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

縦穴掘削機及び縦穴掘削方法

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JP2002349171A
JP2002349171A JP2001155548A JP2001155548A JP2002349171A JP 2002349171 A JP2002349171 A JP 2002349171A JP 2001155548 A JP2001155548 A JP 2001155548A JP 2001155548 A JP2001155548 A JP 2001155548A JP 2002349171 A JP2002349171 A JP 2002349171A
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cutter
diameter
vertical hole
drilling
ground
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JP2001155548A
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English (en)
Inventor
Soji Hirao
Takashi Kuhara
Katsumi Tamura
高志 久原
聡司 平尾
克己 田村
Original Assignee
Hitachi Constr Mach Co Ltd
Shimizu Corp
日立建機株式会社
清水建設株式会社
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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。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100718942B1 (ko) 2006-11-13 2007-05-16 김남선 연약지반 강관 압입용 터널굴착기 및 굴착시공 방법
KR100871127B1 (ko) 2007-05-25 2008-12-03 윤병와 해머비트

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