JP2019218728A - 刃口部貫入幅測定システム、及び、ケーソン沈設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】刃口部の地盤への貫入幅を測定可能な刃口部貫入幅測定システム及びこれを利用したケーソン沈設方法を提供する。【解決手段】刃口部貫入幅測定システム１００は測距装置１０とセンサー部２０と境界特定部３２と計測部３３とを含む。測距装置１０は作業室Ｒに露出する露出地盤面Ｇ２’及び刃口部４の内周面４ａまでの距離を測定する。センサー部２０は内周面４ａにおける地盤貫入部位について高さ範囲Ｈを識別可能な識別信号Ｓを出力する。境界特定部３２は測距結果に基づき内周面４ａの露出領域と地盤Ｇへの貫入領域との境界Ｗを特定する。計測部３３は境界Ｗの特定結果と識別信号Ｓとに基づき刃口部４の貫入幅Ｂを計測する。ケーソン沈設方法は、刃口部貫入幅測定システム１００の測定結果を利用して刃口部４の下方地盤Ｇ２の掘削量を調整しつつニューマチックケーソン１を所定深さに沈設する。【選択図】図１

Description

本発明は、前記刃口部の前記地盤への貫入幅を前記内周面の全周に亘って計測する刃口部貫入幅測定システム、及び、ケーソン沈設方法に関する。

建築構造物の基礎工事や地下構造物の築造等のための工法の一つとして、例えば、特許文献１等に開示されたケーソン沈設工法がある。この工法は、有底筒状に形成され筒底の下部に地盤掘削用の作業室を備えたニューマチックケーソンや無底筒状に形成されたオープンケーソン等のケーソン（函）を地盤上に配置し、このケーソンの周壁内側の地盤及び周壁下端の刃口部の下方地盤を掘削しつつ、その自重により又は荷重を加える等して、ケーソンを所定の深さまで徐々に沈下させて設置し、地盤中に基礎や地下構造物等を構築する工法である。

この種の工法におけるケーソンの沈設方法では、ケーソンを沈下させる力である沈下力（主にケーソンの自重）とこの沈下力に抵抗する力である地盤等からの沈下抵抗力とがバランスしている状態では、ケーソンは沈下することなく静止している。この沈下抵抗力は、主に、ケーソンの周壁の外面に作用する周面摩擦力と、ケーソンの刃口部の内周面に作用する地盤からの反力（地盤反力）とからなる。詳しくは、刃口部の内周面は刃口部先端から上方に向かうほどケーソンの中心軸側に近づくように傾斜したテーパー状に形成されており、この傾斜した内周面に、地盤からの反力が作用している。そして、ケーソンの沈設方法では、例えば、ケーソンがその刃口部を地盤内に貫入させて静止した状態で、刃口部の内周面の下方地盤の一部をケーソンの内側から掘削することにより、ケーソンに作用する地盤からの反力を適度に低減させる。その結果、沈下抵抗力が沈下力より低くなり、ケーソンが沈下し始める。

特開平１０−３７２０３号公報

ここで、この種のケーソンの沈設方法において、ニューマチックケーソンの刃口部の地盤への貫入幅は、地盤からの反力がニューマチックケーソンに作用する幅、つまり地盤反力の作用幅（作用面積）を表すものといえるため、ケーソン沈下の施工管理上重要なパラメーターの一つである。

本発明は、このような実状に着目してなされたものであり、刃口部の地盤への貫入幅を測定可能な刃口部貫入幅測定システム、及び、これを利用したケーソン沈設方法を提供することを目的とする。

上記課題に対して、本発明に係る刃口部貫入幅測定システムは、その一態様として、刃口部を下端部に備えたニューマチックケーソンの前記刃口部の地盤への貫入幅を測定する刃口部貫入幅測定システムであって、光学的測距装置と、センサー部と、境界特定部と、計測部と、を含む。前記光学的測距装置は、前記刃口部における傾斜した内周面の内側の作業室内に設けられ、前記作業室に露出する地盤面及び前記内周面までの距離を測定する。前記センサー部は、前記内周面における周方向の少なくとも所定角度範囲において上下方向に延在するセンサー部であって、前記ニューマチックケーソンの前記地盤内への沈下に伴って前記刃口部が前記地盤に貫入すると、前記内周面における前記地盤に貫入している部位についての刃口部先端からの高さ範囲を識別可能な識別信号を出力する。前記境界特定部は、前記光学的測距装置の測距結果に基づいて、前記内周面のうちの前記作業室に露出している露出領域と前記内周面のうちの前記地盤内に貫入している貫入領域との境界を特定する。前記計測部は、前記境界特定部による前記境界の特定結果と前記センサー部からの前記識別信号とに基づいて、前記刃口部の前記地盤への貫入幅を前記内周面の全周に亘って計測する。

上記課題に対して、本発明に係る刃口部貫入幅測定システムは、その別の態様として、刃口部を下端部に備えたニューマチックケーソンの前記刃口部の地盤への貫入幅を測定する刃口部貫入幅測定システムであって、光学的測距装置と、撮像部と、境界特定部と、計測部と、を含む。前記光学的測距装置は、前記刃口部における傾斜した内周面の内側の作業室内に設けられ、前記作業室に露出する地盤面及び前記内周面までの距離を測定する。前記撮像部は、前記作業室内における前記光学的測距装置の設置位置と異なる位置に配置され、前記内周面における周方向の少なくとも所定角度範囲を撮像する。前記境界特定部は、前記光学的測距装置の測距結果に基づいて、前記内周面のうちの前記作業室に露出している露出領域と前記内周面のうちの前記地盤内に貫入している貫入領域との境界を特定する。前記計測部は、前記境界特定部による前記境界の特定結果と前記撮像部により撮像された画像のデータとに基づいて、前記刃口部の前記地盤への貫入幅を前記内周面の全周に亘って計測する。

また、本発明に係るケーソン沈設方法は、その一態様として、前記一態様又は別の態様の刃口部貫入幅測定システムの測定結果を利用して前記刃口部の下方地盤の掘削量を調整しつつ、前記ニューマチックケーソンを前記地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置する。

本発明に係る刃口部貫入幅測定システムの上記一態様によると、光学的測距装置によって、作業室に露出する地盤面及び刃口部の内周面までの距離を測定し、センサー部によって、刃口部が地盤に貫入すると内周面における地盤に貫入している部位についての刃口部先端からの高さ範囲を識別可能な識別信号を出力し、境界特定部によって、光学的測距装置の測距結果に基づいて内周面のうちの作業室に露出している露出領域と内周面のうちの地盤内に貫入している貫入領域との境界についての境界を特定し、計測部によって、境界特定部による境界の特定結果とセンサー部からの識別信号とに基づいて、刃口部の地盤への貫入幅を内周面の全周に亘って計測する。これにより、ケーソン沈設の際に、刃口部の内周面の全周に亘って、刃口部の地盤への貫入幅を常時測定できるため、刃口部の地盤への貫入状況を常時把握（モニタリング）することができ、ひいては、ケーソン沈下の施工管理をより確実且つ安全に行うことができる。

本発明に係る刃口部貫入幅測定システムの上記別の態様によると、光学的測距装置によって、作業室に露出する地盤面及び刃口部の内周面までの距離を測定し、作業室内における光学的測距装置の設置位置と異なる位置に配置される撮像部によって、前記内周面における周方向の少なくとも所定角度範囲を撮像し、境界特定部によって、光学的測距装置の測距結果に基づいて内周面のうちの作業室に露出している露出領域と内周面のうちの地盤内に貫入している貫入領域との境界についての境界を特定し、計測部によって、境界特定部による境界の特定結果と撮像部により撮像された画像のデータとに基づいて、刃口部の地盤への貫入幅を内周面の全周に亘って計測する。これにより、ケーソン沈設の際に、刃口部の内周面の全周に亘って、刃口部の地盤への貫入幅を常時測定できるため、刃口部の地盤への貫入状況を常時把握（モニタリング）することができ、ひいては、ケーソン沈下の施工管理をより確実且つ安全に行うことができる。

本発明に係るケーソン沈設方法の上記一態様によると、前記一態様又は別の態様の刃口部貫入幅測定システムの測定結果を利用して刃口部の下方地盤の掘削量を調整しつつ、ニューマチックケーソンを地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置する構成である。したがって、例えば、刃口部貫入幅測定システムにより測定された貫入幅に基づいて現時点における地盤からの反力の合計を推定することができる。そして、主にこの推定した地盤からの反力の合計とケーソン周壁に作用する周面摩擦力とからなる沈下抵抗力が沈下力（主にケーソン自重）よりも適度に低くなるように、刃口部の下方地盤の掘削量を調整して、ニューマチックケーソンの沈下を開始させることができる。その結果、ニューマチックケーソンを地盤の地表面側から所定深さまで、安全に沈下させて設置させることができる。

このようにして、刃口部の地盤への貫入幅を測定可能な刃口部貫入幅測定システム、及び、これを利用したケーソン沈設方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る刃口部貫入幅測定システムの概略構成及び刃口部貫入幅測定システムの特定結果を利用したケーソン沈設方法を説明するための概念図である。 前記刃口部貫入幅測定システムの概略構成を説明するための別の概念図である。 前記刃口部貫入幅測定システムの光学的測距装置とセンサー部との位置関係を説明するための断面図である。 前記刃口部の地盤への貫入状態を説明するための部分拡大断面図である。 前記刃口部の地盤への貫入状態を作業室側から部分的に撮像した画像の一例を示す図である。 前記画像における境界を強調して描画した画像である。 前記計測部による貫入幅の計測結果の一例を示す概念図である。 前記刃口部貫入幅測定システムの特定結果を利用したケーソン沈設方法を説明するための別の概念図である。 前記刃口部貫入幅測定システムの変形例を説明するための概略構成図である。 図９に示す前記刃口部貫入幅測定システムの概略構成を示す別の図である。 図９のＸ−Ｘ矢視断面図である。 刃口部近傍の撥ね付け土の状態を説明するための部分拡大断面図である。 前記センサー部の変形例を説明するための要部拡大断面図である。 前記センサー部の別の変形例を説明するための要部拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る刃口部貫入幅測定システムの概略構成及び刃口部貫入幅測定システムの特定結果を利用したケーソン沈設方法を説明するための概念図である。 前記第２実施形態に係る刃口部貫入幅測定システムの概略構成を説明するための別の概念図である。 前記第２実施形態に係る刃口部貫入幅測定システムの光学的測距装置と撮像部との位置関係を説明するための断面図である。 前記撮像部により撮像されて得られた画像の一例である。

以下、添付図面参照して、本発明に係る刃口部貫入幅測定システム及びケーソン沈設方法の実施形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施形態に係る刃口部貫入幅測定システム１００の概略構成及び刃口部貫入幅測定システム１００の特定結果を利用したケーソン沈設方法を説明するための概念図である。本実施形態においては、ニューマチックケーソン１を沈設させて橋脚等の基礎を構築するケーソン沈設工法に、本発明に係る刃口部貫入幅測定システム１００の特定結果を利用したケーソン沈設方法を適用した場合について、以下に説明する。

まず、ニューマチックケーソン１の概略の構造等について説明する。

ニューマチックケーソン１は、円筒、角筒等の所定の断面形状を有し、筒形状をなして上下方向に延びる周壁２を有するものである。本実施形態では、ニューマチックケーソン１は、全体として、概ね円筒形状であり、鉛直方向に所定個数に分割されており、下から順に、ケーソン基部３と、図示省略したケーソン中間部と、同じく図示省略したケーソン頂部とにより構成される。図１では、ニューマチックケーソン１の構築途中の状態が示されている。詳しくは、ニューマチックケーソン１のうちのケーソン基部３の大半が地盤Ｇ内に沈下して静止している状態が示されている。

周壁２は、ケーソン基部３、前記ケーソン中間部及び前記ケーソン頂部の外周壁からなる。例えば、前記ケーソン中間部及び前記ケーソン頂部は、それぞれ、ケーソン基部３の最大外径より若干小さい外径を有して形成される。

ケーソン基部３は、ニューマチックケーソン１の最下端部を構成するものであり、円筒部３ａと隔壁部３ｂとからなる。

円筒部３ａは、円筒状に形成され上下方向に延び、ニューマチックケーソン１の周壁２の下端部を構成する。円筒部３ａの径方向内側の内部空間は、隔壁部３ｂにより上下方向に二分されており、下側の空間が地盤掘削用の後述する作業室Ｒを構成する。円筒部３ａの下端部は、刃口部４を構成する。刃口部４は、ニューマチックケーソン１の下端部の備えられるものである。刃口部４は、図１に示すように、ケーソン沈下時に地盤Ｇ（詳しくは、後述する下方地盤Ｇ２）に貫入する部位であり、概ね円筒状に形成されている。刃口部４の内周面４ａは、刃口部先端４ｂから上方（言い換えると、隔壁部３ｂ側）に向かうほどニューマチックケーソン１の中心軸Ｚ側に近づくように傾斜したテーパー状に形成されている。詳しくは、刃口部４の最下端部における内周面４ａの傾斜角（つまり、中心軸Ｚに対する内周面４ａの傾斜角）は、例えば、その上側の内周面４ａにおける前記傾斜角よりも大きくなるように設定されている。

また、円筒部３ａは、具体的には、その上端側の外径が下端側の外径よりも若干小さくなるように、段付き状の外周面を有して形成されている。前記ケーソン中間部及び前記ケーソン頂部の外周壁は、円筒部３ａにおける上端側の外径に合せた外径で形成されている。なお、円筒部３ａの外周面は段付き状に限らず、同一外径を有していてもよい。この場合、ニューマチックケーソン１に対する沈下抵抗力の一部を構成する円筒部３ａ（周壁２）に作用する周面摩擦力は段付き状の場合よりも大きくなる。

作業室Ｒは、ニューマチックケーソン１における刃口部内側の空間、つまり、作業員や後述する掘削機５等により地盤を掘削するための地盤掘削用の空間であり、刃口部４の内周面４ａと隔壁部３ｂとにより区画されている。作業室Ｒ内には外部から空気等が供給されており、作業室Ｒ内は圧気状態になっている。これにより、地盤から作業室Ｒ内への地下水、泥及びガス等の流入を抑制又は防止して、掘削作業の安全及び効率化を図っている。なお、この作業室Ｒ内の圧気により生じる揚圧力はニューマチックケーソン１の沈下力に抗する沈下抵抗力の一部を構成する。また、図示省略したが、作業室Ｒ内を照明する照明装置が、例えば、隔壁部３ｂの作業室Ｒ側の壁面の外縁部における周方向に間隔を空けた複数の箇所に、少なくとも刃口部４の内周面４ａを照らすようにそれぞれ取り付けられている。

隔壁部３ｂは、前述したように、円筒部３ａの径方向内側の内部空間を上下方向に二分し、作業室Ｒの天井壁となる部位である。本実施形態では、隔壁部３ｂの作業室Ｒ側の壁面（下面）には、掘削機５の走行ガイド用のガイドレール６が取り付けられている。掘削機５は、地盤Ｇのうちの、刃口部４の内側の地盤Ｇ１や、刃口部４の下方に位置する下方地盤Ｇ２を掘削するものである。掘削機５は、例えば、作業室Ｒ外からの遠隔操作により、ガイドレール６に沿って走行して掘削対象領域の近傍まで移動し、地盤Ｇ１及び下方地盤Ｇ２を掘削可能に構成されている。なお、刃口部４の内側の地盤Ｇ１と下方地盤Ｇ２との境は厳密に区分けされるものではない。

また、隔壁部３ｂには、貫通孔３ｂ１がガイドレール６等と干渉しない位置に開口されている。この貫通孔３ｂ１は、隔壁部３ｂの上側の壁面に設置される筒状のマンロック７及びマテリアルロック８の内部空間と作業室Ｒとの間を連通する。図１では、マンロック７の内部空間との連通用の貫通孔３ｂ１と、マテリアルロック８の内部空間との連通用の貫通孔３ｂ１が示されている。図示省略したが、作業室Ｒの圧気用の配管及び作業室Ｒ内のガスモニタリング用等の貫通孔がそれぞれ、適宜の位置に形成されている。なお、マンロック７には、上方開口部から下方開口部を経て作業室Ｒまで到達する階段が形成されており、この階段を通って、作業員が作業室Ｒ内に入室可能とされている。また、マンロック７には、途中に減圧室が設けられており、作業員は圧気された作業室Ｒでの作業終了後、この減圧室を経由して地上側に退出可能になっている。そして、マテリアルロック８は、作業室Ｒにおいて掘削した土砂をクレーン等によって排出する際等に利用される。

ここで、ケーソン沈設施工の際に、ケーソン基部３の刃口部４は、図１に示すように、下方地盤Ｇ２に貫入する。この刃口部４の内周面４ａは傾斜しているため、刃口部４における下方地盤Ｇ２へ貫入している幅である貫入幅Ｂは、刃口部４の下方地盤Ｇ２への貫入深さが深くなるほど広くなる。貫入幅Ｂは、言い換えると、内周面４ａにおける地盤Ｇに貫入している部位についての刃口部先端４ｂからの高さ範囲Ｈが高くなるほど広くなる。貫入幅Ｂとは、詳しくは、刃口部４のうち下方地盤Ｇ２に接触している内周面４ａについての水平方向（つまり、ニューマチックケーソン１の中心軸Ｚと直交する方向）の幅をいう。また、貫入幅Ｂは、下方地盤Ｇ２からの反力がケーソン基部３に作用する幅、つまり沈下抵抗力の一部を構成する地盤反力の作用幅（作用面積）を表すものともいえ、その意味においてケーソン沈下の施工管理上重要なパラメーターの一つである。貫入幅Ｂが狭くなるほど、刃口部４に作用する地盤反力の合計が小さくなり、沈下抵抗力が小さくなる。このような貫入幅Ｂは、以下に詳述する刃口部貫入幅測定システム１００により演算（測定）可能である。

次に、刃口部貫入幅測定システム１００について、図１から図４を参照してその概略構成を説明する。図２は刃口部貫入幅測定システム１００の概略構成を説明するための概念図である。図３は、刃口部貫入幅測定システム１００の光学的測距装置とセンサー部との位置関係を説明するための断面図である。図４は、刃口部４の地盤Ｇへの貫入状態の一例を説明するため図面であり、図３に示すＡ−Ａ’矢視断面における刃口部先端４ｂを含む部分拡大断面である。

刃口部貫入幅測定システム１００は、ニューマチックケーソン１の沈設施工の際における刃口部４の地盤Ｇ（下方地盤Ｇ２）への貫入幅Ｂを測定するものであり、図１及び図２に示すように、光学的測距装置１０（以下、測距装置１０という）と、センサー部２０と、本体部３０とを含んで構成されている。

測距装置１０は、刃口部４における傾斜した内周面４ａの内側の作業室Ｒ内に設けられ、作業室Ｒに露出する地盤面Ｇ２’（以下、露出地盤面Ｇ２’という）及び内周面４ａまでの距離を測定する装置である。

測距装置１０は、例えば、測距部と駆動機構部とを含んで構成され、作業室Ｒ内において露出地盤面Ｇ２’及び内周面４ａをレーザー光でスキャニングするいわゆる３Ｄレーザースキャナである。前記測距部は、レーザー光を対象物に向けて照射し、その対象物の表面からの反射光が戻ってくるまでの時間を測ることにより対象物までの距離を測定する。前記駆動機構部は、レーザー光の照射方向を仰角（上下方向）及び内周面４ａの周方向に変更させるものである。

具体的には、測距装置１０は、隔壁部３ｂの作業室Ｒ側の壁面における径方向中心（つまり、ニューマチックケーソン１の中心軸Ｚが交わる位置）に取り付けられている。ガイドレール６は隔壁部３ｂに径方向中心を避けた位置に取り付けられており、測距装置１０の前記測距部は、例えば、ガイドレール６と干渉しない隔壁部３ｂの径方向中心において、前記駆動機構部により仰角方向に揺動すると共に中心軸Ｚ回り（内周面４ａの周方向）に３６０°回動することにより照射方向を変更し、スキャニング可能に構成されている。前記測距部は、例えば、レーザー光を連続的に照射する。そして、前記測距部は、スキャニング中に、レーザー光の照射方向（つまり、仰角方向並びに中心軸Ｚ回りの回動方向で定まる方向）の所定角度刻み又は所定時間刻み等のサンプリング間隔で、測距を実行する。したがって、測距装置１０は、対象物の表面（作業室Ｒ内において露出地盤面Ｇ２’及び内周面４ａ）におけるレーザー光のスキャニング走査軌跡に沿って前記サンプリング間隔に応じて定まる照射点までの測距結果を、照射方向毎（照射点毎）に取得する。

本実施形態では、図３に示すように、作業室Ｒ内に作業用の固定機器等の障害物（図１では図示省略されている）が設置されており、この障害物は容易に移動させることができないものとする。したがって、露出地盤面Ｇ２’及び刃口部４の内周面４ａにおいて、この障害物の影となって、測距装置１０からのレーザー光の照射されない領域（以下、非照射領域という）が存在するものとする。このため、本実施形態では、測距装置１０は、この非照射領域については、距離を測定できないものとする。

本実施形態では、測距装置１０は、測距結果に基づいて、対象物の表面における複数の照射点についての三次元の座標データ（以下、実測座標データという）からなる三次元点群データを生成可能に構成されている。したがって、測距装置１０は、取得した三次元点群データに基づき、露出地盤面Ｇ２’と内周面４ａの表面形状を測定する装置でもある。作業室Ｒ内に設置された測距装置１０は、照射したレーザー光の照射方向毎に、前記測距部から露出地盤面Ｇ２’及び内周面４ａまでの距離を測定し、この照射方向と測定した距離とに基づいて、露出地盤面Ｇ２’及び内周面４ａについての複数の三次元の実測座標データからなる三次元点群データを生成する。この三次元点群データに基づく、露出地盤面Ｇ２’と内周面４ａの表面形状の測定結果等は、本体部３０の後述する表示部３１に立体的等の所定の態様で表示可能に構成されている。

また、測距装置１０は、撮像機能も有しており、カメラ一体型の３Ｄレーザースキャナである。測距装置１０により撮像された画像Ｆについては後に詳述する。

センサー部２０は、図１及び図３に示すように、ニューマチックケーソン１の刃口部４における傾斜した内周面４ａにおける周方向の少なくとも所定角度範囲において、内周面４ａに沿って上下方向に延在している。そして、センサー部２０は、図１に示すようにニューマチックケーソン１の地盤Ｇ（下方地盤Ｇ２）内への沈下に伴って刃口部４が地盤Ｇに貫入すると、内周面４ａにおける地盤Ｇに貫入している部位についての刃口部先端４ｂからの高さ範囲Ｈを識別可能な識別信号Ｓを出力するものである。

本実施形態では、センサー部２０の設置される前記所定角度範囲は、図３に示すように、測距装置１０からのレーザー光が照射されない前記非照射領域に対応する位置に設定されている。具体的には、センサー部２０は、内周面４ａに形成された凹溝内に埋め込まれ、内周面４ａから作業室Ｒ側に突出しないように取り付けられている。そして、前記凹溝内に埋め込まれた状態のセンサー部２０は、内周面４ａと面一な感知面を有し識別信号Ｓを出力する。より具体的には、センサー部２０は、２段階に傾斜した内周面４ａのうち、刃口部先端４ｂの部位を避けた上側の部位に取り付けられている。

本実施形態では、センサー部２０は、内周面４ａに作用する地盤Ｇからの圧力に応じた信号を識別信号Ｓとして出力する圧力センサー群２１からなるものである。圧力センサー群２１は、例えば、複数の素子からなり、各素子はそれぞれ圧力に応じた信号を識別信号Ｓとして出力する。圧力センサー群２１としては、具体的には、複数の圧電素子が上下方向及び周方向に間隔を空けて平面的（二次元的）にアレイ配置されて一体に形成された面圧センサーからなるものとして以下説明する。

例えば、図１に示すように、刃口部４が下方地盤Ｇ２に貫入しているとする。この状態において、圧力センサー群２１における前記複数の圧電素子のうち下方地盤Ｇ２に貫入して下方地盤Ｇ２（堀残し残土）に接触している素子（以下では、これらの素子をそれぞれ適宜に接触素子という）には、下方地盤Ｇ２からの反力が作用する。そのため、これらの接触素子は、地盤反力に応じた信号を識別信号Ｓとしてそれぞれ出力する。一方、圧力センサー群２１における前記複数の圧電素子のうち作業室Ｒに露出している素子（以下では、これらの素子をそれぞれ適宜に露出素子という）には、下方地盤Ｇ２からの反力は作用していない。そのため、これらの露出素子は、圧力ゼロを示す基準レベルの信号を識別信号Ｓとして出力する。したがって、圧力センサー群２１における複数の圧電素子のそれぞれから出力される識別信号Ｓの信号レベル（例えば電圧値）の大きさは、前記接触素子と前記露出素子との間において急激に変化しており、前記露出素子からの信号レベルの大きさが前記接触素子からの信号レベルの大きさよりも急激に下がることになる。

本体部３０は、刃口部貫入幅測定システム１００全体の制御等をする本体であり、例えば、掘削機５の遠隔操作用の装置（図示省略）と共に地上側に設けられる。本実施形態では、本体部３０は、表示部３１と、境界特定部３２と、計測部３３と、記憶部３４とを含んで構成されている。

本体部３０には、測距装置１０からの測距結果である実測距離データがどの照射方向のときの測距結果に対応するデータであるのかを判別可能に入力される。また、三次元点群データは、点群を構成する各照射点の実測座標データがどの照射方向のときの測距結果に対応するデータであるのかを判別可能に入力される。つまり、本体部３０には、各照射点について、実測距離データと実測座標データとが照射方向毎に関連付けて入力される。さらに、この本体部３０には、センサー部２０からの各識別信号Ｓは、どの取り付け角度位置におけるどの高さ位置の圧電素子からの信号であるのかを判別可能に入力される。また、本体部３０には、測距装置１０により撮像した画像Ｆの画像データはその撮像範囲が中心軸Ｚ回りのどの角度範囲のデータであるのかを判別可能に入力される。

表示部３１は、例えば、液晶ディスプレイからなり、測距装置１０により生成された三次元点群データに基づく露出地盤面Ｇ２’と内周面４ａの表面形状を表す画像（図示省略）や、測距装置１０の撮像機能により撮像された画像Ｆを表示可能に構成された表示機器である。また、表示部３１は、センサー部２０からの識別信号Ｓに基づく圧力や、貫入幅Ｂの計測結果等を表示可能に構成されている。

境界特定部３２は、測距装置１０の測距結果に基づいて、図４に示すように、刃口部４の内周面４ａのうちの作業室Ｒに露出している露出領域Ｓ１と内周面４ａのうちの地盤Ｇ（下方地盤Ｇ２）内に貫入している貫入領域Ｓ２との境界Ｗを特定するように構成されている。この境界特定部３２における境界Ｗの特定方法のより詳しい内容については後に詳述する。

計測部３３は、境界特定部３２による境界Ｗの特定結果とセンサー部２０からの識別信号Ｓとに基づいて、刃口部４の地盤への貫入幅Ｂを内周面４ａの全周に亘って計測するように構成されている。この計測部３３における貫入幅Ｂの計測方法のより詳しい内容については後に詳述する。

記憶部３４は、所定の記憶媒体であり、ニューマチックケーソン１の寸法等の構造データや、測距装置１０及び圧力センサー群２１の取り付け位置を特定可能なデータ等が記憶されている。

詳しくは、記憶部３４には、測距装置１０の取付け位置のデータとして、例えば、隔壁部３ｂの作業室Ｒ側の壁面における中心軸Ｚが交わる点の座標データが記憶されている。そして、記憶部３４には、内周面４ａ全体が作業室Ｒに露出している状態で、内周面４ａ全体をレーザースキャニングした場合における測距装置１０（詳しくは前記測距部の投受光部分）と内周面４ａとの間の設計距離データが記憶されている。この設計距離データは、測距装置１０におけるレーザー光の照射方向の所定角度刻み又は所定時間刻み等のサンプリング間隔に合せて、照射方向毎に記憶されている。そして、設計距離データは、この設計距離データに対応する内周面４ａにおけるレーザー照射点の位置を示す設計座標のデータ（以下、設計座標データという）とこのレーザー照射点における刃口部４の幅（つまり貫入幅Ｂ）のデータとが、照射方向毎に関連付けて記憶されている。つまり、記憶部３４には、設計距離データと設計座標データと貫入幅Ｂのデータとが照射方向毎に関連付けて記憶されている。

そして、記憶部３４には、圧力センサー群２１の取り付け位置のデータとして、例えば、圧力センサー群２１全体について、前記所定角度範囲に対応する内周面４ａにおける中心軸Ｚ回りの取り付け角度範囲データが記憶されている。また、記憶部３４には、複数の圧電素子それぞれについて、刃口部先端４ｂを基準とした中心軸Ｚの延伸方向の高さ位置の座標データと中心軸Ｚ回りの取り付け角度データとが関連付けて記憶されている。

次に、測距装置１０の撮像機能により撮像された画像Ｆについて、図５を参照して説明する。図５は刃口部４の地盤への貫入状態を作業室Ｒ側から部分的に撮像した画像Ｆの一例を示す図である。図５に示す画像Ｆは、例えば、図４に示すようにセンサー部２０が設けられていない断面位置における刃口部４の貫入状態を測距装置１０の撮像機能により撮像したものである。

図５に示した画像Ｆでは、上側に刃口部４の内周面４ａの露出領域Ｓ１が映し出されており、下側（図中、網掛け部）に下方地盤Ｇ２のうちの作業室Ｒに露出している露出地盤面Ｇ２’の法面が映し出されている。したがって、この画像Ｆにおいて露出地盤面Ｇ２’の映し出されている領域の紙面奥側の領域が内周面４ａのうちの貫入領域Ｓ２に対応する領域である。しかし、図５に示した画像Ｆは、露出領域Ｓ１と露出地盤面Ｇ２’の境界、つまり、露出領域Ｓ１と貫入領域Ｓ２との境界Ｗが不明瞭であり、人の視覚だけでは画像Ｆにおいて正確に境界Ｗを特定することが困難であるものとする。このように画像Ｆだけでは境界Ｗを正確に特定することが困難な場合等に、以下に詳述する境界特定部３２は有用である。

次に、境界特定部３２による境界Ｗの特定方法について、図５及び図６を参照して詳述する。図６は、図５に示す画像Ｆにおいて境界Ｗを強調して描画したものである。

境界特定部３２は、例えば、記憶部３４に記憶された設計距離データと測距装置１０の測距結果である実測距離データとを比較することにより、境界Ｗを特定する。

境界特定部３２は、具体的には、測距装置１０により計測された距離の実測距離データをレーザー光の照射方向毎（照射点毎）に取得すると共に、設計距離データを記憶部３４から照射方向毎に読み出す。そして、境界特定部３２は、設計距離データから実測距離データを差し引く演算処理を照射方向毎に実行する。そして、境界特定部３２は、照射方向毎に演算される設計距離データと実測距離データとの差分値が測距精度等により予め定めた所定の閾値より小さいか否かを判定する。境界特定部３２は、差分値が閾値より小さいと判定した場合、その照射方向（照射点）の領域は、露出領域Ｓ１であると特定する。また、境界特定部３２は、差分値が閾値以上であると判定した場合、その照射方向の領域は、貫入領域Ｓ２内の領域であると特定する。そして、境界特定部３２は、例えば、図６に示すように、露出領域Ｓ１と貫入領域Ｓ２との境界Ｗを強調する境界線を画像Ｆに描画することで、境界Ｗを視覚的に容易に特定可能な画像Ｆ’を表示部３１に表示させる。このとき、境界特定部３２は、例えば、貫入領域Ｓ２内の領域であると特定した複数の照射方向のうち境界Ｗに沿う各照射方向（以下、境界対応照射方向という）に対応する座標を、記憶部３４内の設計座標データ、又は、測距装置１０からの三次元点群データを構成する複数の実測座標データの中から選択する。そして、境界特定部３２は、この選択した選択座標のデータを、境界Ｗの特定結果の情報として、境界対応照射方向毎に記憶部３４に記憶させる。なお、非照射領域についての実測距離データは測距装置１０から入力されないため、境界特定部３２は、この非照射領域については測距結果に基づいて境界Ｗを特定しない。

次に、計測部３３による貫入幅Ｂの計測方法について、図７を参照して詳述する。図７は計測部３３による貫入幅Ｂの計測結果の一例を示す概念図である。

具体的には、計測部３３は、例えば、記憶部３４に予め記憶されている設計座標データの中から境界Ｗの特定結果の情報としての選択座標のデータに対応する設計座標データを特定すると共に、この設計座標データと関連付けて記憶部３４に予め記憶されている貫入幅Ｂのデータを、境界対応方向毎に読み出す。そして、計測部３３は、この読み出した境界対応方向毎の貫入幅Ｂのデータを、貫入幅Ｂの計測結果として、表示部３１に表示する。このとき、計測部３３は、例えば、読み出した境界対応方向毎の貫入幅Ｂのデータとこれら境界対応方向の選択座標のデータとに基づいて、図７に示すように、刃口部４の全周に亘る貫入幅Ｂの状態を、表示部３１に実線で示すように表示させる。

測距装置１０の非照射領域についての測距結果は計測部３３に入力されない。したがって、計測部３３は、測距装置１０から全周についての測距結果が入力されているか否かを判定するように構成されている。そして、本実施形態では、計測部３３は、全周についての測距結果が入力されていないと判定し、入力されていない領域、つまり、非照射領域については、非照射領域に対応する部位に設けられたセンサー部２０からの識別信号Ｓに基づいて、貫入幅Ｂを計測する。具体的には、計測部３３には、圧力センサー群２１における複数の圧電素子のうちの下側の複数の前記接触素子から地盤反力に応じた信号レベルの識別信号Ｓが入力されると共に、これら複数の前記接触素子の上方の複数の前記露出素子から圧力ゼロを示す基準レベルの識別信号Ｓが入力される。そして、計測部３３は、例えば、入力された各識別信号Ｓについてのサンプリングデータに基づいて、複数の圧電素子のうち予め定めた所定閾値以上の信号レベルの大きさの変化があるか否かを判定する。図１に示す状態では、計測部３３は、複数の前記接触素子と複数の前記露出素子との間に、所定閾値以上の信号レベルの大きさの変化があると判定する。そして、計測部３３は、例えば、複数の前記接触素子のうちの高さ位置の座標データが一番大きい前記接触素子としての圧電素子の座標データと内周面４ａの傾斜角度のデータとを前記記憶部から読み出し、この傾斜角度のデータと座標データとから貫入幅Ｂを演算し、図７に示す非照射領域における貫入幅Ｂの測定結果として出力する。図７において、太線の二点鎖線で示した部分がセンサー部２０の識別信号Ｓに基づいて特定された境界Ｗを示している。なお、計測部３３は、仮に、全周についての測距結果が入力されていると判定した場合には、前述したように計測部３３からの測距結果に基づく境界Ｗの特定結果に基づいて、全周についての貫入幅Ｂの計測を実行すればよい。

このようにして、計測部３３は、境界特定部３２による境界Ｗの特定結果とセンサー部２０からの識別信号Ｓとに基づいて、貫入幅Ｂを内周面４ａの全周に亘って計測する。そして、図１に示すように、ケーソン基部３が傾くことなく沈下していると、貫入幅Ｂの測定結果は全周に亘って略等しい値となる。その結果、図７に示すように、刃口部４の貫入幅Ｂが内周面４ａの周方向に亘って略等しい状態を示す測定結果を得ることができる。

ここで、ケーソン沈設施工の際に、ケーソン基部３の上部に沈設深さに応じた所定個数の前記ケーソン中間部が鉛直方向に順次積み重ねて構築されると、ケーソン基部３が前記ケーソン中間部と共に地盤Ｇ内に沈下する。そして、さらに、前記ケーソン中間部の最上部に前記ケーソン頂部が積み重ねられると、ケーソン基部３が前記ケーソン中間部及び前記ケーソン頂部と共に地盤Ｇ内に沈下する。これにより、地表面側から所定の沈設深さまで延びるニューマチックケーソン１が地盤Ｇ内に構築される。そして、ニューマチックケーソン１の上部（つまり、前記ケーソン頂部）に、橋脚等が設置されることになる。詳しくは、作業室Ｒにおける内側の地盤Ｇ１及び下方地盤Ｇ２の掘削とこの掘削によるケーソン沈下とが、ニューマチックケーソン１の沈設深さまで順次繰り返される。つまり、刃口部４が下方地盤Ｇ２に貫入して静止している状態において、作業室Ｒ内にて下方地盤Ｇ２等が掘削されて沈下抵抗力が沈下力より低くなると、ケーソン基部３は沈下し始め、予測される所定量だけ沈下したところで静止する。その後、再び掘削を行って所定量だけ沈下させ、これを複数回繰り返すと共に、途中で前記ケーソン中間部及び前記ケーソン頂部を順次積み重ねていく。

また、ケーソン沈設施工における掘削の際に、刃口部４の内周面４ａに接触している下方地盤Ｇ２を制限なく掘削すると、沈下抵抗力が急激に低下し、ケーソン基部３を意図せず沈下させたり予定以上の深さまで沈下（過沈下）させたりしてしまう可能性がある。そのため、ケーソン沈下を安全に開始又は再開させるためには、掘削後においても刃口部４の内周面４ａには、下方地盤Ｇ２の一部を適度に残して接触させる必要がある。したがって、刃口部貫入幅測定システム１００により測定された刃口部４の下方地盤Ｇ２への現時点における貫入幅Ｂは、現時点における内周面４ａの下方に残されて接触している堀残し残土幅、言い換えると、地盤からの反力の大きさを把握可能なパラメーターでもある。この意味において、貫入幅Ｂは、刃口部４の下方地盤Ｇ２をあとどの程度掘削可能であるかについて、その掘削量等を定める際に有用な情報となる。前記堀残し残土は、下方地盤Ｇ２そのものであり、作業室Ｒ内において刃口部４の内周面４ａの全周に亘って接触して、刃口部４の内周面４ａの下方に存在する概ね環状の残土である。

次に、本発明に係るケーソン沈設方法の一実施形態を、ニューマチックケーソン１を用いた場合について、図１及び図８を参照して説明する。図８は、本実施形態のケーソン沈設方法を説明するための刃口部４の拡大図の一例である。

前述したように、ケーソン沈設施工では、掘削と沈下が繰り返される。つまり、ケーソン基部３の沈下が停止して、ケーソン基部３が静止している場合に、その後、次の沈下を再開させるためには、再度、下方地盤Ｇ２を掘削する必要がある。そして、この掘削は適度な掘削量等で行う必要がある。

そのため、本実施形態におけるケーソン沈設方法では、前述した刃口部貫入幅測定システム１００の貫入幅Ｂの測定結果を利用して刃口部４の下方地盤Ｇ２の掘削量を調整しつつ、ニューマチックケーソン１を地盤Ｇの地表面側から所定深さまで沈下させて設置するように構成されている。

具体的には、図８に示すように、刃口部４が下方地盤Ｇ２に貫入して、ケーソン基部３が静止している状態で、刃口部貫入幅測定システム１００によって貫入幅Ｂを測定する。そして、測定された貫入幅Ｂにより、現時点におけるケーソン基部３（刃口部４）に作用する地盤反力の作用幅が分かるため、刃口部４に作用する地盤反力の合計を推定できる。そして、主にこの推定した地盤反力の合計と予め推定可能な周面摩擦力とからなる沈下抵抗力が沈下力よりも適度に低くなるような、刃口部４の下方地盤Ｇ２の掘削量を決定する。そして、決定した掘削量に応じて下方地盤Ｇ２（堀残し残土）における作業室Ｒ側に露出する法面（つまり、露出地盤面Ｇ２’）を刃口部４の内周面４ａ側に向って掘削する。図８に網掛けされた領域が掘削領域である。図８に示す二点鎖線で示した部分が、掘削後の下方地盤Ｇ２の（堀残し残土）の法面（露出地盤面Ｇ２’）である。この掘削後の貫入幅Ｂは掘削前の貫入幅Ｂよりも適度に狭くなっているため、沈下抵抗力が適度に低くなり、沈下がゆっくりと再開する。そして、この沈下中においても貫入幅Ｂの測定は継続され、沈下に伴い貫入幅Ｂは大きくなり、予測される所定量だけ沈下したところで沈下が再び停止する。これを複数回繰り返すと共に、途中で前記ケーソン中間部及び前記ケーソン頂部を順次積み重ねることにより、地表面側から所定の沈設深さまで延びるニューマチックケーソン１を地盤Ｇ内に構築する。

また、この沈設施工の際に、ケーソン基部３を略鉛直方向に沈下させることが求められる。そのため、下方地盤Ｇ２の掘削量（言い換えると堀残し残土幅）が内周面４ａの周方向に亘って略均一になるように、下方地盤Ｇ２の一部が掘削される。この掘削により、ケーソン基部３が傾斜せずに略鉛直方向に沈下する。このとき、刃口部４の貫入幅Ｂは、図７に示すように、内周面４ａの周方向に亘って若干のバラツキがあっても、所定のバラツキの範囲内であれば、ケーソン基部３を傾斜せずに略鉛直方向に沈下させることが可能である。

かかる本実施形態による刃口部貫入幅測定システム１００によれば、ケーソン沈設の際に、刃口部４の内周面４ａの全周に亘って、刃口部４の地盤Ｇへの貫入幅Ｂを常時測定できるため、刃口部４の地盤Ｇへの貫入状況を常時把握（モニタリング）することができ、ひいては、ケーソン沈下の施工管理をより確実且つ安全に行うことができる。

かかる本実施形態によるケーソン沈設方法によると、刃口部貫入幅測定システム１００の測定結果を利用して刃口部４の下方地盤Ｇ２の掘削量を調整しつつ、ニューマチックケーソン１を地盤Ｇの地表面側から所定深さまで沈下させて設置する構成である。したがって、例えば、刃口部貫入幅測定システム１００により測定された貫入幅Ｂに基づいて現時点における地盤Ｇからの反力の合計を推定することができる。そして、主にこの推定した地盤Ｇからの反力の合計と周壁２に作用する周面摩擦力とからなる沈下抵抗力が沈下力（主にケーソン自重）よりも適度に低くなるように、刃口部４の下方地盤Ｇ２の掘削量を調整して、ニューマチックケーソン１の沈下を開始させることができる。その結果、ニューマチックケーソン１を地盤Ｇの地表面側から所定深さまで、安全に沈下させて設置させることができる。

このようにして、刃口部４の地盤Ｇへの貫入幅Ｂを測定可能な刃口部貫入幅測定システム１００、及び、これを利用したケーソン沈設方法を提供することができる。

ここで、光学的測距装置としては、一般的に、本実施形態の測距装置１０のように、レーザースキャナ等の光学的手段を用いた装置を採用するが、障害物が光学的測距装置と対象物（つまり、露出地盤面Ｇ２’及び刃口部４の内周面４ａ）との間に存在する場合には、光学的に測距できない領域があり、その領域における刃口部４の貫入幅Ｂを測定できない場合もある。この点、本実施形態に係る刃口部貫入幅測定システム１００では、計測部３３は、測距装置１０の測距結果に基づいて境界特定部３２により特定された境界Ｗの特定結果だけでなく、この境界Ｗの特定結果とセンサー部２０からの識別信号Ｓとに基づいて、貫入幅Ｂを計測する構成である。したがって、例えば、本実施形態のように、光学的に測距できず、測距結果だけでは貫入幅Ｂを測定できないデータ欠損領域（つまり非照射領域）が生じることが予め判明している場合等には、少なくともそのデータ欠損領域に対応する内周面４ａにおける周方向の所定角度範囲にセンサー部２０を設けることにより、前記データ欠損領域の貫入幅Ｂをセンサー部２０の識別信号Ｓを用いて補間的に測定できる。その結果、本実施形態のように、内周面４ａの全周に亘る貫入幅Ｂを確実に測定することができる。

また、本実施形態では、測距装置１０は、測距結果に基づいて、露出地盤面Ｇ２’及び内周面４ａについての三次元点群データを生成可能である。これにより、測距装置１０は、三次元点群データに基づいて露出地盤面Ｇ２’と内周面４ａの表面形状等を測定することができる。なお、刃口部貫入幅測定システム１００において、測距装置１０から本体部３０に入力される三次元点群データに基づいて、図４に示すような掘削前の露出地盤面Ｇ２’と内周面４ａとの位置関係を示す現時点での貫入状態断面図を描画して表示部３１に表示すると共に、図８に示すように、計測した貫入幅Ｂに基づく掘削量に応じた掘削後の露出地盤面Ｇ２’の予測位置を二点鎖線で描画した予測断面図を生成して表示部３１に表示するように構成してもよい。掘削量はオペレータが刃口部貫入幅測定システム１００に入力してもよいし、予め定めた所定の算出方法により刃口部貫入幅測定システム１００自体が算出してもよい。

なお、本実施形態では、センサー部２０としての圧力センサー群２１は、非照射領域に対応した所定角度範囲にのみ設けるものとしたが、これに限らない。図９から図１１に示す変形例に示すように、センサー部２０は、内周面４ａの周方向に間隔を空けた複数の箇所（図では１２箇所）に設ける構成としてもよい。この場合、面圧センサーからなる圧力センサー群２１を配置される非照射領域以外の部分には、センサー部２０として、複数の圧電素子が上下方向の一方向に間隔を空けて一列に配置されて一体に形成された棒状のセンサアレイからなる圧力センサー群２１’を並べて構成してもよい。この圧力センサー群２１’は、例えば、面圧センサーからなる圧力センサー群２１の一列分と同じように、内周面４ａに作用する地盤Ｇからの圧力に応じた信号を識別信号Ｓとして出力する。この圧力センサー群２１’は、以下に説明する撥ね付け土と下方地盤Ｇ２とを区別する場合に有用である。

ここで、作業室Ｒ内では、掘削機５等により、刃口部４の内側の地盤Ｇ１や、刃口部４の下方に位置する下方地盤Ｇ２が掘削される。この掘削により生じる掘削土は、最終的にはマテリアルロック８を通じてクレーン等によって外部へ排出されることになる。しかし、掘削してから排出されるまでの間は、例えば、図１２に示すように、掘削後の下方地盤Ｇ２の上に、撥ね付け土（図中網掛け部の範囲）として仮置きすることがある。この撥ね付け土は、掘削機５等によって、ほぐされているため、内周面４ａのうちこの撥ね付け土が接触している部分についての圧力は、下方地盤Ｇ２に貫入している部分の圧力よりも著しく低く、この撥ね付け土の部分についての沈下抵抗力は著しく低く、ケーソン沈下に抵抗する支持地盤としては機能していない。したがって、このような撥ね付け土の仮置きを行うことが想定される場合には、撥ね付け土を考慮した実質的な貫入幅Ｂを計測する工夫が必要である。

この点、前述した図９から図１１に示す変形例が有用である。この場合には、計測部３３は、刃口部４の内周面４ａにおいて、識別信号Ｓにより定まる圧力が所定の閾値より低い圧力を示す低圧領域がある場合には、この低圧領域についての貫入幅Ｂの計測については、境界Ｗの特定結果を除外し、識別信号Ｓに基づいて計測するように構成する。

具体的には、計測部３３には、センサアレイからなる圧力センサー群２１’における複数の圧電素子のうちの下方地盤Ｇ２に接触している下側の複数の素子から地盤反力に応じた信号レベルの識別信号Ｓが入力され、撥ね付け土に接触している複数の素子からは低圧の信号レベルの識別信号Ｓが入力され、作業室Ｒに露出している複数の素子から圧力ゼロを示す基準レベルの識別信号Ｓが入力される。撥ね付け土はほぐされているため、圧力センサー群２１’における複数の圧電素子のそれぞれから出力される識別信号Ｓの信号レベルの大きさは、下方地盤Ｇ２に接触する圧電素子と撥ね付け土に接触する圧電素子との間において急激に変化しており、撥ね付け土からの信号レベルの大きさが急激に下がることになる。計測部３３は、例えば、圧力センサー群２１’からの各識別信号Ｓについてのサンプリングデータに基づいて、複数の圧電素子のうち予め定めた所定閾値以上の信号レベルの大きさの変化があるか否かを判定することにより前記低圧領域があるか否かを判定する。図１２に示す状態では、計測部３３は、下方地盤Ｇ２に接触する複数の圧電素子と撥ね付け土に接触する複数の圧電素子との間に、所定閾値以上の信号レベルの大きさの変化があると判定し、少なくともこの圧力センサー群２１’の取り付け角度位置に前記低圧領域があると判定する。この場合、計測部３３は、この取り付け角度位置における貫入幅Ｂの計測については、境界Ｗの特定結果を除外し、例えば、信号レベルの大きさに基づいて下方地盤Ｇ２に接触する圧電素子の領域を特定すると共に、この特定した複数の圧電素子のうちの高さ位置の座標データが一番大きい圧電素子の座標データと内周面４ａの傾斜角度のデータとを記憶部３４から読み出し、この傾斜角度のデータと座標データとから貫入幅Ｂを演算する。計測部３３は、演算した貫入幅Ｂをこの圧力センサー群２１’の 取り付け角度位置における貫入幅Ｂの計測結果として取得する。撥ね付け土は内周面４ａの周方向に広がりを有している。したがって、計測部３３は、例えば、所定閾値以上の信号レベルの変化がある圧力センサー群２１’の取り付け角度位置を中心にして周方向に所定幅分だけ撥ね付け土が存在するものとみなし、この所定幅分に相当する領域についても、境界Ｗの特定結果を除外し、この圧力センサー群２１’の識別信号Ｓに基づいて演算した貫入幅Ｂの結果を援用する。このように構成することにより、測距装置１０では区別することができない下方地盤Ｇ２と撥ね付け土との違いを、区別することができる。このため、撥ね付け土の領域であり、低圧領域であると判定した部分については、圧力センサー群２１’の識別信号Ｓに基づいて実質的な貫入幅Ｂを計測することができる。なお、非照射領域に配置される圧力センサー群２１においても、上記と同じ方法により、撥ね付け土と下方地盤Ｇ２とを区別して、実質的な貫入幅Ｂを計測するように構成することができる。

また、記憶部３４には、さらに、地盤Ｇからの圧力と地盤Ｇの土質種類とを関連付けたデータテーブルを予め記憶させてもよい。この場合、計測部３３は、圧力センサー群２１、２１’からの識別信号Ｓに基づいて定まる圧力に対応する前記データテーブル内の地盤の土質種類を特定すると共に、この特定した土質種類に応じて予め定めた目標貫入幅のデータを出力する構成とする。この場合、例えば、計測部３３から出力された目標貫入幅を表示部３１に表示する。これにより、目標貫入幅に基づいて、掘削量を容易に定めることができ、施工管理等をより迅速、確実かつ容易に行うことができる。

また、計測部３３は、貫入幅を常時計測し、貫入幅Ｂについての所定時間内における変化量を内周面４ａの全周に亘って演算するように構成してもよい。これにより、その変化量に基づいて、ケーソン沈下の速度等をモニタリングすることができる共に、例えば、貫入幅Ｂの変化の時間履歴のデータを保存することにより、同様の施工現場に有用なデータを取得することができる。また、この変化量が所定閾値以上になった場合には、オペレータ等へ異常を報知する手段を設けてもよい。

また、本実施形態では、複数のセンサー部２０は、それぞれ圧力センサー群２１、２１’からなるもの、つまり、一種類のセンサーからなるものとしたが、これに限らず、図１３及び図１４に示すように複数の種類のセンサーの組み合せからなるものとしてもよい。

例えば、図１３に示すように、センサー部２０は、圧力センサー群２１、２１’と、照度に応じた信号を識別信号Ｓとして出力する照度センサー群２２との組み合わせからなるものとしてもよい。照度センサー群２２は、圧力センサー群２１、２１’における複数の前記圧電素子に替って複数の照度検知素子２２ａを配置させたものである。この場合、例えば、図１３に示すように、圧力センサー群２１、２１’を、内周面４ａにおける上下方向についての下側部位に設け、照度センサー群２２を、内周面４ａにおける上下方向についての上側部位に設けるとよい。具体的には、圧力センサー群２１、２１’と照度センサー群２２とを並べて全体として上下方向に延伸するように配置する。そして、圧力センサー群２１、２１’における複数の圧電素子間での信号レベルの大きさの変化についての前記閾値とは別に、照度センサー群２２における複数の照度検知素子間での信号レベルの大きさの変化についての閾値を設定すればよい。つまり、刃口部４の下方地盤Ｇ２（堀残し残土）への貫入が内周面４ａのうち圧力センサー群２１、２１’の取り付け位置で止まっている場合には、計測部３３は、複数の圧電素子のうちの前記接触素子と前記露出素子との間に、所定閾値以上の信号レベルの大きさの変化があると判定する。仮に、図１３に示すように、刃口部４の下方地盤Ｇ２（堀残し残土）への貫入が内周面４ａのうち照度センサー群２２の取り付け位置にまで及んでいる場合には、計測部３３、複数の照度検知素子のうちの前記接触素子と前記露出素子との間に、所定閾値以上の信号レベルの大きさの変化があると判定する。これにより、地盤反力が常に作用し得る内周面４ａの下側部位では、圧力センサー群２１、２１’により地盤反力の変化を確実に検知し、地盤反力が作用する可能性が低い一方で照明のもと一定の照度のある作業室Ｒに露出する可能性の高い内周面４ａの上側部位では、照度センサー群２２により照度変化を確実に検知することで、貫入幅Ｂを確実に測定できる。

また、図１４に示すように、センサー部２０は、圧力センサー群２１、２１’と、温度に応じた信号を識別信号Ｓとして出力する温度センサー群２３との組み合わせからなるものとしてもよい。温度センサー群２３は、圧力センサー群２１、２１’における複数の前記圧電素子に替って複数の温度検知素子２３ａを配置させたものである。この場合も、例えば、図１４に示すように、温度センサー群２３を、内周面４ａにおける上下方向についての上側部位に設け、圧力センサー群２１、２１’と温度センサー群２３とを並べて全体として上下方向に延伸するように配置するとよい。そして、圧力センサー群２１、２１’における前記閾値とは別に、温度センサー群２３における複数の温度検知素子間での信号レベルの大きさの変化についての閾値を設定すればよい。これにより、地盤反力が常に作用し得る内周面４ａの下側部位では、圧力センサー群２１、２１’により地盤反力の変化を確実に検知し、地盤反力が作用する可能性が低い一方で作業室Ｒに露出して地盤Ｇ内よりも比較的低い温度を検知し得る内周面４ａの上側部位では、温度センサー群２３により温度変化を確実に検知することで、貫入幅Ｂを確実に測定できる。

また、図１３や図１４では、内周面４ａの周方向に離間した複数の箇所にそれぞれ設けられセンサー部２０のそれぞれが二種類のセンサーの組み合わせからなるものとしたが、これに限らず、面圧センサーからなる圧力センサー群２１を設けると共に、内周面４ａの周方向に、圧力センサー群２１’と照度センサー群２２とを交互に設けたり、圧力センサー群２１’と温度センサー群２３とを交互に設けたりしてもよい。また、全てのセンサー部２０を、照度センサー群２２としてもよいし、温度センサー群２３としてもよい。また、センサー部２０は、上下方向に延在するものとしたが、これに限らず、例えば、内周面４ａの全周に亘って設けてもよい。この場合、例えば、センサー部２０として面圧センサーを内周面４ａの全周に貼り付ける等して敷設するとよい。

次に、図１５及び図１６は、本発明の第２実施形態に係る刃口部貫入幅測定システム１００’の概略構成を説明するための概念図である。図１７は、刃口部貫入幅測定システム１００’の光学的測距装置１０と後述する撮像部４０との位置関係を説明するための断面図である。図１８は撮像部４０により撮像されて得られた画像Ｆ”の一例を示す。なお、第１実施形態における刃口部貫入幅測定システム１００と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。

図１５及び図１６に示すように、第２実施形態に係る刃口部貫入幅測定システム１００’では、刃口部貫入幅測定システム１００におけるセンサー部２０に替って撮像部４０を備えている。

撮像部４０は、作業室Ｒ内における測距装置１０の設置位置と異なる位置に配置され、刃口部４の内周面４ａにおける周方向の少なくとも所定角度範囲を撮像するものであり、例えば、一般的なデジタルカメラである。図１７に示すように、撮像部４０の撮像する前記所定角度範囲は、内周面４ａのうちの測距装置１０からのレーザー光が照射されない非照射領域に対応する位置に設定されている。つまり、撮像部４０は、内周面４ａのうちの非照射領域を撮像可能な位置に配置されている。撮像部４０は、撮像した画像Ｆ”の画像データを本体部３０に出力する。この画像Ｆ”の画素数は、例えば、数十万から数百万のうちの所定の画素数を採用できる。図１８では、各画素の単位を分かり易く示すために各画素を誇張して大きく示したが、各画素の範囲（大きさ）は実際には図１８で示したものよりも狭い（小さい）。図１８に示した画像Ｆ”では、上側に刃口部４の内周面４ａの露出領域Ｓ１が映し出されており、下側（図中、網掛け部）に下方地盤Ｇ２のうちの作業室Ｒに露出している露出地盤面Ｇ２’が映し出されている。したがって、この画像Ｆ”において露出地盤面Ｇ２’の映し出されている領域の紙面奥側の領域が内周面４ａのうちの貫入領域Ｓ２に対応する領域である。

第２実施形態では、計測部３３は、境界特定部３２による境界Ｗの特定結果と撮像部４０により撮像された画像Ｆ”のデータ（以下、画像データという）とに基づいて、刃口部４の地盤Ｇへの貫入幅Ｂを内周面４ａの全周に亘って計測する。

具体的には、計測部３３は、画像解析部３３ａを備えている。画像解析部３３ａは、撮像部４０からの画像データに基づいて、露出領域Ｓ１と貫入領域Ｓ２との境界Ｗを特定するように構成されている。例えば、記憶部３４には、撮像部４０の撮像画角等のデータ等が記憶されている。具体的には、撮像部４０の設置位置における一度の撮像により取得される画像Ｆ”内の全体に、刃口部４の内周面４ａが映し出されていると仮定する。そして、記憶部３４には、この場合の画像Ｆ”の各画素における内周面４ａの実際の空間座標位置（例えば、３次元座標位置）のデータと、この空間座標位置における刃口部４の幅（つまり貫入幅Ｂ）のデータとが、画素毎に関連付けて記憶されている。計測部３３の画像解析部３３ａは、例えば、入力された画像データの各画素の濃淡等を示すデータに基づいて、濃淡等のデータが予め定めた閾値以上に変化する境界部分の画素位置を特定する。そして、画像解析部３３ａは、特定した画素位置に対応する空間座標位置のデータを記憶部から読み出し、この読み出した空間座標位置のデータを境界Ｗの特定データとして取得する。さらに、計測部３３は、取得した境界Ｗの特定データの空間座標位置のデータに対応する貫入幅Ｂのデータを、特定した境界部分の画素位置毎に読み込み、この読込んだ貫入幅Ｂのデータを、非照射領域における貫入幅Ｂの計測結果とする。

このように、第２実施形態に係る刃口部貫入幅測定システム１００’では、刃口部貫入幅測定システム１００におけるセンサー部２０に替って撮像部４０を備え、この撮像部４０によって、測距装置１０により測距できない非照射領域についての貫入幅Ｂを撮像部４０の画像データを用いて補間的に測定できる。その結果、第１実施形態と同様に、内周面４ａの全周に亘る貫入幅Ｂを確実に測定することができる。

なお、撮像部４０は、一つに限らず、複数台でもよい。また、撮像部４０は、一般的なデジタルカメラに限らず、画像の画素毎に、所定の波長帯域における光の強度Ｉの分布（強度分布）を検出可能なカメラ、例えば、３５０ｎｍから１１００ｎｍの波長帯域における所定波長帯域の光を１ｎｍから１０ｎｍのうちの所定の波長間隔で分光し、この波長間隔で前記強度分布を検出する、いわゆるハイパースペクトルカメラからなるものでもよい。つまり、ハイパースペクトルカメラは、言い換えると、例えば、数十バンド（種類）以上の波長刻みで分光された光の強度分布（スペクトル）の情報（ハイパースペクトル情報）を取得可能なカメラである。ハイパースペクトルカメラからなる撮像部４０は、例えば、３５０ｎｍ（近紫外）〜１１００ｎｍ（近赤外）の波長を５ｎｍ間隔で分光し、画像の画素毎に前記ハイパースペクトル情報を取得可能に構成されている。このハイパースペクトル情報は、人の目や一般的なＲＧＢデジタルカメラでは捉えられない撮像対象の特性等を捉えることが可能な情報である。この場合、画像解析部３３ａは、前記画像データの各画素のデータとして、前記ハイパースペクトル情報に基づいて、境界Ｗを特定することができる。

また、測距装置１０の前記測距部としては、レーザー光を照射するものに限らず、ミリ波、赤外線等の適宜の波長の光を照射する測距部を適用することができる。また、測距装置１０の前記測距部は、３Ｄレーザースキャナに限らず、ステレオカメラ等の適宜の光学的手段を採用いることができる。ステレオカメラを採用する場合、測距装置１０は、ステレオカメラによって取得された画像を用いた三角測量方式により、三次元点群データを取得する。

また、上記説明では、ニューマチックケーソン１を橋脚の基礎としたが、ニューマチックケーソン１は、橋脚に限らず他の建築構造物の基礎として用いることができる。また、ニューマチックケーソン１は、建築構造物の基礎に限らず、地下構造物として用いることもできる。また、ニューマチックケーソン１は、円筒状のみでなく、角筒状等のあらゆる形状を適用することができる。

以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて更なる変形や変更が可能であることはもちろんである。

１…ニューマチックケーソン
４…刃口部
４ａ…内周面
１０…光学的測距装置
２０…センサー部
３０…本体部
３１…表示部
３２…境界特定部
３３…計測部
３３ａ…画像解析部
３４…記憶部
４０…撮像部
１００…刃口部貫入幅測定システム
１００’…刃口部貫入幅測定システム
Ｂ…貫入幅
Ｇ…地盤
Ｇ２…下方地盤
Ｇ２’…露出地盤面
Ｒ…作業室
Ｓ１…露出領域
Ｓ２…貫入領域
Ｗ…境界

Claims (8)

1. 刃口部を下端部に備えたニューマチックケーソンの前記刃口部の地盤への貫入幅を測定する刃口部貫入幅測定システムであって、
   前記刃口部における傾斜した内周面の内側の作業室内に設けられ、前記作業室に露出する地盤面及び前記内周面までの距離を測定する光学的測距装置と、
   前記内周面における周方向の少なくとも所定角度範囲において上下方向に延在するセンサー部であって、前記ニューマチックケーソンの前記地盤内への沈下に伴って前記刃口部が前記地盤に貫入すると、前記内周面における前記地盤に貫入している部位についての刃口部先端からの高さ範囲を識別可能な識別信号を出力するセンサー部と、
   前記光学的測距装置の測距結果に基づいて、前記内周面のうちの前記作業室に露出している露出領域と前記内周面のうちの前記地盤内に貫入している貫入領域との境界を特定する境界特定部と、
   前記境界特定部による前記境界の特定結果と前記センサー部からの前記識別信号とに基づいて、前記刃口部の前記地盤への貫入幅を前記内周面の全周に亘って計測する計測部と、
   を含む、刃口部貫入幅測定システム。
2. 前記センサー部は、前記内周面に作用する前記地盤からの圧力に応じた信号を前記識別信号として出力する圧力センサー群、照度に応じた信号を前記識別信号として出力する照度センサー群、及び、温度に応じた信号を前記識別信号として出力する温度センサー群のうちの少なくとも一つを含む、請求項１に記載の刃口部貫入幅測定システム。
3. 前記センサー部として前記圧力センサー群が、前記内周面の全面に又は前記内周面の周方向に間隔を空けた複数の箇所に、前記内周面の全周に亘るように設けられる構成とし、
   前記計測部は、前記刃口部の前記内周面において、前記識別信号により定まる圧力が所定の閾値より低い圧力を示す低圧領域がある場合には、当該低圧領域についての前記貫入幅の計測については、前記境界の特定結果を除外し、前記識別信号に基づいて計測する、請求項１又は２に記載の刃口部貫入幅測定システム。
4. 前記地盤からの圧力と前記地盤の土質種類とを関連付けたデータテーブルを予め記憶する記憶部をさらに含み、
   前記センサー部は、前記圧力センサー群からなり、
   前記計測部は、前記圧力センサー群からの前記識別信号に基づいて定まる圧力に対応する前記データテーブル内の前記地盤の土質種類を特定すると共に、この特定した土質種類に応じて予め定めた目標貫入幅のデータを出力する、請求項２又は３に記載の刃口部貫入幅測定システム。
5. 刃口部を下端部に備えたニューマチックケーソンの前記刃口部の地盤への貫入幅を測定する刃口部貫入幅測定システムであって、
   前記刃口部における傾斜した内周面の内側の作業室内に設けられ、前記作業室に露出する地盤面及び前記内周面までの距離を測定する光学的測距装置と、
   前記作業室内における前記光学的測距装置の設置位置と異なる位置に配置され、前記内周面における周方向の少なくとも所定角度範囲を撮像する撮像部と、
   前記光学的測距装置の測距結果に基づいて、前記内周面のうちの前記作業室に露出している露出領域と前記内周面のうちの前記地盤内に貫入している貫入領域との境界を特定する境界特定部と、
   前記境界特定部による前記境界の特定結果と前記撮像部により撮像された画像のデータとに基づいて、前記刃口部の前記地盤への貫入幅を前記内周面の全周に亘って計測する計測部と、
   を含む、刃口部貫入幅測定システム。
6. 前記計測部は、前記貫入幅についての所定時間内における変化量を前記内周面の全周に亘って演算する、請求項１〜５のいずれか一つに記載の刃口部貫入幅測定システム。
7. 前記光学的測距装置は、前記測距結果に基づいて、前記作業室に露出する地盤面及び前記内周面についての三次元点群データを生成可能に構成される、請求項１〜６のいずれか一つに記載の刃口部貫入幅測定システム。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の前記刃口部貫入幅測定システムの測定結果を利用して前記刃口部の下方地盤の掘削量を調整しつつ、前記ニューマチックケーソンを前記地盤の地表面側から所定深さまで沈下させて設置する、ケーソン沈設方法。