出した前記音情報を前記データ収録手段でフィルタリングして特定の周波数成分を取り出して前記個体音を特定し、
解析手段が、前記センサそれぞれの特定された前記個体音の位相差とそれぞれの前記センサ間の垂直方向の長さにより、前記音源位置を逐次特定することを特徴とする地中音源位置の測定システム。
【請求項2】
前記液体が地盤改良を行う地盤改良剤又は地中構造物の補強を行う補強剤であることを特徴とする請求項１に記載の地中音源位置の測定システム。
【請求項3】
前記掘削ロッドの管の壁材に貫通孔が設けられ、前記貫通孔の外側に鋼板が設けられ、前記鋼板の背面に前記センサが設けられ、前記センサ及び前記鋼板と前記壁材の間に緩衝材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の地中音源位置の測定システム。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、地盤中にある音源から発生する地中音をセンサで検出することにより、地中音の発生する位置を特定する測定システムに関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来、地盤中の地盤改良位置や掘削ロッドの位置等を特定するための地中音源位置の測定装置及び測定方法が提案されている。
【0003】
このような技術としては、掘削施工機械の掘削ロッドの先端に人工的な音源を設置し、人工的な音源が発生した地中音を地表に設けた複数のセンサにより検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【0004】
この技術では、人工的な音源から発生した地中音が地盤中を伝播し、これが地表面に到達したときの音波を複数のセンサで検出し、複数のセンサが検出した音波の位相差を演算装置が演算することにより掘削ロッドの位置を特定するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１２－５８０２５
【文献】特開２０１２－５８０３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、特許文献１及び２に記載されている地中音源位置の測定方法では、地表面に複数のセンサを設けるだけでなく、掘削施工機械の切削ロッドに人工的な音源を設ける必要があるため、測定の価格コストが嵩むという問題が生じていた。
【0007】
また、特許文献１及び２に記載されている地中音源位置の測定方法では、地表面にセンサを設けているため、切削ロッドの位置より高い位置に地下水があり、地層が成層地盤でない場合等の条件によっては、センサが地中からの音波を検出しにくく、計測精度が保てなくなる可能性があった。
【0008】
そこで、この発明は、条件によらず精度良く地中音源位置の測定を行うことができ、測定の価格コストも抑えることができる地中音源位置の測定システムを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記の課題を鑑みて、請求項１に記載の発明は、ボーリングにより垂直方向に所定の深さに掘り下げた位置に設けられた掘削ロッドの噴射部から略水平方向に噴出される液体が地盤又は地中構造物に当たって発生する個体音を前記掘削ロッドの所定の位置に配置された少なくとも２個のセンサが音波を含む音情報として逐次検出して、前記センサで検出した前記音情報をデータ収録手段が周波数成分によって特定してデータ収録し、前記センサで検出した前記音情報を前記データ収録手段でフィルタリングして特定の周波数成分を取り出して前記個体音を特定し、解析手段が、前記センサそれぞれの特定された前記個体音の位相差とそれぞれの前記センサ間の垂直方向の長さにより、前記音源位置を逐次特定する地中音源位置の測定システムとしたことを特徴とする。
【0010】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記液体が地盤改良を行う地盤改良剤又は地中構造物の補強を行う補強剤である地中音源位置の測定システムとしたことを特徴とする。
【0011】
さらに、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記掘削ロッドの管の壁材に貫通孔が設けられ、前記貫通孔の外側に鋼板が設けられ、前記鋼板の背面に前記センサが設けられ、前記センサ及び前記鋼板と前記壁材の間に緩衝材が設けられている地中音源位置の測定システムとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0012】
請求項１に記載の発明によれば、少なくとも２個のセンサを掘削ロッドに配置し、当該センサで逐次検出した音情報をデータ収録手段でフィルタリングして特定の周波数成分を取り出して個体音を特定する。そして、解析手段が、センサそれぞれの特定された固体音の強度から、特定された個体音がそれぞれのセンサに到達したことを検知し、個体音がそれぞれのセンサに到達するまでの時間と前記センサそれぞれの特定された前記個体音の位相差を演算して、個体音がそれぞれのセンサに到達するまでの時間と予め計測したセンサ間の垂直方向の長さから音源位置までの距離を特定するため、当該距離と既知の液体の噴射位置の深さと噴射方向とで、条件によらず地中音源位置を三次元的に精度良く逐次特定することができる。また、人工的な音源を別に設ける必要がないため、測定の価格コストも抑えることができる。
【0013】
また、請求項２に記載の発明によれば、噴射系地盤改良工程において、地盤改良剤が地盤に当たって発生する音源の音情報を逐次センサが検出してデータ収録手段に発信し、データ収録手段が音情報をフィルタリングして特定の周波数成分に取り出して、解析手段が音源位置までの距離を特定するため、地盤改良剤が地盤に当たって発生する音源の位置を逐次三次元的に精度良く特定することができる。これにより、地盤改良剤や補強剤の到達範囲を精度良く測定することができる。
【0014】
また、老朽化した地中構造物の補強工程において、補強剤が地中構造物に当たって発生する音源の音情報をセンサが検出してデータ収録手段に発信し、データ収録手段が音情報をフィルタリングして特定の周波数成分に取り出して、解析手段が音源位置までの距離を特定するため、補強剤が地中構造物に当たって発生する音源の位置を三次元的に精度良く特定することができる。
【0015】
さらに、請求項３に記載の発明によれば、センサを掘削ロッドの管の壁材に設けられた貫通孔の鋼板の背面に設け、センサ及び鋼板と壁材の間に緩衝材を設けることにより、緩衝材が地盤及び掘削ロッド内に流れる液体の振動を緩和し、センサがノイズを検出することを防ぎ、液体が地盤又は地中構造物に当たって発生する衝突音をさらに精度良く捉えることができ、計測精度をより向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】この発明の実施の形態１に係る噴射系地盤改良工法における地中音源位置の測定システムの概要図である。
【図2】同実施の形態１に係る地中音源位置の測定システムの掘削ロッドの内側を示す断面図である。
【図3】同実施の形態１に係る地中音源位置の測定システムのセンサが検出した音源の重合波形を示す図である。
【図4】同実施の形態１に係る地中音源位置の測定システムのセンサが検出した音源の重合波形をフーリエ変換し、周波数領域の波形で示した図である。
【図5】同実施の形態１に係る地中音源位置の測定システムのセンサが検出した周波数領域の音源の周波数領域の波形をフーリエ逆変換し、時間領域で示した図で、（ａ）～（ｃ）は音源の特定の周波数成分の異なる波形の例である。
【図6】同実施の形態１に係る地中音源位置の測定システムの掘削ロッドの噴射部からの地盤改良剤の噴射状態を示す概略平面図である。
【図7】同実施の形態１に係るデータ収録・解析装置が地盤改良剤の位置を特定する原理を説明する概略図である。
【図8】この発明の実施の形態２に係る地中構造物の補強工程における地中音源位置の測定システムの概要図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
【0018】
この実施の形態１に係る地中音源位置の測定システム１００は、図１及び図６に示すように、施工機械１の掘削ロッド３の先端の噴射部４から液体としての地盤改良剤を掘削ロッド３を回動させながら高圧で噴射して地盤改良を行う噴射系地盤改良工法において、地盤改良剤が地盤２に当たって発生する音の音源の位置５を逐次特定するものである。この実施の形態において、地中音源位置の測定システム１００は、改良範囲の外延部に高速度で噴射された地盤改良剤が、地盤２にあたることにより発生する個体音１５を、掘削ロッド３に配置した３個のセンサ７により検出して、解析することにより、音源の位置５を特定し、これにより、地盤２の改良範囲を特定するものである。
【0019】
また、この実施の形態１においては、図１に示すように、地盤２中に地盤改良剤が１箇所に噴射されており、センサ７で捉える音情報には、地盤改良剤が地盤２に当たって発生する音が含まれている。
【0020】
さらに、この実施の形態１では、地盤２中に地盤改良剤を噴射している状態で音情報を検出するようになっており、図６の矢印Ａに示すように、地盤改良剤を噴射する方向が地盤２中で変化する（回動する）状態で地中の音源の位置５の測定を逐次行っている。
【0021】
この実施の形態１の地中音源位置の測定システム１００は、図１に示すように、音源の位置５で発生した個体音１５を含む音波を音情報として検出し、当該音情報の信号を有線１３により発信するセンサ７と、センサ７の信号を増幅するアンプ８と、アンプ８が増幅した信号を受信してデータを収録し、解析して音源の位置５を特定するデータ収録・解析装置９を備えている。なお、この実施の形態では、このデータ収録・解析装置９がデータ収録手段と解析手段の双方を兼ね備えた装置となっている。
【0022】
このセンサ７は、個体音１５を測定できる２０Ｈｚから２００００Ｈｚの広範囲の周波数成分の音を検出するものであり、この実施の形態では、音場音圧型のマイクロフォンが設けられている。なお、このセンサ７は、音場音圧型のマイクロフォンだけでなく、音場音圧型のジオフォン、又は、加速度計でもよい。
【0023】
また、このセンサ７は、図２に示すように、掘削ロッド３の壁材に所定間隔で設けられた３つの貫通孔１２のそれぞれの外側に設けられた鋼板１０の背面にそれぞれ１個ずつ計３個設けられ、センサ７及び鋼板１０と掘削ロッド３の壁材の間には、緩衝材１１が設けられて、センサ７、鋼板１０及び緩衝材１１が掘削ロッド３の壁材の壁面と同一面となるように設けられている。なお、緩衝材１１は、防水材も兼ねている。
【0024】
さらに、センサ７は、地盤改良剤を噴射する噴射部４の向きと同一方向の面に取り付けられ、各センサ７は全て同一方向の壁面に、垂直方向に沿って設けられる。そして、掘削ロッド３の回動に伴って、噴射部４が回動するのと同時に、各センサ７も噴射部４と同じ方向を向くように回動するようになっている。
【0025】
また、これらのセンサ７は、音源の位置５で発生した個体音１５を検出し、図５に示す音源の個体音１５とその他の工事等で発生する雑音が重合した、図３に示すような波形の音波を音情報（ここでは信号化している）としてアンプ８を経由してデータ収録・解析装置９に発信するように構成されている。
【0026】
一方、アンプ８は、図１に示すように、３個のセンサ７のそれぞれと掘削ロッド３の内菅に設けられた有線１３で接続され、それぞれのセンサ７により検出して発信された個体音１５を含む音波の信号を増幅して、データ収録・解析装置９に送信するように構成されている。
【0027】
また、一方で、データ収録・解析装置９は、アンプ８によって増幅された個体音１５を含む音波の信号を受信してＡ／Ｄ変換し、周波数成分ごとに分離して、リアルタイムで個体音１５が有する特定の周波数成分と位相と振幅の強度を解析し、音源の位置５を特定するコンピュータを備えている。
【0028】
データ収録・解析装置９は、このコンピュータにより、３個のセンサ７から受信した信号を、図３に示すように、横軸を検出時間、縦軸を電圧、電流等の成分とした時間領域で、音源の波形が重合した波形で検知するように構成されている。
【0029】
また、このコンピュータは、音源の時間領域の波形をフーリエ変換して、図４に示すように、横軸を周波数成分、縦軸を振幅又は位相とした周波数領域の波形に演算するように構成されている。
【0030】
さらに、このコンピュータには、地盤改良剤が地盤２に当たって発生する個体音１５の特徴的な特定の周波数が複数、収録されている。コンピュータは、収録されている特徴的な特定の周波数と、図４に示すような音源の周波数領域の波形で振幅がある周波数とを比較して、音源の特定の周波数成分１５を特定する。コンピュータは、特定した音源の特定の周波数領域の波形のうち、他の周波数成分の波形をフィルタリングすることにより、音源の特徴的な周波数成分のみの波形をそれぞれ分離して抽出するように構成されている。
【0031】
また、コンピュータは、この分離して抽出した音源の特徴的な周波数成分の周波数領域の波形をフーリエ逆変換して、それぞれ、図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような時間領域の波形に演算するように構成されている。
【0032】
さらにまた、このコンピュータは、３個のセンサ７のそれぞれが検出した音源の個体音１５の音波の波形のそれぞれから音源の特徴的な周波数成分をフィルタリングして分離して抽出し、各センサ７の図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すような音源の波形をそれぞれ３つずつ検知するように構成されている。
【0033】
また、コンピュータは、この各センサ７からの信号を解析して得られた３つずつの音源の特定の周波数成分の波形の横軸方向の時間成分の位相の差を解析して、個体音１５が各センサ７に到達するまでの時間を演算し、音源の位置５を特定するように構成されている。このデータ収録・解析装置９が、コンピュータにより、音源の位置５を特定する原理及び解析手順については、測定方法で詳細に説明する。
【0034】
また、データ収録・解析装置９には、成分が異なる複数の種類の地盤改良剤と地盤２との接触面で発生する個体音１５の周波数及び周波数成分の振幅の強度のデータが収録されており、コンピュータにより、個体音１５が有する特定の周波数成分の周波数特性及び振幅の強度と比較分析し、接触している地盤２の硬さや物質成分などを特定するように構成されている。
【0035】
さらに、データ収録・解析装置９は、コンピュータにより、噴射されて地盤２中を常に移動する地盤改良剤が地盤２と衝突して接触面で発生する個体音１５の信号を解析して音源の位置５を特定するように構成されている。
【0036】
次に、この実施の形態に係る地中音源位置の測定システム１００による測定方法について説明する。
【0037】
まず、作業者は、センサ７ａ，７ｂ，７ｃを掘削ロッド３の所定の位置の貫通孔１２の外側に設けられた鋼板１０の背面に設け、センサ７ａ，７ｂ，７ｃ及び鋼板１０と掘削ロッド３の壁材の間に緩衝材１１を設けて、センサ７ａ，７ｂ，７ｃ、鋼板１０及び緩衝材１１が掘削ロッド３の壁材の壁面と同一面となるように設ける。このとき、センサ７ａ，７ｂ，７ｃは、地盤改良剤を噴射する噴射部４の向きと同一方向の面に取り付け、各センサ７ａ，７ｂ，７ｃは全て掘削ロッド３の同一方向の壁面に、垂直方向に沿って設ける。
【0038】
また、図７に示すように、噴射部４からセンサ７ａまでの垂直方向の長さＨ１、噴射部４からセンサ７ｂまでの垂直方向の長さＨ２、噴射部４からセンサ７ｃまでの垂直方向の長さＨ３を計測する。また、噴射部４から掘削ロッド３を掘削している地表面までの距離を計測する。
【0039】
次に、作業者は、掘削ロッド３に地表面から地盤２へ垂直方向に掘削させる。このとき、作業者は噴射部４が地盤改良剤を噴射する方向を確認しておく。そして、作業者は、地中音源位置の測定システム１００のセンサ７、アンプ８、データ収録・解析装置９を起動し、図１及び図６に示すように、施工機械１の掘削ロッド３の噴射部４から、地盤改良剤を噴射させる。
【0040】
そして、地盤改良剤が地盤２に当たり、その接触面である音源の位置５から個体音１５を含む音波を発生する。この音波は、地盤２中の個体音伝播経路６を伝播して各センサ７ａ，７ｂ，７ｃに到達する。この到達した音源の個体音１５を含む音波の音情報をセンサ７ａ，７ｂ，７ｃが検出し、それぞれのセンサ７ａ，７ｂ，７ｃが個体音１５を含む音情報の信号を、有線１３、アンプ８を経由して、データ収録・解析装置９に受信される。
【0041】
データ収録・解析装置９は、センサ７から受信した音源の情報の信号を、図３に示すような、横軸を検出時間、縦軸を電圧、電流等の成分とした時間領域の音源の音波の波形が重複した波形で検知する。
【0042】
また、データ収録・解析装置９は、コンピュータにより、この音源の時間領域の波形の信号をフーリエ変換して、図４に示すような、横軸を周波数成分、縦軸を振幅又は位相とした周波数領域の波形に演算する。
【0043】
このとき、データ収録・解析装置９は、コンピュータにより、図４に示すような、この周波数領域の音源の波形で振幅がある周波数と予め収録されている地盤改良剤と地盤との接触面で発生する個体音１５の特定の周波数を比較する。そして、コンピュータにより、図４に示すような、特定の周波数領域の音源の波形で振幅がある周波数に対して、予め収録されている地盤改良剤と地盤２との接触面で発生する個体音１５の特徴的な特定の周波数を取り出すようにフィルタリングして、ほぼ一致するものの波形を分離して抽出する。
【0044】
さらに、データ収録・解析装置９は、コンピュータにより、この分離して抽出した個体音１５の特徴的な周波数成分の周波数領域の波形をそれぞれフーリエ逆変換して、図５の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すような音源の波形を抽出する。これらの音源の波形は、３個のセンサ７ａ，７ｂ，７ｃで検出されたものであるため、３つずつ抽出される。また、この３つ抽出された音源の波形は、音源の位置５と各センサ７の距離が異なるため、伝播時間の差により、横軸の時間成分の位相に差が生じている。
【0045】
ここで、データ収録・解析装置９のコンピュータが、それぞれのセンサ７の音源の波形の横軸方向の時間成分の位相の差を解析して、地盤改良剤の位置を特定する原理を、図７を用いて説明する。
【0046】
まず、図７に示すように、特定する音源の位置５から噴射部４までの略水平距離をＬとする。また、音源の位置５からセンサ７ａまでの距離をＬ１、音源の位置５からセンサ７ｂまでの距離をＬ２、音源の位置５からセンサ７ｃまでの距離をＬ３とする。さらに、センサ７ａが個体音１５を検出するまでの時間をｔ１、センサ７ｂが個体音１５を検出するまでの時間をｔ２、センサ７ｃが個体音１５を検出するまでの時間をｔ３として、センサ７ｂとセンサ７ａが個体音１５を検出するまでの時間の差（ｔ２－ｔ１）をＳ１、センサ７ｃとセンサ７ａが個体音１５を検出するまでの時間（ｔ３－ｔ１）をＳ２とする。
【0047】
このとき、個体音１５の速度は音速ｃであるため、Ｓ１×ｃの長さは（Ｌ２－Ｌ１）に相当し、Ｓ２×ｃの長さは（Ｌ３－Ｌ１）に相当する。
【0048】
従って、Ｓ１とＳ２の比は、以下の式（１）の通りになる。
【0049】
【数1】
【0050】
【数2】
【0051】
【数3】
【0052】
【数4】
【0053】
【数5】
【0054】
作業者は、データ収録・解析装置９が特定した音源の位置５を確認し、作業工程を進める。
【0055】
以上のように、この実施の形態１の地中音源位置の測定システム１００によれば、３個のセンサ７を掘削ロッド３に配置し、当該センサ７で逐次検出した音情報をデータ収録手段でフィルタリングして特定の周波数成分を取り出して個体音１５を特定する。そして、解析手段は、前記センサ７それぞれの特定された個体音１５の位相差を演算して、個体音１５が各センサ７に到達するまでのそれぞれの時間を算出し、算出した個体音１５がそれぞれのセンサ７に到達した時間と予め計測した噴射部４から各センサ７までの垂直方向の長さと噴射部４の深さと噴射方向から、音源の位置５を特定するため、条件によらず地中音源位置を三次元的に精度良く特定することができ、地盤改良工程において、地盤改良剤が地盤に当たって発生する音源の位置を三次元的に精度良く逐次特定することにより、地盤２の改良範囲を精度良く特定することができる。また、人工的な音源を別に設ける必要がないため、測定の価格コストも抑えることができる。
【0056】
また、この地中音源位置の測定システム１００では、データ収録・解析装置９が、センサ７で検出した音情報をフィルタリングして、地盤改良剤と地盤２との接触面で発生した音源の特徴的な特定の周波数成分を分離して検出する。そのため、地盤２中のノイズに妨げられることなく、音源の特徴的な周波数を選択して検出でき、正確に音源の位置５を特定することできる。
【0057】
さらに、この地中音源位置の測定システム１００では、データ収録・解析装置９が、センサ７で逐次検出した音情報をフィルタリングして、音源で発生した個体音１５の有する特徴的な特定の周波数成分を分離して個別に検出するため、高精度に音源の位置を特定することができる。
【0058】
また、この地中音源位置の測定システム１００では、データ収録・解析装置９が、複数のセンサ７で検出した音情報をＡ／Ｄ変換して、コンピュータで音源の周波数分析と位相の解析を行い、リアルタイムで地盤２中の音源の位置５を特定するため、作業者は、噴射式地盤過料工程の最中に音源の位置５を確認することができ、工程の進行具合（地盤改良範囲）の確認や工程の設定（改良径や仕様）の見直し等の対処をすることが可能となる。
【0059】
さらにまた、この地中音源位置の測定システム１００では、データ収録・解析装置９が、音源の特徴的な周波数成分１５と予め収録されている複数の種類の成分の地盤改良剤と、成分が異なる複数の種類の地盤改良剤と地盤２との接触面で発生する個体音１５の周波数のデータとを比較分析し、地盤改良剤が接触する地盤２の硬さや物質成分を特定するため、作業者は、施工中の地盤２の硬さや物質成分から作業工程（改良径や仕様）を変更等できる。
【0060】
また、この地中音源位置の測定システム１００では、データ収録・解析装置９が、噴射式地盤改良工程の最中に、噴射されて地盤２中を水平方向に進行して地盤２にあたる祭の個体音１５をリアルタイムで解析して、地盤改良剤と地盤２の境界位置を逐次特定するため、作業者は、移動する音源の位置５を逐次確認して、移動する音源の個体音１５にも対処することができる。
【0061】
さらに、この地中音源位置の測定システム１００では、センサ７を掘削ロッド３の管の壁材に設けられた貫通孔１２の鋼板１０の背面に設け、センサ７及び鋼板１０と壁材の間に緩衝材１１を設けて、センサ７、鋼板１０及び緩衝材１１が掘削ロッド３の壁材の壁面と同一面となるように設けていることにより、緩衝材１１が地盤２及び掘削ロッド３内に流れる地盤改良剤の振動を緩和し、センサがノイズを検出することを防ぎ、地盤改良剤が地盤に当たって発生する衝突音をさらに精度良く捉えることができ、計測精度をより向上することができる。
【0062】
また、緩衝材１１は、防水材を兼ねているため、掘削ロッド３内に流れる地盤改良剤がセンサ７に接触しても、故障することを防ぐことができる。
［発明の実施の形態２］
次に、この発明の実施の形態２について説明する。
［発明の実施の形態２］
次に、この発明の実施の形態２について説明する。
【0063】
なお、この実施の形態２の説明においては、前記した実施の形態１と異なる部分のみ説明し、前記した実施の形態１と重複する部分は省略する。
【0064】
図８には、この発明の実施の形態２を示す。
【0065】
この実施の形態２に係る地中音源位置の測定システム１００は、図８に示すように、施工機械１の掘削ロッド３の先端の噴射部４から地盤２中の老朽化した地中構造物１６を補強するための液体としての補強剤を高圧で噴射して地中構造物１６の補強を行う噴射系構造物補強工法において、補強剤が地中構造物１６に当たって発生する音の音源の位置５を特定するものである。
【0066】
この実施の形態２において、地中音源位置の測定システム１００は、改良範囲の外延部に高速度で噴射された補強剤が、地中構造物１６にあたることにより発生する個体音を、掘削ロッド３に配置した３個のセンサ７により検出して、解析することにより、音源の位置５を特定するものである。
【0067】
この実施の形態２のデータ収録・解析装置９には、補強剤が地中構造物１６に当たって発生する個体音の周波数及び周波数成分の振幅の強度のデータが複数収録されており、センサ７が検出した音波の音情報の周波数が収録されている個体音の周波数及び周波数成分の振幅の強度を比較して、補強剤が地中構造物１６に到達したか特定するように構成されている。
【0068】
この実施の形態２に係る地中音源位置の測定システム１００のその他の構成は、実施の形態１と同様である。
【0069】
次に、この実施の形態２に係る地中音源位置の測定システム１００による測定方法を説明する。
【0070】
まず、作業者は、実施の形態１と同様に、センサ７ａ，７ｂ，７ｃを掘削ロッド３の所定の位置の貫通孔１２の外側に設けられた鋼板１０の背面に設け、センサ７ａ，７ｂ，７ｃ及び鋼板１０と掘削ロッド３の壁材の間に緩衝材１１を設けて、センサ７ａ，７ｂ，７ｃ、鋼板１０及び緩衝材１１が掘削ロッド３の壁材の壁面と同一面となるように設ける。このとき、センサ７ａ，７ｂ，７ｃは、補強剤を噴射する噴射部４の向きと同一方向の面に取り付け、各センサ７ａ，７ｂ，７ｃは全て掘削ロッド３の同一方向の壁面に、垂直方向に沿って設ける。
【0071】
このとき、実施の形態１と同様に、図７に示すように、噴射部４からセンサ７ａまでの垂直方向の長さＨ１、噴射部４からセンサ７ｂまでの垂直方向の長さＨ２、噴射部４からセンサ７ｃまでの垂直方向の長さＨ３を計測する。また、噴射部４から掘削ロッド３を掘削している地表面までの距離を計測する。
【0072】
次に、作業者は、掘削ロッド３に地表面から地盤２へ垂直方向に掘削させる。このとき、作業者は噴射部４が補強剤を噴射する方向を確認しておく。そして、作業者は、地中音源位置の測定システム１００のセンサ７、アンプ８、データ収録・解析装置９を起動し、図８に示すように、施工機械１の掘削ロッド３の噴射部４から、補強剤を噴射させる。
【0073】
そして、補強剤が地中構造物１６に当たり、その接触面である音源の位置５から個体音を含む音波を発生する。この音波は、地盤２中の個体音伝播経路６を伝播して各センサ７ａ，７ｂ，７ｃに到達する。この到達した音波の音情報をセンサ７ａ，７ｂ，７ｃが発信し、アンプ８を経由して、データ収録・解析装置９に受信される。
【0074】
データ収録・解析装置９は、センサ７から受信した音波の情報の信号を、横軸を検出時間、縦軸を電圧、電流等の成分とした時間領域の音波の波形が重複した波形で検知する。
【0075】
また、データ収録・解析装置９は、コンピュータにより、この音波の時間領域の波形の信号をフーリエ変換して、横軸を周波数成分、縦軸を振幅又は位相とした周波数領域の波形に演算する。
【0076】
このとき、データ収録・解析装置９は、コンピュータにより、この周波数領域の音源の波形で振幅がある周波数と予め収録されている補強剤と地中構造物１６との接触面で発生する個体音の特定の周波数を比較する。そして、コンピュータにより、特定の周波数領域の音源の波形で振幅がある周波数に対して、予め収録されている補強剤と地中構造物１６との接触面で発生する個体音の特徴的な特定の周波数を取り出すようにフィルタリングして、ほぼ一致するものの波形を分離して抽出する。
【0077】
さらに、データ収録・解析装置９は、コンピュータにより、この分離して抽出した個体音の特徴的な周波数成分の周波数領域の波形をそれぞれフーリエ逆変換して、横軸を時間成分、縦軸を振幅又は位相とした時間成分の波形に演算する。
【0078】
この時間成分の音源の波形は、３つのセンサセンサ７ａ，７ｂ，７ｃで検出されたものであるため、３つずつ抽出される。また、この３つ抽出された音源の波形は、音源の位置５と各センサ７の距離が異なるため、伝播時間の差により、横軸の時間成分の位相に差が生じている。
【0079】
データ収録・解析装置９のコンピュータが、それぞれのセンサ７の音波の波形の時間成分の位相の差を解析して、補強剤が地中構造物１６に到達して当たり、発生する音源の位置５を特定する原理は、実施の形態１と同様である。
【0080】
作業者は、データ収録・解析装置９が特定した音源の位置５を確認し、作業工程を進める。
【0081】
以上のように、この実施の形態２の地中音源位置の測定システム１００によれば、３個のセンサ７を掘削ロッド３に配置し、当該センサ７で逐次検出した音情報をデータ収録手段でフィルタリングして特定の周波数成分を取り出して個体音を特定する。そして、解析手段は、前記センサ７それぞれの特定された個体音の位相差を演算して、個体音が各センサ７に到達するまでのそれぞれの時間を算出し、算出した個体音がそれぞれのセンサ７に到達した時間と予め計測した噴射部４から各センサ７までの垂直方向の長さと噴射部４の深さと噴射方向から、音源の位置５を特定するため、条件によらず地中音源位置を三次元的に精度良く特定することができ、老朽化した地中構造物１６の補強工程において、補強剤が地中構造物１６に当たって発生する音源の位置を三次元的に精度良く逐次特定することができる。また、人工的な音源を別に設ける必要がないため、測定の価格コストも抑えることができる。
【0082】
また、この地中音源位置の測定システム１００では、センサ７を掘削ロッド３の管の壁材に設けられた貫通孔１２の鋼板１０の背面に設け、センサ７及び鋼板１０と壁材の間に緩衝材１１を設けて、センサ７、鋼板１０及び緩衝材１１が掘削ロッド３の壁材の壁面と同一面となるように設けていることにより、緩衝材１１が地盤２及び掘削ロッド３内に流れる補強剤の振動を緩和し、センサがノイズを検出することを防ぎ、補強剤が地中構造物１６に当たって発生する衝突音をさらに精度良く捉えることができ、計測精度をより向上することができる。
【0083】
なお、上記実施の形態１及び２は本発明の例示であり、本発明が上記実施の形態１及び２のみに限定されることを意味するものではないことは、言うまでもない。
【0084】
例えば、実施の形態１及び２では３個のセンサ７を掘削ロッド３に配置しているが、２個以上であれば、いくつセンサ７を配置しても良い。
【0085】
また、実施の形態１及び２では、センサ７を掘削ロッド３の噴射部４より上の位置に配置しているが、噴射部４より下に掘削ロッド３が伸びており、そこにセンサ７を配置してもよい。
【0086】
さらに、実施の形態１及び２では、センサ７とアンプ８が掘削ロッド３の内菅を通る有線１３で接続されているが、掘削ロッド３に設けられ、地盤２中に存在するセンサ７が、検出した個体音１５を発信して、地上に設けているアンプ８及びデータ収録・解析装置９に受信できるように構成されていればよく、例えば、センサ７が検出した個体音１５の信号の波長を長波にして無線でアンプ８に発信する構成であってもよい。
【0087】
また、実施の形態１及び２では、３個のセンサ７とデータ収録・解析装置９の間にアンプ８を１つ設けているが、センサ７が発信する個体音１５の信号がデータ収録・解析装置９で受信、解析できるほどの大きさであればよく、アンプ８がなくても良く、また、センサ７のそれぞれに１つずつアンプ８が接続されていても良い。
【0088】
さらにまた、実施の形態１及び２において、データ収録・解析装置９に、特定した地盤中音源の位置を表示するモニタが備えられていても良い。
【0089】
さらに、実施の形態１では噴射式地盤改良工程における地盤改良剤が地盤に当たって発生する音源の位置の特定に、実施の形態２では老朽化した地中構造物の補強工程における補強剤が地中構造物に当たって発生する音源の位置の特定に地中音源位置の測定システム１００を用いているが、地盤中の音源であれば、この地中音源位置の測定システム１００を用いて、水が流れている位置や他の機械が動作している位置等、他の音源の位置を特定することも可能である。
【0090】
さらにまた、前記した実施の形態１及び２では、データ収録手段と解析手段の双方を兼ねたデータ収録・解析装置を有していたが、これに限るものではなく、データ収録手段と解析手段とが異なる装置で構成されていても良い。
【符号の説明】
【0091】
１……施工機械
２……地盤
３……掘削ロッド
４……噴射部
５……音源の位置
６……個体音伝播経路
７（７ａ，７ｂ，７ｃ）……センサ
８……アンプ
９……データ収録・解析装置（データ収録手段、解析手段）
１０……鋼板
１１……緩衝材
１２……貫通孔
１３……有線
１５……個体音
１６……地中構造物
１００……地中音源位置の測定システム
Ｈ１……噴射部からセンサ７ａまでの垂直方向の長さ
Ｈ２……噴射部からセンサ７ｂまでの垂直方向の長さ
Ｈ３……噴射部からセンサ７ｃまでの垂直方向の長さ
Ｌ……噴射部から個体音発生位置（音源）までの略水平距離
２……地盤
３……掘削ロッド
４……噴射部
５……音源の位置
６……個体音伝播経路
７（７ａ，７ｂ，７ｃ）……センサ
８……アンプ
９……データ収録・解析装置（データ収録手段、解析手段）
１０……鋼板
１１……緩衝材
１２……貫通孔
１３……有線
１５……個体音
１６……地中構造物
１００……地中音源位置の測定システム
Ｈ１……噴射部からセンサ７ａまでの垂直方向の長さ
Ｈ２……噴射部からセンサ７ｂまでの垂直方向の長さ
Ｈ３……噴射部からセンサ７ｃまでの垂直方向の長さ
Ｌ……噴射部から個体音発生位置（音源）までの略水平距離
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】