JP4360933B2 - 地盤削孔装置、地盤削孔における孔曲がり計測方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中連続壁の造成、地盤改良等において地盤削孔を行うにあたり孔曲がりを計測する技術に関するものである。

従来、かかる地盤削孔、特に連続地中壁の構築に際しては、削孔における孔曲がりを如何に抑えるかが壁体の品質上重要である。このため、孔曲がりを計測する技術、あるいは孔曲がりの計測を行うとともに計測結果に基づいて修正する技術等、種々の技術が開発されている。

このような計測技術としては、例えば、削孔軸の長手方向に間隔をおいて複数の傾斜計を先端部を含めて配置するとともに、削孔軸の上端部に絶対方位検出手段や回転角度検出手段を設け、孔曲がりの計測にあたり、絶対方位検出手段等により傾斜計の検出方向が所望の方向（東西方向等）に一致するように削孔軸を回転させた後、傾斜計による計測を行い、当該所望の方向における傾斜度を計測する方法（以下、先行技術１という。内容については特許文献１参照。）が提案されている。

また、多軸削孔機により削孔を行う場合を想定したものとしては、削孔軸先端部において軸相互を結束する結束バンドに、ねじれ角度を検出するジャイロセンサおよび削孔方向と直交する水平面内のＸ軸およびＹ軸を基軸とする傾斜角度を検出するジャイロセンサを設けるもの（以下、先行技術２という。内容については特許文献２参照。）や、結束バンドにジャイロセンサとその鉛直軸の傾きを測定する傾斜計とを組み合わせて設け、掘削方向変位を検出するもの（以下、先行技術３という。内容については特許文献３参照。）が提案されている。

しかしながら、先行技術１〜３のいずれの技術においても、削孔時に一時的に発生する或いは永久的な削孔軸の歪み（曲がり）や、ねじれ（現実には殆どの場合において発生する）により計測機器の基準がずれてしまう（例えば図４に示すように削孔軸５が二点鎖線で示すようにねじれると傾斜計の基準軸Ｘ１及びＹ１が先端側ではＸ２及びＹ２の位置に回転し、その結果、計測結果にずれを生じる）という問題点があった。

より詳細には、先行技術１においては絶対方位検出手段を用いているが、これは削孔軸上端部に設けられているため、削孔軸に一時的または永久的な歪み等があると、先端側になる程、計測結果が不正確になる。また、先行技術２及び３に記載の技術では、結束バンドの姿勢等を正確に計測できたとしても、直接に削孔軸の計測をするものではないため、削孔軸の傾斜となると不正確にならざるを得ない。

そして特に重要なことは、これらの先行技術の不正確さが削孔方向の修正に対する影響が大きいことである。すなわち、単に削孔済み部分の経路を知るだけであれば結束バンドの通過位置をもって予測しても大きなズレとはならないかもしれない。しかし、計測結果に基づいて削孔方向を修正する場合には、現在の削孔軸の方向と計画方向とのズレを正確に知ることが重要であり、結束バンドの姿勢が判ったとしてもそれに対して削孔軸の歪みやねじれ、曲がりがあると、正確な修正量を導き出すことは不可能である。
特開昭６１−１７９１号公報 特許第３４５０７９０号公報 特許第３１５６０４９号公報

そこで本発明の主たる課題は、単軸であっても多軸であっても容易に適用可能であり、しかも削孔軸の傾斜を容易かつ正確に計測できる技術を提供することにある。

上記課題を解決した本発明は次記のとおりである。
＜請求項１＞
回転可能かつ前後進可能に支持された削孔軸を有する地盤削孔装置において、
削孔軸の先端部の軸内に、傾斜センサと、この傾斜センサの基準軸の絶対方位を検出する絶対方位検出センサとからなる計測手段とを設けるとともに、
前記傾斜センサによる検出結果および前記絶対方位検出センサにより検出される前記基準軸の絶対方位と、予め定められた現場座標軸および予め求められた現場座標軸の絶対方位とに基づき、現場座標軸における前記削孔軸の先端部の傾斜を得るように構成し、
前記削孔軸は複数本並設されており、これら削孔軸は少なくとも先端部において結束バンドにより回転可能に保持され且つ軸相互間隔が保持されており、
特定の削孔軸の先端部の軸内に、前記傾斜センサおよび絶対方位センサからなる計測手段が設けられるとともに、この軸内における前記結束バンドと対応する位置に近接スイッチが固設され、かつ結束バンドに被検出体が固設されており、この特定の削孔軸を近接スイッチが反応する位置に位置決めした状態で前記計測手段の傾斜センサの基準軸と、特定の削孔軸以外の他の削孔軸とが所定の位置関係を有するように構成されており、
前記位置決め状態で、前記計測手段による検出を行い、前記現場座標軸における前記特定の削孔軸の先端部の傾斜を得るとともに、前記所定の位置関係に基づき、前記特定の削孔軸に対する他の削孔軸の位置を得るように構成されている、
ことを特徴とする地盤削孔装置。

（作用効果）
本発明では、敢えて、削孔軸の先端部の軸内に、傾斜センサと絶対方位検出センサとを組み合わせて内蔵し、傾斜センサの基準軸と絶対方位との関係、ならびに現場座標軸と絶対方位との関係に基づいて、傾斜センサの計測値を現場座標軸上の傾斜として得るようにしている。したがって、削孔軸の一時的もしくは永久的な歪み（曲がり）、ねじれがあったとしても、削孔軸先端部の傾斜を正確に知ることができ、またその計測結果は削孔方向修正の正確な基準として用いうるものである。さらに、削孔軸内に計測センサを設けるため、単軸であっても、多軸であっても用いることができることはいうまでもない。

本項記載の発明は、本発明特有の計測技術を多軸削孔装置へ適用するにあたり、より簡易に、複数の削孔軸の位置を計測しようとするものである。従来のものは、削孔軸列のねじれを計測するという考え方に捉われていたために結束バンドに計測装置を設けている。これに対して本発明では、特定の削孔軸、例えば三軸削孔装置であれば中央の削孔軸について本発明特有の正確な計測を行うとともに、当該削孔軸と結束バンドとの位置関係を近接スイッチおよび当該削孔軸の回転を利用して整合することにより、中央の削孔軸に対する両側の削孔軸の位置（軸列のねじれ）をも正確に把握することができる。

＜請求項２＞
前記削孔軸の先端部に対して、その基端側に間隔をおいて一箇所または複数箇所の軸内に少なくとも傾斜センサからなる計測手段を設けた、請求項１記載の地盤削孔装置。

（作用効果）
削孔軸の先端部にのみ計測手段を設けた場合、基端側部分の傾斜等を計測しようとすると、先端部の軌跡どおりに基端側部分が追従することを前提にせざるを得ない。しかし、削孔径が軸径よりも大きくなるため削孔軸の基端側部分が孔により拘束されないことや、修正のために削孔軸を支持するリーダを動かすことがあることも考慮すると、現実的には、図５に示すように、先端部の軌跡Ｔ１どおりに削孔軸５の基端側部分５Ｅが追従するとは考え難い。したがって、本項記載のように、削孔軸の長手方向に間隔をおいた複数位置で同時に計測するのが好ましい。

＜請求項３＞
前記削孔軸は、単位軸を連結して延長されるものであり、前記計測手段は単位軸の端部内に内蔵されている、請求項１又は請求項２記載の地盤削孔装置。

（作用効果）
削孔軸は、単位長さの単位軸を連結して延長するものが一般的である。したがって、このような場合、単位軸の端部に計測手段を内蔵するようにすると、メンテナンスやキャリブレーションが容易になるため好ましい。この場合、特に、計測手段をユニットとして着脱自在に内蔵させるのは好ましい。

＜請求項４＞
回転可能かつ前後進可能に支持された削孔軸を有する地盤削孔装置を用いて地盤削孔を行うにあたり、傾斜センサを用いて孔曲がりを計測する方法であって、
削孔軸の先端部の軸内に、傾斜センサと、この傾斜センサの基準軸の絶対方位を検出する絶対方位検出センサとからなる計測手段を設け、
前記孔曲がりの計測に際して、前記傾斜センサによる検出結果および前記絶対方位検出センサにより検出される前記基準軸の絶対方位と、予め定められた現場座標軸および予め求められた現場座標軸の絶対方位とに基づき、現場座標軸における前記削孔軸の先端部の傾斜を得るようにし、
前記削孔軸は複数本並設し、これら削孔軸は少なくとも先端部において結束バンドにより回転可能に保持し且つ軸相互間隔を保持しており、
特定の削孔軸の先端部の軸内に、前記傾斜センサおよび絶対方位センサからなる計測手段が設けるとともに、この軸内における前記結束バンドと対応する位置に近接スイッチを固設し、かつ結束バンドに被検出体を固設し、この特定の削孔軸を近接スイッチが反応する位置に位置決めした状態で前記計測手段の傾斜センサの基準軸と、特定の削孔軸以外の他の削孔軸とが所定の位置関係を有するようにし、
前記位置決め状態で、前記計測手段による検出を行い、前記現場座標軸における前記特定の削孔軸の先端部の傾斜を得るとともに、前記所定の位置関係に基づき、前記特定の削孔軸に対する他の削孔軸の位置を得る、
ことを特徴とする地盤削孔における孔曲がり計測方法。

（作用効果）
請求項１記載の発明と同様の作用効果が奏せられる。

以上のとおり本発明によれば、単軸であっても多軸であっても容易に適用可能であり、しかも削孔軸の傾斜を容易かつ正確に計測できるようになる。

以下、本発明の一実施形態について添付図面を参照しながら詳説する。
図１及び図２は、本発明を適用した三軸削孔装置例１を示しており、本装置例１では、ベースマシン２により支承されたリーダ３に沿って減速機４が前後動可能とされ、先端にオーガービット部分５Ｂを有し、その基端側の所定範囲にスクリューオーガー部分５Ｓを有する削孔軸５の基端部が減速機４にそれぞれ連結されている。かくして削孔軸５はその長手方向に沿う前後動ならびに中心軸周りの回転駆動が可能なように構成されている。またこの種の多軸装置において一般的に採用されているように、削孔軸５の先端部は、結束バンド６により回転可能に保持され且つ軸相互間隔が保持されている。また、図３に示すように、各削孔軸５は直線軸列Ｌに沿って、且つ回転軌跡円Ｒ相互がラップするように並設されている。

そして、中央の削孔軸５の先端部の軸内には、本発明に従って、基準方向に対する削孔軸５の傾斜を検出する傾斜センサと絶対方位検出センサとからなる計測手段１０が設けられている。傾斜センサとしては、削孔軸５の基準方向（通常の場合は鉛直軸）に対する傾斜を直接検出できる、あるいは算出等により求め得るような値を検出できるものであれば、特に限定なく用いることができ、例えば検出原理にしても差動トランス、歪みゲージ、静電容量、加速度計方式等を採用したものを用いることができる。具体的には、図３に示すように、削孔軸５の中心軸上に原点を有する、水平面の直交座標軸（ｘ軸及びｙ軸）を基準軸として定め、各基準軸方向において削孔軸が鉛直方向に対してどの程度傾斜（ｘ軸方向傾斜角度もしくは変位量、ｙ軸方向傾斜角度もしくは変位量）しているかを検出するように傾斜計を構成することができる。以下では、この構成の傾斜計を例にとり説明する。

絶対方位検出センサは、絶対方位を検出しうるものである限り特に限定されるものではなく、磁気コンパスを用いることもできるが、所謂ジャイロコンパスが好適である。本発明では、絶対方位検出センサは、傾斜センサの基準軸（本例ではＸ軸およびＹ軸の少なくとも一方）の絶対方位を検出しうるように、例えば傾斜計に対して所定の相対方位を有するように取り付けられる。

計測手段１０による検出信号は、本実施形態では、別途用意された管理装置２０に送信される。このため、図示しないが、内部信号ケーブルが削孔軸５内の各センサから削孔軸５上端部まで延在しており、削孔軸上端部に設けられた回転継手方式のコネクタを介して外部信号ケーブルに接続されている。外部信号ケーブルは有線により管理装置に接続することもできるが、図示例では無線通信装置７がベースマシン２に搭載されており、無線により各センサからの検出信号が管理装置２０に送信されるように構成されている。

管理装置２０は、表示装置、印刷装置等の出力装置やハードディスク等の不揮発性記憶装置を有するコンピュータ２１により構成することができ、受信した検出信号およびそれに基づき算出される情報は表示装置へ表示したり、印刷出力したり、記憶装置に記憶したりすることができるようになっている。また本例では、計測手段１０との通信のために無線通信装置２２を備えている。

他方、上記装置例１を用いると、例えば次のようにして削孔管理を行うことができる。すなわち、先ず削孔現場において現場座標軸を定める。現場座標軸は、例えば設計上の軸列方向をＸ軸方向とし、これに直交する方向をＹ軸方向とすることができる。また、定めた現場座標軸の絶対方位をジャイロコンパス等の絶対方位計を用いて計測する。これらの計測値は、予め管理装置に入力し、記憶させておくことができる。

続いて、削孔作業において地盤内に削孔軸を挿入する過程で、孔口位置を計測始点とする所定の深度間隔をもって削孔軸５を停止させ、各停止状態で、管理装置２０を介して計測手段１０により検出行い、管理装置２０は計測手段１０から各検出値を受信する。この計測は、例えば削孔軸５の延長作業中（単位軸の連結作業中）に行うと、作業ロスが無いため好ましい。

管理装置２０は検出値を受信すると、記憶装置に記憶された所定の算出・表示プログラムを読み出して実行し、傾斜センサによる検出値を、絶対方位検出センサにより検出される傾斜センサの基準軸の絶対方位により、絶対方位を基準とした値に変換し、更にこれを予め入力した現場座標軸の絶対方位により現場座標軸に変換することにより、現場座標軸における傾斜（直線状態からのずれ）を削孔軸先端部の傾斜として算出する。そして、各計測段階において削孔軸５の挿入深度を加味することにより、削孔軸５先端部の位置座標を先の計測位置に対する相対位置として算出することができる。削孔軸５の挿入深度は、削孔装置１が通常備えるストローク計により、あるいは削孔軸長さの実測により、計測することができる。また、傾斜計を用いた位置座標の算出方法については公知の方法を採用することができる。かくして、削孔軸５先端部に設けた傾斜計による検出値を、絶対方位を介して現場座標軸上に変換すると、削孔軸にねじれ等があっても正確に削孔軸５先端部の傾斜を計測することができる。

上記例では、中央の削孔軸５の位置しか計測することができない。単軸装置ならまだしも多軸装置では、特に連続壁工法のように孔の正確なラップを測る場合等においては、他の削孔軸５の位置についても正確に計測する必要がある。この場合、全ての削孔軸５に計測手段１０を設けることもできるが、簡易に且つ正確に他の削孔軸の位置を計測することができればより好ましい。このため、図３に示すように、中央の削孔軸５に計測手段５が設けられるだけでなく、この軸内における結束バンド６と対応する位置に近接スイッチ３０が固設され、かつ結束バンド６に被検出体３１が固設されており、近接スイッチ３０が被検出体３１に反応する位置に当該削孔軸５を回転し位置決めした状態で、計測手段５の傾斜センサの基準軸（本例では図中のｘ軸、ｙ軸）と両脇の削孔軸５とが所定の位置関係を有するように構成されている。この所定の位置関係は適宜定めることができるが、図示例では中央の削孔軸５を中心とした両側の削孔軸５の回転角を検出するべく、傾斜センサの基準ｙ軸と軸列方向（または結束バンドの長手方向）とが直交するように構成されている。この場合、近接スイッチ３０が被検出体３１を検出する位置で計測手段１０により中央の削孔軸５の計測を行うと、両側の削孔軸５は中央の削孔軸５に対して傾斜センサの基準ｙ軸の方位に直交する方位に存在するものと定めることができる。そして結束バンド６位置における軸間距離は略一定と推定することができるから、前述のようにして中央の削孔軸５の位置を計測すれば、既知の軸間距離を加味することにより、両側の削孔軸５の位置も算出することができる。

また、計測手段を削孔軸５の先端部のみに設けただけでは、前述したとおり、基端側部分が先端部の軌跡どおりに追従することを前提として削孔軸全体の位置を判断せざるを得ない。よって、図示形態のように、削孔軸５の先端部に対して、その基端側に間隔をおいて一箇所または複数箇所の軸内に傾斜センサからなる計測手段１１を設けるのが好ましい。この場合、各計測段階において、各計測手段１１による計測を行うことにより、削孔軸５全体の位置を正確に計測できる。より正確な計測を行うために、各箇所に、削孔軸５先端部と同様、傾斜センサおよびその基準軸の絶対方位を検出する絶対方位検出センサを組み合わせて設けることもできる。

＜その他＞
（イ）本発明は、単軸削孔、例えば地中連続壁における先行削孔等にも適用可能である。

（ロ）図２に示すように、通常の削孔軸５は単位軸５Ｕ（図中の範囲は中央の削孔軸５における単位軸範囲を表している）を連結して延長されるものであり、この場合、計測手段１０，１１を単位軸５Ｕの端部（特に基端部）内に内蔵するのが好ましい。この場合、メンテナンスやキャリブレーションが容易になる利点がもたらされる。

（ハ）計測手段１０，１１をユニットとして削孔軸５に対して着脱自在とするのも好ましい形態である。この場合、計測手段１０，１１のユニットは、それ自体を単位軸５Ｕ相互を連結するための連結体としたり、単位軸５Ｕ内に対して着脱自在に内蔵させたりすることができる。

（ニ）計測手段１０を中央の削孔軸５にのみ設けているが、特に中央に限定されるものではなく、また全ての削孔軸５に設けることもできる。また、近接スイッチ３０を用いる形態を採用する場合、近接スイッチ３０は共通の削孔軸５内に計測手段１０が設けられる限り、中央の削孔軸５に限られず、他の削孔軸５に設けることもできる。

（ホ）上記例では、計測までの構成例であるが、その計測結果に基づいて公知技術により削孔方向の修正を行うことができる。

本発明は、地中連続壁の造成に限られず、その他の地盤改良、あるいは配水管等の地中への建込みにおける削孔等、地盤削孔全般に適用できるものである。

削孔装置例の側面図である。 削孔軸部分の正面図である。 削孔軸の横断面概略図である。 削孔軸のねじれの影響を示す説明図である。 削孔軸の挿入経路のずれを示す説明図である。

１…削孔装置、２…ベースマシン、３…リーダ、４…減速機、５…削孔軸、６…結束バンド、７…無線通信装置、１０…計測手段（傾斜センサ及び絶対方位検出センサ）、１１…計測手段（傾斜センサのみ）、２０…管理装置、２１…コンピュータ、２２…無線通信装置、３０…近接スイッチ、３１…被検出体。

Claims (4)

1. 回転可能かつ前後進可能に支持された削孔軸を有する地盤削孔装置において、
   削孔軸の先端部の軸内に、傾斜センサと、この傾斜センサの基準軸の絶対方位を検出する絶対方位検出センサとからなる計測手段とを設けるとともに、
   前記傾斜センサによる検出結果および前記絶対方位検出センサにより検出される前記基準軸の絶対方位と、予め定められた現場座標軸および予め求められた現場座標軸の絶対方位とに基づき、現場座標軸における前記削孔軸の先端部の傾斜を得るように構成し、
   前記削孔軸は複数本並設されており、これら削孔軸は少なくとも先端部において結束バンドにより回転可能に保持され且つ軸相互間隔が保持されており、
   特定の削孔軸の先端部の軸内に、前記傾斜センサおよび絶対方位センサからなる計測手段が設けられるとともに、この軸内における前記結束バンドと対応する位置に近接スイッチが固設され、かつ結束バンドに被検出体が固設されており、この特定の削孔軸を近接スイッチが反応する位置に位置決めした状態で前記計測手段の傾斜センサの基準軸と、特定の削孔軸以外の他の削孔軸とが所定の位置関係を有するように構成されており、
   前記位置決め状態で、前記計測手段による検出を行い、前記現場座標軸における前記特定の削孔軸の先端部の傾斜を得るとともに、前記所定の位置関係に基づき、前記特定の削孔軸に対する他の削孔軸の位置を得るように構成されている、
   ことを特徴とする地盤削孔装置。
2. 前記削孔軸の先端部に対して、その基端側に間隔をおいて一箇所または複数箇所の軸内に少なくとも傾斜センサからなる計測手段を設けた、請求項１記載の地盤削孔装置。
3. 前記削孔軸は、単位軸を連結して延長されるものであり、前記計測手段は単位軸の端部内に内蔵されている、請求項１又は請求項２記載の地盤削孔装置。
4. 回転可能かつ前後進可能に支持された削孔軸を有する地盤削孔装置を用いて地盤削孔を行うにあたり、傾斜センサを用いて孔曲がりを計測する方法であって、
   削孔軸の先端部の軸内に、傾斜センサと、この傾斜センサの基準軸の絶対方位を検出する絶対方位検出センサとからなる計測手段を設け、
   前記孔曲がりの計測に際して、前記傾斜センサによる検出結果および前記絶対方位検出センサにより検出される前記基準軸の絶対方位と、予め定められた現場座標軸および予め求められた現場座標軸の絶対方位とに基づき、現場座標軸における前記削孔軸の先端部の傾斜を得るようにし、
   前記削孔軸は複数本並設し、これら削孔軸は少なくとも先端部において結束バンドにより回転可能に保持し且つ軸相互間隔を保持しており、
   特定の削孔軸の先端部の軸内に、前記傾斜センサおよび絶対方位センサからなる計測手段が設けるとともに、この軸内における前記結束バンドと対応する位置に近接スイッチを固設し、かつ結束バンドに被検出体を固設し、この特定の削孔軸を近接スイッチが反応する位置に位置決めした状態で前記計測手段の傾斜センサの基準軸と、特定の削孔軸以外の他の削孔軸とが所定の位置関係を有するようにし、
   前記位置決め状態で、前記計測手段による検出を行い、前記現場座標軸における前記特定の削孔軸の先端部の傾斜を得るとともに、前記所定の位置関係に基づき、前記特定の削孔軸に対する他の削孔軸の位置を得る、
   ことを特徴とする地盤削孔における孔曲がり計測方法。

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