JPH01137017A - ニューマチックケーソン工法における掘削装置の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、ニューマチックケーソン工法におけるケー
ソンの沈設工事にともなうケーソン底部の掘削作業の無
人化を狙った掘削装置の運転側？’ｆｌｌ装置に関する
ものである。

（従来の技術） ケーソンを形成する函体の底部作業室に、圧力空気を送
り込んで水の浸入を抑えながら、その作業室の底部を掘
削し、ケーソン本体を沈設するいわゆるニューマチック
ケーソン工法は公知である。

ところで、このニューマチックケーソン工法においては
、掘削作業をはじめ、その掘削によって生じたすりの搬
出作業等一連の沈設作業は圧気下で行わねばならない。

ちなみにケーソンの沈設深度が４０ｍの場合、作業室内
の理論気圧は４．０　ｋｇ／ａｌｌともなる。したかっ
て、これらの作業を行う作業者にとって、その作業環境
はきわめて苛酷なものとなる。通称ケーソン病と呼ばれ
る病気も、この作業に関連する疾病である。

そこで、従来は作業室内での作業が長時間とならないよ
う交代制によって、そのような危険から作業者を保護す
るとか、掘削作業およびすり搬出を機械化することによ
り、作業者の健康保全と作業能率の向上を図ってきた。

例えば、掘削作業の機械化の一環として、掘削機を作業
室の天井に懸架方式に装備し、いわゆる天井走行型の掘
削機により行うようにし、掘削作業の効率化を図ること
により作業者の在室時間を相対的に短縮させる試み等は
その一例である。

また、作業者を圧気下から隔離させるため、ケーソン本
体内に特別の大気圧室を設け、この大気圧室からオペレ
ータが、掘削機を視認しながら操作するといった方法な
どの提案もその一つである。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前者の天井走行型の掘削機による作業の
効率化も、その掘削機を操作するオペレータは、圧気下
でのオペレーションとならざるを得ない。したがってそ
の機械化による効率化のメリットと、作業者の圧気下か
らの開放による時間的メリットも相対的なものに過ぎな
い。すなわち、作業効率が高く、能率的となっても、作
業室内での作業を著しく減少させてくれるまでには至っ
ていない。

また、後者のケーソン本体内に大気室を設ける提案は、
きわめて理想的であるがケーソン本体の形状構造等から
くる制約があり、まだまだ実用化までには問題がある。

本発明は、このような問題点を解消し、ケーソン本体お
よび作業室、さらに掘削機に各種センサーを組み付け、
このセンサーからの情報を大気圧下に設けた操作室のモ
ニターに表示させて、このモニターを備えた操作室より
掘削装置の遠隔制御を行うことができるように構成し、
作業者を圧気下にある作業室より可能な限り開放するこ
とのできる掘削装置の運転制御装置を提供することを目
的としたものである。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成する手段として、本発明は、ケーソンを
形成する函体底部の作業室を圧気状態に維持し、作業室
天井に架設した走行、旋回、俯仰自在の掘削装置により
作業室底部を掘削して函体を順次沈設するニューマチッ
クケーソン工法において、函体底部の作業室天井に、複
数の超音波プローブ（超音波の発信、受信の可能なセン
サ）をマトリックス状に配置し、この超音波プローブに
よって作業室底部の掘削深さを検知する超音波検知セン
サと、掘削装置の本体に、掘削装置の走行位置、旋回角
度および俯仰角度のそれぞれを検知する位置および角度
センサを設け、これらの各センサからの検知信号を、前
記作業室外に設けたコンピュータにより解析してディス
プレイ装置に図形画像として表示し、このディスプレイ
装置の図形画像をモニターとして、前記掘削装置の作動
を制御操作盤により手動操作もしくはコンピュータによ
り自動操作するように構成したことを特徴とするもので
ある。

すなわち、圧気下にある作業室の天井に組み付けられた
天井走行型の掘削装置の作動と、作業室底部の掘削深さ
、および掘削状況を、各種センサを用いて検出し、それ
をモニター用のディスプレイ装置に図形画像として出力
させ、この出力された作動状況の図形画像を基に、前記
掘削装置を作業室外から遠隔制御するように構成したも
のである。

（作用） 本発明は、以上のように作業室内の天井に、作業室底部
の掘削深さ、および掘削状況を検知するための超音波プ
ローブをマトリックス状に配置し、常にその掘削状態を
モニターにより確認できるように構成し、さらに掘削装
置本体には、走行位置。

俯仰角度、旋回角度等を検出するセンサーを組み込み、
これらセンサーによる検出信号に基づいて、前記掘削装
置の作動状態をモニターに図形画像として表示できる仕
組みになっているため、このモニターを見ながら作業室
外から掘削装置の制御操作盤を操作して掘削作業を行う
ことが可能である。

（実施例） さらに、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

なお、その前に第１図に基づいてケーソン工法の概要を
説明しておく。まず第１図において、１はケーソン本体
であり、２はこのケーソン本体１の底部に形成された作
業室である。

３は前記作業室２へ通じるパイプ状のシャフトである。

このシャフト３の役割は、作業者が作業室２へ昇降する
場合の通路とし、また、作業室で生したすりをケーソン
外部へ搬出する搬出用のダクトとして機能させるもので
ある。

そのため、シャフト３内には昇降用の階段ないしすりを
搬出するためのパケット４のガイドがそれぞれ組み込ま
れている。なお、一般に作業者の昇降専用に使用するシ
ャフト３をマンシャフト、すり搬出に使用されるシャフ
トをマテリアルシャフトと呼んでいる。

また、このシャフト３の本数は、ケーソン本体の形状構
造、大きさに応じて複数本が装備されているのが普通で
ある。そして、それぞれのシャフト３の頂部には、エア
ーロック５が組み込まれ、作業室２と外部とを遮断する
構造となっている。

次に作業室２への地下水の浸入を抑止するため圧力空気
を送り込む手段は、図面上には表示していないが、常に
外部から作業室２へ圧力空気が送り込まれ、かつケーソ
ン本体１の沈設深さに応じて圧力調整が行われるように
なっている。

６は作業室２の底部を掘削する掘削装置で、後述するよ
うに天井走行型の掘削装置である。

なお、第１図において、７は前記掘削装置６により発生
するすりを作業室２よりシャフト３を介して外部に搬出
するため、パケット４を吊り揚げる水平ジブクレーンで
あり、８はこの水平ジブクレーン７で吊り揚げたパケッ
ト４のすりを収容し、トランク等に積荷するための土砂
ポツパー、９は前記水平ジブクレーン７や土砂ホッパー
８等を設ける仮設柱台である。

次に前記作業室２の底部を掘削する天井走行型の掘削装
置６の構成を、第２図に基づいて説明する。

まず、この第２図において、１０は作業室２の天井スラ
ブ１１に仮設した掘削装置６の走行レールである。この
走行レール１０は、作業室２の天井スラブ１１に直線方
向に仮設され、この走行レール１０をガイドとして掘削
装置６は作業室２内を左右方向に走行できるように構成
されている。

なお掘削装置６には、パケットタイプ、ホイールタイプ
、ヘリカルカッタータイプなどがあるが、本発明実施例
においては掘削動作が単純で自動運転操作が容易なヘリ
カルカンタ−タイプの掘削装置６を採用している。

第２図は、この掘削装置６の概略構成を示すもので、６
ａは前記作業室２の天井スラブ１１に架設した走行レー
ル１０に架支されるサスペンションタイプの走行台車で
ある。６ｂは、この走行台車６ａに旋回自在に組み付け
られた旋回円盤で、６ｃはこの旋回円盤６ｂに対し、俯
仰自在に軸支されたフレームである。６ｄは前記フレー
ム６ｃの俯仰支点となる支軸である。

次に土砂を掘削するヘリカルカッター６ｅは、このフレ
ーム６ｃの先端部に軸支され、その切刃部分がヘリカル
状に形成された旋回刃よりなっている。そして、このヘ
リカルカッター６８により掘削された土砂は、前記フレ
ーム６Ｃにベルトコンベア６ｆを組み付け、このベルト
コンベア６ｒにより、フレーム６Ｃの後端部へ直接的に
搬送できる搬送手段を備えている。

すなわち掘削装置６は、作業室２の天井に設けた走行レ
ール１０に沿って作業室２内を往復走行自在であり、か
つ水平方向に旋回することができ、さらに掘削面側にヘ
リカルカッター６ｅを俯仰させることができる走行、旋
回、俯仰の三つの機能と、すりの搬出手段を備えている
。

なお走行、旋回、俯仰の各作動およびヘリカルカッター
６８の回転駆動、さらにヘリカルカッター６ｅによって
掘削されたすりをフレーム６Ｃの後端部へ搬送するベル
トコンベア６ｆの駆動は、いずれも図面上には表示して
いないが、油圧モータ、油圧式操作シリンダにより行わ
れるものである。その構成は、通常一般の油圧駆動式の
建設機械にみられるものと同一である。また、ヘリカル
カッター５ｅ、ベルトコンベアー６ｆ、さらに装置自体
の走行、旋回、俯仰の各操作の制御は、それらの駆動油
圧回路と制御回路に接続された押ボタン形式の制御操作
盤によって、手動制御操作されるようになっている。そ
してその制御操作盤は、掘削装置の運転席前面に装備さ
れている。

次に、掘削装置６によって掘削された土砂、すなわち、
すりのケーソン外への搬出は第３図（イ）（ロ）、（ハ
）に示す要領に基づいて行われる。

まず掘削装置６により掘削されたすりは、掘削装置６に
組み込まれたベルトコンベアー６ｒによって第３図（イ
）で示すように、残土排出用のマテリアルシャフト３の
直下に集積される。

次に一定量の残土が集積された時点で、第１図で示すマ
テリアルシャフト３より底蓋開閉式のバケット４を降下
させて、そのバケット４に、第３図（ロ）、（ハ）に示
すような順序で残土を取り込み、しかるのち前記第１図
で示した水平ジブクレーン７を利用して吊り揚げ、土砂
ホッパー８を介してトラック等にて外部に搬出させるよ
うに構成されている。

本発明は、このように構成されている掘削装置６の運転
操作を前記したように圧気下にある作業室２内で行うこ
となく、作業室２以外の大気圧下の操作室に設けたモニ
ターをみながら操作できるように構成したもので、以下
その具体的構成を実施例に基づいて説明する。

第４図は本発明の掘削装置の運転制御装置の実施例を示
す系統図である。

なお、この実施例においては大型架橋の基礎工としての
ケーソンに適用した場合を示し、作業室２内に２基の掘
削装置６を装備させた場合を示す。

まず本発明の運転制御装置は、掘削装置６により掘削さ
れるケーソン本体１の作業室２底部の掘削深さ、すなわ
ち第２図で示す作業室２の天井スラブ１１から地盤面Ｇ
までの高さＨを計測する超音波プローブ２１を、前記ケ
ーソン本体ｌの天井スラブ１１にマトリックス状に配置
している。

第５図は、その超音波プローブ２１を、天井スラブ１１
にマトリックス状に配列した配置図で、同しく第６図は
天井スラブ１１への配列状態を示す縦断側面図である。

ちなみに、この実施例では１５６個の超音波プローブ２
１を配置している。

ついで、これら超音波プローブ２１は、それぞれ第４図
で示すように増幅器２２と周波数カウンタ２３とディジ
タル変換器２４を介してマイクロコンピュータ２５に接
続されている。

マイクロコンピュータ２５には、あらかじめ前記超音波
プローブ２１によって検出された検出信号に基づいて、
ケーソン本体ｌにおける作業室２底部の掘削状況を平面
的かつ等高線図的に図形化して表示するための解析プロ
グラムが内蔵されている。そして、このマイクロコンピ
ュータ２５よりの出力を第４図で示すようにモニター用
のディスプレイ装置２６に図形表示させることができる
ように構成しである。

第８図は、上記第４図に示したディスプレイ装置２６に
、その結果を図形画像として表示させたもので、掘削状
況を示し、（イ）は平面図、　（ロ）は等高線図的に示
す掘削状態図である。

次に掘削装置６には、第６図および第７図で示すように
走行位置を検知するための走行位置検出センサ２７が、
掘削装置６の走行台車６ａに組み込まれている。

なお、この走行位置検出センサ２７の具体的構成につい
て図面上には表示していないが、ロータリーエンコーダ
またはポテンショメータを用い、例えば前記走行台車６
ａの車輪の回転数を電気的に検出し、この検出信号を第
４図で示すようにマイクロコンピュータ２５に入力させ
て、前記掘削深さの検出の場合と同様、ディスプレイ装
置２６に図形化して表示させるように構成している。

次に、掘削装置６の旋回角度の検出センサ２８は、掘削
装置６の旋回円盤６ｂに、第６図および第７図で示すよ
うに組み込まれている。すなわちケーソン本体１におけ
る作業室２の天井スラブ１１に装架した直線状の走行レ
ール１０を基準として角度を検出するように、ポテンシ
ョメータからなる旋回角度検出センサ２８を、前記旋回
円盤６ｂに組み付けて構成している。

そして、この検出センサ２８よりの検出信号を前記位置
検出の場合と同様第４図で示すマイクロコンピュータ２
５に入力させ、ついで、モニター用のディスプレイ装置
２６に表示させるように構成している。

また掘削装置６の俯仰角度は、前記走行位置、旋回角度
の検出の場合と原理的には全く同一で、第２図で示す掘
削装置６の俯仰作動の支軸６ｄに相当する位置に、ポテ
ンショメータからなる俯仰角度検出センサ２９を第６図
のように組み付け、その検出信号を第４図で示すマイク
ロコンピュータ２５に入力し、この入力に基づいて掘削
装置６の俯仰状況を図形化してモニター用のディスプレ
イ装置２６に表示させるように構成している。

なお第４図において３０は、前記掘削装置６の走行位置
検出センサ２７．旋回角度検出センサ２８、俯仰角度検
出センサ２９からの検出信号を増幅するアンプであり、
３１はディジタル変換するための変換器である。

第９図に示す図形画像は、前記走行位置検出センサ２７
．旋回角度検出センサ２８．俯仰角度検出センサ２９に
よる検出信号に基づいて掘削装置６の作動状況をディス
プレイ装置２６にモニター表示させたものである。（イ
）は掘削装置６の旋回角度と走行位置を、同じく　（ロ
）は俯仰角度と走行位置とを表示しているところを示す
。

なお、この実施例においては、前記掘削装置６の位置、
旋回、俯仰の作動状況を検知するとともに、さらに掘削
状況を監視する手段としてテレビカメラ３２を第６図お
よび第７図で示すように↑ｒＩｉ削装置６のフレーム６
Ｃに搭載し、ヘリカルカッター６８の周辺を捉え、その
映像を第４図で示すモニター用のディスプレイ装置２６
に出力させる構成としである。

また実施例では、第４図で示すように、ケーソン本体１
の沈下量を計測するためのロークリエンコーダからなる
沈下計３３と、傾斜状況を検知するだめの傾斜計３４が
それぞれ組み込まれ、ディスプレイ装置２６に表示され
るようになっている。

さらに、図面上には表示していないが、前記掘削状況を
監視するテレビカメラ３２以外に、作業室２内の全体状
況を監視するためのテレビカメラが数個所に設定され、
常にモニター用のディスプレイ装置２６に写し出され作
業室２内の状況が把握ができるように構成されている。

もちろん掘削装置６により生じたすりを作業室２からケ
ーソン本体１の外部へ搬出するためのダクトとなるマテ
リアルシャフト３の上端部周辺その他要所要所にテレビ
カメラが設定され、常に作業室２内の状況を把握するこ
とができるように構成されている。

なお、図面上の表示を簡略にするため、モニターとして
機能するディスプレイ装置２６の台数を、第４図では限
定して表示しているが、実際は、そのモニターとしての
機能性を考慮し、前記各種センサ、テレビカメラの設置
数に応じて台数はもっと多く設定されるものである。

次に、第４図で示す３５は、掘削装置６の制？’［Ｉ操
作盤で、先に説明した従来掘削装置６の運転席に設定さ
れている押ボタン形式の制御操作盤と同様な機能を備え
たものである。

本発明では、この制御操作盤３５を圧気下にある作業室
２より隔離し、ケーソン本体の作業室２外部に設置し、
前記モニター用のディスプレイ装置２６を見ながら制御
操作盤３５を操作して掘削装置６の作動を、いわゆる遠
隔操作により制御することができるようにしである。

なお、これらの装置１機器の設置場所は、ケーソン本体
１内の作業室２に近接する位置に設置することが好まし
い。実施例では図面上表示していないが、ケーソン本体
１内に、大気圧に通じる特別の繰作室を設け、この操作
室に前記モニター用のディスプレイ装置２６、マイクロ
コンピュータ２５および制御操作盤３５等の機器を設置
し、この操作室から遠隔操作するように構成している。

次に、掘削装置６の操作を、コンピュータを用いて自動
制御運転する手段として、この実施例においては、第４
図に示すように前記制御操作盤３５と、掘削装置６に組
み込んだ走行位置検出センサ２７．旋回角度検出センサ
２８．俯仰角度検出センサ２９さらにはケーソン本体１
に組み込んだ掘削深さ検出用の超音波プローブ２１およ
び傾斜計３４と沈設深度を測定する沈下計３３とを、そ
れぞれマイクロコンピュータ２５に接続し、前記走行位
置検出センサ２７、旋回角度検出センサ２８、俯仰角度
検出センサ２９等からの検出信号に基づいて、あらかじ
めマイクロコンピュータ２５に記憶されたデータプログ
ラムにより、前記掘削装置６の制御操作盤３５を介して
、掘削装置６の作動を自動制御することができるように
構成されている。

したがって、本発明装置によると、ケーソン本体１内の
作業室２に近接する位置社設けられた大気圧下の操作室
において、モニターを見ながら制御装置盤３５の押ボタ
ンを手動操作して掘削装置６を遠隔制御することができ
る。

また掘削装置６に組み付けた各種センサからの情報を、
あらかじめ掘削装置６の適正な作動のために組まれたデ
ータプログラムを備えたマイクロコンピュータ２５に入
力させると、この入力信号に基づいて掘削装置６は自動
的に作動し、いわゆる自動運転によるケーソンの沈設作
業を行うことができる。

（発明の効果） 本発明は、以上説明したように、気圧下にある掘削装置
を作業室外から遠隔的に操作制御することが可能である
ため、いわゆる無人化掘削が可能で、従来ケーソン病あ
るいは潜函病と言われるような病気に患る心配もなく、
より効果的なケーソン工事を行うことができる。

特に作業室２への入室は掘削装置６の組み込みや、保守
点検等のメンテナンスの場合に限定されるので、ケーソ
ンの沈設深度を大きくとることが可能となり、本日架橋
のような大型架橋の基礎工や海上空港など大型のケーソ
ン基礎の構築を可能とする。さらに従来限界とされた４
０ｍないし５０ｍ以上の沈設深度を越えてニューマチッ
クケーソン工法を採用することができ、土木技術の進歩
発展に貢献することができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はケーソン工法の概要を説明するための構造断面
図、第２図は掘削装置の概略構造を示す側面図、第３図
（イ）、（ロ）、（ハ）は掘削土砂の搬出手順を説明す
るための工程図、第４図は本発明による掘削装置の運転
制御装置の実施例を示す系統図、第５図は作業室の天井
スラブに対する超音波プローブの配置例を示す平面図、
第６図は掘削装置に対する各センサの配置例を示す側面
図、第７図は同じく平面図、第８図（イ）、（ロ）はモ
ニター用ディスプレイ装置に表示された掘削状況の図形
画像で（イ）は平面図、　（ロ）は掘削状況を等高線図
的に示したもの、第９図（イ）。 （ロ）は同じく掘削装置の走行位置、旋回、俯仰状態を
示す図形画像のそれぞれを例示するものである。 ２１・・・超音波プローブ　２２・・・増幅器２３・・
・周波数カウンタ　２４・・・ディジタル変換器２５・
・・マイクロコンピュータ ２６・・・モニター用ディスプレイ ２７・・・走行位置検出センサ ２８・・・旋回角度検出センサ ２９・・・俯仰角度検出センサ ３０・・・アンプ　　　　　３１・・・ディジタル変換
器３２・・・テレビカメラ　　３３・・・沈下計３４・
・・傾斜計　　　　　３５・・・制御操作盤第１図 第２図 ＩＩ！。、’ｙ−ｉｚｘ　　　第６図 ｂｅ　　　魚　１８　　ｂａ 第８図 −ＷＷｌ咳況モニター １剛妓況モニター

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ケーソンを形成する函体底部の作業室を圧気状態に維持
   し、作業室天井に架設した走行、旋回、俯仰自在の掘削
   装置により作業室底部を堀削して函体を順次沈設するニ
   ューマチックケーソン工法において、函体底部の作業室
   天井に、複数の超音波プローブをマトリックス状に配置
   し、この超音波プローブによって作業室底部の掘削深さ
   を検知する超音波検知センサと、掘削装置の本体に、掘
   削装置の走行位置、旋回角度および俯仰角度のそれぞれ
   を検知する位置および角度センサを設け、これらの各セ
   ンサからの検知信号を、前記作業室外に設けたコンピュ
   ータにより解析してディスプレイ装置に図形化して表示
   し、このディスプレイ装置の図形画像をモニターとして
   、前記掘削装置の作動を制御操作盤により、手動操作も
   しくはコンピュータにより自動操作するように構成した
   ことを特徴とするニューマチックケーソン工法における
   掘削装置の運転制御装置。