JPH03295935A - 管埋設施工法及び施工装置 - 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〕 本発明は、予め設定される所定の深さと傾斜角度で溝を
掘削し管を埋設するための管理設施工法及び施工装置に
関する。

〔従来の技術〕

従来の管理設施工法及び施工装置について説明する。

第４図乃至第６図は従来の管理設施工法及び施工装置を
説明するための図であり、４１はマンホール、４２はパ
ワーショベル、４３は管理設用溝、４４は定規、４５は
糸、４６は白線、５１は埋設用溝、５２はバカ棒、５３
は手許、５４はアーム及びバケット、５５は丁張、５６
はヒユーム管、５７はチャンバー、５８は管台、５９は
砕石を示す。

例えばヒユーム管等を用いた排水管は、一般に１％の勾
配で埋設されろ。この排水管の埋設施工では、まず掘削
用測量を行い、トランシットによりマンホール４１のセ
ンターラインの測点を落として測点に掘削用高さを出す
。次の掘削工では、第４図に示すようにマンホール４１
の脇に定規４４で出した高さで定規４４の間を糸４５で
結び、さらに排水管敷設のセンターラインに白線４６を
引く。そして、オペレータが、この白線４６にパワーシ
ョベル４２のセンターラインを合わせ、第５図に示すよ
うに手許５３がバカ棒５２を持ち定規４４の間に張った
糸４５で高さを確認しながら溝５１の掘削を行う。

上記のようにして１スパン掘削が完了すると、掘削個所
内に例えば１０ｍピッチで第６図に示すような丁張５５
をかけ、この丁張５５にヒユーム管５６のセンターライ
ンを出す。測量完了後、もう−度床付高さを＊ｍし、不
陸整正しく溝内地面の凹凸を直し）て転圧する。さらに
、砕石５９を投入し、パワーショベルで敷物らし転圧す
る。この場合にも丁張５５間に糸を張って高さを確認す
る。

管理設用溝の施工が終了すると、マンホールのセンター
ラインと丁張のセンターラインがずれていないかどうか
をチエツクして管敷設を行う。このときの管５６の高さ
は、管台５８を敷いて調整し、丁張５５よりの下がりを
確認しながら管敷設を行う。管５６の芯がセンターライ
ンにあっているかどうかは丁張５５間に張った糸より垂
振を設置して確認し、全てが適合したところでキャンバ
−５７を管の両側に入れて固定し敷設を完了して埋戻し
を行う。

また、パワーショベルのデイツパハンドルやバケットに
受光器と傾斜計を取り付けてレーザ光線で作業の基準レ
ベルを設定し、受光器による測定レベルを傾斜計で補正
してレベリング作業に利用する方式も提案されている（
例えば特開昭５２−８２８０４号公報、特開昭５６−１
０５０３０号公報）。

〔発″、＋１が解決しようとする課題〕上記のように従
来の管理設施工法及び施工装置では、マンホールの脇に
定規で高さを出して糸を張り、溝内に手許を配置してバ
カ棒や丁張を用いるので、その分溝も広めに掘削するこ
とが必要になると共に作業員が余分に必要になり、小道
具も種々必要になる。また、作業もバカ棒や丁張を用い
るため煩雑になり、深さやセンターラインの確認を行い
ながら施工を進めなければならない。そのため、人手や
労力がかかり工期が長くなってしまうだけでなく、作業
性や作業精度を上げることが難しく、凹凸が生じたりし
て所定の滑らかな勾配による管理設用溝の施工が難しい
という問題がある。

また、パワーショベルのデイツパハンドルやバケットに
受光器と傾斜計を取り付ける方式では、デイツパハンド
ルやバケットのレベルが検出されるため、このレベルか
ら本体の基準位置を計算して制御のための補正演算を行
うことが必要となる。

しかも、作業時は動きが激しいため、その検出レベルが
激しく変動し不安定になり、補正制御が複雑になるとい
う問題がある。さらには、掘削や転圧の作業に伴って不
規則な振動が機器に与えられるため、このような振動に
よる傷みや劣化をなくすには、耐振性の機器を用いるこ
とが必要になり、コスト高になるという問題もある。

本発明は、上記の課題を解決するものであって、作業員
の削減と作業性、作業精度の向上を図った管理設施工法
及び施工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〕

そのために本発明の管理設施工法は、掘削溝と同じ傾斜
角度で平行にレーザ光を発振するレーザ発振器を設置し
、パワーショベルの車体にレーザ受光器を取り付けて掘
削溝の深さ及び傾斜角度を与え、レーザ光の方向にパワ
ーショベルが移動しながら粗掘削から始まる各工程を順
にレーザ受光器における受光位置及び掘削溝の深さと傾
斜角度に基づいて深さを演算し施工するようにしたこと
を特徴とする。さらには、車体を止めた状態で全工程を
順に行った後車体を移動させるようにし、或いは一定の
距離単位で車体を移動させて各工程の施工を繰り返して
全工程を完了するようにし、レーザ光を左右に走査させ
ることを特徴とする。

また、本発明の管理設施工装置は、パワーショベル、該
パワーショベルの車体に取り付けられるレーザ受光器、
及びパワーショベルの管理設施工を制御する制御装置を
備え、該制御装置は、与えられた管理設溝の深さ及び傾
斜角度とレーザ受光器の受光位置から管理設施工の各工
程における作業深さを演算しパワーショベルを制御する
ように構成したことを特徴とする。レーザ受光器の取り
付け部に移動機構を設け、レーザ光が受光位置の一定の
領域から外れた場合には当該領域内で受光できるように
レーザ受光器を移動させ、該移動の長さにより受光位置
を補正することを特徴とする。

或いはレーザ光が受光位置の左右一定の領域から外れた
場合には走行進路の修正指示を出力し、バケットが計算
された深さの許容範囲に達したときに報知するようにし
たことを特徴とする。

〔作用〕

本発明の管理設施工法及び施工装置では、レーザ光の方
向にパワーショベルが移動しながら粗掘削から始まる各
工程を順にレーザ受光器における受光位置及び掘削溝の
深さと傾斜角度に基づいて深さを演算し施工するので、
従来の工法に比べて高い精度での管理設用溝掘削、管装
置の施工が可能になる。また、レーザ発振器から掘削方
向に溝の傾斜角度でレーザを発振して、該レーザ光をパ
ワーショベルの車体に取り付けたレーザ受光器で受光し
、その受光位置を基準としてレーザ光から一定の深さの
溝を掘削するので、レーザ発振器からの距離を検出しな
くても所定の深さ、傾斜角度の溝を掘削することができ
、その制御も容易になる。また、レーザ受光器を移動可
能に取り付け、レーザ光が受光位置の一定の領域から外
れた場合には一定の領域内で受光できるようにレーザ受
光器を移動させるので、掘削面の凹凸が大きくても、掘
削距離が長くなってレーザ光の位置が下がってもコンパ
クトなサイズの受光器で対応が可能となる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は本発明に係る管理設施工法及び施工装置の１実
施例を説明するための図であり、１はレーザ発振器、２
はレーザ受光器、３はパワーショベル、４はブーム＆ア
ーム、５はバケット、６は砕石、Ｌはレーザ光を示す。

第１図において、レーザ発振器１は、掘削しようとする
管理設用溝の勾配の例えば１％の傾斜角度でレーザ光り
を発振するものである。レーザ受光器２は、パワーショ
ベル３の本体に取り付けられ、レーザ発振器１から発振
されたレーザ光りを受光するものであり、この受光位置
からパワーショベル３の高さと左右位置ずれを検出する
。したがって、管理設用溝は、同図（ａ）に示すように
一定の傾斜角度のレーザ光りから一定の深さＨにあり、
パワーショベル３は、レーザ受光器２の受光位置からレ
ーザ光りと平行にＨの深さで溝を掘削すればよい。その
ため、パワーショベル３には、レーザ受光器２の受光信
号を処理し、ブーム、アーム、バケットの各シリンダを
制御するための制御装置を有する。制御装置では、深さ
Ｈが入力設定されると、レーザ受光器２におけるレーザ
光りの受光位置を検出し粗掘削、仕上げ掘削、転圧等の
作業に応じてバケット５の位置を演算し、後述するよう
に動作モードに応じて各シリンダを制御する。

例えばレーザ受光器２の前方ｘｍを掘削位置とする場合
には、１％の勾配に対して（ｘ／１００）の高さ補正を
行ってその位置でのバケット５の位置を計算する。

次に同図（ａ）乃至（ｆ）にしたがって本発明の管理設
施工法及び施工装置を説明する。なお、パワーショベル
３は、刃先仕上げモード、床面仕上げモードの動作モー
ドを有し、操作パネル上でそれぞれのモードを選択し、
パワーショベル３を位置決めした後、これらのモードを
順次実行して管理設用溝の施工を行うものである。

まず、掘削中心に白線を引き、同図（ａ）に示すように
レーザ光りが掘削勾配に平行な角度になるようにレーザ
発振器１をセットする。そして、レーザ光の受光位置か
ら溝までの深さＨを設定し、パワーショベル３の操作パ
ネルから入力する。

次にパワーショベル３を所定の位置で停止させ、同図（
ｂ）に示すように設定された深さＨより１００肚以内の
掘削・粗仕上げを行う。つまり、パワーショベル３の制
御装置において、レーザ光りの受光位置から（Ｈ−１０
０ｍ＋ｎ）の深さを掘削ラインとして計算し、本来の溝
の深さより１００ｍｍ高いレベルを制御目標値にする。

この場合、パワーショベル３の前後、左右の傾きは、傾
斜計（図示せず）により検出し、この傾斜に基づく補正
を行うことは勿論である。そして、この制御目標値に沿
ってブーム＆アーム４及びバケット５を制御し、掘削を
行う。なお、操作パネル上に深さを表示してオペレータ
によりマニュアル操作で掘削を行い、バケット５が深さ
Ｈより１００ｍｍ以内になると警報を出力してもよい。

このようにすれば、オペレータは、掘削深さを特に意識
しなくても警報が出る深さまで掘削を行うように操作す
るだけで所定の深さの溝を掘削することができる。

掘削・粗仕上げが終わると、刃先仕上げモードにより本
仕上げを行う。このモードでは、同図（Ｃ）に示すよう
に計算上で求めた本来の溝の深さＨの±５０ｍｍで刃先
を立て仕上げを行う。この場合には、掘削・粗仕上げの
後であるので、例えば手動操作で仕上げ開始点付近まで
バケットを持ってゆき、スタートスイッチを押している
間自動仕上げの動作を行い、スタートスイッチを離すと
停止するようにして、複数回の操作を繰り返し行う。

同様に深さＨの±５０關で床面仕上げモードを選択し、
同図（社）に示すようにバケットの背中を下に向けて自
動転圧を行う。この場合も、転圧開始点に７ニニアル操
作でバケットを位置決めし、スタートスイッチを押す。

続けて、砕石６を撒き、同図（ｅ）に示すように深さＨ
より少し上げた位置で本仕上げと同様の刃先仕上げモー
ドによる砕石向らしを行う。

そして、同図（ｆ）に示すように転圧と同じ床面仕上げ
モードで砕石転圧を行い、管理設用溝施工を終了する。

上記の作業が終了すると、砕石の上は、レーザ光の位置
から計算された仕上げ面となるので、この上に管を載置
してゆくことによって特に丁張を用いなくても高い精度
で管を敷設することができる。なお、さらに、管の敷設
レベル、傾斜を確認し、精度を上げようとする場合には
、一方から管と同じ傾斜角度でレーザ光をセットすると
共に、例えば管の直上部や管の吊りワイヤー、フック等
のレーザ光の通る位置に受光器を取り付け、レーザ光を
受光する受光器の位置が一定になるように管の敷設位置
、レベルを調整すればよい。

上記の施工は、車体位置を変えずに掘削・粗仕上げから
管敷設、さらには埋め戻しまで行うようにしてもよいし
、数十ｍ単位で車体位置を移動させながらまず掘削・粗
仕上げを行い、次に始めの位置に車体を戻して本仕上げ
を行うというように、施工単位を長くしてもよい。

次に、本発明の管理設施工法及び施工装置に使用される
パワーショベルについて実施例を説明する。

第２図は油圧式パワーショベルの正面図、第３図は第２
図に示す油圧式パワーショベルに搭載される制御装置の
ブロック構成を示す図である。図において、１１は車体
、１２はブーム、１３はブームシリンダ、１４はアーム
、１５はアームシリンダ、１６はバケット、１７はバケ
ットシリンダ、２０はレーザ受光器、２４はレーザ発振
器を示す。

油圧式パワーショベルは、第２図に示すように、車体１
１にブームシリンダ１３でブーム１２を、そのブーム１
２にアームシリンダ１５でアーム１４を、そのアーム１
４にバケットシリンダ１７でバケット１６をそれぞれ上
下回動自在に設けている。また、車体１１には、前後傾
斜計１８、左右傾斜計１９、レーザ受光器２０を設ける
と共に、ブーム１２の回動支点にブーム角度センサ２１
を、アーム１４の回動支点にアーム角度センサ２２を、
バケツ）１６の回動支点にバケット角度センサ２３をそ
れぞれ設けている。

上記油圧式パワーショベルに搭載される制御装置は、第
３図に示すように前後傾斜計１８、左右傾斜計１９、レ
ーザ受光器２０、ブーム角度センサ２１、アーム角度セ
ンサ２２、バケット角度センサ２３の信号を人力して演
算を行い電磁比例制御弁３４〜３６を制御するコントロ
ーラ３０、演算により得られた掘削溝深さ等を表示する
表示器３８からなる。コントローラ３０は、演算部３１
と制御部３３からなり、掘削する溝の深さ、例えばレー
ザ光りからの深さＨが人力され演算部３１に設定される
。演算部３１では、レーザ受光器２０で検出されるレー
ザ光ｌの受光位置、前後傾斜計１８で検出される前後傾
斜角度、左右傾斜計１９で検出される左右傾斜角度に基
づいて車体１１の高さの変位量を演算して求め、その変
位量の補正をしてレーザ光りから所定の深さＨで溝を掘
削するための制御指令を演算して求める。制御部３３で
は、制御指令を入力してブーム用、アーム用、バケット
用の電磁比例制御弁３４〜３６に制御電流を出力する。

この制御電流により圧油の供給を制御してブームシリン
ダ１３、アームシリンダ１５、バケットシリンダ１７を
Ｃ中給させてブーム１２、アーム１４、バケット１６を
回動させることによってバケット１６を直線的に移動さ
せ溝掘削を行う。例えばブーム枢着ビンの位置を基準と
してバケット１６の位置を演算する場合には車体高さ変
位量と溝の勾配に基づく変位量だけブーム枢着ピンの位
置を変位させて制御借号を演算する。

所定の長さの溝を掘削し、終了すると、車体工１を所定
距離走行して停止させ、同様の作業を繰り返し行う。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である。例えば車体の進路がレー
ザ光の位置からずれた場合には、レーザ光が受光面から
外れてしまうが、レーザ光の発振方向を左右に走査する
と、車体の進路が直線でなくカーブしている場合でも、
また、直線の進路から少々外れた場合でも、所定の深さ
と傾斜の溝を掘削することができる。

しかし、レーザ光を走査しない場合には、レーザ光が受
光器における受光位置の左右一定の領域から外れると、
進路の修正指示を出力して自動的に進路を修正したり、
運転者向けに警報を出力するようにしてもよい。或いは
受光器を縦方向、横方向に移動させる機構を設け、常に
所定の位置で受光できるように受光器を移動するように
制御してもよい。

このようにすると、現地盤の凹凸が大きい場合にもレー
ザ受光器として受光面積の比較的小さいものを用いるこ
とができる。レーザ光を左右に走査すると、車体の進路
が少々ずれても受光位置の高さは検出できるので、高さ
変位量の補正を行うだけでガイド用のセンターラインの
白線に沿って溝の掘削を行うことができるが、走行進路
の修正指示を出力すると、常に走行進路を正確に制御す
ることができる。

さらには、パワーショベルの制御装置に予め掘削ライン
、作業点（停止位置）、深さ、傾斜角度、採石の位置、
施工手順等をプログラムしておき、スタート位置で施ニ
ブログラムを起動することにより、全自動で掘削・粗仕
上げから採石転圧までを施工するように構成してもよい
。この場合、施工過程の所々に全自動での施工が可能か
否かの判断やパワーショベルの傾斜計と受光器の受光位
置から現地盤の凹凸の程度の判断を行うステップをプロ
グラムしておいてもよい。そして、施工不能の場合に、
警報等によりオペレータに報知し、全自動から半自動或
いは手動に切り換えられるようにしておくと、全自動施
工を採用し支障が生じた場合でも全自動を解除して半自
動等へ円滑に移行させ施工を続行させることができる。

現地盤の凹凸の程度が大きい場合には、−旦所定距離車
体を移動させて整地作業のプログラムを起動させるよう
にすると、自動施工をより効率的に行うことができる。

また、パワーショベルが掘削溝を跨いで走行するように
説明したが、掘削溝の横側を走行してもよい。また、傾
斜角度を０とした場合にも同様に適用できることはいう
までもない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、マン
ホールの測点にレーザ発振器をセットして勾配を与え、
パワーショベルに取り付けたレーザ受光器でレーザ光を
受光し、所定の深さを演算するので、自動施工が可能に
なり、施工性の向上、工期の短縮を図ることができる。

しかも、レーザ受光器を車体に取り付け、その受光位置
から深さを演算するので、バケット等に受光器を取り付
けるものに比べて作業時の振動も少なく簡便にして安定
した高い精度の深さ情報を得ることができる。

また、従来のように定規やバカ棒の設置、手許の配置が
不要になり、測量に要する道具や作業、作業員を少なく
し施工精度を上げることもできる。

さらには、掘削溝内に作業員が入って測量する必要もな
くなり、転圧にも従来のようにランマーを使う必要がな
くなるので、作業員が入り丁張等をセットしたり、ラン
マーを操作したりするスペースも不要になり、採石を敷
く最小限の幅だけ掘削すればよい。したがって、掘削無
駄も少なくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る管理設施工法及び施工装置の１実
施例を説明するための図、第２図は油圧式パワーショベ
ルの正面図、第３図は第２図に示す油圧式パワーショベ
ルに搭載される制御装置のブロック構成を示す図、第４
図乃至第６図は従来の管理設施工法及び施工装置を説明
するための図である。 １・・・レーザ発振器、２・・・レーザ受光器、３・・
・パワーショベル、４・・・ブームシアーム、５・９．
バケット、６・・・砕石、Ｌ・・・レーザ光。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）掘削溝と同じ傾斜角度で平行にレーザ光を発振す
   るレーザ発振器を設置し、パワーショベルの車体にレー
   ザ受光器を取り付けて掘削溝の深さ及び傾斜角度のデー
   タを与え、レーザ光の方向にパワーショベルが移動しな
   がら粗掘削から始まる各工程を順にレーザ受光器におけ
   る受光位置及び掘削溝の深さと傾斜角度に基づいて深さ
   を演算し施工するようにしたことを特徴とする管理設施
   工法。
2. （２）車体を止めた状態で全工程を順に行った後車体を
   移動させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の
   管理設施工法。
3. （３）一定の距離単位で車体を移動させて各工程の施工
   を繰り返して全工程を完了するようにしたことを特徴と
   する請求項１記載の管理設施工法。
4. （４）レーザ光を左右に走査させることを特徴とする請
   求項１記載の管理設施工法。
5. （５）パワーショベル、該パワーショベルの車体に取り
   付けられるレーザ受光器、及びパワーショベルの管理設
   施工を制御する制御装置を備え、該制御装置は、与えら
   れた管理設溝の深さ及び傾斜角度とレーザ受光器の受光
   位置から管理設施工の各工程における作業深さを演算し
   パワーショベルを制御するように構成したことを特徴と
   する管理設施工装置。
6. （６）レーザ受光器の取り付け部に移動機構を設け、レ
   ーザ光が受光位置の一定の領域から外れた場合には当該
   領域内で受光できるようにレーザ受光器を移動させ、該
   移動の長さにより受光位置を補正することを特徴とする
   請求項５記載の管理設施工装置。
7. （７）レーザ光が受光位置の左右一定の領域から外れた
   場合には走行進路の修正指示を出力するようにしたこと
   を特徴とする請求項５記載の管理設施工装置。
8. （８）バケットが計算された深さの許容範囲に達したと
   きに報知するようにしたことを特徴とする請求項５記載
   の管理設施工装置。