JP2014238309A - 掘削ビットの偏位量計測装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】掘削ビットの先端位置を正確に把握し、孔曲がりの初期段階においてその傾向を確認することにより、修正掘削に要する時間を最小限にとどめることができる、掘削ビットの偏位量計測装置を提供する。
【解決手段】掘削ロッドの先端に接続されて、地盤に孔を掘削するための掘削ビットの偏位量計測装置であって、掘削停止時に掘削ロッド30の上端に据え付けられる計測装置本体1と、計測装置本体1の上部から垂下するように設けられ、掘削ロッド30内に挿入される線条体13と、線条体13の先端に連結されて掘削ロッド内を昇降し、線条体との連結部を常時掘削ロッド中心に保持するガイド部材と、計測装置本体1に設けられ、設定高さ位置における線条体13の平面座標位置を検出するセンサー20a,20b,21a,21bとを備え、センサーが検出した平面座標位置に基づき掘削ビットの偏位量を算出する。
【選択図】図1
【解決手段】掘削ロッドの先端に接続されて、地盤に孔を掘削するための掘削ビットの偏位量計測装置であって、掘削停止時に掘削ロッド30の上端に据え付けられる計測装置本体1と、計測装置本体1の上部から垂下するように設けられ、掘削ロッド30内に挿入される線条体13と、線条体13の先端に連結されて掘削ロッド内を昇降し、線条体との連結部を常時掘削ロッド中心に保持するガイド部材と、計測装置本体1に設けられ、設定高さ位置における線条体13の平面座標位置を検出するセンサー20a,20b,21a,21bとを備え、センサーが検出した平面座標位置に基づき掘削ビットの偏位量を算出する。
【選択図】図1
Description
この発明は、掘削ビットの偏位量計測装置に関し、より詳細には、地盤に杭孔等の孔を掘削するに際し、掘削ビットの偏位量を計測して孔曲がりを検出するための装置に関する。
図9(a)は、例えば場所打ち杭工法の1つとして知られているリバースサーキュレーション工法において、掘削ロッド50を順次継ぎ足しながら、その先端に接続した掘削ビット51により杭孔52を掘削している状態を示している。このような杭孔掘削施工において、掘削が進行するにつれて地層がA,B,Cと変化することはよくあることである。そして地層がAからBに変化し、変化した地層Bが傾斜していると、その傾斜等が原因で孔曲がりが発生することがある。
しかしながら、この孔曲がりが判明するのは偏芯量がある程度大きくなってからであり、ロッド接続時の戻り量やボルト接続時に判明することが多い。また、孔曲がりの発生深度が深いほど、ロッド50の傾斜角は小さくなるので、より偏芯量が大きくなってしまうのが現状である。
このような孔曲がりが発生した場合には修正掘削を行うことになるが、図9(b)に鎖線Rで囲んで示すように、修正のための反力が取れないところで再掘削することになるため、精度を補正するために非常に多くの時間を要している。また、正確に孔壁測定を行う場合には、地上の掘削機(杭打ち機)を一旦移動させないと実施できない。そして、修正掘削のためには再度掘削機のセットが必要となり、揚重機の使用が制限される駅構内等での施工の場合には、非常に多くの時間を要してしまい、工期の長期化の原因となりかねない。
特許文献1,2には掘削時の孔曲がりを計測する技術が開示されている。しかしながら、これら先行技術はいずれもロッドにジャイロ、傾斜計を組み込むものであり、本発明とは計測の方式が異なる。
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、掘削の進捗の一定深度間隔ごとに、あるいは孔曲がりが予想される地層付近において、ロッドの接続作業時に掘削ビットの先端位置を正確に把握し、孔曲がりの初期段階においてその傾向を確認することにより、修正掘削に要する時間を最小限にとどめることができる、掘削ビットの偏位量計測装置を提供することにある。
この発明の目的は、掘削の進捗の一定深度間隔ごとに、あるいは孔曲がりが予想される地層付近において、ロッドの接続作業時に掘削ビットの先端位置を正確に把握し、孔曲がりの初期段階においてその傾向を確認することにより、修正掘削に要する時間を最小限にとどめることができる、掘削ビットの偏位量計測装置を提供することにある。
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、掘削ロッドの先端に接続されて、地盤に孔を掘削するための掘削ビットの偏位量計測装置であって、
掘削停止時に前記掘削ロッドの上端に据え付けられる計測装置本体と、
この計測装置本体の上部から垂下するように設けられ、前記掘削ロッド内に挿入される線条体と、
この線条体の先端に連結されて前記掘削ロッド内を昇降し、前記線条体との連結部を常時掘削ロッド中心に保持するガイド部材と、
前記計測装置本体に設けられ、設定高さ位置における前記線条体の平面座標位置を検出するセンサーとを備え、
前記センサーが検出した平面座標位置に基づき掘削ビットの偏位量を算出することを特徴とする掘削ビットの偏位量計測装置にある。
すなわち、この発明は、掘削ロッドの先端に接続されて、地盤に孔を掘削するための掘削ビットの偏位量計測装置であって、
掘削停止時に前記掘削ロッドの上端に据え付けられる計測装置本体と、
この計測装置本体の上部から垂下するように設けられ、前記掘削ロッド内に挿入される線条体と、
この線条体の先端に連結されて前記掘削ロッド内を昇降し、前記線条体との連結部を常時掘削ロッド中心に保持するガイド部材と、
前記計測装置本体に設けられ、設定高さ位置における前記線条体の平面座標位置を検出するセンサーとを備え、
前記センサーが検出した平面座標位置に基づき掘削ビットの偏位量を算出することを特徴とする掘削ビットの偏位量計測装置にある。
上記計測装置において、前記センサーは、x,y方向の発光器及び受光器を備えたレーザーセンサーである構成を採用することができる。
また、前記計測装置本体は、前記掘削ロッドのフランジ部に固定され、前記線条体を通すための穴が設けられた基部プレートと、
この基部プレートに立設された複数本の支柱と、
この支柱の上端に固定され、前記線条体を通すための穴が設けられた頂部プレート、
この頂部プレートの穴の周縁部に設けられ、前記線条体が巻き掛けられるプーリとを備え、
前記センサーは前記基部プレートに設けられている構成を採用することができる。
この基部プレートに立設された複数本の支柱と、
この支柱の上端に固定され、前記線条体を通すための穴が設けられた頂部プレート、
この頂部プレートの穴の周縁部に設けられ、前記線条体が巻き掛けられるプーリとを備え、
前記センサーは前記基部プレートに設けられている構成を採用することができる。
この発明によれば、掘削ロッドの上端に据え付けられる計測装置本体、計測装置本体から垂下して設けられる線条体、線条体の下端に取り付けられて線条体の下端を常時掘削ロッドの中心に保持するガイド部材、及び線条体の平面座標位置を検出するセンサーといった簡単な構成によって、掘削ビットの偏位量を測定することができる。そして、掘削停止時であればいつでも計測を実施でき、偏位量の変化を監視することにより、孔曲がりの傾向を確認することができ、修正掘削に要する時間を最小限に抑えることができる。また、掘削ロッド内にはセンサー等の精密機器類を設置することがないので、トラブルの発生を極力抑えることができる。
この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図1〜図3に示すように、計測装置の本体1は、中央に穴2aを有する環状の基部プレート2を有している。この基部プレート2には、周方向に間隔を置いて複数本(実施形態では4本)の支柱3が配置され、その下端部がボルト4により基部プレート2により固定されている。これらの支柱3の上端には矩形の頂部プレート5がボルト6により固定されている。
頂部プレート5の中央部には小径の穴7が設けられている。この穴7の周縁部には2つのプーリ8,9がブラケット10を介して取り付けられている。一方のプーリ8に巻き掛けられるワイヤ(線条体)12は、下げ振り(ウェイト)11を吊り下げるためのものである。この下げ振りワイヤ12は穴7を通って下方に延び、その先端に下げ振り11が取り付けられ、また、その上端はボルト16に掛け止めされる。
他方のプーリ9に巻き掛けられるワイヤ(線条体)13は、図5に示すガイド部材14(これについては後述する)を吊り下げ、偏位量を計測するためのものである。この計測ワイヤ13は、図示しない繰り出しロールから繰り出され、プーリ9に巻き掛けられて穴7を通って垂下され、さらに基部プレート2の穴2aを通って掘削ロッド内に挿入される。そして、その先端にガイド部材14が取り付けられる。偏位量計測時には、計測ワイヤ13は巻き付け軸15に固定される。また、繰り出しロールからのワイヤ13の繰り出し長さは、図示しないロータリエンコーダ等のセンサーにより測定され、プーリ9からの下降長さ(図7,図8の固定点 F からワイヤ先端 M までの長さ)が演算される。
図3に示すように、基部プレート2にはワイヤ12,13の設定高さ位置における平面座標位置を検出するレーザーセンサーが設けられている。レーザーセンサーは、x方向座標位置を測定するx方向センサー20a,20bと、y方向座標位置を測定するy方向センサー21a,21bとからなる。それぞれのセンサーにおいて、20a,21aがレーザー発光器であり、20b,21bがレーザー受光器である。そして、上記設定高さ位置は、レーザーセンサーの取付け高さ位置となる。
ここで、レーザーセンサーによる座標位置測定は周知の技術であるが、図4を参照して、その測定原理の概要を説明する。レーザー発光器20a,21aからは帯状のレーザー光23が受光器20b,21bの各受光部22に向けて照射される。今、下げ振り用ワイヤ12が図示の位置にあるとすると、レーザー光はワイヤ12によって遮られるので受光部22の素子はその平面座標位置を検出する。受光部22において、その端部を原点 Ox,Oy とすると、下げ振り用ワイヤ12の原点からの変位は、dx00,dy00 となる。同様に、計測用ワイヤ13が図示の位置にあるとすると、その原点からの変位は、dx,dy となる。このレーザーセンサーによる検出値は、検出信号として図示しないポータブルコンピュータなどの演算制御装置に入力される。
図5は、計測ワイヤ13に取付けられるガイド部材14を示している。ガイド部材14はウェイトとなる円柱状の本体24を有している。この本体24の上下部にはそれぞれ1対ずつの長孔であって、本体24を半径方向に貫通し、かつ互いに直角をなす長孔25a,25bが設けられている。これらの長孔25a,25bには揺動アーム26が挿入され、その中央部がピン27により揺動自在に支持されている。ピン27には両端が本体24及び揺動アーム26に取り付けられた捻りコイルばね28が設けられ、このばね28により揺動アーム26は本体24に対し直角となるように付勢されている。揺動アーム26の両端にはローラ29が設けられている。
以上のような構成により、計測ワイヤ13を介してガイド部材14を掘削ロッド30内に挿入すると、揺動アーム26は掘削ロッド30の径に応じて、ばね28に抗して回動し、常時ローラ29が掘削ロッド30の内周面に当接して走行することになる。すなわち、ガイド部材14の本体24は常に掘削ロッドの軸線上に位置することになり、計測ワイヤ13の先端の取付部13が掘削ロッド30の中心に位置することになる。
図6は、偏位量計測時の掘削機を含む全体図を示している。例示されている掘削機31は、駆動モータ33によって駆動されるターンテーブル(ロータリテーブル)32を有し、このターンテーブル32の回転によって掘削ロッドであるケリーロッド30を回転させる方式のものである。このケリーロッド30を順次継ぎ足しながら、先端のビット34により穴35が掘削される。
ビット34の偏位量計測は掘削を停止して、新たなケリーロッド30を継ぎ足す前に行われる。このとき、最上部のケリーロッド30は、仮受けレンチ36に支持されている。この最上部のケリーロッド30に計測装置本体1が取り付けられる。図1〜図3を再び参照して、ケリーロッド30の上端にはロッド同士を継ぎ足すためのフランジ40が設けられている。このフランジ40に基部プレート2がボルト41により固定される。符号42は基部プレート2のレベルを出すための押しボルトであり、基部プレート2は水平にされた後ボルト41によりフランジ40に固定される。
次に、計測方法の詳細について図7,図8を参照して説明する。計測方法には、最初に計測ワイヤに下げ振りを取り付けて補正値を取得した後、下げ振りを外して計測を進めてゆく1ワイヤ方式と、下げ振り用ワイヤにより常に基準となる鉛直線を確保しておく2ワイヤ方式がある。
まず、図7を参照して1ワイヤ方式による計測方法について説明する。以下の説明はx軸方向の計測であるが、y軸方向についても同様である。図において Ox はセンサー原点、F は計測ワイヤ13の計測装置本体1上での固定位置(計測ワイヤ13がプーリ9から離れて下降開始する始点位置)、M は計測ワイヤ13の先端(図5に示した、ガイド部材14への取付部13a)である。
<ステップ1>
計測ワイヤ13の先端に下げ振り11を取付け、センサー原点のオフセット量 ofx を計測する。ここで、センサーの検出値を dx00とすると、
ofx = dx00 (1)
と表される。
計測ワイヤ13の先端に下げ振り11を取付け、センサー原点のオフセット量 ofx を計測する。ここで、センサーの検出値を dx00とすると、
ofx = dx00 (1)
と表される。
<ステップ2>
ケリーロッド30の管口(深度0m )中心の偏位量(計測ワイヤ13の固定位置 F からの偏位量)x0 を計測・演算する。そのために、下げ振り11に代えて計測ワイヤ13の先端には図5に示したガイド部材14を取付け、計測ワイヤ13の先端 M を管端面レベルに一致させる。このとき、前述したようにガイド部材14の作用により、計測ワイヤ13の先端 M は、管口中心に位置することになる。
ケリーロッド30の管口(深度0m )中心の偏位量(計測ワイヤ13の固定位置 F からの偏位量)x0 を計測・演算する。そのために、下げ振り11に代えて計測ワイヤ13の先端には図5に示したガイド部材14を取付け、計測ワイヤ13の先端 M を管端面レベルに一致させる。このとき、前述したようにガイド部材14の作用により、計測ワイヤ13の先端 M は、管口中心に位置することになる。
ここで、センサ原点位置 Ox(センサ取付け高さ位置)から計測ワイヤ13の固定位置 F までの距離を l 、計測ワイヤ13の傾斜角をθ0 、計測ワイヤの長さ(固定位置 F から管口中心までの長さ)を L0 、センサーの検出値を dx0 とすると、
θ0 = tan-1{(dx0 - ofx)/l} (2)
x0 = L0sinθ0 (3)
又は
x0 = L0(dx0 - ofx)/{l2 + (dx0 - ofx)2}1/2 (4)
と表される。
θ0 = tan-1{(dx0 - ofx)/l} (2)
x0 = L0sinθ0 (3)
又は
x0 = L0(dx0 - ofx)/{l2 + (dx0 - ofx)2}1/2 (4)
と表される。
<ステップ3>
ビットの偏位量(管口中心からの偏位量)X を計測・演算する。計測ワイヤ13を繰り出し、ガイド部材14をビット近くまで下降させる。ガイド部材14の下降位置において、前述したようにガイド部材14の作用により、計測ワイヤ13の先端 M は、ケリーロッド30の中心に位置することになる。
ビットの偏位量(管口中心からの偏位量)X を計測・演算する。計測ワイヤ13を繰り出し、ガイド部材14をビット近くまで下降させる。ガイド部材14の下降位置において、前述したようにガイド部材14の作用により、計測ワイヤ13の先端 M は、ケリーロッド30の中心に位置することになる。
ここで、計測ワイヤ13の傾斜角をθ、計測ワイヤの長さ(固定位置 F からワイヤ先端M までの長さ)を L 、センサーの検出値を dx 、計測ワイヤ先端 M の固定点 F からの偏位量を x とすると、
θ = tan-1{(dx - ofx)/l} (5)
x = Lsinθ (6)
又は
x = L(dx - ofx)/{l2 + (dx - ofx)2}1/2 (7)
X =x - x0 (8)
と表される。
θ = tan-1{(dx - ofx)/l} (5)
x = Lsinθ (6)
又は
x = L(dx - ofx)/{l2 + (dx - ofx)2}1/2 (7)
X =x - x0 (8)
と表される。
上記各式に基づく演算は、センサー検出値が入力されるポータブルコンピュータなどの演算制御装置によって実行される。そして、以上のような計測は、掘削の進捗の一定間隔(例えば、5mおき)ごとに、あるいは孔曲がりが予想される地層付近において行われ、掘削深度ごとのビット偏位量が表示装置に表示される。
図8は、2ワイヤ方式による計測方法を示している。この方式では、計測ワイヤ13に加えて下げ振り用ワイヤ12を用い、この下げ振り用ワイヤ12におけるセンサの取付け高さ位置を原点 Ox とする。図において、F0 は下げ振り用ワイヤ12の計測装置本体1上での固定位置(下げ振り用ワイヤ12がプーリ8から離れて下降開始する始点位置)である。
<ステップ1>
下げ振り用ワイヤ12及び計測ワイヤ13の各先端に下げ振り11を取付け、ワイヤ取付けオフセット量 ofx を計測する。ここで、センサーの検出値を dx00 とすると、オフセット量 ofx は、1ワイヤ方式と同様に、(1)式で表される。
下げ振り用ワイヤ12及び計測ワイヤ13の各先端に下げ振り11を取付け、ワイヤ取付けオフセット量 ofx を計測する。ここで、センサーの検出値を dx00 とすると、オフセット量 ofx は、1ワイヤ方式と同様に、(1)式で表される。
<ステップ2>
ケリーロッド30の管口(深度0m )中心の偏位量(計測ワイヤ13の固定位置 F からの偏位量)x0 を計測・演算する。そのために、1ワイヤ方式の場合と同様に、下げ振り11に代えて計測ワイヤ13の先端にはガイド部材14を取付け、計測ワイヤ13の先端 M を管端面レベルに一致させる。
ケリーロッド30の管口(深度0m )中心の偏位量(計測ワイヤ13の固定位置 F からの偏位量)x0 を計測・演算する。そのために、1ワイヤ方式の場合と同様に、下げ振り11に代えて計測ワイヤ13の先端にはガイド部材14を取付け、計測ワイヤ13の先端 M を管端面レベルに一致させる。
ここで、下げ振り用ワイヤ12上の原点位置 Ox(センサ取付け高さ位置)から下げ振り用ワイヤ12の固定位置 F0 までの距離を l 、計測ワイヤ13の傾斜角をθ0 、計測ワイヤの長さ(固定位置F から管口中心までの長さ)を L0 、センサーの検出値を dx0 とすると、θ0 及び x0 は、1ワイヤ方式の場合と同様に、上記(2),(3),(4)式で表される。
<ステップ3>
ビットの偏位量(管口中心からの偏位量)X を計測・演算する。計測ワイヤ13を繰り出し、ガイド部材14をビット近くまで下降させる。ここで、計測ワイヤ13の傾斜角をθ、計測ワイヤの長さ(固定位置 F からワイヤ先端 M までの長さ)を L 、センサーの検出値を dx 、計測ワイヤ先端 M の固定点 F からの偏位量を x とすると、θ、x 及び X は、1ワイヤ方式場合と同様に、上記(5),(6),(7)式で表される。
ビットの偏位量(管口中心からの偏位量)X を計測・演算する。計測ワイヤ13を繰り出し、ガイド部材14をビット近くまで下降させる。ここで、計測ワイヤ13の傾斜角をθ、計測ワイヤの長さ(固定位置 F からワイヤ先端 M までの長さ)を L 、センサーの検出値を dx 、計測ワイヤ先端 M の固定点 F からの偏位量を x とすると、θ、x 及び X は、1ワイヤ方式場合と同様に、上記(5),(6),(7)式で表される。
上記実施形態では、1ワイヤ方式及び2ワイヤ方式のいずれにも対応できるように、計測装置本体には2つのプーリを設けたが、1ワイヤ方式のみで計測する場合はプーリは1つでもよい。また、図6に示した掘削機は例示であり、この発明の計測装置は他の種々の掘削機を用いて孔掘削する場合にも適用できる。
1 計測装置本体
2 基部プレート
3 支柱
8,9 プーリ
11 下げ振り
12 下げ振り用ワイヤ
13 計測ワイヤ
14 ガイド部材
20a,20b x方向レーザーセンサー
21a,21b y方向レーザーセンサー
24 ガイド部材の本体
26 揺動アーム
29 ローラ
30 ケリーロッド(掘削ロッド)
34 掘削ビット
2 基部プレート
3 支柱
8,9 プーリ
11 下げ振り
12 下げ振り用ワイヤ
13 計測ワイヤ
14 ガイド部材
20a,20b x方向レーザーセンサー
21a,21b y方向レーザーセンサー
24 ガイド部材の本体
26 揺動アーム
29 ローラ
30 ケリーロッド(掘削ロッド)
34 掘削ビット
Claims (3)
- 掘削ロッドの先端に接続されて、地盤に孔を掘削するための掘削ビットの偏位量計測装置であって、
掘削停止時に前記掘削ロッドの上端に据え付けられる計測装置本体と、
この計測装置本体の上部から垂下するように設けられ、前記掘削ロッド内に挿入される線条体と、
この線条体の先端に連結されて前記掘削ロッド内を昇降し、前記線条体との連結部を常時掘削ロッド中心に保持するガイド部材と、
前記計測装置本体に設けられ、設定高さ位置における前記線条体の平面座標位置を検出するセンサーとを備え、
前記センサーが検出した平面座標位置に基づき掘削ビットの偏位量を算出することを特徴とする掘削ビットの偏位量計測装置。 - 前記センサーは、x,y方向の発光器及び受光器を備えたレーザーセンサーであることを特徴とする請求項1記載の掘削ビットの偏位量計測装置。
- 前記計測装置本体は、前記掘削ロッドのフランジ部に固定され、前記線条体を通すための穴が設けられた基部プレートと、
この基部プレートに立設された複数本の支柱と、
この支柱に固定され、前記線条体を通すための穴が設けられた頂部プレート、
この頂部プレートの穴の周縁部に設けられ、前記線条体が巻き掛けられるプーリとを備え、
前記センサーは前記基部プレートに設けられていることを特徴とする請求項1又は2記載の掘削ビットの偏位量計測装置。
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2013
- 2013-06-07 JP JP2013120574A patent/JP2014238309A/ja active Pending
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A02 | Decision of refusal |
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