JP3174023B2 - 立坑掘削用ケーシング及び立坑掘削工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、地盤にマンホー
ル等を構築する場合に用いられる立坑掘削用ケーシング
及びそのケーシングを用いた立坑掘削工法に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】地盤に立
坑を構築する工法として、鋼製円筒体の掘削ケーシング
を用い、沈設機により揺動又は回転を加えながら圧入を
行い、内部土砂の排出を行うことにより立坑を掘削する
工法が知られている（例えば、「月刊推進技術」１９９
７年Ｎｏ．５ 社団法人日本下水道管渠推進技術協会発
行）。

【０００３】しかしながら上記の掘削工法によると、地
盤中に礫質土層、固結粘土層、砂質土層或いは硬軟互層
があると掘削ケーシングが垂直に圧入されず傾きが生じ
たり、掘削スピードが著しく低下する。また、沈設機の
揺動トルク或いは回転トルクにも限度があるため、掘削
地盤の締め付け力が高くなると掘削スピードが低下し、
多大な作業時間を要することになる。

【０００４】そこで、この発明は、上記のごとき難掘削
地層に遭遇しても迅速に立坑を掘削できる掘削用ケーシ
ング及びそのケーシングを用いた掘削方法を提供するこ
とを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの立坑掘削用ケーシングに関する発明は、鋼製円筒体
でなる先端ケーシングの上部にこれと同一径の１又は複
数の鋼製円筒体でなる上部ケーシングを着脱自在の結合
部により同芯状態に結合して成り、上記の先端ケーシン
グの内面下端部に周方向に所要の間隔をおいて所要数の
ウォータジェットノズルを取付けると共に、該先端ケー
シングの内面に上記ウォータジェットノズルに接続され
た供給パイプを上下方向に固定し、上記の上部ケーシン
グの内面に上記供給パイプと対向した供給ホースを上下
方向に固定し、上記の先端ケーシングの供給パイプと上
記の上部ケーシングの供給ホース相互及び上部ケーシン
グが複数の場合はそれらの供給ホース相互を着脱自在に
接続するようにしたものである。

【０００６】上記の先端ケーシングの上部に１又は複数
の上部ケーシングを着脱自在に結合する結合部の構造
は、下位のケーシングの内面上端に設けた左右一対の位
置決め案内片の対向面に、下方に至るに従い相互に接近
するテーパ状の案内面を形成し、上位のケーシングの内
面下端に上記案内面間に嵌入するテーパ状の位置決め突
起を形成し、上記位置決め突起の内面に上記位置決め案
内片の内面に重さなる固定片を設け、上記固定片と位置
決め案内片とをボルトにより固定するようにした構成を
とることができる。

【０００７】また、上記の課題を解決するための立坑掘
削方法に関する発明は、上述の立坑掘削用ケーシングを
用い、その先端ケーシングを地表面の所定位置に建込
み、沈設機により該先端ケーシングをその中心線のまわ
りで揺動又は回転させつつ圧入を行い、同時に高圧水を
ウォータジェットノズルから噴射して該先端ケーシング
を沈下せしめ、次いでその内部土砂の排出を行ったの
ち、該先端ケーシング上に上部ケーシングを結合すると
共に、該先端ケーシングの供給パイプに該上部ケーシン
グの供給ホースを接続し、その後沈設機により上部ケー
シングをその中心線のまわりで揺動又は回転させつつ圧
入を行い、同時に高圧水を上記供給ホースに供給しウォ
ータジェットノズルから噴射させて沈下せしめ、次いで
内部土砂の排出を行い、以下立坑の深さに応じて他の上
部ケーシングを結合して同様の作業を繰返すようにした
ものである。

【０００８】なお、全ての掘削用ケーシングの圧入と土
砂の排出を終え、立坑の掘削を完了したのちは、該掘削
用ケーシングの内側にコンクリート管等を建て込んだの
ち、ケーシングを引き抜く。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を添付
図面に基づいて説明する。図１から図４は立坑掘削用ケ
ーシングに関するものであり、このケーシングは、図１
に示すように鋼製円筒体でなる先端ケーシング１と、同
一径の１又は複数の鋼製円筒体でなる上部ケーシング２
とにより構成される。

【００１０】先端ケーシング１は、図１及び図２に示す
ように内面下端部に周方向に所定の間隔をおいて所要数
のウォータジェットノズル３が取付けられ、そのウォー
タジェットノズル３に接続された供給パイプ４が内面に
沿って上下方向に配置される。各供給パイプ４は取付け
金具５、５により固定され、その上端に接続ホース６を
介して雌継手７が取付けられる。上記のウォータジェッ
トノズル３の数は、先端ケーシング１の径の大きさ、掘
削時の揺動ストローク等を考慮して適宜選定される。供
給パイプ４は掘削時の土砂抵抗に耐え得るような金属パ
イプ、その他の剛性の高いパイプが用いられる。

【００１１】上記の供給パイプ４に対応して上部ケーシ
ング２の内面に供給ホース８が上下方向に配置され、そ
の下端部を取付け金具９により固定している。その供給
ホース８の下端に雄継手１１が設けられ、また上端に雌
継手７が設けられる。

【００１２】上部ケーシング２は、後述のように掘削時
において土砂抵抗は受けないので、供給ホース８はフレ
キシブルな通常のホースでよい。

【００１３】２段目以降の上部ケーシング２にも同様の
供給ホース８が取付け金具９により取付けられ、その下
端に雄継手１１、上端に雌継手７が設けられる。

【００１４】先端ケーシング１の上端の雌継手７と１段
目の上部ケーシング２の下端の雄継手１１により着脱自
在の接続部１２が構成される。また１段目以降の各上部
ケーシング２相互間、及び最上段の上部ケーシング２と
外部ホース１３との接続においても同様の接続部１２が
構成される。なお、これらの接続部１２は、いわゆるワ
ンタッチカプラーが用いられる。

【００１５】また、先端ケーシング１と１段目の上部ケ
ーシング２相互の結合部１０は、中心対称の２箇所に設
けられる（図４参照）。各結合部１０は、図３に示すよ
うに、先端ケーシング１の内面上端において設けられた
左右一対の位置決め案内片１４、上部ケーシング２の内
面下端に設けられた位置決め片１５及びその位置決め片
１５の内面に一体に固着された固定片１６及びボルト１
７により構成される。

【００１６】上記の一対の位置決め案内片１４、１４
は、その対向面に下方に至るに従い相互に接近する傾斜
をもったテーパ状の案内面１８、１８が形成され、ま
た、各位置決め案内片１４にねじ孔１９が設けられる。

【００１７】また、上記の位置決め片１５は上部ケーシ
ング２の内面下端から下方へ突出するテーパ状の位置決
め突起２１を有し、その位置決め突起２１が位置決め案
内片１４の案内面１８の相互間に上方から嵌入される。
これにより先端ケーシング１と上部ケーシング２は、同
芯状態に積み重ねられ、かつ周方向に係合される。上記
の固定片１６は前記の位置決め案内片１４の内面に重な
る部分を有し、その部分に段付き孔２２が形成される。
前記のボルト１７はその段付き孔２２に挿通され前記の
ネジ孔１９に螺合される。これにより、先端ケーシング
１と上部ケーシング２が結合一体化される。２段目以降
の上部ケーシング２相互間の結合部１０も上述の場合と
同一構成である。

【００１８】以上先端ケーシング１と上部ケーシング２
とにより構成される立坑掘削用ケーシングを地盤中に押
込む沈設機２４は、例えば図１及び図４に示すように、
地上に設置される固定フレーム２５、揺動シリンダー２
６、昇降ジャッキ２７及びチャック２８とから成る。

【００１９】チャック２８は、半環状のチャックアーム
２９の一端相互をヒンジ３１により開閉自在に連結し、
他端相互をボルト３２により連結して環状となるように
したものである。

【００２０】揺動シリンダー２６は２本用いられ、図４
に示すように、チャック２８の外周面の接線の方向に平
行かつ反対向きに配置される。各揺動シリンダー２６
は、固定フレーム２５に対し回動自在性に固定され、ま
たピストンロッド３３の先端がチャック２８の中心対称
の２箇所の取付け部２０に回動の自在性をもって取付け
られる。

【００２１】上記の２本の揺動シリンダー２６は、前記
のように平行かつ反対向きに配置されるため、それらの
ピストンロッド３３を往復運動させることにより、チャ
ック２８をその中心線のまわりに一定の回動角度をもっ
た往復運動、即ち、揺動を生じさせることができる。

【００２２】また、前記の昇降ジャッキ２７は、各揺動
シリンダー２６のピストンロッド３３の取付け部の近傍
において２本づつ上下方向に配置される。これらの昇降
ジャッキ２７は、固定フレーム２５の上部に取付けられ
ると共に、そのピストンロッド３４（図１参照）がチャ
ック２８の上面に取付けられ、チャック２８を昇降させ
る。

【００２３】なお、上記の揺動シリンダー２６及び昇降
ジャッキ２７に油圧を供給する油圧ユニット、土砂排出
用のバケット３５のクレーンの図示を省略している。

【００２４】上述した先端ケーシング１、上部ケーシン
グ２から成る立坑掘削用ケーシング及び沈設機２４を用
いて立坑を掘削する方法は、図５（ａ）〜（ｅ）に示す
ように、まず、先端ケーシング１を地盤表面に建込み、
外部ホース１３と供給パイプ４とを接続し、また沈設機
２４のチャック２８により先端ケーシング１の外周を把
持する。揺動シリンダー２６及び昇降ジャッキ２７を駆
動して先端ケーシング１の揺動・圧入を行うと同時にウ
ォータジェットノズル３から圧力水を噴射しつつ掘削を
行う（（ａ）図）。圧入の途中で昇降ジャッキ２７のス
トロークが限界に達すると、圧入を一時的に停止してチ
ャック２８の位置を上方に移動させる。

【００２５】先端ケーシング１が所定深さまで押込まれ
るとバケット３５により先端ケーシング１内の土砂を排
出する（（ｂ）図）。次に先端ケーシング１の上端に１
段目の上部ケーシング２を載せ、係合部１３（図１、図
２参照）によりケーシング１、２相互を芯合わせしつつ
結合一体化する。また、これと同時に、供給パイプ４と
供給ホース８とを接続部１２（図１、図２参照）におい
て接続する。次いで、前記と同様に沈設機２４により上
記の上部ケーシング２と先端ケーシング１に対し揺動・
圧入を行うと同時にウォータジェットノズル３から圧力
水を噴射させつつ掘削を行う（（ｃ）図）。以下、バケ
ット３５により排土を行い（（ｄ）図）、更に必要に応
じて２段目以降のケーシング２を接続して前記と同様の
作業を繰返す。

【００２６】上記の作業を完了したのち、図６（ａ）、
（ｂ）に示すようにケーシング１、２の内側にマンホー
ル用の中空コンクリート躯体（例えば、鉄筋コンクリー
ト管）３０を建て込み、その後ケーシング１、２を引き
抜く。引き抜かれたケーシング１、２は、同様の工法に
再利用される。

【００２７】次に、図７及び図８に示した第２実施形態
は沈設機２４’が全周回転式のものである。この沈設機
２４’は、固定ベース３６上に複数台の昇降ジャッキ３
７により昇降自在に可動ベース３８を支持せしめ、その
可動ベース３８に設けた所要径の支持穴３９の内周縁に
その下方から歯車４３のボス部４０を回転自在に嵌合支
持させている。ボス部４０の上面にチャック４１が一体
化され、そのチャック４１とボス部４０とにより支持穴
３９の内周縁を上下から挟持する。上記の歯車４３に噛
み合うピニオン４４が前記の可動ベース３８に設けら
れ、その可動ベース３８上のモータ４５により該ピニオ
ン４４を介して歯車４３及びこれと一体のチャック４１
を回転するようになっている。

【００２８】チャック４１は、図８に示すように、半円
弧状の固定部材５０の両端部に一対の円弧状のチャック
アーム４６、４６をヒンジピン４７、４７により回動自
在に取付けたものであり、各チャックアーム４６、４６
の先端部相互をボルト４８により締結することにより、
先端ケーシング１や上部ケーシング２の外周面に装着さ
れる。

【００２９】上記のチャック４１と歯車４３は上記のヒ
ンジピン４７により結合一体化される。

【００３０】また、上記の可動ベース３８上には門形の
支持フレーム４９が設けられ、その支持フレーム４９に
ロータリジョイント５１の固定部５２が取付けられる。
ロータリジョイント５１の固定部５２には外部ホース１
３が接続される。ロータリジョイント５１の回転部５３
には前記の供給パイプ４或いは供給ホース８の数と同じ
だけの分配ホース５４が取付けられ、外部ホース１３か
ら供給された圧力水がロータリジョイント５１の内部で
分配される。分配ホース５４の下端は接続部１２を介し
て上部ケーシング２の供給ホース８又は先端ケーシング
１の供給パイプ４に着脱自在に接続される。

【００３１】上記の支持フレーム４９の両方の支持脚５
７は車輪５８を介して案内レール５９上に載る。

【００３２】上記のごとき全周回転式の沈設機２４’を
用いて立坑を掘削する工法は、基本的には前述の場合と
同様であり、相違する点は、チャック４１により先端ケ
ーシング１又は上部ケーシング２を把持し、モータ４５
を駆動して全周回転を行うと共に昇降ジャッキ３７によ
り可動ベース３８を下降させることにより回転と同時に
圧入を行う。圧力水は外部ホース１３からロータリジョ
イント５１を介して供給され、下端のウォータジェット
ノズル（図示省略）から噴射される。

【００３３】なお、分配ホース５４としては、ロータリ
ジョイント５１の回転部５３にトルクを伝達するために
比較的剛性の高いホースを使用することが望ましい。

【００３４】バケット３５により排土を行う際は、上記
のロータリジョイント５１の回転部５３及びこれに接続
された分配ホース５４を取り除き、支持フレーム４９を
案内レール５９に沿って移動させ、ケーシング１、２上
から退避させて作業を行う。

【００３５】なお、上記のごとき全周回転式の沈設機２
４’を用いる場合はウォータジェットノズルの数を揺動
式の場合に比べて少なくすることができる。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る立坑掘削
用ケーシング及びこれを用いた立坑掘削工法は、掘削用
ケーシングを揺動又は回転させつつ圧入するだけでな
く、ウォータジェットノズルにより地盤を掘削するもの
であるから、難掘削地層に遭遇しても、迅速かつ垂直に
圧入することができ、効率よく立坑を掘削することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の断面図

【図２】同上の一部拡大断面図

【図３】（ａ）同上の結合部の断面図 （ｂ）（ａ）図の部分の分解斜視図

【図４】同上の平面図

【図５】（ａ）〜（ｅ）同上の工程図

【図６】（ａ）、（ｂ）同上の工程図

【図７】他の実施形態の断面図

【図８】同上の一部平面図

【符号の説明】

１ 先端ケーシング ２ 上部ケーシング ３ ウォータジェットノズル ４ 供給パイプ ５ 取付け金具 ６ 接続ホース ７ 雌継手 ８ 供給ホース ９ 取付け金具 １０ 結合部 １１ 雄継手 １２ 接続部 １３ 外部ホース １４ 位置決め案内片 １５ 位置決め片 １６ 固定片 １７ ボルト １８ 案内面 １９ ねじ孔 ２０ 取付け部 ２１ 位置決め突起 ２２ 段付き孔 ２４、２４’ 沈設機 ２５ 固定フレーム ２６ 揺動シリンダー ２７ 昇降ジャッキ ２８ チャック ２９ チャックアーム ３０ 中空コンクリート躯体 ３１ ヒンジ ３２ ボルト ３３ ピストンロッド ３４ ピストンロッド ３５ バケット ３６ 固定ベース ３７ 昇降ジャッキ ３８ 可動ベース ３９ 支持穴 ４１ チャック ４３ 歯車 ４４ ピニオン ４５ モータ ４６ チャックアーム ４７ ヒンジピン ４８ ボルト ４９ 支持フレーム ５０ 固定部材 ５１ ロータリジョイント ５２ 固定部 ５３ 回転部 ５４ 分配ホース ５７ 支持脚 ５８ 車輪 ５９ 案内レール

フロントページの続き (72)発明者 宮原 強 滋賀県愛知郡愛知川町大字東円堂961番 地 栗本コンクリート工業株式会社内 (72)発明者 岡本 佳和 滋賀県蒲生郡竜王町大字山面373番地の 47 (56)参考文献 特開 平５−106389（ＪＰ，Ａ) 特公 平１−58317（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 1/00 E21D 1/03 - 1/04 E21D 5/10 E21D 9/08

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼製円筒体でなる先端ケーシングの上部
   にこれと同一径の１又は複数の鋼製円筒体でなる上部ケ
   ーシングを着脱自在の結合部により同芯状態に結合して
   成り、上記の先端ケーシングの内面下端部に周方向に所
   要の間隔をおいて所要数のウォータジェットノズルを取
   付けると共に、該先端ケーシングの内面に上記ウォータ
   ジェットノズルに接続された供給パイプを上下方向に固
   定し、上記の上部ケーシングの内面に上記供給パイプと
   対向した供給ホースを上下方向に固定し、上記の先端ケ
   ーシングの供給パイプと上記の上部ケーシングの供給ホ
   ース相互及び上部ケーシングが複数の場合はそれらの供
   給ホース相互を着脱自在に接続するようにした立坑掘削
   用ケーシングにおいて、上記の先端ケーシングの上部に
   １又は複数の上部ケーシングを着脱自在に結合する結合
   部の構造は、下位のケーシングの内面上端に設けた左右
   一対の位置決め案内片の対向面に、下方に至るに従い相
   互に接近するテーパ状の案内面を形成し、上位のケーシ
   ングの内面下端に上記案内面間に嵌入するテーパ状の位
   置決め突起を形成し、上記位置決め突起の内面に上記位
   置決め案内片の内面に重さなる固定片を設け、上記固定
   片と位置決め案内片とをボルトにより固定するようにし
   たことを特徴とする立坑掘削用ケーシング。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の立坑掘削用ケーシング
   を用い、その先端ケーシングを地表面の所定位置に建込
   み、沈設機により該先端ケーシングをその中心線のまわ
   りで揺動又は回転させつつ圧入を行い、同時に高圧水を
   ウォータジェットノズルから噴射して該先端ケーシング
   を圧入沈下せしめ、次いでその内部土砂の排出を行った
   のち、該先端ケーシング上に上部ケーシングを結合する
   と共に、該先端ケーシングの供給パイプに該上部ケーシ
   ングの供給ホースを接続し、その後沈設機により上部ケ
   ーシング及びこれと結合された先端ケーシングをこれら
   の中心線のまわりで揺動又は回転させつつ圧入を行い、
   同時に高圧水を上記供給ホースに供給しウォータジェッ
   トノズルから噴射させて圧入沈下せしめ、次いで内部土
   砂の排出を行い、以下立坑の深さに応じて他の上部ケー
   シングを結合して同様の作業を繰返す立坑掘削工法。