特開 2023-40773 地盤改良システム及び地盤改良方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023040773

(43)【公開日】2023-03-23

(54)【発明の名称】地盤改良システム及び地盤改良方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/12 20060101AFI20230315BHJP

【ＦＩ】

E02D3/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021147928

(22)【出願日】2021-09-10

(71)【出願人】

【識別番号】000115463

【氏名又は名称】ライト工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002321

【氏名又は名称】弁理士法人永井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】飯田 陽朗

(72)【発明者】

【氏名】林田 晃

【テーマコード（参考）】

2D040

【Ｆターム（参考）】

2D040BB05

2D040FA03

2D040GA02

(57)【要約】

【課題】従来の方法とは異なる新たな地盤改良システム及び地盤改良方法を提供する。
【解決手段】地盤改良システムＸは、水面Ｗ下の地盤Ｇを改良する地盤改良手段Ｘ１と、隣接地盤９０に設置されるトータルステーション１１とを有し、地盤改良手段Ｘ１は、台船１２と、掘削軸１３Ａが備わる改良機１３と、改良機の制御装置１４とを有し、トータルステーション１１で地盤改良手段Ｘ１の高さを計測し、この計測値に基づいて深度情報Ｆを補正する構成とされている。また、地盤改良方法においては、台船１２にプリズム１５を設置しておき、プリズム１５の初期高さＡ、トータルステーション１１の標高Ｂ、トータルステーション１１とプリズム１５との高低差Ｃを計測し、この計測値に基づいて掘削軸１３Ａの計測深度Ｅを補正し、この補正後の深度を深度情報Ｆとする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水面下の地盤を改良する地盤改良手段と、前記水面に隣接する地盤に設置されるトータルステーションとを有し、
前記地盤改良手段は、前記水面に浮かぶ台船と、掘削軸が備わる改良機と、前記掘削軸の深度情報に応じて前記改良機を制御する制御装置とを有し、前記改良機及び前記制御装置は前記台船に設置され、
前記トータルステーションで前記地盤改良手段の高さを計測し、この計測値に基づいて前記深度情報を補正する構成とされている、
ことを特徴とする地盤改良システム。

【請求項2】

前記台船にプリズムが設置され、このプリズムの高さを前記トータルステーションで計測し、この計測値に基づいて前記深度情報を補正する構成とされている、
請求項１に記載の地盤改良システム。

【請求項3】

深度の計測が可能な掘削軸が備わる改良機と、前記掘削軸の深度情報に応じて前記改良機を制御する制御装置とを有し、かつ前記改良機及び前記制御装置が台船に設置された地盤改良手段を使用して前記掘削軸を水面下の地盤に挿入して当該地盤を改良する方法であり、
前記水面に隣接する地盤にトータルステーションを設置し、前記台船に前記トータルステーションと対になるプリズムを設置しておき、
前記プリズムの初期高さを測定するとともに、前記トータルステーションの標高を計測し、
前記トータルステーションを使用して当該トータルステーションと前記プリズムとの高低差を計測し、この高低差と、前記プリズムの初期高さと、前記トータルステーションの標高とに基づいて前記掘削軸の計測深度を補正し、この補正後の深度を前記深度情報とする、
ことを特徴とする地盤改良方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水面下の地盤を改良する地盤改良システム及び地盤改良方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

台船に搭載（設置）した掘削軸が備わる地盤改良機によって海底地盤等の水面下の地盤を改良する場合、施工時間中に潮位が変化すると、掘削軸の深度情報に狂いが生じる。地盤改良においては、深度情報に応じて掘削軸から地盤にセメント等の固化材を注入したり、掘削軸による地盤攪拌の程度（回転数等）を変えたりするため、掘削軸の深度を正確に把握することは、極めて重要である。

【0003】

そこで、例えば、台船を浮かべた施工場所の水位の変化を入力することで掘削軸の深度情報を補正する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかしながら、この方法によると、例えば、台船の沈み込み（台船の喫水変化）等が考慮されず、正確性に劣る。

【0004】

また、例えば、移動局ＧＰＳを設置し、この移動局ＧＰＳと掘削軸との相互位置を特定して掘削軸の座標を計測する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかしながら、移動局ＧＰＳの使用は通信障害等に脆弱であり、また、煩瑣である。さらに、以上で示した水位の変化を入力する方法や移動局ＧＰＳによる方法とは異なる方法の提案も求められている（手段の多様化）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４４０５９９６号公報

【特許文献2】特許第３５７１５８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、従来の方法とは異なる新たな地盤改良システム及び地盤改良方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための手段は、次のとおりである。
（請求項１に記載の手段）
水面下の地盤を改良する地盤改良手段と、前記水面に隣接する地盤に設置されるトータルステーションとを有し、
前記地盤改良手段は、前記水面に浮かぶ台船と、掘削軸が備わる改良機と、前記掘削軸の深度情報に応じて前記改良機を制御する制御装置とを有し、前記改良機及び前記制御装置は前記台船に設置され、
前記トータルステーションで前記地盤改良手段の高さを計測し、この計測値に基づいて前記深度情報を補正する構成とされている、
ことを特徴とする地盤改良システム。

【0008】

（請求項２に記載の手段）
前記台船にプリズムが設置され、このプリズムの高さを前記トータルステーションで計測し、この計測値に基づいて前記深度情報を補正する構成とされている、
請求項１に記載の地盤改良システム。

【0009】

（請求項３に記載の手段）
深度の計測が可能な掘削軸が備わる改良機と、前記掘削軸の深度情報に応じて前記改良機を制御する制御装置とを有し、かつ前記改良機及び前記制御装置が台船に設置された地盤改良手段を使用して前記掘削軸を水面下の地盤に挿入して当該地盤を改良する方法であり、
前記水面に隣接する地盤にトータルステーションを設置し、前記台船に前記トータルステーションと対になるプリズムを設置しておき、
前記プリズムの初期高さを測定するとともに、前記トータルステーションの標高を計測し、
前記トータルステーションを使用して当該トータルステーションと前記プリズムとの高低差を計測し、この高低差と、前記プリズムの初期高さと、前記トータルステーションの標高とに基づいて前記掘削軸の計測深度を補正し、この補正後の深度を前記深度情報とする、
ことを特徴とする地盤改良方法。

【発明の効果】

【0010】

本発明によると、従来の方法とは異なる新たな地盤改良システム及び地盤改良方法となる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本形態の地盤改良システムの装置構成例である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

次に、発明を実施するための形態を説明する。なお、本実施の形態は本発明の一例である。本発明の範囲は、本実施の形態の範囲に限定されない。

【0013】

（地盤改良システム）
図１に示すように、本形態の地盤改良システムＸは、水面Ｗ下の地盤Ｇを改良する地盤改良手段Ｘ１と、水面Ｗに隣接する地盤（図示例では護岸９０）に設置されるトータルステーション１１とを有する。また、地盤改良手段Ｘ１は、水面Ｗに浮かぶ台船１２と、掘削軸１３Ａが備わる改良機１３と、掘削軸１３Ａの深度情報等に応じて改良機１３を制御する制御装置１４とを有する。さらに、改良機１３及び制御装置１４は、台船１２上に設置されている。

【0014】

本形態においては、トータルステーション１１で地盤改良手段Ｘ１の高さを計測し、この計測値に基づいて掘削軸１３Ａの深度情報を補正する。したがって、前述した従来のシステムとは異なる新たなシステムとなる。特に前述した潮位（水位）の変化を入力する方法とは異なり、台船１２の沈み込み等も考慮されるため、精度が向上する。また、ＧＰＳシステムを利用するものではなく、一般的な測量の分野において使用されているトータルステーション１１を使用するものであるため、極めて簡易である。

【0015】

本形態において水面Ｗとしては、例えば、海面や川面、湖面等を想定している。ただし、水面Ｗをこれらに限定する趣旨ではない。改良の対象となる地盤が何らかの水面下に存在し、かつ当該水面に台船を浮かべ、当該台船上において施工を行う場合は、本形態が適用可能である。

【0016】

台船１２は、例えば、作業船等と呼ばれることもある。台船１２は、適宜、四隅を杭（アンカー）やロープで係留するなどして、平面方向（水面Ｗに沿う方向）の動きが抑えられる。一方、台船１２は、水位の変化等によって上下方向（水面Ｗと交差する方向）の動きが生じる。

【0017】

ただし、上下方向の動きもできる限り抑えるのが好ましく、特に重量変化する機器、資材等、例えば、固化材自体やそのプラント設備等は、台船１２に隣接させた別の作業船に搭載するのが好ましい。

【0018】

改良機１３には、地盤Ｇの掘削を行う掘削軸１３Ａが備わる。掘削軸１３Ａは、１軸であっても、２軸以上の多軸であってもよい。また、地盤Ｇを掘削する深度によっては、複数の単管を繋いで一本の掘削軸とする形態であってもよい。

【0019】

掘削軸１３Ａは、通常、リーダー等の支柱によって垂直に支持される。また、掘削軸１３Ａは、モーター等が備わる駆動装置によって上下方向への移動や軸心回りの回転が可能とされている。

【0020】

本形態の掘削軸１３Ａには、掘削軸（通常、掘削軸の先端部。）の深度を計測する深度計測手段（深度計）が備わる。この深度計測手段は、掘削軸の深度を計測するものであるが、この計測深度は、水面Ｗの水位変化によって誤差が生じる可能性があるのは、前述したとおりである。

【0021】

掘削軸１３Ａには、適宜、掘削ビットや、撹拌翼、固化材、水等の吐出口、空気の噴出口等が設けられる。

【0022】

改良機１３には、適宜、固化材等の吐出量計や、掘削軸１３Ａの深度計（前述）、回転計測計等が設けられる。これらの各種計器で計測された計測情報は、制御装置１４へ有線、あるいは無線によって送られる。

【0023】

制御装置１４には、必要により以上の計測情報の表示装置や印刷装置等が配置される。

【0024】

制御装置１４においては、以上の計測情報に基づいて掘削軸１３Ａの上下方向への移動や回転等を決定し、この決定情報に基づいて掘削軸１３Ａを制御する。この制御は、必要により作業員の判断によって修正を加えてもよい。ただし、台船１２の高さの変位（変化）に応じて以上の制御が補正を加えられるのは、次に説明するとおりである。

【0025】

すなわち、まず、本形態の台船１２には、プリズム１５が搭載されている。このプリズムは、トータルステーション１１と対になる器具であり、可能であれば省略することもできる（ノンプリズム型）。プリズム１５の高さは、トータルステーション１１で計測される。なお、プリズム１５の高さの変化は、水位変化の他、台船１２の喫水変化等によっても生じる。

【0026】

プリズム１５は、例えば、改良機１３に搭載することもできるが、本形態のように台船１２の上に直接搭載するのが好ましい。改良機１３に搭載すると、改良機１３の振動を拾ってしまうためである。一方、平面方向（水面Ｗに沿う方向）に関するプリズム１５の搭載位置は特に限定されず、トータルステーション１１との間に障害物が存在しない場所に好適に設置することができる。

【0027】

トータルステーション１１は、水面Ｗに隣接する地盤、図示例では護岸９０に設置される。トータルステーション１１は、１台で足りるが、必要であれば２台以上の複数台としてもよい。また、台船１２の位置情報（水面Ｗに沿う方向の位置情報）を取得するために、別のトータルステーションを設置しておいてもよい。この場合、トータルステーションは、通常、２台以上の複数台を設置する。

【0028】

トータルステーション１１で計測した計測値は、中継器１６で処理され、制御装置１４に送信される。中継器１６から制御装置１４への計測値の送信は有線で行うこともできるが、図示例においては、アクセスポイント１４Ａ及びアクセスポイント１６Ａを利用したＷｉ-Ｆｉ手段による形態、つまり無線による形態を示している。Ｗｉ-Ｆｉによる場合、アクセスポイント１４Ａ，１６Ａ間の距離は、例えば、２００ｍ以下（０～２００ｍ）である。もちろん、他の無線手段を使用すれば、例えば、３００ｍ程度まで送信（通信）距離を延ばすこともできる。

【0029】

台船１２の高さ（計測値）を受信した制御手段１４は、掘削軸１３Ａの計測深度を補正し、この補正した深度情報に基づいて掘削軸１３Ａを制御する。

【0030】

（地盤改良方法）
次に、以上の地盤改良システムＸを利用した地盤改良方法について説明する。
本形態の地盤改良方法においては、まず、改良機１３、制御装置１４、プリズム１５等を台船１２に搭載するなどした後、台船１２を改良の対象となる地盤Ｇの上方に位置させる。

【0031】

台船１２は、前述したように、通常、四隅を杭（アンカー）やロープで係留するなどして、平面方向（水面Ｗに沿う方向）の移動が生じないようにしておくのが好ましい。

【0032】

次に、以上の改良機１３、制御装置１４、プリズム１５等の施工準備が終了したら、掘削軸１３Ａの先端を水面Ｗに合わせておく。また、水面Ｗからプリズム１５までの初期高さＡを測定し、制御装置１４に送信し、あるいは入力する。

【0033】

一方、例えば、東京湾なら東京湾平均海面（Ｔ．Ｐ．）、荒川なら荒川工事基準面（Ａ．Ｐ．）等の基準面Ｌを０ｍとしておき、この基準面Ｌからのトータルステーション１１までの高さ（標高）Ｂを計測する。この計測値も制御装置１４に送信し、あるいは入力する。

【0034】

次に、トータルステーション１１を使用してトータルステーション１１に対するプリズム１５の高低差Ｃを計測し、制御装置１４に送信する。本形態において、この送信は、Ｗｉ-Ｆｉ手段を利用して行う。この送信が他の無線手段や有線であってもよいのは、前述したとおりである。

【0035】

一方、制御装置１４においては、以上の情報（初期高さＡ、標高Ｂ、高低差Ｃ）に基づいて深度補正値Ｄを算出する。例えば、プリズム１５の初期高さＡが１．５ｍ、トータルステーション１１の標高Ｂが４．０ｍ、トータルステーション１１に対するプリズム１５の高低差Ｃがー１．０ｍであったとした場合、
深度補正値Ｄ＝－Ａ（初期高さ）＋Ｂ（標高）＋Ｃ（高低差）＝ －１．５＋４．０－１．０＝１．５ｍ
となる。

【0036】

そして、この深度補正値Ｄに基づいて掘削軸１３Ａの計測深度Ｅを補正する。具体的には、例えば、計測深度Ｅがー５．０ｍであったとした場合、
深度情報Ｆ＝Ｄ（深度補正値）＋Ｅ（計測深度）＝１．５－５．０＝－３．５ｍ
となる。

【0037】

以後、プリズム１５の高低差Ｃをリアルタイム、あるいは適宜の段階において計測し、この計測値を制御装置１４に送信し、深度補正値Ｄの算出、計測深度の補正（深度情報Ｆの算出）を行う。

【0038】

そこで、以後の工程を簡単に説明すると、例えば、まず、掘削軸１３Ａを下方へ移動し、水底に到達したら、適宜、掘削軸１３Ａを回転し、あるいは固化材を吐出する等して地盤Ｇを改良する。ここで、このような掘削軸１３Ａの制御は掘削軸１３Ａの深度情報に基づいて行うことになるが、上記したように、水面Ｗの変化や台船１２の沈み込み等によって深度情報が影響を受けてしまう。そこで、本形態においては、例えば、掘削軸１３Ａが水底（地盤Ｇ）に到達したと考えられる段階、地盤Ｇの改良下端に到達したと考えられる段階、等の適宜の段階において、好ましくはリアルタイムにトータルステーション１１によってプリズム１５の高低差Ｃを計測し、制御装置１４に送信する。

【0039】

制御装置１４においては、トータルステーション１１からの高低差Ｃを使用して掘削軸１３Ａの計測深度Ｅを補正する。この補正により算出した深度が、深度情報Ｆとなる。この深度情報Ｆは極めて正確なものであり、したがって、正確な情報に基づいて地盤Ｇの改良を行うことができるようになる。

【0040】

なお、以上においては、プリズム１５の高低差Ｃを利用して補正を行う形態を示したが、高低差Ｃの変化（変位）を利用して補正を行っても同様である。また、プリズム１５を利用しない場合においては、台船１２の高さを計測し、同様の作業を行うことができる。したがって、プリズム１５はトータルステーション１１のターゲットであり、計測精度の向上に寄与する部材ということができる。

【0041】

（その他）
本形態の地盤改良システムや地盤改良方法において、地盤改良の方法自体については特に限定がない。例えば、掘削軸１３Ａを地盤Ｇに挿入する際に固化材の吐出等を行う形態であっても、掘削軸１３Ａを地盤Ｇから引き抜く際に固化材の吐出等を行う形態であっても、挿入及び引抜きのいずれにおいても固化材の吐出等を行う形態であっても、適用可能である。また、掘削軸１３Ａから固化材の吐出の他、水の吐出や空気の噴出等も行うことができる。

【0042】

さらに、深度情報Ｆに基づく制御情報としては、例えば、掘削軸１３Ａの回転速度や昇降速度、固化材吐出のタイミング、吐出量等を例示することができる。これらの情報は、例えば、掘削軸１３Ａに取り付けた回転速度計や、吐出量計等に基づいて取得することができる。

【産業上の利用可能性】

【0043】

本発明は、水面下の地盤を改良する地盤改良システム及び地盤改良方法として利用可能である。

【符号の説明】

【0044】

１１ トータルステーション
１２ 台船
１３ 改良機
１３Ａ 掘削軸
１４ 制御装置
１４Ａ アクセスポイント
１５ プリズム
１６ 中継器
１６Ａ アクセスポイント
９０ 護岸
Ａ 初期高さ
Ｂ 標高
Ｃ 高低差
Ｄ 深度補正値
Ｅ 計測深度
Ｆ 深度情報
Ｇ 地盤
Ｌ 基準面
Ｘ 地盤改良システム
Ｘ１ 地盤改良手段
Ｗ 水面

【図1】