JP2002349171A - 縦穴掘削機及び縦穴掘削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 縦穴を横穴の地下坑に交差するよう掘削する
縦穴掘削技術において、使用する掘削機の種類及び作業
工程を減少できる縦穴掘削技術を提供する。 【解決手段】 拡開ジャッキ１６により掘削外径を選択
的に拡大、縮小させて縦穴を掘削する径式掘削用カッタ
１８と、径式掘削用カッタ１８を回転させるドリルパイ
プ３やセンタシャフト１４等のカッタ回転用駆動軸と、
地中を先掘りするカッタヘッド９とを備え、換気立坑等
の縦穴を横穴の地下坑１２に交差するように掘削する縦
穴掘削機において、径式掘削用カッタ１８の切削部を第
１の傾斜部１８ａと第２の傾斜部１８ｂにより側面視く
の字状に形成し、第２の傾斜部１８ｂを、径式掘削用カ
ッタ１８の掘削外径の拡大時に水平状に変位させてカッ
タヘッド９と高さを揃え得るように形成するとともに、
第２の傾斜部１８ｂを水平状に変位させ得るように拡開
ジャッキ１６のストロークを長くした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この出願の発明は、横穴の地
下坑に交差する換気立坑等の縦穴を掘削するロータリ掘
削工法に係る縦穴掘削機と、こうした縦穴掘削機を使用
して換気立坑等の縦穴を掘削する縦穴掘削方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】縦穴を掘削する掘削用カッタと、泥水化
した掘削土砂を下端部から吸入して上端部から排出する
とともに掘削用カッタを回転させるケリーバやドリルパ
イプ等のカッタ回転用駆動軸と、このカッタ回転用駆動
軸の下端よりも下方を先掘りするカッタヘッドとを備
え、掘削用カッタを、ケリーバやドリルパイプを介して
回転させながら地中に押し込むことにより縦穴を掘削す
るロータリ掘削機と称する縦穴掘削機が従来から一般的
に知られている。このロータリ掘削機を用いて縦穴を掘
削する場合、縦穴壁を必要に応じて鋼管で保護するとと
もに縦穴内に泥水を充満させて掘削地盤を液圧で保護す
ることにより、掘削地盤の崩壊を防止しながら縦穴を掘
削する。こうしてロータリ掘削機により縦穴を掘削する
工法をロータリ掘削工法と称している。

【０００３】ロータリ掘削機としては、拡径式掘削用カ
ッタを設けたものが従来知られている。この拡径式掘削
用カッタは、掘削用カッタを、拡開ジャッキの駆動によ
り掘削外径を大径に拡大したり縮小したりできるように
したものである。こうした拡径式掘削用カッタを設けた
ロータリ掘削機は、例えば特開平１０ー８８９６１号公
報に開示されている。この出願の発明は、この種の拡径
式掘削用カッタを設けたロータリ掘削機を利用して、シ
ールド掘進機で掘削したトンネル等の地下坑に交差する
換気立坑等の縦穴を掘削する縦穴掘削機と、こうした縦
穴掘削機を使用して縦穴を掘削する縦穴掘削方法に関す
るものである。

【０００４】そこで、この出願の各発明の技術内容の理
解を容易にするため、従来実施されていた縦穴掘削機や
縦穴掘削方法を図４及び図５に基づいて概説する。図４
は、従来の技術に係る縦穴掘削機により拡径式掘削用カ
ッタを縮小して縦穴を掘削しているときの状態を示す垂
直断面図、図５は、従来の技術に係る縦穴掘削機により
拡径式掘削用カッタを拡大して地下坑の直上近辺の地盤
を掘削した状態を示す垂直断面図である。

【０００５】これらの図において、１はカッタ回転用駆
動軸に設けられ鋼管１０の内周壁に当接して後述する拡
径式掘削用カッタ８の径方向の振動すなわち芯振れを抑
制する働きをするスタビライザ、２はドリルパイプ３と
スタビライザ１とをジョイントするクロスオーバサブ、
３はカッタ回転用駆動軸をなすドリルパイプ、４はスタ
ビライザ１の下部に取り付けられドリルパイプ３と共に
カッタ回転用駆動軸をなすセンタシャフト、４ａは泥水
化した掘削土砂をセンタシャフト４の下端部から吸い込
むために設けた土砂取り込み口である。

【０００６】ドリルパイプ３は、単位長さのドリルパイ
プを互いに連結し得るように構成され、最先端のドリル
パイプをクロスオーバサブ２と連結している。このドリ
ルパイプ３の上端部には、図示していないケリーバが着
脱可能に連結されている。このケリーバは、図示しない
ロータリテーブルで着脱可能に把持されて回転駆動され
る。したがって、図示しない回転駆動装置によりロータ
リテーブルを回転駆動すると、その回転がケリーバを介
してドリルパイプ３に伝達され、次いで、クロスオーバ
サブ２及びスタビライザ１を介してセンタシャフト４に
伝達される。このように、カッタ回転用駆動軸は、図示
しないケリーバとドリルパイプ３とセンタシャフト４と
で構成される。スタビライザ２には、カッタ回転用駆動
軸の回転時に鋼管１０の内周壁に当接しながらスタビラ
イザ２が円滑に回転できるように、端部に、水平方向に
転動するローラ２ａを設けている。スタビライザ２のロ
ーラ２ａは、拡径式掘削用カッタ８の径方向の振れを抑
制する働きを果たせるようにするため、センタシャフト
４に放射状に最低３個設ける必要がある。

【０００７】５はセンタシャフト４に嵌合してその軸方
向に摺動可能なスライダ、６は伸縮することによりスラ
イダ５をセンタシャフト４の軸方向に移動する油圧駆動
の拡開ジャッキ、７はスライダ５と拡径式掘削用カッタ
８とに両端部が枢着されスライダ５の運動を拡径式掘削
用カッタ８に伝達するコンロッド、８は掘削外径を鋼管
１０の外径と略等しくなるように拡大して掘削したり鋼
管１０に挿入できるように縮小したりすることができる
拡径式掘削用カッタ、９はセンタシャフト４に取り付け
られセンタシャフト４の下端よりも下方を先掘りするカ
ッタヘッド、１０は先端に刃を有し地中に沈下させて建
て込まれ拡径式掘削用カッタ８で掘削された縦穴壁を保
護する鋼管（ケーソン）、１１は拡径式掘削用カッタ８
で掘削された縦穴内に入れられた、掘削地盤を液圧で保
護する泥水、１２はシールド掘進機で掘削されたトンネ
ル等の横穴の地下坑である。

【０００８】拡径式掘削用カッタ８には、カッタスポー
クの下部に多数の地盤掘削用のカッタビットを設けて構
成され、下部に切削部を形成している。この拡径式掘削
用カッタ８は、センタシャフト４の下端部に固着された
ブラケットに、内側端部が上下方向に揺動可能に枢着さ
れている。したがって、拡開ジャッキ６を縮めてスライ
ダ５を上方に移動すると、その運動がコンロッド７を介
して拡径式掘削用カッタ８に伝達され、拡径式掘削用カ
ッタ８は、上方に向かって揺動して、図４に示すように
縮小する。この状態において、拡径式掘削用カッタ８
は、外方に向かって上方に傾斜しており、鋼管１０内に
挿入させることができる。また、拡開ジャッキ６を伸ば
してスライダ５を下方に移動すると、その運動がコンロ
ッド７を介して拡径式掘削用カッタ８に伝達され、拡径
式掘削用カッタ８は、下方に向かって揺動して、図５に
示すように拡大する。この状態において、拡径式掘削用
カッタ８は、掘削外径を拡大して鋼管１０の外径と略等
しい縦穴を掘削することができる。この状態は、拡径式
掘削用カッタ８の掘削外径を最大限拡大した状態であ
り、拡径式掘削用カッタ８は、掘削外径を最大限拡大し
た状態でも、縮小時より緩傾斜に外方に向かって上方に
傾斜するようにしている。

【０００９】このように、掘削外径の縮小時及び拡大時
の何れにおいても、拡径式掘削用カッタ８を外方に向か
って上方に傾斜させるようにするのは、拡径式掘削用カ
ッタ８で地盤を掘り下げたときに、掘削土砂を掘削地盤
の傾斜面で案内して土砂取り込み口４ａに導入しやすく
するためである。そのため、この従来の縦穴掘削機で
は、スライダ５や拡開ジャッキ６は、図５に示すよう
に、拡径式掘削用カッタ８の掘削外径を最大限拡大する
のに必要なＬ１のストロークしかもっていない。

【００１０】この種の縦穴掘削機を使用したロータリ掘
削工法では、掘削した縦穴の上部から水又は泥水を供給
して縦穴に充満する一方、縦穴の底部に溜った掘削土砂
を泥水化して土砂取り込み口４ａから吸引し、センタシ
ャフト４、スタビライザ１、オーバクロスサブ２、ドリ
ルパイプ３及び図示しないケリーバの内部空間を通じて
地上に排出し、こうした泥水の循環を繰り返す。カッタ
ヘッド９は、地盤を先行掘削する働きのほか、泥水化し
た掘削土砂の土砂取り込み口４ａからの取り込みを先行
掘削により円滑に行えるようにする働きをするため、こ
の種の縦穴掘削機にとっては不可欠のものである。

【００１１】次に、こうした従来の縦穴掘削機を使用し
て、地下坑１２に交差する換気立坑等の縦穴を掘削する
縦穴掘削方法について説明する。

【００１２】まず、図４に示すように、拡径式掘削用カ
ッタ８の掘削外径を縮小した後、拡径式掘削用カッタ８
を、地中に建て込む鋼管１０内に挿入して、回転させな
がら下降させて鋼管１０内の地盤やその若干下方の地盤
を掘削することにより、鋼管１０内の土砂を排出して鋼
管１０を地中に沈下させる。その場合、鋼管１０の下端
の貫入抵抗が大きいときには、拡径式掘削用カッタ８を
鋼管１０の下端より若干下方まで下降させるように掘り
進めてから拡径式掘削用カッタの掘削外径を最大限拡大
する（この状態は図５に示す状態と同様である。）こと
により、鋼管１０の下方の土砂を排除するように掘削し
て鋼管１０の貫入抵抗を軽減させる。鋼管１０を地中に
沈下させて建て込むときには、このように鋼管１０の下
端の貫入抵抗に応じて掘削外径を適宜変更しながら地盤
を掘削する。

【００１３】こうして鋼管１０を地下坑１２の上部と一
定間隔を置いて地下坑１２の上方に建て込む。また、こ
の縦穴掘削機により地下坑１２の直上位置まで掘り下げ
て、拡径式掘削用カッタ８を、掘削外径を拡大できるよ
うに鋼管１０の下端の下方まで下降させる。しかる後、
図５に示すように、拡径式掘削用カッタ８の掘削外径を
最大限拡大して地下坑１２の上方の地盤を拡径式掘削用
カッタ８で掘削する。その間、掘削地盤を保護するため
の泥水等を縦穴に供給して循環させることにより、液圧
で掘削地盤を保護するとともに、掘削土砂を流動化して
中央部に集め、土砂取り込み口４ａから吸引して、セン
タシャフト４等のカッタ回転用駆動軸を通じて排出す
る。こうして縦穴掘削機による縦穴の掘削を終了する
が、その掘削の終了後は、拡径式掘削用カッタ８を縮小
した後、縦穴掘削機を鋼管１０内を通して引き上げる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】この従来の技術に係る
縦穴掘削機や縦穴掘削方法では、拡径式掘削用カッタ８
を最大限拡大して縦穴の掘削を終了したときに、拡径式
掘削用カッタ８は、図５に示すように、縮小時よりは緩
傾斜になるものの、依然として外方に向かって上方に傾
斜している。このようにしたのは、拡径式掘削用カッタ
８を最大限拡大したときでも、拡径式掘削用カッタ８を
こうして上方に傾斜させることにより、すり鉢状の掘削
面を形成して掘削土砂を効率良く排出するためである。
そのため、拡径式掘削用カッタ８の下部の切削部と地下
坑１２の上部との間には、カッタヘッド９の高さ相当分
の未切削土砂に拡径式掘削用カッタ８の切削部付近の未
切削土砂を加えた大量の未切削部１３が生じる。この従
来の技術では、前記のように拡径式掘削用カッタ８を上
方に傾斜させて、専ら掘削土砂を効率良く排出すること
に着目していたため、拡開ジャッキ６は、図５に示すＬ
１のストロークしかもっていないが、仮に、このストロ
ークを増加させたとしても、拡径式掘削用カッタ８の形
状からみて、拡径式掘削用カッタ８の切削部と地下坑１
２の上壁面との間に大量の未掘削部が生じることは避け
られない。

【００１５】従来の技術では、こうした大量の未切削部
１３の土砂を除去して換気立坑等の縦穴をトンネル等の
横穴の地下坑１２に貫通させるため、縦穴掘削機を引き
上げた後、この未切削部１３の土砂を、ハンマグラブ等
の別の掘削機により掘削して縦穴を地下坑１２に貫通さ
せていた。そのため、ハンマグラブ等の別の掘削機を用
意する必要があって、使用する掘削機の種類が増加する
ことに加えて、ハンマグラブ等の掘削機による新たな作
業工程を別途実施しなけれならない。こうしたことか
ら、設備費が増加するとともに、新たな作業工程を実施
するための準備作業等に多大の時間を要して、施工費用
と施工時間の増加を招いていた。

【００１６】この出願の発明は、従来の技術にみられる
こうした問題を解消しようとするものであって、その技
術課題は、横穴の地下坑に交差する縦穴を掘削する縦穴
掘削技術において、従来の技術に比べて使用する掘削機
の種類や作業工程を減少することができる縦穴掘削技術
を提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】こうした技術課題を達成
するため、この出願の縦穴掘削機の発明では、次の１）
の手段を採用し、この出願の縦穴掘削方法の発明では、
次の２）の手段を採用した。

【００１８】１）拡開ジャッキの駆動により掘削外径を
大径に拡大したり縮小したりすることができ縦穴を掘削
する拡径式掘削用カッタと、拡径式掘削用カッタを回転
させるカッタ回転用駆動軸と、このカッタ回転用駆動軸
の下端よりも下方を先掘りするカッタヘッドとを備えた
縦穴掘削機において、拡径式掘削用カッタが、拡開ジャ
ッキを最短に縮小したときに外方に向かって上方に傾斜
する第１の傾斜部と、この第１の傾斜部の外側に設けら
れ拡開ジャッキを最長に伸長したときにカッタヘッドと
ほぼ同じ高さで水平状に変位する第２の傾斜部とを有す
るようにした。

【００１９】２）前記１）に記載の縦穴掘削機を使用し
て縦穴を掘削する場合、拡径式掘削用カッタを掘削外径
を縮小した後、地中に建て込む鋼管に挿入して地盤を掘
削することにより、鋼管を横穴の地下坑に交差するよう
にその地下坑の若干上方位置まで建て込むとともに拡径
式掘削用カッタを地下坑直上の位置まで下降させるよう
に掘り下げる第１の工程と、拡径式掘削用カッタの掘削
外径を大径に拡大することにより第２の傾斜部を水平状
に変位させて地下坑の直上近辺の地盤を掘削する第２の
工程とを経て縦穴を掘削する。

【００２０】前記１）の手段を採用したこの出願の発明
の縦穴掘削機では、横穴の地下坑に交差する換気立坑等
の縦穴を掘削する場合、拡開ジャッキを最短に縮小する
ことにより拡径式掘削用カッタの掘削外径を縮小した
後、この拡径式掘削用カッタを、地中に建て込む鋼管内
に挿入して鋼管内の地盤やその若干下方の地盤を掘削す
ることにより、鋼管内の土砂を排出して鋼管を地中に沈
下させる。その場合、鋼管下端の貫入抵抗が大きいとき
には、拡径式掘削用カッタを鋼管下端より若干下方まで
下降させるように掘り進めてから拡径式掘削用カッタの
掘削外径を例えば鋼管の外径と略同径に拡大することに
より、鋼管の下方の土砂を排除するように掘削して鋼管
の貫入抵抗を軽減させる等、鋼管の下端の貫入抵抗に応
じて掘削外径を適宜変更しながら地盤を掘削する。本発
明の縦穴掘削装置では、掘削外径を縮小したときに、拡
径式掘削用カッタの第１の傾斜部が特に外方に向かって
上方に傾斜しているので、下方にすり鉢状の掘削面を形
成することができて掘削土砂を効率良く排出することが
できる。

【００２１】こうして鋼管を横穴の地下坑に交差するよ
うにその地下坑の若干上方位置まで建て込むとともに拡
径式掘削用カッタを地下坑直上の位置まで下降させるよ
うに掘り下げて、拡径式掘削用カッタを地下坑の直上近
辺で拡大できるように準備する。次いで、拡開ジャッキ
を徐々に伸長して拡径式掘削用カッタの掘削外径を漸次
大径に拡大することにより、拡径式掘削用カッタの第２
の傾斜部を水平状に変位させて地下坑の直上近辺の地盤
を掘削する。そうすると、その地盤の掘削の最終段階に
おいて、拡開ジャッキが最長に伸長して拡径式掘削用カ
ッタの第２の傾斜部が水平状に変位することに加えて、
その水平面もカッタヘッドの先端部とほぼ同じ高さにな
るように揃えられるので、拡径式掘削用カッタによる未
切削部がほとんど生じなくなる。そのため、本発明の縦
穴掘削装置によれば、従来の技術のように未切削部の土
砂をハンマグラブ等の別の掘削機により掘削することは
必要なくなり、従来の技術に比べて使用する掘削機の種
類や作業工程を減少することができる。

【００２２】この出願の縦穴掘削方法の発明は、前記
２）の手段を採用していて、前記１）の手段を採用した
縦穴掘削機を直接使用して実施する施工方法の発明に相
当しているから、当然、この出願の縦穴掘削機の発明と
同様の作用効果を奏する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この出願の縦穴掘削機の発
明及び縦穴掘削方法の発明が実際上どのように具体化さ
れるのかを示す具体化例を図１乃至図３に基づいて説明
することにより、この出願の各発明の実施の形態を明ら
かにする。図１は、この出願の発明に係る縦穴掘削機に
より拡径式掘削用カッタを縮小して縦穴を掘削している
ときの状態を示す垂直断面図、図２は、この出願の発明
に係る縦穴掘削機により拡径式掘削用カッタを鋼管の外
径と同径に拡大して縦穴を掘削しているときの状態を示
す垂直断面図、図３は、この出願の発明に係る縦穴掘削
機により拡径式掘削用カッタを最大限拡大して地下坑の
直上近辺の地盤を掘削した状態を示す垂直断面図であ
る。図１乃至図３において図４及び図５と同一の符号を
付けた部分は、これら両図と同等の部分を表すので、詳
述しない。

【００２４】この出願の発明に係る縦穴掘削機は、拡開
ジャッキ６を伸長したり縮小したりすることにより掘削
外径を大径に拡大したり縮小したりすることができ縦穴
を掘削する拡径式掘削用カッタ８に相当する拡径式掘削
用カッタと、泥水化した掘削土砂を下端部から吸入して
上端部から排出するとともに拡径式掘削用カッタを回転
させるカッタ回転用駆動軸と、このカッタ回転用駆動軸
の下端よりも下方を先掘りするカッタヘッド９とを備
え、トンネル等の横穴の地下坑１２に交差する換気立坑
等の縦穴を掘削する縦穴掘削機である点において、従来
の技術に係る縦穴掘削機と変わらない。

【００２５】そこで、図１乃至図３に図示の縦穴掘削機
及び縦穴掘削方法の技術内容について説明する。

【００２６】これらの図において、１４は図示しないケ
リーバやドリルパイプ３と共にカッタ回転用駆動軸をな
す従来のセンタシャフト４よりは長いセンタシャフト、
１４ａは泥水化した掘削土砂をセンタシャフト１４の下
端部から吸い込むために設けた土砂取り込み口、１５は
センタシャフト１４に嵌合してその軸方向に従来のスラ
イダ５よりも長いストローク摺動可能なスライダ、１６
は伸縮することによりスライダ１５をセンタシャフト１
４の軸方向に移動する従来の拡開ジャッキ６のストロー
クＬ１よりは長いストロークＬ２をもった油圧駆動の拡
開ジャッキ、１７はスライダ１５と拡径式掘削用カッタ
１８とに両端部が枢着されスライダ１５の運動を拡径式
掘削用カッタ１８に伝達するコンロッド、１８は掘削外
径を鋼管１０の外径より大きく拡大したり鋼管１０に挿
入できるように縮小したりすることができる側面視略く
の字状をなす拡径式掘削用カッタである。

【００２７】拡径式掘削用カッタ１８は、拡径式掘削用
カッタ１８の内側の切削部に第１の傾斜部１８ａを設け
ているとともに拡径式掘削用カッタ１８の外側の切削部
に第２の傾斜部１８ｂを設けている。第１の傾斜部１８
ａは、図１に示すように、拡径式掘削用カッタ１８の掘
削外径を縮小したとき、すなわち拡開ジャッキを最短に
縮小したときに外方に向かって上方に傾斜するように形
成されている。また、第２の傾斜部１８ｂは、拡径式掘
削用カッタ１８の掘削外径を縮小したとき、すなわち拡
開ジャッキを最短に縮小したときに、図１に示すように
外方に向かって第１の傾斜部１８ａよりも更に上方に傾
斜し、拡径式掘削用カッタ１８の掘削外径を最大径に拡
大したとき、すなわち拡開ジャッキを最長に伸長したと
きに、図３に示すように水平状に変位してその水平面が
カッタヘッド９の先端部と略同じ高さになるように形成
している。

【００２８】ここの示す例では、このように第２の傾斜
部１８ｂを水平状に変位させてカッタヘッド９と高さを
揃えたときに、図３に示すように、第１の傾斜部１８ａ
をカッタヘッド９の外端より内側に変位させてカッタヘ
ッド９の下方の地盤を第１の傾斜部１８ａで切削できる
ように構成している。また、掘削外径を最大径に拡大し
て拡径式掘削用カッタ１８により地下坑１２の直上近辺
の地盤を掘削する場合に、地下坑１２と縦穴との接合部
近辺の縦穴の周囲に、セメントミルク等の地盤改良材を
充填するに足るような拡径掘削部１９による大きい充填
空間が形成されるように、拡径式掘削用カッタ１８の長
さを長くするようにしている。

【００２９】この縦穴掘削機では、拡径式掘削用カッタ
１８の掘削外径を拡大して第２の傾斜部１８ｂを水平状
に変位させることができるようにするため、拡開ジャッ
キ１６は、従来の拡開ジャッキ６のストロークＬ１より
は長いストロークＬ２をもったものにしている。また、
これに伴って、スライダ１５は、従来のスライダ５より
も長いストローク摺動できるようにし、そのため、セン
タシャフト１４は、従来のセンタシャフト４より長く形
成している。拡径式掘削用カッタ１８は、センタシャフ
ト１４に対して放射状に、最低２本一文字状に設ければ
よいが、三叉状に設けることもでき、その数は、適宜選
択することができる。

【００３０】次に、こうした本発明に係る縦穴掘削機を
使用して、トンネル等の地下坑１２に交差する換気立坑
等の縦穴を掘削する縦穴掘削方法について説明する。

【００３１】まず、図１に示すように、拡径式掘削用カ
ッタ１８の掘削外径を縮小した後、拡径式掘削用カッタ
１８を、地中に建て込む鋼管１０内に挿入して、回転さ
せながら下降させて鋼管１０内の地盤やその若干下方の
地盤を掘削することにより、鋼管１０内の土砂を排出し
て鋼管１０を地中に沈下させる。その場合、鋼管１０の
下端の貫入抵抗が大きいときには、図２に示すように、
拡径式掘削用カッタ１８を鋼管１０の下端より若干下方
まで下降させるように掘り進めてから拡径式掘削用カッ
タ１８の掘削外径を例えば鋼管１０の外径と略同径に拡
大することにより、鋼管１０の下方の土砂を排除するよ
うに掘削して鋼管１０の貫入抵抗を軽減させる。鋼管１
０を地中に沈下させて建て込むときには、このように鋼
管１０の下端の貫入抵抗に応じて掘削外径を適宜変更し
ながら地盤を掘削する。

【００３２】この縦穴掘削装置では、掘削外径を縮小し
たときに、拡径式掘削用カッタ１８の第１の傾斜部１８
ａ及び第２の傾斜部１８ｂの何れも、特に外方に向かっ
て上方に傾斜しているので、すり鉢状の掘削面を形成す
ることができて、掘削土砂を従来の技術と同様に効率良
く排出することができる。なお、掘削外径を縮小したと
きに、拡径式掘削用カッタの第１の傾斜部の方だけを外
方に向かって上方に傾斜するように構成しても、下方に
すり鉢状の掘削面を形成することができて掘削土砂を効
率良く排出することができる。

【００３３】こうして鋼管１０を地下坑１２に交差する
ようにその地下坑１２の若干上方位置まで建て込むとと
もに拡径式掘削用カッタ１８を地下坑１２の直上位置ま
で下降させるように掘り下げて、拡径式掘削用カッタ１
８を地下坑１２の直上近辺で拡大できるように準備す
る。次いで、拡径式掘削用カッタ１８の掘削外径を漸次
最大径に拡大することにより、拡径式掘削用カッタ１８
の第２の傾斜部１８ｂを水平状に変位させて地下坑１２
の直上近辺の地盤を掘削する。そうすると、このの地盤
掘削の最終段階において、図３に示すように、拡径式掘
削用カッタ１８の第２の傾斜部１８ｂが水平状に変位す
ることに加えて、その傾斜部１８ｂの水平面もカッタヘ
ッド９の先端部とほぼ同じ高さに揃えられるので、拡径
式掘削用カッタ１８による未切削部１３（図５参照）が
ほとんど生じなくなる。そのため、この縦穴掘削装置に
よれば、従来の技術のように未切削部１３の土砂をハン
マグラブ等の別の掘削機により掘削することは必要なく
なり、従来の技術に比べて使用する掘削機の種類や作業
工程を減少することができる。その結果、施工費用及び
施工時間を従来の技術よりも減少することができて換気
立坑等の縦穴を経済的に構築することができる。

【００３４】ここに示す例では、拡径式掘削用カッタ１
８の掘削外径を大径に拡大して第２の傾斜部１８ｂを水
平状に変位させたときに、図３に示すように、第１の傾
斜部１８ａを、特にカッタヘッド９の外端より内側に変
位させてカッタヘッド９の下方の地盤を第１の傾斜部１
８ａで切削できるように構成しているので、地中を先行
掘削するためのカッタヘッド９による未切削部も一部掘
削することができて、換気立坑等の縦穴を一層容易に構
築することができる。

【００３５】こうして拡径式掘削用カッタ１８の掘削外
径を大径に拡大することにより、地下坑１２の直上近辺
の地盤を掘削すると、図３に示すように地下坑１２と縦
穴との接合部近辺の縦穴の周囲に拡径掘削部１９が形成
される。次いで、拡径式掘削用カッタの掘削外径を縮小
した後、拡径式掘削用カッタ１８を鋼管１０内から地上
に引き抜いて撤去する。また、鋼管１０を地下坑１２の
直上位置まで押し込んで前記接合部近辺の縦穴の周囲を
鋼管１０で保護する。

【００３６】以上のようにして縦穴を構築する場合にお
いて、地下坑１２と縦穴との接合部の周辺地盤から地下
水が湧出して地下坑１２内に浸入したりその接合部周辺
の地盤が崩落する危惧のあるときには、その接合部の周
辺の地盤に地盤改良材を注入して地盤改良するととも
に、鋼管１０を地下坑１２の直上位置まで押し込み拡径
掘削部１９に地盤改良材を充填して前記接合部近辺の縦
穴の周囲を保護する。

【００３７】従来は、こうした事態に直面したとき、地
下坑１２と縦穴との接合部近辺の地山に地盤改良材を注
入するとともに、その接合部近辺の縦穴の周囲に、新た
な拡径掘削機により拡径掘削部１９を別途形成して、こ
の拡径掘削部１９に地盤改良材を充填して縦穴の周囲を
保護するようにしていたため、多大の施工費用と施工時
間を要した。これに対し、ここに示す例では、地下坑１
２の直上近辺の地盤を拡径式掘削用カッタ１８で拡径掘
削する場合に、地下坑１２と縦穴との接合部近辺の縦穴
の周囲に、地盤改良材を充填してその縦穴の周囲を保護
し得るような大径の拡径掘削部１９が形成できるよう
に、拡径式掘削用カッタ１８の長さを長くするようにし
ているので、従来別個の拡径掘削機で形成していた大径
の拡径掘削部１９を、地下坑１２の上部付近の縦穴を径
式掘削用カッタ１８で拡径掘削する過程で同時に形成す
ることができて、換気立坑等の縦穴を一層経済的に構築
することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この出
願の縦穴掘削機の発明及び縦穴掘削方法の発明では、そ
れぞれ、「課題を解決するための手段」の項に示した
１）及び２）の手段を採用しているので、換気立坑等の
縦穴をトンネル等の横穴の地下坑に交差するように掘削
する場合に、拡径式掘削用カッタによる未切削部がほと
んど生じなくなって、従来の技術に比べて使用する掘削
機の種類や作業工程を減少できる縦穴掘削技術が得られ
る。その結果、換気立坑等の縦穴をトンネル等の横穴の
地下坑に交差するように掘削する場合に、施工費用及び
施工時間を従来の技術よりも減少することができて換気
立坑等の縦穴を経済的に構築することができる。

【００３９】この出願の縦穴掘削機の発明を具体化する
場合に、特に、特許請求の範囲の請求項２に記載のよう
に具体化すれば、地中を先行掘削するためのカッタヘッ
ドによる未切削部も掘削することができるため、換気立
坑等の縦穴を一層容易に構築することができる。この出
願の縦穴掘削機の発明を具体化する場合に、特に、特許
請求の範囲の請求項３に記載のように具体化すれば、地
盤改良材を充填して地下坑と縦穴との接合部を保護する
ために従来別個の拡径掘削機で形成していた拡径掘削部
を、地下坑の上部付近の縦穴を径式掘削用カッタで拡径
掘削する過程で同時に形成することができて、換気立坑
等の縦穴を一層経済的に構築することができる。この出
願の縦穴掘削方法の発明を具体化する場合に、特に、特
許請求の範囲の請求項５に記載のように具体化ときに
も、同様の効果を発揮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この出願の発明に係る縦穴掘削機により拡径式
掘削用カッタを縮小して縦穴を掘削しているときの状態
を示す垂直断面図である。

【図２】この出願の発明に係る縦穴掘削機により拡径式
掘削用カッタを鋼管の外径と同径に拡大して縦穴を掘削
しているときの状態を示す垂直断面図である。

【図３】この出願の発明に係る縦穴掘削機により拡径式
掘削用カッタを最大限拡大して地下坑の直上近辺の地盤
を掘削した状態を示す垂直断面図である。

【図４】従来の技術に係る縦穴掘削機により拡径式掘削
用カッタを縮小して縦穴を掘削しているときの状態を示
す垂直断面図である。

【図５】従来の技術に係る縦穴掘削機により拡径式掘削
用カッタを拡大して地下坑の直上近辺の地盤を掘削した
状態を示す垂直断面図である。

【符号の説明】

３ ドリルパイプ ９ カッタヘッド １０ 鋼管 １１ 泥水 １２ 横穴の地下坑 １３ 未切削部 １４ センタシャフト １５ スライダ １６ 拡開ジャッキ １７ コンロッド １８ 拡径式掘削用カッタ １９ 拡径掘削部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田村 克己 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 平尾 聡司 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 2D029 EB03 PA02 PA04 PB02 PC02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 拡開ジャッキの駆動により掘削外径を大
   径に拡大したり縮小したりすることができ縦穴を掘削す
   る拡径式掘削用カッタと、拡径式掘削用カッタを回転さ
   せるカッタ回転用駆動軸と、このカッタ回転用駆動軸の
   下端よりも下方を先掘りするカッタヘッドとを備えた縦
   穴掘削機において、拡径式掘削用カッタが、拡開ジャッ
   キを最短に縮小したときに外方に向かって上方に傾斜す
   る第１の傾斜部と、この第１の傾斜部の外側に設けられ
   拡開ジャッキを最長に伸長したときにカッタヘッドとほ
   ぼ同じ高さで水平状に変位する第２の傾斜部とを有する
   ことを特徴とする縦穴掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の縦穴掘削機において、
   拡開ジャッキを伸長して第２の傾斜部を水平状に変位さ
   せたときに、第１の傾斜部をカッタヘッドの外端より内
   側に変位させてカッタヘッドの下方の地盤を第１の傾斜
   部で切削できるように構成したことを特徴とする縦穴掘
   削機。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載の縦穴掘削
   機において、拡開ジャッキを伸長して拡径式掘削用カッ
   タにより横穴の地下坑の直上近辺の地盤を掘削する場合
   に、地下坑と縦穴との接合部近辺の縦穴の周囲に、地盤
   改良材を充填してその縦穴の周囲を保護し得るような拡
   径掘削部が形成できるように、拡径式掘削用カッタの長
   さを長くするようにしたことを特徴とする縦穴掘削機。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の縦穴掘削機を使用して
   縦穴を掘削する縦穴掘削方法であって、拡径式掘削用カ
   ッタを掘削外径を縮小した後、地中に建て込む鋼管に挿
   入して地盤を掘削することにより、鋼管を横穴の地下坑
   に交差するようにその地下坑の若干上方位置まで建て込
   むとともに拡径式掘削用カッタを地下坑直上の位置まで
   下降させるように掘り下げる第１の工程と、拡径式掘削
   用カッタの掘削外径を大径に拡大することにより第２の
   傾斜部を水平状に変位させて地下坑の直上近辺の地盤を
   掘削する第２の工程とを経て縦穴を掘削することを特徴
   とする縦穴掘削方法。
5. 【請求項５】 請求項３に記載の縦穴掘削機を使用して
   縦穴を掘削する縦穴掘削方法であって、拡径式掘削用カ
   ッタを掘削外径を縮小した後、地中に建て込む鋼管に挿
   入して地盤を掘削することにより、鋼管を横穴の地下坑
   に交差するようにその地下坑の若干上方位置まで建て込
   むとともに、拡径式掘削用カッタを地下坑直上の位置ま
   で下降させるように掘り下げる第１の工程と、拡径式掘
   削用カッタの掘削外径を大径に拡大することにより、第
   ２の傾斜部を水平状に変位させて地下坑の直上近辺の地
   盤を掘削して地下坑と縦穴との接合部近辺の縦穴の周囲
   に拡径掘削部を形成する第２の工程と、拡径式掘削用カ
   ッタの掘削外径を縮小した後、拡径式掘削用カッタを鋼
   管内から地上に引き抜く第３の工程と、前記接合部の周
   辺の地盤に地盤改良材を注入して地盤改良するととも
   に、鋼管を横穴の地下坑まで押し込み前記拡径掘削部に
   地盤改良材を充填して前記接合部近辺の縦穴の周囲を保
   護する第４の工程とを経て縦穴を掘削することを特徴と
   する縦穴掘削方法。