JP3544029B2 - 立坑掘削機 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は立坑掘削機に係わり、特に、立坑構築物の内側や下側を掘削して立坑構築物を降下させる掘削用カッターを備えた立坑掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ケーソン（立坑構築物）の下方の地盤を掘削してケーソンを降下させる立坑掘削機として特開平４−６２２９１号公報に記載のものがある。この立坑掘削機は、ケーソン底部の隔壁に開口部を設け、この開口部にケーシングパイプを固設し、このケーシングパイプ内にカッターのシャフトを軸支して該カッターを下方へ垂設するとともに、ケーシングパイプ内に設置したモータにより該カッターを回転させて地盤を掘削する構成となっている。シャフトの下端部には排泥口が設けられ、この排泥口よりシャフト内に形成した連通口を介して掘削した土砂と泥水との混合物を排出する。カッターは、シャフト（カッター駆動軸）の下端部の４方向へ突設した脚部にカッターアームを下方に開くにしたがって掘削径が増加するように上下回動自在に枢着し、これらカッターアームの中間部とシャフトの中間部とをエクスパンションシリンダで連結し、エクスパンションシリンダの伸縮によりカッターアームを回動して開閉できるように構成されている。ケーシングパイプの内周面には上下方向に一定の間隔で複数のロックボックスが凹設されており、これらロックボックスの２つに上部フレーム及び下部フレームがロックシリンダにより嵌入固定される。上部フレームと下部フレームとはサポートシリンダにより連結され、下部フレームの中央部にはベアリングを介して上記カッターのシャフト上部が軸支されている。
【０００３】
カッターは、最初はカッターアームを閉じた（すぼめた）状態でケーシングパイプ内に収納されており、下部フレームのロックボックスに対するロックを解除し、サポートシリンダを伸長させることによりカッターを下降させながらケーシングパイプ（開口部）下方の地盤を掘削してゆく。掘削が進み、カッターアームの上端がケーシングパイプ下端の外に出ると下部フレームをケーシングパイプのロックボックスに固定し、エクスパンションシリンダを伸長してカッターアームを開きながら、ケーソン刃口の下方の地盤を更に掘削する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
上記従来技術においては、カッターアームはエクスパンションシリンダを伸長することで回動角が変化し、掘削半径が変化する。この意味でカッターアームは一種の拡径カッターと言える。しかし、このカッターアームは下方に開くにしたがって掘削径が増加する構成であるので、ケーソン刃口の下方の地盤を掘削しているときにケーソンが自重沈下すると、カッターアームの外周部がケーソン刃口と地盤との間に挾まれ、カッターアームを破損するおそれがあった。
【０００５】
また、エクスパンションシリンダを伸長してカッターアームを開いてケーソン刃口の下方の地盤を掘削する時は、下部フレームがケーシングパイプのロックボックスに固定されるので、深さ方向に連続的に掘削することができない。このため、掘削作業が非能率的であるばかりでなく、ケーソン刃口の貫入抵抗の制御が難しく、ケーソンの沈下時期の制御が難しい。
【０００６】
更に、ケーソン底部の隔壁開口部に固設したケーシングパイプ内にモータ等のカッター回転駆動機構や上下支持フレーム、ケーシングパイプのロックボックス、ロックシリンダ、サポートシリンダ等の上下機構が内蔵されているため、カッターが故障したときの回収引上げや再装着が面倒で非能率的である。
【０００７】
また、ケーシングパイプ内に種々の機器が内蔵されているため、ケーソン底部の隔壁開口部の径が大きくならざるを得ず、オープンケーシングに近くなる。ここで、ケーソン底部の隔壁は、立坑掘削完了後、止水のため切羽部にコンクリートを打設する時に地下水圧による打設コンクリートの変形（隆起）を防止し、打設コンクリートの健全性を確保するのに利用できる。しかし、上記のように隔壁開口部の径が大きくなると隔壁強度が低下するので、打設コンクリートの健全性を確保するのに利用できなくなり、隔壁を設けた意味がなくなる。
【０００８】
また、カッターの上下機構は上下支持フレーム、ロックシリンダ、サポートシリンダ等からなり、構成が複雑である上、ケーシングパイプはカッター回収後にケーソン底部の隔壁に残置するが、ケーシングパイプは上記のようにカッター上下機構の一部を構成しているため、高価である。更に、上記のように隔壁開口部の径が大きくなるため下部フレームの断面積も大きくなり、それに水圧が働くため大きな揚力がサポートシリンダに働き、サポートシリンダの容量は大きくなる。これらの理由により立坑掘削機は高価となる。
【０００９】
更に、上記のように従来技術はカッターアームを開いた状態では深さ方向に連続的に掘削できないものであるが、仮にできたとしても、カッターと立坑構築物の刃口との位置関係を把握できないので、安全に能率良く掘削することができない。
【００１０】
本発明の第１の目的は、カッターが立坑構築物の刃口と地山の間には挾まれることなく、カッターの掘削径を自在に変更することができる立坑掘削機を提供することである。
【００１１】
本発明の第２の目的は、カッターの掘削径の如何に係わらず深さ方向に連続的に掘削することができ、立坑構築物の沈下を適切に制御できる立坑掘削機を提供することである。
【００１２】
本発明の第３の目的は、カッターが故障したときに、容易に回収引上げ及び再装着ができる立坑掘削機を提供することである。
【００１３】
本発明の第４の目的は、立坑構築物の底部隔壁に設けた小さな回収穴からカッターを回収できる立坑掘削機を提供することである。
【００１４】
本発明の第５の目的は、構造が簡単で安価な立坑掘削機を提供することである。
【００１５】
本発明の第６の目的は、カッターと立坑構築物の刃口との位置関係を適確に把握でき、カッターの掘削径を任意に変え、深さ方向に安全に能率良く掘削できる立坑掘削機を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記第１の目的を達成するために、立坑構築物の内側と下側を掘削するための掘削用カッターを備えた立坑掘削機において、前記掘削用カッターは、カッター駆動軸と、前記カッター駆動軸の下端近傍に折り曲げ自在に支持された放射状の複数のカッタースポークを持つ主カッターと、前記複数のカッタースポークの少なくとも一部のものに外側上方に回転するにしたがって掘削径が増加するように水平ピンを介して回転可能に取り付けられた拡径カッターとを有し、前記拡径カッターの回転中心である水平ピンは前記立坑構築物の内面より内周側に位置し、前記拡径カッターのカッター形状は、拡径カッターの回転中心からカッター刃先までの距離が回転方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるような形状である構成とする。
【００１７】
また、上記第２及び第５の目的を達成するため、前記立坑構築物は刃口の上方部分に隔壁を有し、この隔壁に前記カッター駆動軸が通るカッター回収穴が形成される構成とする。この場合、一実施形態では、前記隔壁より上方で前記カッター駆動軸の上端付近に係合し前記掘削用カッターを回転させるカッター回転駆動装置と、前記カッター駆動軸の上端を支持し前記掘削用カッターを吊下げるカッター吊下げ手段とを更に備える。
【００１８】
また、上記第３の目的を達成するために、前記カッター回収穴の上方へ伸び内部を前記カッター駆動軸が通る中空のシャフトを更に備え、前記シャフトの上端は大気側に開放される構成とする。
なお、前記シャフトの上端は大気側に対して密閉されていてもよい。
【００１９】
更に、上記第４の目的を達成するために、前記掘削用カッターは、前記カッター駆動軸に設けられたピストン部及び前記ピストン部に嵌め合い摺動するシリンダー部からなるジャッキと、前記ジャッキのシリンダー部を前記カッタースポークに連結する複数のアームとで構成されるカッターすぼめ機構を更に有する構成とする。
【００２０】
また、上記第４の目的を達成するために、前記複数のカッタースポークは、これらカッタースポークをすぼめたときに外径端部分の径が小さくなるように折り曲げ部を有する構成とする。
【００２１】
更に、上記第４の目的を達成するために、前記拡径カッターは、前記カッタースポークをすぼめたときに前記カッター駆動軸に干渉しない位置に取り付けられる構成とする。具体的には、前記掘削用カッターは、前記カッタースポークをすぼめたときに前記カッター駆動軸に干渉することなく交差するよう前記カッタースポークの外径端に位置をずらして取付けられた支持部材を更に有し、前記拡径カッターは前記支持部材に取り付けられている。
【００２２】
また、上記第６の目的を達成するために、前記カッタースポークの折曲げ状態を検出するセンサと、前記拡径カッターの拡径位置を検出するセンサと、前記立坑構築物の刃口に対する前記掘削用カッターの上下方向の位置を検出するセンサとを更に備える構成とする。この場合、好ましくは、前記センサからの情報に基づき前記掘削用カッターと前記立坑構築物の刃口との位置関係を表示する手段を更に備える。
【００２３】
【作用】
第１の目的に係わる本発明では、掘削用カッターを、カッター駆動軸の下端近傍に折り曲げ自在に支持された放射状の複数のカッタースポークを持つ主カッターと、複数のカッタースポークの少なくとも一部のものに回転可能に取付けられた拡径カッターとで構成することにより、主カッターは立坑構築物の内面より内周側を掘削し、拡径カッターは、カッタースポークを最大に拡げたとき、立坑構築物の刃口の下側において主カッターの外側から立坑構築物の刃口の外周までの間を掘削し、その間で掘削径を自在に変更することができる。また、カッタースポークに対して設けられる拡径カッターの回転中心を立坑構築物の内面より内周側に位置させることにより、立坑構築物が沈下してきたとき立坑構築物がカッタースポークにぶつからなくなるとともに、拡径カッターを上方に回転するにしたがって掘削径が増加するように回転可能に取付けることにより、拡径カッターは下方に押されたときに内周側に回転可能となり、立坑構築物が沈下してきたとき拡径カッターの上部に立坑構築物の刃口がぶつかっても、拡径カッターは刃口の押し下げ力により内周側に回転して引き込まれる。したがって、主カッター及び拡径カッターが立坑構築物の刃口と地山の間に挾まれることはなく、カッターを破損することを防止できる。
【００２４】
また、そのとき、拡径カッターのカッター形状を、拡径カッターの回転中心からカッター刃先までの距離が拡径方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるようにすることにより、立坑構築物の沈下時に拡径カッターが刃口で押し下げられるとき、拡径カッターは下方に無理無く回転し、拡径カッターが立坑構築物の刃口と地山の間に挾まれることが確実に防止できる。
【００２５】
第２及び第５の目的に係わる本発明では、立坑構築物の刃口上方部分に隔壁を設け、この隔壁にカッター駆動軸が通るカッター回収穴を形成することにより、隔壁より上方でカッター駆動軸の上端付近にカッター回転駆動装置を係合させ掘削用カッターを回転させるとともに、カッター駆動軸の上端をカッター吊下げ手段で支持し掘削用カッターを吊下げることが可能となり、これにより掘削径の如何に係わらず掘削用カッターを自重で下方に移動させながら深さ方向に連続的に掘削し、立坑構築物の刃口の沈下を適切に制御できる。また、回収穴にはカッター回転機構や上下機構等の複雑で高価な機構は一切設けられておらず、かつ切羽部の水圧はカッター駆動軸の断面に働くだけで揚力も小さくなるので、構造が簡単で安価な設備にできる。更に、隔壁の回収穴にはカッター回転機構や上下機構を設けないので、回収穴を小さくでき、隔壁強度の低下を最小に抑えられる。このため、立坑掘削完了後、止水のため切羽部にコンクリートを打設する時に隔壁で地下水圧による打設コンクリートの変形（隆起）を防止し、打設コンクリートの健全性を確保できる。
【００２６】
第３の目的に係わる本発明では、カッター回収穴の上方へ伸びる中空のシャフトを設け、このシャフトの上端を大気側に開放することにより、掘削用カッターの故障時に掘削カッターの回収引上げ、再装着が容易となる。
【００２７】
第４の目的に係わる本発明では、カッターすぼめ機構をカッター駆動軸にピストン部を設けたジャッキで構成することにより、カッターすぼめ機構がコンパクトになり、上記のように回収穴を小さくしたとき、この小さい回収穴から掘削用カッターを回収できる。
【００２８】
また、カッタースポークに折り曲げ部を設けることにより、カッタースポークをすぼめたときに外径端部分の径が小さくなり、小さい回収穴から掘削用カッターを回収できる。
【００２９】
更に、拡径カッターをカッタースポークをすぼめたときにカッター駆動軸に干渉しない位置に取り付けることにより、掘削用カッター全体をコンパクトにすぼめることができ、小さい回収穴から掘削用カッターを回収できる。
【００３０】
第６の目的に係わる本発明では、カッタースポークの折曲げ状態を検出するセンサと、拡径カッターの拡径位置を検出するセンサと、立坑構築物の刃口に対する拡径カッターの上下方向の位置を検出するセンサとを設けることにより、運転者は掘削用カッターとケーソン刃口との位置関係を適確に把握し、カッターの掘削径を任意に変え、掘削用カッターを自重で下方に移動させながら安全にかつ能率良く掘削することができる。特に、センサからの情報に基づき掘削用カッターと立坑構築物の刃口との位置関係を表示する手段を更に設けることにより、運転者はその表示を見ながら、深さ方向に安全に能率良く掘削できる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
本発明の第１の実施例を図１〜図１４により説明する。
図１において、１は立坑構築物である円形状のケーソン２の下端に設けられた円形状の刃口であり、本実施例の立坑掘削機は掘削用カッター１００を備え、このカッター１００でケーソン２の内面より内周側とケーソン２の刃口１の下側を掘削する。
【００３２】
刃口１は鋼とコンクリートと鉄筋で製作されており、刃口１がケーソン２の自重又はシールドジャッキ１１（後述）の推力により地山に嵌入し、立坑を下部へ導いて行く。ケーソン２の刃口１の上部には隔壁３７が設けられ、隔壁３７の中央には掘削用カッター１００の回収穴４６（据付時はカッターの投入穴となる）が形成されている。ケーソン２の上部にはもう１つの円形状のケーソン２Ａが位置しており、ケーソン２の隔壁３７より上方部分及びケーソン２Ａはコンクリートと鉄筋で製作されている。
【００３３】
ケーソン２Ａの上部にはシールド推進部１０が設置されている。シールド推進部１０は外周部に位置するシールドハルと呼ばれる鋼製の円筒１０ａを有し、シールドハル１０ａの下端部はケーソン２Ａと連結され、上端部にはテールシール部２１が設けられ、刃口１よりテールシール部２１まで一体となっている。シールド推進部１０には図２に示すようにシールドジャッキ１１が円周状に配置され、上方に構築したセグメント１２に反力をとって刃口１を下方へ押すことができる。シールドジャッキ１１の先端にはセグメント１２に対する角度のずれを吸収するためのスプレッタ２３が設けられている。シールドハル１０ａの上端部のテールシール部２１はセグメント１２とシールドハル１０ａ間をシールし、冷水、土砂漏れを防止する。本実施例では、テールシール部２１において、テールシールが３段に装着されている。
【００３４】
シールド推進部１０の上端部の内周側には井桁上のサポートビーム２０ａと鋼板２０ｂとで床構造が構築され、この床構造の鋼板２０ｂ上に旋回ベアリング２０ｃが設置され、この旋回ベアリング２０ｃ上にセグメント２を組み立てるためのエレクター２０が旋回可能に装備されている。
【００３５】
セグメント１２は鉄筋コンクリートのリングを数分割したものであり、ケーソン２，２Ａ及びシールドハル１０ａが推進された後、地山がむき出しになると山が地下水と共に崩れてくるため、それを防止するためセグメント１２をエレクター２０にてシールドハル１０ａの後部に組み立ててゆく。
【００３６】
掘削用カッター１００は、カッター駆動軸１０１の一部を構成するカッターセンターシャフト７と、カッターセンターシャフト７の下端に取り付けられた主カッター３と、主カッター３の先端に取り付けられた拡径カッター４とで構成されている。主カッター３は、図３及び図４に示すように、カッターセンターシャフト７の下端に放射状に取付けられた４本のリブ３ａと、リブ３ａのそれぞれの先端に上下方向に折り曲げ自在にピン２７により結合された４本の放射状のカッタースポーク３ｂとを有し、カッタースポーク３ｂには図３に想像線３ｃで示すように一定距離下方に突出したカッタービットが取付けられている。また、カッタースポーク３ｂは、図５及び図６に示すようにこれらカッタースポーク３ｂをすぼめたときに外径端部分の径が小さくなるように内径端近傍に折り曲げ部３ｄを有している。カッタースポーク３ｂを最大に拡げたときの外径寸法はケーソン２の内径寸法より少し小さく作ってあり、これにより主カッター３はケーソン２の内面より内周側を掘削し、ケーソン２の刃口１の貫入抵抗を小さくする。
【００３７】
拡径カッター４は４本のカッタースポーク３ｂのうちの対向する２本の外径端部分にピン３５により上方に回転するにしたがって掘削径が増加するように回転可能に取り付けられ、拡径カッター４の側面にはカッタースポーク３ｂに支持されたジャッキ５のピストンがピン結合され、ジャッキ５を伸縮すると拡径カッター４はピン３５を中心として回転動作する。拡径カッター４の回転中心であるピン３５はケーソン２の内周面より内周側に位置している。また、拡径カッター４の想像線４ａで示すカッタービットの取付け形状は、拡径カッター４の回転中心２５からカッター刃先までの距離が回転方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるような形状になっている。
【００３８】
拡径カッター４は縮径時には主カッター３のカッタースポーク３ｂの外径の内側に完全に引き込まれ、拡径カッター４を最大に拡径したときの外径寸法はケーソン２の刃口１の外周寸法とほぼ同じになるように作ってあり、これにより拡径カッター３は、カッタースポーク３ｂを最大に拡げたとき、ケーソン２の刃口１の下側において主カッター３の外側からケーソン２の刃口１の外周までの間を掘削し、ケーソン２の刃口１の貫入抵抗を更に小さくする。なお、刃口１の貫入抵抗を更に下げるには、刃口外周より２〜３ｃｍ更に外周まで掘削できるようにビット４ａの取付け半径を大きくし、オーバカットできるようにする。
【００３９】
以上のように主カッター３でケーソン２の内面より内周側を掘削し、拡径カッター４でケーソン２の刃口１の下側において主カッター３の外側からケーソン２の刃口１の外周までの間を掘削することにより、その間で掘削径を自在に変更することができる。
【００４０】
また、拡径カッター４はケーソン２の刃口１の下側を掘削するため、ケーソン２が自重沈下してきたとき拡径カッター４の上部にケーソン２の刃口１がぶつかる。このような場合、拡径カッター４は上記のように上方に回転するにしたがって掘削径が大きくなるように取付けられているので下方に押されたときに内周側に回転可能であり、刃口１の押し下げ力により内周側に回転して引き込まれる。そして、特にこのとき、拡径カッター４は回転中心であるピン３５からカッター刃先までの距離が回転方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるようなカッター形状をしているため、刃口１の押し下げ力により内周側にスムーズに回転して引き込まれ、拡径カッター４がケーソン２の刃口１と地山の間に挾まれることを確実に防止する。なお、主カッター３のカッタースポーク３ｂの最大の外径寸法はケーソン２の内径寸法より小さく作ってあるので、ケーソン２の沈下時刃口１がカッタースポーク３ｂにぶつかることはない。したがって、ケーソン２が自重沈下してもカッターの破損が防止できる。
【００４１】
また、拡径カッター４は、カッタースポーク３ｂをすぼめたときにカッターセンターシャフト７と干渉しない位置に取り付けられている。すなわち、カッタースポーク３ｂの外径端には、カッタースポーク３ｂをすぼめたときにカッターセンターシャフト７と干渉することなく交差するように、カッターセンターシャフト７に対して所定距離Ｌ（図４参照）だけずれかつカッタースポーク３ｂに対してＬ字状の角度をなして支持ブロック４ｂが取付けられ、拡径カッター４は支持ブロック４ｂの側面に取り付けられている。
【００４２】
主カッター３のカッタースポーク３ｂをピン２７により折曲げ自在に結合したリブ３ａはカッターセンターシャフト７の下端に取り付けられたボス４７に連結され、主カッター３のカッタースポーク３ｂはカッターすぼめ機構６により４本ともピン２７の部分で傘のように折り畳むことができる。
【００４３】
カッターすぼめ機構６の詳細構造を図７に示す。カッターすぼめ機構６は、カッターセンターシャフト７に設けられたピストン部８ａ及びピストン部８ａに嵌め合い摺動するシリンダー部８ｂからなるカッターすぼめジャッキ８と、カッターすぼめジャッキ８のシリンダー部８ｂをカッタースポーク３ｂに連結する４本のアーム９とで構成され、アーム９はシリンダ部８ｂの外周に設けられたリブ８ｃにピン３６により結合され、カッタースポーク３ｂにピン２８により結合されている。カッターすぼめジャッキ８のピストン部８ａはカッターセンターシャフト７をピストンロッドとしてその一部を太くしたものであり、シリンダ部８ｂはスライド筒８ｄとその両端に位置するシリンダーエンド８ｅとからなり、シリンダ部８ｂ内においてピストン部８ａの上下にできる空間８ｆ，８ｇに圧油を選択的に送り込むことにより、ピストン部８ａに対してシリンダ部８ｂを上下に動かし、カッタースポーク３ｂを含むカッター全体を傘のように開閉することができる。
【００４４】
以上のようにカッタースポーク３ｂに折り曲げ部３ｄを設け、かつ拡径カッター４をカッターセンターシャフト７と干渉することなく交差できるようにし、更にカッターすぼめ機構６をコンパクトな構造としたことにより、カッタースポーク３ｂをすぼめたときのカッター径が小さくなり、回収穴４６を小さくしたとき、図５に示すようにこの小さい回収穴４６から掘削用カッター１００を容易に回収できる。
【００４５】
図１に戻り、カッター駆動軸１０１は回収穴４６を通りケーソン２，２Ａの中心に沿って地上へと伸び、カッター駆動軸１０１の上端付近にはカッター回転駆動装置１０２が係合しており、このカッター回転駆動装置１０２によりカッター駆動軸１０１を回転させ、掘削用カッター１００に掘削トルクを伝える。また、カッター駆動軸１０１の上端はクレーン１６に支持されている。クレーン１６はカッター駆動軸１０１を介して掘削用カッター１００を吊っており、掘削用カッター１００の上下作動及び掘削用カッター１００の地山への押付け力の調整をカッターの吊下げ位置及び吊下げ力調整によって行っている。地山によって異なるが、掘削用カッター１００及びカッター駆動軸１０１の自重を最適量地山にかけると掘削効率が良くなる。どの程度かけるかは、経験と試行錯誤により決定する。
【００４６】
カッター駆動軸１０１は先のカッターセンターシャフト７と、このカッターセンターシャフト７に接続されるドリルパイプ２５と、ドリルパイプ２５に接続されたケリーバパイプ１３より構成されている。ドリルパイプ２５は掘削するにつれてつなぎ足して行く。ケリーバパイプ１４は断面四角形状をしており、カッター回転駆動装置１０２によりカッター掘削トルクを伝えられる。
【００４７】
カッターセンターシャフト７とドリルパイプ２５は断面円形で中空となっており、カッターセンターシャフト７の下端には排泥口２６が設けられている。カッターセンターシャフト７とドリルパイプ２５は排泥口２６よりサクションポンプ３１で吸い上げられた土砂の通り道となる。
【００４８】
ドリルパイプ２５の上端付近には中間スイベルジョイント３２が、ケリーバパイプ１３の上端にはロータリジョイント１９、吊下げ用スイベルジョイント１７及びスリップリング１８が装着されている。
【００４９】
最下方のドリルパイプ２５の下端には回収穴４６の位置にスタビライザー９が取付けられている。スタビライザー９は隔壁３７の回収穴４６に適合した円形をしており、カッター駆動軸１０１とともに回収穴４６内で回転し、掘削用カッター１００と刃口１の外径がずれないようにガイドしている。
【００５０】
また、ケーソン２の隔壁３７上にはカッター回収穴４６に通じる中空円筒状のシャフト２４が立設されており、カッター駆動軸１０１はこのシャフト２４内を上方に伸びている。シャフト２４の上端は大気側に開放した開口になっており、立坑内にたまった地下水位に更に２ｍ加えた位置まで泥水を入れてある。これは掘削用カッター１００の掘削部に水圧をかけて保持するためである。シャフト２４は縦方向に分割して製作してあり、更に使い勝手によっては円周方向に分割しても良い。シャフト２４はケーソン２が沈下するにしたがって上部で継ぎ足して行く。
【００５１】
シャフト２４の上端にはやぐら１５が構築され、この部分でドリルパイプ２５の継ぎ足しを行う。また、やぐら１５は中間スイベルジョイント３２が上下移動するスペースを提供する。更に、やぐら１５の上端に図８及び図９に示すようにカッター回転駆動装置１０２が設置されている。
【００５２】
カッター回転駆動装置１０２の詳細構造を図１０及び図１１に示す。カッター回転駆動装置１０２はやぐら１５の上端に取付けられた固定テーブル４３と、固定テーブル４３に取付けられた油圧モータ４４と、斜線部で示されたロータリテーブル１４とで構成されている。ロータリテーブル１４の中心には四角の穴４９が開いており、断面が四角形状のケリーバパイプ１３がその穴４９を通り、油圧モータ４４を回転させると図示しない歯車機構によりロータリテーブル１４が回転し、この回転によりケリーバパイプ１３、ドリルパイプ２５及びカッターセンターシャフト７を介して掘削用カッター１００を回転させる。
【００５３】
ロータリテーブル１４はカッター１００に回転力を与えるのみで地山への押付け力は与えない。カッター１００の地山への押付け力は、上記のようにカッター駆動軸１０１の最上端でカッターを吊っているクレーン１６の吊下げ位置及び吊下げ力調整によりカッター自重を最適量地山にかけることにより行う。
【００５４】
以上のようにカッター駆動軸１０１は掘削用カッター１００を吊下げかつカッター掘削トルクを伝える役目を果たしており、これにより掘削径の如何に係わらず掘削用カッター１００を自重で下方に移動させながら深さ方向に連続的に掘削することができ、ケーソン２の刃口１の沈下を適切に制御できる。また、ケーソン２の隔壁３７の回収穴４６にはカッター回転機構や上下機構を設けないので、回収穴４６を小さくでき、隔壁３７の強度を十分に確保できる。このため、立坑掘削完了後、止水のため切羽部にコンクリートを打設する時に隔壁３７で地下水圧による打設コンクリートの変形（隆起）を防止し、打設コンクリートの健全性を確保できる。また、シャフト２４の上端は大気側に開放されているので、掘削用カッター１００の回収引上げは容易であり、特に掘削用カッター１００が故障した場合に容易に回収引上げ、再装着ができる。更に、回収穴４６には複雑で高価な機構は設けられておらず、かつ切羽部の水圧はカッター駆動軸１０１の断面に作用するだけで揚力も小さくなるので、構造が簡単で安価な設備にできる。
【００５５】
カッター１００で掘削された土砂はシャフト２４内に注入された泥水と混ぜ合わされ、排泥口２６よりカッターセンターシャフト７及びドリルパイプ２５の内部を通過して地上にサクションポンプ３１で吸い上げられる。地上に吸い上げた土砂と泥水の混合物は泥水処理装置により土砂を取出、処理の終了した泥水は再度シャフト２４内に注入され、再利用される。そこで、回転側（掘削用カッター１００及びカッター駆動軸１０１）より静止側（地上のポンプ３１）に泥水を吸い上げるようにするために上記の中間スイベルジョイント３２を設置し、このスイベルジョイント３２をバルブ３３及びホース３４を介してサクションポンプ３１につなげている。ケリーバパイプ１３の上端に装備された吊下げ用スイベルジョイント１７はカッター駆動軸１０１の回転がクレーン１６に伝わらないようにするためのものであるが、この吊下げ用のスイベルジョイント１７を用いて泥水を静止側に取り出しても良い。
【００５６】
前述したように拡径カッター４はジャッキ５の伸縮により開閉し、カッタースポーク３ｂはカッターすぼめジャッキ８の作動により傘のように開閉する。これらジャッキ５，８の油圧用の配管はケリーバパイプ１３の上端に設けられたロータリジョイント１９を介して地上に設置された油圧回路部に接続される。
【００５７】
また、拡径カッター４のジャッキ５には内蔵型のストローク計５ａ（図１３参照）が付いており、拡径カッター４の拡径位置を検出する。カッターすぼめジャッキ８には、図５に示すようにスタビライザー４８との間にロータリエンコーダ式でワイヤー式のストローク計３０が付いており、カッタースポーク３ｂの折曲げ状態を検出する。更に、図９に示すように、ケリーバパイプ１３の上端に設けられたロータリジョイント１９の外周部にはやぐら１５と間にロータリエンコーダ式でワイヤー式のストローク計２９が付いており、ケーソン２の刃口１に対する掘削用カッター１００の上下方向の位置を検出する。また、シールド推進部１０のシールドジャッキ１１のうちの３本に内蔵型のストローク計１１ａ（図１３参照）が付いており、セグメント１２に対するケーソン２の刃口１の上下方向の位置を検出する。ストローク計５ａ，３０の配線用のケーブルはケリーバパイプ１３の上端に設けられたスリップリング１８を介して地上に設置された信号処理設備に接続される。なお、ストローク計の代わりに流量計を用いて流量より各ジャッキのストロークを検出していも良い。
【００５８】
図１２に拡径カッター４を作動させるための油圧回路図を示す。図中Ａは地上設置の油圧回路部であり、Ｂはカッター部に設置した油圧回路部である。カッター部に設置した油圧回路部Ａは前述したようにロータリジョイント１９を介して地上設置の油圧回路部Ｂに接続されている。
【００５９】
カッター部の油圧回路部Ｂにおいて、ケーソン２が沈下し拡径カッター４を急激に押し下げてゆく場合はジャッキ５は急激に縮められることになるため、ジャッキ５のボトム側油圧が上がり短時間の内にリリーフバルブ１２２Ａより加圧油が噴出し、一部はチェックバルブ１２１を通過してジャッキ５のロッド側に供給され、余りはチェックバルブ１２３を通過して切羽泥水内に噴出する。
【００６０】
また、この油圧回路では拡径カッター４が予想できない力で引き出された場合に備えてアキュムレータ１２４が装備されている。拡径カッター４が引き出される場合はジャッキ５は伸びることになり、ジャッキ５のロッド側の油圧が上がりリリーフバルブ１２２Ｂより加圧油が噴出し、それと共にチェックバルブ１２１を通過してジャッキ５のボトム側に供給されるが、ジャッキ５のピストンは面積差があるためボトム側が負圧状態となる。そこでその油の不足分をアキュムレータ１２４より供給してやる。
【００６１】
この実施例では油を切羽泥水中に放出する構成としたが、切羽泥水中に油を噴出させることを止めるためには、チェックバルブ１２３の出口側に密封タンク（リリーフバルブ付きのタンクがよい）を装着すればよい。また、チェックバルブ１２３はリリーフバルブでもよい。
【００６２】
地上設置の油圧回路部Ａにおいて、拡径カッター４の作動は電磁切換弁１２５を操作することにより制御される。オイルタンク１３０内の油は油圧ポンプ１２９により開閉バルブ１３１及びフィルター１３２を介して吸い上げられ、ロードチェック弁を介して電磁切換弁１２５に供給される。電磁切換弁１２５が閉じられている状態では、油圧ポンプ１２９からの油は電磁切換弁１２５の内部通路を介してタンク１３０に戻される。なお、１２６は回路圧力の上限を制限するリリーフ弁である。電磁切換弁１２５を開くと、その切換方向に応じて油圧ポンプ１２９からの油がジャッキ５のボトム側またはロッド側に供給され、拡径カッター４を開閉動作する。
【００６３】
上記のように主カッター３及び拡径カッター４を用いて掘削を行うとき、運転手は常に主カッター３及び拡径カッター４とケーソン２の刃口１との位置関係が分からないと、拡径カッター４の拡径量及び主カッタース３のすぼめ具合を決定することができない。そこで、上記のようにストローク計５ａ，３０，２９，１１ａを装着して、主カッター３及び拡径カッター４とケーソン２の刃口１との位置関係を把握する。特に、本実施例では、当該位置関係をＣＲＴに映し出し、それを見ながら運転者は運転を行う。
【００６４】
図１３にＣＲＴ表示システムの一例を示す。図１３において、各ストローク計５ａ，３０，２９，１１ａから送られてきたアナログ電気信号はＡ−Ｄ変換器４０でデジタル信号に変えられ、パソコン４１内に取り込まれる。また、シャフト２４、ドリルパイプ２５、ケーソン２，２Ａ、セグメント１２は継ぎ足す都度その個数をパソコン４１に手入力する。パソコン４１はこれらの情報を演算し、必要な部分の各距離をＣＲＴ４２上に表示するとともに、ＣＲＴ４２上にカッター部の図を表示して作動にしたがって各部を動かすようにする。
【００６５】
図１４にＣＲＴ４２に写し出した画面の一例を示す。ＣＲＴ４２上に図示のようにケーソン２の下方部分及びカッター部を映し出す。また、例えば地表からケーソン２の刃口１下端までの距離Ａ、地表から掘削用カッター１００の下端までの距離Ｂ、掘削用カッター１００の掘削径Ｃ、掘削用カッター１００の最外径部とケーソン２の刃口１外周との距離Ｄ、ケーソン２の刃口１下端から掘削用カッター１００の下端までの距離Ｅ、ケーソン２の刃口１下端から掘削用カッター１００の最外径部までの距離Ｆを数値で表示する。運転者はこのＣＲＴ画面を見ながら、掘削用カッター１００とケーソン刃口１との位置関係を適確に把握し、掘削用カッター１００の掘削径を任意に変え、掘削用カッター１００を自重で下方に移動させながら安全にかつ能率良く掘削することができる。
【００６６】
なお、本実施例ではＣＲＴ４２の画面上に図と数値を表示したが、その一方のみでもよい。
【００６７】
次に、以上のように構成した立坑掘削機による掘削方法を説明する。
地山が砂層、砂礫層などで硬い場合は、自重でケーソン２，２Ａが沈むことはない。この場合は、掘削用カッター１００の回転作動によりケーソン２の下方を掘削し、ケーソン２の貫入抵抗を減らして自重沈下させる。このとき、地山の硬さに応じて主カッター３をすぼませたり拡径カッター４の拡径量を変化させたりしてカッター１００の掘削半径を調整し、ケーソン２の貫入抵抗を制御しながら自重沈下で推進して行く。
【００６８】
具体的には、まず、拡径カッター４をカッタースポーク３ｂ内に引き込み、主カッター３のカッタースポーク３ｂを図５に示すように最小径にすぼめ、この状態でカッター回転駆動装置１０２を駆動して掘削用カッター１００を回転させながら、クレーン１６の吊下げ位置及び吊下げ力調整によって地山への押付け力を調整し、掘削用カッター１００を自重で下方へと移動させながら掘削する。このように掘削してもケーソン２が自重沈下しない場合は、カッターすぼめ機構６のジャッキ８によりカッタースポーク３ｂを少し拡げ、掘削径を拡大して上記と同じ操作を繰り返す。このように掘削径を徐々に拡大しカッタースポーク３ｂを全開状態にして、またケーソン２が自重沈下しない場合は、ジャッキ５を作動して拡径カッター４を少し拡げ、刃口１の下側を上記と同じ要領で掘削する。そして、この操作をケーソン２が自重沈下するまで繰り返す。
【００６９】
以上のように主カッター３または拡径カッター４を徐々に開くことにより刃口１の貫入抵抗が徐々に減るため、ケーソン２の自重沈下速度は余り大きくならない。また、自重沈下で刃口１が拡径カッター４に接触しても、前述のごとく刃口１により拡径カッター４が回転して内周側に引き込まれるため、カッター３，４は損傷しない。
【００７０】
最初の掘削でケーソン２の自重沈下に要する掘削半径が分かれば、次の掘削作業では直接その掘削半径の近くまで主カッター３または拡径カッター４を開き、掘削用カッター１００を自重で下方に移動させながら掘削する。これにより、ケーソン２の沈下速度を制御しつつ能率良く施工できる。
【００７１】
所定量ケーソン２が沈下した時点で、地上部で次のケーソン２Ａを打設する。
【００７２】
ケーソン２，２Ａが沈下するに従い、ケーソン２の隔壁３７の底面に水圧がかかり、揚力となる。隔壁３７の底面にかかる水圧とケーソン２，２Ａの外周部の摩擦力との和がケーソン２，２Ａ自重より大きくなると、掘削用カッター１００で刃口１の下側を刃口１の最外周まで掘削してもケーソン２，２Ａは自重沈下しなくなる。その場合は、ケーソン２の隔壁３７上に水を注入したり、重りを追加してケーソン２，２Ａを沈下させる。
【００７３】
そして、シールド推進部１０が地中に埋設された時点でセグメント１２に反力をとり、ジャッキ１１を伸ばし、自重沈下ではなくジャッキ１１の推力によりケーソン２，２Ａを推進する。この場合、セグメント１２に反力をとるためにセグメント１２の外周部に裏込材を注入するか、セグメント１２を適当な手段で地山に固定する。
【００７４】
以上のようにしてケーソン２，２Ａを推進する場合は、ケーソン２，２Ａの自重、外周摩擦力、水圧力を考慮して拡径カッター４の拡径量または主カッター３のすぼめ具合を決定し、刃口１の抵抗を自重沈下しない程度に小さくしてシールドジャッキ１１の推力で刃口１を地山に貫入推進させるようにする。この場合は沈下の時期を制御できることになるので、ジャッキ１１でケーソン２，２Ａを貫入沈下させるときに拡径カッター４を刃口１と接触しない位置に退避させることができる。
【００７５】
セグメント１２の幅（高さ）にほぼ相当する距離だけケーソン２，２Ａを推進した時点で、シールドジャッキ１１を戻し、エレクター２０にてセグメント１２を組み立てる。その場合、全てのシールドジャッキ１１を縮めると水圧力により上方へシールドハル１０ａが押し上げられる可能性があるので、セグメント１２を組む箇所のシールドジャッキ１１のみを縮めるようにする。
【００７６】
運転者は以上のようにケーソン２の下方を掘削しながらケーソン２，２Ａを沈下推進させて行くが、このとき掘削用カッター１００とケーソン２の刃口１との位置関係が分からないと、拡径カッター４の拡径量及び主カッター３のすぼめ具合を決定することができない。そこで、本実施例では前述したようにＣＲＴ４２にカッター部を映し出し、かつ必要な部分の各距離Ａ〜Ｆを表示し、運転者はこのＣＲＴ画面を見ながら、主カッター３及び拡径カッター４とケーソン２の刃口１との位置関係を把握し、安全にかつ能率良く掘削する。
【００７７】
ケーソン２，２Ａを所定位置まで推進し所望の深さまで立坑を構築すると、図５及び図６に示すように拡径カッターを４をジャッキ５にてカッタースポーク３ｂ内に引き込み、カッタースポーク３ｂをジャッキ８にてすぼめ、クレーン１６でシャフト２４内を吊り上げて回収する。
【００７８】
また、推進の途中でカッタービットの摩耗とか、折損、油漏れ等の故障があった場合も、図５及び図６に示すように掘削用カッター１００をすぼませ、クレーン１６によりシャフト２４より引き上げて修理を行い、再投入することができる。このとき、本実施例ではシャフト２４の上端は開放されているので、容易に回収引上げ、再装着ができる。
【００７９】
以上のように本実施例によれば、掘削用カッター１００を、カッター駆動軸１０１の下端近傍に折り曲げ自在に支持された放射状の複数のカッタースポーク３ｂを持つ主カッター３と、カッタースポーク３ｂの対向する２本に回転可能に取付けられた拡径カッター４とで構成したので、主カッター３はケーソン２の内面より内周側を掘削し、拡径カッター４は、カッタースポーク３ｂを最大に拡げたとき、ケーソン２の刃口１の下側において主カッター３の外側からケーソン２の刃口１の外周までの間を掘削し、その間で掘削径を自在に変更することができる。
【００８０】
また、カッタースポーク３ｂに対して設けられた拡径カッター４の回転中心３５をケーソン２の内面より内周側に位置させたので、ケーソン２が自重沈下してきたときケーソン２がカッタースポーク３ｂにぶつからなくなるとともに、拡径カッター４を上方に回転するにしたがって掘削径が増加するように回転可能に取付けたので、拡径カッター４は下方に押されたときに内周側に回転可能となり、ケーソン２が自重沈下してきたとき拡径カッター４の上部にケーソン２の刃口１がぶつかっても、拡径カッター４は刃口１の押し下げ力により内周側に回転して引き込まれる。したがって、主カッター３及び拡径カッター４がケーソン２の刃口１と地山の間に挾まれることはなく、カッターを破損することを防止できる。このとき、特に拡径カッター４のカッター形状を、拡径カッター４の回転中心３５からカッター刃先までの距離が回転方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるようにしたので、ケーソン２の自重沈下時に拡径カッター４が刃口１で押し下げられるとき、拡径カッター４は下方に無理無く回転し、拡径カッター４がケーソン２の刃口１と地山の間に挾まれることが確実に防止できる。
【００８１】
また、ケーソン２の刃口上方部分に隔壁３７を設け、この隔壁３７にカッター駆動軸１０１が通るカッター回収穴４６を形成したので、隔壁３７より上方でカッター駆動軸１０１の上端付近にカッター回転駆動装置１０２を係合させ掘削用カッター１００を回転させるとともに、カッター駆動軸１０１の上端をクレーン１６で支持し掘削用カッター１００を吊下げることが可能となり、これにより掘削径の如何に係わらず掘削用カッター１００を自重で下方に移動させながら深さ方向に連続的に掘削し、ケーソン２の刃口１の沈下を適切に制御できる。また、回収穴４６にはカッター回転機構や上下機構等の複雑で高価な機構は一切設けられておらず、かつ切羽部の水圧はカッター駆動軸１０１の断面に働くだけで揚力も小さくなるので、構造が簡単で安価な設備にできる。更に、隔壁３７の回収穴４６にはカッター回転機構や上下機構を設けないので、回収穴４６を小さくでき、隔壁３７の強度の低下を最小に抑えられる。このため、立坑掘削完了後、止水のため切羽部にコンクリートを打設する時に隔壁３７で地下水圧による打設コンクリートの変形（隆起）を防止し、打設コンクリートの健全性を確保できる。
【００８２】
更に、カッター回収穴４６の上方へ伸びる中空のシャフト２４を設け、このシャフト２４の上端を大気側に開放したので、掘削用カッター１００の故障時に掘削カッター１００の回収引上げ、再装着が容易となる。
【００８３】
また、カッターすぼめ機構６をカッター駆動軸１０１にピストン部８ａを設けたジャッキ８で構成したので、カッターすぼめ機構６がコンパクトになり、かつカッタースポーク３ｂの内径端近傍に折り曲げ部３ｄを設けたので、カッタースポーク３ｂをすぼめたときに主カッター３の外径端部分の径が小さくなり、更に拡径カッター４をカッタースポーク３ｂをすぼめたときにカッター駆動軸１０１に干渉しない位置に取り付けたので、掘削用カッター全体をコンパクトにすぼめることができ、これらにより上記のように回収穴４６を小さくしたとき、この小さい回収穴４６から掘削用カッター１００を容易に回収できる。
【００８４】
また、カッタースポーク３ｂの折曲げ状態を検出するセンサ３０と、拡径カッター４の拡径位置を検出するセンサ５ａと、ケーソン２の刃口に対する拡径カッター４の上下方向の位置を検出するセンサ１１ａ，３０とを設け、ＣＲＴ４２に掘削用カッター１００とケーソン２の刃口１との位置関係を表示したので、運転者はＣＲＴの画面を見て掘削用カッター１００とケーソン刃口１との位置関係を適確に把握し、掘削用カッター１００の掘削径を任意に変え深さ方向に安全にかつ能率良く掘削することができる。
【００８５】
本発明の第２の実施例を図１５により説明する。図中、図１に示す部材と同等の部材には同じ符号を付している。本実施例は、シールド推進部１０を用いない立坑掘削機に本発明を適用したものである。
【００８６】
すなわち、図１５において、ケーソン２，２Ａにはシールド推進部は設けられておらず、立坑構築物は全てケーソン２，２Ａで施工を行い、それらの自重により沈下させる。
【００８７】
ケーソン２の上部に図示しないケーソン圧入装置を装着してもよく、この場合はシールドジャッキ１１で推進する場合と同様にケーソン２，２Ａを自重沈下ではなく圧入装置で押し下げることにより沈下時期を制御でき、より効率的な施工ができる。
【００８８】
本発明の第３の実施例を図１６〜図１８により説明する。図中、図１に示す部材と同等の部材には同じ符号を付している。本実施例は、シャフト２４の上端を大気側に開放しない立坑掘削機に本発明を適用したものである。
【００８９】
すなわち、図１６において、シャフト２４の上端は大気側に開放されておらず、シャフト２４の上端とドリルパイプ２５との間は密封部材３８で密封シールされている。隔壁３７の下方には図示しないシステムにより水が供給される。
【００９０】
掘削用カッター１００の回収時には、図１７に示すように掘削用カッター１００をすぼめ、図１８に示すようにやぐら１５をシャフト２４から分離し、密封部材３８は外さずにクレーン１６でカッター駆動軸１０１の上端をハウジングら１５とともに吊り上げ掘削用カッター１００をシャフト２４内に引き込み、その後切羽部にコンクリート３９を打ち止水した後、密封部材３８を外して掘削用カッター１００を回収する。シャフト２４の長さは、この回収時に掘削用カッター１００を引き上げ格納するスペースを確保できるように決定される。
【００９１】
本実施例では、掘削時にドリルパイプ２５及びシャフト２４の継ぎ足しは不要であり、施工の段取りが楽になるという利点がある。ただし、故障時の掘削用カッター１００の回収引上げは、切羽内の水をかきだしその後密封部材３８を外して行うことになり、手間がかかる。
【００９２】
本発明の第４の実施例を図１９により説明する。図中、図１に示す部材と同等の部材には同じ符号を付している。本実施例は、最下部に隔壁のないケーソンを用いる工法に本発明を適用したものである。
【００９３】
すなわち、図１９において、最下部のケーソン２Ｂには隔壁３７（図１参照）が設けられていない。このため、やぐら１５Ａは地表に設置されている。ケーソン２Ｂに隔壁がないので、回収時は掘削用カッター１００全体をすぼめなくても拡径カッター４を引き込めば、回収引上げができる。また、ケーソンの厚さが一様でなく、ケーソンの内周側に突出部分がある場合があるが、この場合は先の実施例と同様に掘削用カッター１００全体をすぼめることで回収することが可能となる。
【００９４】
本実施例でも、拡径カッター４の拡径量を調整したり主カッター３をすぼめたり開いたりして掘削径を自在に変更することができるので、地山の硬さに合わせて掘削径を調整し、カッターを自重で下方に移動させながら掘削することにより安定したケーソン２の沈下を実現できる。また、拡径カッター４のカッター形状は第１の実施例と同じであり、拡径カッター４がケーソン２Ｂの刃口１と地山の間には挾まれることもない。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、カッター駆動軸の下端近傍に折り曲げ自在に支持された主カッターと上方に回転するにしたがって掘削径が増加するように回転可能に取付けられた拡径カッターとで掘削用カッターを構成したので、立坑構築物の沈下時にカッターが立坑構築物の刃口と地山の間には挾まれることなく、カッターの掘削径を自在に変更することができる。
【００９６】
また、本発明によれば、拡径カッターを適切なカッター形状にしたので、立坑構築物の沈下時に拡径カッターが刃口で押し下げられるとき、拡径カッターは下方に無理無く回転し、拡径カッターが立坑構築物の刃口と地山の間に挾まれることが確実に防止できる。
【００９７】
また、本発明によれば、立坑構築物の隔壁に設けた回収穴にカッター駆動軸が通る構成としたので、掘削径の如何に係わらず掘削用カッターを自重で下方に移動させながら深さ方向に連続的に掘削し、立坑構築物の刃口の沈下を適切に制御できる。また、回収穴にはカッター回転機構や上下機構等の複雑で高価な機構は一切設けられておらず、かつカッターに働く揚力も小さくなるので、構造が簡単で安価な設備にできる。更に、回収穴を小さくできるので、隔壁の強度を確保し、止水のための打設コンクリートの健全性を確保できる。
【００９８】
また、本発明によれば、カッター回収穴の上方へ伸びる中空のシャフトの上端を大気側に開放したので、掘削用カッターの故障時に掘削カッターの回収引上げ、再装着が容易となる。
【００９９】
また、本発明によれば、カッターすぼめ機構をカッター駆動軸にピストン部を設けたジャッキで構成したので、カッターすぼめ機構がコンパクトになり、回収穴を小さくしたとき小さい回収穴から掘削用カッターを回収できる。
【０１００】
また、本発明によれば、カッタースポークの内径端近傍に折り曲げ部を設けたので、カッタースポークをすぼめたときに外径端部分の径が小さくなり、小さい回収穴から掘削用カッターを回収できる。
【０１０１】
更に、本発明によれば、拡径カッターをカッタースポークをすぼめたときにカッター駆動軸に干渉しない位置に取り付けたので、掘削用カッター全体をコンパクトにすぼめることができ、小さい回収穴から掘削用カッターを回収できる。
【０１０２】
また、本発明によれば、カッタースポークの折曲げ状態を検出するセンサ等を設けたので、運転者は掘削用カッターとケーソン刃口との位置関係を適確に把握でき、カッターの掘削径を任意に変え、深さ方向に安全にかつ能率良く掘削することができる。
【０１０３】
また、掘削用カッターと立坑構築物の刃口との位置関係を表示する手段を更に設けたので、運転者はその表示を見ながら、深さ方向に安全に能率良く掘削できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による立坑掘削機の縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】図１のＩＩＩ部拡大図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。
【図５】図１の実施例の掘削用カッターをすぼめたカッター回収時の状態を示す図１と同様な縦断面図である。
【図６】図１のＩＶ部拡大図である。
【図７】図６の実施例のカッターすぼめ機構の拡大図である。
【図８】図１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視図である。
【図９】図１のＸＩ部拡大図である。
【図１０】図１の実施例のカッター回転駆動装置の平面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線矢視図である。
【図１２】図１の実施例の拡径カッターのジャッキを駆動する油圧回路図である。
【図１３】図１の実施例のＣＲＴ表示システムを示す図である。
【図１４】図１３に示すシステムのＣＲＴの表示例を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施例による立坑掘削機の縦断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施例による立坑掘削機の縦断面図である。
【図１７】図１６に示す実施例のカッター回収時の状態を示す縦断面図である。
【図１８】図１６に示す実施例のカッター回収時の状態を示す縦断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施例による立坑掘削機の縦断面図である。
【符号の説明】
１ 刃口
２，２Ａ，２Ｂ ケーソン
３ 主カッター
３ａ リブ
３ｂ カッタースポーク
４ 拡径カッター
４ｂ 支持ブロック
５ ジャッキ
５ａ，１１ａ，２９，３０ ストローク計
６ カッターすぼめ機構
７ カッターセンターシャフト（カッター駆動軸）
８ カッターすぼめジャッキ
８ａ ピストン部
８ｂ シリンダ部
９ アーム
１０ シールド推進部
１０ａ シールドハル
１１ シールドジャッキ
１２ セグメント
１３ ケリーバパイプ（カッター駆動軸）
１４ ロータリテーブル
１５ やぐら
１６ クレーン
１７ 吊下げ用スイベルジョイント
１８ スリップリング
１９ ロータリジョイント
２０ エレクター
２１ テールシール部
２４ シャフト
２５ ドリルパイプ（カッター駆動軸）
２６ 排泥口
２７，２８，３５，３６ ピン
３１ サクションポンプ
３２ 中間スイベルジョイント
３３ バルブ
３４ ホース
３７ 隔壁
４０ Ａ−Ｄ変換器
４１ パソコン
４２ ＣＲＴ
４３ 固定テーブル
４４ 油圧モータ
４６ 回収穴
４７ ボス
４８ スタビライザー
４９ 穴
１００ 掘削用カッター
１０１ カッター駆動軸
１０２ カッター回転駆動装置
【産業上の利用分野】
本発明は立坑掘削機に係わり、特に、立坑構築物の内側や下側を掘削して立坑構築物を降下させる掘削用カッターを備えた立坑掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ケーソン（立坑構築物）の下方の地盤を掘削してケーソンを降下させる立坑掘削機として特開平４−６２２９１号公報に記載のものがある。この立坑掘削機は、ケーソン底部の隔壁に開口部を設け、この開口部にケーシングパイプを固設し、このケーシングパイプ内にカッターのシャフトを軸支して該カッターを下方へ垂設するとともに、ケーシングパイプ内に設置したモータにより該カッターを回転させて地盤を掘削する構成となっている。シャフトの下端部には排泥口が設けられ、この排泥口よりシャフト内に形成した連通口を介して掘削した土砂と泥水との混合物を排出する。カッターは、シャフト（カッター駆動軸）の下端部の４方向へ突設した脚部にカッターアームを下方に開くにしたがって掘削径が増加するように上下回動自在に枢着し、これらカッターアームの中間部とシャフトの中間部とをエクスパンションシリンダで連結し、エクスパンションシリンダの伸縮によりカッターアームを回動して開閉できるように構成されている。ケーシングパイプの内周面には上下方向に一定の間隔で複数のロックボックスが凹設されており、これらロックボックスの２つに上部フレーム及び下部フレームがロックシリンダにより嵌入固定される。上部フレームと下部フレームとはサポートシリンダにより連結され、下部フレームの中央部にはベアリングを介して上記カッターのシャフト上部が軸支されている。
【０００３】
カッターは、最初はカッターアームを閉じた（すぼめた）状態でケーシングパイプ内に収納されており、下部フレームのロックボックスに対するロックを解除し、サポートシリンダを伸長させることによりカッターを下降させながらケーシングパイプ（開口部）下方の地盤を掘削してゆく。掘削が進み、カッターアームの上端がケーシングパイプ下端の外に出ると下部フレームをケーシングパイプのロックボックスに固定し、エクスパンションシリンダを伸長してカッターアームを開きながら、ケーソン刃口の下方の地盤を更に掘削する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術には次のような問題がある。
上記従来技術においては、カッターアームはエクスパンションシリンダを伸長することで回動角が変化し、掘削半径が変化する。この意味でカッターアームは一種の拡径カッターと言える。しかし、このカッターアームは下方に開くにしたがって掘削径が増加する構成であるので、ケーソン刃口の下方の地盤を掘削しているときにケーソンが自重沈下すると、カッターアームの外周部がケーソン刃口と地盤との間に挾まれ、カッターアームを破損するおそれがあった。
【０００５】
また、エクスパンションシリンダを伸長してカッターアームを開いてケーソン刃口の下方の地盤を掘削する時は、下部フレームがケーシングパイプのロックボックスに固定されるので、深さ方向に連続的に掘削することができない。このため、掘削作業が非能率的であるばかりでなく、ケーソン刃口の貫入抵抗の制御が難しく、ケーソンの沈下時期の制御が難しい。
【０００６】
更に、ケーソン底部の隔壁開口部に固設したケーシングパイプ内にモータ等のカッター回転駆動機構や上下支持フレーム、ケーシングパイプのロックボックス、ロックシリンダ、サポートシリンダ等の上下機構が内蔵されているため、カッターが故障したときの回収引上げや再装着が面倒で非能率的である。
【０００７】
また、ケーシングパイプ内に種々の機器が内蔵されているため、ケーソン底部の隔壁開口部の径が大きくならざるを得ず、オープンケーシングに近くなる。ここで、ケーソン底部の隔壁は、立坑掘削完了後、止水のため切羽部にコンクリートを打設する時に地下水圧による打設コンクリートの変形（隆起）を防止し、打設コンクリートの健全性を確保するのに利用できる。しかし、上記のように隔壁開口部の径が大きくなると隔壁強度が低下するので、打設コンクリートの健全性を確保するのに利用できなくなり、隔壁を設けた意味がなくなる。
【０００８】
また、カッターの上下機構は上下支持フレーム、ロックシリンダ、サポートシリンダ等からなり、構成が複雑である上、ケーシングパイプはカッター回収後にケーソン底部の隔壁に残置するが、ケーシングパイプは上記のようにカッター上下機構の一部を構成しているため、高価である。更に、上記のように隔壁開口部の径が大きくなるため下部フレームの断面積も大きくなり、それに水圧が働くため大きな揚力がサポートシリンダに働き、サポートシリンダの容量は大きくなる。これらの理由により立坑掘削機は高価となる。
【０００９】
更に、上記のように従来技術はカッターアームを開いた状態では深さ方向に連続的に掘削できないものであるが、仮にできたとしても、カッターと立坑構築物の刃口との位置関係を把握できないので、安全に能率良く掘削することができない。
【００１０】
本発明の第１の目的は、カッターが立坑構築物の刃口と地山の間には挾まれることなく、カッターの掘削径を自在に変更することができる立坑掘削機を提供することである。
【００１１】
本発明の第２の目的は、カッターの掘削径の如何に係わらず深さ方向に連続的に掘削することができ、立坑構築物の沈下を適切に制御できる立坑掘削機を提供することである。
【００１２】
本発明の第３の目的は、カッターが故障したときに、容易に回収引上げ及び再装着ができる立坑掘削機を提供することである。
【００１３】
本発明の第４の目的は、立坑構築物の底部隔壁に設けた小さな回収穴からカッターを回収できる立坑掘削機を提供することである。
【００１４】
本発明の第５の目的は、構造が簡単で安価な立坑掘削機を提供することである。
【００１５】
本発明の第６の目的は、カッターと立坑構築物の刃口との位置関係を適確に把握でき、カッターの掘削径を任意に変え、深さ方向に安全に能率良く掘削できる立坑掘削機を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記第１の目的を達成するために、立坑構築物の内側と下側を掘削するための掘削用カッターを備えた立坑掘削機において、前記掘削用カッターは、カッター駆動軸と、前記カッター駆動軸の下端近傍に折り曲げ自在に支持された放射状の複数のカッタースポークを持つ主カッターと、前記複数のカッタースポークの少なくとも一部のものに外側上方に回転するにしたがって掘削径が増加するように水平ピンを介して回転可能に取り付けられた拡径カッターとを有し、前記拡径カッターの回転中心である水平ピンは前記立坑構築物の内面より内周側に位置し、前記拡径カッターのカッター形状は、拡径カッターの回転中心からカッター刃先までの距離が回転方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるような形状である構成とする。
【００１７】
また、上記第２及び第５の目的を達成するため、前記立坑構築物は刃口の上方部分に隔壁を有し、この隔壁に前記カッター駆動軸が通るカッター回収穴が形成される構成とする。この場合、一実施形態では、前記隔壁より上方で前記カッター駆動軸の上端付近に係合し前記掘削用カッターを回転させるカッター回転駆動装置と、前記カッター駆動軸の上端を支持し前記掘削用カッターを吊下げるカッター吊下げ手段とを更に備える。
【００１８】
また、上記第３の目的を達成するために、前記カッター回収穴の上方へ伸び内部を前記カッター駆動軸が通る中空のシャフトを更に備え、前記シャフトの上端は大気側に開放される構成とする。
なお、前記シャフトの上端は大気側に対して密閉されていてもよい。
【００１９】
更に、上記第４の目的を達成するために、前記掘削用カッターは、前記カッター駆動軸に設けられたピストン部及び前記ピストン部に嵌め合い摺動するシリンダー部からなるジャッキと、前記ジャッキのシリンダー部を前記カッタースポークに連結する複数のアームとで構成されるカッターすぼめ機構を更に有する構成とする。
【００２０】
また、上記第４の目的を達成するために、前記複数のカッタースポークは、これらカッタースポークをすぼめたときに外径端部分の径が小さくなるように折り曲げ部を有する構成とする。
【００２１】
更に、上記第４の目的を達成するために、前記拡径カッターは、前記カッタースポークをすぼめたときに前記カッター駆動軸に干渉しない位置に取り付けられる構成とする。具体的には、前記掘削用カッターは、前記カッタースポークをすぼめたときに前記カッター駆動軸に干渉することなく交差するよう前記カッタースポークの外径端に位置をずらして取付けられた支持部材を更に有し、前記拡径カッターは前記支持部材に取り付けられている。
【００２２】
また、上記第６の目的を達成するために、前記カッタースポークの折曲げ状態を検出するセンサと、前記拡径カッターの拡径位置を検出するセンサと、前記立坑構築物の刃口に対する前記掘削用カッターの上下方向の位置を検出するセンサとを更に備える構成とする。この場合、好ましくは、前記センサからの情報に基づき前記掘削用カッターと前記立坑構築物の刃口との位置関係を表示する手段を更に備える。
【００２３】
【作用】
第１の目的に係わる本発明では、掘削用カッターを、カッター駆動軸の下端近傍に折り曲げ自在に支持された放射状の複数のカッタースポークを持つ主カッターと、複数のカッタースポークの少なくとも一部のものに回転可能に取付けられた拡径カッターとで構成することにより、主カッターは立坑構築物の内面より内周側を掘削し、拡径カッターは、カッタースポークを最大に拡げたとき、立坑構築物の刃口の下側において主カッターの外側から立坑構築物の刃口の外周までの間を掘削し、その間で掘削径を自在に変更することができる。また、カッタースポークに対して設けられる拡径カッターの回転中心を立坑構築物の内面より内周側に位置させることにより、立坑構築物が沈下してきたとき立坑構築物がカッタースポークにぶつからなくなるとともに、拡径カッターを上方に回転するにしたがって掘削径が増加するように回転可能に取付けることにより、拡径カッターは下方に押されたときに内周側に回転可能となり、立坑構築物が沈下してきたとき拡径カッターの上部に立坑構築物の刃口がぶつかっても、拡径カッターは刃口の押し下げ力により内周側に回転して引き込まれる。したがって、主カッター及び拡径カッターが立坑構築物の刃口と地山の間に挾まれることはなく、カッターを破損することを防止できる。
【００２４】
また、そのとき、拡径カッターのカッター形状を、拡径カッターの回転中心からカッター刃先までの距離が拡径方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるようにすることにより、立坑構築物の沈下時に拡径カッターが刃口で押し下げられるとき、拡径カッターは下方に無理無く回転し、拡径カッターが立坑構築物の刃口と地山の間に挾まれることが確実に防止できる。
【００２５】
第２及び第５の目的に係わる本発明では、立坑構築物の刃口上方部分に隔壁を設け、この隔壁にカッター駆動軸が通るカッター回収穴を形成することにより、隔壁より上方でカッター駆動軸の上端付近にカッター回転駆動装置を係合させ掘削用カッターを回転させるとともに、カッター駆動軸の上端をカッター吊下げ手段で支持し掘削用カッターを吊下げることが可能となり、これにより掘削径の如何に係わらず掘削用カッターを自重で下方に移動させながら深さ方向に連続的に掘削し、立坑構築物の刃口の沈下を適切に制御できる。また、回収穴にはカッター回転機構や上下機構等の複雑で高価な機構は一切設けられておらず、かつ切羽部の水圧はカッター駆動軸の断面に働くだけで揚力も小さくなるので、構造が簡単で安価な設備にできる。更に、隔壁の回収穴にはカッター回転機構や上下機構を設けないので、回収穴を小さくでき、隔壁強度の低下を最小に抑えられる。このため、立坑掘削完了後、止水のため切羽部にコンクリートを打設する時に隔壁で地下水圧による打設コンクリートの変形（隆起）を防止し、打設コンクリートの健全性を確保できる。
【００２６】
第３の目的に係わる本発明では、カッター回収穴の上方へ伸びる中空のシャフトを設け、このシャフトの上端を大気側に開放することにより、掘削用カッターの故障時に掘削カッターの回収引上げ、再装着が容易となる。
【００２７】
第４の目的に係わる本発明では、カッターすぼめ機構をカッター駆動軸にピストン部を設けたジャッキで構成することにより、カッターすぼめ機構がコンパクトになり、上記のように回収穴を小さくしたとき、この小さい回収穴から掘削用カッターを回収できる。
【００２８】
また、カッタースポークに折り曲げ部を設けることにより、カッタースポークをすぼめたときに外径端部分の径が小さくなり、小さい回収穴から掘削用カッターを回収できる。
【００２９】
更に、拡径カッターをカッタースポークをすぼめたときにカッター駆動軸に干渉しない位置に取り付けることにより、掘削用カッター全体をコンパクトにすぼめることができ、小さい回収穴から掘削用カッターを回収できる。
【００３０】
第６の目的に係わる本発明では、カッタースポークの折曲げ状態を検出するセンサと、拡径カッターの拡径位置を検出するセンサと、立坑構築物の刃口に対する拡径カッターの上下方向の位置を検出するセンサとを設けることにより、運転者は掘削用カッターとケーソン刃口との位置関係を適確に把握し、カッターの掘削径を任意に変え、掘削用カッターを自重で下方に移動させながら安全にかつ能率良く掘削することができる。特に、センサからの情報に基づき掘削用カッターと立坑構築物の刃口との位置関係を表示する手段を更に設けることにより、運転者はその表示を見ながら、深さ方向に安全に能率良く掘削できる。
【００３１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面により説明する。
本発明の第１の実施例を図１〜図１４により説明する。
図１において、１は立坑構築物である円形状のケーソン２の下端に設けられた円形状の刃口であり、本実施例の立坑掘削機は掘削用カッター１００を備え、このカッター１００でケーソン２の内面より内周側とケーソン２の刃口１の下側を掘削する。
【００３２】
刃口１は鋼とコンクリートと鉄筋で製作されており、刃口１がケーソン２の自重又はシールドジャッキ１１（後述）の推力により地山に嵌入し、立坑を下部へ導いて行く。ケーソン２の刃口１の上部には隔壁３７が設けられ、隔壁３７の中央には掘削用カッター１００の回収穴４６（据付時はカッターの投入穴となる）が形成されている。ケーソン２の上部にはもう１つの円形状のケーソン２Ａが位置しており、ケーソン２の隔壁３７より上方部分及びケーソン２Ａはコンクリートと鉄筋で製作されている。
【００３３】
ケーソン２Ａの上部にはシールド推進部１０が設置されている。シールド推進部１０は外周部に位置するシールドハルと呼ばれる鋼製の円筒１０ａを有し、シールドハル１０ａの下端部はケーソン２Ａと連結され、上端部にはテールシール部２１が設けられ、刃口１よりテールシール部２１まで一体となっている。シールド推進部１０には図２に示すようにシールドジャッキ１１が円周状に配置され、上方に構築したセグメント１２に反力をとって刃口１を下方へ押すことができる。シールドジャッキ１１の先端にはセグメント１２に対する角度のずれを吸収するためのスプレッタ２３が設けられている。シールドハル１０ａの上端部のテールシール部２１はセグメント１２とシールドハル１０ａ間をシールし、冷水、土砂漏れを防止する。本実施例では、テールシール部２１において、テールシールが３段に装着されている。
【００３４】
シールド推進部１０の上端部の内周側には井桁上のサポートビーム２０ａと鋼板２０ｂとで床構造が構築され、この床構造の鋼板２０ｂ上に旋回ベアリング２０ｃが設置され、この旋回ベアリング２０ｃ上にセグメント２を組み立てるためのエレクター２０が旋回可能に装備されている。
【００３５】
セグメント１２は鉄筋コンクリートのリングを数分割したものであり、ケーソン２，２Ａ及びシールドハル１０ａが推進された後、地山がむき出しになると山が地下水と共に崩れてくるため、それを防止するためセグメント１２をエレクター２０にてシールドハル１０ａの後部に組み立ててゆく。
【００３６】
掘削用カッター１００は、カッター駆動軸１０１の一部を構成するカッターセンターシャフト７と、カッターセンターシャフト７の下端に取り付けられた主カッター３と、主カッター３の先端に取り付けられた拡径カッター４とで構成されている。主カッター３は、図３及び図４に示すように、カッターセンターシャフト７の下端に放射状に取付けられた４本のリブ３ａと、リブ３ａのそれぞれの先端に上下方向に折り曲げ自在にピン２７により結合された４本の放射状のカッタースポーク３ｂとを有し、カッタースポーク３ｂには図３に想像線３ｃで示すように一定距離下方に突出したカッタービットが取付けられている。また、カッタースポーク３ｂは、図５及び図６に示すようにこれらカッタースポーク３ｂをすぼめたときに外径端部分の径が小さくなるように内径端近傍に折り曲げ部３ｄを有している。カッタースポーク３ｂを最大に拡げたときの外径寸法はケーソン２の内径寸法より少し小さく作ってあり、これにより主カッター３はケーソン２の内面より内周側を掘削し、ケーソン２の刃口１の貫入抵抗を小さくする。
【００３７】
拡径カッター４は４本のカッタースポーク３ｂのうちの対向する２本の外径端部分にピン３５により上方に回転するにしたがって掘削径が増加するように回転可能に取り付けられ、拡径カッター４の側面にはカッタースポーク３ｂに支持されたジャッキ５のピストンがピン結合され、ジャッキ５を伸縮すると拡径カッター４はピン３５を中心として回転動作する。拡径カッター４の回転中心であるピン３５はケーソン２の内周面より内周側に位置している。また、拡径カッター４の想像線４ａで示すカッタービットの取付け形状は、拡径カッター４の回転中心２５からカッター刃先までの距離が回転方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるような形状になっている。
【００３８】
拡径カッター４は縮径時には主カッター３のカッタースポーク３ｂの外径の内側に完全に引き込まれ、拡径カッター４を最大に拡径したときの外径寸法はケーソン２の刃口１の外周寸法とほぼ同じになるように作ってあり、これにより拡径カッター３は、カッタースポーク３ｂを最大に拡げたとき、ケーソン２の刃口１の下側において主カッター３の外側からケーソン２の刃口１の外周までの間を掘削し、ケーソン２の刃口１の貫入抵抗を更に小さくする。なお、刃口１の貫入抵抗を更に下げるには、刃口外周より２〜３ｃｍ更に外周まで掘削できるようにビット４ａの取付け半径を大きくし、オーバカットできるようにする。
【００３９】
以上のように主カッター３でケーソン２の内面より内周側を掘削し、拡径カッター４でケーソン２の刃口１の下側において主カッター３の外側からケーソン２の刃口１の外周までの間を掘削することにより、その間で掘削径を自在に変更することができる。
【００４０】
また、拡径カッター４はケーソン２の刃口１の下側を掘削するため、ケーソン２が自重沈下してきたとき拡径カッター４の上部にケーソン２の刃口１がぶつかる。このような場合、拡径カッター４は上記のように上方に回転するにしたがって掘削径が大きくなるように取付けられているので下方に押されたときに内周側に回転可能であり、刃口１の押し下げ力により内周側に回転して引き込まれる。そして、特にこのとき、拡径カッター４は回転中心であるピン３５からカッター刃先までの距離が回転方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるようなカッター形状をしているため、刃口１の押し下げ力により内周側にスムーズに回転して引き込まれ、拡径カッター４がケーソン２の刃口１と地山の間に挾まれることを確実に防止する。なお、主カッター３のカッタースポーク３ｂの最大の外径寸法はケーソン２の内径寸法より小さく作ってあるので、ケーソン２の沈下時刃口１がカッタースポーク３ｂにぶつかることはない。したがって、ケーソン２が自重沈下してもカッターの破損が防止できる。
【００４１】
また、拡径カッター４は、カッタースポーク３ｂをすぼめたときにカッターセンターシャフト７と干渉しない位置に取り付けられている。すなわち、カッタースポーク３ｂの外径端には、カッタースポーク３ｂをすぼめたときにカッターセンターシャフト７と干渉することなく交差するように、カッターセンターシャフト７に対して所定距離Ｌ（図４参照）だけずれかつカッタースポーク３ｂに対してＬ字状の角度をなして支持ブロック４ｂが取付けられ、拡径カッター４は支持ブロック４ｂの側面に取り付けられている。
【００４２】
主カッター３のカッタースポーク３ｂをピン２７により折曲げ自在に結合したリブ３ａはカッターセンターシャフト７の下端に取り付けられたボス４７に連結され、主カッター３のカッタースポーク３ｂはカッターすぼめ機構６により４本ともピン２７の部分で傘のように折り畳むことができる。
【００４３】
カッターすぼめ機構６の詳細構造を図７に示す。カッターすぼめ機構６は、カッターセンターシャフト７に設けられたピストン部８ａ及びピストン部８ａに嵌め合い摺動するシリンダー部８ｂからなるカッターすぼめジャッキ８と、カッターすぼめジャッキ８のシリンダー部８ｂをカッタースポーク３ｂに連結する４本のアーム９とで構成され、アーム９はシリンダ部８ｂの外周に設けられたリブ８ｃにピン３６により結合され、カッタースポーク３ｂにピン２８により結合されている。カッターすぼめジャッキ８のピストン部８ａはカッターセンターシャフト７をピストンロッドとしてその一部を太くしたものであり、シリンダ部８ｂはスライド筒８ｄとその両端に位置するシリンダーエンド８ｅとからなり、シリンダ部８ｂ内においてピストン部８ａの上下にできる空間８ｆ，８ｇに圧油を選択的に送り込むことにより、ピストン部８ａに対してシリンダ部８ｂを上下に動かし、カッタースポーク３ｂを含むカッター全体を傘のように開閉することができる。
【００４４】
以上のようにカッタースポーク３ｂに折り曲げ部３ｄを設け、かつ拡径カッター４をカッターセンターシャフト７と干渉することなく交差できるようにし、更にカッターすぼめ機構６をコンパクトな構造としたことにより、カッタースポーク３ｂをすぼめたときのカッター径が小さくなり、回収穴４６を小さくしたとき、図５に示すようにこの小さい回収穴４６から掘削用カッター１００を容易に回収できる。
【００４５】
図１に戻り、カッター駆動軸１０１は回収穴４６を通りケーソン２，２Ａの中心に沿って地上へと伸び、カッター駆動軸１０１の上端付近にはカッター回転駆動装置１０２が係合しており、このカッター回転駆動装置１０２によりカッター駆動軸１０１を回転させ、掘削用カッター１００に掘削トルクを伝える。また、カッター駆動軸１０１の上端はクレーン１６に支持されている。クレーン１６はカッター駆動軸１０１を介して掘削用カッター１００を吊っており、掘削用カッター１００の上下作動及び掘削用カッター１００の地山への押付け力の調整をカッターの吊下げ位置及び吊下げ力調整によって行っている。地山によって異なるが、掘削用カッター１００及びカッター駆動軸１０１の自重を最適量地山にかけると掘削効率が良くなる。どの程度かけるかは、経験と試行錯誤により決定する。
【００４６】
カッター駆動軸１０１は先のカッターセンターシャフト７と、このカッターセンターシャフト７に接続されるドリルパイプ２５と、ドリルパイプ２５に接続されたケリーバパイプ１３より構成されている。ドリルパイプ２５は掘削するにつれてつなぎ足して行く。ケリーバパイプ１４は断面四角形状をしており、カッター回転駆動装置１０２によりカッター掘削トルクを伝えられる。
【００４７】
カッターセンターシャフト７とドリルパイプ２５は断面円形で中空となっており、カッターセンターシャフト７の下端には排泥口２６が設けられている。カッターセンターシャフト７とドリルパイプ２５は排泥口２６よりサクションポンプ３１で吸い上げられた土砂の通り道となる。
【００４８】
ドリルパイプ２５の上端付近には中間スイベルジョイント３２が、ケリーバパイプ１３の上端にはロータリジョイント１９、吊下げ用スイベルジョイント１７及びスリップリング１８が装着されている。
【００４９】
最下方のドリルパイプ２５の下端には回収穴４６の位置にスタビライザー９が取付けられている。スタビライザー９は隔壁３７の回収穴４６に適合した円形をしており、カッター駆動軸１０１とともに回収穴４６内で回転し、掘削用カッター１００と刃口１の外径がずれないようにガイドしている。
【００５０】
また、ケーソン２の隔壁３７上にはカッター回収穴４６に通じる中空円筒状のシャフト２４が立設されており、カッター駆動軸１０１はこのシャフト２４内を上方に伸びている。シャフト２４の上端は大気側に開放した開口になっており、立坑内にたまった地下水位に更に２ｍ加えた位置まで泥水を入れてある。これは掘削用カッター１００の掘削部に水圧をかけて保持するためである。シャフト２４は縦方向に分割して製作してあり、更に使い勝手によっては円周方向に分割しても良い。シャフト２４はケーソン２が沈下するにしたがって上部で継ぎ足して行く。
【００５１】
シャフト２４の上端にはやぐら１５が構築され、この部分でドリルパイプ２５の継ぎ足しを行う。また、やぐら１５は中間スイベルジョイント３２が上下移動するスペースを提供する。更に、やぐら１５の上端に図８及び図９に示すようにカッター回転駆動装置１０２が設置されている。
【００５２】
カッター回転駆動装置１０２の詳細構造を図１０及び図１１に示す。カッター回転駆動装置１０２はやぐら１５の上端に取付けられた固定テーブル４３と、固定テーブル４３に取付けられた油圧モータ４４と、斜線部で示されたロータリテーブル１４とで構成されている。ロータリテーブル１４の中心には四角の穴４９が開いており、断面が四角形状のケリーバパイプ１３がその穴４９を通り、油圧モータ４４を回転させると図示しない歯車機構によりロータリテーブル１４が回転し、この回転によりケリーバパイプ１３、ドリルパイプ２５及びカッターセンターシャフト７を介して掘削用カッター１００を回転させる。
【００５３】
ロータリテーブル１４はカッター１００に回転力を与えるのみで地山への押付け力は与えない。カッター１００の地山への押付け力は、上記のようにカッター駆動軸１０１の最上端でカッターを吊っているクレーン１６の吊下げ位置及び吊下げ力調整によりカッター自重を最適量地山にかけることにより行う。
【００５４】
以上のようにカッター駆動軸１０１は掘削用カッター１００を吊下げかつカッター掘削トルクを伝える役目を果たしており、これにより掘削径の如何に係わらず掘削用カッター１００を自重で下方に移動させながら深さ方向に連続的に掘削することができ、ケーソン２の刃口１の沈下を適切に制御できる。また、ケーソン２の隔壁３７の回収穴４６にはカッター回転機構や上下機構を設けないので、回収穴４６を小さくでき、隔壁３７の強度を十分に確保できる。このため、立坑掘削完了後、止水のため切羽部にコンクリートを打設する時に隔壁３７で地下水圧による打設コンクリートの変形（隆起）を防止し、打設コンクリートの健全性を確保できる。また、シャフト２４の上端は大気側に開放されているので、掘削用カッター１００の回収引上げは容易であり、特に掘削用カッター１００が故障した場合に容易に回収引上げ、再装着ができる。更に、回収穴４６には複雑で高価な機構は設けられておらず、かつ切羽部の水圧はカッター駆動軸１０１の断面に作用するだけで揚力も小さくなるので、構造が簡単で安価な設備にできる。
【００５５】
カッター１００で掘削された土砂はシャフト２４内に注入された泥水と混ぜ合わされ、排泥口２６よりカッターセンターシャフト７及びドリルパイプ２５の内部を通過して地上にサクションポンプ３１で吸い上げられる。地上に吸い上げた土砂と泥水の混合物は泥水処理装置により土砂を取出、処理の終了した泥水は再度シャフト２４内に注入され、再利用される。そこで、回転側（掘削用カッター１００及びカッター駆動軸１０１）より静止側（地上のポンプ３１）に泥水を吸い上げるようにするために上記の中間スイベルジョイント３２を設置し、このスイベルジョイント３２をバルブ３３及びホース３４を介してサクションポンプ３１につなげている。ケリーバパイプ１３の上端に装備された吊下げ用スイベルジョイント１７はカッター駆動軸１０１の回転がクレーン１６に伝わらないようにするためのものであるが、この吊下げ用のスイベルジョイント１７を用いて泥水を静止側に取り出しても良い。
【００５６】
前述したように拡径カッター４はジャッキ５の伸縮により開閉し、カッタースポーク３ｂはカッターすぼめジャッキ８の作動により傘のように開閉する。これらジャッキ５，８の油圧用の配管はケリーバパイプ１３の上端に設けられたロータリジョイント１９を介して地上に設置された油圧回路部に接続される。
【００５７】
また、拡径カッター４のジャッキ５には内蔵型のストローク計５ａ（図１３参照）が付いており、拡径カッター４の拡径位置を検出する。カッターすぼめジャッキ８には、図５に示すようにスタビライザー４８との間にロータリエンコーダ式でワイヤー式のストローク計３０が付いており、カッタースポーク３ｂの折曲げ状態を検出する。更に、図９に示すように、ケリーバパイプ１３の上端に設けられたロータリジョイント１９の外周部にはやぐら１５と間にロータリエンコーダ式でワイヤー式のストローク計２９が付いており、ケーソン２の刃口１に対する掘削用カッター１００の上下方向の位置を検出する。また、シールド推進部１０のシールドジャッキ１１のうちの３本に内蔵型のストローク計１１ａ（図１３参照）が付いており、セグメント１２に対するケーソン２の刃口１の上下方向の位置を検出する。ストローク計５ａ，３０の配線用のケーブルはケリーバパイプ１３の上端に設けられたスリップリング１８を介して地上に設置された信号処理設備に接続される。なお、ストローク計の代わりに流量計を用いて流量より各ジャッキのストロークを検出していも良い。
【００５８】
図１２に拡径カッター４を作動させるための油圧回路図を示す。図中Ａは地上設置の油圧回路部であり、Ｂはカッター部に設置した油圧回路部である。カッター部に設置した油圧回路部Ａは前述したようにロータリジョイント１９を介して地上設置の油圧回路部Ｂに接続されている。
【００５９】
カッター部の油圧回路部Ｂにおいて、ケーソン２が沈下し拡径カッター４を急激に押し下げてゆく場合はジャッキ５は急激に縮められることになるため、ジャッキ５のボトム側油圧が上がり短時間の内にリリーフバルブ１２２Ａより加圧油が噴出し、一部はチェックバルブ１２１を通過してジャッキ５のロッド側に供給され、余りはチェックバルブ１２３を通過して切羽泥水内に噴出する。
【００６０】
また、この油圧回路では拡径カッター４が予想できない力で引き出された場合に備えてアキュムレータ１２４が装備されている。拡径カッター４が引き出される場合はジャッキ５は伸びることになり、ジャッキ５のロッド側の油圧が上がりリリーフバルブ１２２Ｂより加圧油が噴出し、それと共にチェックバルブ１２１を通過してジャッキ５のボトム側に供給されるが、ジャッキ５のピストンは面積差があるためボトム側が負圧状態となる。そこでその油の不足分をアキュムレータ１２４より供給してやる。
【００６１】
この実施例では油を切羽泥水中に放出する構成としたが、切羽泥水中に油を噴出させることを止めるためには、チェックバルブ１２３の出口側に密封タンク（リリーフバルブ付きのタンクがよい）を装着すればよい。また、チェックバルブ１２３はリリーフバルブでもよい。
【００６２】
地上設置の油圧回路部Ａにおいて、拡径カッター４の作動は電磁切換弁１２５を操作することにより制御される。オイルタンク１３０内の油は油圧ポンプ１２９により開閉バルブ１３１及びフィルター１３２を介して吸い上げられ、ロードチェック弁を介して電磁切換弁１２５に供給される。電磁切換弁１２５が閉じられている状態では、油圧ポンプ１２９からの油は電磁切換弁１２５の内部通路を介してタンク１３０に戻される。なお、１２６は回路圧力の上限を制限するリリーフ弁である。電磁切換弁１２５を開くと、その切換方向に応じて油圧ポンプ１２９からの油がジャッキ５のボトム側またはロッド側に供給され、拡径カッター４を開閉動作する。
【００６３】
上記のように主カッター３及び拡径カッター４を用いて掘削を行うとき、運転手は常に主カッター３及び拡径カッター４とケーソン２の刃口１との位置関係が分からないと、拡径カッター４の拡径量及び主カッタース３のすぼめ具合を決定することができない。そこで、上記のようにストローク計５ａ，３０，２９，１１ａを装着して、主カッター３及び拡径カッター４とケーソン２の刃口１との位置関係を把握する。特に、本実施例では、当該位置関係をＣＲＴに映し出し、それを見ながら運転者は運転を行う。
【００６４】
図１３にＣＲＴ表示システムの一例を示す。図１３において、各ストローク計５ａ，３０，２９，１１ａから送られてきたアナログ電気信号はＡ−Ｄ変換器４０でデジタル信号に変えられ、パソコン４１内に取り込まれる。また、シャフト２４、ドリルパイプ２５、ケーソン２，２Ａ、セグメント１２は継ぎ足す都度その個数をパソコン４１に手入力する。パソコン４１はこれらの情報を演算し、必要な部分の各距離をＣＲＴ４２上に表示するとともに、ＣＲＴ４２上にカッター部の図を表示して作動にしたがって各部を動かすようにする。
【００６５】
図１４にＣＲＴ４２に写し出した画面の一例を示す。ＣＲＴ４２上に図示のようにケーソン２の下方部分及びカッター部を映し出す。また、例えば地表からケーソン２の刃口１下端までの距離Ａ、地表から掘削用カッター１００の下端までの距離Ｂ、掘削用カッター１００の掘削径Ｃ、掘削用カッター１００の最外径部とケーソン２の刃口１外周との距離Ｄ、ケーソン２の刃口１下端から掘削用カッター１００の下端までの距離Ｅ、ケーソン２の刃口１下端から掘削用カッター１００の最外径部までの距離Ｆを数値で表示する。運転者はこのＣＲＴ画面を見ながら、掘削用カッター１００とケーソン刃口１との位置関係を適確に把握し、掘削用カッター１００の掘削径を任意に変え、掘削用カッター１００を自重で下方に移動させながら安全にかつ能率良く掘削することができる。
【００６６】
なお、本実施例ではＣＲＴ４２の画面上に図と数値を表示したが、その一方のみでもよい。
【００６７】
次に、以上のように構成した立坑掘削機による掘削方法を説明する。
地山が砂層、砂礫層などで硬い場合は、自重でケーソン２，２Ａが沈むことはない。この場合は、掘削用カッター１００の回転作動によりケーソン２の下方を掘削し、ケーソン２の貫入抵抗を減らして自重沈下させる。このとき、地山の硬さに応じて主カッター３をすぼませたり拡径カッター４の拡径量を変化させたりしてカッター１００の掘削半径を調整し、ケーソン２の貫入抵抗を制御しながら自重沈下で推進して行く。
【００６８】
具体的には、まず、拡径カッター４をカッタースポーク３ｂ内に引き込み、主カッター３のカッタースポーク３ｂを図５に示すように最小径にすぼめ、この状態でカッター回転駆動装置１０２を駆動して掘削用カッター１００を回転させながら、クレーン１６の吊下げ位置及び吊下げ力調整によって地山への押付け力を調整し、掘削用カッター１００を自重で下方へと移動させながら掘削する。このように掘削してもケーソン２が自重沈下しない場合は、カッターすぼめ機構６のジャッキ８によりカッタースポーク３ｂを少し拡げ、掘削径を拡大して上記と同じ操作を繰り返す。このように掘削径を徐々に拡大しカッタースポーク３ｂを全開状態にして、またケーソン２が自重沈下しない場合は、ジャッキ５を作動して拡径カッター４を少し拡げ、刃口１の下側を上記と同じ要領で掘削する。そして、この操作をケーソン２が自重沈下するまで繰り返す。
【００６９】
以上のように主カッター３または拡径カッター４を徐々に開くことにより刃口１の貫入抵抗が徐々に減るため、ケーソン２の自重沈下速度は余り大きくならない。また、自重沈下で刃口１が拡径カッター４に接触しても、前述のごとく刃口１により拡径カッター４が回転して内周側に引き込まれるため、カッター３，４は損傷しない。
【００７０】
最初の掘削でケーソン２の自重沈下に要する掘削半径が分かれば、次の掘削作業では直接その掘削半径の近くまで主カッター３または拡径カッター４を開き、掘削用カッター１００を自重で下方に移動させながら掘削する。これにより、ケーソン２の沈下速度を制御しつつ能率良く施工できる。
【００７１】
所定量ケーソン２が沈下した時点で、地上部で次のケーソン２Ａを打設する。
【００７２】
ケーソン２，２Ａが沈下するに従い、ケーソン２の隔壁３７の底面に水圧がかかり、揚力となる。隔壁３７の底面にかかる水圧とケーソン２，２Ａの外周部の摩擦力との和がケーソン２，２Ａ自重より大きくなると、掘削用カッター１００で刃口１の下側を刃口１の最外周まで掘削してもケーソン２，２Ａは自重沈下しなくなる。その場合は、ケーソン２の隔壁３７上に水を注入したり、重りを追加してケーソン２，２Ａを沈下させる。
【００７３】
そして、シールド推進部１０が地中に埋設された時点でセグメント１２に反力をとり、ジャッキ１１を伸ばし、自重沈下ではなくジャッキ１１の推力によりケーソン２，２Ａを推進する。この場合、セグメント１２に反力をとるためにセグメント１２の外周部に裏込材を注入するか、セグメント１２を適当な手段で地山に固定する。
【００７４】
以上のようにしてケーソン２，２Ａを推進する場合は、ケーソン２，２Ａの自重、外周摩擦力、水圧力を考慮して拡径カッター４の拡径量または主カッター３のすぼめ具合を決定し、刃口１の抵抗を自重沈下しない程度に小さくしてシールドジャッキ１１の推力で刃口１を地山に貫入推進させるようにする。この場合は沈下の時期を制御できることになるので、ジャッキ１１でケーソン２，２Ａを貫入沈下させるときに拡径カッター４を刃口１と接触しない位置に退避させることができる。
【００７５】
セグメント１２の幅（高さ）にほぼ相当する距離だけケーソン２，２Ａを推進した時点で、シールドジャッキ１１を戻し、エレクター２０にてセグメント１２を組み立てる。その場合、全てのシールドジャッキ１１を縮めると水圧力により上方へシールドハル１０ａが押し上げられる可能性があるので、セグメント１２を組む箇所のシールドジャッキ１１のみを縮めるようにする。
【００７６】
運転者は以上のようにケーソン２の下方を掘削しながらケーソン２，２Ａを沈下推進させて行くが、このとき掘削用カッター１００とケーソン２の刃口１との位置関係が分からないと、拡径カッター４の拡径量及び主カッター３のすぼめ具合を決定することができない。そこで、本実施例では前述したようにＣＲＴ４２にカッター部を映し出し、かつ必要な部分の各距離Ａ〜Ｆを表示し、運転者はこのＣＲＴ画面を見ながら、主カッター３及び拡径カッター４とケーソン２の刃口１との位置関係を把握し、安全にかつ能率良く掘削する。
【００７７】
ケーソン２，２Ａを所定位置まで推進し所望の深さまで立坑を構築すると、図５及び図６に示すように拡径カッターを４をジャッキ５にてカッタースポーク３ｂ内に引き込み、カッタースポーク３ｂをジャッキ８にてすぼめ、クレーン１６でシャフト２４内を吊り上げて回収する。
【００７８】
また、推進の途中でカッタービットの摩耗とか、折損、油漏れ等の故障があった場合も、図５及び図６に示すように掘削用カッター１００をすぼませ、クレーン１６によりシャフト２４より引き上げて修理を行い、再投入することができる。このとき、本実施例ではシャフト２４の上端は開放されているので、容易に回収引上げ、再装着ができる。
【００７９】
以上のように本実施例によれば、掘削用カッター１００を、カッター駆動軸１０１の下端近傍に折り曲げ自在に支持された放射状の複数のカッタースポーク３ｂを持つ主カッター３と、カッタースポーク３ｂの対向する２本に回転可能に取付けられた拡径カッター４とで構成したので、主カッター３はケーソン２の内面より内周側を掘削し、拡径カッター４は、カッタースポーク３ｂを最大に拡げたとき、ケーソン２の刃口１の下側において主カッター３の外側からケーソン２の刃口１の外周までの間を掘削し、その間で掘削径を自在に変更することができる。
【００８０】
また、カッタースポーク３ｂに対して設けられた拡径カッター４の回転中心３５をケーソン２の内面より内周側に位置させたので、ケーソン２が自重沈下してきたときケーソン２がカッタースポーク３ｂにぶつからなくなるとともに、拡径カッター４を上方に回転するにしたがって掘削径が増加するように回転可能に取付けたので、拡径カッター４は下方に押されたときに内周側に回転可能となり、ケーソン２が自重沈下してきたとき拡径カッター４の上部にケーソン２の刃口１がぶつかっても、拡径カッター４は刃口１の押し下げ力により内周側に回転して引き込まれる。したがって、主カッター３及び拡径カッター４がケーソン２の刃口１と地山の間に挾まれることはなく、カッターを破損することを防止できる。このとき、特に拡径カッター４のカッター形状を、拡径カッター４の回転中心３５からカッター刃先までの距離が回転方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるようにしたので、ケーソン２の自重沈下時に拡径カッター４が刃口１で押し下げられるとき、拡径カッター４は下方に無理無く回転し、拡径カッター４がケーソン２の刃口１と地山の間に挾まれることが確実に防止できる。
【００８１】
また、ケーソン２の刃口上方部分に隔壁３７を設け、この隔壁３７にカッター駆動軸１０１が通るカッター回収穴４６を形成したので、隔壁３７より上方でカッター駆動軸１０１の上端付近にカッター回転駆動装置１０２を係合させ掘削用カッター１００を回転させるとともに、カッター駆動軸１０１の上端をクレーン１６で支持し掘削用カッター１００を吊下げることが可能となり、これにより掘削径の如何に係わらず掘削用カッター１００を自重で下方に移動させながら深さ方向に連続的に掘削し、ケーソン２の刃口１の沈下を適切に制御できる。また、回収穴４６にはカッター回転機構や上下機構等の複雑で高価な機構は一切設けられておらず、かつ切羽部の水圧はカッター駆動軸１０１の断面に働くだけで揚力も小さくなるので、構造が簡単で安価な設備にできる。更に、隔壁３７の回収穴４６にはカッター回転機構や上下機構を設けないので、回収穴４６を小さくでき、隔壁３７の強度の低下を最小に抑えられる。このため、立坑掘削完了後、止水のため切羽部にコンクリートを打設する時に隔壁３７で地下水圧による打設コンクリートの変形（隆起）を防止し、打設コンクリートの健全性を確保できる。
【００８２】
更に、カッター回収穴４６の上方へ伸びる中空のシャフト２４を設け、このシャフト２４の上端を大気側に開放したので、掘削用カッター１００の故障時に掘削カッター１００の回収引上げ、再装着が容易となる。
【００８３】
また、カッターすぼめ機構６をカッター駆動軸１０１にピストン部８ａを設けたジャッキ８で構成したので、カッターすぼめ機構６がコンパクトになり、かつカッタースポーク３ｂの内径端近傍に折り曲げ部３ｄを設けたので、カッタースポーク３ｂをすぼめたときに主カッター３の外径端部分の径が小さくなり、更に拡径カッター４をカッタースポーク３ｂをすぼめたときにカッター駆動軸１０１に干渉しない位置に取り付けたので、掘削用カッター全体をコンパクトにすぼめることができ、これらにより上記のように回収穴４６を小さくしたとき、この小さい回収穴４６から掘削用カッター１００を容易に回収できる。
【００８４】
また、カッタースポーク３ｂの折曲げ状態を検出するセンサ３０と、拡径カッター４の拡径位置を検出するセンサ５ａと、ケーソン２の刃口に対する拡径カッター４の上下方向の位置を検出するセンサ１１ａ，３０とを設け、ＣＲＴ４２に掘削用カッター１００とケーソン２の刃口１との位置関係を表示したので、運転者はＣＲＴの画面を見て掘削用カッター１００とケーソン刃口１との位置関係を適確に把握し、掘削用カッター１００の掘削径を任意に変え深さ方向に安全にかつ能率良く掘削することができる。
【００８５】
本発明の第２の実施例を図１５により説明する。図中、図１に示す部材と同等の部材には同じ符号を付している。本実施例は、シールド推進部１０を用いない立坑掘削機に本発明を適用したものである。
【００８６】
すなわち、図１５において、ケーソン２，２Ａにはシールド推進部は設けられておらず、立坑構築物は全てケーソン２，２Ａで施工を行い、それらの自重により沈下させる。
【００８７】
ケーソン２の上部に図示しないケーソン圧入装置を装着してもよく、この場合はシールドジャッキ１１で推進する場合と同様にケーソン２，２Ａを自重沈下ではなく圧入装置で押し下げることにより沈下時期を制御でき、より効率的な施工ができる。
【００８８】
本発明の第３の実施例を図１６〜図１８により説明する。図中、図１に示す部材と同等の部材には同じ符号を付している。本実施例は、シャフト２４の上端を大気側に開放しない立坑掘削機に本発明を適用したものである。
【００８９】
すなわち、図１６において、シャフト２４の上端は大気側に開放されておらず、シャフト２４の上端とドリルパイプ２５との間は密封部材３８で密封シールされている。隔壁３７の下方には図示しないシステムにより水が供給される。
【００９０】
掘削用カッター１００の回収時には、図１７に示すように掘削用カッター１００をすぼめ、図１８に示すようにやぐら１５をシャフト２４から分離し、密封部材３８は外さずにクレーン１６でカッター駆動軸１０１の上端をハウジングら１５とともに吊り上げ掘削用カッター１００をシャフト２４内に引き込み、その後切羽部にコンクリート３９を打ち止水した後、密封部材３８を外して掘削用カッター１００を回収する。シャフト２４の長さは、この回収時に掘削用カッター１００を引き上げ格納するスペースを確保できるように決定される。
【００９１】
本実施例では、掘削時にドリルパイプ２５及びシャフト２４の継ぎ足しは不要であり、施工の段取りが楽になるという利点がある。ただし、故障時の掘削用カッター１００の回収引上げは、切羽内の水をかきだしその後密封部材３８を外して行うことになり、手間がかかる。
【００９２】
本発明の第４の実施例を図１９により説明する。図中、図１に示す部材と同等の部材には同じ符号を付している。本実施例は、最下部に隔壁のないケーソンを用いる工法に本発明を適用したものである。
【００９３】
すなわち、図１９において、最下部のケーソン２Ｂには隔壁３７（図１参照）が設けられていない。このため、やぐら１５Ａは地表に設置されている。ケーソン２Ｂに隔壁がないので、回収時は掘削用カッター１００全体をすぼめなくても拡径カッター４を引き込めば、回収引上げができる。また、ケーソンの厚さが一様でなく、ケーソンの内周側に突出部分がある場合があるが、この場合は先の実施例と同様に掘削用カッター１００全体をすぼめることで回収することが可能となる。
【００９４】
本実施例でも、拡径カッター４の拡径量を調整したり主カッター３をすぼめたり開いたりして掘削径を自在に変更することができるので、地山の硬さに合わせて掘削径を調整し、カッターを自重で下方に移動させながら掘削することにより安定したケーソン２の沈下を実現できる。また、拡径カッター４のカッター形状は第１の実施例と同じであり、拡径カッター４がケーソン２Ｂの刃口１と地山の間には挾まれることもない。
【００９５】
【発明の効果】
本発明によれば、カッター駆動軸の下端近傍に折り曲げ自在に支持された主カッターと上方に回転するにしたがって掘削径が増加するように回転可能に取付けられた拡径カッターとで掘削用カッターを構成したので、立坑構築物の沈下時にカッターが立坑構築物の刃口と地山の間には挾まれることなく、カッターの掘削径を自在に変更することができる。
【００９６】
また、本発明によれば、拡径カッターを適切なカッター形状にしたので、立坑構築物の沈下時に拡径カッターが刃口で押し下げられるとき、拡径カッターは下方に無理無く回転し、拡径カッターが立坑構築物の刃口と地山の間に挾まれることが確実に防止できる。
【００９７】
また、本発明によれば、立坑構築物の隔壁に設けた回収穴にカッター駆動軸が通る構成としたので、掘削径の如何に係わらず掘削用カッターを自重で下方に移動させながら深さ方向に連続的に掘削し、立坑構築物の刃口の沈下を適切に制御できる。また、回収穴にはカッター回転機構や上下機構等の複雑で高価な機構は一切設けられておらず、かつカッターに働く揚力も小さくなるので、構造が簡単で安価な設備にできる。更に、回収穴を小さくできるので、隔壁の強度を確保し、止水のための打設コンクリートの健全性を確保できる。
【００９８】
また、本発明によれば、カッター回収穴の上方へ伸びる中空のシャフトの上端を大気側に開放したので、掘削用カッターの故障時に掘削カッターの回収引上げ、再装着が容易となる。
【００９９】
また、本発明によれば、カッターすぼめ機構をカッター駆動軸にピストン部を設けたジャッキで構成したので、カッターすぼめ機構がコンパクトになり、回収穴を小さくしたとき小さい回収穴から掘削用カッターを回収できる。
【０１００】
また、本発明によれば、カッタースポークの内径端近傍に折り曲げ部を設けたので、カッタースポークをすぼめたときに外径端部分の径が小さくなり、小さい回収穴から掘削用カッターを回収できる。
【０１０１】
更に、本発明によれば、拡径カッターをカッタースポークをすぼめたときにカッター駆動軸に干渉しない位置に取り付けたので、掘削用カッター全体をコンパクトにすぼめることができ、小さい回収穴から掘削用カッターを回収できる。
【０１０２】
また、本発明によれば、カッタースポークの折曲げ状態を検出するセンサ等を設けたので、運転者は掘削用カッターとケーソン刃口との位置関係を適確に把握でき、カッターの掘削径を任意に変え、深さ方向に安全にかつ能率良く掘削することができる。
【０１０３】
また、掘削用カッターと立坑構築物の刃口との位置関係を表示する手段を更に設けたので、運転者はその表示を見ながら、深さ方向に安全に能率良く掘削できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例による立坑掘削機の縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視図である。
【図３】図１のＩＩＩ部拡大図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線矢視図である。
【図５】図１の実施例の掘削用カッターをすぼめたカッター回収時の状態を示す図１と同様な縦断面図である。
【図６】図１のＩＶ部拡大図である。
【図７】図６の実施例のカッターすぼめ機構の拡大図である。
【図８】図１のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線矢視図である。
【図９】図１のＸＩ部拡大図である。
【図１０】図１の実施例のカッター回転駆動装置の平面図である。
【図１１】図１０のＸＩ−ＸＩ線矢視図である。
【図１２】図１の実施例の拡径カッターのジャッキを駆動する油圧回路図である。
【図１３】図１の実施例のＣＲＴ表示システムを示す図である。
【図１４】図１３に示すシステムのＣＲＴの表示例を示す図である。
【図１５】本発明の第２の実施例による立坑掘削機の縦断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施例による立坑掘削機の縦断面図である。
【図１７】図１６に示す実施例のカッター回収時の状態を示す縦断面図である。
【図１８】図１６に示す実施例のカッター回収時の状態を示す縦断面図である。
【図１９】本発明の第４の実施例による立坑掘削機の縦断面図である。
【符号の説明】
１ 刃口
２，２Ａ，２Ｂ ケーソン
３ 主カッター
３ａ リブ
３ｂ カッタースポーク
４ 拡径カッター
４ｂ 支持ブロック
５ ジャッキ
５ａ，１１ａ，２９，３０ ストローク計
６ カッターすぼめ機構
７ カッターセンターシャフト（カッター駆動軸）
８ カッターすぼめジャッキ
８ａ ピストン部
８ｂ シリンダ部
９ アーム
１０ シールド推進部
１０ａ シールドハル
１１ シールドジャッキ
１２ セグメント
１３ ケリーバパイプ（カッター駆動軸）
１４ ロータリテーブル
１５ やぐら
１６ クレーン
１７ 吊下げ用スイベルジョイント
１８ スリップリング
１９ ロータリジョイント
２０ エレクター
２１ テールシール部
２４ シャフト
２５ ドリルパイプ（カッター駆動軸）
２６ 排泥口
２７，２８，３５，３６ ピン
３１ サクションポンプ
３２ 中間スイベルジョイント
３３ バルブ
３４ ホース
３７ 隔壁
４０ Ａ−Ｄ変換器
４１ パソコン
４２ ＣＲＴ
４３ 固定テーブル
４４ 油圧モータ
４６ 回収穴
４７ ボス
４８ スタビライザー
４９ 穴
１００ 掘削用カッター
１０１ カッター駆動軸
１０２ カッター回転駆動装置
Claims (11)
- 立坑構築物の内側と下側を掘削するための掘削用カッターを備えた立坑掘削機において、
前記掘削用カッターは、カッター駆動軸と、前記カッター駆動軸の下端近傍に折り曲げ自在に支持された放射状の複数のカッタースポークを持つ主カッターと、前記複数のカッタースポークの少なくとも一部のものに外側上方に回転するにしたがって掘削径が増加するように水平ピンを介して回転可能に取り付けられた拡径カッターとを有し、前記拡径カッターの回転中心である水平ピンは前記立坑構築物の内面より内周側に位置し、前記拡径カッターのカッター形状は、拡径カッターの回転中心からカッター刃先までの距離が回転方向全周にわたってほぼ等しいか回転方向内周側から外周側に行くにしたがって小さくなるような形状であることを特徴とする立坑掘削機。 - 請求項１記載の立坑掘削機において、前記立坑構築物は刃口の上方部分に隔壁を有し、この隔壁に前記カッター駆動軸が通るカッター回収穴が形成されていることを特徴とする立坑掘削機。
- 請求項２記載の立坑掘削機において、前記隔壁より上方で前記カッター駆動軸の上端付近に係合し前記掘削用カッターを回転させるカッター回転駆動装置と、前記カッター駆動軸の上端を支持し前記掘削用カッターを吊下げるカッター吊下げ手段とを更に備えることを特徴とする立坑掘削機。
- 請求項２記載の立坑掘削機において、前記カッター回収穴の上方へ伸び内部を前記カッター駆動軸が通る中空のシャフトを更に備え、前記シャフトの上端は大気側に開放されていることを特徴とする立坑掘削機。
- 請求項２記載の立坑掘削機において、前記カッター回収穴の上方へ伸び内部を前記カッター駆動軸が通る中空のシャフトを更に備え、前記シャフトの上端は大気側に対して密閉されていることを特徴とする立坑掘削機。
- 請求項１〜５のいずれか１項記載の立坑掘削機において、前記掘削用カッターは、前記カッター駆動軸に設けられたピストン部及び前記ピストン部に嵌め合い摺動するシリンダー部からなるジャッキと、前記ジャッキのシリンダー部を前記カッタースポークに連結する複数のアームとで構成されるカッターすぼめ機構を更に有することを特徴とする立坑掘削機。
- 請求項１〜５のいずれか１項記載の立坑掘削機において、前記複数のカッタースポークは、これらカッタースポークをすぼめたときに外径端部分の径が小さくなるように折り曲げ部を有することを特徴とする立坑掘削機。
- 請求項１〜５のいずれか１項記載の立坑掘削機において、前記拡径カッターは、前記カッタースポークをすぼめたときに前記カッター駆動軸と干渉しない位置に取り付けられていることを特徴とする立坑掘削機。
- 請求項８記載の立坑掘削機において、前記掘削用カッターは、前記カッタースポークをすぼめたときに前記カッター駆動軸に干渉することなく交差するよう前記カッタースポークの外径端に位置をずらして取付けられた支持部材を更に有し、前記拡径カッターは前記支持部材に取り付けられていることを特徴とする立坑掘削機。
- 請求項１〜４のいずれか１項記載の立坑掘削機において、前記カッタースポークの折曲げ状態を検出するセンサと、前記拡径カッターの拡径位置を検出するセンサと、前記立坑構築物の刃口に対する前記掘削用カッターの上下方向の位置を検出するセンサとを更に備えることを特徴とする立坑掘削機。
- 請求項１０記載の立坑掘削機において、前記センサからの情報に基づき前記掘削用カッターと前記立坑構築物の刃口との位置関係を表示する手段を更に備えることを特徴とする立坑掘削機。
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