JPS59106624A - 地下掘削装置 - 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】 （ａ）　　発明の技術分野 本発明は、地下連続壁、場所打杭、オーブンケーソンの
掘削、地盤改造等に用いるに好適な地下掘削装置に関す
る。

（ｂ）　　技術の背景 最近、地下掘削装置で掘削した掘削孔の形状を、掘削壁
面からの超音波の反射波をオンライン処理することによ
り、ディスプレイ上に即座に表示し、正確な施工を短時
間で行なおうとする提案がなされている。

しかし、こうした方法では、超音波の反射波からいかに
正確な距離を演算計測するかが問題となり、そうしたデ
ータ処理の可能な地下掘削装置の開発が望まれていた。

（Ｃ）発明の目的 本発明は、上記事情に鑑み、超音波による正確な距離の
演算計測を、容易かつ正確に行ない得る地下掘削装置を
提供することを目的とするものである。

（ｄ）　　発明の構成 即ち、本発明は、掘削部近傍に、補正用超音波の送受信
手段を１個以上設けると共に、少なくとも２個の反射材
を、前記補正用超音波の送受信手段との距離がそれぞれ
異なるように設置して構成される。

（ｅ）　　発明の実施例 以下、図面に基き、本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明による地下掘削装置の一実施例を示す正
面図、第２図は第１図の地下掘削装置箇の掘削部近傍の
部分断面図、第３図は第１図の地下掘削装置の計測部分
のブロック図、第４図は超音波による掘削孔の測距態様
を示す平面図、第５図及び第６図は補正用超音波による
補正態様を示すタイムチャートである。

地下掘削装置１は、第１図に示すように、架台２を有し
ており、架台２には円盤状のロータリーテーブル３が回
転自在に支持されている。

ロータリーテーブル３の上側面にはかぎ歯車３ａが形成
されており、かさ歯車３ａには、架台２に回転自在に支
持された軸５の先端に設けられた、かさ歯車５ａが噛合
している。軸５の他端には平歯車５ｂ及び回転角度計６
が設けられており、平歯車５ｂにはモータ７の出力軸に
装着された平歯車７ａが噛合している３、また、ロータ
リーテーブル３の中心には断面四角形の穴３ｂが貫通形
成されており、穴３ｂには断面四角形の中空ロッド９が
、クレーン等により図示しない上端を回転自在に吊下さ
れた形で矢印Ａ。

Ｉ３方向に移動自在に嵌入保合しでいる。ロッド９には
ロッド９の軸心に平行に磁気スケール９ａが設けられて
おり、磁気スケール９ａに対向したロータリーテーブル
３ヒにはスケール９ａ読取り用磁気センサ１０が設けら
れでいる１、ロッド９の図中下方の掘削部９ｂ付近には
、超音波の発振器及び受信器からなる、測距用超音波の
送受信手段である超音波センサ１１及び高圧水を噴射す
る噴射ノズル９ｃが設けられており、更に補正用の超音
波発振器及び受信器からなる、補正用超音波の送受信手
段である超音波センサ１２が設けられている２、超音波
センサ１２がら距離ＬＣ、ＬＤだけ離れた位置には、反
射材１３．１５がプランジャマグネット１６．１７の先
端に装着された形で設けられでおり、反射材１３　、１
５はプランジャマグネット１６，１７を選択的に駆動さ
せることにより、矢印Ｃ，Ｄ方向に選択的に突出させる
ことができる。なお、掘削部９ｂの下端にはピッ）９ｄ
が装着されでいる。

一力、回転角度計６、磁気センサ１０．超音波センサｉ
ｉ　、１２には、第３図に示すように、回転角度演算部
１９、掘削深さ演算部２０．掘削径演算部２１が接続し
ており、各演算部１９゜２０．２１は主制御部２２に接
続し２ている。主制御部２２にはディスプレイ２３及び
キーボード２５が接続している。

地下掘削装置１は、以上のような構成を有するので、地
盤改造等により掘削孔２６等を掘削する場合、モータ７
を回転駆動させて、平歯車７ａ、５ｂ１．軸５、かさ歯
車５ａ　、３ａを介してロータリーテーブル３を第１図
矢印Ｉ）方向に回転さぜる。すると、ロッド９もテーブ
ル３と共に回転し、掘削部９ｂ下端のビア）９ｄも回転
して、ロッド９の自重により、掘削孔２６が図中下方に
向けて徐々に掘削形成される。掘削に際しで発生する土
砂は、掘削孔２６に注入される水２７と共に、泥水スラ
リー化させて、ロッド９の中空部９ｅを通して外部に排
出される。

掘削が所定の深さに達したところで、今度は高圧水３０
を噴射ノズル９Ｃから噴射させ、高圧水による衝撃力を
利用して掘削部９ｂ周辺の地盤２９を掘削する。この際
も、ロータリーテーブル３、従ってロッド９の回転は継
続されるので、高圧水３０によって地盤は、第４図に示
すように、円形の平面形状に掘削され、掘削孔２６より
も直径の大なる掘削孔３１が形成される。

掘削孔３１が形成されると、掘削孔２６．３１中に固結
材を注入し、地盤２９中に円柱状の人工地盤を形成する
が、この際、掘削孔２６．３１の地表２９８からの深さ
ＤＰ及び掘削孔３１の掘削形状を正確に把握しでおくこ
とが、信頼性の高い地盤改造を行なう上での必須条件と
なる。

即ち、掘削孔２６．３１の掘削の進行に判なりて、ロッ
ド９はＢ方向に降下するが、その降Ｆ量は掘削孔２６．
３１のその時点での深さＤＰに対応する。従って、磁気
センサ１０によりロッド９上の磁気スケール９ａを読み
取り、掘削深さ演算部２０で対応する深さを演算するこ
とにより、掘削深さＤＰは容易に求められる。。

掘削孔２６．３１の形状は、超音波センサ１１から発射
される超音波３２の反射波３２ａ及び超音波３２の発射
角度から求められる。即ち、超音波３２の発射角αは、
ロッド９の回転角αに等しく、回転角αは、ロッド９と
同期しで回転するロータリーテーブル３、歯車３　ａ　
、　５　ａヲ介して回転角度計６及び回転角演算部１９
によって演算決定される。また、超音波センサ１１から
発射される超音波３２は、掘削孔２６．３１の壁面２６
ａ　、３１ａで反射され、再度センサ１１に入射捕捉さ
れる。従って、超音波３２が発射されて入射するまでの
時間を測定することにより、センサ１１から壁面２６ａ
、３１ａまでの距離ＬＷＩ、従って孔中心２６ｂ、３１
ｂから壁面２５ａ、３１ａまでの距＠ＬＷ２を求めるこ
とができる（ロッド９はその軸心が孔中心２６ｂ、３１
ｂに一致した形で設置され、センサ１１はロッド軸心か
ら一定距離に固定されている。なお、第４図は壁面３１
ａまでの距離のみを示す。）３、 ところで、センサ１１から掘削半径演算部２１へ出力さ
れる反射波信号ＳＧは、例えば第５図に示すように、多
くの雑音３３を含んでいるので、それ等の雑音３３を除
去するために、演算部２１は一定のしきい値Ｓ　ＨＬを
設定し、超音波３２の発射時から当該しきい値ＳＨＬを
超えた信号の立ち上がり点Ｐ１までの時間Ｔ３を測定し
、距離を演算する。しかし、本来、超音波の反射波を捕
えて対象物からの距離を求める場合、反射波３２ａの本
来の立ち上がり点Ｐ２までの時間ＴＩによって求めなけ
れば、正確な距離を求めることはできないので、点Ｐ２
から点Ｐ１までの時間Ｔ２（又はそれに対応する距離Ｌ
Ｘ）を求める必要がある。

そこで、測定に先立ち、まずキーボード２５を介して主
制御部２２に補正動作の実行を指令する。すると、主制
御部２２はプランジャマグ、ホット１６を駆動しで、補
正用超音波センサ１２から所定距離ＬＣに設定された反
射材１３をＤ方向に突出させる５２次にセンサ１２から
超音波３２を発射させ、その反射波３２ａを捕える。

その際、センサ１２の反射波信号ＳＧは、第５図に示す
ようになり、反射波３２ａは点Ｐ２で立ち上がり、点Ｐ
１でしきい値ＳＨＬを超え、演算部２１により時間Ｔ３
として捕えられ、従って、センサ１２から反射材１３ま
での距離ＬＣは、見かけ上、距離ＬＣＡとしで計測され
る。

ＬＣＡ＝ＬＣ十Ｊ、Ｘ　　　　　　・・・・・・・・・
・・・（１）（Ｔ３＝ＴＩ−＋Ｔ２）　　　　　・＝−
・−（１ａ）次に、プランジャマグホット１６に代えて
プランジャマグホット１７を駆動して、反射材１３をＣ
方向に後退させ、反射材１５をＤ方向に突出させる。反
射材１５とセンサ１２間の距離ＬＤは、反射材１３とセ
ンサ１２間の距１１１［ＩＬｃの２倍に設定されている
ので、反射波信号ＳＧは、第６図に示すようになる。こ
の場合、距離ＬＤは、見かけ上、距離ＬＤＡとしで計測
される。

ＬＤＡ＝２ＬＣ−１−ＬＸ　　　　・・・・・・・・・
（２）（Ｔ４＝２Ｔ１＋Ｔ２）　　　　−＝−・−（２
ａ）従って、　（１）式より、 ＬＣ＝ＬＣＡ−ＬＸ （２）へ代入しで、 ＬＤＡ＝２　　　（ＬＣＡ−ＬＸ’）　　　−ト　ＬＸ
＝２ＬＣＡ−ＬＸ 、−、ＬＸ＝２ＬＣＡ−ＬＤＡ　　　、、、、−＝、−
（３）即ち、 Ｔ２＝２Ｔ３−Ｔ４　　　　　　・・・・・・・・（４
）どなり、反射材１３．１５におけるそれぞれの点Ｐ１
までの時間Ｔ３　、Ｔ４を計測することにより、時間Ｔ
２は直ちに求められる。

演算部２１は、こうして求められた時間Ｔ２又はそれに
対応した距離ＬＸにより、センサ１１による実際の測定
結果を補正し、正確な距離ＬＷｌ　、ＬＷ２を求める。

求められた距離ＬＷＩ　。

ＬＷ２は、回転角演算部１９から演算決定されるその時
の超音波の発射角度αと共に主制御部２２へ出力され、
主制御部２２はディスプレイ２３上に、第４図に示すよ
うに、基準位＋１ＸＩから角度αだけ回転した、距離Ｌ
Ｗ２に対応する位置に、点Ｘ　Ｉ）を表示する。

こうして、連続的に角度α及び距離ＬＷ２を求め、ディ
スプレイ２３」二に表示すると、ディスプレイ２３上に
は、点ＸＰの集合体として、掘削孔２６．３１の平面形
状が正確に表示されル３．なお、掘削深さＤＰは、ディ
スプレイ２３上に、数値として表示される。

また、上述の実施例は、反射材１３．１５を突出自在に
設け、１個の補正用超音波センサ１２等の送受信手段を
設けた場合について述べたが、反射材１３．１５をロッ
ド９に対して固定的に設け、各反射材１３．１５につい
で各々送受信手段を設けても良いことは勿論である。四
に、反射材１３．１５は超音波の反射専用と１７で用い
る必要はなく、ロッド９−にの別の用に供されている部
品等を反射材１３．１５としで用いることも可能である
。

また、反射材１３．１５の超音波センサ１２までの距離
ＬＣ、ＬＤは必ずしも２ＬＣ＝ＬＤである必要は無く、
一定の長さ比を有すればどのような距離に設定されてい
でも良い。即ち、今、仮にＮ−、ＬＣ＝ＬＤとすると、
（３）式及び（４）式は、 −Ｎ となる１、 なお、上述の実施例は、本発明を、地盤改造用の掘削機
に適用した場合について述べたが、本発明は、地盤改造
用に限らず、掘削孔の距離を測定する必要のある全ての
掘削機に用いることができ、例えば、オーブンケーソン
の掘削沈設工法、地ド連続壁工法や場所打杭に法等に用
いられる掘削機に適用することも可能である。

（ｆ）　　発明の効果 以−ヒ説明したように、本発明によれば、掘削部９ｂ近
傍に、超音波センサ１２等の補正用超音波の送受信手段
及び、前記送受信手段から所定距離ＬＣ，ＬＤだけ離れ
た位置に反射材１３゜１５を設けたので、超音波による
掘削孔２６゜３１の半径等の距離ＬＷＩ　、ＬＷ２−＃
の測定に際しての補正を、補正用機材を掘削装置１の外
に用意することなく容易に行なうことができる。

また、補正用超音波の送受信手段と測距用超音波の送受
信手段は共に掘削部９ｂ近傍に設置されるので、掘削孔
２６．３１の掘削時は、両者が共に泥水スラリー等の同
一媒質中に置かれることになり、その周囲条件も近似Ｉ
７、従って正確な時間Ｔ２又は距離ＬＸ等の補止値を求
めることができ、正確な距Ｐｅ、ＬＷ１．ＬＷ２等の演
算計測が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による地下掘削装置の一実施例を示す正
面図、第２図は第１図の地下掘削装置の掘削部近傍の部
分断面図、第３図は第１図の地下掘削装置の計測部分の
ブロック図、第４図は超音波による掘削孔の測距態様を
示す平面図、第５図及び第６図は補正用超音波による補
正態様を示すタイムチャートである。 １・・・・・・・・・・・・・地下掘削装置９ｂ・・・
・・・・・・・掘削部 ９ｄ・・・・・・・・・・・・ビット １１・・・・・・・・・・・測距用超音波の送受信手段
（超音波センサ） １２・・・・・・・・・・・補正用超音波の送受信手段
（超音波センサ） ３２・・・・・・・・・・・・超音波 １３．１５・・・・・・・・反射材 ＬＣ、ＬＤ・・・・・・距　離 特許出願人　　　三井建設株式会社 代理人　弁理士　相　１）伸　二 第１図 １

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ビットの装着された掘削部を有し、前記掘削用超音波の
   送受信手段を１個以］二設けると共に、少なくとも２個
   の反射材を、前記補正用超音波の送受信手段との距離が
   それぞれ異なるように設置して構成した地下掘削装置。