(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既に地盤に圧入された杭から反力を得る圧入機と、
前記圧入機によって管状杭を地中に圧入する際に、前記管状杭の内側の計測面の高さを繰り返し計測する高さ計測装置と、を備え、
前記高さ計測装置は、
基面から前記計測面へと吊り下げられる錘と、
前記錘を吊り下げるワイヤーと、
前記ワイヤーが巻き付けられる回転部と、
前記回転部を回転駆動させる駆動部と、
前記駆動部を制御して前記回転部に巻き付けられたワイヤーを巻き下げる巻き下げ動作および前記回転部にワイヤーを巻き上げる巻き上げ動作をさせる制御部と、
前記駆動部に生じるトルクを計測するトルク計測部と、
前記ワイヤーの巻き下げ量に基づいて前記基面から前記計測面までの距離を計測する距離計測部と、
前記トルク計測部により予め設定されたトルクの変化が計測されたことに応じて前記距離計測部により計測された距離を取得し、当該取得した距離に基づいて前記計測面の高さを演算する高さ演算部と、
を備え、
前記高さ計測装置は前記管状杭の天端および打ち下げ装置の少なくとも一方に着脱可能である、圧入システム。
【請求項２】
前記高さ演算部は、前記基面の高さから前記取得した距離を差し引いた値を、前記計測面の高さとして演算する、
請求項１に記載の圧入システム。
【請求項３】
前記制御部は、前記トルク計測部により予め設定されたトルクの変化が計測された場合に、前記駆動部に所定量巻き上げ動作をさせた後に、再度巻き下げ動作をさせる、
請求項１または請求項２に記載の圧入システム。
【請求項４】
前記ワイヤーには、前記巻き下げ動作および前記巻き上げ動作が行われた状態において前記回転部と前記錘との間に位置する他の錘が取り付けられる、
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の圧入システム。
【請求項５】
前記高さ計測装置は設置部をさらに備え、
前記設置部を介して前記回転部および前記駆動部が前記管状杭の天端および前記打ち下げ装置の少なくとも一方に取り付けられる、請求項１から４のうちいずれか１項に記載の圧入システム。
【請求項６】
既に地盤に圧入された杭から反力を得る圧入機と、
前記圧入機によって管状杭を地中に圧入する際に、前記管状杭における管内土の閉塞状態を評価する閉塞状態評価装置と、を備え、
前記閉塞状態評価装置は、
基面から前記管状杭内の管内土上面へと吊り下げられる錘と、前記錘を吊り下げるワイヤーと、前記ワイヤーが巻き付けられる回転部と、前記回転部を回転駆動させる駆動部と、前記駆動部を制御して前記回転部に巻き付けられたワイヤーを巻き下げる巻き下げ動作および前記回転部にワイヤーを巻き上げる巻き上げ動作をさせる制御部と、前記駆動部に生じるトルクを計測するトルク計測部と、前記ワイヤーの巻き下げ量に基づいて前記基面から前記管内土上面までの距離を計測する距離計測部と、前記駆動部により前記ワイヤーを巻き下げて、前記トルク計測部により予め設定されたトルクの変化が計測されたことに応じて前記距離計測部により計測された距離を取得し、当該取得した距離に基づいて前記管内土上面の高さを演算する高さ演算部と、を備える高さ計測部と、
前記管状杭の貫入長を計測する貫入長計測部と、
前記管内土上面高さ計測部により計測された管内土上面高さの変化と前記貫入長計測部により計測された貫入長の変化とに基づいて、前記管状杭における管内土の閉塞状態を評価する閉塞状態評価部と
を備える、圧入システム。
【請求項７】
管状杭の天端および打ち下げ装置の少なくとも一方に着脱可能な計測装置を用いて、既に地盤に圧入された杭から反力を得る圧入機によって前記管状杭を地中に圧入する際に、前記管状杭の内側の計測面の高さを繰り返し計測する高さ計測方法であって、
ワイヤーにより基面から前記計測面へ吊り下げられた錘を駆動部により巻き上げ動作および巻き下げ動作をすることにより、前記錘を前記計測面に対して上下方向に動作させるステップと、
前記駆動部に生じるトルクを計測するステップと、
計測されたトルクが予め設定されたトルクの変化が計測されたことに応じて、前記ワイヤーの巻き下げ量に基づいて前記基面から前記計測面までの距離を取得するステップと、  取得した距離に基づいて前記計測面の高さを演算するステップと
を有する高さ計測方法。
【請求項８】
既に地盤に圧入された杭から反力を得る圧入機によって管状杭を地中に圧入する際に、前記管状杭における管内土の閉塞状態を評価する閉塞状態評価方法であって、
ワイヤーにより基面から前記管状杭内の管内土上面へ吊り下げられた錘を駆動部により巻き上げ動作および巻き下げ動作をすることにより、前記錘を前記管状杭内の管内土上面に対して上下方向に動作させるステップと、
前記駆動部に生じるトルクを計測するステップと、
計測されたトルクが予め設定されたトルクの変化が計測されたことに応じて、前記ワイヤーの巻き下げ量に基づいて前記基面から前記管状杭内の管内土上面までの距離を取得するステップと、
取得した距離に基づいて前記管状杭内の管内土上面の高さを演算するステップと、
前記管状杭の貫入長を計測するステップと、
演算された管内土上面高さの変化と計測された貫入長の変化とに基づいて、前記管状杭における管内土の閉塞状態を評価するステップと
を有する閉塞状態評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧入システム、高さ計測方法、および閉塞状態評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
管状杭を地盤に設置する施工において、管状杭内の管内土と管状杭とが一体となる閉塞現象が生ずる場合があり、閉塞状態が進行するほど管状杭における先端抵抗が増加する。閉塞状態の増加は、地盤に設置された管状杭の支持力を増加させる利点がある一方で、管状杭を地盤内に設置するために大きな力が必要となり、施工の効率を低下させるという不利益がある。管内の閉塞状態を把握するためには、管内土の上面高さの情報を用いることが有効であると考えられている。
【０００３】
従来において、管内土の上面高さを計測する技術として、管状杭の杭天端にワイヤー式ストロークセンサを設置し、ワイヤー先端に取り付けた錘の着地点に基づいて管内土の上面高さを計測することが行われている。また、管内土の上面高さを計測する他の技術として、管状杭の杭天端にレーザー距離計を設置して管内土の上面高さを計測することが行われている。
【０００４】
さらに、従来においては、下記の特許文献１に記載されているように、鋼管杭に光波距離計を取り付けて管内土の上面高さを計測することが行われている。さらに、従来においては、下記の非特許文献１に記載されているように、埋め立て工事における深度管理のために、ワイヤーに取り付けた錘を上下動させて、動滑車の移動により着地を判定し、エンコーダのワイヤー繰り出し量を計測して深度を計測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２３０２３４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＮＥＴＩＳ新技術情報提供システム、技術名称「ポータブルオートレッド（KTK-140003-A）」［平成27年5月1日検索］、インターネット（URL:http://www.netis.mlit.go.jp/NetisRev/Search/NtDetail1.asp?REG_NO=KTK-140003）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したワイヤー式ストロークセンサを用いる技術では、管内土の表面が柔軟な状態である場合には、錘が地中に埋まるために管内土の上面高さの計測精度を高くすることができない可能性がある。また、地中に錘が埋まるために錘が回収できない可能性がある。また、上述したレーザー距離計を用いる技術では、管内土の上面に水面が形成されている場合にはレーザーが水面において反射してしまうために管内土の上面高さの計測精度を高くすることができない可能性がある。
【０００８】
さらに、特許文献１に記載された技術では、上述したレーザー距離計を用いた技術と同様に管内土の上面高さの計測精度を高くすることができない可能性がある。また、特許文献１に記載された技術では、光波距離計により出力された光が管状杭の内壁に反射する可能性があり、管内土の上面高さの計測精度が低下する可能性があった。特許文献１に記載された技術において、管内土の上面高さの計測精度を維持するためには、管内土の上面から所定距離内に光波距離計を設ける必要があるが、管状杭の施工が進むごとに設置位置を変更する必要がある。
【０００９】
さらに、非特許文献１に記載された技術は、錘およびワイヤーを支持する計測装置を地盤に対して水平に設置しなければならないという制約がある。これに対し、管状杭を設置するためには、横倒しになった管状杭に装置を取り付ける作業を行う必要があり、また、打設等の施工において管状杭が振動する状況において管内土の上面高さの計測を行う必要がある。したがって、非特許文献１に記載された技術では、装置の取り付け作業が困難であるばかりか、打設等により管状杭を設置している最中に高い精度で管内土の上面高さの計測を行うことができない可能性があった。
【００１０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、高い精度で計測面の高さを計測することができる高さ計測装置および方法、並びに、閉塞状態評価装置および方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明の一態様は、基面から計測面へと吊り下げられる錘と、前記錘を吊り下げるワイヤーと、前記ワイヤーが巻き付けられる回転部と、前記回転部を回転駆動させる駆動部と、前記駆動部を制御して前記回転部に巻き付けられたワイヤーを巻き下げる巻き下げ動作および前記回転部にワイヤーを巻き上げる巻き上げ動作をさせる制御部と、前記駆動部に生じるトルクを計測するトルク計測部と、前記ワイヤーの巻き下げ量に基づいて前記基面から前記計測面までの距離を計測する距離計測部と、前記トルク計測部により予め設定されたトルクの変化が計測されたことに応じて前記距離計測部により計測された距離を取得し、当該取得した距離に基づいて前記計測面の高さを演算する高さ演算部と、を備える、高さ計測装置である。
【００１２】
（２）本発明の一態様は、上述の高さ計測装置であって、前記高さ演算部は、前記基面の高さから前記取得した距離を差し引いた値を、前記計測面の高さとして演算する。
【００１３】
（３）本発明の一態様は、上述の高さ計測装置であって、前記制御部は、前記トルク計測部により予め設定されたトルクの変化が計測された場合に、前記駆動部に所定量巻き上げ動作をさせた後に、再度巻き下げ動作をさせる。
【００１４】
（４）本発明の一態様は、上述の高さ計測装置であって、前記ワイヤーには、前記巻き下げ動作および前記巻き上げ動作が行われた状態において前記回転体と前記錘との間に位置する他の錘が取り付けられる。
【００１５】
（５）本発明の一態様は、基面から管状杭内の管内土上面へと吊り下げられる錘と、前記錘を吊り下げるワイヤーと、前記ワイヤーが巻き付けられる回転部と、前記回転部を回転駆動させる駆動部と、前記駆動部を制御して前記回転部に巻き付けられたワイヤーを巻き下げる巻き下げ動作および前記回転部にワイヤーを巻き上げる巻き上げ動作をさせる制御部と、前記駆動部に生じるトルクを計測するトルク計測部と、前記ワイヤーの巻き下げ量に基づいて前記基面から前記管内土上面までの距離を計測する距離計測部と、前記駆動部により前記ワイヤーを巻き下げて、前記トルク計測部により予め設定されたトルクの変化が計測されたことに応じて前記距離計測部により計測された距離を取得し、当該取得した距離に基づいて前記管内土上面の高さを演算する高さ演算部と、を備える高さ計測部と、前記管状杭の貫入長を計測する貫入長計測部と、前記管内土長計測部により計測された管内土上面高さと前記貫入長計測部により計測された貫入長とに基づいて、前記管状杭における管内土の閉塞状態を評価する閉塞状態評価部とを備える、閉塞状態評価装置である。
【００１６】
（６）本発明の一態様は、ワイヤーにより基面から計測面へ吊り下げられた錘を駆動部により巻き上げ動作および巻き下げ動作をすることにより、前記錘を前記計測面に対して上下方向に動作させるステップと、前記駆動部に生じるトルクを計測するステップと、計測されたトルクが予め設定されたトルクの変化が計測されたことに応じて、前記ワイヤーの巻き下げ量に基づいて前記基面から前記計測面までの距離を取得するステップと、取得した距離に基づいて前記計測面の高さを演算するステップとを有する高さ計測方法である。
【００１７】
（７）本発明の一態様は、ワイヤーにより基面から管状杭内の管内土上面へ吊り下げられた錘を駆動部により巻き上げ動作および巻き下げ動作をすることにより、前記錘を前記管状杭内の管内土上面に対して上下方向に動作させるステップと、前記駆動部に生じるトルクを計測するステップと、計測されたトルクが予め設定されたトルクの変化が計測されたことに応じて、前記ワイヤーの巻き下げ量に基づいて前記基面から前記管状杭内の管内土上面までの距離を取得するステップと、取得した距離に基づいて前記管状杭内の管内土上面の高さを演算するステップと、前記高さ計測部により演算された前記管内土上面の高さと前記管状杭の貫入長とに基づいて、前記管状杭の管内土上面高さを演算する管内土上面高さ計測部と、前記管状杭の貫入長を計測するステップと、演算された管内土上面高さと計測された貫入長とに基づいて、前記管状杭における管内土の閉塞状態を評価するステップとを有する閉塞状態評価方法である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一態様によれば、高い精度で計測面の高さを計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明を適用した実施形態の鋼管施工システムにおいて地中に設置される鋼管矢板１の構成を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。
【図２】本発明を適用した管内土計測装置１００の構成図である。
【図３】本発明を適用した実施形態の鋼管施工システムの構成を示す図である。
【図４】本発明を適用した実施形態に係る鋼管施工システムにおける管内土計測装置１００の機能的な構成を示すブロック図である。
【図５】本発明を適用した実施形態に係る鋼管施工システムにおける管内土計測装置１００の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】鋼管矢板１内が閉塞していない状態を説明するための図であり、（ａ）は鋼管矢板１と計測面Ｇ＃の高さとの関係を示し、（ｂ）は、鋼管矢板１を貫入したときの鋼管矢板１と計測面Ｇ＃との関係を示す。
【図７】鋼管矢板１内が閉塞している状態を説明するための図であり、（ａ）は鋼管矢板１と計測面Ｇ＃の高さとの関係を示し、（ｂ）は、鋼管矢板１を貫入したときの鋼管矢板１と計測面Ｇ＃との関係を示す。
【図８】本発明を適用した鋼管施工システムにおいて表示する情報の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を適用した高さ計測装置および方法、並びに、閉塞状態評価装置および方法を、図面を参照して説明する。
図１は本発明を適用した実施形態の鋼管施工システムにおいて地中に設置される鋼管矢板１の構成を示し、（ａ）は上面図であり、（ｂ）は側面図である。なお、本実施形態において、鋼管施工システムにより管状杭体の一例として鋼管矢板１を説明するが、他の形状の管状杭体や、鋼杭とは材質の異なる杭体など、他の形態の杭体であってもよい。すなわち、鋼管施工システムにより地中に設置される管状杭体は、地中に設置される施工中に、管内土と一体となって閉塞と呼ばれる現象を生じうるようなものであればよい。
【００２１】
鋼管矢板１は、図１（ａ）に示すように、前方継手部１１ａと、後方継手部１１ｂと、管状部１２とを備える。管状部１２は、円筒状に成型された鋼材である。管状部１２は、管状部１２の内部の管内空間１ａ上に、後述する管内土計測装置１００が配設される。管状部１２の外壁には、前方継手部１１ａおよび後方継手部１１ｂが設置される。前方継手部１１ａは、後述する圧入機本体２００による鋼管矢板１の圧入方向（Ｘ方向）における前方側（＋Ｘ方向側）に配置される。後方継手部１１ｂは、後述する圧入機本体２００により鋼管矢板１の圧入方向（Ｘ方向）における後方側（−Ｘ方向側）に配置される。
【００２２】
前方継手部１１ａは、上面から見て略Ｃ字状に形成されている。後方継手部１１ｂは、上面から見て略Ｔ字状に形成されている。鋼管矢板１の前方継手部１１ａは、鋼管矢板１の圧入方向に設置される鋼管矢板１の後方継手部１１ｂと嵌合される。前方継手部１１ａにおける略Ｃ字状の開口部には、鋼管矢板１の圧入方向に設置される鋼管矢板１の後方継手部１１ｂが嵌合される。これにより、複数の鋼管矢板１は、鋼管矢板１の圧入方向において互いに嵌合されて、一体の壁体を形成する。
【００２３】
図２は、本発明を適用した管内土計測装置１００の構成図である。管内土計測装置１００は、計測面Ｇ＃の高さＴ３を計測し、計測面Ｇ＃の高さＴ３に基づいて管内土長Ｄおよび鋼管矢板１内の閉塞状態を評価する。計測面Ｇ＃の高さＴ３は、鋼管矢板１内における地盤の高さである。管内土長Ｄとは、計測面Ｇ＃の高さＴ３の位置から管状部１２の杭先端１２Ｂの高さＴ２までの距離である。管内土計測装置１００は、設置部１０２と、スイベル１０４と、回転リール部（回転部）１０６と、モーター部（駆動部）１０８と、ワイヤー部１１０と、乱巻防止用錘１１２と、計測用錘１１４と、駆動制御部１１６とを備える。
【００２４】
設置部１０２は、管状部１２に取り付け可能な機構を有する。設置部１０２は、例えば、鋼管矢板１における杭天端１２Ａに設置される。設置部１０２は、鋼管矢板１に対して着脱可能な構成であることが望ましい。これにより、管内土計測装置１００は、管内土計測装置１００により圧入される鋼管矢板１が追加される度に、新たな鋼管矢板１に取り付けることができる。設置部１０２の略中央部には、ワイヤー部１１０が上方から下方に吊り下げられるための穴部が形成されている。
【００２５】
なお、図２に示す一例は、杭天端１２Ａに管内土計測装置１００を取り付けているが、圧入施工以外の施工により鋼管矢板１を設置する場合には、杭天端１２Ａ以外の位置に設置してもよい。また、管内土計測装置１００は、鋼管矢板１に取り付ける形態ではなく、鋼管矢板１の打ち下げ装置に取り付けられてもよい。打ち下げ装置とは、後述するチャック２１０に代わって鋼管矢板１を地中に設置する終盤において鋼管矢板１の上方から下方に押し込む機構である。
【００２６】
スイベル１０４は、回転リール部１０６に接続されたワイヤー部１１０と、管状部１２内に吊り下げられるワイヤー部１１０とを水平方向に回転可能に接続する接続部品である。スイベル１０４は、内部にワイヤー部１１０を通過させる中空型のものである。なお、スイベル１０４は、鋼管矢板１を回転させながら圧入する場合には設置する必要があるが、鋼管矢板１を回転させない場合には設置していなくてもよい。また、スイベル１０４は、略中央の中空部にジェットノズルを貫通させて、鋼管矢板１の管内空間１ａにウォータージェットを噴射させる工法においても使用することもできる。
【００２７】
回転リール部１０６は、スイベル１０４を介してワイヤー部１１０に接続され、ワイヤー部１１０が巻き付けられる。回転リール部１０６は、モーター部１０８の駆動力が伝達されることにより回転して、ワイヤー部１１０を巻き下げまたは巻き上げ動作を行う。回転リール部１０６は、ワイヤー部１１０を下方に巻き下げる巻き下げ動作と、ワイヤー部１１０を上方（−Ｚ方向）に巻き上げる巻き上げ動作との間で動作が切り替えられる。モーター部１０８は、回転リール部１０６に回転トルクを与える回転モーターである。モーター部１０８は、駆動制御部１１６の制御に従って、回転の開始および停止、回転方向の切り替えを行う。
【００２８】
ワイヤー部１１０の下方側の端部には、計測用錘１１４が取り付けられる。計測用錘１１４は、回転リール部１０６による巻き下げ動作および巻き上げ動作により、鋼管矢板１内の地盤表面である計測面Ｇ＃に対して上下方向に移動される。また、ワイヤー部１１０には、計測用錘１１４の上方側に乱巻防止用錘１１２が取り付けられる。乱巻防止用錘１１２は、計測用錘１１４が上下方向に移動されることによりワイヤー部１１０が撓んでワイヤー部１１０が回転リール部１０６により乱巻されることを抑制する。
【００２９】
図３は、本発明を適用した実施形態の鋼管施工システムの構成を示す図である。鋼管施工システムは、圧入機本体２００と、パワーユニット（ＰＵ）とを備える。圧入機本体２００は、鋼管矢板１を地中に圧入する。パワーユニットは、圧入機本体２００が油圧により鋼管矢板１を圧入する動力を与える動作を行う。なお、本発明を適用した鋼管施工システムは、鋼管矢板１を地盤Ｇに圧入して鋼管矢板１を地中に設置するものについて説明するが、本発明は鋼管矢板１を圧入する以外の手法により鋼管矢板１を地中に設置する打設等の工法であっても適用可能であることは勿論である。
【００３０】
圧入機本体２００は、複数のクランプ２０２と、サドル２０４と、スライドフレーム２０６と、リーダマスト２０８と、チャック２１０と、チャックフレーム２１２と、メインシリンダ２１４とを備える。また、圧入機本体２００は、貫入長計測部２２０を備える。
【００３１】
複数のクランプ２０２は、既に地盤Ｇに圧入された複数の鋼管矢板１（以下、完成杭１Ｒとも記載する。）の杭天端１２Ａ付近から所定高さまでの管状部１２を掴む。複数のクランプ２０２により複数の完成杭１Ｒを掴むことにより、圧入機本体２００により鋼管矢板１を地盤Ｇに圧入するための反力基盤を形成する。複数のクランプ２０２は、圧入施工が進むにつれて、圧入施工の進行方向の他の完成杭１Ｒを掴む。
【００３２】
サドル２０４は、複数のクランプ２０２と接続される。サドル２０４は、複数のクランプ２０２を完成杭１Ｒに取り付ける基盤となる。
【００３３】
スライドフレーム２０６は、サドル２０４に対して圧入施工の進行方向およびその逆方向に動作する。これにより、スライドフレーム２０６は、圧入機本体２００により地盤Ｇに圧入しようとする鋼管矢板１（以下、圧入杭１Ａと記載する。）を圧入施工の進行方向およびその逆方向において位置決めするように動作する。さらに具体的には、スライドフレーム２０６は、完成杭１Ｒのうち、圧入施工の進行方向の端部（＋Ｘ方向の端部）に圧入施工が完了した完成杭における前方継手部１１ａと嵌合するように、圧入杭１Ａの後方継手部１１ｂの位置（Ｘ方向位置およびＹ方向位置の双方）を決める。
【００３４】
リーダマスト２０８は、圧入杭１Ａを上下方向（Ｚ方向）に移動させるためのガイドとして機能する。また、リーダマスト２０８は、スライドフレーム２０６の動作に従って圧入施工の進行方向およびその逆方向に移動される。リーダマスト２０８の内部には、貫入長計測部２２０が収容される。
【００３５】
チャック２１０は、圧入杭１Ａの管状部１２を掴む。チャックフレーム２１２は、チャック２１０の上側（−Ｚ方向側）に配設され、メインシリンダ２１４により与えられた動力によってチャック２１０を上下方向に移動させる。
【００３６】
メインシリンダ２１４は、圧入杭１Ａを下方向（＋Ｚ方向）に移動させ、圧入杭１Ａを地盤Ｇに圧入させる動力を発生させる油圧シリンダである。メインシリンダ２１４は、パワーユニットの制御に従って圧入杭１Ａを上下方向に移動させる。
【００３７】
貫入長計測部２２０は、時間的に連続してリーダマスト２０８の上下方向（Ｚ方向）の位置を検出する。これにより、貫入長計測部２２０は、チャック２１０の上下方向のストローク量を検出する。チャック２１０の上下方向のストローク量は、圧入杭１Ａの貫入長に相当する。貫入長計測部２２０は、ＣＰＵ等の制御装置を備える。制御装置は、リーダマスト２０８の上下方向の位置の変化に基づいて、地盤Ｇに圧入杭１Ａを圧入する圧入ストロークか、地盤Ｇから圧入杭１Ａを引き抜く引き抜きストロークかを判定する。制御装置は、時間的に連続して供給されるリーダマスト２０８の上下位置の変化を積分して圧入ストローク量、または引き抜きストローク量を演算する。制御装置は、圧入ストローク量と引き抜きストローク量とを加算して、鋼管矢板１の貫入長を演算する。鋼管矢板１の貫入長は、チャック２１０により圧入杭１Ａを掴んで−Ｚ方向に移動させた距離である。図２に示した例において、貫入長Ｚは、例えば、地盤Ｇの高さＴ０から鋼管矢板１の杭先端の高さＴ２までの距離である。
【００３８】
この圧入機本体２００により圧入杭１Ａを地盤Ｇに圧入する際に、圧入杭１Ａの杭天端１２Ａには、管内土計測装置１００が設置される。鋼管施工システムは、圧入機本体２００により圧入杭１Ａを圧入しながら、管内土計測装置１００により計測面Ｇ＃の高さＴを計測する。
【００３９】
図４は、本発明を適用した実施形態に係る鋼管施工システムにおける管内土計測装置１００の機能的な構成を示すブロック図である。
管内土計測装置１００は、上述した構成に加えて、モーター部１０８と接続されたトルク計測部１１８と、駆動制御部１１６と接続された距離計測部１２０と、貫入長計測部２２０と接続された演算部１２２と、表示部１２４とを備える。
【００４０】
トルク計測部１１８は、モーター部１０８における回転リール部１０６の駆動トルクを計測する。モーター部１０８における駆動トルクは、巻き下げ動作および巻き上げ動作における駆動トルクに対し、計測用錘１１４と計測面Ｇ＃との接触に応じて変化する。モーター部１０８における駆動トルクは、例えば、巻き下げ動作において計測用錘１１４が下方（−Ｚ方向）に移動されて計測面Ｇ＃に接触することに応じて低くなる。また、モーター部１０８における駆動トルクは、例えば、巻き上げ動作において計測用錘１１４が上方（−Ｚ方向）に移動されて計測面Ｇ＃に接触していた計測用錘１１４が計測面Ｇ＃から離間することに応じて高くなる。
【００４１】
距離計測部１２０は、駆動制御部１１６におけるワイヤー部１１０の巻き下げ距離を計測する。距離計測部１２０は、例えば駆動制御部１１６に内蔵されたエンコーダからの回転回数の出力に基づいてワイヤー部１１０の巻き下げ距離を計測する。
【００４２】
演算部１２２は、各種の演算を行う。演算部１２２は、演算回路および制御回路としてのＣＰＵ（Central  Processing  Unit）等のプロセッサが、メモリに記憶されたプログラムを実行することで機能するソフトウェア機能部であってもよいし、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。演算部１２２には、貫入長計測部２２０により計測された圧入杭１Ａの貫入長、トルク計測部１１８により計測されたモーター部１０８の駆動トルク、および距離計測部１２０により計測されたワイヤー部１１０の巻き下げ距離が供給される。
【００４３】
演算部１２２は、モーター部１０８の駆動トルクの変化に応じてワイヤー部１１０の巻き下げ距離を取得する。演算部１２２は、巻き下げ距離に基づいて、管内土の上面高さＴ３を演算する。ここで、図２に示したように、管内土計測装置１００の巻き下げ距離Ｄ０は回転リール部１０６の回転回数に基づいて計測される。また、回転リール部１０６の位置Ｔ４から地盤Ｇの高さＴ０（基面）までの距離は既知であり、巻き下げ距離Ｄ０から回転リール部１０６の位置Ｔ４から地盤Ｇの高さＴ０までの距離を差し引くことによって地盤Ｇの高さＴ０に対する計測面Ｇ＃の高さＴ３を演算することができる。なお、基面は、地盤Ｇの高さであってもよく、鋼管矢板１の杭天端の高さＴ１であってもよい。
【００４４】
演算部１２２は、例えば、計測面Ｇ＃の高さＴ３から鋼管矢板１の杭先端の高さＴ２を引くことにより管内土長Ｄを求める。
【００４５】
演算部１２２は、演算された管内土長Ｄと貫入長計測部２２０により計測された鋼管矢板１の貫入長Ｚとに基づいて、鋼管矢板１内における閉塞状態を評価する（閉塞状態評価部）。具体的には、演算部１２２は、鋼管矢板１の貫入長Ｚの変化と管内土長Ｄの変化との比を、閉塞状態の度合いとして演算し、その演算値を評価する。
【００４６】
表示部１２４は、例えば圧入機本体２００に設けられた液晶ディスプレイ等からなる。表示部１２４は、演算部１２２による評価結果を表示させる。表示部１２４は、演算部１２２による評価結果として、管内土長Ｄおよび鋼管矢板１内の閉塞状態などの情報を表示させる。
【００４７】
以下、上述した鋼管施工システムにおける計測面Ｇ＃の高さＴなどを計測する処理について具体的に説明する。図５は、本発明を適用した実施形態に係る鋼管施工システムにおける管内土計測装置１００の処理手順を示すフローチャートである。
【００４８】
管内土計測装置１００は、鋼管施工システムにより鋼管矢板１を地盤Ｇに設置する施工を行っている最中に、ワイヤー部１１０の巻き下げ動作を行う（ステップＳ１００）。管内土計測装置１００は、ステップＳ１００においてワイヤー部１１０の巻き下げ動作をさせている最中において、トルク計測部１１８により計測された駆動トルクが所定の閾値を下回ったか否かを判定する（ステップＳ１０２）。所定の閾値は、計測用錘１１４が計測面Ｇ＃に接触したことに応じてモーター部１０８における駆動トルクが変動しうる量についての実験結果に基づいて設定されている。管内土計測装置１００は、駆動トルクが所定の閾値を下回ったと判定した場合にはステップＳ１２０およびＳ１０４に処理を進め、駆動トルクの変化が所定の閾値を下回っていないと判定した場合にはステップＳ１００に処理を戻す。
【００４９】
管内土計測装置１００は、ステップＳ１２０において、ワイヤー部１１０の巻き上げ動作を行う（ステップＳ１２０）。管内土計測装置１００は、予め設定された距離だけ計測用錘１１４を巻き上げ動作させる。管内土計測装置１００は、ステップＳ１２０においてワイヤー部１１０の巻き上げ動作をさせている最中において、巻き上げ距離が所定の閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ１２２）。管内土計測装置１００は、巻き上げ距離が所定の閾値を超えたと判定した場合にはステップＳ１２０およびＳ１０４に処理を進め、巻き上げ距離が所定の閾値を超えていないと判定した場合にはステップＳ１２０に処理を戻す。
【００５０】
駆動制御部１１６は、ステップＳ１０２において、トルク計測部１１８により予め設定されたモーター部１０８の駆動トルクの変化が計測された場合に、モーター部１０８に所定量だけワイヤー部１１０の巻き上げ動作をさせた後に、再度ワイヤー部１１０の巻き下げ動作をさせる。これにより、管内土計測装置１００は、繰り返して計測用錘１１４を計測面Ｇ＃に接触させて、計測用錘１１４を上下動作させる繰り返し間隔において計測面Ｇ＃の高さＴ３の計測を試みる。
【００５１】
このステップＳ１０２は、ステップＳ１００を実施している期間において、計測用錘１１４が１回の上下運動を繰り返す周期に同期して判定して、ステップＳ１０２からステップＳ１１６の動作を行うことが望ましい。これにより、管内土計測装置１００は、例えば計測用錘１１４を３〜５秒の周期で上下運動をさせている最中に、当該３〜５秒の周期で計測面Ｇ＃の高さなどを演算することができる。
【００５２】
管内土計測装置１００は、上述したステップＳ１００、ステップＳ１０２、ステップＳ１２０、ステップＳ１２２の動作を繰り返して行うと共に、ステップＳ１０２においてワイヤー部１１０を巻き下げ動作させた際にトルクが閾値を下回ったことをトリガーとしてステップＳ１０４以降の処理を開始する。管内土計測装置１００は、演算部１２２により、距離計測部１２０により計測された巻き下げ距離Ｄ０を取得する（ステップＳ１０４）。これにより、管内土計測装置１００は、駆動トルクが所定の閾値を下回ったタイミングと同時または僅かな遅延時間後にワイヤー部１１０の巻き下げ距離Ｄ０を取得する。
【００５３】
演算部１２２は、ステップＳ１０４において取得されたワイヤー部１１０の巻き下げ距離Ｄ０から回転リール部１０６の位置Ｔ４から地盤Ｇの高さＴ０までの距離を差し引くことによって地盤Ｇの高さＴ０に対する計測面Ｇ＃（管内土の上面）の高さＴ３を演算する（ステップＳ１０６）。
【００５４】
演算部１２２は、計測面Ｇ＃の高さＴ３から鋼管矢板１の杭先端の高さＴ２を引くことにより管内土長Ｄを演算する（ステップＳ１０８）。
【００５５】
演算部１２２は、鋼管矢板１の貫入長Ｚの変化量と管内土長Ｄの変化量との比に基づいて、鋼管矢板１内の閉塞状態を評価する（ステップＳ１１０）。演算部１２２は、ステップＳ１０８において演算された管内土長Ｄに対応した貫入長計測部２２０により計測された鋼管矢板１の貫入長を取得する。演算部１２２は、例えば、ステップＳ１０２において駆動トルクが所定の閾値を下回ったと判定したタイミングまたはその直後において貫入長計測部２２０により計測された鋼管矢板１の貫入長を取得する。
【００５６】
図６は、鋼管矢板１内が閉塞していない状態を説明するための図であり、（ａ）は鋼管矢板１と計測面Ｇ＃の高さとの関係を示し、（ｂ）は、鋼管矢板１を貫入したときの鋼管矢板１と計測面Ｇ＃との関係を示す。図７は、鋼管矢板１内が閉塞している状態を説明するための図であり、（ａ）は鋼管矢板１と計測面Ｇ＃の高さとの関係を示し、（ｂ）は、鋼管矢板１を貫入したときの鋼管矢板１と計測面Ｇ＃との関係を示す。
【００５７】
図６（ａ）に示すように管内土長がＤ１である状態で、図６（ｂ）に示すように距離Ｌ１だけ圧入すると、鋼管矢板１がＬ１と同じ距離Ｌ２だけ貫入され、杭天端の高さＴ１がＴ１’、杭先端の高さＴ２がＴ２’、管内土長Ｄ１がＤ２となる。図６（ａ）と図６（ｂ）とを比較すると、計測面Ｇ＃の高さＴ３が同じであり、鋼管矢板１内が全く閉塞していない状態である。この全く閉塞状態がない状態は、下記の式（１）のように表される。
ｄＤ／ｄＬ＝１  式（１）
上記式（１）において、ｄＬは鋼管矢板１の貫入長Ｚの変化であり、ｄＤは管内土長Ｄの変化である。
【００５８】
図７（ａ）に示すように管内土長がＤ１１である状態で、図７（ｂ）に示すように距離Ｌ１１だけ圧入すると、鋼管矢板１がＬ１１と同じ距離Ｌ１２だけ貫入される。図７に示す状態は、鋼管矢板１がＬ１２だけ貫入されたことに対し、計測面Ｇ＃の上面高さＴ３が−Ｚ方向に距離Ｄ２０だけ下がる。図７（ａ）と図７（ｂ）とを比較すると、計測面Ｇ＃の高さＴが距離Ｌ１１およびＬ１２と同じ距離Ｄ２０だけ下がっており、鋼管矢板１内が完全に閉塞している状態である。この完全に閉塞している状態は、下記の式（２）のように表される。
ｄＤ／ｄＬ＝０  式（２）
上記式（２）において、ｄＬは鋼管矢板１の貫入長Ｚの変化であり、ｄＤは管内土長Ｄの変化である。完全に閉塞している状態とは、上記式（２）において、圧入機本体２００が鋼管矢板１を圧入して貫入長がｄＬだけ変化したことに応じて、鋼管矢板１内の計測面Ｇ＃の上面高さＴ３がｄＬと同じ距離のｄＤだけ下がる状態である。
【００５９】
以上より、演算部１２２は、貫入長計測部２２０により計測された貫入長Ｚの変化ｄＬに対する管内土長Ｄの変化ｄＤを演算して、鋼管矢板１内の閉塞状態を評価する。なお、図６および図７を参照して説明した鋼管矢板１を地盤Ｇに圧入した際の閉塞状態の変化は、鋼管矢板１を地盤Ｇから引き抜く際の閉塞状態の変化にも適用可能である。なお、演算部１２２は、管内土長Ｄに代えて管内土上面高さ（Ｔ３）の情報を用いて鋼管矢板１内の閉塞状態を評価してもよい。
【００６０】
演算部１２２は、ステップＳ１０６、ステップＳ１０８、およびステップＳ１１０の演算結果に基づいて表示部１２４の表示状態を更新する（ステップＳ１１２）。図８は、本発明を適用した鋼管施工システムにおいて表示する情報の一例を示す図である。演算部１２２は、管内土長Ｄの変化、および貫入長に対する計測面Ｇ＃の高さＴおよび管内土長Ｄを表示部１２４に表示させる。演算部１２２は、施工データの一例として圧入力検出部（不図示）により圧入力の変化を表示部１２４に表示させてもよい。なお、圧入力によって、地盤Ｇの土質の状態および鋼管矢板１内の土の状態が把握され、閉塞状態と圧入力との関係を把握させることができる。演算部１２２は、施工データを表示させるよう設定されていることに対応して、圧入機本体２００におけるセンサ（不図示）により出力されたセンサ信号に基づいて施工データを表示させる。
【００６１】
演算部１２２は、ステップＳ１１０において演算した閉塞状態の程度に基づいて、鋼管矢板１内の閉塞状態を通知するか否かを判定する（ステップＳ１１４）。演算部１２２は、ｄＤ／ｄＬの値が所定値よりも低いか否かを判定し、ｄＤ／ｄＬの値が所定値よりも低いと判定した場合には鋼管矢板１内の閉塞状態を通知すると判定する。演算部１２２は、ｄＤ／ｄＬの値が所定値よりも低くない場合には演算処理を終了する。所定値は、鋼管矢板１内の閉塞状態を監視する管理者により設定される。
【００６２】
演算部１２２は、鋼管矢板１内の閉塞状態を通知するように管内土長Ｄを表示させる領域１２４ａの表示形態を制御して、演算処理を終了する（ステップＳ１１６）。演算部１２２は、演算部１２２は、閉塞状態を表すｄＤ／ｄＬの値がゼロに近いほど、管内土長Ｄを表示させる領域１２４ａを強調するように表示させる。演算部１２２は、例えば、ｄＤ／ｄＬの値が所定値よりも高い場合には領域１２４ａの表示色を無色とし、ｄＤ／ｄＬの値が所定値よりも低い場合には、領域１２４ａの表示色を赤にする。また、演算部１２２は、鋼管矢板１内の閉塞状態が閉塞側であるか非閉塞側であるかのいずれかを表示させてもよい。演算部１２２は、例えば、ｄＤ／ｄＬの値が０以上であり０．５未満である場合には鋼管矢板１内の閉塞状態が閉塞側あることを表示させ、ｄＤ／ｄＬの値が０．５以上であり１以下である場合には鋼管矢板１内の閉塞状態が非閉塞側あることを表示させる。さらに、演算部１２２は、鋼管矢板１内の閉塞状態が閉塞状態と非閉塞状態との間の中間的な状態であることを表示させてもよい。さらに、演算部１２２は、中間的な状態を複数の段階的に区別して、段階的に領域１２４ａの表示形態を制御してもよい。演算部１２２は、例えば、ｄＤ／ｄＬの値が０以上であり０．３未満、０．３以上であり０．７未満、０．７以上であり１．０までの順に、次第に無色から赤色に近い色にするように制御してもよい。
【００６３】
以上説明したように、本発明を適用した実施形態に係る鋼管施工システムによれば、モーター部１０８によりワイヤー部１１０を巻き下げて、予め設定されたモーター部１０８の駆動トルクの変化が計測されたことに応じてワイヤー部１１０の巻き下げ距離を取得し、当該取得した距離に基づいて計測面Ｇ＃の高さＴを演算する。この鋼管施工システムによれば、ワイヤー部１１０を巻き下げたときのモーター部１０８の駆動トルクが変化してことにより計測面Ｇ＃の高さＴを計測しているので、高い精度で高さを計測することができる。
【００６４】
また、本発明を適用した鋼矢板圧入システムによれば、ワイヤー部１１０が巻き下げ動作および巻き上げ動作が行われた状態において回転リール部１０６と計測用錘１１４との間に位置する乱巻防止用錘１１２が取り付けられているので、計測精度を落とすことなく計測用錘１１４を上下動作させることができる。
【００６５】
また、本発明を適用した鋼矢板圧入システムによれば、計測面Ｇ＃の高さＴと鋼管矢板１の杭長とに基づいて、鋼管矢板１の管内土長Ｄを計測することができる。これにより、本発明を適用した鋼矢板圧入システムによれば、計測された鋼管矢板１の管内土長Ｄに基づいて鋼管矢板１の圧入施工における設定を修正させることができる。
【００６６】
さらに、本発明を適用した鋼矢板圧入システムによれば、鋼管矢板１の管内土長Ｄと貫入長計測部２２０により演算された貫入長とに基づいて、鋼管矢板１内の閉塞状態を評価することができる。これにより、本発明を適用した鋼矢板圧入システムによれば、鋼管矢板１内の閉塞状態に基づいて鋼管矢板１の圧入施工における設定を修正させることができる。また、本発明を適用した鋼矢板圧入システムによれば、鋼管矢板１内の閉塞状態に基づいて地盤Ｇを評価することができる。
【００６７】
上述した実施形態における演算部１２２の機能をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【００６８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６９】
１  鋼管矢板
１ａ  管内空間
１２  管状部
１２Ａ  杭天端
１００  管内土計測装置
１０２  設置部
１０４  スイベル
１０６  回転リール部
１０８  モーター部
１１０  ワイヤー部
１１２  乱巻防止用錘
１１４  計測用錘
１１６  駆動制御部
１１８  トルク計測部
１２０  距離計測部
１２２  演算部
１２４  表示部
２００  圧入機本体
２０６  スライドフレーム
２０８  リーダマスト
２１０  チャック
２１４  メインシリンダ
２２０  貫入長計測部
【図１】
0006591813.tif 000002
【図２】
0006591813.tif 000003
【図３】
0006591813.tif 000004
【図４】
0006591813.tif 000005
【図５】
0006591813.tif 000006
【図６】
0006591813.tif 000007
【図７】
0006591813.tif 000008
【図８】
0006591813.tif 000009