(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
削孔管の地上に突出した端部に延長管を連結し、この延長管を地盤上に設置された保持台に固定し、削孔管および延長管の内部でジャイロスコープを移動させて、このジャイロスコープの検知データおよびジャイロスコープの移動長さを検知する移動長さ検知手段の検知データに基づいて制御装置により削孔管および延長管でのジャイロスコープの移動軌跡を算出するとともに、前記延長管において１ｍ〜５ｍ離間する２つの基準位置でのジャイロスコープの３次元座標を基準位置座標検知手段により検知し、前記ジャイロスコープの移動軌跡のデータと前記基準位置座標検知手段により検知した２つの３次元座標のデータに基づいて、前記制御装置により削孔位置を算出してモニターに表示する削孔位置計測方法。
【請求項２】
前記延長管が可撓性を有し、任意に屈曲させた延長管の内部で前記ジャイロスコープを移動させ、前記２つの基準位置の一方または両方を、この延長管の屈曲部分に設定した請求項１に記載の削孔位置計測方法。
【請求項３】
前記延長管の少なくとも前記２つの基準位置に相当する部分を、管外部から管内部が透視可能な透明性を有する仕様にして、延長管の外部から前記基準位置座標検知手段により前記２つの基準位置におけるジャイロスコープの３次元座標を検知する請求項１または２に記載の削孔位置計測方法。
【請求項４】
前記延長管の少なくとも前記２つの基準位置に相当する部分に管壁を貫通する切欠き部を設け、延長管の外部から前記基準位置座標検知手段により前記２つの基準位置におけるジャイロスコープの３次元座標を検知する請求項１または２に記載の削孔位置計測方法。
【請求項５】
削孔管の地上に突出した端部に連結される延長管と、地盤上に設置されて前記延長管を固定する保持台と、削孔管および延長管の内部を移動するジャイロスコープと、ジャイロスコープの移動長さを検知する移動長さ検知手段と、任意の位置の３次元座標を検知する基準位置座標検知手段と、ジャイロスコープ、移動長さ検知手段および基準位置座標検知手段による検知データが入力される制御装置と、制御装置に接続されたモニターとを備え、前記ジャイロスコープおよび移動長さ検知手段の検知データに基づいて前記制御装置により削孔管および延長管でのジャイロスコープの移動軌跡を算出し、この移動軌跡のデータと前記基準位置座標検知手段による前記延長管において１ｍ〜５ｍ離間する２つの基準位置でのジャイロスコープの３次元座標の検知データとに基づいて、前記制御装置により削孔位置を算出して前記モニターに表示する削孔位置計測システム。
【請求項６】
前記延長管が可撓性を有していて屈曲した形状であり、前記２つの基準位置の一方または両方を、この延長管の屈曲部分に設定した請求項５に記載の削孔位置計測システム。
【請求項７】
前記延長管の少なくとも前記２つの基準位置に相当する部分が、管外部から管内部を透視可能な透明性を有する仕様に構成された請求項５または６に記載の削孔位置計測システム。
【請求項８】
前記延長管の少なくとも前記２つの基準位置に相当する部分に、管壁を貫通する切欠き部を設けた請求項５または６に記載の削孔位置計測システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、削孔位置計測方法およびシステムに関し、さらに詳しくは、計測誤差を小さくして削孔位置を高い精度で計測できる削孔位置計測方法およびシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地盤改良等をする場合には、地盤改良薬液を注入するために地盤の削孔工事が行なわれる。削孔工事では、計画どおりの位置に削孔することが必要であるため、精度よく削孔位置を把握することが重要になる。従来、削孔位置や地中の管路の形状（蛇行や勾配）を把握するにはジャイロスコープが利用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、まず、管路内の第１地点から第２地点までジャイロスコープを搭載した計測車両を移動させて、管路の勾配と距離を連続的に検知して計測車両の移動軌跡を求める。次いで、第１地点と第２地点の間の少なくとも２点間の距離および傾斜角を地上で測量機により測量し、この測量したデータに基づいて、先に求めた計測車両の移動軌跡を補正するようにしている。
【０００４】
しかしながら、構造物の下方地盤を削孔する場合、削孔している上方位置（地上）においては、構造物が障害になって測量を行なうことが難しく、削孔位置を精度よく計測することができないという問題が生じる。また、ジャイロスコープを用いることにより移動軌跡を把握することはできるが、その移動軌跡の向きを正確に与えなければ、削孔位置を精度よく把握することができない。そのため、ジャイロスコープの移動軌跡の向きを計測誤差を小さくして正確に把握できる計測方法が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２８０５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、計測誤差を小さくして削孔位置を高い精度で計測できる削孔位置計測方法およびシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため本発明の削孔位置計測方法は、削孔管の地上に突出した端部に延長管を連結し、この延長管を地盤上に設置された保持台に固定し、削孔管および延長管の内部でジャイロスコープを移動させて、このジャイロスコープの検知データおよびジャイロスコープの移動長さを検知する移動長さ検知手段の検知データに基づいて制御装置により削孔管および延長管でのジャイロスコープの移動軌跡を算出するとともに、前記延長管において１ｍ〜５ｍ離間する２つの基準位置でのジャイロスコープの３次元座標を基準位置座標検知手段により検知し、前記ジャイロスコープの移動軌跡のデータと前記基準位置座標検知手段により検知した２つの３次元座標のデータに基づいて、前記制御装置により削孔位置を算出してモニターに表示することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の削孔位置計測システムは、削孔管の地上に突出した端部に連結される延長管と、地盤上に設置されて前記延長管を固定する保持台と、削孔管および延長管の内部を移動するジャイロスコープと、ジャイロスコープの移動長さを検知する移動長さ検知手段と、任意の位置の３次元座標を検知する基準位置座標検知手段と、ジャイロスコープ、移動長さ検知手段および基準位置座標検知手段による検知データが入力される制御装置と、制御装置に接続されたモニターとを備え、前記ジャイロスコープおよび移動長さ検知手段の検知データに基づいて前記制御装置により削孔管および延長管でのジャイロスコープの移動軌跡を算出し、この移動軌跡のデータと前記基準位置座標検知手段による前記延長管において１ｍ〜５ｍ離間する２つの基準位置でのジャイロスコープの３次元座標の検知データとに基づいて、前記制御装置により削孔位置を算出して前記モニターに表示することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、削孔管および削孔管の地上に突出した端部に連結した延長管の内部で移動させたジャイロスコープおよび移動長さ検知手段の検知データに基づいて、ジャイロスコープの移動軌跡、即ち、削孔した形状を把握することができる。また、延長管において離間する２つの基準位置でのジャイロスコープの３次元座標を、基準位置座標検知手段によって検知することで、ジャイロスコープの移動軌跡の向きを把握することができる。したがって、ジャイロスコープの移動軌跡のデータと、基準位置座標検知手段により検知した２つの３次元座標のデータとに基づいて、削孔位置を精度よく把握することが可能になる。
【００１０】
そして、２つの基準位置の延長管での管軸方向に離間する長さを大きくすると、２つの基準位置での３次元座標を検知する際の計測誤差の影響が小さくなり、より高精度で削孔位置を把握することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の削孔位置計測システムの全体概要を例示する説明図である。
【図２】延長管の第１基準位置でのジャイロスコープの３次元座標を測定する工程を例示する説明図である。
【図３】延長管の第２基準位置でのジャイロスコープの３次元座標を測定する工程を例示する説明図である。
【図４】延長管の変形例を示す側面図である。
【図５】計測した削孔位置データを例示する説明図である。
【図６】地盤を削孔する工程を例示する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の削孔位置計測方法およびシステムについて図に示した実施形態に基づいて説明する。
【００１３】
地盤改良等を行なう場合には図６に例示するように、削孔装置１３を用いて順次、削孔管９を地盤に圧入することにより削孔が行なわれる。構造物１４の下方地盤を削孔する場合には、斜めまたは水平に削孔が行なわれる。本発明は、このような垂直ではない削孔を行なう際の削孔位置を計測するために適用する。
【００１４】
図１に例示するように、本発明の削孔位置計測システム１（以下、計測システム１という）は、延長管１０と、ジャイロスコープ３と、エンコーダ４と、基準位置座標検知手段１１と、制御装置５と、モニター６とを有している。延長管１０は、地盤に埋設されている削孔管９の地上に突出した端部に連結部材１０ａによって連結される。この実施形態では、延長管１０は保持台１２に固定されている。
【００１５】
三軸方向の角速度を検知するジャイロスコープ３は、金属製のプローブ２に内設されている。必須ではないが、プローブ２には、三軸方向の加速度を検知する加速度計を設けることが好ましい。例えば、削孔した内面に段差等がある場合は、加速度計により検知した加速度によって、ジャイロスコープ３により検知したデータを補正することができる。
【００１６】
プローブ２にはジャイロスコープ３の検知データを送信するケーブル７が接続されている。ケーブル７は、地上に設置された巻取り機８によって巻き取られる。したがって、ケーブル７を巻き取ることにより、ジャイロスコープ３は削孔管９および延長管１０の内部を管軸方向に移動する。
【００１７】
また、延長管１０と巻取り機８との間には、ケーブル７の巻取り長さを検知するエンコーダ４が設けられている。即ち、エンコーダ４によってジャイロスコープ３の移動長さが検知される。ジャイロスコープ３の移動長さを検知する移動長さ検知手段は、この実施形態に例示するエンコーダ４に限定されず、他の手段を用いることができる。
基準位置座標検知手段１１としては、図示するようにトランシットやＧＰＳなどの任意の位置の３次元座標を検知できる機器を用いる。
【００１８】
制御装置５としては、パーソナルコンピュータ等を使用する。制御装置５には、ジャイロスコープ３、エンコーダ４および基準位置座標検知手段１１による検知データが入力される。制御装置５によりデータ処理された結果は、制御装置５に接続されたモニター６に表示される。
【００１９】
この計測システム１では、ジャイロスコープ３およびエンコーダ４の検知データに基づいて、制御装置５により削孔管９および延長管１０でのジャイロスコープ３の移動軌跡、即ち、削孔した形状が算出される。そして、この移動軌跡のデータと、基準位置座標検知手段１１により取得される延長管１０において離間する２つの基準位置でのジャイロスコープ３の３次元座標の検知データと、に基づいて削孔位置を算出してモニター６に表示されるように構成されている。
【００２０】
削孔位置の計測は、例えば、以下の手順により行なう。
まず、押し込み器を用いて、図１に例示するように削孔管９の目的の位置（図１では先端位置）までプローブ２を押し込む。プローブ２を目的の位置に設置した後は、ケーブル７の長さを調整して弛みをなくす。
【００２１】
次いで、巻取り機８によりケーブル７を巻き取ることによりプローブ２（ジャイロスコープ３）を削孔管９の管軸方向に移動させつつ、ジャイロスコープ３により逐次、三軸方向の角速度を検知する。この際に、エンコーダ４によりプローブ２（ジャイロスコープ３）の移動長さを検知する。これらの検知データは制御装置５に入力され、これら検知データに基づいて制御装置５で演算を行なうことにより、削孔管９におけるジャイロスコープ３の移動軌跡、即ち、削孔した形状が算出される。
【００２２】
引き続き、プローブ２（ジャイロスコープ３）を延長管１０の管軸方向に移動させつつ、ジャイロスコープ３により逐次、三軸方向の角速度を検知し、エンコーダ４によりプローブ２（ジャイロスコープ３）の移動長さを検知する。延長管１０におけるジャイロスコープ３およびエンコーダ４の検知データも制御装置５に入力される。そして、これら検知データに基づいて制御装置５で演算を行なうことにより、延長管１０でのジャイロスコープ３の移動軌跡、即ち、延長管１０の形状が算出される。
【００２３】
ここで、図２、図３に例示するように、延長管１０において管軸方向に離間する２つの基準位置（第１基準位置Ｐａ、第２基準位置Ｐｂ）でのジャイロスコープ３の３次元座標を基準位置座標検知手段１１により検知する。尚、本発明のジャイロスコープ３の３次元座標とは、２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂでのジャイロスコープ３自体の３次元座標のみに限定されるものでななく、ジャイロスコープ３の近傍のジャイロスコープ３からの位置が判明している位置の３次元座標を含むものである。例えば、プローブ２の先端位置、後端位置、重心位置などをジャイロスコープ３の位置と設定し、この設定した位置の３次元座標を検知するようにしてもよい。
【００２４】
延長管１０の任意の位置を２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂとして設定することができるが、後述するように、なるべく離れた２つの位置にすることが好ましい。この実施形態では、延長管１０の直線状部分に２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂを設定しているが、２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂの一方または両方を延長管１０の屈曲部分に設定することもできる。
【００２５】
延長管１０は、様々な材質のものを採用することができるが、この実施形態では透明で可撓性を有する材質（軟質樹脂等）で形成されている。したがって、延長管１０の外部から内部のプローブ２（ジャイロスコープ３）の位置を視認することができる。そのため、基準位置座標検知手段１１により２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂにおけるジャイロスコープ３の３次元座標を容易、かつ正確に検知することができる。ＧＰＳを用いる場合は、ＧＰＳアンテナを２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂに配置して位置データを取得する。
【００２６】
延長管１０の２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂに相当する部分だけを、管外部から管内部が透視可能な透明性を有する仕様にすることもできる。この仕様によっても、延長管１０の外部から内部のプローブ２（ジャイロスコープ３）の位置を視認することができる。即ち、延長管１０の少なくとも２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂに相当する部分を、透明或いは半透明の材質で形成して、管外部から管内部が透視可能な透明性を有する仕様にすればよい。
【００２７】
図４に例示するように、延長管１０の少なくとも２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂに相当する部分に管壁を貫通する切欠き部１０ｂを設けることもできる。この仕様によれば、延長管１０が金属等の非透明な材質であっても、延長管１０の外部から内部のプローブ２（ジャイロスコープ３）の位置を視認することができる。そのため、基準位置座標検知手段１１により２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂにおけるジャイロスコープ３の３次元座標を容易、かつ正確に検知することができる。
【００２８】
ジャイロスコープ３による検知データによって、図５（Ａ）に例示するように、削孔管９および延長管１０でのジャイロスコープ３の移動軌跡、即ち、削孔した形状Ｔを把握することができる。２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂでは、例えば、ジャイロスコープ３の３次元座標がそれぞれＰａ（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）、Ｐｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）として検知される。
【００２９】
延長管１０では、２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂにおいてもジャイロスコープ３によりデータが検知されている。したがって、把握されたジャイロスコープ３の移動軌跡のデータに、２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂの３次元座標を与えることにより、ジャイロスコープ３の移動軌跡（削孔した形状Ｔ）が正確な向きになる。このように、ジャイロスコープ３の移動軌跡のデータと、基準位置座標検知手段１１により検知した２つの３次元座標のデータであるＰａ（Ｘａ、Ｙａ、Ｚａ）およびＰｂ（Ｘｂ、Ｙｂ、Ｚｂ）とによって、削孔位置（削孔形状の３次元位置）を精度よく把握することが可能になる。
【００３０】
本発明によれば、図６のように構造物１４の下方地盤を削孔した場合であっても、構造物１４の存在に何ら影響を受けることなく、地上において、２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂでのジャイロスコープ３の３次元座標を検知できるので、削孔位置を高い精度で計測できる。
【００３１】
ところで、基準位置座標検知手段１１によって、２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂの３次元座標を検知する際に、わずかな計測誤差が生じることは避けることはできない。図５（Ａ）では、２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂの延長管１０の管軸方向に離間する長さＬがＬ１になっているが、この長さＬが短い程、上記計測誤差に起因するジャイロスコープ３の移動軌跡の真の向きからのずれが大きくなる。
【００３２】
そこで、図５（Ｂ）に例示するように一方の基準位置ＰｂをＰｃにずらして、２つの基準位置Ｐａ、Ｐｃの延長管１０での管軸方向に離間する長さＬ（Ｌ２）をＬ１よりも大きくするとよい。これにより、２つの基準位置Ｐａ、Ｐｃでの３次元座標を基準位置座標検知手段１１によって検知する際の計測誤差の影響が小さくなり、より高精度で削孔位置を把握することができる。
【００３３】
延長管１０での２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂの管軸方向に離間する長さＬは、大きくする程、削孔位置を高精度で把握することが可能になるが、延長管１０の長さの制約等の観点から、例えば、削孔管９の長さの２％〜２０％程度、或いは、１ｍ〜５ｍ程度に設定する。
【００３４】
地上のスペースの制約が厳しい現場であっても、可撓性を有する延長管１０を用いると、延長管１０を屈曲させることにより、２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂの間の長さＬをある程度確保することができる。例えば、任意に屈曲させた可撓性を有する延長管１０の内部でプローブ２（ジャイロスコープ３）を移動させて、ジャイロスコープ３の移動軌跡のデータおよび２つの基準位置Ｐａ、Ｐｂの３次元座標を検知する。これにより、削孔位置を高精度で把握することが可能になる。
【符号の説明】
【００３５】
１  計測システム
２  プローブ
３  ジャイロスコープ
４  エンコーダ（移動長さ検知手段）
５  制御装置
６  モニター
７  ケーブル
８  巻取り機
９  削孔管
１０  延長管
１０ａ  連結部材
１０ｂ  切欠き部
１１  基準位置座標検知手段
１２  保持台
１３  削孔装置
１４  構造物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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