JP7174671B2

JP7174671B2 - 掘削底面監視システム

Info

Publication number: JP7174671B2
Application number: JP2019093177A
Authority: JP
Inventors: 泰司森田; 祟加藤; 勇人木下
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2019-05-16
Filing date: 2019-05-16
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2039-05-16
Also published as: JP2020186611A

Description

本発明はケーソン工法における掘削底面監視システムに関する。

ケーソン工法においては、ケーソン底版下の作業空間を地下水圧と同等の高気圧にして掘削作業および排土作業を行うことにより、作業空間への浸水等を防止する。高気圧環境下での作業による作業者の負担を軽減するため、掘削にあたっては、ケーソン底版に設置した掘削機を遠隔操作することが望ましく、さらに掘削状況についても遠隔管理できることが望ましい。

掘削状況を遠隔管理するための技術として、例えば特許文献１には、ケーソン刃口の受ける地盤反力の指標として、土砂の掘り残し部の形状を監視する発明が開示されている。特許文献１のケーソン沈設管理システムは、ケーソン底版の下面に設けられた測距装置により、ケーソンの刃口近傍の堀り残し部の法面までの距離を測定し、ケーソンの平面図形と、堀り残しの法面までの距離に基づいて算出される堀り残し部の形状とを併せて表示する。

特開２０１５－２２９８２６号

掘削状況の管理においては、地盤反力の管理だけでなく、掘削底面の形状変化に基づく異常の検知も重要である。このような異常の代表としては、例えば、地下水の上向きの圧力により掘削底面が隆起してしまう、いわゆる盤ぶくれが挙げられる。

盤ぶくれが生じた場合、ケーソン底版と掘削底面とが接近する。しかし、盤ぶくれが生じた場合だけでなく、ケーソン自体の沈下が進行した場合も、同様にケーソン底版と掘削底面とが接近する。よって、ケーソン底版と掘削底面との距離が縮まったという情報だけでは、盤ぶくれの発生と、ケーソンの沈下を区別することは難しい。よって、特許文献１のようにケーソン底版と掘削底面との距離を測る方法では、盤ぶくれの発生を検知することが困難である。

以上を踏まえ、本発明は、ケーソンの沈下の有無に関わらず、掘削底面の異常を検知する掘削底面監視システムを提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係るケーソン工法における掘削底面監視システムは、測定開始時刻から測定終了時刻までのケーソンの沈下量を取得する沈下量取得部と、前記ケーソンの底版に設置され、掘削底面までの距離を測定する測距部と、前記測定開始時刻から前記測定終了時刻までの前記距離の変化量を、前記沈下量で補正することにより、前記掘削底面の変形情報を取得する掘削底面取得部と、前記変形情報に基づいて前記掘削底面に異常が発生しているか否かを判定する判定部と、前記判定部が異常発生を検知したときに異常を報知する警報発生部とを備える。
かかる掘削底面監視システムによれば、ケーソンの沈下の有無に関わらず、ケーソンの掘削底面の変形を精度良く取得できるので、当該変形から異常を検知して、異常を報知することができる。

さらに、本発明に係る掘削底面監視システムは、前記測距部が２次元センサであることが好ましい。
かかる掘削底面監視システムによれば、システム構築のコストを低減させつつ測距部から掘削底面までの距離を測距することができる。

さらに、本発明に係る掘削底面監視システムは、前記測距部の測定方向を調整する回転装置を備えることが好ましい。
かかる掘削底面監視システムによれば、測定方向を変更しながら測距を行うことで、掘削底面までの測距の漏れを少なくすることが可能となる。

さらに、本発明に係る掘削底面監視システムは、前記測距部を複数備えることが好ましい。
かかる掘削底面監視システムによれば、一つの測距部では掘削機等に阻まれて測距できない場所であっても、当該場所を測定可能な別の測距部で測距することができるため、障害物のある作業空間内であっても測距の漏れを少なくすることが可能となる。

本発明の掘削底面監視システムは、ケーソンの沈下の有無に関わらず、掘削底面の異常を検知することができる。

掘削底面監視システムのブロック図である。ケーソンを示す断面図である。測定開始時刻における、掘削底面が正常な場合のケーソンの作業空間の断面図である。測定終了時刻における、掘削底面に盤ぶくれが生じている場合のケーソンの作業空間の断面図である。

以下、本発明の実施をするための形態を、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。各図は、本発明を十分に理解できる程度に、概略的に示してあるに過ぎない。よって、本発明は、図示例のみに限定されるものではない。

図１に本実施形態の掘削底面監視システム１０のブロック図を示す。
掘削底面監視システム１０は、沈下量取得部１１と、測距部１２と、掘削底面取得部１３と、判定部１４と、警報発生部１５とを備えている。掘削底面監視システム１０は、掘削底面までの距離の変化量をケーソンの沈下量で補正することにより、掘削底面Ｇ（図２参照）の変形情報を取得して、当該変形情報から異常を検知したときに異常を報知する。

沈下量取得部１１は、測定開始時刻Ｔ１から測定終了時刻Ｔ２までにおけるケーソンの沈下量を取得し、掘削底面取得部１３に送信する。沈下量取得部１１は、ケーソンの沈下量を取得できる装置であれば特に限定されないが、例えばケーソンの任意の位置にＧＰＳ（Global Positioning System）等の測位システムの受信機を設置し、自動的にケーソンの沈下量を取得できるようにすることが好ましい。沈下量を自動取得することは、作業員を監視作業から開放することができるだけでなく、夜間等の休工時においても沈下量を把握できる点でも好適である。また、沈下量取得部１１は、ケーソンの周方向に、複数箇所設置されていることが好ましい。複数箇所に設置されることで、ケーソンの傾斜が検出できる。つまり、複数箇所の沈下量取得部１１で取得した沈下量が一定であればケーソンはまっすぐ沈下しており、沈下量にばらつきがあればケーソンは傾斜していると判断できる。

その他の沈下量測定の手段として、ケーソンの地上側端面（上面）に箱尺を設置し、ケーソン外の定点から定時観測することにより、ケーソンがある期間にどれだけ沈下したのかを取得する方法も挙げられる。このように作業者が目視で沈下量を測定して、沈下量取得部１１に沈下量を入力する方法でも、沈下量の取得を実現できる。このような方式によれば、自動化はできないものの、簡便に沈下量を取得できる。

測距部１２は、ケーソン底版から懸架され、掘削底面Ｇ上の複数箇所について、測距部１２との距離を取得し、掘削底面取得部１３に送信する。測距部１２は、距離を光学的に測距できるレーザセンサ（レーザスキャナ）であれば特に限定されないが、２次元センサであることが好ましい。２次元センサは３次元センサよりも安価であるため掘削底面監視システム１０のコストを低減させることができ、かつ、図２で後述する回転装置１２０と組み合わせることで全方位の測距も可能である。測距部１２の測距の方式は位相差検出方式でも、ＴＯＦ（Time of Flight）方式でも、三角測距方式でも、その他の方式でもよい。

上記のように、測距部１２で取得可能な情報は、掘削底面Ｇまでの距離である。そのため、測距部１２だけでは、掘削底面Ｇまでの距離が縮まった場合、掘削底面Ｇ全体が盛り上がったのか、ケーソン自体が沈下したのかの区別が難しく、掘削底面Ｇの変形情報の取得が困難である。そこで、本実施形態では、掘削底面Ｇの変形情報の取得のために、掘削底面取得部１３を設ける。

掘削底面取得部１３は、測定開始時刻Ｔ１における測距部１２から掘削底面Ｇまでの距離と、測定終了時刻Ｔ２における測距部１２から掘削底面Ｇまでの距離とを測距部１２から取得し、測定開始時刻Ｔ１における距離と測定終了時刻Ｔ２における距離との変化量を算出する。掘削底面取得部１３は、この変化量を、沈下量取得部１１から取得したケーソンの沈下量で補正することにより、掘削底面Ｇの変形情報を取得し、当該変形情報を判定部１４に送信する。

補正の方法としては様々な方式が可能だが、例えば、ケーソンがまっすぐに沈下していると仮定するのであれば、掘削底面Ｇまでの距離の鉛直方向の変化量をケーソンの沈下量で減算することにより、掘削底面Ｇの変形情報を取得することができる。

沈下量取得部１１により、ケーソンの傾斜発生が検知されていた場合は、例えばケーソンの所定の複数の基準点に対して座標変換を行い、ケーソンの傾斜の具体的な方向や角度等を算出して、当該方向や角度等に基づいた補正を行うことができる。

判定部１４は、掘削底面取得部１３から掘削底面Ｇの変形情報を取得し、当該変形情報が異常か否かを判定する。
判定内容は種々考えられるが、例えば、変形情報において、掘削底面Ｇと測距部１２との距離の減少量が所定の閾値以上になった場合は、掘削底面Ｇに盤ぶくれが生じている可能性がある。一方、上記距離の増加量が所定の閾値以上になった場合は、地下水等の要因でケーソンに浮き上がりが生じている可能性がある。このように、掘削底面Ｇと測距部１２との距離の変化量が所定の範囲を超えていた場合は、判定部１４は掘削底面Ｇに異常が発生していると判定し、警報発生部１５に異常発生を送信する。
なお、掘削底面Ｇの盤ぶくれについては後述の図３Ａ、図３Ｂで図解する。

警報発生部１５は、判定部１４から異常発生を受信した場合、警報を報知する。報知手段は、作業者の注意喚起を促せる手段であれば特に限定されず、回転灯、サイレン等の既存の技術が使用できる。また、異常発生時には、作業者の携帯端末に異常発生を知らせるメール等を送信することが好ましい。このように警報を報知することにより、作業時間外に異常が発生した場合であっても、作業者に迅速に異常を報知することができる。

判定部１４が警報発生部１５に異常発生を送信する際に、掘削底面Ｇの変形情報から推測された異常の内容を付与し、警報発生部１５は報知する警報に当該異常の内容を含めることが好ましい。このように、警報に異常の内容を含めることで、作業者の状況把握が迅速になり、異常への素早い対処が可能となる。

図２に本実施形態のケーソンの断面図を示す。本実施形態のケーソンは、ケーソン底版とケーソン刃口と掘削底面Ｇに囲まれた作業空間を備える。この作業空間内には、底版の走行部を移動する１台以上の掘削機２と、１台以上の回転装置１２０と、回転装置１２０によって回動される１台以上の測距部１２とが設置されている。そして、掘削機２を用いて掘削底面Ｇを掘削することにより、ケーソン自身を沈下させる。なお、２台目以降の掘削機２、回転装置１２０、測距部１２については図２では描画を省略している。

回転装置１２０と測距部１２はケーソン底版から懸架されている。回転装置１２０は、ケーソン底版の仮面に垂直な回転軸を中心に回動する回転板を備えている。回転装置１２０は、この回転板に固定されている。なお、図２ではケーソン底版と測距部１２との間に回転装置１２０が設置されているように描写されているが回転装置１２０と測距部１２のレイアウトはこれに限れない。回転装置１２０と測距部１２がケーソン底版に設置され、かつ、回転装置１２０が測距部１２を回動させることができる態様であれば他のレイアウトも可能である。

このように、測距部１２は、回転装置１２０によってケーソンの底版の下面に垂直な軸まわりに回動されることが好ましい。回動範囲に制限はないが、３６０度回動されることがより好ましい。測距部１２が回動されることにより、測距の漏れ（死角）を少なくすることができる。回転装置１２０は、測距部１２を回動させることができる装置であれば特に限定されず、ターンテーブル型でも、揺動型でもよく、その他の型でもよい。例えば、ステッピングモーター駆動のターンテーブルは、回転量や速度を高精度に制御可能なため、回転装置１２０として好適である。

また、測距部１２はケーソンの底版の複数箇所に設けられることが好ましい。測距部１２を複数設けることにより、掘削機２等が測距部１２のレーザを遮っても、別の測距部１２が掘削機２等の影を測定することができるため、測距の死角の発生を抑制できる。
このように、測距部１２がケーソン底版の複数箇所に設けられ、さらに回動されることにより、掘削機２等が停止している休工時であっても、掘削底面の監視を死角の発生を少なくしつつ行うことが可能となる。

図３Ａと図３Ｂとの比較により、掘削底面Ｇの盤ぶくれによる変形を示す。
図３Ａに、測定開始時刻Ｔ１における、掘削底面Ｇが正常な場合のケーソンの作業空間の断面図を示す。距離ｄ１は、測距部１２から正常な掘削底面Ｇの測定点Ｐまでの距離を示す。
図３Ｂに、測定終了時刻Ｔ２における、掘削底面Ｇに盤ぶくれが生じている場合のケーソンの作業空間の断面図を示す。距離ｄ２は、盤ぶくれが生じた掘削底面Ｇの測定点Ｐまでの距離を示す。
図３Ａの測定点Ｐと図３Ｂの測定点Ｐは掘削底面Ｇ上の同一の位置を示す。

図３Ａ、図３Ｂの他の構成については図２と同様である。なお、図３Ａに示す測定開始時刻Ｔ１から図３Ｂに示す測定終了時刻Ｔ２までの間に、ケーソンの沈下は進行していないものとする。

測距部１２は、測定開始時刻Ｔ１に距離ｄ１を、測定終了時刻Ｔ２に距離ｄ２を、掘削底面取得部１３に送信する。このとき、ケーソンの沈下は進行していないため、掘削底面取得部１３は、距離ｄ１と距離ｄ２の差分を変形情報として判定部１４に送信する。距離ｄ１と距離ｄ２の差分から、測距部１２と掘削底面Ｇとの距離の減少量が所定の閾値以上であると判定した判定部１４は、警報発生部１５に異常発生を送信する。警報発生部１５は、回転灯、サイレンで作業現場に異常を報知し、また、作業者の携帯端末にもメール等で異常を報知する。

このように、本実施形態の掘削底面監視システムによれば、ケーソン底版に設置された測距部から掘削底面までの距離の変化量を、ケーソンの沈下量で補正することにより、掘削底面の変形を取得し、当該変形から掘採底面に発生した異常を検知することができる。
また、本実施形態の掘削底面監視システムによれば、作業者が施工現場から離れている休工時を含めて、常に、測定の盲点の発生を抑制しつつ掘削底面の監視を行うことができる。さらに、掘削底面に異常があった場合は警報が報知されるので、作業者は常時掘削底面の状態を監視する必要がなく、また、休工時であっても迅速に異常を察知し対応することができる。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜追加や変更が可能である。

Ｇ掘削底面
１０掘削底面監視システム
１１沈下量取得部
１２測距部
１３掘削底面取得部
１４判定部
１５警報発生部

Claims

測定開始時刻から測定終了時刻までのケーソンの沈下量を取得する沈下量取得部と、
前記ケーソンの底版に設置され、掘削底面までの距離を測定する測距部と、
前記測定開始時刻から前記測定終了時刻までの前記距離の変化量を、前記沈下量で補正することにより、前記掘削底面の変形情報を取得する掘削底面取得部と、
前記変形情報に基づいて前記掘削底面に異常が発生しているか否かを判定する判定部と、
前記判定部が異常発生を検知したときに異常を報知する警報発生部とを備えることを特徴とする掘削底面監視システム。
前記測距部が２次元センサであることを特徴とする請求項１に記載の掘削底面監視システム。
前記測距部の測定方向を調整する回転装置を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の掘削底面監視システム。
前記測距部を複数備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の掘削底面監視システム。