(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームの上下に配された回転体の間に掘削チェーンを掛け渡した溝掘削体を備え、この溝掘削体を地中に打ち込んだ状態でその掘削チェーンを駆動しながら溝掘削体を横方向に進行させることによりその進行方向に溝を連続掘削する溝掘削装置において、上記溝掘削体の少なくとも下部に配設され、当該配設位置における溝掘削体の傾斜角を検出する地中傾斜計と、この地中傾斜計から出力される検出データを処理して地中における溝掘削体の傾斜状態を表示するデータ処理手段と、地面の傾斜角を検出する地上傾斜計とを備え、地面に対する溝掘削体の相対的な傾斜状態を表示するように上記データ処理手段を構成したことを特徴とする溝掘削装置。
【請求項２】
請求項１記載の溝掘削装置において、上記地中傾斜計及び上記地上傾斜計は溝掘削体の進行方向と平行な方向についての傾斜角を検出するものであることを特徴とする溝掘削装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の溝掘削装置において、上記地中傾斜計及び上記地上傾斜計は溝掘削体の進行方向と直交する方向についての傾斜角を検出するものであることを特徴とする溝掘削装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の溝掘削装置において、溝掘削体に沿って上下に並ぶ複数の個所に上記地中傾斜計を配設したことを特徴とする溝掘削装置。
【請求項５】
請求項４記載の溝掘削装置において、各地中傾斜計の検出データに基づいて上記溝掘削体の撓み状態を算出し、これを表示するように上記データ処理手段を構成したことを特徴とする溝掘削装置。
【請求項６】
請求項４または５記載の溝掘削装置において、地中傾斜計同士を連結ロッドにより上下に連結して一体化し、上記溝掘削体のフレームに形成された挿入孔内に挿入したことを特徴とする溝掘削装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の溝掘削装置において、所定深度における溝掘削体の傾斜角あるいは撓み量を表示するように上記データ処理手段を構成したことを特徴とする溝掘削装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の溝掘削装置において、上記溝掘削体の傾斜状態と併せて掘削操作の指示もしくは警告を表示するように上記データ処理手段を構成したことを特徴とする溝掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、止水用連続壁造成等の目的で地中に溝を連続的に掘削するための装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、地中に連続溝を掘削する装置としては、例えば特開平５−２８００４３号公報に示されるように、フレームの上下に配された回転体同士の間に掘削チェーンを掛け渡して溝掘削体を構成し、この溝掘削体を地中に打ち込んだ状態で横方向に進行させることにより、その進行方向に連続溝を掘削するようにしたものが一般に知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、地盤は、その深度が増大するにつれて、強度も増大し、かつ、溝掘削と掘削溝との摩擦力も増大する傾向がある一方、溝掘削体に与えることができる横行力（溝掘削体を進行させるための横方向の力）は深度が増大するにつれて小さくなる。従って、特に長尺の溝掘削体で深い溝を掘削する場合には、フレームの下端部が溝掘削体の進行方向と逆方向に後退して傾斜や撓みが生じ易く、最悪の場合には掘削自体が不可能となるおそれがある。また、溝掘削体が地中の障害物や局所的に掘削抵抗の大きな地盤に遭遇した場合にも、溝掘削体に大きな傾きや撓みが生ずるおそれがある。
【０００４】
このような不都合を回避する手段として、上記傾斜や撓みが大きくならないうちに溝掘削体の進行を止め、さらには、溝掘削体を適宜上下させたり、掘削チェーンの駆動方向を逆転させたりして、溝掘削体全体の姿勢を立て直すことが考えられる。しかし、上記溝掘削体は地中に奥深く打ち込まれているため、その下端部の傾斜状態や撓み度合を地上から正確に確認することは実質上不可能であり、如何なるタイミングでどのような運転を行えばよいのかをオペレータが的確に判断することは非常に難しい。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑み、地中での溝掘削体の傾斜状態や撓み状態を正確に把握することにより的確な運転操作ができる溝掘削装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、本発明は、フレームの上下に配された回転体の間に掘削チェーンを掛け渡した溝掘削体を備え、この溝掘削体を地中に打ち込んだ状態でその掘削チェーンを駆動しながら溝掘削体を横方向に進行させることによりその進行方向に溝を連続掘削する溝掘削装置において、上記溝掘削体の少なくとも下部に配設され、当該配設位置における溝掘削体の傾斜角を検出する地中傾斜計と、この地中傾斜計から出力される検出データを処理して地中における溝掘削体の傾斜状態を表示するデータ処理手段と、地面の傾斜角を検出する地上傾斜計とを備え、地面に対する溝掘削体の相対的な傾斜状態を表示するように上記データ処理手段を構成したものである。
【０００７】
この装置によれば、掘削作業中の溝掘削体の傾斜状態が地上で把握できるため、オペレータは当該状態に見合った適正な運転操作を行うことができる。
【０００８】
さらに、地面の傾斜角を検出する地上傾斜計を備え、地面に対する溝掘削体の相対的な傾斜状態を表示するように上記データ処理手段を構成しているので、比較的傾斜の大きい地盤上での掘削においても、地面に対する溝掘削体の相対的な傾斜状態を的確に把握できる。
【０００９】
上記地中傾斜計及び地上傾斜計は溝掘削体の進行方向と平行な方向についての傾斜角を検出するものであってもよいし、溝掘削体の進行方向と直交する方向についての傾斜角を検出するものであってもよい。両方向についての傾斜角を同時検出できるものであれば、なお好ましい。
【００１０】
上記地中傾斜計は単数でもよいが、溝掘削体に沿って上下に並ぶ複数の個所に上記地中傾斜計を配設すれば、より精密に溝掘削体の状態を把握できる。例えば、各地中傾斜計の検出データに基づいて上記溝掘削体の撓み状態を算出し、これを表示するように上記データ処理手段を構成することができる。
【００１１】
この場合、地中傾斜計同士を連結ロッドにより上下に連結して一体化し、上記溝掘削体のフレーム（例えばポストやカッタポスト等）に形成された挿入孔内に挿入するようにすれば、簡単な作業で各地中傾斜計を所定の高さ位置に同時にセットすることができ、しかも、各地中傾斜計をフレーム外部の泥等から有効に保護できる。
【００１２】
上記データ表示手段による表示内容としては、上記撓み曲線の他、所定深度における溝掘削体の傾斜角や撓み量等が挙げられる。
【００１３】
さらに、上記溝掘削体の傾斜状態と併せて掘削操作の指示もしくは警告を表示するように上記データ処理手段を構成すれば、オペレータに積極的な運転指示を行ったり、注意を促したりすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１に示す溝掘削装置は、地面上を走行する走行体１０を備え、その上に門型フレーム１２が設置されている。この門型フレーム１２には、略水平方向（地面と平行な方向）に沿ってスライド可能にリーダ１４が支持され、このリーダ１４はスライドシリンダ１３の作動によって移送されるようになっている。
【００１６】
リーダ１４には、回転駆動装置１６が昇降可能に取付けられ、この回転駆動装置１６は図略の油圧シリンダによって昇降駆動されるようになっている。回転駆動装置１６には原動スプロケット１８が設けられ、この原動スプロケット１８を正逆双方向に回転駆動できるように回転駆動装置１６が構成されている。
【００１７】
回転駆動装置１６のハウジング下端には、上下に延びるカッタポスト２０が連結されている。このカッタポスト２０は、多数のエレメントが上下方向に連結されたものであり、その下端部には従動スプロケット（アイドラ）２２が回転可能に取付けられている。そして、両スプロケット１８，２２間に無端状の掘削チェーン２４が掛け渡されることにより溝掘削体が構成されており、上記カッタポスト２０及び回転駆動装置１６のハウジングにより、回転体である両スプロケット１８，２２を回転可能に支持する溝掘削体フレームが構成されている。掘削チェーン２４の表面には、多数の掘削刃２６が設けられており、この掘削チェーン２４を両スプロケット１８，２２とともに駆動しながら地中で溝掘削体を横方向に進行させることにより、その進行方向に連続溝２８を掘削できるようになっている。
【００１８】
さらに、この溝掘削装置の特徴として、上記カッタポスト２０には、上下に並ぶ複数の（図例では４つの）地中傾斜計３１，３２，３３，３４が配設され、走行体１０上には地上傾斜計３５が設置されている。これらの傾斜計３１〜３５は、その配設位置におけるカッタポスト２０もしくは走行体１０の傾斜角（水平線に対して傾いている角度）を検出するものである。すなわち、地中傾斜計３１〜３４はその配設個所におけるカッタポスト２０の鉛直方向に対する傾き角を、地上傾斜計３５は走行体１０が走行する地面の傾き角を、それぞれ検出するものとなっている。これらの傾斜計３１〜３５には、従来から知られている傾斜角センサ、例えば、ひずみゲージ式センサ、ポテンショメータ式センサ、静電容量式センサ等が適用可能である。
【００１９】
なお、各傾斜計３１〜３５は、溝掘削体の進行方向と平行な方向（図１では左右方向；以下、「面内方向」と称する。）の傾斜角を検出するものであってもよいし、溝掘削の進行方向に対して直交する方向（図１では奥行き方向；以下、「面外方向」と称する。）の傾斜角を検出するものであってもよい。この実施の形態では、両方向の傾斜角を同時に検出する傾斜角センサが用いられている。
【００２０】
地中傾斜計３１〜３４のうち、最下段の地中傾斜計３１は、カッタポスト２０の下端近傍位置に配設されており、この地中傾斜計３１から適当な間隔をおいて順に地中傾斜計３２，３３，３４が配設されている。
【００２１】
これら地中傾斜計３１〜３４は、この実施の形態では、図２（ａ）に示すような上下に延びる連結ロッド３６を介して上下に連結され、単一の傾斜計結合体をなしており、各連結ロッド３６の長さ寸法が地中傾斜計同士の離間寸法となっている。そして、地中傾斜計同士を電気的に接続する電線３６が上記連結ロッド３０に沿って配線されている。一方、同図（ｂ）に示すように、カッタポスト２０には、上下方向（図では奥行き方向）に延びるエア等の供給孔３７の他、これと平行に傾斜計挿入孔３８が設けられており、この傾斜計挿入孔３８内に前記図２（ａ）に示した傾斜計結合体が上から挿入されることにより、全地中傾斜計３１〜３４がカッタポスト２０内に収納され、かつ、所定の高さ位置に配設された状態となっている。
【００２２】
走行体１０上のキャブには、図３に示すようなデータ処理手段４０が搭載されている。このデータ処理手段４０は、データロガー４２及びパーソナルコンピュータ４４からなっている。データロガー４２は、前記電線３６を介して各地中傾斜計３１〜３４に接続されるとともに、地上傾斜計３５にも接続され、所定のサンプリング時間が経過するたびに各傾斜計３１〜３５の出力アナログ信号を取込み、これらの信号をパーソナルコンピュータ４４に入力可能な信号（傾斜角に相当するディジタル信号）に変換して記録するものである。パーソナルコンピュータ４４は、データロガー４２により記録されたデータを整理し、当該データからカッタポスト２０の傾斜状態や撓み状態を割り出してモニタ画面に時々刻々表示し、オペレータに認識させるものである。
【００２３】
このパーソナルコンピュータ４４による表示画面の一例を図４に示す。この画面には、深度数値（地面からの上下方向の距離）５２、面内方向におけるカッタポスト２０の撓み曲線５３、所定深度における面内方向及び面外方向の傾斜角（地面に対する相対的な傾斜角）５４Ａ，５４Ｂ、面内方向及び面外方向へのカッタポスト２０の撓み量５５Ａ，５５Ｂの他、適時、運転操作の指示５６や警告が表示されるようになっている。従って、オペレータは、この表示画面を見ることにより、現在のカッタポスト２０の傾斜状態や撓み状態を一目で把握し、現状に即した適切な運転操作を行うことが可能となっている。
【００２４】
次に、この装置を用いることにより実現可能な掘削方法の一例を図５（ａ）〜（ｄ）及び図６（ａ）〜（ｄ）に基づいて説明する。
【００２５】
まず、溝掘削体を地中に貫入し、その掘削チェーン２４をかき上げ方向（進行方向前側の掘削チェーンを下から上に移動させる方向）に駆動しながら、スライドシリンダ１８の作動により溝掘削体全体をリーダ１４とともに略水平方向（地面と平行な方向）に進行させる。これにより、同方向への連続溝２８の掘削が開始される（図５（ａ））。
【００２６】
この掘削において、地盤の深度が大きいほど溝掘削体が地盤から受ける抵抗が増大する一方、スライドシリンダ１８によって溝掘削体に与えられる横行力は深度が大きいほど小さくなるので、掘削が進行するにつれてカッタポスト２０の下端部が取り残され、その後方への撓みが大きくなる。換言すれば、図５（ｂ）に示すように、カッタポスト２０の下部前方に掘り残し部分６０が発生する。そこで、この撓みが限界量に達したことをモニタ画面で確認した段階で、溝掘削体の進行を止め、同図（ｃ）に示すように溝掘削体全体を上昇させ、さらに、同図（ｄ）示すように掘削チェーン２４の駆動方向をかき下げ方向に逆転させて溝掘削体を再び下降させる（縦掘削）。これにより、それまで取り残されていたカッタポスト２０の下端部が前進して上記の撓みが減少し始める。
【００２７】
なお、この時の溝掘削体の進行停止タイミング及び縦掘削開始タイミングは、前記図４に示したモニタ画面で表示することが、より好ましい。
【００２８】
上記縦掘削を続けると、図６（ａ）に示すように撓みがなくなってカッタポスト２０が鉛直状態に戻り、さらには同図（ｂ）に示すようにカッタポスト２０の下端部が先行し始める。そこで、この下端部先行量が適当量に達したことをモニタで確認した時点で下降掘削を止め、掘削チェーン２４の駆動方向をかき上げ方向に戻して溝掘削体を再び進行させ、連続溝２８の掘削を再開する。
【００２９】
このようにカッタポスト下端部を所定量先行させるのは、その下端部を小さな振幅で前後両方向に撓ませて強度的負担を均等化させることにより、常にカッタポスト２０の下端部を後方に撓ませながら掘削を行う場合に比べ、結果的にカッタポスト２０の強度的負担を軽減できるからである。このように下端部を所定量だけ先行させながら掘削するといった運転は、オペレータがモニタ画面によってカッタポスト２０の撓み状態を正確に認識することにより、はじめて実現されるものである。
【００３０】
上記の要領で溝掘削を進めるうち、図６（ｃ）に示すようにスライドシリンダ１８のストロークエンドに達した時点で、溝掘削体を後退させる（同図では右方向に移動させる）のと同時に、これと等速で走行体１０を前進させる運転（もりかえ運転）を行う。この時、溝掘削体の後退と走行体１０の走行とが同期していないと、カッタポスト２０が前方の地盤から大きな水平力を受けてしまうため、両速度をほぼ等しく保ちながら運転を行う必要があり、この運転を従来はオペレータがその勘のみに頼って行っていたのであるが、この装置では上記水平力に伴うカッタポスト２０の撓み変形がモニタ画面に表示されるため、オペレータはカッタポスト２０の変形状態（すなわち応力状態）を監視しながら的確なもりかえ運転を行うことができる。すなわち、本発明は、このようなもりかえ運転でも優れた効果を発揮する。
【００３１】
もりかえ運転後は、カッタポスト２０を鉛直にした状態で溝掘削を再開してもよいし、図６（ｄ）に示すような下端部先行状態で運転を再開してもよい。
【００３２】
なお、本発明では、傾斜計の取付構造を問わず、各傾斜計ごとに適当な高さ位置のカッタポストエレメント内に埋め込むようにしてもよい。ただし、複数の地中傾斜計を用いる場合、前記図２（ａ）に示すように予め地中傾斜計同士を連結ロッド３０で連結して一体化しておき、これをカッタポスト２０の傾斜計挿入孔３８に挿入するようにすれば、簡単な作業で各地中傾斜計を適当な高さ位置に同時にセットすることができ、配線も簡単になる。しかも、これらの地中傾斜計をカッタポスト２０外部の泥等から保護できる利点が得られる。
【００３３】
また、本発明では、地中傾斜計の個数を問わず、求められる検出精度に応じて適宜設定すればよい。すなわち、地中傾斜計の個数を増やすほど、撓み曲線の精度を高めることができる。逆に、地中傾斜計を溝掘削体の下部にのみ設けるようにしても、当該下部における傾斜状態は認識可能であり、その撓み状態を概ね把握することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、溝掘削体の少なくとも下部に地中傾斜計を配設し、この地中傾斜計から出力される検出データを処理して地中における溝掘削体の傾斜状態を表示するデータ処理手段を備えたものであるので、オペレータに掘削作業中の溝掘削体の傾斜状態を把握させ、その傾斜状態に見合った適正な運転操作を可能にする効果がある。
【００３５】
さらに、地面の傾斜角を検出する地上傾斜計を備え、地面に対する溝掘削体の相対的な傾斜状態を表示するように上記データ処理手段を構成しているので、比較的傾斜の大きい地盤上での掘削においても、地面に対する溝掘削体の相対的な傾斜状態を的確に表示でき、より有用な情報を提供できる効果がある。
【００３６】
上記溝掘削体に沿って上下に並ぶ複数の個所に上記地中傾斜計を配設したものでは、地中傾斜計が単数の場合よりも精密に溝掘削体の状態を把握でき、例えば、各地中傾斜計の検出データに基づいて上記溝掘削体の撓み状態を算出し、これを表示するように上記データ処理手段を構成することにより、オペレータにより有用な情報を提供できる効果が得られる。
【００３７】
この場合、地中傾斜計同士を連結ロッドにより上下に連結して一体化し、上記溝掘削体のフレームに形成された挿入孔内に挿入するようにすることにより、簡単な作業で各地中傾斜計を所定の高さ位置に同時にセットでき、しかも、各地中傾斜計をフレーム外部の泥等から有効に保護できる効果が得られる。
【００３８】
また、上記溝掘削体の傾斜状態と併せて掘削操作の指示もしくは警告を表示するように上記データ処理手段を構成すれば、オペレータに積極的な運転指示を行ったり、注意を促したりすることにより、さらに適正な運転に導くことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる溝掘削装置の正面図である。
【図２】（ａ）は上記溝掘削装置に配設される各地中傾斜計を連結ロッドでつないだものを示す正面図、（ｂ）は上記溝掘削装置のカッタポストの断面平面図である。
【図３】上記溝掘削装置に装備される各傾斜計及びデータ処理手段のブロック図である。
【図４】上記データ処理手段で表示される画面の一例を示す図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は上記溝掘削装置による溝掘削方法の一例を示す工程図である。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は上記溝掘削装置による溝掘削方法の一例を示す工程図である。
【符号の説明】
１０  走行体
１６  回転駆動装置（溝掘削体を構成）
１８  原動スプロケット（回転体）
２０  カッタポスト（溝掘削体を構成）
２２  従動スプロケット（回転体）
２４  掘削チェーン
２８  連続溝
３０  連結ロッド
３１〜３４  地中傾斜計
３５  地上傾斜計
３８  傾斜計挿入孔
４０  データ処理手段
【図１】
0003821924.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003821924.tif 000005
【図５】
0003821924.tif 000006
【図６】
0003821924.tif 000007