JP3828284B2 - 掘削溝に対する残土落し込み機構を備えた移動式攪拌装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特には管の埋設に当たり、掘削された溝内に樹脂チューブを反転伸長させながら敷設するとともに、掘削溝内において掘削残土を使用して流動化土を作製し、その後流動化土の硬化を待って前記樹脂チューブを引き抜き、形成されたトンネル内に埋設管を挿入設置する管の埋設工法において使用される移動式攪拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス管、石油導管、上下水道管等の配管や送電ケーブル、通信用光ケーブルの保護管などを地中に埋設する場合には、地上からの開削によって溝を掘削し、埋設管を敷設・接合した後、掘削残土や良質の埋設土を使って埋め戻す、所謂開削工法が採用されている。
【０００３】
しかし、前記開削による管の埋設方法の場合には、掘削溝が所定の深さ以上の場合、掘削溝の全長に渡って両側壁面に土留め矢板およびこれら土留め矢板間に横架される切梁等を必要とする。したがって、所定長さの管を敷設する際には、管長分の切梁を一時的に撤去し、敷設後に再び切梁を設置し直す作業を順次繰り返さなければならず、非常に煩雑な作業手順となっていたため、敷設効率を向上できないなどの問題があった。
【０００４】
また近年、掘削土の有効利用の観点より、掘削土砂に水とセメント系固化材を加えて混合し流動化土を形成し、形成した流動化土を管を敷設した掘削溝に充填する方法が採用されるようになってきた。今までは、前記流動化土の作製に当たり、掘削現場から近接する場所に別途プラントを設け、掘削土をプラントまで搬送して流動化土を作製した後、ミキサー車や送給管により再び掘削現場まで搬送していたが、このプラント併設方法の場合には、プラントヤードの確保が都市部では困難である、プラント構築および掘削土の搬送と流動化土の搬送費用が嵩む、掘削残土に含まれる礫が送給管を介しポンプ圧送する場合の障害となるため礫の除去に多大な設備と労力負担が強いられるなどの問題が発生していた。
【０００５】
これらの問題に鑑み、本出願人は先の特開平９−１６５７４６号公報において、掘削溝内で直接流動化土を作製しながら、流動化土の泥土圧により掘削溝壁の安定を図り、矢板を用いないで新しい管の埋設を行う方法を提案した。かかる管埋設工法は、図１１に示されるように、掘削機６０により掘削残土Ｍの大部分を掘削溝の両脇に堆積しながら溝を掘削するととに、掘削の進行に追従して樹脂チューブ６１を圧力流体により反転・伸長させながら掘削溝の底に沿って敷設する一方、残土落し込み機構を備えた移動式攪拌装置６２を掘削機６０の進行に追従して走行させ、掘削溝の両脇に堆積された前記残土Ｍを掘削溝内に落し込むとともに、水と固化材を混合した固化スラリーを供給し、残土Ｍと固化スラリーとを攪拌・混合して掘削溝内で流動化土とし、その後、樹脂チューブ６１の敷設が完了した後、流動化土が硬化するのを待って前記樹脂チューブ６１を引き抜き撤去した後、埋設管を挿入設置するというものである。
【０００６】
かかる公報において提案された前記移動式攪拌装置６２は、図１２に示されるように、走行台車の前部側に、開閉自在に設けられた一対のスクレーパ６３Ａ、６３Ｂからなる残土落し込み機構を備えた攪拌機であり、走行に伴って掘削溝の両脇に堆積した掘削残土Ｍ、Ｍを掘削溝内に落し込みながら、固化スラリーと掘削残土とを攪拌混合して流動化土とするものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した移動式攪拌装置６２の残土落し込み機構の場合には、両脇に堆積させた残土Ｍがスクレーパ６３Ａ、６３Ｂの掻き寄せによって一固まりとなって掘削溝内に投入されるため、攪拌機によって均一に分散・混合されない、または均一に分散・混合されるまでに時間が掛かるなどの問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の主たる課題は、掘削溝内において流動化土を作製するに当たり、掘削溝の両脇に堆積された残土を均等に所定量づつ投入できるようにするとともに、投入された残土が固化スラリー中に短時間で分散・混合されるようにした移動式攪拌装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明は、掘削溝の両脇に堆積された残土を掘削溝内に順次落し込みながら、この落し込んだ残土と掘削溝内に供給された固化スラリーとを攪拌・混合するための移動式攪拌装置であって、
掘削溝方向に沿って移動自在とされる移動台車に対し、少なくとも起伏方向に傾動自在とされるブームによって吊持された、下端に攪拌羽根を有する攪拌シャフトを１または複数備えるとともに、
前記移動台車の進行方向前部位置に；回転筒の外周面に水平断面Ｊ字状のブレードが周方向に沿って連設され、鉛直軸周りに回転自在とされるロータリーブレードを前記掘削溝を跨ぎその両側に配した残土落し込み装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１０】
本発明においては、残土落し込み機構として前記構造のロータリーブレードを採用する。ロータリー式とすることにより攪拌装置の進行が等速である限り、掘削溝の両脇に積まれた残土を定量づつ掻き寄せることができ、かつＪ字のポケット部分によって確実に残土を周方向に移送し落し込むことができるようになる。
【００１１】
ロータリーブレードのブレードをＪ字状とする利点は、主に隣接するブレード間のポケット部分に残土が滞留したままとなるのを防止できる点と、ブレードの強度が格段に向上する点を挙げることができる。本発明者は開発の過程で、図９に示されるように、当初は単に直線板状のブレードＴＬを回転筒の周囲に略接線方向に向けて複数配置したロータリーブレードを考えたが、回転筒と直線板状ブレードとの間（仮にブレード同士を連設した場合には隣接するブレード間）の鋭角ポケット部分Ｐ（斜線部分）に残土が滞留したままとなり排出されないことが判明したため、図１０に示されるように、該部分に主ブレードＦＬから延在する符号ＦＲで示される曲面板を配置することとし、かつさらに隣接するブレードＦＬの先端を同時に支持するように前記曲面板からプレートＦＳを延在させるようにした結果がＪ字体となったものである。なお、主ブレードＦＬの角度θは、ブレードの回転により掘削残土が回転中心方向に移動できる角度で概ね２５°以上とされる。
【００１２】
かかる移動式攪拌装置においては、平面視で掘削溝を跨ぎ左右それぞれの側に配設された残土落し込み用ロータリーブレードのほぼ中間に前記攪拌シャフトを配置するのが望ましい。前記ロータリーブレードによって落し込まれた直下位置に攪拌装置を配設することによって、残土が効果的に分散され、均一に混合されるようになる。
【００１３】
また、前記左右一対の残土落し込み用ロータリーブレードを覆うケーシングを設けるとともに、このケーシングの側部に走行輪を設け、前記残土落し込み用ロータリーブレードの下面と地盤面との間に若干のクリアランスを確保するようにするのがよい。これによって、前記ロータリーブレードが地面に噛み込んでブレードが損傷することがなくなるなどの事態が回避されるようになる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
図１は本発明に係る移動式攪拌装置１の側面図であり、図２はその正面図、図３はその平面図である。
【００１５】
前記移動式攪拌装置１は、クローラを駆動走行輪とする移動台車２の上部側に側面形状が横Ｌ字状のフレーム架台３が固定配置され、このフレーム架台３によって攪拌装置および残土落し込み装置を支持するようにしている。前記フレーム架台３は、移動台車２の上部面に移動台車２の進行方向に沿って配設された２本の水平フレーム材３Ａ，３Ｂと、これらフレーム材３Ａ，３Ｂの進行方向前部端側より垂下して設けられた鉛直フレーム材３Ｃとからなる架構であり、前記水平フレーム材３Ａ，３Ｂに横架してベース板３Ｄが配設されるとともに、このベース板３Ｄの上面にブームサポート４が起立支持され、このブームサポート４の頂部に設けられた支軸１３によって攪拌装置用ブーム１０が鉛直面内で回動自在に支持され、かつ攪拌装置用ブーム１０の中間下面位置と移動台車２側とを連結して設けられた起伏シリンダ１１によって起伏方向に傾動自在となっている。
【００１６】
前記攪拌装置用ブーム１０の回動先端側にはピン軸１４を介して攪拌シャフト支持フレーム１７が一体的に連結された揺動リンク１２が回動自在に支持され、この揺動リンク１２の上端と前記攪拌装置用ブーム１０の中間上面とを連結して設けられた攪拌シャフト用シリンダ１３によって攪拌装置用ブーム１０がどの傾動位置にあっても後述の攪拌シャフト１８Ａ，１８Ｂが攪拌シャフト支持フレーム１７を介しほぼ鉛直となるように制御できるようになっている。
【００１７】
前記攪拌シャフト支持フレーム１７に対して本例では、２本の攪拌シャフト１８Ａ，１８Ｂが吊持されている。この攪拌シャフト１８Ａ，１８Ｂは、下端部にそれぞれ攪拌羽根１９Ａ、１９Ｂを備えるとともに、シャフト頂部に配設されたモータ２０Ａ，２０Ｂによって前記攪拌羽根１９Ａ，１９Ｂが回転自在とされた攪拌装置である。前記攪拌羽根１９Ａ，１９Ｂは、それぞれ高さ位置を異ならせて配置されており、投入された残土を上部位置および下部位置のそれぞれの位置で効果的に分散・混合するようになっている。前記攪拌シャフト支持フレーム１７は、攪拌シャフト１８Ａを支持する支持フレーム１７Ａと攪拌シャフト１８Ｂを支持する支持フレーム１８Ｂとが、接合フランジを介してボルトで接合された構造となっており、一方側の支持フレーム１７Ａの接合フランジ１７ａを縦方向に長くすることにより、ボルト接合位置を任意に変えることにより、溝深さに応じて攪拌羽根１９Ａ、１９Ｂの相対的位置関係を変えることができるようになっている。なお、移動台車２に搭載された１５は電動モータ用のバッテリーであり、１６はパワーユニットである。
【００１８】
一方、移動台車の進行方向前部（図面左方）には、本発明の目的のために特製された残土落し込み装置５が配設されている。前記鉛直フレーム材３Ｃの外面に固定されたブラケット２１に対してピン軸２２によって残土落し込み装置用ブーム２０が回動可能に連結され、このブーム２０の先端部にピン軸２４によって残土落し込み装置５が揺動自在に支持されるとともに、前記ブーム２０の中間位置と前記鉛直フレーム材３Ｃとに跨って連結された起伏シリンダ２３によって前記残土落し込み装置５が地盤面位置と待避位置との間を移動可能となっている。
【００１９】
前記残土落し込み装置５は、掘削溝Ｋを跨ぐ両側にそれぞれ鉛直軸周りに回転自在とされるロータリーブレード２５Ａ、２５Ｂを備え、掘削溝Ｋの両脇に堆積された残土を定量づつ均等に掘削溝Ｋ内に落し込むことができるようになっている。
【００２０】
すなわち前記ロータリーブレード２５Ａ、２５Ｂは、詳細には図４に示されるように、回転軸に対して同軸芯的に配置され、かつ内設されたモータによって軸周りに回転自在とされる回転筒３０の外周面に、水平断面Ｊ字状のブレード３１Ａ〜３１Ｆを周方向に沿って連設した土砂掻き寄せ装置であり、前記Ｊ字ブレード３１Ａ〜３１Ｆによって掘削溝Ｋの両脇に堆積された残土を掻き寄せるようにして中央側に移動し、所定量づつ掘削溝Ｋ内に落し込むようにしたものである。
【００２１】
前記ロータリーブレード２５Ａ，２５Ｂの上面に同軸的に固定された円板３２および各Ｊ字ブレード３１Ａ〜３１Ｆの側面に固定された水平リブ３１ａ〜３１ｆはそれぞれブレードの補強のためのものである。なお、前記ロータリーブレード２５Ａ、２５Ｂの回転数は概ね３〜６rpm 程度でよいことが確認されている。
【００２２】
前記左右一対のロータリーブレード２５Ａ，２５Ｂは、図３に示されるように、側方３面と上面の大部分を包囲するケーシング２６内に収容されており、このケーシング２６には左右それぞれ２カ所づつ、計４カ所にケーシング用走行輪２７Ａ〜２７Ｄが配設されている。このケーシング用走行輪２７Ａ〜２７Ｄは、前記残土落し込み装置用ブーム２０を伏方向に倒した際に、残土落し込み装置５全体が揺動自在に支持されていることとの関係で、４つのケーシング用走行輪２７Ａ〜２７Ｄは確実に地盤面に対して接地するようになり、地盤面との間に若干、具体的には５〜１０mm程度のクリアランスが均等に確保される。したがって、前記ロータリーブレード２５Ａ、２５Ｂの回転時にＪ字ブレード３１Ａ〜３１Ｆの下縁が地盤面に噛み込むなどの事態が回避されるようになっている。
【００２３】
以下、前述した移動式攪拌装置１の他、掘削機、圧力容器、樹脂チューブ、加圧制御装置を用いて管の埋設を行う方法について、図５〜図８に基づいて詳述する。
【００２４】
予め、敷設する管の全長よりも長い樹脂チューブ８をロール巻きし、圧力容器７内に収納するとともに、先端部を折り返して圧力容器７の引出口３４に反転して固定しておく。圧力容器７は、樹脂チューブ８を案内するガイドローラ３５，３５と、樹脂チューブを巻き取るためのモータ３６とを備えている。また、圧力容器７に加圧制御装置９を接続し、加圧容器７内に加圧空気や加圧水を定圧供給できるようにしておく。前記樹脂チューブ８としては、たとえば、ポリエステルウレタンゴム等の合成ゴム、塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂等をコーティングした布やガラス繊維、あるいはエチレン−酢酸ビニル共重合体やポリアミド樹脂、ポリプロピレン等の合成樹脂またはポリビニルホルマール繊維等で形成され、機械的強度が高く気密性と弾力性を有するものが好適に用いられる。
【００２５】
前記圧力容器７から送り出される樹脂チューブ８は、樹脂チューブ８用の通孔を有する遮蔽壁３７を通って先端の反転面が掘削機６のブレード３８の下端部に当接しており、加圧制御装置７から一定の圧力、たとえば0.3〜1.0kgf/cm^２ の加圧流体を供給し続けることによって、掘削機６による掘進に合わせて樹脂チューブ８は反転伸長しながら追従する。
【００２６】
前記掘削機６としては、バケット式の掘削機ももちろん使用できるが、掘進速度の点からトレンチャーと呼ばれるチェーンソー型のカッタを有する掘削機が好適に用いられる。この掘削機は、上下部に配設された一対のスプロケット３９，４０と、これらスプロケット３９，４０間に巻回されたチェーン４２と、このチェーン４２の外周部に取り付けられた複数のビット４１，４１…からなるカッター装置を有し所定の掘削幅で掘削溝Ｋを高速で掘削する。カッター装置の後部に設けられたブレード３８は、溝底部の掻き寄せ機能、後方側の掘削溝内で作製された流動化土が流入しないようにするためのセキ板機能および樹脂チューブ８の誘導操作機能等を合わせ持つものである。前記ブレード３８における樹脂チューブ８の当接部位にタッチセンサーを貼り付け、樹脂チューブ８と掘削機６との追随性を運転者がリアルタイムに確認できるようにしておくこともできる。
【００２７】
前記掘削機６によって掘削された残土Ｍの一部は、掘削機６の前方に配置されたコンベア４４によりダンプトラック位置まで輸送され廃棄処分されるが、掘削残土Ｍの大部分は図６の縦断面図に示されるように、掘削溝Ｋの両側に堆積しておくようにする。
【００２８】
前記掘削機６の後方側では、掘削溝Ｋの進行に合わせて本発明に係る移動式攪拌装置１が追従して走行しており、掘削溝Ｋ内で流動化土を作製する。
【００２９】
図７にも示されるように、前部に配置された残土落し込み装置５により掘削溝Ｋの両脇に堆積された残土Ｍ、Ｍを掘削溝Ｋ内に均等に定量づつ落し込むとともに、スラリー管４５を通して固化スラリーを供給し、攪拌羽根１９Ａ，１９Ｂによって両者を攪拌し流動化土を作製する。この攪拌混合の際、攪拌シャフト１８Ａ、１８Ｂを上下動させながら深部方向に均一に攪拌するようにするのがよい。
【００３０】
その後、掘削溝Ｋの掘削と、樹脂チューブ８の反転伸長と、流動化土の作製とを併行して行いながら所定の到達立坑位置に達したならば、図８（Ｂ）に示されるように、流動化土の硬化を待って、流動化土の上面側に舗装仮復旧材料をまき出し転圧して仮復旧するとともに、樹脂チューブ８に内圧を与えている加圧流体を排出しながら圧力容器７のモータ３６を駆動して樹脂チューブ８を圧力容器７内に順次引き込む。
【００３１】
樹脂チューブ８の撤去が完了し、硬化した流動化土によってトンネルが形成されたならば、図８（Ｃ）に示されるように、立坑の一方側に順次埋設管５０を供給するとともに、他方側立坑に配置されたウインチ４８から繰り出された牽引ワイヤ４７によって順次トンネル内に引き込み、トンネルの全長に渡って埋設管５０、５０…の挿入設置し管埋設を完了する。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳説のとおり、本発明によれば、掘削溝の両脇に堆積された残土を均一に定量づつ投入できるようにするとともに、投入された残土が固化スラリー中に短時間で分散・混合されるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る移動式攪拌装置１の側面図である。
【図２】その正面図である。
【図３】その平面図である。
【図４】ロータリーブレード２５Ａの斜視図である。
【図５】管埋設工事の作業要領図である。
【図６】掘削残土Ｍの堆積状態を示す断面図である。
【図７】本攪拌装置１による残土落し込み・攪拌状況を示す平面図である。
【図８】本方法による管敷設の施工段階図である。
【図９】直線状ブレードを用いたロータリーブレードの模式図である。
【図１０】Ｊ字状ブレードを用いたロータリーブレードの模式図である。
【図１１】従来の攪拌装置を用いた管埋設工事の作業要領図である。
【図１２】従来の攪拌装置による残土落し込み方法を示す平面図である。
【符号の説明】
１…移動式攪拌装置、２…移動台車、５…残土落し込み装置、６…掘削機、７圧力容器…、８…樹脂チューブ、９…加圧制御装置、１８Ａ・１８Ｂ…攪拌シャフト、１９Ａ・１９Ｂ…攪拌羽根、２５Ａ・２５Ｂ…ロータリーブレード、２６…ケーシング、２７Ａ〜２７Ｄ…ケーシング用走行輪、３０…回転筒、３１Ａ〜３１Ｆ…Ｊ字ブレード、Ｋ…掘削溝、Ｍ…残土

Claims (3)

1. 掘削溝の両脇に堆積された残土を掘削溝内に順次落し込みながら、この落し込んだ残土と掘削溝内に供給された固化スラリーとを攪拌・混合するための移動式攪拌装置であって、
   掘削溝方向に沿って移動自在とされる移動台車に対し、少なくとも起伏方向に傾動自在とされるブームによって吊持された、下端に攪拌羽根を有する攪拌シャフトを１または複数備えるとともに、
   前記移動台車の進行方向前部位置に；回転筒の外周面に水平断面Ｊ字状のブレードが周方向に沿って連設され、鉛直軸周りに回転自在とされるロータリーブレードを前記掘削溝を跨ぎその両側に配した残土落し込み装置を備えたことを特徴とする掘削溝に対する残土落し込み機構を備えた移動式攪拌装置。
2. 平面視で掘削溝を跨ぎ左右それぞれの側に配設された残土落し込み用ロータリーブレードのほぼ中間に前記攪拌シャフトを配置してある請求項１記載の掘削溝に対する残土落し込み機構を備えた移動式攪拌装置。
3. 前記左右一対の残土落し込み用ロータリーブレードを覆うケーシングを設けるとともに、このケーシングの側部に走行輪を設け、前記残土落し込み用ロータリーブレードの下面と地盤面との間に若干のクリアランスを確保するようにしてある請求項１、２いずれかに記載の掘削溝に対する残土落し込み機構を備えた移動式攪拌装置。

Images