JP2015090049A - 挿入姿勢測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 作業を中断することなくリアルタイムに計測対象物の挿入姿勢を高精度に検知することができる挿入姿勢測定装置を提供する。
【解決手段】 軸中心に回転しながら被挿入体内へ挿入される円筒形の掘削ケーシング１０１の挿入姿勢を測定する挿入姿勢測定装置１である。挿入姿勢測定装置１は、掘削ケーシング１０１の表面に少なくとも３点で接触するように構成された接触部である円筒ローラ１２と、前記円筒ローラ１２を前記挿入体側に突出した状態に保持する本体部１３と、前記本体部１３と自在継手４により連結され前記接触ユニットを前記挿入体の表面に押圧配置するベース部２と、前記本体部１３に設けられ、前記挿入体の挿入姿勢に追従する前記本体部の地軸に対する絶対角度を測定するセンサ部１５とを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば、場所打杭用の掘削ケーシングや矢板など地盤に挿入される挿入体の挿入姿勢を測定するための挿入姿勢測定装置に関し、特に、挿入体が地面に対して所定の挿入角度を維持しているかを測定する挿入姿勢測定装置に関する。

各種の立坑の構築の１つとしてオールケーシング工法があり、この方法は、円形のケーシングを打設機で打ち込みながらクラブバケットでケーシング内の土砂を排土していく工程によって行なわれる。ケーシングは複数のものを上下に連結しながら所定の深さまで打設されるもので、最初に打設するケーシングの下端には掘削刃が形成されている。このケーシングの打設は打設機に備えた圧入機によって行なわれるもので、圧入機はケーシングを回転させながら地盤中に圧入する負荷を加えることで、ケーシングが地盤中に埋設される。

このような立坑の構築では、鉛直方向に立坑が形成されるようにケーシングを圧入していくことが重要である。このケーシングの鉛直姿勢の測定及び管理は、従来、下げ振り、水糸、トランシットを用いて計測し、管理されている。

また、掘削が鉛直方向に進んでいるかについて測定する技術については種々開示されており、たとえば、特許文献1（特開２００２−３８８６９号公報）には、ケーシングの内部の立坑芯上に位置検出センサを配置し、検出センサにより検出したケーシング又はケーシングの前記立坑芯上からの位置ずれを計測することでケーシングの傾きを計測、管理する技術が開示されている。

特許文献２（特開１１−１４８２９０号公報）には、オーガスクリューの方向きの方向性を測定するために、オーガの先端と上部の支持アームにそれぞれ傾斜計と変調機を付し、傾斜計からの信号をケーブルで地上に伝達できるようにして掘削が鉛直方向に進んでいるかを検出する技術が開示されている。

さらに、特許文献３（特開平９−１２５８５４号公報）にも、スクリューシャフトの内面に傾斜角センサを付設し、オーガとオーガマシンの接続部にはスクリューシャフトの方位検知装置を設けて、両者の方位検出信号と傾斜角検出信号とに基づいてＸＹ二方向におけるスクリューシャフトの傾斜角を測定すると共に、１８０度回転する都度、各々の方向における傾斜角検出信号同士の和を求め、和がゼロになるようにリーダーの角度を調整する技術が開示されている。

特開２００２−３８８６９号公報 特開平１１−１４８２９０号公報 特開平９−１２５８５４号公報

しかし、上記特許文献に記載されているいずれの技術も、装置の構成上、計測のために作業を中断しなければならないという問題があった。そして、この作業の中断は、多数の管理情報が時々刻々と変化する掘削において、管理情報にリアルタイム性を持たせて一括管理することを困難にし、これらを統括管理し施工進捗を検討判断するために、相当の熟練を積んだ管理作業者を、掘削の作業者の他に必要としていた。

例えば、特許文献１に記載の技術は、下げ振りの原理を応用したものであり、ケーシングが傾斜した場合にはセンサが立坑芯上から移動することで、ケーシングの傾斜を検出することができる。しかし、ケーシング内にセンサを配置するため、土砂を排出するクラブジャケットとの併用が不可能で、測定時にはクラブジャケットを取り除き、センサを配置する必要があることから、測定時には作業を中断する必要があった。また、傾斜の向きを特定しにくく、精度が十分ではなかった。たとえば、ケーシングが横方向にシフトした場合と傾いた場合とを判別することが困難であった。

また、特許文献２及び特許文献３は、切削を行うオーガの先端に傾斜センサを取り付ける構成であるため、オーガの回転による振動等によって精度が悪くなるという問題があった。また、回転する掘削部材であるオーガに取り付けられた傾斜センサは、破損、故障しやすく、取り扱いが不便であるという問題もあった。

そこで、この発明の課題は、上記のような問題点を解決するため、作業を中断することなくリアルタイムに計測対象物の挿入姿勢を高精度に検知することができる挿入姿勢測定装置を提供することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の挿入姿勢測定装置を提供する。

本発明は、被挿入体内へ挿入される挿入体の挿入姿勢を測定する挿入姿勢測定装置であって、
前記挿入体の表面に少なくとも平面を構成する３点で接触する接触部と、
前記接触部を前記挿入体側に突出した状態に保持し、前記接触部が前記挿入体の表面に接触したとき当該挿入体に対する傾きが一定となるように構成された本体部と、
前記本体部に設けられ、前記挿入体の挿入姿勢に追従する前記本体部の地軸に対する絶対角度を測定するセンサ部と、
を有することを特徴とする、挿入姿勢測定装置である。

また、前記接触部は、前記挿入体の移動方向に略直交する方向に伸びる回転軸周りに回転可能なローラで構成されていることが好ましい。

上記構成において、前記接触部は、前記挿入体に接触するボール部と、前記ボール部が回転可能に前記ボール部を被覆して支持する支持部とを備えるボールローラで構成することができる。

前記挿入体は円筒状に構成され、軸周りに回転しながら軸方向に直線運動することで、前記被挿入体に挿入されるものであり、
前記接触部は、前記挿入体の軸方向に延び互いに平行に配置された２つの円筒ローラで構成することができる。

前記被挿入体は掘削される地面であり、前記挿入体は地中を掘削する掘削ケーシングである。

前記センサ部は、少なくとも地面に平行な面に沿った２軸方向ごとの傾きを角度情報として出力し、
前記角度情報の時系列的な変位に基づいて、前記掘削ケーシングの２軸方向ごとの姿勢を検知する検知部を有することができる。

また、前記検知部は、前記掘削ケーシングを挿入するケーシング挿入装置から出力される前記掘削ケーシングの深度情報と掘削ケーシング挿入に要する力の情報に基づいて、所定深度における前記掘削ケーシング挿入時の摩擦力を演算し、前記演算された掘削ケーシングの２軸方向ごとの姿勢情報と関連づけて出力することができる。

本発明によれば、挿入体の表面に接触部が接触したときに、当該挿入体に対する傾きが一定となるように構成されており、接触部によって、挿入体の傾斜及び平行移動などの挿入姿勢に追従して倣い機構の原理により本体部の傾き及び位置が変化する。接触部としては、例えば、３点以上で挿入体の表面に接触すれば、本体部の傾きを一定とすることができる。また、挿入体の挿入姿勢に追従した本体部の方向の変化を許容するため、配置補助部と本体部とは自在継手などにより連結されていることが好ましい。この挿入体の挿入姿勢に追従した本体部の傾きは、センサ部によって地軸に対する絶対角度として出力され、検知部により、挿入体の挿入姿勢の情報に変換される。したがって、挿入体の挿入動作を継続しながら挿入姿勢の測定を行うことができ、挿入作業の中断を行う必要がないことから、作業の迅速及びリアルタイムの挿入姿勢を測定でき、高精度に検知することが可能である。

また、接触部が挿入体の移動に追従して回動可能に配置されたローラで構成されることにより、挿入体の表面の状態に応じて高い精度で本体部の傾斜として追従することができ、高精度の姿勢状態の検出を可能とする。挿入体の移動は、用いられる挿入体の種類によってことなるが、例えば、挿入体の軸を中心とした回転又は振動等が例示できる。また、接触部を円筒ローラにすることで、簡単な構成で姿勢状態の検出を高精度とすることができる。

第１及び第２接触部により少なくとも平面を構成する３点で挿入体に接触するように構成すれば、本体部と挿入体との位置関係をしっかりと維持することができ、挿入体の姿勢に応じて高精度に本体部の位置に反映することができる。

図１は本発明の一実施の形態にかかるケーシング姿勢計測装置を立坑掘削装置に用いた場合の全体構成を示す概略図である。 本実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置の概略構成を示す側面図である。 図２のケーシング姿勢測定装置の概略構成を示す平面図である。 図２のケーシング姿勢測定装置の概略構成を示す正面図である。 図２のケーシング姿勢測定装置のキャスター部の構成を示す拡大図である。 掘削ケーシングがＸ軸方向に傾いた状態における測定部の向きの変化を示す模式図である。 掘削ケーシングがＹ方向に傾いた状態における測定部の向きの変化を示す模式図である。 掘削ケーシングがＹ方向に横ずれした状態における測定部の向きの変化を示す模式図である。 本実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置を用いた掘削管理装置の機能ブロック図である。 計測された掘削ケーシングの姿勢に関する情報が表示されたモニタ表示画面の一例である。 本発明の第２実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置の概略構成を示す正面図である。 本発明の第３実施形態にかかるドリル姿勢測定装置の概略構成を示す模式図である。 図１２の部分Ａの拡大図である。 図１２のドリル姿勢測定装置の本体部の組立て分解図である。 本発明の第４実施形態にかかるシートパイル用姿勢測定装置の概略構成を示す正面図である。 図１５のシートパイル用姿勢測定装置の本体部とシートパイルの接触状態を模式的に示す平面図である。 図１５のシートパイル用姿勢測定装置の本体部とシートパイルの接触状態を模式的に示す側面図である。

以下、本発明の実施形態に係る挿入姿勢測定装置について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の挿入姿勢測定装置の実施の形態にかかるケーシング姿勢計測装置を立坑掘削装置に用いた場合の全体構成を示す概略図である。

立坑掘削装置１００は、オールケーシング工法により地面Ｇを掘削するための装置である。オールケーシング工法は、掘削ケーシング１０１を、揺動又は旋回させながら地面に挿入するための圧入機１０２にて押し込み、ハンマーグラブ１０３により掘削ケーシング１０１内の土砂１０４を排土して掘削する工法である。ハンマークラブ１０３は、クレーン１０５からワイヤー１０６によって吊り下げられており、掘削ケーシング１０１内に挿入されてケーシング１０１の底近傍に位置する土砂をケーシング１０１外へ取り除く。

計測対象である掘削ケーシング１００は圧入機１０２によって回転しながら軸方向へ移動して、地面Ｇ中に圧入される円筒形の鋼管材またはコンクリート材を用いたもので、最初に圧入される第１ケーシング１０１ａには図１に示すように下端に掘削刃１０１ｔを形成している。そして、この第１ケーシング１０１ａに円筒状の第２ケーシング１０１ｂを順に連結して圧入していくことにより、図１に示すようにケーシング１０１ａ及び複数の第２ケーシング１０１ｂによって立坑が構築される。なお、圧入機１０２による第１ケーシング１０１ａ及び第２ケーシング１０１ｂの圧入は、これらの第１ケーシング１０１ａ及び第２ケーシング１０１ｂの圧入及び回転によって行なわれる。

上述のように、第１ケーシング１０１ａの下端には、掘削刃１０１ｔが形成されており、圧入機１０２による掘削ケーシング１０１の回転駆動による掘削刃１０１ｔによる地盤切削によって行なわれる。一方、地盤中の転石等によって第１ケーシング１０１ａの進行方向が妨げられ、傾斜するような場合がある。このような状況では、第１ケーシング１０１ａ及びこれに連なる第２ケーシング１０１ｂの列は同様に傾斜するようになり、立坑の鉛直度が保てなくなる。

このような第１ケーシング１０１ａ及び第２ケーシング１０１ｂの掘進方向の修正は、これらの掘削ケーシング１０１がどのような姿勢で掘進しているかを知ることが必要である。そこで、本発明では、第１ケーシング１０１ａ及び第２ケーシング１０１ｂの立坑芯のずれを検出しながら掘進方向を変更できるようにするため、ケーシング姿勢測定装置１を設け、掘削ケーシング１０１の姿勢を検知しながら掘削を行う。

図２は、本実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置の概略構成を示す側面図である。図３は図２のケーシング姿勢測定装置の概略構成を示す平面図である。図４は、図２のケーシング姿勢測定装置の概略構成を示す正面図である。本実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置１は、図２に示すように、圧入機１０２の上面に配置され、後述する２本の円筒ローラ１２を掘削ケーシング１０１に押圧するように配置される。

ケーシング姿勢測定装置１の構成を説明する前に、まず、３次元座標軸について定義する。本実施形態において、鉛直方向をＺ軸とし、掘削ケーシング１０１の中心に向かう方向をＸ軸とする。すなわち、水平面がＸＹ平面となる。以下、この座標軸に基づいて説明を進める。

ケーシング姿勢測定装置１は、圧入機１０２の上面に固定される本発明の配置補助部の一例としてのベース部２と掘削ケーシング１０１に押圧される測定部３とが、３軸方向に揺動可能な自在継手４により連結された構成である。

ベース部２は、圧入機１０２の上面に固定される台部５と、台部５に対する取り付け位置が変更可能に構成されているシャフト支持部６と、シャフト支持部によって、略水平に保持されたシャフト７とを備える。台部５は、Ｘ軸方向に細長い板状の部材であり、図示しないナットあるいは溶接などの手段により、圧入機１０２の上面に固定されており、シャフト支持部６に設けられたホイール８と係合して、シャフト支持部６をそのＸ軸方向にスライド可能に構成されている。

シャフト支持部６は、上端に設けられたＸ軸方向に延びる貫通孔内にシャフト７がその軸方向にスライド可能に挿通されている。また、シャフト支持部６は、シャフト７をＸ軸中心に回転可能に支持し、掘削ケーシング１０１の傾斜に追従して適宜回転する。

また、後述するようにシャフト７には、スプリング９が外挿されており、シャフト支持部６及びシャフト７のスプリング受部１０、１１とで挟まれてシャフト７を伸長側（Ｘ軸側、図２において左側）に押し出すように付勢する。なお、シャフト７の後端には、ストッパ７ａが設けられており、シャフト７がシャフト支持部６から脱落することを防止する。

シャフト７の先端には、自在継手４が設けられており、測定部３と連結する。自在継手４は、ＸＹＺいずれの軸の周りにも捻り旋回が可能に構成されており、例えば、ボール軸受やユニバーサルジョイントなどを好適に使用することができる。

測定部３は、本発明の接触部の一例としての円筒ローラ１２と、円筒ローラを支持する本発明の本体部の一例としてのフレーム本体部１３と、キャスター部１４と、センサ部１５とを備える。上記のように、測定部３は、ベース部２の構成により、掘削ケーシング１０１に対して離接する向きにのみ移動可能であり、自在継手４によって、掘削ケーシング１０１に対向する向きが、掘削ケーシング１０１の姿勢に応じて変更可能になっている。

円筒ローラ１２は、図３及び図４に示すように、Ｚ軸方向に伸びる回転軸１６を有し互いに平行に配置された２本のローラである。上述のように、円筒ローラ１２は、その回転軸が、Ｚ軸中心に回転しながらＺ軸方向に地面に挿入される掘削ケーシング１０１の移動方向に略直行するように配置される。このように円筒ローラ１２を配置することで、掘削ケーシング１０１の移動に円筒ローラ１２が追従し、測定部３に余計な振動などが及ぶことが防止される。

円筒ローラ１２の表面材質は、例えば、合成樹脂、金属、ゴムなど、矢印９０に示す掘削ケーシング１０１の回転駆動に対して追従して回動可能な程度に滑りにくい素材を使用することが好ましい。

また、円筒ローラ１２の大きさは、本実施形態において、高さ寸法が約４０ｃｍ、直径が８ｃｍ程度に構成されているが、これに限定されるものではなく、掘削ケーシング１０１の回転駆動に追従して回転可能に構成されていればそのサイズは特に限定されない。また、２つの円筒ローラ１２の間隔は、掘削ケーシングの立ち姿勢に追従できる程度の間隔をあけて構成することが好ましく、用いられる掘削ケーシング１０１の寸法に応じて適宜設計することができる。本実施形態では、概ね５０ｃｍに構成されている。

フレーム本体部１３は、略矩形に構成されており、Ｙ軸方向両端に円筒ローラ１２を支持するローラ支持部１７が設けられている。ローラ支持部１７は、フレーム本体部１３に対し円筒ローラ１２をケーシング側に突出するように構成されており、これにより、円筒形に構成された掘削ケーシング１０１の表面に２つの円筒ローラ１２が全高にわたって均一に接触し、フレーム本体部１３の位置及び向きを掘削ケーシング１０１の姿勢に追従させることができる。

フレーム本体部１３の略中央部分には、上記の自在継手４が設けられており、ベース部２と連結される。上記の通り自在継手は、３軸方向に旋回が可能に構成されており、シャフト７に対する角度が任意に変更される。

キャスター部１４は、図５に示すように、円筒ローラ１２の上方に設けられた車輪がボール状に構成されたローラである。なお、図３及び図４においては、円筒ローラ１２の構成を明確に示すため、キャスター部１４の記載を省略している。キャスター部１４の回転軸１４ａは、掘削ケーシング１０１との接触点における接線方向となるようにその取付部１４ｂの先端が屈折するように構成されており、掘削ケーシング１０１とキャスター部１４とのＺ軸方向の相対的な移動に伴い回転駆動する。キャスター部１４は、測定部３を掘削ケーシング１０１に押圧接触させるときの引っかかりを軽減するための部材であり、後述する掘削ケーシング１０１の姿勢測定時に用いられるものではない。

センサ部１５は、測定部３のフレーム本体部１３に設けられており、フレーム本体部１３の地軸に対する角度を測定する。本実施形態において、センサ部１５は、ＸＹＺ軸方向の角度をそれぞれ測定することができる。なお、センサ部１５は測定に必要な方向の傾斜角度が測定できれば十分である。

上記の通り、測定部３は、ベース部２のシャフト７に設けられたスプリング９により、掘削ケーシング１０１の外表面に押圧するように付勢された状態に配置されているため、円筒ローラ１２が全高にわたって接触することにより、掘削ケーシング１０１との相対位置及び向きが一律に決定され、掘削ケーシング１０１に姿勢に応じて倣い機構の原理によりその向きが追従する。なお、基準姿勢において、測定部３は、シャフト７が掘削ケーシング１０１の半径の延長上に位置し、角度が掘削ケーシング１０１の接線方向となるように配置されることが好ましい。

図６は、掘削ケーシングがＸ軸方向に傾いた状態における測定部３の向きを示す模式図である。図６に破線で示した基準姿勢に対して、矢印９０に示すように、掘削ケーシング１０１がＸ軸周りに傾斜すると、掘削ケーシング１０１の姿勢に追従して測定部３もＸ軸方向に傾斜し、測定部３に設けられているセンサ部１５により、測定部の地軸に対するＸ軸方向の傾斜角度が測定される。

また、同様に掘削ケーシングがＹ軸方向に傾いた場合は、図７に示すように、矢印９１に示す傾斜方向と同様に測定部３もＹ軸方向に傾斜し、測定部３に設けられているセンサ部１５により、測定部の地軸に対するＹ軸方向の傾斜角度が測定される。

さらに図８に示すように、掘削ケーシング１０１が矢印９２に示すＹ軸方向に横ずれした場合は、自在継手４を中心として測定部３がＺ軸中心に旋回するように移動する。このため、センサ部１５により測定部３の地軸に対するＺ軸方向の傾斜角度が測定される。ただし、実際の動作において掘削ケーシング１０１がＺ軸に平行な状態を維持したままＸ軸方向又はＹ軸方向に平行移動することはほとんど想定されないため、センサ部１５としての測定は、Ｘ軸及びＹ軸方向のみをそれぞれ計測できればケーシング姿勢測定装置１に求められる性能としては必要十分である。

本実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置１は、掘削ケーシングと測定部３との相対位置が掘削ケーシング１０１の姿勢に応じて一律に決定されるように、円筒ローラが掘削ケーシング１０１の外表面に接触する。また、上記の通り、センサ部１５により測定部３の傾斜を測定することで、掘削ケーシングの掘削作業時にリアルタイムで、センサ部１５からＸ軸及びＹ軸方向の測定部３の傾きに関する情報が独立して出力される。

したがって、本実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置１によれば、これらの掘削ケーシング１０１の姿勢に関するリアルタイムな情報を入手することができるため、掘削作業において圧入機１０２を操作する場合にこれらの情報をフィードバックすることができ、掘削工程の精度向上と作業合理化を実現することができる。

図９は、本実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置を用いた立坑掘削装置１００に用いられる掘削管理装置の機能ブロック図である。図９に示すように、立坑掘削装置１００には、掘削センサ１０７を備えており、モーター圧、回転トルク、掘削深度などの掘削情報を測定し出力することができる。

図１０は、計測された掘削ケーシングの姿勢に関する情報が表示されたモニタ表示画面の一例である。掘削センサ１０７から出力された掘削情報は、掘削管理装置５０内の掘削状況測定部５２に送信される。モニタ５４では、これらの所定深度におけるケーシング挿入時の情報とケーシングの傾斜に関する情報６３とが同時に表示されて管理されている。この掘削管理装置５０は、例えば、現場柱状図から事前に想定される地盤条件を事前に入力して記憶しておき、これらの掘削情報に基づいて想定地盤に対する根入れ状況の確認や、互層掘削時の掘削条件の確認、掘削効率をリアルタイムにモニタリングすることができる。

また、本実施形態にかかるケーシング姿勢計測装置から出力されるＸ軸及びＹ軸ごとの掘削ケーシング１０１の姿勢に関する情報は、掘削管理装置５０の姿勢判断部５３に有線あるいは無線により送信され、掘削ケーシング１０１の現状における姿勢をリアルタイムで検出しモニタ５４に表示する。

掘削状況測定部５２及び姿勢判断部５３による検出結果は、モニタ５４に表示され、モニタ５４に地盤掘削時の状況に関する情報及び掘削ケーシング１０１の姿勢に関する情報を入手することができる。掘削機操作者は、この情報を利用して、圧入機操作部５１を操作して掘削の修正作業を効率的に行うことができる。したがって、圧入機操作を行う掘削機操作者単独でケーシング姿勢の補正操作を実現可能であり、ケーシングの鉛直精度管理を実現することができる。

ケーシング姿勢に関する情報は、Ｘ軸及びＹ軸方向に掘削ケーシング１０１がどのように傾斜しているかの情報を示しており、座標６０中のポインタ６１の位置によって、掘削ケーシングの傾斜方向と程度を示している。掘削機操作者は、このポインタ６１が鉛直精度管理円６２内に入るように、圧入機１０２の操作を行うことで、掘削ケーシングの姿勢制御、例えば、鉛直精度の管理を行うことができる。なお、鉛直精度管理円６２の大きさは、許容される鉛直度の精度に応じて適宜設定することができ、小さくすることで厳密な管理を行なうことができる。

（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置について説明する。図１１は、本発明の第２実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置の概略構成を示す正面図である。本実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置２１は、測定部のローラの構成を除き、第１実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置１と共通する。以下の説明では、相違点を中心として説明を進める。

図１１に示すように、本実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置２１の測定部２２は、本発明の接触部の一例としての第１及び第２ローラ２３，２４と、これらのローラを支持する本発明の本体部の一例としてのフレーム本体部２５と、センサ部２６とを備える。第１実施形態と同様に、測定部２２は、ベース部の構成により、掘削ケーシング１０１に対して離接する向きにのみ移動可能であり、自在継手４によって、掘削ケーシング１０１に対向する向きが、掘削ケーシング１０１の姿勢に応じて変更可能になっている。

第１ローラ２３は、フレーム本体部２５の上方両端の２箇所に設けられ、第２ローラ２４は、フレーム本体部２５の中央下端１箇所に設けられている。なお、この場合、掘削ケーシングの曲面の曲率に合わせて、ローラ支持部２７の突出幅を調整可能に構成することが好ましい。

第１及び第２ローラ２３，２４は、図１１に示すように、Ｚ軸方向に伸びる回転軸２８を有する。円筒ローラ１２の表面材質は、例えば、合成樹脂、金属、ゴムなど、掘削ケーシング１０１の回転駆動に対して追従して回動可能な程度に滑りにくい素材を使用することが好ましい。本実施形態において、第１及び第２ローラ２３，２４は、高さ寸法が約５ｃｍ、直径が８ｃｍ程度に構成されているが、これに限定されるものではなく、後述の通り、掘削ケーシング１０１の回転駆動に追従して回転可能に構成されていればそのサイズは特に限定されない。また、２つの第１ローラ２３の間隔は、掘削ケーシングの姿勢に追従できるように所定の間隔をあけて構成することが好ましく、用いられる掘削ケーシングの曲率半径に応じて適宜設計することができる。本実施形態では、概ね５０ｃｍに構成されている。

フレーム本体部２５の略中央部分には、上記の自在継手４が設けられており、ベース部２と連結される。上記の通り自在継手は、３軸方向に旋回が可能に構成されており、シャフト７に対する角度が任意に変更される。

上記の構成の測定部２２によっても、倣い機構として測定部３のフレーム本体部との位置関係が一律に決定できるため、掘削ケーシング１０１の姿勢の変化を測定部の向きの変化とすることができ、この向きの変化をセンサ部２６によりＸ軸及びＹ軸方向の傾きの情報として出力することができる。

したがって、これらの掘削ケーシング１０１の姿勢に関するリアルタイムな情報を入手することができるため、掘削作業において圧入機１０２を操作する場合にこれらの情報をフィードバックすることができ、掘削工程の精度向上と作業合理化を実現することができる。

（第３実施形態）
次に本発明の挿入姿勢測定装置の第３実施形態にかかるドリル姿勢測定装置について説明する。図１２は、本発明の第３実施形態にかかるドリル姿勢測定装置の概略構成を示す模式図である。

ドリル姿勢測定装置３１は、地面に縦孔を掘削するために用いられるパイルドライバ掘削機５５に取り付けて使用されるものであり、パイルドライバ掘削機５５のドリル５６の掘削姿勢を計測する。パイルドライバ掘削機５５は、略鉛直方向に配置されたガイド５８に沿ってスライド可能に設けられているモーター部５７にドリル５６が取り付けられており、モーター部５７によりドリル５６を回転駆動させつつ、掘削深度に応じてモーター部５７をガイド５８に沿って移動させ、所望の深度の縦穴を掘削する装置である。

この掘削動作において、地盤の一部が硬質であったりした場合など、当該ドリルの姿勢が所望の角度（通常、鉛直であることが多い）から傾斜する問題が発生することから、本実施形態にかかるドリル姿勢測定装置３１によりドリル５６の傾斜角度を測定する。

ドリル姿勢測定装置３１は、図１２及び図１３に示すように、ドリル５６の周囲に装着される本体部３２と、モーター部５７から本体部３２を吊り下げ支持する支持脚３３とを備える。支持部３３は、モーター部５７の一端から垂下するように設けられた棒状部材である。支持部３３の上端に位置するモーター部５７との接続部分３３ａは回動可能に構成されており、後述するドリル５６の傾斜に応じた本体部３２の追従に応じて移動することができるようになっている。

本体部３２は、図１４に示すように、２分割されたフレーム部３４ａ，３４ｂがドリル５６の外周面を挟むように装着される。２つのフレーム部３４ａ，３４ｂは、後述するローラ３６ａ，３６ｂがドリル５６の外周面を押圧するようにビス３４ｃで

フレーム部３４ｂにはセンサ部３５が設けられており、本体部３２の地軸に対する角度を測定する。本実施形態においては、センサ部３５は３軸方向の角度をそれぞれ測定することができる。

フレーム部３４ａ，３４ｂの内面側にはドリル５６の外周面と接触するローラ３６ａ，３６ｂがそれぞれ２つずつ設けられており、取り付けられているドリル５６の矢印９３に示す回転を許容する。

本体部３２は、ドリル５６の外周面に押圧するように付勢された状態に配置されているため、円筒ローラ３６ａ，３６ｂが全高にわたって接触することにより、ドリル５６との相対位置及び向きが一律に決定され、ドリル５６に姿勢に応じて倣い機構の原理によりその向きが追従する。

ドリル５６と本体部３２との位置関係が一律に決定できるため、ドリル５６の姿勢の変化を測定部の向きの変化とすることができ、この向きの変化をセンサ部３５により本体部３２の傾きの情報として出力することができる。

したがって、これらのドリル５６の姿勢に関するリアルタイムな情報を入手することができるため、掘削作業において掘削機を操作する場合にこれらの情報をフィードバックすることができ、掘削工程の精度向上と作業合理化を実現することができる。

（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態にかかるシートパイルの姿勢測定装置について説明する。図１５は、本発明の第４実施形態にかかるシートパイル用姿勢測定装置の概略構成を示す正面図である。図１６は、図１５のシートパイル用姿勢測定装置の本体部とシートパイルの接触状態を模式的に示す平面図である。図１７は、図１５のシートパイル用姿勢測定装置の本体部とシートパイルの接触状態を模式的に示す側面図である。図本実施形態にかかるシートパイル用姿勢測定装置４１は、シートパイル面に対して一定の傾きとなるように構成される本体部の構成を除き、第１実施形態にかかるケーシング姿勢測定装置１と共通する。以下の説明では、相違点を中心として説明を進める。

図１５に示すように、本実施形態にかかるシートパイル用姿勢測定装置４１の測定部４２は、本発明の接触部の一例としての左右一対のローラ４３，４４と、これらのローラを支持する本発明の本体部の一例としてのフレーム本体部４５と、センサ部４６とを備える。第１実施形態と同様に、測定部４２は、ベース部の構成により、シートパイル１１０に対して離接する向きにのみ移動可能であり、自在継手４によって、シートパイル１１０に対向する向きが、シートパイル１１０の姿勢に応じて変更可能となっている。

左右のローラ４３，４４は、フレーム本体部４５の上方両端の２箇所及び下端両端の箇所に設けられている。これらの４つのローラ４３，４４は、シートパイル１１０のリブ１１０ａの左右側面１１１に接触するように構成されている。フレーム本体部４５の幅寸法は、シートパイル１１０のリブ１１０ａの幅に応じたものを用いることが好ましく、また、シートパイルのリブ側面１１１に接触するように、左右両端に設けられたローラ支持部４７が屈曲した状態に構成されていることが好ましい。

左右の２ローラ４３，４４は、図１５に示すように、水平方向に伸びる回転軸４８を有する。本実施形態において、ローラ４３，４４は、軸方向寸法が約８ｃｍ、直径が５ｃｍ程度に構成されているが、これに限定されるものではなく、後述の通り、シートパイル１１０の挿入方向への移動に追従して回転可能に構成されていればそのサイズは特に限定されない。

フレーム本体部４５の略中央部分には、上記の自在継手４が設けられており、ベース部２と連結される。上記の通り自在継手は、３軸方向に旋回が可能に構成されており、シャフト７に対する角度が任意に変更される。

上記の構成においても、倣い機構として測定部３のフレーム本体部４５との位置関係が一律に決定できるため、シートパイル１１０の姿勢の変化を測定部の向きの変化とすることができ、この向きの変化をセンサ部４６によりＸ軸及びＹ軸方向の傾きの情報として出力することができる。

したがって、これらのシートパイル１１０の姿勢に関するリアルタイムな情報を入手することができるため、シートパイルの挿入作業においてこれらの情報をフィードバックすることができ、挿入角度工程の精度向上と作業合理化を実現することができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる挿入姿勢測定装置によれば、倣い機構の原理により、掘削ケーシング１０１の姿勢を測定機の傾きの情報としてとらえ、これをセンサ部により検知することで、掘削ケーシング１０１の姿勢をリアルタイムに検出することができる。よって、掘削工程において、作業を中断することなく掘削ケーシングの鉛直度管理等に好適に用いることができ、圧入機操作者単独でケーシング姿勢の補正を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。上記実施形態１及び２では、断面が円形であり軸方向に回転しながら軸方向に直線的に挿入される掘削ケーシングの鉛直管理に挿入姿勢測定装置を用いたが、掘削ケーシングのほかに、断面が円筒形の既成杭を地盤に圧入するような既成杭打設挿入時の挿入姿勢測定、矢板やシートパイルを圧入するような場合にも挿入姿勢を計測することが可能である。

また、さらに、軸中心に回転しながら地盤以外の被挿入体内へ挿入される円筒形の挿入体の挿入姿勢を測定する場合に広く用いることも可能である。

また、例えば、測定部の構成については、掘削ケーシングに接触するローラは、倣い機構として測定部３のフレーム本体部との位置関係が一律に決定できるように少なくとも平面を構成する３点で接触すれば十分であり、必ずしもローラである必要はなく、掘削ケーシングに接触し、掘削ケーシングの移動に対して滑動する他の部材で構成されていてもよい。

１，２１ ケーシング姿勢測定装置
２ ベース部
３ 測定部
４ 自在継手
５ 台部
６ シャフト支持部
７ シャフト
８ ホイール
９ スプリング
１０、１１ スプリング受部
１２ 円筒ローラ
１３，２５ フレーム本体部
１４ キャスター部
１５，２６ センサ部
１６ 回転軸
１７，２７ ローラ支持部
２３ 第１ローラ
２４ 第２ローラ
３１ ドリル姿勢測定装置
３２ 本体部
３３ 支持部
３４ａ，３４ｂ フレーム部
３５，４６ センサ部
３６ａ，３６ｂ ローラ
４１ シートパイル用姿勢測定装置
４２ 測定部
４３，４４ ローラ
４５ フレーム本体部
４７ ローラ支持部
５０ 掘削管理装置
５１ 圧入機操作部
５２ 掘削状況測定部
５３ 姿勢判断部
５４ モニタ
５５ パイルドライバ掘削機
５６ ドリル
５７ モーター部
５８ ガイド
６０ 座標
６１ ポインタ
６２ 鉛直精度管理円
１００ 立坑掘削装置
１０１ 掘削ケーシング
１０２ 圧入機
１０３ ハンマーグラブ
１０５ クレーン
１１０ シートパイル
１１１ シートパイルリブ側面

Claims (7)

1. 被挿入体内へ挿入される挿入体の挿入姿勢を測定する挿入姿勢測定装置であって、
   前記挿入体の表面に少なくとも平面を構成する３点で接触する接触部と、
   前記接触部を前記挿入体側に突出した状態に保持し、前記接触部が前記挿入体の表面に接触したとき当該挿入体に対する傾きが一定となるように構成された本体部と、
   前記本体部に設けられ、前記挿入体の挿入姿勢に追従する前記本体部の地軸に対する絶対角度を測定するセンサ部と、
   を有することを特徴とする、挿入姿勢測定装置。
2. 前記接触部は、前記挿入体の移動方向に略直交する方向に伸びる回転軸周りに回転可能なローラで構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の挿入姿勢測定装置。
3. 前記接触部は、前記挿入体に接触するボール部と、前記ボール部が回転可能に前記ボール部を被覆して支持する支持部とを備えるボールローラで構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の挿入姿勢測定装置。
4. 前記挿入体は円筒状に構成され、軸周りに回転しながら軸方向に直線運動することで、前記被挿入体に挿入されるものであり、
   前記接触部は、前記挿入体の軸方向に延び互いに平行に配置された２つの円筒ローラで構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の挿入姿勢測定装置。
5. 前記被挿入体は掘削される地面であり、前記挿入体は地中を掘削する掘削ケーシングであることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１つに記載の挿入姿勢測定装置。
6. 前記センサ部は、少なくとも地面に平行な面に沿った２軸方向ごとの傾きを角度情報として出力し、
   前記角度情報の時系列的な変位に基づいて、前記掘削ケーシングの２軸方向ごとの姿勢を検知する検知部を有することを特徴とする、請求項５に記載の挿入姿勢測定装置。
7. 前記検知部は、前記掘削ケーシングを挿入するケーシング挿入装置から出力される前記掘削ケーシングの深度情報と掘削ケーシング挿入に要する力の情報に基づいて、所定深度における前記掘削ケーシング挿入時の情報を、前記演算された掘削ケーシングの２軸方向ごとの姿勢情報と関連づけて出力することを特徴とする、請求項６に記載の挿入姿勢測定装置。

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