IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ 株式会社竹中土木の特許一覧

特開2024-156252地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム
<>
  • 特開-地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム 図1
  • 特開-地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム 図2
  • 特開-地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム 図3
  • 特開-地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム 図4
  • 特開-地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム 図5
  • 特開-地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム 図6
  • 特開-地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム 図7
< >
(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】P2024156252
(43)【公開日】2024-11-06
(54)【発明の名称】地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム
(51)【国際特許分類】
   E02D 3/12 20060101AFI20241029BHJP
【FI】
E02D3/12 102
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023070561
(22)【出願日】2023-04-24
(71)【出願人】
【識別番号】000150110
【氏名又は名称】株式会社竹中土木
(74)【代理人】
【識別番号】100174207
【弁理士】
【氏名又は名称】筬島 孝夫
(72)【発明者】
【氏名】小森 寛之
(72)【発明者】
【氏名】尾山 雄基
(72)【発明者】
【氏名】森 守正
(72)【発明者】
【氏名】松川 宏志
【テーマコード(参考)】
2D040
【Fターム(参考)】
2D040AB03
2D040EA01
2D040EB01
2D040FA01
2D040FA13
(57)【要約】      (修正有)
【課題】地盤改良体施工中のロッド先端の実際の挙動を精度よく計測し、地盤改良体先端の鉛直精度を確保しながら地盤改良体を施工するモニタリングシステムを提供する。
【解決手段】先端部の回転軸に撹拌翼12と掘削翼13とを有するロッド10とオーガー14で構成される地盤改良施工機1により、地盤改良体2を施工中のロッド先端Sをモニタリングするシステムである。ロッド10の先端に設置されたジャイロセンサー3と、ロッド10の上端近傍に設置された無線送受信機4と、ロッド10に平行して無線通信用として専用に配設された無線通信専用管5とで成り、ジャイロセンサー3と無線送受信機4との通信は、無線通信専用管5内に電波を飛ばす無線通信8が可能で、ジャイロセンサー3で計測されるロッド先端Sの鉛直度データDが、無線通信専用管5を介して地上部Kで無線送受信機4から送受信されてモニタリング自在である。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端部の回転軸に撹拌翼と掘削翼とを有するロッドとオーガーで構成される地盤改良施工機により、地盤改良体を施工中のロッド先端をモニタリングするシステムであって、
前記ロッドの先端に設置されたジャイロセンサーと、
前記ロッドの上端近傍に設置された無線送受信機と、
前記ロッドに平行して無線通信用として専用に配設された無線通信専用管とで成り、
前記ジャイロセンサーと前記無線送受信機との通信は、前記無線通信専用管内に電波を飛ばす無線通信が可能に構成され、
前記ジャイロセンサーで計測される前記ロッド先端の鉛直度データが、前記無線通信専用管を介して地上部で前記無線送受信機から送受信されてモニタリング自在であること、
を特徴とする、地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム。
【請求項2】
前記ロッドの先端部の回転軸には、振止め又は供回り防止翼が設置され、前記振止め又は供回り防止翼は油圧ジャッキにより所定方向に伸縮自在に構成されており、
前記無線通信専用管を介した無線通信により、地上部で送受信される前記ロッド先端の鉛直度データに基づき、前記振止め又は供回り防止翼の油圧ジャッキが所定方向に伸縮操作されて、ロッド先端の鉛直状態が常に保持されること、
を特徴とする、請求項1に記載した地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム。
【請求項3】
前記無線通信専用管が、多軸機又は単軸機の地盤改良施工機のロッドに併設されていること、
を特徴とする、請求項1又は2に記載した地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム。
【請求項4】
前記無線通信専用管を介した無線通信により、地上部で送受信される前記ロッド先端の鉛直度データは保存自在であり、かつ最新データに基づいてリアルタイムにモニタリングされること、
を特徴とする、請求項1又は2に記載した地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム。
【請求項5】
前記無線通信専用管が、その曲がりを防ぐ耐圧管で被覆されていること、
を特徴とする、請求項1又は2に記載した地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム。
【請求項6】
前記耐圧管が、ロッド先端の振止め又は供回り防止翼と、ロッド上端のオーガーに固定されて、ロッド先端の鉛直状態が保持されること、
を特徴とする、請求項5に記載した地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム。
【請求項7】
前記耐圧管の中において、前記無線通信専用管との間で油圧管が介在されていること、
を特徴とする、請求項5に記載した地盤改良体先端の施工中モニタリングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、地盤改良体先端の施工中モニタリングシステムに関し、さらに言えば、地盤改良体施工中のロッド先端の実際の挙動を精度よく計測し、地盤改良体先端の鉛直精度を確保しながら地盤改良体を施工するシステムの技術分野に属する。
【背景技術】
【0002】
地中での地盤改良工事において削孔軌道が正規の位置からずれると、出来形だけでなく支持力、変形抑制、遮水といった地盤改良の目的を達成できない恐れがある。そのため、地盤改良体の鉛直精度の確保は重要である。
現在一般的に用いられている地盤改良体の鉛直精度は、ロッドを常に「剛」と仮定した上で、地上部での地盤改良施工機の傾斜計を用いて管理されているが、地中のロッド先端の位置が実際にどのような状態になっているかは不明である。
これに対し、図7に示したような地盤改良施工機aによる基礎杭cの施工において、2台配置したトランシットb、bによって鉛直性の計測を行うことが広く知られている。
【0003】
また、下記特許文献1には、多軸型連続壁溝掘削機に於いて、掘削機本体1を吊下げ支持点とする支持架台9と、複数の縦軸型掘削刃11a、11bと、油圧モータと、各縦軸型掘削刃を回転駆動させる伝動機構11a~11cと、支持架台9の正面側と背面側に設けられて壁溝に摺接する固定用ガイド板16a~17cと、支持架台9の正面側と背面側の何れか一方又は両方の左右の、その上方と下方の何れか一方又は両方に設けられた油圧ジャッキ23により押出し自在な調整用ガイド板18a~22bと、支持架台9の上面に設けた傾斜角度計27とから構成され、前記傾斜角度計27からの傾斜角信号により所望の調整用ガイド板18a~22bの油圧ジャッキ23を作動させ、掘削機本体1の地中への貫入方向及び貫入姿勢を制御する多軸型連続壁溝掘削機が開示されている(同文献1の請求項1等参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2012-177274号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
図7に示した従来法では、2台のトランシットb、bそれぞれに計測員を配置する必要があることや、杭の施工本数に応じて地盤改良施工機aの移動が発生するので手間がかかる。しかも、計測員の目視による管理になるため、計測データが残らないという問題がある上、この方法では地上部での計測になるので、地中の状況は把握できない。
また、特許文献1による多軸型連続壁溝掘削機では、そもそも地中の掘削機本体の姿勢を制御するために使用しており、掘削時の先端の位置を制御するものではない。
したがって、本発明は、上述した背景技術の課題に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、地盤改良体施工中のロッド先端の実際の挙動を精度よくモニタリングすることと、常に鉛直が維持されるように姿勢を制御して地盤改良体の鉛直精度を確保する地盤改良体先端の施工中モニタリングシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するための手段として、請求項1に記載した発明は、先端部の回転軸11に撹拌翼12と掘削翼13とを有するロッド10とオーガー14で構成される地盤改良施工機1により、地盤改良体2を施工中のロッド先端Sをモニタリングするシステムであって、
前記ロッド10の先端に設置されたジャイロセンサー3と、
前記ロッド10の上端近傍に設置された無線送受信機4と、
前記ロッド10に平行して無線通信用として専用に配設された無線通信専用管5とで成り、
前記ジャイロセンサー3と前記無線送受信機4との通信は、前記無線通信専用管5内に電波を飛ばす無線通信8が可能に構成され、
前記ジャイロセンサー3で計測される前記ロッド先端Sの鉛直度データDが、前記無線通信専用管5を介して地上部Kで前記無線送受信機4から送受信されてモニタリング自在であること、
を特徴とする、地盤改良体先端の施工中モニタリングシステムである。
【0007】
請求項2に記載した発明は、前記ロッド10の先端部の回転軸11には、振止め又は供回り防止翼15が設置され、前記振止め又は供回り防止翼15は油圧ジャッキ16により所定方向に伸縮自在に構成されており、
前記無線通信専用管5を介した無線通信8により、地上部Kで送受信される前記ロッド先端Sの鉛直度データDに基づき、前記振止め又は供回り防止翼15の油圧ジャッキ16が所定方向に伸縮操作されて、ロッド先端Sの鉛直状態が常に保持されること、
を特徴とする、請求項1に記載した地盤改良体先端の施工中モニタリングシステムである。
【0008】
請求項3に記載した発明は、前記無線通信専用管5が、多軸機1A又は単軸機1Bの地盤改良施工機1のロッド10に併設されていること、
を特徴とする、請求項1又は2に記載した地盤改良体先端の施工中モニタリングシステムである。
【0009】
請求項4に記載した発明は、前記無線通信専用管5を介した無線通信8により、地上部Kで送受信される前記ロッド先端Sの鉛直度データDは保存自在であり、かつ最新データに基づいてリアルタイムにモニタリングされること、
を特徴とする、請求項1又は2に記載した地盤改良体先端の施工中モニタリングシステムである。
【0010】
請求項5に記載した発明は、前記無線通信専用管5が、その曲がりを防ぐ耐圧管6で被覆されていること、
を特徴とする、請求項1又は2に記載した地盤改良体先端の施工中モニタリングシステムである。
【0011】
請求項6に記載した発明は、前記耐圧管5が、ロッド先端Sの振止め又は供回り防止翼15と、ロッド上端のオーガー14に固定されて、ロッド先端Sの鉛直状態が保持されること、
を特徴とする、請求項5に記載した地盤改良体先端の施工中モニタリングシステムである。
【0012】
請求項7に記載した発明は、前記耐圧管6の中において、前記無線通信専用管5との間で油圧管7が介在されていること、
を特徴とする、請求項5に記載した地盤改良体先端の施工中モニタリングシステムである。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る地盤改良体先端の施工中モニタリングシステムによれば、ロッドの先端に設置されたジャイロセンサーと、ロッドの上端近傍に設置された無線送受信機と、ロッドに平行して無線通信用として専用に配設された無線通信専用管とで成り、ジャイロセンサーと無線送受信機との通信は、無線通信専用管内に電波を飛ばす無線通信が可能に構成されているので、まず、施工中のロッド先端の姿勢をジャイロセンサーでモニタリングし、計測した鉛直度データを無線通信専用管を介してリアルタイムでロッド先端の制御に反映させ、先端が常に鉛直になるように方向を制御することで、施工開始から終了まで鉛直精度を保ったまま改良体を構築することが可能となる。
また、施工中の記録をデータとして残すことで、施工した改良体の鉛直精度を担保する証拠となる。さらに、耐圧管を通して振止め又は供回り防止翼とリーダーとを確実に固定することにより、鉛直精度の向上が見込める。
これにより、地中内での改良体の挙動をリアルタイムで観測し、鉛直度を随時管理することで、改良体の施工精度が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1】Aは、本発明の地盤改良体先端の施工中モニタリングシステムの概要を示した側面図、Bは、Aの正面図である。
図2】Aは、耐圧管で被覆された無線通信専用管を横配置で一部省略して示した図、Bは、Aの内部構造を示した図である。
図3】多軸機での使用例を示した説明図(上図)と断面図(下図)である。
図4】Aは、単軸機での使用例を示した正面図(上図)と断面図(下図)、Bは、A(上図)の側面図である。
図5】Aは、単軸機における軸先の鉛直度の制御機構を示した正面図、Bは、Aの平面図である。
図6】地盤改良体の地盤改良施工機を示した説明図である。
図7】従来例を示した説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下に、図示した本発明に係る地盤改良体先端の施工中モニタリングシステムの実施形態を説明する。
このモニタリングシステムは、地盤改良体2を施工中のロッド先端Sの実際の挙動を精度よくモニタリングし、その結果得られた鉛直度データDに基づき、常にロッド先端Sの鉛直状態が維持されるように姿勢を制御して、地盤改良体2の鉛直精度を確保するものである。
すなわち、地盤改良工事を行うに当たり、図6に示したような先端部の回転軸11に撹拌翼12と掘削翼13を有するロッド10を、オーガー14(動力式)で回転する機構の地盤改良施工機1によって、地中Gを掘削しながら地盤改良体2を施工中のロッド先端Sをモニタリングするシステムである。多軸機(図3参照)や単軸機(図4参照)の地盤改良施工機1に実施される。
地上部Kでは、地盤改良体2を施工中のロッド先端Sの挙動をモニタリングし、ロッド先端Sの鉛直度データDを随時解析し、保存できるソフトウェアがインストールされ、モバイル網やWi-Fiで無線の接続が可能なパソコン9(PC)等の端末が備えられている。
【0016】
図1に示したように、地盤改良施工機1のロッド10(回転軸11)の先端Sには、方向を検出するジャイロセンサー3が設置され、ロッド10の上端近傍には、APボックス40内に収納された無線送受信機4が設置されている。と共に、ロッド10に平行して無線通信用として専用に使用する無線通信専用管5が配設されている。この無線通信専用管5の上端と前記無線送受信機4(APボックス40)とは、地上部Kで電波の送信が良好な有線Wで接続されている(図3図4参照)。よって、前記ジャイロセンサー3と無線送受信機4との通信は、無線通信専用管5内に電波を飛ばすことで無線通信8が可能に構成されている。
そのため、前記ジャイロセンサー3で計測される前記ロッド先端Sの鉛直度データDが、無線通信専用管5を介して地上部Kで無線送受信機4から送受信されてモニタリング自在に構成されている。また、後述するように、ロッド先端Sに設置されている振止め又は供回り防止翼15に油圧によって先端の方向を調整する機構が搭載され、リアルタイムでロッド先端Sの軌跡を確認しながら随時杭が鉛直になるように進行方向を調整することで、改良体の鉛直精度を確保する構成となっている。
【0017】
本実施形態を詳述すると、ロッド先端Sに設置したジャイロセンサー3は、3軸の加速度計と3軸の角速度を計測できる6軸のものを使用する。当該ジャイロセンサー3によって得られた情報をMadgwick filter等を用いて計算することで、ロッド先端Sの角度をモニタリング計測し制御に使用する。
次に、前記ジャイロセンサー3とロッド10の上端との無線通信は、専用の無線通信専用管5を使用して行われる。この専用の無線通信専用管5は、単管パイプとそれに接続できるアンテナ(図示は省略)で構成され、単管パイプ5の中で電波による通信を行うことでwifi環境を構築するシステムである。
【0018】
ただ、無線通信専用管5のまま施工機1に設置してしまうと、地中Gでこの単管パイプの無線通信専用管5が変形してしまい通信が阻害される恐れがある。そのため、図2に示したように、無線通信専用管5を耐圧管6で覆った二重管構造とした上で、オーガー14(図6参照)との固定を確実に行うことで無線通信専用管5の曲がりを防止し安定した通信が可能とされている。また、耐圧管6と無線通信専用管5との間に、軸先制御用の油圧管7を介在させて設置する形態で好適に実施される(図2B参照)。
【0019】
上述した無線通信専用管5を地盤改良施工機1に設置する場合の設置状況を、多軸機1Aのものについて図3に、単軸機1Bのものについて図4にそれぞれ示した。
図3では2軸機について示しているが、図示を省略した3軸機、4軸機等についてもロッド10に平行して無線通信専用管5を配設することにより、2軸機と同様に実施可能である。
図4に示した単軸機1Bについては、掘削時の改良径の内側にロッド10と平行に無線通信専用管5を併設することで設置することができる。よって、本無線通信専用管5は多軸機1A、単軸機1Bを問わず設置することが可能である。
かくして、前記ジャイロセンサー3で計測されるロッド先端Sの鉛直度データDが、無線通信専用管5を介して地上部Kで無線送受信機4からPC9に送信されてモニタリングできるので、リアルタイムで下記のようにロッド先端Sの制御に反映させることができる。
【0020】
次に、単軸機1Bにおけるロッド先端Sの制御に使用する機構について説明する。
図5A、Bでは、それぞれ上図に示した通常時の油圧ジャッキ16の状態から、下図のように、地盤改良体2の杭芯を左側にズラす実施例を示している。杭芯をズラしたい側の油圧ジャッキ16(シリンダー)を縮め、反対側の油圧シリンダー16を延ばすことで、地盤改良体2の施工径の範囲内で杭芯をコントロールすることが可能となる。
この油圧ジャッキ16の設置位置については、単軸機1Bであれば供回り防止翼15に(図4図5)、多軸機1Aであればロッド先端Sの撹拌翼13の近傍にある振止め15に油圧シリンダー16を設置することで、多軸機1A、単軸機1Bを問わず設置可能な機構となっている。
【0021】
したがって、地上部Kの前記パソコン9等からの操作により、地盤改良施工機1のロッド先端Sの油圧ジャッキ16(シリンダー)を伸縮させ、リアルタイムでロッド先端Sの軌跡を確認しながら随時杭が鉛直になるように進行方向を調整し、ロッド先端Sが常に鉛直になるように方向を制御することで、施工開始から終了まで鉛直精度を保ったまま高品質な地盤改良体2を構築することができる。
【0022】
以上に本発明の実施例を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のために言及する。
【符号の説明】
【0023】
1 地盤改良施工機
1A 多軸機
1B 単軸機
10 ロッド
11 回転軸
12 撹拌翼
13 掘削翼
14 オーガー
15 振止め又は供回り防止翼
16 油圧ジャッキ(シリンダー)
17 リーダー
2 地盤改良体
3 ジャイロセンサー
4 無線送受信機
40 APボックス
5 無線通信専用管
6 耐圧管
7 油圧管
8 無線通信
9 パソコン
K 地上部
G 地中
D 鉛直度データ
S ロッド先端



図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7