JP2015229826A - ケーソン沈設管理システム及びケーソン沈設管理方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ケーソンの沈設管理を容易にするケーソン沈設管理システム及びケーソン沈設管理方法を提供する。【解決手段】ケーソン沈設管理システム1は、ケーソンの底版の下面側の基準点に設けられ、掘削される下面側の土砂のケーソンの刃口近傍の堀残し部の法面から基準点までの距離を測定する測距装置と、ケーソンの平面図形と、測距装置で測定された距離に基づいて算出される堀残し部の形状と、を併せて表示する表示部16とを備える。【選択図】図1
Description
本発明は、ケーソン沈設管理システム及びケーソン沈設管理方法に関する。
ニューマチックケーソン工法(圧気潜函工法)では、ケーソン底部の作業室内への浸水等を防止するために、作業室内を地下水圧と同等の高圧にして掘削作業及び排土作業を行う。作業室内の気圧の上昇による作業者の高気圧障害を防止するために、作業室のスラブ天井(以下、「底版」という。)に設置した掘削機を作業室外から遠隔操作する技術がある。作業者は、作業室に設置されたテレビカメラ等により掘削状況を把握する。作業者は、例えば底版の下面に表示された目印と土砂の位置とをテレビカメラで撮影した映像を目視して、掘り残し部の範囲を把握することができる。ケーソンの自重は、ケーソン刃口と堀残し部が接する底版が土砂から受ける地盤反力によって支えられる。堀残し部を徐々に狭くすると堀残し部の土砂にかかる圧力が上昇してケーソンの躯体が沈降する。ニューマチックケーソン工法においては、沈降中の躯体の傾斜はケーソンの出来形精度に大きく影響するため、作業者は躯体をバランスよく沈降させるために、傾斜計を確認しながら堀残し部の掘削箇所と掘削量を調整する。
ケーソンのバランスを管理するシステムとして、傾斜計によりケーソンの姿勢を演算して表示する技術がある(例えば、特許文献1を参照)。
ケーソンのバランスを管理するシステムとして、傾斜計によりケーソンの姿勢を演算して表示する技術がある(例えば、特許文献1を参照)。
しかし、傾斜計はケーソンが実際に傾斜してからの姿勢を把握するものであり、一度傾斜が所定の管理値を越えてしまうとその後の姿勢制御は困難になる。特に軟弱地盤にケーソンを沈設する場合、または躯体にコンクリートを打設して荷重バランスが変わる場合に、ケーソンの沈降状況を把握して沈設管理をするのは困難であった。
本発明は、ケーソンの沈設管理を容易にするケーソン沈設管理システム及びケーソン沈設方法を提供することを目的とする。
本発明は、ケーソンの沈設管理を容易にするケーソン沈設管理システム及びケーソン沈設方法を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態において、ケーソン沈設管理システムは、ケーソンの底版の下面側の基準点に設けられ、掘削される前記下面側の土砂の前記ケーソンの刃口近傍の堀残し部の法面から前記基準点までの距離を測定する測距装置と、前記ケーソンの平面図形と、前記測距装置で測定された前記距離に基づいて算出される前記堀残し部の形状と、を併せて表示する表示部とを備える。
また、本発明の一実施形態において、ケーソン沈設管理方法は、ケーソンの底版の下面側の基準点に設けられる測距装置を用いて、掘削される前記下面側の土砂の前記ケーソンの刃口近傍の堀残し部の法面から前記基準点までの距離を測定する測距工程と、前記ケーソンの平面図形と、前記測距工程で測定された前記距離に基づいて算出される前記堀残し部の形状と、を併せて表示する表示工程とを含む。
また、本発明の一実施形態において、ケーソン沈設管理システムは、ケーソンの底版の下面側に設けられ、掘削される前記下面側の土砂の前記ケーソンの刃口近傍の堀残し部からの地盤反力を測定する底版反力計と、前記ケーソンの平面図形と、前記底版反力計で測定された前記地盤反力に基づいて算出される前記地盤反力の分布図と、を併せて表示する表示部とを備える。
また、本発明の一実施形態において、ケーソン沈設管理方法は、ケーソンの底版の下面側に設けられる地盤反力計を用いて、掘削される前記下面側の土砂の前記ケーソンの刃口近傍の堀残し部からの地盤反力を測定する底版反力測定工程と、前記ケーソンの平面図形と、前記底版反力測定工程で測定された前記地盤反力に基づいて算出される前記地盤反力の分布図と、を併せて表示する表示工程とを含む。
また、本発明の一実施形態において、ケーソン沈設管理システムは、ケーソンに打設するコンクリートの打設情報を入力する入力部と、前記入力部で入力された前記打設情報を基に前記ケーソンの重心位置を計算する計算部と、前記ケーソンの平面図形と、前記計算部で計算された前記重心位置と、を併せて表示する表示部とを備え、前記計算部は、前記入力部から新たに打設情報が入力されたときに新たな重心位置を計算し、前記表示部は、前記ケーソンの平面図形、前記重心位置、及び前記新たな重心位置を表示する。
また、本発明の一実施形態において、ケーソン沈設管理方法は、ケーソンに打設するコンクリートの打設情報を入力する第1の入力工程と、前記第1の入力工程で入力された前記打設情報を基に前記ケーソンの重心位置を計算する計算工程と、前記ケーソンの平面図形と、前記計算工程で計算された前記重心位置と、を併せて表示する表示工程と、前記ケーソンに新たに打設するコンクリートの打設情報を入力する第2の入力工程と、前記第2の入力工程で入力された前記打設情報を基に前記ケーソンの新たな重心位置を再計算する再計算工程と、前記ケーソンの平面図形、前記重心位置、及び前記新たな重心位置を併せて表示する再表示工程と、を含む。
本発明によれば、ケーソンの沈設管理を容易にするケーソン沈設管理システム及びケーソン沈設管理方法を提供することができる。
以下、本実施形態におけるケーソン沈設管理システムを、図面を参照して説明する。なお、各図において同一箇所については同一の符号を付して説明する。
図1は、本実施形態におけるケーソン沈設管理システムの構成例を示す図である。
図1において、ケーソン沈設管理システム1は、制御装置10、レーダ11、底版反力計12、刃口反力計13、傾斜計14、テレビカメラ15、及び表示装置16を備える。
図1は、本実施形態におけるケーソン沈設管理システムの構成例を示す図である。
図1において、ケーソン沈設管理システム1は、制御装置10、レーダ11、底版反力計12、刃口反力計13、傾斜計14、テレビカメラ15、及び表示装置16を備える。
制御装置10は、本実施形態ではコンピュータシステムで実現している。制御装置10のハードウエア構成を、図2を用いて説明する。図2は、制御システムのハードウエア構成の一例を示す図である。
図2において、制御装置10は、CPU(Central Processing Unit)101、ROM(Read Only Memory)102、RAM(Random Access Memory)103、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)104、ビデオカード105、及びUSB(Universal Serial Bus)I/F(Interface)106を備える。
図2において、制御装置10は、CPU(Central Processing Unit)101、ROM(Read Only Memory)102、RAM(Random Access Memory)103、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)104、ビデオカード105、及びUSB(Universal Serial Bus)I/F(Interface)106を備える。
CPU101は、ケーソン沈設管理システム1の動作を制御する。CPU101は、例えばROM102に記憶されたケーソン沈設管理システムの制御プログラムをRAM103に読み出して、RAM103をワークメモリとして制御プログラムを実行する。EEPROM104は、CPU101が使用するデータやCPU11の処理結果を格納する。EEPROM104には、例えば後述するケーソンの躯体構造データ等を記憶させておくことができる。
ビデオカード105は、表示装置16に表示するビデオデータを生成して出力し、またテレビカメラ15から入力されるビデオデータを制御装置10のシステムに取り込む。
USB−I/F106は、USBのインターフェースを備える周辺機器の接続を可能にする。本実施形態では、レーダ11、底版反力計12、刃口反力計13、傾斜計14は、それぞれUSBのインターフェースを備えて、USB−I/F106を介して制御装置10と接続されるものとする。但し、制御装置10と、レーダ11、底版反力計12、刃口反力計13、及び傾斜計14との接続は、他のインターフェースを用いてもよい。
以上で、図2を用いた説明を終了し、再び図1を用いた説明に戻る。
ビデオカード105は、表示装置16に表示するビデオデータを生成して出力し、またテレビカメラ15から入力されるビデオデータを制御装置10のシステムに取り込む。
USB−I/F106は、USBのインターフェースを備える周辺機器の接続を可能にする。本実施形態では、レーダ11、底版反力計12、刃口反力計13、傾斜計14は、それぞれUSBのインターフェースを備えて、USB−I/F106を介して制御装置10と接続されるものとする。但し、制御装置10と、レーダ11、底版反力計12、刃口反力計13、及び傾斜計14との接続は、他のインターフェースを用いてもよい。
以上で、図2を用いた説明を終了し、再び図1を用いた説明に戻る。
レーダ11は、ケーソン底版の下面側に設けられる。ケーソン底版の下面側は、ケーソンを沈設するための作業室の天井となる。作業室の天井には土砂掘削用の掘削機が設けられ、作業室下部の土砂を掘削することによりケーソンを沈降させる。
レーダ11は、掘削機で掘削した土砂の掘削形状を測定する。具体的には、レーダ11から放射されるレーザ等により、レーダ11から土砂までの距離を、放射方向毎に測距する。レーダ11は、放射方向と距離とを3次元で記録することにより、土砂の形状を測定することができる。
レーダ11は、例えば、レーザレーダ、ミリ波レーダ、赤外線レーダ、超音波レーダを用いることができる。また、ステレオカメラを用いたレーダ代替装置を利用してもよい。
レーダ11は、掘削機で掘削した土砂の掘削形状を測定する。具体的には、レーダ11から放射されるレーザ等により、レーダ11から土砂までの距離を、放射方向毎に測距する。レーダ11は、放射方向と距離とを3次元で記録することにより、土砂の形状を測定することができる。
レーダ11は、例えば、レーザレーダ、ミリ波レーダ、赤外線レーダ、超音波レーダを用いることができる。また、ステレオカメラを用いたレーダ代替装置を利用してもよい。
ケーソン底版の下面側には、レールとレールに沿って走行できる走行部が設けられる。レーダ11は、走行部に取り付けられて、レールが設けられた作業室の広い範囲で土砂の形状を測定することができる。本実施形態では、ケーソン刃口が設けられるケーソン外周部近傍に沿って底版の下面側にレールを設け、ケーソン刃口近傍の堀残し部の形状を測定することができる。
ここで、堀残し部とは、刃口に掛かる地盤反力を弱めてケーソンの沈降を制限する目的で刃口近傍に設ける土砂の堀残しである。堀残し部が底版下面に達しているときには底版下面が地盤反力を受けるため、ケーソンの沈降を抑えることができる。特に軟弱地盤においては、堀残し部を大きくすることにより刃口が受ける地盤反力を低減させることにより、ケーソンの沈降を抑えることができる。レーダ11を用いて堀残し部の法面の形状を測定することにより、堀残し部の掘削量を正確に把握することができるため、ケーソンの沈設管理が容易になる。
レーダ11は、底版の下面側の基準点から堀残し部の法面までの距離を測定する。基準点とは、レーダ11の計測位置である。レーダ11はレールに沿って走行部とともに移動をするため、基準点もレーダ11の移動に伴って移動する。レーダ11は、法面までの距離を、基準点となるレーダ11の測定位置と対応させて測定して制御装置10に送信する。制御装置10は、基準点と対応した法面形状とにより、ケーソン内部のそれぞれの場所における法面の形状を正しく測定することが可能となる。基準点は、例えば走行部に設けられる位置検出装置により測定することができる。
底版反力計12は、底版が堀残し部から受ける地盤反力を測定する荷重測定器である。底版反力計12は、底版の下面側の面位置にケーソン外周部に沿って複数個が設けられる。底版反力計12は、測定した堀残し部からの地盤反力(圧力)を制御装置10に入力する。設置される複数の底版反力計は、地盤反力の測定値を各々制御装置10に送信する。制御装置10は、入力された底版反力計12の配置位置から、隣接する底版反力計の間の地盤反力を推定して、地盤反力の分布を表示装置16に表示する。表示装置16に表示される内容については図4を用いて後述する。
なお、底版が受ける地盤反力は、ケーソンの四隅などで力が集中しやすい。したがって、大きな地盤応力が想定される部分では、耐荷重量の大きな底版反力計を用いることができる。また、底版反力計の設置個数を増やして設置間隔を狭くすることにより、堀残し部の地盤反力の分布の測定精度が向上するとともに、故障等に対するロバストネスを向上させることができる。底版反力計12は、刃口反力計13と同じ荷重測定器を用いてもよい。
なお、底版が受ける地盤反力は、ケーソンの四隅などで力が集中しやすい。したがって、大きな地盤応力が想定される部分では、耐荷重量の大きな底版反力計を用いることができる。また、底版反力計の設置個数を増やして設置間隔を狭くすることにより、堀残し部の地盤反力の分布の測定精度が向上するとともに、故障等に対するロバストネスを向上させることができる。底版反力計12は、刃口反力計13と同じ荷重測定器を用いてもよい。
刃口反力計13は、ケーソン刃口の下面にケーソン外周部に沿って複数が設置される。刃口はケーソンの中で地盤反力が集中する部分であるため、刃口反力計13には、ケーソンが沈降していないとき(安定時)には常に大きな力が加わる。したがって、刃口反力計13の計測値のみをモニタしても、堀残し部の掘削量を調整して沈降が始まるタイミングを管理する沈設管理をするのに困難な場合がある。本実施形態では、底版反力計12による堀残し部からの地盤反力を測定するとともに、刃口反力計13による刃口における地盤反力を測定することにより、沈設管理に必要な地盤反力の測定をより詳細に行うことができる。
傾斜計14は、ケーソン全体の傾斜を測定する。傾斜の測定は、例えばケーソンの所定位置に設けられる高低差計によるケーソンの高低差を測定することにより実施できる。沈設管理は、ケーソンの傾斜が所定値の範囲内に収まるように行われる。
テレビカメラ15は、作業室に設けられる掘削機の近傍に設けられ、主に掘削機の作業状況をモニタする。作業室の天井(底版下面)には、パネルの枚数等、刃口までの距離を示す目印が存在する場合があり、テレビカメラ15は、その目印によって現在掘削機が掘削している場所についての掘削状況を把握することができる。但し、テレビカメラ15で撮影される範囲は限られており、作業室全体での掘削状況を把握するのは困難である。
表示装置16は、ケーソン沈設管理システム1の表示部として作業室の外に設けられる監視用のモニタである。作業者は表示装置16を確認することにより沈設管理が容易になる。本実施形態で説明する「作業者」とは、表示装置16の監視作業を行う者であるとする。作業者は掘削機の遠隔操作など他の作業を行ってもよい。なお、表示装置16における表示内容の詳細は図4を用いて後述する。
テレビカメラ15は、作業室に設けられる掘削機の近傍に設けられ、主に掘削機の作業状況をモニタする。作業室の天井(底版下面)には、パネルの枚数等、刃口までの距離を示す目印が存在する場合があり、テレビカメラ15は、その目印によって現在掘削機が掘削している場所についての掘削状況を把握することができる。但し、テレビカメラ15で撮影される範囲は限られており、作業室全体での掘削状況を把握するのは困難である。
表示装置16は、ケーソン沈設管理システム1の表示部として作業室の外に設けられる監視用のモニタである。作業者は表示装置16を確認することにより沈設管理が容易になる。本実施形態で説明する「作業者」とは、表示装置16の監視作業を行う者であるとする。作業者は掘削機の遠隔操作など他の作業を行ってもよい。なお、表示装置16における表示内容の詳細は図4を用いて後述する。
次に、図3を用いて、堀残し部の掘削における機器の配置について説明する。図3は、ケーソン沈設管理システム1における機器配置の一例を説明する図である。
図3において、ケーソン5は、底版51、刃口52、及び側板53を備える。底版51の下部に設けられる空間は掘削作業を行う作業室となっている。ケーソン5は、土砂6に沈設される。底版51の下部であって刃口52近傍の側板53の作業室側には、堀残し部61がある。堀残し部61は、底版51の下面に接することにより底版51に対して、地盤反力を与えることができる。
底版51下面の刃口52の近傍には底版反力計12が、刃口52の水平方向に沿って複数設けられる。底版反力計12は、底版51の下面の面位置に設置することにより、底版51下面が受ける堀残し部61からの単位面積当たりの地盤反力(圧力)を均等に受けることができる。また、刃口52の底面には、刃口反力計13が、刃口52の水平方向に沿って複数設けられる。
図3において、ケーソン5は、底版51、刃口52、及び側板53を備える。底版51の下部に設けられる空間は掘削作業を行う作業室となっている。ケーソン5は、土砂6に沈設される。底版51の下部であって刃口52近傍の側板53の作業室側には、堀残し部61がある。堀残し部61は、底版51の下面に接することにより底版51に対して、地盤反力を与えることができる。
底版51下面の刃口52の近傍には底版反力計12が、刃口52の水平方向に沿って複数設けられる。底版反力計12は、底版51の下面の面位置に設置することにより、底版51下面が受ける堀残し部61からの単位面積当たりの地盤反力(圧力)を均等に受けることができる。また、刃口52の底面には、刃口反力計13が、刃口52の水平方向に沿って複数設けられる。
底版51の下面には、掘削機2が設けられる。掘削機2は、底版51の下面に設けられるレール31に取り付けられる走行部32に取り付けられる。掘削機2は、走行部32をレール31に沿って移動させることにより作業室内を移動させることができる。走行部32には、テレビカメラ15が設けられる。テレビカメラ15は、複数のカメラであってもよい。また、走行部32以外の場所に取り付けてもよい。
レーダ11は、底版51の下面に設けられ、堀残し部61の形状を測定する。本実施形態における堀残し部61の形状とは、法面611と形状と、堀残し部61が底版51に接する面の水平面での形状との両方を含む。レーダ11は法面611に対して放射波を放射し、法面611から反射される反射波をスキャンすることにより法面611までの距離から法面611の形状を測定することができる。レーダ11は、レール31に設けられた走行部33に取り付けられて、走行部33をレール31に沿って移動させることにより作業室内を移動させることができる。走行部33は、作業室外から遠隔操作で移動させることができる。
走行部33は、自身の位置を測定する測定装置を具備する。測定装置は、例えば複数のアンテナから発信される電波を受信して、アンテナまでの距離により自身の位置を測定してもよい。また、走行部の駆動装置に設けられたロータリーエンコーダ等の回転を計測することによりレール31にリミットスイッチ等により設けられる原点からの距離を測定することにより自身の位置を測定してもよい。本実施形態においては、走行部33の位置は、レーダ11の測定位置である基準点として取得され、制御装置10にレーダ11の測定結果とともに入力される。
なお、本実施形態では、走行部33は、掘削機2を移動させる走行部32と同じレール31を利用する場合を例示したが、例えば走行部33を走行部32と異なるレールで移動させてもよい。
走行部33は、自身の位置を測定する測定装置を具備する。測定装置は、例えば複数のアンテナから発信される電波を受信して、アンテナまでの距離により自身の位置を測定してもよい。また、走行部の駆動装置に設けられたロータリーエンコーダ等の回転を計測することによりレール31にリミットスイッチ等により設けられる原点からの距離を測定することにより自身の位置を測定してもよい。本実施形態においては、走行部33の位置は、レーダ11の測定位置である基準点として取得され、制御装置10にレーダ11の測定結果とともに入力される。
なお、本実施形態では、走行部33は、掘削機2を移動させる走行部32と同じレール31を利用する場合を例示したが、例えば走行部33を走行部32と異なるレールで移動させてもよい。
堀残し部61は、底版反力計12が設けられた底版51の下面に対して地盤反力を与える。堀残し部61は、底版51に接する面積が小さくなるとケーソン5の自重を支えきれなくなるため崩壊する。従って、法面611は、掘削機2で掘削する場合に加えて、ケーソン5の自重で崩壊することによりその形状を変えていくことになる。レーダ11は、法面611の形状を測定することにより、堀残し部61の崩壊の状況を測定することができる。堀残し部61が崩壊すると刃口52に対してケーソン5の自重が集中するため、ケーソンは沈降を開始する。レーダ11は、ケーソン5が沈降開始する前に法面611の形状変化を測定できるため、計測している刃口52の近傍におけるケーソン5の沈降を予想できる。従って、刃口52のケーソン5の全周にわたってレーダ11で法面611の形状を測定することにより、ケーソン5が均等に沈降するように沈設管理を行うことが可能となる。なお、堀残し部61は、地盤が軟弱になるほど地盤反力が弱くなる。本実施形態では、堀残し部61の形状と底版反力計12の測定値の関係から地盤の硬軟を推測することができる。
次に、図4を用いて、表示装置16に表示されるケーソン沈設管理のための表示例を説明する。図4は、ケーソン沈設管理システム1の表示例を説明する図である。
図4において、表示装置16には、主表示領域161と副表示領域162〜166が表示される。
ケーソン5は、図4で図示するとおり、壁面の厚みが場所によって異なる非対称な形状を有するものとする。ケーソン5が非対称な形状の場合、ケーソン5の上部にコンクリートを打設して躯体を構築したときのケーソン5の重心位置が把握しにくく、また沈降制御が困難となる場合がある。
図4において、表示装置16には、主表示領域161と副表示領域162〜166が表示される。
ケーソン5は、図4で図示するとおり、壁面の厚みが場所によって異なる非対称な形状を有するものとする。ケーソン5が非対称な形状の場合、ケーソン5の上部にコンクリートを打設して躯体を構築したときのケーソン5の重心位置が把握しにくく、また沈降制御が困難となる場合がある。
表示装置16には、ケーソン5を表す平面図形が表示される。ここで、平面図形とは、ケーソン5の概要を表す図形である。したがって表示される平面図形は、必ずしもケーソン5の寸法を正確に表す平面図である必要はなく、ケーソン5の一部の縮尺を変更して表示してもよい。また、ケーソン5の形状を省略又は抽象化して表示してもよい。ケーソン5の平面図形の内部には、堀残し部61の形状がケーソン5の平面図形に併せて表示される。堀残し部61のハッチングで示す部分は、図3で説明した底版51が堀残し部61と接して地盤反力を受けている部分である。堀残し部61の形状は、図3で説明した通り、レーダ11によってケーソン5内部の全周で計測することができる。表示装置16を監視する作業者は、主表示領域161に表示された堀残し部61の平面図形によって、ケーソン5内部における堀残し部61が多い部分と少ない部分を一覧することができる。また、主表示領域161には法面611が等高線で表現される。等高線は、例えば底版51からの深度で表現することができる。作業者は、主表示領域161に表示される等高線によって法面611の傾斜がなだらかな部分と急な部分とを容易に識別することが可能となる。また、堀残し部61が底版51に接している部分と、堀残し部61のうち底版51に接していない法面611とを主表示領域161に異なる態様で表示することができる。このため、作業者は、堀残し部61の形状を正確に把握でき沈設管理に必要な掘削状況を管理することができる。なお、図4に示す本実施形態では、堀残し部61のうち、底版に接している部分の形状と、法面611の部分の形状とを併せて表示した場合を例示しているが、例えば、いずれかの形状を選択的に表示させてもよい。
底版51下面の刃口近傍には、底版反力計12が、図4の図示左上から時計回りに、12−1〜12−22の22個配置されている。底版反力計12はそれぞれの堀残し部61からの地盤反力を受ける。主表示領域161にはそれぞれの底版反力計12の測定に基づく地盤反力の分布が表示される。堀残し部61のハッチングの濃さは、それぞれの底版反力計12が測定した圧力を基に、図1で説明した制御装置10が生成した圧力のコンターを表し、図4全体がコンター図となっている。コンター図とは、同じ測定値を等位で描く等値線図である。コンター図は、例えば、表示色の変化、表示色の濃淡、等位線、ハッチングの密度、網点の密度、記号の種別等により、地盤反力の分布を視覚的に表現する。制御装置10は、後述する算出方法によって地盤反力の分布を算出し、算出した分布を基にコンター図を生成する。
図4は左上の底版反力計12−1の周辺において一番測定値が大きく、右下に近づくに従い徐々に数値が低くなり、右下の底版反力計12−12の周辺において一番数値が小さくなっていることを表している。
なお、本実施形態では、ケーソン5の平面図形に底版反力計12の測定結果の分布を一覧する方法として堀残し部61にコンター図で圧力の分布を表示した。測定結果の分布を一覧する方法としてはコンター図を用いる代わりに、例えば、底版反力計12を示す丸印の内部を測定値に応じて色分け表示してもよい。また、実際の測定値をそれぞれの底版反力計の表示近傍に表示してもよい。
図4は左上の底版反力計12−1の周辺において一番測定値が大きく、右下に近づくに従い徐々に数値が低くなり、右下の底版反力計12−12の周辺において一番数値が小さくなっていることを表している。
なお、本実施形態では、ケーソン5の平面図形に底版反力計12の測定結果の分布を一覧する方法として堀残し部61にコンター図で圧力の分布を表示した。測定結果の分布を一覧する方法としてはコンター図を用いる代わりに、例えば、底版反力計12を示す丸印の内部を測定値に応じて色分け表示してもよい。また、実際の測定値をそれぞれの底版反力計の表示近傍に表示してもよい。
刃口52に設けられる刃口反力計13は、図4の左上から時計回りに、13−1〜13−10の10個が配置されている。刃口反力計13の測定結果は、刃口反力計13を示す丸印の内部を測定値に応じて色分けしてもよい。また、底版反力計12の測定結果と同様に、ケーソン5の平面図形にコンター図を表示してもよい。
主表示領域161は、ケーソン5の平面図形に、設計上の重心位置mを表示する。ケーソンは通常、一定の高さ(これを「リフト」という。)毎に区切って施工される。設計上の重心位置とは、ケーソン5の躯体の現在施工中のリフト完成時点での目標となる重心位置である。設計上の重心位置は、ケーソン完成時のコンクリードの打設位置及び打設量を基に予め算出しておくことができる。
また、主表示領域161は、ケーソン5の平面図形に、現在の重心位置nを表示する。現在の重心位置とは、ケーソン5に順次構築されて躯体の打設状況に合わせて計算される重心位置である。制御装置10は、底版51上に打設されるコンクリードの状況に合わせて重心位置を計算する。作業者は、設計上の重心位置mと現在の重心位置nとのずれを把握することにより、次に打設する躯体によりそれぞれの重心位置を近づける計画をすることができる。
さらに、途中段階においてもケーソン5の躯体が完成した時点での設計上の重心位置を表示可能とし、上記重心位置m又は重心位置nの位置と比較できるようにするとなおよい。
また、主表示領域161は、ケーソン5の平面図形に、現在の重心位置nを表示する。現在の重心位置とは、ケーソン5に順次構築されて躯体の打設状況に合わせて計算される重心位置である。制御装置10は、底版51上に打設されるコンクリードの状況に合わせて重心位置を計算する。作業者は、設計上の重心位置mと現在の重心位置nとのずれを把握することにより、次に打設する躯体によりそれぞれの重心位置を近づける計画をすることができる。
さらに、途中段階においてもケーソン5の躯体が完成した時点での設計上の重心位置を表示可能とし、上記重心位置m又は重心位置nの位置と比較できるようにするとなおよい。
本実施形態では、表示装置16は、ケーソン5の平面図形に底版反力計12のコンター図と合わせて重心位置を表示できる。したがって、底版反力計12で測定した地盤反力の分布と、設計上の重心位置と現在の重心位置とのずれの両方の観点により新たに打設する躯体の範囲を計画することができる。例えば、作業者は、新たに打設する躯体により現在の重心位置が設計上の重心位置からさらに離れるような場合であっても、底版反力計12で測定した地盤反力の分布を均一にさせるような打設であれば、その打設を実行してもよい。
表示装置16は、ケーソン5の平面図形を、x方向とy方向の目盛とともに表示してもよい。図4では、表示装置16はx軸及びy軸に距離(m)の目盛を表示している。表示された目盛により、作業者は堀残し部61の形状、重心位置のずれ等を実際の距離で把握することができる。
また、主表示領域161には、現在の時刻168が表示される。表示装置16の表示を記録するときには時刻168を記録同時に記録してもよい。
また、主表示領域161には、現在の時刻168が表示される。表示装置16の表示を記録するときには時刻168を記録同時に記録してもよい。
副表示領域162は、堀残し部61の断面形状を表示する。副表示領域162−1は、主表示領域161のA−B線における堀残し部61の断面図を表している。副表示領域162−1は、底版51の下面を深度0mとしたときに、側板53からの距離(x軸)と深度(y軸)との関係を表したものである。また、副表示領域162−2は、主表示領域161のC−D線における堀残し部61の断面図を表している。
作業者は、副表示領域162の表示により法面611の詳細な形状を把握することが可能となる。また、深度には刃口52までの深度が表示されている。これにより、作業者は、ケーソン5の深度が深くなり、作業室の内圧を高くする場合に掘削深度を浅くして刃口52からのエアーブローを防止することができる。
断面の位置を決定するA−B線及びC−D線は作業者の指示により適宜移動させることができる。これにより、作業者は任意の位置における堀残し部61の形状を把握することが可能となる。
作業者は、副表示領域162の表示により法面611の詳細な形状を把握することが可能となる。また、深度には刃口52までの深度が表示されている。これにより、作業者は、ケーソン5の深度が深くなり、作業室の内圧を高くする場合に掘削深度を浅くして刃口52からのエアーブローを防止することができる。
断面の位置を決定するA−B線及びC−D線は作業者の指示により適宜移動させることができる。これにより、作業者は任意の位置における堀残し部61の形状を把握することが可能となる。
副表示領域163及び副表示領域164は、底版反力計12及び刃口反力計13の計測値を表示する。主表示領域161では地盤反力をコンター図表示する場合であっても、副表示領域163及び副表示領域164に測定値を表示することにより、作業者は具体的な数値を把握することができる。なお、それぞれの測定値の右側には、表示しきれない数値をスクロールするためのスクロールバーが設けられている。
副表示領域165は、堀残し部61が底版51に接する面積から計算される開口率が表示される。作業者は、開口率を監視しながら掘削作業を計画することができる。
副表示領域166にはケーソン傾斜量が表示され、副表示領域167には、上述した重心のずれが表示される。
副表示領域165は、堀残し部61が底版51に接する面積から計算される開口率が表示される。作業者は、開口率を監視しながら掘削作業を計画することができる。
副表示領域166にはケーソン傾斜量が表示され、副表示領域167には、上述した重心のずれが表示される。
なお、主表示領域161で表示される内容と副表示領域162〜166で表示される内容は、所定の操作で切り替えて表示することができる。以上の説明では、主表示領域161にケーソン5の平面図形と測定結果を表示する場合を説明したが、例えば、副表示領域の内容を主表示領域161に拡大表示するように切り替えてもよい。また、主表示領域161は、例えばテレビカメラ15の映像等に切り替えてもよい。
次に、図5から図7を用いて、本実施形態におけるケーソン沈設管理システム1の動作を説明する。図5は、法面形状の表示動作を例示するフローチャートである。図6は、地盤反力の分布の表示動作を例示するフローチャートである。図7は、重心位置の表示動作を例示するフローチャートである。
図5において、作業者は、法面形状を測定する位置を指定する(S11)。測定位置の指定は、ケーソン5の位置を指定する。指定する位置は、図3で説明した走行部33を走行させない所定の箇所をx軸、y軸の値で指定してもよい。また、走行部33を走行させる所定の範囲を指定してもよい。例えば、ケーソンの全周囲における堀残し部61の形状を測定する場合「全周囲」と指定することができる。また、ケーソン5の図4で示す平面図形における右側面のみを測定する場合「右側面」と指定することができる。また、図4で示すケーソン5の平面図形上で直接測定範囲を指定してもよい。
制御装置10は、入力された測定位置に従い、レーダ11により法面611をスキャンしながら法面611までの距離を測定(測距)する(S12)。測距は基準点の測定とともに行われる。スキャンはレーダの種類に応じて行う。例えば、レーザ光を用いるレーダ装置の場合、測距できるのはレーザ光が照射される1点のみであるので、レーザ光を法面611に対して上下方向にスキャンする。左右方向のスキャンはレーザ光の照射方向を変えるか、あるいは走行部33を移動させる。
制御装置10は、測距した距離と基準点の情報とを基に法面形状を算出する(S13)。なお、測距の結果から法面形状を算出するのは、レーダ11であってもよい。その場合、制御装置10は、レーダ11から法面形状を取得する。制御装置10は算出された法面形状を図2で説明したEEPROM104に記録してもよい。
制御装置10は、入力された測定位置に従い、レーダ11により法面611をスキャンしながら法面611までの距離を測定(測距)する(S12)。測距は基準点の測定とともに行われる。スキャンはレーダの種類に応じて行う。例えば、レーザ光を用いるレーダ装置の場合、測距できるのはレーザ光が照射される1点のみであるので、レーザ光を法面611に対して上下方向にスキャンする。左右方向のスキャンはレーザ光の照射方向を変えるか、あるいは走行部33を移動させる。
制御装置10は、測距した距離と基準点の情報とを基に法面形状を算出する(S13)。なお、測距の結果から法面形状を算出するのは、レーダ11であってもよい。その場合、制御装置10は、レーダ11から法面形状を取得する。制御装置10は算出された法面形状を図2で説明したEEPROM104に記録してもよい。
次に、算出された堀残し部61の形状を表示装置16に表示する(S14)。表示装置16に表示する法面形状は、図4の副表示領域162−1又は162−2で説明したとおり、ケーソンの側板53からの距離における堀残し部61の断面形状である。従って、堀残し部61の断面形状には、堀残し部61が底版51と接する境界の位置の情報も含まれることになる。
次に、制御装置10は表示を終了させるか否かを判断する(S15)。表示の終了の判断は、例えば作業者による明示的な指示の有無によって行われる。表示を終了させる場合(S15−YES)、このフローチャートにおける処理を終了する。
一方、表示を終了させない場合(S15−NO)、制御装置10は、再表示を行うか否かを判断する(S16)。再表示を行うか否かの判断も作業者による明示的な指示の有無によって判断される。再表示を行わない場合(S16−NO)、ステップS14に戻り表示を継続する。一方、再表示を行う場合(S16−YES)、再びステップS11に戻って測定位置を指定可能にする。
以上で図5の説明を終了し、次に図6の説明をする。
次に、制御装置10は表示を終了させるか否かを判断する(S15)。表示の終了の判断は、例えば作業者による明示的な指示の有無によって行われる。表示を終了させる場合(S15−YES)、このフローチャートにおける処理を終了する。
一方、表示を終了させない場合(S15−NO)、制御装置10は、再表示を行うか否かを判断する(S16)。再表示を行うか否かの判断も作業者による明示的な指示の有無によって判断される。再表示を行わない場合(S16−NO)、ステップS14に戻り表示を継続する。一方、再表示を行う場合(S16−YES)、再びステップS11に戻って測定位置を指定可能にする。
以上で図5の説明を終了し、次に図6の説明をする。
図6において、制御装置10は、底版反力計12及び刃口反力計13(以下、「地盤反力計」として説明する。)を用いて地盤反力を測定する(S221)。底版反力計12は、図4で説明したとおり、ケーソン5の外周に沿って複数個が設けられているものとする。それぞれの地盤反力計は制御装置10に対して地盤反力の測定値を入力する。
制御装置10は、入力された地盤反力の測定値を基に、地盤反力の分布を算出し、算出した分布を基に、コンター図を生成する(S22)。分布の算出方法を以下に例示する。
(隣接する2つの測定値を基に生成する方法)
それぞれの地盤反力計の設置位置における測定値を基に、地盤反力計の間の地盤反力の値を直線で近似して分布を算出する。分布は測定位置における測定値を線分で結んだ形状となる。
(複数の測定値を基に生成する方法)
複数の地盤反力計による測定値を基に近似曲線を求め、連続した近似曲線により分布を算出する。例えば、隣接する3点により近似曲線が算出できる。例えば、1箇所の地盤反力計が故障した場合であっても、その影響を少なくすることが可能となる。但し、堀残し部の形状が局所的に異なる場合、分布が平準化されてしまう場合がある。
なお、分布を算出する方法は任意であり、地盤反力計の設置台数によって算出方法を変えてもよい。また、算出する地盤反力の分布の種類は、底版反力計12の測定値のみの分布であっても、底版反力計12及び刃口反力計13の分布であってもよい。制御装置10は、算出する分布の種類を予め設定できるようにしておいてもよい。
制御装置10は算出結果を図2で説明したEEPROM104に記録してもよい。
制御装置10は、入力された地盤反力の測定値を基に、地盤反力の分布を算出し、算出した分布を基に、コンター図を生成する(S22)。分布の算出方法を以下に例示する。
(隣接する2つの測定値を基に生成する方法)
それぞれの地盤反力計の設置位置における測定値を基に、地盤反力計の間の地盤反力の値を直線で近似して分布を算出する。分布は測定位置における測定値を線分で結んだ形状となる。
(複数の測定値を基に生成する方法)
複数の地盤反力計による測定値を基に近似曲線を求め、連続した近似曲線により分布を算出する。例えば、隣接する3点により近似曲線が算出できる。例えば、1箇所の地盤反力計が故障した場合であっても、その影響を少なくすることが可能となる。但し、堀残し部の形状が局所的に異なる場合、分布が平準化されてしまう場合がある。
なお、分布を算出する方法は任意であり、地盤反力計の設置台数によって算出方法を変えてもよい。また、算出する地盤反力の分布の種類は、底版反力計12の測定値のみの分布であっても、底版反力計12及び刃口反力計13の分布であってもよい。制御装置10は、算出する分布の種類を予め設定できるようにしておいてもよい。
制御装置10は算出結果を図2で説明したEEPROM104に記録してもよい。
本実施形態では、個々の地盤反力計の測定値を副表示領域163及び164に表示し、また堀残し部61の形状を主表示領域161に表示する。したがって、例えば、底版反力計12が堀残し部61から地盤反力を受けているのに測定値が0の場合、又は、堀残し部61がすべて掘削せれているのに所定の地盤反力の測定値が表示されている場合には、底版反力計12の故障あるいは断線であると判断することができる。制御装置10は、上記のように測定値の異常が予想される場合には表示装置16にその旨を表示して作業者に報知してもよい。
制御装置10は、算出した地盤反力の分布を基に、表示装置16にコンター図(分布図)を表示する(図23)。制御装置10は、表示終了か否かを判断し(S24)、表示終了でない場合(S24−NO)、ステップS23に戻って表示を継続し、表示終了の場合(S24−YES)表示を終了させる。
以上で図6の説明を終了し、次に図7の説明をする。
以上で図6の説明を終了し、次に図7の説明をする。
図7において、制御装置10に対してコンクリートの打設情報を入力する(S31)。コンクリートの打設情報とは、例えばケーソン5の設計書を基に打設されるコンクリートの位置や量の情報である。ニューマチックケーソン工法においては、底版51の上部にコンクリートを打設して躯体を徐々に追加構築していく。本実施形態では、構築する躯体の部位毎のコンクリートの打設情報を予め用意して、例えばEEPROM104に記録しておく。予め記録されるコンクリートの打設情報は、ケーソン沈設の初期のコンクリートの打設情報と、追加構築される躯体の部位ごとのコンクリートの打設情報である。作業者は、表示装置16に表示される現在の重心位置n、又は地盤反力のコンター図を基に、次に構築する躯体の部位を選択する。制御装置10は、選択された部位のコンクリートの打設情報をEEPROM104から読み出すことによりコンクリートの打設情報が入力される。部位の選択は1つの部位の選択であっても、複数の部位の選択であってもよい。
制御装置10は、入力されたコンクリートの打設情報を基に、新たな重心位置を計算する(S32)。制御装置10は、計算された新たな重心位置を表示装置16に表示する(S33)。制御装置10は、さらに打設する部位を追加するかどうかを判断する(S24)。追加がある場合(S34−YES)、ステップS31に戻り、コンクリートの打設情報の入力を行う。これにより作業者は、追加する部位を選択しながら、選択した部位によって重心位置がどのように変化するかを表示装置16で確認して、追加する躯体による重心位置のシミュレーションをすることができる。
制御装置10は、表示終了か否かを判断し(S35)、表示終了でない場合(S35−NO)、ステップS33に戻って表示を継続し、表示終了の場合(S35−YES)表示を終了させる。
以上で、図7の説明を終了する。
制御装置10は、表示終了か否かを判断し(S35)、表示終了でない場合(S35−NO)、ステップS33に戻って表示を継続し、表示終了の場合(S35−YES)表示を終了させる。
以上で、図7の説明を終了する。
ところで、図5〜図7で説明した処理は、それぞれがケーソンの沈設管理を容易にするために、密接に関連している。図5〜図7で説明した処理は、いずれかの処理を単独で選択してもよいし、複数の処理を選択してもよい。図4で説明した表示装置16の表示例は、図5〜図7の3つの処理を行って表示している場合である。
例えば、法面形状の表示と地盤反力の分布の表示を併せて行った場合には、作業者は、掘削作業の進行にともなう地盤反力の変化を確認することができるという新たな効果を奏する。例えば、作業者は、地盤反力のコンター図で、地盤反力が大きい位置で堀残し部61を大きくし、地盤反力の変化に合わせて堀残し部61を掘削する位置を適宜変えていくことができる。
また、法面形状の表示と重心位置の表示を併せて行った場合には、作業者は重心位置に注意して堀残し部61の大きさを決めるという新たな効果を奏する。例えば、作業者は、コンクリートを打設して新たな躯体を追加する際に、重心から見て新たな躯体を追加する側の堀残し部61を大きくしておくことができる。
また、地盤反力の分布の表示と重心位置の表示を併せて行った場合には、作業者は、地盤反力の分布状況に合わせて新たな躯体の追加手順を決めることができるという新たな効果を奏する。例えば、作業者は、地盤反力が弱い位置に躯体を追加して、ケーソン5が均等に沈降するように調整することができる。作業者は、地盤反力の変化によって、躯体の追加方法を適宜調整できる。
さらに、重心位置を移動させる計算を行うときに、付加荷重増加分を地盤反力の分布に反映させて現状と比較することによって地盤反力の分布の偏りを少なくするように変更を加えることも可能になる。
上記3つの処理を同時に行う場合、上記2つの処理を同時に行う場合の効果を併せて奏することができる。
例えば、法面形状の表示と地盤反力の分布の表示を併せて行った場合には、作業者は、掘削作業の進行にともなう地盤反力の変化を確認することができるという新たな効果を奏する。例えば、作業者は、地盤反力のコンター図で、地盤反力が大きい位置で堀残し部61を大きくし、地盤反力の変化に合わせて堀残し部61を掘削する位置を適宜変えていくことができる。
また、法面形状の表示と重心位置の表示を併せて行った場合には、作業者は重心位置に注意して堀残し部61の大きさを決めるという新たな効果を奏する。例えば、作業者は、コンクリートを打設して新たな躯体を追加する際に、重心から見て新たな躯体を追加する側の堀残し部61を大きくしておくことができる。
また、地盤反力の分布の表示と重心位置の表示を併せて行った場合には、作業者は、地盤反力の分布状況に合わせて新たな躯体の追加手順を決めることができるという新たな効果を奏する。例えば、作業者は、地盤反力が弱い位置に躯体を追加して、ケーソン5が均等に沈降するように調整することができる。作業者は、地盤反力の変化によって、躯体の追加方法を適宜調整できる。
さらに、重心位置を移動させる計算を行うときに、付加荷重増加分を地盤反力の分布に反映させて現状と比較することによって地盤反力の分布の偏りを少なくするように変更を加えることも可能になる。
上記3つの処理を同時に行う場合、上記2つの処理を同時に行う場合の効果を併せて奏することができる。
以上説明した本実施形態において、ケーソン沈設管理システム1は、表示装置16に表示する処理結果によりケーソンの沈設管理を容易にすることができる。特に、ケーソンの開口面積が大きく、底版の剛性が低くなる場合であっても、ケーソン全体での沈設状況が把握できるので、沈設管理が容易となる。また、ケーソン沈設管理システム1は、ケーソンの形状が非対称となり荷重が不均衡になる場合であっても、沈設状況が把握できるので沈設管理が容易になる。さらに、ケーソン沈設管理システム1は、テレビカメラでは堀残し部の形状を正確に把握できない場合であっても沈設状況が把握できるので沈設管理が容易になる。
なお、本実施形態で説明した制御装置10の各動作は、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータシステムのCPU101によって実行されるプログラムによって実現される。ただし、制御装置10の動作の実現方法は本実施形態に限定されるものではない。例えば、制御装置10の全ての機能又は一部の機能は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)などのLSIによって実装されるファームウエアで実現してもよい。また、制御装置10の全ての機能又は一部の機能をハードウエアによって実現してもよい。
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エ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よい。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よく、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よく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
1 ケーソン沈設管理システム、11 レーダ、12 底版反力計、13 刃口反力計、14 傾斜計、15 テレビカメラ、16 表示装置、2 掘削機、31 レール、32、33 走行部、5 ケーソン、51 底版、52 刃口、53 側板、6 土砂、61 堀残し部、611 法面、101 CPU、102 ROM、103 RAM、104 EEPROM、105 ビデオカード、106 USB−I/F
Claims (6)
- ケーソンの底版の下面側の基準点に設けられ、掘削される前記下面側の土砂の前記ケーソンの刃口近傍の堀残し部の法面から前記基準点までの距離を測定する測距装置と、
前記ケーソンの平面図形と、前記測距装置で測定された前記距離に基づいて算出される前記堀残し部の形状と、を併せて表示する表示部と
を備える、ケーソン沈設管理システム。 - ケーソンの底版の下面側の基準点に設けられる測距装置を用いて、掘削される前記下面側の土砂の前記ケーソンの刃口近傍の堀残し部の法面から前記基準点までの距離を測定する測距工程と、
前記ケーソンの平面図形と、前記測距工程で測定された前記距離に基づいて算出される前記堀残し部の形状と、を併せて表示する表示工程と
を含む、ケーソン沈設管理方法。 - ケーソンの底版の下面側に設けられ、掘削される前記下面側の土砂の前記ケーソンの刃口近傍の堀残し部からの地盤反力を測定する底版反力計と、
前記ケーソンの平面図形と、前記底版反力計で測定された前記地盤反力に基づいて算出される前記地盤反力の分布図と、を併せて表示する表示部と
を備える、ケーソン沈設管理システム。 - ケーソンの底版の下面側に設けられる地盤反力計を用いて、掘削される前記下面側の土砂の前記ケーソンの刃口近傍の堀残し部からの地盤反力を測定する底版反力測定工程と、
前記ケーソンの平面図形と、前記底版反力測定工程で測定された前記地盤反力に基づいて算出される前記地盤反力の分布図と、を併せて表示する表示工程と
を含む、ケーソン沈設管理方法。 - ケーソンに打設するコンクリートの打設情報を入力する入力部と、
前記入力部で入力された前記打設情報を基に前記ケーソンの重心位置を計算する計算部と、
前記ケーソンの平面図形と、前記計算部で計算された前記重心位置と、を併せて表示する表示部と
を備え、
前記計算部は、前記入力部から新たに打設情報が入力されたときに新たな重心位置を計算し、
前記表示部は、前記ケーソンの平面図形、前記重心位置、及び前記新たな重心位置を表示する、ケーソン沈設管理システム。 - ケーソンに打設するコンクリートの打設情報を入力する第1の入力工程と、
前記第1の入力工程で入力された前記打設情報を基に前記ケーソンの重心位置を計算する計算工程と、
前記ケーソンの平面図形と、前記計算工程で計算された前記重心位置と、を併せて表示する表示工程と、
前記ケーソンに新たに打設するコンクリートの打設情報を入力する第2の入力工程と、
前記第2の入力工程で入力された前記打設情報を基に前記ケーソンの新たな重心位置を再計算する再計算工程と、
前記ケーソンの平面図形、前記重心位置、及び前記新たな重心位置を併せて表示する再表示工程と
を含む、ケーソン沈設管理方法。
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