JPS60181420A - 掘削装置 - 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】 この発明は、地下連続壁の掘削工事に用いられる掘削装
置に関する。

近年、多くの土木工事、特に止水壁や、地下鉄等の地下
構造物の建造工事には地下連続壁工法、すなわち、地中
にある長さの溝を掘削し、ここに鉄筋かとを建て込んだ
後にコンクリートを打設して鉄筋コンクリート壁を施工
する工事法が採用されている。

ところで、上述した工事法における掘削作業においては
、掘削機・の運転にかなシの熟練を必要とし、ごく限ら
れたオペレータが経験や勘を頼りに運転を行なっている
′のが現状である。したがって、人手不足からオペレー
タは高齢化して来ており、また、一方では経験や勘を頼
りに運転を行なっているために掘削溝の施工結果に個人
差が生じるという問題がある。

この発明は上記事情に鑑み、熟練したオペレータのみな
らず誰にでも容易に運転でき、しかも、充分な掘削精度
を確保することができる掘削装置を提供するもので、掘
削状況を検知する複数の検知手段を有し、昇降装置によ
シ昇降可能に懸吊されたドリル本体によって掘削を行な
うと共に、前記ドリル本体に装備された偏位修正手段に
よって掘削偏位の修正を行なｉ副装置において、目標値
の設定に用いられる設定手段と、前記ドリル本体の昇降
速度の制御を行なう速度コントローラと、前記偏位修正
手段の制御を行なう偏位コントローラと、前記複数の検
知手段の各検知結果と、前記設定手段により設定された
目標値とを比較し、この比較結果に基づいて前記速度コ
ントローラおよび前記偏位コントローラを駆動制御する
制御手段とを具備したことを特徴とする。

以下、図面を参照し、この発明の一実施例について説明
する。

第１図は、この発明の一実施例による掘削装置における
掘削機の構成を示す正面図であり、図において１は車輪
２によってレール上を走行する専用やぐらである。この
専用やぐら１の下部支持台１ａ上には油圧モータによっ
て駆動されるウィン５：！３が固定されてお夛、このウ
ィンチ３によって、吊ワイヤーロープ４を巻上げ、もし
くは巻下げることにより、吊ワイヤーロープ４に懸吊さ
れたドリル本体５の昇降が行なわれる。この場合、吊ワ
イヤーロープ４は専用やぐら１の上部支持台１ｂ上の滑
車６を通過して垂直下方に伸び、そして、ドリル本体５
の上部に位置する動滑車７において折シ返した後に、上
部支持台１ｂまで上昇し、上部支持台ｌｂ上の滑車８を
通過して再度下向きに伸びた後、その端部が下部支持台
ｌａ上に固定された張力計９に取付けられている。そし
て、この張力計９によって、吊ワイヤーロープ４の張力
、すなわち吊ワイヤーロープ４に懸吊されたドリル本体
５の荷重が計測される。また、１０．１１は二方向傾斜
計（以下単に傾斜計と称す）であり、上部支持台ｌｂ上
の両端部に各々取付けられている。これら傾斜計１０．
１１の各々には測定用ワイヤ１２．１３が取付けられて
おり、これら２本の測定用ワイヤ１２．１３が、ドリル
本体５０両側部に取付けられた一対の滑車１４．１５と
、専用やぐら１の上部支持台１ｂ上に取付けられ７’ｔ
　一対の滑車１６．１７と、下部支持台ｌａ上に取付け
られ九一対の巻取りローラ１８．１９とによって対称に
張設されている。そして、ドリル本体５が紙面に垂直な
方向（以下Ｙ方向という）および紙面の左右方向（以下
Ｘ方向という）に偏位した場合に、測定用ワイヤ１２．
１３が傾斜し、とれに伴い傾斜計１０．１１が傾斜する
。そして、この傾斜計１０．１１の傾斜に基づいて、測
定用ワイヤ１２．１３の各々のＸ方向およびＹ方向の傾
斜角度が計測される。また専用やぐら１の上部支持台１
ｂには、一方の測定用ワイヤ１３の移動によって作動す
る深度計２０が取付けられヤおり、この深度計２０によ
ってドリル本体５の掘削距離が計測される。なお、深度
計２０としては例えばロータリエンコーダが用いられる
。

一方、ドリル本体５にお匹て２１．２１・・・は、回転
することによシ地盤を掘削するドリルビットであり、ド
リル本体５の内部に取付けられた水中モータ（図示せず
）によって回転駆動される。また２２．２″ｊ・・・は
偏位修正板であり、ドリル本体５の前面および後面に各
々４枚ずつ、計８枚が取付けられている。この偏位修正
板２２．２２・・・は、ドリル本体５の内部に取付けら
れた油圧ポンプ（図示せず）により駆動されて、ドリル
本体５の前面および後面から垂直に突出するようになっ
ている。この場合□、８枚す偏位修正板２２．２２・・
・は各々、別個に駆動することが可能である。−また、
ドリル本体５の底面の中央にはリバース吸込み口（図示
せず）が開口しており、このリバース吸込み口は、ドリ
ル本体５の中央を貫通し、専用やぐら１に達する配管２
３、および配管２３の上端部に接続されたホース２４を
介して排水ポンプ２５の吸込み口と連通している。そし
て、この排水ポンプ２５により、掘削孔上部がち、掘削
時において常時給水される水を、掘削し次土砂と共に、
リバース吸込み口から吸上げ、配管２３とホース２４と
を介して地上に排出するようになっている。

この場合、配管２０はドリル本体５の掘削深度に応じて
、自在に継ぎ足すことが可能である。また、２６）は流
量計であり、この流量計２６によって排水ポンプ２５に
ょシ排水される泥水の流量が計測される。

次に、第２図を用いて、第１図に示す掘削機をコントロ
ールする制御部の構成について説明する。

第２図において、２０．１Ｇ、１１，２６．９は、各々
第１図に示す深度計、傾斜計、流量計、張力計である。

３ｏはドリル本体５に取付けられた水中モータの電流値
（ドリル電流値）の計測を行なうドリル電流変換器であ
６、ａ＋４は排水ポンプ２５の駆動に用いられるモータ
の電流値（ポンプ電流値）の計測を行なうポンプ電流変
換器である。また、３２は複数のポテンショメータより
なるパラメータ設定器である。そして、これら深度計２
０．傾斜計１０．１１．ドリル電流変換器３０、流量計
２６、ポンプ電流変換器３１、および張力計９による各
計測値、並びにパラメータ設定器３２によって設定され
た値は、インターフェイスユニット（以下Ｉ／Ｆ　と称
す）３４によってＡ／Ｄ　（アナログ／ディジタル）変
換された後に、コンピュータ３３に入力される。また、
３５はウィンチの巻上げ７巻下げの速度制御を行なう速
度コントローラであシ、手動によって、あるいはコンピ
ュータ３３よりＩ／Ｆ３４を介して出力される制御信号
によって駆動される。３６は掘削時において各偏位修正
板２２．２２・・・の突出、もしくは引き込みの制御を
行う偏位コントローラであり、速度コントローラ３５と
同様に、手動によって、あるいはコンピュータ３３よυ
Ｉ／Ｆ３４を介して出力される制御信号によって駆動さ
れる。また、３７は、モード選択スイッチであシ、オペ
レータが、このモード選択スイッチ３７を操作すること
によって、掘削装置の動作における４つのモードのうち
の１つが、任意に選択できるようになっている。ここで
、掘削装置の動作における４つのモードと、各モードに
おける処理内容は次の通υである。

モードＯ：手動運転 偏位量算出 表示・記録処理 モード１：偏位量算出 表示・記録処理 ウィンチ巻下げ速度制御 自動緊急処理 自動定深度処理 モード２：偏位量算出 表示・記録処理 偏位修正制御 自動緊急処理 自動定深度処理 モード３：偏位量算出 表示・記録処理 ウィンチ巻下げ速度制御 偏位修正制御 自動緊急処理 自動定深度処理 そして、速度コントローラ３５、偏位コントローラ３６
、モード切換スイッチ３７および、コンピユー・夕３３
の指示によシ鳴動するブザー（図示せず）によって操作
卓が構成される。ま友、この操作卓の近傍には排水ポン
プ駆動用モータ、水中モータ等の始動もしくは停止を行
なう手動スイッチが設けられている。

次に、３８はキーボードであり、コンピュータ３３に対
する指示の入力、あるいは掘削作業前における各種目標
値の設定に用いられる。また３９はフロッピーディスク
、４０はＣＲＴ　（プラクン管表示装置）、４１はプリ
ンタである。

以上の構成を有する掘削装置の動作について説明する。

まず、オペレータはキーボー）’３８４−用いて各種目
標値の設定を行う。この場合設定される目標値には、目
標深度、Ｘ方向およびＹ方向の偏位許容範囲等、予め工
事仕様により決定されているものの他、ポンプ電流値、
ドリル電流値等のように過去のデータ、もしくは地盤の
調査結果から決定されるものがある。また、オペレータ
は、パラメータ設定器３２によって、排水流量の最低限
界値等の設定を行う。次に、全ての項目について設定が
終了したならば、オペレータは操作卓の近傍に設けられ
たスイッチを操作して、給水を開始すると共に、排水ポ
ンプ駆動用モータおよび水中モータを始動させる。次に
、モード選択スイッチ３７によって動作モードを選択す
る。いま、例えはモード３が選択されたとすると、この
スイッチ情報がＩ／Ｆ３４を介してコンピュータ３３に
入力される。コンピュータ３３は、入力されたスイッチ
情報に基づｂてモード３が選択されたことを検知し、速
度コントローラ３５に対し、ウィンチ３の巻下げ指示を
出力する。これにょ９、ドリル本体５が降下を始め、ド
リルピッ）２１．２１・・・が地盤に達すると、ドリル
本体５の自重により、掘削が開始される。以後、コンピ
ュータ３３にはＩ／Ｆ３４を介して深度計２０、傾斜計
１０゜１１、ドリル電流変換器３０等の各検知手段の検
知結果が入力される。そして、コンピュータ３３は、入
力された各検知結果に基づいて次の各処理を行う。

（１）偏位量算出 例えは第３図に示すように測定用ワイヤ９゜１０がＹ方
向に角度θだけ傾斜した場合を仮定する。ＪＲおよびｈ
□　を、各々深度計２０によって計測され友掘削距離、
および地表から傾斜計１０．１１までの高さとすると、
掘削深度ｈ２は、 ｈ２＝ＪＲＣＯ８θ　−＝−−−−−−−−ｉｌ＋また
、Ｙ方向の偏位量１ｙは、 ％　＝　［ｔａｎθ＝（ｈ１＋％ＣＯ８θ）　ｔａｎθ
−−−−−−−−−−−−１２１ となる。

しかして、コンピュータ３３は、Ｒ変針２０および傾斜
計９．１０による計測値と、上記＋１１、（２）式とに
よジトリル本体５の掘削深度、Ｘ方向の偏位量、および
Ｙ方向の偏位量を算出する。

（２）　表示・記録処理 コンピュータ３３は、Ｉ／Ｆ３４を介して入力される各
検知手段の検知結果、並びに前述し次式’１）、１２１
によシ算出されたドリル本体５の掘削深度、およびＸ方
向・Ｙ方向の偏位量の変化の状態を逐次ＣＲＴ４０に数
値表示すると共に、これら検知結果等を予めキーボード
３８によって設定された一定深度毎に、プリンタ４１よ
り印字出力する。ｔた、コンピュータ３３は、ＣＲＴ４
０に表示される前記検知結果等を、一定時間毎に７０ツ
ピイーデイスク町９に記録する。そして、この７０ツピ
ーデイス）３．９に記録されたデータは、掘削工事の詳
細なデータを記録したものとして保管されると共に、今
後、類似した工事を行う場合の参考資料となる。

（３１ウィンチ巻下げ速度制御 コンピュータ３３は、予めキーボード３Ｂに計測値とを
比較し、この比較結果に基づいてウ−インチ３の巻下げ
速度の制御を行う。すなわち、ドリル電流変換器３０に
よる計測値が、予め設定された目標値よシ大きい場合で
あれば、予測した以上の負荷がドリルピッ）２１　、２
１・・・に作用り、ていることになる。したがって、仁
の場合、コンピュータ３３は速度コン）　ｏ　−５３５
に対して、巻下げ速度の低下指示を出力する。

これにより、ウィンチ３の巻下げ速度が低下し、ドリル
ピッ）２１．２１・・・に作用する負荷が軽減される。

逆に、ドリル電流変換器３０による計測値が、目標値よ
り小さい場合であれば、コンビ五＾夕３３は運転効率を
上げるために速度コントローラ３５に対して、巻下げ速
度の増加指示を出力する。これにより、ウィンチ３の巻
下げ速度が増加する。

一方、ポンプ電流変換器３１により計測値が、予め設定
された目標値より大きい場合であれば、掘削土砂の量が
排水ポンプ２５の処理能力を上回っていることになり、
排水ポンプ２５が閉塞を起こす虞れがある。したがって
、この場合コンピュータ３３は速度コントセー２３５に
対して、巻下げ速度の低下指示を出力する。これにより
、ウィンチ３の巻下げ速度が低下し、掘削土砂の量が減
少する。逆に、ポンプ電流変換器３１による計測値が目
標値より小さい場合であれば、運転効率を上げるために
、コンピユー！３３は速度コントローラ３５に対して、
巻下げ速度の増加指示を出力する。

以上述べたようにして、ウィンチ３の巻下げ速度の制御
が行なわれる。ところで、地盤によってはドリル電流変
換器３０による計測値に基づく判断と、ポンプ電流変換
器３１による計測値に基づく判断に矛盾を生じる場合が
ある。向えば、ドリルピッ）２１．２１・・・に作用し
ている負荷が高いにもかかわらず、排水量が多い場合、
すなわちドリル本体５が非常に硬い地盤に達した場合に
は、ドリル電流変換器３０による計測値と、その目標値
との比較結果によればウィンチ３の巻下げ速度を低下さ
せなければならないが、ポンプ電流変換器３１による計
測値と、その目標値との比較結果によればウィンチ３の
巻下げ速度を増加させなければならない。また、ドリル
ピッ）２１．２１・・・が極端に軟い地盤に達した場合
においても、前述した判断に矛盾を生じる場合がある。

すなわち、掘削土砂が多く、一方ドリルビット２１．２
１・・・に作用する負荷が軽い場合である。コンピュー
タ３３は、上述したような判断の矛盾が生じた場合には
、ドリルピッ）２１．２１・・・が極端に摩耗しないよ
うに、また、排水ポンプ２５が閉塞を起こさないように
、予めキーボード３８より設定された目標値を、掘削状
況に合わせて最適な目標値に変更する。

（４）　偏位修正制御 ドリル本体５のＹ方向の偏位が検出された場合、コンピ
ュータ３３は、偏位した側の偏位修正板２２．２２・・
・を突出させるように、偏位コントローラ３６に対し制
御指示を出力する。これにより、指示された偏位修正板
２２．２２・・・が突出し、これら突出した偏位修正板
２２゜２２・・・が掘削壁を強く押圧することにより、
ドリル本体５の掘削方向が変更される。−なお、ドリル
本体５は、Ｘ方向の偏位に対して、偏位修正手段を有し
ていない。したがって、Ｘ方向の偏位に対しては、偏位
の修正を行なうことができないが、連続壁の施工におい
てＸ方向の偏位は、それが顕著でない限り問題となるこ
とはない。

（５）　自動緊急処理 この処理は、排水ポンプ２５が閉塞を起こした場合、す
なわち、流量計２５による計測値が、パラメータ設定器
３２に設定されている排水量の最低限界値以下になった
場合、およびドリル本体５のＸ方向およびＹ方向の各々
の偏位量が、予めキーボード３８よシ設定されたＸ方向
およびＹ方向の偏位許容範囲を超えた場合における、コ
ンピュータ３３の処理である。この場合、コンピュータ
３３は、まず、ウィンチ３０巻下げ停止指示を速度コン
ト日−ラ３５に対し出力すると共に、偏位コントローラ
３６に対し、全ての偏位修正板２１．２１・・・の引き
込み指示を出力する。これによシ、ドリル本体５の降下
が停止すると共に、突出している偏位修正板２１が引き
込まれる。次いで、コンピュータ３３ｔｉ、速度コント
ローラ３５に対し、ウィンチ３の巻上げ指示を出力する
。これにより、ドリル本体５が上昇を始める。そして、
コンピュータ３３は、予めキーボード３８よシ設定され
た距離だけドリル本体５が上昇したならば、その時点で
速［コントローラ３５に対し、ウィンチ３０巻上げ停止
指示を出力する。そして、ドリル本体５が停止した後、
予めキーボード３８により設定された一定時間経過後に
、流量計２６による計測値、もしくはドリル本体５の優
位量が運転可能な状態に復帰しているか否かを検出する
。

すなわち、コンピュータ３３は、ドリル本体５が上昇し
７ｊことによって、流量計２６による計測値がパラメー
タ設定器３２に設定されている排水量の最低限界値以上
になつ１とか否か、もしくは、ドリル本体５のＸ方向お
よびＹ方向の偏位が、予め設定された偏位許容範囲内に
収まったか否かを検出し、これらの条件が満たされてい
る場合には、速度コントローラ３５に対し、ウィンチ３
０巻下げ指示を出力する。これにより、ドリル本体５が
停止している位置から、再度、掘削が開始される。しか
しながら、前述した条件が満たされていない場合には、
コンピュータ３３は、操作卓上のブザーを鳴動させた後
、動作モードをモード０に切換える。これにより、速度
コントローラ３５および偏位コントロー２３６はその後
手動運転されることになる。

（６）自動定深度処理 この処理は、ドリル本体が、配管ｚ３の継ぎ足しを必要
とする深度に達した場合、もしくはドリル本体５が、予
めキーボード３８によって設定された最終目標深度に達
した場合における、コンピュータ３３の処理である。こ
の場合コンピュータ３３は、まず、速度コントローラ３
５に対して、ウィンチ３の巻下げ停止指示を出力すると
共に、偏位コントローラ３６に対し、全ての優位修正板
２１．２１・・・の引き込み指示を出力する。これによ
シ、ドリル本体５の降下が停止すると共に、突出してい
る偏位修正板２１が引き込まれる。次いで、コンピュー
タ３３は操作卓上のブザーを鳴動させた後に、動作モー
ドをモード０に切換える。その後、掘削機の停止を確認
したオペレータは、操作卓の近傍に設けられたスイッチ
を操作して、排水ポンプの駆動用モータおよび水中モー
タを停止させた後に、飄削機が最終目標深度に達したの
であれば、速度コントローラ３５を手動操作して、ウィ
ンチ３を巻上げる。また、配管２３の継ぎ足し深度に達
したのであれば、配管２３の継ぎ足し作業を行う。そし
て配管２３の継ぎ足し作業が終了したならば、オペレー
タは、排水ポンプの駆動用モータおよび水中モータを始
動させた後に、モード選択スイッチを操作して、モード
３を選択する。以下、掘削が続行される。

以上が、コンピュータ３３が行う各処理の動作内容であ
る。

ところで、地盤によっては、そこが以前に全く掘１’Ｓ
ｌｌ経歇のない場所であり、かつ、地盤について、裏前
に充分な調査等を行なうことができない場合がある。こ
のような場合には、掘削前に、キーボード３８より必要
な目標値（例えば、ドリル電流値）等の全てを設定でき
ないので、モード３によって運転することは不可能とな
る。

したがって、このような場合においては、熟練したオペ
レータによる試し掘シが行なわれる。

試し掘りは、オペレータが自らの判断により、設定する
ことができない目標値に応じて、モード０〜モード２を
選択することによって開始される。そして、オペレータ
は、ＣＲＴ４０に表示された、各検知結果等に基づいて
速度コントローラ３５、もしくは偏位コントローラ３６
、もしくはこれらコントローラ双方の操作を行い、掘削
を行う。そして、オペレータが、掘削機の動作が安定し
九と思われる時点、すなわち、オペレータがドリル本体
５の偏位量を、予め設定された偏位許容範囲内に収める
ことができる最適表掘削速度が得られたと判断した時点
で、オペレータは、モード選択スイッチ３７を操作して
、モード３を選択する。モード選択スイッチ３７が操作
されると、スイッチ情報がＩ／Ｆ３４を介してコンピュ
ータ３３に入力される。

コンピュータ３３は、入力されたスイッチ情報に基づい
てモード３が選択されたことを検知すると、未設定の目
標値について、例えば、ドリル電流の目標値が、未設定
であったとすると、モード選択スイッチ３７が操作され
た時点における、ドリル電流変換纏３０による計測値を
、本来ならば予めキーボード３８により設定される目標
値とする。これによシ、以後、モード３によって掘削を
続行することが可能となる。なお、この場合、オペレー
タが最適な掘削速度を得ることができたと判断した時点
で、モード３の選択を行なったが、最適な掘削速度が得
られなくても、オペレータが、最適な掘削速度を把握で
１！たならば、一度掘削機を停止させた後に、キーボー
ド３８より新ためて、未設定の目標値を設定してもよい
。

以上説明したようにこの発明によれば、掘削機を、掘削
状況の変化に応じて自動的に制御することができ、した
がって、熟練したオペレータのみならず誰にでも容易に
運転できると共に、オペレータの負担を軽減させること
ができる。

また、この発明によれば、高い掘削精度を確保すること
ができる効果が得られる。例えば、深度１００％まで掘
削して’／１０００　以上の精度を確保することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例による掘削装置における
掘削機の構成を示す正面図、第２図は、第１図に示す掘
削機を制御する制御部の構成を示すブロック図、第３図
は、ドリル本体５の掘削深度および偏位量をめる処理を
説明するための説明図である。 ３・・・・・・ウィンチ（昇降装置）、９・・・・・・
張力針（検知手段）、１０．１１・・・・・・二方向傾
斜針（検知手段）、２０・・・・・・深度計（検知手段
）、２２・・・・・・偏位修正板（偏位修正手段）、２
６・・・・・・流量計（検知手段）、３０・・・・・・
ドリル電流変換器（検知手段Ｘ３１・・・・・・ポンプ
電流変換器（検知手段）、３２・・・・・・パラメータ
設定器（設定手段）、３２・・・・・・コンピュータ（
制御手段）、３５・・・・・・速度コントローラ、３６
・・・・・・偏位コントローラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 掘削状況を検知する複数の検知手段を有し、昇降装置に
   よシ昇降可能に懸吊されたドリル本体によって掘削を行
   なうと共に、前記ドリル本体に装備された偏位修正手段
   によって掘削偏位の修正を行なう掘削装置において、 （ａ）　目標値の設定に用いられる設定手段と、（ｂ）
   　前記ドリル本体の昇降速度の制御を行なう速度コント
   ローラと、 （０）　前記偏位修正手段の制御を行なう偏位コントロ
   ーラと、 （＋１）　前記複数の検知手段の各検知結果と、前記設
   定手段により設定され丸目標値とを比較し、この比較結
   果に基づいて前記速度コントローラおよび前記偏位コン
   トローラを駆動制御する制御手段と、 を具備したことを特徴とする掘削装置。