JP6080367B2 - 孔芯計測装置 - Google Patents
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Description
例えば、直線に削孔する予定の掘削孔が湾曲して削孔されてしまうと、種々の不都合が生じる。係る不都合を未然に防止するために孔芯計測が行われる。
しかし、従来の掘削孔の削孔あるいは地中に中空管を配置する施工において、孔芯計測が行われていないケースが多々存在する。特に、深度が深い領域において掘削孔を削孔する場合に、例えば断層等の影響で掘削孔は曲がり易く、種々の不都合が生じる。
ここで、孔芯計測の実施に際しては、孔芯計測用の機器(孔芯計測装置)を、地盤中に削孔された掘削孔に直接挿入する場合と、掘削孔に中空管を挿入し、当該中空管に孔芯計測装置を挿入する場合が存在する。
しかし、傾斜計は、静止した状態でないと計測することができない。例えば、掘削孔に傾斜計を挿入した後、一定のピッチ(例えば、1000mm、500mm)で孔芯計測をする場合には、当該一定のピッチ毎に、孔芯計測のために一定の時間(例えば3秒間)だけ停止しなければならない。そのため、掘削孔全体の孔芯計測のために、長時間が必要となってしまう恐れがある。
さらに、傾斜計を用いて孔芯計測を行う場合には、計測するべき掘削孔(あるいは中空管)内にガイドパイプを挿入する必要が有る。すなわち、傾斜計を用いて孔芯計測を行う場合には、掘削孔あるいは中空管にガイドパイプを挿入し、傾斜計を合計4回出し入れしなければならない。
そして、傾斜計を4回出し入れする各々の作業において、一定のピッチ毎に一定の時間(例えば3秒間)だけ停止しなくてはならない。そのため、傾斜計による孔芯計測は極めて煩雑な作業であり、多大な作業時間を費やしてしまう。傾斜計を用いた従来の孔芯計測では、例えば、50m以上の深度における掘削孔の削孔では、(孔芯計測だけで)長時間を費やしている。このことも、従来、孔芯計測が行われていないケースが多数存在する理由となっている。
係る技術によれば、ガイドパイプの挿入が不要である。また、掘削孔の先端部に挿入されたジャイロスコープを地上側に引き出すことにより、一度の作業で、当該ジャイロスコープの移動経路、すなわち掘削孔の位置が測定される。しかも、所定ピッチ毎に一定時間づつ静止させる必要もない。
例えば、予定の削孔経路が直線である場合に、図9で示すように、掘削孔Hの中心Lchと、ジャイロスコープ1の中心(中心軸)Lc1が合致していないと、掘削孔Hが曲がっていても、ジャイロスコープ1の中心軸Lc1が真直な状態であるため、当該ジャイロスコープ1による孔芯計測では、掘削孔Hは真直で予定の経路通りに削孔されていると誤判定してしまう恐れがある。
しかし、掘削孔の水平計測時において、図11の右側の円弧状の弾性部材8の様に、弾性反撥力が弱い(バネ定数が小さい)と、当該弾性部材8の撓み量が大きくなり、ジャイロスコープ1の羽口側(図11の右側:地上側)が下がってしまう。そのため、掘削孔Hは水平であるにもかかわらず、ジャイロスコープ1は、掘削孔Hが(図11の上下方向について)傾斜していると判断してしまう。
図12において、右側の弾性部材8が配置されている領域のように、掘削孔Hの内径D2が小さい(細い)と、当該右側の弾性部材8の弾性反撥力が強くなり、弾性部材8の半径方向外方端部と掘削孔H内壁(中空管内壁)との摩擦力が強くなり、摩擦による摩耗量が増加して、当該弾性部材8が摺り減ってしまう。そのため、従来の孔芯計測装置では、何回か孔芯計測を行うと、円弧状弾性部材8を交換しなければならなくなるという問題が発生する。
しかし、ジャイロスコープ1が、図12における右側の領域(内径D2の領域)から、左側の領域(掘削孔内径が大きい/太い領域:内径D1の領域)に移動すると、内径D2の領域に合わせて仕様が設定されている弾性部材8は、その半径方向外方端部が掘削孔Hの内壁面と接触しない状態(いわゆる「浮いた」状態)になってしまう(図12において、符号Aで示す状態)。そのような状態(符号Aで示す状態)になると、ジャイロスコープ1の図12における下側が下がってしまい、掘削孔Hの中心とジャイロスコープ1の中心を合致させることが出来ず、いわゆる「芯をとる」、「芯を合わせる」ことが困難である。
なお、図10〜図12において、符号5は先行ロッドを示し、符号6は接続部材を示し、符号7は可撓性を有する曲がりボーリング用ロッドを示している。
細長い計測装置(1)の中心軸方向の両端に設けた地上側および地中側リンク係合部材(11)にパンタグラフ状の地上側および地中側リンク機構(2)が配置されており、
当該リンク機構(2)は、計測装置(1)の円周方向について等間隔の複数箇所に同一仕様のパンタグラフ状リンケージ(20)が配置されており、
当該同一仕様のパンタグラフ状リンケージ(20)の各々は、2本のリンク(21、22)がヒンジピン(24)によって屈折自在に接続されており、
地上側および地中側リンク機構(2)の各々はリンク係合部材(11)から延在するロッド部材(12)に摺動可能なスライダ部材(23)を有し、計測装置(1)から離隔した側の一方のリンク(21)の計測装置(1)から離隔した側の端部(21b)は前記スライダ部材(23)に回転自在に結合されており、計測装置(1)側の他方のリンク(22)の計測装置(1)側端部(22b)はリンク係合部材(11)に回動自在に結合されており、
前記スライダ部材(23)の両側にはそれぞればね定数の等しい弾性部材(3A、3B)が配置されており、
前記パンタグラフ状リンケージ(20)の頂部にはローラ(4)が設けられており、地上側および地中側リンク機構(2)の各々は前記パンタグラフ状リンケージ(20)を拡径或いは縮径するための動力源は設けられていないことを特徴としている。
計測装置として傾斜計を用いる場合には、掘削孔(H)が鉛直方向に延在している場合に適用することが好ましい。ただし、掘削孔(H)が垂直軸に対して傾斜している場合も、傾斜計は使用可能である。
ここで、水平方向に延在している掘削孔の曲がり計測については、傾斜計は適用しない。
そのため、パンダグラフ状のリンク機構(2)で支持される計測装置(100)の半径方向中心は、複数リンケージ(20)の頂部が当接している掘削孔(H)または中空管の半径方向中心と、常に一致する(常に、いわゆる「芯をとった」状態になる)。換言すれば、本発明において、計測装置(100)の中心軸位置は、掘削孔(H)または中空管の中心軸と常に合致し、いわゆる「芯をとった状態」が保持され、いわゆる「芯をとった状態」以外には、パンダグラフ状のリンク機構(2)は移動あるいは摺動しない。
また、本発明は、深い深度の掘削された掘削孔の孔芯計測に適している。
掘削孔(H)の内径寸法が小さい領域(いわゆる「きつい」、「窮屈な」領域)であっても、係る回転部材(4)を設ければ、内壁面あるいは中空管の内壁面との摩擦抵抗が小さい。
掘削孔(H)の内径寸法が小さい領域(いわゆる「きつい」、「窮屈な」領域)であっても、回転部材(4)を設けた場合と同様に、摩擦抵抗が小さくなる。
パンダグラフ状のリンク機構(2)を増設し、あるいは、パンダグラフ状のリンク機構(2)の頂部(半径方向最外方の部分)に板状部材(4A)を設けることにより、複数の(3個以上の)リンク機構(2)の先端(半径方向先端)が掘削孔(あるいは中空管)の内壁面に当接し、あるいは、板状部材(いわゆる「スキー」4A)が掘削孔(あるいは中空管)の内壁面に当接して、複数のリンケージ(20)の各頂部と計測装置(1)の中心軸(Lc1)からの半径方向位置を常に一定に維持できるからである。
最初に、図1〜図5を参照して、本発明の第1実施形態について説明する。
図1において、全体を符号100で示す孔芯計測装置は、計測器であるジャイロスコープ1と、ジャイロスコープ1の軸方向の両端に配置された1対のリンク機構2を備えている。
図3で示すように、1箇所のリンク機構2において、3組のリンケージ20を有している。そして図1、図2で示すように、1組のリンケージ20は、第1のリンク21と第2のリンク22と、スライダ23と、接続ピン24(図2)を有している。
図3を参照すれば明らかなように、図1、図2では、上方のリンケージ20の位置を変位させて表現している。図示を簡略化して、構成及び作用効果が明瞭に表現される様にするためである。
図1では、地中側(図1のおける左方:符号Aで示す側)のリンク係合部材11は、先行ロッド5に接続されている。一方、地上側(図1のおける右方:符号Bで示す側)のリンク係合部材11は、継手部材6を介して、可撓性を有する削孔用ロッド7(ロッドあるいはケーブル)に接続されている。
明示されていないが、スライダ23には中心軸近傍には、長手方向(図2では左右方向)に延在する貫通孔が形成されている。当該貫通孔(符号は図示せず)には、リンク係合部材11の円柱状のロッド部12が貫通している。スライダ23の貫通孔に円柱状のロッド部12が貫通することにより、スライダ23は、円柱状のロッド部材12に対して、摺動自在に係合している。
また接続ピン24は、案内部材(以下、「ローラ」と言う)4を回転自在に軸支している。
図2において、第1のリンク21における他方の端部21b(図2では左端部)は、ヒンジピン25によって、スライダ23に対して回動自在に軸支されている。
第2のリンク22における他方の端部22b(図2では右端部)は、ヒンジピン26によって、リンク係合部11に対して回動自在に軸支されている。
同様に、図1のA部あるいは図2において、地中側リンク係合部材11の円柱状のロッド部12が延在している領域であって、リンク係合部材11の端面11aと、スライダ23の地上側(右方)端面23aの間の領域には、コイルスプリング3(3B)が設けられている。
また、図1のB部において、地上側リンク係合部材11の円柱状のロッド部12が延在する領域であって、リンク係合部材11の端面11b(右方端面)とスライダ23の地中側(左方)端面23aの間の領域には、コイルスプリング3(3B)が設けられている。
上記コイルスプリング3(3A)とコイルスプリング3(3B)は、同一のバネ定数(弾性反撥力)を有する圧縮ばねである。ここで、図示の実施形態では、コイルスプリング3(3A)とコイルスプリング3(3B)は、バネ定数、素線径、巻き径、巻き数、自由長、材質その他が等しく(同一仕様に)設定されている。
ただし、図1において、右側のリンク機構2におけるコイルスプリング3Aと、左側のリンク機構20におけるコイルスプリング3Bの仕様を、変更すること(コイルスプリング3A、3Bの仕様を同一にしないこと)が可能である。
また、リンク機構2、20の各々において、スライダ23の左右のコイルスプリング3A、3A(あるいは3B、3B)の仕様を変更すること(仕様を同一にしないこと)も可能である。
図2で示されていないが、図1のB部において、地上側リンク係合部材11の端面11bから継手部材6の地中側(左方)端面6aまでの距離も一定であり、上記距離L1と同一である。
地中側リンク係合部材11の端面11aから先行ロッド5の地上側端面5bまでの距離と、地上側リンク係合部材11の端面11bから継手部材6の地中側(左方)端面6aまでの距離は固定されている。そのため、図1、図2において、スライダ23を挟んで左右に配置された2つのコイルスプリング3(3A)、3(3B)は、スライダ23が円柱状のロッド部12に沿って移動(摺動)した場合、一方のコイルスプリング3の縮み量と、他方のコイルスプリング3の伸び量は等しくなる。
3組のリンケージ20では、図2において、スライダ23が軸方向(図2の左右方向)に移動(摺動)しても、第1のリンク21のスライダ23側のヒンジピン25の中心から、第2のリンク22のリンク係合部材11側ヒンジピン26の中心までの距離L2は、3組のリンケージ20において同一になる。
掘削孔Hの内径寸法が変化し、凹凸が存在したとしても、スライダ23が摺動して、距離L1が変動した内径寸法に対応した数値になるため、リンク機構2によって支持されているジャイロスコープ1の中心軸Lc1は一定であり、掘削孔Hの内径の中心Lhに合致した状態が維持される。
すなわち第1実施形態によれば、ジャイロスコープ1の中心軸Lc1は掘削孔Hの中心Lhと常に合致しており、いわゆる「芯をとった状態」に保たれる。そして、パンダグラフ状のリンク機構2は、いわゆる「芯をとった状態」以外の状態にはならない。
掘削孔Hの径が小さい領域(「細い」領域)であっても、ローラ4と掘削孔H内壁面の抵抗は小さい。そのため、ローラ4が掘削孔Hの内壁と接触しても、摩擦が小さく、摩耗し難い。
発明者による実験では、第1実施形態に係る孔芯計測装置100のローラ4の寿命は、従来の孔芯計測装置における板バネの寿命に比較して、約3倍程度まで延長された。
図5において、ガイドパイプGPには、ローラ4(図1〜図4参照)が係合するための溝Dを、円周方向に等間隔に4箇所形成している。溝Dにローラ4を係合することにより、図1において符号Rで示す回転を防止することができる。溝Dは、円周方向に等間隔に複数形成すれば、4箇所に限定されるものではない。
また、傾斜計を用いた孔芯計測は、鉛直方向に延在する掘削孔H(あるいは、それに挿入された中空管)のみが可能であり、水平方向に延在する掘削孔(あるいは中空管)の孔芯計測では適用することが出来ない。それに対して、ジャイロスコープであれば、鉛直方向に延在する掘削孔(中空管)のみならず、水平方向に延在する掘削孔(中空管)の孔芯計測にも適用可能である。
ここで、水平方向に延在する掘削孔(中空管)の孔芯計測で用いる場合を考慮すると、コイルスプリング3(3A)とコイルスプリング3(3B)は、ジャイロスコープの自重でたわまない程度のバネ定数あるいは弾性反撥力が必要である。
例えば図6で示すように、掘削孔Hの断面形状が非円形であり、符号NCで示す非円形の領域が存在する場合において、円周方向に等間隔に3個のリンケージ20(図6の実線で示す)を配置した場合には、非円形の領域NCにおいて、リンケージ20の半径方向外方端部のローラ4は、掘削孔H内壁に接触することができない。そのため、ジャイロスコープ1(図1、図2、図4参照)の中心と掘削孔の中心を一致させること(いわゆる「芯を出す」)ことは困難である。
もちろん、パンダグラフ状のリンク機構を5個以上設ければ、非円形の断面形状を有する掘削孔Hであっても、ジャイロスコープの中心と掘削孔中心を確実に合致させて、いわゆる芯を出すことが出来る。
掘削孔Hにおける断面が円形であるか否かについては、地上側で事前に判断することが出来る。したがって、掘削孔Hにおいて、断面が非円形の領域に到達したならば、その領域における孔芯計測には、パンダグラフ状のリンク機構を増設して行うことが出来る。
換言すれば、第1実施形態において、パンダグラフ状の3組のリンケージ20は、ジャイロスコープ1あるいは計測装置100が、いわゆる「芯をとった状態」以外には変形しない。
そして、ジャイロスコープ1あるいは計測装置100の半径方向中心(中心軸Lc1)と掘削孔Hの半径方向中心(中心軸Lh)が合致して、いわゆる「芯をとった」状態が維持される。
また、図示の第1実施形態は、深い深度の掘削された掘削孔の孔芯計測に適している。
また、ローラ4を設けることにより、掘削孔Hの内径寸法が小さい領域(いわゆる「きつい」、「窮屈な」領域)においても、摩擦抵抗が小さくなる。
そして、ローラ4と掘削孔H内壁面の摩擦が小さいため、第1実施形態に係る計測装置100は、ローラ4を設けない場合に比較して、寿命が長期化する。
第1実施形態では、パンダグラフ状のリンク機構2における(3組の)リンケージ20の頂部(半径方向外方端部)に、ローラ4を設けている。
それに対して、第2実施形態では、図7で示すように、パンダグラフ状のリンク機構2Aにおける(3組の)リンケージ20Aの半径方向外方端部に、スキー状の板状部材(掘削孔の孔壁あるいは中空管内壁に摺動可能なスキー)4Aを設けている。
これに対して、第2実施形態では、リンケージ20Aの半径方向外方端部にスキー状の板状部材4Aを設けているので、スキー状の板状部材4Aが非円形領域NC以外の掘削孔H内壁面と当接する。そのため、隙間λが存在したとしても、ジャイロスコープの中心と掘削孔中心とを一致させる(いわゆる「芯を出す」)ことが出来る。スキー4Aの幅寸法W(図7参照)が大きい場合には、係る作用効果は、さらに良好に発揮される。この様に、掘削孔Hの断面が円形でない場合に、リンケージ20Aの半径方向外方端部にスキー状の板状部材4Aを設けた第2実施形態によれば、リンケージ20Aの個数を増加させなくても、いわゆる「芯をとった」状態を維持することが出来る。
図4を参照して説明したように、第1実施形態では、掘削孔Hの断面形状が非円形であり、符号NCで示す非円形の領域が存在する場合には、リンケージ20の個数を増加しなければ、ジャイロスコープの中心と掘削孔中心とを一致させる(いわゆる「芯を出す」)ことが困難である。
第2実施形態の施工に際して、掘削孔Hにおいて、例えば軟らかい地盤に削孔されている領域には、スキー4Aの幅寸法W(図7参照)が大きいタイプの孔芯計測装置を適用して、スキー4Aが柔軟な地盤にめり込むことを防止することが出来る。
図7、図8の第2実施形態におけるその他の構成及び作用効果については、図1〜図6の第1実施形態と同様である。
ここで、図1〜図6の第1実施形態と、図7、図8で示す第2実施形態を組み合わせて使用すれば、孔芯計測を行うに際して、掘削孔Hを削孔した土壌の個々の領域毎に、地質(地層)、土質、掘削孔内壁面の状態等を勘案して、ローラ4を有するタイプの孔芯計測装置(第1実施形態)と、スキー4Aを有するタイプの孔芯計測装置(第2実施形態)を使い分けることが出来る。
例えば、図示の実施形態では、計測機器としてジャイロスコープを用いているが、ジャイロスコープに代えて傾斜計を使用することも可能である。
さらに、図示の実施形態では、掘削孔Hそのものの孔芯計測を行っているが、例えば崩れ易い地盤に掘削孔Hが削孔されている場合には、掘削孔H内に図示しない中空管を挿入し、当該中空管について、孔芯計測を行うことが出来る。その様にすれば、地盤が崩れて、ジャイロスコープ或いは傾斜計が埋没してしまうことが防止される。
2・・・パンダグラフ状のリンク機構
3・・・弾性部材/圧縮コイルスプリング
4・・・案内車/ローラ
5・・・先行ロッド
6・・・継手部材
7・・・可撓性を有する曲がりボーリング用ロッド
11・・・地中側リンク係合部材
12・・・円柱状のロッド部
20・・・リンケージ
21・・・第1のリンク
22・・・第2のリンク
23・・・スライダ
24・・・接続ピン
Claims (1)
- 掘削孔(H)或いは中空管が予定経路通りに掘削されているか否かを計測する計測装置(1)の中心と掘削孔(H)或いは中空管の中心とが合致した状態を保持する孔芯計測装置において、
細長い計測装置(1)の中心軸方向の両端に設けた地上側および地中側リンク係合部材(11)にパンタグラフ状の地上側および地中側リンク機構(2)が配置されており、
当該リンク機構(2)は、計測装置(1)の円周方向について等間隔の複数箇所に同一仕様のパンタグラフ状リンケージ(20)が配置されており、
当該同一仕様のパンタグラフ状リンケージ(20)の各々は、2本のリンク(21、22)がヒンジピン(24)によって屈折自在に接続されており、
地上側および地中側リンク機構(2)の各々はリンク係合部材(11)から延在するロッド部材(12)に摺動可能なスライダ部材(23)を有し、計測装置(1)から離隔した側の一方のリンク(21)の計測装置(1)から離隔した側の端部(21b)は前記スライダ部材(23)に回転自在に結合されており、計測装置(1)側の他方のリンク(22)の計測装置(1)側端部(22b)はリンク係合部材(11)に回動自在に結合されており、
前記スライダ部材(23)の両側にはそれぞればね定数の等しい弾性部材(3A、3B)が配置されており、
前記パンタグラフ状リンケージ(20)の頂部にはローラ(4)が設けられており、地上側および地中側リンク機構(2)の各々は前記パンタグラフ状リンケージ(20)を拡径或いは縮径するための動力源は設けられていないことを特徴とする孔芯計測装置。
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