(57)【要約】【課題】  拡大穴を掘削するときの掘削回数を自動的に設定する。【解決手段】  下端に掘削刃６ａと拡大翼７を備えた掘削ロッド５と、掘削ロッド５を駆動するオーガ駆動装置３と、前記掘削刃３ａによる拡大穴掘削区域の掘削時における前記駆動手段の電動機４の負荷電流を測定する手段と、を有し、前記測定した電流値に基づき掘削刃６ａの掘削力を求め、それに所定の低減率を付して拡大翼７による掘削力を算出し、前記拡大翼７の掘削力に基づき拡大穴の掘削回数を算出する。  前記掘削回数に基づき前記拡大翼７の拡開量を算出し、前記拡大翼７の拡開量に基づき前記拡大翼を拡開制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端に掘削刃と拡大翼を備えた掘削ロッドと、
掘削ロッドを駆動する駆動手段と、
前記掘削刃による拡大穴掘削区域の掘削時における前記駆動手段の負荷量を測定する手段と、
前記測定した負荷量に基づき前記掘削刃による掘削力を算出し、前記掘削刃の掘削力に基づき拡大翼による掘削力を算出し、前記拡大翼の掘削力に基づき拡大穴の掘削回数を算出し、前記掘削回数に基づき前記拡大翼の拡開量を算出し、前記拡大翼の拡開量に基づき前記拡大翼を拡開制御する制御部と、
を有することを特徴とする拡大翼を備えた掘削装置。
【請求項２】
請求項１に記載された拡大翼を備えた掘削装置において、
前記制御部は、前記掘削刃の掘削力を予め定めた所定の低減率で低減させて前記拡大翼の掘削力を算出することを特徴とする拡大翼を備えた掘削装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかに記載された拡大翼を備えた掘削装置において、
前記制御部は、前記拡大翼による掘削速度を取得し、取得された掘削速度が規定の速度を下回るとき、前記低減率を下げて掘削回数を再計算することを特徴とする拡大翼を備えた掘削装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載された拡大翼を備えた掘削装置において、
前記負荷は、前記駆動手段の電動機の電流値又は積分電流値であることを特徴とする拡大翼を備えた掘削装置。
【請求項５】
下端に掘削刃と拡大翼を備えた掘削ロッドと、掘削ロッドを駆動する駆動手段と、前記掘削刃による拡大穴掘削区域の掘削時における前記駆動手段の負荷量を測定する手段と、を有する拡大翼を備えた掘削装置における掘削方法であって、
前記測定した負荷量に基づき前記掘削刃による掘削力を算出する工程と、
前記掘削刃の掘削力に基づき拡大翼による掘削力を算出する工程と、
前記拡大翼の掘削力に基づき拡大穴の掘削回数を算出する工程と、
前記掘削回数に基づき前記拡大翼の拡開量を算出する工程と、
前記拡大翼の拡開量に基づき前記拡大翼を拡開制御する工程と、
を有することを特徴とする掘削方法。
【請求項６】
請求項５に記載された掘削方法において、
前記掘削刃の掘削力を予め定めた所定の低減率で低減させて前記拡大翼の掘削力を算出する工程を有することを特徴とする掘削方法。
【請求項７】
請求項５又は６のいずれかに記載された掘削方法において、
前記拡大翼による掘削速度を取得する工程と、
取得された掘削速度が規定の速度を下回るとき、前記低減率を上げて掘削回数を再計算する工程と、
を有することを特徴とする掘削方法。
【請求項８】
請求項５ないし７のいずれかに記載された掘削方法において、
前記負荷は、前記駆動手段の電動機の電流値又は積分電流値であることを特徴とする掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、拡大翼を備えた掘削装置及び掘削方法に関し、とくに、拡大翼により拡大穴を掘削する場合の掘削回数を自動設定することが可能な掘削装置及び掘削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
中掘り工法もしくはプレボーリング工法において、掘削した穴の周りを掘削して拡大穴を形成する場合には、所定深度まで拡大翼を閉じた状態で掘削し、その後拡大翼を開いて拡大穴の掘削を行うのが一般的であるが、その際、拡大掘削用の拡大翼を逆転して開かせて拡大させる方法と、拡大翼を、油圧等を用いて任意の径まで開く方法がある。
支持層が硬くまたは拡大翼の拡大量が多い場合、拡大翼を徐々に拡開しないと、拡大翼及び拡大翼の回転駆動系などの機器に過大な負荷が掛かり、掘削不能或いは機器の破損を生じる恐れがある。そのため、例えば油圧等を用いて徐々に拡開する方法が一般に採用されている。
【０００３】
ところで、油圧等を用いて拡大翼を徐々に拡開していく場合、拡大翼をどの程度ずつ拡開すればよいのか実際にはその判断は難しく、しかも、掘削地盤は場所によってその状況が異なるため、拡大翼の拡開の度合いの判断は容易ではない。従来は、その拡開の割合や掘削回数の判断はオペレータの経験や勘など、つまりオペレータの技量に頼っているため、不慣れなオペレータは正確な拡大穴の掘削が困難である。
【０００４】
他方、事前に拡大掘削する回数を予め決めて入力し、その回数に応じて拡大掘削を行うようにした制御方法も開発されている（特許文献１参照）。
この掘削方法では、オペレータが拡大掘削回数設定器に拡大掘削回数を設定し、各掘削段階での拡大翼の拡大翼量を自動的に演算して油圧ユニットを制御するようにしている。掘削作業中、オペレータは模式的に表示される拡大穴の形成状況を表示装置で確認しながら作業を進め、掘削負荷が異常に大きくなったときは、拡大量操作スイッチを操作して拡大翼の拡大量を強制的に調整することができる。
【０００５】
しかし、上記掘削方法による場合でも、掘削回数の決定はオペレータの経験や勘によるため、不慣れなオペレータにとっては正確な拡大穴の掘削は困難であり、安全率をとって掘削回数が多くなりすぎると、施工効率が悪くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１８６９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、従来のようにオペレータの経験や勘を要することなく、容易かつ効率的に拡大穴を掘削できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、下端に掘削刃と拡大翼を備えた掘削ロッドと、掘削ロッドを駆動する駆動手段と、前記掘削刃による拡大穴掘削区域の掘削時における前記駆動手段の負荷量を測定する手段と、前記測定した負荷量に基づき前記掘削刃による掘削力を算出し、前記掘削刃の掘削力に基づき拡大翼による掘削力を算出し、前記拡大翼の掘削力に基づき拡大穴の掘削回数を算出し、前記掘削回数に基づき前記拡大翼の拡開量を算出し、前記拡大翼の拡開量に基づき前記拡大翼を拡開制御する制御部と、を有することを特徴とする拡大翼を備えた掘削装置である。
請求項２の発明は、請求項１に記載された拡大翼を備えた掘削装置において、前記制御部は、前記掘削刃の掘削力を予め定めた所定の低減率で低減させて前記拡大翼の掘削力を算出することを特徴とする拡大翼を備えた掘削装置である。
請求項３の発明は、請求項１又は２のいずれかに記載された拡大翼を備えた掘削装置において、前記制御部は、前記拡大翼による掘削速度を取得し、取得された掘削速度が規定の速度を下回るとき、前記低減率を下げて掘削回数を再計算することを特徴とする拡大翼を備えた掘削装置である。
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載された拡大翼を備えた掘削装置において、前記負荷は、前記駆動手段の電動機の電流値又は積分電流値であることを特徴とする拡大翼を備えた掘削装置である。
請求項５の発明は、下端に掘削刃と拡大翼を備えた掘削ロッドと、掘削ロッドを駆動する駆動手段と、前記掘削刃による拡大穴掘削区域の掘削時における前記駆動手段の負荷量を測定する手段と、を有する拡大翼を備えた掘削装置における掘削方法であって、前記測定した負荷量に基づき前記掘削刃による掘削力を算出する工程と、前記掘削刃の掘削力に基づき拡大翼による掘削力を算出する工程と、前記拡大翼の掘削力に基づき拡大穴の掘削回数を算出する工程と、前記掘削回数に基づき前記拡大翼の拡開量を算出する工程と、前記拡大翼の拡開量に基づき前記拡大翼を拡開制御する工程と、を有することを特徴とする掘削方法である。
請求項６の発明は、請求項５に記載された掘削方法において、前記掘削刃の掘削力を予め定めた所定の低減率で低減させて前記拡大翼の掘削力を算出する工程を有することを特徴とする掘削方法である。
請求項７の発明は、請求項５又は６のいずれかに記載された掘削方法において、前記拡大翼による掘削速度を取得する工程と、取得された掘削速度が規定の速度を下回るとき、前記低減率を上げて掘削回数を再計算する工程と、を有することを特徴とする掘削方法である。
請求項８の発明は、請求項５ないし７のいずれかに記載された掘削方法において、前記負荷は、前記駆動手段の電動機の電流値又は積分電流値であることを特徴とする掘削方法である。
【発明の効果】
【０００９】
拡大掘削範囲を規定深度まで掘削したときに収集した、つまり当該地盤の掘削データに基づき拡大翼を制御して行うため、従来のようにオペレータの経験や勘を要することなく容易かつ効率的に拡大穴を掘削することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る掘削装置の一例と拡大翼の一例を示す側面図と縦断面図である。
【図２】縦方向に掘削長手方向距離（拡大掘削範囲）、横方向に時間をとって、拡大掘削における掘削の状態を示した模式図である。
【図３】本掘削装置の制御部を示す。
【図４】掘削回数に基づき掘削するときの拡大穴を上からみたときの掘削のイメージである。
【図５】φ８００ｍｍの掘削径に対し、φ１１００ｍｍの拡大翼径を築造する場合に、拡大翼による掘削回数を３回に設定した場合における、それぞれの掘削回毎の掘削径と掘削量を示した図である。
【図６】本発明の実施形態における掘削制御を説明するフロー図であり、最大掘削径ｒｎの拡大翼で掘削したときの掘削穴のイメージである。
【図７】掘削回数を算出するためのフロー図である。
【図８】拡大翼による掘削回数を算出した後に行う、掘削手順について説明するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
図１Ａは本発明の実施形態に係る掘削装置の側面図であり、図１Ｂはその一部拡大縦断面図である。
【００１２】
本実施形態のオーガ駆動装置３は、ベースマシンの掘削装置１のリーダマスト２に沿って昇降自在に設けられ、このオーガ駆動装置３の電動機４には掘削ロッド（オーガロッド）５が接続されている。掘削ロッド５の下端には掘削刃６ａと拡大ヘッド６が取り付けられており、掘削刃６ａを回転させつつ下降させて掘削した後、掘削ロッド５先端の拡大ヘッド６の拡大翼７を、図示しない例えば油圧を用いた周知の拡大機構により拡大させることにより、拡大穴、例えば、拡大根固め球根Ａを築造する。
【００１３】
本実施形態においては、拡大ヘッド６の拡大機構とは別に、オーガ駆動装置３の電動機４のオーガ負荷電流値を用いて拡大ヘッド６の拡大翼７による掘削回数の設定を行う（具体的には、本実施形態に係る掘削装置の制御部により、上記電流値に基づき拡大回数を算出して設定する）。掘削装置１には、図示しない深度検出器、電流検出器、油圧の流量検出器、などにより品質管理・進行状況確認を行う施工管理装置が装備されており、後述する制御部１０の表示部１８の画面（図３）に必要な情報及び画像を表示させて確認することができる。
【００１４】
本実施形態では、従来の拡大穴掘削工程と同様に、まず、拡大翼７を閉じた状態で掘削ロッド５に連結された掘削刃６ａで拡大掘削範囲を含む規定深度まで掘削し、次に拡大翼７を拡開し、これを引き上げながら上記拡大掘削範囲での掘削を行う。ただ、本実施形態は、従来の拡大穴掘削工程とは相違して、掘削刃６ａによる掘削工程中、その拡大穴掘削領域におけるオーガ駆動用の駆動手段、例えば電動機４の負荷値として上記電流値Ａ又は積分電流値Ａ・minを測定し、その測定値を掘削刃６ａの半径から求めた掘削穴の面積と共に、後述する記憶部１４（図３）に記憶させておくようにしている。
なお、オーガ駆動用の駆動手段の負荷値としては、電流に限らず、例えば、駆動手段として液圧ポンプを用いる場合は圧力値であってもよい。即ち、オーガ駆動装置が油圧使用の場合は、電流値・積分電流値の代わりに油圧を測定し、電流の場合と同様に（即ち同じロジックで）、測定した油圧の圧力値に基づき後述する低減率を設定することができる。
【００１５】
図２は、縦方向に掘削長手方向距離（拡大掘削範囲）、横方向に時間をとって、拡大掘削における掘削の状態を示した模式図である。
即ち、掘削刃６ａによる掘削を行い、掘削が拡大掘削範囲の始点に達するとオーガ駆動用の電動機４のオーガ負荷電流値Ａ又は積分電流値Ａ・minの測定を開始し、拡大掘削範囲の終点である測定規定深度まで測定を継続する。
なお、本実施形態に係る掘削装置は、ここで、得た電流値Ａ又は積分電流値Ａ・minを基準電流値（Ａｒ）として、これを基に後述のように拡大翼による掘削回数ｎを算出し、ｎ回の掘削を行う。
【００１６】
次に、上記制御を行うための制御部について説明する。
図３は、本掘削装置１の制御部１０を示す。
制御部１０は、本掘削装置１の掘削装置全体の制御を行うコンピュータ１２を備える。コンピュータ１２は、演算などの処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）１２１と、プログラムなどを記憶するＲＯＭ１２２と、ＣＰＵ１２１の処理に用いるデータなどを一次的に記憶するワークエリアを構成するＲＡＭ１２３とからなる。制御部１０には、さらに動作処理に必要なデータ（例えば、電流値、積分電流値）などを記憶する記憶部１４、キーボードなどから成る入力部１６、及び例えばＬＣ（液晶）等の周知の表示手段を備えた表示部１８等が設けられている。
【００１７】
制御部１０は、前記基準電流値Ａrに基づいて拡大翼７による掘削回数ｎ、拡大翼７の回転半径を算出するとともに、拡大翼による掘削平均速度（例えば、上記深度検出器による時系列的な深度情報に基づき算出する）と、予め設定された規定速度とを比較して、掘削平均速度が規定速度に満たないときは、後述する低減率γを変えて再計算して、拡大翼７による掘削回数を再計算し、縮径して掘削面積を小さくする等の処理を行うよう制御する。
【００１８】
即ち、本掘削装置１の制御部１０のＣＰＵ１２１は、以下で説明するように、上記基準電流値Ａrと、上記掘削刃６ａによって掘削した掘削面積Ｖ０との関係から、掘削刃６ａによるときの掘削力、例えば基準電流値Ａｒ当たりの掘削面積（Ｖ０／Ａｒ）を求め、この掘削力（Ｖ０／Ａｒ）と拡大掘削面積（掘削翼により拡大掘削すべき面積）に基づいて、拡大穴を掘削するに必要な掘削回数ｎを算出し、その算出結果に基づき拡大掘削を行うよう拡大翼７の拡開制御を行う。
【００１９】
ここで、拡大翼７を拡大して掘削する場合は、本掘削装置１における上記実測値（電流値Ａ又は積分電流値Ａ・min）に対して一定の低減率（例えば、０．７）を乗じて、その場合における掘削力つまり負荷値である上記実測値当たりの掘削可能面積（一回当たりの拡大翼７による掘削可能面積）を算出する。
一回当たりの拡大翼７による掘削可能面積は、予め入力して記憶部１４に記憶させた基準電流値Ａｒに基づき得るようにしてもよい。
【００２０】
次に、この一回当たりの拡大翼７による掘削可能面積に基づく掘削回数ｎを算出する具体的な方法について説明する。
即ち、ここでは、拡大翼７の最大拡大翼径（半径）ｒｎから拡大穴の最大掘削面積（πｒｎ２）を算出し、この最大掘削面積から既に掘削刃６ａで掘削した面積（πｒ２）を引いた面積（πｒｎ２−πｒ２）を上記１回当たりの掘削可能面積で除した拡大翼の拡大翼掘削回数ｎを算出する。
【００２１】
図４は、このようにして得られた掘削回数ｎに基づき掘削するときの拡大穴を上からみたときの掘削のイメージである。図示例では最大掘削径ｒ３の拡大翼で３回掘削する場合を示している。
ところで、拡大翼掘削回数に従ってｎ回の掘削を行う場合、図４Ａに示すように掘削径の増加量を一定として（掘削径を均等割りして）掘削する場合と、図４Ｂに示すように掘削量を均等にして（掘削量を均等割りして）掘削する場合とがある。
【００２２】
図５は、一例として、φ８００ｍｍの掘削径に対し、φ１１００ｍｍの拡大翼径を築造する場合に、拡大翼７による掘削回数を３回に設定した場合における、それぞれの掘削回毎の掘削径と掘削量を示した図である。
【００２３】
掘削径の増加を一定にしたときの例として、ここでは、掘削径を１回目のφ９００ｍｍから、φ１０００ｍｍ、φ１１００ｍｍと各回毎に１００ｍｍずつ増加させている。
そのときの、掘削量は１回目１３４リットル、２回目１４９リットル、３回目１６５リットルと、掘削回を追う毎に掘削量が増大している。
このように、掘削径を均等割にしてｎ回の掘削を行う場合には、施工回数が増すにしたがって掘削量が増大し掘削トルクが大きくなるため、その点を見越して前記低減率γを設定する必要がある。
【００２４】
掘削量を一定としたときは、掘削径は一回目のφ９１１ｍｍから、φ１０１０ｍｍ、φ１１００ｍｍと各回毎に掘削径の増加量を減少させている。つまり、第１回目を１としたとき、２回目は０．８９、３回目は０．８１と径が増大するにしたがって、その増加量を減少させている。
図示の例では、掘削量は各回毎に１４９リットルで一定である。このように拡大穴を掘削するとき掘削量を一定にして掘削すると、同じ回数であっても、上記掘削径の増加量を一定とする場合に比して、前記低減率γを高い値（あまり低減しない値）にすることができるため、効率良く掘削することができる。
【００２５】
図６は、本発明の実施形態における、上記掘削制御を説明するフロー図である。
掘削時、まず、拡大掘削が根固め部のみか否かを判断し（Ｓ１０１）、根固め部のみでないときは（Ｓ１０１，ＮＯ）、拡大掘削部上端位置（Ａ）を制御部１０の入力部１６で例えばキー入力してから（Ｓ１０２）、また、拡大掘削が根固め部のみのときは（Ｓ１０１，ＹＥＳ）、根固め部上端位置（Ｂ）を同様に入力する（Ｓ１０３）、次に、拡大翼による掘削所定深度（Ｃ）を同様に入力し（Ｓ１０４）、次に、制御部１０は、拡大掘削部上端位置（Ａ）と根固め部上端位置（Ｂ）間、及び根固め部上端位置（Ｂ）と拡大翼による掘削所定深度（Ｃ）間の平均速度Ｕ０を算出する（Ｓ１０５）。ここで、上記平均速度Ｕ０が予め定めた規定値未満つまり規定値に達しないときは（Ｓ１０６、ＹＥＳ）、上記低減率γの数値を下げて掘削回数を再計算し、掘削面積を減少させ（Ｓ１０７）、他方、規定値以上であれば（Ｓ１０６、ＮＯ）、そのまま掘削を続ける。
【００２６】
図７は、掘削回数を算出するためのフロー図である。
まず、通常の掘削面積Ｖ０（ここでは拡大翼を閉じた状態における掘削刃６ａによる掘削面積）を算出し（具体的には、上記掘削刃６ａの回転径をｒとしたときπｒ２）（Ｓ２０１）、掘削刃６ａの掘削力、即ち上記基準電流Ａｒに基づく１回当たりの拡大掘削面積Ｖ０／Ａｒを求める。次に、上記低減率γより、拡大翼７の掘削力、即ち上記基準電流Ａｒに基づく１回当たりの拡大掘削面積Ｖ１／Ａｒ（＝γＶ０／Ａｒ）を求める。
他方、掘削刃６ａで掘削した穴の径ｒと拡大翼７がその最大掘削径ｒｎで掘削したときの掘削穴の径ｒｎとから、拡大翼で掘削すべき掘削面積Ｖｎ＝π（ｒｎ２−ｒ２）を算出する（Ｓ２０３）。ここで、拡大翼による掘削回数ｎ（＝Ｖｎ／Ｖ１）を算出する（Ｓ２０４）。
【００２７】
図８は、拡大翼による掘削回数を算出した後に行う、掘削手順について説明するフロー図である。
まず、拡大翼７による掘削拡大幅を等分にして掘削するか否か判断する（Ｓ３０１）、ここで、掘削拡大幅を等分にして掘削する場合は（Ｓ３０１、ＹＥＳ）、（ｒｎ−ｒ）／ｎで拡大幅（掘削径）を算出する（Ｓ３０２）。ステップＳ３０１で掘削拡大幅を等分にして掘削しない場合は（Ｓ３０１、ＮＯ）、１回目の拡大掘削量Ｖ１＝π（ｒ１２−ｒ２）から、ｒ１を求める。同様に、２回目の掘削拡大量Ｖ２＝π（ｒ２２−ｒ１２）から、ｒ２を求め、ｎ回目の掘削拡大翼量Ｖｎ＝π（ｒｎ２−ｒｎ―１２）から、ｒｎを求める。このようにして各回における掘削拡大幅を算出する。なお、いずれの場合も掘削速度は一定とし、拡大回数を重ねる毎に拡大翼の掘削径を一定の比率で減少させて掘削を行う。
【００２８】
以上から、拡大掘削範囲における掘削回数ｎは、掘削回数ｎ＝拡大翼を拡大して掘削した後の掘削面積／拡大翼を拡大する前の電流値Ａ又は積分電流値×γ（拡大翼拡大翼後の掘削力／拡大翼拡大翼前の掘削力）と表すこともできる。
以上説明したように、本実施形態によれば、掘削刃により拡大領域を掘削したときのオーガ駆動用の電動機４のオーガ負荷電流値Ａ又は積分電流値Ａ・minを基準として、電流値Ａ又は積分電流値Ａ・min毎の掘削面積つまり掘削力に対して所定の低減率γを掛けた掘削力を拡大翼による掘削力として、拡大孔を掘削するにようする拡大翼による掘削回数を自動的に算出し、その後は、オペレータが上記制御部１０に指示することにより、掘削量を均等にして掘削するか、或いは、掘削径を均等割りして掘削することができる。そのため、従来のように掘削回数の設定をオペレータの経験や勘に頼ることがなく行うことができ、掘削装置に過大な負荷を掛けることなく目的とする拡大孔を容易に得ることができる。
また、掘削抵抗が増大したときは、上記低減率γを変更することにより、掘削回数を再計算し、それに基づき掘削面積を縮小し掘削装置を無理なく作動させることができる。
【００２９】
なお、掘削径を均等割りして掘削する場合は、掘削回数を増す毎に掘削量が増大するため、上記低減率γの値を最大掘削量に合わせた値に設定しておくことで、掘削装置に作用する負荷を低減させることができるが、掘削効率の面からみれば上記低減率γの値を大きくできる掘削量の均等割りの方がよい。
なお、掘削量の増大を見越して基準電流量を、上記実測した電流値Ａ又は積分電流値Ａ・minよりも高い値に設定してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１・・・掘削装置、２・・・リーダマスト、３・・・オーガ駆動装置、４・・・電動機、５・・・掘削ロッド、６・・・拡大ヘッド、７・・・拡大翼、１０・・・制御部、１２・・・コンピュータ、１２１・・・ＣＰＵ、１２２・・・ＲＯＭ、１２３・・・ＲＡＭ、１４・・・記憶部、１６・・・入力部、１８・・・表示部。
【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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【図７】
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【図８】
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