JP3755086B2 - ワイヤー式掘削精度制御装置を備えた地盤改良処理機の自動制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、地盤改良処理機でラップ型ソイル柱列を連続施工する場合に、自動計測装置とワイヤー式掘削精度制御装置を用い、初めに熟練したオペレータによる地盤改良施工を行うことにより、その施工結果を施工管理装置に於いて掘削制御パターンに作成し登録して、以後の自動制御運転に用いることで、ソイル柱列間のラップ長を一定の大きさに確保して高品質な地盤改良施工を効率的に行う、ワイヤー式掘削精度制御装置を備えた地盤改良処理機の自動制御方法の技術分野に属する。
【０００２】
【従来技術】
従来、地盤改良施工は、例えば図６に示したような地盤改良処理機を使用して行っている。即ち、リーダー１の頂部から下降される掘進駆動部２により、その直下に吊り下げた複数の駆動軸４を下向きに掘進させる。各駆動軸４の下端には軸受け部材９と、先端カッター７及び複数の攪拌翼８を上下に備えた掘削攪拌翼軸６を接続している。掘削攪拌翼軸６を下向きに掘進させる際、又は引き上げる際に地盤の掘削土中へ安定材を注入して攪拌混合し、通例直径が１ｍ程度のソイル柱列を形成する。ラップ型ソイル柱列の場合は、隣接するソイル柱同士を相互に２０ｃｍ程度のラップ長（ラップ幅とも云う）でラップさせて一体的に連続した地盤改良施工が行われる。
【０００３】
地盤改良処理機による各種の地盤改良施工の問題点は、隣接するソイル柱列相互間のラップ長が不足したり、又はラップしないと、ソイル柱列相互間の一体性（連続性）が損なわれ、地盤改良施工の構造上の強度、剛性が低下するほか、止水性を満足しない等々の不良工事となることである。
【０００４】
そこで、地盤改良処理機によるソイル柱列間のラップ長を一定の大きさに確保するための掘削精度制御方法及び装置が種々研究されてきた。例えば、
（１）特許第２７３６４７１号（特開平４−４４５９２号）に開示された発明「多軸ソイル柱列掘削機の掘削精度方法及びその装置」は、掘削軸の上部と下部を複数本のワイヤーで連結し、オペレータが各ワイヤーの移動量を油圧制御装置（シリンダ）を操作することによりワイヤーに張力を加え、掘削攪拌翼軸の先端位置を修正・制御しながら地盤改良施行を行う構成である。
（２）特願２０００−３６８４７８号の明細書及び図面に記載した発明「掘削精度制御方法」は、ワイヤー式制御方法であるが、上記（１）の特許第２７３６４７１号公報に開示された発明が掘削撹拌翼軸の前後方向（図１Ｂの前後方向）への方向制御しかできなかったのを、更に横方向へも制御可能に構成して精度を高めたものである。
（３）特願２００２−５２１８９に開示された「地盤改良処理機のワイヤー式掘削精度制御装置」は、ワイヤー式掘削精度制御装置の特徴を生かして、自動計測装置による掘削撹拌軸先端の位置検出技術を組み合わせ、掘削攪拌翼軸の先端位置をリアルタイムに検出し、施工中に掘削撹拌翼軸の先端が計画位置より外れる傾向が観測された場合には、オペレータが速やかに先端位置の方向修正・制御を的確に応答性の良い制御で実行し、必要な又は適正なラップ長を確保する構成である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記の従来技術（１）〜（３）は全て、オペレータによるマニュアル操作が基本であり、地盤改良処理機の掘削攪拌翼軸の方向制御に熟練したオペレータが必要である。オペレータは常に自動計測装置による計測データの結果を監視しながら、それ以外の作業、例えば地盤改良処理機やプラントの運転管理、改良杭の品質管理等を同時に行う必要があり、多忙で作業が複雑となると共に、人為的ミスによる施工不良が生じてやり直す、所謂手戻り作業が生ずる可能性があった。
【０００６】
本発明は、地盤改良施工は、隣接する場所で且つ同じ方法の繰り返しであるため、地盤改良施工位置の土質条件、装置、施工条件はほぼ一定の傾向を示すことに着目した。つまり、自動制御プログラムを初歩から設計、作成するのではなくて、初めに自動計測装置のデータを基にして熟練したオペレータによる油圧ジャッキ遠隔制御装置のマニュアル操作による地盤改良施工を行い、前記マニュアル操作のデータから掘削制御パターンを作成・登録し、次回からの地盤改良施工は順次隣接した場所について、前記掘削制御パターンに基づいた自動制御運転で行うことにより、地盤改良施工を簡単化して人為的ミスを防止すると共に、ソイル柱列相互間のラップを常に一定量に確保した、高品質な地盤改良施工を実現できるので、本発明は前記の内容による、ワイヤー式掘削精度制御装置を備えた地盤改良処理機の自動制御方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の次の目的は、掘削制御パターンに基づく自動制御運転に修正を必要とする場合には、自動制御運転からオペレータによるマニュアル操作に切り換えて、前記マニュアル操作に基づいた掘削制御パターンへ更新することにより、常に地盤の掘削土質とその性状に順応した地盤改良施工を可能にする、ワイヤー式掘削精度制御装置を備えた地盤改良処理機の自動制御方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るワイヤー式掘削精度制御装置を備えた地盤改良処理機の自動制御方法は、
地盤改良処理機の掘削攪拌翼軸６の先端位置を検出する３次元ジャイロセンサを主とする自動計測装置１１と、前記自動計測装置１１から送られる計測データから掘削制御パターンを作成・登録し、前記掘削制御パターンを実行させる制御信号を出力する施工管理装置１２と、前記制御信号を受取りワイヤー式掘削精度制御装置を通じて掘削攪拌翼軸６の位置修正又は制御を行うワイヤー式掘削制御部１３、及びマニュアル操作を行う油圧ジャッキ遠隔制御装置１４とを有する、ワイヤー式掘削精度制御装置を備えた改良地盤処理機の自動制御方法であって、
地盤改良施工の初めに、油圧ジャッキ遠隔制御装置１４によるマニュアル操作を選択し、施工管理装置１２の出力表示画面に出力された自動計測装置１１からの計測データに基づいて熟練したオペレータが油圧ジャッキ遠隔制御装置１４を通じてマニュアル操作を実施して、前記マニュアル操作の結果を前記自動計測装置１１による計測データとして前記施工管理装置１２へ送信し、同施工管理装置１２に於いて各計測データを基に掘削制御パターンを作成し登録するステップと、
前記初めの地盤改良施工の柱列体に隣接する地盤改良施工及び以降の地盤改良施工は前記施工管理装置１２による自動制御運転に切り換えて、同施工管理装置１２が作成し登録した前記掘削制御パターンの制御信号を出力させ、ワイヤー式掘削制御部１３へ送信して自動制御運転を実行させ、この自動制御運転中に自動計測装置１１から送られてくる計測データを施工管理装置１２に於いて前回の掘削制御パターンと比較演算し、その結果作成した制御信号をワイヤー式掘削制御部１３へ送信して自動制御運転に供せしめ、且つその掘削制御パターンを更新登録するステップと、
から成ることを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載したワイヤー式掘削精度制御装置を備えた地盤改良処理機の自動制御方法において、
施工管理装置１２が送信する掘削制御パターンに基づく自動制御運転に修正を必要とする場合に、油圧ジャッキ遠隔制御装置１４のマニュアル操作を選択し、オペレータによるマニュアル操作の結果を前記自動計測装置１１による計測データとして前記施工管理装置１２へ送信し、同施工管理装置１２に於いて各計測データに基づく掘削制御パターンを作成し、更新登録するステップを含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載したワイヤー式掘削精度制御装置を備えた地盤改良処理機の自動制御方法において、
自動計測装置１１によって転石や木杭等の障害物の存在が観測された場合に、その状況を施工管理装置１２の出力表示手段によって警告させ、施工の続行が不可能な場合には自動制御運転を自動停止させるステップを含むことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施形態及び実施例】
以下、図面を参照して、請求項１〜３に記載した発明に係るワイヤー式掘削精度制御装置を備えた地盤改良処理機の自動制御方法の実施形態を説明する。
【００１２】
図１Ａに示す本発明の地盤改良処理機は、駆動軸４を回転駆動しつつリーダー１のレール３に沿って鉛直下向きに推進させる掘進駆動部２の下へ吊り下げた油圧ジャッキ５と、駆動軸４の下端へ接続した掘削攪拌翼軸６の直下部位に設けられた軸受け部材９との間に、各駆動軸４を中心として複数本のワイヤー１０（又はＰＣ鋼棒、ＰＣ鋼線等であっても良い。以下、これらをワイヤーと総称する。）を連結してなり、前記油圧ジャッキ５によって各ワイヤー１０を個別に引張り、掘削攪拌翼軸６の先端位置を修正・制御するワイヤー式掘削精度制御装置を構成している。
【００１３】
図１Ｂに示すように、２本の駆動軸４、４と複数のワイヤー１０…との位置関係は、合計６本のワイヤー１０…が２本の駆動軸４の周囲を取り囲む対称的配置とされている。
【００１４】
上記地盤改良処理機のワイヤー式掘削精度制御装置の自動制御方法を実行するためのシステム構成を、図２に示した。地盤改良処理機の掘削攪拌翼軸６の先端位置を検出する３次元ジャイロセンサを主とする自動計測装置１１と、前記自動計測装置１１から送られるデータに基づいて掘削制御パターンを作成・登録し、前記掘削制御パターンを登録するデータベースを有し、当該掘削制御パターンを実行させる制御信号を出力する施工管理装置１２（これは通例のパーソナルコンピュータである。）と、前記制御信号を受取りワイヤー式掘削精度制御装置の油圧ジャッキ５を通じて掘削攪拌翼軸６の位置修正又は制御を行うワイヤー式掘削制御部１３、ワイヤー式掘削精度制御装置をオペレータによりマニュアル操作する油圧ジャッキ遠隔制御装置１４とで構成されている。
【００１５】
前記自動計測装置１１は、地盤改良処理機の掘削攪拌翼軸６の先端位置を検出するＸ、Ｙ２次元方向の傾斜計とジャイロセンサとを組み合わせてなる３次元ジャイロセンサ、速度・深度計、などの計測装置から構成されており、図３に示すように、２本の駆動軸４、４、及び２本の掘削攪拌翼軸６の先端位置のリアルタイムな計測手段として、前記軸受け部材９の近傍位置であって２本の駆動軸４、４の中央に位置させたセンサーケース２０の中に格納されている。勿論、自動計測装置は前記構成の限りではない。
【００１６】
この自動計測装置１１によって、地盤改良処理機による地盤改良施工における、掘削攪拌翼軸６の先端位置や傾き等の検出がリアルタイムに正確に行われる。自動計測装置１１による計測データは、センサケース２０へ接続した信号線保護管２１内の信号線を通じて施工管理装置１２（図２）へ送られる。
【００１７】
次に、ワイヤー式掘削精度制御装置を備えた地盤改良処理機の自動制御方法の全体的な流れを、図４に示したフローチャートにより説明する。
【００１８】
先ず、ステップＡにおいて、第１回目の地盤改良施工は、熟練したオペレータがワイヤー式掘削制御装置１３に接続された油圧ジャッキ遠隔制御装置１４のマニュアル操作（自動およびマニュアル操作切替えスイッチを搭載している）を選択し、前記施工管理装置１２の出力表示画面に出力される自動計測装置１１からの計測データを確認しつつマニュアル操作を実施して遂行される。
【００１９】
オペレータは、ワイヤー式掘削精度制御装置の各油圧ジャッキ５を、油圧ジャッキ遠隔制御装置１４のマニュアル操作、つまりスイッチ及びボリューム等の入力手段を仲介とする手動操作により適正に制御し、その制御信号をワイヤー式掘削制御装置１３へ送信すると、ワイヤー式掘削制御装置１３は前記制御信号に従って掘削攪拌翼軸６の位置や傾き、方向・制御の修正を行なわせて地盤改良施工のマニュアル操作を実行する。その結果は、前記３次元ジャイロセンサを主とする自動計測装置１１が、図２に示すように前記オペレータによるマニュアル操作の計測データを逐一前記施工管理装置１２へ送信する。よって、オペレータは、前記計測データを確認して一層精密な制御を行うことができる。
【００２０】
ステップＢにおいて、施工管理装置１２は、前記自動計測装置１１から送信された各計測データを基に比較演算して、掘削制御パターンを作成する。作成された掘削制御パターンは、前記施工管理装置１２のデータベースへ次々と登録される。
【００２１】
ステップＣにおいて、施工管理装置１２は、前記のように登録された掘削制御パターンに基づく制御信号を出力し、ワイヤー式掘削制御部１３へ送信して地盤改良施工のラップ長を保持する自動制御運転を行う。
【００２２】
前記制御信号には、制御する油圧ジャッキ５…の特定とその制御量を決定する信号を有している。
【００２３】
前記ワイヤー式掘削制御部１３は、掘削制御パターンに従った前記制御信号を受信し、図２の高圧制御回路１５と低圧制御回路１６の切り換えにより、掘削攪拌翼軸６の変位を打ち消す方向に油圧ジャッキ５を駆動制御しワイヤー１０を引っ張り、掘削攪拌翼軸６の先端位置を強制的に変位させてアクティブに且つリアルタイムに修正・制御する。したがって、ソイル柱列相互間のラップ量を常に一定量に確保できる。
【００２４】
図２には１基の油圧ジャッキ５のみを示しているが、勿論、６基の油圧ジャッキ５…について同様の制御方法が実施される。
要するに、図１Ｂに示すように、符号ａ、ｂ又はｅ、ｄのワイヤー１０について各々の油圧ジャッキ５を高圧制御回路１３に切換えて引っ張ると、掘削攪拌翼軸６の先端を前後方向へ位置修正できる。符号ｆ又はｃのワイヤー１０を引っ張ると、左右方向への位置修正ができる。このとき、他のワイヤー１０の油圧ジャッキ５はそれぞれ低圧制御回路１６による保持状態として、位置修正に適応させる。なお、符号ｂとｃ又はｅとｆで斜め両方向に制御できる。勿論ｃとｄ又はａとｆも同様である。
【００２５】
次に、ステップＤにおいて、前記施工管理装置１２は、地盤改良施工の自動制御運転中に自動計測装置１１から送られてきた計測データと、前回の掘削制御パターンとを比較演算して、その結果としての制御信号を、ワイヤー式掘削制御部１３へ出力する。と同時に、施工管理装置１２の出力表示手段（モニタ）へ前記比較演算結果を表示させる。
【００２６】
上記比較演算中において、掘削土質とその性状の変化等により自動制御運転からオペレータによるマニュアル操作に変更する必要があると判断する場合、例えば自動計測装置１１から掘削制御パターンの変化量を超えるデータが送信された場合の対処を、以下、図５に示すフローチャートにより具体的に説明する。
【００２７】
先ず、Ｄ１０１では、施工管理装置１２が、自動計測装置１１から掘削制御パターンの変化量を超える計測データが送信されると、その状況を施工管理装置１２の出力表示手段によって警告し、掘削制御パターンに基づく自動制御運転からオペレータによるマニュアル操作に切り換えるようにオペレータに促す。前記警告に従いオペレータによるマニュアル操作に切り換えると、直ちに前記マニュアル操作を受け入れて地盤改良施工をそのまま続行する。つまり、施工管理装置１２は、前記ワイヤー式掘削制御部１３へ送信している制御信号を停止し、オペレータによるマニュアル操作の地盤改良施工を可能にする。前記オペレータによるマニュアル操作の方法は上述したステップＡと同様である。
【００２８】
Ｄ１０２において、施工管理装置１２は、前記マニュアル操作による地盤改良施工が続行される間、自動計測装置１１から送信されるオペレータによるマニュアル操作の計測データに基づいて、前記掘削制御パターンを、前記マニュアル操作に基く掘削制御パターンへ随時更新して学習する。
【００２９】
上記のようにして、本発明の自動制御方法は、順次隣接した位置で実施される地盤改良施工の実体は、掘削土質とその性状が近似していて単純な繰り返し制御に近い内容であることを利用し、前記掘削土質の変化に順応するように掘削制御パターンを随時更新することにより、自動制御運転を連続的に続行することができる。
【００３０】
勿論このように更新された掘削制御パターンも、施工管理装置１２のデータベースへ登録される（請求項２に記載した発明）。
【００３１】
なお、施工管理装置１２が、自動計測装置１１から送信される計測データから掘削撹拌翼軸６の先端位置が大きく変化して転石や木杭等の障害物等の存在を観測し施工の続行が不可能と判断される場合には、その状況を直ちに前記掘削深度制御装置１２の出力表示手段（モニタ等）によって警告し、必要に応じて自動制御運転を自動停止させる（請求項３に記載した発明）。
【００３２】
【発明の奏する効果】
請求項１〜３に記載した発明に係るワイヤー式掘削制度制御装置の自動制御方法によれば、自動制御プログラムを初歩から設計、製作するのではなく、初めに自動計測装置の計測データを基にして熟練したオペレータによる油圧ジャッキ遠隔制御装置のマニュアル操作による地盤改良施工を行い、前記マニュアル操作のデータから掘削制御パターンを作成・登録し、次回からの地盤改良施工は順次隣接した場所について、前記掘削制御パターンに基づいた自動制御運転で行なう。そして、掘削制御パターンに基づく自動制御運転に修正を必要とする場合には、オペレータによるマニュアル操作に切り換えて、前記マニュアル操作に基づいた掘削制御パターンへ更新することにより、制御の内容を現地の条件に適応させ、常に土質条件に順応した自動制御運転を実施できる。
【００３３】
したがって、本発明によれば、地盤改良施工を簡略化し人為的ミスを防止すると共に、ソイル柱列杭間のラップを一定量に確保して、高品質な地盤改良施工の実施が可能なのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）は本発明に係る地盤改良処理機の立面図である。（Ｂ）はワイヤーの配置を示す断面図である。
【図２】本発明に係る自動制御方法を実施する構成図である。
【図３】自動計測装置の取り付け位置を示す立面図である。
【図４】本発明に係る自動制御方法の全体的な流れを示すフローチャートである。
【図５】ステップＤの具体的な流れを示すフローチャートである。
【図６】従来の地盤改良処理機を示す立面図である。
【符号の説明】
６ 掘削攪拌翼軸
１１ 自動計測装置
１２ 施工管理装置
１３ ワイヤー式掘削制御部
１４ 油圧ジャッキ遠隔制御装置

Claims (3)

1. 地盤改良処理機の掘削攪拌翼軸の先端位置や傾き等を検出する３次元ジャイロセンサを主とする自動計測装置と、前記自動計測装置から送られる計測データから掘削制御パターンを作成・登録し、前記掘削制御パターンを実行させる制御信号を出力する施工管理装置と、前記制御信号を受取りワイヤー式掘削精度制御装置を通じて掘削攪拌翼軸の位置修正又は制御を行うワイヤー式掘削制御部、及びマニュアル操作を行う油圧ジャッキ遠隔制御装置とを有する、ワイヤー式掘削精度制御装置を備えた改良地盤処理機の自動制御方法であって、
   地盤改良施工の初めに、油圧ジャッキ遠隔制御装置によるマニュアル操作を選択し、施工管理装置の出力表示画面に出力された自動計測装置からの計測データに基づいて熟練したオペレータが油圧ジャッキ遠隔制御装置を通じてマニュアル操作を実施して、前記マニュアル操作の結果を前記自動計測装置による計測データとして前記施工管理装置へ送信し、同施工管理装置に於いて各計測データを基に掘削制御パターンを作成し登録するステップと、
   前記初めの地盤改良施工の柱列体に隣接する地盤改良施工及び以降の地盤改良施工は前記施工管理装置による自動制御運転に切り換え、同施工管理装置が作成し登録した前記掘削制御パターンの制御信号を出力させ、ワイヤー式掘削制御部へ送信して自動制御運転を実行させ、この自動制御運転中に自動計測装置から送られてくる計測データを施工管理装置に於いて前回の掘削制御パターンと比較演算し、その結果作成した制御信号をワイヤー式掘削制御部へ送信して自動制御運転に供せしめ、且つその掘削制御パターンを更新登録するステップと、
   から成ることを特徴とする、ワイヤー式掘削精度制御装置を備えた地盤改良処理機の自動制御方法。
2. 施工管理装置が送信する掘削制御パターンに基づく自動制御運転に修正を必要とする場合に、油圧ジャッキ遠隔制御装置のマニュアル操作を選択し、オペレータによるマニュアル操作の結果を前記自動計測装置による計測データとして前記施工管理装置へ送信し、同施工管理装置に於いて各計測データに基づく掘削制御パターンを作成し、更新登録するステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載したワイヤー式掘削精度制御装置を備えた地盤改良処理機の自動制御方法。
3. 自動計測装置によって転石や木杭等の障害物の存在が観測された場合に、その状況を施工管理装置の出力表示手段によって警告させ、施工の続行が不可能な場合には自動制御運転を自動停止させるステップを含むことを特徴とする、請求項１に記載したワイヤー式掘削精度制御装置を備えた地盤改良処理機の自動制御方法。

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