JP7173892B2 - 本体及びそれに取り付けられた付属装置を使用する杭基礎工事における動力管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、ボーリング孔を掘削するための本体と、ケーシングを同時に地中に導入するために本体に取り付けられた付属装置とを使用する杭基礎工事における動力管理方法に関する。この方法では、付属装置用エネルギーの少なくとも一部が本体によって供給される。

ケーシング揺動装置又はケーシング回転装置として構成された付属装置を用いた、ハンマーグラブによる掘削の間、それ自体は独立している２つのユニットが杭施工において協働する。ケーブル式掘削機として構成された掘削機本体は、穴を掘削するためのハンマーグラブを備えている。同様にケーブル式掘削機に固定されたケーシング揺動装置又はケーシング回転装置は、一様な回動運動によって掘削に同期して地中に導入されるケーシングを締結する機能を有する。ケーシング揺動装置に必要なエネルギーは、典型的には、掘削機本体によって供給される。

ケーブル式掘削機若しくは掘削リグのオペレータ、又は、ケーシング揺動装置若しくはケーシング回転装置のオペレータは、例えば、調整器を介してケーシング揺動装置又はケーシング回転装置へのエネルギー流を設定する。この方法の欠点は、エネルギー流が、いわば静的であり、散発的にのみ変更可能である点である。この場合、作業ステップ又は作業サイクルによっては、それぞれの作業に対して過度に大きい又は過度に小さいエネルギーがケーシング揺動装置に供給される。これにより、総エネルギー消費が不必要に増加するだけでなく、作業ルーチンの遅延も許容しなければならなくなる。

したがって、上述した欠点を克服できる解決策が求められている。

この目的は、請求項１の構成による方法によって達成される。このカテゴリーの方法に基づき、本発明では、本体の制御部によって、本体から付属装置へのエネルギー流を動的に調整することが提案される。本体は、例えば、ボーリング孔を掘削するための対応するハンマーグラブ掘削機、又は、ケリードリルのような掘削リグを備えたケーブル式掘削機であってもよい。付属装置は、例えば、ケーシングを地中に導入するケーシング揺動装置又はケーシング回転装置である。

本発明によれば、本体の制御部により、付属装置と本体との間のエネルギーの分配を動的に調整して、これら付属装置と本体の稼働率及び作用効果が最適化される。これは、主として、本体によって付属装置に供給される油圧エネルギー又は空気圧エネルギーに関わる。しかしながら、本発明の方法は、特定の種類のエネルギーに限定されるものではなく、電気エネルギーのエネルギー管理にも等しく使用することができる。

本体及び／又は付属装置の現在の必要動力を考慮しながらエネルギー流が調整されることが好適である。制御部がプロセスルーチンを把握していること、又は、制御部が本体若しくは付属装置の今後の作業ステップを把握していることが重要である。周期的プロセスでは、過去のサイクルからこの情報を学習することもできる。例えば、これら２つの動力消費装置のうちの一方が常にサイクルの同じ部分でエネルギー的にその限界まで到達する場合、及び、同時に他方の動力消費装置が全エネルギーを必要としない場合には、動的適応を学習できる。これにより、これに続く作業ステップに関するこの情報に基づいて、エネルギー流を動的に調整できる。具体的には、杭施工のための総エネルギー消費量は、ボーリング孔を掘削する本体の必要動力と、ケーシングを導入する付属装置の必要動力とから構成される。これらのユニットに対して実行される各周期的作業ステップの特徴は、必要動力が可変であることである。したがって、エネルギー消費量の少ない作業ステップの実行中には、より少ないエネルギーを付属装置に供給して、代わりに本体において余剰エネルギーを利用できるようにすることが好適である。一方、付属装置において大量のエネルギーを必要とするプロセスが実行される場合、及び、本体が比較的少ない動力しか必要としない場合には、付属装置へのエネルギー流を最大化することが好適である。これにより、個々の作業ステップをより迅速に直接実行することができ、これにより全体の処理時間を最適化できる。本体又は付属装置への余剰エネルギーの不必要な供給が防止されるか又は少なくとも低減されるので、杭基礎工事プロセス中の総必要エネルギー量も最適化できる。

動的調整によって、付属装置へのエネルギー流を制限するか、又は、特定の状況下でエネルギー流を完全に停止することが考えられる。例えば、段階的に制限が行われ得る。しかしながら、エネルギー流を可能な限り細かく調節できるように、連続的に制限することも考えられる。

請求項に記載されているように、エネルギー流の制御は、本体の制御部によって行われる。しかしながら、プロセス性能の一部を外部の制御部（例えば、付属装置の制御部）に行わせることも同様に考えられる。本体と付属装置との間には、通信インターフェースが設けられて、本体と付属装置の間のエネルギー流の動的調整のためのプロセスに関連する情報の交換を可能にすることが重要である。

同様に、通信インターフェースを介して動力低減又は動力増加の要求を本体と付属装置の間で交換する可能性もある。例えば、本体又は本体の制御部が、通信インターフェースを介してエネルギー消費を低減するように付属装置に要求することにより、本体の動力比率が確実に高くなるようにすることが考えられる。逆に、付属装置は、通信インターフェースを介して本体から付属装置へのエネルギー流の増加を要求することもできる。

このような付属装置に対する動力低減の要求は、実行されるべき付属装置の作業ステップについての指示及びこれらの作業ステップの特定を含んでもよい。これに関し、本体は、付属装置に対して実行されるべき複数の作業ステップを特定するか、又は、１つ以上の作業ステップを推奨することが考えられる。このような推奨は、本体自体の必要動力に基づいたものであることが重要である。比較的大量の動力を必要とする場合、上記の特定又は推奨には、省エネルギーのための作業ステップを含む。また、逆に、本体側で余剰エネルギーを現時点で利用可能である場合、エネルギー消費量が大きい作業ステップを実施することが推奨又は特定される。

個々の作業ステップの処理時間は、エネルギー流の動的調整によって直接影響を受け得るか、又は、制御され得る。このことは、付属装置及び本体の両方の作業ステップに関する。付属装置のねじ込み動作は、具体的には、例えば、エネルギーの追加的供給によって加速できる。逆に、動力低減により、それぞれの作業ステップに遅延が発生するか、又は、減速される。

ケーシング処理がボーリング孔の同時掘削と同期することが、杭基礎（具体的には、杭基礎工事中の最適なエネルギー消費）にとって特に重要である。例えば、ケーシングの掘削が先行して行われる場合、ケーシングが衝突する虞があり、これにより資材の損傷及びコストが生じる可能性がある。ただし、ケーシングがあまりにも先行している場合、内側の側面摩擦が大きくなり過ぎて、エネルギーコストが高くなる可能性がある。したがって、両プロセスの進行はほぼ同じに維持されるべきである。あるいは、ケーシング深さは、一定の間隔で掘削深さに対してわずかに先行するべきである。

この関係により、地盤掘削の深さとケーシング深さとの間の差分を監視することが好適となり、求められた差分は、エネルギー流の動的調整における別のステップにおいて考慮される。この深さの差分は、動力分配の能動的な影響によって、特に、下限値よりも高く、若しくは、上限値よりも低く、又は、下限値よりも高く且つ上限値よりも低く維持される。

ケーシング深さが掘削深さよりも少なくとも限度量だけ大きい場合に、付属装置へのエネルギー流が制限されることが特に有利である。逆に、掘削深さが現在のケーシング深さよりも少なくとも限度量だけ大きい場合には、付属装置へのエネルギー流を増加させるか又は最大化することが好適であり得る。深さ差分と動力分配との間のこのような関係をコスト関数によってマッピングすることが特に有利であり得る。これにより、例えば、深さ差分に応じて付属装置に出力されるべき平均動力比率が求められる。

上述したように、付属装置の作業プロセス及び／又は本体の作業プロセスは、周期的に発生する個別のステップに分割できる。これらのステップも、必要動力がそれぞれ異なる。動力管理の最適化においては、エネルギー流の動的調整において、完全な作業サイクル中に個々のステップの性能又は将来の性能を考慮に入れることが特に有利である。本体へのエネルギー流は、本体の周期的掘削プロセスをさらに考慮しながら、平均動力比率に基づいて動的に設定することがここでは好適である。この設定は、好ましくは、完全な作業サイクルの現在の個々のステップを特徴付ける重み付けパラメータと平均動力値とを乗算することによって行うことができる。このような重み付けパラメータは、具体的には、本体の掘削工具を降下させる間及び掘削工具から土砂排出する間よりも、掘削工具で掘削する間及び掘削工具を引上げる間で、より小さくなる可能性がある。本体の掘削及び引上げプロセスのエネルギー消費が比較的多いので、適切な重み付けを選択することにより、本体での掘削中及び引上げ中に、より小さい動力比率（例えば、１未満の重み係数）が付属装置に付与される。逆に、本体の掘削工具の降下の間及び土砂排出の間の必要動力ははるかに少ない。そのため、より高い重み係数（例えば、約１）を選択することにより、付属装置に余剰エネルギーを供給できる。

典型的なケーシング揺動装置の設計の幾何学的形状に起因して、２つの揺動シリンダが特定位置にあるとき、動力伝達の効率が最適化される。両方向における大きなずれにより効率が低下する。ケーシングの前部での有効揺動角は、ケーシングのねじれに起因して、ケーシングの深さが非常に大きい場合に特に小さくなる。この背景に関し、動作中、又は、ケーシング深さが大きくなるにつれて、この揺動角を動的に設定することも同様に好適である。ここでは、付属装置の現在の消費動力を考慮しながら、及び／又は、ケーシング深さ又は掘削深さに応じて、揺動角を動的に設定することが付属装置については好適であることが分かっている。これにより、前述の値を考慮して最適及び最大揺動角を設定できるので、ケーシング揺動装置の作業プロセスや効果を理想的に設定することができる。

現在の作業場所での土壌強度はさらに重要である。土壌強度は、付属装置又は本体の設定を最適化するためにも考慮され得る要因である。ケーシング揺動装置の駆動が不十分な場合に、接触圧力を改善するために、具体的には、チューブ部材をさらに取り付けることができる。このような場合、ケーシング揺動装置が、通信インターフェースを介して、ケーシングの処理のために、本体からのより多くのエネルギーを具体的に要求することも考えられる。ケーシング揺動装置は、例えば、ケーシング深さの経時変化を考慮しながら、現在の進行速度を設定することができる。

本発明による方法に加えて、本発明は、本体（具体的には、ケーブル式掘削機又は掘削リグ）と、少なくとも１つの付属装置（好ましくは、ケーシング揺動装置又はケーシング回転装置）とを含むシステムにも関する。付属装置及び本体は、本発明による方法を実施するための少なくとも１つの制御部を備えている。この方法の制御は、具体的には、主に本体の制御部によって行われる。したがって、このシステムは、本発明による方法を参照して上記で詳細に説明したものと同じ利点及び特性によって特徴付けられる。このため、繰り返しの説明は省略する。

本体とケーシング揺動装置とを含む本発明によるシステムの側面図である。 ケーシング揺動装置の側面図である。 ケーシング揺動装置の平面図である。 ケーシング深さと掘削深さとの間の深さの差分に依存するコスト関数を説明するためのグラフである。 掘削深さ及びケーシング深さを経時的に示すグラフである。 掘削深さ及びケーシング深さを経時的に示すグラフである。

以下、本発明のさらなる利点及び特性を、図面に例示する実施形態を参照してより詳細に説明する。

ケーシング揺動装置（ＶＲＭ）とケーブル式掘削機（ハンマーグラブによる掘削）又は掘削リグ（ケリー掘削）とを組み合わせて行われる杭施工は、補助手段によって、エネルギー（燃料消費）及び所要時間について最適化されるべきである。ここで、補助手段は、ＶＲＭと本体との間のエネルギー分配を動的に調整して、これらの２つの機械の稼働率及び作用効果を最適化するものである。

ＶＲＭを使用してハンマーグラブによる掘削を行う際には、それ自体独立した２つのユニット（すなわち、ケーブル式掘削機１及びケーシング揺動装置として構成されたケーブル式掘削機の付属装置）が協働して、杭施工を行う。図１に一例として示されるように、旋回可能な上部構造と、ブーム２と、グラブ３とを備えるケーブル式掘削機１は、穴の掘削を行う。ケーブル式掘削機には、ベースプレート２０１と、ベースプレート２０１に対する距離を調節可能なテーブル３０１とを備えたケーシング揺動装置が取り付けられている。このケーシング揺動装置によって、以下のようにして、ケーシング１００を地中に圧入することができる。すなわち、テーブル３０１を、例えば、クランプシリンダによってケーシング１００に係止する。続いて、ベースプレート２０１を上昇させることにより、ケーシング１００、テーブル３０１、及びベースプレート２０１の重量力が下方に作用する。静止摩擦を克服するために、別のステップでテーブル３０１を、例えば、水平揺動（いわゆるケーシング揺動装置の場合）させて、又は、連続回転させて（いわゆるケーシング回転装置の場合）動かす。この相互作用によりケーシング１００を地中に降下させながら、ケーブル式掘削機１で、ケーシング１００内の土砂を掘削する。

図２ａ及び図２ｂには、ケーシング揺動装置をより詳細に示す。図２ａ及び図２ｂは、ケーシング揺動装置をケーシング１００とともに示す側面図及び平面図である。テーブル３０１は、例えば、クランプによってケーシング１００に固定することができる。ベースプレート２０１は、リフトシリンダによって、接続点２１１と３１１の間及び接続点２１２と３１２の間で上昇させることができる。テーブル３０１は、２つの揺動シリンダの同期運動によって、接続点３１３と４１３の間及び接続点３１４と４１４の間でベースプレート２０１に対して回動運動を行うことができる。剛性ステアリングロッドは、一方ではテーブル３０１の接続点３２１に関節式に取り付けられており、他方では、要素４０１の接続点４２１に関節式に取り付けられている。ケーシング１００のｙ軸回りの傾斜は、ステアリングシリンダの動きによって設定することができる。このステアリングシリンダは、一方ではステアリングロッドに接続点４１５で関節式に取り付けられ、他方ではベースプレート２０１に接続点２１５で関節式に取り付けられている。ケーシング１００のｘ軸回りの傾斜は、２つのリフトシリンダの上昇高さを異ならせることによって設定できる。回動中心４１３，４１４及び４２１は、ガイド４０１によって、ベースプレート２０１に固定的に連結された構造体２０２に対して水平に変位させることができる。テーブル３０１の傾斜は、具体的には、所望の杭傾斜にテーブル３０１を合わせることができるように、傾斜計５０１によって検出可能である。傾斜伝達装置又は角度伝達装置５０２は、具体的には、ケーシング深さを求めるために、ステアリングロッドの位置を検出する。

杭施工のためのエネルギー消費は、ボーリング孔を掘削するための本体（ケーブル式掘削機、掘削リグ）の必要動力と、ケーシング１００を導入するためのＶＲＭの必要動力とから構成される。ケーシング１００は、ＶＲＭによって地中に向けて回動される。この回動は、ねじ込み動作に連動して、ケーシング１００の重量力とＶＲＭの重量力を利用して行われる。ＶＲＭの地中に向けたねじ込み動作は、側面摩擦及び先端摩擦のせいで、非常に多くのエネルギーを消費する。先端摩擦は、地盤の特性とケーシング１００の設計の特性とによって共同的に決定される。側面摩擦は、ケーシング１００の表面に沿った地盤に対するケーシング１００の相対移動によって生じる。側面摩擦は２つの成分を有する。１つ目は、ケーシング１００の外側における摩擦であり、２つ目は、ケーシング１００の内側における摩擦である。深さが増すにつれてケーシング１００と地盤との接触面積が大きくなるので、外側の摩擦は、掘削が進行するにつれて大きくなる。ただし、ケーシング１００の内側の摩擦は、掘削の進行を通してケーシング１００のリードが小さく維持されるので、解消されると言ってもよい。

掘削された土砂等は、ケーブル式掘削機１（ハンマーグラブによる掘削）又は掘削リグによって、ケーシング１００から除去される。掘削工具３を引上げる際に、ケーブル式掘削機１又は掘削リグの必要動力が最大になりやすい。ボーリング孔が深くなるにつれて、引上げ高さが高くなるので、より多くのエネルギーが必要となるとともにより長い時間が必要になる。

必要動力は、本体とＶＲＭとの間のエネルギー流を動的に調整することによって最適化できる。ここでは、例えば、本体によってこの調整を制御できる。本体は、エネルギー流を完全に停止し、最大化し、又は、連続的に調整することができる。これに代えて、本体は、通信インターフェースを介してＶＲＭの必要動力の変更を要求することができる。又は、本体は、例えば、特定の作業ステップを実行してはいけないこと、又は特定の作業ステップが推奨されないこと（具体的には、追加の動力パックエネルギー源を有するＶＲＭの作動中には推奨されないこと）を特定できる。

以下の場合について、プロセスが最適化される。

（必要エネルギーが大きい場合）
・本体は、例えば、掘削工具３及び掘削された土砂等を引上げるために多くのエネルギーを消費しなければならないタイミングを判定し、ＶＲＭへのエネルギー流を減少させるか、又は、必要な期間にわたって停止させる（ＶＲＭにおける損失を完全になくす）。

（必要エネルギーが小さい場合）
・本体は、本体が実行すべき作業のエネルギー消費が小さいタイミングを判定し、ＶＲＭへのエネルギー流を増加させるか、又は、ＶＲＭをでき得る限り長い時間にわたって作動させる。

（進行がアンバランスな場合）
・現場の状況に起因して考えられる前提条件は、例えば、ボーリング孔を掘削するよりも前には、ケーシング１００が常にある最低量になっていることである。例えば、ケーシング１００よりも掘削が先行する場合、ケーシング１００が衝突して損傷やコストが発生する可能性がある。しかしながら、ケーシング１００が先行し過ぎる場合には、内側の側面摩擦が大きくなり過ぎる。したがって、この進行は、所定の差で、ほぼ同じ速度で行われる。
・本体１が、掘削に対してケーシング１００の進行が大き過ぎると判定した場合には、掘削の進行がケーシング１００の「範囲」に戻るまで、ＶＲＭへのエネルギー流が低減又は停止される。その結果、この期間、より多くの動力が本体によって利用可能になり、それによって掘削がより速く行われる。さらに、ケーシング１００のリードが小さくなることに起因して側面摩擦が小さくなるので、ケーシング１００の地中に向かってのねじ込み動作に必要な総動力量は少なくなる。

（揺動角が好ましくない場合）
・動力伝達の効率は、典型的なＶＲＭの幾何学的形状に起因して、２つの揺動シリンダが特定位置にあるときに最適化される。両方向における大きなずれがあると、効率が低下する。
・ケーシング１００は、回動方向の変更時に停止する。この場合、２つの揺動シリンダは静止摩擦を克服しなければならない。その場合にのみ、より小さい動摩擦が再び作用する。
・この場合に役割を果たす別の効果は、非常に深い位置では、ケーシング１００の前部では、ケーシング１００のねじれに起因して、有効揺動角が小さくなることである。
・したがって、これらの３つの制約により、ケーシング１００の深さに依存する最適及び最大揺動角とも言える角度が存在する。よって、プロセスを最適化するために、ケーシング深さ及び掘削の深さを測定するとともにＶＲＭの消費動力を追加的に測定することによって、最適及び最大揺動角を設定できる。

（土壌強度が高い場合）
・ＶＲＭは、接触圧力を改善するためにさらなるチューブ部材を要求でき、又は、ＶＲＭの駆動が不十分な場合、本体からのより多くのエネルギー供給を要求できる。

（必要条件）
・進行がアンバランスな場合の最適化のために、ケーシング深さ測定及び掘削深さ測定を行う。
・揺動角を最適化するために、揺動角の測定（ステアリングロッドの接続点のうちの１つ、又は、理想的という点では劣るが、揺動シリンダの接続点のうちの１つにおける回動角センサの角度の測定）を行う。

（効果）
・優先すべき作業のためのエネルギーを多くする。すなわち、時間の最適化を行う。
・時間ゲインによって消費量が低減される（キーワード基礎負荷／損失）
・時間ゲインによって作業時間が短縮される

－適用例－
本体１によってケーシング１００上にチューブ部材をさらに配置するプロセスは面倒ではあるが、このプロセスにおいて、本体１は、非常にわずかなエネルギーしか必要としない。切削工具（グラブ）３をわきに寄せ、チューブ部材をケーブルに固定し、設置済みのケーシングの上に載置する。その後、残りのケーシングに係止する。特に、このプロセスの前半の間、ケーシング揺動装置は、非常に大量のエネルギーを利用できる。以下の実施例は、上記から導き出すことができる。

・ケーシング揺動装置は、ケーシング１００が具体的に地中何メートルかを測定している。掘削の深さも、ケーブル式掘削機１のケーブルの長さを測定することによって分かる。ケーシング揺動装置よりも上方のケーシングの残りの高さは、ケーブル長さとケーシング上端部との比較から判断できる。ここで、ケーシング１００は、例えば、地中において２０メートルの長さであり、掘削深さは１９メートルである。ケーシングのうち４メートルが、地中に向けたねじ込みのためにまだ利用できる状態である。現場の状況に起因して、ケーシングは掘削よりも少なくとも１メートル先行していなければならない。ＶＲＭによる地中への回動のプロセスは、これに対応してより速くなるのに対して、ケーブル式掘削機１の掘削プロセスはより低速で実施される。ここで、効率的に時間を使用するために、２つの機械制御部は、ケーブル式掘削機１がチューブ部材をもう１つ載置するか、又は、これをオペレータに提案することを協働で行う。この場合、ケーブル式掘削機１は、エネルギーをほとんど必要としない。また、放出されたエネルギーによって、ＶＲＭはより速く進行することができる。付加的な効果として、ケーシングの重量は追加されたチューブ部材により増大し、それによって地中への圧入が促進される。

掘削工具３を引上げる間、本体は非常に大量のエネルギーを必要とし、ＶＲＭの揺動も同様に多くのエネルギーを必要とする。このことから、別の適用例を導き出すことができる。

・ケーブル式掘削機１は、掘削工具３をケーシング１００内に進行させ、底部に土砂等が無くなるまで掘削を進める。次に、ケーブル式掘削機１は、掘削された土砂等でいっぱいになった掘削工具３を引上げなければならない。この状況は予めＶＲＭに送信することができる。ケーブル式掘削機１が掘削工具３を引上げるとすぐに、ＶＲＭへのエネルギー供給を減少させることができる。ＶＲＭはこの時間を使って、ベースプレート２０１の上昇のようなエネルギー面でより好適な作業を行う。掘削工具３がケーシング上端部に到達するとすぐに、ケーブル式掘削機１は、引上げが完了したことをＶＲＭに送信し、それに応じて、ＶＲＭへのエネルギー流を増加させる。これにより、ＶＲＭは、固定されたケーシングを最大のエネルギーで回動させることができる。
・深さの分布が望ましくない場合（例えば、ケーシングが掘削よりもはるかに深く、それに応じてケーシングの内側における側面摩擦が非常に大きい場合）、極端な場合には、ＶＲＭへのエネルギー供給を掘削の継続時間にわたって完全に停止し得る。

掘削工具３の引上げに必要な時間は、深さの増大にともなって着実に長くなる。したがって、深い位置から掘削による特定量の土砂等を除去するためには、より長い時間が必要である。この結果、本体の作業は、深い位置でよりゆっくりと進行する。しかし、ケーシング１００を１メートル導入するのにＶＲＭが必要とする時間は、深さが増しても、同程度に長くはならない。このことから、以下から導き出される。

・掘削機１は、深さが増すにつれて、掘削をゆっくりと進めるだけである。これにより、ケーシング１００のリードは連続的に大きくなる。これに起因して、ケーブル式掘削機１は、ＶＲＭへのエネルギー供給を制限して、ケーブル式掘削機１自体の作業により多くのエネルギーを利用できるようにする。
・深さの分布が望ましくない場合（例えば、ケーシングが掘削よりもはるかに深く、それに応じてケーシングの内側における側面摩擦が非常に高い場合）、極端な場合には、ＶＲＭへのエネルギー供給をときに完全に停止し得る（図４ｂの例を参照）。

－具体的な方法－
２つの異なる方法が並行して実行される。

（プロセス最適化）
・ＶＲＭのオペレータは、最小の深さ差分Ｄ_ｍｉｎを設定する。ケーシング揺動とグラブ３による掘削とが同時に行われる場合、グラブ３はこの最小の深さ差分よりも下降してはならない（例えば、Ｄ_ｍｉｎ＝４０ｃｍの場合、ケーシング１００は常にグラブ３よりも少なくとも４０ｃｍ先行していなければならない）。Ｄ_ｍａｘはなく、ケーシング１００は、グラブ３よりも所望に応じて先行していてもよい。
・コスト関数Ｕは、最小値Ｄ_０＞Ｄ_ｍｉｎである場合の深さ差分Ｄの関数として定式化される。この点に関して図３を参照されたい。エネルギー分配Ｒは、Ｄ_０において理想的である。
・ＤがＤ_０よりも小さい場合、ケーブル式掘削機１がＶＲＭに供給する動力比率Ｒは大きくなる。これには２つの効果がある。ＶＲＭは、より多くの動力を受け取るのでより高速で回動し、それによりＤが大きくなる。一方、ケーブル式掘削機１はより少ない動力を有し、したがって掘削速度を低下させ、この結果、Ｄが大きくなる。ＤがＤ_０よりも小さい場合、及び、ＶＲＭに供給されるエネルギーが既に最大である場合、例えば、チューブ部材をもう１つ載置することによって、ケーシングの重量を増加させて接触圧力を高くする必要がある。
・ＤがＤ_０よりも大きい場合、ケーブル式掘削機１がＶＲＭに供給する動力比率Ｒは小さくなる。したがって、動力比率Ｒは、式（Ｒ＝ＰＶＲＭ／Ｐ）に従って計算される。式中、ＰＶＲＭは、プロセス最適化のためにＶＲＭに供給される総動力Ｐの比率である。
・ＤがＤ_ｍｉｎに近づくと、ＶＲＭは停止されるべきである。

（機械稼働率の最適化）
・ケーブル式掘削機１がＶＲＭに供給する動力の平均比率の大きさは、上述のプロセス最適化によって設定される。別のシーケンスでは、このパラメータＲに、ケーブル式掘削機１の周期的掘削プロセスを考慮に入れた別のパラメータＲ_ｃｙｃが乗算される。動力分配は、例えば、Ｑ＝Ｒ×Ｒ_ｃｙｃで得られる。したがって、Ｒ_ｃｙｃは、ケーブル式掘削機１の稼働率が典型的には０と１との間の値の間隔内にあるので、ＶＲＭの動力比率の補正係数又は重み係数である。
・ケーブル式掘削機１は、掘削中及び引上げ中に、最大の動力を必要とする。この際、ケーブル式掘削機は多くの動力を受けるべきであり、ＶＲＭはこの期間、少ない動力を受ける。したがって、Ｒ_ｃｙｃは、１よりも小さく、極端な場合には、Ｒ_ｃｙｃ＝０になる（ＶＲＭはもはや動力を受けない）。
・ケーブル式掘削機１は、グラブ３から土砂排出する間及びボーリング孔内へのグラブ３の降下中には、少ない動力を必要とする。このとき、ＶＲＭは、プロセスを減速させることなく、より高い動力比率を受けることができ、したがって、Ｒ_ｃｙｃ≒１が選択される。
・図４ａ、図４ｂ中の線と線の間隔が最小であるときが、エネルギー的に最適な状態である。

Claims (13)

1. ボーリング孔を掘削するための本体と、ケーシングを同時に地中に導入するために前記本体に取り付けられた付属装置とを使用する杭基礎工事における動力管理方法であって、
   前記付属装置用のエネルギーの少なくとも一部が前記本体によって供給される方法において、
   前記本体の制御部によって、地盤掘削深さとケーシング深さとの間の深さの差分を考慮して前記本体から前記付属装置へのエネルギー流を動的に調整し、
   前記ケーシング深さが前記地盤掘削深さよりも少なくとも限度量分大きい場合、前記付属装置への前記エネルギー流は制限されること、及び／又は、
   前記地盤掘削深さが前記ケーシング深さよりも少なくとも限度量分大きい場合、前記付属装置への前記エネルギー流が増大又は最大化されることを特徴とする方法。
2. 前記本体及び／又は前記付属装置の現在の必要動力を考慮しながら前記エネルギー流が調整される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記付属装置への前記エネルギー流が制限されるか、又は、完全に停止され、段階的又は連続的に制限が行われる
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記本体の前記制御部は、通信インターフェースを介して前記付属装置に動力低減の要求を送信する
   ことを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の方法。
5. 前記要求には、前記付属装置の実行されるべき作業ステップに関する指示、具体的には、実行されるべき作業ステップ及び／又は実行されるべきではない作業ステップに関する特定及び／又は推奨が含まれる
   ことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 前記付属装置及び／又は前記本体の作業ステップの処理時間は、前記エネルギー流の動的調整によって能動的に制御される
   ことを特徴とする、請求項１～５のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記深さの差分が、前記エネルギー流の動的調整により、下限値よりも高く、若しくは、上限値よりも低く、又は、下限値よりも高く且つ上限値よりも低く保持される
   ことを特徴とする、請求項１～６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記地盤掘削深さとケーシング深さとの間の深さの差分に応じて前記付属装置に出力されるべき平均動力比率を定義する前記深さの差分の関数として、コスト関数Ｕが定義される
   ことを特徴とする、請求項１～７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記付属装置への前記エネルギー流は、前記本体の周期的掘削プロセスをさらに考慮しながら、平均動力値に、周期的な掘削プロセス中の現在の工程を特徴付ける重み付けパラメータを乗算することにより、前記平均動力比率に基づいて動的に設定される
   ことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 前記重み付けパラメータは、掘削工具の掘削及び引上げ中には小さく、前記掘削工具の降下及び土砂排出中に大きい
    ことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記付属装置は、ケーシング揺動装置として構成された前記付属装置の揺動角を、前記付属装置の現在の消費動力を考慮して、及び/又は、前記ケーシング深さ及び掘削深さの
    少なくとも一方に応じて、設定する
    ことを特徴とする、請求項１～１０のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記付属装置は、前記ケーシング深さの経時変化を考慮しながら、前記ケーシングの進行速度を検出し、それに基づいて、前記通信インターフェースを介して前記本体から前記付属装置へのエネルギー流の増加を要求し、及び／又は、前記ケーシング上にチューブ部材をさらに載置する作業プロセスを開始する
    ことを特徴とする、請求項４又は５に記載の方法。
13. ケーブル式掘削機又は掘削リグである本体と、ケーシング揺動装置又はケーシング回転装置である少なくとも１つの付属装置とを備えるシステムであって、
    前記本体及び前記付属装置は、請求項１～１２のいずれか１項に記載の方法を実施するための少なくとも１つの制御部を有する
    ことを特徴とするシステム。

Images