JP2019132086A - 掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で地盤を掘削する。【解決手段】鉛直孔掘削機２０は、地盤２を鉛直方向に掘削して掘削孔（第１の掘削孔３及び第２の掘削孔４）を形成する掘削機である。鉛直孔掘削機２０は、回転駆動源（モータ２４）を有する本体部２１と、本体部２１から下方に延びる第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄとを備える。複数本の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄは、各々が、モータ２４からの回転駆動力により鉛直方向を回転軸として回転し、かつ、各々の下端部（切削ヘッド２２ｆ）にて地盤２を回転掘削する。第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄは、回転方向が第１の方向Ｐ１である第１のグループＧ１と、回転方向が第１の方向Ｐ１と逆方向（第２の方向Ｐ２）である第２のグループＧ２とに分けられている。【選択図】図８

Description

本発明は、地盤を鉛直方向に掘削して掘削孔を形成する掘削機に関する。

特許文献１は、いわゆるオープンケーソン工法で用いられ得る水中掘削機を開示している。この水中掘削機は、ケーソン躯体内に配置されるフロートと、このフロートの下部に設けられた掘削機とを有している。このフロートにはグリッパーが設けられており、このグリッパーでケーソン躯体の内面を押圧することにより、フロートをケーソン躯体内の任意の位置に固定することができる。

特開平６−８１３４９号公報

しかしながら、特許文献１に開示の技術では、掘削機による地盤掘削の反力をケーソン躯体から取ろうとすると、グリッパーを有するフロートからなる反力受け装置のサイズが大型化してしまう。このため、当該反力受け装置の組立作業やケーソン躯体内への設置作業に手間を要し、また、これら作業のコストの増大を招いていた。

本発明は、このような実状に鑑み、簡易な構成で地盤を掘削することを目的とする。

そのため本発明に係る掘削機は、地盤を鉛直方向に掘削して掘削孔を形成するものである。本発明に係る掘削機は、回転駆動源を有する本体部と、本体部から下方に延びる複数本の第１の回転掘削装置と、を備える。複数本の第１の回転掘削装置は、各々が、回転駆動源からの回転駆動力により鉛直方向を回転軸として回転し、かつ、各々の下端部にて地盤を回転掘削する。複数本の第１の回転掘削装置は、回転方向が第１の方向である第１のグループと、回転方向が第１の方向と逆方向である第２のグループとに分けられている。

本発明によれば、複数本の第１の回転掘削装置が、回転方向が第１の方向である第１のグループと、回転方向が第１の方向と逆方向である第２のグループとに分けられている。これにより、第１のグループに含まれる第１の回転掘削装置の回転のための反力を、第２のグループに含まれる第１の回転掘削装置の回転から得ることができ、また、第２のグループに含まれる第１の回転掘削装置の回転のための反力を、第１のグループに含まれる第１の回転掘削装置の回転から得ることができるので、前述のグリッパーを有するフロートのような大型の反力受け装置を設ける必要がなく、ゆえに、簡易な構成で地盤を掘削することができる。

本発明の第１実施形態におけるケーソン躯体の下方の地盤を掘削する方法を示す図 同上実施形態におけるケーソン躯体の下方の地盤を掘削する方法を示す図 同上実施形態におけるケーソン躯体の下方の地盤を掘削する方法を示す図 同上実施形態におけるケーソン躯体の下方の地盤を掘削する方法を示す図 同上実施形態におけるケーソン躯体の下方の地盤を掘削する方法を示す図 同上実施形態におけるケーソン躯体の下方の地盤を掘削する方法を示す図 同上実施形態におけるケーソン躯体の下方の地盤を掘削する方法を示す図 同上実施形態における鉛直孔掘削機の概略構成を示す図 同上実施形態における鉛直孔掘削機の本体部の概略構成を示す図 同上実施形態における鉛直孔掘削機が挿入されたガイド装置の側面図 同上実施形態における鉛直孔掘削機が挿入されたガイド装置の上面図 同上実施形態における鉛直孔掘削機及びガイド装置を用いて第１の掘削孔を形成する方法を示す図 同上実施形態における鉛直孔掘削機及びガイド装置を用いて第１の掘削孔を形成する方法を示す図 同上実施形態における刃口下掘削機の概略構成を示す図 同上実施形態における刃口下掘削機の地盤掘削部の傾動を示す図 同上実施形態における刃口下掘削機が挿入されたガイド装置の側面図 同上実施形態における刃口下掘削機が挿入されたガイド装置の上面図 同上実施形態における刃口下掘削機及びガイド装置を用いて第１の掘削孔を拡張する方法を示す図 同上実施形態における刃口下掘削機及びガイド装置を用いて第１の掘削孔を拡張する方法を示す図 同上実施形態におけるケーソン躯体の下方の地盤を掘削する方法の変形例を示す図 本発明の第２実施形態における鉛直孔掘削機の概略構成を示す図 本発明の第３実施形態におけるガイド装置の設置方法を示す図 同上実施形態におけるガイド装置の設置方法を示す図 同上実施形態におけるガイド装置の設置方法を示す図 本発明の第４実施形態におけるガイド装置の概略構成を示す図

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１〜図７は、本発明の第１実施形態におけるケーソン躯体１の下方の地盤２を掘削する方法を示す図である。ここで、図１（Ａ）、図２（Ａ）、図３（Ａ）及び図５（Ａ）は、上方から見た、ケーソン躯体１、第１の掘削孔３、及び第２の掘削孔４の位置関係を示す。図１（Ｂ）、図２（Ｂ）、図３（Ｂ）、図４、図５（Ｂ）、図６、及び図７は、ケーソン躯体１の縦断面図に対応するものである。

本実施形態では、本発明に係る掘削方法を立坑の構築に適用した例を説明するが、本発明に係る掘削方法の適用例はこれに限らない。

立坑は、上下両端が開口して上下方向に延びる円筒状のケーソン躯体１により構成される。ケーソン躯体１は例えばコンクリート製である。本実施形態における立坑の構築では、地盤２を水中掘削してケーソン躯体１を徐々に沈下させていく工法（いわゆるオープンケーソン工法）が用いられる。ここにおいて、立坑（ケーソン躯体１）内に水Ｗが導入されて、立坑（ケーソン躯体１）内に水Ｗが貯留された状態で、地盤２の掘削（水中掘削）が行われる。尚、本実施形態では、地上の圧入装置（図示せず）によってケーソン躯体１を下方に押圧することで、ケーソン躯体１を地中に圧入沈下させる。この圧入装置としては、例えば特開平１０−１７６４７７号公報に開示の圧入装置を用いることができるが、圧入装置の構成はこれに限らない。

本実施形態では、図１に示す地盤２が硬質地盤であり、地盤２よりも上方の地盤が軟質地盤である。本実施形態では、前述の軟質地盤側から、硬質地盤である地盤２が露出するまで（すなわち、図１に示す状態に至るまで）、ケーソン躯体１内にて、前述の軟質地盤の水中掘削が行われる（軟質地盤掘削工程）。この軟質地盤の水中掘削では、開閉自在なクラムシェルバケットなどのグラブバケット６１（図６及び図７参照）を有する掘削装置６０（図６及び図７参照）が用いられ得る。

本実施形態におけるケーソン躯体１の下方の地盤２を掘削する方法では、まず、図１及び図２に示すように、平面視でケーソン躯体１内に位置する地盤２に、鉛直方向に延びる複数の第１の掘削孔３を形成する。尚、本実施形態では、地盤２に１２個の第１の掘削孔３を形成しているが、第１の掘削孔３の個数はこれに限らず、任意である。

本実施形態では、平面視で、複数の第１の掘削孔３の各々が、ケーソン躯体１の内周面１ａに隣接している。また、本実施形態では、平面視で、複数の第１の掘削孔３が、ケーソン躯体１の周方向に沿って並んでいる。また、本実施形態では、複数の第１の掘削孔３が、ケーソン躯体１の周方向に互いに間隔を空けて地盤２に形成されている。この第１の掘削孔３を地盤２に形成する工程（周囲部削孔工程）が、本発明の「第１の工程」に対応する。尚、この「第１の工程」に先立って、ケーソン躯体１内に水Ｗが導入される（図１参照）。また、この「第１の工程」に先立って、グラブバケット６１を有する掘削装置６０を用いて、平面視でケーソン躯体１内に位置する前述の軟質地盤が掘削される（軟質地盤掘削工程）。

第１の掘削孔３を地盤２に形成するときには、鉛直孔掘削機２０（図８及び図９参照）が用いられる。この鉛直孔掘削機２０の構成については、図８及び図９を用いて後述する。ここで、鉛直孔削孔機２０は、本発明の「掘削機」に対応するものである。

次に、図３に示すように、複数の第１の掘削孔３の各々からケーソン躯体１の刃口部１ｂの下方（刃口部１ｂの直下）に向けてケーソン躯体１の径方向に地盤２を掘削することにより、複数の第１の掘削孔３の各々をケーソン躯体１の径方向（水平方向）に拡張する（換言すれば、複数の第１の掘削孔３の各々に拡張部３ａを形成する）。ここで、この第１の掘削孔３を拡張する工程（刃口下部掘削工程）が、本発明の「第２の工程」に対応する。前述の拡張部３ａの縦断面形状は扇形状である。

第１の掘削孔３を拡張するときには、刃口下掘削機４０（図１４及び図１５参照）が用いられる。この刃口下掘削機４０の構成については、図１４及び図１５を用いて後述する。尚、刃口下掘削機４０は、前述の周囲部削孔工程（第１の工程）にて形成された第１の掘削孔３の内壁面３ｂから反力を取って、ケーソン躯体１の刃口部１ｂの下方に向けて地盤２を掘削することができる。

次に、図４に示すように、ケーソン躯体１を圧入沈下させる。このケーソン躯体１の圧入沈下には、前述の地上の圧入装置（図示せず）が用いられ得る。

次に、図５に示すように、平面視でケーソン躯体１内に位置する地盤２に、鉛直方向に延びる複数の第２の掘削孔４を形成する。尚、本実施形態では、地盤２に４個の第２の掘削孔４を形成しているが、第２の掘削孔４の個数はこれに限らず、任意である。

第２の掘削孔４を地盤２に形成するときには、鉛直孔掘削機２０（図８及び図９参照）が用いられる。

本実施形態では、複数の第２の掘削孔４が、平面視でケーソン躯体１の中央部に形成されている。また、本実施形態では、平面視で放射状に拡張された複数の第１の掘削孔３に囲まれるように、複数の第２の掘削孔４が地盤２に形成されている。この第２の掘削孔４を地盤２に形成する工程（中央部削孔工程）が、本発明の「第４の工程」に対応する。

ここで、隣り合う第２の掘削孔４同士の間隔Ｌ１（図５（Ｂ）参照）は、グラブバケット６１の最大開口幅Ｌ２（図６参照）よりも狭い。この間隔Ｌ１については、グラブバケット６１による掘削土砂の搬送が効率良く行えるように適宜設定され得る。一例として、前記間隔Ｌ１は、以下の式を満たすように設定され得る。
０．５×Ｌ２＜Ｌ１＜Ｌ２

次に、図６に示すように、グラブバケット６１を有する掘削装置６０を用いて、平面視でケーソン躯体１内に位置する地盤２を掘削する。掘削装置６０は、例えば、地上に配置されたクレーン（図示せず）と、クレーンのブームの先端部から吊り下げられたグラブバケット６１とを含んで構成される。グラブバケット６１は、開閉動作可能な一対のシェル６１ａを含んで構成される。ここで、このグラブバケット６１を有する掘削装置６０を用いて地盤２を掘削する工程（バケット掘削工程）が、本発明の「第３の工程」に対応する。図７は、この「第３の工程」（バケット掘削工程）が完了した状態を示している。
このようにして、地盤２の掘削が行われる。

次に、周囲部削孔工程（第１の工程）及び中央部削孔工程（第４の工程）にて用いられ得る鉛直孔掘削機２０について図８及び図９を用いて説明する。図８（Ａ）は鉛直孔掘削機２０の側面図である。図８（Ｂ）は図８（Ａ）のＩ−Ｉ断面図である。図８（Ｃ）は、鉛直孔掘削機２０によって地盤２に形成される第１の掘削孔３の上面図である。図９（Ａ）は、鉛直孔掘削機２０の本体部２１の縦断面図である。図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。図９（Ｃ）は図９（Ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。

鉛直孔掘削機２０は、水中地盤である地盤２を鉛直方向に掘削して掘削孔（第１の掘削孔３、及び、第２の掘削孔４）を形成する掘削機である。鉛直孔掘削機２０は、本体部２１と、複数本（本実施形態では４本）の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄと、１本の第２の回転掘削装置２３と、を含んで構成される。尚、本実施形態では、鉛直孔掘削機２０が４本の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄを備えているが、鉛直孔掘削機２０が備える第１の回転掘削装置の本数は４本に限らず任意である。しかしながら、鉛直孔掘削機２０が偶数本の第１の回転掘削装置を備えることが好ましい。また、本実施形態では、鉛直孔掘削機２０が１本の第２の回転掘削装置２３を備えているが、鉛直孔掘削機２０が備える第２の回転掘削装置の本数は１本に限らず任意である。

本体部２１は、回転駆動源として機能するモータ（例えば油圧モータ又は電動モータ）２４と、軸部２５ａ〜２５ｅと、歯車２６ａ〜２６ｆと、直方体状の筐体２７とを有する。筐体２７には、モータ２４と、軸部２５ａ〜２５ｅと、歯車２６ａ〜２６ｆとが収容されている。軸部２５ａ〜２５ｅは鉛直方向に延びており、鉛直方向を回転軸として回転可能なように筐体２７に支持されている。軸部２５ａ〜２５ｅの下部は筐体２７の下面を貫通して外方かつ下方に延びている。軸部２５ａ〜２５ｄについては、平面視で正方形の頂点に位置している。この正方形の中央部には軸部２５ｅが位置している。この正方形の２組の対角のうちの１組を「第１のグループＧ１」とし、残りの１組を「第２のグループＧ２」として以下説明する。本実施形態では、軸部２５ａ，２５ｃが第１のグループＧ１に対応しており、また、軸部２５ｂ，２５ｄが第２のグループＧ２に対応している。

軸部２５ａには歯車２６ａが取り付けられている。軸部２５ｂには歯車２６ｂが取り付けられている。軸部２５ｃには歯車２６ｃが取り付けられている。軸部２５ｄには上下２つの歯車２６ｅ，２６ｄが取り付けられている。軸部２５ｅには歯車２６ｆが取り付けられている。歯車２６ｆは、隣り合う歯車２６ｅと噛合している。歯車２６ｄは、隣り合う歯車２６ａ，２６ｃと噛合している。歯車２６ｃは、隣り合う歯車２６ｂ，２６ｄと噛合している。歯車２６ｂは、隣り合う歯車２６ａ，２６ｃと噛合している。歯車２６ａは、隣り合う歯車２６ｂ，２６ｄと噛合している。

軸部２５ｅの上端部は、モータ２４の出力軸２４ａの下端部に連結されている。軸部２５ｅの下端部には、第２の回転掘削装置２３の軸部２３ａの上端部が連結されている。軸部２３ａは鉛直方向に延びており、その下端部には切削ヘッド２３ｂが設けられている。また、軸部２３ａにおける切削ヘッド２３ｂより上側には螺旋羽根２３ｃが設けられている。ゆえに、軸部２３ａ、切削ヘッド２３ｂ、及び螺旋羽根２３ｃを含む第２の回転掘削装置２３は、本体部２１から下方に延びており、また、モータ２４からの回転駆動力により鉛直方向を回転軸として回転し、かつ、下端部（切削ヘッド２３ｂ）にて地盤２を回転掘削する。

軸部２５ａ〜２５ｄの下端部には、それぞれ、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄの軸部２２ｅの上端部が連結されている。軸部２２ｅは鉛直方向に延びており、その下端部には切削ヘッド２２ｆが設けられている。また、軸部２２ｅにおける切削ヘッド２２ｆより上側には螺旋羽根２２ｇが設けられている。ゆえに、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄは、各々が、軸部２２ｅ、切削ヘッド２２ｆ、及び螺旋羽根２２ｇを含む。第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄは、各々が、本体部２１から下方に延びている。

モータ２４からの回転駆動力は、その出力軸２４ａ、軸部２５ａ〜２５ｅ、及び歯車２６ａ〜２６ｆを介して、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄを、鉛直方向を回転軸として回転させ、かつ、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄの各々の下端部（切削ヘッド２２ｆ）で地盤２を回転掘削し得る。

モータ２４の出力軸２４ａ及び軸部２５ｅの回転方向が第１の方向Ｐ１（例えば平面視で時計回り）であるとすると、歯車２６ｆ，２６ｅを介して、軸部２５ｄの回転方向が、第１の方向と逆方向である第２の方向Ｐ２（例えば平面視で反時計回り）となり、更に、歯車２６ａ〜２６ｄを介して、軸部２５ａ，２５ｃの回転方向が第１の方向Ｐ１となって、軸部２５ｂの回転方向が第２の方向Ｐ２となる。ゆえに、軸部２５ａ〜２５ｄに連結されている第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄは、回転方向が第１の方向Ｐ１であるか、それとも第２の方向Ｐ２であるか、という観点で、２つのグループに分けられ得る。これらグループのうち、回転方向が第１の方向Ｐ１である第１の回転掘削装置２２ａ，２２ｃからなるグループは、前述の第１のグループＧ１に対応する。一方、回転方向が第２の方向Ｐ２である第１の回転掘削装置２２ｂ，２２ｄからなるグループは、前述の第２のグループＧ２に対応する。従って、本実施形態では、複数本（４本）の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄは、回転方向が第１の方向Ｐ１である第１のグループＧ１と、回転方向が第２の方向Ｐ２（第１の方向Ｐ１と逆方向）である第２のグループＧ２とに分けられている。また、本実施形態では、第１のグループＧ１を構成する第１の回転掘削装置２２ａ，２２ｃの本数と、第２のグループＧ２を構成する第１の回転掘削装置２２ｂ，２２ｄの本数とが等しい。また、本実施形態では、隣り合う第１の回転掘削装置同士（２２ａと２２ｂ、２２ｂと２２ｃ、２２ｃと２２ｄ、２２ｄと２２ａ）の回転方向が互いに逆である。

本実施形態では、平面視で、４本の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄの各軸部２２ｅ（各回転軸）により構成される形状が正方形である。この正方形の２組の対角のうちの１組が第１のグループＧ１に対応しており、残りの１組が第２のグループＧ２に対応している。

本実施形態では、第２の回転掘削装置２３の下端部（切削ヘッド２３ｂ）は、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄの下端部（切削ヘッド２２ｆ）よりも下方に突出している。また、平面視で、第２の回転掘削装置２３の周囲に第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄが配置されている。

本実施形態では、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄの各々の軸部２２ｅ、及び、第２の回転掘削装置２３の軸部２３ａの相互間の間隔を保持するために、上下２つの間隔保持装置２８が設けられている。間隔保持装置２８は、５つの筒体２８ａと、これら５つの筒体２８ａ同士の相対位置を保持するための枠体２８ｂとを有する。５つの筒体２８ａの各々には、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄの各々の軸部２２ｅ、及び、第２の回転掘削装置２３の軸部２３ａのいずれかが回転自在に挿入されている。尚、本実施形態では、２つの間隔保持装置２８が設けられているが、間隔保持装置２８の個数は２つに限らず任意である。

地上に設けられたクレーンなどの揚重装置（図示せず）は、本体部２１を吊り下げ支持可能であり、また、本体部２１を昇降可能である。本体部２１の筐体２７の上面には、この揚重装置による吊り下げのための複数の吊り部２９が設けられている。

本体部２１の筐体２７の互いに平行な一対の側面（外面）には、それぞれ、上下方向に延びる複数本（本実施形態では、一側面に２本ずつ）のレール部材１９が設けられている。

次に、周囲部削孔工程（第１の工程）での鉛直孔掘削機２０による地盤２の掘削に用いられ得るガイド装置３０について、図１０及び図１１を用いて説明する。図１０及び図１１は、鉛直孔掘削機２０が挿入されたガイド装置３０の側面図及び上面図である。ここで、図１１では吊り部２９，３３の図示を省略している。

ガイド装置３０は、複数本（本実施形態では３本）の柱部材３１ａ〜３１ｃと、平面視で各々が三角形状の複数（本実施形態では５つ）の枠体３２ａ〜３２ｅと、を有する。枠体３２ａ〜３２ｅは、上下方向に互いに間隔を空けて並んでおり、これら枠体３２ａ〜３２ｅの三角形状の各頂点に対応するように、柱部材３１ａ〜３１ｃが、枠体３２ａ〜３２ｅに連結されて、上下方向に延びている。最上段の枠体３２ａには複数の吊り部３３が設けられている。地上に設けられたクレーンなどの揚重装置（図示せず）によって、ガイド装置３０は、吊り部３３を介して、吊り下げられ得る。

鉛直孔掘削機２０は、枠体３２ａ〜３２ｅ内を上下に通過可能である。枠体３２ａ〜３２ｅの各々には、鉛直孔掘削機２０の本体部２１のレール部材１９を受け入れ可能な溝部３４を有する一対の梁部材３５が、平面視で本体部２１を挟むように取り付けられている。また、枠体３２ａ〜３２ｅの各々の溝部３４同士を上下方向で連結するためのレール受け部材３６が枠体３２ａ〜３２ｅの相互間に跨るように設けられている。レール受け部材３６は上下方向に延びており、例えば溝形鋼で形成され得る。

柱部材３１ａ，３１ｂは、各々の下端が最下段の枠体３２ｅに連結されている。一方、柱部材３１ｃは、最下段の枠体３２ｅから下方に突出して、下端部が先細形状をなしている。ゆえに、ガイド装置３０については、柱部材３１ｃの下端部を地盤２に突き刺した状態で、柱部材３１ａ，３１ｂをケーソン躯体１の内周面１ａに接触させて、ガイド装置３０を柱部材３１ａ，３１ｂを介してケーソン躯体１にもたせかけるようにすることで、ケーソン躯体１に対するガイド装置３０の位置決めを行うことができる。従って、ガイド装置３０の溝部３４及び／又はレール受け部材３６に鉛直孔掘削機２０の本体部２１のレール部材１９が受け入れられた状態では、レール部材１９及びガイド装置３０が本発明の「位置保持機構」として機能して、平面視における、本体部２１のケーソン躯体１に対する位置を保持する機能を実現し得る。

次に、鉛直孔掘削機２０及びガイド装置３０を用いて第１の掘削孔３を形成する方法について、図１２及び図１３を用いて説明する。図１２（Ａ）〜図１３（Ｆ）は、鉛直孔掘削機２０及びガイド装置３０を用いて第１の掘削孔３を形成する方法を示す図である。

まず、図１２（Ａ）に示すように、ガイド装置３０をケーソン躯体１の内周面１ａに沿わせつつケーソン躯体１内に吊り下ろす。そして、ガイド装置３０の柱部材３１ｃの下端部を地盤２に突き刺すと共に、柱部材３１ａ，３１ｂをケーソン躯体１の内周面１ａに接触させて、ガイド装置３０を柱部材３１ａ，３１ｂを介してケーソン躯体１にもたせかけるようにすることで、ケーソン躯体１に対するガイド装置３０の位置決めを行う。

次に、図１２（Ｂ）に示すように、ガイド装置３０の溝部３４及び／又はレール受け部材３６に鉛直孔掘削機２０の本体部２１のレール部材１９が受け入れられた状態で、鉛直孔掘削機２０を吊り下ろす。この鉛直孔掘削機２０の吊り下ろし時に、ガイド装置３０は、鉛直孔掘削機２０の下降を案内する機能を実現する。

次に、図１２（Ｃ）に示すように、鉛直孔掘削機２０の第２の回転掘削装置２３で地盤２を掘削し、掘削位置を固定する。この掘削時には、ガイド装置３０の溝部３４及び／又はレール受け部材３６に鉛直孔掘削機２０の本体部２１のレール部材１９が受け入れられた状態であるので、平面視における、本体部２１のケーソン躯体１に対する位置が保持され得る。また、この掘削時には、鉛直孔掘削機２０の本体部２１、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄ、及び、第２の回転掘削装置２３の自重により、地盤２の掘削が行われる。

次に、図１３（Ｄ）に示すように、鉛直孔掘削機２０の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄで地盤２を目標深度まで掘削する（図１３（Ｅ）参照）。この掘削時においても、ガイド装置３０の溝部３４及び／又はレール受け部材３６に鉛直孔掘削機２０の本体部２１のレール部材１９が受け入れられた状態であるので、平面視における、本体部２１のケーソン躯体１に対する位置が保持され得る。また、この掘削時においても、鉛直孔掘削機２０の本体部２１、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄ、及び、第２の回転掘削装置２３の自重により、地盤２の掘削が行われる。

本実施形態では、４本の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄは、回転方向が第１の方向Ｐ１である第１のグループＧ１（第１の回転掘削装置２２ａ，２２ｃ）と、回転方向が第２の方向Ｐ２である第２のグループＧ２（第１の回転掘削装置２２ｂ，２２ｄ）とに分けられている。また、本実施形態では、第１のグループＧ１を構成する第１の回転掘削装置２２ａ，２２ｃの本数と、第２のグループＧ２を構成する第１の回転掘削装置２２ｂ，２２ｄの本数とが等しい。また、本実施形態では、隣り合う第１の回転掘削装置同士（２２ａと２２ｂ、２２ｂと２２ｃ、２２ｃと２２ｄ、２２ｄと２２ａ）の回転方向が互いに逆である。これらにより、第１のグループＧ１（第１の回転掘削装置２２ａ，２２ｃ）の回転のための反力を第２のグループＧ２（第１の回転掘削装置２２ｂ，２２ｄ）の回転から得ることができ、また、第２のグループＧ２（第１の回転掘削装置２２ｂ，２２ｄ）の回転のための反力を第１のグループＧ１（第１の回転掘削装置２２ａ，２２ｃ）の回転から得ることができるので、鉛直孔掘削機２０は、別途の反力受け装置を設ける必要がなく、前述の自重のみで、スムーズに地盤２の掘削を行うことができる。

図１３（Ｅ）に示すように鉛直孔掘削機２０の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄで地盤２を目標深度まで掘削した後に、図１３（Ｆ）に示すように、鉛直孔掘削機２０及びガイド装置３０を撤去する。このようにして、第１の掘削孔３が地盤２に形成される。

鉛直孔掘削機２０を用いて第２の掘削孔４を形成するときには、ガイド装置３０の使用は必須ではない。しかしながら、鉛直孔掘削機２０を用いて第２の掘削孔４を形成するときにガイド装置３０を用いる場合には、柱部材３１ａ，３１ｂを柱部材３１ｃと同様の構成として、最下段の枠体３２ｅから下方に突出させて、下端部を先細形状とすればよい。この場合においては、ガイド装置３０の柱部材３１ａ〜３１ｃの各々の下端部を地盤２に突き刺す。また、この場合において、柱部材３１ａ〜３１ｃを伸縮自在な構成とし、設置地盤の傾斜に合わせて柱部材３１ａ〜３１ｃを伸縮させてもよい。前述の、ガイド装置３０の柱部材３１ａ〜３１ｃの各々の下端部を地盤２に突き刺す態様（柱部材３１ａ〜３１ｃが前述のように伸縮自在であってもよい）を、鉛直孔掘削機２０を用いて第１の掘削孔３を形成するときに用いてもよい。

尚、本実施形態では、平面視における枠体３２ａ〜３２ｅの形状が三角形状であるが、この他、四角形状などの多角形状であってもよく、また、円形状、又は楕円形状であってもよい。

また、本実施形態では、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄ、及び、第２の回転掘削装置２３の回転駆動源が１つのモータ２４であるが、この他、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄ、及び、第２の回転掘削装置２３の回転駆動源が複数のモータ２４であってもよい。例えば、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄ、及び、第２の回転掘削装置２３の各々が単独で回転可能なように、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄ、及び、第２の回転掘削装置２３の各々に、個別のモータ２４を連結させてもよい。

また、本実施形態では、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄ、及び、第２の回転掘削装置２３が、いわゆるオーガーであるが、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄ、及び、第２の回転掘削装置２３の構成はこれに限らず、たとえば、下端に切削ヘッドを備えるロッドを含んで構成されてもよい。

次に、刃口下部掘削工程（第２の工程）にて用いられ得る刃口下掘削機４０について図１４及び図１５を用いて説明する。図１４（Ａ）及び（Ｂ）は、刃口下掘削機４０の正面図及び側面図である。図１５は刃口下掘削機４０の地盤掘削部４３の傾動を示す図であり、詳しくは、図１５（Ａ）は、地盤掘削部４３の直立状態（以下、「閉状態」と称する）を示し、図１５（Ｂ）は、地盤掘削部４３の傾斜状態（以下、「開状態」と称する）を示す。ここで、図１５（Ａ）及び（Ｂ）は、それぞれ、図１４（Ａ）のＩＶ−ＩＶ断面に対応する。

刃口下掘削機４０は、ケーソン躯体１の刃口部１ｂの下方の地盤２を掘削する掘削機である。刃口下掘削機４０は、柱状部４１と、本体部４２と、地盤掘削部４３と、傾動装置４４とを備える。

柱状部４１は、２本の円柱状又は円管状の部材を組み合わせて形成されたものであり、上下方向に延びている。柱状部４１は、平面視で、第１の掘削孔３の内壁面３ｂの輪郭の略半分に対応する形状（例えば、図８（Ｃ）における第１の掘削孔３の内壁面３ｂの輪郭の右半分に対応する形状）をなしている。柱状部４１は、平面視でケーソン躯体１内に位置する地盤２に接触し得る。詳しくは、柱状部４１は、平面視でケーソン躯体１内に位置する地盤２に形成されて鉛直方向に延びる第１の掘削孔３に挿入されて、第１の掘削孔３の内壁面３ｂに接触し得る。尚、柱状部４１は、その下端部が先細形状をなしており、これにより、柱状部４１を第１の掘削孔３内に挿入し易くしている。

柱状部４１の平面視における中央部には、地盤掘削部４３の少なくとも一部を収容可能な凹部４１ａが形成されている。凹部４１ａは上下方向に延びている。

本体部４２は柱状部４１の上端部に設けられている。本体部４２を構成する筐体内には傾動装置４４が収容されている。

本実施形態では、地盤掘削部４３は、チェーンソー型カッターなどのトレンチャーを含んで構成される。本実施形態では、地盤掘削部４３（トレンチャー、チェーンソー型カッター）は、複数の切削ビットを備えたカッターチェーン４３ａが、駆動用スプロケット４３ｂ、従動用スプロケット４３ｃ、及びガイドプレート４３ｄの周りにエンドレスに組み込まれている。駆動用スプロケット４３ｂは、図示しない駆動用モータ（例えば油圧モータ又は電動モータ）によって回転する。カッターチェーン４３ａは、駆動用スプロケット４３ｂ及び従動用スプロケット４３ｃに噛み込まれ、ガイドプレート４３ｄの周りを例えば方向Ｑに滑動するようにエンドレスに組み込まれている。ガイドプレート４３ｄの上部には枢支軸４３ｅが一体的に設けられている。枢支軸４３ｅの両側は、本体部４２の一対の板状部材４２ａを貫通し、かつ、これら一対の板状部材４２ａによって回転自在に支持されている。枢支軸４３ｅの両端部には、枢支軸４３ｅから上方に延びるアーム部４３ｆが取り付けられている。アーム部４３ｆには、伸縮可能なジャッキ（例えば油圧ジャッキ）４５の一側４５ａが接続されている。ジャッキ４５の他側４５ｂは、本体部４２に取り付けられている。

ゆえに、地盤掘削部４３は、カッターチェーン４３ａ、駆動用スプロケット４３ｂ、従動用スプロケット４３ｃ、ガイドプレート４３ｄ、枢支軸４３ｅ、及びアーム部４３ｆを含んで構成される。地盤掘削部４３は、本体部４２に上部が枢支されて該上部から下方に延びている。傾動装置４４は、一側４５ａが地盤掘削部４３の上部に取り付けられ、他側４５ｂが本体部４２に取り付けられて伸縮可能なジャッキ４５を含む。傾動装置４４（ジャッキ４５）は、地盤掘削部４３の上部の枢支軸４３ｅを中心として地盤掘削部４３を傾動させ得る。ここで、ジャッキ４５を短縮させると、地盤掘削部４３はその下部が柱状部４１に近づいて直立状態（閉状態）となる。一方、ジャッキ４５を伸長させると、地盤掘削部４３はその下部が柱状部４１から遠ざかって傾斜状態（開状態）となる。すなわち、傾動装置４４を構成するジャッキ４５を伸縮させることで、柱状部４１と地盤掘削部４３とが、枢支軸４３ｅを中心として、鋏（シザー）のように開閉する。

地上に設けられたクレーンなどの揚重装置（図示せず）は、本体部４２を吊り下げ支持可能であり、また、本体部４２を昇降可能である。本体部４２の筐体の上面には、この揚重装置による吊り下げのための複数の吊り部４６が設けられている。

本体部４２の筐体の互いに平行な一対の側面（外面）には、それぞれ、上下方向に延びる複数本（本実施形態では、一側面に２本ずつ）のレール部材４７が設けられている。

次に、刃口下部掘削工程（第２の工程）での刃口下掘削機４０による地盤２の掘削に用いられ得るガイド装置５０について、図１６及び図１７を用いて説明する。図１６及び図１７は、刃口下掘削機４０が挿入されたガイド装置５０の側面図及び上面図である。ここで、図１７では吊り部４６，５３の図示を省略している。

ガイド装置５０は、複数本（本実施形態では３本）の柱部材５１ａ〜５１ｃと、平面視で各々が三角形状の複数（本実施形態では５つ）の枠体５２ａ〜５２ｅと、を有する。枠体５２ａ〜５２ｅは、上下方向に互いに間隔を空けて並んでおり、これら枠体５２ａ〜５２ｅの三角形状の各頂点に対応するように、柱部材５１ａ〜５１ｃが、枠体５２ａ〜５２ｅに連結されて、上下方向に延びている。最上段の枠体５２ａには複数の吊り部５３が設けられている。地上に設けられたクレーンなどの揚重装置（図示せず）によって、ガイド装置５０は、吊り部５３を介して、吊り下げられ得る。

刃口下掘削機４０は、枠体５２ａ〜５２ｅ内を上下に通過可能である。枠体５２ａ〜５２ｅの各々には、刃口下掘削機４０の本体部４２のレール部材４７を受け入れ可能な溝部５４を有する一対の梁部材５５が、平面視で本体部４２を挟むように取り付けられている。また、枠体５２ａ〜５２ｅの各々の溝部５４同士を上下方向で連結するためのレール受け部材５６が枠体５２ａ〜５２ｅの相互間に跨るように設けられている。レール受け部材５６は上下方向に延びており、例えば溝形鋼で形成され得る。

柱部材５１ａ，５１ｂは、各々の下端が最下段の枠体５２ｅに連結されている。一方、柱部材５１ｃは、最下段の枠体５２ｅから下方に突出して、下端部が先細形状をなしている。ゆえに、ガイド装置５０については、柱部材５１ｃの下端部を地盤２に突き刺した状態で、柱部材５１ａ，５１ｂをケーソン躯体１の内周面１ａに接触させて、ガイド装置５０を柱部材５１ａ，５１ｂを介してケーソン躯体１にもたせかけるようにすることで、ケーソン躯体１に対するガイド装置５０の向きを保持することができる。従って、ガイド装置５０の溝部５４及び／又はレール受け部材５６に刃口下掘削機４０の本体部４２のレール部材４７が受け入れられた状態では、レール部材４７及びガイド装置５０が本発明の「向き保持機構」として機能して、平面視における、本体部４２のケーソン躯体１に対する向きを保持する機能を実現し得る。

次に、刃口下掘削機４０及びガイド装置５０を用いて第１の掘削孔３を拡張する方法について、図１８及び図１９を用いて説明する。図１８（Ａ）〜図１９（Ｅ）は、刃口下掘削機４０及びガイド装置５０を用いて第１の掘削孔３を拡張する方法を示す図である。

まず、図１８（Ａ）に示すように、ガイド装置５０をケーソン躯体１の内周面１ａに沿わせつつケーソン躯体１内に吊り下ろす。そして、ガイド装置５０の柱部材５１ｃの下端部を地盤２に突き刺すと共に、柱部材５１ａ，５１ｂをケーソン躯体１の内周面１ａに接触させて、ガイド装置５０を柱部材５１ａ，５１ｂを介してケーソン躯体１にもたせかけるようにすることで、ケーソン躯体１に対するガイド装置５０の向きを保持させる。

次に、図１８（Ｂ）に示すように、ガイド装置５０の溝部５４及び／又はレール受け部材５６に刃口下掘削機４０の本体部４２のレール部材４７が受け入れられた状態で、前述の閉状態の刃口下掘削機４０を吊り下ろす。この刃口下掘削機４０の吊り下ろし時に、ガイド装置５０は、刃口下掘削機４０の下降を案内する機能を実現する。

次に、図１８（Ｃ）に示すように、刃口下掘削機４０の柱状部４１及び地盤掘削部４３を地盤２の第１の掘削孔３内に挿入する。ここにおいて、刃口下掘削機４０の柱状部４１を地盤２の第１の掘削孔３内に挿入しやすいように、前述の図１８（Ａ）に示した工程にて、ガイド装置５０が地盤２上に設置されることが好ましい。

次に、図１９（Ｄ）に示すように、刃口下掘削機４０の地盤掘削部４３（トレンチャー、チェーンソー型カッター）を作動させつつ、傾動装置４４のジャッキ４５を伸長作動させることで、第１の掘削孔３からケーソン躯体１の刃口部１ｂの下方（刃口部１ｂの直下）に向けてケーソン躯体１の径方向に地盤２を掘削することにより、第１の掘削孔３をケーソン躯体１の径方向（水平方向）に拡張する（換言すれば、第１の掘削孔３に拡張部３ａを形成する）。この拡張部３ａの縦断面形状は扇形状である。

この刃口下掘削機４０による地盤掘削時には、柱状部４１が第１の掘削孔３の内壁面３ｂに接触した状態で、刃口下掘削機４０は、第１の掘削孔３の内壁面３ｂから反力を取って、ケーソン躯体１の刃口部１ｂの下方に向けて地盤２を掘削することができる。

第１の掘削孔３の拡張が完了すると、図１９（Ｅ）に示すように、刃口下掘削機４０及びガイド装置５０を撤去する。このようにして、第１の掘削孔３の拡張が行われる。

尚、ガイド装置５０については、柱部材５１ａ，５１ｂを柱部材５１ｃと同様の構成として、最下段の枠体５２ｅから下方に突出させて、下端部を先細形状としてもよい。

尚、本実施形態では、平面視における枠体５２ａ〜５２ｅの形状が三角形状であるが、この他、四角形状などの多角形状であってもよく、また、円形状、又は楕円形状であってもよい。

また、本実施形態では、地盤２を掘削可能な地盤掘削部４３が、チェーンソー型カッターなどのトレンチャーを含んで構成されているが、地盤掘削部４３の構成はこれに限らない。例えば、地盤掘削部４３は、下端に切削ヘッドを備えるロッドやオーガーなどの回転掘削装置、ブレーカーなどの打撃装置、バイブロハンマーなどの振動装置のうちのいずれかを含んで構成されてもよい。

本実施形態によれば、上下方向に延びて地中に沈設される筒状のケーソン躯体１の下方の地盤２を掘削する方法は、平面視でケーソン躯体１内に位置する地盤２に、鉛直方向に延びる第１の掘削孔３を形成する第１の工程（周囲部削孔工程）と、第１の掘削孔３からケーソン躯体１の刃口部１ｂの下方に向けて地盤２を掘削することにより、第１の掘削孔３を拡張する第２の工程（刃口下部掘削工程）と、を含む（図１〜図３参照）。ゆえに、第２の工程（刃口下部掘削工程）にて用いられる掘削機（刃口下掘削機４０）は、第１の工程（周囲部削孔工程）にて形成された第１の掘削孔３の内壁面３ｂから反力を取って、ケーソン躯体１の刃口部１ｂの下方に向けて地盤２を掘削することができる。従って、刃口下掘削機４０による刃口部１ｂ下の地盤２の掘削時に、ケーソン躯体１から反力を取ることなく、簡易な構成で、刃口部１ｂ下の地盤２の掘削を行うことができる。この刃口部１ｂ下の地盤２は、前述のグラブバケット６１を有する掘削装置６０による掘削が困難である。この点、本実施形態では、刃口下掘削機４０を用いて、容易に、刃口部１ｂ下の地盤２の掘削を行うことができる。

また本実施形態によれば、平面視で、第１の掘削孔３が、ケーソン躯体１の内周面１ａに隣接する。これにより、平面視で、刃口下掘削機４０をケーソン躯体１の内周面１ａの近傍に配置することができる。

また本実施形態によれば、平面視で、複数の第１の掘削孔３が、ケーソン躯体１の周方向に沿って並ぶ。また、平面視で、複数の第１の掘削孔３が、ケーソン躯体１の周方向に互いに間隔を空けて形成される。また、第２の工程（刃口下部掘削工程）では、複数の第１の掘削孔３の各々からケーソン躯体１の刃口部１ｂの下方に向けて地盤２を掘削することにより、複数の第１の掘削孔３の各々を拡張する。ゆえに、ケーソン躯体１の周方向における複数箇所にて、刃口部１ｂ下の地盤２（硬質地盤）の強度を低下させることができる。

また本実施形態によれば、ケーソン躯体１の下方の地盤２を掘削する方法は、第２の工程（刃口下部掘削工程）の後に、開閉自在なグラブバケット６１を有する掘削装置６０を用いて、平面視でケーソン躯体１内に位置する地盤２を掘削する第３の工程（バケット掘削工程）を更に含む（図６参照）。これにより、平面視でケーソン躯体１内に位置する地盤２の大部分を、グラブバケット６１を有する掘削装置６０によって効率良く掘削することができる。

また本実施形態によれば、第１の工程（周囲部削孔工程）に先立って、グラブバケット６１を有する掘削装置６０を用いて、平面視でケーソン躯体１内に位置する地盤（軟質地盤）を掘削する（軟質地盤掘削工程）。これにより、軟質地盤にてケーソン躯体１を圧入沈下させるときには、グラブバケット６１を有する掘削装置６０によって効率良く当該地盤を掘削することができる。

また本実施形態によれば、ケーソン躯体１の下方の地盤２を掘削する方法は、第２の工程（刃口下部掘削工程）の後であって、かつ、第３の工程（バケット掘削工程）に先立って、平面視でケーソン躯体１内に位置する地盤２に、鉛直方向に延びる複数の第２の掘削孔４を形成する第４の工程（中央部削孔工程）を更に含む（図５参照）。これにより、硬質地盤である地盤２がグラブバケット６１によって掴みやすくなり得る。ゆえに、第３の工程（バケット掘削工程）での掘削の作業性を向上させることができる。ここにおいて、隣り合う第２の掘削孔４同士の間隔Ｌ１が、グラブバケット６１の最大開口幅Ｌ２よりも狭いことが好ましい。

また本実施形態によれば、第２の工程（刃口下部掘削工程）の後にケーソン躯体１を圧入沈下させる（図４参照）。詳しくは、第２の工程（刃口下部掘削工程）の後であって、かつ、第４の工程（中央部削孔工程）及び第３の工程（バケット掘削工程）に先立って、ケーソン躯体１を圧入沈下させる。これにより、刃口部１ｂ下の地盤２（硬質地盤）の強度を低下させた上でケーソン躯体１を圧入沈下させることができるので、硬質地盤であってもケーソン躯体１を効率良く圧入沈下させることができる。

また本実施形態によれば、第１の工程（周囲部削孔工程）に先立って、ケーソン躯体１内に水Ｗが導入される（図１参照）。これにより、ケーソン躯体１内の水圧と周辺地盤の地下水圧とをバランスさせることで、周辺地盤からケーソン躯体１内への地下水の流入を抑制することができる。

また本実施形態によれば、鉛直孔掘削機２０は、地盤２を鉛直方向に掘削して掘削孔（第１の掘削孔３、及び、第２の掘削孔４）を形成する掘削機である。鉛直孔掘削機２０は、回転駆動源（モータ２４）を有する本体部２１と、本体部２１から下方に延びる複数本の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄと、を備える。複数本の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄは、各々が、回転駆動源（モータ２４）からの回転駆動力により鉛直方向を回転軸として回転し、かつ、各々の下端部（切削ヘッド２２ｆ）にて地盤２を回転掘削する。複数本の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄは、回転方向が第１の方向Ｐ１である第１のグループＧ１と、回転方向が第１の方向Ｐ１と逆方向（第２の方向Ｐ２）である第２のグループＧ２とに分けられている。これにより、第１のグループＧ１に含まれる第１の回転掘削装置２２ａ，２２ｃの回転のための反力を、第２のグループＧ２に含まれる第１の回転掘削装置２２ｂ，２２ｄの回転から得ることができ、また、第２のグループＧ２に含まれる第１の回転掘削装置２２ｂ，２２ｄの回転のための反力を、第１のグループＧ１に含まれる第１の回転掘削装置２２ａ，２２ｃの回転から得ることができるので、特許文献１におけるグリッパーを有するフロートのような大型の反力受け装置を設ける必要がなく、ゆえに、簡易な構成で地盤２を掘削することができる。

また本実施形態によれば、鉛直孔掘削機２０は、偶数本の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄを備える。第１のグループＧ１を構成する第１の回転掘削装置２２ａ，２２ｃの本数と、第２のグループＧ２を構成する第１の回転掘削装置２２ｂ，２２ｄの本数とが等しい。これにより、第１のグループＧ１及び第２のグループＧ２をバランスよく配置することができる。

また本実施形態によれば、隣り合う第１の回転掘削装置同士（２２ａと２２ｂ、２２ｂと２２ｃ、２２ｃと２２ｄ、２２ｄと２２ａ）の回転方向が互いに逆である。これにより、回転方向が異なる第１の回転掘削装置同士で、互いの回転による影響を打ち消し合うことができる。

また本実施形態によれば、鉛直孔掘削機２０は、本体部２１から下方に延びる第２の回転掘削装置２３を備える。第２の回転掘削装置２３は、回転駆動源（モータ２４）からの回転駆動力により鉛直方向を回転軸として回転し、かつ、下端部（切削ヘッド２３ｂ）にて地盤２を回転掘削するものである。第２の回転掘削装置２３の下端部（切削ヘッド２３ｂ）は、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄの下端部（切削ヘッド２２ｆ）よりも下方に突出している。ゆえに、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄによって地盤２に第１の掘削孔３が形成されるに先立って、第２の回転掘削装置２３によって地盤２に掘削することで、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄの掘削位置を固定することができる。

また本実施形態によれば、鉛直孔掘削機２０は、４本の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄを備える。平面視で、４本の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄの各回転軸（軸部２２ｅ）により構成される形状が正方形であり、この正方形の２組の対角のうちの１組が第１のグループＧ１に対応し、残りの１組が第２のグループＧ２に対応する。これにより、第１のグループＧ１及び第２のグループＧ２をバランスよく配置することができる。

また本実施形態によれば、鉛直孔掘削機２０は、本体部２１から下方に延びる第２の回転掘削装置２３を備える。第２の回転掘削装置２３は、回転駆動源（モータ２４）からの回転駆動力により鉛直方向を回転軸として回転し、かつ、下端部（切削ヘッド２３ｂ）にて地盤２を回転掘削するものである。第２の回転掘削装置２３の下端部（切削ヘッド２３ｂ）は、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄの下端部（切削ヘッド２２ｆ）よりも下方に突出している。平面視で、前述の正方形（４本の第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄの各回転軸（軸部２２ｅ）により構成される形状）における中央部に、第２の回転掘削装置２３の回転軸（軸部２３ａ）が位置する。ゆえに、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄによって地盤２に第１の掘削孔３が形成されるに先立って、地盤２における第１の掘削孔３の形成予定箇所の中央部を、第２の回転掘削装置２３によって掘削することで、第１の回転掘削装置２２ａ〜２２ｄの掘削位置を固定することができる。

また本実施形態によれば、鉛直孔掘削機２０は、上下方向に延びて地中に沈設される筒状のケーソン躯体１内にて地盤２を鉛直方向に掘削して掘削孔（第１の掘削孔３、及び、第２の掘削孔４）を形成するものである。鉛直孔掘削機２０は、平面視における、本体部２１のケーソン躯体１に対する位置を保持する位置保持機構（レール部材１９、及び、ガイド装置３０）を有する。これにより、ケーソン躯体１の下方の地盤２の掘削を精度良く行うことができる。

また本実施形態によれば、本体部２１は、地上のクレーンなどの揚重装置によって吊り下げられて昇降可能である。これにより、簡素な構成で、鉛直孔掘削機２０を昇降させることができる。

また本実施形態によれば、鉛直孔掘削機２０は、水中地盤（地盤２）を鉛直方向に掘削して掘削孔（第１の掘削孔３、及び、第２の掘削孔４）を形成するものである。鉛直孔掘削機２０については、別途の反力受け装置を設ける必要がないので、当該反力受けに関する水中作業を減らすことができ、特に水中地盤掘削に好適である。

また本実施形態によれば、刃口下掘削機４０は、上下方向に延びて地中に沈設される筒状のケーソン躯体１の刃口部１ｂの下方の地盤２を掘削する掘削機である。刃口下掘削機４０は、平面視でケーソン躯体１内に位置する地盤２に接触する柱状部４１と、柱状部４１の上端部に設けられる本体部４２と、本体部４２に上部が枢支されて該上部から下方に延びる地盤掘削部４３と、地盤掘削部４３の上部の枢支軸４３ｅを中心として地盤掘削部４３を傾動させる傾動装置４４と、を備える。ゆえに、刃口下掘削機４０は、地盤掘削の際に、柱状部４１が接触している地盤２から反力を取ることができる。従って、刃口下掘削機４０は、ケーソン躯体１から反力を取ることなく、地盤２から反力を取ることができる。

また本実施形態によれば、柱状部４１は、平面視でケーソン躯体１内に位置する地盤２に形成されて鉛直方向に延びる第１の掘削孔３に挿入されて、第１の掘削孔３の内壁面３ｂに接触する。ゆえに、刃口下掘削機４０は、地盤掘削の際に、柱状部４１が接触している地盤２の第１の掘削孔３の内壁面３ｂから反力を取ることができる。従って、刃口下掘削機４０は、地盤２から確実に反力を取ることができる。

また本実施形態によれば、傾動装置４４は、一側４５ａが地盤掘削部４３の上部に取り付けられ、他側４５ｂが本体部４２に取り付けられて伸縮可能なジャッキ４５を含む。これにより、傾動装置４４を簡易な構成とすることができる。

また本実施形態によれば、柱状部４１の下端部が先細形状をなしている。これにより、柱状部４１を第１の掘削孔３内に容易に挿入することができる。

また本実施形態によれば、地盤掘削部４３はチェーンソー型カッターなどのトレンチャーを含む。これにより、既存のトレンチャーを用いて地盤掘削部４３を構成することができる。

また本実施形態によれば、本体部４２は、地上のクレーンなどの揚重装置によって吊り下げられて昇降可能である。これにより、簡素な構成で、刃口下掘削機４０を昇降させることができる。

また本実施形態によれば、刃口下掘削機４０は、本体部４２のケーソン躯体１に対する向きを保持する向き保持機構（レール部材４７、及び、ガイド装置５０）を有する。これにより、ケーソン躯体１の刃口部１ｂの下方の地盤２の掘削を精度良く行うことができる。

本実施形態では、図１２（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ガイド装置３０と鉛直孔掘削機２０とを別々に施工場所に設置する手順となっているが、この他、陸上で図１２（Ｂ）の図示のようにガイド装置３０内に鉛直孔掘削機２０を配置した上で、ガイド装置３０と鉛直孔掘削機２０とを一緒に施工場所に吊り下ろし設置してもよい。

本実施形態では、図１８（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ガイド装置５０と刃口下掘削機４０とを別々に施工場所に設置する手順となっているが、この他、陸上で図１８（Ｂ）の図示のようにガイド装置５０内に刃口下掘削機４０を配置した上で、ガイド装置５０と刃口下掘削機４０とを一緒に施工場所に吊り下ろし設置してもよい。ここにおいて、刃口下掘削機４０の柱状部４１の下端部がガイド装置５０より下方に突出していれば、刃口下掘削機４０の柱状部４１の下端部が第１の掘削孔３に入ることにより正確な設置が可能である。

図２０は、本実施形態におけるケーソン躯体１の下方の地盤２を掘削する方法の変形例を示す図である。図２０は、前述の図３（Ａ）に対応するものである。本変形例では、複数の第１の掘削孔３が、ケーソン躯体１の周方向に互いに若干オーバーラップするように地盤２に形成されている。そして、複数の第１の掘削孔３の各々からケーソン躯体１の刃口部１ｂの下方（刃口部１ｂの直下）に向けてケーソン躯体１の径方向に地盤２を掘削することにより、複数の第１の掘削孔３の各々をケーソン躯体１の径方向（水平方向）に拡張している（換言すれば、複数の第１の掘削孔３の各々に拡張部３ａを形成している）。例えば、図３（Ａ）に示す態様では地盤２の強度が高いためにケーソン躯体１の圧入沈下（図４参照）が難しい場合には、図２０に示す態様を採用することが好ましい。

図２１は、本発明の第２実施形態における鉛直孔掘削機２０’の概略構成を示す図である。前述の第１実施形態と異なる点について説明する。

前述の第１実施形態では、鉛直孔掘削機２０が第２の回転掘削装置２３を有していたが、本実施形態では、鉛直孔掘削機２０’が第２の回転掘削装置２３を有していない。それゆえ、鉛直孔掘削機２０’については、鉛直孔掘削機２０よりも簡素な構成とすることができる。

図２２〜図２４は、本発明の第３実施形態におけるガイド装置７０の設置方法を示す図である。前述の第１実施形態と異なる点について説明する。

本実施形態では、浮体７１が、ケーソン躯体１内に満たされた水Ｗの水面上に浮かんでいる。浮体７１には、揚重装置であるウインチ（図示せず）が設けられており、このウインチからガイド装置７０がワイヤー７２を介して吊り下げられている。

ガイド装置７０は、鉛直孔掘削機２０の上下方向の移動を案内する機能と、刃口下掘削機４０の上下方向の移動を案内する機能と、本発明の「位置保持機構」としての機能と、本発明の「向き保持機構」としての機能と、のうちの少なくとも１つを実現するように構成されている。これら機能を実現するために、ガイド装置７０は、ガイド装置３０，５０と同様の構成を有し得る。ここにおいて、ガイド装置７０は、地盤２には直接的に接触しないように形成されている。

ガイド装置７０は、図示しない電磁石を備えている。

ケーソン躯体１の内周面１ａにおけるガイド装置７０の設置予定箇所Ｒには、図示しない鉄板が設けられている。また、ケーソン躯体１の内周面１ａには、ガイド装置７０を設置予定箇所Ｒの高さで係止させるためのフック状のストッパー７３が設けられている。

本実施形態におけるガイド装置７０の設置方法では、まず、図２２に示すように、浮体７１にガイド装置７０を固定した状態で、これらを、地上のクレーンなどの揚重装置（図示せず）を用いて、ケーソン躯体１内まで移動させる。このときに、平面視で浮体７１及びガイド装置７０を設置予定箇所Ｒに隣接させる。尚、このときには、ガイド装置７０の電磁石は非作動状態（電流が通電されていない状態）である。

次に、図２３に示すように、浮体７１をケーソン躯体１内の水面上に浮かせた状態で、浮体７１のウインチから下方にワイヤー７２を繰り出すことで、水中でガイド装置７０を下降させる。このときも、ガイド装置７０の電磁石は非作動状態である。

次に、図２４に示すように、ガイド装置７０が設置予定箇所Ｒに到達すると、ストッパー７３がガイド装置７０に引っ掛かる。このときに、ガイド装置７０の電磁石を作動させると（すなわち、ガイド装置７０の電磁石に電流を通電すると）、電磁石の磁力によってケーソン躯体１の鉄板とガイド装置７０の電磁石とが引っ付くことで、ガイド装置７０がケーソン躯体１の内周面１ａに固定される。このようにして、ガイド装置７０が設置予定箇所Ｒに設置される。

図２５は、本発明の第４実施形態におけるガイド装置５０’の概略構成を示す図である。前述の第１実施形態と異なる点について説明する。

ガイド装置５０’は、地上に設けられたクレーンなどの揚重装置（図示せず）によって、吊り部５３を介して吊り下げ支持されている。また、本実施形態では、柱部材５１ａ，５１ｂと同様に、柱部材５１ｃの下端が最下段の枠体５２ｅに連結されている。それゆえ、ガイド装置５０’は、地盤２から離間している。本実施形態では、柱部材５１ａ，５１ｂをケーソン躯体１の内周面１ａに接触させて、ガイド装置５０’を柱部材５１ａ，５１ｂを介してケーソン躯体１にもたせかけるようにすることで、ケーソン躯体１に対するガイド装置５０’の向きを保持することができる。従って、ガイド装置５０’の溝部５４及び／又はレール受け部材５６に刃口下掘削機４０の本体部４２のレール部材４７が受け入れられた状態では、レール部材４７及びガイド装置５０’が本発明の「向き保持機構」として機能して、平面視における、本体部４２のケーソン躯体１に対する向きを保持する機能を実現し得る。

前述の第１〜第４実施形態では、第１の掘削孔３、拡張部３ａ、及び第２の掘削孔４のいずれかについて、図示しない水中ポンプなどを用いて、泥水排土を行ってもよい。

前述の第１〜第４実施形態では、ケーソン躯体１の圧入沈下の後に、中央部掘削工程（第４の工程）及びバケット掘削工程（第３の工程）を実施しているが、この他、ケーソン躯体１の圧入沈下と並行して、中央部掘削工程（第４の工程）及び／又はバケット掘削工程（第３の工程）を実施してもよい。

前述の第１〜第４実施形態では、バケット掘削工程（第３の工程）に先立って中央部掘削工程（第４の工程）を実施するが、この他、地盤２に第２の掘削孔４を形成せずとも地盤２をグラブバケット６１により掘削可能であれば、中央部掘削工程（第４の工程）を省略してもよい。

前述の第１〜第４実施形態では、ケーソン躯体１の断面形状が円形であるが、ケーソン躯体１の断面形状は円形に限らず、例えば、楕円形、又は、矩形であってもよい。

前述の第１〜第４実施形態におけるケーソン躯体１は、施工現場で構築される複数のロットを含んで構成されてもよく、又は、施工現場から離れた工場などで製造されたロット（いわゆるプレキャスト材からなるロット）を含んで構成されてもよい。

前述の第１〜第４実施形態では、本発明に係る掘削方法を立坑の構築に適用した例を説明したが、本発明に係る掘削方法の適用例はこれに限らない。例えば、立坑以外の地下構造物の構築や、構造物の基礎の構築に、本発明に係る掘削方法を適用してもよい。

前述の第１〜第４実施形態では、鉛直孔掘削機２０，２０’及び刃口下掘削機４０を水中で使用しているが、この他、鉛直孔掘削機２０，２０’及び刃口下掘削機４０を陸上で使用してもよい。

前述の第１〜第４実施形態では、刃口下掘削機４０をケーソン躯体１の刃口部１ｂの下方の地盤の掘削に用いているが、この他、いわゆる透かし掘りに用いてもよい。

図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１…ケーソン躯体、１ａ…内周面、１ｂ…刃口部、２…地盤、３…第１の掘削孔、３ａ…拡張部、３ｂ…内壁面、４…第２の掘削孔、１９…レール部材、２０，２０’…鉛直孔掘削機、２１…本体部、２２ａ〜２２ｄ…第１の回転掘削装置、２２ｅ…軸部、２２ｆ…切削ヘッド、２２ｇ…螺旋羽根、２３…第２の回転掘削装置、２３ａ…軸部、２３ｂ…切削ヘッド、２３ｃ…螺旋羽根、２４…モータ、２４ａ…出力軸、２５ａ〜２５ｅ…軸部、２６ａ〜２６ｆ…歯車、２７…筐体、２８…間隔保持装置、２８ａ…筒体、２８ｂ…枠体、２９…吊り部、３０…ガイド装置、３１ａ〜３１ｃ…柱部材、３２ａ〜３２ｅ…枠体、３３…吊り部、３４…溝部、３５…梁部材、３６…レール受け部材、４０…刃口下掘削機、４１…柱状部、４１ａ…凹部、４２…本体部、４２ａ…板状部材、４３…地盤掘削部、４３ａ…カッターチェーン、４３ｂ…駆動用スプロケット、４３ｃ…従動用スプロケット、４３ｄ…ガイドプレート、４３ｅ…枢支軸、４３ｆ…アーム部、４４…傾動装置、４５…ジャッキ、４５ａ…一側、４５ｂ…他側、４６…吊り部、４７…レール部材、５０，５０’…ガイド装置、５１ａ〜５１ｃ…柱部材、５２ａ〜５２ｅ…枠体、５３…吊り部、５４…溝部、５５…梁部材、５６…レール受け部材、６０…掘削装置、６１…グラブバケット、６１ａ…シェル、７０…ガイド装置、７１…浮体、７２…ワイヤー、７３…ストッパー、Ｇ１…第１のグループ、Ｇ２…第２のグループ、Ｌ１…間隔、Ｌ２…最大開口幅、Ｐ１…第１の方向、Ｐ２…第２の方向、Ｑ…方向、Ｒ…設置予定箇所

Claims (10)

1. 地盤を鉛直方向に掘削して掘削孔を形成する掘削機であって、
   回転駆動源を有する本体部と、
   前記本体部から下方に延びる複数本の第１の回転掘削装置と、
   を備え、
   前記複数本の第１の回転掘削装置は、各々が、前記回転駆動源からの回転駆動力により鉛直方向を回転軸として回転し、かつ、各々の下端部にて地盤を回転掘削し、
   前記複数本の第１の回転掘削装置は、回転方向が第１の方向である第１のグループと、回転方向が前記第１の方向と逆方向である第２のグループとに分けられている、
   掘削機。
2. 前記掘削機は、偶数本の第１の回転掘削装置を備える、請求項１に記載の掘削機。
3. 前記第１のグループを構成する第１の回転掘削装置の本数と、前記第２のグループを構成する第１の回転掘削装置の本数とが等しい、請求項２に記載の掘削機。
4. 隣り合う第１の回転掘削装置同士の回転方向が互いに逆である、請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の掘削機。
5. 前記本体部から下方に延びる第２の回転掘削装置を更に備え、
   前記第２の回転掘削装置は、前記回転駆動源からの回転駆動力により鉛直方向を回転軸として回転し、かつ、下端部にて地盤を回転掘削するものであり、
   前記第２の回転掘削装置の下端部は、前記第１の回転掘削装置の下端部よりも下方に突出している、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の掘削機。
6. 前記掘削機は、４本の第１の回転掘削装置を備え、
   平面視で、前記４本の第１の回転掘削装置の各回転軸により構成される形状が正方形であり、
   前記正方形の２組の対角のうちの１組が前記第１のグループに対応し、残りの１組が前記第２のグループに対応する、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の掘削機。
7. 前記掘削機は、前記本体部から下方に延びる第２の回転掘削装置を更に備え、
   前記第２の回転掘削装置は、前記回転駆動源からの回転駆動力により鉛直方向を回転軸として回転し、かつ、下端部にて地盤を回転掘削するものであり、
   前記第２の回転掘削装置の下端部は、前記第１の回転掘削装置の下端部よりも下方に突出しており、
   平面視で、前記正方形における中央部に、前記第２の回転掘削装置の回転軸が位置する、請求項６に記載の掘削機。
8. 前記掘削機は、上下方向に延びて地中に沈設される筒状のケーソン躯体内にて地盤を鉛直方向に掘削して前記掘削孔を形成するものであり、
   前記掘削機は、平面視における、前記本体部の前記ケーソン躯体に対する位置を保持する位置保持機構を有する、請求項１〜請求項７のいずれか１つに記載の掘削機。
9. 前記本体部は、揚重装置によって吊り下げられて昇降可能である、請求項１〜請求項８のいずれか１つに記載の掘削機。
10. 前記掘削機は、水中地盤を鉛直方向に掘削して前記掘削孔を形成するものである、請求項１〜請求項９のいずれか１つに記載の掘削機。