JPH06346447A - 地中連続壁掘削装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、地中連続壁の掘削などに用いられる
掘削機において、掘削機本体の座標を正確に測定すると
ともに、掘削機と制御部との間の制御信号の授受を確実
化することを目的とする。 【構成】本発明の掘削装置は、複数のスライドテーブル
（４ＸＡ、４ＸＢ、４ＹＡ、４ＹＢ）にそれぞれ支持さ
れたワイヤー（８）から吊下げられた掘削機本体（６）
に設けられた掘削工具（１７）によって掘削を行う地中
連続壁掘削装置において、スライドテーブルを移動させ
る移動手段（２６、２８）と、ワイヤーの傾斜を検出す
る上部傾斜計（１６Ａ、１６Ｂ）と、掘削機本体の傾斜
を検出する本体傾斜計（２４）と、検出されたデータに
よって前記掘削機本体の位置を演算する演算手段（４
２）と、演算結果によって前記移動手段を制御する制御
手段（４４）と、前記制御手段から出力された制御信号
を前記移動手段へ供給する無線通信手段（３８）とから
構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、掘削機本体を下降させ
ながら掘削を行なう掘削装置にかかり、特に、その位置
出し装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地中連続壁の掘削工事における従来工法
の例として、地上から吊下げられた掘削機本体を掘削と
ともに鉛直下降へ移動させながら、その先端のカッター
により掘削を行う方式がある。

【０００３】この工法にあっては、構築すべき地中連続
壁の精度を確保するため、掘削機本体の向き、および、
掘削機本体を吊下げているワイヤの角度を調整すること
が必要とされている。

【０００４】具体的には、一対のスライドベースのＸＹ
座標上で移動自在に設けられたスライドテーブルによ
り、掘削機本体を吊下げている一対のワイヤの支点の位
置をそれぞれ調整すること、および、掘削機本体に設け
られた複数の偏位修正板を掘削機本体の半径方向へ進退
させることによって掘削壁溝（ガット）に対する掘削機
本体の位置を調整することによって位置制御が行われて
いる。また、前記スライドテーブル、および偏位修正板
は、前記スライドテーブルから数メートル離れたオペレ
ータハウスから遠隔操作されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記スライ
ドテーブルおよび掘削機本体を駆動するには、これらと
電源およびオペレータハウスとを接続するための多数の
信号ケーブルあるいは電源ケーブルが必要とされる。ま
た、前記掘削工法にあっては所定深さ掘削される毎にガ
ットを交換する作業が必要となり、このガット交換の度
に前記信号ケーブルあるいは電源ケーブルの途中のコネ
クタを着脱する操作が行われる。

【０００６】そして、作業環境や天候などの条件がわる
い場合には、前記コネクタの着脱に細心の注意を払った
としても、この着脱操作に起因する動作不良が発生する
おそれもなしとしないものであった。本発明は、掘削機
本体の姿勢制御の信頼性を高めることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め請求項１の発明は、複数のスライドテーブルにそれぞ
れ支持されたワイヤーによって吊下げられた掘削機本体
の先端に掘削工具を設け、この掘削工具によって下方へ
掘削を行う地中連続壁掘削装置において、前記各スライ
ドテーブルを水平方向へ移動させる移動手段と、前記ワ
イヤーの傾斜を検出する上部傾斜計と、前記掘削機本体
の傾斜を検出する本体傾斜計と、これら上部傾斜計およ
び本体傾斜計に検出されたデータによって前記掘削機本
体の位置を演算する演算手段と、この演算手段の演算結
果によって前記移動手段を制御する制御手段と、前記上
部傾斜計および本体傾斜計に検出されたデータを前記演
算手段へ供給する無線通信手段とから構成してなるもの
である。請求項２の発明は、請求項１において、前記演
算手段は、前記上部傾斜計の検出データと掘削深度とか
ら上記掘削機の上端の偏位量を演算するとともに、この
偏位量と前記掘削機本体の寸法と前記本体傾斜計の検出
データとから掘削工具の絶対的な偏位量を演算すること
を特徴とする。請求項３の発明は、請求項２において、
前記演算手段は、前記上部傾斜計からの検出データに基
づいて前記各ワイヤーが鉛直となる点を設定原点として
記憶し、記憶された設定原点に基づいて前記偏位量を演
算することを特徴とする。

【０００８】

【作用】上記構成によれば、検出された傾斜角に関する
データなどに基づいて掘削機本体における掘削工具の位
置を演算することができ、この演算結果を目標値に近付
けるべく掘削機を制御することにより、必要な地中連続
壁を掘削することができる。また、制御手段から移動手
段への制御データの供給が無線通信手段により行われ
る。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１における符号２Ａおよび２Ｂはスライドベ
ースであって、掘削箇所の両側にＸ軸方向へ（図１の左
右方向へ）並べて配置されている。これらスライドベー
スの上には、支持台３Ａ、３Ｂがそれぞれ固定されてい
る。該支持台３Ａ、３Ｂには、スライドテーブル４Ｙ
Ａ、４ＹＢがＹ軸方向（図１の紙面と直交する方向）設
けられ、これらスライドテーブル４ＹＡ、４ＹＢは、ス
ライドテーブル２Ａ、２Ｂ上でそれぞれ前記Ｘ軸方向お
よびこれと直交するＹ軸の方向（図１の紙面と直交する
方向）へ移動自在に支持され、該スライドテーブル４Ｙ
Ａ、４ＹＢには、スライドテーブル４ＸＡ、４ＸＢが前
記Ｘ軸方向に移動自在に支持されている。

【００１０】前記スライドベース２Ａ、２Ｂには、掘削
機本体６を吊下げるためのワイヤー８が巻取られるワイ
ヤーリール１０がそれぞれ設けられている。これらのワ
イヤーリール１０に巻取られているワイヤー８の先端
は、スライドテーブル４ＸＡ、４ＸＢの下面の固定シー
ブ１２および掘削機本体６の上部のリターンシーブ１４
を経由して、スライドテーブル４ＸＡ、４ＸＢにそれぞ
れ固定されている。また前記ワイヤー８とスライドテー
ブル４ＸＡ、４ＸＢとの固定箇所には、それぞれ上部傾
斜計１６Ａ、１６Ｂが設けられていて、ワイヤー８の傾
斜（鉛直方向に対する角度）を測定するようになってい
る。

【００１１】前記掘削機本体６は、先端に設けられたド
ラムカッター１７を回転させることにより掘削を行う。
掘削機本体６の４つの側面には、それぞれの上部と中部
に、固定ガイド板２２……が設けられている。各固定ガ
イド板２２は、図示しない駆動機構によって、掘削機本
体６の側面から一定距離だけ突出可能とされており、こ
れら固定ガイド板２２……を突出させて、掘削溝の壁面
に当接させることによって掘削機本体６を掘削溝内で支
持するようになっている。またドラムカッター１７の姿
勢は、前記固定ガイド板２２……に取り付けられた側面
に設けられた複数の上部偏位修正板１８、中部変位修正
板１９、および複数の下部変位修正板２０を水平方向へ
出し入れして掘削壁溝（ガット）２１との間隔を調整す
ることによって修正されるようになっている。また掘削
機本体６の側部には、掘削機本体６の側部から一定距離
にわたって突出する固定ガイド板２２が複数設けられて
いる。なお符号２４は掘削機本体６の姿勢を測定する本
体傾斜計である。

【００１２】次いで、前記スライドテーブル４ＸＡ、４
ＸＢ、４ＹＡ、４ＹＢおよびその制御装置の詳細を図２
によって説明する。このスライドテーブル４ＸＡ、４Ｘ
Ｂ、および、４ＹＡ、４ＹＢは、水平面内で互いに直交
する二方向（図２のＸ方向およびＹ方向）に移動可能に
設けられている。またＸ、Ｙ方向への移動は、Ｘ軸サー
ボモータ２６、Ｙ軸サーボモータ２８をサーボモータ制
御部３０Ａ、３０Ｂによってそれぞれ正方向あるいは逆
方向へ回転させることにより行われるようになってい
る。なお符号３２は送受信用のアンテナである。

【００１３】前記掘削精度管理システム３４はオペレー
タハウス内に設けられていて、アンテナ３６を介して前
記サーボモータ制御部３０Ａ、３０Ｂに接続されてい
る。

【００１４】前記掘削精度管理システム３４には、スラ
イドテーブル無線通信装置３８が設けられており、この
無線通信装置３８を介して前記サーボモータ制御部３０
Ａ、３０Ｂとの間の通信が行われるようになっている。
前記無線通信装置３８には、入出力装置４０を介して計
測演算表示処理部４２、スライドテーブル制御部４４が
接続され、さらに、これらは中央処理装置４６に接続さ
れている。また前記入出力装置４０には掘削装置に設け
られた各種の計測器類４８、スライドテーブル操作ボッ
クス５０、および表示装置５２がそれぞれ接続されて計
測演算表示処理部４２、スライドテーブル制御部４４、
および中央処理装置４６との間で信号の授受が行われる
ようになっている。実施例の場合、上部傾斜計１６Ａ、
１６Ｂ、および本体傾斜計２４に測定されたデータにつ
いては、通信ケーブルを用いた有線通信経路を介して精
度管理システム３４へ供給され、各サーボモータ制御部
３０Ａ、３０Ｂへの制御信号の供給が無線通信により行
われるようになっている。なお、測定データの受信およ
び制御信号の送信の双方を無線通信により行うようにし
てもよいのはもちろんである。実施例の場合、掘削機本
体へ供給すべき制御信号の通信経路からケーブルコネク
タを排除することにより、このコネクタの接触不良に起
因する制御信号の伝送上の不良を防止している。

【００１５】前記スライドテーブル操作ボックス５０
は、図３に示すような操作用スイッチおよび表示器ａ〜
ｒから構成されている。これら操作用スイッチおよび表
示器ａ〜ｒの機能とともに、前記制御装置の作用を説明
する。

【００１６】スイッチａを切り替えてリモートコントロ
ール可能な状態とする。またスイッチｂによって自動制
御の状態とすると、操作可能表示器ｃが点灯する。この
状態とすることにより、任意の位置にあるスライドテー
ブルを操作することが可能となる。

【００１７】スイッチｆを操作して書き込み禁止状態を
解除する。この操作により、設定原点復帰（後述する）
を読み取らせてスイッチｇの操作とともに記憶させるこ
とが可能な “読み取り可能状態”になる。また書き込
み禁止状態では、以前に読み取られた数値を更新するこ
とができないから、誤操作による原点位置のずれを防止
することができる。なおスイッチｈは必要に応じて掘削
装置を非常停止させるためのスイッチであり、スイッチ
ｉはスライドベースを移動あるいは搬送しようとする場
合にその重心を考慮して搬送位置へ移動させるべく指示
するスイッチである。

【００１８】スイッチｊは、スライドテーブルの移動速
度を、定寸送り、高速、低速、微速のいずれかに設定す
る。また、定寸送りでは、例えば１回のスイッチ操作に
よる移動量が０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍの４
段階に切り替えられ、高速、低速、微速では、スイッチ
の操作中にそれぞれの速度で連続的にスライドテーブル
が移動する。すなわち、スライドテーブルを移動させよ
うとする場合、移動の初期には高速で移動させ、原点に
近付くにしたがって低速とするなど、必要に応じて任意
の移動速度を選択することができる。

【００１９】そして、左側のスライドテーブルについて
のスイッチｋ〜ｎ、および、右側のスライドテーブルに
ついてのスイッチｏ〜ｒを操作することにより、スライ
ドテーブル４Ａ、４Ｂのサーボモータ２６、２８を個々
に制御することができる。このような各スイッチｋ〜ｒ
の操作により、スライドテーブル４Ａ、４Ｂを必要な位
置へ移動させることができる。通常の掘削作業において
は、まず、上記スイッチｋ〜ｎ、および、ｏ〜ｒを操作
して計測設定原点を見つける処理が行われる。すなわ
ち、上部傾斜計１６Ａ、１６Ｂの測定値を表示装置５２
によって目視確認しながら前記スイッチｋ〜ｒを操作す
ることにより、スライドテーブル４Ａ、４Ｂを個々に移
動させ、両方のワイヤー８がいずれも鉛直になる位置を
求め、これを設定原点とする。設定原点が求められる
と、設定値書き込みスイッチｇを操作し、この設定原点
を例えば中央処理装置４６のメモリなどの記憶手段へ書
き込む。なおこの記憶手段には、掘削精度管理システム
３４の電源をＯＦＦにしても保存されるような、不揮発
性のものが用いられる。以上のような操作により、掘削
施工の準備が終了する。

【００２０】図４により、上部傾斜計１６Ａ、１６Ｂお
よび本体傾斜計２４によって検出された角度データに基
づいてドラムカッタ１７の位置を演算する手順を説明す
る。

【００２１】具体的には、上部傾斜計１６Ａ、１６Ｂか
ら得られるデータは、ＸＹ両方向へのワイヤーの傾斜角
（右側の上部傾斜角θLX θLY、左側の上部傾斜角θRX
θRY）のデータ、および本体傾斜計２４により測定され
た本体の傾斜角（ΘX'，ΘY'）のデータであり、これら
のデータと掘削機本体各部の寸法とにより、ドラムカッ
ター１６の中心軸の一端の点Ｃの座標Ｘ（L）、Ｙ
（L）、および他端の点Ｄの座標Ｘ（R）、Ｙ（R）が下
記の式に基づいて演算される。

【００２２】上記点Ｃ、Ｄの位置は、ワイヤーの傾斜角
に基づいて算出される掘削機本体１７の上端の二点Ａお
よびＢ（具体的には左右のリターンシーブ１４の変位量
ＸL，ＹL、および、ＸR，ＹR）と、掘削機本体１７の傾
斜のみによって幾何学的に定まるドラムカッター１６の
両端の点Ｃ、Ｄの変位量ｘ’、ｙ’とから算出される。

【００２３】上記点Ａ、Ｂの変位量は、 Ａ（左側）：Ｘ方向変位量ＸL＝Ｄｅ×ｔａｎ（θLX）
／ｂ Ｙ方向変位量ＹL＝Ｄｅ×ｔａｎ（θLY）／ｂ Ｂ（右側）：Ｘ方向変位量ＸR＝Ｄｅ×ｔａｎ（θRX）
／ｄ Ｙ方向変位量ＹR＝Ｄｅ×ｔａｎ（θRY）／ｄ となる。

【００２４】また掘削機本体１７の傾きのみによって生
じるるドラムカッター１６の両端の点Ｃ，Ｄの偏位量
は、Ｘ，Ｙ座標に対して−α度回転させてなるＸ’，
Ｙ’座標において、 Ｘ’方向偏位量 ｘ’＝Ｌ×ｔａｎ（ΘX'）／ｆ Ｙ’方向偏位量 ｙ’＝Ｌ×ｔａｎ（ΘY'）／ｆ 合成方向偏位量 ｚ’＝Ｌ×ｅ／ｆ となる。

【００２５】ただし、 θLX,θLYは左側の上部傾斜角 θRX,θRYは右側の上部傾斜角 ΘX',ΘY'は本体傾斜角 Ｌは掘削機本体の全長 Ｄｅは偏位量計算深度 であり、また、 ｂ＝｛ｔａｎ²（θLX）＋ｔａｎ²（θLY）＋１｝^1/2 ｄ＝｛ｔａｎ²（θRX）＋ｔａｎ²（θRY）＋１｝^1/2 ｅ＝｛ｔａｎ²（ΘX'）＋ｔａｎ²（ΘY'）｝^1/2 ｆ＝｛ｔａｎ²（ΘX'）＋ｔａｎ²（ΘY'）＋１｝^1/2 とする。

【００２６】ここに、Ｘ’、Ｙ’座標上の点（ｘ’，
ｙ’）を、時計回り（右回り）にα度回転させてなる
Ｘ、Ｙ座標に変換したときの座標を（ｘ，ｙ）とし、ま
た、図５における各線分の長さを、ＯL−ＯR＝Ａ−Ｂ＝
Ｃ−Ｄ＝Ｐ（実施例ではＰ＝２９００ｍｍ）とすると、 ｃｏｓα＝（Ｐ−ＸL＋ＸR）／Ｐ、または、ｓｉｎα＝
（ＹL−ＹR）／Ｐ であるから、 α＝ｃｏｓ^-1｛（Ｐ−ＸL＋ＸR）／Ｐ｝＝ｓｉｎ
^-1｛（ＹL−ＹR）／Ｐ｝ ｘ＝ｘ’×ｃｏｓα＋ｙ’×ｓｉｎα ｙ＝−ｘ’×ｓｉｎα＋ｙ’×ｃｏｓα となる。したがって、左右の点ＯLとＯRとを原点とする
Ｘ―Ｙ座標系におけるドラムカッター１６の回転中心軸
の両端Ｃ、Ｄの座標、つまり偏位量は下記の通りであ
る。 Ｘ（L）＝ＸL＋ｘ＝Ｄｅ×ｔａｎ（θLX）／ｂ＋ｘ’×
ｃｏｓα＋ｙ’×ｓｉｎα Ｙ（L）＝ＹL＋ｙ＝Ｄｅ×ｔａｎ（θLY）／ｂ−ｘ’×
ｓｉｎα＋ｙ’×ｃｏｓα Ｘ（R）＝ＸR＋ｘ＝Ｄｅ×ｔａｎ（θRX）／ｄ＋ｘ’×
ｃｏｓα＋ｙ’×ｓｉｎα Ｙ（R）＝ＹR＋ｙ＝Ｄｅ×ｔａｎ（θRY）／ｄ−ｘ’×
ｓｉｎα＋ｙ’×ｃｏｓα

【００２７】実際の掘削作業は、上記上部傾斜計１６
Ａ、１６Ｂおよび本体傾斜計２４から傾斜角度に関する
データの供給を受けつつ掘削機本体６が回転ドラム１７
を回転させながら掘削を行う。この掘削をスイッチｂに
よって自動モードに設定しておけば、傾斜角度のデータ
により演算されたＣ、Ｄ点の座標が目標値と一致するよ
うに、各スライドテーブル４Ａ、４Ｂの移動手段たるサ
ーボモータ２６、２８を制御しつつ掘削が行われる。こ
のような制御によって掘削機本体６の進行を所定の方向
へ維持しつつ正確に連続壁などの掘削を行うことができ
る。具体的には、各変位修正板１８〜２０突出量を個々
に制御することよって掘削機本体６の姿勢を制御するこ
とにより、掘削機本体６を所定の方向へ案内することが
できる。

【００２８】以上のような処理において、上部傾斜計１
６Ａ、１６Ｂおよび本体傾斜計２４からスライドテーブ
ル操作ボックス５０への角度データの供給、あるいは、
スライドテーブル操作ボックス５０からサーボモータ制
御部３０Ａ、３０Ｂへの制御データの供給などの信号の
授受は、いずれも無線通信により行われるから、これら
の間を接続するケーブル、あるいはこのようなケーブル
に必然的に存在するコネクタが不要となり、コネクタ着
脱作業の労力、およびコネクタの損傷による動作不良発
生の可能性が低減する。

【００２９】また、前記掘削機本体６には、ドラムカッ
ター１７における掘削によって生じた土砂を排出する排
泥管（図示略）が接続されて地表まで延びているから、
単位長さにわたって掘削される毎に排泥管の接続作業が
必要とされる。また、排泥管が閉塞するなどのトラブル
が生じた場合には、まず、掘削機本体６を巻き上げると
ともに、スイッチｅを操作してスライドテーブル４Ａ、
４Ｂを一旦機械原点まで戻し、必要な復旧処置を行なっ
て正常な状態とした後、スイッチｄを操作して設定原点
へスライドテーブル４Ａ、４Ｂを復帰させて、再度掘削
を開始する。この場合、予め記憶された設定原点の座標
へ掘削機本体６（具体的にはドラムカッター１７の両
端）が戻るようにサーボモータ制御部３０Ａ、３０Ｂが
制御される。

【００３０】以上のような動作を繰り返しながら、設定
された目標位置と掘削機本体６の座標とが一致するまで
掘削が行われる。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明で明かなように、本発明によ
れば、掘削機本体を吊下げているケーブルの傾斜角度、
および掘削機本体自身の傾斜角度のデータに基づいて掘
削機本体の位置を正確に測定して掘削を行うことができ
る。また、掘削機への制御データの送信が無線通信によ
り行われているから、掘削機と操作ボックスとの間の通
信ケーブル、および、これに付属するコネクタを減少さ
せることができ、したがって、コネクタの接続替えに要
する労力を軽減するとともに、コネクタの損傷に起因す
る動作不良を防止することができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の縦断面図である。

【図２】図１の装置の制御系のブロック図である。

【図３】スライドテーブル操作ボックスの平面図であ
る。

【図４】ワイヤーによって吊下げられた掘削機本体を上
方から見た図である。

【符号の説明】

４Ａ、４Ｂ スライドテーブル ６ 掘削機本
体 ８ ワイヤー １４ リターン
シーブ １６Ａ、１６Ｂ 上部傾斜計 １７ ドラムカ
ッター １８、１９、２０ 偏位修正板 ２４ 本体傾斜
計 ２６、２８ サーボモータ ３０Ａ、３０Ｂ サーボ
モータ制御部 ３４ 掘削精度管理システム ３８ スライド
テーブル無線通信装置 ４２ 計測・演算・表示処理部 ４４ スライド
テーブル制御部 ４６ 中央処理装置 ５０ スライド
テーブル操作ボックス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 勝吉 忠市 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 中原 邦昭 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のスライドテーブルにそれぞれ支持
   されたワイヤーから吊下げられた掘削機本体の先端に掘
   削工具を設け、この掘削工具によって下方へ掘削を行う
   地中連続壁掘削装置において、前記各スライドテーブル
   を水平方向へ移動させる移動手段と、前記ワイヤーの傾
   斜を検出する上部傾斜計と、前記掘削機本体の傾斜を検
   出する本体傾斜計と、これら上部傾斜計および本体傾斜
   計に検出されたデータによって前記掘削機本体の位置を
   演算する演算手段と、この演算手段の演算結果によって
   前記移動手段を制御する制御手段と、前記制御手段から
   出力された制御信号を前記移動手段へ供給する無線通信
   手段とからなることを特徴とする地中連続壁掘削装置。
2. 【請求項２】 前記演算手段は、前記上部傾斜計の検出
   データと掘削深度とから上記掘削機の上端の偏位量を演
   算するとともに、この偏位量と前記掘削機本体の寸法と
   前記本体傾斜計の検出データとから掘削工具の絶対的な
   偏位量を演算することを特徴とする請求項１に記載の地
   中連続壁掘削装置。
3. 【請求項３】 前記演算手段は、前記上部傾斜計からの
   検出データに基づいて前記各ワイヤーが鉛直となる点を
   設定原点として記憶し、記憶された設定原点に基づいて
   前記偏位量を演算することを特徴とする請求項２の地中
   連続壁掘削装置。