JPS6038498B2 - 水ジエツトによる孔壁掘削方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水ジェット掘削装置を用いて地中掘削を行な
うに当り、その掘削孔形状および水ジェット用ノズルと
孔壁との距離を、地上側において確認しつつ掘削できる
ようにしたものに関する。

ケーソン沈設工法等において、水ジェット掘削装暦を単
独、あるいは掘削ビットによる機械的掘削装置と併用し
て用いることは、既によく知られた処であるが、この場
合水ジェットノズルと被掘削物との距離、即ちノズルと
掘削されつつある孔壁との距離、更には掘削されつつあ
る孔形状の如何等は、その掘削性に影響を及ぼす重要な
ファクターであるが、掘削中には水が流動しているため
、一般に利用されている超音波による孔壁測定装置は利
用できないのである。また水ジェット掘削に限らないが
、掘削終了後、最後の掘削形状を測定する場合でも、超
音波による測定手段は、平滑面に対しては問題ないが、
凹凸面に対しては超音波がうまく反射されないので、正
確な検出測定は同じく困難である。従来広く利用されて
いる超音波を利用した孔壁測定装置は地上の超音波発生
装置、水中の発信部、受信部、地上の演算部、記録部か
ら成っており、水中の発信部から発せられた超音波は孔
肇に当って反射し、これを受信部でキャッチし、発せら
れてから戻ってくるまでの時間を測定し、距離に変換す
るものであり、そして記録は通常一定速度で送られてく
る記録紙上に表わされ、位置との対応はリミットスイッ
チ、押しボタン等のマーキングで示されるため、実物と
の対応がつきにくいのである。また超音波の指向性と、
乱反射等によって３０〜４０伽以下の凹凸は検知できず
、先にも述べたように水ジェットで掘削している場合は
、その濁った流動水中では超音波が乱され、全く測定が
困難になるのである。また竪孔等をリバース掘削機によ
って掘削するに当り、ピニオン、ラックを用いて、掘削
孔壁に沿って接触させ乍ら削孔精度を測定する装置も開
発されているが、これはその測定範囲が０〜１４０側程
度と狭く、それ以上の凹凸はアタッチメントを取換えね
ば測定できないし、また測定は孔内を摺動昇降させるこ
とにより行なうため、掘削形状そのものの直視は不可能
である。本発明はこれら従来技術における問題点を考慮
し、水ジェット掘削装置を用いて掘削を行なうに当り、
流動する濁水中でもその水ジェットノズルと掘削孔壁と
の距離、更には掘削形状を正確容易に測定しながら、掘
削を行なうことができるようにしたものであり、従って
その特徴とする処は、昇降自在に保持され、かつ所要位
置において水平方向に移動可能に設置された水ジェット
掘削装置と該装置の水ジェット伸縮ノズルに取付けられ
た孔壁検出腕とを使用し、地上模擬装置に前記検出腕の
伸縮量を相似的に出力させることにより、孔壁形状およ
び前記ノズル先端と孔壁との距離を確認しつつ掘削する
ようにした点にある。

以下図示の実施例に塞いて本発明を詳述すると、本発明
では従来のように検出に当って超音波を利用することな
く、いわば機械的に掘削孔壁を検出する手段を採用する
のであり、後述するようにシリンダ状のものを孔壁に押
し付け、その先端を孔壁に沿わせて移動し、その移動量
とそれに対応する伸縮量とを、地上側に設置した模型に
より記録してゆくのであり、この先端を孔壁に押付けて
孔壁に沿わせて移動させる手段として、本発明では各種
の産業。

ポットとして既に利用されている力フィードバック付き
のマスター・スレイブ・マニピュレータ方式を用い、地
上側のマスターを孔壁側に一定の力で押し付けながら回
転させてゆく手段、または圧力スイッチとタイマとを組
合せ、反復往復動を行なわせ、その包絡線として掘削形
状を検出する手段を用いるのであり、以下逐次図例につ
いてこれらを説明する。第１図は前記したマスター・ス
レィブ・マニピュレータ方式を用い、かつこれを掘削ビ
ットにより下孔を掘削すると共に、沈設ケーソンの刃口
周側を水ジェットによって掘削するケーソン沈設工法に
実施した１例の全体配置図であり、同図において１はし
、ケーソンであり、ｌａはその下端の刃口部で、２は下
孔掘削用として先行使用するロータリ掘削機における掘
削ビットであり、同ビット２は図示のようにドリルシャ
フト３の下端に支持され、ドリルシャフト３は前記ケー
ソン１の上端に装設される架台４上に設置したロータリ
テーフル５に可回動かつ上下方向への摺動可能に支持さ
れ、同テーブル５の回転を介してシャフト３は回転され
、またテーブル５は図示省略してあるが油圧モータ等に
よって駆動される。

このようなロータリ掘削機のドリルシャフト３において
、前記掘削ビット２より上位に、水ジェット取付台６を
摺鰯可能に取付けると共に、取付台６上に水ジェットノ
ズルの伸縮機構として油圧シリンダ７を設置し、同シリ
ンダ７のロッド８を中空パイプ体として、図例のように
前記シャフト３を利用して配設した高圧水配管９を接続
し、。ッド８を導管としてこの先端に水ジェットノズル
１０を一体に付設し、同ノズル１０より高圧水ジェット
を噴出して、ケーソン刃口部ｌａの周側下部まで掘削可
能としたものであり、１１は前記掘削ビット２による第
１の掘削孔としての下孔を示し、この下孔１１の掘削径
は掘削ビット２の外径と略同径があるが、水ジェットノ
ズル１０の高圧水ジェットによる掘削につれて、下孔１
１はケーソン１の刃□部ｌａの下部まで拡幅掘削されて
ゆく孔の形状、更にはノズル１０と同孔内壁面までの距
離を検出することになる。尚図において１７はシリンダ
７側に付設されたドラムで、同ドラム１７と前記ロッド
８にはドラム１７に周回されたロープ１７ａが連結され
ている。このような水ジェット掘削装置を備えたものに
おいて、本発明ではマスター・スレィブ・マニピュレー
タ方式における検出部として、前記ロッド８の先端に付
設される水ジェットノズル１０より前方に検出ローラ１
２を同行進退可能に付設し、更に地上側の前記ロータリ
テーブル５の周側に、同テーブルの回鰯変位検出装置を
設けるのであり、このロータリテーブル５の旋回変位と
、検出ローラ１２におけるシリンダ７におけるロッド８
の伸縮変位との組合せにより、水ジェットノズル１０に
よって掘削されてゆく孔壁の変位は、極座標で表示する
ことが可能である。

従ってロータリテーブル５の回動用油圧モータとロッド
８の進退用シリンダ７はマスター・スレイブ・マニピユ
レータ回路におけるスレィブであり、第２図に例示する
ような記録部（操作部兼用）にはマスター用の油圧シリ
ンダおよび油圧モータが具備されて、マスターシリンダ
に記録用ペンを具備させ、前記検出ローラ１２の孔壁に
沿う移動軌跡が記録されることになる。即ち第２図に示
した記録部において、記録装置フレーム１４には架台１
５を介してロータリテーブル５に相当する回転ディスク
１６が回動軸１６ａにより可回動に設けられ、同ディス
ク１６上にマスターシリンダ１８が架設されると共に、
同シリンダ１８のロッド１９先端に記録ペン２０が支持
され、また架台１５側には同じくマスター用の油圧モー
タ２１が装設され、これらマスター用の油圧シリンダ１
８と油圧モータ２１の変位は、ポテンシヨメータ２２と
ロープ・ドラムまたはロープ・プーリ装置２３、および
ポテンショメータ２４とギャ機構２５等によって検出さ
れ、図示のように記録ペン２０がマスターシリンダ１８
のロッド１９とロープ・プーリ装置２３とが連動杵２６
により連結されることによって、記録紙２７の印刷目盛
２８上に移動軌跡として記録されてゆくのであり、図に
おいてイはケーソン１の外壁相当線、口は同内壁相当線
を示している。

このマスター・スレイブ・マニピユレータ（力フイード
バツク付き）方式は既知のため、実施例説明図では上記
のように概説するに止めたが、その系統図は第３図に例
示する通りであり、同図において１８はマスターシリン
ダ、７はスレイブ側シリンダである水ジェットノズル１
０の伸縮用油圧シリンダであり、ＳＶはそれぞれに付属
する油圧回路のサ−ボバルブ、Ｐｓはスレィブシリンダ
側の油圧源、Ｐｓ′はマスターシリンダ側の油圧源、Ｐ
は各シリンダにおける圧力差、またはａｓはスレイブシ
リンダ側の変位、８ｍはマスターシリンダ側の変位を示
し、その他Ｕは増中器を示している。従ってこのマスタ
ー・スレィブ・マニピュレ−夕方式を利用した第１図示
のものでは、以下のようにしてノズル１０と掘削孔壁と
の距離、また孔形状が自動的に測定検出されることにな
る。

即ち、先ずマスターを持ち、記録紙２７上の孔壁側へ移
動させてゆく。するとスレィブ側の検出ローラ１２が孔
壁に当るまでは、マスター側の変位とスレィブ側の変位
が相対的（ある縮尺比）に等しくなるようにサーボバル
ブＳＶが作動し、スレィブ側を変位させる。そして実際
にスレィブ側の検出ローラ１２が孔壁面に衛当すれさま
、スレィブ側はそれ以上変位できないので、作動圧が高
くなり、これがマスター側へフィードバックされ、マス
ター側を動かも力も大きくなって、マスターもその位置
でつき当ることになって、孔壁が記録紙２７上に記録ペ
ン２０を介して記録される。更にマスター側を孔壁側へ
押し付けるようにして、回転ディスク１６を回転させて
ゆけば、孔全周の掘削形状が記録されてゆくことになる
。このさし「測定範囲がシリンダストロークよりも大き
くなる可館性がある場合にはシリングを多段型にすれば
、またマスターシリンダ１８を機械的に押し付け、マス
ターの油圧モータ側に自動送り装置を付加してやれば、
自動測定も容易に可能である。また第１図に例示した検
出部をドリルシャフト３に対し摺動可能に取付けこれを
ウィンチ等によって上下移動させ、その垂直変位と記録
部側における回転送りとを結合できるように設計すれば
、垂直方向に亘る測定も可能である。次に本発明の今一
つの実施例として、圧力スイッチとタイマとを組合せ、
反復往復運動を行なわせ、その包絡線として掘削形状を
検出する方式について説明すれば、その装置全体として
は第１図に例示したマスター・スレイブ・マニピュレー
タ方式のものと同様の構成でよく、第３図に示したよう
な回路を用いることなく、圧力スイッチとタイマとの組
合せによって、掘削孔壁を記録することになる。

即ち第４図示のような方向切換弁２９と圧力スイッチＰ
Ｓとを用い、圧力スイッチＰＳを入れることにより、シ
リンダ７が押側となるように方向切換弁２９が切り換り
、ロッド８が前進してその検出ローラ１２が掘削孔壁に
衛当とすると、圧力が高まって圧力スイッチＰＳが作動
して方向切換弁ＤＳが戻り側に切り換って、ロッド８は
後退し始め、同時に省略してあるがタイマによってカウ
ントを開始し、数秒後（３〜５秒程度）にタイマがタイ
ムアップすると、方向切操弁２９は再び押側に切り換り
、シリング７のロッド８が前進を再開するという往復運
動が反復されるのもであり、この間に検出部側はロータ
リテーブル５によって自動的な回転送りが与えられるよ
うにするのである。この両者の複合作用によって、第２
図示の記録部においては、記録ペン２０が第５図示のよ
うなペン軌跡を画き、その包絡線ハとして縮尺された孔
壁形状が検出されるのである。このさし、ある水平断面
で測定が終了し、スイッチを切れば、方向功換弁２９は
戻り弁になり、更にロッド８が完全に戻り切ってしまえ
ば、方向切換弁２９は中立位置となって、シリンダ７は
静止状態に停止する。この圧力スイッチとタイマとによ
る検出測定方式の場合でも、垂直方向に亘る孔壁の測定
は前述したマスター・スレィブ・マニピュレータ方式の
場合と同様にすれば可能であり、またシリンダストロー
クが不足する可能性のある場合には、シリンダを多段型
とすればよい。

更にこのスイッチ、タイマ方式の場合にも、実物とモデ
ル（記録装置）の変位検出装置は必要であるが、モデル
側の作動圧（マスター側）の作動圧を検出する必要はな
く、サーボバルブＳＶ、油圧シリング（または油圧モー
タ）の代りに、サーボモータを用いればよいこになる。
２つ以上の作動方式の何れの場合でも、本発明方法によ
れば、地上側の記録部における記録紙２７上に、実物の
掘削孔形状、孔壁とノズル１０との距離は、そのまま一
定に縮尺されたものして明瞭に記録されるため、施工現
場における掘削状況をきわめて正確に把握でき、これに
よってその掘削はより精度高くかつ異常に対して迅速に
対応し且つ補完修正が可能であり、これによって掘削作
業はきわめて円滑かつ正確に進行させることができる。

特に本発明によれば、従来の超音波測定手段と相違し、
流動水中での測定で可能であり、高圧水ジェットを噴射
しながら計測できるので、計測のために水ジェットの噴
射を停止する必要は全くないし、図例のようにシリンダ
のロッドを高圧水配管の一部として利用し、ロッド先端
のノズル１０から噴射する構造にすれば、掘削装置と測
定装置で共有できる部分が多くなり、構造的にもコスト
的にも有利である。更に水ジェット掘削においてその掘
削効果の重要なファクターとなる水ジェットノズル１０
と掘削対象との距離を一定に保持することができ、また
本発明によれば１０伽程度の孔表面の凹凸は容易に検出
できるので、ノズル１０と掘削対象物が衝突して、ノズ
ル１０を損傷する等の事故もなく、最も効果的な水ジェ
ット噴射距離が得られるのであり、更に本発明の記録部
の装置内にマイクロコンピュータを持続すれば、図例の
ようなケーソン沈設工法等の場合、そのケーソン刃口部
形状に応じた自動掘削も可能となるし、測定範囲も０〜
１５００肋のように拡大される等、水ジェット掘削工法
として作業性、正確性、省力化の点においてきわめて優
れている。また本発明の前述した測定、検出、記録に亘
る全装置は、独立した測定装置として各種の孔掘削作業
に利用できることはいうまでもなく、測定装置自体とし
て優れた利点と応用範囲を発揮できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明掘削方法を実施する具体的な掘削装置１
例の説明図、第２図は同記録部の要部説明図、第３図は
同マスター・スレィブ・マニピュレータ方式における回
路系統図、第４図は同圧力スイッチ、タイマ方式におけ
るスレィブ側シリンダの油圧系統図、第５図は同掘削孔
形状の記録例説明図である。 １・・…・ケーソン、２・・・・・・掘削ビット、３・
・・・・・ドリルシャフト、４・・・・・・架台、５…
・・・〇ータリテーフル、６・・・・・・水ジェット取
付台、７・・・・・・ノズル伸縮用油圧シリンダ（スレ
ィプ側シリンダ）、８・・・・・・同ロッド、１０……
水ジェットノズル、１１…・・・下孔、１２・・・・・
・検出ローラ、１３・・・・・・回転変位検出装置、１
８・・・・・・マスターシリンダ、１９・・・・・・同
ロッド、２０・・・・・・記録ペン、２７・・・…記録
紙。 第５図′第１図 第３図 第２図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 昇降自在に保持され、かつ所要位置において水平方
   向に移動可能に設置された水ジエツト掘削装置と、該装
   置の水ジエツト伸縮ノズルに取付けられた孔壁検出腕と
   を使用し、地上模擬装置に前記検出腕の伸縮量を相似的
   に出力させることにより、孔壁形状および前記ノズル先
   端との距離を確認しつつ掘削することを特徴とする水ジ
   エツトによる孔壁掘削方法。