JPH0932457A - 掘削・撹拌機の地中先端位置検出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 掘削・撹拌機の地中先端の貫入軌跡の形状と
ネジレ角とを、施工中に刻々検出すること、ディスプレ
ィ及び記録可能にすること、地下施工物の品質評価のた
めの資料を得ること。 【構成】 掘削・撹拌機の地中先端軸部に二方向傾斜計
及びネジレ角の各計測器を設置すると共に、前記軸先端
の地盤中への移動量を計測する深度計を設け、軸先端の
単位移動量毎に前記計測器からの信号を入力・演算する
計算機を備え、その出力をＣＲチューブに表示または記
録可能にすることよりなる掘削・撹拌機の地中先端位置
検出システム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、掘削・撹拌機の地
中先端位置及びネジレ角を工事の進行と共に、順次、検
出して、当該先端の貫入軌跡及び地下施工物の形状を定
量的に計測する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】掘削・撹拌軸、たとえば、深層混合処理
機の撹拌軸の貫入方向は従来、処理機のリーダに取り付
けた傾斜計により管理しており、具体的には地表上にお
いてリーダの鉛直姿勢を確認し、これにより撹拌軸の深
層部までの貫入方向が鉛直を保っていると推定してい
た。しかしながら上記の方法では、それに基づき造成し
た地下施工物が地盤中において鉛直性を保持し、かつ、
ネジレ角に関して一定の品質を確保しているか否かにつ
いて疑問が残る。事実、地盤中における地下施工物の施
工状況を確認することは極めて困難である。

【０００３】地盤中に貫入した撹拌軸の先端位置は、施
工方法それ自体、地盤硬さの不均一もしくは被撹拌地盤
からの反力による撹拌軸の曲がりやネジレ、さらには撹
拌軸とリーダ間の並行性、撹拌軸のジョイント部の屈曲
などに基づき変位することから、従来のようなリーダの
傾斜角の管理のみでは、精度の高い鉛直杭体の施工は困
難である。

【０００４】上記不都合を解消し、地下杭体の施工状態
を検知するために、筒状の処理機本体の下端に掘削、撹
拌用の翼を設けるとともに、スラリー状の硬化材を前記
処理機本体または前記翼の部分から該翼付近に吐出させ
るようにした深層混合処理機において、処理機本体の上
端部と下端部との間に付勢具を介して張設したワイヤー
に傾斜計を取り付け、撹拌軸の曲がり（撓み）に基づい
て生じるワイヤーの傾斜角を前記傾斜計により検出し、
それによって地盤中に貫入した撹拌軸の先端位置を計測
する、いわゆる緊張ワイヤー方式（昭和５７年実用新案
出願公開第１３７６５０号公報参照）が提案されている
が、

【０００５】当該方式では、ワイヤーを張設した処理機
本体の軸方向長さと筒状体の直径との関係から地盤中に
おけるワイヤーの直線性が必ずしも保持されるとはいえ
ず、それがワイヤーの傾斜角に影響を及ぼすので計測値
に不確定誤差が混入するおそれがある。また、この方式
では、撹拌軸のネジレ角を検出することはできない。

【０００６】他に、オーガボーリングによる掘削孔の変
位量計測方法について提案されている。この方法は、地
上で掘削基準点Ｘ−Ｙ座標を設定し、各オーガロッドの
長さ方向中間位置に設置した傾斜計により、鉛直方向に
対する各オーガロッドの傾斜量を計測するとともに、深
度検出器により計測した掘削孔深度によりオーガロッド
の地中埋没長さを算出し、上記各傾斜量と上記地中埋没
長及び予め計測した各オーガロッド長とにより各オーガ
ロッドの変位量を求め、これをＸ，Ｙ成分毎に累計し、
上記掘削基準点に対するオーガロッドの回転角度をもと
に上記累計したＸ，Ｙ成分を座標変換して前記掘削基準
点に対するオーガロッド先端の変位座標を算出すること
を特徴としており、いわゆる撹拌軸傾斜検出方式（平成
３年特許出願公開第６３３８７号公報参照）である。上
記方法では掘削孔のネジレ角は、二軸の座標から算出す
る。

【０００７】当該方法は、撹拌軸の曲がりが、各オーガ
ロッド（軸ユニット）のジョイント部に発生するので、
各軸ユニット毎にセンサを取り付け、掘削孔の傾斜角を
検出するから検出装置を設置する費用が大きくなる。ま
た、各軸ユニット自体に曲がりが生じると検出位置に不
確定誤差が加わる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述従来方
法に付随する種々の問題点を解消し、地盤に貫入した掘
削・撹拌軸（以下、掘削軸という）の先端位置を施工
中、刻々と検知して、その移動軌跡を深層部まで計測す
ることにより施工現状の掘削軸体の品質評価を可能と
し、さらに進んで、掘削軸の貫入方向の修正機構を開発
設備することにより、その計測値に基づき修正機構を制
御して、結局、地下施工物の鉛直施工精度を向上させた
高品質の造成体を施工することができるようにすること
が期待される。

【０００９】そのため本発明は、 掘削軸先端部の基準値に対する現在位置とネジレ角
とを求める。 掘削軸先端部の位置とネジレ角とから前記先端部の
軌跡を求めて、地下施工体の形状を把握する。 掘削軸先端位置情報に基づき地下造成体の品質の評
価を可能にする。 掘削軸移動軌跡とネジレ角とをビジュアルに表示す
る。また、 将来的には上記計測値に基づく自動制御を含む掘削方向
修正機構を開発することを予定する。ことを目的とする
ものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、次に述べるとおりの各構成要件を具備
している。 （１） 掘削・撹拌軸を地盤中に貫入・引抜くと共に、
前記軸先端部付近に地盤改良材を供給・処理するとか水
抜き、土留め、遮水工を施工する等、地盤中に施工物を
形成する基礎工事工法において、貫入・引抜軸先端部に
設置した、前記軸体の鉛直方向に対する二方向傾斜角及
びネジレ角を測定する計測器、前記軸上端部の鉛直方向
移動量を計測する深度計、軸先端部の特定量の移動毎
に、前記二方向傾斜計の各計測値から軸先端位置座標を
算出する手段、前記軸先端座標及びネジレ角を軸先端の
移動毎にそれぞれ累計する計算手段、よりなることを特
徴とする掘削・撹拌機の地中先端位置検出システム。

【００１１】（２） 軸先端部の特定量の移動毎に、前
記二方向傾斜計の各計測値から軸先端位置座標を算出す
る手段、前記軸先端座標及びネジレ角を軸先端の移動毎
にそれぞれ累計する計算手段、前記計算手段の出力に基
づき、軸先端位置座標の表示または地下施工物の形状を
順次、表示する手段、よりなることを特徴とする上記第
（１）項記載の掘削・撹拌機の地中先端位置検出システ
ム。

【００１２】（３） 軸先端部の特定量の移動毎に、前
記二方向傾斜計の各計測値から軸先端位置座標を算出す
る手段、前記軸先端座標及びネジレ角を軸先端の移動毎
にそれぞれ累計する計算手段、前記計算手段の出力に基
づき、軸先端位置座標、ネジレ角または地下施工物の形
状を画面に表示する手段、よりなることを特徴とする上
記第（１）項記載の掘削・撹拌機の地中先端位置検出シ
ステム。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明掘削・撹拌機の先
端位置検出システム（便宜的に回転軸傾斜角積算方式と
称する）の実施の形態の一例としての深層混合処理機に
ついて、図面に沿って説明する。下記の説明中で、本実
施例システムを構成する各要件には本出願当時の技術レ
ベルの範囲内で任意に設計変更が可能な要件が組み込ま
れているから、格別の理由を示すことなく本実施例の具
体的構成のみに基づき、本発明を構成する各要件を限定
的に解釈することは許されない。

【００１４】図１は、本発明回転軸傾斜角積算方式にお
ける回転軸先端、撹拌翼及びセンサ取付け位置を示す要
部正面図で、図中、並行する一対の回転軸１，１の先端
部付近に、それぞれ放射方向に複数枚突設した撹拌翼
２，２を軸方向に沿って複数段設け、一対の回転軸１，
１を相互に逆転させるよう駆動し、地盤に対して鉛直方
向に貫入・引き抜きながら地盤中に改良材を供給・混合
し軟弱地盤を硬化させる工法を施しているが、その際、
前記各撹拌翼２，２先端の回転軌跡が互いに同じ領域を
通過するので、撹拌翼端同志が地盤中で接触しないよう
に調整する。

【００１５】各撹拌翼２，２の回転方向に基づき、また
前記撹拌翼の回転軌跡が互いに重なり合う個所の地盤と
そうでない個所とにより地盤の反力の大きさが自づと相
違するので、それらが回転軸１，１が鉛直方向に対して
撓む要因の一つとなる。また、地盤硬さの不均一も当然
回転軸１，１の曲がり、ネジレの原因の一つとなってい
る。さらに、機械的要因、たとえば、施工機の傾斜、リ
ーダ・回転軸間の平行性なども、回転軸１，１の曲が
り、ネジレに影響を及ぼすことが予想される。

【００１６】その対策として上記一対の回転軸１，１先
端部における撹拌翼２，２を取り付けて無い個所の軸部
相互を結び水平方向に複数条の連結アーム３，３…を設
けて各両端部により回転軸１，１を軸受し、撹拌翼２，
２の回転に基づき生じる地盤の反力で回転軸１，１の軸
間距離が変化しないよう確保する部材を施している。前
記撹拌翼による地下施工物の鉛直性は、回転軸の引き抜
き時における軸先端の軌跡により評価することができる
が、引き抜き時の回転軸の軌跡は貫入時の軌跡の鉛直性
により決定付けられるとされている。

【００１７】そこで地下施工物の品質評価のためには、
回転軸の貫入時と引き抜き時の軸先端の軌跡を求めるこ
とが望まれる。図中、前記回転軸１，１の連結アーム
３，３…の内で最上段（軸に取り付けられた最上段の撹
拌翼２，２の上方）の連結アーム３の中央上面部（必ず
しも中央上面部には、こだわらない）にセンサ４を取り
付け、前記センサ４に備え付けの各計測器からの測定値
を出力するための信号ケーブル５を同センサ４に連結し
ている。前記ケーブル５は、地表（施工機）に設備した
計算機及びディスプレィに、それぞれ接続されている。
前記センサ４の取付け位置をもって回転軸先端（地下施
工物の中心）位置とみなし、このセンサ取付け位置の地
盤中における移動軌跡が、当該杭体の形状・品質を代表
するものとする。

【００１８】上記センサ４内には、施工物の中心（回
転）軸先端がＺ軸（鉛直方向）に対して傾斜する角度を
各Ｘ，Ｙ軸方向に分解して計測する、たとえば一対のサ
ーボ加速度計（以下、傾斜計という）と、施工物のＸ−
Ｙ（水平）平面に対するネジレ角αを計測する、たとえ
ば一台のファイバー・オプティック・ジャイロを耐振及
び防湿、防水対策を施して設置してある。ここで、ネジ
レ角αとは、一対の回転軸１，１の各先端軸心を結ぶ線
分が、回転軸の貫入深度に応じ初期値方向に対して生じ
る角度を指す。別に、回転軸１，１をリーダからワイヤ
を用いて吊り下げ、回転軸１，１の地盤中への貫入によ
り移動する後端に引かれて延長するワイヤの長さＬを計
測して、回転軸先端位置の移動量を検知する深度計を設
備する。したがって、当該深度計とは、回転軸先端が地
盤中に貫入する長さを測るものである。

【００１９】図２及び図３は、それぞれ、回転軸先端
（以下、軸先端という）の初期座標基準点（０，０，
０）と、その移動量Ｌ₁ ，Ｌ₂ …時における軸先端位置
（ｘa ，ｙa ，ｚa ），（ｘb ，ｙb ，ｚb ）…を示す
透視的斜視図及び軸先端にネジレ角α₁ が生じた場合の
透視的平面図を示すもので、図２中、Ｘ₀ −Ｙ₀ −Ｚ₀
座標により規定される地表面における軸先端の初期基準
点を（０，０，０）とする。その際、センサ４の座標位
置は、初期基準点の座標（０，０，０）と一致し、前記
センサ４内に設置したファイバー・オプティック・ジャ
イロのネジレ角αの初期値＝０に調整する。また、初期
基準点における回転軸のＸ軸方向傾斜角、Ｙ軸方向傾斜
角を計測し、それぞれの値を初期値として入力する。初
期における掘削軸が正しく鉛直である場合には、それぞ
れを「０」と入力する。

【００２０】なお、前記サーボ加速度計は図５に示すよ
うに、計器の傾斜に基づく振り子の変位量をサーボ機構
の電気的バネによりゼロ位置にするようバランスさせ、
その時のフィードバック電流から傾斜角θを検出する。
したがって、Ｘ軸方向傾斜計は、その検出振り子の振動
軸をＹ軸に平行に設置する必要があり、Ｙ軸方向傾斜計
は検出振り子の振動軸をＸ軸に平行に設置しなければな
らない。軸先端傾斜計には、このほか、ジャイロを使用
することもできる。

【００２１】図２中、軸先端移動量Ｌ₁ は、Ｘ₀ −Ｙ₀
−Ｚ₀ （初期）座標系の基準点（０，０，０）と貫入位
置（ｘa ，ｙa ，ｚa ）とを結ぶ線分で、それは軸先端
移動軌跡を示し、同軌跡のＸ₀ −Ｚ₀ 平面に対する投影
とＺ₀ 軸とのなす角をθ₁ （Ｘ軸方向傾斜計による検出
値）、Ｙ₀ −Ｚ₀ 平面に対する投影とＺ₀ 軸とのなす角
をθ₂ （Ｙ軸方向傾斜計による検出値）とすると、 ｘa ＝Ｌ₁ sin θ₁ ，ｙa ＝Ｌ₁ sin θ₂ ，ｚa ＝Ｌ₁ cos θ₁ ・cos θ₂ により与えられる。

【００２２】すなわち、軸先端がＬ₁ だけ地盤中を移動
したという信号は、深度計から検出され、その時におけ
る回転軸貫入軌跡の傾きθ₁ ，θ₂ は、それぞれＸ軸方
向、Ｙ軸方向の各傾斜計からの信号によって、それぞれ
検知することができるから、上記式に基づいて、軸先端
がＬ₁ だけ地盤を移動したときの軸先端位置（ｘa ，ｙ
a ，ｚa ）を、地表面において初期座標系に基づき算出
・把握することが可能となる。ただし、軸先端移動距離
Ｌ₁ の間では、軸先端軌跡は直線であるとし、仮りにそ
の間で撓みが生じているとすると、検出値に誤差が入る
ことになる。したがって、単位の軸先端移動量Ｌ₁ を誤
差が生じない程度に短くする必要がある。

【００２３】次に、位置（ｘa ，ｙa ，ｚa ）を原点と
するＸ₁ −Ｙ₁ −Ｚ₁ 座標系を設定し（説明を簡単にす
るため、軸端移動軌跡にネジレ角が生じてない場合、す
なわち、Ｘ₁ −Ｙ₁ −Ｚ₁ 座標系は、初期座標系を平行
移動したものとし、同座標系の許で軸先端が、さらにＬ
₂ だけ移動したときの軸先端位置（ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₂）
を求めようとすれば、その際の貫入軌跡の傾きが、Ｘ₁
−Ｙ₁ −Ｚ₁ 座標系で、それぞれθ₃ ，θ₄ （図示せ
ず）と検出されたとして、 ｘ₂ ＝Ｌ₂ sin θ₃ ，ｙ₂ ＝Ｌ₂ sin θ₄ ，ｚ₂ ＝Ｌ₂ cos θ₃ ・cos θ₄ により、与えられる。

【００２４】上記軸先端位置を、初期座標系における軸
先端位置（ｘb ，ｙb ，ｚb ）に変換すると、 ｘb ＝ｘa ＋ｘ₂ ＝Ｌ₁ sin θ₁ ＋Ｌ₂ sin θ₃ ， ｙb ＝ｙa ＋ｙ₂ ＝Ｌ₁ sin θ₂ ＋Ｌ₂ sin θ₄ ， ｚb ＝ｚa ＋ｘ₂ ＝Ｌ₁ cos θ₁ ・cos θ₂ ＋Ｌ₂ cos θ₃ ・cos θ₄ として算出される。当該計算プログラムは、最近の電子
計算機に記憶させることにより、たやすく遂行すること
が可能である。

【００２５】上述のようにして、軸先端移動量Ｌ₃ （図
示せず）について位置（ｘc ，ｙc，ｚc ）（図示せ
ず）を算出して行けば、当該算出値を連続してディスプ
レィに表示をすることにより、施工中の杭体の地盤中に
おける形状を刻々と客観的に目視することができ、その
品質の評価を容易にすることができる。また、図表にし
て記録することも可能である。図２においては、単純に
軸先端の移動量・移動軌跡の傾斜角と座標系との関係に
ついて解説したが、軸移動軌跡にネジレ角αが生じたと
きの説明は、複雑になるので省略している。

【００２６】そこで、図３において軸移動軌跡にネジレ
角αが生じた場合につき説明する。図３は、軸移動軌跡
にネジレ角α₁ が生じた場合の透視的平面図を示すもの
で、図中、地表上でＸ₀ 軸方向に沿い点線で眼鏡状に描
かれている双円は、軸先端が地表上にあるときの一対の
撹拌翼先端の掘削軌跡を示している。点線により現わし
た前記撹拌翼先端の掘削軌跡の各中心点を結ぶ線とＸ₀
軸とのなす角αは初期値が図示のとおり、０である。こ
のとき、センサ４の設置位置は、初期座標系の基準点
（０，０）であり、前記センサ４に設置したＸ軸方向傾
斜計、Ｙ軸方向傾斜計の初期出力値は「０」であり、フ
ァイバー・オプティック・ジャイロを、ネジレ角αの初
期値＝０に調整する。

【００２７】図２に示される軸先端座標（ｘa ，ｙa ，
ｚa ）の内の位置（ｘa ，ｙa ）が図３に示す初期座標
系Ｘ₀ −Ｙ₀ における軸先端位置（ｘa ，ｙa ）に相当
し、軸先端の移動量Ｌ₁ は、基準点（０，０）と軸先端
位置（ｘa ，ｙa ）とを連結する線分（移動軌跡）とし
て示されている。図中、実線で示す眼鏡状の双円は、回
転軸先端が地盤中にＬ₁ だけ移動したとき、すなわち、
回転軸先端の移動量＝Ｌ₁ における一対の撹拌翼端の回
転軌跡を模式的に示し、その一対の中心点を結ぶ線分の
延長線とＸ₀ 軸とのなす角が、軸掘削軌跡に生じたネジ
レ角α₁ （右方向回転をマイナスとする）である。そし
て、軸先端の移動量＝Ｌ₁ における各撹拌翼端軌跡の中
心点を結ぶ線分の中心と軸先端位置（ｘa ，ｙa ）及び
センサ４位置とは、同一である。

【００２８】センサ４に設置したファイバー・オプティ
ック・ジャイロからの信号が、軸先端移動軌跡に初期値
０から角α₁ だけ、ネジレを生じたことを現わしてい
る。実線で示した一対の撹拌翼の回転軌跡の各中心点を
結ぶ線分と平行し初期座標基準点（０，０）を通る直線
Ｘ₁₁−Ｘ₁₁と、線Ｘ₁₁−Ｘ₁₁に直交し初期座標基準点
（０，０）を通る直線をＹ₁₁−Ｙ₁₁線とし、それら軸線
と、それぞれ直交する軸Ｚ₀ （図示せず）とにより、Ｘ
₁₁−Ｙ₁₁−Ｚ₀ 座標系を形成する。前記軸先端位置（ｘ
a ，ｙa ）は、Ｘ₁₁−Ｙ₁₁−Ｚ₀ 座標系からみると、点
（ｘa₁，ｙa₁）である。

【００２９】Ｘ₁₁−Ｙ₁₁−Ｚ₀ 座標は、初期座標系Ｘ₀
−Ｙ₀ −Ｚ₀ に対して、原点が同一で、座標Ｘ₁₁−Ｙ₁₁
が、角α₁ だけ旋回したものである。そこで、軸先端軌
跡(移動量)Ｌ₁ のＸ₁₁−Ｚ₀ 平面に対する投影とＺ₀ 軸
とのなす角をθ₁₀（Ｘ₁₁軸方向傾斜計による検出値、図
示せず）、Ｙ₁₁−Ｚ₀ 平面に対する投影とＺ₀ 軸とのな
す角をθ₂₀（Ｙ₁₁軸方向傾斜計による検出値、図示せ
ず）とすると、座標系Ｘ₁₁−Ｙ₁₁−Ｚ₀ において、 ｘa₁＝Ｌ₁ sin θ₁₀，ｙa₁＝Ｌ₁ sin θ₂₀，ｚa₁＝Ｌ₁ cos θ₁₀・cos θ₂₀ により与えられる。センサ４は、初期座標系Ｘ₀ −Ｙ₀
に対して軸Ｚ₀ の回りに角α₁ だけ旋回しているので、
軸先端移動軌跡Ｌ₁ の傾きは、それぞれＸ₁₁軸方向の傾
斜計、Ｙ₁₁軸方向の傾斜計においてのみ、検出が可能と
なる。

【００３０】これら点(ｘa₁，ｙa₁，ｚa₁)を、初期座標
系の値ｘa ，ｙa 及びｚa に変換するには、それぞれ座
標変換式に従って、 ｘa ＝ｘa₁・cosα₁−ｙa₁・sinα₁， ｙa ＝ｙa₁・cosα₁＋ｘa₁・sinα₁ ｚa ＝ｚa₁ 以下、同様に、回転軸先端の移動深度＝Ｌ₂ における回
転軸先端位置（ｘb₂，ｙb₂）（図示せず）、杭体のネジ
レ角α₂ （図示せず）は、Ｘ₁₁−Ｙ₁₁−Ｚ₀ 座標系に基
づいて計測され、かつ上記同様に初期座標値に変換する
ことができる。ただし、ネジレ角については、累計すれ
ばたりる。積算方式と称される所以である。

【００３１】実際の軸先端移動軌跡は、各貫入段階にお
いて僅かながら図３に示すネジレ角αを生じつつ、図２
または図４に表示するように各移動量＝Ｌ₁ ，Ｌ₂ ，…
の順に地盤中に貫入されるものと推定されている。図４
は、施工物の中心軸（回転軸先端の移動軌跡）にネジレ
角αが生じたときの地下施工物の模式的斜視図を示すも
ので、同図では表示を簡単にするため、常に軸先端軌跡
位置（ｘ₁ ，ｙ₁ ，ｚ₁ ）、（ｘ₂ ，ｙ₂ ，ｚ₁ ＋
ｚ₂ ）、（ｘ₃，ｙ₃ ，ｚ₁ ＋ｚ₂ ＋ｚ₃ ）……が初期
座標系基準点（０，０，０）と同軸上にある場合を示し
ている。その際、仮りに回転軸先端の移動深度＝Ｚ₁ 、
Ｚ₂ 、Ｚ₃ ……毎に軸先端軌跡のネジレ角αが、それぞ
れ10°，25°，35°……と増加傾向にあるとすると、造
成施工物の地盤中における形状は、概略、図示のとおり
となる。同斜視図は、ネジレ角が施工物に及ぼす影響を
模式的に示したものである。

【００３２】図６は、前図３図示相当施工物の、たとえ
ばＣＲチューブまたは液晶などによるオペレータ用ディ
スプレィである。ここにＯＰ画面とは、操作者（オペレ
ータ）用の表示画面をいう。画面中央部で各直角に交叉
するＸ，Ｙ軸の原点を中心にして点線により描く同心円
はそれぞれ、内側から２cm，４cm，６cm……目盛で、軸
先端移動軌跡の初期値（０，０）からの、はずれ距離の
大きさを示している。Ｘ軸プラス方向は、軸先端が右に
はずれたとき、Ｙ軸プラス方向は、軸先端が前方にはず
れたことを表示する。マイナス方向は、その逆である。
図示画面において、黒点は移動深度Ｚ＝８ｍにおける回
転軸先端位置を示し、同位置は、座標（1.8 ，−5.9
）、すなわち、基準点（０，０）から（施工機に対し
て）右に1.8 cm、後に5.9 cmずれが生じており、基準点
から略、６cm離れていることを表示している。

【００３３】前記黒点を囲み実線で示す眼鏡状の双円
は、当該深度における撹拌翼先端回転軌跡を示し、その
各中心点を結ぶ線分の延長線とＸ軸との成す角αは、貫
入軸先端軌跡のネジレ角で、図では＋0.7 °を示してい
る。基準点（０，０）から黒点位置を結ぶ曲線は、軸先
端の移動軌跡を示すものである。

【００３４】図示のディスプレィは、軸先端の移動深度
Ｚ＝８ｍにおける軸先端軌跡の形状を示しているが、必
要に応じて指定する間隔、たとえば、１０cm，２０cm，
３０cm……間隔毎における施工物の形状を示すことがで
きる。当該画面のディスプレィは、前記公知のセンサ４
からの信号を入力した計算機からの出力により制御する
ことが可能である。ＯＰ画面を監視しながら施工機を操
作するようにすれば、現在施工中の掘削軸先端移動軌跡
の品質を刻々、かつ的確に評価でき、将来的には掘削・
撹拌機の地中掘削方向制御システムの開発資料を収集す
ることができる。

【００３５】図７は、回転軸先端の移動軌跡はずれ距離
またはネジレ角αを回転軸先端の移動深度との関連にお
いて、前記ＯＰ画面のＸ軸を含む鉛直断面と、Ｙ軸を含
む鉛直断面の、それぞれの面に分けて記録した画面で、
図中、Ｚ軸方向は軸先端の移動深度ｍ、Ｘ軸方向、Ｙ軸
方向は、それぞれ初期値（０，０）からの移動軌跡はず
れ距離cmで、プラス方向が、初期値に対して右または後
方を意味する。また、必要に応じ、ネジレ角αの大きさ
を示すものとなっている。

【００３６】以上、説明したように、本実施例先端位置
検出システムによれば、地盤に貫入した掘削・撹拌機の
地中先端の位置及びネジレ角を施工中に刻々と検知して
前記軸の貫入・移動軌跡を深層部まで明らかにし、それ
に基づき地下施工物の品質の評価を可能にする。さらに
進んでは、掘削軸の移動軌跡を把握する検知システムを
構築することにより、掘削軸の貫入方向の修正制御機構
を開発設備するための試料を収集し、鉛直施工精度を向
上させた高品質の地下造成物を施工する技術開発の第１
ステップとする。

【００３７】上述の方式においては軸先端位置に取付け
たセンサ４から、信号ケーブル５を地表（掘削機）まで
つないで、施工中、地中位置のデータを直ちに収集・デ
ィスプレィすることができるようにしているが、撹拌翼
の駆動機構によっては、地盤中に信号ケーブルを残置す
ることが困難な場合もあり得る。図８は、その場合の実
施例の正面図を示すもので、図中、各部材に付した符号
は図１記載の説明と同一である。回転軸１，１を軸受す
る上部フレーム６の両側端には、それぞれ原動機７，７
が取り付けられ伝動機構を介して回転軸１，１を回転す
るようにし、回転軸１，１が軸方向に上下動しても動力
の伝動作用に影響がないようにしている。

【００３８】この種形式の回転・撹拌装置では、上部フ
レーム６が邪魔になって信号ケーブルを連結アーム３上
に取り付けたボックス８に連結することができない。こ
のためセンサ収納ボックス８には、信号ケーブルがつな
がっていない。図９は、耐圧のセンサ収納ボックス８の
一例を示す。収納ボックス８の中には、一対の傾斜計、
一台のファイバー・オプティク・ジャイロ、各センサか
らの出力信号を増幅するアンプ及び当該各信号を記録す
るデータレコーダ、これらの装置を作動させるためのバ
ッテリーが収められている。

【００３９】なお、上記一対の傾斜計及び一台のファイ
バー・オプティク・ジャイロは、当初に述べた実施例に
説明の各センサと同一機器を採用することができる。こ
の種形式のセンサ４を設置したときは、地下施工物の形
状は、オフラインでデータを収集することになる。した
がって、施工中の造成体の状態を常時、監視するという
目的に適さない。この場合は、収納ボックス８を回収し
た後、記録テープを処理し、造成体の品質を検証する。

【００４０】図10は、土留め、止水工等を施工する柱列
連続壁施工機の回転軸の側面図を示すもので、図中、回
転軸の長手軸方向に沿って撹拌翼２、螺旋翼９を交互に
配置した回転軸１を、それぞれ複数本、一平面上に並列
に設けて、各回転軸１につき共通して撹拌翼２、螺旋翼
９が無い個所を連ね、水平方向に連結アーム３…を取り
付けて、各回転軸１をそれぞれ軸受する。その際、隣接
する撹拌翼端の回転軌跡は、軸直交平面上で相互に干渉
するような近接位置に各軸受を設けている。この連結ア
ーム３の適所に、センサを内蔵した耐圧収納ボックス８
を着脱可能に取り付ける。

【００４１】柱列連続壁施工機は、各回転軸１を回転さ
せながら、これを一斉に地盤中に貫入・抜出し、その
間、各掘削孔毎にセメントミルクを注入し混練して、図
11に断面を示すように地盤中に連続柱列壁10を形成する
と共に、各柱（杭）状部ごとにＨ型鋼などの補強部材11
を挿入し地下施工物を形成することを繰り返して、地盤
中に連続した土留め壁、止水工等を造成するが、このよ
うな施工方法により隣接する単位の施工物の側面部相互
間に強固、かつ水密な継手を形成するためには、単位の
柱列10毎の施工精度が良好でなければならない。すなわ
ち、連続柱列10の垂直性、柱列軸のネジレ角が所定誤差
値以下であることが望ましい。

【００４２】このことは柱列壁の施工深度が大きくなる
に従って不可避の条件となる。これに対応するには、各
連続柱列10毎の施工精度の検出値が、この種の地下施工
物の品質・精度を推定する手掛かりを与えることにな
る。そうでなければ極端な場合は、単位柱列10側面部相
互間に不連続構造が生じるおそれ無しとしない。上記施
工に本発明位置検出システムを利用して、柱列施工物の
品質をチェックすることが必要な理由である。ただし、
本実施例の場合では、後処理検出方式を適用するほかな
い。

【００４３】図12は、無振動で止水板を地中に貫入する
方法（平成５年特許出願公告第８２９７号公報参照)に
実施される貫入装置の一部を断面にした正面図を示すも
ので、図中、施工機本体駆動部12に連結・吊下した複数
の回転ロッド13，13…の先端に設けた出没自在の切削刃
14により、仮想線で示す止水板15の幅の略、全体に亘る
下方部を先掘りしながら、前記回転ロッド13，13…に外
装した非回転ケーシング16の外側に昇降自在に添設した
ロッド17を介して止水板15の下端部に引込み力を作用さ
せ、回転ロッド13，13…及び止水板15を地盤中に貫入
し、止水板15を規定深度まで引き下げ根入れをすると共
に、装置全体を上方に引き上げるようにしている。

【００４４】この種工法を利用して止水板15を幅方向に
連続して施工しようとすれば、単位毎の止水板側部が相
互に水密継手を形成する必要上、必然的に地盤に貫入し
たときの回転ロッド13，13…の垂直性、ネジレ角を管理
することが要望される。３は、回転ロッド13，13…に外
装した非回転ケーシング16…を相互に連結するアーム
で、その水平方向長さの略、中央部付近にセンサ４を取
り付けてある。前記センサ４の機能は、さきに本発明の
一実施例として説明した深層混合処理機におけるセンサ
と同一である。このセンサ４に信号ケーブル５を介して
コンピュータ、ＯＰ画面を接続すれば、止水板15の設定
の作業中、常時、貫入方向の検出が可能で、それにより
要すれば、止水板施工位置の修正も不可能ではない。

【００４５】上述したように本発明掘削・撹拌機の地中
先端位置検出システムは、基礎工事、地盤改良工事など
に利用される回転・掘削軸、貫入・混合処理軸の貫入軌
跡の垂直性、ネジレ角の程度の検出が施工中または施工
後可能になるので、地下施工体の品質の評価が、容易に
なる。また、施工中に貫入軌跡の補正を可能とする資料
を得ることができる。

【００４６】

【発明の効果】以上、説明したように本発明掘削・撹拌
機の地中先端位置検出システムによれば、 施工中に地盤中の回転軸先端の貫入位置を、刻々と
検知することができる。 貫入深度に応じ、地下施工体に生じたネジレ角を検
出することができる。 少なくとも施工体の品質、形状を正確に検証・評価
することが可能である。 施工体の品質制御手段が開発されたときは、先端位
置検出システムからの信号に基づき施工体の形状を修正
できることが予測される。等々、従来公知のこの種位置
検出システムには期待することができない、格別の作用
及び効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明掘削・撹拌機の地中先端位置検出システ
ムにおける一対の回転軸の一実施例の正面図で、特にセ
ンサ取り付け位置を示す。

【図２】本発明掘削・撹拌機の先端部の移動量・傾斜角
と座標との関係を透視斜視図である。

【図３】本発明掘削・撹拌機の回転軸にネジレが生じた
場合の透視図及び軸先端部位置を初期座標へ変換する手
段を示す図である。

【図４】本発明掘削・撹拌機の地下施工体にネジレが生
じたときの透視斜視図

【図５】サーボ加速度計の断面図である。

【図６】本発明掘削・撹拌機の先端位置検出システムに
使用するＯＰ画面の一例を示す。

【図７】本発明掘削・撹拌機の先端位置の貫入軌跡の記
録画面の一例である。

【図８】本発明掘削・撹拌機の先端位置検出システムに
おける一対の回転軸の他の実施例の正面図である。

【図９】センサ４の耐圧収納ボックスの一例を示す

【図10】土留め、止水工等を施工する柱列連続壁施工機
の回転軸に取り付けた本発明掘削・撹拌機の先端位置検
出システムの実施例を示す。

【図11】地盤中に形成した連続柱列壁の断面図である。

【図12】無振動で止水板を地中に施工する貫入装置に、
本発明掘削・撹拌機の先端位置検出システムを施した実
施例の正面図を示す。

【符号の説明】

１ 回転（撹拌）軸 10 連続柱列壁 ２ 撹拌翼 11 補強部材 ３ 連結アーム 12 駆動部 ４ センサ 13 回転ロッド ５ 信号ケーブル 14 切削刃 ６ 上部フレーム 15 止水板 ７ 原動機 16 非回転ケーシン
グ ８ 収納ボックス 17 ロッド ９ 螺旋翼

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削・撹拌軸を地盤中に貫入・引抜くと
   共に、前記軸先端部付近に地盤改良材を供給・処理する
   とか水抜き、土留め、遮水工を施工する等、地盤中に施
   工物を形成する基礎工事工法において、 貫入・引抜軸先端部に設置した、前記軸体の鉛直方向に
   対する二方向傾斜角及びネジレ角を測定する計測器、 前記軸上端部の鉛直方向移動量を計測する深度計、 軸先端部の特定量の移動毎に、前記二方向傾斜計の各計
   測値から軸先端位置座標を算出する手段、 前記軸先端座標及びネジレ角を軸先端の移動毎にそれぞ
   れ累計する計算手段、 よりなることを特徴とする掘削・撹拌機の地中先端位置
   検出システム。
2. 【請求項２】 軸先端部の特定量の移動毎に、前記二方
   向傾斜計の各計測値から軸先端位置座標を算出する手
   段、 前記軸先端座標及びネジレ角を軸先端の移動毎にそれぞ
   れ累計する計算手段、 前記計算手段の出力に基づき、軸先端位置座標の表示ま
   たは地下施工物の形状を順次、表示する手段、 よりなることを特徴とする請求項１記載の掘削・撹拌機
   の地中先端位置検出システム。
3. 【請求項３】 軸先端部の特定量の移動毎に、前記二方
   向傾斜計の各計測値から軸先端位置座標を算出する手
   段、 前記軸先端座標及びネジレ角を軸先端の移動毎にそれぞ
   れ累計する計算手段、 前記計算手段の出力に基づき、軸先端位置座標、ネジレ
   角または地下施工物の形状を画面に表示する手段、 よりなることを特徴とする請求項１記載の掘削・撹拌機
   の地中先端位置検出システム。