JP3022435B2 - 掘削装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤を掘削する掘
削装置に関し、特にオープンケーソン工法に用いられる
竪坑の掘削装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地下建造物の構築、または地上建造物の
基礎などの目的で大深度、大口径の竪坑を掘削する場合
には、土圧、水圧に対抗して地山の崩壊を防ぐために、
竪坑の底部を徐々に掘削しながら円筒状のコンクリート
製のケーソンを地中に沈設するオープンケーソン工法が
用いられる。オープンケーソン工法では、ケーソンの上
部が大気に開放されているので、ケーソン内の空間は地
下水によって満たされている。

【０００３】図９は、このようなオープンケーソン工法
で用いられる第１の従来技術である掘削装置１を示す断
面図である。掘削装置１は、３個の円板状の掘削ホイー
ル２，３，４を有し、外側の掘削ホイール２，４はアー
ム５，６に支持される。各ホイール２〜４は底面全面に
複数のカッタビットを有し、掘削装置１は、固定装置８
でケーソン躯体７内につっぱった状態でケーソン躯体７
に固定される。このような掘削装置１によって掘削する
場合には、掘削ホイール２〜４が自転しながらホイール
２，４がホイール３まわりに公転するとともに、掘削装
置１を下方に変位させて、各ホイール２〜４をケーソン
躯体７の下端が臨む底部の地盤に押付けることによっ
て、ケーソン躯体７よりも内側の全断面を掘削すること
ができる。このようにして掘削された土砂は、中央の掘
削ホイール３の中心から地下水とともに吸引して外部に
排出される。また外側のホイール２，４を支持するアー
ム５，６を屈曲して掘削装置１の掘削径を変更すること
ができる。

【０００４】図１０は、オープンケーソン工法に用いら
れる第２の技術である掘削装置１０の一部を示す断面図
である。この掘削装置１０は、実公平４−１７６６１号
公報に開示されている。掘削装置１０は、ケーソン躯体
７の下端部に固定手段１１によって固定され、下部に旋
回支持部材１２を有し、この旋回支持部材１２に伸縮ア
ーム１３の基端部が連結され、先端部にドラムカッタ１
４が設けられる。このドラムカッタ１４を地盤に当接さ
せて回転駆動することによって地盤が掘削される。した
がって、旋回支持部材１２を旋回させるとともに、アー
ム１３を揺動させながらドラムカッタ１４を回転するこ
とによって地下水とともにケーソン躯体７の下方の地盤
を全断面にわたって掘削することができる。掘削された
土砂は、ドラムカッタ１４近傍に開口する吸引管１５に
よって地下水とともに吸引されて外部に排出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図９に示される第１の
従来技術では、掘削した土砂は、中央の掘削ホイール３
の中心から吸上げるので、ケーソン躯体７の外周部で掘
削された土砂が中央部まで運ばれる間に再三ホイール２
〜４のカッタビットに接触してカッタビットが摩耗し、
さらにこれによって動力損失も招くといった欠点を有す
る。

【０００６】図１０に示される第２の従来技術では、ド
ラムカッタ１４の回転によって地盤を掘削し、掘削した
土砂はドラムカッタ１４近傍で開口する吸引管１５から
吸引されるので、第１の従来技術のように掘削された土
砂がドラムカッタ１４に再三接触するといった欠点は比
較的少ないが、ドラムカッタ１４と吸引管１５との間に
はカバーなどが設けられないので、ドラムカッタ１４で
掘削された土砂が吸引管１５から吸引されるまでの間
に、土砂が拡散してしまい、吸引管１５は、拡散した土
砂に大量の水を含んだ薄いスラリーの状態で土砂を吸引
し排出せざるを得ない。このため土砂排出に必要な動力
のうち、大部分は水排出に消費されてしまい、土砂排出
の効率が非常に悪いといった問題を有する。

【０００７】本発明の目的は、掘削された土砂が掘削ホ
イールに再三接触することなく、土砂の排出効率の向上
した掘削装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、回転方向下流
側に臨んで開口し、地盤に当接して地盤を掘削する掘削
部と、この掘削部よりも回転方向上流側で開口し、掘削
した土砂を排出する排出部と、掘削部から排出部にわた
って設けられ、回転による押込み力によって土砂を掘削
部から排出部に案内する案内部とを有する掘削ホイール
と、前記掘削ホイールを回転駆動するホイール駆動源
と、掘削部が地盤に当接する掘削ホイールの角度位置
で、排出部の開口を覆うカバー体と、前記カバー体内の
空間に吸引力を導き、吸引した土砂を予め定める吐出位
置に移送する土砂移送手段とを含むことを特徴とする掘
削装置である。

【０００９】本発明に従えば、掘削ホイールがホイール
駆動源によって回転すると、掘削部は回転方向下流側に
臨んで開口しているので、掘削ホイールの回転によって
掘削された土砂は掘削部の開口にすくい取られる。掘削
部が地盤に当接し、地盤を掘削する掘削ホイールの角度
位置で、排出部の開口は、カバー体に覆われるので、掘
削部に取込まれた土砂は案内部、排出部およびカバー体
を介して土砂移送手段によって吸引されて予め定められ
る吐出位置に吐出される。この際、案内部は掘削部か
ら、掘削部よりも回転方向上流側に設けられる排出部に
わたって設けられるので、掘削された土砂は掘削ホイー
ルの回転によって効果的に排出部に案内される。

【００１０】このように掘削ホイールは、地盤を掘削し
た直後に掘削された土砂をすくい取って吸引するので、
掘削した土砂が掘削ホイールに再三接触するといったこ
とが防がれる。

【００１１】また掘削ホイールは、回転によって掘削部
で掘削および土砂の取込みを行うので、土砂が拡散する
といったことが防がれ、水分を多量に吸引することな
く、土砂を効率よく吸引、移送することができる。また
カバー体は、掘削部が掘削する掘削ホイールの角度位置
で排出部の開口を覆うので、掘削部が掘削しないホイー
ルの角度位置で掘削部の開口から吸引されるといったこ
とがなく、水分のみを多量に吸引するといったことが防
がれる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態で
ある掘削装置３０を用いてオープンケーソン工法によっ
て竪坑３１を形成する状態を示す断面図である。掘削装
置３０は、掘削ヘッド４１と固定手段４３と上下変位駆
動手段４５とを備え、掘削ヘッド４１は第１および第２
掘削ホイール４８，４９を備える旋回アーム４７と、第
３および第４掘削ホイール５０，５１を備える固定アー
ム４６とを有する。

【００１３】オープンケーソン工法では、鉄筋コンクリ
ート製の円筒状のケーソン躯体３２を沈設し、このケー
ソン躯体３２の下部に固定手段４３によって掘削装置３
０を固定してケーソン躯体３２底部を掘削する。ケーソ
ン躯体３２の上部は大気中に開かれており、ケーソン躯
体３２内には浸透水によって地下水が満たされているの
で、掘削装置３０は水中で掘削作業を行うこととなる。
竪坑３１の上部にはクレーン３３が設置され、このクレ
ーン３３に掘削装置３０は吊下げられ、ケーソン躯体３
２の内面で、上下方向に延びるガイドレール３４に沿っ
てケーソン躯体３２の下端部近傍まで降ろされる。この
際、掘削装置３０は、旋回アーム４７を内方に旋回させ
て縮径された状態で降ろされる。その後、固定手段４３
によって掘削装置３０はケーソン駆体３２に固定され、
旋回アーム４７を外方に旋回し、掘削径を拡大した状態
で、上下変位駆動手段４５によって下方に変位しながら
ケーソン躯体３２内の地盤を全断面にわたって掘削す
る。掘削された土砂は、泥水とともに土砂移送手段によ
って吸引されて地上に設けられた排水処理設備３５に吐
出し、この排水処理設備３５で、土砂と水とに分離処理
され、分離された水はケーソン躯体３２内に戻される。

【００１４】掘削装置３０によって１ストロークの掘削
が終了すると、旋回アーム４７を旋回させて縮径し、上
下変位駆動手段４５によって掘削ヘッド４１を引上げ、
その後、最上部のケーソン躯体３２の上に新たにケーソ
ン躯体３２ａを乗載し、その自重によってケーソン躯体
３２を掘削した竪坑３１の底部まで沈下させる。その後
再び掘削装置３０によって掘削作業を行う。

【００１５】図２は、掘削装置３０を示す断面図であ
る。掘削装置３０は地盤を掘削する掘削ヘッド４１と、
掘削ヘッド４１を、ケーソン躯体３２の鉛直軸線に同軸
な回動軸線Ｌ１まわりに回動自在に支持して回動駆動す
る軸受手段４２と、軸受手段４２に連結され、クレーン
３３によって吊下げられ、掘削装置３０をケーソン躯体
３２に着脱可能に固定する固定手段４３とを含んで構成
される。

【００１６】掘削ヘッド４１の下端部には回動軸線Ｌ１
を中心として半径方向外方に延びる固定アーム４６と、
この固定アーム４６と回動軸線Ｌ１に対して反対側に延
びる旋回アーム４７とを有し、旋回アーム４７には竪坑
３１の外周部近傍を掘削する第１および第２掘削ホイー
ル４８，４９が設けられ、固定アーム４６には竪坑３１
の中心部近傍を掘削する第３，第４掘削ホイール５０，
５１が設けられる。第１および第２掘削ホイール４８，
４９は回転軸線Ｌ４，Ｌ５まわりにほぼ水平面上で回転
駆動され、第３および第４掘削ホイール５０，５１はそ
れぞれ略水平な回転軸線Ｌ２，Ｌ３を有し、直立した状
態で回転駆動される。なお第１および第２掘削ホイール
４８，４９は正確に水平面上で回転するのでなく、後述
するように掘削ヘッド４１の回動方向下流側になるにつ
れて下方となるように傾斜して設けられる。

【００１７】掘削ヘッド４１は矢符Ａ（図２の上方から
見て反時計まわり）に回動軸線Ｌ１まわりに回動駆動さ
れ、第１および第２掘削ホイール４８，４９はそれぞれ
矢符Ｂ１，Ｂ２（図２の上方から見て反時計まわり）
に、旋回アーム４７の上部に設けられるホイール駆動源
５６によって回転駆動され、第３および第４掘削ホイー
ル５０，５１は、それぞれ矢符Ｃ１，Ｃ２（図２におけ
る時計まわり）に、固定アーム４６に設けられるホイー
ル駆動源５７によって回転駆動される。

【００１８】各ホイール駆動源５６，５７はたとえば油
圧モータから成り、またホイール駆動源は２つ設けるの
ではなく、歯車機構によって１つのホイール駆動源によ
って、４つの掘削ホイール４８〜５１を回転駆動するよ
うにしてもよい。

【００１９】図３は第１掘削ホイール４８近傍を示す平
面図であり、図４はその正面図であり、図５は図３の切
断面線Ｖ−Ｖから見た状態を簡略化して示す断面図であ
る。第１掘削ホイール４８は、大略的に円錐台状であ
り、ホイール駆動源５６に歯車列を介して連結される駆
動軸１０７に中心部が固定され、矢符Ｂ１方向に回転駆
動される。

【００２０】第１掘削ホイール４８の外周部には、周方
向に等間隔に複数、本実施形態では８個の掘削部１００
が設けられる。掘削部１００は、それぞれ回転方向Ｂ１
下流側に臨んで開口する開口１０１を有し、第１掘削ホ
イール４８の外方に臨む開口１０１の周縁部、すなわち
掘削ホイール４８の外周部１１１および図４における掘
削部１００の上部１１２および下部１１３にそれぞれカ
ッタビット１１４が複数固定される。また地盤を切削す
るカッタビット１１４に代えて、ローラカッタのような
圧砕手段を掘削部１００に設けてもよい。

【００２１】掘削部１００よりも回転方向Ｂ１上流側で
かつ第１掘削ホイール４８の回転軸線Ｌ４よりで、上方
に開口する排出部１０２がそれぞれ各掘削部１００に応
じて設けられる。掘削部１００の開口１０１から前記排
出部１０２の開口１０３にわたって滑らかに連なる筒状
の案内部１０８が設けられる。したがって第１掘削ホイ
ール４７が矢符Ｂ１方向に回転駆動すると、地盤に当接
してカッタビット１１４によって掘削された土砂はまず
掘削部１００にすくい取られる。すくい取られた土砂は
案内部１０８によって、第１掘削ホイール４７の回転に
よる押込み力および後述するスラリーポンプ１１０の吸
引力によって排出部１０２まで案内される。この際、排
出部１０２は掘削部１００よりも半径方向内方に設けら
れるので、遠心力の作用によって土砂が案内部１０８の
内周面に沿って効率よく排出部１０２まで案内される。
また掘削部１００は、地盤に押圧される外周部１１１で
最も地盤を掘削するので、この外周部１１１から排出部
１０２にわたる案内部１０８の側壁を、排出部１０２に
おいては底部となるようにひねり、外周部１１１で掘削
された土砂が下方に落下するのを前記側壁によって滑ら
かに排出部１０２まで案内するように設けてもよい。

【００２２】掘削ヘッド４１は、回動軸線Ｌ１まわりに
矢符Ａ方向に回動しながら下方に掘削するので、掘削さ
れた掘削面８７は図５に示されるように水平面に対して
角度θを成す。これに対して、旋回アーム４７は回動軸
線Ｌ１に垂直に交わる角変位軸線Ｌ１２まわりに角変位
し、第１掘削ホイール４８が掘削ヘッド４１の回動方向
Ａが下流側になるにつれて下方となるように水平面に対
して角度αだけ傾斜して設けられる。前記角度θと角度
αとの関係は、α＞θに選ばれる。したがって、掘削ヘ
ッド４１の回動によって回動方向Ａ下流側の第１掘削ホ
イール４８の外周部のみが地盤に当接し、掘削しない他
のカッタビット１１４は地盤に当接しないので、カッタ
ビット１１４の摩耗が低減し効率よく掘削することがで
きる。

【００２３】掘削ヘッド４１の回動方向Ａ下流側の旋回
アーム４７、すなわち図３における下方に、第１掘削ホ
イール４８の上面に臨むカバー体１０４が設けられる。
カバー体１０４は、取付部材１０６によって旋回アーム
４７の側部に固定され、第１掘削ホイール４８の排出部
１０２の開口１０３に臨む開口１０５を有する。このカ
バー体１０４にはスラリーポンプ１１０が接続され、こ
のスラリーポンプ１１０はカバー体内の空間に吸引力を
導き、カバー体内から土砂を吸引して掘削ヘッド４１の
下方に土砂を排出する。

【００２４】カバー体１０４は、掘削部１００が地盤に
当接する第１掘削ホイール４８の角度位置で排出部１０
２の開口１０３を覆う。すなわち、掘削部１００が地盤
を掘削する間は、その掘削部１００に対応する排出部１
０２の開口１０３がカバー体１０４に覆われる。図３に
おいて、地盤に当接しはじめた掘削部１００ａに対応す
る排出部１０２ａの開口１０３ａは、その一端部がカバ
ー体１０４の開口部１０５に臨んで開口し、図３におい
て掘削中の掘削部１００ｂおよび掘削し終えたばかりの
掘削部１００ｃのそれぞれに対応する排出部１０２ｂ，
ｃの開口１０３ｂ，１０３ｃは、それぞれカバー体１０
４に完全に覆われ、カバー体１０４の開口１０５に臨
む。このようなカバー体１０４は、掘削部１００が掘削
し終わった後にも、案内部１０８内に残留する土砂を吸
引できるように、最後に掘削した土砂が排出部１０２に
達するまでの間は、排出部１０２の開口１０３をカバー
体１０４が覆うようにカバー体１０４の開口領域は規定
される。またこの際、第１掘削ホイール４８の回転速度
も考慮される。これによって、掘削部１００で掘削した
土砂は確実にカバー体１０４を介してスラリーポンプ１
１０によって吸引される。このようにカバー体１０４を
設けることによって、余分な水分を吸引することなく、
掘削した土砂を確実に吸引することができ土砂の排出効
率が向上される。

【００２５】カバー体１０４の開口１０５の開口領域
は、上記したものに限らず、少なくとも、掘削部１００
の開口１０１が完全に掘削した土砂によって塞がれる間
は、その開口部１００に対応する排出部１０２の開口１
０３が完全にカバー体１０４によって覆われるように選
ばれる。

【００２６】このように第１掘削ホイール４８が回転駆
動しながらスラリーポンプ１１０によって吸引すること
によって、掘削部１００によって掘削された土砂は図４
における矢符Ｆで示されるように案内部１０８に沿って
カバー体１０４を介して吸引される。第１掘削ホイール
４８は回転駆動しながら土砂を吸引するので、図４にお
いて矢符Ｆは大きく湾曲して示してあるけれども、実際
は案内部１０８に沿ってほぼ直線上に最短距離で上方の
カバー体１０４まで案内されることとなる。

【００２７】図５に示されるように、カバー体１０４の
下端部は拡開し、第１掘削ホイール４８の上面に面接触
している。したがって、カバー体１０４と第１掘削ホイ
ール４８との液密性が向上し、これによってカバー体１
０４と第１掘削ホイール４８の上面との間から余分な水
を吸引するといったことが防がれる。またカバー体１０
４と第１掘削ホイール４８の上面との間にシール部材を
設け、さらに液密性を向上するようにしてもよい。

【００２８】また第１掘削ホイール４８の掘削部１００
の厚みＴは、たとえば７５ｃｍ程度に選ばれ、掘削ヘッ
ド４１が１回転する間に掘削する深さは、たとえば５０
ｃｍ程度に選ばれるので、掘削ヘッド４１が１回転した
ときに第１掘削ホイール４８の上面が１周上の掘削面よ
りも下方となり、いわば掘削ホイール４８が地盤中に潜
り込んで掘削するといったことが防がれる。

【００２９】このような第１掘削ホイール４８とカバー
体１０４およびスラリーポンプ１１０によって、掘削部
１００によって掘削された土砂はスラリーポンプ１１０
による吸引力と第１掘削ホイール４８の回転によって泥
水の流れとともに速やかに掘削部１００の開口１０１か
ら吸い込まれ、第１掘削ホイール４８の回転とともに案
内部１０８に沿って案内されてカバー体１０４からスラ
リーポンプ１１０によって吸引される。したがって掘削
された土砂が拡散することなく効率よく吸引される。ま
た、掘削した土砂または石などが案内部１０８内に詰ま
ったときには、スラリーポンプ１１０を逆噴射するとと
もに第１掘削ホイール４８を矢符Ｂ１とは反対方向に回
転駆動することによって詰まった石などを掘削部１００
から容易に排出することができる。このような構成は第
２掘削部ホイール４９においても同様である。

【００３０】図６は、図２の切断面線ＶＩ−ＶＩから見
た状態を示す簡略化した断面図である。第３掘削ホイー
ル５０は第１および第２掘削ホイール４８，４９と同様
の構成を有するので、対応する部分には同一の参照符号
を付す。掘削装置３０は、前述のように掘削ヘッド４１
を回動させながら下方に変位しながら掘削するので、掘
削面は傾斜することとなり、特に中心部付近を掘削する
第３および第４掘削ホイール５０，５１の掘削面８８の
傾斜は外周部付近を掘削する第１および第２掘削ホイー
ル４８，４９の掘削面８７よりも大きくなる。しかしな
がら第３および第４掘削ホイール５０，５１は図６に示
されるように回転軸線Ｌ２およびＬ３がそれぞれほぼ水
平に設けられ、第３および第４掘削ホイール５０，５１
がほぼ直立した状態で回転掘削することとなる。したが
って、常に外周部のみを確実に地盤に当接させて掘削す
ることとなり、これによってカッタビット１１４の摩耗
が低減する。

【００３１】このような第３掘削ホイール５０も第１お
よび第２掘削ホイール４８，４９と同様に掘削部１００
によって掘削した土砂を案内部１０８および排出部１０
２を介してカバー体１０４からスラリーポンプ１１０に
よって吸引されて掘削ヘッド４１の下方に排出される。

【００３２】最も中心部付近に配置される第４掘削ホイ
ール５１は、第１〜第３掘削ホイール４８〜５０と異な
り、掘削部１００の開口１０１および案内部１０８、排
出部１０２、カバー体１０４およびスラリーポンプ１１
０が設けられず、掘削部１００によって掘削された土砂
は第４掘削ホイール５１の回転によって直接掘削ヘッド
４１の下方にかき出される。

【００３３】このように各第１〜第４掘削ホイール４８
〜５１によって掘削された土砂はそれぞれスラリーポン
プ１１０によって掘削ヘッド４１の下方に排出され、こ
の掘削ヘッド４１の下方に排出された土砂はスラリーポ
ンプまたはエアリフトポンプなどを備える土砂移送手段
の泥水排出管９５によって吸引され外部の排水処理設備
３５に吐出される。これらのスラリーポンプ１１０およ
び泥水排出管９５とによって土砂移送手段は構成され
る。

【００３４】第１および第２掘削ホイール４８，４９は
図２に示されるように、外周部が上下に重なるように設
けられ、同様に第３および第４掘削ホイール５０，５１
も外周部が互いに前後に重なるように配置される。また
第３および第４掘削ホイール５０，５１は、第１および
第２掘削ホイール４８，４９の掘削経路よりも回動軸線
Ｌ１寄りに配置され、旋回アーム４７の内側に配置され
る第２掘削ホイール４９と固定アーム４６の外側に配置
される第３掘削ホイール５０とは、第２掘削ホイール４
９の内側の掘削経路と第３掘削ホイール５０の外側の掘
削経路とが互いに重なるように配置される。また第４掘
削ホイール５１の外周部の一部は、回動軸線Ｌ１を越え
ている。したがって、掘削ヘッド４１が回動軸線Ｌ１ま
わりに回動することによって各掘削ホイール４８，５１
によって掘り残すことなく確実に竪坑３１の底部を掘削
することができる。また第１掘削ホイール４８は、第
３，第４ホイール５０，５１のように直立するのではな
く、ほぼ水平に設けられるので、外周部がケーソン躯体
３２の内周部に接触することなく、ケーソン躯体３２の
直下を効果的に掘削することができる。

【００３５】掘削ヘッド４１が回動する速度は、最も半
径方向外方に設けられ、掘削ヘッド４１の１回転当たり
の掘削量の最も多い第１掘削ホイール４８によって規定
され、この第１掘削ホイール４８の移動速度は、たとえ
ば２０〜１００ｍ／分程度に選ばれ、好ましくは３０〜
５０ｍ／分程度に選べれる。

【００３６】図７は掘削装置３０を示す平面図であり、
図２をも参照して掘削装置３０の他の構成を詳述する。

【００３７】軸受手段４２は軸受本体５３と回動駆動手
段５５を有し、軸受本体５３は、掘削ヘッド４１の上部
を外囲し、掘削ヘッド４１の上端部はラジアル軸受５８
によって軸受本体５３に回動軸線Ｌ１まわりに回動自在
に支持され、軸受本体５３の下端部はスラスト軸受５９
によって掘削ヘッド４１を回動軸線Ｌ１まわりに回動自
在に支持する。

【００３８】軸受本体５３の上端部には掘削ヘッド４１
を回動駆動する回動駆動手段５５が設けられる。回動駆
動手段５５は、軸受本体５３の上端部に設けられる油圧
モータなどの回動駆動源５５と、掘削ヘッド４１の上端
部に、回動軸線Ｌ１を中心として固定される歯車６０と
を有し、回動駆動源６２の出力軸に固定されるピニオン
６１が歯車６０に噛合し、このピニオン６１を回転する
ことによって掘削ヘッド４１を歯車６０を介して回動軸
線Ｌ１まわりに回動駆動することができる。

【００３９】固定手段４３は固定フレーム４０と、ケー
ソン躯体３２に着脱可能にケーソン躯体３２に固定され
る複数のグリッパ６８とを有する。固定フレーム４０は
大略的に略円筒状に形成され、軸受手段４２を外囲する
ように設けられる。この固定フレーム４０と軸受手段４
２との間には、案内手段４４および上下変位駆動手段４
５が介在され、これらの案内手段４４および上下変位駆
動手段４５によって掘削ヘッド４１は軸受手段４２を介
して固定フレーム４０に上下変位可能に支持される。グ
リッパ６８は、固定フレーム４０に回動軸線Ｌ１を中心
として半径方向外方に延び、このグリッパ６８を伸長さ
せることによって固定フレーム４０はケーソン躯体３２
の内周面につっぱった状態で固定される。

【００４０】固定フレーム４０は複数、たとえば４本の
ワイヤ７３によってクレーン３３に吊下げられる。固定
フレーム４０に設けられる４個のグリッパ６８は、それ
ぞれ同一水平面上で互いに９０°の角度を成し、回動軸
線Ｌ１を中心として半径方向外方に延びて設けられる。
グリッパ６８は油圧シリンダ６７を内蔵し、この油圧シ
リンダ６７によってグリッパ６８を伸長／収縮すること
ができ、各グリッパ６８を伸長させることによって、グ
リッパ６８の先端のグリッパシュー６９をケーソン躯体
３２の内周面に当接させて掘削装置３０は固定される。
またこの際、掘削装置３０の回動軸線Ｌ１とケーソン躯
体３２の軸線とが一致して掘削装置３０がケーソン躯体
３０に固定されるように各グリッパ６８のストロークを
同調させる機械的または電気的手段を用いてもよい。ま
た各グリッパ６８に、その上下方向位置を調整する機構
を設け、各グリッパの上下位置を調整することによって
掘削ヘッド４１の回動軸線Ｌ１の向きを調整し、これに
よって回動軸線Ｌ１が正確にケーソンの軸線と一致する
ように調整してもよい。また各グリッパ６８を収縮する
ことによって固定手段４３はケーソン躯体３２から離脱
することができる。本実施形態ではグリッパ６８は４個
設けられるが、回動軸線Ｌ１を中心として互いに対抗し
て２つ以上グリッパが設けられていればよく、好ましく
は３個以上設けられればよい。

【００４１】軸受手段４２を固定フレーム４０に対して
回動軸線Ｌ１方向に上下に案内する案内手段４４は、各
グリッパ６８の上下に対を成すヒンジ７２を周方向に４
対有する。各ヒンジ７２は、一端が固定フレーム４２
に、角変位軸線Ｌ４まわりに角変位自在に連結される一
方のヒンジ片７０と、一端が軸受手段４２に角変位軸線
Ｌ５まわりに角変位自在に連結される他方のヒンジ片７
１とを有し、一方のヒンジ片７０の他端部と他方のヒン
ジ片７１の他端部とは角変位軸線Ｌ６まわりに角変位自
在に連結される。各角変位軸線Ｌ４〜Ｌ６は互いに平行
であり、回動軸線Ｌ１を中心とする半径方向に対して垂
直に交わる。ヒンジ片７０は角変位軸線Ｌ４まわりに上
下に角変位自在に連結され、左右方向の変位が阻止され
る。同様にヒンジ片７１と軸受手段４２およびヒンジ片
７０とヒンジ片７１とは、それぞれ角変位軸線Ｌ５，Ｌ
６まわりに上下に各変位自在に連結され、それぞれ左右
方向の角変位は阻止される。このようなヒンジ７２が周
方向に間隔をあけて設けられることによって、軸受手段
４２は回動軸線Ｌ１に沿って上下方向のみ変位可能に案
内手段４４に支持される。このような案内手段のヒンジ
７２は少なくとも２つ、同一直径線上でなく周方向にず
れていればよい。また案内手段４４は、このようなヒン
ジ７２によって構成されるのでなく、固定フレーム４０
にガイドレールを上下に設け、このガイドレールに沿っ
て軸受手段４２が上下に移動するように構成してもよ
い。

【００４２】上下変位手段４５は、図７に示されるよう
に周方向に間隔をあけ、複数、本実施形態では４本の油
圧シリンダ６４から成る。各油圧シリンダ６４は、シリ
ンダ胴６５の基端部が固定フレーム４０の上端部に角変
位軸線Ｌ７まわりに角変位自在に連結され、シリンダロ
ッド６６の先端部が軸受本体５３の下端部に、角変位軸
線Ｌ８まわりに角変位自在に連結される。角変位軸線Ｌ
７，Ｌ８はそれぞれ互いに平行であり、回動軸線Ｌ１を
中心とする半径方向に対して垂直に設けられる。このよ
うな４個の油圧シリンダ６４が、相互に９０°の角度を
成して、案内手段４４の各ヒンジ７２の周方向中間部に
それぞれ設けられる。これらの各油圧シリンダ６４をそ
れぞれ伸長させることによって、軸受手段４２を介して
掘削ヘッド４１は案内手段４４に案内されて下方へ変位
駆動する。また油圧シリンダ６４を退縮させることによ
って掘削ヘッド４１は上方へ変位駆動する。

【００４３】掘削装置３０はクレーン３３に吊下げられ
て降ろされるが、たとえば軸受本体５３にグリッパを設
けて軸受本体５３が直接ケーソン躯体３２に固定できる
ように構成し、固定フレーム４０のグリッパ６８で固定
された状態で掘削ヘッドを下方に変化させ、この状態で
軸受本体５３のグリッパによって掘削装置３０をケーソ
ン躯体３２に固定し、固定フレーム４０のグリッパ６８
を離脱させて固定フレーム４０を下方に移動させ、その
後再びグリッパ６８でケーソン躯体３２に固定するとと
もに固定フレーム４０のグリッパを離脱させる。このよ
うな動作を繰返すことによって、クレーン３３によら
ず、掘削装置３０自身で上下に移動するようにしてもよ
い。

【００４４】図８は、図２の切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩ
Ｉから見た状態を簡略化して示す断面図である。旋回ア
ーム４７は、回動軸線Ｌ１に平行な角変位軸線Ｌ１０ま
わりに角変位可能に設けられ、旋回アーム駆動手段８１
によって角変位軸線Ｌ１０まわりに矢符Ｄ（図８におけ
る反時計まわり）に角変位駆動される。旋回アーム駆動
手段８１は油圧シリンダ８２を有し、この油圧シリンダ
８２のシリンダ胴８６の基端部は掘削ヘッド４１に回動
軸線Ｌ１に平行な角変位軸線まわりに角変位自在に連結
され、油圧シリンダ８２のピストンロッド８５の先端部
は、旋回アーム４７に連結される第１および第２リンク
８３，８４の一端部が、回動軸線Ｌ１に平行な角変位軸
線まわりに角変位自在に連結される。第１および第２リ
ンク８３，８４はそれぞれほぼ同じ長さを有し、第１リ
ンク８３の他端部は旋回アーム４７に、回動軸線Ｌ１に
平行な角変位軸線まわりに角変位自在に連結され、第２
リンク８４は第１リンク８３に対して約６０°の角を成
し、旋回アーム８１の角変位軸線Ｌ１０に同軸に他端部
が角変位軸線Ｌ１０まわりに角変位自在に旋回アーム４
７に連結される。したがって、油圧シリンダ８２を伸長
させることによって、旋回アーム４７は矢符Ｄ方向に旋
回することができる。また油圧シリンダ８２を収縮させ
ることによって、旋回アーム４７は矢符Ｄとは反対方向
に旋回することができる。

【００４５】したがって図８に実線で示される旋回アー
ムの位置から、図８で仮想線で示される位置まで旋回ア
ーム４７を旋回させると、掘削ヘッド４１の最大掘削半
径は図８で参照符Ｅ１に示される長さから参照符Ｅ２で
示される長さに縮径される。このようにして旋回アーム
４７を旋回させることによって、掘削ヘッド４１の最大
掘削径を調整することができる。また旋回アーム４７は
図８に示されるように長さ方向中央部で矢符Ｄ方向に約
３０°屈曲される。これによって旋回アーム４７を仮想
線で示す位置に旋回したときの最大掘削径Ｅ２を屈曲し
ない場合に比べて小さくすることができる。

【００４６】また固定アーム４６と旋回アーム４７とは
回動軸線Ｌ１を中心としてほぼ反対方向に延びるので、
掘削ヘッド４１を回動軸線Ｌ１まわりに矢符Ａ方向に回
動しながら掘削する場合に、固定アーム４６および旋回
アーム４７が受ける反力は回動軸線Ｌ１を中心として互
いに反対向きとなる。すなわち固定アーム４６と旋回ア
ーム４７が受ける反力が互いにバランスすることとな
り、掘削ヘッド４１を回動駆動する回動駆動源６２の負
荷が軽減される。

【００４７】このような掘削ホイール４８〜５０は竪杭
の掘削装置に用いられるだけでなく、シールド掘進機な
ど地盤を掘削する装置に用いることができる。

【００４８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、掘削ホイ
ールがホイール駆動源によって回転すると、掘削部は回
転方向下流側に臨んで開口しているので、掘削ホイール
の回転によって掘削された土砂は掘削部の開口に効率よ
くすくい取る。掘削部が地盤に当接し、地盤を掘削する
掘削ホイールの角度位置で、排出部の開口は、カバー体
に覆われるので、掘削部に取込まれた土砂は案内部、排
出部およびカバー体を介して土砂移送手段によって吸引
されて予め定められる吐出位置に吐出される。この際、
案内部は掘削部から、掘削部よりも回転方向上流側に設
けられる排出部にわたって設けられるので、掘削された
土砂は掘削ホイールの回転による押込み力によって効果
的に排出部に案内される。

【００４９】このように掘削ホイールは、地盤を掘削し
た直後に掘削された土砂を吸引するので、掘削した土砂
が掘削ホイールに再び接触するといったことが防がれ
る。

【００５０】また掘削ホイールは、回転によって掘削部
で掘削および土砂の取込みを行うので、土砂が拡散する
といったことが防がれ、水分を多量に吸引することな
く、土砂を効率よく吸引、移送することができ、土砂の
排出効率が向上する。またカバー体は、掘削部が掘削す
る掘削ホイールの角度位置で排出部の開口を覆うので、
掘削部が掘削しないホイールの角度位置で、掘削部の開
口から吸引されるといったことがなく、水分のみを多量
に吸引するといったことが防がれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態である掘削装置３０を用
いてオープンケーソン工法によって竪坑３１を掘削する
状態を示す断面図である。

【図２】掘削装置３０を示す断面図である。

【図３】第１掘削ホイール４８近傍を示す平面図であ
る。

【図４】第１掘削ホイール４８近傍を示す正面図であ
る。

【図５】図３の切断面線Ｖ−Ｖから見た状態を示す簡略
化した断面図である。

【図６】図２の切断面線ＶＩ−ＶＩから見た状態を簡略
化して示す断面図である。

【図７】掘削装置３０を示す平面図である。

【図８】図２の切断面線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩから見た状
態を簡略化して示す断面図である。

【図９】第１の従来技術である掘削装置１を示す断面図
である。

【図１０】第２の従来技術である掘削装置１０の一部を
示す断面図である。

【符号の説明】

３０ 掘削装置 ３１ 竪坑 ３２ ケーソン躯体 ３３ クレーン ３５ 排水処理設備 ４０ 固定フレーム ４１ 掘削ヘッド ４２ 軸受手段 ４３ 固定手段 ４４ 案内手段 ４５ 上下変位駆動手段 ４６ 固定アーム ４７ 旋回アーム ４８ 第１掘削ホイール ４９ 第２掘削ホイール ５０ 第３掘削ホイール ５１ 第４掘削ホイール ５５ 回動駆動手段 ５６，５７ ホイール駆動源 ６２ 回転駆動源 ８１ 旋回アーム駆動手段 １００ 掘削部 １０１，１０３，１０５ 開口 １０２ 排出部 １０４ カバー体 １０８ 案内部 １１０ スラリーポンプ １１４ カッタビット

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転方向下流側に臨んで開口し、地盤に
   当接して地盤を掘削する掘削部と、この掘削部よりも回
   転方向上流側で開口し、掘削した土砂を排出する排出部
   と、掘削部から排出部にわたって設けられ、回転による
   押込み力によって土砂を掘削部から排出部に案内する案
   内部とを有する掘削ホイールと、 前記掘削ホイールを回転駆動するホイール駆動源と、 掘削部が地盤に当接する掘削ホイールの角度位置で、排
   出部の開口を覆うカバー体と、 前記カバー体内の空間に吸引力を導き、吸引した土砂を
   予め定める吐出位置に移送する土砂移送手段とを含むこ
   とを特徴とする掘削装置。