JP3663155B2 - 拡幅掘削装置及び拡幅掘削方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、掘削溝を拡幅掘削する拡幅掘削装置及び拡幅掘削方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、市街地域で地上に構造物を構築する場合、構造物の構築によって地下に埋設された下水管やガス管等が存在する場所でも、埋設物の下方部を掘削し、コンクリート等の基礎や壁を構築している。
【０００３】
この場合、前記埋設物の下方部の掘削には、基端部を支点として、その先端部が上下方向に回転可能な掘削軸を掘削手段とする拡幅掘削装置が用いられており、前記掘削手段を掘削溝内に挿入し、所定の深度において掘削軸の先端を上方に回転させながら掘削することで埋設物の下方部を拡幅掘削している。
また、場所打ちコンクリート杭の構築において、杭の支持力を増大させるため、構築する杭の拡底や拡径をする場合があり、この場合、杭を形成する掘削溝を、前記埋設物の下方部の拡幅掘削と同様にして部分的に拡幅掘削し、杭の拡底部や拡径部を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の拡幅掘削では、以下の問題が存在していた。
従来の拡幅掘削装置によって掘削溝を拡幅掘削するには、掘削時に掘削溝内で掘削手段の位置を規制するガイド用溝が必要であり、このガイド用溝を構築するには、拡幅掘削装置の他にガイド用溝を掘削する掘削装置が必要となる。
さらに、従来の拡幅掘削装置は、掘削時に発生する掘削土砂の排泥機能を備えていないため、拡幅掘削装置の他に掘削土砂の排泥装置を掘削溝内に設置する必要がある。
また、従来の拡幅掘削装置は、掘削時に掘削溝内で掘削手段の位置がガイド用溝によって規制されることから、拡幅掘削の方向が一定となり、他の方向を拡幅掘削するには、掘削手段を引上げて方向を変えてから、再び掘削溝内に挿入する必要がある。
【０００５】
したがって、従来の拡幅掘削では、掘削手段のガイド用溝を掘削する掘削装置や、掘削土砂の排泥装置が別に必要となるとともに、拡幅掘削の方向が規制されることから、施工効率が低下するため、施工期間が長期化し、施工費用が増加していた。
【０００６】
ここで、地中壁の構築においては混合攪拌工法があり、この混合攪拌工法では、掘削した掘削溝内の土砂とセメント等の固化材を攪拌混合することで、強度の高い地盤を連続して土中に構築することができる。したがって、拡幅掘削装置に混合攪拌機能を付加することが望まれるが、従来の拡幅掘削装置では、掘削手段の位置がガイド用溝に規制されているため、掘削溝内で土砂と固化材を混合攪拌した際に、掘削手段の抵抗が大きく、攪拌に極大なトルクが必要となることから、従来の拡幅掘削装置では混合攪拌工法を実施することが困難であった。
【０００７】
そこで、本発明は、前記問題を解決するためになされたものであり、掘削溝の拡幅掘削において、拡幅掘削装置を設置する際にガイド用溝を設けることなく、掘削土砂を排泥しながら効率良く拡幅掘削するとともに、拡幅掘削の方向を自在に変えることで、施工期間を短縮し、施工費用を削減する拡幅掘削装置及び拡幅掘削方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決すべく構成されるものであり、請求項１に記載の発明は、拡幅掘削装置であって、掘削溝に沿って昇降し、掘削時にその位置を規制するためのガイド部材と、ガイド部材の昇降手段と、ガイド部材を鉛直軸周りで回動させる自転手段と、ガイド部材に備えられた掘削手段と、掘削土砂の排泥管とから構成され、掘削手段は、掘削刃を備えた鉛直方向の掘削軸と、掘削軸を回動させるための自転手段と、排泥管と連通する吸込口を備えた先端掘削刃とから構成され、掘削軸は基端部を支点として、その先端部が上下方向に回転可能に構成されており、ガイド部材は攪拌翼を備えていることを特徴とする。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、掘削溝の拡幅掘削において、拡幅掘削装置を設置する際にガイド用溝を設ける必要がなく、掘削土砂の排泥機能を備えた掘削手段自体が自転することで、掘削溝を効率良く掘削することができるとともに、拡幅掘削の方向を自在に変えることができるため、施工効率を高めることができる。
【００１１】
また、掘削溝内の土砂と固化材の混合攪拌の際に、ガイド部材及び掘削手段を掘削溝内で自転させ、ガイド部材に備えた攪拌翼によって混合攪拌するため、掘削溝内のガイド部材及び掘削手段によって生じる抵抗を低減することができる。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の拡幅掘削装置であって、掘削軸の自転手段は、貫通孔を有する中空の構造からなるモータであり、貫通孔に排泥管が貫通していることを特徴とする。
【００１３】
ここで、モータとは、油圧式や電動式等の駆動モータであり、貫通孔を有する中空の構造であれば、駆動方式や構成は限定されるものではない。
【００１４】
請求項２に記載の発明によれば、排泥管をモータの貫通孔に貫通させることで、排泥管の取り回しを簡素化し、掘削軸の動作を円滑にすることができる。
【００１７】
また、請求項３に記載の発明は、拡幅掘削方法であって、（１）掘削する地盤の表層部に掘削溝を形成し、請求項１又は請求項２に記載の拡幅掘削装置を、ガイド部材の昇降手段によって掘削溝内に挿入する第１工程と、（２）ガイド部材及び掘削手段により所定の深度まで掘削溝を掘削するとともに、掘削土砂を掘削手段の吸込口から拡幅掘削装置の排泥管を通じて掘削溝から排出する第２工程と、（３）ガイド部材の自転を停止し、掘削手段による掘削を行いながら、掘削手段を上方に回転させる第３工程と、（４）掘削手段の回転を所定の角度で停止し、ガイド部材の昇降手段によってガイド部材を掘削溝に沿って下降させることで、掘削溝を拡幅掘削する第４工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載の発明によれば、掘削溝の拡幅掘削に請求項１又は請求項２に記載の拡幅掘削装置を用いることで、拡幅掘削の方向を変える際に、掘削手段を掘削溝から引上げて再び設置することなく、掘削土砂を排泥しながら連続して異なる方向を拡幅掘削することができるため、施工効率を高めることができる。
【００１９】
したがって、本発明の拡幅掘削装置及び拡幅掘削方法では、掘削溝の拡幅掘削において、掘削土砂の排泥機能を備えた掘削手段自体が自転しながら掘削することで、掘削溝を効率よく掘削することができるとともに、拡幅掘削の方向を自在に変えることができるため、施工効率が高まり、施工期間を短縮し、施工費用を削減することができる。また、掘削溝内でガイド部材及び掘削手段が自転することで、掘削溝内で土砂と固化材を混合攪拌する際に、掘削溝内のガイド部材及び掘削手段によって生じる抵抗が低減されるため、混合攪拌工法においても有効である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づき、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２１】
この実施形態では、鉛直方向に掘削した掘削溝から、埋設物の下方部を拡幅掘削する場合を例として説明する。
【００２２】
図１は本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置を示した側面図である。図２は本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置を示した正面図である。図３は本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置を示した側面図である。
【００２３】
まず、本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置１の構成について説明する。
拡幅掘削装置１は、図１に示すように、掘削溝Ｋに沿って昇降するガイド部材２と、ガイド部材２の昇降手段及び自転手段であるベースマシンＢと、ガイド部材２の下部に備えられた掘削手段３と、掘削土砂の排泥管４とから構成されている。
【００２４】
次に各構成要素について説明する。
ガイド部材２は、図１，図２，図３に示すように、下部に備えた掘削手段３を掘削溝Ｋに沿って昇降させ、掘削時にその位置を規制する部材である。ガイド部材２は、その中央部に貫通孔を有し、外面が掘削溝Ｋの内壁面を摺動する略円筒形状の摺動部２１と、摺動部２１の上部に固定された中空管であるドリルシャフト２２と、摺動部２１の下部に固定され、途中で二股に分岐した中空管２４を備えた攪拌部２３とから構成されており、摺動部２１の貫通孔とドリルシャフト２２の内部及び攪拌部２３の分岐した中空管２４の内部は連通している。さらに、攪拌部２３の周縁には、掘削溝Ｋ内で土砂と固化材を攪拌混合する攪拌翼２５が所定の間隔で設けられている。
【００２５】
ベースマシンＢは、図１に示すように、ガイド部材２及び掘削手段３の昇降手段及び自転手段であり、ガイド部材２の上部に固定されたドリルシャフト２２を外側から把持して昇降及び自転させている。ベースマシンＢはアースオーガ等の既存の装置であり、ガイド部材２及び掘削手段３を掘削溝Ｋ内で昇降及び自転させることができるものであれば、構成等は限定されるものではない。
【００２６】
掘削手段３は、図１，図２，図３に示すように、掘削溝Ｋを掘削するものであり、周縁に所定の間隔で複数の掘削刃３４を備えた２本の掘削軸３１と、各掘削軸３１の自転手段である２基の中空油圧モータ３２と、各掘削軸３１の先端に設けられた先端掘削刃３３とから構成されている。
掘削軸３１は、図２，図３に示すように、中空油圧モータ３２に後端部が固定されており、中空油圧モータ３２を支点として、その先端部が上下方向に回転可能に構成された中空管である。掘削軸３１の上下方向への回転はガイド部材２の攪拌部２３に固定された油圧シリンダー３５によって行われ、油圧シリンダー３５の伸縮軸３６の端部が中空油圧モータ３２に軸支されており、この伸縮軸３６を伸縮することで、中空油圧モータ３２及び中空油圧モータ３２に備えられた掘削軸３１の先端を上下方向に回転するものである。なお、掘削軸３１は単軸でもよいが、本実施形態では、２本の掘削軸３１を設け、この２本の掘削軸３１を互いに反対方向に自転させ、掘削軸３１の自転による横移動力を打ち消すことで、掘削軸３１の駆動効率を高めている。
中空油圧モータ３２は、図２，図３に示すように、貫通孔を有する中空の構造からなるモータであり、ガイド部材２の攪拌部２３における各分岐した中空管２４の下端に各々設けられており、各中空油圧モータ３２の貫通孔は各分岐した中空管２４の内部と連通している。さらに、中空油圧モータ３２の駆動軸には中空管である掘削軸３１が固定され、中空油圧モータ３２の貫通孔と掘削軸３１の内部は連通した状態となっている。
先端掘削刃３３は、図２，図３に示すように、掘削軸３１の下端に設けられており、掘削軸３１の内部と連通している掘削土砂の吸込口３７を備えている。
【００２７】
排泥管４は、図２，図３に示すように、地上に設けられた排泥ポンプ（図示せず）に接続された塩化ビニル等の柔軟性を有するホースであり、中空管であるドリルシャフト２２と各中空油圧モータ３２の貫通孔を接続し、掘削軸３１の回転に追従する構成となっている。
【００２８】
次に、本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置１を用いた拡幅掘削方法について説明する。
図４は本発明の実施形態に係る拡幅掘削方法の各工程を示した図で、（ａ）は第１工程を示した施工図、（ｂ）は第２工程を示した施工図、（ｃ）は第３工程を示した施工図、（ｄ）は第４工程を示した施工図である 図５は本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置による拡幅掘削の他の例を示した図で、（ａ）は杭の拡径を示した施工図、（ｂ）は杭の拡底を示した施工図である。
【００２９】
まず、図４（ａ）に示すように、掘削する地盤の表層部に掘削溝Ｋを形成し、拡幅掘削装置１を掘削溝Ｋに挿入する第１工程の準備作業を行う。このとき、掘削溝Ｋには泥水を満たすことで掘削溝Ｋの壁を安定させる。次に、ベースマシンＢに把持されたガイド部材２及びガイド部材２に備えられた掘削手段３を、ベースマシンＢの昇降手段によって掘削溝Ｋ内に挿入する。このとき、各掘削手段３は鉛直方向に配置されている。
【００３０】
次に、第２工程では、図４（ｂ）に示すように、ガイド部材２及び掘削手段３をベースマシンＢによって自転させながら降下させ、さらに、各掘削手段３の中空油圧モータ３２を駆動させることで、各掘削軸３１の下端に設けられた先端掘削刃３３を自転させて掘削溝Ｋの底面を掘削する。このとき、掘削軸３１の自転とともに、掘削手段３自体も自転するため、掘削効率が高まる。また、この掘削作業と同時に、地上に設置した排泥ポンプ（図示せず）を作動させることで、先端掘削刃３３の吸込口３７から掘削土砂を吸込み、排泥管４を通じて掘削溝Ｋの外部に除去する。なお、土砂を地上に設置した個液分離装置（図示せず）に送り、土砂から分離した泥水を掘削溝Ｋ内に戻すことで泥水を補給しながら掘削作業を進めることが好ましい。
【００３１】
次に、第３工程では、図４（ｃ）に示すように、所定の深度において、ガイド部材２及び掘削手段３の降下及びガイド部材２の自転を停止した後に、掘削軸３１を自転させながら油圧シリンダー３５によって掘削軸３１を上方に回転させ、埋設物Ｍの下方部を掘削する。
【００３２】
最後に、第４工程では、図４（ｄ）に示すように、掘削軸３１の上方への回転を掘削溝Ｋに対して直角となる位置で停止した後に、掘削軸３１を自転させながらガイド部材２及び掘削手段３をベースマシンＢによって掘削溝Ｋに沿って降下させることで、埋設物Ｍの下方部を拡幅掘削する。
【００３３】
さらに、拡幅掘削装置１を用いて掘削溝Ｋ内で攪拌混合工法を行う場合には、掘削手段３の掘削軸３１を鉛直方向にした状態で掘削溝Ｋ内に挿入し、ベースマシンＢによってガイド部材２及び掘削手段３を自転させ、ガイド部材２の攪拌部２３における攪拌翼２５によって掘削溝Ｋ内の土砂とセメント等の固化材を攪拌混合する。このとき、ガイド部材２及び掘削手段３は掘削溝Ｋ内で自転しているため、掘削溝Ｋ内のガイド部材２及び掘削手段３によって生じる抵抗が低減される。
【００３４】
したがって、本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置１及び拡幅掘削方法では、掘削溝Ｋを効率良く掘削するとともに、拡幅掘削の方向を自在に変えることができるため、施工効率が高まり、施工期間を短縮し、施工費用を削減することができる。また、掘削溝Ｋ内で土砂と固化材を混合攪拌する際に、拡幅掘削装置１によって生じる抵抗が低減されるため、混合攪拌工法においても有効である。
【００３５】
以上、本発明を前記実施形態によって説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。前記本発明の拡幅掘削装置１及び拡幅掘削方法と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
例えば、前記実施形態では、埋設物Ｍの下方部を拡幅掘削する場合を例としたが、本発明の拡幅掘削装置１及び拡幅掘削方法は、掘削手段３自体が掘削溝Ｋ内で自転することから、拡幅掘削する方向に油圧シリンダー３５を位置させて掘削軸３１の先端を上方に回転することで、拡幅掘削する方向を自在に定めることができるため、様々な形状の掘削溝Ｋを容易に形成することができる。図５は、拡幅掘削装置１を場所打ちコンクリート杭を形成する掘削溝Ｋの拡径及び拡底に適用した場合であり、図５（ａ）に示すように、場所打ちコンクリート杭を形成する掘削溝Ｋの鉛直方向における複数の位置で、掘削溝Ｋの全周を拡幅掘削して拡径したものや、図５（ｂ）に示すように、場所打ちコンクリート杭を形成する掘削溝Ｋの底部で、掘削溝Ｋの全周を拡幅掘削して拡底をしたものなど、様々な形状の掘削溝Ｋを容易に形成することができる。
【００３６】
【発明の効果】
したがって、本発明の拡幅掘削装置及び拡幅掘削方法では、掘削溝の拡幅掘削において、掘削手段自体が自転しながら掘削するため、効率良く掘削溝を掘削することができるとともに、拡幅掘削の方向を自在に変えることができるため、施工効率が高まり、施工期間を短縮し、施工費用を削減することができる。
また、拡幅掘削装置を設置する際に、他の掘削装置によってガイド用溝を設ける必要がないとともに、拡幅掘削装置に掘削土砂の排泥管が配設されていることから、掘削溝内に排泥装置を設置する必要がないため、拡幅掘削の施工に係る装置が簡素化され、施工費用を削減することができる。
さらに、掘削溝内で土砂と固化材を混合攪拌する際に、掘削溝内でガイド部材及び掘削手段が自転することで、掘削溝内のガイド部材及び掘削手段によって生じる抵抗が低減されるため、混合攪拌工法においても有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置を示した側面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置を示した正面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置を示した側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る拡幅掘削方法の各工程を示した図で、（ａ）は第１工程を示した施工図、（ｂ）は第２工程を示した施工図、（ｃ）は第３工程を示した施工図、（ｄ）は第４工程を示した施工図である。
【図５】本発明の実施形態に係る拡幅掘削装置による拡幅掘削の他の例を示した図で、（ａ）は杭の拡径を示した施工図、（ｂ）は杭の拡底を示した施工図である。
【符号の説明】
１・・・・拡幅掘削装置
２・・・・ガイド部材
３・・・・掘削手段
４・・・・排泥管
２１・・・・摺動部（ガイド部材）
２２・・・・ドリルシャフト（ガイド部材）
２３・・・・攪拌部（ガイド部材）
２４・・・・分岐した中空管（ガイド部材）
２５・・・・攪拌翼（ガイド部材）
３１・・・・掘削軸（掘削手段）
３２・・・・中空油圧モータ（掘削手段）
３３・・・・先端掘削刃（掘削手段）
３４・・・・掘削刃（掘削手段）
３５・・・・油圧シリンダー（掘削手段）
３６・・・・伸縮軸（掘削手段）
３７・・・・吸込口（掘削手段）
Ｂ・・・・ベースマシン
Ｋ・・・・掘削溝
Ｍ・・・・埋設物

Claims (3)

1. 掘削溝に沿って昇降し、掘削時にその位置を規制するためのガイド部材と、前記ガイド部材の昇降手段と、前記ガイド部材を鉛直軸周りで回動させる自転手段と、前記ガイド部材に備えられた掘削手段と、掘削土砂の排泥管とから構成され、
   前記掘削手段は、掘削刃を備えた鉛直方向の掘削軸と、前記掘削軸を回動させるための自転手段と、前記排泥管と連通する吸込口を備えた先端掘削刃とから構成され、前記掘削軸は基端部を支点として、その先端部が上下方向に回転可能に構成されており、
   前記ガイド部材は攪拌翼を備えていることを特徴とする拡幅掘削装置。
2. 前記掘削軸の自転手段は、貫通孔を有する中空の構造からなるモータであり、前記貫通孔に前記排泥管が貫通していることを特徴とする請求項１に記載の拡幅掘削装置。
3. 次の第１工程から第４工程の各工程を含むことを特徴とする拡幅掘削方法。
   （１）掘削する地盤の表層部に掘削溝を形成し、前記請求項１又は請求項２に記載の拡幅掘削装置を、前記ガイド部材の前記昇降手段によって前記掘削溝内に挿入する第１工程。
   （２）前記ガイド部材及び前記掘削手段により所定の深度まで前記掘削溝を掘削するとともに、掘削土砂を前記掘削手段の前記吸込口から前記排泥管を通じて前記掘削溝から排出する第２工程。
   （３）前記ガイド部材の自転を停止し、前記掘削手段による掘削を行いながら、前記掘削手段を上方に回転させる第３工程。
   （４）前記掘削手段の回転を所定の角度で停止し、前記ガイド部材の前記昇降手段によって前記ガイド部材を前記掘削溝に沿って下降させることで、前記掘削溝を拡幅掘削する第４工程。

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