JPS5833113A - 掘削縦穴等の傾斜度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は傾斜度計測装置に係シ、特に地中に掘削する縦
穴や地中に埋設する管体・鉄骨柱等の垂直度を測定する
のに好適な傾斜度計測装置に関するものである。

土木および建築工事において、場所打ちコンクリート杭
の建込みや連続地中壁工事の縦穴掘削では掘削等を精度
良く施工することが必要である。特に近年は施行機械の
大型化、高性能化によって、大口径のものや超深度のも
のが可能になったことによシ一段とその精度を要求され
、所定の精度を確保するために掘削途中でしばしば修正
を行う必要が発生してきている。

従来掘削中の縦穴の方向が適正が否かを確認するために
垂直度の測定を行う一般的な方法としては、例えば掘削
機のビットあるいはパケット位置に精密傾斜計と深度計
と−を組合せた装置を設け、該装置のケーブルをドリル
パイプに添わせて地上に引き出して計器盤に接続する構
成を備え、これら計器盤から読み取った傾斜角度および
深度の計測値に基づき当該縦穴の垂直度を算出していた
。

しかし上記測定方法によると、精密傾斜計等の装置を振
動や衝激が加わる掘削機先端側に設けなければならない
ために、これらの影響を受けて故障が多く又精度の高い
計測を行うことができないと共に、精密傾斜計やケーブ
ルが泥水中にあるため確実な防水手段を施こさなければ
故障する等の欠点があった。

父上記以、外にも各種の方法および装置が提案され実Ｍ
ｉ１されているが、取付や測定が頻雑であったり、特定
のＴ法の場合には使用できるが汎用性に乏しい等充分に
満足できるものがないのが現状である。

そこで本発明は上記゛従来型の欠点を改善するものであ
り、振動や衡機はもちろん泥水の影響を受けることなく
高精度な計測を迅速に行うことができると共に、コンノ
やクトな装置として各種の傾斜測定に汎用できる傾斜度
計測装置の提供を目的とするものである。

まず具体的実施例を説明する前に、基本原理について縦
穴掘削の垂直度全測定する場合を例にとって説明する。

第１図は第１次測定地点である縦穴入口における６１１
１定態様を、第２図は第２次測定地点である縦穴底部に
おける測定態様を各々示すものである。

図中符号Ｈは掘削した縦穴、Ｇはガイドホール、ＫＤは
掘削機先端に設けたビットあるいはバケット等のＩｉ削
具、ＫＢは装着した掘削具を上下させる掘削１読のロッ
ドＴ、ＫＰはロッドを案内する掘削殴の案内ツクイノ、
Ａは案内パイプに装着された１頃斜度削」リユニット、
３は先端が掘削具とロッ１゛の連結部に緊着されロッド
の上下移動に供彦っで傾斜度計測ユニットから繰り出さ
れる線条材、■は鉛直線方向を、ＣＬはガイドウオール
Ｗの垂直方向の基準線を各々示す。

父上記各部の位置関係を示すための角度、寸法等の符号
に付いて説明する。

θ０．θ１：線条材３と鉛直線Ｖのなす角であシ測定値
ｒおよびαより計算式（γ−α）で求める。

α０．α１：傾斜度計測ユニッ）Ａと鉛直線ｖのなす角
であり、傾斜度計測ユニットで測定する。

β０．βｌ：掘削具ＫＤと鉛直線Ｖの々す角γ０．γｌ
：傾斜度計測ユニットＡと線条材３のなす角であって、
前記傾斜度計測ユニットにより測定が行こなわれる。

Ｌａ　、ガイドウオールＧの中心線上と傾斜度計測ユニ
ノ）Ａ内の線条材３を繰シ出す同定滑車９間の巾寸法で
あって、−担セットするとこの値は常に一定である。

Ｌｂ　、線条材３を緊着したロッドＫＢ　と掘削具ＫＤ
との連結部から当該掘削具の先端までの長さであって、
この値は一担セットすると常に一定である。

ＬＣ：ロツドＫＢと掘削具ＫＤの連結部軸心から線条材
３の緊着点までの巾寸法であって、この値は一視セノド
すると當に一定である。

Ｄｏ：第１次測定地点における線条材３の繰シ出し始端
部である固定滑−車９迄の地上高さであって、−世セッ
トするとこの値は常に一定である。

ＤＸ：＆’Ｃ２次測定次点定地点地上から掘削具ＫＤ先
端迄の掘削深度であって、線条材３の繰り出し量を前記
傾斜度計測ユニットにより測定するものである。

そこで上記の各寸法および角度に基づき縦穴Ｈが深さＤ
ｘ迄掘削された状態において掘削方向が傾斜したことに
よりガイドウオールＧの中心ｍＣＬ延長上に対して掘削
具ＫＤの先端が偏位する寸法である偏位Ｘを導びき出す
計算式を次に示す。

まず第１次測定地点においては、 Ａ−（ｒｏ−αｏ）×（Ｄｏ　　Ｌｂ）−β１×Ｌｂ十
Ｌｃここで　βｏ埃γ０−α０と見なして Ａ＝−（γ０−α。）ＸＤＯ＋ＬＣ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・ｔ＋＋次に第２次測定
地点においては Ａ＝Ｘ−（γ０−α１）×■ｏ十Ｄｘ　　Ｌｂ）−β１
×Ｌｂ十Ｌｃここで　βにγｌ−α１　と見々して Ａ＝Ｘ　　（ｒ＋−α１）Ｘ（ＤＯ＋ＤＸ）＋ＬＣ・・
・・・・・・・・・・・・叩上記（１）開式より Ｘ＝（ｒ＋−αｌ）　×（ＤＯ＋ＤＸ）　　（ｒｏ−α
ｏ　）　ｘｌ）ｏ＋＋　＋＋　Ｏ：β１従って上記曲）
式から理解されるように、まず第１次測定地点である掘
削具ＫＤがガイドウオール０位置に僅かに入った状態に
おける線条材３と鉛直線Ｖとがなす角θ０を、傾斜度計
測ユニソ）Ａで、測定した線条材と鉛直線のなす角γ０
および傾斜度計測ユニット自身の傾きである鉛直線との
なす角α０の差より算出し、 傾斜度計測ユニットＡのロッドＫＰ　（７）取付位置で
決まる線条材３の繰り出し位置から掘削具ＫＤの先端迄
の寸法Ｄｏとの積を求めるとガイドウオール０位置にお
ける偏差が得られる。

次いで第２次測定地点である掘削具ＫＤが縦穴底部に位
置する状態における線条材３と鉛直線Ｖとのなす角θｌ
を、前記第１次測定地点と同様に測定値よシ算出すると
共に、前記地上からガイドウオールＧ迄の寸法Ｄｏと、
〃イドウオールＧ位置ヲ起点として縦穴底部迄の深さＤ
ｘを前記傾斜度計測ユニツ）Ａによシ測定した和を計算
し、両者の積よシ第２次測定地点における偏差を得る。

そして上記第２次測定地点の偏差から第１次測定地点の
偏差を引くと、掘削縦穴の傾斜度（鉛直線に対する縦孔
底部の偏位）Ｘが求められる。尚この場合の第１次測定
地点における偏差は縦孔入口における更正を行って精度
を高めるものであシ、傾斜度計測二二ツ）Ａが縦孔入口
近くに装着されるならば省略することも可能である。

次に本発明による傾斜度計測装置と、該装置を用いて傾
斜度測定を行う方法の実施例に付き具体的に説明すると
、第３図および第４図は傾斜度計測二二ツ）Ａを一部破
断して示した側面図と正面図である。

１ず計測ユニツ）Ａは上下に区分され、上部箱体Ａｌ内
にはトルクモータ１を装着し、該モータの回転軸に取着
した巻取ドラム２には釣糸あるいはピアノ線等の強靭な
線条材３ｆ：緊着巻装すると共に、その他端は内面に断
熱材４を添装した連通ずる下部箱体んに送夛出される。

下部箱体Ａ２には側面上部に排気用冷却ファン５を又側
面下部には吸気口６を各々設けると共に、当該箱体と常
に一体に揺動その他作動するように固着して傾斜計７が
装備されている。

次に前記巻取ドラム２から送り込まれた線条材３は移動
滑車８と固定滑車９間に張架されてＴ部箱体Ａ２の下側
に設けた出入口１０から外部に送シ出される。

移動滑車８は上下端部が各々下部箱体Ａ２に支持されて
平行状に立設する２本のレール１１．１１間を跨ぐ態様
の摺動板１２に軸支されると共に、この支軸１３に錘１
４を懸吊することにより常に一定張力で移動滑車８を下
方に牽引して線条材３の弛みを防止するよう構成されて
いる。

又前記固定滑車９の支軸１４には、本体を下部箱体Ａ２
に固定したロータリーエンコーダ１５の回転軸を連結し
、線条材３０通過量に見合った所定数のパルス信号を発
生するように構成されている。

又前記固定滑車９と出入口１０間の線条材３の通路上に
は、当該線条材を挾んで一方側にはレーザ光等の平行光
線を照射する投光器１６を、他方側には投光器からの平
行光線を受光して対応する電気信号を発生するために受
光素子として多数の集積されたフォトトランジスタを直
線上に並設してなるイメージセンサを内蔵した受光器１
７を対向状に設けておく。

更に下部箱体Ａ２下端の出入口ｌｏ付近に隣接配備され
、線条材３の巻取りの際にプランツヤ−が突出して先端
に装備されたブラシｔａ条材の両側に当接させることに
より付着泥水を払拭する拭取具１８と、同じく巻取シの
際に流路を開く電磁弁１９を介して線条材３に水を噴射
する水ノズル２ｏとが設けられている。又下部箱体Ａ２
内には前記傾斜計７、ロータリーエンコーダ１５、受光
器１７等で測定した値に基づき、演算その他の信号処理
するための回路基板Ｐが内蔵されている。

そして上記計測ユニットＡは第５図に示すように掘削装
置にの案内バイア’ＫＰに装着し、当該ユニットから繰
）出された線条材３の先端は、案内パイプ内を上下に摺
動するロッドＫＢとその先端に装着されたピント又はパ
ケット等の掘削具ＫＤとの連結部に緊着する。又詳細は
彼達するが計測ユニツ）Ａに制御指令を与えたシ、測定
結果を表示するためのコントロールユニットＢは、掘削
装置にの操作席近くに設置される。

次に編６図は前記計測ユニツ）Ａおよびコントロールユ
ニットＢの計測信号処理を行うための回路構成を示すブ
ロック図である。

図中符号２１は角度検出回路、２２はカウンター、２３
は増巾およびＡ／Ｄ変換回路、２４は記憶、演算および
デコーダ回路等を備えたマイクロコンピュータ、２５は
表示回路、２６は制御回路である。

次に操作および動作の説明を行う。

まず掘削装置Ｋを操作してロッドＫＢを降下動させて第
１次測定地点である縦穴Ｈの入口に設けたガイドウオー
ル０位置に掘削具ＫＤの先端が来たところで静止させる
。そして制御回路２６を動作させ、ロータリーエンコー
ダ１５に接続されたカウンター２２を零クリヤーすると
共に、計測ユニツ）Ａに対する線条材３の傾斜角度γ０
および計測ユニソ）Ａ自身の鉛直線に対する傾斜角度α
。を各々計測する。

この局線条材３は、直径２０μ程度のフォトダイオード
を一直線上に並設してなるイメージセンサを備えた受光
器１７と、この受光器に対してレーザ等の平行光線を照
射する投光器１６間に挿通されているが、線条材３に当
って通路を遮ぎられた部分のみ出力信号レベルが低い態
様の出力信号を発生し、当該出力信号はコンパレータ等
を内蔵した角度検出回路２１で適合する角度信号に変換
されて、マイクロコンピュータ２４に傾斜角度γ。とじ
て記憶させる。

一方傾斜角朋α０は微小なアナログ値である傾斜計７の
出力信号を、増巾およびＡ／Ｄ変換回路２３により所定
レベルのデジタル値に変換したのちマイクロコンピュー
タ２４に記憶させる。

上記計測を行ったのち再び掘削装置Ｋを作動してロッド
ＫＰを降下させ、第２次測定地点である掘削した縦穴Ｈ
の底部に掘削具ＫＤの先端を当接させる。

この第１次測定地点から第２次測定地点え移動させる間
に、張架した線条材３の操り出しに供なって回転する固
定滑車９と連動したロータリーエンコーダ１５は順次パ
レスを発生し、このパルス数をカウンター２２で計数す
ることにより零クリヤーした第１次測定地点からの長さ
Ｄｘを測定することができる。この測定値ＤＸはマイク
ロコンピュータ２４に入力されるが、線条材３の繰シ出
し始端部から第１次測定地点までの長さＤｏは、案内Ａ
イｆＫＰに対する計測ユニッ）Ａの取付位置により決ま
る一定値であるため、予めその数値をマイクロコンピュ
ータ２４に設定しておくことができる。

第２次測定地点においても前記第１次測定地点と同様に
して計測ユニットＡに対する線条材の傾斜角度ｒ１およ
び計測′ユニツ）Ａ自身の鉛直線に対する傾斜角度α１
を各々計測し、マイクロコンピュータ２４に入力される
。マイクロコンぎエータ２４内には、前記偏差Ｘを求め
る計算式 ％式％） のシラグラムが予めなされており、これに前記各計測値
が与えられるためにすみやかに演算処理される。そして
この演算結果はコントロールユニットＢ内に設けたプリ
ンター、ディスプレイ等の表示装置２５によシ掘削装置
にの操作者に伝わり掘削中の縦穴Ｈの傾斜度の良否を判
定し、必要に応じて角度修正等の対策をすみやかに行う
ことができる。

このようにして掘削中の縦穴Ｈに対して随時偏位を確認
しながら所望の縦穴掘削を行うが、計測後掘削装置Ｋを
操作してロッドＫＢおよび掘削具ＫＤ　（ｚ引き上げる
際には、コントロールユニットＢの制御回路２６から計
測ユニツ）Ａのトルクモータｌを作動させて線条材３を
巻き取ると共に、拭取具１８のソレノイドと電磁弁１９
とを各々作動させてブラシを線条材３に当接させながら
水ノズル２０から水を噴射せしめて付着泥水を払拭する
。尚支軸１３に錘１４’に懸吊し摺動板１２と共にレー
ル１１．１１上を摺動する移動滑車８は、張架した線条
材３の撓みを防止して測定精度を高めるものである。

このように本発明は計測装置が掘削具と離れて装着され
ているために、掘削具からの直接の衡機や振動を受ける
ことがなく、又計測装置の耐水性を考属する必要がない
ために故障が少く、シかも保守点検を容易に行うことが
できること。

マイクロコンピュータ等を用いて計測結果をリアルタイ
ムで遂次アウトプットすることができるので、計測の為
に掘削の稼動率を低下させることなく迅速に掘削中の偏
位を確認することができると共に、掘削した深さと角度
を随時知ることができるので地盤にあわせた掘削速度等
の管理も可能であること。

測定深度位置に計測装置を設置することなく当該位置に
は単に線条材の先端を緊着するのみで、計測装置はコン
パクトで地上の適所に着脱することができるために、例
えば逆打ち工法における構真柱の建込み等の他工法にも
容易に転用できる。

等々優れた利点を備えたものである。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明の実施例を示し、第１図、第２図
は基本原理の説明図、第３図は計測ユニットの縦断正面
図、８ｇ４図は同縦断側面図、第５図は木製装置の使用
状態を示す説明図、第６図は計測信号処理を行なうため
の回路構成を示すブロック図である。 〔符号の説明〕 １・・トルクモータ　　　　　２・・・巻取ドラム：１
・・・線条材　　　　　　　４・・・断熱材５・・・フ
ァン　　　　　　　６・・・吸気ロア・・・傾斜計　　
　　　　　８・・・移動滑車９・・・固定滑車　　　　
　１０・・・出入口１１・・・レール　　　　　　１°
２・・・摺動板１３・・・支　軸　　　　　　１４・・
・錘１５・・・ロータリーエンコーダ１６・・・投光器
１７・・・受光器　　　　　　１８・・・拭取具１９・
・・電磁弁　　　　　　２０・・・水献ズル２１・・・
角度検出回路　　　２２・・・カウンター２３・・・増
巾およびＡ／Ｄ変換回路　２４・・・マイクロコンピュ
ータ２５・・・表示回路　　　　　２６・・・制御回路
Ａ・・計測ユニツ）　　　　　　　Ｂ・・・コントロー
ルユニットＤｏ・・・地上高さ　　　　　ｌ）ｘ・・・
掘削深度Ｇ・・ガイドウオール　　　Ｈ・・・縦　穴Ｋ
・・・掘削装置　　　　　ＫＢ・・・ロッドＫＤ・・・
掘削具　　　　　　ＫＰ・・・案内パイプＸ・・・偏　
位 α０．αｌ・・・計測ユニットと鉛直線の々す角γ０．
γｌ・・・計測ユニットと線条材の々す角第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被計測部材の先端側に装着され筐体内から牽引によシ線
   条材を繰シ出すと共に当該線条材を適宜巻取る手段と、
   該線条材が前記筐体に対して繰シ出される角度を計測す
   る手段と、該線条材の繰シ出し量を計測する手段と、筐
   体自身の傾き角度を計測する手段とを少くとも一体装着
   した計測ユニットヲ備え、更に前記各計測手段による計
   測値に基づき傾斜度を電気的に算出し表示する手段と、
   前記各手段に対して制御指令を与える手段とからなる掘
   削縦穴等の傾斜度計測装置。