JP6742929B2 - 横坑と管体の相対位置の検出方法、管体の位置の検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、水中または地中における横坑と管体の相対位置の検出方法等に関するものである。

例えば、地中に一対のシールド機で両側から掘進し、互いに接続することで横坑を構築する場合がある。この場合、互いのシールド機同士の位置を正確に把握する必要がある。

シールド機同士の掘進位置を確認する方法としては、例えば、シールド機から中空のガイド管を突き出して、ガイド管の内部に、傾斜計および光ファイバスコープを挿入して、対象部との位置関係を検出する方法がある（例えば特許文献１）。

また、シールド機からボーリングパイプを突出させ、ボーリングパイプ内に設けられた計測管によって、対象部の基準位置からのずれを検出する方法がある（特許文献２）。

特開平１−２４７６９３号公報 特開平４−６００９５号公報

一方、例えば、発電所等からの放水を行うための水中の放水管として、曲部付の管体と横坑とが接続されて用いられる。この場合、例えばシールド機によって地中に横坑を構築して、地中又は水中に配置された管体と横坑とが接続される。したがって、横坑と管体との相対位置を正確に検出する必要がある。

しかし、水中または地中において、管体を精度よく設置する作業は容易ではない。また、設置された管体の外部に、位置の基準となる視準室などを配置することは容易ではない。このため、水中または地中に設置された管体の位置に対する横坑の相対位置を正確に検出する方法が望まれる。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、水中または地中に設置された管体に対して、シールド掘進機などで構築された横坑の位置を正確に検出することが可能な横坑と管体の相対位置の検出方法等を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するために第１の発明は、水中または地中における横坑と管体の相対位置の検出方法であって、端部に連結部材が設けられた管体を地中又は水中に設置する工程ａと、前記連結部材の周囲に充填材を充填する工程ｂと、前記管体の前記連結部材に向けて掘進機で掘進して横坑を構築し、前記連結部材から所定距離離れた位置で停止する工程ｃと、前記横坑または前記掘進機から、前記連結部材にあらかじめ設けられた視準室まで、計測管を延出し、前記計測管の内部に配置される視準位置検出装置によって、前記視準室の内部における視準点を把握する工程ｄと、を具備し、前記計測管の位置と前記視準点とから、前記横坑と前記管体の相対位置を検出することを特徴とする横坑と管体の相対位置の検出方法である。

前記工程ｃと前記工程ｄとを複数回行うことが望ましい。

前記工程ｄは、複数の削孔ロッドを接続しながら前記連結部材に向けて先行削孔を行う工程ｅと、前記工程ｅにおいて、所定の間隔で、前記削孔ロッドの先端位置を確認する工程ｆと、前記削孔ロッドを引き抜く工程ｇと、先行削孔された孔に前記計測管を挿入する工程ｈと、前記計測管に前記視準位置検出装置を挿入し、前記視準位置検出装置によって、前記視準室の内部における前記視準点を把握する工程ｉと、を具備することが望ましい。

前記計測管は、内管と外管とからなる２重管であり、前記工程ｈにおいて、前記内管の内部から水を送り、前記内管と前記外管との間から水を戻し、前記工程ｉの後、前記内管を引き抜いて、前記外管の内部をパッカーで閉塞した後、前記外管を引き抜くことが望ましい。

前記工程ｉにおいて、前記視準位置検出装置による前記視準点の検出時に、前記計測管の内部に配置された洗浄ラインに水を流し、前記視準位置検出装置を洗浄することが望ましい。

第１の発明によれば、あらかじめ管体の外側に視準室を設けておくことで、管体を設置した後に、視準室を設置する必要がない。また、横坑から、視準室へ向けて計測管を延出することで、容易に位置を検出することができる。

また、視準室を複数配置して、この工程を複数回繰り返すことで、例えば掘進機を掘進させる際に、方向を微調整しながら掘進することもできる。

また、まず削孔ロッドで先行削孔を行った後に計測管を孔に挿入することで、計測管の挿入が容易である。また、削孔ロッドによる削孔時には、所定の間隔（例えばロッド１本毎）に孔の先端位置を把握することで、正確な位置を検出することができる。

また、計測管を２重管として、計測管の挿入時には、内管に水を送って外管と内管との隙間から水を戻すことで、内管の内部に異物等が侵入することを抑制することができる。また、計測管を引き抜く際には、先端部近傍をパッカーで閉塞することで、計測管の内部への異物の侵入を防ぐことができる。

また、洗浄ラインを設けることで、視準位置検出装置を洗浄することができる。このため、視準点の位置を確実に把握することができる。

第２の発明は、水中または地中における管体の位置の検出方法であって、端部に連結部材が設けられた管体を水中または地中に設置する工程ｊと、前記管体の周囲に充填材を充填する工程ｋと、前記連結部材には、あらかじめ視準室が設けられており、前記視準室に一端が接続され、気中に他端が露出する計測管の上部から、前記視準室の内部における視準点を把握する工程ｌと、を具備し、前記計測管の位置と前記視準点とから、前記管体の位置を検出することを特徴とする管体の位置の検出方法である。

第２の発明によれば、容易に水中または地中に設置された管体の位置を検出することができる。

本発明によれば、水中または地中に設置された管体に対して、シールド掘進機などで構築された横坑の位置を正確に検出することが可能な横坑と管体の相対位置の検出方法等を提供することができる。

放水路の施工工程を示す図。 放水路の施工工程を示す図。 連結部材２９ａの正面図。 図３のＡ−Ａ線断面図。 掘進機５１と曲部付管体２９との相対位置の検出工程を示す図。 視準室１５近傍の拡大断面図。 掘進機５１と曲部付管体２９との相対位置の検出工程を示す図。 計測管５７の先端近傍の拡大断面図であって、（ａ）は計測管５７の挿入時の状態を示す図、（ｂ）は撮像装置６３を挿入した状態を示す図。 計測管５７の先端近傍の拡大断面図であって、計測管５７を引き抜く状態を示す図。 曲部付管体２９の位置の検出工程を示す図。 放水路７０を示す図。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、放水路の施工方法を示す図である。まずは、自己昇降式作業台船１を施工場所まで曳船等で曳航する。なお、自走式の自己昇降式作業台船１であってもよい。自己昇降式作業台船１は、図示を省略するジャッキを用いて、レグ３に沿って架台５を昇降させることができる。したがって、レグ３を海底１１に固定して、架台５を海上に設置することができる。

架台５上には、クレーン７が設置される。クレーン７を用いて鋼管矢板を打設することができる。鋼管矢板は、例えば、クレーン７で水中バイブロハンマを吊下げ、水中バイブロハンマによって、海底１１の矢板設置予定位置に打ち込まれる。複数の鋼管矢板を例えば円形に配置することで、水中に鋼管矢板井筒９を構築する。

次に、鋼管矢板井筒９の内部を掘削し、掘削基盤１３を施工する。掘削基盤１３には、ガイド杭２３が打設される。ここで、複数のガイド杭２３は、それぞれ掘削基盤１３からの長さが異なるように設置される。また、ガイド杭２３は、少なくも３本配置することが望ましい。この場合、３本のガイド杭２３の高さをすべて変えることが望ましい。

次に、曲部付管体構造体２７を吊降ろし、掘削基盤１３上に設置する。曲部付管体構造体２７は、曲部付管体２９と、曲部付管体２９の受け台３１とが一体化されたものである。曲部付管体２９は、一方の端部が上方に向けて形成され、他方の端部が略垂直に曲がって略水平方向に向けて形成される。すなわち、曲部付管体構造体２７の側方に向けて、曲部付管体２９の端部が配置され、当該端部には連結部材２９ａが設けられる。連結部材２９ａは、後述する横坑と接続される部位である。

曲部付管体構造体２７の下部には、嵌合部３３が設けられる。嵌合部３３は、ガイド杭２３の位置に応じた位置に設けられる凹部である。すなわち、曲部付管体構造体２７は、ガイド杭２３と嵌合部３３とを嵌合させて、掘削基盤１３上に設置される。

ここで、嵌合部３３の深さは、対応するガイド杭２３の長さに応じて設定される。すなわち、長いガイド杭２３が嵌合する嵌合部３３は、ガイド杭２３の長さに応じて深さが深く、短いガイド杭２３が嵌合する嵌合部３３は、ガイド杭２３の長さに応じて深さが浅い。

ガイド杭２３の長さが互いに異なるため、曲部付管体構造体２７を吊り下ろす際、ガイド杭２３と嵌合部３３との嵌合が、それぞれ別々のタイミングで行われる。このため、位置合わせが容易である。なお、嵌合部３３の下端は、テーパ上に拡開されているため、位置決めが容易である。

なお、複数のガイド杭２３の内の一本は、連結部材２９ａ側に配置し、他のガイド杭２３を、連結部材２９ａから離れた位置に配置することが望ましい。このようにすることで、連結部材２９ａの位置を正確に位置決めすることができる。

なお、曲部付管体構造体２７の上部には、複数の視準棒３７が接合される。視準棒３７の位置を陸上から計測することで、曲部付管体構造体２７の設置位置および姿勢を確認することができる。

完全に曲部付管体構造体２７を掘削基盤１３上に設置した状態で、ガイド杭２３の上端が、嵌合部３３の天面と接触する。したがって、ガイド杭２３は、曲部付管体構造体２７の支持部材としても機能する。すなわち、端部に連結部材２９ａが設けられた曲部付管体２９が水中に設置される。なお、完全に曲部付管体構造体２７を掘削基盤１３上に設置すると、視準棒３７は撤去される。

次に、図２に示すように、曲部付管体２９の周囲に、中詰材４３を充填する。中詰材４３は、水中不分離性セメントミルクであり、ＪＩＳ Ｒ５２０１によるフロー値が３２０〜３８０ｍｍであることが望ましい。このようにすることで、鋼材からなる受け台３１の内部に中詰材４３を容易に充填することができる。

以上により、曲部付管体２９の設置が完了し、その後、自己昇降式作業台船１を移動させる。

図３は、連結部材２９ａの正面図（中詰材４３は図示せず）であり、図４は図３のＡ−Ａ線断面図である。なお、以下の図において、鋼管矢板井筒９の図示を省略する。連結部材２９ａには、複数の視準室１５が配置される。図示した例では、視準室１５が３か所併設される。

図４に示すように、視準室１５は、視準板１７、アクリル板１９、発泡モルタル２１等で構成される。視準板１７は、所定の配列で、文字や記号などが付されている。したがって、当該文字や記号によって、それに応じた視準板１７における位置を把握することができる。

視準板１７の表面には、透明なアクリル板１９が貼り付けられる。アクリル板１９によって、視準板１７の表面に土砂やモルタルなどが付着することがない。アクリル板１９の表面には、発泡モルタル２１が設けられる。発泡モルタル２１によって、アクリル板１９の破損等を防止することができる。

次に、連結部材２９ａと横坑との相対的な位置検出方法について説明する。図５（ａ）は、掘進機５１によって横坑４９を構築する状態を示す図である。まず、掘進機５１を接続対象の曲部付管体２９（連結部材２９ａ）方向に向けて掘進させて（図中矢印Ｂ）、横坑４９を構築する。

連結部材２９ａから所定距離離れた位置まで掘進すると、図５（ｂ）に示すように、掘進機５１を停止させ、横坑４９または掘進機５１から、連結部材２９ａにあらかじめ設けられた視準室１５まで、削孔ロッド５３で先行削孔する。この際、複数の削孔ロッド５３を接続しながら連結部材２９ａに向けて先行削孔し（図中矢印Ｃ）、所定の間隔で（例えば削孔ロッド５３を１本接続するごとに）、削孔ロッド５３の先端位置を確認する。削孔ロッド５３の先端位置は、削孔ロッド５３内に計測装置を挿入し、掘進機５１の位置からの変位を測定することで測定される。

図６は、削孔ロッド５３の先端が、視準室１５へ到達した状態を示す断面図である。削孔ロッド５３の押し当て力や回転抵抗を計測することで、削孔ロッド５３が、中詰材４３（水中不分離セメント）、発泡モルタル２１、アクリル板１９のいずれの位置を削孔しているか把握することができる。削孔ロッド５３が、発泡モルタル２１を完全に削孔した後、削孔ロッド５３の削孔を停止する。

次に、削孔ロッド５３を引き抜き、図７に示すように、先行削孔された孔５５に計測管５７を挿入する。計測管５７も複数のロッドを継ぎ足して連結部材２９ａに向けて延出する（図中矢印Ｄ）。

図８（ａ）は、計測管５７の先端部近傍における断面図である。計測管５７は、内管５７ａと外管５７ｂとからなる２重管である。なお、内管５７ａと外管５７ｂの先端は、孔５５への挿入性を高めるため、斜めにカットされる。

内管５７ａは、外管５７ｂの内部に挿入され、内管５７ａと外管５７ｂとの間には隙間が設けられる。計測管５７を孔５５に挿入する際には、掘進機５１から計測管５７へ水が送られる。水は、内管５７ａの内部から先端に向けて送られる（図中矢印Ｅ）。内管５７ａの先端から流出した水は、内管５７ａと外管５７ｂとの間から掘進機５１側に戻される。

このように削孔水を送水することで、内管５７ａの内部に異物が混入することを抑制することができる。したがって、内管５７ａの内部をクリーンに保つことができる。

計測管５７の挿入時においても、所定の間隔で（例えば計測管を２本接続するごとに）、計測管５７の先端位置を確認する。計測管５７の先端位置は、計測管５７内に計測装置を挿入し、掘進機５１の位置からの変位を測定することで測定される。

計測管５７の先端が視準室１５まで到達すると、図８（ｂ）に示すように、内管５７ａの内部に撮像装置６３が計測管５７の先端近傍まで挿入される（図中矢印Ｆ）。撮像装置６３は、視準位置検出装置であって、例えばカメラである。計測管５７の内部に配置される撮像装置６３によって、視準室１５の内部における視準板１７を撮像し、視準板１７における文字または記号（視準点）を把握することができる。なお、視準室１５と視準位置検出装置の組み合わせとしては、例えば、視準室として外周に隔壁を設置して、超音距離測定装置により隔壁までの距離を測定する組合せ、視準室として反射ターゲットを設置しておいて、光波距離測定装置によりターゲットまでの距離を測定する組合せにより、位置を検出する方法を代用することができる。

なお、撮像装置６３の先端に汚れが付着すると、視準点の把握が困難となる。このため、外管５７ｂには、洗浄ライン５９が設けられ、必要に応じて、撮像装置６３による視準点の検出時に、外管５７ｂの内部に配置された洗浄ライン５９に水を流し、計測管５７の先端部及び撮像装置６３を洗浄することができる。

前述したように、計測管５７の先端位置は、掘進機５１側からあらかじめ計測される。また、計測管５７によって計測された視準点によって、計測管５７の先端位置が、曲部付管体２９（連結部材２９ａ）に対して、どの位置にあるかを把握することができる。したがって、計測管５７の位置と視準点とから、横坑４９と曲部付管体２９の相対位置を検出することができる。

その後、外管５７ｂから内管５７ａを引き抜いて、外管５７ｂにあらかじめ設けられるパッカーライン６１に充填材を流してパッカー６５を膨らませる。これにより、計測管５７（外管５７ｂ）内部がパッカーで閉塞される。この後、計測管５７（外管５７ｂ）を引き抜く。このようにすることで、計測管５７を引き抜く際に、内部に異物等が侵入することがない。

掘進機５１と曲部付管体２９の相対位置関係が把握された後、掘進機５１を必要に応じて進路を調整しながら、再度、連結部材２９ａに向けて掘進を行う。なお、所定の距離まで近づいた後、再度（複数回）、上記工程を繰り返して、掘進機５１と曲部付管体２９との相対位置を計測してもよい。例えば、前述した例では、視準室１５が三カ所配置されるため、位置計測を三回行うことができる。したがって、掘進と計測とを繰り返すことで、より精度よく、横坑４９を構築することができる。

その後、図１０に示すように、曲部付管体２９（連結部材２９ａ）に横坑４９を接続する。このように、曲部付管体２９に横坑４９を接続することで、横坑４９と曲部付管体２９とが接続された放水路７０が施工される。なお、曲部付管体２９の上部には、放水口７１が設置される。また、横坑４９の他端は立坑７５と接続され、発電所７７からの排水を放水することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、掘進機５１または横坑４９から計測管５７を延出して、計測管５７の内部に配置される撮像装置６３によって、容易に、視準室１５の内部における視準点を把握することができる。このため、極めて精度よく曲部付管体２９の位置を把握しながら横坑４９を構築することが可能である。この際、連結部材２９ａにあらかじめ視準室１５を設けておくことで、曲部付管体２９を設置した後に、視準室１５を設置する必要がない。

また、まず削孔ロッド５３によって先行削孔を行った後に計測管５７を孔５５に挿入することで、計測管５７の挿入が容易である。なお、計測管５７のみで削孔が容易であれば、削孔ロッド５３による先行削孔は不要である。

また、削孔ロッド５３および計測管５７による削孔時には、所定の間隔で、ロッドの先端位置を把握することで、それぞれのロッドの位置を正確に検出することができる。

また、計測管５７を２重管として、内管５７ａに水を送りながら孔５５に挿入することで、内管５７ａの内部に異物等が侵入することを抑制することができる。また、計測管５７を引き抜く際には、計測管５７の先端部近傍をパッカー６５で閉塞することで、計測管５７の内部への異物の侵入を防ぐことができる。

また、外管５７ｂに洗浄ラインを設けることで、撮像装置６３を洗浄することができる。このため、視準点の位置を確実に把握することができる。

また、視準室１５を複数配置して、計測工程と掘進工程を複数回繰り返すことで、例えば掘進機の前進時に、位置を微調整しながら掘進することもできる。

なお、放水路７０は、発電所７７以外にも、工場等の取放水口等を構築する場合に用いることができる。また、水中に放水路７０を構築したが、同様の方法で地中に構築してもよい。また、管体として曲部付管体２９ではなく、直管であってもよい。

次に、第２の実施形態について説明する。図１１は、曲部付管体構造体２７の連結部材２９ａの位置を検出する方法を示す図である。本実施形態では、あらかじめ、曲部付管体構造体２７には、計測管３５が配置される。計測管３５の一端は、曲部付管体２９の連結部材２９ａ近傍に接合される。計測管３５の下端（連結部材２９ａ）には、図示を省略した視準室１５が配置される。なお、本実施形態では、視準室１５には発泡モルタルが設けられず、計測管３５の下端に直接アクリル板１９または視準板１７が配置される。

計測管３５の上端は、気中に露出する。架台５には、計測器４１が配置される。計測管３５の内部の水を排水し、計測管３５の上方から、計測器４１によって、計測管３５の下方の視準室１５を計測することが可能である。この際、計測管３５は、架台５等とは接触しない。このため、計測管３５が、波などの影響で多少動いたとしても、計測器４１がその影響を受けないため、視準点の位置を正確に把握することができる。

また、計測器４１の位置を陸上から計測することで、より詳細に、曲部付管体２９の連結部材２９ａの位置を把握することができる。完全に曲部付管体２９の連結部材２９ａの位置が把握されたのち、中詰材４３から露出している計測管３５は撤去される。

以上、第２の実施形態によれば、計測管３５の位置と視準点とから、曲部付管体２９の位置を正確に検出することができる。なお、本実施形態においても、管体は、曲部付管体２９でなくてもよく、また、管体は、水中ではなく地中に設置されてもよい。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………自己昇降式作業台船
３………レグ
５………架台
７………クレーン
９………鋼管矢板井筒
１１………海底
１３………掘削基盤
１５………視準室
１７………視準板
１９………アクリル板
２１………発泡モルタル
２３………ガイド杭
２７………曲部付管体構造体
２９………曲部付管体
２９ａ………連結部材
３１………受け台
３３………嵌合部
３５………計測管
３７………視準棒
４１………計測器
４３………中詰材
４９………横坑
５１………掘進機
５３………削孔ロッド
５５………孔
５７………計測管
５７ａ………内管
５７ｂ………外管
５９………洗浄ライン
６１………パッカーライン
６３………撮像装置
６５………パッカー
７０………放水路
７１………放水口
７５………立坑
７７………発電所

Claims (6)

1. 水中または地中における横坑と管体の相対位置の検出方法であって、
   端部に連結部材が設けられた管体を地中又は水中に設置する工程ａと、
   前記連結部材の周囲に充填材を充填する工程ｂと、
   前記管体の前記連結部材に向けて掘進機で掘進して横坑を構築し、前記連結部材から所定距離離れた位置で停止する工程ｃと、
   前記横坑または前記掘進機から、前記連結部材にあらかじめ設けられた視準室まで、計測管を延出し、前記計測管の内部に配置される視準位置検出装置によって、前記視準室の内部における視準点を把握する工程ｄと、
   を具備し、
   前記計測管の位置と前記視準点とから、前記横坑と前記管体の相対位置を検出することを特徴とする横坑と管体の相対位置の検出方法。
2. 前記工程ｃと前記工程ｄとを複数回行うことを特徴とする請求項１記載の横坑と管体の相対位置の検出方法。
3. 前記工程ｄは、複数の削孔ロッドを接続しながら前記連結部材に向けて先行削孔を行う工程ｅと、
   前記工程ｅにおいて、所定の間隔で、前記削孔ロッドの先端位置を確認する工程ｆと、
   前記削孔ロッドを引き抜く工程ｇと、
   先行削孔された孔に前記計測管を挿入する工程ｈと、
   前記計測管に前記視準位置検出装置を挿入し、前記視準位置検出装置によって、前記視準室の内部における前記視準点を把握する工程ｉと、
   を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の横坑と管体の相対位置の検出方法。
4. 前記計測管は、内管と外管とからなる２重管であり、
   前記工程ｈにおいて、前記内管の内部から水を送り、前記内管と前記外管との間から水を戻し、
   前記工程ｉの後、前記内管を引き抜いて、前記外管の内部をパッカーで閉塞した後、前記外管を引き抜くことを特徴とする請求項３記載の横坑と管体の相対位置の検出方法。
5. 前記工程ｉにおいて、前記視準位置検出装置による前記視準点の検出時に、前記計測管の内部に配置された洗浄ラインに水を流し、前記視準位置検出装置を洗浄することを特徴とする請求項４記載の横坑と管体の相対位置の検出方法。
6. 水中または地中における管体の位置の検出方法であって、
   端部に連結部材が設けられた管体を水中または地中に設置する工程ｊと、
   前記管体の周囲に充填材を充填する工程ｋと、
   前記連結部材には、あらかじめ視準室が設けられており、前記視準室に一端が接続され、気中に他端が露出する計測管の上部から、前記視準室の内部における視準点を把握する工程ｌと、
   を具備し、
   前記計測管の位置と前記視準点とから、前記管体の位置を検出することを特徴とする管体の位置の検出方法。

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