JP6321056B2 - 回転式掘削機、回転式掘削機の傾斜測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、土留め壁等を構築するための回転式掘削機等に関するものである。

従来、地下に構造物を施工する際には、周りの土が崩れることを防止するために、規模に応じた土留め壁を構築する必要がある。特に、大規模な土留め壁としては、ソイルセメント地中連続壁が採用されている。ソイルセメント地中連続壁は、原地盤とセメントミルクとを撹拌混合した柱体に形鋼などの芯材を挿入して構築される。

このようなソイルセメント地中連続壁は、回転式掘削機によって構築される。例えば、代表的な回転式掘削工法としては、オーガー撹拌方法（ＳＭＷ工法）がある（例えば特許文献１）。

特開平１１−１３１４６９号公報

ソイルセメント地中連続壁は、仮設の土留めとなる。このため、可能な限り敷地境界限度ギリギリで施工し、建ぺい率の有効な活用を図ることが望まれる。このような場合には、ソイルセメント地中連続壁が敷地境界を侵さないように、施工の精度管理が最も重要になる。

しかし、従来のソイルセメント地中連続壁の施工においては、掘削機の先端位置を正確に計測するシステムを使用した例がほとんどない。例えば、オーガースクリュウーの上部に傾斜計を設置し、傾斜計へのケーブルをコネクタで接続する方法も提案されているが、劣悪な環境下で使用されるため、十分な止水性を確保することが難しい。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、簡易な構造で精度よく回転式掘削機の先端位置を把握することが可能な回転式掘削機、回転式掘削機の傾斜測定方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達するために第１の発明は複数のロッドが継ぎ足された回転式掘削機であって、それぞれの前記ロッドに配置される傾斜測定装置と、前記傾斜測定装置に取り付け可能なアンテナ部材と、を具備し、前記傾斜測定装置の内部には、傾斜センサと、前記傾斜センサを駆動させる電源と、前記傾斜センサからの信号を送受信するアンテナ部と、が密封され、前記アンテナ部材と前記アンテナ部とは非接触で信号を送受信可能であり、前記ロッド同士の接続部において、前記アンテナ部材同士の間に発泡体が挟み込まれ、前記アンテナ部材同士が信号を送受信可能であることを特徴とする回転式掘削機である。

第２の発明は、複数のロッドが継ぎ足された回転式掘削機であって、それぞれの前記ロッドの軸方向の中央付近に配置される傾斜測定装置と、前記傾斜測定装置に設けられた凹部に取り付け可能なアンテナ部材と、を具備し、前記傾斜測定装置の内部には、傾斜センサと、前記傾斜センサを駆動させる電源と、前記凹部の周囲に配置されて前記傾斜センサからの信号を送受信するアンテナ部と、が密封され、前記アンテナ部材と前記アンテナ部とは非接触で信号を送受信可能であり、前記ロッド同士の接続部において、前記アンテナ部材同士が信号を送受信可能であることを特徴とする回転式掘削機である。

前記傾斜測定装置は、マイクロ波を発生させることが望ましい。

前記傾斜測定装置と、前記アンテナ部材が、前記ロッドの内部に配置されてもよい。

前記傾斜測定装置と、前記アンテナ部材が、前記ロッドの外部に配置されてもよい。

前記アンテナ部材は、前記傾斜測定装置の両端に挿入されてもよい。

第１および第２の発明によれば、傾斜測定装置の内部に傾斜センサと電源とアンテナ部とを密封することで、テープなどによる止水性の確保が不要である。このため、作業性が良好であり、信頼性が高い。

また、傾斜測定装置の内部のアンテナ部と、傾斜測定装置の外部のアンテナ部材とが非接触でアンテナによる信号の送受信を行うため、電線等を用いる必要がなく、構造が簡易であり、確実に止水性を確保することができる。この際、アンテナ部材は、棒状の部材を適用することができるため、長さ調整が容易である。このため、ロッドの長さに応じて、現場で長さ調整を行うこともできる。

また、ロッドの接続部において、アンテナ部材同士の間に発泡体を挟み込むことで、アンテナ部材同士の間に水分が浸入することを防止することができる。アンテナ部材同士の間に水分が浸入すると、アンテナによる信号が遮断されて伝わりにくくなるためである。

なお、発泡体を用いることで、アンテナ部材同士の長さのばらつきを吸収可能である。例えば、アンテナ部材同士が突き合わさると、ロッド同士の接続が十分でなくなるおそれがあるため、アンテナ部材同士は非接触となるが、発泡体は容易に変形可能であるため、アンテナ部材同士の隙間を確実に埋めて、確実に信号の送受信を行うことができる。

また、傾斜測定装置が高い周波数であるマイクロ波を発生させるようにすれば、傾斜測定装置を小型にすることができる。

また、傾斜測定装置とアンテナ部材をロッドの内部に配置すれば、ロッドの外部に部材が露出せず、水密性の確保が容易である。

また、傾斜測定装置とアンテナ部材をロッドの外部に配置すれば、傾斜測定装置のメンテナンスや電源交換等が容易である。

アンテナ部材が傾斜測定装置の両端に挿入されるようにすれば、構造が簡易であり、また、傾斜測定装置の外部のアンテナ部材とアンテナ部材とが確実に信号の送受信を行うことができる。

第３の発明は、第１および第２の発明にかかる回転式掘削機の傾斜測定方法であって、上方から、前記アンテナ部材を介して、それぞれの前記傾斜測定装置に対して測定開始指示を出し、前記アンテナ部材を介して、それぞれの前記傾斜測定装置からの測定データを取得することを特徴とする回転式掘削機の傾斜測定方法である。

上方から、前記アンテナ部材を介して、最深の前記ロッドの前記傾斜測定装置に対して測定開始指示を出し、当該傾斜測定装置で測定された結果は、前記アンテナ部材を介して一つ上方の前記傾斜測定装置に送信され、下方の前記傾斜測定装置で測定された結果を受信した一つ上方の前記傾斜測定装置は、当該ロッドの傾斜測定を行い、順次上方に、下方からの測定結果と自身の測定結果を前記アンテナ部材を介して送信して、それぞれの前記傾斜測定装置における測定結果を上方に送信してもよい。

第３の発明によれば、効率よくロッドの傾斜の測定データを取得することができる。

本発明によれば、簡易な構造で精度よく回転式掘削機の先端位置を把握することが可能な回転式掘削機、回転式掘削機の傾斜測定方法を提供することができる。

回転式掘削機１を示す全体図。 ロッド５の断面図。 傾斜測定装置９を示す図。 発泡体２１を示す図。 データ収集方法を示す図。 傾斜測定装置９ａを示す図。 傾斜測定装置９ｂを示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、回転式掘削機１を示す図である。回転式掘削機１は、主に、駆動部３、ロッド５、データ収集部７等から構成される。なお、ロッド５の本数や長さは、図示した例には限られない。

回転式掘削機１は、オーガー掘削機である。回転式掘削機１のベースマシン２には鉛直方向にガイドバー４が設けられる。ガイドバー４には、図示を省略した昇降装置によってガイドバー４に沿って昇降可能な駆動部３が配置される。

駆動部３の先端には、ロッド５が接続される。複数のロッド５は、互いに接続部６で接続される。なお、これら複数のロッドを総称してオーガーと称する。各ロッド５の外周には図示を省略した削孔ビッドが設けられる。また、複数のロッド５の先端にはオーガーヘッドが固定される。なお、回転式掘削機１は、例えば、３連のオーガーを有する。

ベースマシン２には、データ収集部７が配置される。データ収集部７は、例えばコンピュータやタブレット端末である。データ収集部７は、後述する各ロッド５の傾斜測定データを収集し、オーガーの傾斜を算出可能である。

次に、傾斜測定装置について説明する。図２は、ロッド５の内部構造を示す概略断面図であり、図３は、傾斜測定装置９の外観概略図である。ロッド５は中空の部材である。ロッド５の内部には、傾斜測定装置９とアンテナ部材１９とが収容される。

傾斜測定装置９は中空の部材であり、内部には、傾斜センサ１１、電源１３、アンテナ部１５等が収容される。なお、傾斜測定装置９の容器は完全に密封されており、内部への水分等の浸入が防止される。

傾斜センサ１１は、公知の傾斜センサであり、例えば、鉛直方向に対してＸ方向およびＹ方向の傾斜をそれぞれ計測可能なジャイロを適用可能である。なお、以下の説明では、傾斜センサ１１の動作を制御する制御部については説明を省略するが、傾斜センサ１１は、傾斜センサ１１の駆動やデータ変換を行う制御部を含むものとして説明する。電源１３は、傾斜センサ１１を駆動するためのものである。また、アンテナ部１５は、傾斜センサ１１からの信号を送受信するための部位である。

傾斜測定装置９の容器には、上下に凹部１７が形成される。凹部１７は、アンテナ部材１９が挿入される部位である。傾斜測定装置９の内部において、アンテナ部１５は、例えば、凹部１７の周囲に巻き付けられる。傾斜センサ１１で測定された測定データは、アンテナ部１５とアンテナ部材１９との間で送受信される。すなわち、傾斜測定装置９の内部と外部とでは、アンテナによって信号の送受信が行われる。

アンテナ部材１９は、棒状の部材であり、例えば鋼棒または鋼管である。したがって、現場でも自由に長さを調整することができる。アンテナ部材１９は、傾斜測定装置９の両側の凹部１７にそれぞれ挿入される。すなわち、凹部１７は、アンテナ部材１９の外形に対応した形状である。

ロッド５同士は、公知の方法で接続される。なお、ロッド５は、掘削深さに応じて、適宜長さを組み合わせて使用される。すなわち、長さの異なるロッド５を組み合わせることで、所望のオーガー長さにすることができる。この際、前述した様に、アンテナ部材１９は容易に切断することができるため、最長のロッド５に合わせて準備すれば、現場で切断して長さ調整することも可能である。

ロッド５同士の接続部６では、アンテナ部材１９同士が非接触で対向する。アンテナ部材１９同士も、アンテナによって非接触でデータを送受信することができる。

ここで、本発明では、データの送受信にマイクロ波を用いることが望ましい。例えば、周波数が３００ＭＨｚ〜３ＴＨｚの電波を用いることが望ましく、さらに望ましくは、０．９ＧＨｚ以上である。このような高周波を用いることで、発振器およびアンテナ部をコンパクトにすることができる。

一方、このような高周波を用いると、土中などでの減衰が大きいことが知られている。特に、水中では電波が伝わりにくい。したがって、アンテナ部材１９同士の隙間に水分が浸入すると、アンテナ部材１９同士の間のデータの送受信が困難となる場合がある。例えば、ロッド５の内部には、水や土が浸入する可能性があり、アンテナ部材１９同士の隙間に入ると、アンテナ部材１９同士の通信障害をきたす恐れがある。

これに対し、本実施形態では、アンテナ部材１９同士の間に、発泡体２１を挟み込むことが望ましい。図４は、発泡体２１の概形を示す図である。発泡体２１は、例えば発泡スチロールなどの樹脂製である。発泡体２１の両側には、それぞれ、アンテナ部材１９を挿入可能な凹部２３が形成される。

接続部６においては、発泡体２１のそれぞれの側の凹部２３に、上下のロッド５に収容されるアンテナ部材１９の先端が挿入される。このように、発泡体２１によって、アンテナ部材１９同士の隙間に空気層を確保することができる。このため、確実にアンテナ部材１９間のデータの送受信を行うことができる。なお、部材間の距離が短く、アンテナ部材１９同士の信号の送受信が確保できれば、発泡体２１は必ずしも必要ではない。

次に、本実施形態における回転式掘削機１を用いた傾斜測定方法について説明する。図５は、アンテナ部材１９と傾斜測定装置９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄのデータの送受信の流れを示す図である。

データ収集部７は、有線または無線により、最上部のロッドに収容されるアンテナ部材１９に対して、測定開始指示を送信する。測定開始指示を受信したアンテナ部材１９は、測定開始指示情報を最上部のロッドに収容される傾斜測定装置９ａに送信する（図中矢印Ａ）。

測定開始指示を受信した傾斜測定装置９ａは、測定開始指示情報を下方のアンテナ部材１９に送信し（図中矢印Ｂ）、さらに一つ下のロッドに収容されるアンテナ部材１９に測定開始指示情報が送信される（図中矢印Ｃ）。以上を繰り返し、上方から順に、アンテナ部材１９を介して、最深のロッドの傾斜測定装置９ｄに対して測定開始指示が伝達される（図中矢印Ｄ〜Ｇ）。

最深の傾斜測定装置９ｄが測定開始指示を受信すると、傾斜センサは当該ロッド５（傾斜測定装置９ｄ）の傾斜を測定し、測定された結果を、アンテナ部材１９を介して一つ上方の傾斜測定装置９ｃに送信する（図中矢印Ｈ，Ｉ）。さらに、下方の傾斜測定装置９ｄで測定された結果を受信した一つ上方の傾斜測定装置９ｃは、当該ロッド５の傾斜測定結果と、一つ下のロッドの測定結果とを、一つ上方の傾斜測定装置９ｂに送信する（図中矢印Ｊ，Ｋ）。

以上のように、順次上方に、下方からの測定結果と自身の測定結果とをアンテナ部材１９を介して送信して、それぞれの傾斜測定装置における測定結果を上方に送信する（図中矢印Ｌ〜Ｎ）。なお、それぞれの測定結果は、測定された傾斜測定装置のＩＤと紐づけられており、識別が可能である。

データ収集部７には、予め各ロッドの長さが入力されており、それぞれのロッドの傾斜角度によって、ロッドの先端位置を算出可能である。例えば、オーガーの最上部の位置をＧＰＳ等で把握し、上方のロッドの上端位置が分かれば、当該ロッドの傾斜から、当該ロッドの下端位置を算出することができる。以上の計算を上方から順に行うことで、オーガーの下端位置を知ることができる。なお、掘削深さは、別途深度検出器によって測定することができる。

このように、上方から、アンテナ部材１９を介して、それぞれの傾斜測定装置９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄに対して測定開始指示を出し、アンテナ部材１９を介して、それぞれの傾斜測定装置９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄからの測定データを取得することができる。したがって、オーガーの各部の位置を把握することができる。

なお、各傾斜測定装置の測定データの収集方法は、上述した方法には限られない。例えば、タイマなどを用いて所定の間隔で自動的に傾斜の測定とデータ送信とを行うようにしてもよい。また、データ収集部７と測定開始指示とは別系統で行ってもよい。

以上、本実施の形態によれば、傾斜測定装置９を貫通するようなケーブル等を配置する必要がない。このため、確実に傾斜測定装置９を密封することができる。また、傾斜センサ１１、電源１３、アンテナ部１５を傾斜測定装置９の容器内に密封するため、ロッド５の内部に土水が浸入した場合でも、信頼性を確保することができる。また、アンテナ部材１９は傾斜測定装置９の外部に配置されるため、アンテナ部材１９によって、傾斜測定装置９の水密性が悪化することがない。

また、傾斜測定装置９の両端に凹部１７が設けられ、凹部１７にアンテナ部材１９が挿入されるため、組立が容易である。また、凹部１７の内部にアンテナ部１５が配置されるため、確実にアンテナ部材１９とアンテナ部１５との間でデータの送受信を行うことができる。

また、アンテナ部材１９同士の対向部には、発泡体２１が配置される。このため、アンテナ部材１９同士の隙間に土水が浸入することを防止し、確実に空気層を確保することができる。したがって、アンテナ部材１９同士は、非接触で確実にデータの送受信を行うことができる。この際、発泡体２１に凹部２３が形成されるため、アンテナ部材１９との間の設置が容易である。

また、傾斜測定装置９がマイクロ波を発生させるようにすることで、装置を小型化することができる。この場合でも、発泡体２１を用いることで、確実にアンテナ部材１９同士のデータの送受信を行うことができる。

次に、第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施の形態にかかる傾斜測定装置９の設置状態を示す図である。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同一の機能を奏する構成については、図１〜図５等と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

前述した実施形態では、ロッド５の内部に、傾斜測定装置９とアンテナ部材１９とが配置される例について説明した。本実施形態では、傾斜測定装置９とアンテナ部材１９が、ロッド５の外部に配置される。傾斜測定装置９は、ロッド５の外周面に接合される。また、ロッド５は、傾斜測定装置９の凹部１７に挿入されるとともに、必要に応じて、傾斜測定装置９またはロッド５に接合される。

前述した様に、傾斜測定装置９は完全に密封されているため、ロッド５の外部に配置しても、傾斜測定装置９の内部に水等が浸入することがない。

第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。また、ロッド５の外部に傾斜測定装置９を配置することで、傾斜測定装置９のメンテナンスや電源の交換等が容易である。

次に、第３の実施形態について説明する。図７は、第３の実施の形態にかかる傾斜測定装置２０を示す図である。

傾斜測定装置２０は、傾斜測定装置９と略同様であるが、凹部１７の形態が異なる。傾斜測定装置２０は、凹部１７が傾斜測定装置２０の端面に配置されるのではなく、側面に形成される。

傾斜測定装置２０の内部には、傾斜測定装置９と同様に、傾斜センサ１１、電源１３、アンテナ部１５が密封される。アンテナ部１５は、Ｕ字状の凹部１７の周囲に配置される。

アンテナ部材１９は、凹部１７に配置される。この際、平面視において、凹部１７は略Ｕ字状に側面に開口するように形成されるため、アンテナ部材１９は、傾斜測定装置２０の側方から配置することができる。

第３の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。このように、傾斜測定装置に対するアンテナ部材１９の配置は適宜アレンジすることができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………回転式掘削機
２………ベースマシン
３………駆動部
４………ガイドバー
５………ロッド
６………接続部
７………データ収集部
９、２０………傾斜測定装置
１１………傾斜センサ
１３………電源
１５………アンテナ部
１７………凹部
１９………アンテナ部材
２１………発泡体
２３………凹部

Claims (8)

1. 複数のロッドが継ぎ足された回転式掘削機であって、
   それぞれの前記ロッドに配置される傾斜測定装置と、
   前記傾斜測定装置に取り付け可能なアンテナ部材と、
   を具備し、
   前記傾斜測定装置の内部には、傾斜センサと、前記傾斜センサを駆動させる電源と、前記傾斜センサからの信号を送受信するアンテナ部と、が密封され、
   前記アンテナ部材と前記アンテナ部とは非接触で信号を送受信可能であり、
   前記ロッド同士の接続部において、前記アンテナ部材同士の間に発泡体が挟み込まれ、前記アンテナ部材同士が信号を送受信可能であることを特徴とする回転式掘削機。
2. 複数のロッドが継ぎ足された回転式掘削機であって、 それぞれの前記ロッドの軸方向の中央付近に配置される傾斜測定装置と、 前記傾斜測定装置に設けられた凹部に取り付け可能なアンテナ部材と、 を具備し、 前記傾斜測定装置の内部には、傾斜センサと、前記傾斜センサを駆動させる電源と、前記凹部の周囲に配置されて前記傾斜センサからの信号を送受信するアンテナ部と、が密封され、 前記アンテナ部材と前記アンテナ部とは非接触で信号を送受信可能であり、
   前記ロッド同士の接続部において、前記アンテナ部材同士が信号を送受信可能であることを特徴とする回転式掘削機。
3. 前記傾斜測定装置は、マイクロ波を発生させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の回転式掘削機。
4. 前記傾斜測定装置と、前記アンテナ部材が、前記ロッドの内部に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転式掘削機。
5. 前記傾斜測定装置と、前記アンテナ部材が、前記ロッドの外部に配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の回転式掘削機。
6. 前記アンテナ部材は、前記傾斜測定装置の両端に挿入されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の回転式掘削機。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の回転式掘削機の傾斜測定方法であって、
   上方から、前記アンテナ部材を介して、それぞれの前記傾斜測定装置に対して測定開始指示を出し、前記アンテナ部材を介して、それぞれの前記傾斜測定装置からの測定データを取得することを特徴とする回転式掘削機の傾斜測定方法。
8. 上方から、前記アンテナ部材を介して、最深の前記ロッドの前記傾斜測定装置に対して測定開始指示を出し、当該傾斜測定装置で測定された結果は、前記アンテナ部材を介して一つ上方の前記傾斜測定装置に送信され、下方の前記傾斜測定装置で測定された結果を受信した一つ上方の前記傾斜測定装置は、当該ロッドの傾斜測定を行い、順次上方に、下方からの測定結果と自身の測定結果を前記アンテナ部材を介して送信して、それぞれの前記傾斜測定装置における測定結果を上方に送信することを特徴とする請求項７記載の回転式掘削機の傾斜測定方法。

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