JP2017125744A - 超音波溝壁測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】掘削溝に、障害物の下方を透かし掘りして構築した透かし掘り領域が存在する場合にも、超音波センサを用いて精度よく掘削溝の形状を把握することの可能な、超音波溝壁測定装置を提供する。【解決手段】超音波センサと、超音波センサの上端に、吊り具を介して連結されるワイヤと、ワイヤを収納するワイヤドラムを備えたウィンチと、超音波センサを、掘削溝内であって掘削溝の長さ方向に移動させる移動装置と、よりなり、移動装置が、鉛直フレームと、鉛直フレームの上端部に設置される走行体と、鉛直フレームの下端部近傍に基端部が設置され、先端部に前記超音波センサが配置されるセンサ位置決め部材と、を備る。【選択図】図３

Description

本発明は、地盤中に構築した掘削溝の形状を測定するための超音波溝壁測定装置に関する。

従来より、地中連続壁を構築する際には地盤中に掘削溝を構築した段階で、掘削溝の形状が所定の精度を満足しているか否かの精度確認を行っている。具体的には、超音波センサを掘削溝に挿入し、溝壁に対して直交するよう超音波を発信しこの反射波を受信することで、超音波センサと溝壁との水平距離を測定する作業を深度方向に繰り返すことにより、溝塀の形状を把握する。

例えば、特許文献１では、超音波発振器および受信器を内蔵したセンサ、当該センサを吊持するキャプタイヤケーブル、およびセンサの測定方位を調整するための回転機構を備える側壁測定装置を掘削孔の近傍に配置し、キャプタイヤケーブルの伸長動作によってセンサを掘削孔内に下降させ、側壁の形状把握を行っている。

特開２０００−２５３１号公報

しかし、上記の側壁測定装置は、センサが走行体の伸縮ブーム先端から垂下するキャプタイヤケーブルに吊持されているから、例えば、地中連続壁の構築予定位置の一部に地中埋設物等の障害物が埋設されており、障害物を撤去移設することなく障害物の下方を透かし掘りして掘削溝に透かし掘り領域を構築した場合、透かし掘り領域にセンサを配置することができない。すると、溝壁の透かし掘り領域に面した部分に対してセンサの超音波発振器から超音波を直交して発振することができないため、溝壁の透かし掘り領域に面した部分の形状を把握することができない。

一方で、透かし掘り領域に面する、溝壁と直交する端面については、超音波センサにてその形状を把握することが可能である。しかし、超音波センサと端面との水平距離が遠いほど超音波の減衰を招きやすく、また安定液の比重が高いほど超音波の減衰は著しくなる。このため、透かし掘り領域の手前に配置した超音波センサにて把握した端面の形状は、精度が低くなりやすく信頼性に劣る。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、掘削溝に、障害物の下方を透かし掘りして構築した透かし掘り領域が存在する場合にも、超音波センサを用いて精度よく掘削溝の全体形状を把握することの可能な、超音波溝壁測定装置を提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明の超音波溝壁測定装置は、掘削溝の溝壁までの距離を測定する超音波センサと、該超音波センサの上端に、吊り具を介して連結されるワイヤと、該ワイヤを収納するワイヤドラムを備えたウィンチと、前記超音波センサを、前記掘削溝内であって掘削溝の長さ方向に移動させる移動装置と、よりなり、前記移動装置が、鉛直フレームと、該鉛直フレームの上端部に設置され、掘削溝の長さ方向に沿って地表上を走行する走行体と、先端部が前記鉛直フレームの側方から前記溝壁と平行な方向に張り出すよう、基端部が前記鉛直フレームに固定されるとともに、前記先端部より前記超音波センサが吊り下げられるセンサ位置決め部材と、を備えることを特徴とする。

上述する本発明の超音波溝壁測定装置によれば、超音波溝壁測定装置を透かし掘り領域が存在する掘削溝に対してセンサ位置決め部材が透かし掘り領域を向くようにして配置し、走行体を走行させることにより、センサ位置決め部材を介して超音波センサを透かし掘り領域に配置することができる。これにより、超音波センサを溝底に向けて一定速度で吊り降ろしつつ、溝壁の透かし掘り領域に面した部分と超音波センサとの水平距離を測定する作業を繰りかえすことにより、溝壁の透かし掘り領域に面した部分の形状を把握することが可能となる。

また、超音波センサに、溝壁と直交する端面に向けて超音波を発信するための送波器と、その反射波を受信する受波器も併せて内蔵すれば、透かし掘り領域に面する端面に対して、超音波センサを近接して配置することができるため、超音波センサと端面との水平距離を精度よく測定し、端面の形状に関する精度確認作業に信頼性を確保することが可能となる。

本発明の超音波溝壁測定装置は、前記超音波センサを、前記センサ位置決め部材の先端部より吊り下げる構成に替えて、前記センサ位置決め部材の先端部であって上面に固定し、前記超音波センサの送波器及び受波器を鉛直上方に向けることを特徴とする。

上述する本発明の超音波溝壁測定装置によれば、透かし掘り領域の掘削上面の形状を、超音波センサにて把握することができる。これにより、これまで把握することが困難であった、掘削溝の透かし掘り領域全体の形状を把握することが可能となる。

本発明によれば、掘削溝に、障害物の下方を透かし掘りして構築した透かし掘り領域が存在する場合にも、透かし掘り領域を含む掘削溝全体の形状を超音波センサを用いて精度よく把握することが可能となる。

本発明の第１の実施の形態の超音波溝壁測定装置の概略を示す図である。 本発明の掘削溝の超音波センサの概略を示す図である 本発明の第１の実施の形態の超音波溝壁測定装置の背面を示す図である。 本発明の第１の実施の形態の超音波溝壁測定装置の使用状態を示す図である。 本発明の第２の実施の形態の超音波溝壁測定装置の概略を示す図である。 本発明の第２の実施の形態の超音波溝壁測定装置の背面を示す図である。 本発明の第２の実施の形態の超音波溝壁測定装置の使用状態を示す図である。 本発明の第３の実施の形態の超音波溝壁測定装置の概略を示す図である。 本発明の第３の実施の形態の超音波溝壁測定装置の使用状態を示す図である。

本発明の超音波溝壁測定装置は、掘削溝に、地中埋設物等の障害物を撤去移設することなく、障害物の下方を透かし掘りして構築した透かし掘り領域が存在する場合にも、透かし掘り領域に超音波センサを配置できる装置であり、掘削溝は、矩形杭や地中連続壁等いずれの場所打ちコンクリート造の地中構造物を構築するために設けられたものでもよい。本実施の形態では、掘削溝が、地中連続壁を構築するべく設けられた場合を事例とし、以下に図１〜図９を参照して詳述する。

超音波溝壁測定装置１は、図１および図２で示すように、掘削溝１０内に配置される超音波センサ２と、吊り具３を介して超音波センサ２を吊持するワイヤ４と、少なくともワイヤ４を巻き取るワイヤドラム５１が収納されたウィンチ５と、超音波センサ２を、掘削溝１０の長さ方向に移動させる移動装置６を備えている。

超音波センサ２は、距離測定の分野で広く一般に用いられているセンサであり、図２（ａ）の平面図で示すように、溝壁１０１に向けて超音波を発信するための送波器と、その反射波を受信する受波器を内蔵している。そして、送波器から溝壁１０１に向けて直交するように発信した超音波の反射波を受波器にて受信することで、超音波センサ２から溝壁１０１までの水平距離を測定する。なお、本実施の形態では、超音波センサ２に、図２（ａ）で示すような溝壁１０１と直交する端面１０３に向けて超音波を発信するための送波器と、その反射波を受信する受波器も併せて内蔵されている。

このような構成の超音波センサ２は、図２（ａ）及び図３の背面図で示すように、２本のワイヤ４を用いて吊り具３を介して吊持されている。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、超音波センサ２を鉛直状に吊持し、かつ掘削溝１０内を移動する際に水平方向に回転することのないよう構成されていれば、ワイヤ４の本数や吊り具３の形状はいずれを採用してもよい。

また、上記の超音波センサ２にて測定された水平距離は、図示しない記録機に記録される。したがって、上記の超音波センサ２を溝芯に配置して、ウィンチ５を用いてワイヤ４を繰り出し超音波センサ２を深度方向に移動させつつ、溝壁１０１までの水平距離を測定する作業を繰り返すと、記録機には、図２（ｂ）で示すような溝壁１０１の形状が記録される。これにより、超音波センサ２にて、溝壁１０１の形状を測定することが可能となる。なお、先にも述べたように、超音波センサ２には端面１０３に向けて超音波を発信するための送波器と、その反射波を受信する受波器も併せて内蔵されているから、溝壁１０１の形状と同時に端面１０３の形状も記録することが可能である。

ところで、図１で示すように、掘削溝１０に、地中埋設物等の地中障害物Ｆを撤去移設することなく、地中障害物Ｆの下方を透かし掘りして構築した透かし掘り領域１０２が存在する場合において、溝壁１０１の透かし掘り領域１０２に面した部分と超音波センサ２との水平距離、および端面１０３と超音波センサ２との水平距離の両者を測定するには、超音波センサ２を透かし掘り領域１０２に配置する必要がある。

そこで、本実施の形態では超音波溝壁測定装置１に、掘削溝１０内に位置する状態の超音波センサ２を透かし掘り領域１０２に移動させることの可能な移動装置６を設けることとした。以下に、超音波センサ２にて透かし掘り領域に面する溝壁１０１および端面１０３の形状把握を可能にするための、移動装置６を備えた超音波溝壁測定装置１を示す。

〈第１の実施の形態〉
第１の実施の形態の移動装置６は、図１で示すように、鉛直フレーム６１と、鉛直フレーム６１の上端部に設置される走行体６４と、先端部に超音波センサ２が配置されるセンサ位置決め部材６３と、を備えている。

鉛直フレーム６１は、図３で示すように、掘削溝１０の溝幅方向に間隔を有して配置された一対の支柱６１１と、これらの下端部を連結するように配置される水平部材６１２とにより構成され、一対の支柱６１１の上端部には、これらを連結するように走行体６４が固定されている。

走行体６４は、鉛直フレーム６１を構成する一対の支柱６１１の上端部が下面に設置される走行体本体６４１と、同じく走行体本体６４１の下面に設置され、掘削溝１０近傍の地表面上を掘削溝１０の長さ方向に沿って移動可能な走行手段６４２を備えている。走行手段６４２は、地表面上を直接走行するものでもよいが、本実施の形態では、掘削溝１０近傍両側に掘削溝１０の長さ方向に沿うレール９を敷設し、走行手段６４２にレール９上を移動するホイールを採用している。

また、センサ位置決め部材６３は、図１で示すように、溝壁１０１と平行に延在する枠材よりなり、基端部が鉛直フレーム６１に対して直交するようにして固定されている。そして、ワイヤ４を捲き掛けるシーブ８が、センサ位置決め部材６３の上面における基端部近傍と先端部近傍にそれぞれ、溝壁１０１と平行な鉛直面内に回転するよう設置されている。これらシーブ８をワイヤ４が経由することで、センサ位置決め部材６３の先端から超音波センサ２を吊り下げ可能にしている。

なお、センサ位置決め部材６３は、鉛直フレーム６１を透かし掘り領域１０２に最も近づけたときにその先端部を、透かし掘り領域１０２に面する端面１０３近傍に配置できるよう、その長さをあらかじめ設定しておくとよい。また、センサ位置決め部材６３は、必ずしも鉛直フレーム６１に対して直交させなくてもよく、先端部が鉛直フレーム６１より側方に張り出すよう配置できれば、角度を持って固定してもよい。

上述する構成の移動装置６を備えた超音波溝壁測定装置１にて、溝壁１０１の透かし掘り領域１０２に面する部分および端面１０３の形状を測定する際には、まず、図１で示すように、移動装置６を、センサ位置決め部材６３の先端部が透かし掘り領域１０２に向くように配置し、走行体６４の走行手段６４２をレール９上に設置する。

次に、図４で示すように、走行体６４を走行させてセンサ位置決め部材６３の先端部を透かし掘り領域１０２に配置し、ワイヤ４を一定速度で繰り出して超音波センサ２を溝底に向けて吊り降ろしつつ、超音波センサ２にて端面１０３までの水平距離を測定する作業を繰り返す。これと同時に図３で示すように、端面１０３と直交する溝壁１０１と超音波センサ２との水平距離も測定する。

〈第２の実施の形態〉
第２の実施の形態の移動装置６は、図５および図６で示すように、第１の実施の形態と同様の構造を有する鉛直フレーム６１と、鉛直フレーム６１の上端部に設置される支持部材６２と、鉛直フレーム６１の下端部近傍に基端部が連結され、先端部に超音波センサ２が配置されるセンサ位置決め部材６３と、を備えている。

支持部材６２は、図６で示すように、掘削溝１０の溝幅方向に架け渡されて地表面に支持される柱状の横臥部材よりなり、鉛直フレーム６１は、支持部材６２から垂下されて掘削溝１０内に配置される。

センサ位置決め部材６３は、図５および図６で示すように、掘削溝１０の溝幅方向が一対の支柱６１１の間に収まる程度の大きさの枠材よりなり、鉛直フレーム６１の下端部近傍であって、透かし掘り領域１０２と対向する前面側に配置される。そして、支柱６１１に対して水平軸６３１を介して、溝壁１０１と平行な鉛直面内に回動自在に連結されている。これにより、センサ位置決め部材６３は、水平軸６３１を回転軸として鉛直面内に回動するが、図５で示すように、水平姿勢時に上方を向く面には吊りピース等のピース６３２が設置され、ピース６３２に吊ワイヤ７が掛け止めされている。したがって、センサ位置決め部材６３の回動動作は、ピース６３２に掛け止めされた吊ワイヤ７の巻上げもしくは繰り出し操作により行われる。

なお、本実施の形態では、図５で示すように、センサ位置決め部材６３が鉛直下方向に回動した際に鉛直状に起立した状態とならないよう、図６で示すように、鉛直フレーム６１の水平部材６１２をセンサ位置決め部材６３のストッパとして機能させることで、吊ワイヤ７によるセンサ位置決め部材６３の回動動作を容易にしている。

また、図５で示すように移動装置６には、超音波センサ２を吊持するためのワイヤ４を捲き掛けるシーブ８が、鉛直フレーム６１の下端部近傍であって透かし掘り領域１０２に背を向ける背面側と、センサ位置決め部材６３の先端部であって水平姿勢時に上方を向く面にそれぞれ、鉛直面内に回転するよう設置されている。これらシーブ８をワイヤ４が経由することで、センサ位置決め部材６３の先端から超音波センサ２を吊り下げ可能にしている。

上述する構成の移動装置６を備えた超音波溝壁測定装置１にて、溝壁１０１の透かし掘り領域１０２に面した部分および端面１０３の形状を測定する際には、まず、図５で示すように、センサ位置決め部材６３の先端を下方に向けた状態の移動装置６を掘削溝１０内に挿入し、支持部材６２にて掘削溝１０近傍の地表面に支持する。

次に、図７（ａ）で示すように、吊ワイヤ７を介してセンサ位置決め部材６３を回動して水平姿勢とし、その先端部を透かし掘り領域１０２に配置する。この後、図７（ｂ）で示すように、ワイヤ４を一定速度で繰り出して超音波センサ２を溝底に向けて吊り降ろしつつ、超音波センサ２にて端面１０３までの水平距離を測定する作業を繰り返す。これと同時に図６で示すように、端面１０３と直交する溝壁１０１と超音波センサ２との水平距離も測定する。

なお、センサ位置決め部材６３は水平姿勢となった時に先端部を、透かし掘り領域１０２に面する端面１０３近傍に配置できるよう、その長さをあらかじめ設定しておくとよい。また、センサ位置決め部材６３は、必ずしも水平姿勢とする必要はなく、超音波センサ２が、溝壁１０１の透かし掘り領域１０２に面した部分の所望位置に直交して超音波を発信できるよう、その角度を適宜調整してもよい。

上記の超音波溝壁測定装置１は、第１の実施の形態では、走行体６４を走行させることにより、また、第２の実施の形態では、センサ位置決め部材６３を回動させることにより、超音波センサ２を掘削溝１０の透かし掘り領域１０２に配置し、かつ掘削溝１０２の長さ方向にその位置を適宜調整することができる。これにより、溝壁１０１の透かし掘り領域１０２に面した部分の所望位置に対して、超音波センサ２から直交して超音波を発信することができるため、溝壁１０１との水平距離を測定することが可能となる。したがって、超音波センサ２を溝底に向けて吊り降ろしつつ、この水平距離を測定する作業を繰りかえすことにより、溝壁１０１の透かし掘り領域１０２に面した部分の形状を測定することが可能となる。

また、図３〜図４及び図６〜図７で示すように、透かし掘り領域１０２に面する、溝壁１０１と直交する端面１０３に対して超音波センサ２を近接して配置することができるため、端面１０３との水平距離を精度よく測定し、端面１０３の形状を把握することが可能となる。

このように、溝壁１０１の透かし掘り領域１０２に面する部分および透かし掘り領域１０２に面する端面１０３の形状を精度よく確認できることから、掘削溝１０に鉄筋コンクリート造の地中構造物を構築する場合において、鉄筋籠を正規の位置に収めることができ、高品質な地中構造物を構築することが可能となる。

また、掘削溝１０に透かし掘り領域１０２が存在する場合には、透かし掘り領域１０２の上方にも掘削上面１０４が存在する。そこで、第３の実施の形態に、超音波センサ２にて、透かし掘り領域の掘削上面１０４の形状把握を可能にする移動装置６を備えた超音波溝壁測定装置１を示す。

〈第３の実施の形態〉
第３の実施の形態の移動装置６は、図８及び図９で示すように、鉛直フレーム６１、走行体６４、および鉛直フレーム６１に基端部を固定されたセンサ位置決め部材６３を備える点で、第１の実施の形態で示した同様の構成を有しているが、超音波センサ２の設置方法が異なる。

つまり、第３の実施の形態では、図８で示すように、センサ位置決め部材６３の上面における先端部近傍に、超音波センサ２を、超音波を発信するための送波器およびその反射波を受信する受波器が鉛直上方を向くようにして設置する。そして、ワイヤ４が捲き掛けられるシーブ８を、センサ位置決め部材６３の上面における基端部近傍と中間位置にそれぞれ、溝壁１０１に平行な鉛直面内に回転するよう設置する。

上述する構成の移動装置６を備えた超音波溝壁測定装置１にて、透かし掘り領域１０２の掘削上面１０４の形状を測定する際には、まず、図８で示すように、移動装置６を、センサ位置決め部材６３の先端部が透かし掘り領域１０２に向くように配置し、走行体６４の走行手段６４２をレール９上に設置する。

次に、走行体６４を走行させてセンサ位置決め部材６３の先端部を透かし掘り領域１０２に配置し、図９で示すように、走行体６４を一定速度で走行させることで超音波センサ２を掘削溝１０の長さ方向に移動させつつ、超音波センサ２にて掘削上面１０４までの鉛直距離を測定する作業を繰り返す。

上記の第３の実施の形態の移動装置６を備えた超音波溝壁測定装置１によれば、透かし掘り領域１０２の掘削上面１０４の形状を、超音波センサ２にて把握することができる。これにより、これまで把握することが困難であった、透かし掘り領域１０２を含む掘削溝１０全体の形状を精度よく把握することが可能となる。

なお、本発明の超音波溝壁測定装置１は、上述する実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることはいうまでもない。

１ 超音波溝壁測定装置
２ 超音波センサ
３ 吊り具
４ ワイヤ
５ ウィンチ
５１ ワイヤドラム
６ 移動装置
６１ 鉛直フレーム
６２ 支持部材
６３ センサ位置決め部材
６４ 走行体
７ 吊りワイヤ
８ シーブ
９ レール
１０ 掘削溝
１０１ 溝壁
１０２ 透かし掘り領域
１０３ 端面
１０４ 掘削上面

Claims (2)

1. 掘削溝の溝壁までの距離を測定する超音波センサと、
   該超音波センサの上端に、吊り具を介して連結されるワイヤと、
   該ワイヤを収納するワイヤドラムを備えたウィンチと、
   前記超音波センサを、前記掘削溝内であって掘削溝の長さ方向に移動させる移動装置と、よりなり、
   前記移動装置が、鉛直フレームと、
   該鉛直フレームの上端部に設置され、掘削溝の長さ方向に沿って地表上を走行する走行体と、
   先端部が前記鉛直フレームの側方から前記溝壁と平行な方向に張り出すよう、基端部が前記鉛直フレームに固定されるとともに、前記先端部より前記超音波センサが吊り下げられるセンサ位置決め部材と、
   を備えることを特徴とする超音波溝壁測定装置。
2. 請求項１に記載の超音波溝壁測定装置において、
   前記超音波センサを、前記センサ位置決め部材の先端部より吊り下げる構成に替えて、前記センサ位置決め部材の先端部であって上面に固定し、前記超音波センサの送波器及び受波器を鉛直上方に向けることを特徴とする超音波溝壁測定装置。

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