JP3091134B2 - 立坑の掘削装置及び構築方法 - 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、立坑の掘削装置及
び構築方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】立坑の掘削施工においては、予測の困難
な地質条件に対応可能とするため、強力なビットを備
え、掘削から排土までを各機能を統合した大がかりな掘
削装置が種々実用化されているが、これらの掘削装置は
大型でかつ高価であることから、小規模な工事では非経
済的であり、また、急傾斜地等には搬入・据え付けが困
難である。一方、立坑内の掘削作業は作業スペースが制
約されていることから、一般的な掘削機をそのまま導入
することも困難な場合が多い。このため、このような施
工条件においては、依然として人力掘削を主体にした、
いわゆる深礎工法が採用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、このような
人力掘削は、各方面で自動化が推進されている今日にお
いては極めて非効率的であり、また、劣悪な作業環境を
改善すると共に作業の安全性を高める上でも機械化が望
まれる。従来、立坑掘削用として簡易な掘削装置が発案
されているが、作業スペースの制約された狭小な立坑内
での作業に適合するように、一般的な自走式ショベル系
掘削機を単に小型化したに過ぎず、高い作業能率の達成
するのは困難であった。また、土留め工程を含めた立坑
施工全体を通しての施工性が考慮されていないため、効
率化の要望を十分に満たすことができなかった。

【０００４】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、
立坑内での掘削作業に適合した簡易でかつ作業効率の高
い立坑の掘削装置を提供することにある。また、本発明
の第２の目的は、立坑施工全体を効率化し得る立坑の構
築方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、掘削手段の保持体が、立坑の壁面に対して
係脱自在な支持手段によって、立坑の中心部に、鉛直軸
を中心にして回転自在に支持され、前記掘削手段は、掘
削部を保持する屈伸自在な腕部材を備え、前記保持体の
左右両側に分岐された前記腕部材の基部が、前記保持体
を挟んで前記掘削部と相反する側で、前記保持体に枢支
されたことを特徴とする立坑の掘削装置を提供すること
により達成される。

【０００６】特に、前記保持体の中心部に掘削土の排出
通路を鉛直方向に形成し、該排出通路のまわりを前記掘
削手段が旋回するようにすると好ましい。

【０００７】その上、前記保持体は、内部にキブルバケ
ットが昇降可能な前記排出通路が形成された少なくとも
上端が開口した中空体であり、側壁に前記掘削手段に対
向して土砂投入口が開設されたものとすると良い。

【０００８】また、掘削手段の保持体が、立坑の壁面に
対して係脱自在な支持手段によって、立坑の中心部に、
鉛直軸を中心にして回転自在に支持され、前記保持体の
中心部に掘削土の排出通路を鉛直方向に形成し、該排出
通路のまわりを前記掘削手段が旋回するようにし、前記
保持体は、内部にキブルバケットが昇降可能な前記排出
通路が形成された少なくとも上端が開口した中空体であ
り、側壁に前記掘削手 段に対向して土砂投入口が開設さ
れたものとした。

【０００９】特に、上下に張設されたロープを全体とし
て筒状をなすように柵状に複数列設して、その内部を掘
削土排出用のキブルバケットが昇降するようにすると好
ましい。

【００１０】また、前記支持手段が、前記掘削手段の支
持部を挟んで前記保持体の上下両端部に設けられ、前記
保持体の下端部に設けられた前記支持手段が、立坑の底
面に当接する接地手段を備えていると良い。

【００１１】そして、立坑施工全体を効率化するには、
上下両端が開口した掘削土の排出通路が鉛直方向に設け
られた立坑掘削装置と、土留め材料を立坑の掘削壁面に
向けて遠心投射する立坑内壁ライニング装置とを使用
し、前記立坑掘削装置による掘削工程に続いて、懸吊手
段に吊持された前記立坑内壁ライニング装置を、前記立
坑掘削装置の前記排出通路を通って該立坑掘削装置の下
方に配置して土留めを行うようにすると良い。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された実施
形態に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明に基づく立坑掘削装置を用
いた円形断面をなす立坑の掘削状況を示している。この
立坑掘削装置１は、上下両端が開口した真円筒状のセン
ターパイプ２と、これを立坑Ａの中心部に支持する上部
並びに下部の支持体３・４と、これらの間においてセン
ターパイプ２に保持されたバックホウ５と、この側方に
おいてセンターパイプ２に吊持された運転室６と、バッ
クホウ５の反対側でセンターパイプ２に保持された削岩
機７とを有している。

【００１４】センターパイプ２は、上部支持体３の中心
部において相対回動可能かつ軸線方向移動不能に支持さ
れており、図示しない油圧モータによって上部支持体３
に対して相対回動されるようになっている。このセンタ
ーパイプ２の内部には、有底円筒状のキブルバケット８
が坑外のクレーンに吊持された状態で挿通されるように
なっており、このキブルバケット８の導入が円滑になさ
れるように、上端の開口部が拡径されている。また、セ
ンターパイプ２の軸線方向中間部には、後述するバック
ホウ５のバケット９に対向して、土砂投入口１０が開設
されており、この土砂投入口１０の下端縁部に、立坑Ａ
の底面に支持されたキブルバケット８の開口が位置する
ようになっている。

【００１５】上部支持体３には、円弧状に曲成されたシ
ュー１１を備えた上部グリッパ１２が周方向に等間隔を
おいて３つ設けられている。この上部グリッパ１２は、
内蔵された油圧シリンダによって径方向に伸縮し得るよ
うになっており、伸長した上部グリッパ１２のシュー１
１が立坑Ａの側面に当接して、掘削時の反力を得ること
ができる。

【００１６】これら３つの上部グリッパ１２の延出部に
は各々、本立坑掘削装置１全体を吊持するための連結具
１３が設けられており、この連結具１３に吊りロープ１
４が連結され、それぞれ孔外に設けられた３基のウイン
チによって同時に昇降されるようになっている。この吊
りロープ１４は、上部並びに下部の両支持体３・４によ
って本立坑掘削装置１が立坑Ａに対して固定されると、
弛緩させた上でバックホウ５による掘削作業を行う。

【００１７】上部支持体３の上部には、多数の滑車１５
がセンターパイプ２の外周面に沿って列設されており、
これらの滑車１５と、これらに対向して立坑Ａの孔口に
設けられた多数の滑車とに１本のロープが交互に巻き懸
けられ、全体として略真筒状をなすガイド柵１６が形成
されている。このガイド柵１６は、内部をキブルバケッ
ト８が昇降するようになっており、センターパイプ２の
上端開口と立坑Ａの孔口との間でキブルバケット８を案
内するものである。このガイド柵１６をなすロープの一
端は、本立坑掘削装置１に対して固定されており、その
他端を孔外に設けられたウインチで引張することでロー
プ全体が張設されるようになっている。

【００１８】なお、この上部支持部３は、立坑Ａを上下
に仕切るように大径に形成して、防護用の天蓋を兼ねる
ように構成しても良い。

【００１９】バックホウ５は、従来のショベル系掘削機
のバックホウアタッチメントと略同様に、バケット９が
ブーム１７並びにアーム１８を介して保持されており、
これらに各々対応したブーム、アーム並びにバケットの
各シリンダ１９・２０・２１によって油圧動作されるよ
うになっている。このように掘削手段にバックホウシス
テムを採用すると、以下に説明するように簡易な構成で
強力かつ正確な掘削を実現することができる。

【００２０】ブーム１７は、センターパイプ２を挟み込
むように概ねコ字形状に形成されており、その一対の基
端部が、センターパイプ２の外周面から後方に延出した
一対の支持部材によって軸支されている。このブーム１
７には、これを上下動させるためのブームシリンダ１９
が上方に一対設けられており、そのシリンダチューブ１
９ａのピストンロッド１９ｂ側の端部がセンターパイプ
２の外周面から延出した支持部材に枢着されると共に、
ロッド１９ｂの先端がブーム１７の前後方向中間部やや
基端寄りの上面に枢着されている（図２参照）。これら
のブームシリンダ１９によってブーム１７を押し下げる
と、バケット９の爪を地山に食い込ませることができ、
本立坑掘削装置１の自重を利用した強力な掘削が可能で
ある。

【００２１】アーム１８は、その基端部がブーム１７の
遊端に設けられた軸支部２２に枢着されている。このア
ーム１８を前後に動作させるアームシリンダ２０が、ブ
ーム１７の下方に一対設けられており、ブーム１７の基
端部分にシリンダチューブ２０ａのヘッド側が枢着され
ると共に、アーム１８の長手方向中間部から左右両側に
張り出した一対のステー２３の先端部にピストンロッド
２０ｂの先端が枢着されている。これらのアームシリン
ダ２０によってアーム１８を水平方向に強力に引き寄せ
ることができる。

【００２２】バケット９は、従来のバックホウアタッチ
メントと同一のものであり、これをチルト動作させるバ
ケットシリンダ２１が、アーム１８に沿って１基設けら
れている。このバケットシリンダ２１は、シリンダチュ
ーブ２１ａのベース側がアーム１８の背面に枢着される
と共に、ピストンロッド２１ｂの先端がバケット９に連
結されたリンク２４に枢着されており、このバケットシ
リンダ２１を伸縮動作させることで、所望の掘削角を得
ると共に、掘削土を保持して土砂投入口１０に投入する
積み込み動作を行うことができる。

【００２３】運転室６は、バックホウ５の上下動するブ
ーム１７と干渉しないようにセンターパイプ２に吊設さ
れており、バックホウ５や削岩機７と共に旋回し得るよ
うになっている。この運転室６には、例えば、バックホ
ウ５並びに削岩機７に対応した操作レバーが、回転式シ
ートを挟んで両側に各々に対向して配設されており、バ
ックホウ５並びに削岩機７の動作を目視しながら操作す
ることができる。また、センターパイプ２並びにブーム
１７を挟んでこの運転室６の反対側には、油圧制御装置
等が収容された図示しない駆動ユニットが、センターパ
イプ２に吊設されている。

【００２４】削岩機７は、フォアバイリング削孔により
転石や岩盤に穿孔破砕するものであり、センターパイプ
２に枢着された支持部材に支持され、上下、前後並びに
チルトの各動作が可能なように複数の油圧シリンダが設
けられている。

【００２５】下部支持体４は、センターパイプ２の下端
部に相対回転可能かつ軸線方向移動不能に連結されてお
り、先端部にジャッキシリンダ２５を備えたアウトリガ
２６が、周方向に等間隔をおいて３脚設けられ、ジャッ
キシリンダ２５を上下に伸縮させて立坑Ａの不整な底面
に対してレベリングを行うようになっている。なお、こ
のアウトリガ２６は例えば直径方向に２脚設けるように
しても良い。

【００２６】このアウトリガ２６には、立坑Ａの側面に
当接してセンターパイプ２を支持する下部グリッパ２７
が設けられいる。この下部グリッパ２７は、上部支持体
３の上部グリッパ１２と同様に円弧状に曲成されたシュ
ー２８を備えており、ジャッキシリンダ２５と干渉する
ことなくアウトリガ２６の水平部に沿って摺動可能に取
り付けられ、油圧シリンダ２９によって径方向に変位し
得るようになっている。この下部グリッパ２７と、上記
の上部グリッパ１２とが協動して、掘削時のセンターパ
イプ２の横ぶれを防ぐことができる。

【００２７】実際に掘削を行うには、まず、このアウト
リガ２６のジャッキシリンダ２５の接地部分を除く地山
が掘削される。図２中に２点鎖線で示すように、バック
ホウ５のバケット９がセンターパイプ２の直下に回り込
むことができるようなっている。このため、従来の自走
式掘削機では不可能であった装置下方の掘削が可能であ
る。

【００２８】一方、アウトリガ２６が接地していた掘り
残し部分は、ジャッキシリンダ２５を縮退させ、下部支
持体４を旋回させてアウトリガ２６の位置をずらした上
で、本立坑掘削装置１を設置し直すことで、掘削可能で
ある。この動作を繰り返し行って、掘削が進められる。

【００２９】このようにして、バックホウ５や削岩機７
によって地山を掘削して土砂を坑外に搬出するといった
一連の掘削工程を経て立坑が所定深度まで掘り下げられ
ると、立坑Ａの掘削壁面に土留め用コンクリートライニ
ング層を形成するための土留め工程に移行するが、図３
に示すような立坑内壁ライニング装置３１を用いること
で、本立坑掘削装置１を立坑内から撤去することなく施
工可能である。

【００３０】この立坑内壁ライニング装置３１は、特願
平７−７９４６９号を初めとして本件出願人が先に提案
したものであり、材料タンク３２に収容されたコンクリ
ートが、材料タンク３２の下部に設けられた落下筒３３
内で急結剤と混合された上で、落下筒３３の下端に設け
られたインペラ３４から立坑Ａの側面に向けて遠心投射
されるようになっている。

【００３１】この立坑内壁ライニング装置３１は、これ
を微速上下動させるためのチェンブロック３５を介して
坑外のクレーンで吊り下げられており、キブルバケット
８と同様にガイド柵１６の内部を通ってセンターパイプ
２の内部に挿通され、この下端開口から下方に抜け出
て、立坑Ａの中心線に沿ったライニング開始位置に配置
される。

【００３２】この立坑内壁ライニング装置３１を作動さ
せると、インペラ３４から遠心投射されたコンクリート
が、小塊となって広い範囲に飛散し、立坑Ａの内壁面に
衝突して次々に堆積して周方向に均一な厚さを有する強
固なコンクリートライニング層が形成される。これと同
時に、チェンブロック３１を動作させて、立坑内壁ライ
ニング装置３１を昇降させると、インペラ３４による立
坑Ａの内壁面へのコンクリートの投射位置が変位し、深
さ方向において均一な厚さのコンクリートライニング層
が円滑にかつ能率よく形成される。

【００３３】

【発明の効果】このように本発明によれば、掘削手段の
保持体を支持手段によって立坑の壁面に対して固定する
ようにしたため、自走式掘削機に比較して大きな反力を
得ることができ、掘削手段を大型化することが可能とな
る。そして、掘削手段の保持体が立坑の中心部に鉛直軸
を中心にして回転自在に支持されたことで、立坑の底面
全体を均等に掘削することが可能となる。

【００３４】そして、バックホウのように、バケット等
の掘削部を保持する屈伸自在な腕部材を備えた掘削手段
を採用すると、簡易な構成で強力かつ正確な掘削を実現
することができる。しかも、この掘削手段の腕部材の基
部を保持体の両側に分岐させて、保持体を挟んで掘削部
と相反する側で保持体に枢支させるようにすると、作業
スペースが制約された狭小な立坑内に大型の掘削手段を
配置することが可能となる。したがって、容量の増大に
よる土砂掘削の効率化はもとより、掘削力が高まること
によって硬質土や軟岩の掘削が容易となり、掘削作業の
効率を高める上 で極めて顕著な効果がある。しかも、腕
部材の遊端側が立坑の内壁に干渉することなく、遊端の
上下変位量を大きく確保することが可能となることか
ら、掘削深度を上げることができる上、作業半径を大き
くとることが可能となることから、大小の口径の異なる
立坑に対応可能となる。

【００３５】特に、保持体の中心部に掘削土の排出通路
を形成して、そのまわりを掘削手段が旋回するようにす
ると、立坑の中心線を含む垂直平面上で掘削手段を動作
させるだけで掘削土の積み込みが可能となるため、積み
込み軌跡を大幅に短縮することができ、積み込み作業に
要する時間が大幅に短縮化され、掘削作業の効率が高め
られる。従来のバックホウシステムにおいては、掘削土
積み込み時の旋回動作が作業時間中に大きな比率を占め
ており、これが不用となることは掘削作業の効率を高め
る上で極めて効果的である。

【００３６】これに加えて、掘削手段の保持体を中空に
形成してその内部にキブルバケットを挿通させて掘削土
を搬出するようにすると、積み込み時においてキブルバ
ケットが安定して保持されることから、これを縦長に形
成して大容量化することが可能となり、積み込み効率を
向上させることができる。

【００３７】また、上下に張設されたロープを全体とし
て筒状をなすように柵状に複数列設して、その内部を掘
削土排出用のキブルバケットが昇降するようにすると、
キブルバケットが好適に案内されるため、キブルバケッ
トの巻き上げを高速化することが可能となり、排土時間
を大幅に短縮することができる。従来、掘削土が積み込
まれたキブルバケットを高速で巻き上げることは、荷振
れの原因となり、立坑側面に接触して土砂が落下する等
安全上好ましくなかった。このため、掘削の１サイクル
中における排土時間の占める割合が大きかったのに対
し、本発明のようにすると搬出時間が大幅に短縮される
ことから、上述の積み込み作業の効率化と相俟って、掘
削作業の効率を飛躍的に向上させることができる。

【００３８】さらに、支持手段が、掘削手段の枢支部を
挟んで保持体の上下両端部に設けられていると、掘削時
における保持体の横ぶれを防ぎ、安定した掘削を行うこ
とができる。特に、保持体の下端部に設けられた支持手
段に、立坑の底面に当接する接地手段を設けると、本立
坑掘削装置をより一層安定させると共に、立坑の側面に
係合する他の支持手段の負担を軽減して立坑の側面を保
護することができる。

【００３９】以上のような立坑掘削装置に設けられた掘
削土の排出通路を利用して、立坑内壁ライニング装置を
その下方に配置して土留めを行うようにすると、立坑掘
削装置を立坑内から撤去することなく土留めの施工が可
能となり、立坑施工全体の効率を高める上で極めて効果
的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に基づき構成された立坑掘削装置による
円形断面をなす立坑の掘削施工状況を示す斜視図。

【図２】図１に示した立坑掘削装置による掘削施工状況
を示す側面図。

【図３】図１に示した立坑掘削装置と併用される立坑内
壁ライニング装置による土留め施工状況を示す側面図。

【符号の説明】

１ 立坑掘削装置 ２ センターパイプ ３ 上部支持体 ４ 下部支持体 ５ バックホウ ６ 運転室 ７ 削岩機 ８ キブルバケット ９ バケット １０ 土砂投入口 １１ シュー １２ 上部グリッパ １３ 連結具 １４ 吊りロープ １５ 滑車 １６ ガイド柵 １７ ブーム １８ アーム １９ ブームシリンダ ２０ アームシリンダ ２１ バケットシリンダ １９ａ・２０ａ・２１ａ シリンダチューブ １９ｂ・２０ｂ・２１ｂ ピストンロッド ２２ 軸支部 ２３ ステー ２４ リンク ２５ ジャッキシリンダ ２６ アウトリガ ２７ 下部グリッパ ２８ シュー ２９ 油圧シリンダ ３１ 立坑内壁ライニング装置 ３２ 材料タンク ３３ 落下筒 ３４ インペラ ３５ チェンブロック Ａ 立坑

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−346682（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 1/03 - 1/08

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削手段の保持体が、立坑の壁面に対
   して係脱自在な支持手段によって、立坑の中心部に、鉛
   直軸を中心にして回転自在に支持され、 前記掘削手段は、掘削部を保持する屈伸自在な腕部材を
   備え、前記保持体の左右両側に分岐された前記腕部材の
   基部が、前記保持体を挟んで前記掘削部と相反する側
   で、前記保持体に枢支された ことを特徴とする立坑の掘
   削装置。
2. 【請求項２】 前記保持体の中心部に掘削土の排出通
   路を鉛直方向に形成し、該排出通路のまわりを前記掘削
   手段が旋回するようにしたことを特徴とする請求項１に
   記載の立坑の掘削装置。
3. 【請求項３】 前記保持体は、内部にキブルバケット
   が昇降可能な前記排出通路が形成された少なくとも上端
   が開口した中空体であり、側壁に前記掘削手段に対向し
   て土砂投入口が開設されたことを特徴とする請求項２に
   記載の立坑の掘削装置。
4. 【請求項４】 掘削手段の保持体が、立坑の壁面に対
   して係脱自在な支持手段によって、立坑の中心部に、鉛
   直軸を中心にして回転自在に支持され、 前記保持体の中心部に掘削土の排出通路を鉛直方向に形
   成し、該排出通路のまわりを前記掘削手段が旋回するよ
   うにし、 前記保持体は、内部にキブルバケットが昇降可能な前記
   排出通路が形成された少なくとも上端が開口した中空体
   であり、側壁に前記掘削手段に対向して土砂投入口が開
   設された ことを特徴とする立坑の掘削装置。
5. 【請求項５】 上下に張設されたロープを全体として
   筒状をなすように柵状に複数列設して、その内部を掘削
   土排出用のキブルバケットが昇降するようにしたことを
   特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の立
   坑の掘削装置。
6. 【請求項６】 前記支持手段が、前記掘削手段の支持
   部を挟んで前記保持体の上下両端部に設けられ、 前記保持体の下端部に設けられた前記支持手段が、立坑
   の底面に当接する接地 手段を備えた ことを特徴とする請
   求項１乃至請求項５のいずれかに記載の立坑の掘削装
   置。
7. 【請求項７】 上下両端が開口した掘削土の排出通路
   が鉛直方向に設けられた立坑掘削装置と、土留め材料を
   立坑の掘削壁面に向けて遠心投射する立坑内壁ライニン
   グ装置とを使用し、前記立坑掘削装置による掘削工程に
   続いて、懸吊手段に吊持された前記立坑内壁ライニング
   装置を、前記立坑掘削装置の前記排出通路を通って該立
   坑掘削装置の下方に配置して土留めを行うようにしたこ
   とを特徴とする立坑の構築方法。