(57)【要約】【課題】削孔対象地盤の土質性状や埋設物の種類に制約を受けることなく、地中の削孔時に地盤削孔ドリルが異物に接触したことを確実に検知し、地盤削孔ドリルの作動を停止させることの可能な、地盤削孔ドリルの制御方法を提供する。【解決手段】電動機により回転するドリル刃体を備える地盤削孔ドリルにて地中を削孔しながら、前記電動機に供給される電流の実測値を連続的に測定しつつ、該電流の最新実測値と管理基準値とを比較し、前記電流の最新実測値が、管理基準値に対してあらかじめ設定した最大許容量の絶対値を超えた場合に、地盤削孔ドリルの作動を停止させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により回転するドリル刃体を備える地盤削孔ドリルにて地中を削孔しながら、前記電動機に供給される電流の実測値を連続的に測定しつつ、該電流の最新実測値と管理基準値とを比較し、
該管理基準値と前記最新実測値との差の絶対値が、あらかじめ設定した最大許容量を超えた場合に、地盤削孔ドリルの作動を停止させることを特徴とする地盤削孔ドリルの制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の地盤削孔ドリルの制御方法であって、
前記管理基準値が、前記電動機の作動直後から前記最新実測値の直前までの間のうち、所望の期間に測定した前記実測値の平均値であることを特徴とする地盤削孔ドリルの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機により回転するドリル刃体を備える地盤削孔ドリルを用いて地盤を削孔する際の、地盤削孔ドリルの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、コンクリート構造物を穿孔する場合において、コンクリート内に配設されている鉄筋等の埋設物を損傷させることのないよう、ビットが埋設物に接触するとビットの回転および推進を停止させる穿孔装置や穿孔に係る制御方法が検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、穿孔装置に先端を平面に形成した砥石ビットを採用し、当該砥石ビットにてコンクリートを穿孔することにより、先端が平面よりなる砥石ビットでは容易に穿孔することのできない鉄筋や配管等の埋設物に砥石ビットが接触した際の、推進速度や回転数の変化を捉え、穿孔作業の続行または停止を判断する方法が開示されている。
【０００４】
上記の方法は、穿孔対象がコンクリートのような、硬度が一様でかつ先端が平面よりなる砥石ビットに削孔できる材料である場合に有効な方法である。しかし、削孔対象が地盤である場合には、砥石ビットにて地盤を掘進することは難しく、また、土質性状が深さ方向に一様ではないことから、ガス管や水道管等の埋設物と周辺地盤とを推進速度や回転数の変化から判別することも困難である。このため、特許文献１のような、コンクリートを穿孔する穿孔装置を転用して使用することはできない。
【０００５】
このような中、例えば特許文献２には、地中を回転掘進する機械式掘削手段の油圧モーターにトルクリミッターを設け、地盤を掘削中の機械式掘削手段が地中の埋設物に当接して過大な負荷がかかった場合に、トルクリミッターが油圧モーターとの接続を自動的に切断し、機械式掘削手段の回転を停止させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−６９５６８号公報
【特許文献２】特開平５−３１１９６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２の方法は、地中埋設物が周辺地盤と比較して硬質な材料よりなり、機械式掘削手段の回転に過大な負荷を生じさせる場合に有効である。しかし、埋設物が、例えば塩ビ管や電気ケーブル等、周辺地盤と比較して軟質な材料よりなる場合には、負荷は軽減されることからトルクリミッターは作動しない、このため、機械式掘削手段は停止せず、そのまま掘進して埋設物を破損させることとなる。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、削孔対象地盤の土質性状や埋設物の種類に制約を受けることなく、地中削孔時にドリル刃体が異物に接触したことを的確に検知し、地盤削孔ドリルの作動を停止させることの可能な、地盤削孔ドリルの制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的を達成するため本発明の地盤削孔ドリルの制御方法は、電動機により回転するドリル刃体を備える地盤削孔ドリルにて地中を削孔しながら、前記電動機に供給される電流の実測値を連続的に測定しつつ、該電流の最新実測値と管理基準値とを比較し、該管理基準値と前記最新実測値との差の絶対値が、あらかじめ設定した最大許容量を超えた場合に、地盤削孔ドリルの作動を停止させることを特徴とする。
【００１０】
上述する本発明の地盤削孔ドリルの制御方法によれば、地盤を掘進するドリル刃体に作用する負荷が、何らかの要因により増加もしくは軽減し、これら負荷の変化に起因してトルクが経時的に増加もしくは軽減する様子を、電流の実測値を連続的に測定し経時変化を観測することによって捉えることができる。
【００１１】
したがって、電流の管理基準値と最新実測値とを比較し、両者の差の絶対値の大きさを、最大許容量にて評価することにより、周辺地盤の土質性状によることなく、ドリル刃体に地盤以外の何らかの異物が接触したことを的確に検知し、地盤削孔ドリルの作動を停止することが可能となる。
【００１２】
これにより、地盤削孔が進むことに伴い、ドリル刃体と地盤との間のフリクションが徐々に増大してドリル刃体に作用する負荷がに大きくなっても、これら経時変化を、電流の実測値を連続的に測定することにより把握することができる。このため、地盤とのフリクションに起因して、電流の実測値が過大な数値となった場合にも、ドリル刃体に地盤以外の何らかの異物が接触したものと誤って判断することはない。
【００１３】
したがって、例えば、有害物質を使用している工場や施設を建替えに伴い、敷地内の土壌汚染調査等を実施するべく調査孔を掘削する場合に、敷地内に埋設されている供用中のライフライン設備が柔軟性のある電線ケーブルや硬質性の高い下水管等、いずれの種類の埋設物であっても、また、いずれの深度に配設されていても、的確に検知して誤って損傷させることなく、安全に地盤の削孔作業を実施することが可能となる。
【００１４】
本発明の地盤削孔ドリルの制御方法は、前記管理基準値が、前記電動機の作動直後から最新実測値の直前までの間のうち、所望の期間に測定した前記実測値の平均値であることを特徴とする。
【００１５】
上述する本発明の地盤削孔ドリルの制御方法によれば、削孔対象領域の地盤条件や敷地条件等を考慮して、前記電動機の作動直後から最新実測値の直前までの間のうち、最新実測値と管理基準値との差を、精度よく抽出できる期間を適宜選択することにより、地盤中の異物を的確に検出することが可能となる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、電流の実測値を連続的に測定し経時変化を観測することにより、削孔対象地盤の土質性状や埋設物の種類に制約を受けることなく、地中削孔時にドリル刃体が異物に接触したことを的確に検知し、地盤削孔ドリルの作動を停止させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の地盤削孔ドリルの制御方法で最小する地盤削孔ドリルの概略を示す図である。
【図２】本発明の砂を充填した供試体Ａ内を地盤削孔ドリル１にて削孔した際のグラフを示す図である。
【図３】本発明のセメント系固化体砂を充填した供試体Ｂ内を地盤削孔ドリル１にて削孔した際のグラフを示す図である。
【図４】本発明の礫とセメント系固化体を充填した供試体Ｃ内を地盤削孔ドリル１にて削孔した際のグラフを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の地盤削孔ドリルの制御方法は、電動機により回転するドリル刃体を備える地盤削孔ドリルを用いて地中を削孔する際に好適な方法であり、地中削孔時の電流の変化から、ドリル刃体が異物に接触したことを検知し、地盤削孔ドリルの作動を停止させる方法である。以下に、図１〜図４を参照しつつ、地盤削孔ドリルの制御方法を詳述する。
【００１９】
図１で示すように、地盤削孔ドリル１は、地中を削孔するドリル刃体２と、ドリル刃体２を回転するための駆動源である電動機３と、電流測定機器４とを備えている。
【００２０】
ドリル刃体２は、地盤に貫入しやすいよう鋭角に形成された先端部２１と、先端部２１から基端部２２にかけて周面にスパイラル刃が設けられた本体部２３とを備えており、基端２２に電流測定機器４を介して電動機３が連結されている。
【００２１】
電動機３は、一般に小型の地盤掘削機等に搭載されている、いわゆる電気モーターであり、ドリル刃体２に回転力を伝達してドリル刃体２を回転させることが可能なものであれば、電磁式モーター等いずれを採用してもよい。
【００２２】
電流測定機器４は、少なくとも電動機３に供給される電流を測定可能な機器であれば、電流計や電力測定器等、いずれを採用してもよい。
【００２３】
また、地盤削孔ドリル１は、上記のドリル刃体２と電動機３と電流測定機器４とを上下動自在に支持する昇降装置５を備えている。昇降装置５は、鉛直状に立設されるガイド支柱５１と、ガイド支柱５１の側面に設置されたラック５２と、ラック５２と噛み合うピニオン（図示せず）を内装した昇降具５３とを備えており、昇降具５３には、ガイド支柱５１に沿って昇降具５３を上下移動可能な手動ハンドル５４が設置されている。
【００２４】
そして、昇降具５３と電流測定機器４が、接続治具５５を介して接続されることで、ドリル刃体２は、先端部２１を地盤に向けて鉛直状に立設した姿勢で、ガイド支柱５１に沿って上下動自在な構成に形成されている。
【００２５】
これにより、ドリル刃体２の先端部２１を地盤に当接させて、電動機３によりドリル刃体２を回転させると、ドリル刃体２の自重や電動機３の重量等を反力にして、ドリル刃体２が地中を回転掘進する。このとき、回転掘進により生じる掘削土は、本体部２３に設けられたスパイラル刃を介して上昇し、地盤上に排土される。これにより、掘削水や圧縮空気等を用いることなく、地中に掘削孔Ｈを形成できる。
【００２６】
ところで、電動機３のトルクを把握したい場合には、電流を測定すればよいことが一般に広く知られている。したがって、地盤削孔ドリル１にて地盤を削孔しながら電流の実測値を連続的に測定し経時変化を観測すれば、ドリル刃体２に作用する負荷が様々な条件で増大または軽減することに伴って、トルクが経時的に増加や減少を繰り返す様子を把握することが可能である。
【００２７】
そして、地盤削孔ドリル１において、電流が緩やかに増加もしくは減少した後一定となる場合には、地盤削孔が進んだことによってドリル刃体２に接触する土質性状が変化することに起因して、ドリル刃体２に作用する負荷が変化したものと想定できる。一方、電流が急激に増加もしくは減少した場合には、ドリル刃体２の先端部２１に対して、周辺地盤より硬質もしくは軟質な異物Ｐが当接することに起因して、ドリル刃体２に作用する負荷が変化したものと想定できる。
【００２８】
そこで、本実施の形態では、地盤削孔ドリル１の制御方法として、地盤削孔ドリル１にて地中を削孔しながら電流の実測値を電流測定機器４により連続して測定し、電流の経時変化を観測する。これと並行して、最新実測値が測定されるごとに、電動機３の作動直後から電流の最新実測値の直前までの間のうち、所望の期間に測定した実測値の平均値を逐次算出し、これを管理基準値として更新設定する。
【００２９】
また、管理基準値の変化にかかわらず、管理基準値と最新実測値との差の最大許容量をあらかじめ決定しておく。そのうえで、最新実測値を測定するごとに最新実測値と管理基準値とを比較し、その差の絶対値が最大許容量を超えた場合に、ドリル刃体２の先端部２１が異物Ｐに当接したものと判断し、地盤削孔ドリルの作動を停止させる。
【００３０】
なお、最大許容量は、いずれの手段により決定してもよい。また、管理基準値を算定するべく、平均値を算出するための期間を選定する際には、削孔対象領域の地盤条件や敷地条件等を考慮して、最新実測値と管理基準値との差を、精度よく抽出できる期間を適宜選択すればよい。こうすると、地盤中の異物Ｐを的確に検出することが可能となる。
【００３１】
具体的には、削孔対象地盤が、深度方向に一様な土質性状よりなることをあらかじめ把握している場合、最新実測値が測定されるごとに、電動機３の作動直後から電流の最新実測値の直前までの全期間の実測値の平均値を、算出すればよい。なお、この場合には、電動機３の作動直後から地盤削孔ドリル１による地盤削孔が安定するまでの時間に測定した実測値を考慮せずに、平均値を算定するとよい。
【００３２】
一方、削孔対象地盤の地盤条件が不明な場合には、例えば、電流の経時変化をモニタリングしつつ、平均値を算出するのに最適な期間を、最新実測値の直前から遡って適宜設定すればよい。
【００３３】
上述する地盤削孔ドリル１の制御方法を実施する際には、地盤削孔ドリル１に設置した電流測定機器４と端末装置６とを有線または無線接続しておく。
【００３４】
なお、端末装置６は、演算処理装置及び記憶装置等のハードウェアと該ハードウェア上で動作するソフトウェアとで構成される情報処理装置、情報処理装置に種々のデータを入力する通信装置やキーボード等の入力装置、情報処理装置で行われた演算処理結果をリアルタイムで出力するディスプレイ等からなる出力装置を備えた、いわゆるパソコンやタブレット端末である。
【００３５】
そして、端末装置６の記憶装置に、あらかじめ設定した電流の最新実測値と管理基準値との差における最大許容量を格納しておくとともに、電流計にて測定した電流の実測値を、端末装置６の入力装置を介して記憶装置に格納する。また、最新実測値が測定されるごとに、記憶装置に格納された電流の実測値のうち、電動機３の作動直後から電流の最新実測値の直前までの間の、所望の期間に測定した実測値を用いて、演算処理装置にて平均値を逐次算出し、これを記憶装置に管理基準値として格納する。
【００３６】
そのうえで、演算処理装置にて最新実測値を測定するごとに、管理基準値と電流の最新実測値を比較し、その差の絶対値が、あらかじめ記憶装置に格納した最大許容量を超える場合には、出力装置を用いて警告を発する。こうすると、地盤削孔ドリル１の作業者は、警告に基づいて地盤削孔ドリル１の作動を停止するか否かの判断をすることができる。
【００３７】
なお、電流の測定と同時に、削孔速度を測定しておき、地盤削孔ドリル１の作動を停止するか否かの判断を、削孔速度から求めた時間ごとの変位（掘削深さ）と併せて行ってもよい。
【００３８】
上述する地盤削孔ドリル１の制御方法を、異物Ｐを埋設した供試体を用いて実施した結果を以下に示す。本実施の形態では、異物Ｐとして、鋼製の芯材を合成樹脂製の被覆材で被膜したケーブルを採用した。
【００３９】
供試体は、モールドに砂を充填するとともに、所定深さに異物Ｐを埋設した供試体Ａ、モールドに地盤改良体を想定したセメント系固化体を充填するとともに、所定深さに異物Ｐを埋設した供試体Ｂ、モールドに礫と地盤改良体を想定したセメント系固化体を混合して充填するとともに、所定深さに異物Ｐを埋設した供試体Ｃ、の３体を準備した。なお、異物Ｐとしては、鋼製の芯材を合成樹脂製の被覆材で被膜したケーブルを採用した
【００４０】
まず、管理基準値と最新実測値との差の最大許容量を設定せず、供試体Ａ内を地盤削孔ドリル１にて削孔した際のグラフを図２で示す。図２をみると、モールド内が砂で深さ方向で一様に充填されていることから、電流の実測値も電動機３の作動直後から大きな変動が生じることなく安定している様子がわかる。
【００４１】
また、削孔時間が６４ｓを過ぎたあたりで電流が急激に下降している。これは、ドリル刃体２の先端部２１がケーブルの被覆材、つまり周辺地盤より軟質な異物Ｐに当接したことによる。この後、削孔時間が６８ｓを過ぎたあたりで、電流が急激に上昇している。これは、ドリル刃体２の先端部２１がケーブルの芯線、つまり周辺地盤より硬質な異物Ｐに当接したことによる。このように、電流の実測値は、ドリル刃体２て削孔される地盤内の様子を精度よく反映する様子がわかる。
【００４２】
次に、地盤削孔ドリルの制御方法を、供試体Ｂに適用した結果のグラフを図３に、供試体Ｃに適用した結果のグラフを図４にぞれぞれ示す。なお、管理基準値と最新実測値との差における最大許容量は、０．７Ａに設定した。
【００４３】
図３をみると、モールド内がセメント系固化体にて深さ方向に一様に充填されていることから、電流の実測値も電動機３の作動直後から小刻みな変動が認められるものの大きな変化はなく、７Ａ前後を示している様子がわかる。そして、削孔時間が１８０ｓを過ぎたあたりで電流が６．４Ａ程度まで下降し、地盤削孔ドリル１の作動が停止した。この場合、ケーブルの表面に多少の傷が認められるものの、ケーブルを損傷させるまでに至ることなく、削孔作業が停止していた。
【００４４】
図４をみると、電流の実測値が時おり大きく変動している様子がわかる。これは、モールド内が礫とセメント系固化体の混合物にて充填されていることから、これらの硬度の違いを反映しているものと想定できる。そして、削孔時間１２０ｓ前後で電流の変動がより一層大きくなり、実測値が７．６Ａ程度まで上昇したところで地盤削孔ドリル１の作動が停止した。この場合には、ケーブルまで到達せず、ドリル刃体２の先端部２１が礫に当接して停止した。
【００４５】
上記のとおり、地盤削孔ドリル１の制御方法では、地盤を掘進するドリル刃体２に作用する負荷が、何らかの要因により増加もしくは軽減し、これら負荷の変化に起因してトルクが経時的に増加もしくは軽減する様子を、電流の実測値を連続的に測定し経時変化を観測することによって捉えることができる。したがって、電流の管理基準値と最新実測値とを比較し、両者の差の絶対値の大きさを、最大許容量にて評価することにより、周辺地盤の土質性状によることなく、ドリル刃体２に地盤以外の何らかの異物が接触したことを的確に検知し、地盤削孔ドリル１の作動を停止することが可能となる。
【００４６】
）
これにより、地盤削孔が進むことに伴い、ドリル刃体２と地盤との間のフリクションが徐々に増大してドリル刃体２に作用する負荷がに大きくなっても、これら経時変化を、電流の実測値を連続的に測定することにより把握することができる。このため、地盤とのフリクションに起因して、電流の実測値が過大な数値となった場合にも、ドリル刃体２に地盤以外の何らかの異物が接触したものと誤って判断することはない。
【００４７】
したがって、例えば、有害物質を使用している工場や施設を建替えい伴い、敷地内の土壌汚染調査等を実施するべく、地盤削孔ドリル１の制御方法で調査孔を掘削する場合に、敷地内に埋設されている供用中のライフライン設備が、柔軟性のある電線ケーブルや硬質な下水管等いずれの種類の埋設物であっても、また、いずれの深度に配設されていても、的確に検知して誤って損傷させることなく、安全に地盤の削孔作業を実施することが可能となる。
【００４８】
本発明の地盤削孔ドリルの制御方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００４９】
例えば、本実施の形態では、地盤削孔ドリル１の作動を停止するか否かの判別を、管理基準値と電流の最新実測値の差の絶対値と、最大許容量とにより実施したが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、管理基準値と最新実測値との差の正の最大許容量と負の最大許容量を個別に決定してもよい。
【００５０】
また、本実施の形態では、電動機３に供給される電流を測定可能な電流測定機器４と端末装置６とを優先接続もしくは無線接続させたが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、端末装置６をさらに地盤削孔ドリル１と接続させ、端末装置６にて地盤削孔ドリル１を自動制御可能な構成とし、これを、地盤削孔ドリル１の制御装置として、例えば昇降装置５に設置する。そして、この制御装置にて、管理基準値と電流の最新実測値の差の絶対値が最大許容量を超える場合に、地盤削孔ドリル１の作動を自動停止させてもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１        地盤削孔ドリル
２        ドリル刃体
２１      先端部
２２      基端部
２３      本体部
３        電動機
４        電流測定機器
５        昇降装置
５１      ガイド支柱
５２      ラック
５３      昇降具
５４      手動ハンドル
５５      接続治具
６        端末装置
Ｈ        掘削孔
Ｐ        異物
【図１】
2018071164.tif 000003
【図２】
2018071164.tif 000004
【図３】
2018071164.tif 000005
【図４】
2018071164.tif 000006