JP5717537B2 - 削孔ロッドの配置角管理システム及び配置角管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤を削孔するに先立ち当該地盤上に配置された削孔ロッドの配置角を管理するシステム及び方法に関するものである。

土木等の技術分野においては、各種の目的で地盤を削孔する。例えば、地盤中の水を排水するための集水管（排水管）や、下水管、水道管、ガス管、各種ケーブルを通すための埋設管等を地盤に建て込む際に地盤を削孔する。また、薬液注入工法、液状化対策工法、汚染地盤の浄化対策工法、アンカー設置工法等の各種工法においても地盤を掘削する。

そして、目的による程度の差は存在するが、地盤を削孔するに際しては、削孔の精度、すなわち計画削孔位置に対して実削孔位置がどの程度ずれているのかが問題となる。そこで、本出願人は、削孔ロッドに角速度検出器や傾斜角検出器を設け、これらの検出器によって検出された方位角変化量及び傾斜角を用いて、実削孔位置を算出する方法を提案している（例えば、特許文献１参照。）。

もっとも、このようにして実削孔位置を算出したとしても、この算出結果から実削孔位置を具体的にイメージするのは容易なことではない。特に、実削孔位置が計画削孔位置からどの程度ずれているのかをイメージするのは困難である。そこで、本出願人は、実削孔位置を容易にイメージすることができ、また、実削孔位置が計画削孔位置からどの程度ずれているのかも容易にイメージすることができる方法を提案している（例えば、特許文献２参照。）。

このような方法の提案によって、現在では、精度が極めて高い削孔を行うことができるようになっている。しかしながら、いまだ次に示す問題が残っている。
すなわち、上記した方法においては、削孔開始時における削孔ロッドの配置角（姿勢）を基準に検出、演算等の作業を行うことになるため、削孔開始時における削孔ロッドの配置角を正確に管理しなければならない。しかるに、従来、この配置角の管理は、トランシット等の測量器を用いて行っていた（例えば、特許文献３の「背景技術」参照。）。これは、例えば、図４に示すように、計画削孔線の法線上にトランシットや光波測量器等の測量器１０１を設置し、この測量器１０１によって削孔機１０２によって保持された削孔ロッド１０３の通りを合わせるというものである。したがって、緻密な作業が要求され作業効率が悪いとの問題や、誤差が生じる可能性があるとの問題がある。

この点、特許文献３は、これらの問題が解決されるとする提案であるが、特殊な検知装置（方位傾斜角検知装置）の使用を前提するものであり、しかも基準方位の算出にトランシットを必要とする。

特開２００４−１８３３７５号公報 特開２００３−８５５９４号公報 特開２００６−９００２５号公報

本発明が解決しようとする主たる課題は、削孔ロッドの配置角を容易にかつ高い精度で管理することができる汎用的なシステム及び方法を提供することにある。

この課題を解決した本発明は、次の通りである。
〔請求項１記載の発明〕
地盤を削孔するに先立つ削孔ロッドの配置に際し、当該地盤上に配置する削孔ロッドの配置角を管理するシステムであって、
前記削孔ロッドの上に備え置かれ、かつ当該備え置かれた状態において前記削孔ロッドの傾斜角及び真方位角を計測可能とされた可動部を有しない３軸一体構造のモノリシックリングレーザジャイロと、
このジャイロによって計測された計測傾斜角及び予め計画された計画傾斜角、並びに前記ジャイロによって計測された計測真方位角及び予め計画された計画真方位角を、それぞれ対照可能に表示する配置角表示手段と、を有する、
ことを特徴とする削孔ロッドの配置角管理システム。

〔請求項２記載の発明〕
地盤を削孔するに先立つ削孔ロッドの配置に際し、当該地盤上に配置する削孔ロッドの配置角を管理する方法であって、
前記削孔ロッドの上に傾斜角及び真方位角を計測可能な可動部を有しない３軸一体構造のモノリシックリングレーザジャイロを備え置くとともに、
このジャイロによって計測された計測傾斜角及び予め計画された計画傾斜角、並びに前記ジャイロによって計測された計測真方位角及び予め計画された計画真方位角を、それぞれ対照可能に表示する配置角表示手段を設置する、
ことを特徴とする削孔ロッドの配置角管理方法。

（主な作用効果）
リングレーザジャイロは可動部を有しないため振動に強いとの特性を有する。また、モノリシックリングレーザジャイロは３軸一体構造であるため振動が加わった際に各軸に生じる振動パターンが近似するとの特性、各軸のリングレーザの配置が重心点に対して対象になっているためシステム誤差が少ないと特性を有する。つまり、モノリシックリングレーザジャイロは、極めて振動に強く、しかも精度が高いとの特性を有する。したがって、削孔ロッドの配置角調節に際して当該削孔ロッドに装着されたモノリシックリングレーザジャイロに振動が生じたとしても、高い精度で削孔ロッドの傾斜角及び真方位角を計測することができる。結果、削孔ロッドの配置角を配置角表示手段にリアルタイムに表示し（モニタリング）、当該表示手段を目視しながら配置角の確認や調節等の管理を行うことができる。しかも、この管理は作業者（オペレータ）一人で行うことができる。
また、削孔ロッドにモノリシックリングレーザジャイロを装着するシステム・方法は極めて汎用的であり、しかも、計画削孔線の法線上に建屋が存在したり、海や川等が存在したりして測量器を設置することができない場合であっても、適用することができる。
なお、傾斜計等の検出器は、動いている物体の計測を高精度で行うことができない。したがって、傾斜計等の検出器を使用して削孔ロッドの配置角をモニタリングしながら当該削孔ロッドの配置角を調節するということはできない。

本発明によると、削孔ロッドの配置角を容易にかつ高い精度で管理することができる汎用的なシステム及び方法となる。

配置角管理システムの概念側面図である。 配置角管理システムの概念平面図である。ただし、配置角表示手段は図示していない。 配置角表示手段による表示例である。 従来の測量器を用いた削孔ロッドの配置角管理システムの概念図である。

次に、本発明の実施の形態を説明する。
図１及び図２に、地盤Ｇを削孔する削孔ロッド３の配置角管理システム１を示した。削孔ロッド３は、先端部に図示しない削孔ビッドが備えられた削孔管等からなり、削孔機２によって保持されている。

具体的には、まず、削孔機２は、地盤Ｇ上を移動可能な本体部２Ａを有し、この本体部２Ａからはアーム部２Ｂが延出している。アーム部２Ｂは棒状のガイドセル２Ｃを保持しており、このガイドセル２Ｃ上に当該ガイドセル２Ｃの延在（長手）方向に移動可能とされたスライド手段２Ｄが備えられている。このスライド手段２Ｄ上には回転・打撃手段２Ｅが備えられており、この回転・打撃手段２Ｅの先端部に削孔ロッド３の後端部が保持されている。削孔ロッド３は、スライド手段２Ｄがガイドセル２Ｃ上を延在方向に移動すると、この移動に伴ってガイドセル２Ｃの延在方向に移動する。また、削孔ロッド３は、削孔時において回転・打撃手段２Ｅによって軸心回りに回転させられ、かつ軸方向（削孔方向）への衝撃が与えられる。なお、削孔ロッド３の先端部側は、ガイドセル２Ｃの先端部上に備えられたチャック部２Ｆによって軸心回りの回転が可能となるように、かつ軸方向への移動が可能となるように保持されている。

このようにしてなる削孔機２を用いて削孔ロッド３の配置位置や配置角を調節するにあたっては、本体部２Ａを削孔開始位置近くまで移動し、作業者（オペレータ）が削孔機２の側面等に備わる配置角調節レバー群等を適宜操作してアーム部２Ｂを操作する。

以上のように保持された削孔ロッド３には、傾斜角及び真方位角を計測可能なモノリシックリングレーザジャイロ（ＭＲＬＧ）１０を装着する。このモノリシックリングレーザジャイロ１０は、前述したように振動に極めて強く、しかも精度が高いとの特性を有する。したがって、削孔ロッド３の配置角を後述するパーソナルコンピュータ２０にリアルタイムに表示し（モニタリング）、当該パーソナルコンピュータ２０を目視しながら配置角の確認や調節等の管理を行うことができる。また、図１及び図２から明らかにように、本配置角管理システム１においては、削孔機２の前方に何ら機器を設置する必要がないため、計画削孔線の法線上に建屋が存在したり、海や川等が存在したりする場合であっても、配置角を管理することができる。

モノリシックリングレーザジャイロ１０としては、例えば、ＫＥＡＲＦＯＴＴ社製のＴ−１６Ｅ、Ｔ−１６Ｂ、Ｔ−２４等を使用することができる。これらのジャイロは、地球の自転の水平分力を検出し、この検出値から真方位角を演算するものであり、極めて高い検出精度を有する。

モノリシックリングレーザジャイロ１０は、金属製のケース等に収納して直接的に、又は他の部材を介して間接的に、削孔ロッド３に装着する。図示例では、モノリシックリングレーザジャイロ１０が削孔ロッド３の上に備え置かれ、適宜の部材を用いて削孔ロッド３に固定されている。

本形態の配置角管理システム１には、配置角表示手段の一例としてパーソナルコンピュータ２０が備えられている。このパーソナルコンピュータ２０のモニター（表示部）２０Ｍには、傾斜角や真方位角等の各種情報が表示される。具体的には、モノリシックリングレーザジャイロ１０によって計測された計測傾斜角及び予め計画された計画傾斜角、並びにジャイロ１０によって計測された計測真方位角及び予め計画された計画真方位角が、それぞれ対照可能に表示される。

この表示の方法としては様々な形態が考えられ、例えば、図３に示すように、計測表示部２３に計測傾斜角及び計測真方位角を左右に並べて表示し、計画表示部２４に計画傾斜角及び計画真方位角を上下に並べて表示することができる。この表示方法によっても作業者は、計測傾斜角及び計画傾斜角、並びに計測真方位角及び計画真方位角をそれぞれ比較し、この比較結果に基づいて削孔ロッド３の配置角を調節することができる。

もっとも、この方法によると、計測傾斜角及び計測真方位角がそれぞれ計画傾斜角及び計画真方位角からどの程度ずれているのかを具体的にイメージするのが容易ではない。そこで、本形態においては、表示部２０Ｍに傾斜角や真方位角を２次元的な直線状の図形として表示する傾斜状況図（部）２１及び方位状況図（部）２２を設けている。傾斜状況図２１は、計測傾斜角を直線矢印で示す計測傾斜線２１Ｂ及び計画傾斜角を直線で示す計画傾斜線２１Ａを重ねて表示する２次元図面であり、方位状況図２２は、計測真方位角を直線矢印で示す計測真方位線２２Ｂ及び計画真方位角を直線で示す計画真方位線２２Ａを重ねて表示する２次元図面である。この表示方法であれば、計測傾斜角及び計測真方位角がそれぞれ計画傾斜角及び計画真方位角からどの程度ずれているのかを視覚的に確認することができ、具体的にイメージすることができる。特に本形態においては、傾斜状況図２１に傾斜角の修正方向を示す操作指示矢印２１Ｃが表示され、方位状況図２２に真方位角の修正方向を示す操作指示矢印２２Ｃが表示される。したがって、作業者Ｐは、当該矢印２１Ｃ，２２Ｃに従って、当該矢印２１Ｃ，２２Ｃが示す方向に配置角調節レバー群を操作すれば足りる。

次に、本形態の配置角管理システム１を使用して削孔ロッド３の配置角を管理する方法について説明する。
図１及び図２に示すように、まず、削孔ロッド３を削孔開示時の削孔方向に沿うように削孔機２によって保持する。この際の削孔ロッド３の配置角（傾斜角α及び真方位角β）はおおよそで足り、また、単に水平方向に保持するのでもよい。

次に、このようにして配置した削孔ロッド３に、モノリシックリングレーザイジャイロ１０を装着する。この装着は、上記削孔機２による削孔ロッド３の保持に先立って行うこともできる。

一方、これらの作業と同時に、あるいは前後してパーソナルコンピュータ２０を設置する。この設置は、例えば、削孔機２の側部等に備わる図示しない配置角調節レバー群の近くに設置台を設置し、この設置台上にパーソナルコンピュータ２０を設置する形態によると好適である。

以上のようにしてモノリシックリングレーザジャイロ１０の装着及びパーソナルコンピュータ２０の設置が終了したら、これらの電源等を入れて両装置１０，２０を起動し、モノリシックリングレーザジャイロ１０によって計測された傾斜角及び真方位角をパーソナルコンピュータ２０の表示部２０Ｍに表示させる。なお、モノリシックリングレーザジャイロ１０からパーソナルコンピュータ２０への計測情報（出力情報）の送信は、有線で行うことも、無線で行うこともできる。

パーソナルコンピュータ２０が受信した計測情報は、パーソナルコンピュータ２０の図示しない演算部等において図形表示情報に変換する。この変換に際しては、カルマンフィルターの原理等を利用して表示情報を補正することもできる。適宜補正等が行われた図形表示情報に基づいて、表示部２０Ｍの傾斜状況図２１や方位状況図２２には、各種情報が表示される。本形態においては、各種情報の１つとして、前述したように操作指示矢印２１Ｃ，２２Ｃが表示されるため、作業者Ｐは、当該矢印２１Ｃ，２２Ｃに従って配置角調節レバー群を操作し、削孔ロッド３の配置角を調節する。

この配置角の調節が終了したら、削孔ロッド３による削孔を開始する。モノリシックリングレーザジャイロ１０は、当該削孔の開始に先立って取り外すこともできる。

本発明は、地盤を削孔するに先立ち当該地盤上に配置された削孔ロッドの配置角を管理するシステム及び方法として適用可能である。

１…配置角管理システム、２…削孔機、２Ａ…本体部、２Ｂ…アーム部、２Ｃ…ガイドセル、２Ｄ…スライド手段、２Ｅ…回転・打撃手段、２Ｆ…チャック部、１０…モノリシックリングレーザジャイロ、２０…パーソナルコンピュータ、２０Ｍ…モニター、２１…傾斜状況図、２２…方位状況図、２３…計測表示部、２４…計画表示部、１０１…測量器、１０２…削孔機、１０３…削孔ロッド、Ｇ…地盤。

Claims (2)

1. 地盤を削孔するに先立つ削孔ロッドの配置に際し、当該地盤上に配置する削孔ロッドの配置角を管理するシステムであって、
   前記削孔ロッドの上に備え置かれ、かつ当該備え置かれた状態において前記削孔ロッドの傾斜角及び真方位角を計測可能とされた可動部を有しない３軸一体構造のモノリシックリングレーザジャイロと、
   このジャイロによって計測された計測傾斜角及び予め計画された計画傾斜角、並びに前記ジャイロによって計測された計測真方位角及び予め計画された計画真方位角を、それぞれ対照可能に表示する配置角表示手段と、を有する、
   ことを特徴とする削孔ロッドの配置角管理システム。
2. 地盤を削孔するに先立つ削孔ロッドの配置に際し、当該地盤上に配置する削孔ロッドの配置角を管理する方法であって、
   前記削孔ロッドの上に傾斜角及び真方位角を計測可能な可動部を有しない３軸一体構造のモノリシックリングレーザジャイロを備え置くとともに、
   このジャイロによって計測された計測傾斜角及び予め計画された計画傾斜角、並びに前記ジャイロによって計測された計測真方位角及び予め計画された計画真方位角を、それぞれ対照可能に表示する配置角表示手段を設置する、
   ことを特徴とする削孔ロッドの配置角管理方法。