JPH01203585A - 掘削機の水平変位検出方法とその装置 - 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、地中連続壁や大深度リバース抗の構築に使
用する掘削機の掘削作業時における水平変位、具体的に
言えば掘削機による掘削溝ないし掘削孔の垂直度を確保
するため、掘削機自体の前後左右の傾きを検出するため
の方法と、その装置に関するものである。

（従来の技術） 地中連続壁や大深度のリバース杭を構築するに際しては
、構築すべき地盤にまず連続壁の構築溝や杭孔を掘削す
ることが必要である。

従来この構築溝や杭孔を掘削する装置としては、底部に
回転ピントないしローフリカフタを備えたドリリング・
サクション方式の掘削機か、特殊のクラムシェルパケッ
トを備えた掴みどり方式の掘削機が用いられている。そ
して構築深度の深い地中連続壁や大深度のリバース抗を
構築する場合は、前者のドリリング・サクション方式の
掘削機が多用されている。

第５図はドリリング・サクション方式の掘削機の概略構
造を示すもので、水平多軸式カッタと呼ばれるものであ
る。

ところで、この構築溝の掘削においては、掘削速度や作
業能率の高さもさること、きわめて重要なことは、その
掘削した構築溝の垂直精度の確保である。

従来この垂直精度は掘削作業時における掘削機自体の掘
削姿勢を常に水平状態に保持させておくことにより確保
するようにしているのが一般である。

すなわち掘削作業時において掘削機自体が、水平状態か
ら前後左右いずれかに傾くと、その傾きを検出し、その
検出した傾きに応じて掘削機自体の姿勢を水平状態に修
正復元させて垂直精度を確保するようにしている。

この点をさらに具体的に説明すると、例えば前記水平多
軸式カッタよりなる掘削機においては、次のような要領
で行っている。

なお、その前に水平多軸式カッタの構造機能の概略を第
５図で示す斜視図に基づいて説明すると、この水平多軸
式カッタよりなる掘削機Ａは、外観がボックス型を呈す
る機体１の底部に、一対のロークリカッタ２．２を対向
して装備し、これを機体１内に組み込まれた油圧モータ
などの駆動装置（図示せず）によって回転駆動し、鉛直
方向に掘り下げて行くことができるように構成されたも
のである。

そして掘削によって生じる土砂は、掘削機に内蔵したポ
ンプあるいは地上に据置されたサクションポンプにより
吸い上げ、外部に搬出するようにしている。図面に示す
機体１に接続されたパイプ状のものが、その掘削した土
砂を地上へ搬出するための送泥揚水管３である。

なお、この送泥揚水管３は、単に送泥揚水管３としての
役割機能だけでなく、掘削機Ａを地上から吊下し、上下
動させる場合のガイド支柱としての役割機能をも分担さ
せであるのが普通である。

そこで次に掘削する構築溝Ｂの垂直精度を確保する手段
として、掘削機Ａ自体の掘削姿勢を水平状態に保持させ
るため、どのようにしているかについて説明する。

まず水平多軸式カッタにおいては、第５図で示すように
、機体ｌの前後左右の側面に、水平方向に張り出す上下
二段の修正板４．４をそれぞれ装備させである。

通常、この修正板４．４は掘削した構築溝Ｂの前後左右
の壁面に沿って摺動し、掘削機Ａの堀進方向に対するガ
イド機能と、さらには振れ止め機能を果すようになって
いる。

そして、掘削作業時に掘削機Ａが、第５図で示すＸ方向
（左右方向）、例えば機体１が右上り、左下りといった
形に水平状態から掘削姿勢を傾けると、まずその傾き、
すなわち水平変位を検出し、その検出した傾きに応じて
前記機体１の左右側面に装備させた修正板４．４の張り
出し長さを調整し、機体１の姿勢を水平状態に復元させ
るようにしている。

Ｙ方向（前後方向）の傾きに対する場合も前記と同様で
、検出した傾きに応じて機体ｌの前面および後面に装備
させた修正板４．４を作動させてＹ方向に対する水平状
態を確保するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、従来は、この掘削機Ａ自体の前後左右の傾き
、すなわち水平変位の検出に難点があり、その結果、精
度の高い垂直度を確保することに問題があった。

とくに地中連続壁やリバース抗の普及にともない構築深
度が１００メートル以上にもおよぶような工事が施工さ
れるにつれ、その垂直精度の確保は重要な技術課題とな
っている。

ちなみに従来一般的に行われている掘削機の水平変位の
検出方法としては、下記のようなものが知られている。

ｆｌ）　　ワイヤ一連結傾斜計方式 （２）　　ワイヤ一連結フォトダイオードアレイ方式（
３）　　レーザ光直読方式 まず第１のワイヤ一連結傾斜計方式は、傾斜計の角度分
解能の精度が悪く、精密な検出が不可能で、結果的に垂
直精度の高い構築溝の掘削を確保するには難点がある。

そこで高精度の角度分解能をもった傾斜計を使用するこ
とも考えられているが、コスト的に非常に高価となり、
また装置が大型化し、操作性、経済性に欠点がある。

第２のワイヤ一連結フォトダイオードアレイ方式は、（
１１の場合と同様分解能が悪く、精密な検出が困難であ
る。また発光部、受光部にレンズ等を設置し、光を集中
化できるように構成する必要があり、装置が複雑化し、
性能、操作性、経済性に問題がある。

さらに第３のレーザ光直読方式は、前記二つの方式に比
較し、検出精度は高いが、レーザ光を通すための中空ケ
ーシングが必要で、特に掘削機の堀進による下降にとも
ない、そのケーシングを５０．６０．７０メートルと順
次継ぎ足す作業が大変である。すなわち操作性１作業性
に難点がある。

本発明は、このような従来方式の欠点を解消し、大深度
の掘削にも精度の高い垂直度からなる構築溝の掘削がで
きる掘削機の水平変位の検出方法とその装置を提供する
ことを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 前記目的を達成する手段として、本発明は地上部に深度
計を有するトルクモータを設置し、このトルクータに巻
装したワイヤーをシーブを介して掘削機本体の上面端部
付近に連結し、掘削機の堀進による下降により、前記ト
ルクモータから送り出されるワイヤーを、常にテンショ
ンをかけた状態で保持し、さらに地上部にはワイヤーの
Ｘ方向、Ｘ方向の水平変位を検出するためのレーザによ
るワイヤー位置の水平変位検出器を前記ワイヤーを挟み
込むようにして設置し、検出した変位量に、前記ワイヤ
ーの水平変位検出器の設置位置と掘削機深度との比例係
数を掛けた数値から掘削機のＸ方向、Ｘ方向の水平変位
を演算して検出するようにしたことにある。

また、ワイヤーのＸ方向、Ｘ方向の水平変位を検出する
ためのレーザによるワイヤー位置の水平変位検出器を、
レーザを発振しながら一定速度で水平方向に横移動する
レーザ発振器と、ワイヤーの水平変位範囲をカバーする
開口部を隔てた反対側に、集光レンズとクロックパルス
によりレーザのオンオフ状態を検出するための受光装置
とオンオフ状態の基準となる基準エツジを前記開口部に
設けた構成としたことにある。

（作用） 本発明は、以上のように構成しているため、掘削機が掘
削作業の過程において、Ｘ方向、Ｘ方向いずれかの方向
に水平状態のバランスをくずし、機体の姿勢を傾けると
、その機体に接続したワイヤー位置は、必然的にその傾
きに応じてＸ方向ないしＸ方向に変位する。

するとワイヤーには前記したように、そのＸ方向、Ｘ方
向の変位を検出するためのレーザによるワイヤー位置の
水平変位検出器が地上部の固定位置に設置されているた
め、この水平変位検出器により、そのＸ方向、Ｘ方向の
変位量が検出される。

ところで水平変位検出器によって検出されたワイヤーの
変位量は、水平変位検出器の設定位置、掘削機の深度の
比例関係にある。したがってあらかじめその比例係数を
記憶させた電算機等に、その検出した変位量をデータと
してフィードバックさせ、演算処理すれば掘削機のＸ方
向、Ｘ方向の水平変位は自動的に検出することができる
。

（実施例） さらに本発明を実施例図に基づいて具体的に説明する。

まず、第１図は本発明方法を実施するシステムの全体図
を示すものである。

掘削機Ａは、図面上には表示していないが地上部に設け
た移動式の架設ヤグラから吊下されている。なお、吊下
手段としては掘削土砂を搬出するための汚泥揚水管３を
ガイド支柱としている。

掘削機Ａを構成する機体１から前後左右の側面に装備し
た上下二段の修正板４，４は、通常掘削した構築溝Ｂの
前後左右の壁面に沿って摺動するように張り出されてい
る。

さらに掘削機Ａ自体のＸ方向、Ｙ方向（第５図参照）の
水平変位を検出するためのワイヤー５を巻装したトルク
モータ６は、掘削する構築溝Ｂの両側に位置する地上部
に対応して設置されている。

なお、そのトルクモータ６．６に巻装されたワイヤー５
．５は、それぞれ地上部の固定位置に設けたトップシー
プ７．７を介して、掘削機Ａ、すなわち機体１の上面両
端部にそれぞれ連結され、Ｘ方向、Ｙ方向の変位に基づ
くワイヤー５．５の水平変位を検出するレーザによるワ
イヤー位置の水平変位検出器８は、ガイドウオール９．
９上に設けた左右両側の架台１０．１０より、それぞれ
内側に張り出した形で設定しである。

そして前記ワイヤー５．５を、各水平変位検出器８のレ
ーザ発振器８ａと受光装置８ｂとの間を後記するように
通過させである。

なお、この実施例で水平変位検出器８は、左右のワイヤ
ー５，５に対して、第１図で示すように上下二段にわた
って設定し、それぞれをＸ方向。

Ｙ方向すなわち前後方向、左右方向の変位を検出するよ
うに構成しである。

そして、これらの水平変位検出器８，８よりの検出デー
タは、第１図で示すように電算機として機能する演算、
記録器１１にフィードバックし、この演算、記録器１１
で得られたデータをさらに表示、指示器１２に送り込ん
で、最終的に掘削機Ａなお前記表示、指示器１２からの
指令で掘削機Ａ自体の掘削姿勢を水平状態に復元させる
手段としては、掘削機Ａの前後左右の側面に装備した前
記上下二段にわたる修正板４．４に、それぞれ油圧等に
より作動する操作シリンダを連係し、この操作シリンダ
の伸縮作動により行うように構成されている。

すなわち機体ｌの内部に操作シリンダを組み込み、この
操作シリンダを前記表示、指示器１２による指令に基づ
いて地上から遠隔制御方式により伸縮操作し、前後左右
それぞれの修正板４，４の張り出し長さを調整すること
により行うよう構成されている。

次にワイヤー５．５の水平変位を検出するし−ザによる
水平変位検出器８，８の具体的な構成について説明する
。

この水平変位検出器８は第２図で示すように全体がボッ
クス形の長方形ケーシング１３で構成されている。そし
て、その内部手前側に、水平方向に横移動する台車１４
を設け、この台車１４に前記レーザ発振器８ａを組み付
けである。

なお、この実施例では台車１４の移動手段として、第２
図および第３図で示すようにモータ１５に連結したドラ
イビングスクリューシャフト１６を台車１４に連繋し、
このドライビングスクリューシャフト１６によって左右
方向の移動を行うように構成している。なお台車１４自
体に駆動装置を組み込んでもよい。１７は台車１４のガ
イドシャフト、１８はモータ１５の減速機である。

次にレーザ発振器８ａに対応する受光装置８ｂは、ケー
シング１３の前面内側に設置し、その間にはレーザ光の
集中化のための集光レンズ１９を設けている。

なお受光装置８ｂは、クロックパルスによりレーザのオ
ンオフ状態を検出する受光装置をもって構成し、さらに
レーザ発振器８ａと集光レンズニドエツジ２０ｂを設け
ている。すなわちワイヤー５の水平変位範囲をカバーす
る範囲の間隔をもたせて、スタートエツジ２０ａとエン
ドエツジ２゜ｂを設定しである。

次に、この水平変位検出器８によるワイヤー５位置の変
位量の検出要領を第４図ＣＩ）〜（Ｖ）に基づいて説明
する。

前記したように水平変位検出器８に組み込まれたレーザ
発振器８ａは、レーザを発振しながら一定速度で右（左
）方向に移動するから、まず基準エツジ、すなわちスタ
ートエツジ２０ａを過ぎると、レーザは受光装置８ｂに
入射され、レーザオンとなる。

その結果受光装置８ｂは、この時の時間をクロックパル
スにより検出し、基準となる０点を設定する。第４図（
１）はその状態を示す。

さらにレーザ発振器８ａが右側に移動し、ワイヤー５に
対応する位置にくると、レーザは、このワイヤー５にじ
ゃまされて受光装置８ｂには達しない。

その結果受光装置８ｂは、レーザオフとなり、この時の
時間をクロックパルスにより検出し、基準点よりの時間
Ｔ１を検出する。

そこでこの検出データは、それぞれ第１図に示したよう
に演算、記録器１１に送り込まれる。するとこの演算、
記録器１１は、前記時間Ｔ、とレーザ発振器８ａの移動
速度より基準点（０点）からの距離り、を演算して記憶
する。第４図（ＩＩ）は、その状態を示す。さらにレー
ザ発振器８ａが右側へ移動し、ワイヤー５の位置を通過
すると、レーザは再び受光装置８ｂに達するので、レー
ザオンとなり、前記同様の要領でワイヤー５の直径Ｌ２
を前記演算、記録器１１に記憶させる。第４図（Ｉ［ｌ
）は、その時点での状態を示す。

次にレーザ発振器８ａが、エンドエツジ２０ｂに対応す
位置まで移動すると、受光装置８ｂはレーザオフとなり
、スタートエツジ２０ａとエンドエツジ２０ｂとのエツ
ジ間の距離り、とワイヤー５の端部からエンドエツジ２
０ｂまでの距離Ｌ３が前記同様に演算、記録器１１に記
録される。第４図（ＩＶ）は、その時点での状態を示す
。

以上の要領で検出記憶されたデータにより、基準エツジ
（スタートエツジ２０ａまたはエンドエツジ２０ｂ）か
らワイヤー５の中心までの距Ｌ’ｄ　Ｌ。

は、Ｌ＋　＋Ｌ２　／２またはＬ：＋　十Ｌｚ　／　２
から演算され検出されることになる。

基準エツジからワイヤー５の中心までの距離が検出され
ることは、ワイヤー５の中心位置が検出されることを意
味する。

したがって、例えば第４図（Ｖ）で示すように、ワイヤ
ー５の位置が（１）の位置よりやや左よりに変った場合
でも、前記同様の要領により、ワイヤー５の中心位置し
０は、Ｌ”ｌ＋Ｌ’２／２またはＬ’ｉ”Ｌ’ｚ／２と
して検出される。

そこで以上の操作を連続的に繰り返し行うと、ワイヤー
５の中心位置を連続して検出することが可能である。

、すなわち、ワイヤー５のＸ方向、Ｘ方向の水平変位を
連続して検出することができる。このことは、取りも直
さず掘削機Ａ自体の左右前後の水平変位を検出すること
である。

したがって、この検出データを第１図で示す表示、指示
器１２を介して掘削機Ａ自体に装備させた油圧操作シリ
ンダ等を地上部から操作することによって修正板４．４
を、その表示された変位量に応じて、それぞれ前後左右
に調整すれば、掘削ａＡ自体の掘削姿勢は自動的に水平
状態に復元修正される。

その結果、本発明による水平変位検出方法ないし装置を
適用した掘削機により掘削される地上連続壁やリバース
抗の構築溝は、きわめて精度の高い垂直溝として構築さ
れることになる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明による掘削機の水平変位検
出方法およびその装置は、掘削機に連結したワイヤーの
中心位置の変位、すなわちＸ方向。

Ｘ方向の水平変位を連続的に検出すると同時に、クロッ
クパルスによる時間を検出し、これを距離￥変換して、
その位置を検出する方式であるため、次のような効果が
発揮される。

（１１従来のワイヤ一連結傾斜計方式やワイヤー連結フ
ォトダイオードアレイ方式に比較し、きわめて精度の高
い、ミクロンオーダの検出が可能である。

その結果掘削機の前後左右に対する水平状態が確保され
、すなわち鉛直性が保持され、掘削される構築溝の垂直
精度がきわめて高度なものとなり、より大深度の地上連
続壁やリバース抗の構築を可能とする。

（２）掘削機に連結したワイヤーの直径が変化していく
ような状態のもとでも、例えば損耗等により直径が不揃
のものであっても、ワイヤーの中心位置を検出するもの
であるため、常に正確な水平変位量の検出が保証される
。

（３）掘削機に連結するワイヤーの本数を複数としても
、検出が可能で、また水平変位検出器をＸ方向、Ｙ方向
と二ケ所にわたって設置すれば、掘削器の水平状態に対
する変位量と変位角等も検出でき、従来の傾斜計方式や
フォトダイオード方式や、さらにレーザ直読方式に比較
し、きわめて精度の高い水平変位量の検出が可能なもの
となる。

その結果掘削機の水平姿勢のコン］・ロール精度が高く
なる。

（４）掘削機の水平変位検出装置としての構成が、比較
的簡単で、とくに掘削機の水平状態を検出する前提とな
るワイヤー位置を検出するためのレーザによる水平変位
検出器は、レーザ発振器を移動方式としているため、左
右往復で連続検出が可能で検出器としての精度１機能性
、操作性に優れている。

とくに従来のレーザ直読方式に比較し、レーザの発振部
、受光部が近接した地上部におかれるため、装置として
コンパクトに納まり、その結果全体としての操作性、経
済性が高められる効果がある。

以上のように検出精度、操作性、経済性が高められる結
果１００メートル以上におよぶ大深度の地中連続壁やリ
ーパス抗の構築を可能とし、土木技術の発展に大きく寄
与することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る掘削機の水平変位検出方法の実施
例を示すもので、検出方法のシステム全体図、第２図は
本発明方法を実施する装置のレーザによるワイヤー位置
の水平変位検出器の構造図、第３図は第２図におけるイ
ーイ線縦断面図、第４図は水平変位検出器によるワイヤ
ー位置の検出要領を示すもので、（１）は水平変位検出
器におけるレーザ発振器が、左側スタートエツジから右
側へ移動を開始し、受光装置をレーザオンとした状態、
（ｎ）はレーザ発振器がワイヤーに対応する位置まで移
動した状態、（ＩＩＩ）は、さらにレーザ発振器がワイ
ヤー位置を通過し、右側に移動した状態、（ＩＶ）はエ
ンドエツジを通過し、受光装置をレーザオフとした状態
をそれぞれ示すものである。 なお、（Ｖ）はワイヤー位置が＜１）の位置からやや左
側に変位した状態におけるワイヤー位置の検出状態を示
すものである。第５図は水平多軸式カッタよりなる掘削
機の構造概略を示す斜視図である。 Ａ・・・掘削機　　　　　　Ｂ・・・構築溝１・・・ｉ
体　　　　　　　２・・・ロータリカッタ３・・・送泥
揚水管　　　　４・・・修正板５・・・ワイヤー　　　
　　６・・・トルクモータ７・・・トップシーブ ８・・・ワイヤー位置の水平変位検出器８ａ・・・レー
ザ発振器　　８ｂ・・・受光装置９・・・ガイドウオー
ル　　１０・・・架台１１・・・演算、記録器　　１２
・・・表示、指示器１３・・・ケーシング　　　１４・
・・台車１５・・・モータ １６・・・ドライビングスクリューシャフト１７・・・
ガイドシャフト　１８・・・減速機１９・・・集光レン
ズ　　　２０ａ・・・スタートエツジ２０ｂ・・・エン
ドエツジ 特許出願人　　大成建設株式会社 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）地上部に深度計を有するトルクモータを設置し、
   このトルクモータに巻装したワイヤーをシーブを介して
   掘削機本体の上面端部付近に連結し、掘削機の堀進によ
   る下降により、前記トルクモータから送り出されるワイ
   ヤーを、常にテンションをかけた状態で保持し、さらに
   地上部にワイヤーのＸ方向、Ｙ方向の水平変位を検出す
   るためのレーザによるワイヤー位置の水平変位検出器を
   設置し、検出した変位量に、前記水平位置検出器の設置
   位置と掘削機深度との比例係数を掛けた数値から演算し
   て掘削機のＸ方向、Ｙ方向の水平変位量を算出すること
   を特徴とする掘削機の水平変位検出方法。
2. （２）ワイヤー位置の水平変位検出器を、レーザを発振
   しながら一定速度で水平方向に横移動するレーザ発振器
   と、ワイヤーの水平変位範囲をカバーする開口部を隔て
   た反対側に、集光レンズとクロックパルスによりレーザ
   のオンオフ状態を検出する受光装置と、オンオフ状態の
   基準となる基準エッジを前記開口部に設けて構成したこ
   とを特徴とする掘削機の水平変位検出装置。