JPH0574673B2 - - Google Patents

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杭の
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、底部に回転ビツトないしロータリカツタを備
えたドリリング・サクシヨン方式の掘削機か、特
殊のクラムシエルバケツ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杭を構築する場
合は、前者のドリリング・サクシヨン方式の掘削
機が多用されている。

第５図はドリリング・サクシヨン方式の掘削機
の概略構造を示すもので、水平多軸式カツタと呼
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
記水平多軸式カツタよりなる掘削機においては、
次のような要領で行つている。

なお、その前に水平多軸式カツタの構造機能の
概略を第５図で示す斜視図に基づいて説明する
と、この水平多軸式カツタよりなる掘削機Ａは、
外観がボツクス型を呈する機体１の底部に、一対
のロータリカツタ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）によつて回動駆動し、鉛直方向
に堀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。

そして掘削によつて生じる土砂は、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ヨ
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て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。

まず水平多軸式カツタにおいては、第５図で示
すように、機体１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
備させてある。

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つて摺動し、掘削機Ａの掘進
方向に対するガイド機能と、さらには振れ止め機
能を果すようになつている。

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、
左下りといつ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１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
に問題があつた。

とくに地中連続壁やリバース杭の普及にともな
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つている。

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。

(1) ワイヤー連結傾斜計方式 (2) ワイヤー連結フオトダイオードアレイ方式 (3) レーザ光直読方式 まず第１のワイヤー連結傾斜計方式は、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
をもつ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のワイヤー連結フオトダイオードアレイ方
式は、(1)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
掘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、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、まず、掘削機
に複数本の計測用のワイヤーを地上から鉛直に連
結させた。そして、各ワイヤーには、それぞれ掘
削機の掘削深度を計測できるように深度計、すな
わちワイヤーの巻き出し長さを計測する深度計を
連結させた。さらにワイヤーが弛み現象を生じる
ことがないよう、そのワイヤーを巻装するワイヤ
ーリールには、トルクモータを連係させ、常にワ
イヤーが一定の張力をもつて緊張されているよう
にした。

ついで、地上部にレーザによるワイヤーのＸ，
Ｙ方向の水平変位量を検出する水平変位検出器を
設置した。すなわち、掘削機による掘削作業を行
つた場合、その姿勢が変位することにより発生す
るワイヤーのＸ，Ｙ方向の水平変位を検出するレ
ーザ利用の水平変位検出器を設置した。そして検
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、Ｙ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，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
変位検出器は、平面形状が四辺形を呈する枠体
と、この枠体の一辺に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を設
け、対応する一辺には、集光レンズとクロツクパ
ルスによりレーザのオンオフ状態を検出する受光
装置を設け、さらに左右の両辺には、レーザの基
準エツジを設けた構成とした。すなわち、前記枠
体内に前記ワイヤーを挿通させておき、掘削機が
偏位することにより、ワイヤーがＸ，Ｙ方向に変
位すると、そのＸ，Ｙ方向の水平変位位置を検出
することができるように構成した。

（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、Ｙ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Ｙ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，Ｙ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，Ｙ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つて検出されたワ
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。したがつてあら
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イードバツク
させ、演算処理すれば掘削機のＸ方向，Ｙ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つて摺動する
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）の掘削深度と水平変位を検出するためのワ
イヤー５は、図面上には表示していないがワイヤ
ー５に巻装し、ワイヤーリールにはワイヤー５の
巻き出し長さを計測することにより掘削深度を計
測する深度計と、ワイヤー５に一定の張力を与
え、緊張させておくためのトルクモータ６を直結
させた構成とし、構築溝Ｂの左右両側に位置する
地上部に設置している。そして、それぞれのワイ
ヤー５，５を地上部の固定位置に設けたトツプシ
ーブ７，７を介して鉛直に掘削機Ａの機体１側に
連結させている。

次に掘削機Ａ自体の前後左右の傾き、すなわち
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てある。

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てある。

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図に示すように
上下二段にわたつて設定し、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
するように構成してある。

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にフイードバツクし、
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の掘削姿勢を水平状態に修正復元させるような
システムに構成されている。

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１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レー
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。

水平変位検出器８は、第２図で示すように平面
形状が四辺形を呈する枠体からなるケーシング
と、このケーシング内の一辺、言葉を換えて言え
ば内部の手前側に、一定速度で水平方向に横移動
する台車１４を設け、この台車１４にレーザ発振
器８ａを組み付けている。

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ユーシヤフト１６
を台車１４に連繋し、このドライビングスクリユ
ーシヤフト１６によつ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
ヤフト、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、クロツクパルスによりレ
ーザのオンオフ状態を検出する受光装置をもつて
構成し、さらにレーザ発振器８ａと集光レンズ１
９との間には、前記オンオフ状態の基準となる基
準エツジ、すなわちスタートエツジ２０ａとエン
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２０
ｂを設定してある。

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〜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
ツ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にじやまにされて受光装置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ツ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T₁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L₁を演算して記憶する。第４図は、
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
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L_Fとワイヤー
５の端部からエンドエツジ２０ｂ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（）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の中心までの距離
L₀は、L₁＋L₂／２またはL₃＋L₂／２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。

したがつて、例えば第４図で示すように、ワ
イヤー５の位置がの位置よりやや左よりに変つ
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L₀は′L′₁＋L′₂／２またはL′₃＋L′₂／２
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，Ｙ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。

したがつて、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
によつて修正板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
機Ａ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
続壁やリバース杭の構築溝は、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，Ｙ方向の水平変位を連続的に検出すると同時
に、クロツクパルスによる時間を検出し、これを
距離に変換して、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。

(1) 従来のワイヤー連結傾斜計方式やワイヤー連
結フオ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杭
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つても、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２本以上
に増やしても、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つて設置
すれば、掘削機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オト
ダイオードアレイ方式や、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
平姿勢のコント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、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
中連続壁やリーバス杭の構築を可能とし、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−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、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、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、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、
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、
はワイヤー位置が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図は水平多軸式カツタよりなる掘
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……機体、２
……ロータリカツタ、３……送泥揚水管、４……
修正板、５……ワイヤー、６……トルクモータ、
７……トツプシーブ、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ユーシヤフ
ト、１７……ガイドシヤフト、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。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 掘削機に複数本の計測のためのワイヤーを地
   上から鉛直方向に連結するとともに、各ワイヤー
   には、それぞれ掘削機の掘削深度を計測する深度
   計と、常にワイヤーを一定の張力で緊張させてお
   くためのトルクモータを連係させ、さらに地上部
   にレーザによるワイヤーの水平変位検出器を設置
   し、この水平変位検出器によつて掘削機の偏位に
   基づいて発生する前記各ワイヤーのＸ，Ｙ方向の
   水平変位をそれぞれ検出し、この検出データに前
   記水平変位検出器の設定位置と掘削深度との比例
   係数を掛けた数値から掘削機の絶対位置を検出す
   ることを特徴とする掘削機の水平変位検出方法。 ２ 平面形状が四辺形を呈する枠体をもつて構成
   したケーシング内の一辺に、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
   を設け、対応する一辺には、集光レンズを介して
   クロツクパルスによりレーザのオンオフ状態を検
   出する受光装置を設け、さらに左右両辺には、レ
   ーザの基準エツジを設けて水平変位検出器を構成
   し、この水平変位検出器を地上部に設置するとと
   もに、ケーシング内に地上部と掘削機とを結ぶワ
   イヤーを挿通させてワイヤーの水平変位を検出す
   ることを特徴とする掘削機の水平変位検出装置。