JPH08105038A

JPH08105038A - 地盤改良機の本体管の軌跡・傾斜検出装置

Info

Publication number: JPH08105038A
Application number: JP26830594A
Authority: JP
Inventors: Yoshinari Yamaguchi; 義就山口; Shinichi Sugiyama; 伸一杉山
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-10-05
Filing date: 1994-10-05
Publication date: 1996-04-23
Anticipated expiration: 2012-09-24
Also published as: JP2657777B2

Abstract

(57)【要約】【目的】地盤改良機の本体管の軌跡・傾斜検出装置に
おいて、本体管の撓みが大きくなっても破損箇所がな
く、機械の設置や準備作業が簡単で、本体管が地面
上方に露出している場合でも風等の影響を受けにくく、
本体管の各分割位置における位置ずれも把握できるよ
うにする。【構成】地面から地中に貫入される地盤改良機１の中
空の本体管２内の先端部に、振動ジャイロ１１を装備す
るとともに、本体管２の先端部の深度を計測する計測器
１４を設け、振動ジャイロ１１により計測される地面の
本体管２の貫入位置を基準にした水平面上における本体
管２の先端部の変位（方向を含む）と、計測器１４によ
り計測される本体管２の先端部の深度とから、演算処理
装置１３により本体管２の先端部の変位を算出して軌跡
又は本体管２の傾斜を求めるようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、軟弱地盤などにおい
てセメントスラリー等を注入して強固な柱状地層を形成
することにより地盤を改良するための地盤改良機に関
し、詳しくは、セメントスラリー等を注入するための本
体管を地中に貫入する際に、主としてその先端部の軌跡
や本体管の傾斜度を検出する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば軟弱地盤上に建物や地下建造物
を構築する場合、中空の本体管の周囲に、本体管と平行
に複数本の回転駆動軸をそれぞれ回動自在に配設し、各
回転駆動軸の先端部に掘削翼と撹拌翼とを固設し、回転
駆動軸を回転させて掘削しながら軟弱地盤中のかなり深
い位置まで貫入したのち、本体管の先端部からセメント
スラリー等を地盤中に注入しつつ撹拌翼で軟弱土を撹拌
しつつ、地盤改良機を徐々に引き上げることによって軟
弱土とセメントスラリー等を混合撹拌し、固化させて強
固な柱状地層を所定の間隔をあけて形成している。しか
し、本体管を貫入する深さが、通常、５０〜７０ｍに及
ぶため、本体管が傾斜したり、撓んだりして本体管の地
面の貫入位置と地盤中の本体管先端位置とで位置ずれる
が生じることがある。こうした位置ずれは、地盤改良工
事を行ううえで、正確に把握しておかねばならない。

【０００３】そこで、従来は上記した種類の地盤改良機
において本体管の傾斜角を検出する装置が使用されてお
り、たとえば特公昭５８−４４９６３号公報に記載の装
置がある。この検出装置は、中空の本体管内に測定管を
その上端面の中心点と下端面の中心点をそれぞれ支点と
して支持するとともに、本体管内に測定管の自重による
撓みを除ける程度の比重の液体を充填し、測定管の上端
部に二方向傾斜検出器を取り付けた構造からなる。この
構造により、本体管の上端部の傾斜角ではなく本体管の
上端面中心と下端面中心とを結ぶ直線の傾斜角が検出で
きる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た公報に記載の地盤改良機の本体管傾斜検出装置では、
次のような点で改良の余地がある。

【０００５】測定管は通常、ガラス管で形成された
中空構造で、本体管内に配装され、その長さは本体管と
ほぼ等しいから、本体管の撓みが大きくなると、測定管
に本体管の内壁面が当たって測定管が破損したりする。
つまり、本体管の許容される屈曲変形寸法は、最大で本
体管の内径の略１／２で、一般的に[数値を記入して下
さい]ｍｍ程度と比較的小さいから、本体管の傾斜角度
を測定可能な本体管の撓み量に制約がある。

【０００６】本体管内に長尺（数十メートル）の測
定管を鉛直に挿入したり、本体管内に液体を充填した
り、その液体の比重を調整したりする準備作業に手間が
かかるため、作業能率が悪い。

【０００７】地盤改良機を地盤中に貫入する作業の
ときに、地面の上方に本体管が露出している間は、主に
風の影響を受けて本体管が撓んだりするので、傾斜角を
正確に検出しにくい。

【０００８】本体管の上端と下端との間の全体的な
傾斜状態しか把握できない、いいかえれば本体管の全体
にわたる撓み状態は把握できない。

【０００９】地盤改良機を所定の深さまで貫入した
状態でしか本体管の傾斜を検出できないので、貫入途中
で本体管の傾斜方向や角度を修正することができない。

【００１０】この発明は上述の点に鑑みなされたもの
で、地盤改良機の本体管の軌跡又は傾斜検出装置におい
て、本体管の撓みが大きくなっても破損箇所がなく、
機械の設置や準備作業が簡単で、本体管が地面上方
に露出している場合でも風等の影響を受けにくく、本
体管の各分割位置における位置ずれも把握できるように
することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した〜の目的を
達成するためにこの発明の地盤改良機の本体管の軌跡検
出装置は、a)地面から地中に貫入される地盤改良機の中
空の本体管内の先端部に、移動体の角加速度又は変位量
を検出可能なジャイロを装備するとともに、前記本体管
の先端部の深度（掘削距離）を計測する計測器を設け、
b)前記ジャイロにより計測される地面の本体管貫入位置
を基準にした水平面上における前記本体管の先端部の変
位（方向を含む）と、前記計測器により計測される本体
管の先端部の深度とから、演算処理装置により前記本体
管の先端部の変位を算出して軌跡又は本体管の傾斜を求
めるようにしている。

【００１２】上記したの目的を達成するために請求項
２記載のように、請求項１記載の装置において、c)前記
ジャイロを、前記本体管の先端部以外にも長さ方向に距
離をあけて複数個装備し、前記本体管の全体的な軌跡を
求めるようにすることができる。

【００１３】上記したとの目的を達成するためにこ
の発明の地盤改良機の本体管の傾斜検出装置は、請求項
３記載のように、A)地面から地中に貫入される地盤改良
機の中空の本体管内の先端部の中心に反射板を取り付
け、B)前記本体管内の基端部中心に、前記反射板にレー
ザー光などを発光しかつその反射光を受光する発光・受
光装置を傾動自在に支持するとともに、その発光・受光
装置を前記反射光を受光する方向に自動的に傾動操作す
る自動傾動装置を装備し、C)前記発光・受光装置の傾斜
方向および角度に基づいて前記本体管の傾斜を求めるよ
うにしている。

【００１４】請求項４記載のように、請求項３記載の装
置において、D)前記反射板に代えて前記本体管内の先端
部の中心に、前記本体管基端側の前記発光・受光装置と
共通の構造からなる第２の発光・受光装置を前記発光・
受光装置に相対向しかつ傾動自在に支持するとともに、
前記第２の発光・受光装置を相対向する前記発光・受光
装置からのレーザー光を受光する方向に自動的に傾動操
作する自動傾動装置を装備することが好ましい。

【００１５】上記したとの目的を達成するために、
請求項５記載のように、1)地面から地中に貫入される地
盤改良機の中空の本体管内の先端部の中心に十字状の反
射板を取り付け、2)前記本体管内の基端部中心に、前記
反射板に対しレーザー光などを発光しかつその反射光を
受光する発光・受光装置を前記反射板の直交する二方向
に沿って傾動自在に支持するとともに、前記発光・受光
装置を前記二方向に自動的に傾動操作する自動傾動装置
を装備し、3)前記発光・受光装置が反射光を受光したと
きの前記二方向の各傾斜角度を検出し、その傾斜角度に
基づいて前記本体管の傾斜を求めるようにしてもよい。

【００１６】上記したの目的を達成するために請求項
６記載のように、請求項５記載の装置において、4)前記
本体管を長手方向に複数に分割して、各分割管を接続可
能に構成し、5)前記各分割管内の先端中心に十字状の反
射板を取り付けるとともに、前記各分割内の基端中心
に、対応する前記反射板に対しレーザー光などを発光し
かつその反射光を受光する発光・受光装置を、前記反射
板の直交する二方向に沿って傾動自在に支持するととも
に、前記発光・受光装置を前記二方向に自動的に傾動操
作する自動傾動装置を装備することができる。

【００１７】上記したとの目的を達成するために、
請求項７記載のように、i)地面から地中に貫入される地
盤改良機の中空の本体管内の先端部のほぼ全体に全方向
反射板を取り付け、ii)前記本体管内の基端部に円周方
向に等間隔に、前記反射板にレーザー光などを発光しか
つその反射光を受光して距離を測定する複数の測距装置
を固定し、iii)前記各測距装置が計測する距離の差に基
づいて前記本体管の撓みを算出して前記本体管の傾斜又
は軌跡を求めるようにしてもよい。

【００１８】

【作用】上記の構成を有する本発明にかかる各請求項に
記載の装置によれば、次のような作用を奏する。

【００１９】(1) 請求項１の装置によれば、本体管内の
先端部のジャイロにより計測しながら改良すべき地盤中
に地盤改良機を貫入していくことにより、ジャイロの角
加速度又は変位量に基づいて基準位置（本体管の地面貫
入位置）に対する水平面上における変位が演算処理装置
により算出されるとともに、計測器によって本体管の先
端部の貫入深度（掘削距離）が計測されることにより、
前記基準位置に対する本体管の先端部の位置の変化、す
なわち本体管先端部の変位が演算処理装置を介して刻一
刻と算出される。そしてその変位を逐次記録していくこ
とにより、本体管先端部の軌跡が検出される。また、本
体管の長さがあらかじめ決められているから、本体管の
先端部の変位が算出されることにより、本体管の傾斜も
必要に応じて逐次算出することができる。なお、上記の
ジャイロによる水平面上における変位の算出は、カーナ
ビゲーションシステムで自動車の走行軌跡（走行方向や
走行距離を含む）を検出するのと全く同様の原理であ
り、公知のものである。

【００２０】地盤中に形成する柱状地層は、地盤改良機
を徐々に引き上げながら本体管の先端部からセメントス
ラリー等を吐出し、軟弱土等と撹拌混合することによっ
て作られるから、本装置により検出される本体管先端部
の軌跡にほぼ一致することになる。したがって、本体管
の傾斜状態を検出するのに比べ、地盤中に形成される柱
状地層の位置や形態などを一層正確に把握できるから、
軟弱地盤等に対し柱状地層を効果的に形成することがで
きる。

【００２１】しかも、本体管内先端部のジャイロには本
体管内を通して配線を接続するだけで、その他には調整
や準備などの作業はほとんど不要である。また、本体管
内でジャイロを保護できれば十分で、本体管の撓み量な
どに制約を受けないうえに、地面上に本体管が露出した
状態でも風などによる影響は皆無である。

【００２２】さらに、本体管の先端部の変位（軌跡）を
リアルタイムで検出できるから、本体管が所定の深さで
達するまでの掘削過程で検出した変位が大きくなり過ぎ
るときには、地盤改良機の掘削方向や掘削角度を修正す
ることもできる。

【００２３】(2) 請求項２の装置によれば、本体管内の
先端部以外の位置にも、ジャイロが設けられ、それらの
ジャイロによって本体管の全長にわたり、たとえば所定
間隔ごとに各位置の変位および軌跡を検出することがで
きるため、本体管の撓み状態を正確に把握できる。この
結果、セメントスラリーの注入・撹拌をより高い精度で
行い得る。

【００２４】(3) 請求項３の装置によれば、軟弱地盤中
の所定深さまで地盤改良機を貫入した状態で、発光・受
光装置によりレーザー光を下向きに発光させ、本体管先
端部の反射板で反射させ、その反射光を発光・受光装置
により受光させて検出する。このとき、本体管が鉛直方
向に対し傾斜したり、本体管が撓んだりしていると、自
動傾動装置を介して発光・受光装置が反射光を受光する
方向に傾斜するから、本体管の上端中心と下端中心とを
結ぶ直線の傾斜度を検出できる。この点では、上記の公
報に記載の従来の検出装置と共通しているが、調整や準
備などの作業がほとんど不要であり、また本体管の撓み
が大きくなって検出できない状態になっても、本体管の
途中は空間で破損される装置が存在しない点で優れてい
る。とくに、従来の検出装置では、本体管の貫入深さに
応じて測定管の長さをあらかじめ決めておく必要がある
が、本発明の場合には、本体管の貫入深さを変更すると
きにも、発光・受光装置の取付位置を本体管の長さに応
じて変更するだけで簡単に対応できる。また本体管の長
さと本体管の傾斜方向およびその角度とによって、本体
管の先端部の変位を算出することもできるから、地盤改
良機を貫入する途中で逐次変位を算出すれば、本体管の
先端部の軌跡も検出できる。

【００２５】(4) 請求項４の装置によれば、本体管が鉛
直方向に対し傾斜したり、本体管が撓んだりしている
と、本体管の先端と基端との二つの発光・受光装置がそ
れぞれ自動傾動装置を介して相互に相手方からの発光を
受光する方向に傾斜するから、本体管の上端中心と下端
中心とを結ぶ直線の傾斜度を検出できる。二つの発光・
受光装置は相互に対向する方向を向き、それぞれ鉛直方
向に対する傾斜角が同一になるから、検出精度が高くな
るとともに、両方の装置で相互に異常をチェックする作
用も有する。

【００２６】(5) 請求項５の装置によれば、本体管内の
基端部に配置した発光・受光装置を自動傾動装置によっ
て先端側の反射板の直交する二方向に沿って傾動させ、
発光・受光装置が反射光を受光したときの前記二方向の
各傾斜角度を検出することによって、請求項３の装置と
同様に本体管の上端中心と下端中心とを結ぶ直線の傾斜
度を検出したり、本体管の先端部の軌跡を検出したりで
きる。とくに、発光・受光装置に市販の一般的な装置を
使用でき、二方向に傾動させる簡単な傾動装置と組み合
わせることにより構成できるから、請求項３の装置に比
べ安価にして上記したのと同様の各作用がある。

【００２７】(6) 請求項６の装置によれば、上記請求項
５の装置による検出を、各分割管ごとに行うことによっ
て各分割管の傾斜や撓みを検出することができ、本体管
の全体にわたる撓みや検出状態をより正確に検出できる
から、セメントスラリー等の注入・撹拌を高い精度で行
い得る。なお、各分割管の接続箇所は堅固に締結され、
変形しにくいので、各分割管の撓みを検出することにな
る。

【００２８】

【実施例】以下、この発明にかかる地盤改良機の本体管
の軌跡・傾斜検出装置の実施例をそれぞれ図面に基づい
て説明する。

【００２９】Ａ．請求項１および２に対応する装置につ
いて：図１(ａ)は本発明の実施例にかかる本体管の軌跡
・傾斜検出装置Ａを備えた地盤改良機の正面図、図１
(ｂ)は先端部分の拡大断面図と地上側の設備を示す概要
図である。

【００３０】図１に示すように、地盤改良機１は中空の
本体管２を中心にして両側にそれぞれ回転駆動軸３を備
えている。本体管２および各回転駆動軸３の上端部は地
盤改良機本体１ａに支持され、各回転駆動軸３は本体管
２から側方に延設された複数の軸受４に回動自在に支持
され、本体１ａの上端に装備されたモータ５およびその
下方に装備された減速機６を介して回転する。回転駆動
軸３の下端は下向きに尖っており、一対の掘削兼撹拌翼
７が上下に間隔をあけかつ９０゜方向を変えて回転駆動
軸３の下端部に固設されている。本体管２は下端が円錐
状に下向きに尖っており、本例では長さ方向に５つに分
割され、各分割管２ａが堅固に結合されている。なお、
上記した地盤改良機１の構造は公知である。

【００３１】本体管２内の先端部には、平坦な円形の底
板８が嵌着され、この底板８上の中心部に、本例では圧
電音片型の振動ジャイロ１１が装着されている。そし
て、振動ジャイロ１１からリード線１２が本体管２内お
よび上端の挿通孔２ｂを通して外部へ導かれ、演算処理
装置１３に接続されている。また、地盤改良機１は、地
上に設置される掘削装置（図示せず）を介して地盤中に
漸次貫入されていくが、このときの掘削速度もしくは掘
削深さを計測する計測器１４が内蔵され、この計測器１
４と演算処理装置１３がリード線１５で接続されてい
る。

【００３２】振動ジャイロ１１は、公知のように、振動
している物体に回転角速度を加えると、その振動地直角
方向にコリオリ力が生じるという力学的原理を利用した
もので、いいかえれば振動子の中心軸に回転角速度を加
えると、その振動の方向と直角方向にコリオリ力が生
じ、その直角方向の軸に張り合わせた圧電磁器により回
転角速度を検出する構造からなっている。本発明の場
合、図２に示すように、振動ジャイロ１１はｘ・ｙ二方
向の角速度、つまり水平面上における本体管２の先端部
の変位を検出して演算処理装置１３へ変位量（(α_x)²＋
(α_y)²）^1/2を出力し、計測器１４は本体管２（地盤改
良機１）の鉛直方向の掘削距離（△ｚ）を計測して演算
処理装置１３へ出力する。演算処理装置１３は、水平面
上における本体管２の先端部の変位量（(α_x)²＋
(α_y)²）^1/2と本体管２（地盤改良機１）の掘削距離
（△ｚ）とから、本体管２の先端部の変位量（(α_x)²＋
(α_y)²＋(△ｚ)²）^1/2を算出する。さらに、演算処理装
置１３は逐次その変位量（(α_x)²＋(α_y)²＋(△ｚ)²）
^1/2を積分処理することによって、本体管２の先端部の
軌跡を算出する。

【００３３】したがって、たとえば演算処理装置１３に
付属のディスプレイ（図示せず）に本体管２の先端部の
軌跡を表示したり、メモリーに記憶させたりすることが
できる。また、本体管２の地面上の貫入位置や本体管２
の長さ（本例では、７０ｍ）から、本体管２の先端部の
軌跡に基づいて本体管２の傾斜方向や傾斜角度を逐次算
出することもできる。

【００３４】この結果、本体管２の先端部からホース
（図示せず）を介してセメントスラリーなどを軟弱地盤
中に吐出させ、掘削兼撹拌翼７を回転させながら地盤改
良機１を徐々に引き上げることにより、軟弱土とセメン
トスラリーなどを混合撹拌し、固化させて強固な柱状地
層（一種のコンクリート柱）を形成する際に、柱状地層
の位置や形態などを正確に把握できるから、地盤改良工
事を効率よく確実に遂行することができる。また、貫入
作業途中で、本体管２の先端部の軌跡から変位が大きく
なり過ぎる傾向があれば、地盤改良機１による掘削方向
を積極的に鉛直方向に規制して本体管２の傾斜や位置ず
れを修正することも可能である。さらに本体管２の先端
部だけでなく、長手方向に所定の間隔をあけて振動ジャ
イロ１１を複数個装着しておけば、本体管２の全体的な
軌跡を算出することも可能になる。

【００３５】Ｂ．請求項３および４に対応する装置につ
いて：図３(ａ)は本発明の本体管の軌跡・傾斜検出装置
Ｂの実施例を示す、一部を省略した正面図、図３(ｂ)は
先端部分のＡ−Ａ線断面図である。図４(ａ)は自動傾動
装置を備えた発光・受光装置を下方から見た斜視図、図
４(ｂ)は発光・受光装置のヘッドの詳細を示す原理図、
図５(ａ)は本体管が傾斜せずかつ撓みがない場合の発光
・受光装置の動作を示す説明図、図５(ｂ)は本体管が撓
みあるいは傾斜した場合の発光・受光装置の動作を示す
説明図である。

【００３６】図３に示すように、本体管２内の先端部の
底板８上の中心に円形の反射板２１を設け、この反射板
２１の鉛直上方、すなわち本体管２内の上端面９の中心
に、発光・受光装置２２が直交する二方向の軸（ｘ軸・
ｙ軸）を中心に揺動自在に配備されている。

【００３７】発光・受光装置２２は、図４(ｂ)のよう
に、レーザー光を発光しかつその反射光を受光可能なレ
ーザー発振器メインヘッド２２ａを中心にして、メイン
ヘッド２２ａと同一の機能を有し外径がやや小さい一対
のサブヘッド２２ｂと一対のサブヘッド２２ｃとをそれ
ぞれ直交する両側に一体的に具備し、円管状のケーシン
グ２２ｄに内蔵されている。それらのヘッド２２ａ〜２
２ｃは、図４(ａ)ｎｉ示すように、枠体２３内にＹ軸２
４により揺動自在に枢支され、Ｙ軸２４の一端は枠体２
３に固設された駆動モータ２５に接続されている。ま
た、本体管２内の上端面９に間隔をあけて一対の支持板
２６が固設され、この支持板２６間に枠体２３が一対の
Ｘ軸２７で揺動自在に枢支されている。一方のＸ軸２７
の一端は支持板２６に固設された駆動モータ２８に接続
されている。これらの構成により、発光・受光装置２２
は直交する二方向のｘ軸・ｙ軸を中心に、駆動モータ２
５・２８を介して揺動する。つまり、本例では、符号２
３〜２８で表される構成部材が自動傾動装置を構成す
る。また、図示は省略するが、上記した検出装置Ａと同
様に演算処理装置１３（図１(ｂ)）や本体管２が掘削装
置（図示せず）を介して地盤中に漸次貫入されていくと
きの掘削速度もしくは掘削深さを計測する計測器１４
（図１(ｂ)）が装備されている。

【００３８】なお、図３では本体管２の一部を示してい
るが、実際には図１に示した回転駆動軸３などの、地盤
改良機１としての構成部材を備えている。

【００３９】上記のように構成される本実施例の本体管
の軌跡・傾斜検出装置Ｂでは、以下のようにして本体管
２の撓みや先端部の軌跡などを検出する。すなわち、 (1) 本体管２が地盤中に鉛直方向に貫入されている状態
では、図５(ａ)に示すように、メインヘッド２２ａの発
光部から発光（発振）されたレーザー光が鉛直下方の反
射板２１で反射され、メインヘッド２２ａの受光部で受
光される。このときサブヘッド２２ｂ・２２ｃから発光
されたレーザー光は受光されない。

【００４０】(2) 本体管２が地盤中で鉛直方向に対し傾
斜したり、本体管２に撓みが生じたりしている状態で
は、図５(ｂ)に示すように、サブヘッド２２ｂ（２２
ｃ）からのレーザー光が反射板２１に当たって反射光が
受光されるので、受光したサブヘッド２２ｂ（２２ｃ）
によって本体管２の傾斜方向や撓み方向が検出される。
それから、駆動モータ２５（２８）はメインヘッド２２
ａが反射光を受光する方向に回転し、メインヘッド２２
ａが反射光を受光すると、駆動モータ２５（２８）の回
転が停止する。このときの、駆動モータ２５（２８）の
回転方向および回転角度が外部の演算処理装置１３（図
１(ｂ)）に出力され、本体管２の撓みや傾斜角度が算出
される。また、本体管２の地面の貫入位置を基準にし
て、本体管２の撓みや傾斜角度と、計測器１４（図１
(ｂ)）で計測される本体管２の先端部の掘削距離、本体
管２の長さなどとから、演算処理装置１３によって本体
管２の先端部の変位を算出させたり、軌跡を算出させた
りすることもできる。

【００４１】図６(ａ)は本発明の本体管の軌跡・傾斜検
出装置の他の実施例Ｂ’を示す正面図で本体管が鉛直の
場合を表し、図６(ｂ)は同装置の正面図で、本体管が傾
斜しかつ撓んだ状態を表している。

【００４２】本実施例が上記実施例と相違するところは
次の点である。すなわち、図６(ａ)に示すように、上記
した実施例の発光・受光装置２２のメインヘッド２２ａ
だけを備えた（サブヘッド２２ｂ・２２ｃは省いた）構
造の一対の発光・受光装置３１と３２を、本体管２の上
端面９の中心と底板８の中心に、それぞれ上記実施例と
同一の構造の自動傾動装置（図示せず）を介して配備
し、反射板２１を省いている。その他の構成について
は、上記実施例と共通するので、説明を省略する。

【００４３】そして、本実施例の本体管の軌跡・傾斜検
出装置Ｂ’では、図６(ａ)の状態では、上下に相対向す
る発光・受光装置３１と発光・受光装置３２とが、それ
ぞれ相手方からのレーザー光を受光し、駆動モータ２５
・２８（図４(ａ)）は回転しない。一方、図６(ｂ)の状
態では、発光・受光装置３１と発光・受光装置３２とは
非傾動状態では相手方からのレーザー光を受光できない
から、各装置３１・３２の駆動モータ２５・２８がそれ
ぞれ同期して同一方向に回転し、両方の装置３１と装置
３２とがそれぞれ相手方からのレーザー光を受光する状
態になると、駆動モータ２５・２８が停止する。このと
きの、駆動モータ２５・２８の回転方向および回転角度
が外部の演算処理装置１３（図１(ｂ)）に出力され、本
体管２の撓みや傾斜角度が算出される。とくに、本例で
は、上下の各駆動モータ２５・２８の回転方向および回
転角度は異常がない限り一致するから、いわゆるチェッ
ク機能を有することになり、検出精度が向上する。

【００４４】図７(ａ)は本発明の本体管の軌跡・傾斜検
出装置のさらに別の実施例Ｂ”を示す正面図と先端の受
光素子の平面図で本体管が鉛直の場合を表し、図７(ｂ)
は同装置の正面図と先端の受光素子の平面図で、本体管
が傾斜しかつ撓んだ状態を表している。

【００４５】本実施例が上記実施例と相違するところは
次の点である。すなわち、図７(ａ)に示すように、レー
ザー光を発光（発振）するメインヘッドを備えた発光装
置４１の上端部を、本体管２内の上端面９の中心に全方
向に揺動自在に吊設するとともに、発光装置４１の下部
に錘（図示せず）を取り付け本体管２の傾斜にかかわら
ず常に発光装置４１の下面が鉛直方向下向きになるよう
に構成している。本体管２の先端部の底板８上には、受
光素子４２を網の目状に装着し、発光装置４１からのレ
ーザー光の受光位置を検出できるようにしている。

【００４６】そして、本実施例の本体管の軌跡・傾斜検
出装置Ｂ”では、図７(ａ)の状態では、発光装置４１か
らのレーザー光が、受光素子４２の中心点で受光され、
本体管２に撓みがなくかつ傾斜していないことが検出さ
れる。一方、図７(ｂ)の状態では発光装置４１からのレ
ーザー光が、受光素子４２の中心点から本体管２の撓み
あるいは傾斜と反対方向に偏った位置で受光されること
により、その受光位置に基づいて本体管２の撓みや傾斜
が検出される。本例の場合、駆動モータ２５・２８（図
４(ａ)）などの自動傾動装置が不要であるため、装置の
構造が簡素化される。

【００４７】Ｃ．請求項５および６に対応する装置につ
いて：図８(ａ)は本発明の本体管の軌跡・傾斜検出装置
Ｃの計測原理を説明するための正面図、図８(ｂ)は同装
置の反射板の平面図である。

【００４８】図８(ａ)に示すように、上記した発光・受
光装置２２の円管状のメインヘッド２２ａ（図４(ｂ)）
だけを備えた発光・受光装置５１を、上記した検出装置
Ａ（図１）に示した本体管２内の上端部に直交する二方
向にそれぞれ傾動できるように、上記した自動傾動装置
（図４(ａ)）と同一構造の自動傾動装置（図示せず）を
介して配設する。また本体管２内の先端部の底板８上の
中心部に、図８(ｂ)のように十字状の反射板５２が取り
付けられている。その他に図示は省略するが、演算処理
装置１３（図１(ｂ)）や本体管２が掘削装置（図示せ
ず）を介して地盤中に漸次貫入されていくときの掘削速
度もしくは掘削深さを計測する計測器１４（図１(ｂ)）
は装備されている。なお、本体管２のほかに、実際には
図１(ａ)に示した回転駆動軸３などの、地盤改良機１と
しての構成部材を備えている。

【００４９】上記のように構成される本実施例の本体管
の軌跡・傾斜検出装置Ｃでは、以下のようにして本体管
２の撓みや傾斜や先端部の軌跡などを検出する。すなわ
ち、発光・受光装置５１がレーザー光を照射しつつ、自
動傾動装置（図示せず）によって反射板５２のＸ方向お
よびＹ方向の二方向に沿って傾動されながら、反射板５
２からの反射光を受光可能な状態になっている。レーザ
ー光を鉛直方向下方に照射した状態で、反射板５２から
の反射光を受光したときには、本体管２は撓みがなくま
た傾斜していない。一方、本体管２が撓んだり、傾斜し
たりすると、発光・受光装置５１が本体管２の撓みある
いは傾斜方向に所定角度傾斜したときに反射板５２から
の反射光を受光するので、このときの傾斜方向と角度を
反射板５２のＸ方向およびＹ方向についてそれぞれ自動
傾動装置（図示せず）で検出することにより、本体管２
の撓みや傾斜状態が検出される。また本体管２の地面の
貫入位置を基準にして、本体管２の撓みや傾斜角度と、
計測器１４（図１(ｂ)）で計測される本体管２の掘削距
離、本体管２の長さなどから、演算処理装置１３（図１
(ｂ)）によって本体管２の先端部の変位を算出させた
り、軌跡を算出させたりすることもできる。

【００５０】図９は本発明にかかる本体管の軌跡・傾斜
検出装置の他の実施例Ｃ’を示す正面図である。本実施
例と上記実施例との相違は、本体管２を長手方向に複数
（６本）に分割し、各分割管２ａの先端（下端）を底板
８ａで塞ぎ、各分割管２ａの相対応する分割面の周囲に
フランジ２ｄを一体に形成し、フランジ２ｄ同士を接合
してネジ２ｅで結合することにより各分割管２ａを接続
可能に構成したこと、および、各分割管２ａ内の底板８
・８ａ上側の中心に十字状の反射板５２をそれぞれ取り
付けるとともに、各分割管２ａ内の上端面９および底板
８ａ下側の中心に、それぞれ発光・受光装置５１を、反
射板５２の直交する二方向にそれぞれ傾動できるよう
に、自動傾動装置（図示せず）を介して配設したことで
ある。

【００５１】この構成により本実施例の装置では、本体
管２の地盤内貫入時に生じる主に撓みを各分割管２ａご
とに検出し、その検出結果から本体管２全体の撓みや傾
斜を検出することができる。また本体管２の先端部の変
位や軌跡とともに、各分割管２ａの先端の変位や軌跡を
検出することもできる。なお、各分割管２ａの接続箇所
は、フランジ２ｄ同士の接合により締結固定されている
ので、撓みや変形はほとんど生じない。

【００５２】上記に各請求項に記載の発明についての実
施例を示したが、本発明の地盤改良機の本体管の軌跡・
傾斜検出装置は、以下のように実施することもできる。

【００５３】(a) 発光・受光装置あるいは発光装置で照
射する光は、レーザー光のほかに、たとえば赤外線でも
よく、超音波でもよい。

【００５４】(b) 発光・受光装置と反射板とを組み合わ
せる代わりに、上記実施例でも示したように、発光・受
光装置に代えて発光装置を使用し、反射板に代えて受光
位置を検出可能な受光素子を使用してもよい。

【００５５】(c) 振動ジャイロ（振動している物体に回
転角速度を加えると、その振動と直角方向にコリオリ力
が生じるという力学現象を利用して変位を測定）がコン
パクトで取り扱いが容易である利点があることから、上
記実施例で採用したが、そのほかに、コマ式ジャイロ
（ジャイロスコープの原理を応用したもので、高速で回
転するコマの軸が地球の自転の力に感応して、常に南北
を指すことを利用して変位を測定）や光ファイバージャ
イロ（光を利用したジャイロで、レーザー光を右回りと
左回りに同時に発射し受光すると、回転したときにはサ
ニアック効果が現れること利用して、角度（変位）を測
定）なども使用できる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
この発明の地盤改良機の本体管の軌跡・傾斜検出装置に
は、次のような効果がある。

【００５７】(1) 請求項１の装置によれば、本体管内の
先端部の変位を刻一刻と算出でき、またその変位を逐次
記録していくことによって、本体管先端部の軌跡も検出
できる。さらに、本体管の傾斜も必要に応じて逐次検出
できる。したがって、地盤中に形成する柱状地層の位置
や方向などを一層正確に把握できるので、軟弱地盤等に
対し柱状地層を効果的に形成できる。そのほか、本体管
の軌跡や傾斜を検出するための調整や準備などの作業は
ほとんど不要で、作業が簡単であるうえに、本体管の撓
み量などに制約を受けず、しかも地面上に本体管が露出
した状態でも風などによる影響を受けない。また、本体
管の先端部の変位をリアルタイムで検出できるので、本
体管の先端部の変位が大きくなり過ぎるときには、掘削
途中で地盤改良機の掘削方向や掘削角度を修正すること
ができる。

【００５８】(2) 請求項２の装置によれば、請求項１の
装置において本体管内の先端部だけでなく本体管の所定
間隔ごとに各位置の変位および軌跡を検出できるので、
本体管の撓み状態を正確に把握でき、セメントスラリー
等の注入・撹拌をより高い精度で行える。

【００５９】(3) 請求項３の装置によれば、調整や準備
などの作業がほとんど不要であり、また本体管の撓みが
大きくなって検出できない状態になっても、本体管の途
中は空間で破損することがないうえ、本体管の貫入深さ
を変更するときに簡単に対応できる。また本体管の撓み
や傾斜を検出できるだけでなく、本体管の先端部の変位
や軌跡も検出できる。

【００６０】(4) 請求項４の装置によれば、請求項３の
装置よりも検出精度が高くなるとともに、上下の発光・
受光装置で相互に異常をチェックすることもできる。

【００６１】(5) 請求項５の装置によれば、請求項３の
装置と同様に本体管の撓みや傾斜を検出したり、本体管
の先端部の軌跡を検出したりでき、しかも、発光・受光
装置に市販の一般的な装置を使用でき、二方向に傾動さ
せる簡単な傾動装置と組み合わせることにより構成でき
るから、請求項３の装置に比べ製造コストを低減でき
る。

【００６２】(6) 請求項６の装置によれば、上記請求項
５の装置による検出を、各分割管ごとに行うことによっ
て各分割管の傾斜や撓みを検出することができ、本体管
の全体にわたった撓みや傾斜状態をより正確に検出でき
るので、地盤改良工事をより高い精度で行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１(ａ)は本発明の実施例にかかる本体管の軌
跡・傾斜検出装置Ａを備えた地盤改良機の正面図、図１
(ｂ)は先端部分の拡大断面図と地上側の設備を示す概要
図である。

【図２】図２(ａ)および(ｂ)はそれぞれ振動ジャイロに
よる本体管２の先端部の変位を検出するための原理を説
明するための図面（斜視図）である。

【図３】図３(ａ)は本発明の本体管の軌跡・傾斜検出装
置Ｂの実施例を示す、一部を省略した正面図、図３(ｂ)
は図３(ａ)の先端部分のＡ−Ａ線断面図である。

【図４】図４(ａ)は自動傾動装置を備えた発光・受光装
置を下方から見た斜視図、図４(ｂ)は発光・受光装置の
ヘッドの詳細を示す原理図である。

【図５】図５(ａ)は本体管が傾斜せずかつ撓みがない場
合の発光・受光装置の動作を示す説明図、図５(ｂ)は本
体管が撓みあるいは傾斜した場合の発光・受光装置の動
作を示す説明図である。

【図６】図６(ａ)は本発明の本体管の軌跡・傾斜検出装
置の他の実施例Ｂ’を示す正面図で本体管が鉛直の場合
を表し、図６(ｂ)は同装置の正面図で、本体管が傾斜し
かつ撓んだ状態を表している。

【図７】図７(ａ)は本発明の本体管の軌跡・傾斜検出装
置のさらに別の実施例Ｂ”を示す正面図と先端の受光素
子の平面図で本体管が鉛直の場合を表し、図７(ｂ)は同
装置の正面図と先端の受光素子の平面図で、本体管が傾
斜しかつ撓んだ状態を表している。

【図８】図８(ａ)は本発明の本体管の軌跡・傾斜検出装
置Ｃの計測原理を説明するための正面図、図８(ｂ)は同
装置の反射板の平面図である。

【図９】図９は本発明にかかる本体管の軌跡・傾斜検出
装置の他の実施例Ｃ’を示す正面図である。

【符号の説明】

Ａ・Ｂ・Ｂ'・Ｂ"・Ｃ・Ｃ' 軌跡・傾斜検出装置１地盤改良機２本体管２ａ分割管３回転駆動軸１１振動ジャイロ１３演算処理装置１４計測器２１反射板２２・３１・３２・５１発光・受光装置２５・２８駆動モータ４１発光装置４２受光素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地面から地中に貫入される地盤改良機の
中空の本体管内の先端部に、移動体の角加速度又は変位
量を検出可能なジャイロを装備するとともに、前記本体
管の先端部の深度（掘削距離）を計測する計測器を設
け、前記ジャイロにより計測される地面の本体管貫入位置を
基準にした水平面上における前記本体管の先端部の変位
（方向を含む）と、前記計測器により計測される本体管
の先端部の深度とから、演算処理装置により前記本体管
の先端部の変位を算出して軌跡又は前記本体管の傾斜を
求めるようにしたことを特徴とする地盤改良機の本体管
の軌跡・傾斜検出装置。
【請求項２】前記ジャイロを、前記本体管の先端部以
外にも長さ方向に距離をあけて複数個装備し、前記本体
管の全体的な軌跡を求めるようにした請求項１記載の地
盤改良機の本体管の軌跡・傾斜検出装置。
【請求項３】地面から地中に貫入される地盤改良機の
中空の本体管内の先端部の中心に反射板を取り付け、前記本体管内の基端部中心に、前記反射板にレーザー光
などを発光しかつその反射光を受光する発光・受光装置
を傾動自在に支持するとともに、その発光・受光装置を
前記反射光を受光する方向に自動的に傾動操作する自動
傾動装置を装備し、前記発光・受光装置の傾斜方向および角度に基づいて前
記本体管の傾斜を求めるようにしたことを特徴とする地
盤改良機の本体管の軌跡・傾斜検出装置。
【請求項４】前記反射板に代えて前記本体管内の先端
部の中心に、前記本体管基端側の前記発光・受光装置と
共通の構造からなる第２の発光・受光装置を前記発光・
受光装置に相対向しかつ傾動自在に支持するとともに、
前記第２の発光・受光装置を相対向する前記発光・受光
装置からのレーザー光を受光する方向に自動的に傾動操
作する自動傾動装置を装備した請求項３記載の地盤改良
機の本体管の軌跡・傾斜検出装置。
【請求項５】地面から地中に貫入される地盤改良機の
中空の本体管内の先端部の中心に十字状の反射板を取り
付け、前記本体管内の基端部中心に、前記反射板に対しレーザ
ー光などを発光しかつその反射光を受光する発光・受光
装置を前記反射板の直交する二方向に沿って傾動自在に
支持するとともに、前記発光・受光装置を前記二方向に
自動的に傾動操作する自動傾動装置を装備し、前記発光・受光装置が反射光を受光したときの前記二方
向の各傾斜角度を検出し、その傾斜角度に基づいて前記
本体管の傾斜を求めるようにしたことを特徴とする地盤
改良機の本体管の軌跡・傾斜検出装置。
【請求項６】前記本体管を長手方向に複数に分割し
て、各分割管を接続可能に構成し、前記各分割管内の先端中心に十字状の反射板を取り付け
るとともに、前記各分割内の基端中心に、対応する前記
反射板に対しレーザー光などを発光しかつその反射光を
受光する発光・受光装置を、前記反射板の直交する二方
向に沿って傾動自在に支持するとともに、前記発光・受
光装置を前記二方向に自動的に傾動操作する自動傾動装
置を装備した請求項５記載の地盤改良機の本体管の軌跡
・傾斜検出装置。