JP3550936B2 - 地中連続溝の掘削方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は地中に止水用、基礎用等の地中連続壁を造成するための連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、地中連続溝を掘削する装置として、図6に示すように、走行台車1にメインフレーム2およびリーダ3を介してチェーン式カッター4を垂直に取付け、このカッター4を地中に建て込んだ状態で水平方向に移動(横行)させながら回転させることにより、一定幅の溝Gを連続して掘削する構成のものが公知である(たとえば特開平5−280043号、特開平5−280044号、特開平7−173835号各公報参照)。
【0003】
チェーン式カッター4は、上下に長い箱形フレームであるカッターポスト5の上端部に設けられた駆動輪(スプロケット)6と、下端部に設けられた遊動輪(プーリ)7との間にエンドレスチェーン8が掛け渡され、このチェーン8の外周に設けられた多数の掘削刃9…によって溝Gを掘削するように構成されている。
【0004】
このカッター4はリーダ3に対して昇降可能に支持され、リーダ3とカッター4との間に設けられた昇降シリンダ(油圧シリンダ)10または図示しないウィンチ等の昇降手段により昇降して深度調整される。
【0005】
また、カッター4は、メインフレーム2に対してリーダ3とともに左右水平方向に移動(横行)可能に支持され、メインフレーム2とリーダ3との間に設けられた上下の横行シリンダ(油圧シリンダ)11,12によりカッター4が地盤Aに押し付けられる(図6中の太線矢印はこの押し付け力を表す)。
【0006】
なお、カッター4の横行力は、主として下部横行シリンダ12によって付与され、上部横行シリンダ11は押し付け反力を支持する役割を担う。
【0007】
また、横行シリンダ11,12が最大伸長状態になると、同シリンダ11,12が縮小されると同時に走行台車1が掘進方向に前進し、この動作を繰り返すことによって溝Gの連続掘削が行われる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
このような地中連続溝の掘削方法において、従来は、上記横行シリンダ11,12によってカッター4に与えられる横行力に依存して地盤Aを掘削する横行掘削のみを行っているため、次のような問題が生じていた。
【0009】
一般的に、深度が大きくなるにつれて地盤Aが固くなり、かつ、カッター4と掘削溝Gの溝壁の摩擦力が増大する傾向がある。
【0010】
これに対し、カッター4が地盤Aに与えることのできる横行力(押し付け力)は深度が大きくなるにつれて小さくなり、ある深度を超えるとカッター下部には掘削に必要な横行力が与えられなくなる。
【0011】
こうなると、カッター下部の移動が上部よりも遅れてカッター全体として前傾方向に傾斜または撓み変形し、地盤A下部に掘り残しが生じて、やがて掘削不能となる。
【0012】
このため、従来の掘削方法によると、掘削可能な深度(掘削限界深度)が小さくなっていた。
【0013】
そこで本発明は、横行掘削による掘削不足分をカバーして掘削限界深度を増加させることができる地中連続溝の掘削方法を提供するものである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、掘削刃を備えたエンドレスチェーンをカッターポストに上下方向に掛け渡して成るチェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で地盤に水平方向に押し付けながら回転させることにより地中に連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法において、適時、上記チェーン式カッターを地盤に押し付けた状態のまま昇降させながら地盤を掘削する縦掘削を行うものである。
【0015】
請求項2の発明は、掘削刃を備えたエンドレスチェーンをカッターポストに上下方向に掛け渡して成るチェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で地盤に水平方向に押し付けながら回転させることにより地中に連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法において、通常掘削時には、チェーン式カッターを掘削刃が地盤に対して上向きに接触する掻き上げ方向に回転させ、適時、逆転掘削として同カッターの掘削刃が地盤に対して下向きに接触する掻き下げ掘削を行うものである。
【0016】
請求項3の発明は、掘削刃を備えたエンドレスチェーンをカッターポストに上下方向に掛け渡して成るチェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で地盤に水平方向に押し付けながら回転させることにより地中に連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法において、適時、上記チェーン式カッターの回転方向を転換することにより地盤に対する掘削刃の作用方向を逆転させる逆転掘削と、カッターを昇降させながら地盤を掘削する縦掘削とを同時に行うものである。
【0017】
請求項4の発明は、請求項3記載の方法において、通常掘削時には、チェーン式カッターを掘削刃が地盤に対して上向きに接触する掻き上げ方向に回転させ、逆転掘削として、同カッターの掘削刃が地盤に対して下向きに接触する掻き下げ掘削を行うものである。
【0018】
請求項5の発明は、請求項1乃至4のいずれかの方法において、チェーン式カッターが掘進方向に対して前傾方向に傾斜しまたは撓んだときに縦掘削もしくは逆転掘削またはその双方を行うものである。
【0019】
請求項6の発明は、請求項1乃至5のいずれかの方法において、チェーン式カッターに、同カッター自重とは別に押し下げ力を加えながら縦掘削もしくは逆転掘削またはその双方を行うものである。
【0020】
請求項1の方法によると、横行力不足によってカッター下部に掘り残しの可能性が生じた場合、あるいはカッターの傾斜や撓みによって現実に掘り残しが生じた場合(請求項5の場合)に、カッターを地盤に押し付けた状態のまま上昇させて、カッター下部に作用する応力を減少させた(請求項5の場合は傾斜や撓みを減少させた)上で下降させながら掘削するという縦掘削を行うことにより、掘り残し部分を掘削することができる。
【0021】
請求項2の方法によると、カッターが逆転( 掻き下げ回転 )することにより、掘削刃の地盤Aに対する食い付きが好転し、逆転前よりも掘削効率を高めることができる。
【0022】
さらに、請求項3の方法によると、縦掘削と逆転掘削の二つの掘削方法を組み合わせるため、縦掘削のみあるいは逆転掘削のみを行う場合と比較して、相乗効果として掘削効率が格段に良くなり、掘り残し地盤を確実に掘削することができる。
【0023】
また、請求項6の方法によると、たとえば掘削しながら溝内にセメントミルク等の液状固化材を注入する工法をとる場合に、縦掘削または逆転掘削時に、カッターにこの固化材による浮力に打ち勝つ十分な押し下げ力を付与して確実な掘削効果を得ることができる。
【0024】
従って、上記した各方法による掘削を必要に応じて行うことにより、通常の横行掘削のみでは不可能な深度の掘削が可能となる。
【0025】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図1〜図5によって説明する。
【0026】
第1実施形態(図1,2参照)
この掘削方法に使用される掘削装置の全体構成を図1に示している。
【0027】
同図において、図6に示す従来の掘削装置と同一部分には同一符号を付して示している。
【0028】
図6に示す装置との相違点のみを説明すると、この装置においては、カッター4を昇降させる昇降手段としての昇降シリンダ13は、従来同様、小幅の深度調整を行うだけでなく、補助掘削のために大きなストロークでカッター4を昇降させる機能を果たす。
【0029】
そこで、この昇降シリンダ13には、深度調整のみを行う従来装置の昇降シリンダ10より大きなストロークが得られるように多段シリンダ(図例では二段シリンダ)が用いられている。
【0030】
また、この昇降シリンダ13の大ストローク化に合せて、従来装置のリーダ3よりも長いリーダ14が用いられている。
【0031】
この装置を用いた地中連続溝の掘削方法を図2によって説明する。
【0032】
図2では装置の概略構成を示し、横行シリンダおよびカッター掘削刃の図示を省略している。
【0033】
また、同図中、実線矢印はカッター4の回転方向を示し、通常掘削時には、(イ)〜(ニ)に示すように地盤Aに対して掘削刃が上向きに接触する掻き上げ方向に回転する。
【0034】
図2(イ)
掻き上げ回転による通常掘削状態を示し、所定深度で、横行シリンダのストローク0の状態から最大ストローク状態まで、同シリンダによる横行力(図中、太線矢印で示す)によりカッター4を地盤Aに押し付けながら溝Gを掘削する。
【0035】
このとき、カッター4は撓み0で、掘削進行に連れて撓み増加傾向となる。
【0036】
図2(ロ)
横行シリンダがストロークエンドに達し、カッター4は掻き上げ回転のまま、応力の増大により掘進方向に対して前傾方向に傾斜しまたは撓み始める。
【0037】
図2(ハ)
横行シリンダを縮小させながら走行台車1を前進させる切り替え動作により、カッター4を(イ)の原位置に戻した状態を示す。
【0038】
カッター4は掻き上げ回転で、かつ前傾方向に傾斜しまたは撓んだ状態のままとなる。
【0039】
この状態では掘削効率が極端に低下して地盤Aの下部に掘り残し部分A1が生じ、このままではやがて掘削不能に陥る。
【0040】
図2(ニ)
そこで、図2(ハ)の位置のまま、昇降シリンダ13を縮小させてカッター4を上昇させる。
【0041】
これにより、カッター4に作用する応力が減少し、傾斜または撓みも減少もしく解消する。
【0042】
なお、カッター4の上昇量はカッター4に作用する応力、傾斜または撓みの度合い等に応じて適宜選択する。
【0043】
図2(ホ)
カッター上昇後、カッター4の回転方向をそれまでの掻き上げから掻き下げ方向に逆転させた後、カッター4を微速で下降させて縦掘削と逆転掘削の組み合わせによる掘削を開始する。
【0044】
これにより、カッター4に作用する応力、カッター4の傾斜または撓みは益々減少傾向となる。
【0045】
一方、カッター4と地盤Aとの間に作用する接線抵抗は、それまでの横行掘削時よりも大きくなる。また、カッター4に作用する応力は徐々に減少する。
【0046】
図2(へ)
カッター4を溝底部まで下降させた後、カッター4を再び上昇させ、そして下降させながら掻き下げ掘削を行う。
【0047】
以後、昇降幅を徐々に落しながら、上記昇降動作を必要回数繰り返す。
【0048】
このようにカッター4を昇降させながらの縦掘削と、カッター回転方向を逆転させる逆転掘削を組み合わせた掘削により、カッター4に作用する応力がやがて初期状態に、また傾斜または撓みも0に戻ってカッター4が元の垂直状態に戻り、掘り残し部分A1が掘削除去される。
【0049】
この後は、図2(イ)のようにカッター4を横行シリンダにより地盤Aに押し付けながら掻き上げ回転させる通常の横行掘削に戻る。
【0050】
上記図2(イ)〜(へ)の手順により通常掘削と、縦掘削および逆転掘削を組み合わせて掘削作業を行うことにより、地盤下部の掘り残しがなくなり、従来の横行掘削のみによる掘削方法では無理であった大深度掘削が可能となる。
【0051】
本発明者が行った掘削試験によると、同一地盤において、従来の横行掘削のみによる従来の掘削法では25m〜30m付近で掘削深度限界を迎えるのに対し、上記縦掘削と逆転掘削を組み合わせた掘削を適時行うことにより、45.61mの深度の掘削が可能であった。
【0052】
第2実施形態(図3,4参照)
(1)縦掘削時および逆転掘削時においても、カッター4、とくにカッター下部を地盤Aに対してできるだけ強く押し付けるのが望ましい。
【0053】
そこで、第2実施形態では、カッター下部の横行力不足を補うための補助推進手段を設カッター下部に設けている。
【0054】
補助推進手段が設置されたカッターポスト5の左右(図4の二重線矢印で示す掘進方向に対して左右、以下でいう前後左右の方向性について同じ)の側壁に窓穴15,15が設けられ、一対の油圧ジャッキ16,16がこの窓穴15,15を貫通し、窓穴15,15に沿って前後方向に移動しうる状態でカッターポスト5内に設けられている。
【0055】
この両側油圧ジャッキ16,16のカッターポスト外に突出した先端には四角板状の反力受け体17,17が垂直に取付けられて反力支持機構が構成され、油圧ジャッキ16,16の伸長作動によって反力受け体17,17が溝壁面に面当接し、縮小作動によって溝壁面から離間するようになっている。
【0056】
また、両側油圧ジャッキ16,16は、カッターポスト5内で、前後方向に水平に設けられた推進シリンダ18のシリンダチューブ19に連結され、同シリンダ18のピストンロッド20の先端がカッターポスト5の前側内壁に連結されている。
【0057】
なお、両側油圧ジャッキ16,16にシール板21,21が、窓穴15,15の周壁と近接対向して設けられるとともに、窓穴周壁内面に、このシール板21,21に接触するシール部材22…が設けられ、これらによって窓穴部分でのシール作用が行われる。
【0058】
また、図示しないが、油圧ジャッキ16,16および推進シリンダ18と、地上側に設置された油圧ポンプおよびタンクとを接続する油圧配管がカッターポスト5内に設けられている。
【0059】
次にこの補助推進手段の作用を説明する。
【0060】
図3は、掘削中、地上側からの推進力不足によってカッターポスト13の下部と地盤Aとの間に隙間が生じた状態を示している。
【0061】
この状態から補助推進手段を作用させるときは、まず、油圧ジャッキ16,16を伸長させて反力受け体17,17を、掘削された溝Gの左右の側壁に圧接させる。
【0062】
次に、上記圧接部分で推進反力を支持した状態で、推進シリンダ18を伸長させることにより、図4に示すようにカッターポスト5(カッター4)の下部を掘進方向に移動させて地盤に押し付ける。
【0063】
こうして、地上側からカッター下部に与えられる推進力の不足を補助推進手段によって補い、カッター下部を地盤Aに押し付けて掘削作用を行う。
【0064】
図4の状態で一定量、掘削した後は、同図仮想線で示すように油圧ジャッキ16,16を縮小させて反力受け体17,17を溝壁面から離し、この状態で推進シリンダ18を縮小させる。
【0065】
こうすれば、推進シリンダ18のシリンダチューブ19に連結された両側油圧ジャッキ16,16および反力受け体17,17が図4の二重線矢印で示すように掘進方向に移動し、カッターポスト5に対して図3の原位置に戻る。
【0066】
以下、この尺取り運動を繰り返すことにより、補助推進作用を連続して行わせることができる。
【0067】
従って、通常掘削時および縦・逆転掘削時にこの補助推進作用を働かせることにより、カッター下部に掘進方向の推進力が与えられるため、
(a)通常掘削時にはカッター4の傾斜や撓みを抑え、
(b)このカッター4の傾斜や撓みが生じて掘り残しが生じた場合でも、カッター下部を掘り残し部分A1に強く押し付けて、
効率のよい掘削作業を行うことができる。
【0068】
なお、補助推進手段は、カッター下部の一個所のみに設けてもよいし、上下複数個所に設けてもよい。
【0069】
複数設ける場合、各補助推進手段は、同期して同じ動作を行わせるようにしてもよいが、互いに前後方向に位置ずれして設け、これらを時間差をもって順番に作動させることにより、カッター下部の地盤への押し付け作用を間断なく行わせることができる。
【0070】
また、補助推進手段の反力支持用および推進駆動用のアクチュエータとして、上記した油圧ジャッキ16、油圧(推進)シリンダ18に代えて、加減圧されて反力支持作用、推進作用を行う空気袋を用いてもよい。
【0071】
あるいは、第2実施形態における両側油圧ジャッキ16,16の先端にクローラを設け、このクローラを溝壁面に押し付けた状態で前方に回転させることにより、クローラと溝壁面の接触部分で推進反力を支持しながら、クローラの回転力によってカッター下部を連続して前方に移動させるようにしてもよい。
【0072】
他の実施形態
(1)縦掘削時には、カッター4の地盤Aへの食い付きを良くする上で、上記実施形態で説明したようにカッター4を下降させながら掻き下げ回転させるのが最も効果的であると考えられ、本発明者が行った実験でもこの点は実証されている。
【0073】
ただし、カッター4を掻き上げ回転のまま下降させて縦掘削を行っても、この縦掘削を行わない場合と比較して掘り残し地盤A1の掘削除去に効果が得られる。
【0074】
(2)また、逆転掘削時にはカッター4を昇降させることで高い効果が得られるが、図2(ハ)の段階で、カッター4を昇降させずにカッター4の回転方向を掻き上げから掻き下げに転換するだけでも、地盤Aに対するカッター4の食い込みが好転するため、この転換を行わない場合と比較して掘り残し部分Aの掘削に効果がある。
【0075】
(3)カッター4の昇降手段として、上記実施形態で示した昇降シリンダ13に代えてウィンチ等、下降力をカッター自重のみによって得る手段をとってもよい。
【0076】
ただし、
(i) カッター4を下降させながら掘削する掘削方法においては、カッター自重とは別の押し下げ力を加える方が格段に掘削効率が高くなること、
(ii) 掘削しながら溝内にセメントミルク等の液状固化材を注入する工法をとる場合に、掘削時に、カッター4にこの固化材による浮力に打ち勝つ十分な押し下げ力を付与して確実な掘削効果を得る必要があること
により、上記実施形態の昇降シリンダ13のような押し下げ力を付与しうる昇降手段を用いるのが望ましい。
【0077】
(4)工法によっては、掘削された連続溝の途中に基礎柱を構築するための円柱形の縦穴を造成したい場合がある。
【0078】
一方、連続溝のコーナー部では、カッター4の向きをほぼ直角に変える必要がある。
【0079】
この場合、カッター4を鉛直軸まわりに回転可能に取付け、上記円柱穴造成個所、コーナー部で回転させることが考えられる。
【0080】
しかし、カッター4の前後方向寸法は溝幅よりも大きいため、その場での鉛直軸まわりの回転はカッター4に作用する負荷が大き過ぎて現実にはきわめて困難となる。
【0081】
そこで、図5に示すように、カッター4を上昇または下降させながら鉛直軸Xまわりに少しずつ回転させることにより、カッター4に作用する負荷を小さくし、カッター4の回転を可能とすることができる。
【0082】
【発明の効果】
上記のように請求項1の発明によると、横行力不足によってカッター下部に掘り残しの可能性が生じた場合、あるいはカッターの傾斜や撓みによって現実に掘り残しが生じた場合(請求項5の場合)に、カッターを上昇させて、カッター下部に作用する応力を減少させた(請求項5の場合は傾斜や撓みを減少させた)上で下降させながら掘削するという縦掘削を行うことにより、掘り残し部分を掘削することができる。
【0083】
一方、請求項2の発明によると、カッターが逆転( 掻き下げ回転 )することにより、掘削刃の地盤Aに対する食い付きが好転し、逆転前よりも掘削効率を高めることができる。
【0084】
さらに、請求項3の発明によると、縦掘削と逆転掘削の二つの掘削方法を組み合わせるため、縦掘削のみ、あるいは逆転掘削のみを行う場合と比較して、相乗効果として掘削効率が格段に良くなり、掘り残し地盤を確実に掘削することができる。
【0085】
また、請求項6の発明によると、たとえば掘削しながら溝内にセメントミルク等の液状固化材を注入する工法をとる場合に、掘削時に、カッターにこの固化材による浮力に打ち勝つ十分な押し込み力を付与して確実な掘削効果を得ることができる。
【0086】
従って、上記した各方法による掘削を必要に応じて行うことにより、横行掘削のみでは不可能な深度の掘削が可能となり、掘削限界深度を増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態にかかる溝掘削方法に使用される掘削装置の全体概略構成を示す正面図である。
【図2】(イ)は通常掘削状態、(ロ)はカッターに撓みが生じた状態、(ハ)はカッターが撓んだままの状態で横行シリンダを縮小させながら走行台車を前進させた状態、(ニ)はカッターを上昇させて縦掘削を開始した状態、(ホ)は上昇後、カッターの回転方向を掻き上げから掻き下げに転換してカッターを下降させる状態、(へ)はその後、カッターを繰り返し昇降させて縦・逆転掘削を行っている状態をそれぞれ示す概略正面図である。
【図3】本発明の第2実施形態にかかる溝掘削方法に使用される掘削装置におけるカッター下部の水平断面図である。
【図4】図3の状態から補助推進手段を作用させてカッターを地盤に押し付けた状態の水平断面図である。
【図5】本発明の別の実施形態としてカッターを鉛直軸まわりに回転させる方法を説明するための概略正面図である。
【図6】従来の溝掘削方法に使用される掘削装置の全体概略構成を示す正面図である。
【符号の説明】
1 走行台車
4 チェーン式カッター
5 カッターポスト
8 エンドレスチェーン
9 掘削刃
13 カッターに押し下げ力を加える昇降シリンダ
G 溝
A 地盤
Claims (6)
- 掘削刃を備えたエンドレスチェーンをカッターポストに上下方向に掛け渡して成るチェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で地盤に水平方向に押し付けながら回転させることにより地中に連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法において、適時、上記チェーン式カッターを地盤に押し付けた状態のまま昇降させながら地盤を掘削する縦掘削を行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。
- 掘削刃を備えたエンドレスチェーンをカッターポストに上下方向に掛け渡して成るチェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で地盤に水平方向に押し付けながら回転させることにより地中に連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法において、通常掘削時には、チェーン式カッターを掘削刃が地盤に対して上向きに接触する掻き上げ方向に回転させ、適時、逆転掘削として同カッターの掘削刃が地盤に対して下向きに接触する掻き下げ掘削を行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。
- 掘削刃を備えたエンドレスチェーンをカッターポストに上下方向に掛け渡して成るチェーン式カッターを地中に建て込んだ状態で地盤に水平方向に押し付けながら回転させることにより地中に連続溝を掘削する地中連続溝の掘削方法において、適時、上記チェーン式カッターの回転方向を転換することにより地盤に対する掘削刃の作用方向を逆転させる逆転掘削と、カッターを昇降させながら地盤を掘削する縦掘削とを同時に行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。
- 請求項3記載の地中連続溝の掘削方法において、通常掘削時には、チェーン式カッターを掘削刃が地盤に対して上向きに接触する掻き上げ方向に回転させ、逆転掘削として、同カッターの掘削刃が地盤に対して下向きに接触する掻き下げ掘削を行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。
- 請求項1乃至4のいずれかに記載の地中連続溝の掘削方法において、チェーン式カッターが掘進方向に対して前傾方向に傾斜しまたは撓んだときに縦掘削もしくは逆転掘削またはその双方を行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の地中連続溝の掘削方法において、チェーン式カッターに、同カッター自重とは別に押し下げ力を加えながら縦掘削もしくは逆転掘削またはその双方を行うことを特徴とする地中連続溝の掘削方法。
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