JP7274705B2 - 掘削地盤面の形状特定装置及び形状特定方法 - Google Patents
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上記するケーソン躯体の先端の刃口は、地盤抵抗(もしくは地山抵抗)を低減させるべく、一般にテーパー形状になっており、刃口の周辺の地盤を掘削にて緩めることにより、緩められた地盤内に刃口が進入していき、ケーソン躯体が徐々に沈設される。ケーソン躯体の沈設に伴い、ケーソン躯体内の地盤は例えばバケット式掘削機等により掘削される。そして、地盤が掘削されたケーソン躯体の内部には水が貯留され、刃口周辺の地盤の掘削による緩めと、ケーソン躯体の沈設、及びケーソン躯体内部の地盤の水中掘削(泥水中掘削)により、ケーソン躯体の沈設が進められる。
上記するように、ケーソン躯体の刃口の周辺の地盤が掘削により緩められ、その結果としてケーソン躯体が沈設していくことから、ケーソン躯体の刃口周辺の地盤面の形状、より詳細には、ケーソン躯体の周方向に亘る刃口周辺の地盤面の三次元形状を精度よく特定することはケーソン工法にとって極めて重要である。すなわち、特定されたケーソン躯体の周方向に亘る刃口周辺の地盤面の三次元形状に基づいて、ケーソン躯体の周方向に亘り刃口周辺の地盤を可及的均等に緩めることができ、このことにより、ケーソン躯体を高い鉛直精度の下で、かつ効率的に沈設施工することが可能になる。
しかしながら、特許文献1に記載の掘削孔の孔壁形状測定装置では、掘削孔の孔壁形状を測定することはできるものの、上記するように、ケーソン躯体の周方向に亘る刃口周辺やケーソン躯体の内部における掘削地盤面の形状を測定することはできない。
オープンケーソンの施工に際して、掘削地盤面の凹凸形状と該凹凸形状の三次元的位置を特定する、掘削地盤面の形状特定装置であって、
地上にある重機からワイヤにより垂下される、フレーム枠と、
コントローラと、
前記フレーム枠に取り付けられている、横方向軸の周りを回転自在なソナーと、
傾斜計と、を有し、
前記コントローラは、
前記重機により吊り下げられる前記ワイヤの吊り下げデータと、該ワイヤの平面座標を特定する検尺手段による平面座標データと、により形成される該フレーム枠の三次元位置データを取得し、
前記傾斜計による前記フレーム枠の水平方向からの傾斜角度データを取得し、
前記横方向軸を中心に前記ソナーを回転させて前記掘削地盤面の凹凸形状を特定し、この際に、前記傾斜角度データが水平方向に相当する0度ではない場合に、該傾斜角度データに応じて前記凹凸形状を補正することを特徴とする。
ここで、フレーム枠に取り付けられている、横方向軸の周りを回転自在なソナー(超音波探知装置)に関し、「横方向軸」とは、水平方向に延びる水平軸の他、水平面から±40度程度の範囲で鉛直方向に傾斜した方向に延びる軸を含んでいる。横方向軸が水平軸の場合は、横方向軸を中心に回転するソナーにより測定される掘削地盤面の凹凸形状は、補正の必要なく採用することができる。一方、横方向軸が水平面から傾斜した傾斜軸の場合は、傾斜計により計測される傾斜角度データに基づき、ソナーにより測定される掘削地盤面の凹凸形状を補正し、補正後の凹凸形状を採用する。
傾斜計により、フレーム枠の傾斜角度(水平からの角度)が検知され、同様に横方向軸の傾斜角度が検知される。また、フレーム枠には、制御ボックスが搭載されていてもよく、この制御ボックスが例えば地上にあるコントローラとの間で信号の送受信を行い、ソナーを回転させるアクチュエータの駆動制御等を実行する形態であってもよい。
また、「ワイヤの平面座標を特定する検尺手段」とは、上記するようにブームの先端に搭載したGPSの他、作業員がケーソン躯体の所定位置から検尺棒にてワイヤの位置を測定するマニュアルによる検尺形態が含まれる。マニュアルにより検尺されたデータは、作業員の所持する携帯端末等を介してコントローラに送信される。ここで、この携帯端末には、スマートフォンやタブレット、パーソナルコンピュータなどが含まれる。
コントローラは、ソナーからのデータの送受信や、ソナーを回転させるアクチュエータ(モータ等)の回転の動作を、同期させながら制御することができる。
尚、ソナーが当該ソナーの外側にあるモータ等のアクチュエータにより回転する形態の他に、ソナー自身が回転機構を有していて、自身で回転する形態であってもよい。
コントローラでは、これらのデータを随時格納し、演算部において、これらのデータに基づいて掘削地盤面の凹凸形状を特定する。また、特定された掘削地盤面の凹凸形状は、コントローラの表示部に表示されるとともに、掘削地盤面の各位置における三次元情報に基づき、掘削地盤面の不陸の程度が特定され、例えば、他の場所に比べて掘削が不十分な刃口周辺部位において掘削を再度行うことにより、ケーソン躯体の周方向に亘る刃口周辺の掘削地盤面を可及的均等に緩めることができ、このことにより、ケーソン躯体を高い鉛直精度の下で、かつ効率的に沈設施工することが可能になる。
この際、横方向軸が、X方向軸とこれに直交するY方向軸の二軸を有していて、双方の軸周りをソナーが回転もしくは回動できる形態であると、ケーソン躯体の壁面や掘削地盤面の三次元形状を、余すところなく特定することが可能になる。
前記フレーム枠は、ジャッキ本体からジャッキシリンダが縦方向に伸縮する、複数のシリンダ機構と、複数の該シリンダ機構の上端同士を繋ぐ上部フレームとを有し、
少なくとも一つのシリンダ機構の前記ジャッキシリンダが前記掘削地盤面に接地し、他のシリンダ機構の前記ジャッキシリンダが前記掘削地盤面に接地していない場合に、該少なくとも一つのシリンダ機構の前記ジャッキシリンダから該他のシリンダ機構へ作動油を押し出し、該他のシリンダ機構の前記ジャッキシリンダを伸長させて前記掘削地盤面に接地させ、前記フレーム枠の姿勢変更が行われることを特徴とする。
前記フレーム枠は、前記オープンケーソンの壁面に当接される複数の第一縦桟と、前記第一縦桟に対して横桟を介して取り付けられている第二縦桟と、を有することを特徴とする。
本態様のフレーム枠を有する形状特定装置では、重機のブームから主ワイヤと補助ワイヤを垂下させ、例えば、主ワイヤにて第一縦桟もしくは横桟を垂下し、補助ワイヤにて第二縦桟を垂下するものとし、第一縦桟の下端をケーソン躯体の壁面に当接させ、第一縦桟に比べて第二縦桟を下方に傾斜させた姿勢でフレーム枠を吊り下ろす。この吊り下ろし方法により、第一縦桟の下端をケーソン躯体の壁面に沿って移動させることができ、第二縦桟の下端を掘削地盤面よりも上方の所定レベルにおいて位置決めした後、例えばクレーンのブームを縮めて傾斜姿勢のフレーム枠を持ち上げることにより、第一縦桟の上端もケーソン躯体の壁面に当接させることができる。そして、第一縦桟の上端及び下端がケーソン躯体の壁面の所定位置に安定的に当接された状態の下で、横方向軸の周りでソナーを回転させながら掘削地盤面を測定することができる。
オープンケーソンの施工に際して、掘削地盤面の凹凸形状と該凹凸形状の三次元的位置を特定する、掘削地盤面の形状特定方法であって、
横方向軸の周りを回転自在なソナーが取り付けられているフレーム枠を、地上にある重機から垂下し、前記掘削地盤面に向かって吊り下ろしていき、
前記重機により吊り下げられるワイヤの吊り下げデータと、該ワイヤの平面座標を特定する検尺手段による平面座標データと、により形成される該フレーム枠の三次元位置データに基づいて、該フレーム枠の三次元位置を特定し、前記横方向軸を中心に前記ソナーを回転させて前記掘削地盤面の凹凸形状を測定し、この際、該横方向軸の水平からの傾斜角度を特定しておき、該傾斜角度が水平方向に相当する0度ではない場合に、該傾斜角度に応じて前記凹凸形状を補正することを特徴とする。
<沈設対象のケーソン躯体とケーソン躯体の沈設方法>
はじめに、図1を参照して、沈設対象のケーソン躯体の一例と、地盤内におけるケーソン躯体の沈設方法の一例について説明する。ここで、図1は、ケーソン躯体を地盤内に沈設する方法の一例を示す縦断面図である。
そこで、以下、掘削地盤面の形状を特定する装置と方法について説明する。
次に、図2乃至図7を参照して、第1実施形態に係る掘削地盤面の形状特定装置及び形状特定方法の一例について説明する。ここで、図2は、第1実施形態に係る掘削地盤面の形状特定装置の一例を示す模式図であり、図3は、第1実施形態に係る掘削地盤面の形状特定装置を構成する、フレーム枠とフレーム枠に取り付けられている各種構成要素を示す斜視図である。
シリンダ機構50は、ジャッキ本体51と、ジャッキ本体51から縦方向であるY1方向に伸縮するジャッキシリンダ52とを有する。ジャッキシリンダ52の有する下端フランジ52bが凹凸形状の掘削地盤面に着底される。
次に、図8及び図9を参照して、第2実施形態に係る掘削地盤面の形状特定装置及び形状特定方法の一例について説明する。ここで、図8は、第2実施形態に係る掘削地盤面の形状特定装置を構成する、フレーム枠とフレーム枠に取り付けられている各種構成要素を示す斜視図であって、吊り下げ態様を共に示す図であり、図9は、図8に続いて、フレーム枠がケーソン躯体の壁面に設置されている状態を示す図である。
次に、第3実施形態と第4実施形態に係る掘削地盤面の形状特定装置の一例について説明する。尚、第3実施形態と第4実施形態に係る掘削地盤面の形状特定装の図示は省略するが、図3及び図8を適宜参照しながら説明するものとする。
このように、図3に示す装置構成の一部と、図8に示す装置構成の一部を相互に組み替えることにより、様々な形態の形状特定装置が形成できる。
11,12:GPS
13:ワイヤ
13A:主ワイヤ
13B:補助ワイヤ
14:フック(主フック)
15:補助フック
20:フレーム枠
21,21':縦桟
22,22':横桟
23,23':横格子
24:上部フレーム
24':フレーム
25:制御ボックス
26:傾斜計
27:ロータリーエンコーダ
28:アクチュエータ(モータ)
29:縦方向軸
30:アクチュエータ(モータ)
33:アクチュエータ(モータ)
34:ロータリーエンコーダ
35:ロータリーエンコーダ
37:横方向軸(第一横方向軸)
39:第二横方向軸
40:ソナー
50,50A,50B,50C:シリンダ機構
51:ジャッキ本体
51A:押し出し室
51B:戻し室
51a:押し出しポート
51b:戻しポート
52:ジャッキシリンダ
53:作動油
55:押し出し管
56:戻し管
60:コントローラ
70:フレーム枠
71:第一縦桟
71a:下端
71b:上端
72:横桟
73:第二縦桟
100,100A:掘削地盤面の形状特定装置(形状特定装置)
200:ケーソン躯体
210:刃口
K:管理棟
G:原地盤
G1:軟質地盤
G2:硬質地盤
A1:刃口周辺領域
A2:内部領域
Claims (4)
- オープンケーソンの施工に際して、掘削地盤面の凹凸形状と該凹凸形状の三次元的位置を特定する、掘削地盤面の形状特定装置であって、
地上にある重機からワイヤにより垂下される、フレーム枠と、
コントローラと、
前記フレーム枠に取り付けられている、横方向軸の周りを回転自在なソナーと、
傾斜計と、を有し、
前記コントローラは、
前記重機により吊り下げられる前記ワイヤの吊り下げデータと、該ワイヤの平面座標を特定する検尺手段による平面座標データと、により形成される該フレーム枠の三次元位置データを取得し、
前記傾斜計による前記フレーム枠の水平方向からの傾斜角度データを取得し、
前記横方向軸を中心に前記ソナーを回転させて前記掘削地盤面の凹凸形状を特定し、この際に、前記傾斜角度データが水平方向に相当する0度ではない場合に、該傾斜角度データに応じて前記凹凸形状を補正することを特徴とする、掘削地盤面の形状特定装置。 - 前記フレーム枠は、ジャッキ本体からジャッキシリンダが縦方向に伸縮する、複数のシリンダ機構と、複数の該シリンダ機構の上端同士を繋ぐ上部フレームとを有し、
少なくとも一つのシリンダ機構の前記ジャッキシリンダが前記掘削地盤面に接地し、他のシリンダ機構の前記ジャッキシリンダが前記掘削地盤面に接地していない場合に、該少なくとも一つのシリンダ機構の前記ジャッキシリンダから該他のシリンダ機構へ作動油を押し出し、該他のシリンダ機構の前記ジャッキシリンダを伸長させて前記掘削地盤面に接地させ、前記フレーム枠の姿勢変更が行われることを特徴とする、請求項1に記載の掘削地盤面の形状特定装置。 - 前記フレーム枠は、前記オープンケーソンの壁面に当接される複数の第一縦桟と、前記第一縦桟に対して横桟を介して取り付けられている第二縦桟と、を有することを特徴とする、請求項1に記載の掘削地盤面の形状特定装置。
- オープンケーソンの施工に際して、掘削地盤面の凹凸形状と該凹凸形状の三次元的位置を特定する、掘削地盤面の形状特定方法であって、
横方向軸の周りを回転自在なソナーが取り付けられているフレーム枠を、地上にある重機から垂下し、前記掘削地盤面に向かって吊り下ろしていき、
前記重機により吊り下げられるワイヤの吊り下げデータと、該ワイヤの平面座標を特定する検尺手段による平面座標データと、により形成される該フレーム枠の三次元位置データに基づいて、該フレーム枠の三次元位置を特定し、前記横方向軸を中心に前記ソナーを回転させて前記掘削地盤面の凹凸形状を測定し、この際、該横方向軸の水平からの傾斜角度を特定しておき、該傾斜角度が水平方向に相当する0度ではない場合に、該傾斜角度に応じて前記凹凸形状を補正することを特徴とする、掘削地盤面の形状特定方法。
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