JP4495716B2 - トレンチウォール装置 - Google Patents

Description

本発明は、トレンチウォール装置に係り、特に、請求項１の前提部に従ったトレンチウォール装置に関する。

本発明に関連するトレンチウォール装置は、例えば特許文献１において知られている。この刊行物は、一方では、フレーム底部にグラブショベルが設けられたトレンチウォールグラブを開示し、他方では、露出した土壌を除去するために回転可能に設定された４枚のカッティングホイールがフレーム底部に設けられたトレンチウォールカッタを開示する。

トレンチウォール装置を土壌中に下降させると、土壌内に矩形断面を有するほぼ四角形の溝が形成される。この溝を支持液又は懸濁液の少なくとも一方で満たし、支持液又は懸濁液の少なくとも一方を硬化させることによりトレンチ（溝）壁を仕上げることができる。露出した土壌をトレンチ壁要素の形成のために使用することもできる。

大きなトレンチ壁を形成するには、トレンチウォール装置を下降させ、引き出し、隣接して特に重なり合う位置で再び下降させることを繰り返し行う。トレンチウォール装置を下降させる度にトレンチ壁区画（パネル）が１つ形成され、各トレンチ壁区画が互いに重なり合ってトレンチ壁全体を形成する。トレンチ壁区画の形成時におけるトレンチウォール装置の誘導装置として、土壌表面すなわち地上にガイドフレームを設けることができる。

欧州特許出願公開第０９０３４４３Ａ２号明細書

しかし、既知のトレンチウォール装置の動作においては、特に土壌地質が変化する場合に、結果として得られるトレンチ壁の強度がすべての目的に適うものではないことがある。

本発明の目的は、特に高品質を有するトレンチ壁の形成を可能とするトレンチウォール装置を提供することである。

この目的は、本発明に従って請求項１に記載の特徴を有するトレンチウォール装置により解決される。好適な実施形態は、従属する請求項から明らかになる。

本発明に係るトレンチウォール装置は、露出した土壌を除去する手段が底部に設けられたフレームを含む土壌作業装置と、土壌作業装置を土壌中に、垂直軸方向にほぼ平行に下降させる手段とを備えている。

本発明に係るトレンチウォール装置により実現される土壌に溝を形成する方法では、土壌作業装置のフレーム底部に設けられている露出した土壌を除去する手段が作動し、土壌作業装置が垂直軸方向に平行に土壌中に下降する。

本発明に係るトレンチウォール装置は、垂直軸周りの土壌作業装置の回転位置を決定する測定装置、特にジャイロスコープが少なくとも１つ設けられていることを特徴とする。

本発明の基本原理は、いくつかの事例中に観察することができるトレンチ壁の不十分な品質が、土壌作業装置が土壌中を下降中に、垂直軸周りに土壌作業装置が回転することのせいであろうという事実に基づく。このような垂直軸周りの回転が、例えば石礫にぶつかるときなどのように、露出した土壌の硬度が除去断面に沿って変化するという事実によって生じ、その結果、土壌作業装置が土壌除去中に正しい位置から逸れる。このような場合、トレンチウォール装置は四角形ではなく、どちらかというと、ねじれた螺旋状の溝を形成する。この結果、隣接するトレンチ壁区画は、土壌表面、つまり地表では互いに正しく位置決めされたとしても、より深いところではもはや互いが最適に突き合せられず、もはや最適に重なり合わなくなり、場合によっては、仕上がりトレンチ壁の漏れが発生することがある。

本発明によるジャイロスコープにより、垂直軸周りの土壌作業装置の回転を検出することができる。このような回転が発生した場合、例えば、土壌作業処理を中断することができ、そして回転の原因を取り除くことができる。例えば、露出した石礫を土壌から回収することができる。しかし、垂直軸周りの望ましくない回転を自動的に防止する手段を設けることもできる。この態様においては、特に形状の整った溝を形成することができる。

更に本発明では、垂直軸周りの土壌作業装置の回転に起因する溝内におけるフレームの緊迫した傾斜が、トレンチ壁形成中の信頼性を増加するように十分事前に、通知されることが可能になる。

好ましくは、本発明に係るトレンチウォール装置は、少なくともほぼ矩形の断面を有する溝の形成に役立つ。この場合、断面とは、垂直軸に垂直な平面として理解される。この目標のため、露出した土壌を除去する手段について、少なくともほぼ矩形の除去断面を有することが適当である。原理的には、他の除去断面を設けるものとしてもよい。

好ましくは、トレンチウォール装置は、トレンチウォールカッタ又はトレンチウォールグラブとして構成されることがよい。トレンチウォールグラブでは、露出した土壌を除去する手段は、ショベル要素、特にツインショベルグラブを含む。本発明に基づくトレンチウォールカッタでは、露出した土壌を除去する手段は、回転式に駆動されるカッティングホイールを含む。好ましくは４枚のカッティングホイールが設けられ、それらの２枚が、回転軸周りに複数の対として配置される。最も好適な例では、カッティングホイールの複数の対は、複数のカッティングホイールの回転の複数の軸を平行として複数のカッティングホイールを整列し、直接的に相互に近接して配置される。

土壌作業装置を下降させる手段は、好ましくは重力に基づく。これは、土壌作業装置がその適度な重さの結果として土壌を貫通することを意味する。土壌作業装置を土壌に押圧する付加的な送り手段のための設備もまた設けることができる。

極めて迅速で信頼性の高いトレンチ壁形成を可能にするために、土壌作業装置を垂直軸周りに回転させる少なくとも１つのアクチュエータが設けられること、そして土壌作業装置の回転位置を自動的に制御するために、アクチュエータと少なくとも１つのジャイロスコープとに信号接続された制御装置が設けられることが効果的である。ここで、実際には、垂直軸周りの回転が単に観察されるだけではなく、たぶん手動で防止される。これに対して、制御装置が提供され、ジャイロスコープにより供給された信号に従って土壌作業装置の回転に作用する。より詳細には、この制御装置は、垂直軸周りの土壌作業装置の回転位置を維持するように構成することができる。基本的には、制御装置は、作業深さに沿っての土壌作業装置の選択的回転のために設けられることもできる。

少なくとも１つのアクチュエータが、フレーム上に配置された制御面を有し、その制御面は、後退した第１の位置から突き出した第２の位置に変位して、形成された溝の内壁に抗して停止することができるものとすることで、特に簡素な構成のトレンチウォール装置が達成される。この制御面の手段によって、フレームは、溝の内壁から押し離されることができ、そしてこの結果、土壌作業装置を垂直軸周りの選択的回転を行わせることができる。一旦、回転が完了すると、制御面を、後退した第１の位置に再び変位させることができる。後退した位置では、制御面は好ましくはフレームの外部輪郭と同じとして配置されるか、又はフレームの外部輪郭からフレームの内側に向かって後向きにずらされる。突出した第２の位置では、制御面は、好ましくはフレームの外部輪郭から突出する。この制御面は、特に、フレームに蝶番式に取り付けられた制御フラップ上に設けることができる。制御面を移動させるために、アクチュエータは、例えば流体シリンダを備えることができる。垂直軸周りの安定した回転を達成するために、制御面は、好ましくはフレーム中心に対して水平にずらすことでフレーム外部に設けられることがよい。好ましくは、複数の制御面が設けられることがよい。

制御面に加えて、又はこれに代わって、フレームを第１のフレーム部と第２のフレーム部とを含む２つの部分で構成し、露出した土壌を除去する手段のためには、第１のフレーム部を用意し、アクチュエータのためには、第２のフレーム部に対する第１のフレーム部の変位のために構成されるように、装置を構成することができる。特に、アクチュエータは、第１のフレーム部を第２のフレーム部に対して垂直軸周りに回転させるように構成できる。好ましくは、第１のフレーム部を内側フレームとして、第２のフレーム部を外側フレームとして構成し、内側フレームを少なくとも部分的に外部フレーム上に配置する。外側フレームは合わせフレームと呼ぶこともできる。特に、第２のフレーム部には、溝内でこのフレーム部を固定するための少なくとも１つの制御面を設けることができる。第２のフレーム部には好ましくはサスペンションが設けられ、このサスペンション上で、土壌作業装置が土壌作業装置下降手段に懸架される。懸架位置を他のフレーム部に対して変位させることで、垂直軸周りの回転運動を均一に行うことができる。

土壌作業装置を回転させるために、付加的にあるいは代替的に、露出した土壌を除去する手段のためにカッティングホイールを備えるものとし、制御装置のためにカッティングホイールの駆動装置と信号接続するものとして、装置を構成することができる。カッティングホイールの回転速度を制御し、さらに特には、個々のカッティングホイールの回転速度をお互の間に関して変化させることにより、垂直軸周りの土壌作業装置の回転運動もまた、行うことができる。この態様においては、アクチュエータをカッティングホイールの駆動モータとすることができる。しかしながら、例えば少なくとも１つの駆動ギアを設け、その駆動ギア上に、ギア減速比を変化させる少なくとも１つのアクチュエータを設けることもできる。

好ましくは、土壌作業装置を下降させる手段は、少なくとも１つの支持ケーブルを含むことがよく、この支持ケーブルにフレームが懸架する。特に、フレームは、支持ケーブル上に自由状態で配置されることができるが、リニア案内装置をさらに設けることもできる。フレームは、自由ケーブル懸架において極めて容易に回転できるため、ここでは、回転位置の決定について特に有利であることが証明される。

特にトレンチウォールカッタの場合、除去された土壌をフレームの外側に送り出せるようにするために、露出した土壌を除去する手段の除去断面よりもフレーム断面が小さいことが効果的である。この態様においては、フレームは溝の内壁に抗してではなく、内壁から間隙を有して停止する。この結果、除去された土壌は、溝の内壁に沿ってフレームを通過し、露出した土壌を除去する手段の上部にある領域の中に運びこむことができる。ここでは、フレーム下面における複雑な吸引装置を省略することができる。より小さな断面のフレームは、溝内において、土壌作業装置を案内するのをある範囲に限ることができるので、回転位置の決定について特に有利である。

基本的に、ここで関係するジャイロスコープは、シングルジャイロ又はダブルジャイロのジャイロスコープとすることができる。しかしながら、ジャイロスコープが３ジャイロのジャイロスコープである場合、極めて正確で信頼性の高い回転位置の決定を行うことができる。ジャイロスコープの構造については、あらゆる既知の種類のジャイロスコープを通常は考慮することができる。少なくとも、振動ジャイロなどのマイクロメカニカルジャイロスコープを含むメカニカルジャイロスコープ、又は、好ましくはファイバジャイロであるオプティカルジャイロの一方を用いることができる。メンテナンス管理の低い頻度を計算に入れて、半導体基板上に設けたマイクロメカニカルジャイロスコープが特に好適である。

測定精度を高めるために、特にジャイロスコープの出力信号の補正のために、少なくとも１つの加速ピックアップを設けることが効果的である。最も好適な例では、ジャイロスコープの各ジャイロに、すなわちジャイロスコープの各回転軸のそれぞれに対応して、加速ピックアップが設けられている。ジャイロスコープに加えて、傾斜計などのさらなる測定装置を設けることができる。加速ピックアップ自体をジャイロスコープとして構成することもできる。

極めて高い測定精度を得るには、好ましくはジャイロスコープの較正に用いる測地衛星用受信機を設けることが効果的である。特に、ＧＰＳ受信機又はガリレオ受信機の少なくとも一方を設けることができる。好ましくは、制御装置は、ジャイロスコープの自動較正用に構成され、測地衛星用受信機と信号接続されることがよい。ジャイロスコープは、土壌作業装置が土壌への挿入前に引き出された状態で較正され、現在の回転位置は、ジャイロスコープが計測した値に基づいて推測航法により決定されることが効果的である。好適な受信条件下では、土壌作業装置が地中にある状態でジャイロスコープを較正でき、もし必要であれば、繰り返して行うこともできる。

本発明に係るトレンチウォール装置により実現される土壌に溝を形成する方法は、少なくとも１つの測定装置、特にジャイロスコープによって、垂直軸周りの土壌作業装置の回転位置を決定することを特徴とする。

好ましくは、回転位置の第１の測定が、土壌作業装置が引き出された状態で地表上において行われる。測定結果は簡易な方法で地球の回転軸と関連付けることができ、このために、測地衛星用受信機からのデータを利用することができる。

さらなる測定又はさらなる較正の少なくとも一方が、土壌作業装置の下降中又は引き出し中の少なくとも一方の間に実行されるものとできる。

基本的には、土壌作業装置の下降中に、回転位置を連続的な態様で検出することができる。しかしながら、測定を非連続的に行うことで極めて簡易な方法が提供される。この場合に、土壌作業装置の現在位置の決定にトラバース測量（多角測量）モデルを採用することができる。特に、アクチュエータの操作にトラバース制御装置を設けることができる。土壌作業装置が一時的に引き出されたときに測定が実施されるため、低振動で、したがって正確な測定が達成される。引き出しと測定に引き続いて、土壌作業装置を再び下降させることができる。

ジャイロスコープの測定は、特に、例えば巻き出した支持ケーブルの長さを測定することで決定することができる土壌作業装置の作業深さの関数として行うことができる。例えば、３メートルから４メートルの作業ステップごとに、ジャイロスコープの測定をそれぞれ行うことができる。

露出土壌を除去する手段による振動がジャイロスコープの測定に干渉することがあるので、測定中には、露出土壌を除去する手段を操作しないことが効果的である。また、最も好適な例では、測定中に、土壌作業装置は垂直方向にも移動されない。

回転位置の決定において、地中で行われた測定は、制御装置の手段によって、地上で行われた測定と関連付けられ、特に、その差を算出することができる。

本発明によれば、溝の形成中に、できるだけ早期に、トレンチウォール装置の回転位置を検出することができる。この結果、溝の形成中でも、その修正対策を取ることができる。

以下に、本発明に係る好適な実施形態についてより詳しく説明する。

トレンチウォールカッタとして構成された本発明によるトレンチウォール装置が図１に概略的に示されている。トレンチウォール装置は、フレーム２０を有し、そのフレーム底部に、複数のカッティングホイールの第１の対１と、複数のカッティングホイールの第２の対１’が設けられる。図１に図示されている正面図では、カッティングホイール対１，１’の紙面の手前側から見て２つ目の第２カッティングホイールは、図に現れている１つ目の第１カッティングホイールの背後に位置している。複数のカッティングホイールの外周上には、複数の土壌作業工具５、特に複数の切歯が、露出した土壌をほぐし、除去するために設けられている。複数のカッティングホイール対１，１’を駆動するために、複数の流体圧回転モータ１０，１０’として構成された駆動装置がフレーム２０上に設けられている。

ここには図示されない建設装置上で、ワイヤケーブルとして構成された２つの支持ケーブル３０，３０’によって、フレーム２０は、カッティングホイール対１，１’に結合されて共に懸架されている。さらにフレーム２０からは、流体圧回転モータ１０，１０’に流体圧用の流体を送る流体パイプ３９と、掘削された溝に土壌面に向かって支持液又は懸濁液の少なくとも一方を送るフィードホース４０が延びている。

図１から分かるように、フレーム２０の断面は、カッティングホイール対１，１’の土壌除去用の断面よりもかなり小さい。したがって、カッティングホイールは、回転中において、除去した土壌をフレーム２０を経由してさらに上部にある溝の領域の中へ送り込むことができる。しかしながら、フレーム２０が溝の内壁に抗して停止するものではないので、トレンチウォール装置は、下降中にフレーム２０によって案内されない。結果として、このことは、溝の形成中において、特に、もしカッティングホイールが硬度の異なる土壌を除去しなければならない場合には、垂直軸５０周りのトレンチウォール装置の回転を誘発するかもしれない。

垂直軸５０周りのトレンチウォール装置の回転位置を決定するため、三軸ジャイロスコープとして構成されたジャイロスコープ２がフレーム２０上に設けられている。このジャイロスコープ２は、ここでは図示されていない制御装置に接続されている。この制御装置は流体圧回転モータ１０，１０’に作用し、例えば個々のカッティングホイールの互いに対する回転速度を変更するようにし、これによって、垂直軸５０周りのフレームの回転を防止する。さらに、加速ピックアップである加速センサ２３がフレーム２０上に設けられ、ジャイロスコープ２と信号線で接続されている。

溝６０の平面図を、その中におかれているトレンチウォール装置と共に、図２に示す。ここで、トレンチウォール装置が図面の平面に垂直に延びる垂直軸周りに回転しているため、現在の除去断面６３は溝６０の望ましい上端と一致していない。より詳細には、現在の除去断面の長手軸の方向が、望ましい方向に対して角度αだけ回転している。この回転は、本発明に係るジャイロスコープによって検出され、そして、必要に応じて、この回転を防止する対策が講じられる。

本発明に係る実施の形態におけるトレンチウォール装置の略正面図である。 本発明に係る実施の形態におけるトレンチウォール装置がその中に置かれる溝の平面図である。

符号の説明

１，１’ カッティングホイール対、２ ジャイロスコープ、５ 土壌作業工具、１０，１０’ 流体圧回転モータ、２０ フレーム、２３ 加速センサ、３０，３０’ 支持ケーブル、３９ 流体パイプ、４０ フィードホース、５０ 垂直軸、６０ 溝、６３ 除去断面。

Claims (2)

1. フレーム（２０）と、フレーム（２０）の底部に設けられ、露出した土壌を除去する手段とを含む土壌作業装置と、土壌作業装置を土壌中に、垂直軸（５０）方向にほぼ平行に下降させる手段と、を備えるトレンチウォール装置であって、
   垂直軸（５０）周りの土壌作業装置の回転位置を決定するジャイロスコープ（２）と、
   垂直軸（５０）周りに土壌作業装置を回転させる駆動装置と、
   土壌作業装置の回転位置を自動的に制御するために、ジャイロスコープ（２）と駆動装置とに信号接続される制御装置と、をさらに備え、
   前記露出した土壌を除去する手段は前記駆動装置によって回転駆動されるカッティングホイールを有し、
   前記制御装置は、前記ジャイロスコープ（２）により検出される土壌作業装置の回転位置に基づいて前記カッティングホイールの回転速度を制御することにより前記土壌作業装置の垂直軸（５０）周りの回転位置を自動修正することを特徴とするトレンチウォール装置。
2. 請求項１に記載のトレンチウォール装置において、
   除去された土壌をフレーム(２０)の外側に送り出せることができるように、フレーム（２０）の断面が、露出した土壌を除去する手段の除去断面よりも小さいことを特徴とするトレンチウォール装置。

Images