JPH0796782B2 - ニューマチックケーソン工法における施工管理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ニューマチックケーソン工法における圧気作
業室内の掘削装置の制御や掘削個所の判断を行うための
施工管理方法に関するものである。

〔従来の技術〕

周知のごとくニューマチックケーソン工法は、作業室内
への水の侵入を空気の圧力で防ぐ原理を利用した工法で
あり、ケーソンを形成する函体底部に気密な作業室を設
置し、ここに圧縮空気を送り込むことにより地下水の侵
入を防ぎ、掘削作業に従事する人間がこの圧気作業室に
入って作業することが大きな特徴である。

その他にも、圧気作業室内の掘削地盤がドライな状態で
あるため地上と同様に作業できること、掘削面を直接監
視しながら作業ができること、障害物を容易に撤去でき
ること、地下水位の低下がないため周辺地盤に影響を与
えないこと、沈設管理が精度良く安全に行えること、最
終支持地盤の状態を地耐力試験などで直接確認できるこ
と、といったオープンケーソン工法にはない長所があ
る。

しかしながら、圧気作業室内に人間が入って作業するた
めに、作業時間には大きな節約を受け、例えば３気圧の
作業気圧の場合、１日１回の作業に限定しても圧気下で
の作業時間は3.5時間、減圧時間が2.5時間程度となり、
１日８時間の作業には２人の作業員が必要である。

そこで、出願人は先に圧気作業室内の作業における完全
無人化を実現するとともに、一連の管理及び操作を地上
の中央管理制御室のみで行えるようにしてより一層のシ
ステムが達成できるニューマチックケーソンの沈設管理
システムを特願昭63−10523号（特開平１−187228号）
として提案した。

これは、ケーソンを形成する函体底部の圧気作業室天井
に走行、旋回、アームの俯仰、伸縮、およびバケットの
俯仰が自在な掘削装置を架設し、また、掘削装置と圧気
作業室内にテレビカメラを取付ける。

そして、地上の中央管理制御室には前記テレビカメラか
らの映像を写す掘削監視モニター画面、作業室監視モニ
ター画面と、コンピュータ、プリンター及び掘削操作盤
を設置し、各種センサーからの検出値をコンピュータに
導入してケーソンの抵抗と荷重がバランスした状態の掘
削パターンを算出し、その掘削パターンに従って掘削監
視モニター画面及び作業室監視モニター画面を見ながら
掘削操作盤で掘削機構を遠隔操作し、次に掘削操作盤で
送気流量弁を制御して自動的にケーソンを沈下させ、か
つ前記掘削中の自然沈下中の諸情報をコンピュータ処理
し、フィードバックして沈下管理をなしつつ前記掘削と
自動沈下を繰返すことを内容とするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この特願昭63−10523号のニューマチックケー
ソンの沈設管理システムでは掘削個所の判断はもっぱら
テレビカメラによる監視だけにたよるものであった。

本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、テレビカ
メラによる監視だけにたよる遠隔操作に比べ、作業効
率、安全性、沈設精度が大幅に向上し、しかも測定値を
常に正確なデータとして得られるニューマチックケーソ
ン工法における施工管理方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は前記目的を達成するため、ケーソンを形成する
函体底部の作業室を圧気状態に維持し、圧気作業室天井
に架設した走行、旋回、アームの俯仰、伸縮、およびバ
ケットの俯仰が自在な掘削装置により作業室底部を掘削
して函体を順次沈設するニューマチックケーソン工法に
おいて、掘削装置と圧気作業室内にテレビカメラを設置
し、また、掘削装置に、走行距離、旋回角度、アーム俯
仰角度、アーム伸縮量、バケット俯仰角度等を検知する
測定用センサーと、これら測定用センサーに対応する各
補正用近接スイッチと、さらに前記走行距離測定用セン
サーからの測定値を補正する補正用基準センサーとを設
け、この走行距離測定用センサーとこの補正用基準セン
サーには掘削装置に設けたコンピュータに接続し、さら
に、この掘削装置に設けたコンピュータは管理制御室内
のパーソナルコンピュータと接続し、その他の測定用セ
ンサーと各補正用近接スイッチは前記管理制御室内のパ
ーソナルコンピュータと接続し、前記掘削装置の走行、
旋回、アームの俯仰、伸縮、およびバケットの俯仰を各
測定用センサーで測定を行い、この測定値を各補正用近
接スイッチの作動で既定値あるいは原点の値に戻すよう
にして掘削装置の実動作と測定値の誤差を必ず一定の値
以下に抑え、かつ、補正用基準センサーがある一定区間
の距離を常に計測し続けることでこの値をもとに前記掘
削装置のコンピュータが作業気圧の変化に対応した正確
な距離の測定値を算出し、このようにして得られた正確
な測定値をもとに地上の管理制御室内のコンピュータが
解析し、圧気作業室内の掘削面の高低差をグラフィック
表示し、一方、管理制御室内に設置した圧気作業室内を
監視するモニターテレビを併用して掘削個所の判断を行
い、地上管理制御室内から圧気作業室内の掘削装置の動
きをリアルタイムに地上でモニターしながらこの掘削装
置を遠隔操作することを要旨とするものである。

〔作用〕

本発明によれば、走行距離、旋回角度、アーム俯仰角
度、アーム伸縮量、バケット俯仰角度を測定する各測定
用センサーが掘削装置に設置されており、それぞれ計測
ポイントが異なっていて、例えば、距離測定用センサー
の場合にはこのセンサーがケーソン刃口部に対面するよ
うに掘削装置の掘削機を固定し、掘削機がレール上を走
行することにより、ケーソン刃口部の掘削形状が連続的
に計測される。

このようにして、ケーソン沈設管理に重要な影響を及ぼ
すケーソン刃口部の掘削状況を量的にとらえることがで
き、しかも、これら各測定用センサーとともに補正用近
接スイッチを設けているので、これら補正用近接スイッ
チが作動することによって測定値を既定置あるいは原点
の値に戻すようにして掘削装置の実動作と測定値の誤差
を必ず一定の値以下に抑えることができ、沈設管理を精
度良く行うことができる。

これに加えて、補正用基準センサーがある一定区間の距
離を常に計測し続けているので、作業気圧の変化に対応
した正確な距離の測定値を算出して走行距離測定用セン
サーによる測定の精度を高めることができる。

また、沈設管理用のデータを直ちに掘削装置のオペレー
タにフィードバックできる。このように、地上から掘削
装置を遠隔操作しても、圧気作業室内の掘削機の位置、
アームの角度、バケットの状態等をリアルタイムに地上
でモニターできるため、監視用テレビカメラ等だけでは
判断が難しい、掘削機械の位置、姿勢の詳細な情報も得
ることができ、遠隔操作をスムーズに完全に行うことが
できる。

〔実施例〕

以下、図面について本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明のニューマチックケーソン工法における
施工管理方法の１実施例を示す要部の側面図、第２図は
全体の外観説明図で、図中１はケーソン躯体をなす函
体、1aはその底盤、1bは刃先、２は該刃先1bで形成され
る圧気作業室である。

底盤1aに、マテリアルロック３が接続する穴と、マンロ
ック４が接続する穴とを設け、さらにコンプレッサ５の
送気管６端も底盤1a下の圧気作業室２内に開口する。図
中７は、マテリアルロック３を介して圧気作業室２内へ
降ろされる排土用バケット、８はマテリアルロック３の
ロック制御盤である。

前記圧気作業室２内に設ける掘削装置としては、底盤1a
の下面すなわち圧気作業室２の天井に走行レール10を設
け、ここに掘削機11を移動自在に設けた。該掘削機11
は、走行レール10に吊り下げられ、自在に移動する走行
台車12に旋回円盤13を介して伸縮かつ俯仰自在なアーム
14が支承され、このアーム14の先端にバケット15を俯仰
角度自在に設けたシャベルタイプのものであり、圧気作
業室２内の隅々にまで作業範囲が及ぶものである。

この掘削機11にテレビカメラによる掘削機カメラ16を取
付け、また圧気作業室２内で底盤1aの下面にテレビカメ
ラによる函内カメラ17を取付ける。

以上は前記従来例と同じであるが、本発明は掘削機11に
距離測定用センサーとして超音波センサー18A,18B,18C,
18Dを刃口部計測用として設け、また、超音波センサー1
9を補正用基準センサーとして設け、さらにコンピュー
タ20を取付けた。

前記刃口部計測用の超音波センサー18A,18B,18C,18Dは
それぞれ計測ポイントが異なっているものである。

なお、本実施例では４ケの超音波センサーを使用した
が、超音波センサーの個数、角度等は、目的に応じて種
々選択できる。さらに、赤外線センサー等の光センサー
やその他のセンサーを前記超音波センサーに代えて距離
測定用センサーとして使用することも考えられる。

図中26は地上に設けられる管理制御室で、その内部には
パーソナルコンピュータ27と、これに接続するプリンタ
28、及び前記掘削機カメラ16と同軸ケーブル29で接続す
るCRTの掘削監視モニターテレビ30、函内カメラ17と同
じく同軸ケーブル29で接続するCRTの作業室監視モニタ
ーテレビ31を設置し、さらに掘削機11を遠隔操作し、ま
た送気管６の途中に設けた送気流量弁32を開度調整する
操作盤33を設置した。

また、第４図に示すように前記掘削機11には、走行距離
測定用センサー41、旋回角度測定用センサー42、アーム
俯仰角度測定用センサー43、アーム伸縮量測定用センサ
ー44、バケット俯仰角度測定用センサー45を設け、さら
に旋回角度補正用近接スイッチ46、アーム俯仰角度補正
用近接スイッチ47、アーム伸縮量補正用近接スイッチ4
8、バケット俯仰角度補正用近接スイッチ49を設ける。

前記センサー41〜45にはインクリメント光学式のロータ
リーエンコーダーを使用するが、ロータリーエンコーダ
ーでの測定値は累積誤差を持つことから、高周波発振式
近接スイッチ46〜49を併用してこの近接スイッチが作動
するごとに、測定値を既定値あるいは原点の値に戻すよ
うにした。

この近接スイッチ46〜49の使用で、掘削機11の実動作と
測定値の誤差は、必ず一定の値以下におさえることがで
き、精度のよいモニターシステムとなる。

第５図は本発明の実施例を示すブロック図であるが、前
記センサー41〜45や近接スイッチ46〜49は計測・制御ケ
ーブル22でパーソナルコンピュータ27と接続され、ま
た、超音波センサー18A,18B,18C,18D及び補正用基準セ
ンサーである。超音波センサー19はコンピュータ20を介
してパーソナルコンピュータ27と接続される。

なお、掘削機11のケーソン内での位置を正確に把握する
ことは、掘削機11と圧気作業室２内の他の機器、ケーブ
ル、ワイヤー等との接触、衝突防止のために重要な事項
である。そこで、前記走行距離測定用センサー41におい
ては、天井に設置された掘削機走行用レール10の座標が
正確にわかっていることから、掘削機11と走行用レール
11の位置関係を測定することで、掘削機11の圧気作業室
２内での正確な位置を求めるものとする。このセンサー
41は、走行用レール10に設置されたチェーン21に歯車を
噛み合わせて、チェーン21上の走行距離を測定する。ま
た、走行距離の累積誤差を防ぐためにレール上に数ケ所
のチェックポイントを設け、ここに近接スイッチ50〜54
を設置し、このポイントを通過するごとに測定値を既定
置にリセットするようにした。

先に述べたように、超音波センサー18A,18B,18C,18Dは
それぞれ計測ポイントが異なっているものである。そこ
で、第３図に示すようにセンサー18A,18B,18C,18Dがケ
ーソン刃口部に対面するように掘削機11を固定し、掘削
機11がレール10上を走行することにより、ケーソン刃口
部の掘削形状が連続的に計測される。

また、圧気作業室２内では空気密度が変化するため音速
が変化し、超音波センサー18A,18B,18C,18Dの測定値は
正しい距離値を示さないおそれがある。そこで、測定値
補正用の基準センサーである超音波センサー19を設置し
た。この超音波センサー19は、センサーより距離1mのと
ころにある反射板までの距離を常に計測するように配置
されており、この計測値で刃口部の超音波センサー18A,
18B,18C,18Dの計測値を補正することで、どのように作
業気圧が変化しても正しい距離の値を算出することがで
きる。

この超音波センサー18A,18B,18C,18Dの距離測定値は、
コンピュータ20を介して中央管理制御室26のパーソナル
コンピュータ27へ送られるが、コンピュータ27で解析
し、圧気作業室２内の掘削面の高低差をグラフィック表
示する。

第6a図、第6b図にこのグラフィック表示の状態を示す
が、ケーソン刃口部の掘削状況を第6a図に示すような展
開図や第6b図に示すような断面図で表示する。この表示
画面により、掘削が不足している個所、ケーソンの傾き
修正時の掘削個所の判断を行うことができる。

さらに、モニターテレビ30,31を併用して掘削個所の判
断を行い、地上管理制御室26内から圧気作業室２内の掘
削機11を遠隔操作する。

この掘削機11の遠隔操作については、コンピュータ27で
前記センサー41〜45からの信号を解析して、掘削機11の
圧気作業室２内での位置・姿勢を第７図、第８図に示す
ようにグラフィック表示して掘削機11の動きをリアルタ
イムに地上でモニターしながらおこなう。

このように画面内の掘削機11が実動作に合わせてリアル
タイムに動き、掘削機11と圧気作業室２内の他の機器、
ケーブル、ワイヤー等と位置関係を正確に表示する。さ
らにオペレーターは、監視用モニターテレビ30、31と併
用して使用することで、より詳細で確実な情報を得るこ
とができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明のニューマチックケーソン工法
における施工管理方法は、ケーソン沈設管理に重要な影
響を及ぼすケーソン刃口部の掘削状況を量的にとらえる
ことができ、沈設管理を精度良く行うことができ、その
結果、遠隔操作をスムーズにしかも安全で正確に行うこ
とができるものである。

ニューマチックケーソン工法の高気圧下での作業では、
作業時間の制約、安全性、労働環境等、多くの問題があ
るが、このように本発明によれば、地上遠隔操作の利用
で従来限界とされてきた深度のケーソンも施工可能とな
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のニューマチックケーソン工法における
施工管理方法の１実施例を示す要部の側面図、第２図は
全体の外観説明図、第３図は要部の説明図、第４図は掘
削機の側面図、第５図は実施例を示すブロック図、第6a
図はケーソン刃口部の掘削状況をグラフィック表示した
展開図、第6b図は同上断面図、第７図は掘削機の動きを
グラフィック表示した平面図、第８図は同上側面図であ
る。 １……函体、1a……底盤 1b……刃先、２……圧気作業室 ３……マテリアルロック、４……マンロック ５……コンプレッサ、６……送気管 ７……排土用バケット、８……ロック制御盤 10……走行レール、11……掘削機 12……走行台車、13……旋回円盤 14……アーム、15……バケット 16……掘削機カメラ、17……函内カメラ 18A,18B,18C,18D,19……超音波センサー 20……コンピュータ、21……チェーン 22……計測・制御ケーブル 26……地上管理制御室、27……パーソナルコンピュータ 28……プリンタ、29……同軸ケーブル 30……掘削監視モニターテレビ、31……作業室監視モニ
ターテレビ 32……送気流量弁、33……操作盤 41〜45……センサー、46〜49……近接スイッチ 50〜54……近接スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河本 克正 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 佐藤 竜郎 東京都港区元赤坂１丁目２番７号 鹿島建 設株式会社内 (72)発明者 池田 芳郎 東京都千代田区神田岩本町１番地14号 株 式会社白石内 (72)発明者 佐久間 敏夫 東京都千代田区神田岩本町１番地14号 株 式会社白石内 (56)参考文献 特開 平１−137017（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−13615（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーソンを形成する函体底部の作業室を圧
   気状態に維持し、圧気作業室天井に架設した走行、旋
   回、アームの俯仰、伸縮、およびバケットの俯仰が自在
   な掘削装置により作業室底部を掘削して函体を順次沈設
   するニューマチックケーソン工法において、掘削装置と
   圧気作業室内にテレビカメラを設置し、また、掘削装置
   に、走行距離、旋回角度、アーム俯仰角度、アーム伸縮
   量、バケット俯仰角度等を検知する測定用センサーと、
   これら測定用センサーに対応する各補正用近接スイッチ
   と、さらに前記走行距離測定用センサーからの測定値を
   補正する補正用基準センサーとを設け、この走行距離測
   定用センサーとこの補正用基準センサーには掘削装置に
   設けたコンピュータに接続し、さらに、この掘削装置に
   設けたコンピュータは管理制御室内のパーソナルコンピ
   ュータと接続し、その他の測定用センサーと各補正用近
   接スイッチは前記管理制御室内のパーソナルコンピュー
   タと接続し、前記掘削装置の走行、旋回、アームの俯
   仰、伸縮、およびバケットの俯仰を各測定用センサーで
   測定を行い、この測定値を各補正用近接スイッチの作動
   で既定値あるいは原点の値に戻すようにして掘削装置の
   実動作と測定値の誤差を必ず一定の値以下に抑え、か
   つ、補正用基準センサーがある一定区間の距離を常に計
   測し続けることでこの値をもとに前記掘削装置のコンピ
   ュータが作業気圧の変化に対応した正確な距離の測定値
   を算出し、このようにして得られた正確な測定値をもと
   に地上の管理制御室内のコンピュータが解析し、圧気作
   業室内の掘削面の高低差をグラフィック表示し、一方、
   管理制御室内に設置した圧気作業室内を監視するモニタ
   ーテレビを併用して掘削個所の判断を行い、地上管理制
   御室内から圧気作業室内の掘削装置の動きをリアルタイ
   ムに地上でモニターしながらこの掘削装置を遠隔操作す
   ることを特徴としたニューマチックケーソン工法におけ
   る施工管理方法。