JP3687575B2 - 地中連続壁施工の施工支援方法及び施工支援システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中に止水、基礎用ソイルセメント壁等の連続壁を形成する地中連続壁施工の施工支援方法及びそれに用いる掘削機並びに施工支援システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、地中連続壁の施工に用いられる掘削機としては、図15に示すように走行台車(或いはクローラ式クレーンのベースマシン)50からカッターポスト51を地中に垂下しており、そのカッターポスト51をガイドとしてチェーン式カッター52を回転させながらその走行台車50を掘削方向(図中A方向)に移動させることにより、一定幅のトレンチ(溝)Bを連続して掘削するものがある。
【0003】
また、チェーン式カッターの代わりにスクリューロッドをカッターポストの前後に配置したものも知られている。
【0004】
掘削具にチェーン式カッターを備えた掘削機では、掘削機のカッターポスト51は長尺の箱形フレームで構成されており、その上端部に設けられた駆動輪(スプロケット)51aと、下端部に設けられた遊動輪(プーリ)51bとの間にエンドレスチェーン53が掛け渡されており、このチェーン53の外周側に多数の掘削ビット52aが取り付けられている。
【0005】
この種の掘削機を用いた地中連続壁施工方法は、深度方向にソイルセメント壁の品質が均一していることや透水性が小さいという利点があることから施工実績が着実に増加している。以下、地中連続壁施工方法の各工程を図16に従って説明する。
【0006】
(i)掘削工程
図16(イ)の二点鎖線で示すように、予め掘削された縦溝内にカッター52を建て込み、このカッター52を回転させながら走行台車50を掘削方向に移動させることにより、連続溝B1を所定長さ掘削する。このとき、掘削された溝B1の形状を保持するために掘削液(通常はベントナイト水溶液が用いられる)Cを溝B1内に注入する。
【0007】
(ii)固化液注入工程
図16(ロ)に示すように、溝B1内に地盤固化液(セメントスラリー)Dを注入しながらカッター52を掘削始端側に戻し、このカッター52の回転を利用して地盤固化液Dと掘削液Cとを撹拌混合する。このとき、掘削液Cの一部がオーバーフローして溝外に排出される。
【0008】
(iii)再撹拌・混合工程
図16(ハ)に示すように、カッター52を回転させながら掘削終端側に移動させることにより、さらに撹拌混合する。この撹拌混合後、地盤固化液Dと掘削液Cおよび原土(掘削によって生じた土砂)の混合物であるソイルセメントが固化するとソイルセメント壁Eが形成される。
【0009】
(iv)次の掘削工程
図16(ニ)に示すように、形成されたソイルセメント壁Eの終端から新たに溝B2を所定長さの掘削する。上記工程を繰り返すことにより、連続するソイルセメント壁Eを地中に形成することができる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、地中にカッターポストを挿入し、回転駆動する掘削ビットとともにそのカッターポストを地盤に押し付けながら溝を形成し、その溝内にソイルセメント壁を連続して造成するというこの種の施工方法は開発されてから10年を経過しておらず、施工ノウハウが確立されていないことや深度方向に性状が異なる地盤を同時に掘削しなければならないことから、事前の施工予測が立てにくいという問題がある。
【0011】
そこで、例えば、特開平2000−192500号公報に記載のソイルセメント壁掘削機の作業管理システムでは、掘削溝に吐出される地盤注入材(掘削液及び地盤固化液)とそれらの注入位置とを視覚的に表示することにより、熟練者でなくとも地盤注入材の吐出管理とその結果形成されるソイルセメント壁の作業管理が正確に行えるシステムが提案されている。
【0012】
ところが掘削作業を行うにあたり、地中連続壁施工がスケジュール通りに進行するか否かは地盤条件によって左右されることが多い。この地盤条件に応じて掘削機をどのように運転するかについては明確な指針がないため、結局、現場施工者の経験やノウハウに頼ることになり、判断を誤ると工期に遅れの生じることが避けられない。
【0013】
本発明は以上のような従来の地中連続壁施工方法における課題を考慮してなされたものであり、地盤条件に応じて掘削能率を定量的に評価することにより、スケジュール通りに地中連続壁施工が行えるように支援する掘削施工支援方法及び掘削施工支援システムを提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る地中連続壁施工の施工支援方法は、掘削具を備えたカッターポストを地盤に挿入し、その掘削具を作動させながらカッターポストを横方向に移動させることにより掘削溝を形成することで行われる地中連続壁施工の施工支援方法であって、掘削対象地盤の地盤強度分布を深度方向に求め、その地盤強度分布から累積地盤強度を求め、その累積地盤強度から得られる掘削抵抗力に釣り合う上記カッターポストの必要掘削能力を求め、求められた上記必要掘削能力と現場で使用される掘削機の掘削能力とを比較し、その比較結果に基づいて掘削能率を評価することを要旨とするものである。
【0015】
上記掘削支援方法において、各深度における地盤強度を、ボーリングによる地質調査によって得られる土質及び標準貫入試験によって得られる試験結果から換算することができる。
【0016】
また、上記掘削機の掘削能力は、カッターポストに具備された横行シリンダの最大推力で示すことができる。
【0017】
本発明に係る地中連続壁施工システムは、掘削具を備えたカッターポストを地盤に挿入し、その掘削具を作動させながらカッターポストを横方向に移動させることにより掘削溝を形成する地中連続壁施工の施工支援システムであって、各現場の掘削機にネットワークを介して接続される管理コンピュータを備え、管理コンピュータが、与えられた地盤性状に基づいて掘削対象地盤の地盤強度分布を深度方向に求める地盤強度評価部と、その地盤強度分布から累積地盤強度を求め、その累積地盤強度から得られる掘削抵抗力に釣り合うカッターポストの必要掘削能力を求める必要掘削能力演算部と、求められた必要掘削能力と現場に搬入される掘削機の掘削能力とを比較する比較部と、その比較結果に基づいて掘削能率を評価する掘削能率評価部と、掘削機からの要求を受けて掘削能率の評価結果をその掘削機に送信する送受信部とを備えてなることを要旨とするものである。
【0018】
この地中連続壁施工システムに使用される掘削機としては、日毎の掘削作業が終了した後に造成端面及び地山端面からカッターポストを退避させたその退避距離、及びその退避位置におけるカッターポストの機械負荷を養生データとして計測する計測部と、適性な養生条件としての設定値を予め記憶している養生設定値記憶部と、上記計測部によって計測 された養生データと上記養生設定値記憶部に記憶されている養生設定値とを比較することにより養生作業の適否を判断する判断部とを備えていてもよい。
【0019】
また、上記掘削機は、日毎の掘削作業を開始する前に実施されるカッターポストの縁切作業について、カッターポストの引抜負荷及び掘削具の機械負荷を計測する計測部と、適性な縁切条件としての設定値を記憶している縁切設定値記憶部と、上記計測部によって計測された縁切データと上記縁切設定値記憶部に記憶されている縁切設定値とを比較することにより縁切作業の適否を判断する判断部とを備えていてもよい。
【0020】
上記管理コンピュータは、各現場で試験された地盤性状等の情報を蓄積するデータベースを有し、上記掘削機からの要求を受けて必要な情報を送信するように構成することが好ましい。
【0021】
また、上記データベースは、日毎の掘削作業が終了した後に計測されるデータ、具体的には、造成端面及び地山端面からカッターポストを退避させたその退避距離、その退避位置でカッターポストを昇降させたときのカッターポストに加わる機械負荷をネットワークを介して掘削機から受信し、蓄積することが好ましい。
【0022】
さらにまた、掘削作業を開始する前に実施される縁切作業で計測されたデータ、具体的には、カッターポストの引抜負荷、掘削具の機械負荷をネットワークを介して掘削機から受信し、蓄積することが好ましい。
【0023】
本発明に係る施工支援方法に従えば、例えばボーリング調査によって得られた地盤性状に基づいて、まず掘削対象地盤の強度分布を深度方向に求めると、その強度分布から累積地盤強度を求めることができる。この累積地盤強度は、掘削時においてカッターポストに作用する地盤抵抗力となる。そこで、掘削作業を行うには、その累積地盤強度に釣り合うだけのカッターポストの必要掘削能力が必要となる。
【0024】
この必要掘削能力と現場に搬入される掘削機の掘削能力とを比較すると、対象地盤を定格の何%の能力で掘削できるかを評価することができる。例えば、掘削地盤が柔らかい場合には上記掘削能力の評価値は小さく、地中連続壁施工をスケジュール通り行えることが予想される。これとは逆に、掘削地盤が固い場合には上記評価値は大きく、工期に間に合わせるには掘削機を能力上限で運転するか、或いは掘削能力をセーブして運転時間を長くするといった手段を講じることになる。
【0025】
本発明に係る地中連続壁施工支援システムに従えば、ネットワークを介して管理コンピュータに接続されている掘削現場から管理コンピュータに対して、地盤条件,掘削機の使用,施工条件等を送信すれば、管理コンピュータがその現場での掘削能率の評価を行い、その評価結果を掘削機に送信することができる。
【0026】
また、上記掘削機が計測部と養生設定値記憶部と判断部を備える施工支援システムに従えば、日毎の掘削作業終了時の養生作業において造成端面及び地山端面からカッターポストを退避させ、地中のカッターポストと土砂との粘着力を低減するためにその退避位置でカッターポストを若干昇降させると、退避距離及び昇降時の機械負荷が計測され判断部に与えられる。判断部は、計測された養生データの各値と養生設定値記憶部に記憶されている設定値とを比較し養生作業が適切に行われたかどうかを判断する。
【0027】
また、上記掘削機が計測部と縁切設定値記憶部と判断部とを備える施工支援システムに従えば、日毎の掘削作業開始時の縁切作業においてカッターポストを微速で引き抜いたときの引抜力及び掘削具を微速で駆動させたときの掘削具機械負荷が計測され、判断部に与 えられる。判断部は、計測された縁切データの各値と縁切設定値記憶部に記憶されている設定値とを比較することにより縁切作業が適切に行われたかどうかを判断する。
【0028】
また、各現場から送信される地盤情報等を蓄積するデータベースを管理コンピュータに備えれば、掘削能率を評価するにあたり評価の精度を高めることができる。
【0029】
このデータベースに、上述した養生データ、縁切データを蓄積し、各現場の掘削機にそれらのデータを提供することもできる。
【0030】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る地中連続壁施工の施工支援システムの一実施形態を図面に従って詳しく説明する。
【0031】
図1は地中連続壁施工方法に用いられる掘削機10を示したものであり、この掘削機10は地表を移動可能なベースマシン11と、複数の掘削ビットを有するチェーンカッター(掘削具)12を巻回したカッターポスト13とから主として構成されており、チェーンカッター12がカッターポスト13の外周を回転しつつ地盤Fの地山端面を押圧して溝Tを掘削するようになっている。
【0032】
その際、カッターポスト13の下端に設けられた地盤注入剤吐出口14より所定の圧力で掘削用泥水を吐出して溝Tの掘削を補助し、或いは、吐出口より地盤固化液を吐出して掘削土等と混合撹拌し、ソイルセメント壁Eを形成する。
【0033】
溝掘削とソイルセメント壁を形成するにあたっては、両者を併せて連続的に行ういわゆる1パス施工、溝Tの掘削が完了した後に溝Tに沿ってソイルセメント壁Eを形成する2パス施工、或いは溝Tの掘削完了後にカッターポスト13を掘削開始位置まで再移動させ、形成された溝Tに沿ってソイルセメント壁Eを形成する3パス施工等があり、施工状況に応じていずれかの施工方法が適宜選択される。
【0034】
図2は、上記掘削機10による掘削モデルを示したものである。掘削機10は地中に挿入されたカッターポスト13を水平方向に押圧しつつチェーンカッターの掘削ビットを略垂直方向に移動させ、カンナで削る原理によって1パターン毎に掘削を行う。
【0035】
カッターポスト13の上部には、横行上シリンダ15及び横行下シリンダ16が平行して備えられており、横行下シリンダ16の推力FPLによって、カッターポスト13を地盤に押し付けることができるようになっている。ただし、横行上シリンダ15は、横行下シリンダの押圧方向と逆方向のシリンダ保持力RPUを発生するようになっている。
【0036】
なお、上記推力FPLが不足すると、掘削横行速度が低下し地盤の掘削ができなくなる。また、本実施形態に示す掘削機10の横行下シリンダ16の定格推力FPLは55tである。
【0037】
ここにνb:接線速度mm/min,νe:掘削速度mm/Hr,Lp:全断面掘削1パターン長,tpx:1パターン当たりの切込み深さmmとするとき、
Lp:tpx=νb:νe
従って、切込み深さtpx=νe/νb・Lp ……式(1)
から求められる。
【0038】
なお、実際には接線速度と比較して掘削速度が圧倒的に小さいため、1パターン掘削体積Sは、図2に示すものよりも細く、且つその傾斜は垂直に近くなる。
【0039】
図3は上記構成からなる複数の掘削機10をネットワークで接続した地中連続壁施工の支援システムを示したものである。
【0040】
同図において、掘削作業現場にある各掘削機10は無線装置を備えており、収集された掘削作業データや機械負荷データD1〜D4等を圧縮して送信することができるようになっている。
【0041】
図4に示す施工モード選択画面上で例えば地山掘削作業を選択すると、その作業内容と作業時間が掘削作業データとして送信される。また、時間の経過と掘削機におけるアクチュエータの出力変化は機械負荷データとして送信される。これらの各データは後述する管理コンピュータとしての地中連続壁施工管理サーバに送られてグラフ化され、施工管理に役立てられる。
【0042】
掘削機10から送信されたデータは図3に示した最寄りのアンテナ20〜23のいずれかに受信され、中継局24を介してその中継局24と接続拠点のある一般プロバイダ25に公衆回線を通じて送られ、そのプロバイダ25のメールサーバに一時的に格納される。
【0043】
なお、このプロバイダ25は勿論、同一機種の掘削機を所有する施工会社が加入している施工団体、掘削機製造メーカ等が独自に契約している別のプロバイダ27とデータの送受信が可能であり、例えば現場事務所に配置されているコンピュータ28からプロバイダ27を介してアクセスすれば、プロバイダ25に一時的に格納されているデータのコピーを取込むことが可能であり、取込んだデータは現場サイドで独自に加工編集することができる。
【0044】
また、上記プロバイダ25は地中連続壁施工管理サーバ(以下管理サーバと呼ぶ)26に接続されており、この管理サーバ26はプロバイダ25のメールサーバ内に格納されているデータを定期的に引き出すようになっている。
【0045】
施工現場において予め実施されたボーリング調査によって得られた地盤性状データは、現場のコンピュータ28からまたは掘削機10に搭載されている端末から伝送ケーブルまたは無線を通じて管理サーバ26に送られるようになっているが、これ以外に、例えばフロッピーディスクやCDROM等の持ち運び可能な記録媒体を介して管理サーバ26に取り込むこともできる。
【0046】
また、掘削機10の横行下シリンダ16に圧力センサを取り付け、その圧力センサによって検出される初期反力のデータを掘削機10の端末に入力して順次記憶させ、転送形式のデータに変換してから無線機を通じて送信すれば、掘削機10から管理サーバ26に対し地盤性状データを自動的に送信することができるようになる。
【0047】
上記管理サーバ26は、パスワードによってアクセスが許可されている地中連続壁施工の施工会員のみ(例えば地中連続壁施工の施工会員の本社に設置されたコンピュータ29,施工会員のコンピュータ30)アクセスできるようになっており、地中連続壁施工を行っている施工者全体の最新情報を閲覧することができる。
【0048】
31は地中連続壁施工工法協会事務所に設置されたコンピュータであり、プロバイダ25を介して管理サーバ26のメンテナンスを行ったり、管理サーバ26に対し、蓄積されているデータの修正、各種設定を行えるようになっている。また、掘削機10の端末に対しては地中連続壁施工に関するアプリケーションの修正等を行うことができる。
【0049】
図5は上記管理サーバ26の基本構成を示したものである。管理サーバ26は、地盤データ、現場にて収集される掘削横行速度実績等を記憶するためのデータベース26aを備えており、このデータベース26aへのアクセス権を管理している。
【0050】
プロバイダ25から圧縮データを取込む場合には、そのデータが予め登録された者のデータであるかどうかを照合し、照合できるとそのデータがどの掘削機から送信されてきたデータであるかを識別し、更新処理部26cがその地盤データを掘削機識別情報とともにデータベース26aに格納するようになっている。このようにしてデータベース26aには各現場から送信されてくる地盤データ等が逐次蓄積される。なお、このデータベース26aには現場から送信される養生データや縁切データ(後述する)も蓄積することができる。
【0051】
このように、稼動中の各掘削機10から自動的に送信されてくるデータは識別されてデータベース26aに蓄積され、それにより、様々な掘削状況等のデータが自動的に更新される。また、このようにして得られたデータは表示手段であるCRT26iの画面上に数値、グラフ等で出力される。
【0052】
この管理サーバ26に対し、掘削能率の評価を現場から問い合わすことができる。その流れを概略説明する。
【0053】
掘削能率の評価に対する問い合わせがあると、地盤強度評価部26eは、まず、データベース26aに格納されている地盤データを読み出して地盤強度分布を作成する。次いで必要掘削能力演算部(押圧力演算部)26fは、地盤強度に釣り合うカッターポスト13の水平方向押圧力、すなわち、横行下シリンダ16に要求される推力(必要掘削能力)を計算する。なお、掘削現場の地盤データがデータベース26aに存在しない場合は、その掘削現場にてボーリング調査等によって得られた地盤データが一旦、データベース26aに格納された後、地盤強度分布を作成することになる。
【0054】
求められた上記横行下シリンダ16の推力は、比較部26gによって掘削機10の定格出力(最大横行力)と比較され、その比較結果に応じ掘削能率評価部26hは掘削能率を評価し、評価結果をCRT26iの画面上に表示する。また、評価結果は送信部26jを通じてプロバイダ25に送信され、メールサーバに格納される。従って各現場は、プロバイダ25にアクセスすることにより、問い合わせた掘削能率の評価を受け取ることができる。なお、入力手段であるキーボード26dは、地盤データ,地下水位等を入力する場合に使用される。
【0055】
次に、上記掘削能率の評価処理について説明する。
【0056】
本実施形態に示す施工支援システムによる掘削能率評価とは、地盤データ(地盤柱状図,N値,土質等)と掘削機の形式(例えばI型,II型,III型等)と施工条件(深度,掘削幅等)が決定された場合に、仮の横行速度、例えば100mm/minを実現するために必要な横行下シリンダ16の推力を求め、その横行下シリンダ推力の対定格出力比として評価値を求めることにより掘削能率を評価するものである。そして現場の地盤条件に基づいて掘削能率を評価すれば、スケジュールに沿った掘削施工計画を立てることができるようになる。
【0057】
また、本実施形態では掘削能率を評価するだけでなく、実績データの収集もネットワークを通じて容易に行える。しかもデータベース26aには各掘削現場から収集される地盤データが蓄積されるため、各現場では豊富な掘削作業実績を管理サーバ26からダウンロードして緻密な施工計画を立てることができる。
【0058】
図6,7及び9はCRT26iの画面上に表示された各入力欄を示したものである。
【0059】
図6において地盤条件入力セルには、標準貫入試験深度方向サンプル数を入力するための入力欄C1,地下水位を入力するための入力欄C2等が用意されている。
【0060】
また、施工条件/地中連続壁施工仕様入力欄には、施工深度入力欄C3,接線速度入力欄C4,掘削幅入力欄C5,機種入力欄C6,最大横行力入力欄C7,最大接線力C8等が用意されている。
【0061】
図7において、地盤性状入力セルには、土質記号入力欄C9,深度入力欄C10,標準貫入試験の試験結果であるN値入力欄C11がそれぞれ用意されている。同図に示した地盤性状は、兵庫県高砂地区の地盤について1.15mから深度32.15mまで測定した結果を示したものである。
【0062】
表において例えば“GF”は細粒分を含んだ砂利、シルト質の砂利、粘土質砂利、粘土分布が不良の砂利であり、“ML”はシルト(無機質)及び極微砂、細砂、岩粉、塑性の小さなシルト質粘土、やせた粘土であり、“GW”は粒度分布が良好の砂利及び砂利、砂混合物、細粒分は僅少か欠如を示している。
【0063】
このN値の深度方向分布を見れば、深度14.15〜18.15mの範囲で特に地盤強度の高いことが分かる。これらの地盤性状データはデータベース26aに記憶される。
【0064】
現場から掘削能率評価について問い合わせがあると、地盤強度評価部26eは、深度毎のN値から地盤強度を換算し、累積地盤強度を計算する。そしてその累積地盤強度に釣り合う横行下シリンダ16の推力を求める。
【0065】
横行下シリンダ16によって発生する推力FPLは、掘削押付け抵抗Rpcと、横行摩擦抵抗Rpfと、横行するリーダ部と門型フレームとの間で生じる横行摺動摩擦抵抗RpfU,RpfL及び横行上シリンダ15のシリンダ保持力RpUとの合計と等しい。
【0066】
推力FPL=Rpc+Rpf+RpfU+RpfL+RpU ……式(2)
上記RpfU+RpfLは無視できるため、
推力FPL=Rpc+Rpf+RpU ……式(3)
と考えることができる。
【0067】
なお、RpUは横行上シリンダ15の推力を測定することによって得られる。
【0068】
掘削押付け抵抗Rpcは、仮定した横行速度から理論的に導き出すことができる。一方、横行摩擦抵抗Rpfについては各単位深度に加わる横行摩擦力は一定と仮定して計算を行う。
【0069】
次に、必要掘削能力演算部26fは、横行下シリンダの推力FPLと累積地盤強度との釣り合いを、モーメントの釣り合いに置き換えて計算する。
【0070】
図8は横行力に関する掘削モデルを示したものである。同図において、モーメントのアーム基準位置を横行上シリンダ位置、すなわち推力Rの作用点に取る。
【0071】
反時計回り方向のモーメントM1は、横行下シリンダ16の推力FPLによって発生しFPL×L A で示される。一方、時計回り方向のモーメントM2は、R×Lx+Rpf×Lxで示される。
【0072】
ここにモーメント長さをLxとしているのはRpc,Rpfともに分布荷重であるからである。従って、分布荷重に対応する横行下シリンダの推力FPLを求めるためには各深度における各モーメントを累積し、モーメントの釣り合い方程式より、対応する横行下シリンダ16の推力を計算する。
【0073】
そこで、まず、深度方向の各パターンにおける掘削押付け抵抗力frpcHi、横行摩擦抵抗力frpfHiを求めておく。
【0074】
なお、上記frpcHiは地盤平均反力を意味しており、1パターン当たりの掘削ビットを押付け方向へ貫入するために必要な面圧×押付け方向面積によって得られる。このfrpcHiは、式(1)に示した切込み深さtpxが増加するにつれて増加する。また、上記frpfHiは、単位深度当たりのカッターポスト横行時の摩擦抵抗力である。
【0075】
次に、横行上シリンダ15位置を支点としたモーメントmrpcHi,mrpfHiをそれぞれ計算する。なお、パターンの中央位置での深度をHi[m]とする。
【0076】
mrpcHi=(Hi+(LA+LB)/1000)frpcH ……式(4)
mrpfHi=(Hi+(LA+LB)/1000)frpfHi ……式(5)
次に、各パターンでのモーメントmrpcHi,mrpfHiを深度方向に累積計算し、モーメントの総和SmrpcH,SmrpfHを求める。
【0077】
【数1】
【0078】
モーメントの釣り合い式は下記のように示される。
【0079】
FPL×L A =SmrpcH(掘削抵抗力の全モーメント)+SmrpfH(横行摩擦力の全モーメント) ……式(8)
上記式(8)を展開すると、
FpLcH=SmrpcH/LA ……式(9)
FpLf H=Smrpf H/L A ……式(10)
が得られ、横行下シリンダ16の推力FPLを求めることができる。
【0080】
FPL=(SmrpcH/LA)+(SmrpfH/L A ) ……式(11)
比較部26gは、このようにして求められた推力FPLの値と、掘削機10の定格出力とを比較する。本実施形態で採用した掘削機10の定格出力(最大横行力)は55tである。
【0081】
次いで、掘削能率評価部26hは、計算によって求められた推力FPL:26.5tを定格出力で除算する。従って26.5/55=0.48となる。
【0082】
掘削能率評価部26hは図9に示すように、求められた0.48(定格出力の48%)を無次元数48に置き換え、CRT26iの評価値出力欄C12に評価値として表示する。また、同時に掘削可否判定基準として評価記号“◎”を表示する。なお、掘削可否判定基準は“◎”,“○”,“△”,“×”4段階で表され、“◎”は最大推定横行力<掘削機仕様の最大横行力である場合に、“○”は平均推定横行力<掘削機仕様の最大横行力である場合に、“△”は最小推定横行力<掘削機仕様の最大横行力である場合に、“×”は最小推定横行力>掘削機仕様の最大横行力である場合にそれぞれ選択的に表示される。
【0083】
また、図10に示すグラフは、横軸に評価値を縦軸に地山掘削横行速度を取り、各掘削現場毎に収集された地山掘削横行速度の実績をプロットしたものである。例えば上記計算によって評価値が求められたときに、評価値48に対応する横行速度実績値をプロットして得られた近似曲線mから求めれば、スケジュール通りに掘削作業を行うに当たり設定できる横行速度を知ることができる。
【0084】
なお、図3に示したように、各掘削現場の掘削データはネットワークを介して管理サーバ26のデータベース26aに逐次蓄積されるため、地山掘削横行速度実績のプロット数は施工現場が増えるにつれて増加し、それにより、近似曲線mは評価値と掘削横行速度の関係をより正確に表すことになる。
【0085】
上述した地中連続壁の施工支援方法は、掘削時の施工方法を支援するものであった。次に、日毎の掘削作業終了時に実施される養生作業の支援方法について説明する。
【0086】
図11は掘削機10に搭載されたコントローラ30及びその周辺装置を示したものである。
【0087】
コントローラ30の入力側には、ポインティングデバイス31,多段傾斜計測定部32,絶対位置測定部33,機械負荷測定部34が接続され、出力側にはCRT35,通信装置36が接続されている。
【0088】
上記ポインティングデバイス31は、CRT35の画面上に表示されたアイコンを指示することによりコントローラ30に対して各種指令を入力するためのものである。
【0089】
多段傾斜計測定部32は、カッターポストの深さ方向に傾斜計32a〜32dを4段配設したものから構成されている。
【0090】
絶対位置測定部33は位置センサ33aを備え、養生作業において地山からカッターポストを遠ざけた場合の地山離間距離とソイルセメント壁Eの造成端面からカッターポストを遠ざけた場合の造成端面離間距離とをそれぞれ信号で出力するようになっている。
【0091】
機械負荷測定部34は、カッターポストを昇降させる昇降スライドシリンダのヘッド側圧力を検出するシリンダ圧力センサ34aと、カッターの圧力、具体的には、カッターを駆動させる油圧モータの作動圧を検出するカッター圧力センサ34bとを備えている。
【0092】
また、上記コントローラ30において、離間距離演算部(計測部)30aは位置センサ33aから出力される信号を受けて地山からカッターポストを遠ざけたときの地山離間距離を演算(計測)する。
【0093】
計測された地山離間距離は判断部30bに与えられ、標準距離メモリ(養生設定値記憶部)30cに記憶されている標準地山離間距離を上回っているかどうかチェックされる。本実施形態では標準離間距離を0.50mに設定している。
【0094】
計測された地山離間距離が標準地山離間距離を上回っていると判断されると、離間距離演算部30aは引き続き位置センサ33aから出力される信号を受けて造成端面からカッターポストを遠ざけたときの造成端面離間距離を演算(計測)する。なお、地山離間距離が標準地山離間距離を上回っていない場合には次ステップである造成端面離間距離のチェックに進めないものとする。
【0095】
判断部30bは、計測された造成端面離間距離が標準距離メモリ30cに記憶されている標準造成端面離間距離を上回っているかどうかをチェックし、上回っていれば、引き続き面内傾斜演算部(計測部)30dの処理を開始させる。なお、造成端面離間距離が標準造成端面離間距離を上回っていないと判断された場合には上記と同様に次ステップに進めないものとする。
【0096】
面内傾斜演算部30dでは、多段傾斜計測定部32の各地中用傾斜計32a〜32dから出力される信号を受けてカッターポストの面内傾斜角度を演算(計測)する。
【0097】
演算された面内傾斜角度は判断部30eに与えられ、標準傾斜メモリ30fに記憶されている標準面内傾斜角度を下回っているかどうかをチェックする。本実施形態では面内傾斜角度を0.2°に設定している。
【0098】
上記判断部30eによって標準面内傾斜角度を下回っていると判断されると、判断部30eは養生処理部30gに対して養生作業の開始を指令する。
【0099】
養生処理部30gは、カッターを回転させながら繰り返しカッターポストを昇降させることによって養生作業を行う。
【0100】
この養生作業時のカッターポスト引抜力及びカッター圧力及び上記した地山離間距離、造成端面離間距離、面内傾斜角度はそれぞれ養生データメモリ30hに記憶されるとともに、モニタ画面表示制御部30iに与えられてCRT35の画面上に数値で表示される。
【0101】
図12は上記CRT35に表示される養生作業画面を示したものである。
【0102】
同図において、画面上には地山からカッターポストまでの距離をチェックするためのボタン35a,造成端面からカッターポストまでの距離をチェックするためのボタン35b,カッターポストの面内傾斜をチェックするためのボタン35c,養生開始ボタン35d,養生終了ボタン35e及び終了ボタン35fが用意されている。これらの各ボタンはポインティングデバイス31によって画面上で押すことができるようになっている。
【0103】
また、画面右側にはカッターポストの面内モニタイメージ35g、面外モニタイメージ35hがそれぞれ表示され、深度方向のカッターポスト各部位における変位量をモニタしている。
【0104】
養生作業は画面上の各ボタン35aに表記された説明に従って行われる。
【0105】
まず、ボタン35aを押すと地山端面からの距離が計測され、記録される。この場合、0.56m>0.50m(標準地山離間距離)であるため、OKと判定される。
【0106】
次に、ボタン35bを押すと造成端面からの距離が計測され、記録される。この場合、4.56m>2.8m(標準地山離間距離)であるため、OKと判定される。
【0107】
次に、ボタン35cを押すと面内傾斜角度が計測され、記録される。この場合、0.00deg<0.2deg(標準面内傾斜角度)であるため、OKと判定される。
【0108】
以上の各判定結果がOKであると養生作業を開始することができる。そこでボタン35dを押すと、養生作業が開始し、カッターポストの引抜力とカッター圧力が計測され、記録される。
【0109】
実行された養生作業はボタン35eの押下によって終了し、ボタン35fの押下によって毎日の定常施工の終了処理へ移る。
【0110】
このように画面上のガイダンスに従って養生作業の各工程が実行され、各工程毎に養生作業の各工程がチェックされるため、オペレータは経験に頼ることなく確実且つ安全に養生作業を進めることができる。
【0111】
次に、翌日の掘削作業開始前に実施される縁切作業の支援方法について説明する。
【0112】
縁切作業を行うにあたりカッターポストを微速で昇降させると、引抜力演算部(計測部)30jは昇降スライドシリンダ圧力センサ34aから出力される信号を受けてカッターポストの引抜力を演算(計測)する。
【0113】
演算された引抜力は判断部30kに与えられ、最大引抜力メモリ30lに記憶されている最大引抜力に到達したかどうかを判断する。すなわち、昇降スライドシリンダ圧力センサ34aによって検出される作動圧が最大引抜力以下であればカッターポストが通常の状態で動作したとみなし、最大引抜力に到達した場合は微動作しなかったと判断する。なお、カッターポストが動作しない場合には次ステップに進めないものとする。
【0114】
カッターポストが動作したと判断されると、カッターを微速で回転させるとともにカッター圧力演算部(計測部)30mの処理を開始させる。
【0115】
カッター圧力演算部30mでは、カッター圧力センサ34bから出力されるカッター圧力を演算(計測)する。
【0116】
演算されたカッター圧力は判断部30nに与えられ、最大カッター圧力メモリ30pに記憶されている最大カッター圧力に到達したかどうかを判断する。すなわち、カッター圧力センサ34bによって検出されるカッター圧力が最大カッター圧力以下であればカッターが通常状態で動作したとみなす。
【0117】
カッターの回転が確認されると、判断部30nは縁切処理部30qに対して縁切作業の開始を指令する。
【0118】
縁切処理部30qは、カッターポストを微動作させ、さらにカッターを駆動させることにより縁切り作業を行う。この縁切り作業時のカッターポスト引抜力及びカッター圧力及び作業時間はそれぞれ縁切データメモリ30rに記憶されるとともに、上記したモニタ画面表示制御部30iに与えられてCRT35の画面上に数値で表示される。
【0119】
図13は上記CRT35に表示される縁切作業画面を示したものである。
【0120】
同図において、画面上には微動作で引抜きを行うためのボタン35i,微動OKボタン35j,微動せずボタン35k,カッター微動開始ボタン35l、微動OKボタン35m、縁切作業開始ボタン35n、縁切作業終了ボタン35p、施工モード変更ボタン35qが用意されている。
【0121】
画面右側には図12と同様にカッターポストの変位量がモニタされている。
【0122】
縁切り作業は画面上の各ボタンに表記された説明に従って行われる。
【0123】
まず、ボタン35iを押すとカッターを回転させない状態でカッターポストが微速で昇降され、引抜開始時刻が記録される。この場合、引抜力65t<70t(最大引抜き力)であるため、微動OKボタン35jを押すことができるようになる。なお、微動しない場合には微動せずボタン35kを押すことにより、最大引抜力を記録した後、次のカッタ回転作業に入る。
【0124】
この微動OKボタン35jを押すと引抜終了時刻が記録され、カッター微動開始ボタン35lを押すことができるようになる。カッター微動開始ボタン35lを押すと、カッター圧力が計測され、この場合、カッター圧力10t<24t(最大カッター圧力)であるため、微動OKボタン35mを押すことができ、カッター微動終了時刻が記録される。
【0125】
なお、一般的に初期の昇降動作で微動しない場合であっても、カッターの回転により土砂が撹拌され、粘着力が低減し昇降動作が可能になる。
【0126】
次いで微動OKボタン35mを押すことにより縁切開始ボタン35nを押すことができるようになり、このカッター微動開始ボタン35lを押すと縁切作業が開始される。
【0127】
縁切作業では、カッターの周回方向を交互に反転させながらカッターポストの昇降動作が繰り返し実行される。このときのカッターポストの引抜力とカッター圧力が計測され、各データは縁切データメモリ30rに記憶される。
【0128】
なお、縁切作業はボタン35pの押下によって終了し、ボタン35qが押されると次の施工モードに移ることができる。
【0129】
上述した養生作業及び縁切作業時に収集され養生データメモリ30h及び縁切りデータメモリ30rに記憶された各データは送信処理部30s及び通信装置36を介して管理サーバーに送信される。
【0130】
また、上記養生作業及び縁切作業の推移をCRT35の画面上に表示することもできる。縁切作業を例に取って説明すると、図14に示すように、日々収集される造成端面からの退避距離はグラフL1として表示される。
【0131】
縁切前の引抜力はグラフL2として表示され、縁切後の引抜力はグラフL3として表示される。
【0132】
縁切前の接線力はグラフL4として表示され、縁切後の接線力はグラフL5として表示される。
【0133】
このように縁切効果の推移をグラフで表示すれば、例えば縁切効果が高い場合には縁切り作業を早く切り上げて掘削作業に移る等、施工効率を高めることができるようになる。
【0134】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、請求項1の本発明によれば、掘削対象地盤の強度分布を深度方向に求め、その強度分布から累積地盤強度を求めることにより掘削時においてカッターポストに作用する地盤抵抗力を算出し、その累積地盤強度に釣り合うだけのカッターポストの掘削能力を求め、その掘削能力と現場に搬入される掘削機の掘削能力とを比較することにより、掘削能率を評価するようにしたため、掘削対象地盤に応じて正確な掘削施工計画を立てることができる。
【0135】
請求項2の本発明によれば、深度毎に測定した土質及び標準貫入試験結果から地盤強度を求めるようにしたため、カッターポストに作用する地盤抵抗力を正確に算出することができる。
【0136】
請求項3の本発明によれば、掘削機の掘削能力を、カッターポストに具備された横行シリンダの最大推力から求めることができる。
【0137】
請求項4の本発明によれば、上述した掘削能力の評価を管理サーバが行い、ネットワークを介して接続されている各掘削現場から管理サーバにアクセスすればその評価結果をダウンロードすることができる。
【0138】
請求項5の本発明によれば、養生作業が実施されたときに造成端面及び地山端面からのカッターポスト退避距離、及び退避位置でのカッターポストの機械負荷が計測部によって計測され判断部に与えられ、この判断部が、計測された養生データの各値と養生設定値記憶部に記憶されている設定値とを比較し養生作業が適切に行われたかどうかを判断するように構成したため、養生作業を効率良く実施することができる。
【0139】
そして、現場で実施される養生作業については掘削機側で作業の適否を判断することができ、掘削能率の評価については管理サーバーから提供を受けることができる。
【0140】
請求項6の本発明によれば、縁切作業が実施されたときに掘削具を作動させずにカッターポストを微速で引き抜いた場合の引抜力、引抜時のカッターポストの機械負荷が計測部によって計測され判断部に与えられ、この判断部が、計測された縁切データの各値と縁切設定値記憶部に記憶されている設定値とを比較し、縁切作業が適切に行われたかどうかを判断するように構成したため、縁切作業を効率良く実施することができる。
【0141】
そして、現場で実施される縁切作業については掘削機側で作業の適否を判断することができ、掘削能率の評価については管理サーバーから提供を受けることができる。
【0142】
請求項7の本発明によれば、各現場の掘削機から送信される地盤情報等を管理サーバのデータベースに蓄積するようにしたため、掘削能率を評価するにあたり評価の精度を高めることができる。
【0143】
請求項8の本発明によれば、データベースに養生データ及び縁切データの少なくともいずれか一方を蓄積するように構成したため、各現場に対して養生作業のデータ、縁切作業のデータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の施工支援システムで使用される掘削機の概略構成図である。
【図2】 掘削機の掘削モデルを示す説明図である。
【図3】 本発明の施工支援システムの全体構成図である。
【図4】 掘削モード選択画面を示す説明図である。
【図5】 地中連続壁施工管理サーバの構成を示すブロック図である。
【図6】 CRT画面上に表示された地盤条件入力セル及び施工条件入力セルを示す説明図である。
【図7】 CRT画面上に表示された地盤性状入力セルを示す説明図である。
【図8】 掘削機横行力に関する掘削モデルを示す説明図である。
【図9】 CRT画面上に表示された地盤性能推定結果を示す説明図である。
【図10】 評価値と掘削横行速度実績との関係を示すグラフである。
【図11】 本発明の掘削機に搭載されるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図12】 養生作業のモニタ画面を示す説明図である。
【図13】 縁切作業のモニタ画面を示す説明図である。
【図14】 縁切作業の推移を示すグラフである。
【図15】 従来の掘削機の概略構成図である。
【図16】 (イ)〜(ニ)は従来の掘削施工方法を説明する工程図である。
【符号の説明】
10 掘削機
11 ベースマシン
12 チェーンカッター
13 カッターポスト
14 地盤注入剤吐出口
15 横行上シリンダ
16 横行下シリンダ
20〜23 アンテナ
24 中継局
25 プロバイダ
26 地中連続壁施工管理サーバ
27 プロバイダ
28〜31 コンピュータ
Claims (8)
- 掘削具を備えたカッターポストを地盤に挿入し、その掘削具を作動させながらカッターポストを横方向に移動させることにより掘削溝を形成することで行われる地中連続壁施工の施工支援方法であって、
掘削対象地盤の地盤強度分布を深度方向に求め、その地盤強度分布から累積地盤強度を求め、その累積地盤強度から得られる掘削抵抗力に釣り合う上記カッターポストの必要掘削能力を求め、求められた上記必要掘削能力と現場で使用される掘削機の掘削能力とを比較し、その比較結果に基づいて掘削能率を評価することを特徴とする地中連続壁施工の施工支援方法。 - 各深度における地盤強度を、ボーリングによる地質調査によって得られる土質及び標準貫入試験によって得られる試験結果から換算する請求項1記載の地中連続壁施工の施工支援方法。
- 上記掘削機の掘削能力が、上記カッターポストに具備された横行シリンダの最大推力で示される請求項1または2に記載の地中連続壁施工の施工支援方法。
- 掘削具を備えたカッターポストを地盤に挿入し、その掘削具を作動させながらカッターポストを横方向に移動させることにより掘削溝を形成する地中連続壁施工の施工支援システムであって、
各現場の掘削機にネットワークを介して接続される管理コンピュータを備え、
上記管理コンピュータが、与えられた地盤性状に基づいて掘削対象地盤の地盤強度分布を深度方向に求める地盤強度評価部と、その地盤強度分布から累積地盤強度を求め、その累積地盤強度から得られる掘削抵抗力に釣り合う上記カッターポストの必要掘削能力を求める必要掘削能力演算部と、求められた上記必要掘削能力と現場に搬入される掘削機の掘削能力とを比較する比較部と、その比較結果に基づいて掘削能率を評価する掘削能率評価部と、上記掘削機からの要求を受けて掘削能率の評価結果をその掘削機に送信する送受信部とを備えてなることを特徴とする地中連続壁施工の施工支援システム。 - 上記掘削機は、日毎の掘削作業が終了した後に造成端面及び地山端面からカッターポストを退避させたその退避距離、及びその退避位置におけるカッターポストの機械負荷を養生データとして計測する計測部と、適性な養生条件としての設定値を予め記憶している養生設定値記憶部と、上記計測部によって計測された養生データと上記養生設定値記憶部に記憶されている養生設定値とを比較することにより養生作業の適否を判断する判断部とを備えてなることを特徴とする請求項4記載の地中連続壁施工の施工支援システム。
- 上記掘削機は、日毎の掘削作業を開始する前に実施されるカッターポストの縁切作業について、カッターポストの引抜負荷及び掘削具の機械負荷を計測する計測部と、適性な縁切条件としての設定値を記憶している縁切設定値記憶部と、上記計測部によって計測された縁切データと上記縁切設定値記憶部に記憶されている縁切設定値とを比較することにより縁切作業の適否を判断する判断部とを備えてなることを特徴とする請求項4記載の地中連続壁施工の施工支援システム。
- 上記管理コンピュータが、各現場で試験された地盤性状等の情報を蓄積するデータベースを有し、上記掘削機からの要求を受けて必要な情報を送信するように構成されている請求項4から6のいずれか1項に記載の地中連続壁施工の施工支援システム。
- 上記データベースが、掘削作業が終了した後に実施される養生作業で計測されたデータ及び掘削作業を開始する時に実施される縁切作業で計測されたデータの少なくともいずれか一方を蓄積するように構成されている請求項7記載の地中連続壁施工の施工支援システム。
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