JP7017756B2 - 掘削排土装置における埋設物探知構造、及びその埋設物探知方法 - Google Patents

Description

本発明は、建柱等の用途のための穴を掘削する際に、地中埋設物の損傷を避けるための埋設物探知構造、及び埋設物探知方法に関するものである。

建柱等の用途に用いる穴の掘削は、主にオーガ車やバックホウなどの重機を用いて行われている。しかしながら、これらの重機による掘削作業において、オーガの刃やバックホウの先端等で地中の埋設物（ガス管、水道管等）を損傷させてしまう虞がある。したがって、重機による埋設物の損傷を避けるべく、事前の試掘調査による埋設物の確認作業や、地中レーダを用いた埋設物探知作業が行われている。

事前の試掘調査は、殆んど、作業員の手作業で行われており、探針棒やスコップ等の工具を使用しているが、その他にも、先端に高圧水を噴射するノズルを取り付けた探針棒を用いた試掘装置がある。この装置は、探針棒の先端が長尺管とその側方の複数個の短尺管から形成されており、それぞれに設けられたノズルから噴出される高圧水によって土壌を軟化させ、探針棒による試掘の適用深度の拡大と、作業性の向上を図ったものであった（特許文献１）。

また、地中探査レーダ装置は、送信アンテナと受信アンテナを別々の１組とし、装置の小型化を図り、埋設物からの反射波のみ正確に検出するため、埋設物からの反射波よりも振幅の大きい、アンテナと送信信号を発生する回路とのインピーダンス不整合などによる反射波と、地表面からの反射波を相殺する構成となっており、レーダによる探査精度の向上を図ったものであった（特許文献２）。

尚、従来技術からの作業性向上を図った技術として、掘削排土装置、及びその方法がある。この方法は、円筒状の内管と該内管に沿って噴射される流体とにより土壌の掘削を行い、円筒状の内管を押込む力が埋設物に損傷を与えない程度に調整し、掘削するものであった。そして、地中に埋設物が存在する場合であっても試掘調査作業を省略するものであった（特許文献３）。

特開２００８－２３１７８１公報 特開２０００－３４６９５４公報 特開２００９－２６４０６７公報

特許文献１並びに特許文献２に示されたものは、何れも従来の作業員の手作業による試掘調査と比較して、作業効率及び探査精度の向上が期待できるが、しかし、これらの試掘調査作業は、建柱等の用途に用いる穴の掘削作業の事前工程であり、施工現場には試掘調査用の建柱等の用途に用いる穴の掘削作業用の車両及び作業員が繰返し立ち入る必要がある。そのため、全体工程の長期化や周辺住民への第三者迷惑発生の問題を生じ、作業効率の低下や周辺環境への影響などの課題が発生することになる。

特許文献３に開示されている掘削排土装置の荷重検出センサは、円柱管体が掘削する深度が深くなるにつれ、円筒状の内管の下端で検出する荷重だけでなく、円筒状の内管の周面からの荷重も検出するため、昇降センサにはそれぞれの荷重の合力が伝達されることになる。したがって、円筒状の内管下端に荷重がかかっていない場合でも、円筒状の内管周面の荷重のみで設定器で設定した設定値を超えた場合、埋設物が有ると判断するため、実際の掘削している位置に埋設物が存在していなくとも、掘削が停止してしまう場合があった。

また、特許文献３に開示されている掘削排土装置は、荷重検出センサの反力が設定器の設定値を超えた場合、その位置で掘削が停止される。そして、掘削が停止された位置までの掘削土砂を排土した上で、埋設物か否かの目視確認を行い、礫などの支障物であった場合は、掘削位置から取り除き、再び、予定深度までの掘削を行う必要があった。

そして、特許文献３に開示されている掘削排土装置は、掘削位置の地盤に支障物が多く混在している場合、掘削装置が支障物に接触する度に、掘削土砂の排土作業と目視確認を繰返すことになり、該掘削排土装置の使用可能な地盤が限定され、作業効率も著しく低下してしまうという欠点があった。

本発明は、上記の事情を鑑みて、試掘又は掘削作業における埋設物探知作業の効率化及び高精度化を可能とした埋設物探知構造、及び埋設物探知方法を提供するものである。

本発明の掘削排土装置は、内管を有する円柱管体と、前記内管を回転させる回転モータと、前記回転モータおよび前記円柱管体を支持する支持基台と、前記支持基台を昇降する昇降モータと、を備え、前記内管の下先端部側の掘削用の噴射ノズルから流体を噴射させて土砂を掘削する掘削排土装置であって、前記昇降モータの動作圧力から掘進時の前記円柱管体の底面に作用する鉛直方向の圧力、及び前記内管の周面に作用する周面摩擦力の合力を把握する昇降センサと、前記回転モータの動作圧力から回転時の回転方向の摩擦力を把握する回転センサと、前記昇降センサ及び前記回転センサから前記円柱管体の底面で感知する鉛直方向の圧力相当分のみを反力として抽出する抽出手段と、埋設物などがある為に前記昇降モータを止めるために必要とする停止の基準となる反力を予め設定する設定器と、前記抽出手段で抽出された鉛直方向の圧力である反力を、前記設定器で設定された停止の基準となる反力と比較し、停止の基準となる反力より高いか、低いかにより埋設物の有無を判定する演算処理装置と、を備えるものである。

前記した掘削排土装置は、前記演算処理装置は、前記抽出手段で抽出された鉛直方向の圧力である反力を、前記設定器で設定された停止の基準となる反力と比較して、掘進か、停止かの判断をし、前記演算処理装置により停止が判断された場合には、前記昇降モータの逆転により前記円柱管体を少し上昇させる動力制御盤と、前記円柱管体が少し上昇した為に前記円柱管体の鉛直方向の圧力が前記設定器による設定値より下がる為、前記昇降モータを駆動させる昇降切換制御弁と、前記円柱管体の上昇及び掘進が繰返される回数を計数するカウンターと、前記回数が決められた繰返し回数になったときには、前記円柱管体の測定された掘進の変位量が微少である場合は、埋設物有りと見做し、完全な停止をする距離センサ装置と、をさらに備えていてもよい。

本発明の掘削排土装置における埋設物探知方法は、内管を有する円柱管体と、前記内管を回転させる回転モータと、前記回転モータおよび前記円柱管体を支持する支持基台と、前記支持基台を昇降する昇降モータと、を備え、前記内管の下先端部側の掘削用の噴射ノズルから流体を噴射させて土砂を掘削する掘削排土装置における埋設物探知方法であって、設定器により、埋設物などがある為に昇降モータを止めるために必要とする停止の基準となる反力の設定値の設定を予め行っておき、前記昇降モータにより前記円柱管体を降下させる際にかかる前記円柱管体の底面に作用する鉛直方向反力を抽出し、抽出した前記鉛直方向反力が設定器によって設定された反力より高いか、低いかを判定して埋設物の有無を判定する方法である。

前記した埋設物探知方法においては、建柱穴等の掘削中に抽出した前記鉛直方向反力が、前記設定器によって予め設定した設定値を超えると前記円柱管体の掘進を停止し、直後に前記円柱管体を少し上昇させ、上昇させることによって計測する反力が設定値以下となることで再び掘進する作業を行い、前記円柱管体の上昇及び掘進を複数回繰返し、繰返した結果、距離センサによって、掘進を再度開始した個所から掘進を停止した個所までの変位量が微少であったとき、その個所に埋設物が存在すると判断し、掘進を完全停止してもよい。

本発明の掘削排土装置における埋設物探知構造、及び埋設物探知方法は、埋設物からの反力の計測方法を、昇降モータ及び回転モータから計測される圧力を比較し、円筒状の内管下端部で作用する圧力のみを抽出することを可能としたため、周面摩擦力の影響で埋設物が存在しない位置での埋設物探知構造の誤作動の可能性を排除し、埋設物探知構造の誤作動によって生じうる排土作業や目視確認の作業を行う必要がないため、試掘及び掘削作業の作業効率を向上させることが可能である。

本発明の掘削排土装置における埋設物探知構造、及びその埋設物探知方法は、掘削排土装置が、流体を利用した掘削方法を採用しているため、埋設物探知構造が、埋設物又は支障物を探知した場合、円筒状の内管の昇降を複数回繰返すことにより、単体の支障物である場合、流体の効果で支障物を掘削進路から除外し、掘進を停止した位置から掘進を再開することが可能である。また、地中に連続して存在する埋設管等である場合は、流体の効果によって位置が殆んど変化しないため、埋設物探知構造は、同一の位置において掘進と停止を繰返すだけでよい。したがって、埋設物探知構造が複数回反応を示した場合、掘進の変位量に変化がある場合は支障物と見做し、掘進の変位量に変化がない場合は埋設物と判断できるため、支障物に接触した場合の排土作業を行う必要がなくなり、作業性の向上が可能である。

本発明において、埋設物の探知は円柱管体と埋設物が実際に接触した際の反力からその有無を判断しているため、地中の埋設物もしくは支障物を確実に発見することが可能であり、また、円柱管体下端部に搭載されている排土構造によって、埋設物の疑いがある場合、その上部の土を排土することが可能であるため、実際に埋設物が存在しているかどうかの確認を目視で容易に行うことが可能になっている。

本発明は、任意で反力の設定値及び降下速度の調整を行えば、その後は昇降モータ及び回転モータを駆動させ、埋設物探知構造を作動させながら試掘及び掘削作業を行うことが可能である。したがって、試掘及び掘削時における重機の操作技術や埋設探査技術などの専門的な技術が必要なくなり、工期の短縮も図れるため、作業効率の向上及び周辺環境への影響の低減が可能である。

掘削排土装置の動力制御のブロック図である。 掘削排土装置の円柱管体の概略縦断面図である。 埋設物探知構造（実施例１）のフローチャートである。 埋設物探知構造（実施例２）のフローチャートである。

本発明の掘削排土装置の動力制御は、図１に示す如く、掘削排土する円柱管体１と、該円柱管体の内管を回転させる回転モータ２と、それを設置する支持基台３と、該支持基台を昇降させ、円柱管体１を昇降させる昇降モータ４と、該昇降モータを設置する支柱体５とでなる掘削排土装置Ａと、回転モータ２の動作圧力から摩擦力を把握する回転センサ６、昇降モータ４の動作圧力から鉛直方向の圧力及び周面摩擦力の合力を把握する昇降センサ７、これらを調整するレギュレータ６１，７２、停止の基準となる反力の設定をする設定器８、該設定器で設定された設定値に基いて、掘進か、停止かを判断する演算処理装置９、該演算処理装置の判断を受けて動力制御をする動力制御盤１０でなる制御装置ａと、該動力制御盤よりの指令で切換えられる回転方向切換電磁弁２０及び昇降切換電磁弁３０、回転センサ６、昇降センサ７でなる動力ユニットｂでなる動力制御装置Ｂとで構成されている。

そして、動力制御は、
１．設定器８で停止の基準となる反力の設定を行う。
２．昇降モータ４と回転モータ２が作動することで掘進を開始する。
３．掘進中に埋設物があり、昇降モータ４や回転モータ２に負荷がかかり、センサ６、７ を通じて演算処理装置９で「設定された反力」の値をもとに、停止か、掘進か、判断 される。
４．演算処理装置９で停止と判断されると、昇降モータ４を作動させて円柱管体１を上昇 （数ｃｍ程度）させる。
５．負荷が軽減された時点で掘進を再開する。
６．３～５の工程を複数回繰返す。掘進を再開したとき、停止位置からの掘進の変位量が 微少の場合は埋設物である可能性が高く、支障なく掘進が可能であれば礫などの支障 物であったと判断することが可能である。
７．３～６の工程を経て目標深度までの掘削を実施する。

掘削排土装置の円柱管体１は、図２に示す如く、内管１１に、土砂保持装置１２を収納し、該内管を回転させると共に、該内管に設けられた掘削用噴射管１３へ流体を送り、掘削用ノズル１４より噴射して土砂を掘削し、掘削完了後には、掘削用噴射ノズル１４の流体の噴射を止め、内管１１に設けられた切断用噴射管１５へ流体を送り、切断用噴射ノズル１６より流体を噴射し、土砂保持装置１２の軸方向を横断する方向に土砂保持装置１２の土砂を切断し、内管１１に設けられた注入管１７へ流体を送り、該注入管より流体を膨張体１８へ送り、該膨張体を膨張させ、膨張体より切断用噴射ノズル１６からの流体の噴射で切断した土砂を保持し、内管１１を地上側へ引き上げ、内管１１内の土砂を排土するものである。

埋設物探知構造は、図３に示す如く、昇降モータ４の動作圧力から掘削時の円柱管体１底面に作用する鉛直方向の圧力、及び内管１１の周面に作用する周面摩擦力の合力を把握する昇降センサ７と、回転モータ２の動作圧力から回転時の回転方向の摩擦力を把握する回転センサ６と、該昇降センサ及び該回転センサから円柱管体１の底面で感知する鉛直方向の圧力相当分５０のみを反力として抽出する抽出手段４０と、埋設物などがある為に昇降モータ４や回転モータ２にかかる負荷を止めるために必要とする停止の基準となる反力を予め設定する設定器８と、抽出された鉛直方向の圧力である反力が設定器８で設定された埋設物などがある為に生じる停止の基準となる反力と比較して判定する演算処理装置９とでなり、該演算処理装置によって、抽出された鉛直方向の圧力でなる反力が設定器８により停止の基準となる反力より高いか、低いかを判定し、埋設物の有無を判断がされるものである。

その埋設物探知方法は、昇降センサ７、回転センサ６から抽出手段４０で、円柱管体１底面に作用する鉛直方向の圧力のみを反力として抽出し、設定器８により、埋設物などがある為に昇降モータ４に負荷がかかり、それを止めるために必要とする停止の基準となる反力の設定を予め行っておき、よって、演算処理装置９により鉛直方向の圧力が設定器８によって設定された設定値より高いか、低いかを判定して、埋設物の有無の判断をする方法である。

埋設物探知構造は、図４に示す如く、抽出手段４０で抽出された鉛直方向の圧力である反力５０が設定器８に設定された埋設物などがある為に生じる停止の基準となる反力と比較して掘進か、停止かの判断をする演算処理装置９と、鉛直方向の圧力である反力が設定器８による設定値より高い場合には一時停止５２し、昇降モータ４の逆転により円柱管体１を少し上昇させる動力制御盤１０と、円柱管体１が少し上昇した為に円柱管体の鉛直方向の圧力が設定器８による設定値より下がる為、昇降モータ４を駆動させる昇降切換制御弁３０と、これらの手段が繰返される過程の回数を計側するカウンター６０と、決められた数回の繰返し回数になったときには、円柱管体１の測定された掘進の変位量が微少である場合は埋設物ありと見倣し、完全な停止をする距離センサ装置７０とからなり、埋設物の有無が判断されるものである。

この埋設物探知方法は、建柱穴等の掘削中に、抽出した鉛直方向の反力５０が演算処理装置９で設定器８によって予め設定した設定値を超えると円柱管体１の掘進を停止５２し、動力制御盤３０によって、直後に円柱管体１を少し上昇させ、上昇させることによって、昇降切換制御弁３０、昇降センサ７、演算処理装置９を介して、計測する反力が設定器８の設定値以下となるので再び掘進する作業を行い、この作業を複数回繰返し、繰返した結果、距離センサ７０によって、掘進を再度開始した個所から掘進を停止した個所までの変位量が微少であったとき、その個所に埋設物が存在すると判断し、掘進を完全に停止する方法である。

Ａ 掘削排土装置
ａ 制御装置
Ｂ 動力制御装置
ｂ 動力ユニット
１ 円柱管体
１１ 内管
１２ 土砂保持装置
１３ 掘削用噴射管
１４ 掘削用噴射ノズル
１５ 切断用噴射管
１６ 切断用噴射ノズル
１７ 注入管
１８ 膨張体
２ 回転モータ
３ 支持基台
４ 昇降モータ
５ 支持体
６ 回転センサ
６１ レギュレータ
７ 昇降センサ
７１ レギュレータ
８ 設定器
９ 演算処理装置
１０ 動力制御盤
２０ 回転方向切換電磁弁
３０ 昇降切換電磁弁
４０ 抽出手段
５０ 鉛直方向の圧力
５１ 掘進
５２ 停止
６０ カウンター
７０ 距離センサ装置

Claims (4)

1. 内管を有する円柱管体と、
   前記内管を回転させる回転モータと、
   前記回転モータおよび前記円柱管体を支持する支持基台と、
   前記支持基台を昇降する昇降モータと、を備え、前記内管の下先端部側の掘削用の噴射ノズルから流体を噴射させて土砂を掘削する掘削排土装置であって、
   前記昇降モータの動作圧力から掘進時の前記円柱管体の底面に作用する鉛直方向の圧力、及び前記内管の周面に作用する周面摩擦力の合力を把握する昇降センサと、
   前記回転モータの動作圧力から回転時の回転方向の摩擦力を把握する回転センサと、
   前記昇降センサ及び前記回転センサから前記円柱管体の底面で感知する鉛直方向の圧力相当分のみを反力として抽出する抽出手段と、
   埋設物などがある為に前記昇降モータを止めるために必要とする停止の基準となる反力を予め設定する設定器と、
   前記抽出手段で抽出された鉛直方向の圧力である反力を、前記設定器で設定された停止の基準となる反力と比較し、停止の基準となる反力より高いか、低いかにより埋設物の有無を判定する演算処理装置と、を備えることを特徴とする掘削排土装置。
2. 前記演算処理装置は、前記抽出手段で抽出された鉛直方向の圧力である反力を、前記設定器で設定された停止の基準となる反力と比較して、掘進か、停止かの判断をし、
   前記演算処理装置により停止が判断された場合には、前記昇降モータの逆転により前記円柱管体を少し上昇させる動力制御盤と、
   前記円柱管体が少し上昇した為に前記円柱管体の鉛直方向の圧力が前記設定器による設定値より下がる為、前記昇降モータを駆動させる昇降切換制御弁と、
   前記円柱管体の上昇及び掘進が繰返される回数を計数するカウンターと、
   前記回数が決められた繰返し回数になったときには、前記円柱管体の測定された掘進の変位量が微少である場合は、埋設物有りと見做し、完全な停止をする距離センサ装置と、をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の掘削排土装置。
3. 内管を有する円柱管体と、
   前記内管を回転させる回転モータと、
   前記回転モータおよび前記円柱管体を支持する支持基台と、
   前記支持基台を昇降する昇降モータと、を備え、前記内管の下先端部側の掘削用の噴射ノズルから流体を噴射させて土砂を掘削する掘削排土装置における埋設物探知方法であって、
   設定器により、埋設物などがある為に昇降モータを止めるために必要とする停止の基準となる反力の設定値の設定を予め行っておき、
   前記昇降モータにより前記円柱管体を降下させる際にかかる前記円柱管体の底面に作用する鉛直方向反力を抽出し、
   抽出した前記鉛直方向反力が設定器によって設定された反力より高いか、低いかを判定して埋設物の有無を判定することを特徴とする掘削排土装置における埋設物探知方法。
4. 建柱穴等の掘削中に抽出した前記鉛直方向反力が、前記設定器によって予め設定した設定値を超えると前記円柱管体の掘進を停止し、直後に前記円柱管体を少し上昇させ、上昇させることによって計測する反力が設定値以下となることで再び掘進する作業を行い、前記円柱管体の上昇及び掘進を複数回繰返し、繰返した結果、距離センサによって、掘進を再度開始した個所から掘進を停止した個所までの変位量が微少であったとき、その個所に埋設物が存在すると判断し、掘進を完全停止することを特徴とする請求項３記載の掘削排土装置における埋設物探知方法。

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