JP2019015646A - 削孔位置計測方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】削孔位置をリアルタイムで把握して作業工数を低減させることが可能な削孔位置計測方法および装置を提供する。【解決手段】削孔ロッド9の先端部に取り付けた削孔ビッド2に位置センサ4および発信部5を設置して、地盤Gを削孔している最中に、削孔ビッド2を削孔ロッド9のロッド軸心を中心にして回転させることにより、削孔している掘削孔Sを削孔ビッド2の外周面に設けた突出部2aによって拡径して、削孔ビッド2および削孔ロッド9の外周面と、掘削孔Sの内周面との間に所定隙間gを形成し、削孔ビッド2および削孔ロッド9を掘削孔Sに遊挿された状態にして、位置センサ4により検知した位置データを発信部5で弾性波Wに変換して、削孔ロッド9の後端部に接続されている受信部6に削孔ロッド9を通じて伝送し、受信した弾性波Wに基づいて受信部6により削孔ビッド2の位置を算出する。【選択図】図2
Description
本発明は、削孔位置計測方法および装置に関し、さらに詳しくは、削孔位置をリアルタイムで把握して作業工数を低減させることが可能な削孔位置計測方法および装置に関するものである。
地盤改良等をする場合には、地盤改良薬液を注入するために地盤の削孔工事が行なわれる。削孔工事では、計画どおりの位置に削孔することが必要であるため、精度よく削孔位置を把握することが重要になる。従来、削孔位置や地中の管路の形状(蛇行や勾配)を把握するにはジャイロスコープを備えたプローブが利用されている(例えば、特許文献1、2参照)。
ジャイロスコープを用いて削孔位置を把握するには、削孔作業とは別の作業として、例えば、削孔距離2〜5m程度毎にジャイロスコープを挿入して削孔位置を計測する作業が必要になる。即ち、ジャイロスコープを用いた従来の計測方法では、削孔作業をしながらリアルタイムで削孔位置を把握することが困難であった。これに伴い、特に、複雑に屈曲した掘削孔を削孔する場合には、削孔作業を中断して削孔位置計測作業を行う頻度が高くなるため作業工数が増大するという問題がある。
本発明の目的は、削孔位置をリアルタイムで把握して作業工数を低減させることが可能な削孔位置計測方法および装置を提供することにある。
上記目的を達成するため本発明の削孔位置計測方法は、削孔ロッドの先端部に取り付けた削孔ビッドに位置センサおよび発信部を設置し、前記削孔ビッドにより地盤を削孔している最中に、前記削孔ビッドを前記削孔ロッドのロッド軸心を中心にして回転させることにより、削孔している掘削孔を前記削孔ビッドの外周面に設けた突出部によって拡径して、前記削孔ビッドおよび前記削孔ロッドの外周面と、前記掘削孔の内周面との間に所定隙間を形成して、前記削孔ビッドおよび前記削孔ロッドを前記掘削孔に遊挿された状態にして、前記位置センサにより検知した位置データを前記発信部により弾性波に変換して前記削孔ロッドを通じて前記削孔ロッドの後端部に接続されている受信部に伝送し、この受信部により受信した前記弾性波に基づいて前記削孔ビッドの位置を算出することを特徴とする。
本発明の削孔位置計測装置は、削孔ロッドの先端部に取り付けられる削孔ビッドと、この削孔ビッドに設置される位置センサと、この位置センサにより検知した位置データを弾性波に変換して前記削孔ロッドを通じて伝送する発信部と、前記削孔ビッドにより削孔した掘削孔に挿入されている前記削孔ロッドの後端部に接続されて前記弾性波を受信する受信部とを備えて、前記削孔ビッドがその外周面に突出する突出部を有していて、前記削孔ビッドが地盤を削孔中に前記削孔ロッドのロッド軸心を中心にして回転した際に、前記掘削孔を前記突出部によって拡径して前記削孔ビッドおよび前記削孔ロッドを前記掘削孔に遊挿された状態にする所定隙間が、前記削孔ビッドおよび前記削孔ロッドの外周面と、前記掘削孔の内周面との間に形成され、前記弾性波に基づいて前記受信部により前記削孔ビッドの位置が算出される構成にしたことを特徴とする。
本発明によれば、削孔ロッドの先端部の削孔ビッドに設置した前記位置センサにより検知された位置データを前記発信部により弾性波に変換し、前記削孔ロッドを通じて前記削孔ロッドの後端部に接続されている受信部に伝送して、前記弾性波に基づいて前記削孔ビッドの位置を算出するので、前記削孔ビッドによって地盤を削孔中であってもリアルタイムで削孔ビッドの位置を把握することが可能になる。しかも、前記削孔ビッドにより地盤を削孔している最中に、前記削孔ビッドを前記削孔ロッドのロッド軸心を中心にして回転させることにより、前記掘削孔を前記削孔ビッドの外周面に設けた突出部によって拡径して、前記削孔ビッドおよび前記削孔ロッドが前記掘削孔の中で拘束されることなく遊挿された状態にする。これにより、前記削孔ロッドを通じて前記弾性波を確実に前記受信部に伝送できる。
ここで、前記削孔ロッドの長手方向端部どうしを、外周面に金具突出部を有する連結金具により連結して、前記削孔ビッドを前記削孔ロッドのロッド軸心を中心にして回転させることにより、前記掘削孔を前記金具突出部によって拡径し、前記削孔ロッドの外周面と、前記掘削孔の内周面との間に所定隙間を形成して、前記削孔ロッドを前記掘削孔に遊挿された状態にすることもできる。これにより、前記削孔ロッドを通じて前記弾性波を確実に前記受信部に伝送するには益々有利になる。
地盤の性状によって前記弾性波を伝送させ易い周波数、伝送させ難い周波数があるので、前記弾性波を複数の異なる周波数で順次伝送するとよい。これにより、前記弾性波をより確実に前記受信部に伝送するには有利になる。そして、前記複数の異なる周波数のうち、前記受信部において最も受信感度のよい1つの周波数を決定し、この決定した周波数で伝送した前記弾性波に基づいて前記削孔ビッドの位置を算出するとよい。
前記掘削孔の削孔距離が6m以上の所定距離になる毎に、前記削孔ロッドの先端部までジャイロスコープを挿入して、このジャイロスコープを用いて前記掘削孔の軌道データを把握し、この把握した軌道データに基づいて、前記受信部により算出した前記削孔ビッドの位置を補正することもできる。この場合、従来方法のように頻繁にジャイロスコープを削孔ロッドに挿入する必要がないので、従来に比して作業工数を抑制しつつ、前記削孔ビッドの位置を精度よく把握できる。
以下、本発明の削孔位置計測方法および装置を、図に示した実施形態に基づいて説明する。
図1に例示する本発明の削孔位置計測装置1(以下、計測装置1という)は、地盤G上に設置された削孔機11を用いて掘削孔Sを削孔する際に使用する。削孔機11は円筒状の削孔ロッド9を地盤G中に圧入する。削孔距離に応じて削孔ロッド9の長手方向端部どうしが連結金具10によって連結されて必要な長さになる。
図1〜図4に例示するように計測装置1は、削孔ロッド9の先端部に取り付けられる削孔ビッド2と、この削孔ビッド2に設置される位置センサ4および発信部5と、受信部6とを備えている。削孔ビッド2は先端部を傾斜面にした筒状体であり、その先端部の傾斜面に環状の先端ブレード3が取り付けられている。また、有線または無線で受信部6と接続されるモニタ7が備わっている。
削孔ビッド2は、その外周面にその外周面の他の部分よりも半径方向外側に突出する突出部2aを有している。この実施形態では、削孔ビッド2の横断面が八角形状であり、それぞれの角部が突出部2aになっている。削孔ビッド2の横断面形状を八角形状以外の多角形(三〜六角形など)にして、それぞれの角部を突出部2aにすることもできる。また、削孔ビッド2の後端側の外周面に周方向に間隔をあけて別の突出部2bを有している。突出部2a、2bは鋼材等によって形成されていて、これらのうちの少なくとも一種類があればよい。この実施形態では、さらに、連結金具10の外周面にその外周面の他の部分よりも半径方向外側に突出する金具突出部10aを有している。金具突出部10aは任意で設けることができる。この実施形態では1つの連結金具10に1つの金具突出部10aが設けられているが、周方向に間隔をあけて複数設けることもできる。
位置センサ4は、三軸方向の加速度と磁気を逐次検知する。即ち、位置センサ4は、削孔中の削孔ビット2のその時点での位置データ(XYZの三方向の加速度成分と地磁気の大きさ)を逐次検知する。
発信部5は超音波振動子を有していて、位置センサ4が検知した位置データを弾性波Wに変換して削孔ロッド9を通じて逐次伝送する。弾性波Wを伝送する際の周波数は、特定の1つの周波数に固定することもできるが、順次、異なる複数の周波数にして伝送するとよい。地盤Gの性状等によって弾性波Wを伝送し易い周波数、伝送し難い周波数があるので、ノイズを低減してよりクリアに弾性波Wを伝送し易い周波数を用いる。例えば削孔中のある時点で位置センサ4が検知した位置データを、1000、1180、1280、1380、1550、1680、1780Hzの周波数で伝送する。同様に、削孔中の次の時点で位置センサ4が検知した位置データを上記の複数の周波数で順次伝送する。使用する周波数は例示した数値に限定されず、異なる数値の周波数を採用することもできる。
受信部6は、削孔ロッド9の後端部に接続されていて地盤G上に配置されている。この受信部6は、発信部5から伝送された弾性波Wを受信する。この受信部6は後述するように演算装置として機能する。
次に、この計測装置1を用いて削孔位置を計測する方法を具体的に説明する。
まず、掘削機11を用いて削孔ロッド9を地盤Gに圧入する。削孔ビッド2を直進させて直線状の掘削孔Sを削孔する際には、削孔ロッド9とともに削孔ビッド2を削孔ロッド9のロッド軸心を中心にして回転させつつ削孔ロッド9を圧入する。途中で屈曲した掘削孔Sを削孔する際には、先端ブレード3の向きを一定方向に維持しつつ削孔ロッド9を圧入することにより削孔方向を変えて掘削孔Sを屈曲させる。
本発明の計測装置1では、削孔ビッド2が地盤中で削孔ロッド9のロッド軸心を中心にして回転した際に、突出部2a、2bによって掘削孔Sの外周面が削られて拡径する。これにより、削孔ビッド2および削孔ロッド9の外周面と、削孔している掘削孔Sの内周面との間に所定隙間gが形成される。この所定隙間gが形成されることで、削孔ビッド2および削孔ロッド9は掘削孔Sの中で地盤圧力に押圧されて不動状態に拘束されることがなく、掘削孔Sに適度に遊挿された状態になる。この所定隙間gの大きさは例えば、3mm以上20mm以下であり、好ましくは5mm以上15mm以下程度である。程度である。所定隙間gが3mm未満では削孔ビッド2や削孔ロッド9が掘削孔S中で遊動するスペースが過小であり、削孔ロッド9を通じて弾性波Wを伝送し難くなる。一方、所定隙間gが20mm超では削孔ビッド2や削孔ロッド9が遊動するスペースが過大であり、削孔ビッド2の位置ずれが大きくなって、位置センサ4が検知する位置データの精度が低下する。
掘削孔Sの削孔中に、位置センサ4により逐次検知された位置データを、発信部5により弾性波Wに変換して削孔ロッド9を通じて受信部6に伝送する。弾性波Wを伝送する際には一時的に削孔ロッド9の圧入を停止する(削孔ビッド2による削孔を停止する)。ここで、削孔ビッド2および削孔ロッド9が掘削孔Sの中で拘束されることなく遊挿された状態になっているので、削孔ロッド9を通じて弾性波Wを確実に受信部6に伝送できる。
受信部6は、受信した弾性波Wに基づいて、位置センサ4が検知した位置データ、即ち、位置センサ4が位置データを発信した時の削孔ビッド2の三次元位置を逐次算出する。したがって本発明では、削孔ビッド2によって地盤Gを削孔中であってもリアルタイムで削孔ビッド2の位置を把握することが可能になる。また、受信部6により逐次算出した削孔ビッド2の三次元位置を連続させることにより、掘削孔Sの軌道を逐次算出、把握できる。それ故、従来のようにジャイロスコープを頻繁に掘削孔Sに挿入する必要がなくなるので、削孔位置測定に要する作業工数を大幅に低減できる。
受信部6によりリアルタイムで算出された削孔ビット2の位置および掘削孔Sの軌道はモニタ7に表示される。受信部6には、掘削孔Sの軌道の目標三次元データが入力されていて、この目標三次元データもモニタ7に表示される。したがって、モニタ7に表示された目標三次元データと、受信部6により算出された削孔ビット2の位置および掘削孔Sの軌道とを比較することにより、目標とする軌道に対して、削孔中の掘削孔Sがどの程度位置ずれしているかを把握できる。
この実施形態では、連結金具10に金具突出部10aが設けられている。そのため、突出部2a、2bによって形成された所定隙間gが何らかの原因で小さくなった場合でも、削孔ビッド2を削孔ロッド9のロッド軸心を中心にして回転させた際に、金具突出部10aによって掘削孔Sの内周面が削られて拡径する。これにより、削孔ロッド9の外周面と掘削孔Sの内周面との間に所定隙間gを形成して削孔ロッド9が掘削孔Sに遊挿された状態を維持できる。これに伴い、削孔ロッド9を通じて弾性波Wを確実に受信部6に伝送するには益々有利になる。
この実施形態のように、弾性波Wを複数の異なる周波数で順次伝送することで、地盤Gの性状等に起因して弾性波Wを受信部6に伝送し難くなるという不具合を回避できる。そして、複数の異なる周波数のうち、受信部6において最も受信感度のよい1つの周波数を決定して、この決定した周波数で伝送した弾性波Wに基づいて削孔ビッド2の位置を算出するとよい。これにより、安定的に精度よく削孔ビッド2の位置を把握できる。
図5に例示するように掘削孔Sの削孔距離が6m以上の所定距離になる毎に、削孔ロッド9にジャイロスコープ8aを挿入して、このジャイロスコープ8aを用いて掘削孔Sの軌道データを把握することもできる。上記の所定距離は例えば8m〜15m程度である。
ジャイロスコープ8aはケーブル8cに接続された状態で掘削孔Sに挿入されて、三軸方向の角速度を検知する。ケーブル8cの巻き取り量(ジャイロスコープ8aの移動量)は地盤G上に配置されたエンコーダ8bによって検知される。ジャイロスコープ8aおよびエンコーダ8bによる検知データは受信部6に入力される。
押し込み器を用いてジャイロスコープ8aを削孔ロッド9の目的の位置(図5では先端位置)まで押し込み、その後、ケーブル8cを巻き取ることによりジャイロスコープ8aを削孔ロッド9のロッド軸方向に移動させつつ、ジャイロスコープ8aにより逐次、三軸方向の角速度を検知する。この際に、エンコーダ8bによりジャイロスコープ8aの移動長さを検知する。これらの検知データに基づいて受信部6で演算を行なうことにより、掘削孔Sの三次元の軌道(形状)を算出して把握する。
そして、ジャイロスコープ8aを用いて把握した掘削孔Sの軌道データと、位置センサ4の検知した位置データに基づいて算出した掘削孔Sの軌道データとを比較する。位置センサ4による検知データに比してジャイロスコープ8aによる検知データは検知精度が高いので、ジャイロスコープ8aによる検知データに基づいて、位置センサ4の検知した掘削孔Sの軌道データ(削孔ビッド2の三次元位置データ)を補正する。
このようにデータ補正する場合であっても、従来方法のように頻繁にジャイロスコープ8aを削孔ロッド9に挿入する必要がない。それ故、従来方法に比して作業工数を抑制して、掘削孔Sの軌道(削孔ビッド2の三次元位置)を精度よく把握できる。
1 計測装置
2 削孔ビッド
2a、2b 突出部
3 先端ブレード
4 位置センサ
5 発信部
6 受信部
7 モニタ
8a ジャイロスコープ
8b エンコーダ
8c ケーブル
9 削孔ロッド
10 連結金具
10a 金具突出部
11 削孔機
G 地盤
S 掘削孔
2 削孔ビッド
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3 先端ブレード
4 位置センサ
5 発信部
6 受信部
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8a ジャイロスコープ
8b エンコーダ
8c ケーブル
9 削孔ロッド
10 連結金具
10a 金具突出部
11 削孔機
G 地盤
S 掘削孔
Claims (9)
- 削孔ロッドの先端部に取り付けた削孔ビッドに位置センサおよび発信部を設置し、前記削孔ビッドにより地盤を削孔している最中に、前記削孔ビッドを前記削孔ロッドのロッド軸心を中心にして回転させることにより、削孔している掘削孔を前記削孔ビッドの外周面に設けた突出部によって拡径して、前記削孔ビッドおよび前記削孔ロッドの外周面と、前記掘削孔の内周面との間に所定隙間を形成して、前記削孔ビッドおよび前記削孔ロッドを前記掘削孔に遊挿された状態にして、前記位置センサにより検知した位置データを前記発信部により弾性波に変換して前記削孔ロッドを通じて前記削孔ロッドの後端部に接続されている受信部に伝送し、この受信部により受信した前記弾性波に基づいて前記削孔ビッドの位置を算出することを特徴とする削孔位置計測方法。
- 前記削孔ロッドの長手方向端部どうしを、外周面に金具突出部を有する連結金具により連結して、前記削孔ビッドを前記削孔ロッドのロッド軸心を中心にして回転させることにより、前記掘削孔を前記金具突出部によって拡径し、前記削孔ロッドの外周面と、前記掘削孔の内周面との間に所定隙間を形成して、前記削孔ロッドを前記掘削孔に遊挿された状態にする請求項1に記載の削孔位置計測方法。
- 前記弾性波を複数の異なる周波数で順次伝送する請求項1または2に記載の削孔位置計測方法。
- 前記複数の異なる周波数のうち、前記受信部において最も受信感度のよい1つの周波数を決定し、この決定した周波数で伝送した前記弾性波に基づいて前記削孔ビッドの位置を算出する請求項3に記載の削孔位置計測方法。
- 前記掘削孔の削孔距離が6m以上の所定距離になる毎に、前記削孔ロッドの先端部までジャイロスコープを挿入して、このジャイロスコープを用いて前記掘削孔の軌道データを把握し、この把握した軌道データに基づいて、前記受信部により算出した前記削孔ビッドの位置を補正する請求項1〜4のいずれかに記載の削孔位置計測方法。
- 削孔ロッドの先端部に取り付けられる削孔ビッドと、この削孔ビッドに設置される位置センサと、この位置センサにより検知した位置データを弾性波に変換して前記削孔ロッドを通じて伝送する発信部と、前記削孔ビッドにより削孔した掘削孔に挿入されている前記削孔ロッドの後端部に接続されて前記弾性波を受信する受信部とを備えて、前記削孔ビッドがその外周面に突出する突出部を有していて、前記削孔ビッドが地盤を削孔中に前記削孔ロッドのロッド軸心を中心にして回転した際に、前記掘削孔を前記突出部によって拡径して前記削孔ビッドおよび前記削孔ロッドを前記掘削孔に遊挿された状態にする所定隙間が、前記削孔ビッドおよび前記削孔ロッドの外周面と、前記掘削孔の内周面との間に形成され、前記弾性波に基づいて前記受信部により前記削孔ビッドの位置が算出される構成にしたことを特徴とする削孔位置計測装置。
- 前記削孔ロッドの長手方向端部どうしを連結する連結金具がその外周面に突出する金具突出部を有していて、前記削孔ビッドが地盤を削孔中に前記削孔ロッドのロッド軸心を中心にして回転した際に、前記掘削孔を前記金具突出部によって拡径して前記削孔ロッドを前記掘削孔に遊挿された状態にする所定隙間が、前記削孔ロッドの外周面と、前記掘削孔の内周面との間に形成される構成にした請求項6に記載の削孔位置計測装置。
- 前記弾性波を複数の異なる周波数で順次伝送する構成にした請求項6または7に記載の削孔位置計測装置。
- 前記複数の異なる周波数のうち、前記受信部において最も受信感度のよい1つの周波数が決定され、この決定された周波数で伝送された前記弾性波に基づいて前記削孔ビッドの位置が算出される構成にした請求項8に記載の削孔位置計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017134395A JP2019015646A (ja) | 2017-07-10 | 2017-07-10 | 削孔位置計測方法および装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017134395A JP2019015646A (ja) | 2017-07-10 | 2017-07-10 | 削孔位置計測方法および装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2019015646A true JP2019015646A (ja) | 2019-01-31 |
Family
ID=65357416
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2017134395A Pending JP2019015646A (ja) | 2017-07-10 | 2017-07-10 | 削孔位置計測方法および装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2019015646A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021092027A (ja) * | 2019-12-06 | 2021-06-17 | 株式会社竹中工務店 | 掘削位置計測システム及びロッド継手 |
-
2017
- 2017-07-10 JP JP2017134395A patent/JP2019015646A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2021092027A (ja) * | 2019-12-06 | 2021-06-17 | 株式会社竹中工務店 | 掘削位置計測システム及びロッド継手 |
JP7381822B2 (ja) | 2019-12-06 | 2023-11-16 | 株式会社竹中工務店 | 掘削位置計測システム及びロッド継手 |
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