JP2019015646A - 削孔位置計測方法および装置 - Google Patents

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。

特開平７−２８０５６７号公報 特開２０１１−７５０２号公報

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。

本発明の削孔位置計測装置を例示する説明図である。 図１の削孔ビッドおよび連結金具の周辺を側面視で例示する説明図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 ジャイロスコープを用いて掘削孔の形状を計測している工程を例示する説明図である。

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

Claims (9)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。

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