(57)【要約】      （修正有）【課題】複数台の給水ポンプを適切に制御し、供給量調整能力を改善して安定液水位変動を抑制し、掘削孔の孔壁崩壊を防止する孔内水位安定化制御システムを提供する。【解決手段】孔内水位安定化制御システム１は、場所打ち杭の掘削孔に安定液を供給する供給手段４と、掘削孔から掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段５と、杭孔内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段６と、これらを制御する制御手段７とを備える。制御手段７には、安定液の管理水位を基準として給水ポンプ４１〜４３の安定液の水位が管理水位を下回ったときにポンプを起動する起動偏差と、水位が管理水位を上回ったときにポンプを停止する停止偏差とが、設定されており、水位検知手段６が検知する安定液の水位から、該安定液の管理水位に対する水位偏差を求め、この水位偏差と、前記設定の各給水ポンプの起動偏差及び停止偏差とに基づき、各給水ポンプの起動又は停止を制御する。【選択図】図１
2019007261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
場所打ち杭の掘削孔に安定液を供給する供給手段と、前記掘削孔から掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段と、前記杭孔内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段と、これらを制御する制御手段と、を備え、
前記供給手段は、安定液を貯留する槽と、この槽から安定液を杭孔内に送り出す給水ポンプと、前記槽から杭孔内まで達する供給経路と、を有し、
前記給水ポンプは、前記供給経路に接続した複数のポンプからなり、これら給水ポンプは、合計吐出量が前記排出手段の最大吐出量を上回るように設定されている孔内水位安定化制御システムにおいて、
前記制御手段には、前記杭孔内における安定液の管理水位を基準として給水ポンプ毎に安定液の水位が管理水位を下回ったときにポンプを起動する起動偏差と、安定液の水位が管理水位を上回ったときにポンプを停止する停止偏差とが、次式１の関係を満たすように設定されているとともに、前記水位検知手段が検知する安定液の水位から、該安定液の前記管理水位に対する水位偏差を求め、この水位偏差と、前記設定の各給水ポンプの起動偏差及び停止偏差とに基づき、各給水ポンプの起動又は停止を制御するように構成されている孔内水位安定化制御システム。
第ｎの給水ポンプ起動偏差  ＜  第ｎ−１の給水ポンプ起動偏差  ＜  ・・・  ＜  第２の給水ポンプ起動偏差  ＜  第１の給水ポンプ起動偏差  ＜  ０（＝管理水位）  ＜  第ｎの給水ポンプ停止偏差  ＜  第ｎ−１の給水ポンプ停止偏差  ＜  ・・・  ＜  第２の給水ポンプ停止偏差  ＜  第１の給水ポンプ停止偏差      ・・・式１  （ｎは２以上の整数）
【請求項２】
制御手段は、杭孔内の安定液の水位低下が速く、短時間で複数の起動偏差を下回る場合、複数の給水ポンプが同時起動とならないようにする時間差をつけて起動するように制御する請求項１に記載の孔内水位安定化制御システム。
【請求項３】
場所打ち杭の掘削孔に安定液を供給する供給手段と、前記掘削孔から掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段と、前記杭孔内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段と、を備え、
前記供給手段は、安定液を貯留する槽と、この槽から安定液を杭孔内に送り出す給水ポンプと、これら給水ポンプを起動又は停止するように制御する起動・停止手段と、前記槽から杭孔内まで達する供給経路と、を有し、
前記給水ポンプは、前記供給経路に接続した複数のポンプからなり、これら給水ポンプは、合計吐出量が前記排出手段の最大吐出量を上回るように設定されているとともに、同時起動が防止されている孔内水位安定化制御システムにおいて、
前記水位検知手段は、前記杭孔内における安定液の管理水位を基準として次式１の関係を満たす各給水ポンプの起動偏差及び停止偏差をそれぞれ検知する複数のセンサからなり、前記センサが各給水ポンプの起動偏差又は停止偏差を検知したとき、前記起動・停止手段がそれに対応する給水ポンプを起動又は停止制御するように構成されている孔内水位安定化制御システム。
第ｎの給水ポンプ起動偏差  ＜  第ｎ−１の給水ポンプ起動偏差  ＜  ・・・  ＜  第２の給水ポンプ起動偏差  ＜  第１の給水ポンプ起動偏差  ＜  ０（＝管理水位）  ＜  第ｎの給水ポンプ停止偏差  ＜  第ｎ−１の給水ポンプ停止偏差  ＜  ・・・  ＜  第２の給水ポンプ停止偏差  ＜  第１の給水ポンプ停止偏差      ・・・式１  （ｎは２以上の整数）
【請求項４】
センサは、水位検知電極棒又はフロートスイッチである請求項３に記載の孔内水位安定化制御システム。
【請求項５】
各給水ポンプは、その吐出口が並列状に集合管に接続されたうえ、前記供給経路に接続されている請求項１ないし４のいずれかに記載の孔内水位安定化制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、場所打ち杭の孔内水位安定化制御システムに関し、さらに詳しくは地中に場所打ち杭を構築する際に地盤に掘削した孔の孔壁崩壊を防ぐために杭孔内に供給する安定液の水位を安定化させる制御技術に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
場所打ちコンクリート杭を構築する際、アースドリル工法やリバース工法などでは掘削孔内に安定液を所定水位まで満たして、孔壁面の崩壊を防止している。安定液水位を変動させることは孔壁面を不安定にする恐れがあるため、掘削からコンクリート打設完了までの施工中、水位を一定に保つことが望ましい。
【０００３】
図６に従来のリバース工法等に用いられる、給水／排水機構を主とした場所打ち杭の孔内水位安定化システムの全体構成図を示す。このシステムは、水位センサによる測定値を元に給水系統・排水系統を統括制御するもの（特許文献１）で、安定液を貯留するスラッシュタンク（循環槽）４０内に、複数台（この例では３台）の汎用型の水中サンドポンプ（給水ポンプ）４１〜４３を集合管で並列に接続したもの（以下多連式給水ポンプ）を設置して、１つの大型ポンプとして機能させるものであり、従来から多く見られる。このようなシステムが好まれて用いられるのは、同等の吐出能力を１台の大型ポンプで実現するよりも、市場性があり取扱いが容易で経済的に有利なためである。
【０００４】
この方式の給水ポンプは全体を１台の大型ポンプとしてみなすため、これに付随する給水ポンプ起動盤は外部からの運転信号を受け取ると全台数を起動し、停止信号を受け取ると全台数を停止する。ただし、起動時の電源設備（発電機もしくは商用電源）の負担を軽減して工事用電力設備規模を小さく抑えるため、給水ポンプは予め設定された時間間隔をおいて１台ずつ順に起動される。この順次起動の機能は給水ポンプ起動盤にタイマーリレー等を用いて実装されている。この順次起動が要因で、この給水ポンプ全体としては起動応答性の低い大型ポンプの間欠運転となる。
【０００５】
正常な杭掘削時は排水ポンプによる安定液の排出量は、変動はあるが０にはならないため、給水ポンプの間欠運転の停止期間は安定液の供給量と排出量の差は最大となり、その後、同ポンプが起動しても供給量が排水ポンプの排出量に達するまでは、掘削孔内の安定液水位は低下し続け、前述の順次起動に起因する起動応答性の低さにより管理水位に対する水位低下は大きいものとなる。ここで、管理水位とは、掘削孔内で予め目標値として設定された安定液の水位のことであり、地下水位との水頭差が原則２．０ｍ以上となるように杭の高さや掘削位置の地下水位、地質などを総合的に勘案して設定される。
【０００６】
図７は、孔内水位安定化システムの下で給水ポンプを前記のように３連並列して設けたときの動作パターン図、図８は同給水ポンプの動作フロー図である。この３連式ポンプを用いた給水系統では、掘削孔内における安定液水位の管理水位に対する偏差（以下、単に水位偏差という）が給水ポンプの起動偏差を下回ると、給水ポンプを１台ずつ順次起動する。すなわち、水位偏差が起動偏差を下回ると給水ポンプ４１が起動し（ステップ０１，０２）、給水ポンプ４１の起動後ｔ秒経過すると給水ポンプ４２が起動し（ステップ０３，０４）、さらに給水ポンプ４２の起動後ｔ秒経過すると給水ポンプ４３が起動する（ステップ０５，０６）。そして、配管の移設等のため自動給水の停止が指示されていなければ（ステップ０７）、ステップ０１に戻り、水位偏差が起動偏差を下回らず、かつ停止偏差を上回ると、全ての給水ポンプ４１〜４３が一斉に停止する（ステップ０９，１０）。
【０００７】
前記のように、この方式では、水位偏差が停止偏差を上回ると、稼働中の全ポンプが一斉に停止するようになるので、給水ポンプ一斉停止後の急速な水位低下と、給水ポンプの順次起動による供給量の立ち上がりの遅れにより水位変動量が大きくなる。換言すると、リバース工法のように、安定液を輸送媒体として利用した流体輸送で掘削土を掘削孔外へ排出する工法では、給水ポンプによる安定液の供給量と排水ポンプによる安定液の排出量のバランスによって安定液水位が決まり、そのバランスが崩れると水位は下降もしくは上昇するので、水位変動量が大きくなる。そのため、前記したような掘削孔の孔壁の崩れが発生して孔壁崩壊のおそれが依然として起こるという問題があった。
【０００８】
図９は、前記システムとは異なる水位検知電極棒又はフロートスイッチにより直接給水ポンプ起動盤を動作させる簡素な安定液自動供給設備を備えたシステムであり、地中連続壁工法などでは大型のポンプをインバータ装置で給水ポンプの供給量調整を行なうことも行なわれている（特許文献２）。しかし、場所打ちコンクリート杭の施工では地中連続壁工法に比べて工事規模が小さく施工期間が短いことが多いため、現状の設備構成に大きな変更を必要としない安価な機器での水位維持性能の向上が望まれるところであるが、その要望に応えられず、その給水設備に例えばインバータユニットなどの高価な無段階調整用の制御機器を追加しなければならないといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−６０７０７号公報
【特許文献２】特公平７−８６２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで、この発明は、前記従来の技術の問題を解決し、複数台の給水ポンプの稼動台数を適切に制御することで、従来型の給水設備に高価な無段階調整用の制御機器を追加使用することなく、供給量調整能力を改善して安定液水位変動の抑制を実現し、掘削孔の孔壁崩壊を防止することができる孔内水位安定化制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、場所打ち杭の掘削孔に安定液を供給する供給手段と、前記掘削孔から掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段と、前記杭孔内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段と、これらを制御する制御手段と、を備え、前記供給手段は、安定液を貯留する槽と、この槽から安定液を杭孔内に送り出す給水ポンプと、前記槽から杭孔内まで達する供給経路と、を有し、前記給水ポンプは、前記供給経路に接続した複数のポンプからなり、これら給水ポンプは、合計吐出量が前記排出手段の最大吐出量を上回るように設定されている孔内水位安定化制御システムにおいて、前記制御手段には、前記杭孔内における安定液の管理水位を基準として給水ポンプ毎に安定液の水位が管理水位を下回ったときにポンプを起動する起動偏差と、安定液の水位が管理水位を上回ったときにポンプを停止する停止偏差とが、次式１の関係を満たすように設定されているとともに、前記水位検知手段が検知する安定液の水位から、該安定液の前記管理水位に対する水位偏差を求め、この水位偏差と、前記設定の各給水ポンプの起動偏差及び停止偏差とに基づき、各給水ポンプの起動又は停止を制御するように構成されている。
第ｎの給水ポンプ起動偏差  ＜  第ｎ−１の給水ポンプ起動偏差  ＜  ・・・  ＜  第２の給水ポンプ起動偏差  ＜  第１の給水ポンプ起動偏差  ＜  ０（＝管理水位）  ＜  第ｎの給水ポンプ停止偏差  ＜  第ｎ−１の給水ポンプ停止偏差  ＜  ・・・  ＜  第２の給水ポンプ停止偏差  ＜  第１の給水ポンプ停止偏差      ・・・式１  （ｎは２以上の整数）
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１において、制御手段は、杭孔内の安定液の水位低下が速く、短時間で複数の起動偏差を下回る場合、複数の給水ポンプが同時起動とならないようにする時間差をつけて起動するように制御する。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、場所打ち杭の掘削孔に安定液を供給する供給手段と、前記掘削孔から掘削土砂とともに泥水を排出する排出手段と、前記杭孔内に供給した安定液の水位を検知する水位検知手段と、を備え、前記供給手段は、安定液を貯留する槽と、この槽から安定液を杭孔内に送り出す給水ポンプと、これら給水ポンプを起動又は停止するように制御する起動・停止手段と、前記槽から杭孔内まで達する供給経路と、を有し、前記給水ポンプは、前記供給経路に接続した複数のポンプからなり、これら給水ポンプは、合計吐出量が前記排出手段の最大吐出量を上回るように設定されているとともに、同時起動が防止されている孔内水位安定化制御システムにおいて、前記水位検知手段は、前記杭孔内における安定液の管理水位を基準として次式１の関係を満たす各給水ポンプの起動偏差及び停止偏差をそれぞれ検知する複数のセンサからなり、前記センサが各給水ポンプの起動偏差又は停止偏差を検知したとき、前記起動・停止手段がそれに対応する給水ポンプを起動又は停止制御するように構成されている。
第ｎの給水ポンプ起動偏差  ＜  第ｎ−１の給水ポンプ起動偏差  ＜  ・・・  ＜  第２の給水ポンプ起動偏差  ＜  第１の給水ポンプ起動偏差  ＜  ０（＝管理水位）  ＜  第ｎの給水ポンプ停止偏差  ＜  第ｎ−１の給水ポンプ停止偏差  ＜  ・・・  ＜  第２の給水ポンプ停止偏差  ＜  第１の給水ポンプ停止偏差      ・・・式１  （ｎは２以上の整数）
【００１４】
請求項４に記載の発明は、請求項３において、センサは水位検知電極棒又はフロートスイッチである。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれかにおいて、各給水ポンプは、その吐出口が並列状に集合管に接続されたうえ、前記供給経路に接続されている。
【発明の効果】
【００１６】
この発明は、前記のようであって、請求項１に記載の発明によれば、前記制御手段には、前記杭孔内における安定液の管理水位を基準として給水ポンプ毎に安定液の水位が管理水位を下回ったときにポンプを起動する起動偏差と、安定液の水位が管理水位を上回ったときにポンプを停止する停止偏差とが、前記式１の関係を満たすように設定されているとともに、前記水位検知手段が検知する安定液の水位から、該安定液の前記管理水位に対する水位偏差を求め、この水位偏差と、前記設定の各給水ポンプの起動偏差及び停止偏差とに基づき、各給水ポンプの起動又は停止を制御するように構成されているので、従来のように全給水ポンプが一斉に停止するようなことがなく、複数台の給水ポンプの稼動台数を適切に制御することができる。これにより、インバータユニットなどの高価な無段階調整用の制御機器を追加使用することなく、供給量調整能力を改善して安定液水位変動の抑制を実現し、掘削孔の孔壁崩壊を防止することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、制御手段は、杭孔内の安定液の水位低下が速く、短時間で複数の起動偏差を下回る場合、複数の給水ポンプが同時起動とならないようにする時間差をつけて起動するように制御するので、給水ポンプを起動する際の起動電流のピークを小さく抑えることができる。これにより、起動電流のピークの増大による発電機の失速や電圧低下による他の機器の動作不良の発生を防止することができる。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、前記水位検知手段は、前記杭孔内における安定液の管理水位を基準として前記式１の関係を満たす各給水ポンプの起動偏差及び停止偏差をそれぞれ検知する複数のセンサからなり、前記センサが各給水ポンプの起動偏差又は停止偏差を検知したとき、前記起動・停止手段がそれに対応する給水ポンプを起動又は停止制御するように構成されているので、起動・停止手段がセンサの指令に応じて給水ポンプを直接起動又は停止させる従来型のシステムであっても、従来のように全給水ポンプが一斉に停止するようなことがなく、複数台の給水ポンプの稼動台数を適切に制御することができる。これにより、インバータユニットなどの高価な無段階調整用の制御機器を追加使用することなく、供給量調整能力を改善して安定液水位変動の抑制を実現し、掘削孔の孔壁崩壊を防止することができる。
【００１９】
請求項４に記載の発明によれば、センサは水位検知電極棒又はフロートスイッチであるので、安定液の水位偏差を適切に検知することができる。
【００２０】
請求項５に記載の発明によれば、各給水ポンプは、その吐出口が並列状に集合管に接続されたうえ、前記供給経路に接続されているので、給水ポンプで汲み上げた安定液を集合管を介して確実に供給経路に導くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の一実施の形態に係る場所打ち杭の孔内水位安定化制御システムの全体構成を示す構成説明図である。
【図２】同上の制御手段のブロック図である。
【図３】同上のフローチャートである。
【図４】３連式給水ポンプの動作パターンを説明する図面である。
【図５】別の実施の形態を示す構成説明図である。
【図６】従来型水位安定化システムの全体構成を示す構成説明図である。
【図７】同上の３連式給水ポンプの動作パターンを説明する図面である。
【図８】同上のフローチャートである。
【図９】別の従来型水位安定化システムの全体構成を示す構成説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
この発明の一実施の形態を、図面を参照して説明する。この一実施の形態では従来、一括でＯＮ／ＯＦＦ制御されていた多連式給水ポンプを構成する各ポンプの制御を、ポンプ毎に個別に行うことで、孔内に供給する安定液の供給量を段階的に制御し、排出量と供給量の差を小さくして水位変動を抑制し、場所打ち杭の安定液供給設備における多連式給水ポンプの個別制御による水位制御性能の向上を図ることを主眼にしている。
【００２３】
図１を用いて、場所打ち杭の孔内水位安定化制御システムの全体の構成を簡単に説明する。１は場所打ち杭の孔内水位安定化制御システムを示し、このシステム１は、掘削孔Ｈ内に安定液を供給する供給手段４と、掘削孔Ｈの底部から水と一緒に掘削土砂を揚重・排出する排出手段５と、掘削孔Ｈ内の安定液の水位を検知する水位検知手段６と、これらを制御する制御手段７としての制御盤（親局）７０、制御盤（子局）８０などから構成され、掘削孔Ｈ内の安定液の水位を制御して安定化させる機能を有している。
【００２４】
供給手段４は、排出手段５により排水されてくる掘削土砂を含む安定液から土砂分離機によって土砂が取り除かれた安定液を、再び掘削孔Ｈ内へ循環させるために貯留する循環槽４０と、この循環槽４０から安定液を掘削孔Ｈ内に送り出す３台の給水ポンプ４１，４２，４３と、これらの給水ポンプ４１〜４３から杭の掘削孔Ｈ内まで給水・送泥する供給経路である給水管４５と、この給水管と各ポンプの吐出口に設けられた配管を接続する集合管４６、及び各給水ポンプ４１〜４３駆動用の給水ポンプ起動盤４７などから構成されている。
【００２５】
給水ポンプ４１〜４３は、単純な電源のＯＮ／ＯＦＦ動作のみで駆動・停止する、泥水を送り出すことが可能な一般的な水中（サンド）ポンプである。
【００２６】
排出手段５は、掘削土砂と泥水とを一緒に吸引・揚重する排水ポンプ５０と、掘削孔Ｈ内から土砂分離機までの泥水の排出経路である排水管５１と、この排水ポンプ５０駆動用の排水ポンプ起動盤５２などから構成されている。排水ポンプ５０は、サクションポンプと呼ばれる大型の自吸式ポンプであり、排水ポンプ５０は制御手段７の制御盤７０からの指令で動作し、ポンプ吸引側にエアーを混入してその分泥水の吸い上げ量を減少させることにより、泥水の吸い上げ量を調整可能となっている。
【００２７】
水位検知手段６は、制御手段７の制御盤７０に接続する水位センサ６１からなり、この水位センサ６１は、レーザ光線を水面に照射して、反射して返ってくるまでの時間に基づいて水位を測定するレーザ式センサである。勿論、従来のフロート式、超音波式、静電容量式、圧力式、電極式などの他の方式の水位センサであっても構わないが、高精度な水位管理や、施工中の水位の記録、水位の異常時の警報発報を必要とする場合、リアルタイムの安定液の水位を計測可能であることが要求される。なお、安定液に清水を使用する場合は、レーザ式だと計測精度が落ちるためフロート式、超音波式等の他の方式の水位センサを用いるとよい。
【００２８】
制御手段７は、前記したようにマイクロプロセッサを有するＰＬＣ（programmable logic controller）などからなる制御盤（親局）７０と制御盤（子局）８０から構成され、所定のプログラムに従って、前述の供給手段４、排出手段５、水位検知手段６を制御して、安定液の水位を制御する。
【００２９】
制御手段７のシステム構成図を図２に示す。制御盤７０は、排水ポンプ起動盤５２に運転指令を行う入出力接点７１と、水位センサ６１からのアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器７２と、制御盤８０に運転指令を行う通信装置７３と、所定のプログラムがインストールされた記憶装置７４と、これら各装置からのデータを演算処理する演算装置７５と、演算装置７５に対して数値を入出力する装置７６などから構成されている。記憶装置７４にインストールされるプログラムには、管理水位を基準とした各給水ポンプの起動／停止偏差が、次の式１のように設定されている。
第ｎの給水ポンプ起動偏差  ＜  第ｎ−１の給水ポンプ起動偏差  ＜  ・・・  ＜  第２の給水ポンプ起動偏差  ＜  第１の給水ポンプ起動偏差  ＜  ０（＝管理水位）  ＜  第ｎの給水ポンプ停止偏差  ＜  第ｎ−１の給水ポンプ停止偏差  ＜  ・・・  ＜  第２の給水ポンプ停止偏差  ＜  第１の給水ポンプ停止偏差      ・・・式１  
【００３０】
ここで、ｎは２以上の整数であり、給水ポンプの台数を示す。したがって、この例では式１は次のようになる。
給水ポンプ４３起動偏差  ＜  給水ポンプ４２起動偏差  ＜  給水ポンプ４１起動偏差＜  ０（＝管理水位）  ＜  給水ポンプ４３停止偏差  ＜  給水ポンプ４２停止偏差  ＜  給水ポンプ４１停止偏差      ・・・式１
【００３１】
ここで、起動偏差とは、杭孔内における安定液の管理水位を基準として給水ポンプ毎に設定され、安定液の水位が管理水位を下回ったときに対応するポンプを起動するための値である。また、停止偏差とは、起動偏差と同様に管理水位を基準として給水ポンプ毎に設定され、安定液の水位が管理水位を上回ったときに対応するポンプを停止するための値である。これら管理水位、各起動偏差及び停止偏差は、入力装置７６を介して演算装置７５に入力され、さらに記憶装置７４へ送られて各設定値が記憶される。
【００３２】
各給水ポンプの起動／停止偏差を前記のように設定することで、１台の給水ポンプのＯＮ／ＯＦＦで排出量と供給量のバランスを容易にとることが可能となる。すなわち、水位センサ６１を使用して安定液面までの距離を測定し、制御盤７０で管理水位との偏差を演算し上記設定値と比較して各給水ポンプの動作が決定され、その動作指令が制御盤８０に制御用多重伝送線を通じて伝送され、同制御盤８０によって給水ポンプ起動盤４７内の各給水ポンプに対応した電磁接触器を作動させる。また、制御盤７０は、水位低下が速く、短時間で複数の起動偏差を下回る場合、複数の給水ポンプが同時起動とならないようにして従来型と同様に時間差をつけて起動指令を出すことにより可能となる。また、記憶装置７４は、水位センサ６１の発信する電気信号から水位を割り出し記憶する。
【００３３】
制御盤８０は、制御盤７０の通信装置７３と通信を行う通信装置８１と、給水ポンプ起動盤４７に運転指令を行う入出力接点８２などから構成されている。
【００３４】
制御盤８０は、排水中継子局あるいはプラント子局に設置されている。制御盤８０が制御盤７０とは別に設置されて２局に分かれているのは、駅周辺や都心近郊などの現場において、前述の土砂分離機、循環槽４０、給水ポンプ４１〜４３などが配置された泥水プラント設置場所と、場所打ち杭の施工位置とが離れている場合に対応するためである。
【００３５】
制御盤７０と制御盤８０は、それぞれ図示省略の無停電電源装置を介して前述の電源切換盤（図示省略）に接続されており、電源切換盤で停電時に商用電源から発電機に切り換える際の時間も安定して電源供給を受けられるようになっている。
制御盤７０は、制御用多重伝送線を介して制御盤８０に接続されている一方、排水ポンプ起動盤５２、水位センサ６１とも接続され、これらを制御可能となっている。制御盤８０は、制御盤７０の指令に基づいて連携して制御可能となっている。なお、制御盤としてＰＬＣを例に挙げて説明したがＰＣ（Personal Computer）などのコンピュータでも代替可能である。しかし、比較的大電流である動力電源を制御するため、ＰＬＣの方が、安全性、安定性が高くて好ましい。
【００３６】
次に、図３，４を用いて孔内水位安定化制御システム１の動作について説明する。図３は同給水ポンプの動作フロー図、図４は孔内水位安定化制御システムの下で給水ポンプを３連並列して設けたときの動作パターン図である。
【００３７】
図３に示すように、制御手段７は、水位センサ６１で検知した安定液の水位に基づき、管理水位に対する安定液の水位偏差を求め、この水位偏差が、給水ポンプ４１起動偏差を下回っているか否かを判定する（ステップ０１）。水位偏差が給水ポンプ４１起動偏差を下回っていれば給水ポンプ４１を起動し（ステップ０２）、ステップ０３へ移る。水位偏差が給水ポンプ４１起動偏差を下回っていなければ、給水ポンプ４１を起動することなく後述のステップ１１へ移る。
【００３８】
ステップ０２で給水ポンプ４１を起動したら、制御手段７は、給水ポンプ４１の起動後ｔ秒が経過したか否かを判定する（ステップ０３）。ｔ秒が経過していなければ、後述のステップ０９へ移る。ｔ秒が経過していればステップ０４へ移り、その時点での水位偏差を求め、この水位偏差が給水ポンプ４２起動偏差を下回っているか否かを判定する（ステップ０４）。水位偏差が給水ポンプ４２起動偏差を下回っていれば、給水ポンプ４２を起動し（ステップ０５）、ステップ０６へ移る。水位偏差が給水ポンプ４２起動偏差を下回っていなければ、給水ポンプ４２を起動することなく後述のステップ０９へ移る。
【００３９】
ステップ０５で給水ポンプ４２を起動したら、制御手段７は、給水ポンプ４２の起動後ｔ秒が経過したか否かを判定する（ステップ０６）。ｔ秒が経過していなければ、後述のステップ０９へ移る。ｔ秒が経過していればステップ０７へ移り、その時点での水位偏差を求め、この水位偏差が給水ポンプ４３起動偏差を下回っているか否かを判定する（ステップ０７）。水位偏差が給水ポンプ４３起動偏差を下回っていれば、給水ポンプ４３を起動し（ステップ０８）、ステップ０９へ移る。水位偏差が給水ポンプ４３起動偏差を下回っていなければ、給水ポンプ４３を起動することなくステップ０９へ移る。
【００４０】
そして、制御手段７は、自動給水の停止指示があったか否かを判定する（ステップ０９）。停止指示があった場合、すべての給水ポンプを停止し（ステップ１０）、処理を終了する。自動給水停止の指示がなければ、ステップ０１に処理を戻す。なお、この場合の停止指示は、例えば給水管４５などの配管の接続替えやシステムの移設時などに指示されるものであり、システム１の停止スイッチが押下されたか否かで判定することができる。
【００４１】
次に、制御手段７は、ステップ０１において再びその時点での水位偏差を求め、この水位偏差が給水ポンプ４１起動偏差を下回っているか否かを判定する。水位偏差が給水ポンプ４１起動偏差を下回っていなければ、ステップ１１へ移り、今度は水位偏差が給水ポンプ４３停止偏差を上回っているかを判定する（ステップ１１）。水位偏差が給水ポンプ４３停止偏差を上回っていれば、給水ポンプ４３を停止し（ステップ１２)、ステップ１３へ移る。水位偏差が給水ポンプ４３停止偏差を上回っていなければ、給水ポンプ４３を停止することなく前述のステップ０９へ移る。
【００４２】
ステップ１３に移ると、制御手段７は、その時点での水位偏差が給水ポンプ４２停止偏差を上回っているかを判定する（ステップ１３）。水位偏差が給水ポンプ４２停止偏差を上回っていれば、給水ポンプ４２を停止し（ステップ１４）、ステップ１５へ移る。水位偏差が給水ポンプ４２停止偏差を上回っていなければ、給水ポンプ４２を停止することなく前述のステップ０９へ移る。
【００４３】
ステップ１５に移ると、制御手段７は、その時点での水位偏差が給水ポンプ４１停止偏差を上回っているかを判定する（ステップ１５）。水位偏差が給水ポンプ４１停止偏差を上回っていれば、給水ポンプ４１を停止し（ステップ１６)、前述のステップ０９へ移る。水位偏差が給水ポンプ４１停止偏差を上回っていなければ、給水ポンプ４１を停止することなくステップ０９へ移る。
【００４４】
ステップ０９に移ると、制御手段７は、再び自動給水の停止指示があったか否かを判定する。停止指示があった場合、すべての給水ポンプを停止し（ステップ１０）、処理を終了する。自動給水停止の指示がなければ、ステップ０１に処理を戻す。以下、同様にして、自動給水の停止指示があるまで、ステップ０１〜０８及びステップ１１〜１６を繰り返し実行する。
【００４５】
なお、ステップ０３及び０６において、給水ポンプ４１又は４２の起動後所定時間（ここではｔ秒）が経過したか否かを判定するのは、次のような理由による。すなわち、一般的にこの用途で使用するポンプは直入れ起動であるため、起動の瞬間、ポンプの定格電流の４〜５倍の起動電流が流れる。仮に３台のポンプを一度に起動すると、起動電流は定格の１２〜１５倍となり、発電機の失速や、電圧低下による他の機器の動作不良の原因となる。このような不具合は、杭孔内の安定液の水位低下が速く、水位偏差が短時間で複数の起動偏差を下回る場合に起こり得る。一方、ポンプの起動電流は、２〜３秒後には定格程度にまで下がり定常運転になる。そこで、システム１では、複数台を起動する場合、２〜３秒程度の間隔を空けて複数の給水ポンプが同時起動とならないよう順次起動して、起動電流のピークを小さく抑えることで、そのような不具合を回避する。
【００４６】
次に、前記のような制御において排水ポンプ５０の排出量が変化した場合の制御手段７による具体的な制御について、図４を参照して説明する。
【００４７】
排水ポンプ５０の排出量は、排泥密度の上昇や排水管５１内の狭窄や閉塞などの要因により変動する。図４は、排出量が給水ポンプ４１〜４３の総供給能力の９５％から５％へ連続的に変化したと仮定したときの、同制御手法による安定液供給機構の追従性を示すタイムチャートである。なお、図４（Ａ）は安定液の水位の変化を示し、縦軸が安定液の水位（ｍ）、横軸が時間（ｔ）を示す。また、図４（Ｂ）は排水ポンプ５０の排出量（給水ポンプの総給水能力に対する排水能力比）の変化を示し、縦軸が排水ポンプの排出量（％）、横軸が時間（ｔ）を示す。また、図４（Ｃ）は給水ポンプ４１〜４３の動作状態を示し、縦軸が動作状態、横軸が時間（ｔ）を示す。また、ここでは説明を具体的にするために、排水ポンプ５０の排出量に応じてチャートを３つの区間Ａ，Ｂ，Ｃに分け、以下、各区間における給水ポンプの動作とそれに伴う安定液の水位の変化について区間ごとに説明する。
【００４８】
（区間Ａ：排出量６６．７％〜１００％）
区間Ａは、給水ポンプ４１〜４３による安定液の総供給能力に対する排水ポンプ５０の排出量が６６．７％〜１００％で、供給量が、給水ポンプ４１〜４３の稼働台数が２台では不足し３台では過剰となる状態である。
【００４９】
この区間Ａでは、前述のように各給水ポンプ４１〜４３が順次起動すると（図３のステップ０１〜０８）、安定液の水位は徐々に上昇し、やがて管理水位を超える。そして、水位がさらに上昇し、水位偏差が給水ポンプ４３停止偏差を上回ると給水ポンプ４３が停止する（同ステップ１１，１２）。すると、給水ポンプ４１，４２の２台が起動した状態となるが、この区間Ａでは排水ポンプ５０の排出能力が給水ポンプ４１，４２の供給量を上回るため、水位は徐々に低下し始める。
【００５０】
その後、安定液の水位は管理水位まで低下し、そこからさらに低下して、水位偏差が給水ポンプ４３起動偏差を下回る（同ステップ０７）。そうすると、給水ポンプ４３が再び起動し（同ステップ０８）、すべての給水ポンプ４１〜４３が起動した状態となる。すると、今度は給水ポンプの供給量が排水ポンプ５０の排出量を上回り、水位は再び上昇する。そして、水位偏差が給水ポンプ４３停止偏差を上回ると、給水ポンプ４３が再び停止し、水位が低下する。
【００５１】
以下、同様にして、給水ポンプ４１，４２が連続運転した状態で、給水ポンプ４３のみが起動と停止を繰り返す。このように、区間Ａでは２台の給水ポンプ４１，４２が連続運転したまま給水ポンプ４３のみが間欠運転することとなるため、目標とする管理水位に対する安定液の水位変動を従来よりも小さく抑えることができ、水位のバランスが保たれる。
【００５２】
（区間Ｂ：排出量３３．４％〜６６．６％）
区間Ｂは、給水ポンプ４１〜４３による安定液の総供給能力に対する排水ポンプ５０の排出量が３３．４％〜６６．６％で、供給量が、給水ポンプ４１〜４３の稼働台数が１台では不足し２台では過剰となる状態である。
【００５３】
この区間Ｂでは、前記区間Ａで説明したように、水位が上昇して水位偏差が給水ポンプ４３停止偏差を上回り、給水ポンプ４３が停止するところまでは区間Ａと同様であるが、区間Ｂでは、区間Ａより排出量が低下しているため、給水ポンプ４３を停止しても依然として供給量が排出量を上回り、水位は上昇し続ける（図４（Ａ）の（イ）部参照）。すると、水位偏差は給水ポンプ４２停止偏差を上回り、給水ポンプ４３に続いて給水ポンプ４２も停止する（図３のステップ１３，１４）。
【００５４】
これにより、給水ポンプ４１のみが起動している状態になるが、この状態では排出量が供給量を上回るため、水位は低下し始める。その後、水位は低下を続け、やがて給水ポンプ４２起動偏差を下回り、これにより給水ポンプ４２が再び起動する（同ステップ０４，０５）。すると、水位は再び上昇し、水位偏差が再び給水ポンプ４２停止偏差を上回ると給水ポンプ４２が停止する（同ステップ１３，１４）。こうして区間Ｂでは、給水ポンプ４３が停止したまま給水ポンプ４１が連続運転し、給水ポンプ４２が間欠運転することで、区間Ａと同様に水位のバランスが保たれる。
【００５５】
（区間Ｃ：排出量０％〜３３．３％）
区間Ｃは、給水ポンプ４１〜４３による安定液の総供給能力に対する排水ポンプ５０の排出量が０％〜３３．３％で、供給量が、給水ポンプ４１〜４３の稼働台数が０台では不足し１台では過剰となる状態である。
【００５６】
この区間Ｃでは、前記区間Ｂで説明したように、水位が上昇して水位偏差が給水ポンプ４２停止偏差を上回り、給水ポンプ４２が停止するところまでは区間Ｂと同様であるが、区間Ｃでは排出量の低下により、給水ポンプ４２を停止しても依然として供給量が排出量を上回り、水位は上昇し続ける（図４（Ａ）の（ロ）部参照）。すると、水位偏差は給水ポンプ４１停止偏差を上回り、給水ポンプ４２，４３に続いて給水ポンプ４１も停止する（図３のステップ１５，１６）。
【００５７】
これにより、すべての給水ポンプが停止した状態になるが、この状態では排出量が供給量を上回るため、水位は低下し始める。その後、水位は低下を続け、やがて給水ポンプ４１起動偏差を下回り、これにより給水ポンプ４１が再び起動する（同ステップ０１，０２）。すると、水位は再び上昇し、水位偏差が再び給水ポンプ４１停止偏差を上回ると給水ポンプ４１が停止する（同ステップ１５，１６）。このように、区間Ｃでは、給水ポンプ４２，４３は停止したまま給水ポンプ４１のみが間欠運転することで、区間Ａ及びＢと同様に水位のバランスが保たれる。
【００５８】
このように、孔内水位安定化制御システム１では、安定液の水位偏差と各給水ポンプの起動偏差及び停止偏差とに基づき、各給水ポンプの起動又は停止を制御するように構成されているので、従来のように全給水ポンプが一斉に停止することがなく、複数台の給水ポンプの稼動台数を適切に制御することができる。これにより、インバータユニットなどの高価な無段階調整用の制御機器を追加使用することなく、供給量調整能力を改善して安定液水位変動の抑制を実現し、掘削孔の孔壁崩壊を防止することができる。また、孔内水位安定化制御システム１では、前記したように、排水ポンプ５０の全流量域にわたり、給水ポンプ４１〜４３のうち少なくとも１台が間欠運転を行うことで、安定液の供給と排出のバランスを効率よく保つことができ、管理水位に対する安定液の水位変動を抑制することができる。
【００５９】
また、孔内水位安定化制御システム１では、杭孔内の安定液の水位低下が速く、短時間で複数の起動偏差を下回る場合、複数の給水ポンプが同時起動とならないように時間差をつけて起動するように制御するので、ポンプの起動電力が瞬間的に増大することによる発電機の失速や、電圧低下による他の機器の動作不良などの不具合を回避することができる。
【００６０】
また、杭掘削作業による排水密度の上昇などの要因で排水量が低下した場合、給水量と排水量のバランスを維持するためには、給水ポンプ４１〜４３の運転パターンを、２台連続運転＋１台間欠運転から、連続運転するポンプを１台減じて１台連続運転＋１台間欠運転、さらには連続運転するポンプをなくして１台のみ間欠運転に変更する必要がある。孔内水位安定化制御システム１では、各給水ポンプ４１〜４３の起動偏差及び停止偏差を、前記式１のように管理水位を基準として管理水位を挟むように設定しているので、特別な制御切替えをすることなく排水量の低下に応じて給水ポンプの運転パターンを変更することができる。これにより、安定液の供給量調整能力の改善と安定液水位変動の抑制が実現され、掘削孔の孔壁崩壊も確実に防止することができる。
【００６１】
図５は、別の実施の形態を示す。この実施の形態では、前記のような水位センサ６１に代えて水位検知電極棒又はフロートスイッチなどのセンサによる水位検知方法を用いた点、前記実施の形態で示すような制御手段７を用いない点で前記実施の形態と相違する。すなわち、図において９０は水位検知電極棒又はフロートスイッチであり、各給水ポンプ４１〜４３の起動偏差位置、停止偏差位置にその下端検知部が対応するように設置され、水位が変動するといずれかの電極棒がその水位を検知可能になっている。そして、検知した信号が直接給水ポンプ起動盤４７にある各給水ポンプ４１〜４３の駆動部に送られ、対応する各給水ポンプを個別に起動又は停止制御するように構成されている。
【００６２】
前記の構成において、孔内の安定液の水位が下がりその水位が例えば給水ポンプ４１起動偏差を検知する電極棒又はフロートスイッチ９０で検知されると、給水ポンプ起動盤４７により給水ポンプ４１が起動される。また、水位が上がりその水位が給水ポンプ４１の停止偏差を検知する電極棒又はフロートスイッチ９０で検知されると、給水ポンプ起動盤４７により給水ポンプ４１が停止される。このように起動偏差又は停止偏差ごとに設置した電極棒又はフロートスイッチ９０による水位検知により、それぞれのポンプを起動又は停止させるものであり、この場合の水位検知方法によっても前記実施の形態と同様の作用効果を期待することが可能である。
【００６３】
したがって、給水ポンプ起動盤４７に対し、前記のような複数台の給水ポンプの同時起動を防止する措置（例えばタイマなど）を講じ、個別起動又は個別停止機構を備えれば、図９に示した従来の簡素な安定液自動供給設備を備えたシステムにも十分に適用可能であるのに加え、地中連続壁工法に比べて工事規模が小さく施工期間が短いことが多い場所打ちコンクリート杭の施工でも、インバータユニットなどの高価な無段階調整用の制御機器を追加する必要がなく、現状の設備構成に大きな変更を必要としない安価な機器で水位維持性能の向上を図ることができる。
【００６４】
なお、上記実施の形態はあくまでも好ましい一例であり、この発明は特許請求の範囲に記載した範囲内であれば細部の設計等は任意に変更、修正が可能であることは言うまでもない。例えば、上記実施の形態では給水ポンプが３台である場合を例示して説明したが、給水ポンプの台数としてはこれに限らず、例えば２台や４台以上であってもよい。いずれにしても、各給水ポンプの起動偏差及び停止偏差が前述の式１の関係を満たすように設定され、この起動偏差及び停止偏差に基づいて各ポンプの起動又は停止が制御されればよい。
【符号の説明】
【００６５】
１  孔内水位安定化制御システム
４  供給手段
４０  循環槽
４１，４２，４３  給水ポンプ
４５  給水管（供給経路）
４６  集合管        
４７  給水ポンプ起動盤（起動・停止手段）
５  排出手段
５０  排水ポンプ
６  水位検知手段
７  制御手段
７０  制御盤（親局）
８０  制御盤（子局）
９０  水位検知電極棒又はフロートスイッチ（センサ）
【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】
2019007261.tif 000009
【図８】
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【図９】
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