JP2017133249A - 立坑掘削装置及び立坑掘削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】開口断面が大きい立坑を効率的に掘削できる立坑掘削装置及び立坑掘削方法を提供する。【解決手段】本発明の立坑掘削装置は、掘削に伴って生じる土砂が通過可能な中空部と、土砂を中空部に取り込む開口とを有する中空シャフトであって掘削中の立坑の底面に対して下端側が固定される第１のシャフトと、第１のシャフトに設けられた第１の掘削手段と、上記立坑の底面のうち、第１の掘削手段によって掘削できない領域を掘削する第２の掘削手段と、第１のシャフトの中空部を通じて土砂を立坑の外に排出する第１の土砂排出手段とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は立坑掘削装置及び立坑掘削方法に関する。

立坑を機械化施工によって構築する装置及び方法が知られている。例えば、特許文献１は、ケーシングパイプと、ケーシングパイプの下端から上方に距離をおいた位置に設けられた掘削機と、ケーシングパイプを回転させる駆動装置とによって構成される立坑掘削装置及びこれを用いた掘削方法を開示する。

特開平４−１５３４９５号公報

地下利用の大規模化に伴い、大深度・大断面の立坑を効率的に掘削する装置及び方法が望まれている。上記特許文献１に記載の発明は、ケーシングパイプの下端から上方に距離をおいた位置に掘削機を設けることによって掘削断面の拡大を図っている。しかし、上記特許文献１の発明は、掘削可能な立坑サイズに限界があり、より大規模な立坑を掘削するには改善の余地があった。

上記の事情に鑑み、本発明は、開口断面が大きい立坑を効率的に掘削できる立坑掘削装置及び立坑掘削方法を提供することを目的とする。

本発明に係る立坑掘削装置は、掘削に伴って生じる土砂が通過可能な中空部と、土砂を中空部に取り込む開口とを有する中空シャフトであって掘削中の立坑の底面に対して下端側が固定される第１のシャフトと、第１のシャフトに設けられた第１の掘削手段と、上記立坑の底面のうち、第１の掘削手段によって掘削できない領域を掘削する第２の掘削手段と、第１のシャフトの中空部を通じて土砂を立坑の外に排出する第１の土砂排出手段とを備える。

上記立坑掘削装置によれば、第１の掘削手段と第２の掘削手段とを併用することで、大きな開口断面（例えば、直径１６〜４０ｍの円相当）の立坑を掘削できる。本発明においては、全ての掘削手段が土砂排出手段をそれぞれ具備する必要はなく、少なくとも第１の掘削手段に係る第１のシャフトが土砂を排出する機能（第１の土砂排出手段）を有していればよい。そのため、比較的シンプルな装置構成を実現でき、また、立坑を効率的に掘削できる。

上記立坑掘削装置は、平面視において、第１のシャフトを囲むように設けられた複数の第２の掘削手段を備えてもよい。複数の第２の掘削手段をこのように配置することで、第２の掘削手段によって生じる土砂が第１のシャフトの開口まで到達しやすい。

第２の掘削手段による掘削能率を向上させる観点から、上記立坑掘削装置は、平面視において、第１のシャフトと離間した位置において上記立坑の底面に対して下端側が固定される一つ又は複数の第２のシャフトを更に備え、第２のシャフトに第２の掘削手段が設けられていてもよい。かかる構成を採用することで、第２の掘削手段による掘削に伴って生じる反力を第２のシャフトで受けることができる。これにより、第２の掘削手段は、大きな掘削力によって掘削作業を能率的に実施することができる。なお、上述のとおり、第１のシャフトが土砂を排出する機能を有しているため、第２のシャフトは土砂を排出する機能を有していなくてもよい。

上記立坑掘削装置は、掘削中の当該立坑の底面の上方に横方向に延在する支持部を有し且つ当該立坑の内周面に対して固定されるフレームを更に備えてもよく、この場合、第２の掘削手段は支持部に設けられていることが好ましい。かかる構成を採用することで、第２の掘削手段による掘削に伴って生じる反力を、フレームを介して立坑の内周面で受けることができる。

上記フレームは、当該立坑の内周面に対して当該内周面の周方向に移動自在に設けられていることが好ましい。かかる構成により、第２の掘削手段が単体でまかなうことができる掘削対象領域を広くすることができる。また、第２の掘削手段は、支持部の延在方向に移動自在に設けられていることが好ましい。かかる構成により、第２の掘削手段の掘削対象領域の自由度をより高めることができる。また、第２の掘削手段は、上記立坑の底面に対して下端側が固定される第３のシャフトを介して支持部に設けられていることが好ましい。かかる構成により、第２の掘削手段は、立坑の底面と支持部との２点に固定された状態で掘削することができる。そのため、第２の掘削手段は、より一層安定して掘削することができ施工性を向上させることができる。

上記立坑掘削装置は、土砂排出能力を更に向上させる観点から、平面視において、第１の土砂排出手段と離間した位置に設けられており、土砂を立坑の外に排出する第２の土砂排出手段を更に備えてもよい。例えば、第１の土砂排出手段のみでは土砂の排出量が少ない場合に、第２の土砂排出手段を補助的に用いることができる。また、第１の土砂排出手段と離れた位置の土砂の排出のために第２の土砂排出手段を用いることもできる。あるいは、例えば第１の土砂排出手段としてエアリフトを採用した場合、第２の土砂排出手段としてバケット等を採用することにより、第１の土砂排出手段によっては排出することが困難な塊状の土砂を第２の土砂排出手段によって排出することができる。

上記第２の土砂排出手段は、土砂を含む泥水を下端側開口から取り込んで当該泥水を立坑の外に排出するための揚泥管と、揚泥管内に空気を供給する給気手段と、下端側開口と掘削中の当該立坑の底面との間に配置される攪拌手段とを有する構成であってもよい。この場合、第２の土砂排出手段は、揚泥管と給気手段とによってエアリフトを構成する。攪拌手段によって土砂を巻き上げた状態とすることで、土砂を含む泥水を揚泥管に効率的に取り込むことができる。上記揚泥管の下端側は、拡幅形状となっていることが好ましい。揚泥管の下端側を拡幅形状とすることで、攪拌手段によって巻き上がった土砂をより一層確実に揚泥管に取り込むことができる。

本発明に係る立坑掘削方法は、掘削に伴って生じる土砂が通過可能な中空部と、土砂を中空部に取り込む開口とを有する第１のシャフトの下端側を掘削中の立坑の底面に対して固定する準備工程と、第１のシャフトに設けられた第１の掘削手段によって底面を掘削する第１掘削工程と、底面のうち、第１の掘削手段によって掘削できない領域を第２の掘削手段によって掘削する第２掘削工程と、第１のシャフトの中空部を通じて土砂を立坑の外に排出する排出工程とを含む。

上記立坑掘削方法によれば、第１掘削工程と第２掘削工程とを併せて行うことで、大きな開口断面の立坑を掘削できる。本発明においては、全ての掘削手段が土砂排出手段をそれぞれ具備する必要はなく、少なくとも第１の掘削手段に係る第１のシャフトが土砂を排出する機能（第１の土砂排出手段）を有していればよい。そのため、比較的シンプルな装置構成による効率的な立坑掘削を実現できる。

本発明によれば、開口断面が大きい立坑を効率的に掘削できる。

図１は、本発明の第１実施形態に係る立坑掘削装置を示す断面図である。 図２は、図１に示す立坑掘削装置の平面図である。 図３は、本発明の第２実施形態に係る立坑掘削装置を示す断面図である。 図４は、図３に示す立坑掘削装置の平面図である。 図５は、本発明の第３実施形態に係る立坑掘削装置を示す断面図である。 図６は、図５に示す立坑掘削装置の平面図である。 図７は、本発明の第４実施形態に係る立坑掘削装置を示す断面図である。 図８は、本発明の第５実施形態に係る立坑掘削装置を示す断面図である。 図９は、図８に示す曝気板（攪拌手段）の平面図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。ここではシールドマシン用の立坑を掘削する場合を例に挙げて説明するが、立坑の用途はこれに限定されず、例えば、山岳トンネル用換気塔などであってもよい。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る立坑掘削装置及びこれによって立坑を掘削している様子を示す断面図である。図２は、図１に示す立坑掘削装置及び立坑の平面図である。図１，２に示す立坑１００は、例えば大口径・大深度の円筒形状の立坑である。掘削される立坑１００の底面１００ａは、例えば地下水位ＷＬよりも深いレベルに設定されている。立坑１００は、地上Ｇに開口を有しており、シールドマシン（図示せず）を搬入するための立坑として使用される。立坑１００の内部は、両端が開口したオープンケーソン１０１によって周囲の地盤から仕切られている。この立坑１００を通じてシールドマシンが底部に搬入され、シールドマシンによって立坑１００の底部から水平方向に延びるシールドトンネルが施工される。

立坑１００の口径は、例えば１６〜４０ｍであり、１８〜４０ｍであってもよく、３０〜４０ｍであってもよい。立坑１００の深度は、例えば７１〜１５０ｍであり、９０〜１５０ｍであってもよく、１００〜１５０ｍであってもよい。

オープンケーソン１０１は、両端が開口した円筒状のケーソン躯体１０２を深さ方向に沿って複数連結したものである。オープンケーソン１０１の先端におけるケーソン躯体１０２Ａは、先端部に向かって厚さが徐々に薄くなった刃口１０３を有している。オープンケーソン１０１は、例えばプレキャストコンクリートによって構成されている。

立坑掘削装置１は、立坑１００を掘削するための装置である。立坑掘削装置１は、掘削中の底面１００ａに対して下端側が固定される第１のシャフト１０と、第１のシャフト１０に回転運動を発生させる駆動装置（図示せず）と、第１のシャフト１０の先端側に設けられた複数の掘削翼（第１の掘削手段）１１と、掘削に伴って生じる土砂Ｓを立坑１００の外に排出するグラブバケット（第１の土砂排出手段）１２とを備えている。また、立坑掘削装置１は、第１のシャフト１０と離間した位置において底面１００ａに対して下端側が固定される複数の第２のシャフト２０と、第２のシャフト２０の先端側に設けられたショベル２２及びブレーカ２３とを備えている。本実施形態においては、ショベル２２とブレーカ２３とによって第２の掘削手段が構成される。第１の掘削手段としての掘削翼１１と第２の掘削手段としてのショベル２２及びブレーカ２３とを併用することで、大きな開口断面の立坑１００を掘削できる。また硬質な地盤も掘削できる。

第１のシャフト１０は、先端に刃先１３を有する。第１のシャフト１０は、一定深度掘削するごとに軸方向に継ぎ足され、駆動装置によって軸回転させられることによって、刃先１３によって地盤を掘進する。第１のシャフト１０の刃先１３は、掘削翼１１に先行して地盤を掘削する。第１のシャフト１０は、刃先１３が地盤中に貫入することによって立坑１００の底面１００ａに対して下端側が固定されている。そのため、掘削翼１１は、水平位置を安定させた状態で掘削することができる。

掘削翼１１は、第１のシャフト１０の先端から上方に距離をおいた位置に取り付けられ、第１のシャフト１０の先端よりも浅いレベルの地盤を掘削する。また、掘削翼１１は、図２に示すとおり、平面視において第１のシャフト１０のまわりの一定の領域Ａ１を掘削する。領域Ａ１は、第１のシャフト１０を中心軸とした掘削翼１１の旋回領域に相当し、例えばφ８〜φ１５ｍであり、φ１０〜φ２０ｍであってもよく、φ１５〜φ２０ｍであってもよい。本実施形態においては、第１のシャフト１０に対して四枚の掘削翼１１が固定されている。なお、掘削翼１１の枚数は四枚に限定されるものではない。それぞれの掘削翼１１は、平面視において対数らせん状に形成されている。掘削翼１１の下縁には刃先（図示せず）が設けられている。

第１のシャフト１０は、掘削に伴って生じる土砂Ｓが通過可能な中空部１５と、土砂Ｓを中空部１５に取り込む開口１６とを有する中空シャフトである。開口１６を通じて中空部１５内に取り込まれた土砂Ｓはグラブバケット１２によって立坑１００の外に排出される。グラブバケット１２は、吊材によって中空部１５内を昇降自在に設けられている。なお、グラブバケット１２の代わりに例えばハンマグラブを採用してもよい。また、土砂Ｓをつかみ取る方式のもの（グラブバケット又はハンマグラブ）の代わりにエアリフトによる揚泥方式を採用してもよい。

中空部１５内に取り込むための開口１６は、第１のシャフト１０において掘削翼１１の先端位置に設けられている。このような構成により、掘削翼１１による掘削に伴って生じた土砂Ｓは開口１６を通じて中空部１５内に効率的に取り込まれる。

第２のシャフト２０は、ショベル２２及びブレーカ２３による掘削に伴って生じる反力を受ける。これにより、ショベル２２及びブレーカ２３は、大きな掘削力によって掘削作業を能率的に実施することができる。本実施形態においては、図２に示すように、計六本の第２のシャフト２０が平面視において第１のシャフト１０を囲むように設けられている。第２のシャフト２０は、平面視において、第１のシャフト１０と離間した位置において底面１００ａに対して下端側が固定されている。ショベル２２及びブレーカ２３がそれぞれ設けられる複数の第２のシャフト２０をこのように配置することで、ショベル２２及びブレーカ２３による掘削によって生じる土砂Ｓが第１のシャフト１０の開口１６まで到達しやすいという利点がある。

本実施形態における第２のシャフト２０は、立坑１００の掘削に先行して打設された杭によって構成されている。第２のシャフト２０は、例えば鋼管杭を採用してもよく、コンクリート杭を採用してもよく、あるいは鉄筋コンクリート杭を採用してもよい。第２のシャフト２０は、立坑１００の掘削が進行した状態（図１に示す破線部分）であっても先端２０ａが露出しない深度まで打設されている。従って、第２のシャフト２０は、立坑１００の掘削に伴って底面１００ａが移動しても、先端２０ａを移動させなくてよい。なお、上述のとおり、中空シャフトからなる第１のシャフト１０が土砂Ｓを排出する機能を有しているため、第２のシャフト２０は必ずしも中空シャフトでなくてもよい。

ショベル２２及びブレーカ２３は、第２のシャフト２０に設けられている。ショベル２２及びブレーカ２３は、第２のシャフト２０の外周に接続されるリング状の取付金物２４に連結されることにより、第２のシャフト２０に取り付けられている。ショベル２２及びブレーカ２３は、取付金物２４によって第２のシャフト２０の外周に軸回りに相対的に回転自在に接続されると共に、第２のシャフト２０の軸方向に昇降自在に接続されている。ショベル２２及びブレーカ２３は、第２のシャフト２０における立坑１００の底面１００ａから上方に距離をおいた位置に接続される。ショベル２２及びブレーカ２３は、立坑１００の掘削の進行に伴って、第２のシャフト２０の軸方向にガイドされながら掘削する。

複数の第２のシャフト２０にそれぞれ設けられたショベル２２及びブレーカ２３は、図２に示すように、平面視において複数の第２のシャフト２０のまわりの各領域Ａ２を掘削する。領域Ａ２は、掘削翼１１によって掘削できない領域を含む。一つの領域Ａ２は、第２のシャフト２０を中心軸としたショベル２２及びブレーカ２３の旋回領域に相当し、例えばφ７〜φ１５ｍであり、φ１０〜φ１５ｍであってもよい。なお、第２のシャフト２０に設ける掘削手段として、必ずしもショベル２２とブレーカ２３とを併用しなくてもよく、どちらか一方であってもよく、他のアーム式の掘削手段を採用してもよい。

次に、上記の立坑掘削装置１を用いた立坑掘削方法について説明する。本実施形態に係る立坑掘削方法は、先行設置工程と、準備工程と、第１掘削工程と、第２掘削工程と、排出工程と、杭撤去工程とを含む。

＜先行設置工程＞
まず、第１のシャフト１０を設置する前に、複数の第２のシャフト２０を先行して設置する。具体的には、立坑１００の掘削予定地盤中に第２のシャフト２０を打設する。第２のシャフト２０の打設は、場所打ち杭を構築してもよく、あるいは既製杭を圧入してもよい。第２のシャフト２０は、立坑１００の掘削が進行した状態（図１に示す破線部分）であっても先端２０ａが露出しない深度まで打設する。第２のシャフト２０の先端２０ａは、例えば、支持層に埋め込んでもよい。また、複数の第２のシャフト２０は、平面視において第１のシャフト１０の設置予定位置を囲むように配置する。なお、ここで打設が完了した第２のシャフト２０にショベル２２及びブレーカ２３を取り付けてもよい。

＜準備工程＞
次に、立坑１００の掘削予定地盤を、例えば地上掘削機等によって一定深度、掘削する。ここでは、地上Ｇ下に掘削翼１１、並びにショベル２２及びブレーカ２３を設置可能な深さまで掘削してもよい。そして、平面視における立坑１００の中心部に第１のシャフト１０を設置する。まず、第１のシャフト１０は掘削翼１１を取り付けない状態で設置し、第１のシャフト１０を軸回転させ、第１のシャフト１０の刃先１３により立坑１００の底面１００ａを掘進する。そして、第１のシャフト１０の開口１６が底面１００ａに位置する深さまで掘進させ、第１のシャフト１０の下端側を掘削中の立坑１００の底面１００ａに対して固定する。その状態で、第１のシャフト１０に掘削翼１１を取り付ける。本工程によって準備が完了したら、以下の第１掘削工程、第２掘削工程、及び排出工程を適宜行う。

＜第１掘削工程＞
第１のシャフト１０に設けられた掘削翼１１によって立坑１００の底面１００ａを掘削する。具体的には、第１のシャフト１０を軸回転させることによって、掘削翼１１の刃先によって立坑１００の底面１００ａを掘削する。掘削翼１１は、第１のシャフト１０の先端よりも浅いレベルの地盤を掘削する。そして、第１のシャフト１０の刃先１３は、掘削翼１１に先行して地盤を掘削する。このように、掘削翼１１の掘削は、立坑１００の底面１００ａに対して第１のシャフト１０の下端側が固定された状態で行われる。そのため、掘削翼１１は、水平位置を安定させた状態で掘削することができる。

＜第２掘削工程＞
立坑１００の底面１００ａのうち、掘削翼１１によって掘削できない領域をショベル２２及びブレーカ２３によって掘削する。具体的には、掘削翼１１は、平面視において第１のシャフト１０のまわりの一定の領域Ａ１を掘削する。従って、平面視において、立坑１００のうち領域Ａ１よりも外側の領域が、掘削翼１１によって掘削できない領域である。ショベル２２及びブレーカ２３は、複数の第２のシャフト２０のまわりの各領域Ａ２を掘削することができる。つまり、立坑１００における掘削翼１１によって掘削できない領域を、ショベル２２及びブレーカ２３によって掘削することができる。

＜排出工程＞
第１のシャフト１０の中空部１５を通じて土砂Ｓを立坑１００の外に排出する。第１掘削工程及び第２掘削工程によって生じた土砂Ｓは、開口１６から第１のシャフト１０内の中空部１５に取り込まれる。この土砂Ｓを、第１のシャフト１０内の中空部１５を降下したグラブバケット１２によってつかみ取り、これを上昇させて立坑１００の外に排出する。

＜杭撤去工程＞
上記の工程によって、立坑１００が計画深さまで掘削されたら、底面１００ａよりも上方に突出した第２のシャフト２０を撤去する。そして、底面１００ａを平坦に整えて床付け面として仕上げることによって所定の深度の立坑が構築される。

（第２実施形態）
次に、図３，４を参照して、第２実施形態に係る立坑掘削装置２について説明する。図３は、立坑掘削装置２及びこれによって立坑を掘削している様子を示す断面図である。図４は、図３に示す立坑掘削装置及び立坑の平面図である。第２実施形態に係る立坑掘削装置２は、以下の点において第１実施形態に係る立坑掘削装置１と相違する。
（１）ショベル２２及びブレーカ２３による掘削に伴って生じる反力を第１のシャフト１０及び立坑１００の内周面１００ｂで受ける点。
（２）ショベル２２及びブレーカ２３がフレーム３１とともに移動する点。
以下、主に相違点について説明する。立坑掘削装置２は、支持部３０を有するフレーム３１と、第３のシャフト３２とを備えている。ショベル２２及びブレーカ２３（第２の掘削手段）は、第３のシャフト３２を介して支持部３０に設けられている。

フレーム３１は、立坑１００の内周面１００ｂに対して当該内周面１００ｂの周方向に移動自在に設けられている。フレーム３１は、支持部３０と、２本の交差フレーム３３と、横フレーム３４と、取付金具３５と、ジャッキ３６とを有している。２本の交差フレーム３３は、平面視において第１のシャフト１０に交差する方向に延在している。横フレーム３４は、２本の交差フレーム３３と同じ高さに設けられ、立坑１００の内周面１００ｂにおいて２本の交差フレーム３３を連結する。取付金具３５は、第１のシャフト１０の外周に接続されている。取付金具３５は、第１のシャフト１０を囲んでリング状に形成され、２本の交差フレーム３３を第１のシャフト１０に対して相対的に移動（旋回及び昇降）自在に連結する。ジャッキ３６は、２本の交差フレーム３３の立坑１００の内周面１００ｂ側の端部に設けられ、交差フレーム３３を当該内周面１００ｂに固定する。以上の構成によって、フレーム３１は、第１のシャフト１０に対して相対的に移動することができ、立坑１００の内周面１００ｂの所望の位置において固定される。そして、支持部３０は、フレーム３１の取付金具３５及び横フレーム３４に接続されている。

支持部３０は、掘削に伴って生じる反力掘削に伴って生じる反力を負担する。支持部３０は、掘削中の立坑１００の底面１００ａの上方に横方向に延在している。支持部３０は、立坑１００の底面１００ａの上方に横方向に延在する２本のガイド部材３７によって構成されている。支持部３０は、２本のガイド部材３７が略並行に配置された状態で、それぞれ取付金具３５及び横フレーム３４に接続されて構成されている。また、支持部３０の２本のガイド部材３７に架け渡されて、第３のシャフト３２の上端側を回転自在に保持する把持・駆動装置３８が設けられている。把持・駆動装置３８は、支持部３０の２本のガイド部材３７にガイドされることにより、支持部３０の延在方向に移動自在に構成されている。また、支持部３０は、フレーム３１の移動に伴って、立坑１００の内周面１００ｂに対して当該内周面１００ｂの周方向に移動することができる。従って、把持・駆動装置３８は、第３のシャフト３２の上端側を保持した状態で、内周面１００ｂの周方向に移動することができる。

なお、支持部３０の２本のガイド部材３７は、リング状の取付金具３５に固定されていてもよい。あるいは、２本のガイド部材３７は、例えばテレスコピック機構によって伸縮自在に構成されると共に、取付金具３５に、例えばヒンジ接合によって回転自在に接続されることによって、フレーム３１の交差フレーム３３間を立坑１００の内周面１００ｂの周方向に移動自在に構成されていてもよい。

第３のシャフト３２は、例えば先端３２ａに刃先（図示せず）を有する。第３のシャフト３２は、支持部３０の把持・駆動装置３８によって軸回転させられることによって、刃先によって地盤を掘進する。第３のシャフト３２は、刃先が地盤中に貫入することによって、立坑１００の底面１００ａに対して下端側が固定されている。そして、ショベル２２及びブレーカ２３が、第３のシャフト３２における立坑１００の底面１００ａから上方に距離をおいた位置に接続されている。

以上のような構成によって、立坑掘削装置２におけるショベル２２及びブレーカ２３は、第３のシャフト３２を介して支持部３０に設けられている。また、ショベル２２及びブレーカ２３は、把持・駆動装置３８が支持部３０の延在方向に移動自在に構成されていることによって、支持部３０の延在方向に移動自在に設けられている。また、ショベル２２及びブレーカ２３は、フレーム３１の移動に伴って、立坑１００の内周面１００ｂに対して当該内周面１００ｂの周方向に移動することができる。

ショベル２２及びブレーカ２３が掘削する領域Ａ２は、平面視において第３のシャフト３２のまわりに形成される。また、第３のシャフト３２は、フレーム３１を移動させることによって、立坑１００の内周面１００ｂに対して当該内周面１００ｂの周方向に移動する。そのため、ショベル２２及びブレーカ２３は、第３のシャフト３２の移動に伴って、第１のシャフト１０を中心軸とした周方向に領域Ａ２を広げることができる。

第２実施形態に係る立坑掘削方法は、次のように行う。まず、掘削に伴って生じる土砂Ｓが通過可能な中空部１５と、土砂Ｓを中空部１５に取り込む開口１６とを有する第１のシャフト１０の下端側を掘削中の立坑１００の底面１００ａに対して固定する（準備工程）。次に、第１のシャフト１０に設けられた掘削翼１１によって底面１００ａを掘削する（第１掘削工程）。また、底面１００ａのうち、掘削翼１１によって掘削できない領域をショベル２２とブレーカ２３によって掘削する（第２掘削工程）。また、第１のシャフト１０の中空部１５を通じて土砂Ｓを立坑１００の外に排出する（排出工程）。更に、第２掘削工程では、立坑１００の内周面１００ｂに対してフレーム３１を移動させる工程（フレーム移動工程）と、内周面１００ｂにフレーム３１を固定する工程（フレーム固定工程）と、支持部３０の延在方向にショベル２２とブレーカ２３を移動させる工程（第２の掘削手段移動工程）とを行う。なお、ショベル２２とブレーカ２３の設置及び移動は、任意の時点で行ってよい。

（第３実施形態）
次に、図５，６を参照して、第３実施形態に係る立坑掘削装置３について説明する。図５は、立坑掘削装置３及びこれによって立坑を掘削している様子を示す断面図である。図６は、図５に示す立坑掘削装置及び立坑の平面図である。立坑掘削装置３は、掘削に伴って生じる反力を立坑１００の内周面１００ｂで受ける点において第２実施形態に係る立坑掘削装置２と相違する。より具体的には、立坑掘削装置３は、移動式のフレーム４１を備え、このフレーム４１は、ショベル２２及びブレーカ２３が設けられる支持部４０と、二本の梁４２，４２とによって構成されている。

フレーム４１の形状は、支持部４０と二本の梁４２，４２とによって構成される三角形（二等辺三角形）である（図６参照）。この三角形の三つの頂点をなす連結部４３，４４，４４は立坑１００の内周面１００ｂにおける同じ高さに移動自在に設けられている。二本の梁４２，４２の連結部４３は鈍角であるのに対し、支持部４０と梁４２の連結部４４は鋭角である。支持部４０には、第３のシャフト３２の上端側を回転自在に保持する把持・駆動装置４５が設けられている。把持・駆動装置４５は、支持部４０の延在方向に移動自在に構成されている。

立坑掘削装置３は、フレーム４１を立坑１００の内周面１００ｂに対してその周方向に移動させるレール４６を更に備えている。フレーム４１は、連結部４３，４４，４４においてこのレール４６上に移動可能に接続されることによって立坑１００の内周面１００ｂに対して当該内周面１００ｂの周方向に移動自在に設けられている。なお、フレーム４１の２本の梁４２は、例えばテレスコピック機構によって伸縮自在に構成されていてもよい。また、更に支持部４０も、伸縮自在に構成されていてもよい。

第３実施形態に係る立坑掘削方法の準備工程、第１掘削工程及び排出工程は第２実施形態と同様に実施すればよい。第２掘削工程では、立坑１００の内周面１００ｂにフレーム４１を移動させる工程（フレーム移動工程）と、内周面１００ｂにフレーム４１を固定する工程（フレーム固定工程）と、支持部４０の延在方向にショベル２２とブレーカ２３を移動させる工程（第２の掘削手段移動工程）とを行う。なお、ショベル２２とブレーカ２３の設置及び移動は、任意の時点で行ってよい。

（第４実施形態）
次に、図７を参照して、第４実施形態に係る立坑掘削装置４について説明する。図７は、本発明の第４実施形態に係る立坑掘削装置及びこれによって立坑を掘削している様子を示す断面図である。図７に示すとおり、立坑掘削装置４が立坑掘削装置３と異なる点は、立坑１００の底面１００ａに対して下端側が固定される第３のシャフト３２を備えていない点である。このように、立坑掘削装置４は、掘削時にショベル２２とブレーカ２３が受ける掘削反力を、支持部４０のみによって負担することもできる。

（第５実施形態）
次に、図８，９を参照して、第５実施形態に係る立坑掘削装置５について説明する。図８は、立坑掘削装置５及びこれによって立坑を掘削している様子を示す断面図である。図９は、図８に示す曝気板（攪拌手段）５４の平面図である。図８に示すとおり、立坑掘削装置５は、曝気板５４を有する第２の土砂排出手段５０を更に備える点において第２実施形態に係る立坑掘削装置２と相違する。

第２の土砂排出手段５０は、土砂排出能力を更に向上させるためのものである。第２の土砂排出手段５０は、土砂Ｓを含む泥水を下端側開口５１から取り込んで当該泥水を立坑１００の外に排出するための揚泥管５２と、揚泥管５２内に空気Ａを供給する給気手段５３と、下端側開口５１と掘削中の当該立坑１００の底面１００ａとの間に配置される曝気板５４とを有する。第２の土砂排出手段５０は、揚泥管５２及び給気手段５３によってエアリフトを構成している。

第２の土砂排出手段５０は、例えば、グラブバケット（第１の土砂排出手段）１２のみでは土砂Ｓを十分に排出できない場合にそれを補うために使用される。また、グラブバケット１２の位置（第１のシャフト１０の位置）と離れた位置の土砂Ｓの排出のために第２の土砂排出手段５０を用いることもできる。

揚泥管５２は、掘削に伴って生じる土砂Ｓを含む泥水が通過可能な中空部５５を有している。揚泥管５２の下端側は拡幅形状（例えばラッパ形状）となっている。また、揚泥管５２の下端側の内周面１００ｂには、中空部５５内に空気Ａを放出する散気孔５６が設けられている。

給気手段５３は、エアーコンプレッサー（図示せず）と、当該エアーコンプレッサーに接続され揚泥管５２の下端側に設けられた散気孔５６まで空気Ａを送入する送入パイプ５７とを有している。なお、送入パイプ５７は、後述する曝気板５４の給気パイプ５９にも接続されている。第２の土砂排出手段５０は、エアーコンプレッサーからの空気Ａを、送入パイプ５７によって揚泥管５２の下端側に設けられた散気孔５６まで送入し、散気孔５６から中空部５５内に放出する。中空部５５内に空気Ａが供給されることで土砂Ｓを含む泥水が中空部５５を通じて上方に移送される。

曝気板５４は揚泥管５２の下端側開口５１に、例えばチェーン５８等によって接続されている。また、曝気板５４は、立坑１００の底面１００ａに接して設置されている。図９に示すとおり、曝気板５４は、平面視において円形状の外形を有している。曝気板５４は、円形状の外形の内側に格子状に配置された給気パイプ５９によって構成されている。また、給気パイプ５９は、互いに交差する節点において開口する散気孔６０を有している。曝気板５４は、エアーコンプレッサーからの空気Ａを送入パイプ５７及び送入パイプ５７に接続された給気パイプ５９によって散気孔６０まで送入し、散気孔６０から立坑１００内に噴出する。この空気Ａの噴出によって、曝気板５４の周辺の土砂Ｓが泥水ごと巻き上げられ、揚泥管５２の下端側開口５１に到達しやすくなる。

また、第２の土砂排出手段５０は、揚泥管５２の下端側開口５１又は曝気板５４に土砂Ｓを押し流す水吐出手段６１を更に備えていてもよい。水吐出手段６１は、例えばホース等によって構成され、ショベル２２及びブレーカ２３のいずれか一方のアーム部分等に連結されていてもよい。

第５実施形態に係る立坑掘削方法の準備工程、第１掘削工程、第２掘削工程及び排出工程は第２実施形態と同様に実施すればよい。第５実施形態においては、揚泥管５２を通じて土砂Ｓを含む泥水を立坑１００の外に排出する工程（第２の排出工程）を行う。より具体的には、第２の排出工程では、給気手段５３によって揚泥管５２内に空気Ａを供給する工程（揚泥管給気工程）と、給気手段５３によって曝気板５４に空気Ａを供給する工程（曝気板給気工程）とを行えばよい。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態においては、第１のシャフト１０における第１の土砂排出手段としてグラブバケット１２を採用する場合を例示したが、これに代わりに第１のシャフト１０においてエアリフトによる土砂排出機構を採用してもよい、また、第２の土砂排出手段５０としてエアリフトの代わりにグラブバケットやハンマグラブを採用してもよい。

上記実施形態においては断面形状が円形である立坑を掘削する場合を例示したが、立坑の断面形状は、例えばボックス形状、楕円形、小判型等であってもよい。また、上記実施形態においては、地下水位ＷＬよりも深い立坑を掘削する場合を例示したが、本発明は地下水位よりも浅いレベルの立坑の掘削にも適用することができる。

上記実施形態においては第１のシャフトが平面視における立坑の底面上の中心部に設置されていたが、第１のシャフトが設置される位置は中心部でなくてもよい。更に、第１実施形態において、第２のシャフトは第１のシャフトを囲んで複数設けられていたが、第２のシャフトは一つであってもよい。例えば、平面視における立坑の底面上の中心部に第２のシャフトが設置され、第２のシャフトを囲むように複数の第１のシャフトが設けられていてもよい。

上記実施形態においては第１の掘削手段が掘削翼１１であり且つ第２の掘削手段がショベル２２及びブレーカ２３である場合を例示したが、これに限定されない。第１の掘削手段及び第２の掘削手段は、掘削する地盤に適した任意の掘削機・アタッチメントを採用することができる。

１〜５…立坑掘削装置、１０…第１のシャフト、１１…掘削翼（第１の掘削手段）、１２…グラブバケット（第１の土砂排出手段）、１５…中空部、１６…開口、２０…第２のシャフト、２２…ショベル（第２の掘削手段）、２３…ブレーカ（第２の掘削手段）、３０…支持部、３１…フレーム、３２…第３のシャフト、５０…第２の土砂排出手段、５１…下端側開口、５２…揚泥管、５３…給気手段、５４…曝気板（攪拌手段）、１００…立坑、１００ａ…底面、１００ｂ…内周面、Ａ…空気、Ｓ…土砂。

Claims (11)

1. 掘削に伴って生じる土砂が通過可能な中空部と、前記土砂を前記中空部に取り込む開口とを有する中空シャフトであって掘削中の立坑の底面に対して下端側が固定される第１のシャフトと、
   前記第１のシャフトに設けられた第１の掘削手段と、
   前記底面のうち、前記第１の掘削手段によって掘削できない領域を掘削する第２の掘削手段と、
   前記第１のシャフトの前記中空部を通じて前記土砂を前記立坑の外に排出する第１の土砂排出手段と、
   を備える立坑掘削装置。
2. 平面視において、前記第１のシャフトを囲むように設けられた複数の前記第２の掘削手段を備える、請求項１に記載の立坑掘削装置。
3. 平面視において、前記第１のシャフトと離間した位置において前記底面に対して下端側が固定される一つ又は複数の第２のシャフトを更に備え、
   前記第２のシャフトに前記第２の掘削手段が設けられている、請求項１又は２に記載の立坑掘削装置。
4. 掘削中の当該立坑の底面の上方に横方向に延在する支持部を有し且つ当該立坑の内周面に対して固定されるフレームを更に備え、
   前記第２の掘削手段は、前記支持部に設けられている、請求項１又は２に記載の立坑掘削装置。
5. 前記フレームは、当該立坑の前記内周面に対して当該内周面の周方向に移動自在に設けられている、請求項４に記載の立坑掘削装置。
6. 前記第２の掘削手段は、前記支持部の延在方向に移動自在に設けられている、請求項４又は５に記載の立坑掘削装置。
7. 前記第２の掘削手段は、前記底面に対して下端側が固定される第３のシャフトを介して前記支持部に設けられている、請求項４〜６のいずれか一項に記載の立坑掘削装置。
8. 平面視において、前記第１の土砂排出手段と離間した位置に設けられており、前記土砂を前記立坑の外に排出する第２の土砂排出手段を更に備える、請求項１〜７のいずれか一項に記載の立坑掘削装置。
9. 前記第２の土砂排出手段は、前記土砂を含む泥水を下端側開口から取り込んで当該泥水を前記立坑の外に排出するための揚泥管と、前記揚泥管内に空気を供給する給気手段と、前記下端側開口と掘削中の当該立坑の底面との間に配置される攪拌手段と、
   を有する、請求項８に記載の立坑掘削装置。
10. 前記揚泥管の下端側は、拡幅形状となっている、請求項９に記載の立坑掘削装置。
11. 掘削に伴って生じる土砂が通過可能な中空部と、前記土砂を前記中空部に取り込む開口とを有する第１のシャフトの下端側を掘削中の立坑の底面に対して固定する準備工程と、
    前記第１のシャフトに設けられた第１の掘削手段によって前記底面を掘削する第１掘削工程と、
    前記底面のうち、前記第１の掘削手段によって掘削できない領域を第２の掘削手段によって掘削する第２掘削工程と、
    前記第１のシャフトの前記中空部を通じて前記土砂を前記立坑の外に排出する排出工程と、
    を含む立坑掘削方法。

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