JP2003056001A - 拡幅掘削装置及び拡幅掘削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 掘削溝の拡幅掘削において、掘削土砂を排泥
しながら効率良く拡幅掘削するとともに、拡幅掘削の方
向を自在に変えることで、施工期間を短縮し、施工費用
を削減する拡幅掘削装置及び拡幅掘削方法を提供するこ
とを課題としている。 【解決手段】 拡幅掘削装置１であって、掘削溝Ｋに沿
って昇降し、掘削時にその位置を規制するためのガイド
部材２と、ガイド部材２の昇降手段及び自転手段である
ベースマシンＢと、ガイド部材２に備えられた掘削手段
３と、掘削土砂の排泥管４とから構成され、掘削手段３
は、掘削刃３４を備えた掘削軸３１と、掘削軸３１の自
転手段である中空油圧モータ３２と、排泥管４と連通す
る吸込口３７を備えた先端掘削刃３３とから構成され、
掘削軸３１は基端部を支点として、その先端部が上下方
向に回転可能に構成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、掘削溝を拡幅掘削
する拡幅掘削装置及び拡幅掘削方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、市街地域で地上に構造物を構築す
る場合、構造物の構築によって地下に埋設された下水管
やガス管等が存在する場所でも、埋設物の下方部を掘削
し、コンクリート等の基礎や壁を構築している。

【０００３】この場合、前記埋設物の下方部の掘削に
は、基端部を支点として、その先端部が上下方向に回転
可能な掘削軸を掘削手段とする拡幅掘削装置が用いられ
ており、前記掘削手段を掘削溝内に挿入し、所定の深度
において掘削軸の先端を上方に回転させながら掘削する
ことで埋設物の下方部を拡幅掘削している。また、場所
打ちコンクリート杭の構築において、杭の支持力を増大
させるため、構築する杭の拡底や拡径をする場合があ
り、この場合、杭を形成する掘削溝を、前記埋設物の下
方部の拡幅掘削と同様にして部分的に拡幅掘削し、杭の
拡底部や拡径部を形成している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の拡幅掘削では、以下の問題が存在していた。従来の
拡幅掘削装置によって掘削溝を拡幅掘削するには、掘削
時に掘削溝内で掘削手段の位置を規制するガイド用溝が
必要であり、このガイド用溝を構築するには、拡幅掘削
装置の他にガイド用溝を掘削する掘削装置が必要とな
る。さらに、従来の拡幅掘削装置は、掘削時に発生する
掘削土砂の排泥機能を備えていないため、拡幅掘削装置
の他に掘削土砂の排泥装置を掘削溝内に設置する必要が
ある。また、従来の拡幅掘削装置は、掘削時に掘削溝内
で掘削手段の位置がガイド用溝によって規制されること
から、拡幅掘削の方向が一定となり、他の方向を拡幅掘
削するには、掘削手段を引上げて方向を変えてから、再
び掘削溝内に挿入する必要がある。

【０００５】したがって、従来の拡幅掘削では、掘削手
段のガイド用溝を掘削する掘削装置や、掘削土砂の排泥
装置が別に必要となるとともに、拡幅掘削の方向が規制
されることから、施工効率が低下するため、施工期間が
長期化し、施工費用が増加していた。

【０００６】ここで、地中壁の構築においては混合攪拌
工法があり、この混合攪拌工法では、掘削した掘削溝内
の土砂とセメント等の固化材を攪拌混合することで、強
度の高い地盤を連続して土中に構築することができる。
したがって、拡幅掘削装置に混合攪拌機能を付加するこ
とが望まれるが、従来の拡幅掘削装置では、掘削手段の
位置がガイド用溝に規制されているため、掘削溝内で土
砂と固化材を混合攪拌した際に、掘削手段の抵抗が大き
く、攪拌に極大なトルクが必要となることから、従来の
拡幅掘削装置では混合攪拌工法を実施することが困難で
あった。

【０００７】そこで、本発明は、前記問題を解決するた
めになされたものであり、掘削溝の拡幅掘削において、
拡幅掘削装置を設置する際にガイド用溝を設けることな
く、掘削土砂を排泥しながら効率良く拡幅掘削するとと
もに、拡幅掘削の方向を自在に変えることで、施工期間
を短縮し、施工費用を削減する拡幅掘削装置及び拡幅掘
削方法を提供することを課題としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決すべく構成されるものであり、請求項１に記載の発明
は、拡幅掘削装置であって、掘削溝に沿って昇降し、掘
削時にその位置を規制するためのガイド部材と、ガイド
部材の昇降手段と、ガイド部材を鉛直軸周りで回動させ
る自転手段と、ガイド部材に備えられた掘削手段と、掘
削土砂の排泥管とから構成され、掘削手段は、掘削刃を
備えた鉛直方向の掘削軸と、掘削軸を回動させるための
自転手段と、排泥管と連通する吸込口を備えた先端掘削
刃とから構成され、掘削軸は基端部を支点として、その
先端部が上下方向に回転可能に構成されていることを特
徴とする。

【０００９】請求項１に記載の発明によれば、掘削溝の
拡幅掘削において、拡幅掘削装置を設置する際にガイド
用溝を設ける必要がなく、掘削土砂の排泥機能を備えた
掘削手段自体が自転することで、掘削溝を効率良く掘削
することができるとともに、拡幅掘削の方向を自在に変
えることができるため、施工効率を高めることができ
る。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の拡幅掘削装置であって、ガイド部材は攪拌翼を
備えていることを特徴とする。

【００１１】この発明によれば、掘削溝内の土砂と固化
材の混合攪拌の際に、ガイド部材及び掘削手段を掘削溝
内で自転させ、ガイド部材に備えた攪拌翼によって混合
攪拌するため、掘削溝内のガイド部材及び掘削手段によ
って生じる抵抗を低減することができる。

【００１２】また、請求項３に記載の発明は、請求項１
又は請求項２に記載の拡幅掘削装置であって、掘削軸の
自転手段は、貫通孔を有する中空の構造からなるモータ
であり、貫通孔に排泥管が貫通していることを特徴とす
る。

【００１３】ここで、モータとは、油圧式や電動式等の
駆動モータであり、貫通孔を有する中空の構造であれ
ば、駆動方式や構成は限定されるものではない。

【００１４】請求項３に記載の発明によれば、排泥管を
モータの貫通孔に貫通させることで、排泥管の取り回し
を簡素化し、掘削軸の動作を円滑にすることができる。

【００１５】また、請求項４に記載の発明は、請求項１
乃至請求項３のいずれか１項に記載の拡幅掘削装置であ
って、ガイド部材は複数の掘削手段を備えていることを
特徴とする。

【００１６】この発明によれば、掘削手段を複数にする
ことで、掘削軸の回動による横移動力を複数の掘削軸の
相反回動によって打ち消すことができるため、掘削軸の
駆動効率を高めることができる。

【００１７】また、請求項５に記載の発明は、拡幅掘削
方法であって、（１）掘削する地盤の表層部に掘削溝を
形成し、請求項１乃至請求項４に記載の拡幅掘削装置
を、ガイド部材の昇降手段によって掘削溝内に挿入する
第１工程と、（２）ガイド部材及び掘削手段により所定
の深度まで掘削溝を掘削するとともに、掘削土砂を掘削
手段の吸込口から拡幅掘削装置の排泥管を通じて掘削溝
から排出する第２工程と、（３）ガイド部材の自転を停
止し、掘削手段による掘削を行いながら、掘削手段を上
方に回転させる第３工程と、（４）掘削手段の回転を所
定の角度で停止し、ガイド部材の昇降手段によってガイ
ド部材を掘削溝に沿って下降させることで、掘削溝を拡
幅掘削する第４工程とを含むことを特徴とする。

【００１８】請求項５に記載の発明によれば、掘削溝の
拡幅掘削に請求項１乃至請求項４に記載の拡幅掘削装置
を用いることで、拡幅掘削の方向を変える際に、掘削手
段を掘削溝から引上げて再び設置することなく、掘削土
砂を排泥しながら連続して異なる方向を拡幅掘削するこ
とができるため、施工効率を高めることができる。

【００１９】したがって、本発明の拡幅掘削装置及び拡
幅掘削方法では、掘削溝の拡幅掘削において、掘削土砂
の排泥機能を備えた掘削手段自体が自転しながら掘削す
ることで、掘削溝を効率よく掘削することができるとと
もに、拡幅掘削の方向を自在に変えることができるた
め、施工効率が高まり、施工期間を短縮し、施工費用を
削減することができる。また、掘削溝内でガイド部材及
び掘削手段が自転することで、掘削溝内で土砂と固化材
を混合攪拌する際に、掘削溝内のガイド部材及び掘削手
段によって生じる抵抗が低減されるため、混合攪拌工法
においても有効である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の好適な実施形態について詳細に説明する。

【００２１】この実施形態では、鉛直方向に掘削した掘
削溝から、埋設物の下方部を拡幅掘削する場合を例とし
て説明する。

【００２２】図１は本発明の実施形態に係る拡幅掘削装
置を示した側面図である。図２は本発明の実施形態に係
る拡幅掘削装置を示した正面図である。図３は本発明の
実施形態に係る拡幅掘削装置を示した側面図である。

【００２３】まず、本発明の実施形態に係る拡幅掘削装
置１の構成について説明する。拡幅掘削装置１は、図１
に示すように、掘削溝Ｋに沿って昇降するガイド部材２
と、ガイド部材２の昇降手段及び自転手段であるベース
マシンＢと、ガイド部材２の下部に備えられた掘削手段
３と、掘削土砂の排泥管４とから構成されている。

【００２４】次に各構成要素について説明する。ガイド
部材２は、図１，図２，図３に示すように、下部に備え
た掘削手段３を掘削溝Ｋに沿って昇降させ、掘削時にそ
の位置を規制する部材である。ガイド部材２は、その中
央部に貫通孔を有し、外面が掘削溝Ｋの内壁面を摺動す
る略円筒形状の摺動部２１と、摺動部２１の上部に固定
された中空管であるドリルシャフト２２と、摺動部２１
の下部に固定され、途中で二股に分岐した中空管２４を
備えた攪拌部２３とから構成されており、摺動部２１の
貫通孔とドリルシャフト２２の内部及び攪拌部２３の分
岐した中空管２４の内部は連通している。さらに、攪拌
部２３の周縁には、掘削溝Ｋ内で土砂と固化材を攪拌混
合する攪拌翼２５が所定の間隔で設けられている。

【００２５】ベースマシンＢは、図１に示すように、ガ
イド部材２及び掘削手段３の昇降手段及び自転手段であ
り、ガイド部材２の上部に固定されたドリルシャフト２
２を外側から把持して昇降及び自転させている。ベース
マシンＢはアースオーガ等の既存の装置であり、ガイド
部材２及び掘削手段３を掘削溝Ｋ内で昇降及び自転させ
ることができるものであれば、構成等は限定されるもの
ではない。

【００２６】掘削手段３は、図１，図２，図３に示すよ
うに、掘削溝Ｋを掘削するものであり、周縁に所定の間
隔で複数の掘削刃３４を備えた２本の掘削軸３１と、各
掘削軸３１の自転手段である２基の中空油圧モータ３２
と、各掘削軸３１の先端に設けられた先端掘削刃３３と
から構成されている。掘削軸３１は、図２，図３に示す
ように、中空油圧モータ３２に後端部が固定されてお
り、中空油圧モータ３２を支点として、その先端部が上
下方向に回転可能に構成された中空管である。掘削軸３
１の上下方向への回転はガイド部材２の攪拌部２３に固
定された油圧シリンダー３５によって行われ、油圧シリ
ンダー３５の伸縮軸３６の端部が中空油圧モータ３２に
軸支されており、この伸縮軸３６を伸縮することで、中
空油圧モータ３２及び中空油圧モータ３２に備えられた
掘削軸３１の先端を上下方向に回転するものである。な
お、掘削軸３１は単軸でもよいが、本実施形態では、２
本の掘削軸３１を設け、この２本の掘削軸３１を互いに
反対方向に自転させ、掘削軸３１の自転による横移動力
を打ち消すことで、掘削軸３１の駆動効率を高めてい
る。中空油圧モータ３２は、図２，図３に示すように、
貫通孔を有する中空の構造からなるモータであり、ガイ
ド部材２の攪拌部２３における各分岐した中空管２４の
下端に各々設けられており、各中空油圧モータ３２の貫
通孔は各分岐した中空管２４の内部と連通している。さ
らに、中空油圧モータ３２の駆動軸には中空管である掘
削軸３１が固定され、中空油圧モータ３２の貫通孔と掘
削軸３１の内部は連通した状態となっている。先端掘削
刃３３は、図２，図３に示すように、掘削軸３１の下端
に設けられており、掘削軸３１の内部と連通している掘
削土砂の吸込口３７を備えている。

【００２７】排泥管４は、図２，図３に示すように、地
上に設けられた排泥ポンプ（図示せず）に接続された塩
化ビニル等の柔軟性を有するホースであり、中空管であ
るドリルシャフト２２と各中空油圧モータ３２の貫通孔
を接続し、掘削軸３１の回転に追従する構成となってい
る。

【００２８】次に、本発明の実施形態に係る拡幅掘削装
置１を用いた拡幅掘削方法について説明する。図４は本
発明の実施形態に係る拡幅掘削方法の各工程を示した図
で、（ａ）は第１工程を示した施工図、（ｂ）は第２工
程を示した施工図、（ｃ）は第３工程を示した施工図、
（ｄ）は第４工程を示した施工図である 図５は本発明
の実施形態に係る拡幅掘削装置による拡幅掘削の他の例
を示した図で、（ａ）は杭の拡径を示した施工図、
（ｂ）は杭の拡底を示した施工図である。

【００２９】まず、図４（ａ）に示すように、掘削する
地盤の表層部に掘削溝Ｋを形成し、拡幅掘削装置１を掘
削溝Ｋに挿入する第１工程の準備作業を行う。このと
き、掘削溝Ｋには泥水を満たすことで掘削溝Ｋの壁を安
定させる。次に、ベースマシンＢに把持されたガイド部
材２及びガイド部材２に備えられた掘削手段３を、ベー
スマシンＢの昇降手段によって掘削溝Ｋ内に挿入する。
このとき、各掘削手段３は鉛直方向に配置されている。

【００３０】次に、第２工程では、図４（ｂ）に示すよ
うに、ガイド部材２及び掘削手段３をベースマシンＢに
よって自転させながら降下させ、さらに、各掘削手段３
の中空油圧モータ３２を駆動させることで、各掘削軸３
１の下端に設けられた先端掘削刃３３を自転させて掘削
溝Ｋの底面を掘削する。このとき、掘削軸３１の自転と
ともに、掘削手段３自体も自転するため、掘削効率が高
まる。また、この掘削作業と同時に、地上に設置した排
泥ポンプ（図示せず）を作動させることで、先端掘削刃
３３の吸込口３７から掘削土砂を吸込み、排泥管４を通
じて掘削溝Ｋの外部に除去する。なお、土砂を地上に設
置した個液分離装置（図示せず）に送り、土砂から分離
した泥水を掘削溝Ｋ内に戻すことで泥水を補給しながら
掘削作業を進めることが好ましい。

【００３１】次に、第３工程では、図４（ｃ）に示すよ
うに、所定の深度において、ガイド部材２及び掘削手段
３の降下及びガイド部材２の自転を停止した後に、掘削
軸３１を自転させながら油圧シリンダー３５によって掘
削軸３１を上方に回転させ、埋設物Ｍの下方部を掘削す
る。

【００３２】最後に、第４工程では、図４（ｄ）に示す
ように、掘削軸３１の上方への回転を掘削溝Ｋに対して
直角となる位置で停止した後に、掘削軸３１を自転させ
ながらガイド部材２及び掘削手段３をベースマシンＢに
よって掘削溝Ｋに沿って降下させることで、埋設物Ｍの
下方部を拡幅掘削する。

【００３３】さらに、拡幅掘削装置１を用いて掘削溝Ｋ
内で攪拌混合工法を行う場合には、掘削手段３の掘削軸
３１を鉛直方向にした状態で掘削溝Ｋ内に挿入し、ベー
スマシンＢによってガイド部材２及び掘削手段３を自転
させ、ガイド部材２の攪拌部２３における攪拌翼２５に
よって掘削溝Ｋ内の土砂とセメント等の固化材を攪拌混
合する。このとき、ガイド部材２及び掘削手段３は掘削
溝Ｋ内で自転しているため、掘削溝Ｋ内のガイド部材２
及び掘削手段３によって生じる抵抗が低減される。

【００３４】したがって、本発明の実施形態に係る拡幅
掘削装置１及び拡幅掘削方法では、掘削溝Ｋを効率良く
掘削するとともに、拡幅掘削の方向を自在に変えること
ができるため、施工効率が高まり、施工期間を短縮し、
施工費用を削減することができる。また、掘削溝Ｋ内で
土砂と固化材を混合攪拌する際に、拡幅掘削装置１によ
って生じる抵抗が低減されるため、混合攪拌工法におい
ても有効である。

【００３５】以上、本発明を前記実施形態によって説明
したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではな
い。前記本発明の拡幅掘削装置１及び拡幅掘削方法と実
質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するもの
は、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含
される。例えば、前記実施形態では、埋設物Ｍの下方部
を拡幅掘削する場合を例としたが、本発明の拡幅掘削装
置１及び拡幅掘削方法は、掘削手段３自体が掘削溝Ｋ内
で自転することから、拡幅掘削する方向に油圧シリンダ
ー３５を位置させて掘削軸３１の先端を上方に回転する
ことで、拡幅掘削する方向を自在に定めることができる
ため、様々な形状の掘削溝Ｋを容易に形成することがで
きる。図５は、拡幅掘削装置１を場所打ちコンクリート
杭を形成する掘削溝Ｋの拡径及び拡底に適用した場合で
あり、図５（ａ）に示すように、場所打ちコンクリート
杭を形成する掘削溝Ｋの鉛直方向における複数の位置
で、掘削溝Ｋの全周を拡幅掘削して拡径したものや、図
５（ｂ）に示すように、場所打ちコンクリート杭を形成
する掘削溝Ｋの底部で、掘削溝Ｋの全周を拡幅掘削して
拡底をしたものなど、様々な形状の掘削溝Ｋを容易に形
成することができる。

【００３６】

【発明の効果】したがって、本発明の拡幅掘削装置及び
拡幅掘削方法では、掘削溝の拡幅掘削において、掘削手
段自体が自転しながら掘削するため、効率良く掘削溝を
掘削することができるとともに、拡幅掘削の方向を自在
に変えることができるため、施工効率が高まり、施工期
間を短縮し、施工費用を削減することができる。また、
拡幅掘削装置を設置する際に、他の掘削装置によってガ
イド用溝を設ける必要がないとともに、拡幅掘削装置に
掘削土砂の排泥管が配設されていることから、掘削溝内
に排泥装置を設置する必要がないため、拡幅掘削の施工
に係る装置が簡素化され、施工費用を削減することがで
きる。さらに、掘削溝内で土砂と固化材を混合攪拌する
際に、掘削溝内でガイド部材及び掘削手段が自転するこ
とで、掘削溝内のガイド部材及び掘削手段によって生じ
る抵抗が低減されるため、混合攪拌工法においても有効
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置を示した
側面図である。

【図２】本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置を示した
正面図である。

【図３】本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置を示した
側面図である。

【図４】本発明の実施形態に係る拡幅掘削方法の各工程
を示した図で、（ａ）は第１工程を示した施工図、
（ｂ）は第２工程を示した施工図、（ｃ）は第３工程を
示した施工図、（ｄ）は第４工程を示した施工図であ
る。

【図５】本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置による拡
幅掘削の他の例を示した図で、（ａ）は杭の拡径を示し
た施工図、（ｂ）は杭の拡底を示した施工図である。

【符号の説明】

１・・・・拡幅掘削装置 ２・・・・ガイド部材 ３・・・・掘削手段 ４・・・・排泥管 ２１・・・・摺動部（ガイド部材） ２２・・・・ドリルシャフト（ガイド部材） ２３・・・・攪拌部（ガイド部材） ２４・・・・分岐した中空管（ガイド部材） ２５・・・・攪拌翼（ガイド部材） ３１・・・・掘削軸（掘削手段） ３２・・・・中空油圧モータ（掘削手段） ３３・・・・先端掘削刃（掘削手段） ３４・・・・掘削刃（掘削手段） ３５・・・・油圧シリンダー（掘削手段） ３６・・・・伸縮軸（掘削手段） ３７・・・・吸込口（掘削手段） Ｂ・・・・ベースマシン Ｋ・・・・掘削溝 Ｍ・・・・埋設物

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000194756 成和機工株式会社 東京都新宿区揚場町２番14号 (72)発明者 荒井 政男 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 武川 良 東京都新宿区西新宿一丁目25番１号 大成 建設株式会社内 (72)発明者 北原 年宏 東京都目黒区目黒１−６−17 株式会社利 根内 (72)発明者 寺嶋 力 東京都目黒区目黒１−６−17 株式会社利 根内 (72)発明者 高盛 善雄 東京都大田区南蒲田２−16−２テクノポー ト 利根地下技術株式会社内 (72)発明者 遠藤 堅一 東京都新宿区歌舞伎町２−16−９ 成和機 工株式会社内 Ｆターム(参考） 2D029 DE00

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削溝に沿って昇降し、掘削時にその位
   置を規制するためのガイド部材と、前記ガイド部材の昇
   降手段と、前記ガイド部材を鉛直軸周りで回動させる自
   転手段と、前記ガイド部材に備えられた掘削手段と、掘
   削土砂の排泥管とから構成され、 前記掘削手段は、掘削刃を備えた鉛直方向の掘削軸と、
   前記掘削軸を回動させるための自転手段と、前記排泥管
   と連通する吸込口を備えた先端掘削刃とから構成され、
   前記掘削軸は基端部を支点として、その先端部が上下方
   向に回転可能に構成されていることを特徴とする拡幅掘
   削装置。
2. 【請求項２】 前記ガイド部材は攪拌翼を備えているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の拡幅掘削装置。
3. 【請求項３】 前記掘削軸の自転手段は、貫通孔を有す
   る中空の構造からなるモータであり、前記貫通孔に前記
   排泥管が貫通していることを特徴とする請求項１又は請
   求項２に記載の拡幅掘削装置。
4. 【請求項４】 前記ガイド部材は複数の前記掘削手段を
   備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のい
   ずれか１項に記載の拡幅掘削装置。
5. 【請求項５】 次の第１工程から第４工程の各工程を含
   むことを特徴とする拡幅掘削方法。 （１）掘削する地盤の表層部に掘削溝を形成し、前記請
   求項１乃至請求項４に記載の拡幅掘削装置を、前記ガイ
   ド部材の前記昇降手段によって前記掘削溝内に挿入する
   第１工程。 （２）前記ガイド部材及び前記掘削手段により所定の深
   度まで前記掘削溝を掘削するとともに、掘削土砂を前記
   掘削手段の前記吸込口から前記排泥管を通じて前記掘削
   溝から排出する第２工程。 （３）前記ガイド部材の自転を停止し、前記掘削手段に
   よる掘削を行いながら、前記掘削手段を上方に回転させ
   る第３工程。 （４）前記掘削手段の回転を所定の角度で停止し、前記
   ガイド部材の前記昇降手段によって前記ガイド部材を前
   記掘削溝に沿って下降させることで、前記掘削溝を拡幅
   掘削する第４工程。