JP3677614B2 - ソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ソイルセメント壁施工用掘削機における、掘削軸の傾斜管理方法及びこれを利用した掘削軸の位置ズレ修正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ソイルセメント壁施工用掘削機は多軸式となっており、リーダ主体に沿って上下動可能な回転駆動装置に複数本の掘削軸を並設すると共に、掘削軸に設けたビット部を上下方向にずらず態様で、隣合う掘削軸におけるビット部の外周部相互が平面視で重なるようにしてある。
【０００３】
したがって、掘削される孔は、その開口が直線上に並ぶ所謂数珠繋ぎ状の如き形状となり、地中には掘削孔と対応する形状のソイルセメントから成る壁が形成される。
【０００４】
しかしながら、現実には従来の掘削機では、各掘削軸は鉛直状態に垂下されているものの地盤との掘削抵抗等によりランダムな傾斜（方向及び量がランダム）が付き、その結果、掘削孔の中間部や底面近くでは直線上に並ぶ所謂数珠繋ぎ状の如き断面形状とはなっていない。このような軌跡で掘削された掘削孔の集合体では完成したソイルセメント壁は、各所で壁厚が極端に薄くなっている部分が生じることから短期間で水が侵入したり、また、掘削孔に鉛直に挿入される応力負担鋼材が孔中心に位置しないものとなるから外力に対して強度的に優れたものとならない。
【０００５】
上記問題を解決するための手段としては、例えば、掘削途中において数メートル毎に掘削軸を回転駆動装置から外し、前記掘削軸の上端開放部から中空部分内に送信ケーブルを有した傾斜計を降下させる形式のものがある。つまり、この装置では、送信ケーブルの送り込み量により掘削孔の略深度を測定しながら、所定の深度における掘削軸の傾斜量及び傾斜方向（鉛直に掘られた理想的な掘削孔から実際に掘られた掘削孔のズレ）を検知するのである。
【０００６】
また、他の手段としては、掘削軸を一定量堀り進む毎に掘削軸の回転を止め、掘削軸内の下端近傍に固定配置した傾斜計によって掘削軸のＸ−Ｙ方向の傾斜を測定するものもある。
【０００７】
上記の手段のいずれの方法を利用するにせよ、従来は上記のような計測に基づき、実際に掘られた掘削孔のズレが許容範囲にない場合には、再度掘りなおすようにしていた。
【０００８】
しかしながら、上記装置は数メートル毎に掘削軸を回転駆動装置から外したり、一旦掘削軸の回転を止めて測定しなければならないことから非常に使い勝手が悪い。また、実際に掘られた掘削孔のズレが許容範囲にあるか無いかを監視できたとしても何ら掘削方向を補正することができない。
【０００９】
したがって、この種の業界において、掘削軸を回転駆動装置から外したり又は掘削軸の回転を止めたりすることなく、掘削しながらその瞬間瞬間の掘削孔のズレを監視できる掘削軸の傾斜管理方法の開発が望まれ、更に、掘削しながらその瞬間瞬間の掘削孔のズレを補正していくことができる掘削軸の位置ズレ修正方法の開発が望まれている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、この発明では、掘削軸の回転を止めることなくその瞬間瞬間の掘削孔のズレを監視できる掘削軸の傾斜管理方法を提供することを課題とし、また、前記傾斜管理方法を利用して瞬間瞬間の掘削孔のズレを補正する掘削軸の位置ズレ修正方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（請求項１記載の発明）
この発明のソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法は、複数本の掘削軸１におけるビット部２の少し上方部分を連結体３で連結すると共に前記掘削軸１，１の軸心間を結ぶ直線の中央点を通る直交線上に、連結体３から突出する水平掘削軸４を設けてなり、前記掘削軸１の傾斜に伴う連結体３の傾きを計測する傾斜計７を、連結体３の内部又は上面であって掘削軸１，１の軸心間に固定配置させ、前記傾斜計７から極小サイクルで得られる連結体３のＸ−Ｙ方向の姿勢情報と掘削部近傍の掘削深度情報とから各掘削軸１の先端部の傾斜を地上においてその瞬間瞬間で管理できるようにしてあり、前記管理によって得られた情報に基づき水平掘削軸４を進退させて掘削孔Ｈの土壁を押圧し、これにより掘削軸１の傾斜角を変化させるようにしている。
（請求項２記載の発明）
この発明は、上記請求項１記載の発明のソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法に関し、左右に離れて二個配置された傾斜計７からの連結体３のＸ−Ｙ方向の姿勢情報を利用して各掘削軸１における先端部の傾斜をその瞬間瞬間で管理できるようにしてある。
（請求項３記載の発明）
この発明は、上記請求項２記載の発明のソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法に関し、傾斜計７は、それぞれ一方向の傾斜を測定できる傾斜測定器を２つ具備するものとしてあると共に、２つの傾斜測定器をＸ方向用とＹ方向用となるように固定配置してあり、前記した４つの傾斜測定器からの連結体３のＸ−Ｙ方向の姿勢情報を利用して各掘削軸１における先端部の傾斜をその瞬間瞬間で管理できるようにしてある。
（請求項４記載の発明）
この発明は、上記請求項１乃至３のいずれかに記載の発明のソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法に関し、傾斜計７から極小サイクルで得られる連結体３のＸ−Ｙ方向の姿勢情報と掘削部近傍の掘削深度情報とをパーソナルコンピュータにより演算処理し、前記パーソナルコンピュータのディスプレイ上に、少なくとも掘削軸１の先端位置、及び掘削軸１の先端位置の変位量の累積値と掘削深度との関係がわかるグラフを表示させるようにしてある。（請求項５記載の発明）
この発明は、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の発明のソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法に関し、掘削軸１の先端位置における変位量の累積値と掘削深度との関係がわかるグラフ、及び各深度における掘削断面図が、プリント出力できるようになっている。
（請求項６記載の発明）
この発明は、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の発明のソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法に関し、掘削機の操作室内にディスプレイが設けられており、このモニターには、少なくとも掘削軸１の先端位置、掘削軸１の先端位置の変位量の累積値と掘削深度との関係がわかるグラフが表示されるようにしてある。
【００１２】
なお、この発明のソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の傾斜管理方法及び掘削軸の位置ズレ修正方法の機能については、以下の発明の実施の形態の欄で説明する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を図面に従って説明する。
【００１４】
この実施形態のものは３軸式のソイルセメント壁施工用掘削機であり、基本的には図１や図２に示すように、パイルドライバーＰの前方部に立設したリーダＲに回転駆動装置Ｋを上下動可能に取り付け、前記回転駆動装置Ｋに３本の掘削軸１を取り付けて構成してある。また、この掘削機では、図３〜図５に示すように、３本の掘削軸１を連結バンド５及び水平掘削軸４を有した連結体３により連結してあり、さらに、傾斜計７ａ，７ｂを連結体３の上面（内部でもよい）であって掘削軸１，１の軸心間に固定配置させている。
【００１５】
ここで、この実施形態のものでは、掘削軸１の傾斜を管理するシステム、及び〔掘削軸１の位置ズレを修正するシステムにより、優れた止水性及び強度を有したソイルセメント壁が形成できるようにしてある。
【００１６】
なお、図３〜図５中、符号６ａは油圧パイプライン４９を保護するための保護管であり、符号６ｂは傾斜計７ａ，７ｂの送信ケーブル７０を保護するための保護管である。
【００１７】
以下に、この掘削機等を構成する主要部について詳述する。
〔掘削軸１について〕
掘削軸１は、図１、図３や図４に示すように、その外周面に一定間隔で螺旋羽根１０や攪拌棒１１を取り付けてあると共に下端部には上述したビット部２を配置させてあり、また、図１や図３に示すように、各掘削軸１に設けたビット部２を上下方向にずらす態様で、隣合う掘削軸１におけるビット部２の外周部相互が平面視で重なるように配置されている。
【００１８】
なお、この掘削軸１はその内部に図示しない空気路とセメントミルク路とが形成してあり、これらを介してビット部２等から掘削孔内にセメントミルクが噴射供給されるようにしてある。
〔ビット部２について〕
ビット部２は、図３に示すように、螺旋羽根２０と、これの下縁に設けられた爪２１とから構成されている。
〔連結体３について〕
連結体３は、図７に示すように、回転する全てのビット部２が平面視で形づくる外郭内を通過できる程度の大きさ（ビット部２のみが掘削する掘削孔を通過できる大きさ）に設定されており、上述した水平掘削軸４が図３や図７に示すように、掘削軸１，１の軸心間を結ぶ直線の中央点を通る直交線上に配設されている。
〔水平掘削軸４について〕
水平掘削軸４は、図４や図５に示すように、回転軸４０と、前記回転軸４０の周面に設けられた掘削羽根４１と、前記掘削羽根４１の先端に掛け渡して設けられた円形状の受け板４２とからなり、受け板４２の外面は通常は図７に示すように回転するビット部２が形づくる平面視円形の共通接線Ｌと略一致（少し内側に位置させてもよい）するように設定してある。
【００１９】
ここで、この掘削機では、掘削軸１の回転は、図８に示すように、連結体３内に設けた回転伝達機構（フェースホイールＦＨとウォームＵとの組み合わせて成る）により回転軸４０に伝達されるようにしてある。
【００２０】
また、この掘削機では、図８に示すように、パイプライン４９からの油圧によってピストン４８をバネ４７の付勢力に抗して移動せしめることにより受け板４２が外方に移動させ得るようにしてあるが、これを実行させるべく回転軸４０は、図８に示すように、駆動軸４０ａとこれに外嵌する態様でスプライン接続されている被動軸４０ｂとから構成させてある。なお、パイプライン４９と駆動軸４０ａの油道との連通は図８に示す如く公知であるスイベルジョイント方式を採用している。
〔連結バンド５について〕
連結バンド５は、図６に示すように掘削軸１，１，１の平行を保つものであり、連結体３と同様に、回転する全てのビット部２が平面視で形づくる外郭内を通過できる程度の大きさに形成してある。
〔保護管６ａ，６ｂについて〕
保護管６ａ，６ｂは、図５や図６に示すように、断面略三角形状のパイプにより構成されており、取り付け部材６０を介して連結バンド５に取り付けられている。ここで、この保護管６ａ，６ｂは、水平掘削軸４により掘削された空間部分Ａ内を上下方向に延びる態様で設けてある（図６，７，９参照）。
【００２１】
そして、この保護管６ａ，６ｂを構成する中空帯状体内を、図５や図６に示すように、傾斜計７ａ，７ｂの送信ケーブル７０の配線路及び上述したパイプライン４９の配管路としてあり、前記送信ケーブル７０及びパイプライン４９がセメントミルク等に触れることなく地上まで導かれるようにしてある。
〔傾斜計７ａ，７ｂについて〕
傾斜計７ａ，７ｂは、前記掘削軸１の傾斜に伴う連結体３の傾きを計測するもので、連結体３のＸ−Ｙ方向の傾斜信号が極小サイクルで発信されるものとしてある。なお、これら傾斜計７ａ，７ｂは外部のセメントミルクと接触しないようにカーバー７１により水密状態に包囲してある。
【００２２】
ここで、上記傾斜計７ａ，７ｂでは、それぞれにＸ方向の傾斜測定部とＹ方向の傾斜測定部を備えたものとしてあるが、これに限定されるものではない。すなわち、一方向の傾斜を測定できる４つの傾斜測定器を用意し、連結体３の上面（内部でもよい）であって掘削軸１，１の軸心間にそれぞれ２つの傾斜測定器をＸ方向用とＹ方向用となるように固定配置するようにしてもよい。
〔掘削軸１の傾斜管理システム〕
掘削軸１の傾斜を管理するシステムは、基本的には図１０に示すように、連結体３の姿勢（Ｘ−Ｙ方向の傾斜）情報を出力する傾斜計７ａ，７ｂと、掘削機に設けられ且つ掘削深度情報及び掘削速度情報を受信部９１に出力するエンコーダ９４（図示せず）と、傾斜計７ａ，７ｂからの情報を受信部９１に出力するケーブルドラムユニット９２に具備させたスリップリング９３と、受信部９１に入力された姿勢情報、掘削深度情報及び掘削速度情報に基づき掘削軸１の傾斜角、変位、捩じれを演算処理し且つディスプレイ９０ａに掘削軸１の先端位置、連結体３の前後・左右の姿勢、掘削孔の形状等を表示するパーソナルコンピュータ９０とを具備するものとしてある。
【００２３】
ここで、上記したパーソナルコンピュータ９０及び受信装置９１は地上における計測室に配置してあるが、掘削機の操作室にもディスプレイ９０ａと同じ内容が表示されるディスプレイ９５を配置してあり、操作室に設けられたキーボード９６を操作者が操作することにより掘削軸１の先端位置、連結体３の前後・左右の姿勢、掘削孔の形状等を作業しながら見ることができるようにしてある。
【００２４】
図１１に傾斜角、変位、ねじれ角、掘削軸１の先端位置、連結体３の前後・左右の姿勢、掘削孔の形状等が表示された実際のディスプレイ９０ａを示す。この図１１からも明らかなように、掘削軸１の先端位置、連結体３の前後・左右の姿勢、掘削孔の形状は図案化してあり一目で掘削軸１における掘削部の姿勢及び掘削孔Ｈの形状を判断することができる。
【００２５】
また、このシステムでは、図１１に示すような掘削軸１の先端位置における変位量の累積値と掘削深度との関係がわかるグラフ等だけでなく図１２に示すような各深度における掘削断面図が、プリント出力できるようになっている。
【００２６】
次に、図１３に掘削軸１の傾斜管理システムにおけるメイン処理のソフトの流れ図を示す。なお、初期値の平均及び計測データの平均並びにデータ更新判断は以下のようにして行われている。
【００２７】
（初期値平均の方法）
計測開始直前の最新データを傾斜計の初期値とし、初期値の計測は１００回の計測データの平均で行う。
【００２８】
（計測データの平均方法）
計測データは０．１ｍ毎に傾斜したデータの平均を行い１データとする。
【００２９】
データの平均は、▲１▼データｎ個を小さい順に並べ替え、▲２▼並べ替えたデータの上下１０％を除去し、▲３▼残ったデータで平均値を算出して、それをデータとする。
【００３０】
（データ更新判断）
深度が０．１ｍに到達した時点でデータの平均をおこなう。
【００３１】
なお、深度が０．１ｍに到達後、振動等により僅かに深度が０．０１ｍ程度戻った場合にはこのデータは捨てるが、ソイルセメント攪拌等により０．１ｍ以上深度を戻した場合にはデータとして採用する。
〔掘削軸１の位置ズレ修正システム〕
この掘削軸１の位置ズレ修正システムは、掘削軸１の傾斜管理システムにより得られた情報に基づき水平掘削軸４を上記した方法で進退させて掘削孔Ｈの土壁を押圧させ、これにより掘削軸１の傾斜角を変化させるようにしてある。なお、水平掘削軸４の進退は自動で行われるようにしてもよいし、ディスプレイ９５を見ながら手動で行うようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】
この発明は上記構成であるから以下の効果を有する。
【００３３】
上記実施形態の欄に記載した内容から明らかなように、掘削軸の回転を止めることなくその瞬間瞬間の掘削孔のズレを監視できる掘削軸の傾斜管理方法を提供できた。また、前記傾斜管理方法を利用して瞬間瞬間の掘削孔のズレを補正する掘削軸の位置ズレ修正方法を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態のソイルセメント壁施工用掘削機の正面図。
【図２】前記ソイルセメント壁施工用掘削機の側面図。
【図３】前記ソイルセメント壁施工用掘削機の主要構成部を示す正面図。
【図４】前記ソイルセメント壁施工用掘削機の主要構成部を示す側面図。
【図５】前記ソイルセメント壁施工用掘削機の主要構成部を示す斜視図。
【図６】図３のＡ−Ａ断面図。
【図７】図３のＢ−Ｂ断面図。
【図８】水平掘削軸の回転機構及び水平掘削軸の進退機構の説明図。
【図９】掘削孔全体及び保護管が配置される空間部分を示す平面図。
【図１０】掘削軸の傾斜管理システムの説明図。
【図１１】傾斜管理システムに使用されているパーソナルコンピュータのディスプレイに表示された内容を示した図。
【図１２】各深度における掘削断面図を示した図。
【図１３】掘削軸１の傾斜管理システムにおけるメイン処理のソフトの流れ図。
【符号の説明】
Ｈ 掘削孔
１ 掘削軸
２ ビット部
３ 連結体
４ 水平掘削軸
５ 連結バンド
６ａ 保護管
６ｂ 保護管
７ａ 傾斜計
７ｂ 傾斜計
７０ 送信ケーブル
７１ カバー

Claims (6)

1. 複数本の掘削軸（１）におけるビット部（２）の少し上方部分を連結体（３）で連結すると共に前記掘削軸（１）（１）の軸心間を結ぶ直線の中央点を通る直交線上に、連結体（３）から突出する水平掘削軸（４）を設けてなり、前記掘削軸（１）の傾斜に伴う連結体（３）の傾きを計測する傾斜計（７）を、連結体（３）の内部又は上面であって掘削軸（１）（１）の軸心間に固定配置させ、前記傾斜計（７）から極小サイクルで得られる連結体（３）のＸ−Ｙ方向の姿勢情報と掘削部近傍の掘削深度情報とから各掘削軸（１）の先端部の傾斜を地上においてその瞬間瞬間で管理できるようにしてあり、前記管理によって得られた情報に基づき水平掘削軸（４）を進退させて掘削孔（Ｈ）の土壁を押圧し、これにより掘削軸（１）の傾斜角を変化させるようにしたことを特徴とするソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法。
2. 左右に離れて二個配置された傾斜計（７）からの連結体（３）のＸ−Ｙ方向の姿勢情報を利用して各掘削軸（１）における先端部の傾斜をその瞬間瞬間で管理できるようにしてあることを特徴とする請求項１記載のソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法。
3. 傾斜計（７）は、それぞれ一方向の傾斜を測定できる傾斜測定器を２つ具備するものとしてあると共に、２つの傾斜測定器をＸ方向用とＹ方向用となるように固定配置してあり、前記した４つの傾斜測定器からの連結体（３）のＸ−Ｙ方向の姿勢情報を利用して各掘削軸（１）における先端部の傾斜をその瞬間瞬間で管理できるようにしてあることを特徴とする請求項２記載のソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法。
4. 傾斜計（７）から極小サイクルで得られる連結体（３）のＸ−Ｙ方向の姿勢情報と掘削部近傍の掘削深度情報とをパーソナルコンピュータにより演算処理し、前記パーソナルコンピュータのディスプレイ上に、少なくとも掘削軸（１）の先端位置、及び掘削軸（１）の先端位置の変位量の累積値と掘削深度との関係がわかるグラフを表示させるようにしてあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法。
5. 掘削軸（１）の先端位置における変位量の累積値と掘削深度との関係がわかるグラフ、及び各深度における掘削断面図が、プリント出力できるようになっていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法。
6. 掘削機の操作室内にディスプレイが設けられており、このモニターには、少なくとも掘削軸（１）の先端位置、掘削軸（１）の先端位置の変位量の累積値と掘削深度との関係がわかるグラフが表示されるようにしてあることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のソイルセメント壁施工用掘削機における掘削軸の位置ズレ修正方法。

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