JP3811756B2 - 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 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

（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。

（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。

ところで、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。

そこで、例えば、下記特許文献１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。

上記地中連続壁施工においては、施工深度の深い場合が多く、その日の掘削施工が終了してもカッターポストは通常、掘削溝内に放置される。この状態で地盤固化液がカッターポストに回り込むとカッターポストが造成端面から抜けなくなる。また、カッターポストが造成端面によって固化していなくとも掘削対象となる地山端面に対して十分に縁が切れた状態にしておかないと、運転開始時にカッターポストが撓んで破損する等のトラブルが発生する。このようなトラブルを解消するために掘削施工終了時に行われるのが養生作業であり、その目的は、地山からカッターポストを引き離すこと、カッターポストの曲がりを事前に除去しておくこと、地盤固化液注入位置、すなわち造成端面から十分に離れた位置でカッターポストを放置することにある。
特開２０００−１９２５００号公報

掘削作業を行うにあたっては、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。このことは、掘削機の運転時に限らず、上述した養生作業についても同様であり、現状の養生作業はオペレータの経験に基づいて行われており、効率良く掘削を行うための運転指針が明確にされていない。

本発明は以上のような従来の地中連続壁施工における課題を考慮してなされたものであり、日毎の掘削作業終了後の養生作業が適切に行われているかどうかを判断できるようにすることにより、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それに用いる掘削機並びに施工支援システムを提供するものである。

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、日毎の掘削作業が終了した後に実施される養生作業について、造成端面及び地山端面からカッターポストを退避させたその退避距離、その退避位置におけるカッターポストの機械負荷を計測し、計測データとしての上記退避距離及び機械負荷を、予め設定された設定値とそれぞれ比較することにより養生作業の適否を判断することを要旨とする。

上記退避距離及び機械負荷に加えてカッターポストの面内傾斜角度をも計測し、計測データとしての上記退避距離、機械負荷及び面内傾斜角度を、予め設定された設定値とそれぞれ比較することにより養生作業の適否を判断するのが好ましい。

上記養生作業で実施される工程毎に養生作業の適否を判断することが好ましい。

また、上記計測した計測データを時系列的に記憶し、養生作業の推移をグラフで出力するようにしてもよい。

また、本発明に係る掘削機は、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掘削機であって、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要旨とする。

上記計測部は、上記退避距離及び機械負荷に加えてカッターポストの面内傾斜角度をも養生データとして計測するのが好ましい。

また、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システムであって、上記掘削機と、上記掘削機とネットワークを介して接続される管理コンピュータとを備え、上記管理コンピュータは、データベースを有し、このデータベースは、各現場で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を蓄積するとともに、上記掘削機からの要求を受けてデータベースに蓄積されているデータを送信するように構成されていることを要旨とする。上記データとしては、例えば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等が該当する。

以上説明したように、本発明に係る施工支援方法に従えば、掘削作業の終了時に実施される養生作業が適切に行われているかどうかを評価することができる。

そして、上記養生作業について実施される複数の工程について、各工程毎に作業の適否を判断するようにすれば、養生作業を確実に実行することができる。

また、養生作業の推移をグラフ化して出力すれば、養生作業や掘削作業の効果を把握することができる。

本発明に係る掘削機では、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、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昇降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、判断部に与えられる。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。したがって、現場で実施される養生作業について掘削機側で作業の適否を判断することができ、養生作業を効率良く実施することができる。

本発明に係る地中連続壁施工支援システムでは、各現場で実施された養生作業で得られた養生データがデータベースに蓄積されているので、各現場に対してそれらのデータを提供することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ｆ_PL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Ｒ_PUを発生するようになっている。

なお、上記推力Ｆ_PL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Ｆ_PLは５５ｔである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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（登録商標）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

次に、上記掘削能率の評価処理について説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

横行下シリンダ１６によって発生する推力Ｆ_PLは、掘削押付け抵抗Ｒ_pcと、横行摩擦抵抗Ｒ_pf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Ｒ_pfU，Ｒ_pfL及び横行上シリンダ１５のシリンダ保持力Ｒ_pUとの合計と等しい。

推力Ｆ_PL＝Ｒ_pc＋Ｒ_pf＋Ｒ_pfU＋Ｒ_pfL＋Ｒ_pU ……式(2)
上記Ｒ_pfU＋Ｒ_pfLは無視できるため、
推力Ｆ_PL＝Ｒ_pc＋Ｒ_pf＋Ｒ_pU ……式(3)
と考えることができる。

なお、Ｒ_pU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。

掘削押付け抵抗Ｒ_pc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Ｒ_pf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。

次に、必要掘削能力演算部２６ｆは、横行下シリンダの推力Ｆ_PL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。

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_pUの作用点に取る。

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Ｆ_PLによって発生しＦ_PL×Ｌ_Aで示される。一方、時計回り方向のモーメントＭ₂は、Ｒ_pc×Ｌｘ＋Ｒ_pf×Ｌｘで示される。

ここにモーメント長さをＬｘとしているのはＲ_pc，Ｒ_pf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Ｆ_PL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。

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ｆ_rpcHi、横行摩擦抵抗力ｆ_rpfHiを求めておく。

なお、上記ｆ_rpcHi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ｆ_rpcHi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ｆ_rpfHi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。

次に、横行上シリンダ１５位置を支点としたモーメントｍ_rpcHi，ｍ_rpfHi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。

ｍ_rpcHi＝（Ｈi＋（Ｌ_A＋Ｌ_B）／1000）ｆ_rpcH ……式(4)
ｍ_rpfHi＝（Ｈi＋（Ｌ_A＋Ｌ_B）／1000）ｆ_rpfHi ……式(5)
次に、各パターンでのモーメントｍ_rpcHi，ｍ_rpfHiを深度方向に累積計算し、モーメントの総和Ｓ_mrpcH，Ｓ_mrpfHを求める。

モーメントの釣り合い式は下記のように示される。

Ｆ_PL×Ｌ_A＝Ｓ_mrpcH（掘削抵抗力の全モーメント）＋Ｓ_mrpfH（横行摩擦力の全モーメント） ……式(8)
上記式(8)を展開すると、
Ｆ_pLcH＝Ｓ_mrpcH／Ｌ_A ……式(9)
Ｆ_pLfH＝Ｓ_mrpfH／Ｌ_A ……式(10)
が得られ、横行下シリンダ１６の推力Ｆ_PLを求めることができる。

Ｆ_PL＝（Ｓ_mrpcH／Ｌ_A）＋（Ｓ_mrpfH／Ｌ_A） ……式(11)
比較部２６ｇは、このようにして求められた推力Ｆ_PL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。

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Ｆ_PL：26.5ｔを定格出力で除算する。従って26.5／55＝0.48となる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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に送信される。

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。

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。

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。

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。

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。 掘削機の掘削モデルを示す説明図である。 本発明の施工支援システムの全体構成図である。 掘削モード選択画面を示す説明図である。 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。 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。 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。 掘削機横行力に関する掘削モデルを示す説明図である。 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。 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。 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。 養生作業のモニタ画面を示す説明図である。 縁切作業のモニタ画面を示す説明図である。 縁切作業の推移を示すグラフである。 従来の掘削機の概略構成図である。 （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 (7)

1. 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、
   日毎の掘削作業が終了した後に実施される養生作業について、造成端面及び地山端面からカッターポストを退避させたその退避距離、その退避位置におけるカッターポストの機械負荷を計測し、計測データとしての上記退避距離及び機械負荷を、予め設定された設定値とそれぞれ比較することにより養生作業の適否を判断することを特徴とする地中連続壁施工の施工支援方法。
2. 上記退避距離及び機械負荷に加えてカッターポストの面内傾斜角度をも計測し、計測データとしての上記退避距離、機械負荷及び面内傾斜角度を、予め設定された設定値とそれぞれ比較することにより養生作業の適否を判断することを特徴とする請求項１に記載の地中連続壁施工の施工支援方法。
3. 上記養生作業で実施される工程毎に上記養生作業の適否を判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の地中連続壁施工の施工支援方法。
4. 上記計測データを時系列的に記憶し、養生作業の推移をグラフで出力することを特徴とする請求項１から３の何れか1項に記載の地中連続壁施工の施工支援方法。
5. 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掘削機であって、
   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、適正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掘削機。
6. 上記計測部は、上記退避距離及び機械負荷に加えてカッターポストの面内傾斜角度をも養生データとして計測することを特徴とする請求項５に記載の掘削機。
7. 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、
   請求項５又は６に記載の掘削機と、
   上記掘削機とネットワークを介して接続される管理コンピュータとを備え、
   上記管理コンピュータは、データベースを有し、
   上記データベースは、各現場で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を蓄積するとともに、上記掘削機からの要求を受けてデータベースに蓄積されているデータを送信するように構成されてい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。

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