JP5767131B2 - 杭打設施工管理システム - Google Patents

Description

本発明は、杭打設施工管理システムに関し、さらに詳しくは、パイルホルダ台船を用いて杭を水底地盤に打設する際に、設定された位置に精度よく打設できる杭打設施工管理システムに関するものである。

海等の水底地盤に杭を打設する際に、打設する杭を保持するパイルホルダを備えたパイルホルダ台船を用いる施工方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。水底地盤に立てた状態の杭を、パイルホルダによって所定位置で所定方向に保持することにより、予め設定した位置に打設することが可能になる。その際に、パイルホルダの位置を逐次検知すれば、この検知位置と、パイルホルダと保持されている杭との既知の位置関係（一定値）とに基づいて、パイルホルダに保持されている杭の位置も把握できるので、設定した位置に杭を打設するには有利である。

しかしながら、パイルホルダと保持されている杭との位置関係は、実際には、既知の一定値ではなく、施工現場の環境等によって若干の位置ずれが生じる。そのため、パイルホルダの位置を逐次検知する方法では、杭の打設位置の精度を向上させるには限界があった。近頃は極めて高い精度が要求される杭の打設工事があるため、この要求に応える手法が必要となっている。

特開２００４−２７５４８号公報

本発明の目的は、パイルホルダ台船を用いて杭を水底地盤に打設する際に、設定された位置に精度よく打設できる杭打設施工管理システムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明の杭打設施工管理システムは、パイルホルダ台船の位置データが入力される演算装置と、前記パイルホルダ台船に設置されるパイルホルダの傾斜角度を検知するホルダ傾斜検知手段と、前記パイルホルダに上下に間隔をあけて取付けられて、このパイルホルダとパイルホルダに保持されている杭との相対位置を検知する少なくとも２つの杭位置検知手段とを備え、前記パイルホルダ台船の位置データと、前記ホルダ傾斜検知手段の検知データおよび前記杭位置検知手段の検知データとに基づいて、前記演算装置によって杭の位置および傾斜角度を逐次算出する構成にしたことを特徴とする。

また、本発明の別の杭打設施工管理システムは、パイルホルダ台船の位置データおよび向きデータが入力される演算装置と、前記パイルホルダ台船に設置されるパイルホルダの傾斜角度を検知するホルダ傾斜検知手段と、前記パイルホルダに上下に間隔をあけて取付けられて、このパイルホルダとパイルホルダに保持されている杭との相対位置を検知する少なくとも２つの杭位置検知手段と、前記パイルホルダに保持されている杭の予め設定された箇所の３次元位置を検知する３次元杭位置検知手段とを備え、垂直にセットした前記パイルホルダにより杭を保持して、前記パイルホルダ台船の位置データおよび向きデータと、前記ホルダ傾斜検知手段の検知データおよび前記杭位置検知手段の検知データとに基づいて、前記演算装置によって杭の芯位置および傾斜角度を算出し、算出した杭の芯位置の傾斜角度に基づいて、必要に応じてパイルホルダを傾斜させることにより、杭の芯位置が傾斜していない垂直状態に維持して、この垂直状態の杭について、前記３次元杭位置検知手段により前記予め設定された箇所の３次元位置を検知し、この検知した３次元位置に基づいて算出した杭の芯位置と、予め設定されているこの杭の打設位置とを比較する構成にしたことを特徴とする。

前者の発明によれば、基準となるパイルホルダ台船（パイルホルダ）の位置データおよび向きデータが演算装置に入力され、パイルホルダの傾斜角度はホルダ傾斜検知手段によって把握できる。そして、上下方向に間隔をあけてパイルホルダに取付けられた少なくとも２つの杭位置検知手段によって、パイルホルダとパイルホルダに保持されている杭との相対位置および相対傾斜角度を逐次把握することができる。したがって、パイルホルダ台船の位置データおよび向きデータと、ホルダ傾斜検知手段の検知データおよび杭位置検知手段の検知データとに基づいて、演算装置によって杭の実際の芯位置および傾斜角度を逐次精度よく算出することができる。これにより、パイルホルダ台船を用いて杭を水底地盤に打設する際に、設定された位置に精度よく打設することが可能になる。

後者の発明によれば、前記パイルホルダ台船の位置データおよび向きデータと、前記ホルダ傾斜検知手段の検知データおよび前記杭位置検知手段の検知データとに基づいて、垂直にセットしたパイルホルダにより保持されている杭の芯位置および傾斜角度を前記演算装置によって算出し、算出した杭の芯位置の傾斜角度に基づいて、必要に応じてパイルホルダを傾斜させることにより、この杭の芯位置が傾斜していない垂直状態に維持できる。そして、この垂直状態の杭について、前記３次元杭位置検知手段により前記予め設定された箇所の３次元位置を検知し、この検知した３次元位置に基づいて算出した杭の芯位置と、予め設定されているこの杭の打設位置とを比較することで、パイルホルダ台船を用いて水底地盤に打設しようとしている杭の芯位置が、目標としている打設位置である否かを精度よく把握することが可能になる。

ここで、本発明では、前記杭位置検知手段が、前記パイルホルダを構成する保持アームに取付けられる少なくとも３つのストローク計を有し、これらストローク計の可動ロッドが保持アームに保持されている杭に対して近接離反可能に設けられ、この杭の外周面に当接することによりパイルホルダと杭との相対位置を検知する構成にすることもできる。杭は打設によって順次下方移動し、また、新たな杭の継ぎ足しも行なう。このような打設施工においても、この構成によれば、複雑な機構を用いることなく、追加的な作業も必要なく、杭の位置および傾斜角度を逐次算出することができる。

前記杭位置検知手段が、４つのストローク計を有し、これらストローク計の可動ロッドが前記保持アームに保持されている杭に対して外周側に周方向に均等の間隔で配置され、周方向に隣り合うストローク計の可動ロッドが直交する方向に向いている構成にすることもできる。この構成によれば、パイルホルダと杭との相対位置の把握が一段と容易になる。

杭打設施工管理システムの概要を例示する説明図である。 パイルホルダ台船を所定位置に設置する工程を例示する説明図である。 杭を保持しているパイルホルダ台船を例示する平面図である。 パイルホルダ台船の動きを例示する平面図である。 保持アームを拡大して例示する平面図である。 杭をパイルホルダ台船で保持して打設する工程を例示する側面図である。 杭にヤットコを取付けて打設する工程を例示する側面図である。 パイルホルダに保持されている杭の予め設定されている箇所の３次元位置を検知する工程を例示する説明図である。

以下、本発明の杭打設施工管理システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１〜図５に例示するように、本発明の杭打設施工管理システム（以下、施工管理システムという）は、パイルホルダ台船１で保持された杭１５を、クレーン船１２を用いて吊下げられたハンマー装置（バイブロハンマ）１４で打設する際に用いられる。クレーン船１２とは、クレーン１３を備えた作業船であり、船上に予めクレーン１３が固設されている作業船や移動式のクレーン車両を載置した作業船である。

この施工管理システムは、パイルホルダ台船１の位置データおよび向きデータが入力される演算装置１０と、パイルホルダ台船１に設置されるパイルホルダ２の傾斜角度を検知するホルダ傾斜検知手段６ａ、６ｂと、杭位置検知手段５とを備えている。そして、パイルホルダ台船１の位置データおよび向きデータと、ホルダ傾斜検知手段６ａ、６ｂの検知データおよび杭位置検知手段５の検知データとに基づいて、演算装置１０によって杭１５の実際の芯位置および傾斜角度を逐次算出する構成になっている。演算装置１０としては、パーソナルコンピュータ等を用いる。演算装置１０にはモニタ１１が接続されている。

２つのホルダ傾斜検知手段６ａ、６ｂのうち、一方のホルダ傾斜検知手段６ａが台船１の前後方向の傾斜角度を検知し、他方のホルダ傾斜検知手段６ｂが台船１の幅方向の傾斜角度を検知する。ホルダ傾斜検知手段６ａ、６ｂとしては、例えば、リーダ３などのパイルホルダ２の一部に取付けられる傾斜計などを用いることができる。

杭位置検知手段５は、リーダ３などのパイルホルダ２の一部に上下に間隔をあけて少なくとも２つ取付けられる。そして、パイルホルダ２とパイルホルダ２に保持されている杭１５との相対位置を検知する。

パイルホルダ台船１の位置データを取得するには、台船位置検知手段が用いられる。台船位置検知手段は、図２に例示するように、台船位置計測装置８ａおよび反射装置８ｂで構成されている。台船位置計測装置８ａは、パイルホルダ台船１などの被着体に取り付けられた反射装置８ｂの反射光を検知することによりパイルホルダ台船１の位置を把握する。

この台船位置検知手段により取得したパイルホルダ台船１の位置データおよび向きデータを演算装置１０に入力する。パイルホルダ台船１におけるパイルホルダ２（リーダ３）の位置は既知であるので、パイルホルダ２（リーダ３）の位置データを演算装置１０により算出する。台船位置検知手段によってパイルホルダ２（リーダ３）の位置データを直接検知して、その位置データを演算装置１０に入力するようにしてもよい。尚、リーダ３の位置は、後述するようにベース７やスライドベース９の移動によって変化するので、ベース７およびスライドベース９の移動量も演算装置１０に入力される。

パイルホルダ２の具体的な構成は次のとおりである。パイルホルダ台船１の上にはレール７ａを介して台船１の前後方向に移動可能なベース７が設置されている。ベース７の上には、レール９ａを介して幅方向に移動可能なスライドベース９が設置されている。スライドベース９の先端部には、リーダ３が立設するように取付けられている。リーダ３はスライドベース９から延びる支持部９ｂによっても支持されている。ベース７の前後方向移動およびスライドベース９の幅方向移動によって、リーダ３（パイルホルダ２）に保持された杭１５をある程度の範囲内で移動させることができる。また、リーダ３は、所定の角度範囲内で台船１の前後方向および台船１の幅方向に傾斜できるように構成されている。

リーダ３には、打設する杭１５を保持する３つの保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃが上下方向に間隔をあけて設けられている。保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃの数は複数であればよく、３つに限定されるものではない。

それぞれの保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃはすべて同じ構造であり、一対の円弧状のアーム部４ｍを有している。一対のアーム部４ｍは支軸を中心に回動して図４に例示するように開いた状態から図３に例示するように閉じた状態になる。

図５に例示するように、それぞれのアーム部４ｍの内周面には保持ローラ４ｒが設けられている。それぞれの保持ローラ４ｒは、アーム部４ｍの内周面からの突出量を変更できるように移動可能に設けられている。

一対のアーム部４ｍを閉じ、保持ローラ４ｒを杭１５の外周面に当接させることにより、杭１５が保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃによって上下方向に移動可能に保持される。ここで、それぞれの保持ローラ４ｒは杭１５の半径方向に移動できるので、保持ローラ４ｒの移動範囲内で外径の異なる杭１５を保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃにより保持することができる。

さらに、それぞれの保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃには、杭位置検知手段５が設けられている。それぞれの杭位置検知手段５は、保持アーム４ｍに保持されている杭１５に対して近接離反可能に可動する可動ロッド５ｂを有するストローク計５ａを備えている。これら可動ロッド５ｂが、杭１５の外周面に当接することによりパイルホルダ２と杭１５との相対位置を検知する構成になっている。それぞれの可動ロッド５ｂの先端にローラ等の滑り部材を設けるとよい。また、可動ロッド５ｂに設けたローラを保持ローラ４ｒとして用いる構造にすることもできる。

それぞれの保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃには、少なくとも３つのストローク計５ａが設けられていればよく、この実施形態では、４つのストローク計５ａが設けられている。この４つストローク計５ａの可動ロッド５ｂは、一対のアーム部４ｍが閉じた際の内周面によって形成される仮想円に対して周方向に均等の間隔で配置されている。即ち、アーム部４ｍに保持されている杭１５に対して外周側に周方向に均等の間隔で配置されている。周方向に隣り合うストローク計５ａの可動ロッド５ｂは直交する方向に向いている。

それぞれの可動ロッド５ｂは、アーム部４ｍによって保持されている杭１５の外周面に常時当接するように構成されている。そのため、それぞれのストローク計５ａにより検知される可動ロッド５ｂの出入量データによってリーダ３（パイルホルダ２）に対する杭１５の相対的な芯位置を把握することができる。また、２つ以上の杭位置検知手段を有しているので、リーダ３（パイルホルダ２）に対する杭１５の芯位置の相対的な傾斜角度を把握することができる。

水底地盤に杭１５を真っ直ぐに打設する場合は、まず、図２に例示するように、パイルホルダ台船１を所定の位置に誘導して固定する。そのため、例えば、パイルホルダ台船１に間隔をあけて２つの反射装置８ｂを設置する。そして、この反射装置８ｂと陸上に設置された台船位置計測装置８ａとを用いて、パイルホルダ台船１を所定位置に位置決めする。その位置で、２本〜４本のスパッド１ａを水底地盤に突き刺してパイルホルダ台船１をその位置に固定する。

次いで、図４に例示するように、それぞれの保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃを構成する一対のアーム部４ｍを開いた状態にする。ここで、打設する杭１５をクレーン１３のワイヤ１３ａにより吊って、開いた状態の一対のアーム部４ｍの内部に配置する。次いで、図３に例示するように、一対のアーム部４ｍを閉じた状態にして保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃにより、杭１５を上下移動可能に保持する。次いで、リーダ３（杭１５）を、所望の位置に設定にする。

その後、図１、図６に例示するように、ぞれぞれの保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃによって杭１５を保持しながら、ハンマー装置１４によって杭１５を水底地盤に打設する。杭１５の打ち込みが進むに連れて、ハンマー装置１４の把持部１４ａが保持アーム４Ａに近づいてくるので、保持アーム４Ａのアーム部４ｍを開いた状態にして保持アーム４Ａと把持部１４ａとの干渉を回避して杭１５の打ち込みを進める。打設した杭１５に新たな杭１５を継ぎ足した場合も同様に打設する。

また、ヤットコ１６を用いて杭１５を打設する場合は、図７に例示するように、杭１５の上端部をヤットコ１６の下端部で把持する。そして、ヤットコ１６の上端部を把持部１４ａで把持して、適宜、ぞれぞれの保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃによってヤットコ１６を保持しながら、ハンマー装置１４によって杭１５を打設する。

パイルホルダ台船１の位置および向き、即ち、パイルホルダ２（リーダ３）の位置データは予め演算装置１０に入力されているので、この入力されている位置データと、それぞれのストローク計５ａにより検知されたパイルホルダ２（リーダ３）に対する杭１５の相対位置データとに基づいて、演算装置１０によって杭１５の実際の芯位置が逐次算出できる。

また、上下に間隔をあけた２箇所の保持アームにおいて、リーダ３に対する杭１５の芯位置を把握することができると、リーダ３に対する杭１５の傾斜角度を把握することができる。即ち、リーダ３と、パイルホルダ２に保持されている杭１５の相対傾斜角度が把握できる。

リーダ３の傾斜角度はホルダ傾斜検知手段６ａ、６ｂによって検知されるので、この検知される傾斜角度データと、２箇所の保持アームにおいて検知されたパイルホルダ２に対する杭１５の相対傾斜角度データとに基づいて、演算装置１０によって杭１５の実際の傾斜角度が逐次算出できる。

このようにして杭１５の実際の芯位置および傾斜角度を逐次算出し、その算出結果をモニタ１１に表示する。クレーン１３のオペレータはモニタ１１に表示された算出結果を参照することにより、打設している杭１５の芯位置および傾斜角度をリアルタイムで把握できる。そのため、予め設定された打設位置に、杭１５を精度よく打設することが可能になる。

杭１５の予め設定された打設位置データを演算装置１０に予め入力しておき、この予め入力した打設位置データと、演算装置１０により逐次算出した杭１５の芯位置および傾斜角度とをモニタ１１に表示して比較できるようにするとよい。ヤットコ１６についても同様に実際の芯位置および傾斜角度を逐次算出できる。

このようなストローク計５ａを用いた杭位置検知手段５によれば、打設されることで下方移動する杭１５やヤットコ１６に対しても、複雑な機構を用いることなく、また、追加的な作業も必要なく、杭１５やヤットコ１６の実際の芯位置および傾斜角度を逐次算出することができる。

それぞれの保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃに４つのストローク計５ａを設け、これらストローク計５ａの可動ロッド５ｂを、保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃに保持されている杭１５に対して外周側に周方向に均等の間隔（９０°の中心角）で配置し、周方向に隣り合うストローク計５ａの可動ロッド５ｂが直交する方向に向くようにすると、リーダ３と杭１５との相対位置の把握が一段と容易になる。例えば、対向する一対の可動ロッド５ｂの出入量データによって、リーダ３と杭１５とのＸ方向の相対位置が検知され、別の対向する一対の可動ロッド５ｂの出入量データによって、リーダ３と杭１５とのＹ方向（Ｘ方向と直交する方向）の相対位置が検知できる。

本発明の別の実施形態を以下に説明する。

この実施形態は、先の実施形態の構成に加えて、図８に例示するように、パイルホルダ２に保持されている杭１５の予め設定された箇所の３次元位置を検知する３次元杭位置検知手段を備えている。３次元杭位置検知手段は、３次元杭位置計測装置８ｃと反射装置８ｄとで構成されている。

３次元杭位置計測装置８ｃとしては例えば、自動追尾型トータルステーション等を用いる。反射装置８ｄは複数のプリズムを備えて、杭１５の予め設定された箇所の外周面に巻き付くように取り付けられる。３次元杭位置計測装置８ｃは、反射装置８ｄからの反射光のうち最も明るさが強い反射光の位置を杭１５の位置（３次元座標）として把握する。この把握した杭１５の位置データに基づいて、この杭１５の反射装置８ｄが取付られた箇所での杭１５の芯位置が算出できる。

この実施形態では先の実施形態と同様に、パイルホルダ台船１を所定の位置に誘導して、その位置で、２本〜４本のスパッド１ａを水底地盤に突き刺してパイルホルダ台船１をその位置に固定する。

次いで、パイルホルダ２（リーダ３）を垂直にセットし、予め設定されている杭１５の打設位置に凡そ一致するように、図４に例示するように開いた状態の一対のアーム部４ｍの内部に杭１５を配置する。その後、図３に例示するように、一対のアーム部４ｍを閉じた状態にして保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃにより、杭１５を上下移動可能に保持する。

ここで、それぞれの保持アーム４Ａ、４Ｂ、４Ｃに設けられたストローク計５ａの可動ロッド５ｂを杭１５の外周面に当接させることにより、パイルホルダ２と杭１５との相対位置を検知する。これにより、この杭１５の芯位置および傾斜角度が把握できる。把握したこの杭１５の傾斜角度がゼロ、即ち、杭１５が傾斜していない垂直状態であればそのままにする。一方、把握したこの杭１５の傾斜角度がゼロではない場合、即ち、杭１５が傾斜している場合は、リーダ３を必要な方向に傾斜させて、杭１５を垂直状態にする。

即ち、パイルホルダ台船１の位置データおよび向きデータと、ホルダ傾斜検知手段６ａ、６ｂの検知データおよび杭位置検知手段５の検知データとに基づいて、演算装置１０によって杭１５の芯位置および傾斜角度を算出し、算出した杭１５の芯位置の傾斜角度に基づいて、必要に応じてパイルホルダ２（リーダ３）を傾斜させることにより、杭１５の芯位置が傾斜していない垂直状態に維持する。

次いで、この垂直状態の杭１５について、図８に例示するように３次元杭位置計測装置８ｃおよび反射装置８ｄによって、予め設定された箇所の３次元位置を検知する。この検知した３次元座標に基づいて杭１５の芯位置を算出する。そして、この算出した杭１５の芯位置と、予め設定されているこの杭１５の打設位置とを比較する。これにより、パイルホルダ台船１を用いて水底地盤に打設しようとしている杭１５の芯位置が、目標としている打設位置である否かを精度よく把握することができる。

比較の結果、両者の位置が一致していれば、そのまま杭１５の打設作業を進める。一方、比較の結果、両者の位置が一致していなければ、杭１５を保持しているパイルホルダ２（リーダ３）を移動させて杭１５の位置を変更するとともに、既述のように杭１５の芯位置が傾斜していない垂直状態に維持する。その後、３次元杭位置計測装置８ｃおよび反射装置８ｄによって、この垂直状態の杭１５の予め設定された箇所の３次元位置を検知して、杭１５の芯位置を算出する。そして、この算出した杭１５の芯位置と、予め設定されているこの杭１５の打設位置とを比較する。両者の位置が一致するまで同じ工程を行なう。

１ パイルホルダ台船
１ａ スパッド
２ パイルホルダ
３ リーダ
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ 保持アーム
４ｍ アーム部
４ｒ 保持ローラ
５ 杭位置検知手段
５ａ ストローク計
５ｂ 可動ロッド
６ａ、６ｂ ホルダ傾斜検知手段
７ ベース
７ａ レール
８ａ 台船位置計測装置（台船位置検知手段）
８ｂ 反射装置（台船位置検知手段）
８ｃ ３次元杭位置計測装置（３次元杭位置検知手段）
８ｄ 反射装置（３次元杭位置検知手段）
９ スライドベース
９ａ レール
９ｂ 支持部
１０ 演算装置
１１ モニタ
１２ クレーン船
１３ クレーン
１３ａ ワイヤ
１４ ハンマー装置
１４ａ 把持部
１５ 杭
１６ ヤットコ

Claims (4)

1. パイルホルダ台船の位置データおよび向きデータが入力される演算装置と、前記パイルホルダ台船に設置されるパイルホルダの傾斜角度を検知するホルダ傾斜検知手段と、前記パイルホルダに上下に間隔をあけて取付けられて、このパイルホルダとパイルホルダに保持されている杭との相対位置を検知する少なくとも２つの杭位置検知手段とを備え、
   前記パイルホルダ台船の位置データおよび向きデータと、前記ホルダ傾斜検知手段の検知データおよび前記杭位置検知手段の検知データとに基づいて、前記演算装置によって杭の芯位置および傾斜角度を逐次算出する構成にしたことを特徴とする杭打設施工管理システム。
2. パイルホルダ台船の位置データおよび向きデータが入力される演算装置と、前記パイルホルダ台船に設置されるパイルホルダの傾斜角度を検知するホルダ傾斜検知手段と、前記パイルホルダに上下に間隔をあけて取付けられて、このパイルホルダとパイルホルダに保持されている杭との相対位置を検知する少なくとも２つの杭位置検知手段と、前記パイルホルダに保持されている杭の予め設定された箇所の３次元位置を検知する３次元杭位置検知手段とを備え、
   垂直にセットした前記パイルホルダにより杭を保持して、前記パイルホルダ台船の位置データおよび向きデータと、前記ホルダ傾斜検知手段の検知データおよび前記杭位置検知手段の検知データとに基づいて、前記演算装置によって杭の芯位置および傾斜角度を算出し、算出した杭の芯位置の傾斜角度に基づいて、必要に応じてパイルホルダを傾斜させることにより、杭の芯位置が傾斜していない垂直状態に維持して、この垂直状態の杭について、前記３次元杭位置検知手段により前記予め設定された箇所の３次元位置を検知し、この検知した３次元位置に基づいて算出した杭の芯位置と、予め設定されているこの杭の打設位置とを比較する構成にしたことを特徴とする杭打設施工管理システム。
3. 前記杭位置検知手段が、前記パイルホルダを構成する保持アームに取付けられる少なくとも３つのストローク計を有し、これらストローク計の可動ロッドが保持アームに保持されている杭に対して近接離反可能に設けられ、この杭の外周面に当接することによりパイルホルダと杭との相対位置を逐次検知する構成にした請求項１または２に記載の杭打設施工管理システム。
4. 前記杭位置検知手段が、４つのストローク計を有し、これらストローク計の可動ロッドが前記保持アームに保持されている杭に対して外周側に周方向に均等の間隔で配置され、周方向に隣り合うストローク計の可動ロッドが直交する方向に向いている請求項３に記載の杭打設施工管理システム。

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