掘削深度を測定管理する方法及び装置
【課題】負圧による気泡の発生を抑制し、気泡抜き作業を必要とせず、測定精度と安全性の高い管理方法と装置を提供すること。
【解決手段】土木工事機械における駆動アームの先端に、地表面を垂直に掘削する掘削撹拌装置を設けた装置において、掘削撹拌装置に設けられ、液体を充填し、かつ、大気に開放したヘッドタンクと、土木工事機械に設けられ、ヘッドタンクの液面高さを水頭値Ｈ１として受圧面で測定する圧力センサと、ヘッドタンクと圧力センサとの間を連結する導圧管と、圧力センサの地上高さをＨＳ、ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０を演算する手段とを具備した構成とする。
【解決手段】土木工事機械における駆動アームの先端に、地表面を垂直に掘削する掘削撹拌装置を設けた装置において、掘削撹拌装置に設けられ、液体を充填し、かつ、大気に開放したヘッドタンクと、土木工事機械に設けられ、ヘッドタンクの液面高さを水頭値Ｈ１として受圧面で測定する圧力センサと、ヘッドタンクと圧力センサとの間を連結する導圧管と、圧力センサの地上高さをＨＳ、ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０を演算する手段とを具備した構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にバックホウ等の土木工事機械をベースとし、アーム先端に掘削撹拌装置を具備し、セメント系固化材スラリー等を吐出しつつ、地表面から比較的厚く表層土を掘削・撹拌して地盤改良を行う地盤改良工事において、施工中の掘削撹拌装置の先端の貫入深度と、掘削撹拌装置の傾斜角を演算して、オペレータの表示器に表示し、さらにこれらのデータを記録する掘削深度を測定管理する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野において実施されている先行技術に、図１０ａに示すものがある（特許文献１）。この先行技術においては、土木工事機械１０の上に支柱を立ててそこにヘッドタンク３２を固定設置し、掘削撹拌装置３７の上部のブラケット２４に設置した圧力センサ３０の圧力（又は２個の圧力センサ３０、３１の平均圧力）と、ヘッドタンク３２の水頭差を用いて貫入深度を測定し、また、２個の圧力センサ３０、３１の間の距離と圧力差から逆三角関数演算器と角度発信器を用いて混合撹拌装置の傾斜角を算出していた。
【０００３】
さらに詳しくは、図１０ａに示す掘削機における傾斜角及び掘削深度の測定装置は、自走式の土木工事機械１０における油圧駆動アーム１４の先端に着脱自在に設けた掘削撹拌装置３７により、地表面の掘削を行なう装置において、前記土木工事機械１０に設けたヘッドタンク３２と前記掘削撹拌装置３７に位置を変えて設けた２つの圧力センサ３０，３１とを導圧管３３を介して連結し、前記２つの圧力センサ３０，３１の出力側３４，３５に掘削深度と傾斜角を演算する演算手段を結合し、この演算手段は、圧力センサ３０，３１からヘッドタンク３２までのそれぞれの水頭値と、予め設定された圧力センサ３０，３１の相互間距離とから前記掘削撹拌装置３７の傾斜角を演算し、かつ、前記いずれか一方の圧力センサ３０又は３１からヘッドタンク３２までの水頭値と、予め設定されたヘッドタンク３２から施工地面２０までの距離及び掘削撹拌装置３７の垂直長さとから掘削深度を演算するようにしたものである。
【０００４】
図１０ａにおいて、ＨＳは、適用する土木工事機械１０の上に設けられたヘッドタンク３２のヘッド水面から施工地面２０までの高さであり、Ｌ０は、掘削深度の基準となる水位センサ３０の受圧面から掘削撹拌装置３７の掘削先端までの寸法で、いずれも固定値であるから、水位センサ３０によって得られる変数の水頭値をＨ１とすれば、この水頭値Ｈ１に基づく垂直距離Ｈ１は、圧力センサ３０からヘッドタンク３２までの水頭値から演算手段で演算され、掘削深さＤＰは
ＤＰ＝Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０
で与えられる。
【０００５】
また、掘削撹拌装置３７が垂直である場合において、図１１のように両水位センサ３０，３１が互いに高低差を持って取り付けられているときの受圧面間寸法Ｌ１と垂直方向の寸法差△Ｈ０は、固定値であるから、両水位センサ３０，３１の受圧面を結ぶ直線と水平面が成す角度θ０は、
θ０＝ｓｉｎ−１（△Ｈ０／Ｌ１）
で与えられる固定値となる。
このとき、２つの水位センサ３０，３１が高低差なく、同一水平面に配置されていれば、
θ０＝０
である。
【０００６】
図１０ａの例では、ヘッドタンク３２を、土木工事機械１０に支柱等によってできるだけ高い位置に取り付けたが、低位置に取り付けても、圧力センサ３０，３１における受圧面８５，８６が負圧を検出することになるだけで、正圧の場合の上記動作例と変わるところはない。
しかし、図１２のようにヘッドタンク３２を低位置に設置した場合において、導圧管３３の途中の頂部が所定高さ以上になると、誤動作の問題が発生することがある。これは、ヘッドタンク３２に充填した圧力伝達媒体の液体が純水である場合、ヘッドタンク３２の液面から導圧管３３の頂部までの高さｈが１０．３ｍを越えると、頂部の部分が真空になることによる。そこで、ヘッドタンク３２の取り付けに際しては、頂部とヘッドタンク３２の高さｈが１０．３ｍを越えないように設定する必要がある。特に、水には、不純物、気泡などを含んでいるので、この高さｈは、安全性を見越して７〜８ｍとする。
【特許文献１】特開２００４−１５７１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の従来の装置は、作業者に高度な熟練度を要求することなく、また、補助的報知要員を配置することなく、安価に作業能率の高い施工工事を可能にすることができるという効果を有する。
しかしながら、次のような若干の問題があった。
（１）前記特許文献１のように、掘削撹拌装置３７の長さが短い場合において、図１０ｂに示すように、掘削撹拌装置３７の先端を地表部付近に上げたときに、圧力センサ３１とヘッドタンク３２の水位差（Ｈ１）が最大２ｍまでの場合には、液体循環系の導管内に気泡が析出するような問題はなかった。
しかし、掘削深度が約４ｍ以上になると、図１０ｃに示すように、掘削撹拌装置３７の長さがそれに応じて長くなり、圧力センサ３１とヘッドタンク３２の水位差（Ｈ１）が２ｍを超えると、ヘッドタンク３２の位置を土木工事機械１０に直接設置した場合に、特に掘削撹拌装置３７が最高位置になる掘削開始時から初期貫入時において、導水管内に生じる負圧が大きくなり、当該管理装置の液体循環系の導圧管内に気泡が析出し、測定誤差が大きくなり、施工精度が著しく低下する。そのため、気泡を除去するために、気泡抜き作業が必要となり、施工能力の大幅な低減に繋がる。
（２）そこで、液体循環系の導圧管内に負圧を生じさせないようにするためには、ヘッドタンク３２の位置を高くする必要がある。そのために、図１０ｄに示すように、土木工事機械１０に支柱を設けヘッドタンク３２をその支柱の上に設置することになるが、ヘッドタンク３２を支持する支柱の高さが高くなればなるほど施工時の振動等が増幅してヘッドタンク３２に大きな振動を与え、不安定になって測定誤差が大きくなるとともに、安全上の問題が生じる。
【０００８】
本発明は、ヘッドタンクの取り付け位置を低くしても、負圧による気泡の発生を抑制し、気泡抜き作業を必要とせず、測定精度と安全性の高い管理方法と装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、地表面を垂直にのみ掘削する場合には、土木工事機械における駆動アームの先端に、地表面を垂直に掘削する掘削撹拌装置を設け、この掘削撹拌装置による掘削深度を測定管理する装置において、
前記掘削撹拌装置に設けられ、液体を充填し、かつ、大気に開放したヘッドタンクと、
前記土木工事機械に設けられ、前記ヘッドタンクの液面高さを水頭値Ｈ１として受圧面で測定する圧力センサと、
前記ヘッドタンクと圧力センサとの間を連結する導圧管と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０を演算する手段と
を具備した構成とする。
【００１０】
本発明は、垂直のみならず、傾斜した方向にも掘削する場合には、前記構成に加えて、
前記掘削撹拌装置に設けられ、前記掘削撹拌装置の垂直線との傾斜角θを測定する傾斜角センサと、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθを演算する手段と
を具備した構成とする。
【００１１】
ヘッドタンクは、液体を充填し、かつ、大気に開放した液体容器の中に、多数の流通孔を穿設した複数の邪魔板を所定間隔で設置することが好ましい。
導圧管は、一部又は全部が透明なパイプで構成することで、気泡の発生の有無を直接確認することができる。
液体は、不凍液を用いれば、寒冷地でも、冬期間でも用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果を有する。
（１）ヘッドタンクを掘削撹拌装置に設け、圧力センサを土木工事機械に設けたので、掘削深度が４ｍ以上になっても、掘削撹拌装置の長さに拘らずヘッドタンクの取り付け位置を高くする必要がない。
したがって、ヘッドタンクに大きな振動を与えることなく、安定した測定ができる。
（２）ヘッドタンクを掘削撹拌装置に設け、圧力センサを土木工事機械に設けたので、負圧でも気泡が発生する程の高さにする必要がなく、気泡の発生をなくし、頻繁な気泡抜き作業が不必要となり、施工能力が大幅に向上する。
（３）垂直のみならず、傾斜した方向にも掘削する場合には、傾斜角センサを掘削撹拌装置に設け、演算する手段で掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθを演算することで容易に掘削深度を測定できる。
（４）ヘッドタンクを構成する液体容器の中に、多数の流通孔を穿設した複数の邪魔板を所定間隔で設置することによって、掘削中に生じる液面の揺れを抑制してより正確な測定ができる。
（５）導圧管は、一部又は全部が透明なパイプで構成することで、気泡の発生の有無を直接確認することができる。
（６）液体は、不凍液を用いれば、寒冷地でも、冬期間でも用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、土木工事機械における駆動アームの先端に取り付けた掘削撹拌装置によって、地表面を垂直に掘削する場合には、
前記掘削撹拌装置の上端部に設けたヘッドタンクの液面高さを、前記土木工事機械の車体などの安定した箇所に設けた圧力センサの受圧面でこれらの水頭値Ｈ１を得る工程と。
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたとき掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０を演算する工程とを具備する。
【００１４】
本発明は、垂直方向の掘削のみならず、傾斜した方向にも掘削する場合には、
前記水頭値Ｈ１を得る工程の外に、前記掘削撹拌装置に設けた傾斜角センサで掘削撹拌装置による垂直線に対する掘削傾斜角度θを検出する工程を付加し、さらに、演算の工程では、前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の距離をＬ０とするとともに、垂直線に対する掘削撹拌装置の傾斜角度をθとしたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθを演算する。
【００１５】
掘削撹拌装置に設けたヘッドタンクの液面高さが土木工事機械に設けた圧力センサの受圧面より高いときは、＋Ｈ１とし、掘削撹拌装置に設けたヘッドタンクの液面高さが土木工事機械に設けた圧力センサの受圧面より低いときは、−Ｈ１として演算する。
【００１６】
地表面を垂直に掘削する場合には、
前記掘削撹拌装置に設けられ、液体を充填し、かつ、大気に開放したヘッドタンクと、
前記土木工事機械に設けられ、前記ヘッドタンクの液面高さを水頭値Ｈ１として受圧面で測定する圧力センサと、
前記ヘッドタンクと圧力センサとの間を連結する導圧管と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０を演算する手段と
を具備した装置とする。
【００１７】
垂直方向の掘削のみならず、傾斜した方向にも掘削する場合には、
前記掘削撹拌装置に設けられ、液体を充填し、かつ、大気に開放したヘッドタンクと、
前記掘削撹拌装置に設けられ、前記掘削撹拌装置の垂直線との傾斜角θを測定する傾斜角センサと、
前記土木工事機械に設けられ、前記ヘッドタンクの液面高さを水頭値Ｈ１として受圧面で測定する圧力センサと、
前記ヘッドタンクと圧力センサとの間を連結する導圧管と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθを演算する手段と
を具備した装置とする。
【００１８】
ヘッドタンクは、液体を充填し、かつ、大気に開放した液体容器の中に、多数の流通孔を穿設した複数の邪魔板を所定間隔で設置する。
導圧管は、気泡の発生を確認するため、一部又は全部が透明なパイプとする。
液体は、冬期間、寒冷地でも使用できるようにするため、不凍液を用いる。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明による掘削深度を測定管理する方法及び装置の実施例１を図面に基づいて説明する。
まず、図６に基づきグラウトの製造、供給から地盤改良のために施工地盤を掘削、撹拌し、グラウトを注入するまでの一般的な一連の流れを説明する。
グラウト主剤、例えばセメントなどは、サイロ４０からコンベア４１を介して計量槽４３へ送られ、図示しない水を供給して撹拌機４２に送られ撹拌翼４４によって撹拌され、できあがったグラウト４９は、供給槽４５からさらに流量計４６を経由してグラウトポンプ４７によって圧送され、圧送ホース４８を介してフロントアタッチメントである掘削撹拌装置３７へ送られ、支柱３８の下方端部からグラウト４９を地盤へ注入しつつ、掘削撹拌装置３７の撹拌ビット３９で軟弱土を掘削し、撹拌して混合する。この施工地面２０に掘削孔２１を順次掘削することで改良土２３が形成される。
この図６において、５３は、発電機である。
【００２０】
前記土木工事機械１０と掘削撹拌装置３７に搭載した掘削深度を測定管理する装置を図１に基づき説明すると、クローラ１１によって自走する方式の土木工事機械１０には、油圧駆動アーム１２，１３が順次連結され、その先端にフロントアタッチメントとして比較的厚く表土層を掘削可能な掘削撹拌装置３７がブラケット２４を介在して着脱自在に取り付けられている。この掘削撹拌装置３７は、垂直な掘削撹拌装置３７の下端部に撹拌ビット３９が回転自在に設けられ、この撹拌ビット３９によって施工地面２０が掘削される。
図１は、孔壁１９が正しく垂直に施工されている状態を示した側面図である。この掘削撹拌装置３７は、一般に、油圧駆動アーム１２，１３及び油圧シリンダ１８、１８を介してオペレータが操縦室から掘削深度、掘削傾斜角を自在に調整し得るようになっている。
【００２１】
また、前記掘削撹拌装置３７の上端部のブラケット２４には、支持部材５０に支持されてヘッドタンク３２と傾斜角センサ５７が設けられている。前記土木工事機械１０の安定した車体の一箇所には、圧力センサ３１が設けられる。この圧力センサ３１は、油圧駆動アーム１２，１３に沿って設けられた透明な導圧管３３を介して前記ヘッドタンク３２に連結されてヘッドタンク３２からの水頭圧が測定できるようになっている。
【００２２】
前記土木工事機械１０の操縦室１５には、監視盤３６が設置されている。この監視盤３６は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、正面にディスプレ８１と電源スイッチ８２とゼロ設定スイッチ８３が設けられている。
このディスプレイ８１は、単に表示機能を保有するのみでなく、パネルタッチスイッチ機能を持つプログラマブル表示器を採用することも可能であり、その場合には、他の入力を得て、工事施工プログラム、工事進捗状況、施工偏差など選択的にオペレータに報知せしめることも可能である。
【００２３】
前記ヘッドタンク３２と傾斜角センサ５７の取付けと具体的構造を図２乃至図４に基づき説明する。
図２において、油圧駆動アーム１３と掘削撹拌装置３７を連結するブラケット２４に、掘削撹拌装置３７の支柱３８と一直線をなす複数本の支持部材５０を固着し、この支持部材５０の上端部にヘッドタンク３２と傾斜角センサ５７を取り付けた取付け板５６を固定する。
前記ヘッドタンク３２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、円形筒を横にしたような液体容器５５からなり、この液体容器５５には、液面監視管２９が備えられていて、圧力伝達媒体としての液体２５が充填される。この液体２５は、環境汚染がなく、安価であることから、一般に、水が使用されるが、水に限られるものではなく、寒冷地においては、エチレングリコールを主体とした車両用不凍液を用いることができ、また、応答速度を速めるために粘性の少ないアルコール類を用いたり、応答速度を遅くするために粘性の大きい油類を用いたり、目的に応じて選択することができる。
【００２４】
前記液体容器５５の上端部には、流体注入口２８と気泡抜き管５２が設けられ、下端部には、液体導出口６４と予備の管接続口７３が設けられている。また、液体容器５５の側面には、液面監視管２９が取り付けられている。
前記気泡抜き管５２には、ヘッドタンク３２としての計測時には開放し、運搬などの不使用時には閉鎖する気泡抜き弁６５が設けられている。前記液体導出口６４と圧力センサ３１の間は、気泡の発生を確認するために透明な導圧管３３で連結されている。
前記液体容器５５の内部には、掘削撹拌装置３７による掘削時に液体２５の液面が激しく揺れるのを抑制するために、小さな流通孔２７を多数穿設した邪魔板２６が収納されている。この邪魔板２６は、図４（ａ）に示すように、厚さ１ｍｍ程度の鉄板に、直径６〜１０ｍｍ程度の流通孔２７を１０〜１５ｍｍ程度の間隔で穿設したもので、これを１０〜１５ｍｍ間隔で３〜４枚を垂直に配置する。また、全方向の揺れに対応するため図４（ｂ）に示すように、複数枚ずつ直交して井桁状に組み込んでもよい。
【００２５】
前記傾斜角センサ５７は、例えば、市販のサーボ方式重力加速度検出タイプが使用され、信号ケーブル３４によって前記監視盤３６に接続され、この傾斜角センサ５７から発せられる傾斜角信号は、操縦室１５内に設けられた監視盤３６へ与えられ、掘削撹拌装置３７の傾斜角として表示されるように構成されている。
【００２６】
以上のような構成において、グラウトポンプ４７によって圧送されたグラウト４９を、圧送ホース４８を介して掘削撹拌装置３７へ送り、支柱３８の下方端部から地盤へ注入しつつ、撹拌ビット３９で軟弱土を掘削し、撹拌して混合する。一般的には、掘削撹拌装置３７の支柱３８を垂直に立て、この施工地面２０に垂直な掘削孔２１を順次掘削することで改良土２３が形成される。
また、図９に示すように、施工区域内に埋設管７２等があって、垂直に掘削できないときには、あえて傾斜を持たせて順次掘削することで改良土２３が形成される。
【００２７】
つぎに、掘削撹拌装置３７による掘削深度の計測原理を説明する。
図７（ａ）（ｂ）において、
ＨＳは、適用する土木工事機械１０上に安定した状態で設置された圧力センサ３１の受圧面から施工地面２０までの高さであり、
Ｌ０は、掘削深度の基準となるヘッドタンク３２の液面から掘削撹拌装置３７の掘削先端までの垂直方向の寸法で、いずれも固定値である。
ここで、水頭値Ｈ１は、ヘッドタンク３２の液面と掘削深度の基準となる圧力センサ３１の受圧面との水頭差に基づき演算された高低差で、変数値であるが水頭差が測定されれば容易に求められる。
従って、掘削深さＤＰは次式で与えられる。
ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０
なお、掘削方向が垂直のみならず、図９に示すように、掘削撹拌装置３７を傾斜して掘削する場合の傾斜方向も含む場合には、一般式は、次式で与えられる。
ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθ
ここで、傾斜角θは、掘削撹拌装置３７に傾斜角センサ５７を設置しているのでＬ０ｃｏｓθは容易に演算できる。
【００２８】
さらに具体的には、図７（ａ）に示すように、ヘッドタンク３２の液面が掘削深度の基準となる圧力センサ３１の液面より高い位置の場合であって、かつ、垂直方向に掘削する場合は、水頭値Ｈ１≧０、ｃｏｓθ＝１であるから、掘削深さＤＰは次式で与えられる。
ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０
また、図７（ｂ）に示すように、ヘッドタンク３２の液面が掘削深度の基準となる圧力センサ３１の液面より低い位置の場合であって、かつ、垂直方向に掘削する場合は、水頭値Ｈ１＜０、ｃｏｓθ＝１であるから、掘削深さＤＰは次式で与えられる。
ＤＰ＝−（−Ｈ１）−ＨＳ＋Ｌ０＝Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０
図９に示すように、掘削撹拌装置３７を傾斜して掘削する場合、すなわち、垂直線に対して角度θをもって掘削する場合の掘削深さＤＰは次式で与えられる。
ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθ
【００２９】
図７（ｂ）において、水頭値Ｈ１＜０の場合、深度検出のための液体循環系に負圧が作動することになるが、本発明では、圧力センサ３１を支柱なしで土木工事機械１０の車体に直接安定した状態で設置し、かつ、ヘッドタンク３２を掘削撹拌装置３７の上端部に取り付けたことにより、該負圧の値は、高々２ｍ程度であり、気泡の発生はないことが実験によって確認されている。ただし、Ｈ１が−２ｍ以上になると、気泡の発生が認められ、測定精度に影響することが確認されている。
【００３０】
つぎに、図８は、図７（ａ）（ｂ）に基づき説明した掘削深度ＤＰを求める式に従って、具体的な演算方法を示すブロックダイヤグラムである。
図８において、ヘッドタンク３２の水頭圧を発信する圧力センサ３１からのアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ５１によってデジタル変換されて水頭圧Ｈ１が得られ、この水頭値信号Ｈ１は、加算演算器６７に送られる。基準水頭設定器６６では、傾斜角センサ５７の出力値θを基にして−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθが演算され、加算演算器６７に送られる。この加算演算器６７では、−Ｈ１と−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθが加算され、掘削深度ＤＰ（＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθ）が得られ、Ｄ／Ａコンバータ６９を介して記録計６２へ出力され、また、変換増幅器６８を介して深度表示器７０へ出力され、さらに図示されない記録媒体（Ｍ）への掘削深度記録信号７１として出力され、記録、表示、記憶される。
なお、掘削撹拌装置３７が垂直に掘削する場合には、基準水頭設定器６６に傾斜角センサ５７からの傾斜角信号ｃｏｓθ＝１を入力して、基準水頭設定器６６にて設定した既知の−ＨＳ＋Ｌ０が加算演算器６７に送られて−Ｈ１と加算される。
【００３１】
減算演算器５７によって得られた掘削撹拌装置３７の傾斜角信号は、Ｄ／Ａコンバータ５９を介して記録計６２へ出力されて記録され、また、変換増幅器５８を介して傾斜角表示器６０へ出力されて表示され、さらに図示されない記録媒体（Ｍ）への傾斜角記録信号６１として出力されて記録媒体に記憶される。
【００３２】
図８に示す実施例では、説明を簡単にするため、傾斜角センサ５７及び基準水頭設定器６６は、あらかじめ出力が固定的に設定されているものとした。しかし、ヘッドタンク３２を搭載した掘削撹拌装置３７を垂直に保持して、深度ゼロの位置に置いたときに発せられる圧力センサ３１のデジタル変換出力値を、図５（ａ）（ｂ）に示した監視盤３６のゼロ設定スイッチ８３からの信号によってラッチゲートを介して取り込み、メモリーレジスタに記憶することにより、自動設定するよう構成することが可能である。
【００３３】
なお、圧力伝達媒体が水以外の液体であって液体密度をρ、大気圧をｐ、重力加速度をｇとしたとき、高さｈは、
ｈ＜ｐ／（ρｇ）
に設定することが望ましい。
【実施例２】
【００３４】
前記実施例では、図１に示すように、フロントアタッチメントとして油圧駆動アーム１３の先端に、ブラケット２４を着脱自在に取り付け、このブラケット２４の下端部の支柱３８の両側に水平方向に回転する撹拌ビット３９を取り付けたものについて説明したが、図１０に示すような無端帯チェーンに掘削・撹拌翼を取り付けたものであってもよい。
【００３５】
前記実施例では、掘削機として、グラウトを注入しつつ地表面を掘削、撹拌して表層地盤を改良する掘削機に利用する場合について説明したが、必ずしもグラウトの注入を伴なわず、フロントアタッチメントが単に地表面を掘削する掘削機に利用するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による掘削深度を測定管理する方法及び装置の一実施例を示す垂直に掘削時の説明図である。
【図２】ヘッドタンク３２と傾斜角センサ５７の取り付け状態の詳細な斜視図である。
【図３】（ａ）は、ヘッドタンク３２の一部を切り欠いた正面図、（ｂ）は、ヘッドタンク３２と傾斜角センサ５７の取付け状態を示す側面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、ヘッドタンク３２の内部に取り付けた邪魔板２６のそれぞれ異なる例を示す斜視図である。
【図５】操縦室に設けられる監視盤の一実施例を示もので、（ａ）は、側面図、（ｂ）は、正面図である。
【図６】地盤改良掘削、撹拌部分に、注入するグラウトの製造、供給する装置をも加えた一連の作業の説明図である。
【図７】掘削深度ＤＰの測定原理を説明するためのもので、（ａ）は、水頭値Ｈ１が＋のときの説明図、（ｂ）は、水頭値Ｈ１が−のときの説明図である。
【図８】掘削深度と傾斜角を求める具体的な演算方法を示すブロックダイヤグラムである。
【図９】傾斜して掘削している状態を示す説明図である。
【図１０ａ】背景技術を説明するための垂直掘削状態の説明図である。
【図１０ｂ】背景技術を説明するための説明図であって、掘削撹拌装置３７の長さが短い場合の説明図である。
【図１０ｃ】背景技術を説明するための説明図であって、掘削撹拌装置３７の長さが長く、かつ、ヘッドタンク３２を土木工事機械１０に直接設置した場合の説明図である。
【図１０ｄ】背景技術を説明するための説明図であって、掘削撹拌装置３７の長さが長く、かつ、ヘッドタンク３２を高さの高い支柱の上に設置した場合の説明図である。
【図１１】背景技術により掘削深度を求めるための説明図である。
【図１２】背景技術により掘削深度を求めるための他の説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…土木工事機械、１１…クローラ、１２…油圧駆動アーム、１３…油圧駆動アーム、１４…油圧駆動アーム、１５…操縦室、１７…ビット、１８…油圧シリンダ、１９…垂直孔壁、２０…施工地面、２１…掘削孔、２２…掘削底面、２３…改良土、２４…ブラケット、２５…液体、２６…邪魔板、２７…流通孔、２８…流体注入口、２９…液面監視管、３０…圧力センサ、３１…圧力センサ、３２…ヘッドタンク、３３…導圧管、３４…信号ケーブル、３５…信号ケーブル、３６…監視盤、３７…掘削撹拌装置、３８…支柱、３９…撹拌ビット、４０…サイロ、４１…コンベア、４２…撹拌機（アジテータ）、４３…計量槽、４４…撹拌翼、４５…供給槽、４６…流量計、４７…グラウトポンプ、４８…圧送ホース、４９…グラウト、５０…支持部材、５１…Ａ／Ｄコンバータ、５２…気泡抜き管、５３…発電機、５５…液体容器、５６…取付け板、５７…傾斜角センサ、５８…変換増幅器、５９…Ｄ／Ａコンバータ、６０…傾斜角表示器、６１…記録媒体用傾斜角信号、６２…記録計、６４…液体導出口、６５…気泡抜き弁、６６…基準水頭設定器、６７…加算演算器、６８…変換増幅器、６９…Ｄ／Ａコンバータ、７０…掘削深度表示器、７１…記録媒体用深度信号、７２…埋設管、７３…予備の管接続口、８１…ディスプレイ、８２…電源スイッチ、８３…ゼロ設定スイッチ、８５…受圧面、８６…受圧面、８７…受信計、８８…受信計。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主にバックホウ等の土木工事機械をベースとし、アーム先端に掘削撹拌装置を具備し、セメント系固化材スラリー等を吐出しつつ、地表面から比較的厚く表層土を掘削・撹拌して地盤改良を行う地盤改良工事において、施工中の掘削撹拌装置の先端の貫入深度と、掘削撹拌装置の傾斜角を演算して、オペレータの表示器に表示し、さらにこれらのデータを記録する掘削深度を測定管理する方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記技術分野において実施されている先行技術に、図１０ａに示すものがある（特許文献１）。この先行技術においては、土木工事機械１０の上に支柱を立ててそこにヘッドタンク３２を固定設置し、掘削撹拌装置３７の上部のブラケット２４に設置した圧力センサ３０の圧力（又は２個の圧力センサ３０、３１の平均圧力）と、ヘッドタンク３２の水頭差を用いて貫入深度を測定し、また、２個の圧力センサ３０、３１の間の距離と圧力差から逆三角関数演算器と角度発信器を用いて混合撹拌装置の傾斜角を算出していた。
【０００３】
さらに詳しくは、図１０ａに示す掘削機における傾斜角及び掘削深度の測定装置は、自走式の土木工事機械１０における油圧駆動アーム１４の先端に着脱自在に設けた掘削撹拌装置３７により、地表面の掘削を行なう装置において、前記土木工事機械１０に設けたヘッドタンク３２と前記掘削撹拌装置３７に位置を変えて設けた２つの圧力センサ３０，３１とを導圧管３３を介して連結し、前記２つの圧力センサ３０，３１の出力側３４，３５に掘削深度と傾斜角を演算する演算手段を結合し、この演算手段は、圧力センサ３０，３１からヘッドタンク３２までのそれぞれの水頭値と、予め設定された圧力センサ３０，３１の相互間距離とから前記掘削撹拌装置３７の傾斜角を演算し、かつ、前記いずれか一方の圧力センサ３０又は３１からヘッドタンク３２までの水頭値と、予め設定されたヘッドタンク３２から施工地面２０までの距離及び掘削撹拌装置３７の垂直長さとから掘削深度を演算するようにしたものである。
【０００４】
図１０ａにおいて、ＨＳは、適用する土木工事機械１０の上に設けられたヘッドタンク３２のヘッド水面から施工地面２０までの高さであり、Ｌ０は、掘削深度の基準となる水位センサ３０の受圧面から掘削撹拌装置３７の掘削先端までの寸法で、いずれも固定値であるから、水位センサ３０によって得られる変数の水頭値をＨ１とすれば、この水頭値Ｈ１に基づく垂直距離Ｈ１は、圧力センサ３０からヘッドタンク３２までの水頭値から演算手段で演算され、掘削深さＤＰは
ＤＰ＝Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０
で与えられる。
【０００５】
また、掘削撹拌装置３７が垂直である場合において、図１１のように両水位センサ３０，３１が互いに高低差を持って取り付けられているときの受圧面間寸法Ｌ１と垂直方向の寸法差△Ｈ０は、固定値であるから、両水位センサ３０，３１の受圧面を結ぶ直線と水平面が成す角度θ０は、
θ０＝ｓｉｎ−１（△Ｈ０／Ｌ１）
で与えられる固定値となる。
このとき、２つの水位センサ３０，３１が高低差なく、同一水平面に配置されていれば、
θ０＝０
である。
【０００６】
図１０ａの例では、ヘッドタンク３２を、土木工事機械１０に支柱等によってできるだけ高い位置に取り付けたが、低位置に取り付けても、圧力センサ３０，３１における受圧面８５，８６が負圧を検出することになるだけで、正圧の場合の上記動作例と変わるところはない。
しかし、図１２のようにヘッドタンク３２を低位置に設置した場合において、導圧管３３の途中の頂部が所定高さ以上になると、誤動作の問題が発生することがある。これは、ヘッドタンク３２に充填した圧力伝達媒体の液体が純水である場合、ヘッドタンク３２の液面から導圧管３３の頂部までの高さｈが１０．３ｍを越えると、頂部の部分が真空になることによる。そこで、ヘッドタンク３２の取り付けに際しては、頂部とヘッドタンク３２の高さｈが１０．３ｍを越えないように設定する必要がある。特に、水には、不純物、気泡などを含んでいるので、この高さｈは、安全性を見越して７〜８ｍとする。
【特許文献１】特開２００４−１５７１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の従来の装置は、作業者に高度な熟練度を要求することなく、また、補助的報知要員を配置することなく、安価に作業能率の高い施工工事を可能にすることができるという効果を有する。
しかしながら、次のような若干の問題があった。
（１）前記特許文献１のように、掘削撹拌装置３７の長さが短い場合において、図１０ｂに示すように、掘削撹拌装置３７の先端を地表部付近に上げたときに、圧力センサ３１とヘッドタンク３２の水位差（Ｈ１）が最大２ｍまでの場合には、液体循環系の導管内に気泡が析出するような問題はなかった。
しかし、掘削深度が約４ｍ以上になると、図１０ｃに示すように、掘削撹拌装置３７の長さがそれに応じて長くなり、圧力センサ３１とヘッドタンク３２の水位差（Ｈ１）が２ｍを超えると、ヘッドタンク３２の位置を土木工事機械１０に直接設置した場合に、特に掘削撹拌装置３７が最高位置になる掘削開始時から初期貫入時において、導水管内に生じる負圧が大きくなり、当該管理装置の液体循環系の導圧管内に気泡が析出し、測定誤差が大きくなり、施工精度が著しく低下する。そのため、気泡を除去するために、気泡抜き作業が必要となり、施工能力の大幅な低減に繋がる。
（２）そこで、液体循環系の導圧管内に負圧を生じさせないようにするためには、ヘッドタンク３２の位置を高くする必要がある。そのために、図１０ｄに示すように、土木工事機械１０に支柱を設けヘッドタンク３２をその支柱の上に設置することになるが、ヘッドタンク３２を支持する支柱の高さが高くなればなるほど施工時の振動等が増幅してヘッドタンク３２に大きな振動を与え、不安定になって測定誤差が大きくなるとともに、安全上の問題が生じる。
【０００８】
本発明は、ヘッドタンクの取り付け位置を低くしても、負圧による気泡の発生を抑制し、気泡抜き作業を必要とせず、測定精度と安全性の高い管理方法と装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、地表面を垂直にのみ掘削する場合には、土木工事機械における駆動アームの先端に、地表面を垂直に掘削する掘削撹拌装置を設け、この掘削撹拌装置による掘削深度を測定管理する装置において、
前記掘削撹拌装置に設けられ、液体を充填し、かつ、大気に開放したヘッドタンクと、
前記土木工事機械に設けられ、前記ヘッドタンクの液面高さを水頭値Ｈ１として受圧面で測定する圧力センサと、
前記ヘッドタンクと圧力センサとの間を連結する導圧管と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０を演算する手段と
を具備した構成とする。
【００１０】
本発明は、垂直のみならず、傾斜した方向にも掘削する場合には、前記構成に加えて、
前記掘削撹拌装置に設けられ、前記掘削撹拌装置の垂直線との傾斜角θを測定する傾斜角センサと、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθを演算する手段と
を具備した構成とする。
【００１１】
ヘッドタンクは、液体を充填し、かつ、大気に開放した液体容器の中に、多数の流通孔を穿設した複数の邪魔板を所定間隔で設置することが好ましい。
導圧管は、一部又は全部が透明なパイプで構成することで、気泡の発生の有無を直接確認することができる。
液体は、不凍液を用いれば、寒冷地でも、冬期間でも用いることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、以下の効果を有する。
（１）ヘッドタンクを掘削撹拌装置に設け、圧力センサを土木工事機械に設けたので、掘削深度が４ｍ以上になっても、掘削撹拌装置の長さに拘らずヘッドタンクの取り付け位置を高くする必要がない。
したがって、ヘッドタンクに大きな振動を与えることなく、安定した測定ができる。
（２）ヘッドタンクを掘削撹拌装置に設け、圧力センサを土木工事機械に設けたので、負圧でも気泡が発生する程の高さにする必要がなく、気泡の発生をなくし、頻繁な気泡抜き作業が不必要となり、施工能力が大幅に向上する。
（３）垂直のみならず、傾斜した方向にも掘削する場合には、傾斜角センサを掘削撹拌装置に設け、演算する手段で掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθを演算することで容易に掘削深度を測定できる。
（４）ヘッドタンクを構成する液体容器の中に、多数の流通孔を穿設した複数の邪魔板を所定間隔で設置することによって、掘削中に生じる液面の揺れを抑制してより正確な測定ができる。
（５）導圧管は、一部又は全部が透明なパイプで構成することで、気泡の発生の有無を直接確認することができる。
（６）液体は、不凍液を用いれば、寒冷地でも、冬期間でも用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、土木工事機械における駆動アームの先端に取り付けた掘削撹拌装置によって、地表面を垂直に掘削する場合には、
前記掘削撹拌装置の上端部に設けたヘッドタンクの液面高さを、前記土木工事機械の車体などの安定した箇所に設けた圧力センサの受圧面でこれらの水頭値Ｈ１を得る工程と。
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたとき掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０を演算する工程とを具備する。
【００１４】
本発明は、垂直方向の掘削のみならず、傾斜した方向にも掘削する場合には、
前記水頭値Ｈ１を得る工程の外に、前記掘削撹拌装置に設けた傾斜角センサで掘削撹拌装置による垂直線に対する掘削傾斜角度θを検出する工程を付加し、さらに、演算の工程では、前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の距離をＬ０とするとともに、垂直線に対する掘削撹拌装置の傾斜角度をθとしたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθを演算する。
【００１５】
掘削撹拌装置に設けたヘッドタンクの液面高さが土木工事機械に設けた圧力センサの受圧面より高いときは、＋Ｈ１とし、掘削撹拌装置に設けたヘッドタンクの液面高さが土木工事機械に設けた圧力センサの受圧面より低いときは、−Ｈ１として演算する。
【００１６】
地表面を垂直に掘削する場合には、
前記掘削撹拌装置に設けられ、液体を充填し、かつ、大気に開放したヘッドタンクと、
前記土木工事機械に設けられ、前記ヘッドタンクの液面高さを水頭値Ｈ１として受圧面で測定する圧力センサと、
前記ヘッドタンクと圧力センサとの間を連結する導圧管と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０を演算する手段と
を具備した装置とする。
【００１７】
垂直方向の掘削のみならず、傾斜した方向にも掘削する場合には、
前記掘削撹拌装置に設けられ、液体を充填し、かつ、大気に開放したヘッドタンクと、
前記掘削撹拌装置に設けられ、前記掘削撹拌装置の垂直線との傾斜角θを測定する傾斜角センサと、
前記土木工事機械に設けられ、前記ヘッドタンクの液面高さを水頭値Ｈ１として受圧面で測定する圧力センサと、
前記ヘッドタンクと圧力センサとの間を連結する導圧管と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθを演算する手段と
を具備した装置とする。
【００１８】
ヘッドタンクは、液体を充填し、かつ、大気に開放した液体容器の中に、多数の流通孔を穿設した複数の邪魔板を所定間隔で設置する。
導圧管は、気泡の発生を確認するため、一部又は全部が透明なパイプとする。
液体は、冬期間、寒冷地でも使用できるようにするため、不凍液を用いる。
【実施例１】
【００１９】
以下、本発明による掘削深度を測定管理する方法及び装置の実施例１を図面に基づいて説明する。
まず、図６に基づきグラウトの製造、供給から地盤改良のために施工地盤を掘削、撹拌し、グラウトを注入するまでの一般的な一連の流れを説明する。
グラウト主剤、例えばセメントなどは、サイロ４０からコンベア４１を介して計量槽４３へ送られ、図示しない水を供給して撹拌機４２に送られ撹拌翼４４によって撹拌され、できあがったグラウト４９は、供給槽４５からさらに流量計４６を経由してグラウトポンプ４７によって圧送され、圧送ホース４８を介してフロントアタッチメントである掘削撹拌装置３７へ送られ、支柱３８の下方端部からグラウト４９を地盤へ注入しつつ、掘削撹拌装置３７の撹拌ビット３９で軟弱土を掘削し、撹拌して混合する。この施工地面２０に掘削孔２１を順次掘削することで改良土２３が形成される。
この図６において、５３は、発電機である。
【００２０】
前記土木工事機械１０と掘削撹拌装置３７に搭載した掘削深度を測定管理する装置を図１に基づき説明すると、クローラ１１によって自走する方式の土木工事機械１０には、油圧駆動アーム１２，１３が順次連結され、その先端にフロントアタッチメントとして比較的厚く表土層を掘削可能な掘削撹拌装置３７がブラケット２４を介在して着脱自在に取り付けられている。この掘削撹拌装置３７は、垂直な掘削撹拌装置３７の下端部に撹拌ビット３９が回転自在に設けられ、この撹拌ビット３９によって施工地面２０が掘削される。
図１は、孔壁１９が正しく垂直に施工されている状態を示した側面図である。この掘削撹拌装置３７は、一般に、油圧駆動アーム１２，１３及び油圧シリンダ１８、１８を介してオペレータが操縦室から掘削深度、掘削傾斜角を自在に調整し得るようになっている。
【００２１】
また、前記掘削撹拌装置３７の上端部のブラケット２４には、支持部材５０に支持されてヘッドタンク３２と傾斜角センサ５７が設けられている。前記土木工事機械１０の安定した車体の一箇所には、圧力センサ３１が設けられる。この圧力センサ３１は、油圧駆動アーム１２，１３に沿って設けられた透明な導圧管３３を介して前記ヘッドタンク３２に連結されてヘッドタンク３２からの水頭圧が測定できるようになっている。
【００２２】
前記土木工事機械１０の操縦室１５には、監視盤３６が設置されている。この監視盤３６は、図５（ａ）（ｂ）に示すように、正面にディスプレ８１と電源スイッチ８２とゼロ設定スイッチ８３が設けられている。
このディスプレイ８１は、単に表示機能を保有するのみでなく、パネルタッチスイッチ機能を持つプログラマブル表示器を採用することも可能であり、その場合には、他の入力を得て、工事施工プログラム、工事進捗状況、施工偏差など選択的にオペレータに報知せしめることも可能である。
【００２３】
前記ヘッドタンク３２と傾斜角センサ５７の取付けと具体的構造を図２乃至図４に基づき説明する。
図２において、油圧駆動アーム１３と掘削撹拌装置３７を連結するブラケット２４に、掘削撹拌装置３７の支柱３８と一直線をなす複数本の支持部材５０を固着し、この支持部材５０の上端部にヘッドタンク３２と傾斜角センサ５７を取り付けた取付け板５６を固定する。
前記ヘッドタンク３２は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、円形筒を横にしたような液体容器５５からなり、この液体容器５５には、液面監視管２９が備えられていて、圧力伝達媒体としての液体２５が充填される。この液体２５は、環境汚染がなく、安価であることから、一般に、水が使用されるが、水に限られるものではなく、寒冷地においては、エチレングリコールを主体とした車両用不凍液を用いることができ、また、応答速度を速めるために粘性の少ないアルコール類を用いたり、応答速度を遅くするために粘性の大きい油類を用いたり、目的に応じて選択することができる。
【００２４】
前記液体容器５５の上端部には、流体注入口２８と気泡抜き管５２が設けられ、下端部には、液体導出口６４と予備の管接続口７３が設けられている。また、液体容器５５の側面には、液面監視管２９が取り付けられている。
前記気泡抜き管５２には、ヘッドタンク３２としての計測時には開放し、運搬などの不使用時には閉鎖する気泡抜き弁６５が設けられている。前記液体導出口６４と圧力センサ３１の間は、気泡の発生を確認するために透明な導圧管３３で連結されている。
前記液体容器５５の内部には、掘削撹拌装置３７による掘削時に液体２５の液面が激しく揺れるのを抑制するために、小さな流通孔２７を多数穿設した邪魔板２６が収納されている。この邪魔板２６は、図４（ａ）に示すように、厚さ１ｍｍ程度の鉄板に、直径６〜１０ｍｍ程度の流通孔２７を１０〜１５ｍｍ程度の間隔で穿設したもので、これを１０〜１５ｍｍ間隔で３〜４枚を垂直に配置する。また、全方向の揺れに対応するため図４（ｂ）に示すように、複数枚ずつ直交して井桁状に組み込んでもよい。
【００２５】
前記傾斜角センサ５７は、例えば、市販のサーボ方式重力加速度検出タイプが使用され、信号ケーブル３４によって前記監視盤３６に接続され、この傾斜角センサ５７から発せられる傾斜角信号は、操縦室１５内に設けられた監視盤３６へ与えられ、掘削撹拌装置３７の傾斜角として表示されるように構成されている。
【００２６】
以上のような構成において、グラウトポンプ４７によって圧送されたグラウト４９を、圧送ホース４８を介して掘削撹拌装置３７へ送り、支柱３８の下方端部から地盤へ注入しつつ、撹拌ビット３９で軟弱土を掘削し、撹拌して混合する。一般的には、掘削撹拌装置３７の支柱３８を垂直に立て、この施工地面２０に垂直な掘削孔２１を順次掘削することで改良土２３が形成される。
また、図９に示すように、施工区域内に埋設管７２等があって、垂直に掘削できないときには、あえて傾斜を持たせて順次掘削することで改良土２３が形成される。
【００２７】
つぎに、掘削撹拌装置３７による掘削深度の計測原理を説明する。
図７（ａ）（ｂ）において、
ＨＳは、適用する土木工事機械１０上に安定した状態で設置された圧力センサ３１の受圧面から施工地面２０までの高さであり、
Ｌ０は、掘削深度の基準となるヘッドタンク３２の液面から掘削撹拌装置３７の掘削先端までの垂直方向の寸法で、いずれも固定値である。
ここで、水頭値Ｈ１は、ヘッドタンク３２の液面と掘削深度の基準となる圧力センサ３１の受圧面との水頭差に基づき演算された高低差で、変数値であるが水頭差が測定されれば容易に求められる。
従って、掘削深さＤＰは次式で与えられる。
ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０
なお、掘削方向が垂直のみならず、図９に示すように、掘削撹拌装置３７を傾斜して掘削する場合の傾斜方向も含む場合には、一般式は、次式で与えられる。
ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθ
ここで、傾斜角θは、掘削撹拌装置３７に傾斜角センサ５７を設置しているのでＬ０ｃｏｓθは容易に演算できる。
【００２８】
さらに具体的には、図７（ａ）に示すように、ヘッドタンク３２の液面が掘削深度の基準となる圧力センサ３１の液面より高い位置の場合であって、かつ、垂直方向に掘削する場合は、水頭値Ｈ１≧０、ｃｏｓθ＝１であるから、掘削深さＤＰは次式で与えられる。
ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０
また、図７（ｂ）に示すように、ヘッドタンク３２の液面が掘削深度の基準となる圧力センサ３１の液面より低い位置の場合であって、かつ、垂直方向に掘削する場合は、水頭値Ｈ１＜０、ｃｏｓθ＝１であるから、掘削深さＤＰは次式で与えられる。
ＤＰ＝−（−Ｈ１）−ＨＳ＋Ｌ０＝Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０
図９に示すように、掘削撹拌装置３７を傾斜して掘削する場合、すなわち、垂直線に対して角度θをもって掘削する場合の掘削深さＤＰは次式で与えられる。
ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθ
【００２９】
図７（ｂ）において、水頭値Ｈ１＜０の場合、深度検出のための液体循環系に負圧が作動することになるが、本発明では、圧力センサ３１を支柱なしで土木工事機械１０の車体に直接安定した状態で設置し、かつ、ヘッドタンク３２を掘削撹拌装置３７の上端部に取り付けたことにより、該負圧の値は、高々２ｍ程度であり、気泡の発生はないことが実験によって確認されている。ただし、Ｈ１が−２ｍ以上になると、気泡の発生が認められ、測定精度に影響することが確認されている。
【００３０】
つぎに、図８は、図７（ａ）（ｂ）に基づき説明した掘削深度ＤＰを求める式に従って、具体的な演算方法を示すブロックダイヤグラムである。
図８において、ヘッドタンク３２の水頭圧を発信する圧力センサ３１からのアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ５１によってデジタル変換されて水頭圧Ｈ１が得られ、この水頭値信号Ｈ１は、加算演算器６７に送られる。基準水頭設定器６６では、傾斜角センサ５７の出力値θを基にして−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθが演算され、加算演算器６７に送られる。この加算演算器６７では、−Ｈ１と−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθが加算され、掘削深度ＤＰ（＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθ）が得られ、Ｄ／Ａコンバータ６９を介して記録計６２へ出力され、また、変換増幅器６８を介して深度表示器７０へ出力され、さらに図示されない記録媒体（Ｍ）への掘削深度記録信号７１として出力され、記録、表示、記憶される。
なお、掘削撹拌装置３７が垂直に掘削する場合には、基準水頭設定器６６に傾斜角センサ５７からの傾斜角信号ｃｏｓθ＝１を入力して、基準水頭設定器６６にて設定した既知の−ＨＳ＋Ｌ０が加算演算器６７に送られて−Ｈ１と加算される。
【００３１】
減算演算器５７によって得られた掘削撹拌装置３７の傾斜角信号は、Ｄ／Ａコンバータ５９を介して記録計６２へ出力されて記録され、また、変換増幅器５８を介して傾斜角表示器６０へ出力されて表示され、さらに図示されない記録媒体（Ｍ）への傾斜角記録信号６１として出力されて記録媒体に記憶される。
【００３２】
図８に示す実施例では、説明を簡単にするため、傾斜角センサ５７及び基準水頭設定器６６は、あらかじめ出力が固定的に設定されているものとした。しかし、ヘッドタンク３２を搭載した掘削撹拌装置３７を垂直に保持して、深度ゼロの位置に置いたときに発せられる圧力センサ３１のデジタル変換出力値を、図５（ａ）（ｂ）に示した監視盤３６のゼロ設定スイッチ８３からの信号によってラッチゲートを介して取り込み、メモリーレジスタに記憶することにより、自動設定するよう構成することが可能である。
【００３３】
なお、圧力伝達媒体が水以外の液体であって液体密度をρ、大気圧をｐ、重力加速度をｇとしたとき、高さｈは、
ｈ＜ｐ／（ρｇ）
に設定することが望ましい。
【実施例２】
【００３４】
前記実施例では、図１に示すように、フロントアタッチメントとして油圧駆動アーム１３の先端に、ブラケット２４を着脱自在に取り付け、このブラケット２４の下端部の支柱３８の両側に水平方向に回転する撹拌ビット３９を取り付けたものについて説明したが、図１０に示すような無端帯チェーンに掘削・撹拌翼を取り付けたものであってもよい。
【００３５】
前記実施例では、掘削機として、グラウトを注入しつつ地表面を掘削、撹拌して表層地盤を改良する掘削機に利用する場合について説明したが、必ずしもグラウトの注入を伴なわず、フロントアタッチメントが単に地表面を掘削する掘削機に利用するものであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による掘削深度を測定管理する方法及び装置の一実施例を示す垂直に掘削時の説明図である。
【図２】ヘッドタンク３２と傾斜角センサ５７の取り付け状態の詳細な斜視図である。
【図３】（ａ）は、ヘッドタンク３２の一部を切り欠いた正面図、（ｂ）は、ヘッドタンク３２と傾斜角センサ５７の取付け状態を示す側面図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は、ヘッドタンク３２の内部に取り付けた邪魔板２６のそれぞれ異なる例を示す斜視図である。
【図５】操縦室に設けられる監視盤の一実施例を示もので、（ａ）は、側面図、（ｂ）は、正面図である。
【図６】地盤改良掘削、撹拌部分に、注入するグラウトの製造、供給する装置をも加えた一連の作業の説明図である。
【図７】掘削深度ＤＰの測定原理を説明するためのもので、（ａ）は、水頭値Ｈ１が＋のときの説明図、（ｂ）は、水頭値Ｈ１が−のときの説明図である。
【図８】掘削深度と傾斜角を求める具体的な演算方法を示すブロックダイヤグラムである。
【図９】傾斜して掘削している状態を示す説明図である。
【図１０ａ】背景技術を説明するための垂直掘削状態の説明図である。
【図１０ｂ】背景技術を説明するための説明図であって、掘削撹拌装置３７の長さが短い場合の説明図である。
【図１０ｃ】背景技術を説明するための説明図であって、掘削撹拌装置３７の長さが長く、かつ、ヘッドタンク３２を土木工事機械１０に直接設置した場合の説明図である。
【図１０ｄ】背景技術を説明するための説明図であって、掘削撹拌装置３７の長さが長く、かつ、ヘッドタンク３２を高さの高い支柱の上に設置した場合の説明図である。
【図１１】背景技術により掘削深度を求めるための説明図である。
【図１２】背景技術により掘削深度を求めるための他の説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…土木工事機械、１１…クローラ、１２…油圧駆動アーム、１３…油圧駆動アーム、１４…油圧駆動アーム、１５…操縦室、１７…ビット、１８…油圧シリンダ、１９…垂直孔壁、２０…施工地面、２１…掘削孔、２２…掘削底面、２３…改良土、２４…ブラケット、２５…液体、２６…邪魔板、２７…流通孔、２８…流体注入口、２９…液面監視管、３０…圧力センサ、３１…圧力センサ、３２…ヘッドタンク、３３…導圧管、３４…信号ケーブル、３５…信号ケーブル、３６…監視盤、３７…掘削撹拌装置、３８…支柱、３９…撹拌ビット、４０…サイロ、４１…コンベア、４２…撹拌機（アジテータ）、４３…計量槽、４４…撹拌翼、４５…供給槽、４６…流量計、４７…グラウトポンプ、４８…圧送ホース、４９…グラウト、５０…支持部材、５１…Ａ／Ｄコンバータ、５２…気泡抜き管、５３…発電機、５５…液体容器、５６…取付け板、５７…傾斜角センサ、５８…変換増幅器、５９…Ｄ／Ａコンバータ、６０…傾斜角表示器、６１…記録媒体用傾斜角信号、６２…記録計、６４…液体導出口、６５…気泡抜き弁、６６…基準水頭設定器、６７…加算演算器、６８…変換増幅器、６９…Ｄ／Ａコンバータ、７０…掘削深度表示器、７１…記録媒体用深度信号、７２…埋設管、７３…予備の管接続口、８１…ディスプレイ、８２…電源スイッチ、８３…ゼロ設定スイッチ、８５…受圧面、８６…受圧面、８７…受信計、８８…受信計。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土木工事機械における駆動アームの先端に、地表面を垂直に掘削可能な掘削撹拌装置を設け、この掘削撹拌装置による掘削深度を測定管理する方法において、
前記掘削撹拌装置に設けたヘッドタンクの液面高さを、前記土木工事機械に設けた圧力センサの受圧面でこれらの水頭値Ｈ１を得る工程と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたとき掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０を演算する工程と
からなることを特徴とする掘削深度を測定管理する方法。
【請求項２】
土木工事機械における駆動アームの先端に、地表面を掘削可能な掘削撹拌装置を設け、この掘削撹拌装置による掘削深度を測定管理する方法において、
前記掘削撹拌装置に設けたヘッドタンクの液面高さを、前記土木工事機械に設けた圧力センサの受圧面でこれらの水頭値Ｈ１を得る工程と、
前記掘削撹拌装置に設けた傾斜角センサで掘削撹拌装置による垂直線に対する掘削傾斜角度θを検出する工程と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の距離をＬ０とするとともに、前記傾斜角度θとにより掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθを演算する工程と
からなることを特徴とする掘削深度を測定管理する方法。
【請求項３】
土木工事機械における駆動アームの先端に、地表面を垂直に掘削可能な掘削撹拌装置を設け、この掘削撹拌装置による掘削深度を測定管理する装置において、
前記掘削撹拌装置に設けられ、液体を充填し、かつ、大気に開放したヘッドタンクと、
前記土木工事機械に設けられ、前記ヘッドタンクの液面高さを水頭値Ｈ１として受圧面で測定する圧力センサと、
前記ヘッドタンクと圧力センサとの間を連結する導圧管と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０を演算する手段と
を具備したことを特徴とする掘削深度を測定管理する装置。
【請求項４】
土木工事機械における駆動アームの先端に、地表面を掘削可能な掘削撹拌装置を設け、この掘削撹拌装置による掘削深度を測定管理する装置において、
前記掘削撹拌装置に設けられ、液体を充填し、かつ、大気に開放したヘッドタンクと、
前記掘削撹拌装置に設けられ、前記掘削撹拌装置の垂直線との傾斜角θを測定する傾斜角センサと、
前記掘削撹拌装置に設けられ、掘削撹拌装置による垂直線に対する掘削傾斜角度θを検出する傾斜角センサと、
前記土木工事機械に設けられ、前記ヘッドタンクの液面高さを水頭値Ｈ１として受圧面で測定する圧力センサと、
前記ヘッドタンクと圧力センサとの間を連結する導圧管と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθを演算する手段と
を具備したことを特徴とする掘削深度を測定管理する装置。
【請求項５】
ヘッドタンクは、液体を充填し、かつ、大気に開放した液体容器の中に、多数の流通孔を穿設した複数の邪魔板を所定間隔で設置したことを特徴とする請求項３又は４記載の掘削深度を測定管理する装置。
【請求項６】
導圧管は、一部又は全部が透明なパイプからなることを特徴とする請求項３、４又は５記載の掘削深度を測定管理する装置。
【請求項７】
液体は、不凍液からなることを特徴とする請求項３、４、５又は６記載の掘削深度を測定管理する装置。
【請求項１】
土木工事機械における駆動アームの先端に、地表面を垂直に掘削可能な掘削撹拌装置を設け、この掘削撹拌装置による掘削深度を測定管理する方法において、
前記掘削撹拌装置に設けたヘッドタンクの液面高さを、前記土木工事機械に設けた圧力センサの受圧面でこれらの水頭値Ｈ１を得る工程と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたとき掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０を演算する工程と
からなることを特徴とする掘削深度を測定管理する方法。
【請求項２】
土木工事機械における駆動アームの先端に、地表面を掘削可能な掘削撹拌装置を設け、この掘削撹拌装置による掘削深度を測定管理する方法において、
前記掘削撹拌装置に設けたヘッドタンクの液面高さを、前記土木工事機械に設けた圧力センサの受圧面でこれらの水頭値Ｈ１を得る工程と、
前記掘削撹拌装置に設けた傾斜角センサで掘削撹拌装置による垂直線に対する掘削傾斜角度θを検出する工程と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の距離をＬ０とするとともに、前記傾斜角度θとにより掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθを演算する工程と
からなることを特徴とする掘削深度を測定管理する方法。
【請求項３】
土木工事機械における駆動アームの先端に、地表面を垂直に掘削可能な掘削撹拌装置を設け、この掘削撹拌装置による掘削深度を測定管理する装置において、
前記掘削撹拌装置に設けられ、液体を充填し、かつ、大気に開放したヘッドタンクと、
前記土木工事機械に設けられ、前記ヘッドタンクの液面高さを水頭値Ｈ１として受圧面で測定する圧力センサと、
前記ヘッドタンクと圧力センサとの間を連結する導圧管と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０を演算する手段と
を具備したことを特徴とする掘削深度を測定管理する装置。
【請求項４】
土木工事機械における駆動アームの先端に、地表面を掘削可能な掘削撹拌装置を設け、この掘削撹拌装置による掘削深度を測定管理する装置において、
前記掘削撹拌装置に設けられ、液体を充填し、かつ、大気に開放したヘッドタンクと、
前記掘削撹拌装置に設けられ、前記掘削撹拌装置の垂直線との傾斜角θを測定する傾斜角センサと、
前記掘削撹拌装置に設けられ、掘削撹拌装置による垂直線に対する掘削傾斜角度θを検出する傾斜角センサと、
前記土木工事機械に設けられ、前記ヘッドタンクの液面高さを水頭値Ｈ１として受圧面で測定する圧力センサと、
前記ヘッドタンクと圧力センサとの間を連結する導圧管と、
前記圧力センサの地上高さをＨＳ、前記ヘッドタンクと掘削撹拌装置の掘削先端の垂直距離をＬ０としたときの掘削深度ＤＰ＝−Ｈ１−ＨＳ＋Ｌ０ｃｏｓθを演算する手段と
を具備したことを特徴とする掘削深度を測定管理する装置。
【請求項５】
ヘッドタンクは、液体を充填し、かつ、大気に開放した液体容器の中に、多数の流通孔を穿設した複数の邪魔板を所定間隔で設置したことを特徴とする請求項３又は４記載の掘削深度を測定管理する装置。
【請求項６】
導圧管は、一部又は全部が透明なパイプからなることを特徴とする請求項３、４又は５記載の掘削深度を測定管理する装置。
【請求項７】
液体は、不凍液からなることを特徴とする請求項３、４、５又は６記載の掘削深度を測定管理する装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１０ｄ】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０ａ】
【図１０ｂ】
【図１０ｃ】
【図１０ｄ】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１６４３５０（Ｐ２００８−１６４３５０Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５２０１３（Ｐ２００６−３５２０１３）
【出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（０００１８５９７２）小野田ケミコ株式会社 (58)
【出願人】（３９１００６０３８）東都電機工業株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２７日（２００６．１２．２７）
【出願人】（０００１８５９７２）小野田ケミコ株式会社 (58)
【出願人】（３９１００６０３８）東都電機工業株式会社 (8)
【Ｆターム（参考）】
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