JP4931126B2 - 杭打設方法 - Google Patents

Description

本発明は、旋回または前後傾斜する杭リーダに沿わせて杭を保持し、ハンマにより杭頭部へ打撃を与えて杭を水底に打設する杭打船による杭打設方法及び杭打設システムに関する。

杭打船により鋼管杭を海上で打設する工事を行う際には、従来より、陸上または海上測量台の２ヶ所にセオドライト等の測量機を設置し、それぞれに測量員を配置して２方向から打設杭の杭天位置を視準し、無線連絡により杭打船のオペレータへ杭の位置入れ誘導を行っている。

また、ＧＰＳ等で船体の位置座標を測量し、船体の方位及び傾斜計測データと、２台の杭・リーダ間距離計を組み合わせた杭傾斜計測データと、杭深度計測データ及び杭リーダ旋回角計測データとにより杭頭部と杭下端部の杭芯座標を計算し、管理すべき任意の高さの杭芯座標を計算する方法がある（例えば、下記特許文献１参照）。

他に、杭打船上にＧＰＳとトータルステーションを設置し、ＧＰＳで測量した船上の座標上にトータルステーションを配置し、船上のトータルステーションにより、リーダの上下２ヶ所とハンマ部に取り付けた反射部材の座標を測量することで杭リーダの傾斜と杭頭部の座標を計算し、管理すべき任意の高さの杭芯座標を算定する方法がある（例えば、下記特許文献２参照）。
特開２００３−６５７５９号公報 特開２００３−１０５７６２号公報

上記従来の方法において、測量員を配置し陸上または海上測量台の２ヶ所から杭を視準し杭打船側へ無線連絡して杭の位置入れ誘導する方法は、十分な経験技術を持つ測量員を配置する必要があり、無線連絡による誘導のため位置入れに手間取り非効率的であるとともに、杭の位置入れ誘導はできるが、杭打船の位置入れ誘導ができない。

また、上記特許文献１において、杭・リーダ間距離計により杭傾斜を計測する方法は、測量した船体座標と各種センサの計測データを組み合わせて杭頭部と杭下端の座標を計算するため、特に、旋回式杭打船の場合には船体方位や旋回角の計測誤差が影響し、要求される精度で杭天位置の座標を計算できない場合がある。また、杭の打設が進み杭頭が下がると杭・リーダ間距離計の作動ができない領域が発生し、この時から杭下端部の座標は固定されているものと仮定し、杭下端部の座標と杭キャップの座標から杭傾斜を算出しているが、実際の杭下端部の挙動が異なる場合に杭天位置の座標計算に誤差が発生する。

また、上記特許文献２において、ＧＰＳで測量した船上の座標上にトータルステーションを配置し、船上のトータルステーションからリーダの上下２ヶ所とハンマに配置した反射部材の座標を測量し、杭リーダ傾斜および杭頭部の座標を計算する方法では、断続的な測量になるため同期補正処理や船体動揺の補正処理による誤差が生じ、杭天位置を要求される精度で計測できない場合がある。また、旋回式杭打船では、杭リーダの旋回や杭傾斜の状態によりトータルステーションから反射部材の視準ができない場合がある。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、杭打船による水上での杭打設工事において、高い精度で杭の設計打止め高における杭芯位置（杭天位置）の座標を計算し、杭を設計位置へ正確に打設可能な杭打設方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による杭打設方法は、旋回または前後傾斜する杭リーダに沿わせて杭を保持し、前記杭を水底に打設する杭打船による杭打設方法であって、打設対象の杭の設計打止め高に対応する杭芯位置である杭天位置を位置入れ管理点とし、前記設計打止め高さ近傍の前記杭リーダ部分に全方位反射型の反射体を配置し、前記全方位反射型の反射体は、一対の半方位反射型の反射体から構成され、前記半方位反射型の反射体の一方を前記杭リーダの比較的下部に取り付け、他方を前記杭リーダの同じ高さ位置の１８０度反対側に取り付け、前記各半方位反射型の反射体は、前記杭リーダが傾斜したときに傾斜前の水平状態を保つように構成され、前記反射体をターゲットとしてトータルステーションで測量することで前記杭天位置の座標を計測し、前記座標計測データをもとに計算された杭位置に基づいて杭打設を行うことを特徴とする。

この杭打設方法によれば、杭打船による水上での杭打設工事において、打設対象の杭の杭天位置（設計打止め高に対応する杭芯位置）を位置入れ管理点とし、杭リーダ部分の設計打止め高さ近傍に配置した全方位反射型の反射体をターゲットとしてトータルステーションで杭天位置の座標を計測することで、杭天位置座標の計算に係わる杭リーダ傾斜や杭打船の船体方位等の計測誤差の影響を極力小さくできるので、高い精度で杭の杭天位置の座標を計算できる。このように高精度に計算された杭位置を参照して杭打設を行うので、杭を設計位置へ正確に打設することができる。なお、上記打設する杭は、鉛直杭、斜杭のいずれであってもよい。

上記杭打設方法において、前記全方位反射型の反射体は、一対の半方位反射型の反射体から構成され、前記半方位反射型の反射体の一方を前記杭リーダの比較的下部に取り付け、他方を前記杭リーダの同じ高さ位置の１８０度反対側に取り付けることが好ましい。一対の半方位反射型の反射体を１８０度反対になるように取り付けることで、全方位反射型の反射体を構成でき、これにより、トータルステーションから杭リーダの位置や姿勢によらず反射体を確実に視準できるようになる。なお、半方位反射型の反射体は、その反射範囲が少なくとも１８０°あればよく、１８０°を超えてもよい。

また、前記各半方位反射型の反射体は、前記杭リーダが傾斜したときに傾斜前の水平状態を保つように構成されることが好ましく、杭リーダが傾斜しても、反射体の姿勢を一定に保つことができる。

また、前記トータルステーションは、陸上に配置され、前記一対の半方位反射型の反射体のいずれか一方を視準可能な反射体として選択し、その選択した反射体の３次元位置を自動追尾し測量し、前記測量した３次元座標データを前記座標計測データとして無線でリアルタイムに前記杭打船側に伝送することが好ましい。

また、前記杭の杭頭部の深度、前記杭リーダの傾斜、前記杭リーダの旋回角、及び前記杭打船の船体の方位・傾斜の計測データと、事前登録された座標系データ及び打設設計データの登録データと、前記座標計測データと、に基づいて前記杭の杭頭部杭芯位置と杭天位置と杭下端部杭芯位置とを演算処理し、これらの演算結果に基づいて前記杭を設計位置に正確に打設するために前記杭位置及び姿勢をリアルタイムに誘導表示することが好ましい。

また、前記杭の杭天位置を設計位置に位置入れするための前記杭打船の船体移動量をリアルタイムに誘導表示することが好ましい。

また、前記杭の杭頭部の深度を深度計により計測する際に、前記杭打船の船上定位置において前記深度計を事前登録されたオフセット深度値にゼロリセットすることで、簡易に深度合わせを行うことができる。

本発明の杭打設システムは、上述の杭打設方法を実行可能なものである。この杭打設システムによれば、高い精度で杭の設計打止め高における杭芯位置（杭天位置）の座標を計算し、杭を設計位置へ正確に打設可能な杭打船による杭打設システムを実現できる。

本発明の杭打設方法によれば、杭打船による水上での杭打設工事において、高い精度で杭の設計打止め高における杭芯位置（杭天位置）の座標を計算し、杭を設計位置へ正確に打設可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による杭打設方法を実行可能な杭打設システムを概略的に示す図である。

図１に示すように、杭打設システムは、杭を打設する水域に移動する旋回式杭打船（以下、単に「杭打船」ともいう。）１と、杭打船１側に配置された測量用ターゲットの３次元位置を自動追尾し測量するように陸上に設置されたトータルステーション６と、トータルステーション６で得た測量データを杭打船１側に無線で伝送するように設置された無線データ伝送機７と、を備える。

旋回式杭打船１は、水面ＳＡに浮かんで、鋼管杭３を保持しながらクレーン２０により旋回または前後傾斜する杭リーダ２と、杭リーダ２に沿わせた鋼管杭３の杭頭部へ打撃を与えるハンマ４と、を備え、鋼管杭３を鉛直杭または斜杭として水底に打設可能である。

図１のように、旋回式杭打船１の杭リーダ２の下部の左右所定位置に全方向反射型の反射体５をトータルステーション６の測量用ターゲットとして配置している。図１の反射体５の具体例について図１２乃至図１４を参照して説明する。

図１２は、図１の反射体の具体例における各部材の位置関係を示す平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。図１３は、図１２の反射体を杭リーダに取り付けた状態を示す側面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。図１４は、図１３のように杭リーダに取り付けた反射体の正面図である。

図１２（ａ）、（ｂ）のように、反射体５ａは、複数の反射プリズム３１〜３５と、各反射プリズム３１〜３５を保持部４１を介して保持する円板状の保持部材３６と、図１の杭リーダ２に反射体５ａを取り付けるための板状の取付部材３７と、保持部材３６にその中心で連結されたボルト部材３８と、取付部材３７にその一端で連結されたボルト部材３９と、ボルト部材３８にその下端側で取り付けられた円板状の重錘４０と、杭リーダ２が前後に傾斜しても保持部材３６が水平位置を保つように保持部材３６とボルト部材３９とを回転中心ｓで回動可能に連結するユニバーサルジョイント４２と、を備える。

各反射プリズム３１〜３５は、円錐形のコーナーキューブプリズムで構成され、円錐形の各中心線ｂ〜ｆが図１２（ａ）の回転中心ｓを通るとともに各反射点３１ａ〜３５ａが保持部材３６の円周上１８０度の範囲内に等間隔になるように保持されている。コーナーキューブプリズムとは、直交した３面の内部全反射を利用して入射する光の方向に関わらず、入射方向へ１８０°折り返すためのプリズムであり、反射光の方向を常に一定に保つことができる。

各反射プリズム３１〜３５は、各中心線ｂ〜ｆが図１２（ｂ）のように保持部材３６の面に平行でかつユニバーサルジョイント４２の回転中心ｓと一致して同一高さになるように位置決められている。ボルト部材３８とボルト部材３９は、保持部材３６の中心を直交して通る中心線ａが回転中心ｓを通るように取り付けられる。

図１３（ａ）、（ｂ）のように、上述の反射体５ａと同様の構造で、各反射プリズム３１〜３５の位置を鏡面対称位置に配置した反射体５ｂを構成し、かかる一対の反射体５ａ、５ｂを取付部材３７で杭リーダ２に取り付ける。すなわち、反射体５ａ、５ｂが杭リーダ２の左右に同一高さ位置になるように板状の取付部材３７を仮止めし位置を決めてから溶接により取り付ける。

図１２（ａ）のように、例えば、中央に位置する反射プリズム３３が図１のトータルステーション６に最も指向している場合、トータルステーション６からの視準光・測距光ｍが反射プリズム３３に入射し、反射点３３ａで入射方向に折り返し、反射された反射光ｎがトータルステーション６に向けて反射されてトータルステーション６に捕捉される。

各反射プリズム３１〜３５の一個の反射範囲は、例えば、反射プリズム３２では、図１２（ａ）のように範囲ｇであり、９０度であるので、反射体５ａは、複数の反射プリズム３１から３５までの全体の反射範囲が少なくとも１８０度を満足するようになっている。同様に、反射体５ｂも全体の反射範囲が少なくとも１８０度を満足する。

上述のことから、図１３（ｂ）に示すように、反射体５ａは、図の右側の１８０度の反射範囲ｇに対応可能な半方位反射体に構成され、図の方向ｉ，ｊ，ｋのいずれの方向からでもトータルステーション６による視準と測距が可能である。また、反射体５ｂは、図の左側の１８０度の反射範囲ｈに対応可能な半方位反射体に構成され、図の方向ｐ，ｑ，ｒのいずれの方向からでもトータルステーション６による視準と測距が可能である。このように、上述の一対の反射体５ａ，５ｂにより全方位反射型の反射体５を構成できる。なお、反射体５ａ，５ｂは、１８０°の反射範囲ｇ，ｈを超えるように構成してもよい。

また、図１４のように、杭リーダ２が前後に傾斜した場合、反射体５ａは、重錘４０の重量により、反射プリズム３１〜３５を搭載した保持部材３６がユニバーサルジョイント４２により回転中心ｓで回動し、傾斜前の水平状態を保つようになっており、反射体５ａの姿勢を一定に保つことができる。この回転中心ｓは、上述のように、反射プリズム３１〜３５の各中心線ｂ〜ｆ（保持部材３６から所定の高さ位置）と保持部材３６の中心を通る中心線ａとの交点であり、反射体５ａの測量定点となる。同様に、反射体５ｂの回転中心が反射体５ａの測量定点となる。なお、各反射点３１ａ〜３５ａから回転中心ｓまでの離隔距離は、反射体プリズム定数としてトータルステーション測距値に加算補正される。

陸上側ではトータルステーション６が視準可能な反射体５ａまたは５ｂを選択し、反射体５ａまたは５ｂの３次元位置を自動追尾し測量する。測量した反射体５ａまたは５ｂの３次元座標データ等の測量データを陸上側の無線データ伝送機７からリアルタイムに杭打船１側の無線データ受信機８に伝送する。

使用する自動追尾式のトータルステーション６は、測距及び測角（水平角、鉛直角）により測定対象の反射体５ａ，５ｂの位置座標を計算し、１ｋｍ離れた位置にある反射体に対しても自動追尾してｘ、ｙ、ｚの三次元方向において±３ｃｍの高精度で位置測量が可能である。

また、反射体５ａ，５ｂは杭リーダ２の左右に配置されて全方向反射型の反射体５を構成しているので、杭打船１の船体の移動や杭リーダ２の旋回または傾斜に対してもトータルステーション６が追尾を失うことがない。

杭打船１は、深度計測ワイヤ９を適切な張力で緊張し鋼管杭３の杭頭部までのワイヤ繰出長の変位を計測する杭頭部深度計１０と、杭リーダ２の鉛直方向に対する傾斜角を計測する杭リーダ傾斜計１１と、杭リーダ旋回部２３で杭リーダ２を旋回させたとき杭リーダ２の旋回角を計測する杭リーダ旋回角度計１２と、を備え、更に、各計測データと反射体５ａ，５ｂの３次元座標データを無線データ受信機８で受信し演算処理する打設管理情報処理機１３をクレーン操作室２２に備える。

また、旋回式杭打船１は、杭打船１の船体の方位及び傾斜を計測するジャイロコンパス１４と、ジャイロコンパス１４により計測された杭打船１の方位及び傾斜の計測データを受信し演算処理する操船位置情報処理機１５と、を操船室２１に備える。

打設管理情報処理機１３は、工事座標系データ、リーダ座標系データ、船体座標系データ等の座標系データや打設設計データを事前登録するとともに、操船位置情報処理機１５との間で計測データ及び事前登録データを相互通信し、これらの各データを共有化できるようになっている。

上述のように、打設管理情報処理機１３は、上記諸データに基づいて鋼管杭３の杭頭部杭芯位置３ａと設計打止め高に対応する杭芯位置（杭天位置３ｂ）と杭下端部杭芯位置３ｃの現在位置及び深度を計算し、打設位置誘導表示器１６により設計位置へ正確に打設するための杭３の位置及び姿勢をリアルタイムに誘導表示する。

また、操船位置情報処理機１５は、打設する杭の杭天位置３ｂと杭打船１との現在位置関係を演算処理し、船体誘導表示器１７により設計位置へ杭を打設するための杭打船１の船***置をリアルタイムに誘導表示する。

上述の図１，図１２，図１３の杭打設システムにより本実施の形態の杭打設方法を実行可能である。すなわち、旋回式杭打船１により旋回・前後傾斜する杭リーダ２に沿わせて杭３を保持し、ハンマ４により杭頭部へ打撃を与えて杭３を水底に打設する際に、打設する杭３の設計打止め高に対応する杭芯位置（杭天位置３ｂ）を精度重視の位置入れ管理点とし、このため、設計打止め高さ近傍の杭リーダ２の下部に図１，図１３のように反射体５ａ，５ｂから構成される全方位反射型の反射体５を配置し、反射体５ａまたは５ｂをターゲットに陸上からトータルステーション６で測量することで、杭天位置３ｂの座標計算に関わる杭リーダ傾斜及びクレーン旋回角、船体方位の計測誤差の影響を極力小さくし、杭天位置３ｂの座標を高い精度で計測できる。

トータルステーション６は、杭リーダ下部の左右所定位置に配置した反射体５ａ，５ｂから視準可能な反射体５ａまたは５ｂを選択し、その３次元位置を自動追尾し測量し、測量した反射体５ａまたは５ｂの３次元座標データを無線データ伝送機７でリアルタイムに杭打船１側に伝送する。

杭打船１側には、杭リーダ２に備えた杭頭部深度計１０及び杭リーダ傾斜計１１と、杭リーダ旋回角度計１２と、これらにより得た計測データ及び反射体５ａまたは５ｂの３次元座標データを受信し演算処理する打設管理情報処理機１３と、船体の方位及び傾斜を計測するジャイロコンパス１４と、ジャイロコンパスからの計測データを受信し演算処理する操船位置情報処理機１５とが配置されている。

打設管理情報処理機１３は座標系データや打設設計データを事前登録し、操船位置情報処理機１５とで計測データ及び事前登録データを相互通信しデータを共有化することで、クレーン操作室２２の打設管理情報処理機１３では、上記諸データに基づいて打設する杭３の杭頭部杭芯位置３ａと杭天位置３ｂと杭下端部杭芯位置３ｃとを演算処理し、杭３を設計位置へ正確に打設するための杭の位置及び姿勢を打設位置誘導表示器１６にリアルタイムに誘導表示でき、また、操船室２１の操船位置情報処理機１５では、打設する杭の杭天位置３ｂを設計位置に位置入れするための杭打船１の船体移動量を船体誘導表示器１７にリアルタイムに誘導表示できる。

次に、図１の打設管理情報処理機１３及び操船位置情報処理機１５による計算処理について図２乃至図１１を参照して説明する。図２は本実施の形態の杭打設方法による杭打設位置の誘導表示及び船体誘導表示を行うまでの演算処理フロー（ステップST01〜ST09）を示す図である。

図２に示すように、まず、図１の打設管理情報処理機１３に事前登録された(1)工事座標系データ、(2)リーダ座標系データ、(3)船体座標系データ、(4)打設設計データが読み出されて入力処理される（ST01）。打設対象の杭番が設定されると、上記事前登録された該杭番の設計諸データが読み込まれる（ST02）。

次に、図１の杭打設システムのトータルステーション６、杭リーダ傾斜計１１、ジャイロコンパス１４、旋回角度計１２及び杭頭部深度計１０により測量及び計測処理を行い、次の各データを取得する（ST03）。
(1)トータルステーション測量データ
(2)杭リーダ傾斜角データ
(3)船体の方位及び傾斜データ
(4)クレーン旋回角データ
(5)深度計データ

次に、上記測量データ及び計測データに基づいて杭の深度を計算し（ST04）、杭リーダ及び船体の各基準点の座標を計算する（ST05）。

そして、上記杭リーダの基準点の座標に基づいて杭の座標を計算し（ST06）、上記船体の基準点の座標に基づいて船体の座標を計算する（ST07）。これらの計算結果に基づいて打設位置誘導表示器１６に打設位置の誘導表示がなされるとともに、船体誘導表示器１７に杭を打設するための船***置の誘導表示がなされる（ST08）。

次に、上記誘導表示された打設位置への誘導及び船***置への誘導を行ってから、鋼管杭３を打設する（ST09）。

上記鋼管杭３の打設が終了すると、上記ステップST02に戻り、次に打設する杭の杭番が設定され、同様のステップがすべての杭が打設されるまで繰り返される。

図３は、本実施の形態における計測条件を説明するための図であり、（１）杭リーダ２の傾斜及び旋回関係を示す斜視図（ａ），（ｂ）、及び、（２）工事座標を示す図（ｃ）と、工事座標と杭打船１との関係を示す平面図（ｄ）である。ここで、計測する船体の方位をθｈ、杭リーダ旋回角をθγ、杭リーダ２の前後方向への傾斜角をθｙとする。

なお、杭リーダ２の左右方向への傾斜角については、杭打船１が自動バラスト装置を備えており、杭打船１の船体傾斜が常に水平に自動調整されるため、本計算では０°として扱う。

図４は、本実施の形態における座標系データの事前登録例を示す図であり、（１）工事座標系（Ｘ，Ｙ）を示す図（ａ）、及び工事座標系データの例を示す表（ｂ）、（２）リーダ座標系（ｘ，ｙ）を示す図（ｃ）、及びリーダ座標系データの例を示す表（ｄ）、（３）船体座標系（Ｓｘ，Ｓｙ）を示す図（ｅ）、及び船体座標系データの例を示す表（ｆ）、である。

図４（ａ）の工事座標系（Ｘ−Ｙ）では、座標回転角（Ｋθ）を設定することで、ジャイロコンパス計測方位（θｈ）をＸ軸からの角度に変換する。図４（ｃ）のリーダ座標系（ｘ−ｙ）では、杭リーダ２の下部に測量のターゲットとなる反射体（５ａ、５ｂ）が取り付けられ、その反射体５ａ，５ｂと同じ高さの杭リーダ２の中心部（Ｓ０）を座標原点とし、各点の位置関係を実測して登録する。船体座標系（Ｓｘ−Ｓｙ）では、杭打船１の船上のクレーン旋回中心点（Ｓ１）を座標原点とし、各点の平面位置関係を実測して登録する。

なお、図４（ｄ）、（ｆ）の表における測点５ａ，５ｂは、図１３の反射体５ａ、５ｂの各測量定点Ｓを意味する（以下でも同じ）。

図５は、本実施の形態における打設設計データの事前登録例を示す図であり、打設設計データを説明するための平面図（ａ）、及び打設設計データの例を示す表（ｂ）である。図５（ｂ）のように、杭番ごとに打設位置や打設方法が異なるため杭の座標計算や目標位置及び目標姿勢の計算に必要な諸データを登録しておき、杭番が選定された場合に該当する杭番の諸データが選択されるようにする。

図６は、本実施の形態における工事座標上で求める座標計算対象点を示す表である。反射体の座標測量をもとにリーダ座標系の原点（Ｓ０）と船体座標系の原点（Ｓ１）の座標を計算し、これを基点に杭及び船体の各座標を計算する。

図７は、本実施の形態における杭の深度計算の船上定位置による深度計リセットを説明するための図で、図１の杭リーダと杭頭部との相対的な位置関係を示す正面図（ａ）及び平面図（ｂ）であり、更に、杭打設時の深度計算を説明するための図で、杭リーダと鋼管杭との相対的な位置関係を示す側面図（ｃ）及び平面図（ｄ）である。

杭の深度合わせのための深度計１０のリセットは、打設作業前に、例えば図７（ａ）、（ｂ）のように、杭リーダ２を杭打船１の船上デッキ面１ａに設けた盤木１ｂに格納したときの定位置で深度計測ワイヤ９の鋼管杭３の杭頭部までのワイヤ繰出長をゼロにリセットすることで行う。

杭の深度合わせは、従来では、打設前に杭の下端部を海面に合わせ、このときの杭下端深度が潮位値に一致するようオフセット深度値を設定しているが、波浪があると海面合わせが困難であり誤差が発生していた。本実施の形態の船上定位置による深度リセット方法によれば、オフセット深度値（Ｈ０）が事前登録されており、打設作業前に杭リーダ２が船上定位置にあるとき深度計１０をゼロリセットするだけで簡易に深度合わせを行うことができる。なお、杭打工事では、杭の種類によりハンマのタイプを変更することがあり形状が変わるため、オフセット深度値（Ｈ０）は打設設計データの中で杭番に対応させて登録する。

深度計１０をリセットしたときの鋼管杭３の杭頭部杭芯位置３ａの深度Ｚａは、次の式（１）で計算でき、深度計１０をゼロリセットするので、Ｌｗ＝０とすると、次の式（１’）で計算できる。

Ｚａ＝Ｚｐ＋Ｈ０＋Ｌｗ （１）
Ｚａ＝Ｚｐ＋Ｈ０ （１’）

但し、Ｚｐ：反射体の測量高さ（トータルステーション６の測量値）
Ｌｗ：深度計測ワイヤ９の繰出長の計測値
Ｈ０：オフセット深度値

杭の打設は、図７（ｄ）のように、図７（ｂ）の状態から杭リーダ２を鋼管杭３とともに旋回させてから行う。打設時の杭３の深度は、杭リーダ２の下部に取り付けられた反射体５ａまたは５ｂの測量高さと、深度計データと、杭リーダ傾斜データと、杭番に対応して事前登録された打設設計データの中の諸データをもとに、杭頭部杭芯位置３ａの深度Ｚａは、次の式（２）で、杭天位置３ｂの深度Ｚｂは次の式（３）で、杭下端部杭芯位置３ｃの深度Ｚｃは式（４）で計算できる。

Ｚａ＝Ｚｐ＋(Ｌｗ＋Ｈ０)・ｃｏｓ(θｙ)−Ｌｋ・ｓｉｎ(θｙ) （２）
Ｚｂ＝設計打止め高さ（事前登録の打設設計データより） （３）
Ｚｃ＝Ｚａ−Ｌｎ・ｃｏｓ(θｙ) （４）

但し、Ｚｐ：反射体の測量高さ（トータルステーション６の測量値）
Ｌｗ：深度計測ワイヤ９の繰出長の計測値
θｙ：杭リーダ傾斜角の計測値
Ｈ０：オフセット深度値（事前登録の打設設計データより）
Ｌｋ：リーダ芯から杭芯までの離隔距離（事前登録の打設設計データより）
Ｌｎ：杭長（事前登録の打設設計データより）

図８は、本実施の形態における各基準点の座標計算を説明するための図で、杭リーダ基準点Ｓ０の座標計算の説明図（ａ）及び船体基準点Ｓ１の座表計算の説明図（ｂ）である。

杭リーダ基準点Ｓ０の座標（Ｘ０，Ｙ０，Ｚ０）は、図８（ａ）のように、測量した反射体５ｂの座標値（Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ）に基づいて次の式（５）、（６）、（７）で計算できる。

Ｘ０＝Ｘｐ−Ｐｘ２・ｃｏｓ(θβ−９０°) （５）
Ｙ０＝Ｙｐ−Ｐｘ２・ｓｉｎ(θβ−９０°) （６）
Ｚ０＝Ｚｐ （７）

但し、Ｐｘ２ ：事前登録データ
θβ＝θγ−（３６０°−θｈ＋Ｋθ）

また、船上基準点（Ｓ１）の平面座標（Ｘ１，Ｙ１）は、図８（ｂ）のように、上記式（５）、（６）のＸ０，Ｙ０の座標に基づいて次の式（８）、（９）で計算できる。

Ｘ１＝Ｘ０＋Ｌｃ・ｓｉｎ(θβ−９０°) （８）
Ｙ１＝Ｙ０−Ｌｃ・ｃｏｓ(θβ−９０°) （９）

但し、Ｌｃ：事前登録データ
θβ＝θγ−（３６０°−θｈ＋Ｋθ）

図９は、本実施の形態における杭の座標計算を説明するための図で、杭リーダ基準点Ｓ０〜杭天位置３ｂの水平距離ｙｂの計算を説明するための側面図（ａ）及び杭天位置３ｂの工事座標での計算を説明するための平面図（ｂ）である。

図９（ａ）のように、杭リーダ部基準点Ｓ０から杭天位置３ｂまでの水平離隔距離ｙｂは、次の式（１０）で計算できる。

ｙｂ＝Ｌｋ／ｃｏｓ(θｙ)＋(Ｚｂ−Ｚ０)・ｔａｎθｙ （１０）

但し、Ｌｋ：事前登録データ
θｙ：杭リーダ傾斜角（図９（ａ）では、後傾で、「−」値）

なお、同様にして、杭頭部杭芯位置３ａ、杭下端部杭芯位置３ｃまでの各水平距離ｙａ，ｙｃも計算できる。

図９（ｂ）のように、杭天部位置３ｂ（打設している杭の設計打止め高に対応する杭芯位置）の座標は、上記水平離隔距離ｙｂと杭リーダ部基準点Ｓ０の座標に基づいて次の式（１１）、（１２）、（１３）で計算できる。

Ｘｂ＝Ｘ０−ｙｂ・ｓｉｎ(θβ−９０°) （１１）
Ｙｂ＝Ｘ０＋ｙｂ・ｃｏｓ(θβ−９０°) （１２）
Ｚｂ＝設計打止め高さ（上記式（３）と同じ） （１３）
但し、θβ＝θγ−（３６０°−θｈ＋Ｋθ）

なお、杭頭部杭芯位置３ａと杭下端部杭芯位置３ｃの各座標についても、上記杭天部の座標計算と同様の計算式で求めることができる。

図１０は、本実施の形態における船体の座標計算を説明するための平面図である。図１０のように、船上の任意点Ｓ２の工事座標による平面座標（Ｘ２，Ｙ２）は、上記式（８）、（９）で計算した船上基準点Ｓ１の座標（Ｘ１，Ｙ１）及び船体の方位θｈに基づいて次の式（１４）、（１５）で計算できる。

Ｘ２＝Ｘ１-Ｓｘ２・sin(180°-θｓ)-Ｓｙ２・cos(180°-θｓ) （１４）
Ｙ２＝Ｙ１+Ｓｘ２・cos(180°-θｓ)-Ｓｙ２・sin(180°-θｓ) （１５）

但し、Ｓｘ２，Ｓｙ２：事前登録データ
θｓ＝θｈ−Ｋθ

なお、船上の他の点（Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５）についても同様の計算式で求めることができる。

図１１は、本実施の形態における船体誘導表示例（ａ）と杭打設位置誘導表示例（ｂ）を示す図である。上記演算処理結果をもとに、図１１（ａ）のように、操船位置情報処理機１５では船体誘導表示器１７に船体の現在位置を表示するとともに打設する杭の杭天位置を設計位置に位置入れするための船体移動量をリアルタイムに誘導表示する。

すなわち、図１１（ａ）の例では、杭打船の船体の現在位置（破線で示す）と目標位置が船体誘導表示器１７の画面に例えば色分け表示されるとともに、上記式（１４）、（１５）による船体の上左端及び下右端の各操船移動量（船体移動量）が表示される。これらの操船移動量を参照して操船室２１での操縦により杭打船を移動させると、リアルタイムに船体移動量が変化して表示される。

また、図１１（ｂ）のように、打設管理情報処理機１３では打設位置誘導表示器１６に、打設する杭の現在位置及び姿勢を表示するとともに設計打設位置を目標にした杭の移動量をリアルタイムに誘導表示する。

すなわち、図１１（ｂ）の例では、打設位置誘導表示器１６の右画面に杭の側面位置が表示され、左画面に杭の平面位置が表示され、それぞれ現在位置（破線で示す）と目標位置が例えば色分け表示されるとともに、上記式（１１），（１２）による杭下端の平面位置と杭天の平面位置の各杭移動量が左画面に表示され、上記式（１１），（１２），（１３）による杭天の側面位置の杭移動量が右画面に表示される。上記船体の目標位置への移動後に、上記杭移動量を参照してハンマー４による杭打設を行うと、リアルタイムに上記杭移動量が変化して表示される。

以上のように、本実施の形態の杭打設方法によれば、杭リーダ２を旋回または前後傾斜させて鋼管杭３を打設する杭打設工事において、打設しようとする杭３の設計打止め高における杭芯位置（杭天位置３ｂ）を精度重視の位置入れ管理点とし、高い精度で杭天位置３ｂの座標を算出し、設計位置へ正確に打設するための杭３の位置入れと船***置入れとをリアルタイムに誘導表示するので、従来に比べて効率的な船***置決めと正確な打設管理を行うことができる。

従来の杭の位置入れでは、測量員を配置し陸上または海上測量台の２ヶ所から杭を視準し、杭打船側へ無線連絡して杭の位置入れ誘導しているが、この場合、十分な経験技術を持つ測量員を配置する必要があり無線連絡による誘導のため位置入れに手間取り非効率的であり、また、杭の位置入れ誘導はできるものの杭打船の位置入れ誘導ができないという問題があったのに対し、本実施の形態では、高い精度で杭天位置の座標を算出し設計位置へ正確に打設するための杭の位置入れと船***置入れとをリアルタイムに誘導表示することにより、効率的な船***置決めと正確な杭打設管理を行うことができる。

なお、本明細書において、「位置入れ」とは、杭を設計位置まで打設するために、現在位置から目標位置まで杭・船体を案内誘導し位置決めるまでの一連の動作を意味する。

以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、反射体５ａ、５ｂの杭リーダ２における取付位置は、適宜設定可能であり、例えばロープや他の部材等により遮られるおそれがある場合には、多少上下させてずらしてもよいことは勿論である。

本実施の形態による杭打設方法を実行可能な杭打設システムを概略的に示す図である。 本実施の形態の杭打設方法による杭打設位置の誘導表示及び船体誘導表示を行うまでの演算処理フローを示す図である。 本実施の形態における計測条件を説明するための図であり、（１）杭リーダ２の傾斜及び旋回関係を示す斜視図（ａ），（ｂ）、及び、（２）工事座標を示す図（ｃ）と、工事座標と杭打船１との関係を示す平面図（ｄ）である。 本実施の形態における座標系データの事前登録例を示す図であり、（１）工事座標系（Ｘ，Ｙ）を示す図（ａ）、及び工事座標系データの例を示す表（ｂ）、（２）リーダ座標系（ｘ，ｙ）を示す図（ｃ）、及びリーダ座標系データの例を示す表（ｄ）、（３）船体座標系（Ｓｘ，Ｓｙ）を示す図（ｅ）、及び船体座標系データの例を示す表（ｆ）、である。 本実施の形態における打設設計データの事前登録例を示す図であり、打設設計データを説明するための平面図（ａ）、及び打設設計データの例を示す表（ｂ）である。 本実施の形態における工事座標上で求める座標計算対象点を示す表である。 本実施の形態における杭の深度計算の船上定位置による深度計リセットを説明するための図で、図１の杭リーダと杭頭部との相対的な位置関係を示す正面図（ａ）及び平面図（ｂ）であり、更に、杭打設時の深度計算を説明するための図で、杭リーダと鋼管杭との相対的な位置関係を示す側面図（ｃ）及び平面図（ｄ）である。 本実施の形態における各基準点の座標計算を説明するための図で、杭リーダ基準点Ｓ０の座標計算の説明図（ａ）及び船体基準点Ｓ１の座表計算の説明図（ｂ）である。 本実施の形態における杭の座標計算を説明するための図で、杭リーダ基準点Ｓ０〜杭天位置３ｂの水平距離ｙｂの計算を説明するための側面図（ａ）及び杭天位置３ｂの工事座標での計算を説明するための平面図（ｂ）である。 本実施の形態における船体の座標計算を説明するための平面図である。 本実施の形態における船体誘導表示例（ａ）と杭打設位置誘導表示例（ｂ）を示す図である。 図１の反射体の具体例における各部材の位置関係を示す平面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。 図１２の反射体を杭リーダに取り付けた状態を示す側面図（ａ）及び平面図（ｂ）である。 図１３のように杭リーダに取り付けた反射体の正面図である。

符号の説明

１ 旋回式杭打船、杭打船
２ 杭リーダ
３ 鋼管杭、杭
３ａ 杭頭部杭芯位置
３ｂ 杭天位置、杭の設計打止め高に対応する杭芯位置
３ｃ 杭下端部杭芯位置
４ ハンマ
５ 全方位反射型反射体
５ａ 半方位反射型反射体（杭リーダ下部右側）
５ｂ 半方位反射型反射体（杭リーダ下部左側）
６ トータルステーション
７ 無線データ伝送機
８ 無線データ受信機
９ 深度計測ワイヤ
１０ 杭頭部深度計
１１ 杭リーダ傾斜計
１２ 旋回角度計
１３ 打設管理情報処理機
１４ ジャイロコンパス
１５ 操船位置情報処理機
１６ 打設位置誘導表示器
１７ 船体誘導表示器
３１〜３５ 反射プリズム
４０ 重錘
４２ ユニバーサルジョイント
ｓ 回転中心
Ｓ０ リーダ座標の原点
Ｓ１ 船体座標の原点
Ｓ２ 船体の船首・右舷位置
Ｓ３ 船体の船尾・右舷位置
Ｓ４ 船体の船尾・左舷位置
Ｓ５ 船体の船首・左舷位置
Ｘｐ，Ｙｐ，Ｚｐ トータルステーションで測量した反射体の座標
Ｚａ 杭頭部杭芯位置の計算深度
Ｚｂ 杭天位置の深度（事前登録された設計打止め深度）
Ｚｃ 杭下端部杭芯位置の計算深度
Ｋθ 真北から工事座標Ｘ軸までの回転角（事前登録データ）
θh 船体の方位角計測データ
θγ クレーン旋回角計測データ
θy 杭リーダ傾斜角計測データ
θβ 杭の打設方向角計測データ
Ｌｗ 深度計測ワイヤ繰出長
Ｌｎ 杭長（事前登録データ）
α 船体の進入方向角（事前登録データ）
β 杭の打設方向角（事前登録データ）
Ｈ０ オフセット深度（事前登録データ）
Ｌｋ 杭リーダ中心からの杭芯までの離隔距離（事前登録データ）
Ｌｃ 杭リーダ中心から旋回中心点までの離隔距離（事前登録データ）

Claims (6)

1. 旋回または前後傾斜する杭リーダに沿わせて杭を保持し、前記杭を水底に打設する杭打船による杭打設方法であって、
   打設対象の杭の設計打止め高に対応する杭芯位置である杭天位置を位置入れ管理点とし、前記設計打止め高さ近傍の前記杭リーダ部分に全方位反射型の反射体を配置し、
   前記全方位反射型の反射体は、一対の半方位反射型の反射体から構成され、前記半方位反射型の反射体の一方を前記杭リーダの比較的下部に取り付け、他方を前記杭リーダの同じ高さ位置の１８０度反対側に取り付け、
   前記各半方位反射型の反射体は、前記杭リーダが傾斜したときに傾斜前の水平状態を保つように構成され、
   前記反射体をターゲットとしてトータルステーションで測量することで前記杭天位置の座標を計測し、前記座標計測データをもとに計算された杭位置に基づいて杭打設を行うことを特徴とする杭打設方法。
2. 前記トータルステーションは、陸上に配置され、前記一対の半方位反射型の反射体のいずれか一方を視準可能な反射体として選択し、その選択した反射体の３次元位置を自動追尾し測量し、
   前記測量した３次元座標データを前記座標計測データとして無線でリアルタイムに前記杭打船側に伝送する請求項１に記載の杭打設方法。
3. 前記杭の杭頭部の深度、前記杭リーダの傾斜、前記杭リーダの旋回角、及び前記杭打船の船体の方位・傾斜の計測データと、事前登録された座標系データ及び打設設計データの登録データと、前記座標計測データと、に基づいて前記杭の杭頭部杭芯位置と杭天位置と杭下端部杭芯位置とを演算処理し、これらの演算結果に基づいて前記杭を設計位置に正確に打設するために前記杭位置及び姿勢をリアルタイムに誘導表示する請求項１または２に記載の杭打設方法。
4. 前記杭の杭天位置を設計位置に位置入れするための前記杭打船の船体移動量をリアルタイムに誘導表示する請求項１乃至３のいずれか１項に記載の杭打設方法。
5. 前記杭の杭頭部の深度を深度計により計測する際に、前記杭打船の船上定位置において前記深度計を事前登録されたオフセット深度値にゼロリセットする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の杭打設方法。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の杭打設方法を実行可能な杭打設システム。