JP3076535B2 - 竪坑の掘削装置 - 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、ケーソン工法に用
いられる竪坑の掘削装置に関し、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、大寸法の竪坑を掘削する場合
には、地圧、水圧に対向して地山の崩壊を防ぐために、
円筒状のコンクリート製のケーソンを地中に沈設し、そ
の底部を掘削するオープンケーソン工法が用いられる。

【０００３】図８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を上下変位駆動装置によって下方に変位させて、各
ホイール２〜４をケーソン躯体７底部の地盤に押圧する
ことによってケーソン躯体７内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９は、オープンケーソン工法に用いられ
る第２の従来技術である掘削装置１０を示す断面図であ
る。この掘削装置１０は、ブーム１１の先端にバケット
１２を備えるバックホウ１３を有し、このバックホウ１
３をケーソン躯体７の内周面に周方向全周にわたって設
けられる案内レール１５に沿って走行駆動させながらバ
ケット１２でケーソン躯体７底部の地盤を掘削する。

【０００５】図１０は、オープンケーソン工法に用いら
れる第３の従来技術である掘削装置２０を示す断面図で
ある。掘削装置２０は、ドラムカッタ２１などの部分掘
削機をアーム２３の先端部に備え、このアーム２３を左
右に振るか、螺旋状に回転させながらドラムカッタ２１
を回転させて地盤を掘削する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図８に示される第１の
従来技術では、各掘削ホイール２〜４がほぼ水平に設け
られ、各ホイール２〜４は底面に設けられるカッタビッ
ト全てを常に地盤に接触させて回転掘削するので、カッ
タビットの摩耗進行が速く、またカッタビットと地盤と
の摩擦による動力損失も大きいといった問題を有する。
また掘削した土砂は、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びホイール２〜４のカッ
タビットに接触し、さらにカッタビットが摩耗するとい
った問題を有する。

【０００７】また各ホイール２〜４は上下変位駆動装置
によって地盤に押圧されながら掘削する。すなわち、各
ホイール２〜４のカッタビットの切込み方向が下方であ
るので、切込み荷重が上下変位駆動装置および固定装置
８に直接作用する。したがって上下変位駆動装置の駆動
力および固定装置８の固定力を大きくしなければならな
いといった問題を有する。

【０００８】また図９に示される第２の従来技術では、
ケーソン躯体７に設けられる案内レール１５に沿って走
行しながらバックホウ１３で半径方向に掘削するので、
その掘削状態は図１１に示されるようになる。すなわち
図１１で斜線を施して示す掘削部２４ａ〜２４ｃで示さ
れるように、ケーソン躯体７内で放射状に掘削すること
となる。この際、図１１に示されるようにケーソン躯体
７の中心部を繰返し掘削することとなり、作業効率が悪
くなる。また外周部付近では参照符２６ａ，２６ｂで示
すように僅かに掘り残しが生じるため、この掘り残しを
再び掘削する必要があり、さらに作業効率が悪くなると
いった問題を有する。

【０００９】図１０に示される第３の従来技術で、アー
ム２３によってドラムカッタ２１をケーソン躯体７の直
径方向に振りながら、掘削装置２０をケーソン躯体７の
周方向に回転させて掘削する場合には、上述の第２の従
来技術と同様に、中心部を繰返し掘削するといった問題
を有する。またこのような問題を解消するために、ケー
ソン躯体７の中心部から外周部に向かって螺旋状にアー
ム２３を回転移動させながら掘削する場合には、上述の
ように同じ部分を繰返し掘削するといった作業は避けら
れるが、中心部付近を掘削する場合と、外周部付近を掘
削する場合とではドラムヘッド２１の掘削速度を一定と
するために、アーム２３の回転移動速度を中心部では速
く、外周部では遅くする必要がある。このようにアーム
２３の移動速度を著しく大きく変化させることは機械設
計上限界があり、これによって作業効率も制限を受ける
こととなる。

【００１０】本発明の目的は、掘削ホイールの摩耗が低
減し、作業効率が向上し、上下変位駆動装置および固定
装置に大きな負荷が作用しない竪坑の掘削装置を提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、水平面に対し
てほぼ鉛直な回転軸線を有し、予め定める一部の領域を
地盤に接触させた状態で回転して地盤を掘削する掘削ホ
イールを備える掘削ヘッドと、前記掘削ヘッドを、水平
面に対して鉛直な回動軸線まわりに回動自在に支持して
回動駆動する軸受手段と、竪坑の底部近傍まで埋設され
たケーソン躯体の内周面に、着脱可能に固定される固定
手段と、前記固定手段と前記軸受手段との間に介在さ
れ、軸受手段を固定手段に対して回動軸線方向に上下に
案内する案内手段と、固定手段と軸受手段との間に介在
され、軸受手段を固定手段に対して上下に変位駆動する
上下変位駆動手段とを含み、前記掘削ホイールは、掘削
ヘッドの回動方向下流側になるにつれて鉛直下方となる
ように水平面に対して傾斜して設けられることを特徴と
する竪坑の掘削装置である。

【００１２】本発明に従えば、竪坑を掘削する場合には
まず掘削装置をケーソン躯体の内周面に固定手段によっ
て固定させる。その後掘削ホイールを回転駆動させなが
ら、掘削ヘッドを回動軸線まわりに回動駆動させるとと
もに、上下変位駆動手段によって掘削ヘッドを下方に変
位させる。この際、掘削ヘッドは案内手段によって軸受
手段とともに回動軸線方向に沿って下方に案内され、掘
削ホイールは予め定める一部の領域を地盤に接触させた
状態で地盤を掘削する。このように掘削ホイールは、前
述の第１の従来技術のように底面全面を地盤に接触させ
て掘削するのでなく、予め定める一部の領域のみを地盤
に接触させて掘削し、他の部分は地盤に接触していない
ので、掘削ホイールの摩耗が低減するとともに、回動駆
動力の動力損失も低減する。また掘削ヘッドを回動軸線
まわりに回動させながら掘削ホイールで掘削するので、
掘削ホイールの切込み方向は主として掘削ヘッドの回動
方向となる。すなわち第１の従来技術のように下方でな
く、主として上下方向に垂直な方向となる。したがって
掘削ホイールの上下方向の切込み荷重は比較的小さいの
で、上下変位駆動手段の駆動力、および固定手段の固定
力を第１の従来技術のように大きくする必要がなくな
る。また掘削ホイールの一部の領域のみを地盤に当接さ
せることにより、切込みに必要な荷重、すなわち上下変
位駆動手段による下方への押付け力、および掘削ヘッド
の回動駆動力が比較的少なくてすむ。

【００１３】また、掘削ヘッドは回動軸線まわりに回動
するとともに下方に移動しながら掘削ホイールで掘削す
るので、掘削面は、回動方向下流側になるにつれて下方
へ傾斜することとなる。ここで掘削ホイールも回動方向
下流側になるにつれて下方に傾斜して設けられるので、
掘削ホイールは、予め定める一部の領域である掘削ヘッ
ドの回動方向下流側の外周部分を地盤に接触させて掘削
することとなり、ホイールの摩耗が低減する。また掘削
ホイールは直立しているのでなく、底面全面が地盤に接
触しない程度に傾斜して設けられるので、ケーソン躯体
の下方を掘削する際、掘削ホイールがケーソン躯体の内
周部に接触することなくケーソン躯体の下方を必要なだ
け掘削することができる。

【００１４】また本発明の前記掘削ヘッドは、前記回動
軸線を中心として半径方向外方に延び、回動軸線に平行
な角変位軸線まわりに旋回可能に設けられる旋回アーム
を有し、この旋回アームに前記掘削ホイールが設けられ
ることを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、掘削ホイールは回動軸線
を中心として半径方向外方に延びる旋回アームに設けら
れるので、この旋回アームを旋回させることによって、
掘削装置の掘削径を変更することができる。したがっ
て、ケーソン躯体の径に応じて掘削径を調整することが
できる。また掘削装置をケーソン躯体内に挿入する場合
には、旋回アームを内方に旋回させて掘削径を小さくし
て挿入し、掘削装置をケーソン躯体下部に固定した後、
旋回アームを外方に旋回させて掘削径を大きくしながら
掘削することによって、ケーソン躯体の下方を確実に掘
削することができる。

【００１６】また本発明の前記掘削ヘッドは、掘削ヘッ
ドに固定され、回動軸線を中心として半径方向外方に延
びる固定アームを有し、この固定アームには、前記旋回
アームに設けられる掘削ホイールの掘削経路よりも回動
軸線寄りで、略水平な回転軸線まわりに回転駆動される
掘削ホイールが備えられることを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、旋回アームの掘削ホイー
ルの掘削経路よりも回動軸線寄り、すなわちケーソン躯
体の中心部付近は、固定アームに設けられる掘削ホイー
ルによって掘削され、ケーソン躯体の外周部付近は旋回
アームに設けられる掘削ホイールによって掘削される。
このように旋回アームに設けられる掘削ホイールと固定
アームに設けられる掘削ホイールとによってケーソン躯
体の全断面を効果的に掘削することができる。また中央
部付近の掘削面は、外周部の掘削面よりも傾きが大きく
なるが、中央部を掘削する掘削ホイールの回転軸線は略
水平、すなわち掘削ホイールがほぼ直立した状態で掘削
するので、掘削ホイールの底面全面が地盤に接触すると
いったことが確実に避けられ、外周部の一部のみを確実
に地盤に接触させて掘削することができ、掘削ホイール
の摩耗が低減される。また、掘削ヘッドが回動すること
により、ケーソン躯体の外周部付近および中心部付近を
同時に掘削するので、前述の第３の従来技術と異なり、
掘削ヘッドの回動速度を変えることなく一定にして掘削
することができる。

【００１８】また本発明は、掘削ホイールによって掘削
された土砂を、その掘削位置近傍から吸引して、予め定
める排出位置に排出することを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、掘削ホイールによって掘
削された土砂は、その掘削位置から吸引されて排出され
るので、第１の従来技術のように、掘削された土砂が再
び掘削ホイールに接触して掘削ホイールが摩耗するとい
ったことが防がれる。

【００２０】

【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を掘削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
ムとを有する。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内に固定手段４３によって掘削装置３０
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、泥水とともに吸引されて地上に設けられた排水処理
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。

【００２１】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。

【００２２】図２は掘削装置３０を示す断面図であり、
図３は掘削装置３０の平面図である。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。掘削ヘッド４
１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〜
第４掘削ホイール４８〜５１はそれぞれ大略的に円板状
に形成され、外周部に複数のカッタビット７５を備え
る。カッタビット７５は、少なくとも各掘削ホイール４
８〜５１の外周面および地盤に接触する一端面の外周辺
部近傍に設けられる。第１および第２掘削ホイール４
８，４９は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４
１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。

【００２３】掘削ヘッド４１は矢符Ａ（図３における反
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Ｂ
１，Ｂ２（図３における反時計まわり）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５
７によって回転駆動される。したがって掘削ヘッド４１
を回動軸線Ｌ１まわりに回動駆動させながら第１〜第４
掘削ホイール４８〜５１を回転駆動させることによっ
て、各ホイール４８〜５１はそれぞれ外周部の一部分を
地盤に接触させた状態で、カッタビット７５によって土
砂を中心に向けて掻出すように掘削する。

【００２４】底面全面を地盤に接触させて地盤を掘削す
る第１の従来技術では、掘削ホイールの底面の外周部付
近のカッタビットと中心部付近のカッタビットとでは、
掘削ホイール１回転当たりの掘削量が異なる。つまり外
周部付近のカッタビットと中心部付近のカッタビットと
では摩耗量が異なることとなる。これに対して本発明の
掘削ホイール４８〜５１は外周部のみを地盤に接触させ
て掘削するので、カッタビット７５の摩耗量も等しくな
る。

【００２５】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。

【００２６】また第１および第２掘削ホイール４８，４
９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４９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Ｌ
１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。

【００２７】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、第１掘
削ホイール４８の外周に取付けられたカッタビット７５
の数、掘削ホイール４８の回転速度、およびカッタビッ
ト７５の１刃あたりの切込み深さなどで決められる。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】上下変位手段４５は、図３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。

【００３４】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。

【００３５】図４は、図２の切断面線ＩＶ−ＩＶ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４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８３，８
４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８
３，８４はそれぞれほぼ同じ長さを有し、第１リンク８
３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４７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。

【００３６】したがって図４に実線で示される旋回アー
ムの位置から、図４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４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４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。

【００３７】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。

【００３８】図５は図２の切断面線Ｖ−Ｖから見た断面
図である。第１および第２掘削ホイール４８，４９は図
５に示されるように、掘削ヘッド４１の回動方向Ａ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、
水平面と第２掘削ホイール４９とは角度αを成す。この
第２掘削ホイール４９の、回転方向Ｂ２下流側（図２に
おける第２掘削ホイール４９の右方）でかつ掘削ヘッド
４１の回動方向Ａ上流側の掘削位置近傍には、スラリー
ポンプ９０の吸込み口９１が開口し、第２掘削ホイール
４９によって掘削された土砂を掘削された直後に吸込
む。このスラリーポンプ９０は、掘削ヘッド４１の中心
下部に吐出し口９５を有し、第１掘削ホイール４９に掘
削された土砂は掘削ヘッド４１の下方に排出される。こ
のようなスラリーポンプは第１掘削ホイール４８にも同
様に設けられる。

【００３９】旋回アーム４７は、水平面上で回動軸線Ｌ
１に交わる角変位軸線Ｌ１２（図４参照）まわりに角変
位可能に設けられ、第１掘削ホイール４８および第２掘
削ホイール４９は旋回アーム４７を前記角変位軸線Ｌ１
２まわりに角変位させることによって、水平面に対して
角度αを成して設けられる。この角度αの値を次に示
す。

【００４０】図６は、第２掘削ホイール４９の掘削経路
を周方向に展開した状態を示す模式図である。掘削ヘッ
ド４１は回動軸線Ｌ１まわりに矢符Ａ方向に回動すると
ともに、上下変位駆動手段４５によって下方へ変位する
ので、第２掘削ホイール４９の掘削経路は図６に示され
るようになる。すなわち掘削ヘッド４１が回動軸線Ｌ１
まわりに１回転する間に掘削ヘッド４１は深さＨ１だけ
下方に変位する。したがって、第２掘削ホイール４９が
水平面上で回動軸線Ｌ１まわりに１回転するときに進む
距離をＲ１とし、第２掘削ホイール４９の掘削面が水平
面と成す角をθとすると、 θ ＝ ｔａｎ^-1（Ｈ１／Ｒ１） となる。したがって第２掘削ホイール４９が水平面と成
す角αを、 α ＞ θ と選ぶことによって、第２掘削ホイール４９はその底面
５２が掘削面に接触することなく、常に外周部のみを地
盤に接触させて掘削することとなる。これによって第２
掘削ホイール４９のカッタビット７５の摩耗量が低減す
る。

【００４１】掘削面が水平面と成す角θは、回動軸線Ｌ
１を中心とする半径方向外方になるにつれて小さくなる
ので、第２掘削ホイール４９よりも半径方向外方に設け
られる第１掘削ホイール４８の掘削面が水平面と成す角
は、第２掘削ホイール４９の掘削面が水平面と成す角θ
よりも小さくなる。したがって、旋回アーム４６を角変
位軸線Ｌ１２まわりに角度αだけ傾けて第１掘削ホイー
ル４８を角度αだけ傾けることによって、第１掘削ホイ
ール４８も第２掘削ホイールと同様に外周部のみを地盤
に接触させて掘削することとなる。

【００４２】また第２掘削ホイール４９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Ｈ１は、たとえば５０ｃｍ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２
掘削ホイール４９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４９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。

【００４３】図７は、図２の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩ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は回転軸線Ｌ３がほぼ水平に設けられ、これ
によって直立した状態で回転駆動される。掘削面が水平
面と成す角度は前述のように、回動軸線Ｌ１を中心とし
て半径方向外方になるにつれて小さくなり、半径方向内
方になるにつれて大きくなる。ここで固定アーム４６に
設けられる第３および第４掘削ホイール５０，５１はそ
れぞれ直立した状態で固定アーム４６に設けられるの
で、最も半径方向内方に設けられる第４掘削ホイール５
１であっても掘削時に、外周部の一部のみを地盤に接触
させて掘削することとなる。

【００４４】第４掘削ホイール５０の回転方向Ｃ１下流
側でかつ掘削ヘッド４１の回動方向Ａ上流側には、スラ
リーポンプ９２の吸込み口９３が設けられ、第３掘削ホ
イール５０によって掘削された土砂は、掘削された直後
に前記スラリーポンプ９２に吸引される。このスラリー
ポンプ９２の排出口９６は前述のスラリーポンプ９０と
同様に、掘削ヘッド４１の中央部下部に設けられ、掘削
された土砂は掘削ヘッド４１の下方に排出される。

【００４５】掘削ヘッド４１の最も半径方向内方に設け
られる第４掘削ホイール５１は、矢符Ｃ２方向（図２参
照）に回転駆動されることによって、掘削された土砂は
前述のスラリーポンプ９０，９２の排出口９５，９６と
同様に、掘削ヘッド４１の中央下方に排出される。この
掘削ヘッド４１の中央下部には、地上に設けられる排水
処理設備３５に泥水を排出するスラリーポンプまたはエ
アーリフトポンプなどの泥水排出手段の吸引口９５が設
けられ、各掘削ホイール４８〜５１によって掘削された
土砂を泥水とともに排出する。このように各掘削ホイー
ル４８〜５１で掘削された土砂は、掘削された直後にス
ラリーポンプ９０，９２によって吸引されて掘削ヘッド
４１中央下部に排出され、その後泥水排出手段によって
外部に排出されるので、掘削された土砂が再び掘削ホイ
ールのカッタビット７５に接触することが防がれ、掘削
ホイール４８〜５１の摩耗が低減する。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、掘削ヘッ
ドの掘削ホイールは、掘削ヘッドの回動方向下流側にな
るにつれて下方に傾斜するように設けられるので、掘削
ホイールの底面全面が地盤に接触するのではなく、予め
定められる一部の領域である外周部の一部のみが地盤に
接触して掘削することとなり、掘削ホイールの摩耗が低
減する。また掘削ホイールは掘削ヘッドを回動軸線まわ
りに回動しながら掘削するので、掘削ホイールの切込み
方向は掘削ヘッドの回動方向、すなわちほぼ水平方向と
なり、掘削ホイールの切込み荷重が上下方向に小さくな
る。これによって上下変位駆動手段の駆動力および固定
手段の固定力を大きくする必要がなくなる。

【００４７】また本発明によれば、旋回アームを旋回す
ることによって掘削ヘッドの掘削径を調整することがで
きる。

【００４８】また本発明によれば、竪坑の中心部は、掘
削ヘッドの固定アームに設けられる掘削ホイールによっ
て掘削され、外周部近傍は旋回アームに設けられる掘削
ホイールによって掘削される。固定アームに設けられる
掘削ホイールは直立した状態で回転駆動されるので、外
周部の一部のみを確実に地盤に接触させて掘削し、掘削
ホイールの摩耗が低減する。また、旋回アームに設けら
れる掘削ホイールは、直立するのでなく傾斜して設けら
れるので、ケーソン躯体の下方を掘削する際にケーソン
躯体に接触することなく効果的にケーソン躯体の直下を
掘削することができる。

【００４９】また本発明によれば、掘削ホイールによっ
て掘削された土砂はその掘削位置近傍から吸引して予め
定める排出位置に排出されるので、掘削された土砂が再
び掘削ホイールに接触することなく、掘削ホイールの摩
耗が低減される。

【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】掘削装置３０を示す平面図である。

【図４】図１の切断面線ＩＶ−ＩＶから見た状態を簡略
化して示す断面図である。

【図５】図１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。

【図６】第２掘削ホイール４９の掘削経路を示す模式図
である。

【図７】図１の切断面線ＶＩＩ−ＶＩＩから見た断面図
である。

【図８】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９】第２の従来技術である掘削装置１０を示す断面
図である。

【図１０】第３の従来技術である掘削装置２０を示す断
面図である。

【図１１】掘削装置１０の掘削状態を示す模式図であ
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 ７５ カッタビット ８１ 旋回アーム駆動手段 ９０，９２ スラリーポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02D 23/08 E21D 1/03 E21D 1/06

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平面に対してほぼ鉛直な回転軸線を有
   し、予め定める一部の領域を地盤に接触させた状態で回
   転して地盤を掘削する掘削ホイールを備える掘削ヘッド
   と、 前記掘削ヘッドを、水平面に対して鉛直な回動軸線まわ
   りに回動自在に支持して回動駆動する軸受手段と、 竪坑の底部近傍まで埋設されたケーソン躯体の内周面
   に、着脱可能に固定される固定手段と、 前記固定手段と前記軸受手段との間に介在され、軸受手
   段を固定手段に対して回動軸線方向に上下に案内する案
   内手段と、 固定手段と軸受手段との間に介在され、軸受手段を固定
   手段に対して上下に変位駆動する上下変位駆動手段とを
   含み、 前記掘削ホイールは、掘削ヘッドの回動方向下流側にな
   るにつれて鉛直下方となるように水平面に対して傾斜し
   て設けられることを特徴とする竪坑の掘削装置。
2. 【請求項２】 前記掘削ヘッドは、前記回動軸線を中心
   として半径方向外方に延び、回動軸線に平行な角変位軸
   線まわりに旋回可能に設けられる旋回アームを有し、こ
   の旋回アームに前記掘削ホイールが設けられることを特
   徴とする請求項１記載の竪坑の掘削装置。
3. 【請求項３】 前記掘削ヘッドは、掘削ヘッドに固定さ
   れ、回動軸線を中心として半径方向外方に延びる固定ア
   ームを有し、この固定アームには、前記旋回アームに設
   けられる掘削ホイールの掘削経路よりも回動軸線寄り
   で、略水平な回転軸線まわりに回転駆動される掘削ホイ
   ールが備えられることを特徴とする請求項２記載の竪坑
   の掘削装置。
4. 【請求項４】 掘削ホイールによって掘削された土砂
   を、その掘削位置近傍から吸引して、予め定める排出位
   置に排出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   １つに記載の竪坑の掘削装置。