JPH09303072A - 掘削孔心位置計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波側壁測定装置を用いて掘削孔の孔心位
置を計測すると、装置のセッティングに労力を要し、掘
削作業の効率は悪化した。 【解決手段】 孔心位置計測装置のセッティングは、ア
ースドリルのケリーバ１１の先端に装着されているドリ
リングバケットを取り外し、ケリーバ１１の先端に、バ
ケットに代えて水平位置検出機１３をピン１４によって
取り付けることによって簡単に行える。従って、排土作
業のためにドリリングバケットを掘削孔１２から引き出
す必要があり、孔心位置計測装置を再セッティングしな
ければならない場合にも、ケリーバ１１の先端に水平位
置検出機１３をピン１４によって単に取り付け直すだけ
で済む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、土木建設作業等に
よって地盤に掘られる掘削孔の孔心位置を計測する掘削
孔心位置計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の掘削孔の鉛直度は、掘削孔の孔
心位置が計測されて求められている。従来、この掘削孔
心位置の計測には、主として超音波側壁測定装置やレー
ザ変位計が用いられている。

【０００３】超音波側壁測定装置を用いた孔心位置計測
装置においては、地盤に掘られた掘削孔の孔口に架台が
設けられ、この架台から鉛直に位置検出機が降下させら
れる。位置検出機は、所定の探査深度ｈにおいて超音波
を出力し、この超音波が掘削孔の側壁面に衝突して戻る
反射波を検出する。そして、この反射波に基づき、検出
機自身と側壁面との間の距離を計測する。この距離は、
図６の平面図に示すように、位置検出機１の周りの３方
向の距離ｌa ，ｌb ，ｌc について計測される。ここ
で、同図において実線で示す円は、探査深度ｈ＝Ｈにお
ける掘削孔の側壁２を表しており、また、点線で示す円
は、深度ｈがほぼ零の掘削孔口付近における側壁３を表
している。同図に示すように掘削孔の孔心位置は、掘削
孔口付近と探査深度Ｈとではずれている。掘削孔の鉛直
度Ｖはこの孔心位置のずれから算出され、次の（１）式
で表される。

【０００４】 Ｖ＝Ｆ1 （ｌa ，ｌb ，ｌc ，ｈ） …（１）

【０００５】この（１）式は、掘削孔の鉛直度Ｖは、掘
削孔側壁および位置検出機中心間の距離ｌa ，ｌb ，ｌ
c と、探査深度ｈとをパラメータとする関数Ｆ1 で表さ
れることを意味している。

【０００６】また、レーザ変位計を用いた孔心位置計測
装置は地下連続壁工法に使用されており、掘削孔口に設
置された架台からのワイヤが掘削機にかけられて構成さ
れている。このワイヤの変位量が架台に設けられたレー
ザ変位計で検出され、掘削機の変位が求められる。つま
り、図７の断面図に示すように、精度管理架台５に設置
されたレーザ変位計６ａ，ｂにより、基準点用ワイヤロ
ープ７ａ，検出用ワイヤロープ７ｂのそれぞれのＸ方向
およびＹ方向の各変位量が計測される。また、これと同
時に掘削機本体８の傾斜角θが掘削機本体８に内蔵され
た傾斜計によって計測される。計測されたこれらの両デ
ータに基づき、探査深度ｈにおける掘削機ドラムカッタ
中心の変位量ΔがＸ，Ｙ方向について算出され、掘削機
ドラムカッタ中心での実際の掘削位置Ｘ，Ｙが求められ
る。掘削孔の鉛直度Ｖは、この掘削位置Ｘ，Ｙ、掘削機
本体傾斜角θおよび探査深度ｈをパラメータとする関数
Ｆ2 として、次の（２）式で表される。

【０００７】 Ｖ＝Ｆ2 （Ｘ，Ｙ，θ，ｈ） …（２）

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アース
ドリル等によって掘削孔を掘り進める場合には、ドリリ
ングバケット等の掘削部に土砂が溜まるため、この土砂
を排土するため、掘削作業の最中にバケット等を掘削孔
から一旦引き出す必要がある。このため、アースドリル
等によって掘られる掘削孔の孔心位置を上記従来の超音
波側壁測定装置を用いて計測する場合には、この排土作
業をする際、掘削孔口に一旦設置した架台を移動させな
ければならない。従って、掘削孔の孔心位置を再度計測
する場合には、架台を設置し直し、さらに超音波側壁測
定装置を改めて再セッティングしなければならない。こ
の架台の再設置の際には、計測データを以前と同一条件
で採取するため、以前に設置されていた元の位置と同じ
位置に正確に架台を設置し直す必要がある。また、超音
波側壁測定装置の再セッティングの際には、掘削孔に降
下させる位置検出機を架台にかけ直したり、掘削孔口近
辺の地上に各種計測機器を再設置し、各機器間の配線接
続もし直す必要がある。

【０００９】よって、掘削を進めて深い孔を掘るには、
架台の正確な再設置作業および超音波側壁測定装置の煩
雑な再セッティング作業を繰り返して行わなければなら
ず、多大な労力を要した。この結果、超音波側壁測定装
置を用いた上記従来の孔心位置計測装置を使用しながら
掘削を進める作業は、効率が悪かった。また、作業現場
の地盤は必ずしも平坦ではなく、傾斜している場合もあ
る。従って、上記のセッティング作業は、作業現場の環
境によっては更に手間のかかる作業となる。

【００１０】また、上記従来のレーザ変位計を用いた孔
心位置計測装置においては、掘削作業を進めながらリア
ルタイムに掘削孔の鉛直度を検出することが出来る。し
かしながら、孔心位置のずれを検出するための検出用ワ
イヤロープ７ｂを掘削機８の上端部に接続する必要があ
る。このため、ドリリングバケットといった掘削機自体
が回転するものに、この検出用ワイヤロープ７ｂを接続
することは困難である。従って、上記従来のレーザ変位
計を用いた孔心位置計測装置は、アースドリルといった
掘削機械に適用することは出来ない。また、レーザ変位
計からなる計測装置は高価であった。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明はこのような課題
を解決するためになされたもので、鉛直方向に伸びて掘
削孔内に進入する伸縮軸の先端に取り付けられ、水平方
向における位置を検出する水平位置検出手段と、この水
平位置検出手段の深度を検出する深度検出手段と、水平
位置検出手段を掘削孔の孔心に強制的に移動させる移動
手段とを備え、掘削孔心位置計測装置を構成した。

【００１２】このような構成において、水平位置検出手
段は移動手段による掘削孔孔心までの水平方向移動距離
を検出する。掘削孔の鉛直度は、異なる探査深度で検出
されたこの水平方向移動距離に基づいて算出される。

【００１３】また、孔心位置計測装置のセッティング
は、伸縮軸の先端に装置を単に取り付けるだけで済む。

【００１４】また、伸縮軸をアースドリルのケリーバと
することにより、孔心位置計測装置は掘削機自体が回転
するアースドリルに適用することが出来る。また、レー
ザ変位計といった高価な検出機を用いることなく、計測
装置は構成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施形態による
掘削孔心位置計測装置について説明する。

【００１６】図１は本実施形態による掘削孔心位置計測
装置の概略構成を示しており、同図（ａ）はその側面
図，同図（ｂ）は平面図である。

【００１７】ケリーバ１１は、図示しないアースドリル
のブーム先端からケリーロープによって吊り下げられて
いる。このケリーバ１１は鉛直方向に伸びて掘削孔１２
内に進入する伸縮軸を構成している。掘削孔１２の内部
に進入するケリーバ１１の下端には、ドリリングバケッ
トといった掘削機の替わりに、水平位置検出機１３がピ
ン１４によって取り外し自在に装着されている。この水
平位置検出機１３は、自身が外力によって移動した場
合、その移動量を求めるのに必要な情報を得るためのセ
ンサや機器を内蔵しており、その中心の水平方向におけ
る位置を検出する。また、この水平位置検出機１３の周
囲にはスタビライザ１５が取り付けられている。このス
タビライザ１５は水平位置検出機１３を掘削孔１２の孔
心に強制的に移動させる移動手段を構成している。

【００１８】スタビライザ１５は、水平位置検出機１３
の３方の周囲から水平方向に均等に張り出す張出し機構
を構成する３本のアーム１５ａ〜ｃを備えている。各ア
ーム１５ａ〜ｃは、Ｘ字状に組まれた伸縮腕とこの伸縮
腕の端部に取り付けられた緩衝板とからなり、これら緩
衝板を水平位置検出機１３を中心に均等に伸縮移動させ
る。各アーム１５ａ〜ｃが水平位置検出機１３を中心に
伸びて均等に張り出し、各緩衝板が掘削孔１２の側壁に
当接すると、水平位置検出機１３は掘削孔１２の孔心に
強制的に移動させられる。水平位置検出機１３はスタビ
ライザ１５によるこの移動によって受ける水平方向の加
速度を加速度センサによって検出し、検出したこの加速
度に基づいて後述のように自身の水平方向における位置
を検出する。

【００１９】また、ケリーバ１１に固定されたテーブル
１６にはドラム１７が取り付けられており、このドラム
１７には深度検出用ワイヤロープ１８が巻き取られてい
る。この深度検出用ワイヤロープ１８の端部は、ケリー
バ１１の下端に取り付けられたロープ支持材１９に係止
されている。このロープ支持材１９は、水平位置検出機
１３と共にピン１４によってケリーバ１１の先端に取り
外し自在に取り付けられている。また、ドラム１７に
は、深度検出用ワイヤロープ１８に張力を与え、この張
力を一定に保つ機構が備えられている。従って、この深
度検出用ワイヤロープ１８の繰出し長さを計測すること
により、水平位置検出機１３の掘削孔口からの深度ｈが
検出される。

【００２０】このような構成において、掘削孔１２の鉛
直度の算出には、図２に示す、掘削孔１２の孔口付近の
深度ｈがほぼ零の地点と、鉛直度を調べようとする深度
ｈ＝Ｈの地点との２点における、それぞれの孔心位置が
計測される。

【００２１】孔心位置の計測の際には、ケリーバ１１が
掘削孔１２内に進入し、水平位置検出機１３が所定の深
度に達した時点でケリーバ１１の伸長が停止される。ス
タビライザ１５は、掘削孔１２内を降下している最中に
は、各アーム１５ａ〜ｃが縮められている。図３（ａ）
は、ケリーバ１１の伸長が停止され、水平位置検出機１
３が所定深度ｈに静止している状態で掘削孔１２を覗い
た平面図である。この所定深度ｈはほぼ零の深度と、ｈ
＝Ｈの深度とに設定される。

【００２２】目標深度で水平位置検出機１３の降下が停
止されると、スタビライザ１５の各アーム１５ａ〜ｃが
伸ばされ、各アーム１５ａ〜ｃは水平位置検出機１３を
中心に均等に周囲に張り出す。各アーム１５ａ〜ｃのこ
の張り出しにより、水平位置検出機１３は図３（ｂ）に
示すように掘削孔１２の孔心に強制的に移動させられ
る。この結果、水平位置検出機１３の中心はＡ地点から
Ｂ地点までの距離Ｌを移動する。この距離Ｌは、直交す
るｘ方向およびｙ方向において、ΔＸ成分とΔＹ成分と
に分けられる。

【００２３】水平位置検出機１３には図４に示す加速度
センサ２０ａ，２０ｂが内蔵されている。各加速度セン
サ２０ａ，２０ｂは、スタビライザ１５による移動によ
って水平位置検出機１３が受けるｘ方向の加速度ａx ，
ｙ方向の加速度ａy を検出する。同図に示すグラフは、
横軸ｘが水平位置検出機１３の中心のｘ方向変位量Δ
Ｘ，縦軸ｙが水平位置検出機１３の中心のｙ方向変位量
ΔＹを示している。また、グラフの原点に位置する点Ａ
は図３（ｂ）の地点Ａに相当し、グラフの点Ｂは図３
（ｂ）の地点Ｂに相当している。これら点Ａと点Ｂとを
結ぶ曲線は、水平位置検出機１３の中心の移動の軌跡を
表している。この軌跡は、各加速度センサ２０ａ，ｂに
よって検出された各方向の加速度ａx ，ａy を合成する
ことによって得られる。

【００２４】点Ａおよび点Ｂ間の直線距離Ｌは、各変位
量ΔＸ，ΔＹを用いて次の（３）式によって算出され
る。この演算は水平位置検出器１３に内蔵された演算装
置によって行われる。

【００２５】

【数１】

【００２６】ここで、ΔＸ，ΔＹは、加速度センサ２０
ａ，ｂによって検出される各加速度ａx ，ａy を、次の
（４）式，（５）式のようにそれぞれ２回積分すること
によって求められる。この積分は水平位置検出機１３に
内蔵された積分器によって行われる。

【００２７】

【数２】

【００２８】この距離Ｌの計測は前述のように２箇所の
深度ｈで行われ、図５に示すように、掘削孔１２の孔口
付近の深度ｈがほぼ零の地点では、距離Ｌ1 が計測され
る。また、深度ｈ＝Ｈの地点では距離Ｌ2 が計測され
る。同図に示す垂線２１は掘削孔１２の深度ｈ＝０の孔
口の中心から降ろした垂線であり、掘削孔１２の鉛直方
向を示している。各距離Ｌ1 ，Ｌ2 は、各深度ｈにおけ
る掘削孔１２の実際の中心位置とこの垂線２１との間の
距離に相当している。掘削孔１２の鉛直度Ｖは、このよ
うに算出された距離Ｌ1 ，Ｌ2 をパラメータとする関数
Ｆ3 および深度ｈを用いた次の（６）式によって求めら
れる。

【００２９】 Ｖ＝Ｆ3 （Ｌ1 ，Ｌ2 ）／ｈ …（６）

【００３０】このような本実施形態による孔心位置計測
装置のセッティングは、アースドリルのケリーバ１１の
先端に装着されているドリリングバケットを取り外し、
ケリーバ１１の先端に、バケットに代えて水平位置検出
機１３をピン１４によって取り付けることによって簡単
に行える。従って、排土作業のためにドリリングバケッ
トを掘削孔１２から引き出す必要があり、孔心位置計測
装置を再セッティングしなければならない場合にも、ケ
リーバ１１の先端に水平位置検出機１３をピン１４によ
って単に取り付け直すだけで済む。

【００３１】このため、本実施形態による孔心位置計測
装置によれば、従来の超音波側壁測定装置を用いた計測
装置のように、架台を移動して元の位置に正確に再設置
しなければならないといった労力を要する作業は必要と
されない。また、掘削孔１２の孔口に架台を設置するの
が不要となるため、架台を設置する作業現場の地盤の傾
きの影響を受けることもない。よって、作業環境の影響
を受けることなく、常に簡単に計測装置の再セッティン
グが行える。この結果、掘削土を排土するために掘削作
業と計測作業とを繰り返し行っても、各作業に当たって
の装置の再セッティングは上記のようにピン１４の抜き
差しによって簡単に行えるため、掘削作業の作業効率は
飛躍的に向上する。

【００３２】また、レーザ変位計を用いた従来の計測装
置では、掘削機に検出用ワイヤロープを接続しているた
め、掘削機自体が回転するアースドリルに適用すること
はできなかったが、本実施形態のように、掘削孔１２内
に進入する伸縮軸をアースドリルのケリーバ１１とする
ことにより、アースドリルにも簡単に計測装置を適用す
ることが可能となる。また、本実施形態による孔心位置
計測装置は、孔心位置のずれを加速度センサ２０ａ，ｂ
といった安価なセンサによって検出しているため、従来
のレーザ変位計といった高価な検出機を用いる必要はな
い。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、孔
心位置計測装置の再セッティングは、伸縮軸の先端に装
置を単に取り付け直すだけで済む。このため、排土作業
のために掘削機を掘削孔から引き出す必要があっても、
従来のように架台を移動して元の位置に正確に再設置し
なければならないといった必要はなく、伸縮軸の先端に
掘削機に代えて単に計測装置を取り付けるだけで再計測
を行うことが出来る。また、架台が不要となるため、作
業現場の地盤の傾きの影響を受けることもない。よっ
て、作業環境の影響を受けることなく、常に簡単に計測
装置の再セッティングが行え、掘削作業の作業効率は向
上する。

【００３４】また、伸縮軸をアースドリルのケリーバと
することにより、孔心位置計測装置は掘削機自体が回転
するアースドリルに適用することが出来る。また、レー
ザ変位計といった高価な検出機を用いることなく、計測
装置は構成される。このため、アースドリルに適用する
ことの出来る孔心位置計測装置が安価に提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による孔心位置計測装置の
構成を示す側面および平面図である。

【図２】本実施形態による孔心位置計測装置が進入する
掘削孔の断面図である。

【図３】本実施形態による孔心位置計測装置を構成する
水平位置検出機を掘削孔の孔口から覗いた平面図であ
る。

【図４】本実施形態による孔心位置計測装置を構成する
水平位置検出機の中心の軌跡を表すグラフである。

【図５】本実施形態による孔心位置計測装置によって計
測される各深度における掘削孔の孔心位置を示す図であ
る。

【図６】超音波側壁測定装置を用いた従来の孔心位置計
測装置によって計測される掘削孔の平面図である。

【図７】レーザ変位計を用いた従来の孔心位置計測装置
の概略構成を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１１…ケリーバ（伸縮軸） １２…掘削孔 １３…水平位置検出機（水平位置検出手段） １４…ピン １５…スタビライザ（移動手段） １５ａ〜ｃ…アーム １６…テーブル １７…ドラム １８…深度検出用ワイヤロープ（深度検出手段） １９…ロープ支持材 ２０ａ，ｂ…加速度センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉛直方向に伸びて掘削孔内に進入する伸
   縮軸の先端に取り付けられ水平方向における位置を検出
   する水平位置検出手段と、この水平位置検出手段の深度
   を検出する深度検出手段と、前記水平位置検出手段を掘
   削孔の孔心に強制的に移動させる移動手段とを備えて構
   成される掘削孔心位置計測装置。
2. 【請求項２】 前記伸縮軸はアースドリルのケリーバで
   あり、 前記水平位置検出手段は、前記移動手段による移動によ
   って受ける水平方向の加速度を加速度センサによって検
   出し、検出したこの加速度に基づいて水平方向における
   位置を検出し、 前記深度検出手段は、前記水平位置検出手段に一端が取
   り付けられたワイヤの繰出し長さによって深度を検出
   し、 前記移動手段は、前記水平位置検出手段の少なくとも３
   方の周囲から水平方向に均等に張り出す張出し機構によ
   り、前記水平位置検出手段を掘削孔の孔心に強制的に移
   動させることを特徴とする請求項１記載の掘削孔心位置
   計測装置。