JP2019214902A - アンカー孔削孔位置管理システム及びアンカー孔の削孔位置管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アンカー孔の削孔作業において、自然斜面においても効率の良い、アンカー孔削孔位置管理システム及びその管理方法を提供する。【解決手段】アンカー孔位置管理システム１０は、施工対象領域における地表面の起伏情報及び地層情報を含む地山情報を取得する地山情報取得手段４１１と、該領域に削孔予定の複数のアンカー孔各々のアンカー孔設計情報を取得する設計情報把握手段４１２と、位置検出装置８より得た計測データに基づいて、該領域に施工した先行アンカー孔３１の実測３次元位置を算出するとともに、実測３次元位置の周囲に保護エリアＰを設定する先行孔位置取得手段４１３と、アンカー孔設計情報に基づいて後行アンカー孔の推定３次元位置を設定する後行孔推定位置取得手段４１４と、該後行アンカー孔の推定３次元位置の少なくとも一部分が、該先行アンカー孔の該保護エリアに干渉することを検知して警告する安全確認手段４１５を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、グラウンドアンカー工に用いるアンカー孔位置管理装置を利用したアンカー孔の削孔位置管理方法に関する。

グラウンドアンカー工は、地中に構築したグラウトよりなる定着部と地表付近の構造物とをＰＣ鋼線やＰＣ鋼より線等の引張材で連結させ、引張材に引張力を付与するシステムであり、従来より地山の斜面安定、構造物の転倒や浮上がり防止、山留等に採用されている。

例えば、特許文献１には、グラウンドアンカー工を地山の斜面安定対策に用いる方法が開示されている。まず、地山表面を切り盛りして所望の傾斜角を有する起伏を最小限に抑えた斜面を構築し、当該斜面に法枠工を形成する。次に、法枠工に設けたアンカー挿入孔から地山の不動層に向けてアンカー孔を削孔し、緊張材を挿入するとともに孔底近傍の不動層に位置する部分にグラウトを充填して、緊張材の定着部を構築する。この後、緊張材に張力を付与して、緊張材の頭部を法枠工に固定する。これにより、地山中の不動層の上方に位置しすべり面に沿って移動する可能性のある移動層の安定を図るものである。

このように、地山表面を切り盛りして所望の斜面を構築する場合や、自然斜面であっても法枠工を形成する場合には、グラウンドアンカーを打設するためのアンカー孔を削孔する際、架台を介して削孔機を法枠に支持させるなどして据え付けることができるとともに、削孔機に備えた削孔ロッドの削孔角度を調整しやすいため、安定した精度でアンカー孔の削孔作業を開始できる。

特開２０１２−１４９５１４号公報

しかし、近年では、切り盛りを行わない自然斜面に対して法枠等のフレームを設置することなく、グラウンドアンカー工を採用し斜面を安定させるといったニーズが増加している。なかでも、施工対象領域が崖地等の地表面が複雑な形状である場合には、削孔開始時における削孔ロッドの地表面上における位置決めや削孔角度の調整等、据え付け作業も煩雑となり、設計計画上の３次元位置にアンカー孔を削孔することがより困難となる。

また、削孔を進めるにつれて削孔機の削孔ロッドは、回転、推力、打撃等の外力が作用されることにより削孔角度にズレが生じやすく、削孔予定の孔長が長大である場合には、削孔ロッドの自重や地山の性状によって削孔途中の掘削ロッドがたわみ、削孔時に孔曲りを生じやすい。このため、アンカー孔に孔曲りや削孔角度のズレが生じた場合にも、アンカー体を構築予定の定着長部となる範囲が不動層に到達するよう、あらかじめ設計時にアンカー孔の孔長を必要長さより長く設定するなどしており、無駄が生じていた。さらには、アンカー孔の孔曲りや削孔角度のズレが設計時の想定よりも大きい場合には、隣り合うアンカー孔どうしが干渉しあう恐れがあり、干渉を確認した場合には再削孔が必要となることから、工期や工費に影響を与える結果となっていた。

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、グラウンドアンカー工を実施するためのアンカー孔の削孔作業において、施工対象領域の地表面が自然斜面等の不整形な状態であっても、効率よくアンカー孔の位置を管理および制御することの可能な、アンカー孔削孔位置管理システム及びアンカー孔の削孔位置管理方法を提供することにある。

かかる目的を達成するため本発明のアンカー孔削孔位置管理システムは、グラウンドアンカー工に用いるグラウンドアンカー孔削孔位置管理システムであって、削孔したアンカー孔の３次元位置を計測する位置検出装置、及びアンカー孔位置管理装置を備え、該アンカー孔位置管理装置は、施工対象領域における地表面の起伏情報及び地層情報を含む地山情報を取得する地山情報取得手段と、前記施工対象領域に削孔予定の複数のアンカー孔各々のアンカー孔設計情報を取得する設計情報把握手段と、前記位置検出装置より得た計測データに基づいて、施工対象領域に施工した先行アンカー孔の実測３次元位置を算出するとともに、該実測３次元位置の周囲に保護エリアを設定する先行孔位置取得手段と、前記アンカー孔設計情報に基づいて後行アンカー孔の推定３次元位置を取得する後行孔推定位置取得手段と、後行アンカー孔の前記推定３次元位置の少なくとも一部分が、先行アンカー孔の前記保護エリアに干渉することを検知して、警告を発する安全確認手段と、を備える。

上述する本発明のアンカー孔削孔位置管理システムによれば、アンカー孔位置管理装置を用いて施工対象領域の地山情報及びアンカー設計情報を確認しつつ、アンカー孔の削孔作業を実施できる。これにより、施工対象領域が切り盛りした斜面ではない自然斜面等の不整形な状態にあっても、削孔開始時における削孔機の削孔ロッドについて、削孔角度の調整や貫入位置の位置出し等を容易にかつ精度よく行うことができ、効率よくアンカー孔の位置を管理及び制御することが可能となる。

また、アンカー孔位置管理装置を用いて、削孔した先行アンカー孔の実測３次元位置を把握できるとともに、先行アンカー孔に構築予定のアンカー体を健全に機能させるために必要な地山の保護部分である保護エリアを、実測３次元位置の周囲に設定できる。これにより、後行アンカー孔を削孔する前の段階で、アンカー孔設計情報に基づく後行アンカー孔の推定３次元位置と、既に削孔した先行アンカー孔の保護エリアを比較することができ、アンカー孔の３次元位置をより高い精度で管理および制御することが可能となる。

本発明のアンカー孔削孔位置管理システムは、記先行アンカー孔について、前記アンカー孔設計情報と削孔後の実測３次元位置とに基づいて削孔精度を確認し、該削孔精度に影響を与える要因となる削孔特性指標を算定する削孔特性取得手段を備え、前記後行孔推定位置取得手段は、前記後行アンカー孔の推定３次元位置の設定に、前記削孔特性指標を反映させることを特徴とする。

上述する本発明のアンカー孔削孔位置管理システムによれば、先行アンカー孔の実測３次元位置の周囲に設定した保護エリアと、削孔予定の後行アンカー孔の推定３次元位置とを比較検証するにあたり、推定３次元位置を、アンカー設計情報に基づく計画３次元位置に削孔特性指標を反映させて設定できるため、より高い信頼性をもってアンカー孔の位置を管理および制御することが可能となる。

本発明のアンカー孔削孔位置管理システムは、前記安全確認手段が、後行アンカー孔の前記推定３次元位置と前記地山情報に基づいて、前記推定３次元位置の定着長部となる予定範囲が地山の不動層に到達していないことを検知して、警告を発することを特徴とする。

上述する本発明のアンカー孔位置管理装置によれば、後行アンカー孔を削孔する前の段階で、後行アンカー孔の推定３次元位置の管理だけでなく、後行アンカー孔の健全性を確認できるとともに、削孔後の後行アンカー孔に構築予定のアンカー体の位置を事前に推定することも可能となる。したがって、設計計画の段階で、安全を考慮して、アンカー孔の孔長を必要長より長く確保したり、アンカー孔の数量を多くするなどの無駄を省くことができ、合理的で経済的な設計計画を立てることが可能となる。

本発明のアンカー孔削孔位置管理システムは、前記地山情報に、少なくとも前記先行アンカー孔の実測３次元位置及び前記後行アンカー孔の推定３次元位置のいずれか一方をオーバーレイして、出力装置に２次元もしくは３次元で画像表示させる情報合成手段を備えることを特徴とする。

上述する本発明のアンカー孔削孔位置管理システムによれば、施工管理者は、地山情報およびアンカー設計情報に加えて、目視できない先行アンカー孔の実測３次元位置、後行アンカー孔の推定３次元位置等の情報を、出力装置を介して視覚情報として確認することができる。これにより、アンカー孔の３次元位置をより効率よく管理及び制御できるだけでなく、出力装置上で削孔作業完了後の複数のアンカー孔全体の出来形管理を行うことも可能となる。

本発明のアンカー孔削孔位置管理システムは、前記アンカー孔を削孔する削孔機に設置される削孔ロッドの削孔角度及び地山への貫入位置を検出する位置出しセンサをさらに備え、該位置出しセンサに、ＧＮＳＳセンサを用いることを特徴とする。

上述する本発明のアンカー孔削孔位置管理システムによれば、削孔機の削孔ロッドについて、削孔開始時における削孔角度の調整や貫入位置の位置出しのみでなく、削孔途中の削孔角度のモニタリングを実施できる。したがって、削孔作業中に削孔角度のズレが生じた場合には、これを検知して角度修正を図ることもでき、安全確認手段において先行アンカー孔の保護エリアに干渉しないことを確認した推定３次元位置に、後行アンカー孔を正確に削孔することが可能となる。

本発明のアンカー孔の削孔位置管理方法は、本発明のアンカー孔削孔位置管理システムを利用したアンカー孔の削孔位置管理方法であって、前記施工対象領域の地山に先行削孔した先行アンカー孔の前記実測３次元位置を算出して、該実測３次元位置の周囲に前記保護エリアを設定するとともに、前記保護エリアを設定した先行アンカー孔の近接位置に削孔予定の後行アンカー孔の前記推定３次元位置を取得し、後行アンカー孔の該推定３次元位置が、前記保護エリアと干渉することを検知した場合に、警告を発することを特徴とする。

上述する本発明のアンカー孔の削孔位置管理方法によれば、施工対象領域におけるアンカー孔の削孔作業において、地山情報やアンカー設計情報とともに、削孔した先行アンカー孔の実測３次元位置に関するリアルタイム情報を把握できるため、現場の作業効率を大幅に向上することが可能となる。また、後行アンカー孔を削孔する事前の段階で、先行アンカーの実測３次元位置と後行アンカー孔の推定３次元位置の位置関係を把握できることから、グラウンドアンカー工の施工途中もしくは施工終了後において、アンカー体の補修や再施工を必要とするような、不測の事態を回避できる。これにより、アンカー孔の削孔作業だけでなく、グラウンドアンカー工に係る施工全体について、工期短縮、工費削減等、施工性を向上させることが可能となる。

本発明によれば、グラウンドアンカー工を実施するためのアンカー孔の削孔作業において、施工対象領域が切り盛りした斜面ではない自然斜面等の不整形な状態にあっても、アンカー孔の３次元位置（削孔形状とその位置）をより高い精度で管理および制御することが可能となる。

本発明の実施の形態における自然斜面に引張型アンカーを打設した様子を示す図である。 本発明の実施の形態におけるアンカー孔削孔位置管理システムを示す図である。 本発明の実施の形態における削孔機およびカメラを搭載した無人航空機を示す図である。 本発明の実施の形態におけるアンカー孔の削孔位置管理方法のフロー図である。 本発明の実施の形態におけるアンカー孔位置管理装置の出力装置に出力される２次元画像（正面図及び鉛直方向の縦断面）を示す図である（その１）。 本発明の実施の形態におけるアンカー孔位置管理装置の出力装置に出力される２次元画像（鉛直方向の縦断面）を示す図である（その２）。 本発明の実施の形態におけるアンカー孔位置管理装置の出力装置に出力される２次元画像（水平方向の横断面）を示す図である。

本発明のアンカー孔削孔位置管理システム及びアンカー孔の削孔位置管理方法は、地山の斜面安定対策、構造物の転倒や浮上がり防止、山留等の何れを目的に採用するグラウンドアンカー工の施工であっても適用可能であるが、本実施の形態では、地山の斜面安定対策に採用する、引張型アンカーを用いたグラウンドアンカー工の施工を事例に挙げ、以下に詳細を説明する。

図１で示すような、複数の引張型アンカー１を用いたグラウンドアンカー工では、一般的な施工方法として、まず、施工対象領域の地山２に対して、不動層２１の所望位置に孔底が到達するまでアンカー孔３を削孔する。先行削孔したアンカー孔３に続いてその近接位置に、後行のアンカー孔３を順次削孔していく。

一方で、アンカー孔３の削孔作業と並行して、削孔したアンカー孔３にＰＣ鋼線やＰＣ鋼より線等の緊張材１１を挿入するとともに、孔底にグラウトよりなるアンカー体１２を構築し、このアンカー体１２に緊張材１１の先端部を定着させる。この後、緊張材１１に緊張力を付与しつつ基端部を地山表面に配置した支圧板１３に固定し、緊張材１１の露出部分を防錆材が充填されたキャップ１４により保護し、引張型アンカー１のアンカー頭部を形成する。

このようにして打設される引張型アンカー１を、施工対象領域を網羅するように高さ方向及び横方向に複数配置することにより、地山の移動層２２が不動層２１に沿って滑る現象を抑止している。

上記の手順で施工されるグラウンドアンカー工は、設計基準や設計要領等において、隣り合う引張型アンカー１におけるアンカー体１２どうしの許容間隔Ｌ（一般には１．５ｍ以上）が規定されている。そこで、施工後の引張型アンカー１においてアンカー体１２どうしの許容間隔Ｌが確保されるよう、アンカー体１２が構築される前のアンカー孔３について、その３次元位置を管理および制御する。

≪アンカー孔削孔位置管理システム≫
図２で示すように、アンカー孔３の３次元位置を管理および制御する方法は、アンカー孔位置管理装置４、アンカー孔３を削孔する削孔機６に設置される削孔ロッド６１の削孔角度及び地山２への貫入位置を検出する位置出しセンサ７、及び削孔したアンカー孔３の３次元位置（削孔形状とその位置）を計測する位置検出装置８を備えたアンカー孔削孔位置管理システム１０を用いて行う。

＜アンカー孔位置管理装置＞
まず、アンカー孔削孔位置管理システム１０を構成するアンカー孔位置管理装置４の概略を、図２を用いて以下に説明する。以降、先行削孔したアンカー孔３を先行アンカー孔３１、先行アンカー孔３１の近接位置に後行削孔するアンカー孔３を後行アンカー孔３２と称する。

アンカー孔位置管理装置４は、情報処理装置４１、入力装置４２および出力装置４３を少なくとも備えるいわゆるコンピュータである。情報処理装置４１は演算処理装置及び記憶装置等のハードウェアと、該ハードウェア上で動作するソフトウェアとで構成されており、地山情報取得手段４１１、設計情報把握手段４１２、先行孔位置取得手段４１３、後行孔推定位置取得手段４１４、安全確認手段４１５、削孔機情報取得手段４１６、及び情報合成手段４１７を備えている。なお、削孔特性取得手段４１８については、後述するアンカー孔３の位置管理方法で説明する。

地山情報取得手段４１１は、入力装置４２より取得した施工対象領域における地山地表面の起伏情報及び地層情報を含む地山情報を、ディスプレイ等の出力装置４３に対して２次元もしくは３次元で画像表示可能なデータに加工し、情報処理装置４１の記憶装置に格納する。地山地表面の起伏情報は、例えば、地上に設置した位置センサーや定点観測カメラ、人工衛星で撮影した画像等より得た３次元データを用いてもよいし、図３で示すように、カメラを搭載した無人航空機５により得た空撮画像を採用してもよい。また、地層情報を含む地山情報は、例えばボーリング調査で得られる柱状図データ等、少なくとも移動層２２と不動層２１の間に形成されるすべり面２３を把握できる情報であればいずれを用いてもよい。

設計情報把握手段４１２は、入力装置４２より取得した施工対象領域に打設予定の引張型アンカー１各々の配置位置及び全長、アンカー体１２の定着体長及び断面径、近接するアンカー体１２どうしの許容間隔Ｌ等、アンカー孔３を削孔するために必要なアンカー設計情報を、ディスプレイ等の出力装置４３に対して２次元もしくは３次元で画像表示可能なデータに加工し、情報処理装置４１の記憶装置に格納する。アンカー設計情報は、グラウンドアンカー工の２次元設計図や３ＤＣＡＤによる３次元モデルを採用してもよいし、入力装置４２を介して施工管理者が直接入力してもよい。

先行孔位置取得手段４１３は、入力装置４２より取得した施工対象領域に削孔した先行アンカー孔３１の実測３次元位置（実測した削孔形状とその位置）に係る情報を、ディスプレイ等の出力装置４３に対して２次元もしくは３次元で画像表示可能なデータに加工し、情報処理装置４１の記憶装置に格納する。先行アンカー孔３１の実測３次元位置に係る情報は、地中削孔の分野で削孔軌跡を把握するべく従来より採用されている、いずれの位置検出装置から得たものを採用してもよい。

本実施の形態では、先行アンカー孔３１の実測３次元位置を、後述する位置検出装置８により得られる計測データに基づいて算定する。このため、先行孔位置取得手段４１３では、後述する位置検出装置８の情報から、先行アンカー孔３１の実測３次元位置を算定し、情報処理装置４１の記憶装置に格納する。

また、先行孔位置取得手段４１３は、保護エリアＰの範囲を算定し、ディスプレイ等の出力装置４３に対して２次元もしくは３次元で画像表示可能なデータに加工して、情報処理装置４１の記憶装置に格納する。保護エリアＰは、先行アンカー孔３１にアンカー体１２を構築する際に、定着長部となる予定範囲の周囲に設定するもので、アンカー体１２を健全に機能させるために必要な地山２の保護部分である。その範囲は、先行アンカー孔３１の実測３次元位置に係る情報と、設計情報把握手段４１２で取得した近接するアンカー体１２どうしの許容間隔Ｌと、に基づいて算定する。具体的な算定方法は、後述するアンカー孔３の位置管理方法で説明する。

後行孔推定位置取得手段４１４は、図６（ａ）（ｂ）で示すように、既に削孔した先行アンカー孔３１に近接して削孔予定の後行アンカー孔３２について、設計情報把握手段４１２で取得したアンカー設計情報に基づく計画３次元位置（計画上の削孔形状とその位置）を検出し、ディスプレイ等の出力装置４３に対して２次元もしくは３次元で画像表示可能なデータに加工し、これを推定３次元位置（推定した削孔形状とその位置）として情報処理装置４１の記憶装置に格納する。後行アンカー孔３２の推定３次元位置として用いる位置情報は、アンカー設計情報に基づく計画３次元位置のみではなくてもよく、後に詳細を述べるが、計画３次元位置に削孔特性指標を加味して予測した予測３次元位置（予測した削孔形状とその位置）を採用してもよい。

安全確認手段４１５は、先行孔位置取得手段４１３にて先行アンカー孔３１の実測３次元位置の周囲に設定した保護エリアＰに係る情報と、後行孔推定位置取得手段４１４で取得した後行アンカー孔３２の推定３次元位置に係る情報とを比較検証し、推定３次元位置と保護エリアＰが干渉する可能性を検知した場合に、警報を出力装置４３に出力する手段である。

また、安全確認手段４１５は、後行孔推定位置取得手段４１４で取得した後行アンカー孔３２の推定３次元位置にアンカー体１２を構築した場合に定着長部となる予定範囲と、地山情報取得手段４１１で取得した地山情報とを比較し、推定３次元位置の定着長部となる予定範囲が地山２の不動層２１に到達していないことを検知した場合に、警報を出力装置４３に出力する。

こうすると、後行アンカー孔３２を削孔する前の段階で、後行アンカー孔３２の推定３次元位置の管理だけでなく、後行アンカー孔３２の健全性を確認できるとともに、削孔後の後行アンカー孔３２に構築するアンカー体１２の位置を事前に推定することも可能となる。

削孔機情報取得手段４１６は、図３で示すように、入力装置４２より取得した、後述する削孔機６に搭載された位置出しセンサ７の計測データから、削孔ロッド６１の削孔角度（水平角度及び鉛直角度を含む）と地山２の貫入位置を算定し、ディスプレイ等の出力装置４３に対して２次元もしくは３次元で画像表示可能なデータに加工し、情報処理装置４１の記憶装置に格納する。

情報合成手段４１７は、２次元もしくは３次元で画像表示可能なデータに加工されて、情報処理装置４１の記憶装置に格納されている、地山情報、アンカー設計情報、先行アンカー孔３１の実測３次元位置、後行アンカー孔３２の推定３次元位置、削孔ロッド６１の削孔角度と地山２の貫入位置等に係る各情報を、単独もしくはオーバーレイして、ディスプレイ等の出力装置４３に出力する。各情報のオーバーレイは、入力装置４２を介して重ね合わせたい情報を適宜選択できるようにするとよい。

上述するアンカー孔位置管理装置４により、施工管理者は、施工対象領域の地山情報及びアンカー設計情報を確認しつつ、アンカー孔３の削孔作業を実施できる。これにより、施工対象領域が切り盛りした斜面ではない自然斜面等の不整形な状態にあっても、削孔開始時における削孔機６の削孔ロッド６１について、削孔角度の調整や貫入位置の位置出し等を容易にかつ精度よく行うことができ、効率よくアンカー孔３の位置を管理及び制御することが可能となる。

また、アンカー孔位置管理装置４を用いて、削孔した先行アンカー孔３１の実測３次元位置を把握できるとともに、先行アンカー孔３１に構築予定のアンカー体１２を健全に機能させるために必要な地山の保護部分である保護エリアＰを、実測３次元位置の周囲に設定できる。これにより、後行アンカー孔３２を削孔する前の段階で、既に削孔した先行アンカー孔３１の保護エリアＰとアンカー孔設計情報に基づく後行アンカー孔３２の推定３次元位置とを比較検証することができ、アンカー孔３の３次元位置をより高い精度で管理および制御することが可能となる。

＜位置出しセンサ＞
次に、アンカー孔削孔位置管理システム１０を構成する、アンカー孔３を削孔する削孔機６に設置される削孔ロッド６１の削孔角度及び地山２への貫入位置を検出する位置出しセンサ７の概略を、図３を用いて以下に説明する。

削孔機６は、リーダー６２に沿って移動自在な削孔ロッド６１を用いて地山に水平、垂直、もしくは斜め方向の削孔穴を形成するものであり、削孔ロッド６１の位置および姿勢を把握可能な位置出しセンサ７を備えている。なお、削孔機６は、削孔ロッド６１に回転、推力、打撃等のいずれの外力を作用させて地山２を削孔するものを採用してもよい。

位置出しセンサ７は、ＧＮＳＳを利用して２点間の相対的な位置関係（ベクトル）を求める方法として一般に知られている相対測位を行うべく、２台のＧＮＳＳセンサ７１、７２より構成される。２台のＧＮＳＳセンサ７１、７２をリーダー６２の前端近傍と後端近傍に離間して配置することにより、リーダー６２の延在位置および鉛直方向および水平方向の傾斜角度に関する情報が得られる。これらリーダー６２の位置情報に基づいて、リーダー６２に対して常時平行に位置する削孔ロッド６１の、削孔角度（水平角度及び鉛直角度を含む）と地山２への貫入位置（地表面位置）とを算定する。

＜位置検出装置＞
次に、アンカー孔削孔位置管理システム１０を構成する削孔したアンカー孔３の３次元位置を計測する際に用いる位置検出装置８の概略を、図２を用いて以下に説明する。

位置検出装置８は、先端にジャイロセンサ８１を設置した計測ロッド８２と、ＧＮＳＳセンサを備え、ＧＮＳＳセンサは、削孔機６に位置出しセンサ７として搭載したＧＮＳＳセンサ７１、７２を兼用させる。また、計測ロッド８２は、先行アンカー孔３１を削孔した後の削孔機６のリーダー６２に、削孔ロッド６１に代えて設置する。

このような構成の位置検出装置８は、削孔機６の推進力により計測ロッド８２を先行アンカー孔３１の孔口から孔底に向けて移動させつつ、計測ロッド８２の先端部における方位角と鉛直傾きの連続データおよび移動距離をジャイロセンサ８１にて取得する。こうして得た地表面に位置する孔口を基準とする移動軌跡のデータと、ＧＮＳＳセンサ７１、７２より得られる孔口の位置データにより、アンカー孔３の３次元位置を把握する。

上述するアンカー孔削孔位置管理システム１０は、アンカー孔位置管理装置４を施工現場の工事事務所等に設置することにより、施工管理者が工事事務所等において、地山情報およびアンカー設計情報に加えて、目視できない先行アンカー孔３１の実測３次元位置、後行アンカー孔３２の推定３次元位置等の情報を、出力装置４３を介して視覚情報として確認することができる。したがって、アンカー孔３の位置をより効率よく管理及び制御できるだけでなく、出力装置４３上で削孔作業完了後の複数のアンカー孔３全体の出来形管理を行うことも可能となる。

≪アンカー孔削孔位置管理システムを用いたアンカー孔の削孔位置管理方法≫
以下に、図４で示すフロー図にしたがって、アンカー孔削孔位置管理システムを用いたアンカー孔３の位置管理方法を説明する。なお、図５（ａ）は、アンカー孔位置管理装置４の出力装置４３に出力した地山２の正面画像、図５（ｂ）及び図６は、出力装置４３に出力した地山２の鉛直方向の縦断面画像である。

本実施の形態では、図３で示すように、施工対象領域の地山２に対して法枠等のフレームを設置することなく、自然斜面に対してグラウンドアンカー工を施工する場合を事例に挙げる。なお、アンカー孔３の位置管理方法に必要な各種データは、地表面の起伏情報を無人航空機５に搭載したカメラより得た空撮画像から、地層情報をボーリング調査で得られる柱状図データから、グラウンドアンカー工の設計計画を２次元設計図から、それぞれ取得するものとする。また、出力装置４３への出力は、２次元で画像表示する場合を例示する。

＜前処理：ＳＴＥＰ１＞
まず、施工対象領域の地山２について、空撮画像より得た地表面の起伏情報と柱状図データより得た地山２の地層情報を、地山情報取得手段４１１にて２次元画像として表示可能なデータに加工し、情報処理装置４１の記憶装置に格納する。また、グラウンドアンカー工の設計計画に基づく２次元設計図のアンカー設計情報から得た複数のアンカー孔３各々の計画３次元位置に係る情報を、設計情報把握手段４１２にて２次元画像として表示可能なデータに加工し、情報処理装置４１の記憶装置に格納しておく。

このとき、複数のアンカー孔３各々の計画３次元位置に係る情報には、ぞれぞれ施工計画であらかじめ決定されている削孔の順番に関する情報を関連付けさせておくとよい。こうすると、後の作業で、先行アンカー孔３１と後行アンカー孔３２が、アンカー設計情報から得た複数のアンカー孔３のうちの何れに該当するのかを、容易に判別できる。

また、図５（ａ）で示すように、情報合成手段４１７を介して地山情報と複数のアンカー孔３各々の計画上の地表面位置に係る情報とをオーバーレイして出力装置４３に地山２の正面画像として出力させておき、施工管理者が、画像上の複数のアンカー孔３のうちのいずれが現時点における先行アンカー孔３１と後行アンカー孔３２に該当するを入力装置４２を介して特定し、両者の関連付けを行ってもよい。

＜アンカー孔の削孔:ＳＴＥＰ２＞
アンカー孔位置管理装置４では、情報合成手段４１７を介して、設計情報把握手段４１２にて取得したアンカー設計情報のうち、第１番目に削孔予定のアンカー孔３の計画３次元位置を、地山情報取得手段４１１で取得した地山情報にオーバーレイさせて、出力装置４３に出力する。その一方で、施工対象領域に、位置出しセンサ７を設置した削孔機６を搬入する。

次に、第１番目に削孔予定のアンカー孔３の計画３次元位置をオーバーレイした地山２の３次元データを参照し、削孔機６を第１番目のアンカー孔３の削孔位置に誘導するとともに、削孔ロッド６１の地山２への貫入位置の位置出しおよび削孔角度（水平角度及び鉛直角度を含む）の調整を行う。この後、図５（ｂ）で示すように、第１番目のアンカー孔３を削孔する。

なお、アンカー孔３の削孔開始時において、削孔ロッド６１の削孔角度の調整、及び貫入位置の位置出しは、アンカー孔位置管理装置４の出力装置４３に出力される情報を参照して行うとよい。つまり、削孔機６に備えた位置出しセンサ７より得られる計測データを、入力装置４２を介してアンカー孔位置管理装置４に入力すると、これらの計測データから削孔機情報取得手段４１６にて削孔ロッド６１の現在の削孔角度と地山２への貫入位置とを算定し、２次元画像表示可能なデータに加工して情報処理装置４１の記憶装置に格納する。

この後、情報合成手段４１７を介して、これら削孔ロッド６１の現在の削孔角度と地山２への貫入位置に係る情報と、設計情報把握手段４１２にて取得したアンカー設計情報のうちの第１番目に削孔予定のアンカー孔３の計画３次元位置とを、地山情報にオーバーレイさせて、出力装置４３に出力する。これにより、施工管理者は、削孔ロッド６１が、削孔予定のアンカー孔３の計画３次元位置における中心軸上に位置するよう、出力装置４３に出力された画像を視認しながら、削孔ロッド６１の地山２への貫入位置、及び水平方向及び鉛直方向の削孔角度を適宜調整すればよい。

＜先行アンカー孔の実測３次元位置の検出：ＳＴＥＰ３＞
図２で示すように、削孔した第１番目のアンカー孔３を先行アンカー孔３１として設定し、３次元位置を確認する。３次元位置の測定は、前述の位置検出装置８を用いて行い、計測した先行アンカー孔３１の地表面に位置する孔口を基準とする移動軌跡のデータと、ＧＮＳＳセンサ７１、７２より得られる孔口の位置データを、アンカー孔位置管理装置４に入力装置４２を介して入力する。アンカー孔位置管理装置４では、先行孔位置取得手段４１３にて上記の計測データから先行アンカー孔３１の実測３次元位置を算定し、２次元画像表示可能なデータに加工して情報処理装置４１の記憶装置に格納する。

＜先行アンカー孔の実測３次元位置の精度確認：ＳＴＥＰ４＞
アンカー孔位置管理装置４において、情報合成手段４１７を介して、ＳＴＥＰ３で算定した先行アンカー孔３１の実測３次元位置と、設計情報把握手段４１２にて取得したアンカー設計情報に基づく先行アンカー孔３１の計画３次元位置とを、地山情報にオーバーレイさせて、出力装置４３に出力する。

出力装置４３に出力された先行アンカー孔３１の実測３次元位置と計画３次元位置とを比較検証し、先行アンカー孔３１の実測３次元位置と計画３次元位置との間に大きなズレが確認され、後行アンカー孔３２を削孔する前に事前検討が必要と判断した場合には、先行アンカー孔３１の実測３次元位置の周囲に保護エリアＰを設定し（ＳＴＥＰ５）、後行アンカー孔３２の削孔開始位置について検討を行う。

一方、先行アンカー孔３１の実測３次元位置がアンカー設計情報に基づく計画３次元位置とほぼ合致しており、近接位置に削孔予定の後行アンカー孔３２を削孔する前の事前検討が不要であると判断した場合には、引き続き設計計画に基づいて、後行アンカー孔３２となる第２のアンカー孔３を削孔作業（ＳＴＥＰ８）を開始する。

＜先行アンカー孔に保護エリアＰを設定：ＳＴＥＰ５＞
アンカー孔位置管理装置４の先行孔位置取得手段４１３において、先行アンカー孔３１の実測３次元位置と、設計情報把握手段４１２で取得した近接するアンカー体１２どうしの許容間隔Ｌに基づいて保護エリアＰを算定し、２次元画像表示可能なデータに加工して情報処理装置４１の記憶装置に格納する。この後、情報合成手段４１７を介して、先行アンカー孔３１の削孔形状に係る実測３次元位置、保護エリアＰを、地山情報にオーバーレイさせて、出力装置４３に出力する。

図２で示すように、保護エリアＰの範囲は、構築予定のアンカー体１２の半径に許容間隔Ｌを足し合わせた長さを半径とするアンカー体１２と同心の円筒体をなし、その長さは、アンカー体１２を構築した際に定着長部となる予定範囲の先端及び基端各々に許容間隔Ｌを足し合わせた、構築予定のアンカー体１２の体長より許容間隔Ｌの２倍分だけ長大な長さとなる。

＜後行アンカー孔の推定３次元位置を設定：ＳＴＥＰ６、７＞
アンカー孔位置管理装置４の情報合成手段４１７を介して、地山情報と、先行アンカー孔３１の実測３次元位置と、ＳＴＥＰ５で実測３次元位置の周囲に設定した保護エリアＰと、次に削孔予定の後行アンカー孔３２の推定３次元位置として、設計情報把握手段４１２にて取得したアンカー設計情報に基づく計画３次元位置と、をオーバーレイさせて、出力装置４３に出力する。なお、本実施の形態では、次に削孔予定の後行アンカー孔３２が、先行アンカー孔３１の下方に位置する場合を事例としているが、これに限定されるものではなく、先行アンカー孔３１の水平方向や斜め下方向に位置する場合等いずれの位置でもよい。

図６（ａ）で示すように、先行アンカー孔３１における実測３次元位置の周囲に設定した保護エリアＰと後行アンカー孔３２の推定３次元位置とを比較検証し、保護エリアＰに後行アンカー孔３２の推定３次元位置が干渉する可能性が確認された場合には、安全確認手段４１５がこれを検知して、出力装置４３を介して警告を発する。

また、後行アンカー孔３２の推定３次元位置と地山情報とを比較検証し、推定３次元位置のアンカー体１２が構築された際に定着長部となる予定範囲が、不動層２１に到達していない可能性が確認された場合にも、安全確認手段４１５がこれを検知して、出力装置４３を介して警告を発する。

警告が発せられた場合にはＳＴＥＰ６に戻り、入力装置４２を介して設計情報把握手段４１２で取得した後行アンカー孔３２の計画３次元位置に係る情報に対して、掘削ロッド６１の地山２への貫入位置を変更する、または削孔角度を適宜調整するなどして適宜見直しを図り、推定３次元位置の再設定を行う。この後、見直しを図った推定３次元位置と、先行アンカー孔３１における保護エリアＰとの位置関係を再度比較検証する。干渉しないことが確認されるまで、この検証作業を繰り返す。

＜削孔特性を加味した推定３次元位置の設定：ＳＵＢＳＴＥＰ１、２＞
ところで、削孔機６にて地山２を削孔する際、地盤条件によって、図５（ｂ）で示すような孔曲りを生じやすい。特にアンカー孔３が長大である場合には、自重により削孔ロッド６１がたわみやすく、さらに大きな孔曲りを生じる。そこで、この孔曲りを予測し、アンカー孔３の管理および制御に反映させるべく、アンカー孔位置管理装置４の情報処理装置４１に削孔特性取得手段４１８を備えてもよい。

削孔特性取得手段４１８は、先行アンカー孔３１について、先行孔位置取得手段４１３で取得した実測３次元位置と、設計情報把握手段４１２にて取得したアンカー設計情報に基づく計画３次元位置とを比較し、両者の差分を計測する。この差分情報から、例えば、孔底の位置ずれ量とアンカー長との関係等、孔曲りに係る傾向を把握して削孔特性指標を算出する。なお、上記の削孔特性指標の算定方法は一例であり、これに限定されるものではない。

算出した削孔特性指標は、前述した後行アンカー孔３２の推定３次元位置を設定する際（ＳＴＥＰ６）に採用する。つまり、次に削孔予定の後行アンカー孔３２について、図６（ａ）で示すような設計情報把握手段４１２にて取得したアンカー設計情報に基づく計画３次元位置に削孔特性指標を加味して、図６（ｂ）で示すような孔曲り等を考慮した予測３次元位置を算出する。この予測３次元位置を後行アンカー孔３２の推定３次元位置として取得し、２次元画像表示可能なデータに加工して情報処理装置４１の記憶装置に格納する。

この後、アンカー孔位置管理装置４の情報合成手段４１７を介して、地山情報、先行アンカー孔３１の実測３次元位置及びＳＴＥＰ５で算定した保護エリアＰと、次に削孔予定の後行アンカー孔３２の推定３次元位置として上記のとおり算出した予測３次元位置を、オーバーレイさせて、図６（ｂ）で示すように、出力装置４３に出力する。これにより、施工対象領域の地山２に複数のアンカー孔３を削孔するにあたり、地盤特性やアンカー長に応じた適切な比較検証を実施したうえで、安全な削孔作業を行うことが可能となる。

なお、上記の差分の計測作業を、施工対象領域にアンカー孔３を削孔するごとに繰り返しながら蓄積し、削孔特性指標の精度を向上させながら、後行アンカー孔３２の予測３次元位置の算出に反映させてもよい。また、アンカー孔３の削孔工程を実施する本施工の前に、施工対象領域に対して試験削孔を実施し、あらかじめ削孔特性指標を把握しておいてもよい。

これより、先行アンカー孔３１の周囲に設定した保護エリアＰと、後行アンカー孔３２の推定３次元位置とが干渉する可能性をより高い精度で検証でき、より高い信頼性をもってアンカー孔３の３次元位置を管理および制御することが可能となる。また、後行アンカー孔３２を削孔する前の段階で、後行アンカー孔３２の推定３次元位置の管理だけでなく、後行アンカー孔３２の健全性を確認できるとともに、削孔後の後行アンカー孔３２に構築予定のアンカー体１２の位置を事前に推定することも可能となる。したがって、設計計画の段階で安全を考慮して、アンカー孔３の孔長を必要長より長く確保したり、アンカー孔３の数量を多くするなどの無駄を省くことができ、合理的で経済的な設計計画を立てることが可能となる。

＜後行アンカー孔の削孔：ＳＴＥＰ８、９＞
図６（ｂ）で示すように、後行アンカー孔３２の推定３次元位置と先行アンカー孔３１における保護エリアＰが、干渉しないことを確認したうえで、ＳＴＥＰ２で説明した第１番目のアンカー孔３の削孔に係る手順を参照し、削孔機６の削孔ロッド６１を、推定３次元位置に係る情報に基づく削孔角度に調整するとともに地山への貫入角度の位置出しを行う。この後、削孔機６を用いて後行アンカー孔３２の削孔作業を開始する。

なお、削孔機６の掘削ロッド６１は、アンカー孔３の削孔開始時における地山２への貫入位置の位置出しおよび削孔角度の調整だけでなく、アンカー孔３の削孔中における削孔角度の調整を行ってもよい。具体的には、削孔機６について、位置出しセンサ７による計測、及びアンカー孔位置管理装置４による掘削ロッド６１の掘削角度の算定を断続的に行い、掘削ロッド６１の削孔角度と安全確認手段４１５において先行アンカー孔３１の保護エリアＰに干渉しないことを確認した推定３次元位置とを常時モニタリングする。

そして、掘削ロッド６１が、推定３次元位置の中心軸上から逸脱した場合に削孔作業を一旦停止し、削孔ロッド６１の削孔角度の調整を行った上で、再度削孔作業を再開してもよい。こうすると、先行アンカー孔３１の保護エリアＰに干渉しないことを確認した推定３次元位置に沿って、後行アンカー孔３２を精度よく削孔することが可能となる。

後行アンカー孔３２の削孔が終了したのち、後行アンカー孔３２を先行アンカー孔３１として取り扱い、ＳＴＥＰ３に戻って作業を繰り返し、施工対象領域に削孔予定のアンカー孔３をすべて削孔し終えるまで、上記の手順を繰り返す。

削孔作業を繰り返すごとに、先行アンカー孔３１の数量は増加し、これに伴い、後行アンカー孔３２の推定３次元位置に隣接する先行アンカー孔３１の数量も増加する。したがって、後行アンカー孔３２の推定３次元位置を設定する際（ＳＴＥＰ６、７）、干渉する可能性を検討すべき先行アンカー孔３１が複数存在する場合には、そのすべてと後行アンカー孔３１の推定３次元位置とを比較検証する。

すべてのアンカー孔３を削孔し終えたのち、アンカー孔位置管理装置４の情報合成手段４１７を介して、地山情報、設計情報把握手段４１２にて取得したアンカー設計情報に基づく複数のアンカー孔３すべての計画３次元位置、及び先行孔位置取得手段４１３で取得したすべての先行アンカー孔３１の実測３次元位置をオーバーレイさせて、出力装置４３に出力する。これにより、施工管理者は施工後のアンカー孔３について、その出来形を視覚情報として確認することが可能となる。

なお、上記の出力は、すべてのアンカー孔３を削孔し終えた後だけでなく、施工途中の適時に行って、先行アンカー孔３１の施工対象領域に対する全体バランスを確認してもよい。こうすると削孔作業の途中段階で、すでに削孔した先行アンカー孔３１の実測３次元位置に応じて設計計画の見直しを図ることも可能となり、より経済的かつ合理的なグラウンドアンカー工を施工することが可能となる。

上述したアンカー孔３の位置管理方法によれば、施工対象領域におけるアンカー孔３１の削孔作業において、地山情報やアンカー設計情報とともに、削孔した先行アンカー孔３の実測３次元位置に関するリアルタイム情報を把握できるため、現場の作業効率を大幅に向上することが可能となる。

また、後行アンカー孔３２を削孔する事前の段階で、先行アンカー３１の実測３次元位置と後行アンカー孔３２の推定３次元位置の位置関係を把握できることから、グラウンドアンカー工の施工途中もしくは施工終了後において、アンカー体１２の補修や再施工を必要とするような、不測の事態を回避できる。これにより、アンカー孔３の削孔作業だけでなく、グラウンドアンカー工に係る施工全体について、工期短縮、工費削減等、施工性を向上させることが可能となる。

本発明のアンカー孔削孔位置管理システムおよびアンカー孔３の位置管理方法は、上記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。

本実施の形態では、法枠等のフレームを設置することなく、自然斜面に対してグラウンドアンカー工を施工する場合を事例に挙げたが、必ずしもこれに限定されるものではなく、施工対象領域の地山２がいずれの状態の地表面にある場合であっても、アンカー孔削孔位置管理システム１０及びアンカー孔３の位置管理方法を採用することが可能である。

また、本実施の形態では、アンカー孔削孔位置管理ステム１０が、アンカー孔位置管理装置４、削孔ロッド６１の削孔角度及び地山２への貫入位置を検出する位置出しセンサ７、及び位置検出装置８を備える構成としたが、さらに、地表面データを取得するカメラを搭載した無人航空機５を備える構成としてもよい。

なお、本実施の形態では、出力装置４３への出力として２次元で画像表示する場合を例示したが、必ずしもこれに限定するものではなく、３次元で画像表示してもよい。また、２次元で画像表示する場合には、図５〜６のような鉛直方向の縦断面による画像表示のみでなく、図７で示すような水平方向の横断面の画像表示も併せて用いるとよい、

１０ アンカー孔削孔位置管理システム
１ 引張型アンカー
１１ 緊張材
１２ アンカー体
１３ 支圧板
１４ キャップ
２ 地山
２１ 不動層
２２ 移動層
２３ すべり面
３ アンカー孔
３１ 先行アンカー孔
３２ 後行アンカー孔
４ アンカー孔位置管理装置
４１ 情報処理装置
４１１ 地山情報取得手段
４１２ 設計情報把握手段
４１３ 先行孔位置取得手段
４１４ 後行孔推定位置取得手段
４１５ 安全確認手段
４１６ 削孔機情報取得手段
４１７ 情報合成手段
４１８ 削孔特性取得手段
４２ 入力装置
４３ 出力装置
５ 無人航空機
６ 削孔機
６１ 削孔ロッド
６２ リーダー
７１ ＧＮＳＳセンサ
７２ ＧＮＳＳセンサ
８ 位置検出装置
８１ ジャイロセンサ
８２ 計測ロッド
Ｐ 保護エリア

Claims (6)

1. グラウンドアンカー工に用いるグラウンドアンカー孔削孔位置管理システムであって、
   削孔したアンカー孔の３次元位置を計測する位置検出装置、及びアンカー孔位置管理装置を備え、
   該アンカー孔位置管理装置は、
   施工対象領域における地表面の起伏情報及び地層情報を含む地山情報を取得する地山情報取得手段と、
   前記施工対象領域に削孔予定の複数のアンカー孔各々のアンカー孔設計情報を取得する設計情報把握手段と、
   前記位置検出装置より得た計測データに基づいて、施工対象領域に施工した先行アンカー孔の実測３次元位置を算出するとともに、該実測３次元位置の周囲に保護エリアを設定する先行孔位置取得手段と、
   前記アンカー孔設計情報に基づいて後行アンカー孔の推定３次元位置を取得する後行孔推定位置取得手段と、
   後行アンカー孔の前記推定３次元位置の少なくとも一部分が、先行アンカー孔の前記保護エリアに干渉することを検知して、警告を発する安全確認手段と、
   を備えることを特徴とするアンカー孔削孔位置管理システム。
2. 請求項１に記載のアンカー孔削孔位置管理システムにおいて、
   前記先行アンカー孔について、前記アンカー孔設計情報と削孔後の実測３次元位置とに基づいて削孔精度を確認し、該削孔精度に影響を与える要因となる削孔特性指標を算定する削孔特性取得手段を備え、
   前記後行孔推定位置取得手段は、前記後行アンカー孔の推定３次元位置の設定に、前記削孔特性指標を反映させることを特徴とするアンカー孔削孔位置管理システム。
3. 請求項１または２に記載のアンカー孔削孔位置管理システムにおいて、
   前記安全確認手段が、後行アンカー孔の前記推定３次元位置と前記地山情報に基づいて、前記推定３次元位置の定着長部となる予定範囲が地山の不動層に到達していないことを検知して、警告を発することを特徴とするアンカー孔削孔位置管理システム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のアンカー孔削孔位置管理システムにおいて、
   前記地山情報に、少なくとも前記先行アンカー孔の実測３次元位置及び前記後行アンカー孔の推定３次元位置のいずれか一方をオーバーレイして、出力装置に２次元もしくは３次元で画像表示させる情報合成手段を備えることを特徴とするアンカー孔削孔位置管理システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンカー孔削孔位置管理システムにおいて、
   前記アンカー孔を削孔する削孔機に設置される削孔ロッドの削孔角度及び地山への貫入位置を検出する位置出しセンサをさらに備え、
   該位置出しセンサに、ＧＮＳＳセンサを用いることを特徴とするアンカー孔削孔位置管理システム。
6. 請求項１に記載のアンカー孔削孔位置管理システムを利用したアンカー孔の削孔位置管理方法であって、
   前記施工対象領域の地山に先行削孔した先行アンカー孔の前記実測３次元位置を算出して、該実測３次元位置の周囲に前記保護エリアを設定するとともに、
   前記保護エリアを設定した先行アンカー孔の近接位置に削孔予定の、後行アンカー孔の前記推定３次元位置を取得し、
   後行アンカー孔の該推定３次元位置が、前記保護エリアと干渉することを検知した場合に、警告を発することを特徴とするアンカー孔の削孔位置管理方法。

Images