JP2016075025A - ケーソン掘削機のレール間移動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーソンの作業室の天井に敷設された複数の走行レール間をケーソン掘削機が自由に移動できるようにしたケーソン掘削機のレール間移動装置を提供する。【解決手段】ケーソン1の下部に設けられた作業室の天井に敷設された複数の走行レール4,5,6にケーソン掘削機8を走行可能に懸架する。走行レール4と5、及び走行レール5と6が交差する位置に水平に旋回するターンテーブル7を設置する、ターンテーブル7にターンテーブル7と共に旋回して走行レール4,5,6ごとに連続するように向きを変えることにより、ケーソン掘削機8が走行して移動可能な可動レールを敷設する。ターンテーブル7は、作業室の天井に取り付けられた本体固定フレームと、本体固定フレームに旋回ベアリングを介在して本体固定フレームの下を水平に旋回可能に取り付けられたレール固定フレームを備えている。レール固定フレームに可動レールを敷設する。【選択図】図２

Description

本発明は、ニューマチックケーソンの下部に位置する作業室の天井スラブに敷設された走行レールに、走行可能に懸架されたケーソン掘削機のレール間移動装置に関し、特に作業室の天井スラブに敷設された複数の走行レール間をケーソン掘削機が自由に移動できるようにしたものである。

ニューマチックケーソン工法は、RC構造などによって構築されたケーソンの下部に気密性の作業室を設け、当該作業室の内圧とケーソン底面の水圧とを空気圧によってバランスさせることにより、ケーソン底面から作業室内への湧水等を防ぎながら掘削作業を行うことによって、ケーソンを所定の深さまで沈設する方法である(図１参照)。

また、最近のニューマチックケーソン工法は、高気圧環境下における掘削作業が減圧症などの高気圧障害を発症させるおそれがあることから、遠隔操作による機械掘削が主流になってきている。

詳述すると、作業室の天井に敷設された走行レールにケーソン掘削機(天井走行式ケーソン掘削機)を走行可能に懸架し、掘削作業はケーソン掘削機を地上の操作室から遠隔操作によって行う。

また、その際の動力用の電源は、通常、有線ケーブルにて供給するか、あるいは作業室の天井に走行レールに沿ってトロリー線を敷設し、このトロリー線から接触給電方式によって供給し、また、ケーソン掘削機の操作用の信号は、地上の操作室からケーブル若しくは無線LANによって送信する。

さらに、実際の工事では、作業室の形状や広さ、使用されるケーソン掘削機の台数や各ケーソン掘削機の作業エリアなどの配置計画に基づいて作業室の天井に走行レールを敷設し、ケーソン掘削機は地上で作業室に通じるマテリアルロックとマテリアルシャフトを通過できる寸法に分解し、マテリアルロックとマテリアルシャフトを経由して作業室に搬入し、走行レールの上で組み立てる。

そして、地上の操作室からの遠隔操作によってケーソン掘削機が走行レールの上を走行することで掘削作業と掘削土を排土バケットに積み込む作業を行い、排土は排土バケットによってマテリアルロックとマテリアルシャフトを経由して地上に排出する。

例えば、特許文献１には、作業室の天井に複数対の固定走行レールを同心円状に敷設し、またこれらの固定走行レールとほぼ直角に交差させて横行レールを敷設し、さらにこの横行レールに移動自在にかつ各走行レールと連なりおよび接離自在な切離し走行レールを敷設し、ケーソン掘削機は固定走行レールに走行自在に懸架され、横行レールと切離し走行レールを介して固定走行レール間を移動できるように構成されたニユーマチックケーソンが開示されている。

特開平07-207676号公報 特開2012-21281号公報

しかし、ケーソン掘削機の走行レールは、ケーソン掘削機ごとに専用に敷設されており、ケーソン掘削機は決められた走行レールの上でしか走行できないため、作業エリアがケーソン掘削機ごとに限定されてしまい(150ｍ²程度)、しかも作業室の面積が広くなる伴いケーソン掘削機の台数を増やす必要があり、ケーソン掘削機を最大限に活用できないという課題があった。

また、あるケーソン掘削機がトラブルや故障、あるいはメンテナンス等で稼働できなくなると、そのケーソン掘削機が担当する作業エリアの掘削作業が完全にストップしてしまうだけでなく、掘削作業は安全面からケーソン底面の全体について均等に行う必要があることから、全ての作業エリアの掘削作業を停止せざるを得なくなるという課題があった。

さらに、ケーソン掘削機の定期のメンテナンスや故障時の修理などで、ケーソン掘削機を作業室の外に搬出する際は、マテリアルシャフトを利用しているため、その間掘削土の排出ができなくなる等の課題があった。

また、引用文献１に記載された装置では、横行レールは全ての固定走行レールと交差するように敷設する必要があることから、固定走行レールの敷設方法(形態)がある程度決まってしまい、このため掘り残しができたりしてケーソン底面の地盤を均等に掘削できないおそれがあった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、ケーソン下部の作業室の天井スラブに敷設された走行レールに走行可能に懸架されたケーソン掘削機が複数の走行レール間を自由に移動できるようにしたケーソン掘削機のレール間移動装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、ケーソンの下部に設けられた作業室の天井スラブに敷設された走行レールに、走行可能に懸架されケーソン掘削機が複数の走行レール間を自由に移動できるようにしたケーソン掘削機のレール間移動装置の発明であり、複数の走行レールが交差する位置に可動レールを敷設したターンテーブルを設置し、当該ターンテーブルと共に可動レールを旋回させ、可動レールの向きを走行レールごとに連続するように変えることにより、各走行レールと可動レールの上をケーソン掘削機が走行できるようにすることで、ケーソン掘削機がターンテーブルを経由して複数の走行レール間を自由に移動することができる。

また、作業室の天井スラブに地上に通じるケーソン掘削機回収ロック開口部を設けることにより、ケーソン掘削機の搬入と搬出をマテリアルシャフトを利用せずに行うことができ、これによりマテリアルシャフトからの掘削土の排出を妨げることはない。

なお、ケーソン掘削機回収ロック開口部は、走行レール（正確には、ケーソン掘削機用昇降機に連結した昇降レール）の真上に位置するように設けることにより、走行レールに懸架されたケーソン掘削機をケーソン掘削機回収ロック開口部から速やかに地上に搬出することができ、また、作業室内に搬入したケーソン掘削機を走行レールに速やかに懸架することができる。

ターンテーブルは、作業室の天井スラブに形成された箱抜き(凹部)内に設置することにより、天井の出っ張りを小さくすることができ、また天井の走行レールとの繋がりをスムーズにすることができる。また、ターンテーブルの操作には油圧装置などを利用し、作業室内での直接操作または地上の操作室からの遠隔操作により行うことができる。

走行レールは、作業室の広さや形状等に応じて任意の形状に敷設することができ、少なくともレール同士が交差する位置に可動レールを敷設したターンテーブルが設置されていればよい。

例えば、円形状の走行レールを同心円状に複数敷設し、これら複数の走行レールと交差させて一または複数の直線状の走行レールを放射状に敷設してもよい。また特に、ターンテーブルの位置からかなり距離があるような場合には、複数の走行レールが並行に隣接する位置にレール間をケーソン掘削機が移動するためのトラバーサまたは分岐レールを敷設してもよい。

また、ケーソン掘削機は、作業室内での搭乗操作と地上の操作室からの遠隔操作のいずれも可能とすることができ、特に地上からの遠隔操作の場合、ケーソン掘削機の操作信号、ケーソン掘削機の姿勢を把握するための情報信号、ケーソン掘削機に搭載した監視カメラの映像信号等については、全て有線または無線LANを用い、地上の操作室に設置された遠隔操作盤とケーソン掘削機とので相互通信を行えるように構成することもできる。

また、ケーソン掘削機の動力電源の供給は、走行レールに沿って敷設されたトロリー線から集電アームを介して供給する方式、あるいは非接触給電方式のいずれの方式でも可能とすることができ、特に非接触給電方式はスパーク（火花）などの発生がないため安全で確実に電力の供給がおこなえる。

本発明によれば、複数の走行レールが交差する位置において、ターンテーブルに敷設された可動レールをターンテーブルと共に旋回させて、可動レールの向きを走行レールごとに連続するように変えることにより、各走行レールと可動レールの上をケーソン掘削機が走行できるようにすることで、ケーソン掘削機がターンテーブルを経由して複数の走行レール間を自由に移動することができる。

また、作業室の天井スラブに地上に通じるケーソン掘削機回収ロック開口部を設けることにより、ケーソン掘削機の搬入と搬出をマテリアルシャフトを利用せずに行うことができ、これによりマテリアルシャフトからの掘削土の排出を妨げることはない。

また、一台のケーソン掘削機の担当可能な作業エリアが大幅に拡大し、作業室内のケーソン掘削機の台数を減らすことができる。一般に、一台のケーソン掘削機の担当可能な作業エリアの面積は150ｍ²とされているが、これをはるかに超える作業エリアを担当することできる。

また、仮に一部のケーソン掘削機がメンテナンスや故障等で停止したとしても、他のケーソン掘削機によって対応することが可能になり、工事の中断を強いられることはない。

ニューマチックケーソンの概要を示す縦断面図である。 ケーソンの下部に設けられた作業室の天井伏図である。 ターンテーブルの一例を示し、図3(a)はターンテーブルの伏図、図3(b)はターンテーブルの一部伏図である。 ターンテーブルの一例を示し、図4(a)は図3(a)におけるイ−イ線断面図、図4(b)は図3(a)におけるロ−ロ線断面図である。 ケーソン掘削機の搬出・搬入装置の実施形態を示すケーソンの一部拡大縦断面図である。 ケーソンのケーソン掘削機を示し、図6(a)は平面図、図6(b)は側面図である。 ケーソンのケーソン掘削機を示し、図7(a)は進行方向側の端面図、図7(b)は集電部を示す図7(a)におけるハ部拡大図である。 ケーソン掘削機用昇降機の一例を示し、図8(a)は正面図、図8(b)は側面図である。 図８に図示したケーソン掘削機用昇降機の平面図である。

図１は、ニューマチックケーソン(以下「ケーソン」)の概要を示す縦断面図、図２はケーソンの下部に設けられた作業室の天井を下から目視した天井伏図である。

図において、ケーソン１の下部に設けられた作業室２の天井スラブ３に複数の走行レール4,5,6がそれぞれ互いに異なる方向に連続して敷設されている。

そのうち、走行レール４は作業室２の内周に沿ってほぼ円形の環状に連続して敷設され、走行レール５は天井スラブ３の中心を通り、ケーソン１の直径方向に連続して敷設され、かつその両端は走行レール４と交差している。

また、複数の走行レール６は走行レール５とほぼ直角に交差し、走行レール５の両側に平行に連続して敷設され、そのうち中央の走行レール６は天井スラブ３の中心を通り、残りの走行レール6,6は走行レール５の軸方向に等間隔に敷設されている。

また、走行レール４と走行レール５との交差する位置、走行レール５と各走行レール６との交差する位置にターンテーブル７がそれぞれ設置されている。

さらに、作業室２の天井スラブ３には、作業室２に後述するケーソン掘削機８を搬入および搬出するためのケーソン掘削機回収ロック開口部９、掘削土砂を排出するためのマテリアルシャフト開口部10および作業員が出入りするためのマンシャフト開口部11がそれぞれ設けられている。

ケーソン掘削機回収ロック開口部９の直下には、ケーソン掘削機用昇降機27に連結された昇降レール36を天井スラブ３に敷設された両側の走行レール5,5の端部に連続させて敷設するための間隙部ａが設けられている(図５参照)。なお、ケーソン掘削機用昇降機27と昇降レール36については後述する。

マテリアルシャフト開口部10は、ケーソン掘削機８のホッパーの届く範囲に設けられている。また、マテリアルシャフト開口部10の上にマテリアルシャフト10a、マテリアルロック10bが設置され、マンシャフト開口部11の上にマンシャフト11a、マンロック11bが設置され、いずれも作業室２から地上まで連通している。なお、ケーソン掘削機回収ロックについては後述する(図５参照)。

ターンテーブル７は、ケーソン掘削機８が走行レール４と走行レール５との間、走行レール５と各走行レール６との間をそれぞれ移動するための転車台である。

このように敷設された走行レール4,5および走行レール６に複数のケーソン掘削機８が走行可能に懸架されている。そして、ケーソン掘削機８はターンテーブル７を経由して走行レール４と５との間、走行レール５と６との間をそれぞれ移動することができ、さらにケーソン掘削機回収ロック開口部９より地上に搬出および搬入することができるようになっている。

図３と図４はターンテーブルの一例を示し、図3(a)はターンテーブルの伏図、図3(b)はその一部伏図、図4(a)は図3(a)におけるイ−イ線断面図、そして、図4(b)は図3(a)におけるロ−ロ線断面図である。

図において、作業室２の天井スラブ３の各走行レールの交差する位置に、箱抜き(凹部)12が形成され、当該箱抜き12内にターンテーブル７が設置されている。

ターンテーブル７は、本体固定フレーム13、レール固定フレーム14、旋回ベアリング15および可動レール16、さらにフレームロックシリンダー17とレールロックシリンダー18をそれぞれ備えている。

本体固定フレーム13は円形のリング状に形成され、箱抜き12内の底部(天井スラブ３)に水平に取り付けられている。レール固定フレーム14は本体固定フレーム13とほぼ同じ径の円形リング状に形成され、箱抜き12内の本体固定フレーム13の下側に水平に取り付けられている。

さらに、本体固定フレーム13とレール固定フレーム14との間に旋回ベアリング15が介在され、そしてレール固定フレーム14の下側に可動レール16敷設されている。

可動レール16は、各走行レール4,5,6と同じ幅、同じ高さに敷設され、また、各走行レール4と5および走行レール5と6がそれぞれ交差する位置において、レール固定フレーム14と共に水平にほぼ90°旋回することにより、走行レール4,5,6の各走行レールとそれぞれ同一軸上で連続し、またこれらの走行レール4,5,6の各走行レールに対してほぼ90°向きを変えられるようになっており、これにより走行レール4,5,6の各走行レールと可動レール16間をケーソン掘削機８が走行して移動することができるようになっている。

フレームロックシリンダー17は、レール固定フレーム14を介して可動レール16を水平にほぼ90°の範囲で旋回させるための油圧装置であり、シリンダーの本体側は箱抜き12の天井または側壁に固定され、ロッド側はレール固定フレーム14に連結されている。

そして、ロッドが伸縮することにより可動レール16は、レール固定フレーム14を介して水平にほぼ90°旋回して走行レール4,5,6の各走行レールと同一軸線上に連続した状態にセットすることができるようになっている。

レールロックシリンダー18は、可動レール16を走行レール4,5,6の各走行レートとそれぞれ同一軸線上で連続した状態に固定するための油圧装置であり、可動レール16の端部に取り付けられている。

また、レールロックシリンダー18は、可動レール16の上に当該可動レール16の軸方向に沿って設置され、シリンダーロッドの先端部に固定板19が取り付けられている。

そして、可動レール16が、各走行レール4,5,6の各走行レールとそれぞれ同一軸上に連続した状態で、レールロックシリンダー18を作動させることにより、固定板19が各走行レール4,5,6の端部に取り付けられた固定板20と係合することで、可動レール16は走行レール4,5,6の各走行レールと同一軸上で連続した状態に固定することができる。

なお、固定板19と固定板20との当接面にはずれ止め用の凹凸が設けられ、またフレームロックシリンダー17とレールロックシリンダー18の操作は、作業室内からの直接操作または地上からの遠隔操作によって行えるようになっている。

このような構成において、例えば、走行レール５に懸架されたケーソン掘削機８を走行レール４に移動する場合について説明する。

(1)最初に、走行レール４と走行レール５との交差する位置において、ターンテーブル７のフレームロックシリンダー17を作動させてレール固定フレーム14と共に可動レール16を走行レール５側にほぼ90°水平に旋回させ、可動レール16の向きを走行レール５の軸方向と一致させることにより、可動レール16と走行レール５を同一軸線上で連続させる。

(2)次に、レールロックシリンダー18を作動させて固定板19と固定板20を係合することにより、可動レール16と走行レール５をずれないように固定する。そして、走行レール５に懸架されたケーソン掘削機８を可動レール16側に走行させて可動レール16の上に懸架する。

(3)次に、再び、レールロックシリンダー18を作動させて固定板19と固定板20との係合を解除する。また、フレームロックシリンダー17を作動させてレール固定フレーム14と共に可動レール16を走行レール４側に水平にほぼ90°旋回させ、可動レール16の向きを走行レール４の軸方向と一致させることにより可動レール16と走行レール４を連続させる。

(4)次に、レールロックシリンダー18を作動させて固定板19と走行レール４の端部に取り付けられた固定板20を係合することにより可動レール1６と走行レール４をずれないように固定する。そして、可動レール16に懸架されたケーソン掘削機８を走行レール４側に走行させて移動し、走行レール４に懸架する。以上の手順によりケーソン掘削機８を走行レール５から走行レール４に容易に移動することができる。

また、ケーソン掘削機８は、ケーソン掘削機回収ロック開口部９から作業室２の外に搬出することができる。ケーソン掘削機回収ロック開口部９は、作業室２の天井スラブ３を貫通して設けられ、ケーソン掘削機回収ロック開口部９の直上にケーソン掘削機の搬出・搬入装置21が設置されている。

図５は、ケーソン掘削機の搬出・搬入装置の一例を示す縦断面図である。図において、ケーソン掘削機回収ロック開口部９の直上にケーソン１内を天井スラブ３の上方に延びるケーソン掘削機回収ロック22とケーソン掘削機昇降シャフト23が連通して設置されている。

ケーソン掘削機回収ロック22はケーソン掘削機８のメンテナンス、故障時の修理などの作業を行うための作業室であり、当該ロック22内の内気圧を調整するための気圧調整装置(図省略)を備え、またケーソン掘削機回収ロック22の下端部と上端部に下部耐圧扉24と上部耐圧扉25がそれぞれ取り付けられている。

また、ケーソン掘削機回収ロック開口部９、ケーソン掘削機回収ロック22およびケーソン掘削機昇降シャフト23内の側部に、一対のガイドレール26,26が下部耐圧扉24と上部耐圧扉25を有する部分を除いて連続して敷設されている。

また、ケーソン掘削機の搬出・搬入装置21（ケーソン掘削機回収ロック開口部９、ケーソン掘削機回収ロック22およびケーソン掘削機昇降シャフト23）に敷設された一対のガイドレールに沿って、ケーソン掘削機回収ロック開口部９、ケーソン掘削機回収ロック22およびケーソン掘削機昇降シャフト23内を昇降する自走式のケーソン掘削機用昇降機27が設置されている。

ケーソン掘削機用昇降機27は、ケーソン掘削機８を牽引してケーソン掘削機回収ロック開口部９、ケーソン掘削機回収ロック22おび昇降シャフト23内を昇降するための牽引装置である。

このような構成により、ケーソン掘削機回収ロック開口部９とケーソン掘削機回収シャフト21を経由し、ケーソン掘削機用昇降機27によって作業室２内のケーソン掘削機８を地上に搬出し、また作業室２内に搬入できるようになっている。

図６と図７はケーソン掘削機の一例を示し、図6(a)は平面図、図6(b)は側面図である。また、図7(a)は進行方向側の端面図、図7(b)は集電部を示す図6(a)におけるハ部拡大図である。

図において、ケーソン掘削機８は各走行レール4,5,6に各走行レールの軸方向に走行自在に懸架されている。また、各走行レール4,5,6に沿って天井に敷設されたトロリー線28から集電アーム29の先端に取り付けられた移動給電機器35を介して電力を供給できるようになっており、これにより各ケーソン掘削機８は、動力によって各走行レール4,5,6の軸方向に自走することができ、またホッパーを作動させてケーソン底面の地盤を掘削することができるようになっている。

また、ケーソン掘削機８は、作業室２内での搭乗操作と地上の操作室からの遠隔操作のいずれも可能であり、特に地上からの遠隔操作の場合、ケーソン掘削機８の操作信号、ケーソン掘削機８の姿勢を把握するための情報信号、ケーソン掘削機８に搭載した監視カメラの映像信号等については、全て有線または無線LANを用い、地上の操作室に設置された遠隔操作盤とケーソン掘削機８とので相互通信を行えるように構成されている。

また、図８と図９は、ケーソン掘削機用昇降機の一例を示し、図8(a)は正面図、図8(b)は側面図、そして図９は平面図である。

図において、ケーソン掘削機用昇降機27は、ケーソン掘削機８を牽引してケーソン掘削機回収ロック開口部９内、ケーソン掘削機回収ロック22内おび昇降シャフト23内を昇降するための昇降装置であり、一対のガイドレール26の側面部を走行する一対のガイドローラ30、一対のガイドレール26の側面部にそれぞれ取り付けられた一対のラックギヤ31とそれぞれ噛み合う一対のピニオンギヤ32および動力源となる電動機33を備えている。

また、ケーソン掘削機用昇降機27は地上からの遠隔操作により、ケーソン掘削機回収ロック開口部９内、ケーソン掘削機回収ロック22内おび昇降シャフト23内に連続して敷設されたトロリーバー34から集電アーム29の先端に取り付けられた移動給電機器35によって給電しながら自力で昇降できるようになっている。

さらに、ケーソン掘削機用昇降機27は、ケーソン掘削機８を懸架するための昇降レール36を備え、昇降レール36は掘削機用昇降機27の下端部に連結金具37によって連結されている。

そして、ケーソン掘削機用昇降機27がケーソン掘削機回収ロック開口部９まで下降した際に、昇降レール36は作業室２の天井スラブ３に敷設された両側の走行レール5,5の端部に連続して、ケーソン掘削機回収ロック開口部直下の間隙部ａに敷設されるようになっており、これによりケーソン掘削機６は走行レール５と昇降レール36間を走行して自由に移動することができるようになっている。

本発明は、ケーソンの下部に設けられた作業室の天井スラブに敷設された走行レールに懸架されたケーソン掘削機を、複数の走行レールが交差する位置に設置されたターンテーブルを経由することで、他の走行レールに容易に移動することができ、これにより一台のケーソン掘削機の作業エリアが大幅に拡大する。

１ ケーソン(ニューマチックケーソン)
２ 作業室
３ 天井スラブ
4,5,6 走行レール
７ ターンテーブル
８ ケーソン掘削機
９ ケーソン掘削機回収ロック開口部
10 マテリアルシャフト開口部
10a マテリアルシャフト
10b マテリアルロック
11 マンシャフト開口部
11a マンシャフト
11b マンロック
12 箱抜き(凹部)
13 本体固定フレーム
14 レール固定フレーム
15 旋回ベアリング
16 可動レール
17 フレームロックシリンダー
18 レールロックシリンダー
19 固定板
20 固定板
21 ケーソン掘削機の搬出・搬入装置
22 ケーソン掘削機回収ロック
23 ケーソン掘削機昇降シャフト
24 下部耐圧扉
25 上部耐圧扉
26 一対のガイドレール
27 ケーソン掘削機用昇降機
28 トロリー線
29 集電アーム
30 ガイドローラ
31 ラックギヤ
32 ピニオンギヤ
33 電動機
34 トロリーバー
35 移動給電機器
36 昇降レール
37 連結金具

Claims (4)

1. ケーソンの下部に設けられた作業室の天井に敷設された複数の走行レールに、走行可能に懸架されたケーソン掘削機のレール間移動装置において、前記複数の走行レールどうしが交差する位置に水平に旋回するターンテーブルが設置され、当該ターンテーブルにターンテーブルと共に旋回して前記走行レールごとに連続するように向きを変えることにより、前記ケーソン掘削機が移動可能な可動レールが敷設されていることを特徴とするケーソン掘削機のレール間移動装置。
2. 請求項１記載のケーソン掘削機のレール間移動装置において、作業室の天井スラブにケーソン掘削機回収ロック開口部が走行レールの真上に位置するように設けられていることを特徴とするケーソン掘削機のレール間移動装置。
3. 請求項１または２記載のケーソン掘削機のレール間移動装置において、前記ターンテーブルは作業室の天井に設けられた箱抜き内に取り付けられ、かつ本体固定フレームと、当該本体固定フレームに旋回ベアリングを介在して本体固定フレームの下を水平に旋回可能に取り付けられたレール固定フレームを備え、当該レール固定フレームに可動レールが敷設されていることを特徴とするケーソン掘削機のレール間移動装置。
4. 請求項３記載のケーソン掘削機のレール間移動装置において、レール固定フレームを可動フレームと共に旋回させるためのフレームロックシリンダーを備えていることを特徴とするケーソン掘削機のレール間移動装置
   

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