JP2016061050A

JP2016061050A - 土中圧力計測装置

Info

Publication number: JP2016061050A
Application number: JP2014189044A
Authority: JP
Inventors: 功樹高倉; Koki Takakura
Original assignee: Epokoramu Kiko KK
Current assignee: Epokoramu Kiko KK
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2014-09-17
Publication date: 2016-04-25
Anticipated expiration: 2034-09-17
Also published as: JP6127031B2

Abstract

【課題】地盤の掘削時に掘削した土中の圧力を正確に測定することができる土中圧力計測装置を提供する。【解決手段】地盤を掘削する掘削装置に装着され、掘削した土中の圧力を計測するための土中圧力計測装置１において、密閉可能なケーシング３９の内部に圧力センサー３８を収容するとともに、圧力を伝達可能な圧力伝達媒体４４をケーシング３９の内部に充填し、土中で受けた圧力を圧力伝達媒体４４を介して圧力センサー３８に伝達するための受圧部４９を設けることにした。受圧部４９は、掘削時に掘削装置が回転する方向とは異なる方向に向けて設ける。また、受圧部４９は、ケーシング３９を収容した保護ケース４０に部分的に設ける。【選択図】図３

Description

本発明は、地盤を掘削装置で掘削する際の土中の圧力を計測するために用いる土中圧力計測装置に関するものである。

従来より、掘削装置で地盤を掘削し、掘削した土中にセメント系の固化材を混入するとともに掘削土と固化材とを撹拌混合し、固化により地盤を強化させる地盤改良工法が広く行われている。この地盤改良工法においては、掘削した土中で固化材の混入が行われるために、土中での圧力を計測しながら地盤改良を行う施工方法が考案されている（たとえば、特許文献１参照。）。

特開２０００−３２８５５４号公報

ところが、地盤改良を行う際においては、掘削した土砂や固化材などが土中で流動した状態となっているために、既存の圧力計や土圧計や水圧計などの圧力センサーを用いると、土砂や固化材などが圧力センサーに付着し固化してしまい、土中の圧力を正確に計測することができない。また、圧力センサーに付着した土砂や固化材を除去する清掃作業が必要となる。

特に、地盤の掘削時や掘削土と固化材との撹拌混合時においては、土中で掘削装置が回転しているために、回転によって生じる圧力の影響を受けてしまい、所望の圧力を正確に計測することができない。

そこで、請求項１に係る本発明では、地盤を掘削する掘削装置に装着され、掘削した土中の圧力を計測するための土中圧力計測装置において、密閉可能なケーシングの内部に圧力センサーを収容するとともに、圧力を伝達可能な圧力伝達媒体をケーシングの内部に充填し、土中で受けた圧力を圧力伝達媒体を介して圧力センサーに伝達するための受圧部を設けることにした。

また、請求項２に係る本発明では、前記請求項１に係る本発明において、前記受圧部は、掘削時に掘削装置が回転する方向とは異なる方向に向けて設けることにした。

また、請求項３に係る本発明では、前記請求項１又は請求項２に係る本発明において、前記受圧部は、前記ケーシングを収容した保護ケースに部分的に設けることにした。

そして、本発明では、以下に記載する効果を奏する。

すなわち、本発明では、地盤を掘削する掘削装置に装着され、掘削した土中の圧力を計測するための土中圧力計測装置において、密閉可能なケーシングの内部に圧力センサーを収容するとともに、圧力を伝達可能な圧力伝達媒体をケーシングの内部に充填し、土中で受けた圧力を圧力伝達媒体を介して圧力センサーに伝達するための受圧部を設けているために、掘削した土砂や地盤改良で用いる固化材などが圧力センサーに付着してしまうのを防止することができるので、土中の圧力を正確に計測することができるとともに、土砂や固化材を除去する清掃作業に要する労力を軽減することができる。

特に、掘削時に掘削装置が回転する方向とは異なる方向に向けて受圧部を設けた場合には、掘削時の掘削装置の回転によって受ける圧力の影響をなくすことができ、土中の圧力をより一層正確に計測することができる。

また、ケーシングを収容した保護ケースに受圧部を部分的に設けた場合には、圧力センサーをケーシングと保護ケースとで二重に保護することができて、圧力センサーの故障を防止することができるとともに、保護ケースに受圧部を部分的に形成することで、受圧部の形状や位置や指向性の自由度が高まり、使用環境等に応じた多種多様な圧力センサーを利用することができる。

地盤改良装置を示す説明図。同拡大説明図。土中圧力計測装置を示す正面図（ａ）、側面断面図（ｂ）、平面断面図（ｃ）。他の土中圧力計測装置を示す平面図（ａ）、正面図（ｂ）、平面図（ｃ）、正面断面図（ｄ）。他の土中圧力計測装置を示す正面断面図（ａ）、底面図（ｂ）。

以下に、本発明に係る土中圧力計測装置の具体的な構成について図面を参照しながら説明する。

土中圧力計測装置１は、例えば地盤改良装置２に設けられた掘削装置３に取付けられて、掘削した地盤４の土中の圧力を計測するために用いられる。

図１に示すように、地盤改良装置２は、重機５の前端部に支柱６を立設し、この支柱６に掘削装置３を昇降自在に取付け、この掘削装置３に改良材混合プラント７と水槽８と改良材貯留タンク９と改良材吐出ポンプ10とからなる改良材供給機構11をスイベルジョイント12を介して連通連結している。

掘削装置３は、支柱６の前側部に昇降支持体13を昇降自在に取付け、この昇降支持体13に駆動モータ14とこの駆動モータ14に連動連結した反転変速機15とを搭載し、この反転変速機15に掘削軸16の基端部を連動連結するとともに、掘削軸16の先端部に撹拌翼17を取付けている。

掘削軸16は、図２に示すように、同軸上に配置した中空円筒状の内軸18と外軸19とで二重管状に形成しており、反転変速機15に内軸18と外軸19とをそれぞれ独立して連動連結し、反転変速機15の作用によって内軸18と外軸19とが相対的に反対方向へ向けて回転するようにしている。

撹拌翼17は、内軸18の先端部に形成した左右一対の先端側撹拌翼20と、外軸19の先端部に形成した左右一対の最内側撹拌翼21と、内軸18の先端側中途部に略コ字状に形成した左右一対の内側撹拌翼22と、外軸19の先端側中途部に円周方向に向けて120度間隔で略コ字状に形成した外側撹拌翼23とで構成している。ここで、内軸18と外軸19とが反転変速機15によって相対的に反対方向へ向けて回転することから、内軸18に形成した先端側撹拌翼20と内側撹拌翼22は、外軸19に形成した最内側撹拌翼21と外側撹拌翼23とは相対的に反対方向へ向けて回転するようになっている。

先端側撹拌翼20は、内軸18の先端外周面に板状の翼体24を傾斜状に取付け、この翼体24の下端側部に複数個の掘削ビット25を間隔をあけて取付けるとともに、翼体24の上方に改良材吐出口26を形成している。この改良材吐出口26は、内軸18の中空部を介して改良材供給機構11に連通している。最内側撹拌翼21は、外軸19の先端外周面に板状の翼体27を傾斜状に取付けている。内側撹拌翼22は、下端部を内軸18の外周面に取付けるとともに、上端部に環状体28を取付け、この環状体28を外軸19の外周面に遊嵌している。また、内側撹拌翼22は、外側面と内側面と上側面とに板状の小翼片29,30,31をそれぞれ取付けている。さらに、内側撹拌翼22は、内軸18との間に連結翼片32を取付け、連結翼片32に改良材吐出口33を形成している。この改良材吐出口33は、内軸18の中空部を介して改良材供給機構11に連通している。外側撹拌翼23は、上端部を外軸19の外周面に取付けるとともに、下端部に環状体34を取付け、この環状体34を内軸18の外周面に遊嵌している。また、外側撹拌翼23は、内側面に板状の小翼片35,36を取付けている。

掘削装置３は、以上に説明したように構成しており、内軸18の外周に土中圧力計測装置１を取付具37を介して取付けている。なお、土中圧力計測装置１は、内軸18に限られず、外軸19や撹拌翼17などに複数取付けてもよい。

土中圧力計測装置１は、図３に示すように、圧力センサー38をケーシング39の内部に収容し、そのケーシング39を保護ケース40の内部に収容している。

圧力センサー38は、圧力を計測することができればよく、既存の圧力計や土圧計や水圧計などを用いることができる。この圧力センサー38は、計測した圧力を電気信号に変えて有線又は無線で出力できるようにしてもよく、また、計測した圧力をデータとして蓄積できるようにしてもよい。

この圧力センサー38は、スポンジ等の弾性（クッション性）を有する中空円筒状の固定部材41に包囲されてケーシング39の内部に配置されている。これにより、振動等によって圧力センサー38の位置がずれて所望の圧力が計測できなくなったり、圧力センサー38が破損したり、計測誤差が生じるのを防止している。

ケーシング39は、可撓性を有する中空円筒状の胴体42の開口部に蓋体43を着脱自在に螺着しており、内部を密閉できるようにしている。このケーシング39の密閉された内部空間には、圧力センサー38が収容されるとともに、圧力を伝達することが可能な水や油や砂などの圧力伝達媒体44が充填されている。これにより、ケーシング39が外部から圧力を受けた場合に、その圧力が圧力伝達媒体44を介して圧力センサー38に伝達され、圧力センサー38で圧力を計測することができるようになっている。なお、圧力伝達媒体44は、使用する圧力センサー38や使用環境などに応じて適宜選択されるが、圧力によって体積変化が生じない物質が好ましい。

保護ケース40は、中空円筒状の胴体45の上下開口部に蓋体46と底体47を着脱自在に取付けている。胴体45には、正面側の特定の方向（面）だけに複数の貫通孔48を形成している。これにより、土中において掘削した土砂や固化材などが貫通孔48を通過し、保護ケース40の内部でケーシング39を押圧することで、その圧力を圧力伝達媒体44を介して圧力センサー38で計測することができる。そのため、貫通孔48は、土中で受けた圧力を圧力伝達媒体44を介して圧力センサー38に伝達するための受圧部49として機能する。なお、受圧部49は、土砂や固化材などの土中での状況や計測する圧力の方向などを考慮して位置や個数や大きさや形状などを適宜決定する。

土中圧力計測装置１は、受圧部49を掘削装置３の外方（掘削時に回転する掘削装置３の半径方向）へ向けた状態で掘削装置３に装着する。これにより、地盤改良時（掘削時や撹拌混合時）などにおいて、掘削装置３の回転によって受ける圧力（回転する掘削装置３の円周方向の圧力）や、掘削装置３の昇降に受ける圧力（昇降する掘削装置３の上下方向の圧力）の影響を抑制することができ、土中での所望の圧力を精度よく計測することができる。

土中圧力計測装置１は、上記図３に示した構成に限られない。たとえば、上記土中圧力計測装置１では、保護ケース40の胴体45だけに受圧部49を形成しているが、図４（ａ）、（ｂ）に示す土中圧力計測装置1aでは、保護ケース50の胴体51だけでなく蓋体52や底体53にも貫通状のスリットを形成して受圧部54としている。

また、上記土中圧力計測装置１では、保護ケース40の内部にケーシング39を収容した二重構造としているが、図４（ｃ）、（ｄ）に示す土中圧力計測装置1bでは、中空円筒状の胴体55の上下開口部に蓋体56と底体57とを密着させて取付けてケーシング58を形成することで、ケーシング58の内部空間を密閉可能とし、その内部空間に圧力センサー38を固定部材41を介して収容するとともに、内部空間に圧力伝達媒体44を充填している。そして、蓋体56は、剛性を有する円環体59とゴム等の弾性を有するシール体60とで構成し、胴体55の開口部にシール体60を円環体59で密着させて固定している。これにより、蓋体56の中央の円形貫通部が受圧部61として機能する。

さらに、図５に示す土中圧力計測装置1cでは、内部を仕切壁62で上下に区画した胴体63と、蓋体64と、円環体65とシール材66とからなる底体67とで内部空間を密閉可能なケーシング68を形成し、底体67の中央に円形貫通状の受圧部69を形成している。そして、胴体63の上部空間に圧力センサー70を配置する一方、胴体63の下部空間に圧力伝達媒体71を充填し、仕切壁62に挿通させた圧力センサー70の受圧部72によって圧力センサー70と圧力伝達媒体71とを連動させている。なお、胴体63の上部空間には、通信機73を収容して、圧力センサー70で計測した圧力を無線で地上に通信できるようにしている。

以上に説明したように、上記土中圧力計測装置1,1a,1b,1cは、密閉可能なケーシング39,58,68の内部に圧力センサー38,70を収容するとともに、圧力を伝達可能な圧力伝達媒体44,71をケーシング39,58,68の内部に充填し、土中で受けた圧力を圧力伝達媒体44,71を介して圧力センサー38,70に伝達するための受圧部49,54,61,69を設けた構成となっている。

そのため、上記構成の土中圧力計測装置1,1a,1b,1cでは、掘削した土砂や地盤改良で用いる固化材などが圧力センサー38,70に付着してしまうのを防止することができる。これにより、土中の圧力を正確に計測することができるとともに、土砂や固化材を除去する清掃作業に要する労力を軽減することができる。

また、上記土中圧力計測装置1,1a,1b,1cは、掘削時に掘削装置３が回転する方向とは異なる方向に向けて受圧部49,54,61,69を設けた構成となっている。

そのため、上記構成の土中圧力計測装置1,1a,1b,1cでは、掘削時の掘削装置３の回転によって受ける圧力の影響をなくすことができ、土中の圧力をより一層正確に計測することができる。

さらに、上記土中圧力計測装置1,1aは、ケーシング39を収容した保護ケース40,50に受圧部49,54を部分的に設けた構成となっている。

そのため、上記構成の土中圧力計測装置1,1aでは、圧力センサー38をケーシング39と保護ケース40,50とで二重に保護することができて、圧力センサー38の故障を防止することができる。また、保護ケース40,50に受圧部49,54を部分的に形成することで、受圧部49,54の形状や位置や指向性の自由度が高まり、使用環境等に応じた多種多様な圧力センサー38を利用することができる。

1,1a,1b,1c 土中圧力計測装置２地盤改良装置
３掘削装置４地盤
５重機６支柱
７改良材混合プラント８水槽
９改良材貯留タンク 10 改良材吐出ポンプ
11 改良材供給機構 12 スイベルジョイント
13 昇降支持体 14 駆動モータ
15 反転変速機 16 掘削軸
17 撹拌翼 18 内軸
19 外軸 20 先端側撹拌翼
21 最内側撹拌翼 22 内側撹拌翼
23 外側撹拌翼 24 翼体
25 掘削ビット 26 改良材吐出口
27 翼体 28 環状体
29,30,31 小翼片 32 連結翼片
33 改良材吐出口 34 環状体
35,36 小翼片 37 取付具
38 圧力センサー 39 ケーシング
40 保護ケース 41 固定部材
42 胴体 43 蓋体
44 圧力伝達媒体 45 胴体
46 蓋体 47 底体
48 貫通孔 49 受圧部
50 保護ケース 51 胴体
52 蓋体 53 底体
54 受圧部 55 胴体
56 蓋体 57 底体
58 ケーシング 59 円環体
60 シール体 61 受圧部
62 仕切壁 63 胴体
64 蓋体 65 円環体
66 シール材 67 底体
68 ケーシング 69 受圧部
70 圧力センサー 71 圧力伝達媒体
72 センサーロッド 73 通信機

Claims

地盤を掘削する掘削装置に装着され、掘削した土中の圧力を計測するための土中圧力計測装置において、
密閉可能なケーシングの内部に圧力センサーを収容するとともに、圧力を伝達可能な圧力伝達媒体をケーシングの内部に充填し、土中で受けた圧力を圧力伝達媒体を介して圧力センサーに伝達するための受圧部を設けたことを特徴とする土中圧力計測装置。
前記受圧部は、掘削時に掘削装置が回転する方向とは異なる方向に向けて設けたことを特徴とする請求項１に記載の土中圧力計測装置。
前記受圧部は、前記ケーシングを収容した保護ケースに部分的に設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の土中圧力計測装置。