(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
削孔用ロッドを用いる地盤改良工における水平削孔のためにその削孔方向を制御する方法において、くさび形の先端部を具備する円筒状のロッド本体と、前記くさび形の先端部の頂点近傍における該ロッド本体外周面上にオーバーカットビットとを設け、前記先端部の真直方向からの逸れを感知しないときは、前記ロッド本体を前進駆動させつつ、前記ロッド本体の一定の方位を第１の揺動角度中心として第１の揺動角度範囲で該ロッド本体を揺動させることにより前記削孔用ロッドを直進させ、前記先端部の真直方向からの逸れを感知したことに応答して、前記ロッド本体を前進駆動させつつ、前記逸れの方向と反対側の方位を前記ロッド本体の第２の揺動角度中心として前記第１の揺動角度範囲よりも狭い第２の揺動角度範囲で該ロッド本体を揺動させることにより前記削孔用ロッドの削孔方向を修正することを特徴とする水平削孔のための方向制御方法。
【請求項２】
削孔用ロッドを用いる地盤改良工における水平削孔のためにその削孔方向を制御する方法において、くさび形の先端部を具備する円筒状のロッド本体と、前記くさび形の先端部の頂点近傍における該ロッド本体外周面上にオーバーカットビットとを設け、前記先端部の真直方向からの逸れを感知しないときは、前記ロッド本体を前進駆動させつつ、前記ロッド本体の一定の方位を揺動角度中心として所定の揺動角度範囲で該ロッド本体を揺動させることにより前記削孔用ロッドを直進させ、前記先端部の真直方向からの逸れを感知したことに応答して、前記ロッド本体を前進駆動させつつ、前記くさび形の先端部の先端面に対して前記逸れの方向からの地山反力が作用する向きに該先端面を設定することにより前記削孔用ロッドの削孔方向を修正することを特徴とする水平削孔のための方向制御方法。
【請求項３】
削孔用ロッドを用いる地盤改良工における水平削孔のためにその削孔方向を制御する方法において、くさび形の先端部を具備する円筒状のロッド本体と、該くさび形の先端部の中央から該ロッド体本体の軸に平行に高圧ジェット水を噴射可能な第１高圧ジェット水噴射ノズルと、該先端部の頂点近傍から該軸に対して斜め外方に高圧ジェット水を噴射可能な第２高圧ジェット水噴射ノズルとを設け、前記先端部の真直方向からの逸れを感知しないときは、前記ロッド本体を前進駆動させつつ、前記第１高圧ジェット水噴射ノズルから高圧ジェット水を噴射して該ロッド本体の一定の方位を揺動角度中心として所定の揺動角度範囲で該ロッド本体を揺動させることにより前記削孔用ロッドを直進させ、前記先端部の真直方向からの逸れを感知したことに応答して、前記ロッド本体を前進駆動させつつ、前記第２高圧ジェット噴射ノズルから前記逸れの方向と反対方向へ高圧ジェット水を噴射することにより前記削孔用ロッドの削孔方向を修正することを特徴とする水平削孔のための方向制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の水平削孔のための方向制御方法に用いられる削孔用ロッドであって、くさび形の先端部を具備する円筒状のロッド本体と、前記くさび形の先端部の中央から前記ロッド体本体の軸に平行に高圧ジェット水を噴射可能な第１高圧ジェット水噴射ノズルと、前記くさび形の先端部の頂点近傍から前記ロッド体本体の軸に対して斜め外方に高圧ジェット水を噴射可能な第２高圧ジェット水噴射ノズルと、前記先端部の真直方向からの逸れを感知するセンサ装置とを有することを特徴とする削孔用ロッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水平方向や斜方向への施工が可能な全方位型の高圧噴射地盤改良工法に関し、特に水平削孔における削孔方向の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地盤改良工法として、対象地盤に対して硬化材を高圧ジェット噴射することにより地盤改良体を形成する高圧噴射地盤改良工法が広く利用されている。例えば、特開平第７−３７６９号公報等に開示されている。図５は、従来の工法の一例を模式的に示す構成図である。当該工法は、垂直方向のみならず、水平方向や斜方向への施工も可能であることが知られている。このような全方向性の高圧噴射地盤改良工法においては、例えば、先ず、掘削機能を具備した多孔管ロッド１０により対象地盤に対して削孔を行い、所定深度に到達した後、多孔管ロッド１０を引き抜きつつ硬化材を噴射して地盤改良体を造成する。
【０００３】
図５（Ａ）は、削孔機能を具備する多孔管ロッド１０による削孔の様子を模式的に示した図である。この場合は、水平方向へ削孔を行っており、多孔管ロッド１０をその回転軸回りに正逆交互に回転させる揺動動作を行わせると同時に、進行方向に対して推進力を及ぼすことにより削孔を進める。このような全方位性の地盤改良工法においては、削孔精度が地盤改良体の品質を左右する重要な要素である。削孔精度とは、削孔に孔曲がりがなく真直であることをいう。
【０００４】
ところが、削孔過程において図５（Ａ）に破線矢印で示すように、対象地盤の状況により多孔管ロッド１０の先端の向きが真直方向（施工における計画線）から逸れることがある。この結果、図５（Ｂ）に示すように削孔５０の途中で孔曲がりが発生する。孔曲がりは、対象地盤６０が軟弱地盤であるときに発生しやすい。その要因としては次のようなものが考えられる。第１に軟弱地盤の場合の下方への誤差、第２に急激な地層の変化による誤差、第３に礫、玉石等によって生ずる誤差、第４に回転トルク、又は揺動トルクによって生ずる誤差である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の削孔方向の制御方法としては、対象地盤が土砂のような軟弱地盤の場合、多孔管ロッドの先端をくさび形（図５（Ａ）参照）とする方式や先端部を強制的に首振りさせる方式があった。しかしながら、センサからの信号により先端の位置を把握して、削孔方向を制御しようとした場合、従来の制御方法では、あらゆる地盤で確実に方向制御することは不可能であった。
【０００６】
以上の現状に鑑み、本発明は、軟弱地盤にも硬質地盤にも適用される高圧噴射地盤改良工法の一工程である水平削孔において、多孔管ロッドの削孔精度をリアルタイムで測定すると共に、測定結果に即座に応答して削孔方向の制御を行う方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するべく本発明は、次の構成を提供する。
（１）削孔用ロッドを用いる地盤改良工における水平削孔のためにその削孔方向を制御する方法の第１の実施形態は、次の各工程を含む。
（ａ）くさび形の先端部を具備する円筒状のロッド本体と、前記くさび形の先端部の頂点近傍における該ロッド本体外周面上にオーバーカットビットとを設ける工程。
（ｂ）前記先端部の真直方向からの逸れを感知しないときは、前記ロッド本体を前進駆動させつつ、前記ロッド本体の一定の方位を第１の揺動角度中心として第１の揺動角度範囲で該ロッド本体を揺動させることにより前記削孔用ロッドを直進させる工程。
（ｃ）前記先端部の真直方向からの逸れを感知したことに応答して、前記ロッド本体を前進駆動させつつ、前記逸れの方向と反対側の方位を前記ロッド本体の第２の揺動角度中心として前記第１の揺動角度範囲よりも狭い第２の揺動角度範囲で該ロッド本体を揺動させることにより前記削孔用ロッドの削孔方向を修正する工程。
【０００８】
（２）削孔用ロッドを用いる地盤改良工における水平削孔のためにその削孔方向を制御する方法の第２の実施形態は、次の各工程を含む。
（ａ）くさび形の先端部を具備する円筒状のロッド本体と、前記くさび形の先端部の頂点近傍における該ロッド本体外周面上にオーバーカットビットとを設ける工程。
（ｂ）前記先端部の真直方向からの逸れを感知しないときは、前記ロッド本体を前進駆動させつつ、前記ロッド本体の一定の方位を揺動角度中心として所定の揺動角度範囲で該ロッド本体を揺動させることにより前記削孔用ロッドを直進させる工程。
（ｃ）前記先端部の真直方向からの逸れを感知したことに応答して、前記ロッド本体を前進駆動させつつ、前記くさび形の先端部の先端面に対して前記逸れの方向からの地山反力が作用する向きに該先端面を設定することにより前記削孔用ロッドの削孔方向を修正する工程。
【０００９】
（３）削孔用ロッドを用いる地盤改良工における水平削孔のためにその削孔方向を制御する方法の第３の実施形態は、次の各工程を含む。
（ａ）くさび形の先端部を具備する円筒状のロッド本体と、該くさび形の先端部の中央から該ロッド体本体の軸に平行に高圧ジェット水を噴射可能な第１高圧ジェット水噴射ノズルと、該先端部の頂点近傍から該軸に対して斜め外方に高圧ジェット水を噴射可能な第２高圧ジェット水噴射ノズルとを設ける工程。
（ｂ）前記先端部の真直方向からの逸れを感知しないときは、前記ロッド本体を前進駆動させつつ、前記第１高圧ジェット水噴射ノズルから高圧ジェット水を噴射して該ロッド本体の一定の方位を揺動角度中心として所定の揺動角度範囲で該ロッド本体を揺動させることにより前記削孔用ロッドを直進させる工程。
（ｃ）前記先端部の真直方向からの逸れを感知したことに応答して、前記ロッド本体を前進駆動させつつ、前記第２高圧ジェット噴射ノズルから前記逸れの方向と反対方向へ高圧ジェット水を噴射することにより前記削孔用ロッドの削孔方向を修正する工程。
【００１１】
（４）上記（３）に記載の水平削孔のための方向制御方法に用いられる削孔用ロッドの実施形態は、次の構成要素を有する。
（ａ）くさび形の先端部を具備する円筒状のロッド本体。
（ｂ）前記くさび形の先端部の中央から前記ロッド体本体の軸に平行に高圧ジェット水を噴射可能なジェット水噴射ノズル。
（ｃ）前記くさび形の先端部の頂点近傍から前記ロッド体本体の軸に対して斜め外方に高圧ジェット水を噴射可能な第２高圧ジェット水噴射ノズル。
（ｄ）前記先端部の真直方向からの逸れを感知するセンサ装置。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の水平削孔の方向制御方法に用いる多孔管ロッド１０の一実施例を示す概略的構成図である。多孔管ロッド１０は、削孔機能を具備する削孔用ロッドであるが、同時に地盤改良体造成工程においては硬化剤等を噴射する硬化剤等噴射ロッドとしても機能する。図１（Ａ）は、多孔管ロッド１０の先端部１３近傍の斜視図である。多孔管ロッド１０は、円筒状のロッド本体１１を有する。ロッド本体１１は、その基端側に接続される図示しない駆動装置により駆動され、その軸回りに正逆いずれの方向にも回転可能でありかつ軸方向に前進後退可能である。ロッド本体１１の先端部１３は、軸に対して斜方向に切り落とされたくさび形に形成されている。さらに、くさび形先端部１３の頂点１３ａ近傍におけるロッド本体１１の外周面上にオーバーカットビット１２が設けられる。オーバーカットビット１２は、例えば、ロッド本体１１の外周面に沿って取り付けられた板状部材であり、外周面からその厚みだけ突出している。
【００１３】
さらに先端部１３の先端面１３ｂ上のほぼ中央には、ロッド本体１１内を貫通する流路の開口であって、ロッド本体１１の軸に対して平行に高圧ジェット水を噴射可能な第１高圧ジェット水噴射ノズル１４が設けられる。くさび形先端部１３の頂点１３ａの近傍であってオーバーカットビット１２の先端部分には、同様にロッド本体１１内を貫通する流路の開口であって、ロッド本体１１の軸に対して斜め外方に高圧ジェット水を噴射可能な第２高圧ジェット水噴射ノズル１６が設けられる。従って、第２高圧ジェット水噴射ノズル１６の向きは、ロッド本体１１の軸に対して斜め外向きである。
【００１４】
ロッド本体１１の先端部１３の近傍には、上述した削孔精度測定用のセンサ装置１９が設けられる。センサ装置１９は、削孔時にはリアルタイムで削孔精度に関する情報を含む信号を出力し続ける。このセンサ装置１９からの出力信号に基づいて、後述する水平削孔の方向制御方法が実行される。尚、方向制御方法の実行は、センサ装置１９が真直方向（施工の計画線）から逸れる傾向を感知した時点で、即座に開始されなければならない。
【００１５】
図１（Ｂ）は、図１（Ａ）の部分に該当する多孔管ロッド１０の側面図である。くさび形先端部１３の先端面の周囲には掘削ビット１５が設けられている。また、第１高圧ジェット水噴射ノズル１４に連通するロッド本体１１内の高圧ジェット水管２４と、第２高圧ジェット水噴射ノズル１６に連通するロッド本体１１内の高圧ジェット水管１６が破線で示されている。
【００１６】
図１（Ｃ）は、図１（Ａ）の先端部１３を先端側から見た拡大図である。ロッド本体１１内には、軸方向に複数の流路が貫通して設けられており、これらの流路はくさび形先端部の先端面１３ｂ上にて開口している。高圧ジェット水噴射ノズル１４、１６は、適宜ポンプ装置により送出される高圧ジェット水管の開口である。その他、硬化材や調整剤の送出や排泥液の回収のための他の流路、開口、ノズル等が設けられる場合もあるが、ここでは説明を省略する。
【００１７】
図１（Ｄ）は、図１（Ｂ）のＸ−Ｘ断面拡大図であり、ロッド本体１１の内部には、少なくとも高圧ジェット水管２４、２６が貫通して設けられる。
【００１８】
図１に例示したくさび形先端部１３を具備する多孔管ロッド１０を用いた水平削孔の方向制御方法として、幾つかの手法が考えられる。第１は、くさび形の角度による制御である。第２は、軸回りの揺動角度による制御である。通常、揺動角度は、中心から左右方向へ各３０°〜１２０°の範囲で調整される。揺動角度の調整には、揺動角度範囲の調整と、角度範囲の中心を軸に対してどの方位へ設定するかという揺動角度中心の調整とが含まれる。第３は、高圧ジェット水の利用による制御である。くさび形先端部１３に設けた高圧ジェット水噴射ノズルのいずれかを選択して高圧ジェット水を噴射する。第４は、多孔管ロッド１０を前進させる推力による制御である。
【００１９】
図２は、本発明による水平削孔の方向制御方法の第１の実施形態を示し、多孔管ロッド１０を先端側から見た概略図であり、揺動角度範囲及び揺動角度中心を示している。噴射ノズル等は省略している。揺動角度中心は、オーバーカットビット１２の中央すなわちくさび形先端部の頂点１３ａの位置である。図２（Ａ）は、多孔管ロッド１０の削孔精度が良好なとき、すなわち直進時の方向制御方法である。オーバーカットビット１２の中央を、例えば図示の通り１２時の方位に設定し、その設定方位を中心に左右１２０°の角度範囲でオーバーカットビット１２を揺動させる。図示しないが、このとき、多孔管ロッド１０を前進駆動する推進力も作用させる。これにより、オーバーカットビット１２が地盤を掘削する。
【００２０】
図２（Ｂ）は、多孔管ロッド１０の削孔精度が低下したとき、すなわち先端の向きが真直方向から逸れ（破線矢印）、多孔管ロッド１０が傾斜したことが感知され、それに対して修正を行う修正時の方向制御方法である。例えば、オーバーカットビット１２の中央を、図示の通り２時の方位に設定し、その設定方位を中心に左右４５°の角度範囲でオーバーカットビット１２を揺動させる。これにより逸れた方向と反対側の２時の方位の地盤が集中的に掘削されて緩み、多孔管ロッド１０が修正方向（実線矢印）へ曲がろうとし、結果的に多孔管ロッド１０が真直方向に修正される。このときも、多孔管ロッド１０を前進駆動する推進力が同時に作用している。尚、修正時の揺動角度範囲は、集中的な掘削を行うために直進時の揺動角度範囲よりも狭い範囲とする。
【００２１】
図３は、本発明による水平削孔の方向制御方法の第２の実施形態を示し、多孔管ロッド１０の先端部１３近傍の側面図である。図３（Ａ）は、多孔管ロッド１０の削孔精度が良好なとき、すなわち直進時の方向制御方法である。この場合、通常通り、軸回りの揺動と、前進駆動する推進力により直進させる。揺動をかけながら推進することで地山反力を相殺することができる。
【００２２】
図３（Ｂ）は、真直方向からの逸れ（破線矢印）が感知され、それに対して修正を行う修正時の方向制御方法である。この場合は、揺動を停止して前進駆動する推進力のみで駆動する。すると、地山の反力が多孔管ロッド１０のくさび形先端部の先端面１３ｂに作用し、多孔管ロッド１０が修正方向（実線矢印）に曲がろうとする。これにより、多孔管ロッド１０の方向が真直方向に修正される。従って、多孔管ロッドが真直方向から逸れたときその揺動を停止する際、逸れた方向から地山の反力が作用するようにくさび形先端部の先端面１３ｂの向きを設定しなければならない。
【００２３】
図４は、本発明による水平削孔の方向制御方法の第３の実施形態を示し、多孔管ロッド１０の先端部近傍の側面図である。図４（Ａ）は、多孔管ロッド１０の削孔精度が良好なとき、すなわち直進時の方向制御方法である。この場合、先端面に開口する第１高圧ジェット噴射ノズル１４から高圧ジェット水を噴射しつつかつ前進駆動する推進力も利用して前進する。尚、別の実施形態として、噴射ノズルからの噴射を停止し、前進駆動する推進力のみにより前進させることもできる。
【００２４】
図４（Ｂ）は、真直方向からの逸れ（破線矢印）が感知され、それに対して修正を行う修正時の方向制御方法である。この場合は、第２高圧ジェット水噴射ノズル１６を、逸れた方向に対して反対側の方位に設定した上で高圧ジェット水噴射を行う。これにより斜め外方へ高圧ジェット水が噴射され、この噴射された側の地盤が緩むことにより、多孔管ロッド１０が修正方向へ曲がろうとする。これにより、多孔管ロッド１０が真直方向に修正される。尚、多孔管ロッド１０を前進駆動する推進力も同時に作用している。
【００２５】
以上に説明した第１〜第３の実施形態における各制御方法を、施工を行うにあたり適宜組み合わせてあるいは適宜互いに切り替えて実施することもできる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明による水平掘削における方向制御方法によれば、センサ装置により多孔管ロッドの先端部の逸れが感知された場合、逸れた方向と反対側へ先端部が向くように地盤反力を受けるようにすることにより、あるいは、逸れた方向と反対側の地盤を集中的に掘削して緩くすることにより、先端部を真直方向へ復帰させるように制御することができる。加えて、制御後の直進性の維持に優れている。
【００２７】
本発明による方向制御方法は、削孔精度の低下が感知されると、直ちに多孔管ロッドの方位制御、揺動制御若しくは高圧ジェット水噴射制御又はこれらを組み合わせた制御を行うことができる。
【００２８】
本発明による方向制御方法は、対象地盤の状況に急激な変化があっても対応することができる。すなわち、軟弱地盤にも硬質地盤にも適用可能である。また、高価な制御装置や制御システムを必要とせず低コストで実行できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水平削孔の方向制御方法に用いる多孔管ロッドの一実施例を示す概略的構成図である。（Ａ）は多孔管ロッド先端部近傍の斜視図であり、（Ｂ）は側面図であり、（Ｃ）は先端側から見た拡大図であり、（Ｄ）は（Ｂ）のＸ−Ｘ拡大断面図である。
【図２】本発明による水平削孔の方向制御方法の第１の実施形態を示し、多孔管ロッドを先端側から見た概略図であり、（Ａ）は直進時の制御方法、（Ｂ）は修正時の制御方法である。
【図３】本発明による水平削孔の方向制御方法の第２の実施形態を示し、多孔管ロッドの先端部近傍の側面図であり、（Ａ）は直進時の制御方法、（Ｂ）は修正時の制御方法である。
【図４】本発明による水平削孔の方向制御方法の第３の実施形態を示し、多孔管ロッドの先端部近傍の側面図であり、（Ａ）は直進時の制御方法、（Ｂ）は修正時の制御方法である。
【図５】従来の工法の一例を模式的に示す構成図であり、（Ａ）は多孔管ロッドによる削孔の様子を模式的に示した図、（Ｂ）は孔曲がりの発生した削孔を示す図である。
【符号の説明】
１０  多孔管ロッド（削孔用ロッド）
１１  ロッド本体
１２  オーバーカットビット
１３  先端部
１３ａ  先端部頂点
１３ｂ  先端部先端面
１４  第１高圧ジェット水噴射ノズル
１５  掘削ビット
１６  第２高圧ジェット水噴射ノズル
１９  センサ装置
２４、２６  高圧ジェット水管
【図１】
0003958982.tif 000002
【図２】
0003958982.tif 000003
【図３】
0003958982.tif 000004
【図４】
0003958982.tif 000005
【図５】
0003958982.tif 000006