JP2014178304A - 管状構造物の計測装置及び評価方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地中や海底に打設された鋼管の各深度における鋼管の断面形状と傾斜を直接計測することで、内周の真円度や鉛直度を測定して所定の真円度や鉛直度が出ていることを確認することができる管状構造物計測装置を提供する。
【解決手段】設置した鋼管の内周の側壁までの距離を測定する距離計と、前記距離計を前記鋼管の周方向に回転させる回転機構と、を備えた本体を有する管状構造物計測装置であって、前記本体は、前記側壁の長手方向に沿って転動可能な複数の車輪を備え、前記車輪は、周方向に沿って少なくとも３つ配置される車輪組を構成すると共に、前記本体の長手方向に沿って少なくとも２組配置され、前記車輪組を構成する各車輪は、前記鋼管の拡径方向に付勢されると共に、同期機構によって前記鋼管の径方向の移動が同期している。
【選択図】図２

Description

本発明は、地表や海底などに施工した鋼管の断面形状を計測する管状構造物計測装置及びこれを用いた評価方法に関し、具体的には、地表や海底などに打設された鋼管の真円度や鉛直度を容易に測定することができる管状構造物計測装置及び評価方法に関する。

従来より、場所打ち杭や地下連続壁を構築するための地中孔を掘削する途中又は掘削完了後に掘削孔口径や垂直精度等を測定する方法として種々の測定装置が知られている。

例えば、特許文献１に記載された側壁測定装置は、台車上に超音波測定器用センサウインチと記録計を搭載して、該台車に配備された伸縮ブームの先端部から垂下したケーブル下端に超音波発振器と受信器を内蔵したセンサを吊下げ、上記伸縮ブームの先端部に、吊下げられたセンサの測定方位を変更するための回転機構を組み込んでいる。

このような側壁計測装置によれば、掘削孔口径や垂直精度等が正確に且つ容易に測定することができる。

特開平１０−２７２８号公報

また、近年、津波対策として、図９に示すような直立浮上式の防波堤の設置が検討されている。この直立浮上式の防波堤は、港湾防衛上の脆弱点である防波堤の開口部において、海底Ｇに打設した鋼管２に浮上管３を挿入し、平時は、船舶の往来を妨げないように浮上管３を鋼管２に格納して潜行させておき、津波発生時には、該浮上管３を水面上に浮上させて防波堤とするものである。

しかし、このような直立浮上式の防波堤の構造によると、海底Ｇに打設した鋼管２は、津波発生時に浮上管３が鋼管２に引っ掛かることなく、確実に浮上管３を浮上させるために内周形状について高精度の真円度や鉛直度が求められるため、鋼管２の打設時に内周形状の真円度や鉛直度を確実に測定する必要が生じる。

このような直立浮上式の防波堤の鋼管２は、多数の鋼管２を海底Ｇに打設する必要があることに加え、水深約１７ｍの海底に外径３ｍ，長さ約３０ｍ程度の寸法であり、鋼管２の底部は水深が４０ｍ以上となるため、測定する鋼管２の数が膨大となることや作業環境の観点から、この鋼管２の内周形状を従来の測定装置を用いて潜水士が行うことはできないという問題を有していた。

そこで、本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、地中や海底に打設された鋼管などの管状構造物の各深度における鋼管の断面形状と傾斜を直接計測することで、内周の真円度や鉛直度を測定して所定の真円度や鉛直度が出ていることを確認することができる管状構造物計測装置及び評価方法を提供することを目的とする。

本発明に係る管状構造物計測装置は、設置した管状構造物の内周の側壁までの距離を測定する距離計と、前記距離計を前記管状構造物の周方向に回転させる回転機構と、を備えた本体を有する管状構造物計測装置であって、前記本体は、前記側壁の長手方向に沿って転動可能な複数の車輪を備え、前記車輪は、周方向に沿って少なくとも３つ配置される車輪組を構成すると共に、前記本体の長手方向に沿って少なくとも２組配置され、前記車輪組を構成する各車輪は、前記管状構造物の拡径方向に付勢されると共に、同期機構によって前記管状構造物の径方向の移動が同期していることを特徴とする。

また、本発明に係る管状構造物計測装置において、前記本体は、傾斜計を備えると好適である。

また、本発明に係る管状構造物計測装置において、前記距離計は、超音波距離計及びレーザ距離計の少なくとも一方であると好適である。

また、本発明に係る管状構造物計測装置において、前記本体は、巻上機構によって昇降自在に操作されると好適である。

また、本発明に係る管状構造物計測装置において、前記本体は、水圧計を備えると好適である。

また、本発明に係る管状構造物計測装置において、前記同期機構は、前記車輪を前記側壁と接しない位置に縮径方向へ退避可能であると好適である。

また、本発明に係る管状構造物の計測及び評価方法は、上述した管状構造物計測装置を用いることを特徴とする。

上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。

本発明に係る管状構造物計測装置は、本体は、側壁の長手方向に沿って転動可能な複数の車輪を備え、車輪は、周方向に沿って少なくとも３つ配置される車輪組を構成すると共に、本体の長手方向に沿って少なくとも２組配置され、車輪組を構成する各車輪は、管状構造物の拡径方向に付勢されると共に、同期機構によって管状構造物の径方向の移動が同期しているので、管状構造物の内径が変動した場合であっても、本体の中心位置が管状構造物の中心位置と常に一致させることができ、確実な側壁の断面形状を測定することで、高精度に真円度を測定することができる。

また、本発明に係る管状構造物計測装置は、傾斜計を備えているので、管状構造物の中心軸からずれることなく管状構造物の傾斜を測定することで、高精度に鉛直度を測定することができる。

また、本発明に係る管状構造物計測装置は、距離計が超音波距離計及びレーザ距離計の少なくとも一方を備えているので、測定環境に応じた計測を行うことができる。

また、本発明に係る管状構造物計測装置は、巻上機構によって昇降自在に操作されるので、測定作業に携わる潜水士の作業負担を低減することができる。

また、本発明に係る管状構造物計測装置は、水圧計を備えているので、水面の水圧と本体の水圧の差を求めることで本体の水深を求めることができ、潮位変動の影響をうけることなく台車の深度管理を図ることができる。

また、本発明に係る管状構造物計測装置は、同期機構が車輪を側壁と接しない位置まで退避可能なので、従来の管状構造物計測装置と同様の構成をとることで深度管理を行いながら側壁までの距離を計測することができる。

本実施形態に係る管状構造物計測装置の構成を説明するための概念図。 本実施形態に係る管状構造物計測装置の概要を説明するための図。 本実施形態に係る管状構造物計測装置の動作を説明するための図。 本実施形態に係る管状構造物計測装置の動作を説明するための図。 本実施形態に係る管状構造物の断面形状の一例を示す断面図。 本実施形態に係る管状構造物計測装置の真円度の計測方法を説明するための図。 本実施形態に係る管状構造物計測装置の鉛直度の計測方法を説明するための図。 本実施形態に係る管状構造物計測装置の真円度の計測方法を説明するための図。 直立浮上式防波堤の概念図。

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る管状構造物計測装置の構成を説明するための概念図であり、図２は、本実施形態に係る管状構造物計測装置の概要を説明するための図であり、図３は、本実施形態に係る管状構造物計測装置の動作を説明するための図であり、図４は、本実施形態に係る管状構造物計測装置の動作を説明するための図であり、図５は、本実施形態に係る鋼管の断面形状の一例を示す断面図であり、図６は、本実施形態に係る管状構造物計測装置の真円度の計測方法を説明するための図であり、図７は、本実施形態に係る管状構造物計測装置の鉛直度の計測方法を説明するための図であり、図８は、本実施形態に係る管状構造物計測装置の真円度の計測方法を説明するための図であり、図９は、直立浮上式防波堤の概念図である。

図１に示すように、本実施形態に係る管状構造物計測装置１は、管状構造物としての鋼管２の内周側壁に沿って昇降する本体１０と、該本体１０を昇降せしめる巻上機構３０を備えた架台３１とを備えている。巻上機構３１は、第１の水圧計３１ａとロータリエンコーダを備えており、ロータリエンコーダの巻上げ又は巻出し量から本体１０の深度管理を行うことができる。さらに、巻上機構３０は、海中で作業を行うことを考慮して防水処理が施されていると好適である。

本体１０の計測結果や本体１０の深度管理は、船体４３などに設置した制御部４０により行う。制御部４０は、巻上機構３０の駆動等を行う制御装置４４と、計測結果の収集および解析を行うコンピュータ４１と、制御装置４４やコンピュータ４１に給電を行う電源４２を備えている。

架台３１は鋼管２の上端部に固定設置されており、巻上機構３０を介して本体１０が昇降する際の位置決めを行っている。架台３１の設置は、水上からクレーンなどを用いて潜水士５０が所定の位置へ固定を行うことができる。

本体１０は、鋼管２の内周の側壁までの距離を測定する距離計１１と、距離計１１が設置される支持腕１３と、支持腕１３を鋼管２の周方向に回転させる回転機構１２と、本体１０の重力方向からの傾斜を測定する傾斜計１５と、第２の水圧計１６と、周方向に略等間隔に配置された下車輪１４ａと上車輪１４ｂとを備えている。

距離計１１は、超音波距離計１１ａとレーザ距離計１１ｂとを備えており、超音波距離計１１ａは、送受波兼用型で濁水用及び清水用に帯域を変更することができると好適である。また、レーザ距離計１１ｂは、三角測距式で赤色レーザを用いると好適である。なお、超音波距離計１１ａは、キャリブレーションプレートを有し、常時音速補正を行いながら距離計側を行っている。レーザ距離計１１ｂは、専用の耐圧容器に収納して配置しており、海水中の伝搬距離にのみ屈折率に応じた補正係数を乗じて補正を行っている。

このように、本実施形態に係る管状構造物計測装置１は、距離計１１として特性の異なる超音波距離計１１ａとレーザ距離計１１ｂを備えているので、種々の計測条件の下で鋼管２の側壁までの距離を測定することができる。

回転機構１２は、支持腕１３を回転せしめて支持腕１３の先端に取り付けた距離計１１によって全周にわたって鋼管２の側壁までの距離を測定するものであり、支持腕１３の回転角度を把握するためのロータリエンコーダ１２ａを備える。

上述したように、本体１０の深度管理は、巻上機構３０の巻上げ又は巻出し量で行っているが、本体１０には、第２の水圧計１６を備えているので、架台３１に設置した第１の水圧計３１ａとの差分を求めることで深度管理を行うこともできる。この場合、潮位変動などが起こった場合であっても本体１０の深度管理を確実に行うことができる。

下車輪１４ａと上車輪１４ｂは、それぞれ本体１０の周方向に少なくとも３つ好ましくは４つ配置されている車輪組を構成している。車輪組は本体１０の長手方向に沿って少なくとも２組配置されている。また、下車輪１４ａ及び上車輪１４ｂは同期機構２０に支承されている。下車輪１４ａと上車輪１４ｂは、鋼管２の内周側壁に沿って転動自在に配置されている。

図２に示すように、下車輪１４ａ及び上車輪１４ｂは、付勢手段２３によって鋼管２の拡径方向に付勢されている。付勢手段２３は、バネやゴムなど種々の弾性体を適用することができる。

同期機構２０は、下車輪１４ａ及び上車輪１４ｂを回転自在に支承すると共に鋼管２の径方向に揺動自在に取り付けられた車輪腕２１と、下車輪１４ａ及び上車輪１４ｂが径方向に移動した際に、各車輪が同距離だけ移動するように同期するリンク機構２２を備えている。なお、リンク機構２２は、本実施形態に係る管状構造物計測装置１のように、車輪組を偶数の車輪で構成した場合には、対向する車輪同士を同期するように構成しても構わない。さらに、リンク機構２２は、鋼管２の側壁と下車輪１４ａ及び上車輪１４ｂが接しない位置に下車輪１４ａ及び上車輪１４ｂを縮径方向へ退避することができるように構成されている。

このように下車輪１４ａ及び上車輪１４ｂが径方向に同期しているので、任意の車輪組を構成する一の車輪が径方向に移動した場合に当該車輪組の他の車輪も連動して径方向に伸縮するように移動することができる。このため、図３に示すように、本体１０は、下車輪１４ａ及び上車輪１４ｂには所定のプリロードｘが付与されながら鋼管２の中心線と本体１０の中心線を一致させながら側壁に沿って昇降することができる。

このような構成によれば、例えば図４に示すように鋼管２が傾斜して打設された場合でも、下側の車輪組を構成する右側の車輪１４ａと左側の車輪１４ａ´について、浮力などを考慮しない場合、右側の車輪１４ａは、本体１０の質量ｍと傾斜角度θに応じてｍｇｓｉｎθの力を受けて縮径方向に移動する。この時、左側の車輪１４ａ´も同量だけ縮径方向に移動するので本体１０の中心線と鋼管２の中心線がずれることなく鋼管２の断面形状の測定を行うことができる。

なお、図５に示すように鋼管２の内径が第１の内径部２ａ，第２の内径部２ｂ及び第３の内径部２ｃと段付き形状である場合、最も大きな径を有する部位である第３の内径部２ｃにおいて付勢手段２３が下車輪１４ａ及び上車輪１４ｂを側壁に付勢することができるようにプリロードｘを設定すれば、鋼管２の中心線と本体１０の中心線とを一致させたまま、鋼管２の断面形状を測定することができる。

なお、本実施形態に係る管状構造物計測装置１は、図６から図８に示すように種々の方法によって鋼管２の断面形状及び鉛直度の測定を行う。

［断面形状の測定］
図６に示すように、本体１０の回転機構１２を回転させて距離計１１を用い、鋼管２の全周にわたって中心線ｃから鋼管２の側壁までの距離を測定する。この時、距離計１１は、鋼管２の内周の測定線Ｌに沿って測定を行うと好適である。測定線Ｌは、距離計１１を３６０°往復回転させた後、深度管理をしながら複数回の測定を行う。

この方法によれば、中心線ｃから鋼管２の側壁までの距離が全周にわたって測定することができるので、断面形状の真円度を求めることができる。また、上述したように、本体１０は、同期機構２０によって常に鋼管２の中心線ｃの位置に保持されているので、より正確な断面形状を測定することができる。

［鉛直度の測定］
図７に示すように、鉛直度の測定は、本体１０に設置した傾斜計１５によって深度管理を行いながら中心線ｃからの傾斜角を測定している。

また、図８に示すように距離計１１を任意の方向に固定し、鋼管２の上端から下端までを走査的に距離計側をすることでその方位の縦プロファイルを計測することもできる。この場合、上述した鉛直度との比較のために、下車輪１４ａ及び上車輪１４ｂを縮径方向に退避させて鋼管２の側壁から離して本体１０を巻上機構３０から宙吊りの状態で昇降させる。

以上説明したように、上述した本実施形態に係る管状構造物計測装置１では、車輪組を構成する車輪が４つの場合について説明を行ったが、車輪の数は３つ以上であればこれに限られず、５以上設けても構わない。また、本実施形態に係る管状構造物計測装置１では、車輪組を上下に一対設けた場合について説明したが、車輪組の数も３以上設けても構わない。

さらに、本実施形態に係る管状構造物計測装置１は、海底に打設した鋼管２の測定を行った場合について説明を行ったが、鋼管２の打設箇所は海底に限られず、例えば地上に打設した鋼管の断面形状や鉛直度の測定を行うこともできる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ 管状構造物計測装置， ２ 鋼管， ３ 浮上管， １０ 本体， １１ 距離計， １１ａ 超音波距離計， １１ｂ レーザ距離計， １２ 回転機構， １３ 支持腕， １４ａ 下車輪， １４ｂ 上車輪， １５ 傾斜計， １６ 第２の水圧計， ２０ 同期機構， ２１ 車輪腕， ２２ リンク機構， ２３ 付勢手段， ３０ 巻上機構， ３１ 架台， ３１ａ 第１の水圧計, ４０ 制御部， ４１ コンピュータ， ４２ 電源， ４３ 船体， ４４ 制御装置， ５０ 潜水士， ｃ 中心線， Ｌ 測定線， Ｇ 海底。

Claims (7)

1. 設置した鋼管の内周の側壁までの距離を測定する距離計と、
   前記距離計を前記鋼管の周方向に回転させる回転機構と、を備えた本体を有する管状構造物計測装置であって、
   前記本体は、前記側壁の長手方向に沿って転動可能な複数の車輪を備え、
   前記車輪は、周方向に沿って少なくとも３つ配置される車輪組を構成すると共に、前記本体の長手方向に沿って少なくとも２組配置され、
   前記車輪組を構成する各車輪は、前記鋼管の拡径方向に付勢されると共に、同期機構によって前記鋼管の径方向の移動が同期していることを特徴とする管状構造物計測装置。
2. 請求項１に記載の管状構造物計測装置において、
   前記本体は、傾斜計を備えることを特徴とする管状構造物計測装置。
3. 請求項１又は２に記載の管状構造物計測装置において、
   前記距離計は、超音波距離計及びレーザ距離計の少なくとも一方であることを特徴とする管状構造物計測装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の管状構造物計測装置において、
   前記本体は、巻上機構によって昇降自在に操作されることを特徴とする管状構造物計測装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の管状構造物計測装置において、
   前記本体は、水圧計を備えることを特徴とする管状構造物計測装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の管状構造物計測装置において、
   前記同期機構は、前記車輪を前記側壁と接しない位置に縮径方向へ退避可能であることを特徴とする管状構造物計測装置。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の管状構造物計測装置を用いた計測及び評価方法。

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