JP7039343B2 - 掘削位置測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、地中を掘削中の掘削機の掘削手段の位置を測定する掘削位置測定方法に関する。

地中を掘削中の掘削機の掘削手段の位置を測定する掘削位置測定方法として、３軸加速度センサ（３軸加速度計）及び３軸ジャイロセンサ（３軸ジャイロ）を掘削機の掘削手段に設置して、３軸加速度センサ及び３軸ジャイロセンサの測定値に基づいて、掘削中の掘削機の掘削手段の位置を求めることが知られている（特許文献１参照）。

特開平８－２９１６７号公報

特許文献１では、３軸加速度センサ及び３軸ジャイロセンサを掘削機の掘削手段に設置した状態で掘削作業を行い、この掘削作業中に、３軸加速度センサ及び３軸ジャイロセンサで測定された測定値、即ち、加速度、角度を積分して、掘削手段の位置及び姿勢を算出することになる。しかしながら、３軸加速度センサ及び３軸ジャイロセンサの測定値は、センサの個体差、温度変化、周辺からの影響等の様々な要因で発生する誤差成分（ノイズ）を含み、当該誤差成分は、測定時間が長くなればなるほど、大きくなってしまう。さらに、測定値（加速度、角度）の誤差が大きくなれば、測定値（加速度、角度）を積分することによって誤差がさらに増幅されてしまい、掘削手段の位置算出精度が低くなってしまうという課題があった。
本発明は、センサで測定される測定値の誤差を小さくできて、掘削手段の位置算出精度を向上できる掘削位置測定方法を提供するものである。

上記課題に鑑み、本出願人は、センサで測定される測定値の誤差を小さくするために、センサによる測定を短時間で行う手法を創意工夫して本発明に至ったものである。
即ち、本発明に係る、地中を掘削中の掘削機の掘削手段の位置を測定する掘削位置測定方法は、掘削手段に設けたシーブにロープを掛け渡して当該ロープの一端側を地上に設定した測定原点を経由させた後、前記ロープの一端を地上で支持するとともに、前記ロープの他端を地上で支持し、掘削手段を前記ロープで吊り下げた状態で当該掘削手段を駆動して地中を任意の深さだけ掘削する毎に、加速度センサを搭載した測定装置を前記ロープの一端側である測定原点となる位置に取付けて当該測定装置を測定原点から地中に位置される掘削手段まで到達させた後に測定原点に戻して、掘削手段まで到達させた測定装置を測定原点に戻すまでの間、又は、測定装置を測定原点から掘削手段に到達させるまでの間に、加速度センサにより測定された測定値に基づいて地中の掘削手段の位置を求めたことを特徴とするので、加速度センサによる測定を短時間で行うことができるようになって、加速度センサで測定される測定値の誤差を小さくでき、掘削手段の位置算出精度を向上できる。
また、本発明に係る、地中を掘削中の掘削機の掘削手段の位置を測定する掘削位置測定方法は、掘削手段に設けたシーブにロープを掛け渡して当該ロープの一端側を地上に設定した測定原点を経由させた後、前記ロープの一端を地上で支持するとともに、前記ロープの他端を地上で支持して、かつ、加速度センサを搭載した測定装置を前記ロープの一端側である測定原点となる位置に取付けておき、掘削手段を前記ロープで吊り下げた状態で当該掘削手段を駆動して地中を任意の深さだけ掘削する毎に、測定装置を測定原点に戻し、その後、当該測定装置を測定原点から地中に位置される掘削手段まで到達させた後に測定原点に戻して、掘削手段まで到達させた測定装置を測定原点に戻すまでの間、又は、測定装置を測定原点から掘削手段に到達させるまでの間に、加速度センサにより測定された測定値に基づいて地中の掘削手段の位置を求めたことを特徴とするので、加速度センサによる測定を短時間で行うことができるようになって、加速度センサで測定される測定値の誤差を小さくでき、掘削手段の位置算出精度を向上できる。
また、シーブは、掘削手段の上部側に取付手段を介して取付けられ、取付手段は、シーブ取付板と、シーブ取付板の上端縁に固定された上板とを備え、上板には、シーブを経由して上方に延長する前記ロープの一端側を通過させる一端側貫通孔と、シーブを経由して上方に延長する前記ロープの他端側を通過させる他端側貫通孔とが形成されたとともに、当該上板の上面となる板面における一端側貫通孔の周囲には、掘削手段に対する測定装置の到達位置を位置決めする到達位置決め手段が取付けられるか、あるいは、当該上板の上面が、測定装置の下端側に設けられた到達位置決め手段の着座面に形成され、一端側貫通孔を経由した前記ロープの一端が地上で支持されて、かつ、他端側貫通孔を経由した前記ロープの他端が地上で支持されたことを特徴とするので、到達位置決め手段により測定装置を到達位置で位置決めできて測定装置を安定させた状態から測定装置を測定原点に戻すまでの間に測定装置で測定を行うことができるようになり、到達位置での測定装置の測定値の誤差を小さくできて、掘削手段の位置算出精度をより向上できるようになる。
また、シーブ及び到達位置決め手段を掘削手段に対して着脱可能に設けたので、掘削手段に、シーブ及び到達位置決め手段を簡単に取付けることができるようになり、掘削手段の位置算出精度を向上できる掘削位置測定方法を、各現場において、簡単確実に実施できるようになる。
また、測定装置は、加速度センサを搭載した搭載容器と、当該搭載容器の外面から延長するように設けられた振れ止め連結部材とを備え、振れ止め連結部材の延長端には前記ロープが挿通するガイド孔を備え、搭載容器の中心軸に沿った方向の中央位置である測定部と測定原点とが一致するように、当該搭載容器を前記ロープの一端側に固定するとともに、当該ロープの一端側の横に位置される前記ロープの他端側を測定装置の振れ止め連結部材のガイド孔に挿入し、測定装置が測定原点と掘削手段との間を昇降移動する際に、ガイド孔が前記ロープに沿って昇降移動するように構成されたことを特徴とするので、測定装置の昇降動作時に振れ止め連結部材による振れ止め効果によって、昇降動作時における測定装置の揺れや回転を少なくできるので、測定誤差を少なくできる。
また、３軸加速度センサ及び３軸ジャイロセンサを搭載した測定装置を使用したので、３軸加速度センサ及び３軸ジャイロセンサによる測定を短時間で行うことができるようになって、センサで測定される測定値の誤差を小さくでき、掘削手段の位置算出精度を向上できる。
また、前記ロープに張力を付与する張力付与手段を使用して、前記ロープに取付けられた測定装置を前記ロープに張力を付与した状態で移動させるようにした。特に、張力付与手段として、掘削手段に設けたシーブに掛け渡された前記ロープの一端が固定されたロープ一端側支持ウインチと、掘削手段に設けたシーブに掛け渡された前記ロープの他端が固定されたロープ他端側支持ウインチとを用い、当該ロープ一端側支持ウインチ及びロープ他端側支持ウインチを操作して、前記ロープに取付けられた測定装置を前記ロープに張力を付与した状態で移動させたので、ロープに一定の張力を付与してロープが緩まないようにできて、測定装置にできるだけ振動が付与されないように、測定装置を素早く上昇させることができるようになり、測定時間を短くできて、測定値の誤差を小さくできるので、掘削手段の位置算出精度をより向上できる。

掘削位置測定方法を実現するための掘削位置測定装置の概要を示す図。 ロープに取付けられた測定装置と掘削手段に取付けられた到達位置決め手段との関係を示す斜視図。 錘でロープに張力を付与する張力付与手段を用いた例を示す図。 測定装置の下端部の外周面の形状例を示す図。

図１に示すように、掘削位置測定方法を実現するための掘削位置測定装置１は、複数の掘削カッタ（掘削刃）２１，２１…等を有した掘削手段２０を備えた掘削機２と、掘削手段２０に設けられた到達位置決め手段３及びロープ一端側シーブ(案内車)４Ａ，ロープ他端側シーブ４Ｂと、ワイヤーロープ等のロープ５と、ロープ一端側支持ウインチ６と、ロープ他端側支持ウインチ７と、測定装置８と、演算手段９とを備える。

掘削機２は、例えば、地中連続壁を造成するための掘削機２であり、掘削手段２０と、掘削手段２０の動力源２２と、動力源２２の動力を掘削手段２０に伝達する機能及び掘削手段２０を吊り下げる機能を備えた接続手段２３と備える。そして、動力源２２の動力を接続手段２３を介して掘削手段２０に伝達して複数の掘削カッタ２１，２１…を回転させることにより、地上から下方に向けて地盤を掘削して上下方向に延長する掘削孔２４を掘削する機械である。
当該掘削機２は、例えば、掘削カッタ２１，２１…を回転させることによって掘削を行うとともに掘削孔２４内で掘削土とセメント系懸濁液とを撹拌混合して、矩形のソイルセメント壁体（土留め壁、遮水壁等）や地盤改良体を造成するための掘削機２である。

到達位置決め手段３及びロープ一端側シーブ(案内車)４Ａ，ロープ他端側シーブ４Ｂは、例えば、複数の掘削カッタ２１，２１…が回転可能に取付けられたカッタ支持体２０Ａの上部側に位置される取付部２０Ｂに取付手段３０を介して着脱自在に取付けられる。

取付手段３０は、例えば、図２に示すように、下面となる板面と取付部２０Ｂの上面を形成する平坦面とを接触させた状態で取付部２０Ｂに溶接等で固定された固定板３１と、固定板３１に着脱自在に取付けられる取付部材３２とで構成される。

取付部材３２は、例えば、図２に示すように、下面となる板面と固定板３１の上面となる板面とを接触させた状態で当該固定板３１に着脱自在に取付けられる取付基板３３と、下端縁が取付基板３３の上面となる板面に溶接等で固定されて取付基板３３の上面より上方に延長するように設けられたシーブ取付板３４と、下面となる板面が取付基板３３の板面と平行に対向するように下面となる板面とシーブ取付板３４の上端縁とが溶接等で固定された上板３５とを備える。
尚、固定板３１及び取付基板３３には、例えばボルト３３ａを貫通させる図外の貫通孔が４箇所に形成されており、これら貫通孔にボルト３３ａを貫通させて当該ボルト３３ａに図外のナットを締結することにより、取付基板３３が固定板３１に対して着脱自在に取付けられる構成となっている。

シーブ取付板３４の一方の板面（取付基板３３の板面と直交する板面）上において２つのシーブ，即ち、ロープ一端側シーブ４Ａとロープ他端側シーブ４Ｂとが間隔を隔てて横に並ぶように、当該２つのシーブ４Ａ，４Ｂが例えばそれぞれ図外のブラケットを介してシーブ取付板３４にボルト及びナット等の固定具により取付けられている。

また、上板３５には、ロープ一端側シーブ４Ａを経由して上方に延長するロープ５の一端側５ａを通過させる一端側貫通孔３５ａと、ロープ他端側シーブ４Ｂを経由して上方に延長するロープ５の他端側５ｂを通過させる他端側貫通孔３５ｂとが形成されている。そして、上板３５の上面となる板面における一端側貫通孔３５ａの周囲に、到達位置決め手段３が溶接等により取付けられている

到達位置決め手段３は、図２（ｂ）に示すように、掘削手段２０に到達する測定装置８の到達位置を位置決めする手段であり、例えば、上板３５の上面における一端側貫通孔３５ａの周囲において、一端側貫通孔３５ａの周方向に互いに９０°隔てた位置に設けられた４つの支持鋼材３Ａ，３Ａ…により構成される。

支持鋼材３Ａは、例えば、上下方向に長い長尺な平板鋼３ａと、平板鋼３ａの一方の板面における長手方向に沿った中心線上に溶接されて板面が平板鋼３ａの板面と直交する方向に延長するように設けられた直交平板鋼３ｂとにより構成され、直交平板鋼３ｂの長手方向上側における延長端側が切欠部に形成され、この切欠き部の切欠縁面３ｃが測定装置８の搭載容器８０の下端部８０ｅの外面に接触するように構成されている。
即ち、４つの支持鋼材３Ａ，３Ａ…は、一端側貫通孔３５ａの周方向に互いに１８０°隔てた位置に設けられた各支持鋼材３Ａ，３Ａの平板鋼３ａ，３ａの一方の板面が一端側貫通孔３５ａを通過するロープ５を挟んで互いに平行に対向し、かつ、当該一端側貫通孔３５ａ側に面した各平板鋼３ａ，３ａ…の当該一方の板面にそれぞれ取付けられた各直交平板鋼３ｂ，３ｂ…の板面が互いに直交する板面となるように、上板３５の上面に配置されて固定される。
つまり、４つの支持鋼材３Ａ，３Ａ…における各切欠縁面３ｃ，３ｃ…が一端側貫通孔３５ａの周方向に互いに９０°隔てて位置するように、４つの支持鋼材３Ａ，３Ａ…が上板３５の上面における一端側貫通孔３５ａの周囲に取付けられることで、この４つの支持鋼材３Ａ，３Ａ…の各切欠縁面３ｃ，３ｃ…が、測定装置８の搭載容器８０の下端部８０ｅの到着位置を形成するように構成される。

尚、到達位置決め手段３は、測定装置８の搭載容器８０の下端部８０ｅの形状に対応した凹部を備えた構成であってもよい。
即ち、到達位置決め手段３は、ロープ５に取付けられて掘削孔２４内を下降する測定装置８の搭載容器８０の下端部８０ｅが嵌め込まれて測定装置８を安定に停止させることができる構成であればよい。

即ち、到達位置決め手段３及びロープ一端側シーブ４Ａ，ロープ他端側シーブ４Ｂが取付けられた取付部材３２の取付基板３３が、固定板３１を介して掘削手段２０に取付けられることにより、到達位置決め手段３及びロープ一端側シーブ４Ａ，ロープ他端側シーブ４Ｂが掘削手段２０に設置されることになる。

ロープ５は、掘削手段２０に設けられたロープ一端側シーブ４Ａ，ロープ他端側シーブ４Ｂに巻き掛けられて、一端が一端側貫通孔３５ａ，一端側中継シーブ４１を経由してロープ一端側支持ウインチ６に固定されるとともに、他端が他端側貫通孔３５ｂ，他端側中継シーブ４２を経由してロープ他端側支持ウインチ７に固定されている。

測定装置８は、例えば、搭載容器８０の収容部８５に、慣性センサとして３軸加速度センサ８１及び３軸ジャイロセンサ８２と、３軸加速度センサ８１及び３軸ジャイロセンサ８２で測定された測定値を記憶する記憶手段９０とを搭載した構成のものが使用される。
搭載容器８０は、例えば、内側に収容部８５が形成された円筒の両端側が円錐面状に形成されて、昇降時に泥水の抵抗を受けにくい形状に形成された構成のものを用いる。
また、測定装置８は、搭載容器８０の中心軸に沿った方向の中央部の外面から搭載容器８０の中心軸と直交する方向に延長するように設けられた振れ止め連結部材８３を備え、この振れ止め連結部材８３の延長端にはロープ５が挿通するガイド孔８４が形成されている。
測定装置８は、接続手段２３により吊り下げられた状態で駆動される掘削手段２０によって地中を任意の深さだけ掘削する毎に、ロープ５に取付けられる。

即ち、掘削手段２０を駆動して地中を任意の深さだけ掘削する毎（例えば、１０ｍ掘削する毎）に、掘削手段２０の駆動を停止してから、測定装置８をロープ５上の測定原点１０の位置に取付けて、その後、ロープ５に張力を付与する張力付与手段１００として機能するロープ一端側支持ウインチ６及びロープ他端側支持ウインチ７を操作することによって、ロープ５に張力を付与した状態で、測定装置８を測定原点１０から掘削手段２０に設けられた到達位置決め手段３に到達させた後に測定原点１０まで戻るように昇降移動させる。

例えば、ロープ５の他端側を繰出すようにロープ他端側支持ウインチ７を操作しながら掘削手段２０で地中を任意の深さだけ掘削する毎に、掘削手段２０の駆動を停止し、その後、ロープ５の一端側である測定原点１０となる位置（即ち、地上において中継シーブ４１の下側に位置される測定原点１０となるロープ５上の位置）に測定装置８を取付けて、ロープ５の他端側を巻取るようにロープ他端側支持ウインチ７を操作しながらロープ５の一端側を繰出すようにロープ一端側支持ウインチ６を操作して測定装置８を測定原点１０から掘削手段２０の到達位置決め手段３に到達させる（つまり、測定装置８を下降させて到達位置決め手段３に到達させる）。その後、ロープ５の一端側を巻取るようにロープ一方端側支持ウインチ６を操作しながらロープ５の他端側を繰出すようにロープ他端側支持ウインチ７を操作して測定装置８を測定原点１０まで戻るように移動させる（つまり、測定装置８を上昇させて測定原点１０まで戻す）。

例えば、測定装置８における搭載容器８０の中心軸に沿った方向の中央位置に３軸加速度センサ８１及び３軸ジャイロセンサ８２が搭載されている場合、搭載容器８０の中心軸に沿った方向の中央位置（測定部）と測定原点１０とが一致するように、搭載容器８０を地上における中継シーブ４１の下側のロープ５の位置に固定するとともに、当該ロープ５の位置の横に位置されるロープ５を測定装置８の振れ止め連結部材８３のガイド孔８４に挿入する。これにより、ロープ一端側支持ウインチ６、及び、ロープ他端側支持ウインチ７の操作に基づくロープ５の巻出し、巻取り時に、測定装置８が測定原点１０と到達位置決め手段３との間を昇降移動する際に、ガイド孔８４がロープ５に沿って昇降移動する。よって、測定装置８の昇降動作時に振れ止め連結部材８３による振れ止め効果によって、昇降動作時における測定装置８の揺れや回転を少なくできるので、３軸加速度センサ８１及び３軸ジャイロセンサ８２の測定誤差を少なくできる。

次に施工手順を説明する。施工手順は、準備ステップの後、施工ステップを行う。

準備ステップでは、掘削機２の掘削手段２０の取付部２０Ｂに固定板３１を溶接した後、到達位置決め手段３及びロープ一端側シーブ４Ａ，ロープ他端側シーブ４Ｂが取付けられた取付部材３２を固定板３１に取りける。そして、掘削予定位置近くの地上面に、ロープ一端側支持ウインチ６及びロープ他端側支持ウインチ７を設置するとともに、図外の架台を用いて、一端側中継シーブ４１及び他端側中継シーブ４２を設置する。
そして、ロープ５を、ロープ一端側シーブ４Ａ，ロープ他端側シーブ４Ｂに巻き掛けて、ロープ５の一端を、一端側貫通孔３５ａ、一端側中継シーブ４１を介してロープ一端側支持ウインチ６に固定するとともに、ロープ５の他端を、他端側貫通孔３５ｂ、他端側中継シーブ４２を介してロープ他端側支持ウインチ７に固定する。

施工ステップでは、掘削ステップ、測定ステップを繰り返し行う。

掘削ステップでは、掘削手段２０を駆動して任意の深さだけ掘削する。この際、例えばロープ一端側支持ウインチ６のブレーキを作動させた状態とするとともに、掘削の進行に合わせてロープ５の他端側を巻出す（繰出す）ようにロープ他端側支持ウインチ７を操作することにより、掘削手段２０が接続手段２３により吊り下げられた状態で掘削が行われる。

掘削ステップでの掘削作業が終了した後、測定ステップを行う。
測定ステップでは、ロープ一端側シーブ４Ａよりも若干下方に設定される測定原点１０に測定装置８の中央位置、即ち、３軸加速度センサ８１及び３軸ジャイロセンサ８２による測定部が位置されるように、測定装置８をロープ５の一端側に固定状態に取付けるとともに、このロープ５の一端側と隣り合うロープ５の他端側を振れ止め連結部材８３のガイド孔８４に挿通させて係合させる。
そして、ロープ５の一端側を巻出すようにロープ一端側支持ウインチ６を操作するとともに、ロープ５の他端側を巻取るようにロープ他端側支持ウインチ７を操作して、図１の矢印Ａの方向にロープ５を送ることによって、測定装置８を図１の測定原点１０から到達位置決め手段３に到達させる（図１の二点鎖線で示す測定装置８、図２（ｂ）に示す到達位置決め手段３に到達した測定装置８参照）。
また、ロープ５の一端側を巻取るようにロープ一端側支持ウインチ６を操作するとともに、ロープ５の他端側を巻出すようにロープ他端側支持ウインチ７を操作して、図１の矢印Ｂの方向にロープ５を送ることによって、測定装置８を到達位置決め手段３に到達した到着位置から測定原点１０の位置に戻す測定装置戻し作業を行う。

この測定装置戻し作業において上昇する測定装置８の３軸加速度センサ８１で測定された測定値、及び、３軸ジャイロセンサ８２で測定された測定値が、記憶手段９０に逐次記憶され、測定装置８が測定原点１０の位置に戻ったならば、記憶手段９０に逐次記憶された測定値が、例えば無線によって、演算装置９に送信される。

また、ロープ５に取付けられて昇降する測定装置８の測定部の位置（深さ位置）は、ロープ５の一端側５ａが巻き取り方向に移動した長さ又はロープ５の他端側５ｂが巻き出し方向（繰り出し方向）に移動した長さを、例えば図外のロータリーエンコーダ等の深度計で測定することで求めればよい。この場合、ロープ５の移動により回転するロータリーエンコーダの回転量、又は、ロータリーエンコーダの作動時間に基づいて、ロープ５が移動した長さを求めることで測定装置８の測定部の位置（深さ位置）を測定すればよい。
そして、上昇して刻々と位置変化する測定装置８の測定部の位置（深さ位置）毎に測定部（３軸加速度センサ８１及び３軸ジャイロセンサ８２）で測定された測定値が、記憶手段９０に逐次記憶される。
尚、掘削手段２０の掘進方向の位置（深さ位置）、即ち、後述する掘削手段２０の観測対象位置は、掘削機２に設けられた図外の深度測定器で測定される。従って、到達位置決め手段３に到達した測定装置８の測定部と掘削手段２０の観測対象位置との間の距離は分かっているので、掘削機２に設けられた図外の深度測定器で測定された掘削手段２０の観測対象位置に基づいて、昇降する測定装置８の測定部の位置（深さ位置）を求めることも可能である。即ち、ロープ５の巻き取り速度又はロープ５の巻き出し速度を一定にした条件において単位時間当たりの測定装置８の移動量を予め求めておけば、到達位置決め手段３に到達した測定装置８を上昇させる際に刻々と変化する測定装置８の測定部の位置（深さ位置）を、別途、ロータリーエンコーダ等の深度計を用いることなく、ロープ５の巻き取り時間又はロープ５の巻き出し時間から求めることができる。

演算装置９は、３軸加速度センサ８１及び３軸ジャイロセンサ８２により測定された測定値に基づいて地中の掘削手段の位置を求める。即ち、演算装置９は、受信した測定値を積分して、測定装置８の測定部の変位及び姿勢を算出することによって、到達位置決め手段３に到達した測定装置８の測定部の位置及び姿勢を、測定原点１０を基準として算出する。つまり、演算装置９は、加速度センサ８１で測定された加速度を時間で積分することにより速度を算出し、当該速度を時間で積分することにより変位（位置）を算出する（つまり、測定値を２回積分して変位（位置）を算出する）とともに、ジャイロセンサ８２で測定された角速度を時間で積分することにより角度を算出する。そして、当該測定部と掘削手段２０の観測対象位置との間の距離を加算して当該掘削手段２０の観測対象位置の位置及び姿勢を算出する。

また、演算装置９は、測定部で測定された各測定時における掘削手段２０の観測対象位置の位置及び姿勢（掘削手段２０の観測対象位置の軌跡）も算出する。

以後、さらに任意の深さだけ掘削する掘削ステップを行った後に、測定ステップを行うことを、予定の深度となるまで繰り返す。
つまり、任意の深さだけ掘削する掘削ステップを行う毎に、測定ステップを行う。

測定装置戻し作業においては、ロープ５に一定の張力を付与してロープ５が緩まないようにするとともに、測定装置８にできるだけ振動が付与されないように、測定装置８を素早く一定速度（例えば１７．５ｍ／ｍｉｎ）で上昇させるようにすることで、測定時間を短くできて、測定値の誤差を小さくできるので、掘削手段２０の位置算出精度を向上できる。

即ち、実施形態１の掘削位置測定方法によれば、３軸加速度センサ８１及び３軸ジャイロセンサ８２を搭載した測定装置８による測定を短時間で行うことができるようになって、測定装置８で測定される測定値の誤差を小さくでき、掘削手段２０の位置算出精度が向上する。
また、実施形態１では、掘削手段２０に対する測定装置８の到達位置を位置決めする到達位置決め手段３を、掘削手段２０に設けたので、到達位置決め手段３により測定装置８を到達位置で位置決めできて測定装置８を安定させた状態から測定装置８を測定原点１０に戻すまでの間に測定装置８で測定を行うことができるので、到達位置での測定装置８の測定値の誤差をより小さくでき、掘削手段２０の位置算出精度をより向上できるようになる。
また、掘削手段２０に設けたロープ一端側シーブ４Ａ，ロープ他端側シーブ４Ｂに掛け渡されたロープ５の一端をロープ一端側支持ウインチ６に固定するとともに、ロープ５の他端をロープ他端側支持ウインチ７に固定して、張力付与手段１００として機能する当該ロープ一端側支持ウインチ６及びロープ他端側支持ウインチ７を操作して、ロープ５に取付けられた測定装置８をロープ５に張力を付与した状態で測定原点１０から掘削手段２０に到達させた後に測定原点１０まで戻すようにしたので、ロープ５に一定の張力を付与してロープ５が緩まないようにできて、測定装置８にできるだけ振動が付与されないように、測定装置８を素早く上昇させることができるようになり、測定時間を短くできて、かつ、測定値の誤差を小さくできるので、掘削手段２０の位置算出精度をより向上できる。
また、ロープ一端側シーブ４Ａ，ロープ他端側シーブ４Ｂ及び到達位置決め手段３を掘削手段２０に対して着脱可能に設けたので、各現場において、掘削機２の掘削手段２０に、これらロープ一端側シーブ４Ａ，ロープ他端側シーブ４Ｂ及び到達位置決め手段３を簡単に取付けることができるようになり、上述した掘削手段２０の位置算出精度を向上できる掘削位置測定方法を、各現場において、簡単確実に実施できるようになる。
このように、掘削手段２０の位置算出精度が向上すれば、掘削手段２０の位置が設計予定位置から大きく外れないように、掘削手段２０の掘削方向を修正する作業を正確に行うことができるようになり、高精度の大深度地中構造体を造成することが可能となる。

尚、１回１回の掘削ステップで掘削する掘削深さを浅くして測定ステップを行う間隔を短くすれば、掘削手段２０の掘削方向を修正する作業をより短い間隔で行えるので、高精度の大深度地中構造体を造成することが可能となる。
例えば、地盤が硬く、掘削手段２０の位置が設計予定位置から外れやすいような場合には、１回１回の掘削ステップで掘削する掘削深さを浅くして測定ステップを行う間隔を短くし、逆に、地盤が軟らかく、掘削手段２０の位置が設計予定位置から外れにくいような場合には、１回１回の掘削ステップで掘削する掘削深さを深くして測定ステップを行う間隔を長くすればよい。

実施形態２
実施形態１では、ロープ５に取付けられた測定装置８をロープ５に張力を付与した状態で移動させる張力付与手段１００として、ロープ一端側支持ウインチ６及びロープ他端側支持ウインチ７を用いた張力付与手段１００を例示したが、図３に示すように、錘７０でロープ５に張力を付与する張力付与手段１００を用いるようにしてもよい。
例えば、ロープ５の一端５ｅを地上に固定するとともに、ロープ５の他端をウインチ６０に固定し、ロープ５の一端側５ａに取付けた錘７０をクレーン等の揚重機７２で吊り下げた構成の張力付与手段１００を用いてもよい。
当該張力付与手段１００は、ロープ５を、ロープ一端側シーブ４Ａ，ロープ他端側シーブ４Ｂに巻き掛けて、例えば、ロープ５の一端５ｅを、一端側貫通孔３５ａ、一端側中継シーブ６１，６２，６３、揚重機側中継シーブ６４、錘７０が固定された錘固定シーブ６５、揚重機側中継シーブ６６を介して地上の固定部に固定するとともに、ロープ５の他端を、他端側貫通孔３５ｂ、他端側中継シーブ６７，６８，６９を介してウインチ６０に固定し、ウインチ６０を操作して錘７０を昇降させることによって、ロープ５に張力を付与した状態で測定装置８を昇降させる構成とした（図３参照）。尚、錘７０は、揚重機側中継シーブ６４，６６間においてロープ５で吊り下げられた錘固定シーブ６５に固定されており、揚重機側中継シーブ６４，６６が設置された設置手段７１を揚重機７２で吊り下げることで、錘７０が揚重機７２で吊り下げられた構成とした。

当該張力付与手段１００を用いる場合、ロープ５の他端側５ｂを巻取るようにウインチ６０を操作することにより、ロープ５に取付けられた測定装置８が測定原点１０から下降するとともに、錘７０が上昇して、測定装置８が測定原点１０から到達位置決め手段３に到達する。この場合、ロープ５がウインチ６０と錘７０とによって引張られることにより、常にロープ５に張力が付与された状態となり、この状態で測定装置８を測定原点１０から到達位置決め手段３に到達させることができるようになる。
また、ロープ５の他端側５ｂを巻出すようにウインチ６０を操作することにより、錘７０が下降するとともに、測定装置８が上昇して、測定装置８が到達位置決め手段３に到達した到着位置から測定原点１０に戻る。この場合、ロープ５が錘７０によって引張られることにより、常にロープ５に張力が付与された状態となり、この状態で測定装置８を到着位置から測定原点１０に戻すことができるようになる。
尚、揚重機７２で吊り下げられた設置手段７１の高さ（地上から設置手段７１までの高さ）、即ち、錘７０を昇降させることが可能な錘７０の昇降可能距離は、掘削孔２４の掘削深さに応じて調整される。
当該張力付与手段１００を用いた場合、錘７０によって、ロープ５に取付けられた測定装置８を常にロープ５に張力を付与した状態で測定原点１０から掘削手段２０に到達させた後に測定原点１０まで戻すことができるようになるので、ロープ５が緩まないようにできて、測定装置８にできるだけ振動が付与されないように、測定装置８を素早く上昇させることができるようになり、測定時間を短くできて、かつ、測定値の誤差を小さくできるので、掘削手段２０の位置算出精度をより向上できる。

実施形態３
実施形態１，２においては、測定装置８を到達位置決め手段３に到達させた後に測定原点１０の位置に戻すまでの間に測定を行うようにしたが、測定装置８を測定原点１０から到達位置決め手段３に到達させるまでの間に測定を行うようにしてもよい。
但し、測定装置８を測定原点１０から到達位置決め手段３に到達させる際の掘削孔２４内の泥水の抵抗が、測定装置８を到達位置決め手段３に到達させた後に測定原点１０の位置に戻す際の抵抗よりも大きいこと、測定装置８が到達位置決め手段３に到達する際の衝撃等により、実施形態２の方が実施形態１よりも測定値の誤差を大きくする要因が多くなると考えられるので、実施形態１のように、測定装置８を到達位置決め手段３に到達させた後に測定原点１０の位置に戻すまでの間に測定を行うことが好ましい。

尚、慣性センサとして加速度センサ８１のみを搭載した測定装置を用いて、掘削手段２０の位置を算出するようにしてもよい。３軸加速度センサ８１及び３軸ジャイロセンサ８２を搭載した測定装置８の場合、測定装置８が回転したとしても３軸ジャイロセンサ８２により加速度の方向が分かるが、加速度センサ８１のみを搭載した測定装置の場合、加速度センサ８１が回転すると、加速度の方向が分からなくなるため、加速度センサ８１が回転しないようする必要がある。従って、当該加速度センサ８１のみを搭載した測定装置を用いる場合、当該測定装置を上述したような振れ止め連結部材８３を用いてロープ５に接続して加速度センサ８１が回転しないようにすることで、昇降動作時における加速度センサ８１の水平方向の移動方向を加速度の方向と見做すことができるようになる。

到達位置決め手段３を、測定装置８の下端側に設けるようにしてもよい。例えば、図４に示すように、下端部８０ｅに、上板３５の上面である平面に着座する到達位置決め手段３として機能する平面に形成された下面８０ｆを有した構成の測定装置８を用いてもよい。この場合、測定装置８の下面８０ｆの面積を、測定装置８の搭載容器８０における下端部８０ｅ以外の部分の断面積よりも大きくすることで、測定装置８の下面８０ｆが上板３５の上面である平面に安定に着座するように構成した。
また、この場合、図４に示すように、測定装置８の下端部８０ｅの外周面の形状を円錐面形状、あるいは、角錐面形状に形成することにより、測定装置８を到着位置から測定原点１０の位置に戻す際の抵抗を小さくできる構成とすることが好ましい。

また、到達位置決め手段３を備えない構成としてもよい。

また、測定装置８は、ロープ５に取付けたままとしておいても良い。つまり、掘削ステップでの掘削作業中においても測定装置８をロープ５に取付けておいても良い。この場合、掘削手段２０を駆動して地中を任意の深さだけ掘削する毎に、測定装置８を測定原点１０まで戻して測定装置８の初期設定を行ってから測定を行うようにする。即ち、測定開始直前に測定装置８の初期設定を行ってから測定を行えば、測定時間を短くできて、かつ、測定値の誤差を小さくできるので、掘削手段２０の位置算出精度を向上できるようになる。

また、本発明は、ＧＰＳの電波が届かない環境下において移動する移動体の位置を測定する場合に、適用可能であり、当該移動体の位置算出精度を向上できるようになる。

１ 掘削位置測定装置、２ 掘削機、３ 到達位置決め手段、
４Ａ ロープ一端側シーブ、４Ｂロープ他端側シーブ、５ ロープ、
６ ロープ一端側支持ウインチ、７ ロープ他端側支持ウインチ、８ 測定装置、
１０ 測定原点、６０ ウインチ、８１ ３軸加速度センサ（加速度センサ）、
８２ ３軸ジャイロセンサ、１００ 張力付与手段。

Claims (8)

1. 地中を掘削中の掘削機の掘削手段の位置を測定する掘削位置測定方法において、
   掘削手段に設けたシーブにロープを掛け渡して当該ロープの一端側を地上に設定した測定原点を経由させた後、前記ロープの一端を地上で支持するとともに、前記ロープの他端を地上で支持し、掘削手段を前記ロープで吊り下げた状態で当該掘削手段を駆動して地中を任意の深さだけ掘削する毎に、加速度センサを搭載した測定装置を前記ロープの一端側である測定原点となる位置に取付けて当該測定装置を測定原点から地中に位置される掘削手段まで到達させた後に測定原点に戻して、掘削手段まで到達させた測定装置を測定原点に戻すまでの間、又は、測定装置を測定原点から掘削手段に到達させるまでの間に、加速度センサにより測定された測定値に基づいて地中の掘削手段の位置を求めたことを特徴とする掘削位置測定方法。
2. 地中を掘削中の掘削機の掘削手段の位置を測定する掘削位置測定方法において、
   掘削手段に設けたシーブにロープを掛け渡して当該ロープの一端側を地上に設定した測定原点を経由させた後、前記ロープの一端を地上で支持するとともに、前記ロープの他端を地上で支持して、かつ、加速度センサを搭載した測定装置を前記ロープの一端側である測定原点となる位置に取付けておき、掘削手段を前記ロープで吊り下げた状態で当該掘削手段を駆動して地中を任意の深さだけ掘削する毎に、測定装置を測定原点に戻し、その後、当該測定装置を測定原点から地中に位置される掘削手段まで到達させた後に測定原点に戻して、掘削手段まで到達させた測定装置を測定原点に戻すまでの間、又は、測定装置を測定原点から掘削手段に到達させるまでの間に、加速度センサにより測定された測定値に基づいて地中の掘削手段の位置を求めたことを特徴とする掘削位置測定方法。
3. シーブは、掘削手段の上部側に取付手段を介して取付けられ、
   取付手段は、シーブ取付板と、シーブ取付板の上端縁に固定された上板とを備え、
   上板には、シーブを経由して上方に延長する前記ロープの一端側を通過させる一端側貫通孔と、シーブを経由して上方に延長する前記ロープの他端側を通過させる他端側貫通孔とが形成されたとともに、当該上板の上面となる板面における一端側貫通孔の周囲には、掘削手段に対する測定装置の到達位置を位置決めする到達位置決め手段が取付けられるか、あるいは、当該上板の上面が、測定装置の下端側に設けられた到達位置決め手段の着座面に形成され、
   一端側貫通孔を経由した前記ロープの一端が地上で支持されて、かつ、
   他端側貫通孔を経由した前記ロープの他端が地上で支持されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の掘削位置測定方法。
4. シーブ及び到達位置決め手段を掘削手段に対して着脱可能に設けたことを特徴とする請求項３に記載の掘削位置測定方法。
5. 測定装置は、加速度センサを搭載した搭載容器と、当該搭載容器の外面から延長するように設けられた振れ止め連結部材とを備え、
   振れ止め連結部材の延長端には前記ロープが挿通するガイド孔を備え、
   搭載容器の中心軸に沿った方向の中央位置である測定部と測定原点とが一致するように、当該搭載容器を前記ロープの一端側に固定するとともに、当該ロープの一端側の横に位置される前記ロープの他端側を測定装置の振れ止め連結部材のガイド孔に挿入し、測定装置が測定原点と掘削手段との間を昇降移動する際に、ガイド孔が前記ロープに沿って昇降移動するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の掘削位置測定方法。
6. ３軸加速度センサ及び３軸ジャイロセンサを搭載した測定装置を使用したことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の掘削位置測定方法。
7. 前記ロープに張力を付与する張力付与手段を使用して、前記ロープに取付けられた測定装置を前記ロープに張力を付与した状態で移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の掘削位置測定方法。
8. 張力付与手段として、掘削手段に設けたシーブに掛け渡された前記ロープの一端が固定されたロープ一端側支持ウインチと、掘削手段に設けたシーブに掛け渡された前記ロープの他端が固定されたロープ他端側支持ウインチとを用い、当該ロープ一端側支持ウインチ及びロープ他端側支持ウインチを操作して、前記ロープに取付けられた測定装置を前記ロープに張力を付与した状態で移動させたことを特徴とする請求項７に記載の掘削位置測定方法。

Images