JP3931769B2 - 地中連続溝の掘削方法および地中連続溝掘削機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤内の支持層上に連続壁を形成するための地中連続溝の掘削方法および地中連続溝掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中連続壁を造成する工法の一つとしてＴＲＤ(Trench-cutting Re-mixing Deep Wall Method)工法が知られている。
【０００３】
このＴＲＤ工法は、カッターチェーンを周回可能に装着したカッターポストを地盤に建て込み、駆動するカッターを地盤に押し付けながら横方向に移動するとともに、カッターポストに内蔵されたノズルから固化液を掘削溝内に吐出することによって掘削土と固化液を混合、撹拌させ、連続するソイルセメント壁を地中に造成するものである。
【０００４】
この地中連続壁工法において地中深くに止水壁または山留壁を造成する場合、不透水層または支持地盤への着底管理が極めて重要になってくる。
【０００５】
ところが、ボーリングデータは一般に施工現場の特定の場所でしか得られないため、深度方向の地層変化が大きいような場合、不透水層または支持地盤へ着底した状態で溝掘削が行われているかどうかは推測に頼らざるを得ない。したがって、現状では不透水層または支持地盤のレベルが変化しても確実に着床状態が得られるように掘削深さをより深くして溝掘削を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように常に余分な深さまで溝掘削を行うと、施工コストが高くなるだけでなく工期が長くなり、指定された納期に間に合わなくなる虞れがある。
【０００７】
なお、支持地盤を検出する方法として、例えば特開平11−280055号公報が知られている。この地盤改良方法は、先端に撹拌翼を取り付けた撹拌軸をリーダに沿わせて鉛直にするとともに、地中の所定深度まで撹拌貫入した後に、撹拌翼による撹拌と撹拌軸の先端から改良材を吐出しながら撹拌軸を引き上げ、地盤中に改良柱体を形成するいわゆる深層混合処理工法であるが、この工法においても予めボーリング調査して得られた支持地盤の掘削基準エネルギーと支持地盤近傍で求めた掘削エネルギーとを比較し、一致したときに支持地盤に到達したと判断するため、地層の変化が著しい場合には、推定結果が掘削地盤を代表しない場合がある。
【０００８】
本発明は以上のような従来の地中連続溝掘削における課題を考慮してなされたものであり、地盤の変化をより正確に推定しながら効率良く掘削を行うことができる地中連続溝の掘削方法および地中連続溝掘削機を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の地中連続溝の掘削方法は、掘削具を備えたカッターポストを地中に挿入する鉛直方向の掘削と、この鉛直方向の掘削の後、カッターポストを支持するベースマシンを水平方向に移動させて行う水平方向の掘削とによって掘削溝を連続して形成する地中連続溝掘削方法において、上記鉛直方向の掘削では、カッターポストを所定の深度まで貫入しながら貫入抵抗を求め、その貫入抵抗に基づいて深度方向の地盤強度を推定し、この推定された地盤強度に釣り合う推力で掘削を行うことを要旨とする。
【００１０】
上記掘削方法に従えば、カッターポストを貫入する際に貫入抵抗を求め、深度方向の地盤強度を推定し、その推定値を参照しながら掘削を行うため、地盤の性状を把握した適性な掘削が行えるようになる。
【００１１】
上記掘削方法において、貫入抵抗に基づいて単位深度当たりに要する掘削エネルギーを求めれば、連続溝掘削機の能力に見合った掘削を行うことができる。
【００１２】
また、掘削エネルギーから地盤の強度を表すＮ値を推定すれば、掘削断面のすべてにおいてＮ値を得ることができるため、ボーリング調査によって得られた一部のＮ値に従って掘削を行う従来工法に比べ、地盤をより正確に評価することができる。
【００１３】
なお、Ｎ値とは標準貫入試験によって得られた値であり、このＮ値の深度方向の分布を見れば、掘削深度の範囲で地盤強度の高い箇所、低い箇所を把握することができる。
【００１４】
また、換算Ｎ値に基づいて水平方向の地盤反力における平均の深度を算出し、この平均深度から水平方向の平均地盤反力を算出し、鉛直下方向の掘削投影面積と水平方向掘削時の掘削投影面積を算出し、上記掘削投影面積に作用する面圧と掘削速度との関係式から水平方向掘削時の掘削速度を算出すれば、鉛直方向の掘削速度の結果から水平方向の掘削速度を推定することができるため、施工計画の策定が容易に行えるようになる。
【００１５】
また、上記水平方向の掘削については、カッターポストによる水平方向掘削時の地盤反力を算出し、この地盤反力から単位水平距離における掘削エネルギーを算出することにより掘削負荷を計測しつつ掘削を行えば、水平方向の掘削を行いながらその掘削に費やされるエネルギー量が求められるため、その掘削エネルギーの変化に基づいて水平方向の掘削状態を容易に把握することができるようになる。
【００１６】
また、水平方向の掘削によって経時的に算出される単位水平距離における掘削エネルギーの時間に対する変化量が所定範囲内に収まるように掘削を制御すれば、地盤の状況が変化しても、一定の品質の連続溝を掘削することが可能になる。
【００１７】
また、カッターポストを支持層に挿入した状態で水平方向に移動させて溝掘削を行い、単位水平距離における掘削エネルギーの時間に対する変化量が所定範囲内に収まるようにカッターポストを深度方向に制御すれば、透水層や地盤などの支持層のレベルが上下に変化していてもその支持層に追従して一定の深さの連続溝を掘削することができるようになる。
【００１８】
また、単位水平距離における掘削エネルギーの変化量が所定範囲を逸脱したときに上記カッターポストの傾斜角度の変更または前記カッタチェーンの走行方向の変更のための調整掘削を行えば、過負荷を招くことなく掘削を行うことができるようになる。
【００１９】
また、本発明の地中連続溝掘削機は、掘削具を備えたカッターポストを地中に挿入する鉛直方向の掘削と、カッターポストを支持するベースマシンを水平方向に移動させて行う水平方向の掘削とによって掘削溝を連続して形成する地中連続溝掘削機において、上記鉛直方向の掘削についてカッターポストを所定の深度まで貫入しながら貫入抵抗を求める貫入抵抗算出手段と、その貫入抵抗に基づいて単位深度当たりの掘削エネルギーを算出する掘削エネルギー算出手段と、この掘削エネルギーから深度方向の地盤強度を推定する地盤強度推定手段と、この推定された地盤強度に釣り合う推力で掘削を行う掘削制御手段とを備えたことを要旨とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の地中連続溝の掘削方法に使用される連続溝掘削機の構成を示したものである。
【００２２】
両図において、連続溝掘削機１は、ベースマシンとして、地上を走行するためのクローラ２ａを装着した下部走行体２上に上部旋回体３を搭載しており、その下部走行体２に門型フレーム４が取り付けられている。
【００２３】
この門型フレーム４には、図示しない一対の横行上シリンダおよび横行下シリンダが上下に平行して配置されており、リーダ５に垂下されたカッターポスト６に対して横行掘削推力を与えるようになっている。このカッターポスト６をガイドとしてカッターチェーン（掘削具）７が回転するようになっている。
【００２４】
上記カッターポスト６は、連結された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回転駆動装置８によって駆動輪９が回転する。この駆動輪９とカッターポスト６の下端部に設けられた遊動輪１０との間に上記カッターチェーン７のエンドレスチェーン１１が掛け渡されており、このチェーン１１の外周側にビットプレートを介して多数の掘削ビット１２が配列されている。なお、回転駆動装置８はリーダ５に配置された昇降シリンダによって昇降させることができるようになっている。
【００２５】
上記カッターチェーン７を駆動させつつ地中でカッターポスト６を横方向（Ｘ方向）に移動させることにより、その進行方向に溝Ｔを掘削する。
【００２６】
その際、カッターポスト６の下端に設けられた吐出口より掘削液を吐出して溝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、ソイルセメント壁を形成する。
【００２７】
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６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。
【００２８】
図２は、溝掘削の制御を行う構成図を示したものである。
【００２９】
同図において、カッターポスト６の上部には横行上シリンダ１３と横行下シリンダ１４が平行に配置されており、横行下シリンダ１４の推力によってカッターポスト６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１３は横行下シリンダ１４の押圧力と逆向きのシリンダ保持力を発生する。
【００３０】
また、横行上シリンダ１３には作動圧を検知するための圧力センサ１３ａと、シリンダストロークを検知するためのストロークセンサ１３ｂがそれぞれ備えられている。横行下シリンダ１４も同様に圧力センサ１４ａとストロークセンサ１４ｂが備えられている。
【００３１】
カッターポスト６を昇降させる昇降シリンダ１５，１６の一方のシリンダ１６にも、圧力センサ１６ａとストロークセンサ１６ｂが備えられ、このストロークセンサ１６ｂは深度計として機能する。
【００３２】
上記各センサによって検知された圧力信号、ストローク信号はインターフェイス１７を介して制御装置１８に与えられる。
【００３３】
なお、位置測定装置１９は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）や自動追尾測距儀などから構成され、掘削位置を測定して制御装置１８に与える。
【００３４】
上記各センサ以外に制御装置１８の入力側にはキーボード等から構成される入力装置２０が接続され、各種指令や掘削条件等を入力することができるようになっている。
【００３５】
制御装置１８の出力側には例えば液晶表示装置等から構成されるモニタ２１が接続され、掘削条件の設定や掘削内容を画面上に表示してガイダンス表示するとともに、横行掘削時には掘削状態をグラフィック表示するようになっている。
【００３６】
また、制御装置１８は掘削制御装置２２に対して掘削指令を出力し、掘削制御装置２２は例えば地盤強度に釣り合う推力を発生させるべく横行シリンダ１３，１４を制御したり、掘削深度を調整すべく昇降シリンダ１５，１６を制御する。この制御装置１８は、貫入抵抗算出手段、掘削エネルギー算出手段、地盤強度推定手段、掘削制御手段として機能し、以下に説明する各手順を実行する。
【００３７】
次に、上記連続溝掘削機１の動作および制御装置１８の制御について説明する。
【００３８】
制御装置１８による制御は、Ａ Ｎ値を得る処理と、Ｂ 水平方向掘削時の推定横行速度を導出する処理と、Ｃ 水平方向掘削時の負荷変化を計測する処理をこの順に行うものである。
Ａ 鉛直下方向の掘削を行うことにより実掘削対象地盤のＮ値を推定する。
手順１．貫入抵抗Ｆｚの算出
自力貫入作業を実施した際に、制御装置１８は、昇降シリンダ１６に取り付けられている圧力センサ１６ａからその昇降シリンダ１６に作用している荷重Ｆｕｄを得る。
【００３９】
一方、作業者は泥水をサンプリングすることによりカッターポスト周りの液比重ρを計測し、計測結果を入力装置２０から入力する。
【００４０】
制御装置１８は、地中部のカッターポスト体積Ｖを計算する。ｃを単位深度ポスト体積、Ｈを掘削深度とするとき、カッターポスト体積Ｖ＝ｃＨの関係式によって求められる。
【００４１】
昇降シリンダ１６に取り付けられている回転駆動装置８、カッターポスト６などの全質量Ｗを計算する。
【００４２】
貫入抵抗Ｆｚを次式、Ｆｚ［kN］＝Ｗ−Ｆｕｄ−ρＶ−Ｆｆｚから算出する。
【００４３】
Ｆｕｄは昇降シリンダ荷重であり持ち上げ側を正、貫入側を負とする。また、Ｆｆｚは鉛直下方向の摩擦抵抗であり、着底していない宙に浮いた状態で昇降シリンダ１５，１６を作動させることによって求められる。この着底していない状態での昇降シリンダ荷重をＦｕｄｏとすると、上記摩擦抵抗ＦｆｚはＦｆｚ＝Ｗ−Ｆｕｄｏ−ρＶによって求められる。
【００４４】
なお、貫入抵抗Ｆｚ（＞０）は一定サンプリング毎にＦｚｉ［kN］（＞０）として計算する。
手順２．単位深度当たりに要する掘削エネルギーを算出する。
【００４５】
サンプリングタイム毎に求められた貫入抵抗Ｆｚｉについて、サンプリングタイムが１／ｎ［min］の場合、Ｆｚｉをｎで割り、ｎ回累積する。その結果を１分間の平均値Ｆｚｊ［kN／min］とする。
【００４６】
その平均値Ｆｚｊを、単位深度Ｌ［m］掘削するのに必要な時間Ｔ＝Ｌ／ｖ［min］分、累積演算し、ＦｚＬ［kNm］を得る。
【００４７】
Ｌ［m］が１［m］の場合に求められるＦｚｌを単位深度当たりに要する掘削エネルギーとする。
手順３．推定換算Ｎ値の算出
推定換算Ｎ値と単位深度当たりの掘削エネルギーＦｚｌとの関係式からＮ値を換算する。
【００４８】
換算Ｎ値＝ａＦｚ１ ただし、ａは比例定数であり実現場での実績とボーリングデータにより決定する。
【００４９】
なお、以降の説明において使用する記号を下記のように定義する。
【００５０】
Ｅｚ：縦方向を掘削するのに必要とする掘削エネルギー
Ｅｘ：横方向を掘削するのに必要とする掘削エネルギー
なお、掘削する体積が互いに同じであれば基本的にＥｚ＝Ｅｘと仮定する。
【００５１】
Ｆｚ：縦方向の平均荷重（実績値）
Ｓｚ：縦方向の断面積（計算値）
Ｒｘ：横方向の平均荷重（掘削深度から計算）
Ｓｘ：横方向の断面積（計算値）
Ｂ 鉛直下方向の掘削により水平方向掘削時の推定横行速度を導出する。
手順４．鉛直下方向の掘削時に得られる各値
掘削エネルギーＦｚ１を０ｍから掘削深度まですべて累積し、総掘削エネルギーＦｚＨとする。
【００５２】
すべての深度を掘削するのに要した時間Ｔと掘削深度Ｈから平均鉛直下方向掘削速度Ｖｚａｖ［m／min］を求める。
【００５３】
Ｖｚａｖ＝Ｈ／Ｔ
同様に、鉛直下方向の平均貫入抵抗Ｆｚａｖ＝［kN］も求める。
【００５４】
Ｆｚａｖ＝ＦｚＨ／Ｈ
手順５．水平方向の地盤反力における平均深度の導出
上記手順３で得られた各深度における推定換算Ｎ値から下記モーメントを計算し、地盤反力平均深度を求める。
【００５５】
Ｈａｖ＝Σ（Ｎ［ｉ］・ｈ［ｉ］）／ΣＮ［ｉ］
ただし、Ｈａｖ：地盤反力平均深度（横行時）
Ｎ［ｉ］：各深度でのＮ値
ｈ［ｉ］：各深度（０〜Ｈ［m］）
下記条件ではＨａｖは４．２１１［m］となる。
手順６．水平方向の平均地盤反力Ｆｘａｖを求める。
【００５６】
水平方向の横行シリンダ最大推力をＦｐＬmaxとする（機械仕様で決定される）
水平方向の横行上シリンダ１３と横行下シリンダ１４の取り付け間隔をＬＡ（機械仕様で決定される）とする（図２参照）。横行シリンダの地上高をＬＢ（機械仕様で決定される）とする。
【００５７】
下記のモーメント計算により水平方向の平均地盤反力Ｆｘａｖを求める。
【００５８】
ＦｐＬmax×ＬＡ＝Ｆｘａｖ×（Ｈａｖ＋ＬＢ）
Ｆｘａｖ［kN］＝ＦｐＬｍａｘ・ＬＡ／（Ｈａｖ＋ＬＢ）
手順７．鉛直下方向の掘削投影面積と水平方向掘削時の掘削投影面積を算出する。
【００５９】
鉛直下方向の掘削投影面積Ｓｚは、
Ｓｚ＝Ｂｃｐ（カッターポスト幅）×Ｂ（掘削幅）
水平方向の掘削投影面積Ｓｘは、
Ｓｘ＝Ｈ（掘削深度）×Ｂ（掘削幅）
によってそれぞれ求められる。
手順８．水平方向掘削時の推定速度を求める。
【００６０】
面圧が掘削速度に比例すると考えると、上記手順５、６、７より下記関係式が成立する。
【００６１】
Ｖｘａｖ：Ｖｚａｖ＝Ｆｘａｖ／Ｓｘ：Ｆｚａｖ／Ｓｚ＝Ｆｘａｖ×Ｂｃｐ：Ｆｚａｖ×Ｈ
上記式より
Ｖｘａｖ＝Ｖｚａｖ×Ｆｘａｖ×Ｂｃｐ／（Ｆｚａｖ×Ｈ）
Ｃ．水平方向掘削時の負荷変化を計算する。
手順９．水平方向掘削時の地盤反力の求め方
水平方向掘削時の横行下シリンダ推力ＦｐＬ（絶対値）を圧力センサ１４ａで計測する。
【００６２】
水平方向掘削時の横行上シリンダ推力ＦｐＵ（絶対値）を圧力センサ１３ａで計測する。
【００６３】
下記の式により地盤反力Ｒｘを求める。
【００６４】
Ｒｘ＝ＦｐＬ−ＦｐＵ
手順１０．単位水平距離掘削エネルギーを求める。
【００６５】
サンプリングタイム毎に水平地盤反力Ｒｘｉ値を導出する。
【００６６】
サンプリングタイムが１／ｎ［min］の場合、Ｒｘｉをｎで割り、ｎ回累積する→Ｒｘｊ［kN／min］を１分間の平均値とする。
【００６７】
Ｒｘｊを単位水平距離Ｌ［m］掘削するのに必要な時間分Ｔ＝Ｌ／Ｖ［min］累積演算し、Ｒｘｌ［kNm］を得る。
【００６８】
Ｌ［m］が１［m］の場合Ｒｘｌを単位水平距離当たりの掘削エネルギーとする。
手順１１．負荷変化に応じて掘削を制御する。
【００６９】
手順１０の単位水平距離当たりの掘削エネルギーＲｘｌを例えば０．１［m］単位に移動平均しながら更新し、Ｒｘｌの値を表示することで負荷変化をオペレータに認識させる。
【００７０】
Ｒｘ１を計算することから地盤反力における平均深度Ｈａｖも下記式により計算できる。
【００７１】
Ｈａｖ＝ＦｐＬ×ＬＡ／Ｒｘｌ−ＬＢ
Ｒｘｌの値やＨａｖの値を地盤変化の評価指数と捉える。
【００７２】
Ｒｘｌの値が常にほぼ一定値になるように掘削制御装置２２は自動的に深度を調節する。
【００７３】
また、カッターポスト６の下端を不透水層や支持地盤などの支持層に挿入して水平方向の掘削を行う場合において、Ｒｘｌの値が所定の範囲に収まるようにカッターポスト６を深度方向に制御すれば、支持層のレベルが上下に変化しているような場合であっても、支持層に挿入するカッターポスト６の深さを支持層のレベルに追従してほぼ一定に保つことができるようになり、着床管理を行うことができる。
【００７４】
また、掘削エネルギーＲｘ１の値が所定の範囲を逸脱したときは、掘削制御装置２２はカッターポスト６の傾斜を変更したり、カッターチェーンの走行方向を変えるなどの調整掘削を行う。
【００７５】
図３はモニタ２１の画面上に表示される施工モード画面を示したものである。
【００７６】
モニタ２１の表示画面３０の左側には面内モニタ部３０ａ、中央には面外モニタ部３０ｂが配置されている。
【００７７】
面内モニタ部３０ａは、その左端に傾斜計設置深度、下端部に現在の深度を表示している。
【００７８】
また、ベースマシン本体傾斜計と駆動部傾斜計によって測定された角度をそれぞれ表示し、その右側に変位を表示する。
【００７９】
地山掘削線Ｌ１は、各傾斜計の位置を〇印とし、それらを結ぶ直線で表示される。
【００８０】
上記〇印は、カッターポスト６が横方向に変位したときに横方向に移動し、それに応じて地山掘削線Ｌ１も移動するようになっている。
【００８１】
面内モニタ部３０ａにおいて、右方向に掘削が行われる場合、地山掘削線Ｌ１を基準としてその右側は地山を表す例えば茶色で塗りつぶされ、溝掘削済みの左側は例えばベージュ色で塗りつぶされる。もちろん、カッターポスト６の下端から下方についても茶色で塗りつぶされる。
【００８２】
このようにして掘削済み領域と未掘削領域の境界面が可視化表示される。また、掘削ビットが新規に掘削しているポイントは位置測定装置１９によって割り出されるようになっており、その掘削ポイントにおける掘削エネルギーと掘削体積が計算される。掘削エネルギーは、横行シリンダ１３，１４、昇降シリンダ１５，１６、回転駆動装置８の油圧モータの出力から求められる。一方、掘削体積は、掘り始めの境界面形状と掘り終わりの境界面形状の差から求められる。
【００８３】
さらに、掘削体積と掘削時間およびビットロードを用いて微小切込理論から地盤の強度を精度良く求めることができる。また、ビットロードの精度を高める手段として歪計のデータを利用することができる。
【００８４】
一方、面外モニタ部３０ｂは、直線Ｌ２の左側が溝掘削機の本体側を示し、右側が外側を示している。
【００８５】
ベースマシン本体傾斜計と駆動部傾斜計によって測定された角度は左側に表示され、変位は右側に表示される。
【００８６】
また、画面左下の範囲３０ｃには単位平均地盤反力Ｒｘ［kN］と平均地盤反力深度Ｈａｖ［m］がそれぞれ数値で表示される。
【００８７】
この単位平均地盤反力Ｒｘと平均地盤反力深度Ｈａｖが上述した地盤変化の評価指数となる。
【００８８】
図４は自力貫入画面を示したものである。
【００８９】
モニタ画面４０左側の面内モニタ部４０ａにカッターポスト６の地中貫入状態が示され、貫入深度が表示される。
【００９０】
画面左端には貫入時の各値が表示される。具体的には、ｄ３には駆動部・カッターポスト自重Ｗ、ｄ４には比重ρ、ｄ５にはカッターポストの地中部体積Ｖｃ、ｄ６にはそのカッターポストに働く浮力、ｄ７には貫入抵抗、ｄ８には単位深度貫入抵抗時間積分値、ｄ９には換算Ｎ値、ｄ１０には総貫入抵抗積分値、ｄ１１には推定横行（水平）速度がそれぞれ表示される。
【００９１】
駆動部・カッターポスト自重Ｗは上述したように貫入抵抗の計算に必要であり、比重ρはカッターポスト６の浮力を計算するのに必要であり、地中部体積Ｖｃは浮力計算においてカッターポストの地中部分の特定に必要である。
【００９２】
これらの値によって浮力が求められ、貫入抵抗Ｆｚが求められ、総貫入抵抗積分値ＦｚＨが求められ、最終的に水平方向の掘削において指標となる推定横行速度Ｖｘａｖが求められる。
【００９３】
【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、カッターポストを所定の深度まで貫入しながら貫入抵抗を求め、その貫入抵抗に基づいて深度方向の地盤強度を推定し、この推定された地盤強度に釣り合う推力で掘削を行うため、地盤の性状を把握した適性な掘削が行えるようになる。
【００９４】
請求項２の本発明によれば、貫入抵抗に基づいて単位深度当たりに要する掘削エネルギーを求めることにより、連続溝掘削機の能力に見合った掘削を行うことができる。
【００９５】
請求項３の本発明によれば、掘削断面のすべてにおいてＮ値を推定することができるため、ボーリング調査によって得られた一部のＮ値に従って掘削を行う場合に比べ、地盤をより正確に評価することができる。
【００９６】
請求項４の本発明によれば、鉛直方向の掘削速度の結果から水平方向の掘削速度を推定することができるため、施工計画の策定が容易に行えるようになる。
【００９７】
請求項５の本発明によれば、水平方向の掘削を行いながらその掘削に費やされるエネルギー量が求められるため、その掘削エネルギーの変化に基づいて水平方向の掘削状態を容易に把握することができるようになる。
【００９８】
請求項６の本発明によれば、水平方向の掘削によって経時的に算出される単位水平距離における掘削エネルギーの変化量が所定範囲内に収まるように掘削を制御するため、地盤の状況が変化しても、一定の品質の連続溝を掘削することが可能になる。
【００９９】
請求項７の本発明によれば、透水層や地盤などの支持層のレベルが上下に変化していてもその支持層に追従して一定の深さの連続溝を掘削することができるようになる。
【０１００】
請求項８の本発明によれば、単位水平距離における掘削エネルギーの変化量が所定範囲を逸脱したときに調整掘削を行うため、過負荷を招くことなく掘削を行うことができるようになる。
【０１０１】
請求項９の本発明によれば、連続溝掘削機の制御装置に貫入抵抗算出手段、掘削エネルギー算出手段、地盤強度粋推定手段、掘削制御手段を備えることにより、地盤の性状を把握した適性な掘削が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の地中連続溝掘削機による溝掘削を説明した正面図である。
【図２】本発明の地中連続溝掘削機による掘削制御の構成を示すブロック図である。
【図３】図２のモニタに表示される施工モード画面である。
【図４】図２のモニタに表示される自力貫入画面である。
【符号の説明】
１ 連続溝掘削機
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ 門型フレーム
５ リーダ
６ カッターポスト
７ カッターチェーン
８ 回転駆動装置
９ 駆動輪
１０ 遊動輪
１１ チェーン
１２ 掘削ビット
１３ 横行上シリンダ
１４ 横行下シリンダ
１５，１６ 昇降シリンダ
１８ 制御装置
１９ 位置測定装置
２０ 入力装置
２１ モニタ
２２ 掘削制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、軟弱地盤内の支持層上に連続壁を形成するための地中連続溝の掘削方法および地中連続溝掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中連続壁を造成する工法の一つとしてＴＲＤ(Trench-cutting Re-mixing Deep Wall Method)工法が知られている。
【０００３】
このＴＲＤ工法は、カッターチェーンを周回可能に装着したカッターポストを地盤に建て込み、駆動するカッターを地盤に押し付けながら横方向に移動するとともに、カッターポストに内蔵されたノズルから固化液を掘削溝内に吐出することによって掘削土と固化液を混合、撹拌させ、連続するソイルセメント壁を地中に造成するものである。
【０００４】
この地中連続壁工法において地中深くに止水壁または山留壁を造成する場合、不透水層または支持地盤への着底管理が極めて重要になってくる。
【０００５】
ところが、ボーリングデータは一般に施工現場の特定の場所でしか得られないため、深度方向の地層変化が大きいような場合、不透水層または支持地盤へ着底した状態で溝掘削が行われているかどうかは推測に頼らざるを得ない。したがって、現状では不透水層または支持地盤のレベルが変化しても確実に着床状態が得られるように掘削深さをより深くして溝掘削を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように常に余分な深さまで溝掘削を行うと、施工コストが高くなるだけでなく工期が長くなり、指定された納期に間に合わなくなる虞れがある。
【０００７】
なお、支持地盤を検出する方法として、例えば特開平11−280055号公報が知られている。この地盤改良方法は、先端に撹拌翼を取り付けた撹拌軸をリーダに沿わせて鉛直にするとともに、地中の所定深度まで撹拌貫入した後に、撹拌翼による撹拌と撹拌軸の先端から改良材を吐出しながら撹拌軸を引き上げ、地盤中に改良柱体を形成するいわゆる深層混合処理工法であるが、この工法においても予めボーリング調査して得られた支持地盤の掘削基準エネルギーと支持地盤近傍で求めた掘削エネルギーとを比較し、一致したときに支持地盤に到達したと判断するため、地層の変化が著しい場合には、推定結果が掘削地盤を代表しない場合がある。
【０００８】
本発明は以上のような従来の地中連続溝掘削における課題を考慮してなされたものであり、地盤の変化をより正確に推定しながら効率良く掘削を行うことができる地中連続溝の掘削方法および地中連続溝掘削機を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の地中連続溝の掘削方法は、掘削具を備えたカッターポストを地中に挿入する鉛直方向の掘削と、この鉛直方向の掘削の後、カッターポストを支持するベースマシンを水平方向に移動させて行う水平方向の掘削とによって掘削溝を連続して形成する地中連続溝掘削方法において、上記鉛直方向の掘削では、カッターポストを所定の深度まで貫入しながら貫入抵抗を求め、その貫入抵抗に基づいて深度方向の地盤強度を推定し、この推定された地盤強度に釣り合う推力で掘削を行うことを要旨とする。
【００１０】
上記掘削方法に従えば、カッターポストを貫入する際に貫入抵抗を求め、深度方向の地盤強度を推定し、その推定値を参照しながら掘削を行うため、地盤の性状を把握した適性な掘削が行えるようになる。
【００１１】
上記掘削方法において、貫入抵抗に基づいて単位深度当たりに要する掘削エネルギーを求めれば、連続溝掘削機の能力に見合った掘削を行うことができる。
【００１２】
また、掘削エネルギーから地盤の強度を表すＮ値を推定すれば、掘削断面のすべてにおいてＮ値を得ることができるため、ボーリング調査によって得られた一部のＮ値に従って掘削を行う従来工法に比べ、地盤をより正確に評価することができる。
【００１３】
なお、Ｎ値とは標準貫入試験によって得られた値であり、このＮ値の深度方向の分布を見れば、掘削深度の範囲で地盤強度の高い箇所、低い箇所を把握することができる。
【００１４】
また、換算Ｎ値に基づいて水平方向の地盤反力における平均の深度を算出し、この平均深度から水平方向の平均地盤反力を算出し、鉛直下方向の掘削投影面積と水平方向掘削時の掘削投影面積を算出し、上記掘削投影面積に作用する面圧と掘削速度との関係式から水平方向掘削時の掘削速度を算出すれば、鉛直方向の掘削速度の結果から水平方向の掘削速度を推定することができるため、施工計画の策定が容易に行えるようになる。
【００１５】
また、上記水平方向の掘削については、カッターポストによる水平方向掘削時の地盤反力を算出し、この地盤反力から単位水平距離における掘削エネルギーを算出することにより掘削負荷を計測しつつ掘削を行えば、水平方向の掘削を行いながらその掘削に費やされるエネルギー量が求められるため、その掘削エネルギーの変化に基づいて水平方向の掘削状態を容易に把握することができるようになる。
【００１６】
また、水平方向の掘削によって経時的に算出される単位水平距離における掘削エネルギーの時間に対する変化量が所定範囲内に収まるように掘削を制御すれば、地盤の状況が変化しても、一定の品質の連続溝を掘削することが可能になる。
【００１７】
また、カッターポストを支持層に挿入した状態で水平方向に移動させて溝掘削を行い、単位水平距離における掘削エネルギーの時間に対する変化量が所定範囲内に収まるようにカッターポストを深度方向に制御すれば、透水層や地盤などの支持層のレベルが上下に変化していてもその支持層に追従して一定の深さの連続溝を掘削することができるようになる。
【００１８】
また、単位水平距離における掘削エネルギーの変化量が所定範囲を逸脱したときに上記カッターポストの傾斜角度の変更または前記カッタチェーンの走行方向の変更のための調整掘削を行えば、過負荷を招くことなく掘削を行うことができるようになる。
【００１９】
また、本発明の地中連続溝掘削機は、掘削具を備えたカッターポストを地中に挿入する鉛直方向の掘削と、カッターポストを支持するベースマシンを水平方向に移動させて行う水平方向の掘削とによって掘削溝を連続して形成する地中連続溝掘削機において、上記鉛直方向の掘削についてカッターポストを所定の深度まで貫入しながら貫入抵抗を求める貫入抵抗算出手段と、その貫入抵抗に基づいて単位深度当たりの掘削エネルギーを算出する掘削エネルギー算出手段と、この掘削エネルギーから深度方向の地盤強度を推定する地盤強度推定手段と、この推定された地盤強度に釣り合う推力で掘削を行う掘削制御手段とを備えたことを要旨とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の地中連続溝の掘削方法に使用される連続溝掘削機の構成を示したものである。
【００２２】
両図において、連続溝掘削機１は、ベースマシンとして、地上を走行するためのクローラ２ａを装着した下部走行体２上に上部旋回体３を搭載しており、その下部走行体２に門型フレーム４が取り付けられている。
【００２３】
この門型フレーム４には、図示しない一対の横行上シリンダおよび横行下シリンダが上下に平行して配置されており、リーダ５に垂下されたカッターポスト６に対して横行掘削推力を与えるようになっている。このカッターポスト６をガイドとしてカッターチェーン（掘削具）７が回転するようになっている。
【００２４】
上記カッターポスト６は、連結された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回転駆動装置８によって駆動輪９が回転する。この駆動輪９とカッターポスト６の下端部に設けられた遊動輪１０との間に上記カッターチェーン７のエンドレスチェーン１１が掛け渡されており、このチェーン１１の外周側にビットプレートを介して多数の掘削ビット１２が配列されている。なお、回転駆動装置８はリーダ５に配置された昇降シリンダによって昇降させることができるようになっている。
【００２５】
上記カッターチェーン７を駆動させつつ地中でカッターポスト６を横方向（Ｘ方向）に移動させることにより、その進行方向に溝Ｔを掘削する。
【００２６】
その際、カッターポスト６の下端に設けられた吐出口より掘削液を吐出して溝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、ソイルセメント壁を形成する。
【００２７】
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６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。
【００２８】
図２は、溝掘削の制御を行う構成図を示したものである。
【００２９】
同図において、カッターポスト６の上部には横行上シリンダ１３と横行下シリンダ１４が平行に配置されており、横行下シリンダ１４の推力によってカッターポスト６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１３は横行下シリンダ１４の押圧力と逆向きのシリンダ保持力を発生する。
【００３０】
また、横行上シリンダ１３には作動圧を検知するための圧力センサ１３ａと、シリンダストロークを検知するためのストロークセンサ１３ｂがそれぞれ備えられている。横行下シリンダ１４も同様に圧力センサ１４ａとストロークセンサ１４ｂが備えられている。
【００３１】
カッターポスト６を昇降させる昇降シリンダ１５，１６の一方のシリンダ１６にも、圧力センサ１６ａとストロークセンサ１６ｂが備えられ、このストロークセンサ１６ｂは深度計として機能する。
【００３２】
上記各センサによって検知された圧力信号、ストローク信号はインターフェイス１７を介して制御装置１８に与えられる。
【００３３】
なお、位置測定装置１９は、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）や自動追尾測距儀などから構成され、掘削位置を測定して制御装置１８に与える。
【００３４】
上記各センサ以外に制御装置１８の入力側にはキーボード等から構成される入力装置２０が接続され、各種指令や掘削条件等を入力することができるようになっている。
【００３５】
制御装置１８の出力側には例えば液晶表示装置等から構成されるモニタ２１が接続され、掘削条件の設定や掘削内容を画面上に表示してガイダンス表示するとともに、横行掘削時には掘削状態をグラフィック表示するようになっている。
【００３６】
また、制御装置１８は掘削制御装置２２に対して掘削指令を出力し、掘削制御装置２２は例えば地盤強度に釣り合う推力を発生させるべく横行シリンダ１３，１４を制御したり、掘削深度を調整すべく昇降シリンダ１５，１６を制御する。この制御装置１８は、貫入抵抗算出手段、掘削エネルギー算出手段、地盤強度推定手段、掘削制御手段として機能し、以下に説明する各手順を実行する。
【００３７】
次に、上記連続溝掘削機１の動作および制御装置１８の制御について説明する。
【００３８】
制御装置１８による制御は、Ａ Ｎ値を得る処理と、Ｂ 水平方向掘削時の推定横行速度を導出する処理と、Ｃ 水平方向掘削時の負荷変化を計測する処理をこの順に行うものである。
Ａ 鉛直下方向の掘削を行うことにより実掘削対象地盤のＮ値を推定する。
手順１．貫入抵抗Ｆｚの算出
自力貫入作業を実施した際に、制御装置１８は、昇降シリンダ１６に取り付けられている圧力センサ１６ａからその昇降シリンダ１６に作用している荷重Ｆｕｄを得る。
【００３９】
一方、作業者は泥水をサンプリングすることによりカッターポスト周りの液比重ρを計測し、計測結果を入力装置２０から入力する。
【００４０】
制御装置１８は、地中部のカッターポスト体積Ｖを計算する。ｃを単位深度ポスト体積、Ｈを掘削深度とするとき、カッターポスト体積Ｖ＝ｃＨの関係式によって求められる。
【００４１】
昇降シリンダ１６に取り付けられている回転駆動装置８、カッターポスト６などの全質量Ｗを計算する。
【００４２】
貫入抵抗Ｆｚを次式、Ｆｚ［kN］＝Ｗ−Ｆｕｄ−ρＶ−Ｆｆｚから算出する。
【００４３】
Ｆｕｄは昇降シリンダ荷重であり持ち上げ側を正、貫入側を負とする。また、Ｆｆｚは鉛直下方向の摩擦抵抗であり、着底していない宙に浮いた状態で昇降シリンダ１５，１６を作動させることによって求められる。この着底していない状態での昇降シリンダ荷重をＦｕｄｏとすると、上記摩擦抵抗ＦｆｚはＦｆｚ＝Ｗ−Ｆｕｄｏ−ρＶによって求められる。
【００４４】
なお、貫入抵抗Ｆｚ（＞０）は一定サンプリング毎にＦｚｉ［kN］（＞０）として計算する。
手順２．単位深度当たりに要する掘削エネルギーを算出する。
【００４５】
サンプリングタイム毎に求められた貫入抵抗Ｆｚｉについて、サンプリングタイムが１／ｎ［min］の場合、Ｆｚｉをｎで割り、ｎ回累積する。その結果を１分間の平均値Ｆｚｊ［kN／min］とする。
【００４６】
その平均値Ｆｚｊを、単位深度Ｌ［m］掘削するのに必要な時間Ｔ＝Ｌ／ｖ［min］分、累積演算し、ＦｚＬ［kNm］を得る。
【００４７】
Ｌ［m］が１［m］の場合に求められるＦｚｌを単位深度当たりに要する掘削エネルギーとする。
手順３．推定換算Ｎ値の算出
推定換算Ｎ値と単位深度当たりの掘削エネルギーＦｚｌとの関係式からＮ値を換算する。
【００４８】
換算Ｎ値＝ａＦｚ１ ただし、ａは比例定数であり実現場での実績とボーリングデータにより決定する。
【００４９】
なお、以降の説明において使用する記号を下記のように定義する。
【００５０】
Ｅｚ：縦方向を掘削するのに必要とする掘削エネルギー
Ｅｘ：横方向を掘削するのに必要とする掘削エネルギー
なお、掘削する体積が互いに同じであれば基本的にＥｚ＝Ｅｘと仮定する。
【００５１】
Ｆｚ：縦方向の平均荷重（実績値）
Ｓｚ：縦方向の断面積（計算値）
Ｒｘ：横方向の平均荷重（掘削深度から計算）
Ｓｘ：横方向の断面積（計算値）
Ｂ 鉛直下方向の掘削により水平方向掘削時の推定横行速度を導出する。
手順４．鉛直下方向の掘削時に得られる各値
掘削エネルギーＦｚ１を０ｍから掘削深度まですべて累積し、総掘削エネルギーＦｚＨとする。
【００５２】
すべての深度を掘削するのに要した時間Ｔと掘削深度Ｈから平均鉛直下方向掘削速度Ｖｚａｖ［m／min］を求める。
【００５３】
Ｖｚａｖ＝Ｈ／Ｔ
同様に、鉛直下方向の平均貫入抵抗Ｆｚａｖ＝［kN］も求める。
【００５４】
Ｆｚａｖ＝ＦｚＨ／Ｈ
手順５．水平方向の地盤反力における平均深度の導出
上記手順３で得られた各深度における推定換算Ｎ値から下記モーメントを計算し、地盤反力平均深度を求める。
【００５５】
Ｈａｖ＝Σ（Ｎ［ｉ］・ｈ［ｉ］）／ΣＮ［ｉ］
ただし、Ｈａｖ：地盤反力平均深度（横行時）
Ｎ［ｉ］：各深度でのＮ値
ｈ［ｉ］：各深度（０〜Ｈ［m］）
下記条件ではＨａｖは４．２１１［m］となる。
【００５６】
水平方向の横行シリンダ最大推力をＦｐＬmaxとする（機械仕様で決定される）
水平方向の横行上シリンダ１３と横行下シリンダ１４の取り付け間隔をＬＡ（機械仕様で決定される）とする（図２参照）。横行シリンダの地上高をＬＢ（機械仕様で決定される）とする。
【００５７】
下記のモーメント計算により水平方向の平均地盤反力Ｆｘａｖを求める。
【００５８】
ＦｐＬmax×ＬＡ＝Ｆｘａｖ×（Ｈａｖ＋ＬＢ）
Ｆｘａｖ［kN］＝ＦｐＬｍａｘ・ＬＡ／（Ｈａｖ＋ＬＢ）
手順７．鉛直下方向の掘削投影面積と水平方向掘削時の掘削投影面積を算出する。
【００５９】
鉛直下方向の掘削投影面積Ｓｚは、
Ｓｚ＝Ｂｃｐ（カッターポスト幅）×Ｂ（掘削幅）
水平方向の掘削投影面積Ｓｘは、
Ｓｘ＝Ｈ（掘削深度）×Ｂ（掘削幅）
によってそれぞれ求められる。
手順８．水平方向掘削時の推定速度を求める。
【００６０】
面圧が掘削速度に比例すると考えると、上記手順５、６、７より下記関係式が成立する。
【００６１】
Ｖｘａｖ：Ｖｚａｖ＝Ｆｘａｖ／Ｓｘ：Ｆｚａｖ／Ｓｚ＝Ｆｘａｖ×Ｂｃｐ：Ｆｚａｖ×Ｈ
上記式より
Ｖｘａｖ＝Ｖｚａｖ×Ｆｘａｖ×Ｂｃｐ／（Ｆｚａｖ×Ｈ）
Ｃ．水平方向掘削時の負荷変化を計算する。
手順９．水平方向掘削時の地盤反力の求め方
水平方向掘削時の横行下シリンダ推力ＦｐＬ（絶対値）を圧力センサ１４ａで計測する。
【００６２】
水平方向掘削時の横行上シリンダ推力ＦｐＵ（絶対値）を圧力センサ１３ａで計測する。
【００６３】
下記の式により地盤反力Ｒｘを求める。
【００６４】
Ｒｘ＝ＦｐＬ−ＦｐＵ
手順１０．単位水平距離掘削エネルギーを求める。
【００６５】
サンプリングタイム毎に水平地盤反力Ｒｘｉ値を導出する。
【００６６】
サンプリングタイムが１／ｎ［min］の場合、Ｒｘｉをｎで割り、ｎ回累積する→Ｒｘｊ［kN／min］を１分間の平均値とする。
【００６７】
Ｒｘｊを単位水平距離Ｌ［m］掘削するのに必要な時間分Ｔ＝Ｌ／Ｖ［min］累積演算し、Ｒｘｌ［kNm］を得る。
【００６８】
Ｌ［m］が１［m］の場合Ｒｘｌを単位水平距離当たりの掘削エネルギーとする。
手順１１．負荷変化に応じて掘削を制御する。
【００６９】
手順１０の単位水平距離当たりの掘削エネルギーＲｘｌを例えば０．１［m］単位に移動平均しながら更新し、Ｒｘｌの値を表示することで負荷変化をオペレータに認識させる。
【００７０】
Ｒｘ１を計算することから地盤反力における平均深度Ｈａｖも下記式により計算できる。
【００７１】
Ｈａｖ＝ＦｐＬ×ＬＡ／Ｒｘｌ−ＬＢ
Ｒｘｌの値やＨａｖの値を地盤変化の評価指数と捉える。
【００７２】
Ｒｘｌの値が常にほぼ一定値になるように掘削制御装置２２は自動的に深度を調節する。
【００７３】
また、カッターポスト６の下端を不透水層や支持地盤などの支持層に挿入して水平方向の掘削を行う場合において、Ｒｘｌの値が所定の範囲に収まるようにカッターポスト６を深度方向に制御すれば、支持層のレベルが上下に変化しているような場合であっても、支持層に挿入するカッターポスト６の深さを支持層のレベルに追従してほぼ一定に保つことができるようになり、着床管理を行うことができる。
【００７４】
また、掘削エネルギーＲｘ１の値が所定の範囲を逸脱したときは、掘削制御装置２２はカッターポスト６の傾斜を変更したり、カッターチェーンの走行方向を変えるなどの調整掘削を行う。
【００７５】
図３はモニタ２１の画面上に表示される施工モード画面を示したものである。
【００７６】
モニタ２１の表示画面３０の左側には面内モニタ部３０ａ、中央には面外モニタ部３０ｂが配置されている。
【００７７】
面内モニタ部３０ａは、その左端に傾斜計設置深度、下端部に現在の深度を表示している。
【００７８】
また、ベースマシン本体傾斜計と駆動部傾斜計によって測定された角度をそれぞれ表示し、その右側に変位を表示する。
【００７９】
地山掘削線Ｌ１は、各傾斜計の位置を〇印とし、それらを結ぶ直線で表示される。
【００８０】
上記〇印は、カッターポスト６が横方向に変位したときに横方向に移動し、それに応じて地山掘削線Ｌ１も移動するようになっている。
【００８１】
面内モニタ部３０ａにおいて、右方向に掘削が行われる場合、地山掘削線Ｌ１を基準としてその右側は地山を表す例えば茶色で塗りつぶされ、溝掘削済みの左側は例えばベージュ色で塗りつぶされる。もちろん、カッターポスト６の下端から下方についても茶色で塗りつぶされる。
【００８２】
このようにして掘削済み領域と未掘削領域の境界面が可視化表示される。また、掘削ビットが新規に掘削しているポイントは位置測定装置１９によって割り出されるようになっており、その掘削ポイントにおける掘削エネルギーと掘削体積が計算される。掘削エネルギーは、横行シリンダ１３，１４、昇降シリンダ１５，１６、回転駆動装置８の油圧モータの出力から求められる。一方、掘削体積は、掘り始めの境界面形状と掘り終わりの境界面形状の差から求められる。
【００８３】
さらに、掘削体積と掘削時間およびビットロードを用いて微小切込理論から地盤の強度を精度良く求めることができる。また、ビットロードの精度を高める手段として歪計のデータを利用することができる。
【００８４】
一方、面外モニタ部３０ｂは、直線Ｌ２の左側が溝掘削機の本体側を示し、右側が外側を示している。
【００８５】
ベースマシン本体傾斜計と駆動部傾斜計によって測定された角度は左側に表示され、変位は右側に表示される。
【００８６】
また、画面左下の範囲３０ｃには単位平均地盤反力Ｒｘ［kN］と平均地盤反力深度Ｈａｖ［m］がそれぞれ数値で表示される。
【００８７】
この単位平均地盤反力Ｒｘと平均地盤反力深度Ｈａｖが上述した地盤変化の評価指数となる。
【００８８】
図４は自力貫入画面を示したものである。
【００８９】
モニタ画面４０左側の面内モニタ部４０ａにカッターポスト６の地中貫入状態が示され、貫入深度が表示される。
【００９０】
画面左端には貫入時の各値が表示される。具体的には、ｄ３には駆動部・カッターポスト自重Ｗ、ｄ４には比重ρ、ｄ５にはカッターポストの地中部体積Ｖｃ、ｄ６にはそのカッターポストに働く浮力、ｄ７には貫入抵抗、ｄ８には単位深度貫入抵抗時間積分値、ｄ９には換算Ｎ値、ｄ１０には総貫入抵抗積分値、ｄ１１には推定横行（水平）速度がそれぞれ表示される。
【００９１】
駆動部・カッターポスト自重Ｗは上述したように貫入抵抗の計算に必要であり、比重ρはカッターポスト６の浮力を計算するのに必要であり、地中部体積Ｖｃは浮力計算においてカッターポストの地中部分の特定に必要である。
【００９２】
これらの値によって浮力が求められ、貫入抵抗Ｆｚが求められ、総貫入抵抗積分値ＦｚＨが求められ、最終的に水平方向の掘削において指標となる推定横行速度Ｖｘａｖが求められる。
【００９３】
【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、カッターポストを所定の深度まで貫入しながら貫入抵抗を求め、その貫入抵抗に基づいて深度方向の地盤強度を推定し、この推定された地盤強度に釣り合う推力で掘削を行うため、地盤の性状を把握した適性な掘削が行えるようになる。
【００９４】
請求項２の本発明によれば、貫入抵抗に基づいて単位深度当たりに要する掘削エネルギーを求めることにより、連続溝掘削機の能力に見合った掘削を行うことができる。
【００９５】
請求項３の本発明によれば、掘削断面のすべてにおいてＮ値を推定することができるため、ボーリング調査によって得られた一部のＮ値に従って掘削を行う場合に比べ、地盤をより正確に評価することができる。
【００９６】
請求項４の本発明によれば、鉛直方向の掘削速度の結果から水平方向の掘削速度を推定することができるため、施工計画の策定が容易に行えるようになる。
【００９７】
請求項５の本発明によれば、水平方向の掘削を行いながらその掘削に費やされるエネルギー量が求められるため、その掘削エネルギーの変化に基づいて水平方向の掘削状態を容易に把握することができるようになる。
【００９８】
請求項６の本発明によれば、水平方向の掘削によって経時的に算出される単位水平距離における掘削エネルギーの変化量が所定範囲内に収まるように掘削を制御するため、地盤の状況が変化しても、一定の品質の連続溝を掘削することが可能になる。
【００９９】
請求項７の本発明によれば、透水層や地盤などの支持層のレベルが上下に変化していてもその支持層に追従して一定の深さの連続溝を掘削することができるようになる。
【０１００】
請求項８の本発明によれば、単位水平距離における掘削エネルギーの変化量が所定範囲を逸脱したときに調整掘削を行うため、過負荷を招くことなく掘削を行うことができるようになる。
【０１０１】
請求項９の本発明によれば、連続溝掘削機の制御装置に貫入抵抗算出手段、掘削エネルギー算出手段、地盤強度粋推定手段、掘削制御手段を備えることにより、地盤の性状を把握した適性な掘削が行えるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の地中連続溝掘削機による溝掘削を説明した正面図である。
【図２】本発明の地中連続溝掘削機による掘削制御の構成を示すブロック図である。
【図３】図２のモニタに表示される施工モード画面である。
【図４】図２のモニタに表示される自力貫入画面である。
【符号の説明】
１ 連続溝掘削機
２ 下部走行体
３ 上部旋回体
４ 門型フレーム
５ リーダ
６ カッターポスト
７ カッターチェーン
８ 回転駆動装置
９ 駆動輪
１０ 遊動輪
１１ チェーン
１２ 掘削ビット
１３ 横行上シリンダ
１４ 横行下シリンダ
１５，１６ 昇降シリンダ
１８ 制御装置
１９ 位置測定装置
２０ 入力装置
２１ モニタ
２２ 掘削制御装置
Claims (9)
- 掘削具を備えたカッターポストを地中に挿入する鉛直方向の掘削と、この鉛直方向の掘削の後、カッターポストを支持するベースマシンを水平方向に移動させて行う水平方向の掘削とによって掘削溝を連続して形成する地中連続溝掘削方法において、
上記鉛直方向の掘削では、上記カッターポストを所定の深度まで貫入しながら貫入抵抗を求め、その貫入抵抗に基づいて深度方向の地盤強度を推定し、この推定された地盤強度に釣り合う推力で掘削を行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。 - 上記鉛直方向の掘削では、上記貫入抵抗に基づいて単位深度当たりに要する掘削エネルギーを求めることを特徴とする請求項１記載の地中連続溝の掘削方法。
- 上記鉛直方向の掘削では、上記掘削エネルギーから地盤の強度を表すＮ値を推定することを特徴とする請求項２記載の地中連続溝の掘削方法。
- 上記換算Ｎ値に基づいて水平方向の地盤反力における平均の深度を算出し、この平均深度から水平方向の平均地盤反力を算出し、鉛直下方向の掘削投影面積と水平方向掘削時の掘削投影面積を算出し、上記掘削投影面積に作用する面圧と掘削速度との関係式から水平方向掘削時の掘削速度を推定することを特徴とする請求項３記載の地中連続溝の掘削方法。
- 上記水平方向の掘削では、上記カッターポストによる水平方向掘削時の地盤反力を算出し、この地盤反力から単位水平距離における掘削エネルギーを算出することにより掘削負荷を計測しつつ掘削を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の地中連続溝の掘削方法。
- 水平方向の掘削によって経時的に算出される上記単位水平距離における掘削エネルギーの時間に対する変化量が所定範囲内に収まるように掘削を制御することを特徴とする請求項５記載の地中連続溝の掘削方法。
- 上記カッターポストを支持層に挿入した状態で水平方向に移動させて溝掘削を行い、上記単位水平距離における掘削エネルギーの時間に対する変化量が所定範囲内に収まるように上記カッターポストを深度方向に制御することを特徴とする請求項６記載の地中連続溝の掘削方法。
- 上記単位水平距離における掘削エネルギーの時間に対する変化量が所定範囲を逸脱したときに上記カッターポストの傾斜角度の変更または前記カッタチェーンの走行方向の変更のための調整掘削を行うことを特徴とする請求項６記載の地中連続溝の掘削方法。
- 掘削具を備えたカッターポストを地中に挿入する鉛直方向の掘削と、カッターポストを支持するベースマシンを水平方向に移動させて行う水平方向の掘削とによって掘削溝を連続して形成する地中連続溝掘削機において、
上記鉛直方向の掘削について上記カッターポストを所定の深度まで貫入しながら貫入抵抗を求める貫入抵抗算出手段と、その貫入抵抗に基づいて単位深度当たりの掘削エネルギーを算出する掘削エネルギー算出手段と、この掘削エネルギーから深度方向の地盤強度を推定する地盤強度推定手段と、この推定された地盤強度に釣り合う推力で上記鉛直方向の掘削を行う掘削制御手段とを備えたことを特徴とする地中連続溝掘削機。
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